JPS61167773A - 往復動機械用ピストン - Google Patents

往復動機械用ピストン

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JPS61167773A
JPS61167773A JP959885A JP959885A JPS61167773A JP S61167773 A JPS61167773 A JP S61167773A JP 959885 A JP959885 A JP 959885A JP 959885 A JP959885 A JP 959885A JP S61167773 A JPS61167773 A JP S61167773A
Authority
JP
Japan
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piston
thrust
pressure
cylinder
oil
Prior art date
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Pending
Application number
JP959885A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Nakamura
陽一 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP959885A priority Critical patent/JPS61167773A/ja
Publication of JPS61167773A publication Critical patent/JPS61167773A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/08—Constructional features providing for lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/02—Bearing surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、往復動機械用ピストンに関するもので、とく
にピストンに作用する側圧をその胴部で支持する方式の
ピストン、いわゆるトランク型ピストンの構造に関する
ものである。
このピストンの利用分野としては、舶用ならびに汎用の
ディーゼル機関、自動車用のガソリン機関およびディー
ゼル機関、各種ガスコンプレッサ、冷凍機など各穐往復
動機関等があり、広範囲の産業に亘るものである。
(従来技術) 往復動機械のトランク型ピストンは、第7図に示すよう
に、シリンダ内の気体をピストン/に着装されたピスト
ンリングJKよってシリンダライナ3とシリンダヘラド
グとの間に封じ込めると同時に、ピストンtltc作用
する気体から受ける荷重F1と、連接棒Sからピストン
ピン6を介して受ける荷重pgとの合力のうち、ピスト
ンlの軸直角方向の力、いわゆる側圧荷重Fsをピスト
ン胴部/−/で支持する機能を果している(長尾不二夫
;内燃機関講義上巻PJI!ピスト ン ) 。
ふつうトランク型ピストンにおけるピストンピングコお
よびピストン胴部/−/と、シリンダライナ3との摺動
面に対する潤滑の態様は、連接棒jの軸受部S−7およ
びj−一から湿田する潤滑油♂が、連接棒5の往復運動
とクランク軸2の回転運動との合成よシなる揺動運動の
結果周囲に飛散して、その潤滑油が摺動面に付着するこ
とによって行われる方式のものが多く採用される。この
場合、ピストン胴部/−/に作用する側圧荷重F、は、
ピストンlに作用するシリンダ圧力による荷重とピスト
ンに作用する慣性力とに分解できるが、前者が主勢を占
めるので、シリンダ圧力を高める場合には、側圧荷重F
8を如何にして局部的な高圧荷重を発生させることなく
支持するかが、ピストンの形状を決定する場合の重要な
設計課題の一つとなっている。側圧荷重F8の大きさお
よび作用点の位置は、ピストンの位置に応じて第2図(
a) 、 (b) 、 (C) 。
(d)に示すように変化する。すなわち第2図において
、(aJ図は爆発行程、(四回#−1″排気行程、(c
)図は吸入行程、(d)図は圧縮行程をそれぞれ示す。
また、たとえば(a)図における側圧荷重ハは)主とし
て爆発力によって生じるものであるのに対し、(b)図
のF3R1主として慣性力によって生じるものである。
したがって、このようKして発生する局部的な強い面圧
