JPS59131748A - ディーゼル機関用のピストン - 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】 本発明は、内燃機関用ピストン、とくにディーゼルエン
ジン用ピストンに関する。

ディーゼルエンジン内の燃料は、燃料の噴射に先立ち、
シリンダ内の圧縮された空気の温度によって点火される
ので、燃焼が行なわれる場合には、燃料点火に必要な温
度に達するのを確保するために空気を所定程度だけ圧縮
することが必要である・しかし、燃料け、エンジンのシ
リンダ内でビス）・ンが上死点に達する前に噴射され、
シリンダ内の圧力は、燃料が噴射された後も上昇し続け
る。

ディーゼルエンジンにおいて使用されル高い圧縮比の点
で、上死点またはその直後に到達した最大ンリンダ圧は
かなりなものである・このピーク圧はピストンに負荷を
与え、軸受が損傷しかつ潤滑効率が低下する。さら（で
、衝撃波をエンジンブロックに通過させ、この衝撃波が
水冷却系統にキャビテーションを惹起し、シリンダの水
側からの金属の浸食が生じうる・圧力の上昇する速度も
、ピストンに疲れやひび割れを惹起し、ピストンピン月
？スの寿命を低下する０さらに、高い圧力上昇速度は、
ディーゼルエンジンの騒音放出スにクトルにおける重要
な因子である。また最犬圧考、空気がシリンダに入る前
に圧縮されかつ燃料噴射装置に不利な影響を与える程度
を定める。さらに、特定の場合には、エンジンの始動時
に加熱器の使用が必要となる。

本発明によれば、少なくとも部分的にピストンの残余部
分に対し相対的に可動の部材によって形成されたクラウ
ンを有し、該部材は各圧縮行程において、関連せるシリ
ンダ内の圧力が所定レベルに達したときに、第１位置か
ら燃焼室容積が増加している第２位置へ動き、該部材は
各膨張行程において所定圧に達するまで第２位置を維持
し、所定圧に達したときに該部材は第１位置に戻る。

以下に、本発明の若干の実施例を添付図面につき詳述す
る。

第１図に関し、第１実施例のピストンはアルミニウムま
たはアルミニウム合金から鋳造され、スカート１１およ
びピストンリング溝１２が形成されているピストン本体
１０を有する。ピストン本体の中心部には、円筒形の孔
１３が設けられていて、孔の下端（（−１真中の孔およ
び環状段部１５を備える半径方向に延びる環状面１４に
終る。環状面１４は、鋼板１６で覆われている。

アルミニウム合金または鉄系合金からなるクラウン１７
は、ゼルト１８によりピストン本体１０に固着されかつ
スカート１１と連続する外面１９を有しかつ場合によっ
ては別のピストンリング溝１２が形成されている。クラ
ウン１７はたいてい環状であって、半径方向に内側の環
状面２０を備え、該環状面が燃焼室２１への入口を形成
する。面２ｏの半径方向で内側の縁からは環状孔２２が
延びている。孔２２の直径はピストン本体の孔１３の直
径よりも小さいので−２つの部分の間に段部２３が形成
する・たいてい円筒形のピストン様部材２４はピストン
本体１０によって支持され、燃焼室２１の中心部を形成
する上面２５を備えている・部材２４は円筒形外面２Ｇ
を有しかつクラウン孔２２中にすベシばめされている。

面２６は環状うベット２７に終っていて、該ライノドは
、第１図に示された部材２４の位置において、クラウン
１■とピストン本体ｌ○との間の段部２３と係合して部
材２４が上向き方向で軸方向に移動するのを阻止する。

円筒面２６には、部材２４とクラウン１７との間のシー
ルを形成するためのシールリング（図示せず）を収容す
る溝２８が設けられている。

また部材２４は、ピストン本体１０の孔１３内に収容さ
れかつ該孔の直径よりも著しく小さい直径を有するたい
てい円筒形の下部２９を有する。下部２９と孔１３との
間の環状間隙内に、数組の板ばね３０が配置され、最上
方の板ばねが部拐２４に当接しかつ最下方の板ばねが鋼
板１６に当接している。この配置は、板ばね３０うなも
の〒ある。

