JPH065049B2 - 内燃機関用のピストン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関用のピストンであって、クラウンと、
ピストンピン孔と、スカートとを備えており、スカート
が、複数のインサートを支持していて、このインサート
を介して配属のシリンダもしくはライナ内を往復運動中
のピストンに側力が伝達され、しかもこのインサートを
越えて潤滑油膜が通過するように構成された形式のもの
に関する。

従来技術 内燃機関用の通常のピストンは一般的には円筒状のスカ
ートを備えていて、このスカートがピストンへの側方向
の負荷を配属のシリンダないしはライナに伝達する。潤
滑剤がピストンスカートと配属シリンダないしはライナ
との間に配置されて、これらの部材間の金属相互間接触
（機関の焼付きを招く）を防止する。

しかしこれらの部材間に潤滑膜が存在することは摩擦力
を発生し、この摩擦力は機関損失を増加させる。最大機
関出力が著しく重要であるような場合、例えばレーシン
グカーではスカート面にプラスチツク材料製のスタツド
ないしは突部を取付けることが知られており、このスタ
ツドないしは突部が配属シリンダないしはライナと接触
する。これらの部材間に油膜は存在しない。シリンダな
いしはライナの材料に対するプラスチツク材料の摩擦係
数は低く、かつ接触面積が小さいので、生じる摩擦損失
の相応する減少、したがつて機関の出力の増加が得られ
る。

かかるスタツドないしは突部は、配属シリンダないしは
ライナとの接触が直接的であり、かつ潤滑されないので
摩滅し易いのが欠点である。このことはエンジンの耐用
寿命ないしはエンジン運転期間が制限されかつ短期であ
るレーシングカー用のエンジンでは問題ない。しかしか
かる制限された耐用寿命は個人および商業交通用のエン
ジンでは受容できない、かかるエンジンでは実質的なピ
ストン耐用寿命が重要である。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題はエンジン性能を高め、しかも耐用年限の
長い、内燃機関用のピストンを提供することである。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に記
載の形式のピストンにおいて、インサートがプラスチッ
ク材料製のストリップによって形成されており、ストリ
ップが周囲のスカート表面から半径方向に外方へ突出し
ており、スカートが複数の凹所を有しており、各凹所が
スカート表面によって取囲まれており、かつ各凹所がプ
ラスチック材料製の配属のストリップを受容しており、
ピストン軸線とピストンピン孔軸線とを含む平面の両側
にそれぞれ少なくとも３つのストリップが配置されてお
り、そのうちの２つのストリップが周方向に整列してい
て、しかもピストン軸線を含んでいてピストンピン孔軸
線に対して垂直な平面の両側に間隔を置いて位置してお
り、これらのストリップから軸線方向に間隔を置いて残
りのストリップが配置されていることである。

実施例 第１図に示された内燃機関用のピストンは３つのピスト
ンリングみぞ１２を有するリングバンド状区分１１によ
つて取巻かれたクラウン10を備えている。スカート１３
がリングバンド状区分から延びており、かつピストンピ
ン孔１４はピストンを貫通して延びている。ピストンは
アルミニウムまたは例えばＬＯ−ＥＸとして知られてい
るようなアルミニウム合金から鍛造または鋳造、特に圧
搾鋳造することができる。

ピストン軸線３４とピストンピン孔軸線３５とを含む平
面の各側にスカート１３は複数のプラスチツク材料製の
ストリップ１５を保持している。第１図の実施例には３
つのかかるストリツプ１５が示されているが、他の任意
の適切な配置でストリツプ１５を使用してもよい。スト
リツプの好適な材料の１つは英国特許出願第８４．０６
５４７号明細書に記載された類のポリエーテルエーテル
ケトン合金である。かかる合金はポリテトラフルオルエ
チレン（ＰＴＦＥ）と一緒に含むポリエーテルケトン、
グラフアイトおよび青銅の混合物である。ポリエーテル
ケトンはポリエーテルエーテルケトンであつてよく、か
つ青銅は錫青銅、例えば１１％−錫青銅であつてよい。
各ストリップ１５の形状は一般に縦側縁１５ａと横側縁
１５ｂとが互いに結合する長方形である。ストリップ１
５は厚みよりも著しく大きな横幅と長さを持つているの
で、ストリツプは横幅を通過する軸線に関して可撓性で
ある。