を避けるために、第り図に示すように、ピストン直径の
プロフィルは、温度による膨張をも考慮し、ピストンピ
ン方向の短径方向プロフィルとピストンピン直角方向の
長径方向プロフィルとでたがいに異なる連続曲線を形成
するようセされる(長尾不二夫;内燃機関講義上巻P 
321ピストン間隙)。第9図中の実線曲線は長径方向
プロフィルを示し、一点鎖線曲線は短径方向プロフィル
を示す。
しかし、このようなピストンのプロフィル曲線は、全体
としてゆるやかな曲線であっても、ピストン自体はシリ
ンダ2イナとピストン胴との隙間によって傾斜するため
に1側圧荷重F8を支持する面積は小さくなり、そのた
めピストンプロフィルを適正に選ばないと、単位面積ご
との側圧荷重/s (以下において北側圧力/8と表示
する)は増大する可能性が強い。北側圧力ろが油膜圧力
よシ大きくなると、油膜が消滅して固体潤滑となシ、ピ
ストンがシリンダライナに焼付く危険性が生じる。
最近のディーゼル機関は、熱効率の高揚を図る目的でシ
リンダ内の作動圧力を増大する傾向にあシ、作動圧力の
増大は北側圧力/Sの増大をもたらすため、焼付きには
充分の注意が必要である。一方、ピストンプロフィルは
、加工で得られた形状が、初期なじみ運転によって仕上
ってゆく、と考えてよい程に微妙な精度を要求するもの
であシ、このため大形ディーゼル機関のトランクピスト
ンの胴部には、鉛青銅の帯を装着したI)(長尾不二夫
;内燃機関講義P 322 ’)、あるいは固体潤滑性
のあ石グラファイトの薄膜を焼付け(日本舶用機関学会
誌1973年Vo1./2p4ts、赤阪USO形機関
)たシすることによって、なじみ運転時期にピストンプ
ロフィルとシリンダライナとの不適合による焼付が発生
するのを防止しているのが現状である。す々わち、従来
技術の問題点は、ピストン胴部に対するシリンダライナ
の支持面積が局部的に小さくなる個所の発生が避けられ
ず、この場合に北側圧力が増大してピストンとシリンダ
ライナとの間に焼付を起こす危険性のあることである。
この危険性の回避のために、前記のよう、にピストン胴
部に鉛青銅帯を装着させたシグラファイト膜を焼付塗布
するなξの技術が利用されているが、しかしこのような
帯や被膜は、いずれも運転時間と共に北側圧力の大きい
個所から次第に消失して行゛くという欠点がある。なお
、消失に際しては、ピストンの輪郭がシリンダ2イナに
合致するように形成されていくため、焼付は防止される
ものの、ピストンとシリンダライナとの隙間が増大し、
その結果ピストンがシリンダライナと衝突して起こる衝
撃、いわゆるスラップが増加してくるという欠点がある
。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記スラップが運転時間の経過と、ともに増
大する問題点、ならびに油切れを起むして焼付損傷を起
こすという問題点を同時に解決することを目的としてな
されたもので、ピストンがシリンダライナ内面に押し付
けられた場合にも、油切れが発生せず、かつスラップの
増大を従来のものにくらべて格段に減少しうるピストン
構造を提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記問題点のナベてを解決するための手段と
して、往復動機械に使用されるピストンにおいて、側圧
を支持する胴部のスラスト側および反スラスト側の表面
に複数の凹陥部を刻設分布し、あるいは上記スラスト側
および反スラスト側の表面であって、ピストンピンの貫
通位置を境として区分される上方部と下方部とのそれぞ
れに対し複数の凹陥部を一刻設分布した構成よシなるこ
とを特徴とする。
(作用) 上記の構成をそなえる本発明にか−るピストンの作用に
ついて説明する。第S図および第6図は、ピストン胴部
/−/とこれを支持するシリンダライナ3とを、簡略化
のためにλ次元模型で表示したものである。従来方式を
示す第S図(b)において、ピストン胴部/−/は、巾
Bであってシリンダライナ3の表面上を摺動方向に対し
てV、の速度で移動しながら、速度v2でシリンダライ
ナ3の表面に接近するものとする。この場合、油膜厚さ
J−は11時間後には消滅し、ピストン胴部とシリンダ
ライナとはたがいに接触して@S図(a)の状態となる
。また接触後は、両者間に介在した油は当然に排除され
る。しかるに1本発明の構造をそなえる第6図のもので
は、図示のようにピストン胴部/−/の表面に欠球状の
多数の凹陥部l−λが刻設分布されておシ、そのため第
S図(b)のものと同様の速度v1およびV!が作用し
てピストン胴部が移動してT1時間を経過したとき、ピ