ピストンは、鋼板１６をピストン本体１０中へ差込み、
次いで鋼板１６上に板ばね３ｏを置くことによって組立
てられる。次いで、部拐２４を、座金を通って下方へ延
びる円筒形部分２９で、板ばね３０を有する受部中へ嵌
込む。次いで、クラウン１７を所定位置に置くと、段部
２３が部材２４のライノド２７を押し、板ば元３０を部
分的に圧縮する。次いで、７１サルト１８を差込んでク
ラウン１７をピストン本体に固着し、板ばね３０を部分
的圧縮下に保つ。

使用時には、ピストンを、２サイクルまたは牛サイクル
のディーゼルエンジンであってもよくかつ自然吸気型か
または有利（（加圧給気型であってもよ１．／−１テイ
ーゼルエンジンの７リングに挿入する。周知のように、
ディーゼルエンジンは空気装入量をディーゼル燃料が点
火する温度に圧縮し、次いで必要外圧縮が達成されたと
きに燃料を点火して膨張および排気行程を生起させ、引
続き再圧縮および燃焼が続く原理に基づいて働く。燃料
は、上死点前に噴射される。燃焼を開始するだめに必要
な空気温度を得るためには、エンジンの圧縮比がオソト
サイクルエンジンにおける圧縮比よシもはるかに高く、
たとえば直接噴射エンジンでは１２と１８：ｌとの間で
なければならない。

燃１が噴射され、燃焼が開始された後、圧力は増加し上
死点の直後で膨張行程に傾く前に最大圧に達する・これ
は、部材２４−を有しない常用のピストンにつき、第２
図に破線３１により略示されている＠高い最大圧は多数
の不利な結果を有し、そのなかには軸受部およびエンジ
ン部分の高い応力、潤滑油膜の破壊、エンジンブロック
を通る衝撃波の生成（これがまたエンジンの金属の浸食
をもたらす水冷却系統におけるキャビテーションを惹起
しうる）、およびエンジンが長期間高い昇圧に耐えられ
ないことがある０さらに、この最大圧は燃料噴射装置に
対して不利な効果を有し、始動時、および許容しうる騒
音放出および振動スペクトルを達成するのに困雛を生じ
る。

第１図に関して上述したピストンは次の方法で作動する
・ピストンが空気装入量を圧縮するだめの圧縮行程を開
始する際、部材２４は第１図に示した位置にとどまるの
で、燃焼室は小さい容積を有する。こ９１．てピストン
は、常用のピストンと同じ方法で、燃料の燃焼を惹起す
るのに必要な温度に空気を圧縮するために働く。

次いで、燃料噴射が行なわれ、板げね３０は、燃料噴射
の際に到達した圧力になるまで部桐２牛の運動が起きな
い程度の予負荷を受ける・しかしこの時点で、部拐２４
の燃焼室の面２５に働くシリンダ圧は、板ばね３０を圧
縮して、部材２４をクラウン１７中の孔２２内を、燃焼
室２１がより大きい容積を有する第２位置へ滑動させる
のに十分である。部拐２４の１端は段部１４の半径方向
で内側の鋼板１６の部分に当接する。こうして鋼板１６
は、板ばね３０および部材２４がピストン本体を摩耗す
るのを阻止する。

この結果、ンリンダ内の燃焼雨の最大容積が増加し、最
大圧が減少する。ピストンが上死点および最大圧を通過
すると、／リンダ圧は、限昇圧が再度得られるまで減少
する。次いで部材２４は、ラペノト２７が段部２３に接
し、燃焼室２１が小さい容積を有する第１図に示した第
１位置に戻る。

これは、第２図に連続線３２に略示されている０曲線３
１．３２は、燃料噴射点に達するまで互いに追従するこ
とが認められる・次いでシリンダ圧は、つりあい圧が再
度得られ、２つの曲線が実際に再び一致する捷で、常用
のピストンに比べて低下する。

