JPS6143254A - 内燃機関用のピストン - Google Patents

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ック材料製のスタッド
ないしは突部を取付けることが知られておシ、このスタ
ッ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ック材料の摩擦係
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、したがって機関の出力の増加が得られ
る。

かかるスタッドないしは突部は、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７５：欠点である。

このことはエンジンの耐用寿命ないしは工／ジン運転期
間が制限されかつ短習であるン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ガ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。

問題点を解決するだめの手段 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、スカートがピストン軸線
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１つのプラスチック材料製のス）　ＩＪツゾを
保持しており、該ストリップが、このストリップを介し
て配属のシリンダもしくはライチ内を往復運動中のピス
トンの側力が伝達され、しかもこのストリップ上を潤滑
油膜が通過するように構成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を有するリングツぐンＰ状区分１１に
よっ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シ、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
でいるようなアルミニウム合金から鍛造まだは鋳造、特
に圧搾鋳造することができる。

ピストン軸線３４とぎストンピン孔軸線３５とを含む平
面の各側にスカート１３は複数のプラスチック材料製の
ストリップ１５を保持してツゾ１５が示されているが、
他の任意１適切な配置でストリップ１５を使用してもよ
い。ストリップの好適な材料の１つは英国特許出願第８
４、０６５４７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”ｌ　、！：　−緒に含むポ
リエーテルケトン、グラファ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
ンであってよく、かつ青銅は錫青銅、例えば１１％−錫
青銅であってよい。各ス）　ＩＪツゾ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１５は厚みよシも著しく大きな横
幅と長さを持っているので、ストリップは横幅を通過す
る軸線に関して可撓性である。

ストリップ１５は直接スカート１３の表面に配置しても
よいが、ストリップを、第２図から判るようにストリッ
プ１５を受容するように構成され、かつ受容されたスト
リップ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であってよい。ス）
　ＩＪツゾ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、ストリップ１５は、各ス）　Ｉ
Ｊツゾの端部をスカート１３内に形成されたスロット１
７内に挿入することによって所定位置に保持されている
。スロット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、したがって配属されるス）　ＩＪツブ
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、各ストリップ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ってスナップ結
合を形成して、ストリップをスカート上に保持する。図
面から判るようにストリップ１５はヘッドを有する突出
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内にスナップ結合し、その結果
ヘッドが孔１９に係合する。

３つのストリップ１５は以下のように配置されている（
第１図、２）。このうちの２つのストリップ１５はリン
グ・々ンド状区分１１０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）　ＩＪツゾ１５はこれら２つのストリップから軸線
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
トリップ１５間の間隙に対して整合せしめられている。

各ス）　ＩＪツブ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
線に沿っ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）　ＩＪツゾ１５の表
面はストリップ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
ってよい。傾斜角度は２°以下であってよい。あるいは
メトリツブ１５の表面はピストン軸線を含む平面に沿っ
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って７リングまたはライナの
表面に配置された油膜を有して配属シリンダないしは２
イナ内を往復運動する。ストリップ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
の厚みよシも大きいので、ピストンに接 対して相対的な連荀棒の角度に基因するピストンに働く
側力はスカート１３の残りの部分を介してではなく、３
つのストリップ１５を介してのみシリンダないしは２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
にわたって広がっ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、したがっ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、往復運動中ストリップ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
はライナとストリップ１５０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ップ表面
上に圧送せしめ、シリンダまたはライナとス）　ＩＪツ
ブ間に十分な流体潤滑を維持するのを促進しよう。

ストリップ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）、ストリップ１５をシリンダ
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ップ１５の表面上に高圧油膜
を与える。

ストリップ１５が軸線方向の寸法よシも大きな周方向の
寸法を持っていることは油膜がストリップ１５の軸線方
向の全長にわたっ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ップ１５が位置していることは下方
のストリップが上方の２つのストリップ間の間隙に整合
していることとともに、各ストリップ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犬Ｉ性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。しかしプラスチック
製ス）　ＩＪツゾ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内のストリップ１５の後方に入
り込み、かつストリップの裏面と隣接するスカート表面
との間にストリップの限定され、しかも騒音を減少させ
る半径方向の運動を許す油クッションを形成することに
よって促進される。

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
起シ得る。

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
ナとプラスチック製ストリップ１５との接触である。プ
ラスチッ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。

ストリップ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、ストリップ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′”傾斜ノミラド′”効果が更に、ストリップに
傾斜部２０が設けられていない場合にもストリップ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
チッ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から成っている
。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・ぐンド状区分よシ下方部
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っている。

切欠き２９と中央孔３０とは一体シート部材２７をピス
トンの周シ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の表面はストリップ３１を６つ有しており、
これらのストリップは各３つのストリップから成る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。各ストリッ
プグループの２つのストリップ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つのストリップ３１は周方向
でみて上方２つのストリップの中間に、しかもこれらの
ストリップから下方に間隔を置いて配置されている。各
ストリップ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からのストリップ３１の高さは１２〜１２５μであっ
てよく、かつチー・ξ角度は２°よシも小さい。

使用するに当って一体シート部材は例えば好適な接着剤
によっ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、かっス）　ＩＪツブ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ノξ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って
ストリップ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２
７をぎ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とぎ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
させる油クッションを提供しよう。