ストン胴部/−/はシリンダライナ3に対して局部的に
は接触するが、凹陥部/−Jに加圧貯留された油が介在
存置することになシ、接触している局部の間から油が 
   5完全に絶たれるということはない。なお、実際
には、ピストン/aシリンダライナ3に対して鳥募vl
で運動するため、流体力学的に軸受力が発生して、その
ため第5図に示す従来方式の場合においても完全に油切
れを起こすということはないが、第6因の本発明装置の
ように、欠球状の凹陥部を油溜として付設されたピスト
ンが、油膜保持の上でけるかに有利であることは、今更
説明するまでもなく自明の理である。
(実施例) 第1図は本発明にか\るピストンの一実施例を示す。ピ
ストン胴部/ −/のスラスト側および反スラスト側の
表面には、複数の凹陥部/−Jが刻設分布される。これ
は、ピストンlの重心位置がはyピストンピン6の穴の
近傍にあシ、そのためピストンがシリンダライナ内でそ
れは2ど傾斜しない場合に適応するもので、凹陥部/−
2がはy表面全域に亘って分布されるものである。
4$2図ないし第ダ図は本発明の他の実施例を示し、本
例はピストンピンの貫通位置を境として、上方部と下方
部とのそれぞれに対して、凹陥部l−2のF、置群を分
けて分布せしめた例である。
このように、凹陥部の分布を上下に分離した理由は、第
3図および第ダ図に示すように、ピストンlがシリンダ
ライナ3に対し、スラスト側上方部と反スラスト側下方
部で、あるいは逆に反スラスト側上方部とスラスト側下
方部で、それぞれ支持されるようなピストンに対して適
応せしめるためである。すなわち、ピストン/の重心位
置がピストンピンの穴に対して上方寄DK位置する場合
、ピストンlは胴の上方部と下方部とで強く支持される
ことになるので、胴部の接触を回避するのに最も効果の
現われる場所に対して凹陥部を分布せしめたものである
。
(発明の効果) 本発明にか\るピストンは、側圧を支持する胴部のスラ
スト側および反スラスト側の表面に複数の凹陥部を刻設
分布し、あるいは該表面であってピストンピンの貫通位
置を境として区分される上方部と下方部とのそれぞれに
対して複数の凹陥部を刻設分布したので、とくにシリン
ダの作動圧力を従来にくらべて増大させたい要望の強い
場合などの往復動機械用ピストンに適用して、ピストン
の焼付が防止され、ピストンに作用する側圧荷重の方向
がスッス事側力1ら反スラスト側へ、またその逆方向に
変る毎に、ピストンとシリンダクイナとの間に発生する
スラップが、上記複数の凹陥部に封じ込められ貯留され
ている油の圧力によって減殺され、スラップの増大を従
来のものにくらべて格段に減少し、したがってスランプ
音も低下する、などのすぐれた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は木発F!4に力為\るピストンの一実施例の正
面図、第2図は本発明にか\るピストンの他の実施例の
正面図、第3図および第り図はいずれもそのピストンの
作用を説明するための正面図、第S図葎)および(′b
)はいずれも従来のピストンの作動を解説するための説
明図、第6図(a)および(ト)はいずれも本発明ピス
トンの作動を解説するための説明図、第2図は従来のピ
ストン々らびに周辺装置の断面図、第を図(a) 、 
(b) 、 (c)および(d) Hいずれも従来のピ
ストンの作用を説明するためのそれぞれ異なる態様にお
ける説明図、第り図はピストンの外形図とそのプロフィ
ル曲線図である。 l・・・ピストン1/−/、、、ピストン胴部、/−J
、、、凹陥部、200.ピストンリング、384.シリ
ンダクイナ、 g 、、、シリンダヘッド、S10.連
接棒、600.ピストンピン、200.クランク軸。 ≦ピストンビン 第S図 (α>       (1> /−21!FF1ia印

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)往復動機械に使用されるピストンにおいて、側圧
    を支持する胴部のスラスト側および反スラスト側の表面
    に複数の凹陥部を刻設分布したことを特徴とする往復動
    機械用ピストン。
  2. (2)上記スラスト側および反スラスト側の表面であっ
    てピストンピンの貫通位置を境として区分される上方部
    と下方部とのそれぞれに対し複数の凹陥部を刻設分布し
    た特許請求の範囲第(1)項記載の往復動機械用ピスト
    ン。
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