JPH0151898B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は往復動ピストン式内燃機関のピスト
ン、詳しくはピストンとシリンダとの間からのガ
ス漏れ防止構造に関するものである。

〔従来技術〕

舶用デイーゼル機関等の燃焼部はシリンダヘツ
ドで頭部を閉塞された円筒状のシリンダと、シリ
ンダヘツド燃焼室内の燃焼ガス圧と吸排気とでシ
リンダ内を往復動し連接棒を介してクランク軸を
回転させるピストンとで形成されている。そして
ピストンの外周面に設けた複数条の各リング溝に
は、ピストン径よりもわずかに大径で拡張力を有
しシリンダ内壁面としつくり嵌合するピストンリ
ングがそれぞれ嵌装されており、ピストンが受け
る高温の熱をシリンダに伝達してピストンの過熱
を防止するとともに、燃焼室外へのガス漏れを少
なくし圧縮圧を保持して良好な燃焼を行なうよう
に構成されている。

しかしながら、従来の燃焼部においては、上記
ピストンリングによるガス漏れ防止について必ず
しも満足した効果を期待することができなかつ
た。すなわち、ピストンリングとリング溝との間
には、厚み方向のすき間と、拡張による円周方向
のすき間があり、またピストンリングには円周方
向の１箇所を切断することによる合い口のすき間
があつてこれらのすき間を過小にするとピストン
リングの熱膨張による折損やシリンダ壁の摩耗を
招くので、適当なすき間を設けなければならず、
したがつてガス漏れを完全に防止することが不可
能であつた。そこで従来は止むを得ずピストンリ
ングの数を増やしてガス漏れを最少限に止めるよ
うにしているので、シリンダ壁が摩耗し易く、ま
たピストンリングとシリンダ壁との摩擦力により
機械損失が増大するという欠点があつた。

〔発明の概要〕

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、複数条の環状溝と複数個のピストンリングと
を外周面に備え、上死点側のほゞ半ストローク間
で燃焼ガスを環状溝内へ拡散させるように構成す
ることにより、ピストンリングの作用と相まつて
燃焼室からのガス漏れを遮断し、ピストンリング
の数を減らすことを可能にしてシリンダの摩耗防
止を計つた内燃機関のピストンを提供するもので
ある。以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。

〔実施例〕

第１図ないし第６図は本発明に係る内燃機関の
ピストンの実施例を示し、第１図はこのピストン
を右半分と左半分とで90゜円周方向へ位相をずら
して破断した縦断面図、第２図は第１図のAA断
面図、第３図は第１図を矢印Ｂ方向から見た仰視
図、第４図は連接棒の球状頭部の一部破断正面
図、第５図は第４図のCC断面図、第６図は環状
溝の拡大断面図である。図において、シリンダ１
はその内周面に嵌着された円筒状のライナ２を備
えており、このライナ２の内周面には、全体を符
号３で示すピストンが摺動自在に嵌合されてい
る。ピストン３は、ピストン冠４とスカート５お
よび連接棒支持金物６とで形成されており、この
うちのピストン冠４はセラミツク材により円板状
に形成されていてその外周部には、耐熱鋼で形成
された複数個のねじ止め金具７が成形時に封入さ
れている。また、ピストン冠４の上端面には、図
示しない吸い排気弁との干渉を避けて燃焼を良好
にするための凹陥部８が設けられており、このよ
うに形成されたピストン冠４は、ねじ止め金具７
に係入されてスカート５のねじ孔に螺入されたボ
ルト９によつてスカート５に固定されている。な
お、ピストン冠４は耐熱鋳鉄で形成してセラミツ
クコーデイングを施してもよい。スカート５はピ
ストン冠４と同径であつてその内周のほゞ1/2に
は半球面５ａが形成されており、残りのぼゞ1/2
には円筒面５ｂが形成されている。１０はピスト
ン冠４とスカート５とをボルト９で固定するとき
に両者の芯出しをするための位置決めピンであつ
て、半球面５ａに設けたねじ孔５ｃに半球面５ａ
側から螺入されており、その先端のピン状部がピ
ストン冠４のピン孔にしつくり嵌合されている。
連接棒支持金物６はスカート５の円筒面５ｂに嵌
入されており、その鍔部からスカート５の端面ね
じ孔に螺入された複数個のボルト１１によつてス
カート５に固定されている。連接棒支持金物６
は、スカート５に固定された状態でその半球面５
ａとともに球面をなす頭截半球面６ａを備えてお
り、この頭截半球面６ａに続く下方には、第１図
にその半分を斜線で囲つて示す一対の対向摺動面
６ｂと、大径孔部６ｃとが連続形成されている。
全体を符号１２で示すものは、ボルト１３とダブ
ルナツト１４とでフランジ部を結合された球状頭
部１５と棒状部１６とからなる連接棒であつて、
その接合フランジ部には、互に平行する一対の摺
動面１７が形成されている。そして連接棒１２
は、球状頭部１５を前記半球面５ａ，６ａからな
る球面に回動自在に嵌合させ、また摺動面１７を
前記摺動面６ｂと摺接させることによつてピスト
ン３に連接されており、棒状部１６の他端は、図
示しないクランク軸の偏心部に嵌装されている。
このように構成されていることにより、空気を圧
縮して第１図に示す上死点にあるピストン３は、
圧縮空気中へ燃料が噴射されて着火されることに
より燃焼膨張するガス圧でシリンダ１内を下降
し、連接棒を介してクランク軸を回転させる。ク
ランク軸の回転によりピストン３が排気吸気中に
昇降し、さらにピストンの上昇により空気が圧縮
されてこのあと上記行程が繰返される。なお、第
１図の鎖線１２Ａはピストン３の昇降途中、クラ
ンク作用で傾斜した連接棒を示している。