第１図のピストンは次の利点を有する：１、　ンリンダ
ビーク圧は、噴射に続く圧力上昇速度と一緒に減少する
。これが負荷の減少により軸受寿命の増加をもたらすと
ともに、クランクビン支承面およびピストンピン支承面
における満足な油膜の維持を助ける。

２　エン、クンの周期的トルク特性が改良され、上死点
のまわりで吸収されたエネルギの若干は、引続き膨張行
程において消費される・こうしてエンジンの比出力は、
所定の燃料入力レベルに対し、第１図で上述したピスト
ンを使用しないエンジンの比出力に等しいか捷たけこれ
よりも僅かに良好である。こうして、円滑で静かな燃焼
をつくるために比出力を減少する必要性が除かれ、エン
ジン構造における衝撃振動が少ない。

３　衝撃波の強さが減少し、水冷されたンリンダライナ
におけるキャビテーション浸食の減少傾向をもたらす。

牛、燃焼室２１の増加した容積のため、面２５は燃焼室
縁部浸食が少なく長い寿命を有する。

さらに、ピストンピンの寿命は減少した圧力によって増
加する。

５　エンジンは、冷却装置が十分であるとすれば、長期
間高レベルの圧力変化ＶＣ而」える。

６、　かかるピストンは燃料噴射装置を簡略化し、かつ
かかる装置の費用を軽減し、若干の場合には始動時にお
ける加熱器の使用を省略できる０ ７、再設計なしに、エンジンは種々の燃料を使用できる
。

８　圧縮比は始動時に変化せず、エンジンの始動特性に
対して不利な効果は存在しない・ばねが位置定めされて
いるス被−スには、ばねを冷却するためおよび部月２４
の移動を制動するためにオイルを適用することができる
・ピストンに燃焼室２１を設ける必要はないことは明ら
かである・ピストンは、所定圧に達したときにくぼみを
開き、シリンダ圧が所定圧より下に低下したときにくほ
みを閉じる部材２４を備える通常の平クラウンを有する
ことができる。才だ、ピストンは板ばね３０を用いる必
要のないことも明らかであり、コイルばねのような任意
の適当なばね部材を使用することができる０ コイルばねを用いる２つの実施例は第３図および第４図
に示されている。第３図において、ピストンは大体にお
いて第１図に関して上述したピストンのように構成され
、第１図および第３図に共通の部分には同じ参照数字が
与えられかっ詳述されない。第３図のピストンにおいて
、部材２４はその下面に中心の環状くぼみ３２を備えか
つ鋼板１６には中心の上向きボス３３が形成されている
０部材２４と鋼板１６との間には、２つの同軸コイルば
ね３４，３５が配置されている。内側コイルばね３４は
くぼみ３２および目ソス３３に係合し、外側コイルばね
３５は部材２４の外側部分および鋼板１６に係合する・
コイルばね３４，３５は相反する方向を有する。

第３図のピストンは、第１図のピストンと同じ方法で作
動し、かつ同じ利点を有する。２つのコイルばね３３，
３４を設けると、第１図のピストンに比して増加した力
を部材２４に適用できる。このことは、とくに高い圧力
が発生すル特定のディーゼルエンジンにおいて望ましい
・次に第４図に関し、第２の実施例のピストンは、双方
共アルミニウムまたはアルミニウム合金からつくられて
いるクラウン４０および本体４１を有する。クラウン４
０は一般に環状であって、３つのピストンリング溝４３
を有するすングノζンド４２を備え（いる。クラウン４
０の中心には、燃焼室４５への入口を形成する環状面４
４が設けられている。面４ζ内縁から下向きに環状孔４
６が延びている・ 本体４１は、ゼル）５０によりクラウン４０に連結され
た、一般に円錐台形の中心部分４９を有する。本体の上
端には、間隔を有する突出部４７が形成され、該突出部
はボルト５０によってクラウン４０に向って引上げられ
かつ角度間隔を有しその間にスロットを形成する。整列
されたピストンピン孔５１が設けられ、中心部分４９の
下端は、ピストン軸に対して直角の平面内にある上面を
有する環状スカート５２に連結されている。成形された
連結棒５３は、本体４１にあるピストンピン孔５４と整
列されているピストンピン孔５４を有するＯ クラウン孔４６内には一般に円筒形のピスト７　ｍ　部
材５５がすベシばめされてかつ、燃焼室４５の中心部分
を形成する上面５６が形成され　。