ストリツプ１５は直接スカート１３の表面に配置しても
よいが、ストリツプを、第２図から判るようにストリツ
プ１５を受容するように構成され、かつ受容されたスト
リツプ１５の少なくとも１部分が凹所１６を取巻くスカ
ート１３から半径方向に突出するような半径方向の深さ
を持つ対応する凹所１６内に挿入すると優れている。こ
の外側の突出部ないしは“高さ”は例えば１２５μより
も小さく、例えば少なくとも２５μであつてよい。スト
リツプ１５は縦側縁１５ａが周方向に延びて、しかもピ
ストン軸線に平行に延びる横側縁と交わるように配置さ
れている。

第１図から判るように、ストリツプ１５は、各ストリツ
プの端部をスカート１３内に形成されたスロツト１７内
に挿入することによつて所定位置に保持されている。ス
ロツト１７は完全にスカート１３の壁厚内に形成されて
いてもよく（第３Ａ図参照）、またはスカート１３を貫
通しており、したがつて配属されるストリツプがピスト
ンの内側にまで延びていてもよい（第３Ｂ図）。

第４図に示された別の構成によれば、各ストリツプ１５
とスカート１３とは互いに係合する部材１８，１９を備
えていてよく、これらの部材が一緒になつてスナツプ結
合を形成して、ストリツプをスカート上に保持する。図
面から判るようにストリツプ１５はヘツドを有する突出
部１８を備えていて、該突出部１８が所定の凹所１６の
背面に設けられた孔１９内にスナツプ結合し、その結果
ヘツドが孔１９に係合する。

３つのストリツプ１５は以下のように配置されている
（第１図）。このうちの２つのストリツプ１５はリング
バンド状区分１１の近くに位置していて、しかもピスト
ン軸線３４を含み、かつピストンピン孔軸線３５に対し
て垂直な平面の両側の等間隔の位置にある。残りのスト
リツプ１５はこれら２つのストリツプから軸線方向に下
方に間隔を置いて配置されていて、しかも上記平面に関
して対称的に配置されるように上方の２つのストリツプ
１５間の間隙に対して整合せしめられている。

各ストリツプ１５の表面は第２図と第４図に示されてい
るように該表面がピストン軸線３４を含む平面と直線に
沿つて交わるように構成されていてよい。あるいは第５
図に示されているように各ストリツプ１５の表面はスト
リツプ１５の中央部分２１と各縦側縁１５ａ間に延び
た、周方向に延びる傾斜部２０を有する形状であつてよ
い。傾斜角度は２°以下であつてよい。あるいはストリ
ツプ１５の表面はピストン軸線を含む平面に沿つて断面
した場合に曲線を描いていてよい。この場合の曲率半径
は最大接触角度が２°以下であるようなものである。

使用中第１図のピストンは連結棒に取付けられて、油供
給部と、最下方のピストンリングみぞ１２内に保持され
たオイル制御リングとによつてシリンダまたはライナの
表面に配置された油膜を有して配属シリンダないしはラ
イナ内を往復運動する。ストリツプ１５の、周囲のスカ
ート１３から突出した部分の半径方向の距離はこの油膜
の厚みよりも大きいので、ピストンに対して相対的な連
接棒の角度に基因するピストンに働く側力はスカート１
３の残りの部分を介してではなく、３つのストリツプ１
５を介してのみシリンダないしはライナに伝達される。
ピストンとシリンダとの間に発生する摩擦力は油膜面積
に比例するので、油膜がスカート全面にわたつて広がつ
ている通常のピストンに比べての油膜面積のこの減少は
ピストンとシリンダ間の摩擦力を減少させ、したがつて
エンジンの性能を高める。油膜面積の減少は著しいが、
それにもかかわらず流体潤滑は維持されて混合潤滑や境
界潤滑は阻止される。

一般に往復運動中ピストンは配属シリンダまたはライナ
に対して傾斜するので、往復運動中ストリツプ１５の表
面はシリンダまたはライナ表面に対して平行ではなく、
僅かな角度を有するであろう。そのためにシリンダまた
はライナとストリツプ１５の表面とはこれらの間に流体
くさびを形成し、このくさびは潤滑剤をストリツプ表面
上に圧送せしめ、シリンダまたはライナとストリツプ間
に十分な流体潤滑を維持するのを促進しよう。