そこで、燃焼時におけるガス漏れ防止構造につ
いて説明する。シリンダ１のライナ２内周面の上
死点側には、ピストン３のストローク７のほゞ1/
２の長さと0.4mm程度の厚みを有するセラミツクコ
ーデイング１８が溶射によつて施されており、一
方ピストン３のスカート５外周面には、セラミツ
クコーデイング１８と対向する複数個の環状溝１
９が軸線方向に並列して設けられている。この環
状溝１９は、シリンダ１とピストン３とのすき間
を第１図の下方へ向おうとするガスを、環状溝１
９部で渦流を発生させ拡散させてその圧力を低下
させるものであつて、ピストン３が上死点側の
ほゝ半ストロークを移動する間においてセラミツ
クコーデイング１８と対向するようにその位置が
上死点側に設定されている。また、環状溝１９の
断面形状は、第６図に拡大して示すように、上部
傾斜面と下部水平面および垂直面とで形成されて
おり、その深さは本実施例の場合例えばピストン
３とシリンダ１とのすき間のほゞ倍程度に設定さ
れている。一方、スカート５の下部外周面には、
複数条（本実施例では３条）のリング溝２０が設
けられており、このリング溝２０内には、円周の
１箇所を切断されて拡張力によりライナ２の内周
面としつくり嵌合する従来周知のピストンリング
２１が嵌装されている。このピストンリング２１
は、第１図に示す上死点においてセラミツクコー
デイング１８が施されていないライナ２内周面と
対向し、ピストン３の全ストローク中この内周面
と対向するように、その位置ならびにセラミツク
コーデイング１８の長さが設定されており、ピス
トン３の昇降とともにライナ２の内周面に沿つて
摺動するとともに、環状溝１９で拡散されて圧の
下がつたガスの通過を遮断するように構成されて
いる。

次に潤滑油の循環径路について説明する。連接
棒１２には、潤滑油ポンプによりクランク軸側か
ら圧送される潤滑油を上昇させる油孔２２が軸芯
部を貫通して設けられており、その上端は前記位
置決めピン１０との間の空間部に開口されてい
る。

また、油孔２２の上部からは、球状部１５周面
の環状溝２３で連結された複数個の油孔２４が分
岐されており、油孔２２内を上昇する油の一部を
噴出させて球状部１５の周面を潤滑するように構
成されている。さらに位置決めピン１０には、ス
パナ挿入孔を兼ねた孔２５とこれから分岐する複
数個の油孔２６とが設けられており、スカート５
の上端面には、複数個の油溝２７が油孔２６の開
口部を連結する環状溝２８から放射状に設けられ
ている。２９は油溝２７の終端を連結する環状油
溝であつて、その円周方向複数箇所には、スカー
ト５を軸線方向へ貫通する縦孔３０が穿設されて
おり、各縦孔３０は、球状部１５の中央を囲繞す
る空間部である環状油路３１に開口されている。
３２はスカート５の半球面５ａに設けられて油の
潤滑を良好にする油溝であり、また３３は第３図
に示すように連接稈支持金物６の円周方向２箇所
に設けられて球状部１５に沿う油溝であつて球状
部の下方へ開放されている。このように構成する
ことにより、半球面５ａ，６ａと球状部１５との
嵌合面を潤滑した油は、環状油路３１から油溝３
２を通つて下方のクランク軸方向へ放出される。