一体成形シート部材２７は任意の適切なプラスチック成
形法、例えば射出成形法によっ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ップ１５は結合部
材３３によって互いに結合されている。すなわちストリ
ップ１５と結合部材３３とは１度のシラスチック成形法
、例りげ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っ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
寸法を持つみそ内に配置される。

第８図と第９図に示された別の構成を持ったピストンは
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、かつピストンスカート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はリングツ々ンド状区分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、ピストンぎン
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
ラスチック材料から製作されたストリップ１５で覆われ
ている。下方のスカート部分ではストリップは上下にみ
そを有しておシ（第９図）、このみそでもってスカート
部分２４の上縁と下縁とにスナップ結合している。同様
のみそがストリッ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ップ結合している。

上方のスカート部分２３ではストリップは該スカート部
分２３の下縁にスナップ結合していて、スカート部分に
形成された凹所内に保持されている。ストリップの側縁
に設けられたみそがスカート部分の側縁にスナップ結合
している。

ストリップ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
リンダまたはライチ内を往復運動する。潤滑膜は上方へ
ストリップ１５上に圧送されて、十分力流体潤滑を与え
る。

上記以外の構成のストリップも推奨される。

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ってストリップを形成しても
よい。凹所区分は孔を設け、この孔内にストリップを配
属凹所にロックするためのス）　ＩＪツゾの部分を成形
してもよい。ストリッ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って実施でき、ストリップに
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
ことによってピストンスカート全面にわたって油膜が広
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、したがって機関の
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、流体温情は維持され、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
のストリッ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ッ
プを保持したスカート部分の断面図、第３Ａ図と第３Ｂ
図はストリップ端部を受容するためにスカートに形成さ
れたスロットの２つの構成を示した、第１図のｍ−ｍ線
に沿った断面図、第４図はス）　ＩＪツゾとスカートと
がスナッ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）　ＩＪツブ面を持つ第
１図から第３図に示された形式のス）　ＩＪツゾの断面
図、第６図は６つのストリップを保持した、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
ップが互いに結合された一体部材の構成のストリップを
示した図、第８図はストリッ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■−■線に沿った断面図でおる。 １０・・・クラウン、１１・・・リングツζノド状区分
、１２・・・ピストンリングみぞ、１３・・・スカート
、１４・・・ピストンピン孔、１５・・・ストリップ、
１５ａ・・・縦側縁、１５ｂ・・・横側縁、１６・・・
凹所、１７・・・スロット、１８・・・突出部、１９・
・・孔、２０・・・傾斜部分、２１・・・中央部分、２
３．２４・・・スカート部分、２５・・・支柱、２６・
・・ｔストンビンゼス、２７・・・一体シート部材、２
８・・・支持材、２９・・・切欠き、３０・・・中央孔
、３１・・・ストリップ、３２・・・チー・３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。 第８図 第９図 １０クラウン １５　ストリップ １０　　クラウン １５　　ストリップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関用のピストンであつて、クラウン（１０）
   と、ピストンピン孔（１４）と、スカート（１３）とを
   備えた形式のものにおいて、スカート（１３）がピスト
   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１つのプラスチック材
   料製のストリップ（１５）を保持しており、該ストリッ
   プ（１５）が、このストリップ（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
   トンの側力が伝達され、しかもこのストリップ（１５）
   上を潤滑油膜が通過するように構成されていることを特
   徴とする、内燃機関用のピストン。 ２、各ストリップ（１５）の端部がスカート（１３）に
   形成された各スロット（１７）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
   項記載のピストン。 ３、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（１
   ５）をスカート（１３）上に保持している、特許請求の
   範囲第１項記載のピストン。 ４、スカート（１３）が各ストリップ（１５）のための
   凹所（１６）を有しており、各凹所（１６）が配属され
   るストリップ（１５）を受容するように構成されていて
   、しかも配属されたストリップ（１５）の少なくとも１
   部分が凹所（１６）の周囲のスカート（１３）から半径
   方向に突出するような半径方向の深さを有している、特
   許請求の範囲第３項記載のピストン。 ５、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２つ以上のストリップ
   （１５）が配置されており、各ストリップ（１５）が互
   いに結合されて一体部材を構成しており、該一体部材が
   ピストンに固定されている、特許請求の範囲第１項から
   第４項までのいずれか１つの項記載のピストン。 ６、ストリップ（１５）が支持材（２８）を有して一体
   に構成されており、該支持材（２８）がピストンを包囲
   し、かつこれに固定されて、ストリップを保持するスカ
   ート（１３）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つの項記載のピストン。 ７、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
   リップが設けられており、その中の２つのストリップが
   ピストン軸線（３４）を含み、しかもピストンピン孔軸
   線（３５）に対して垂直な平面の両側に周方向に整列し
   、かつ互いに間隔を置いており、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、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
   か１つの項記載のピストン。 ８、ピストンのスカートがピストンの残りの部分から軸
   線方向に、かつ周方向に間隔を置いて配置された、別れ
   たスカート部分（２３、２４）１つ以上によつて構成さ
   れており、かつストリップ（１５）がこの別れたスカー
   ト部分をそれぞれ覆つている、特許請求の範囲第１項記
   載のピストン。 ９、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収れんする動力学的くさび状部を
   構成している、特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれか１つの項記載のピストン。 １０、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
   ようになつている、特許請求の範囲第１項から第８項ま
   でのいずれか１つの項記載のピストン。