ストリツプ１５が傾斜を有しているかまたは曲線形であ
る場合には（第５図参照）、ストリツプ１５とシリンダ
またはライナ３７との間に流体くさびを形成するのを促
進し、流体くさびはストリツプ１５の表面上に高圧油膜
を与える。ストリツプ１５が軸線方向の寸法よりも大き
な周方向の寸法を持つていることは油膜がストリツプ１
５の軸線方向の全長にわたつて維持されることを保証す
る、それというのも油は周方向に容易には逃げることは
できないからである。更に表面上にストリツプ１５が位
置していることは下方のストリツプが上方の２つのスト
リツプ間の間隙に整合していることとともに、各ストリ
ツプ１５がその表面上に妨げられない油の流れを持つこ
とを保証する。

一般にピストンとシリンダまたはライナとの間の油膜面
積の減少は往復運動中のピストンが発生する騒音を増加
させる傾向を持つ、というのもピストンとシリンダない
しはライナ間の油の容量が大きければ大きいほど油膜の
緩衝作用が大きくなるからである。しかしプラスチツク
製ストリツプ１５の使用は騒音減少効果を与え、これは
上記の不都合な傾向を緩和するかまたは第１図のピスト
ンが発生する騒音の量を全面的なスカートを備えた通常
のピストンに比べて低下させることもある。この騒音減
少は、油が凹所１６内のストリツプ１５の後方に入り込
み、かつストリツプの裏面と隣接するスカート表面との
間にストリツプの限定され、しかも騒音を減少させる半
径方向の運動を許す油クツシヨンを形成することによつ
て促進される。

ピストンにおけるもう１つの問題はピストンとシリンダ
またはライナとの直接接触の問題である。この接触は、
油膜３６（第５図）が形成される機会を持つ前の開始時
またはピストンが瞬間的に静止する上死点と下死点で起
り得る。通常のピストンではこのような直接接触はピス
トン表面の損傷と金属間直接接触の結果として高められ
た摩擦力とをもたらすことである。しかし第１図〜第５
図に関して述べられたピストンにおいては、ピストンと
シリンダないしはライナとの接触はすべてシリンダない
しはライナとプラスチツク製ストリツプ１５との接触で
ある。プラスチツクの固有摩擦係数が低いためにかかる
固有摩擦係数は摩擦力の増加を僅かにもたらすかまたは
全くもたらさず、かつ潤滑膜が形成されるまで、ないし
はピストンが上死点または下死点を通過してしまうま
で、ピストンが傷つかずにまたは摩耗せずにシリンダ表
面を円滑に摺動するのを許す。

ストリツプ１５は凹所１６内にルーズに保持されている
にすぎないので、ストリツプ１５がピストンピン孔軸線
に平行な軸線に対して僅かに傾斜することが可能であ
る。この“傾斜パツド”効果が更に、ストリツプに傾斜
部２０が設けられていない場合にもストリツプ１５の表
面上における流体潤滑を保証するのを促進する。

第６図に示された別の実施例における一体シート部材２
７は第１図から第５図に関する説明で挙げられたプラス
チツク材料から製作される。一体シート部材２７はピス
トンのリングバンド状区分の下方に巻付けられるもの
で、支持材２８から成つている。支持材の長さは巻付け
るべきピストンの円周に等しく、かつ幅はピストンのリ
ングバンド状区分より下方部分の高さに等しい。支持材
２８は両横側縁に半円形切欠き２９と、中央孔３０とを
有する形状になつている。切欠き２９と中央孔３０とは
一体シート部材２７をピストンの周りに巻付けた場合に
ピストンピン孔の各端部に整合し、かつ該ピストンピン
孔と同じ半径を有している。

支持材２８の表面はストリツプ３１を６つ有しており、
これらのストリツプは各３つのストリツプから成る２つ
のグループに配置されている。１グループは一方の切欠
き２９と中央孔３０との間に、かつ他方のグループは中
央孔３０と他方の切欠き２９との間にある。各ストリツ
プグループの２つのストリツプ３１は支持材２８の上縁
近くに周方向に相互間隔を置き、かつ軸線方向に整列し
て配置されている。残る１つのストリツプ３１は周方向
でみて上方２つのストリツプの中間に、しかもこれらの
ストリツプから下方に間隔を置いて配置されている。各
ストリツプ３１は周方向に延びて、横側縁で制限される
縦側縁を持つ長方形を成している。テーパ部３２はこれ
らの側縁を周囲の支持材２８に結合している。支持材２
８からのストリツプ３１の高さは１２〜１２５μであつ
てよく、かつテーパ角度は２°よりも小さい。