以上のように構成されたピストンの動作を説明
する。ピストン３が図示の上死点位置まで上昇す
ることによつて圧縮された高温高圧の空気中へ燃
料が噴射されると、燃焼ガスが膨張してピストン
３が下降し、そのスカート５の半球面５ａ，６ａ
と球状部１５を嵌合させた連接棒１２が下降す
る。この場合連接棒１２の下端がクランク軸の偏
心部と連結されているので、連接棒１２はその摺
動面１７を連接棒支持金具６の摺動面６ｂと摺接
させることにより回動を規制されるとともに第１
図に鎖線１２Ａで示すように揺動しながらクラン
ク軸を回転させる。また、潤滑油ポンプによりク
ランク軸側から圧送されて連接棒１２の油孔２２
を上昇してきた油は、油孔２２の開口部と油孔２
４の開口部とから流出し、一部は球状面５ａを潤
滑して環状油路３１内へ流下する。また残りの油
は油孔２６と油溝２７を通つて環状油溝２９に至
り、縦孔３０内を環状油路３１へ向つて流下す
る。この油は、油溝２７と環状油溝２９を通ると
きにピストン冠４の裏面を冷却し、また縦孔３０
を流下するときにスカート５の外周部である環状
溝１９とセラミツクコーデイング１８との摺動面
を冷却する。環状油路３１内に集つた油は油溝３
２を通つてクランク軸方向へ放出される。このよ
うにして燃焼ガスの膨張により下降したピストン
３がクランク軸の慣性による回転で昇降する間に
排気・吸気が行なわれ、次の上昇で空気が圧縮さ
れることにより１サイクルが終つてこのあとサイ
クルが繰返される。

以上のようなサイクル中に昇降するピストン３
のストロークのうち、上死点側のほゞ半ストロー
クにおいては環状溝１９とセラミツクコーデイン
グ１８とが対向し、かつピストンリング２１がセ
ラミツクコーデイングのないライナ２の内周面と
対向しながらピストン３が昇降する。また下死点
側のほゞ半ストロークにおいては、環状溝１９と
ピストンリング２１とがともにライナ２の内周面
と対向しながらピストン３が昇降する。したがつ
て、ガス圧の大きい上死点側のほゞ半ストローク
において、燃焼室内の燃焼ガスはピストン３とシ
リンダ１とのすき間を通りピストンリング２１方
向へ漏れようとするが、その途中に環状溝１９が
あるので、ガスは環状溝１９内で過流を発生しな
がら拡散されてその圧を、環状溝１９のない場合
の1/3以下に下げることが可能であるので、ピス
トンリング２１の数を少なくしてもガスの漏れを
最少限に止めることができる。また、シリンダ１
の上死点側内壁面にはセラミツクコーデイング１
８が施されているので、耐熱性に優れているとと
もに、シリンダ１からの熱放散を抑え、熱損失を
少なくすることができる。また、ピストン３とは
非接触であるから摩耗することがない。さらにピ
ストン冠４をもセラミツク材で形成することによ
り、燃焼ガスに対して断熱効果を持たせられる。

なお、本実施例においては本発明を４サイクル
のデイーゼルエンジンに実施した例を示したが、
２サイクルのデイーゼルエンジンおよび４サイク
ル、２サイクルのガソリンエンジンにも同様に実
施することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば、内燃機関のピストンにおいて、上死点側の
外周面に複数条の環状溝を設けてこれを上死点側
のほゞ半ストローク間においてシリンダのセラミ
ツクコーデイング内壁面に対向させ、また下死点
側の外周面リング溝内に複数個のピストンリング
を嵌装してこれをピストンの全ストローク間にお
いてシリンダのセラミツクコーデイングされない
内壁面に対向させるように構成することにより、
燃焼室から漏れようとするガスが環状溝での拡散
により降圧されてピストンリングからの漏れが少
なくなるので、ピストンリングの数を従来よりも
少なくすることができ、ピストン摺部部の摩擦に
よる機械損失が減少して機関の効率が向上すると
ともに、シリンダの摩耗が減少し耐用性が向上す
る。また、シリンダの上死点側の内壁面にはセラ
ミツクコーデイングが施されているので、シリン
ダからの熱放散を抑えることもでき、熱損失を少
なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明に係る内燃機関の
ピストンの実施例を示し、第１図はこのピストン
を右半分と左半分とで90゜円周方向へ位相をずら
して破断した縦断面図、第２図は第１図のAA断
面図、第３図は第１図を矢印Ｂ方向から見た仰視
図、第４図は連接棒の球状頭部の一部破断正面
図、第５図は第４図のCC断面図、第６図は環状
溝の拡大断面図である。 １……シリンダ、２……ライナ、３……ピスト
ン、１２……連接棒、１８……セラミツクコーデ
イング、１９……環状溝、２０……リング溝、２
１……ピストンリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上死点側のほゞ半ストローク間においてシリ
   ンダ上死点側のセラミツクコーテイング内壁面と
   対向する複数条の燃焼ガス拡散用環状溝を周面に
   設け、全ストローク間においてシリンダ下死点側
   のセラミツクコーデイングされない内壁面と摺接
   する複数個のピストンリングを外周リング溝内に
   嵌装したことを特徴とする内燃機関のピストン。