使用するに当つて一体シート部材は例えば好適な接着剤
によつてピストンに固定される。支持材２８はピストン
のスカートを構成し、かつストリツプ３１は第１図から
第５図に関した記載と同じ様に作用する。シリンダない
しはライナ上に保持された油はテーパ部３２とシリンダ
ないしはライナとの間の流体くさび作用によつてストリ
ツプ３１上に送られる。スカート表面およびシリンダま
たはライナ上に保持された油膜は互いに接触しないの
で、粘着損失に影響しない。更に一体シート部材２７を
ピストンの囲りに緊密に巻付けない場合には、油が一体
シート部材２７とピストンとの間に侵入し、かつこうし
てピストンの側方向運動を緩衝し、かつ騒音を減少させ
る油クツシヨンを提供しよう。

一体成形シート部材２７は任意の適切なプラスチツク成
形法、例えば射出成形法によつて製作することができ
る。

第７図には第１図から第５図の実施例とは別の構成が示
されている。この構成ではピストン軸線およびピストン
ピン孔軸線を含む平面の片側のストリツプ１５は結合部
材３３によつて互いに結合されている。すなわちストリ
ツプ１５と結合部材３３とは１度のプラスチツク成形
法、例えば射出成形で製作し得る一体部材を構成してい
る。

第７図に示された一体部材は上記第１から第３図に関し
て挙げられた方法によつてピストンに結合することがで
きる。結合部材３３はピストン表面に形成された適切な
寸法を持つみぞ内に配置される。

第８図と第９図に示された別の構成を持つたピストンは
ピストン軸線およびピストンピン孔軸線を含む平面の各
側に２つの別れたスカート部分２３，２４を備えてい
る。第１図と、第８図と第９図とに共通する部材につい
ては同一の符号を付けて示し、ここでは詳述しない。２
つのスカート部分の一方２４はピストン下端部近くに位
置し、かつピストンピンボス２６から外向きに延びる一
対の支柱２５に設けられている。他のスカート部分２３
はリングバンド状区分11の下縁から延びている。各スカ
ート部分２３，２４の形状は長方形であり、かつピスト
ン軸線を含み、ピストンピン孔軸線に垂直な平面に関し
て対称的に配置されている。

各スカート部分２３，２４は上記で挙げられた任意のプ
ラスチツク材料から製作されたストリツプ１５で覆われ
ている。下方のスカート部分ではストリツプは上下にみ
ぞを有しており（第９図）、このみぞでもつてスカート
部分２４の上縁と下縁とにスナツプ結合している。同様
のみぞがストリツプの側縁にも形成されていて、同様に
スカート部分の端部にスナツプ結合している。

上方のスカート部分２３ではストリツプは該スカート部
分２３の下縁にスナツプ結合していて、スカート部分に
形成された凹所内に保持されている。ストリツプの側縁
に設けられたみぞがスカート部分の側縁にスナツプ結合
している。ストリツプ１５は第５図で説明された形式の
傾斜した、または曲線状の表面を有していてもよい。

使用中ピストンは第１図と第３図のピストンと同様にシ
リンダまたはライナ内を往復運動する。潤滑膜は上方へ
ストリツプ１５上に圧送されて、十分な流体潤滑を与え
る。

上記以外の構成のストリツプも推奨される。例えばピス
トンスカートに凹所区分を設け、該凹所区分内に直接的
な射出成形によつてストリツプを形成してもよい。凹所
区分は孔を設け、この孔内にストリツプを配属凹所にロ
ツクするためのストリツプの部分を成形してもよい。ス
トリツプに輪郭を付ける場合には、適切な構成の射出成
形装置によつて実施でき、ストリツプに異形輪郭が付け
られる。

発明の効果 冒頭に記載の形式のピストンを本発明のように構成した
ことによつてピストンスカート全面にわたつて油膜が広
がる通常のピストンに比べてピストンとシリンダまたは
ライナとの間の摩擦力を低減せしめ、したがつて機関の
性能の向上が得られる。油膜面積の著しい減少にもかか
わらず、流体潤滑は維持され、かつ混合潤滑ないしは境
界潤滑は回避される。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明による、ピストン
スカートの各側に３つのストリツプを保持したピストン
の１実施例の側面図、第２図は第１図のピストンのスカ
ート凹所内にストリツプを保持したスカート部分の断面
図、第３Ａ図と第３Ｂ図はストリツプ端部を受容するた
めにスカートに形成されたスロツトの２つの構成を示し
た、第１図のIII−III線に沿つた断面図、第４図はスト
リツプとスカートとがスナツプ結合されている構成を示
した第２図に相当する断面図、第５図は傾斜したストリ
ツプ面を持つ第１図から第３図に示された形式のストリ
ツプの断面図、第６図は６つのストリツプを保持した、
ピストンに取付けられる支持材を示した図、第７図は３
つのストリツプが互いに結合された一体部材の構成のス
トリツプを示した図、第８図はストリツプで覆われた別
れたスカート部分を備えたピストンの実施例を示す側面
図、第９図は第８図のVIII−VIII線に沿つた断面図であ
る。 １０…クラウン、１１…リングバンド状区分、１２…ピ
ストンリングみぞ、１３…スカート、１４…ピストンピ
ン孔、１５…ストリツプ、１５ａ…縦側縁、１５ｂ…横
側縁、１６…凹所、１７…スロツト、１８…突出部、１
９…孔、２０…傾斜部分、２１…中央部分、２３，２４
…スカート部分、２５…支柱、２６…ピストンピンボ
ス、２７…一体シート部材、２８…支持材、２９…切欠
き、３０…中央孔、３１…ストリツプ、３２…テーパ
部、３３…結合部材、３４…ピストン軸線、３５…ピス
トンピン孔軸線、３６…油膜、３７…シリンダまたはラ
イナ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関用のピストンであって、クラウン
   （１０）と、ピストンピン孔（１４）と、スカート（１
   ３）とを備えており、スカートが、複数のインサートを
   支持していて、このインサート（１５）を介して配属の
   シリンダもしくはライナ（３７）内を往復運動中のピス
   トンに側力が伝達され、しかもこのインサート（１５）
   を越えて潤滑油膜が通過するように構成された形式のも
   のにおいて、インサートがプラスチック材料製のストリ
   ップ（１５）によって形成されており、ストリップが周
   囲のスカート表面から半径方向に外方へ突出しており、
   スカート（１３）が複数の凹所（１６）を有しており、
   各凹所がスカート表面によって取囲まれており、かつ各
   凹所がプラスチック材料製の配属のストリップ（１５）
   を受容しており、ピストン軸線（３４）とピストンピン
   孔軸線（３５）とを含む平面の両側にそれぞれ少なくと
   も３つのストリップ（１５）が配置されており、そのう
   ちの２つのストリップが周方向に整列していて、しかも
   ピストン軸線（３４）を含んでいてピストンピン孔軸線
   （３５）に対して垂直な平面の両側に間隔を置いて位置
   しており、これらのストリップから軸線方向に間隔を置
   いて残りのストリップが配置されていることを特徴とす
   る、内燃機関用のピストン。
2. 【請求項２】各ストリップ（１５）が周方向に延びた縦
   側縁（１５ａ）とこれに交差した軸方向に延びた横側縁
   とを有する方形の形状をしている、特許請求の範囲第１
   項記載のピストン。
3. 【請求項３】各凹所（１６）内に受容された各ストリッ
   プ（１５）が端部を有しており、端部がスカート（１
   ３）に形成された各スロット（１７）内に挿入されてい
   て、ストリップをスカートに結合している、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のピストン。
4. 【請求項４】各ストリップ（１５）とスカート（１３）
   とが互いに係合する部材（１８，１９）を備えており、
   これらの部材が一緒にスナップ結合を形成して各ストリ
   ップ（１５）をスカート（１３）上に保持している、特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のピストン。
5. 【請求項５】各ストリップ（１５）が幅方向の中央部分
   （２１）から上下の各縦側縁まで達する、周方向に延び
   る傾斜部（２０）を有しており、各傾斜部（２０）の傾
   斜角度が２°以下であり、そのため傾斜部（２０）が配
   属のシリンダまたはライナ（３７）とともに、油を当該
   ストリップの表面上に圧送するための先細りのくさび状
   すきまを構成している、特許請求の範囲第１項から第４
   項までのいずれか１項記載のピストン。
6. 【請求項６】各ストリップ（１５）の裏面がスカートの
   隣接する部分から間隔を置いて配置されていて、この間
   隔にピストンの側方向運動を受止めるために潤滑剤を受
   容するようになっている、特許請求の範囲第１項から第
   ５項までのいずれか１項記載のピストン。