ている。部材５５は下向きかつ外向きに延びるス・ｑイ
ブ腕５７を有し、該腕は本体４１にある突出部４７の間
のスロットを通りかつその端部に、クラウン４０の下面
５８の下に係合する環状部６２を有する・こうして、部
月５５は、クラウン４０および本体４１に対し相対的な
りラウン孔４６内でのすべり運動に対して自由である０ 環状部６２とスカート５２に設けられている座金６１と
の間には、部分的に圧縮されたコイルばね５９が配置さ
れている。このばねが部材５５を強制的に第４図に示し
た位置にもたらす。

第４図に関し上述したピストンは、第１図および第３図
に関して上述したピストンと同じ方法で作動し、同じ利
点を有する。第１図〜第３図のピストンと比較して、第
４図のピストンは軽量でありかっばね５９は長さの増加
により増加した力で部材５５を押すことができる０設け
られている燃焼室は任意の所望の形状を有することがで
きる。

第１図〜第４図のピストンはディーゼルエンジンと関連
して記載されているが、オソトサイクルエンジンまたは
任意の他の形のエンジンにおいて使用しうろことは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

添伺図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は可変
容積の燃焼室を有するディーゼルエンジン用ピストンの
断面図、第２図は第１図のピストンおよび固定容積の燃
焼室を有するピストンの、クランクシャフト角対ディー
ゼルエンジンのシリンダ内の圧力の変化を示す曲線図、
第３図は第１図のピストンの変更形の断面図であシかつ
第４図は可変容積の燃焼室を４１する、ディーゼルエン
、ノン用ピストンの第２実施例の断面図である。 １ｏ　・ピストン本体、１１・・・スカート、１２・・
・ピストンリング溝、１３・・・円筒形孔、１４・・・
半径方向の環状面、１５・・・環状段部、１６・−鋼板
、１７・・・クラウン、１９・・・外面、２０・・半径
方向で内側の環状面、２１・・・燃焼室、２２・・・環
状孔、２３・段部、２４・・ピストン様部材、２５・・
上面、２５・・円筒面、２８・溝、３０・板げね、３２
・・・中心の環状くぼみ、３３・・中心の上向き、＋？
ス、３４．３５・コイルばね、４０・・・クラウン、４
１・・・ピストン本体、４３・ピストンリング溝、４５
・燃焼室、４７・突出部、５０・・ビルト、５２・・ス
カート、５４・・ピストンピン孔、５５　ピストン様部
材、５９・・・コイルばね手続補正書（方式） 昭和５９年２　月１３日 特許庁長官殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第１６６８２６号２
・発明の名称 内燃機関用ピストン ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　ニーイー・ビーエルシー ４代　理　人 昭和５９年　１月３１日　　（発送８）６、補正の対象 ３４９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも部分的に、ピストンの残余部分に対し相
   対的に可動の部材によって形成されたクラウンを有し、
   該部材は各圧縮行程において、関連せるシリンダ内の圧
   力が所定レベルに達したときに第１位置から、燃焼室容
   積が増加している第２位置へ動き、該部材は各膨張行程
   において所定圧が得られるまで第２位置を維持し、所定
   圧に達したときに第１位置に戻ることを特徴とする内燃
   機関用ピストン。 ２、　クラウンが一部分、第１位置において小さい容積
   の燃焼室を形成し、第２位置において大きい容積の燃焼
   室を形成する部材によって形成される燃焼室を有する、
   特許請求の範囲第１項記載のピストン・ ３、部材が第１位置に向ってバイアスされていて、圧縮
   行程において所定圧が得られたとき、パイアスカに抗し
   て第２位置へ動く、特許請求の範囲第１項捷たは第２項
   記載のピストン。 牛、　部材が、部材に対して作用するシリンダ内の圧力
   によって動かされる、特許請求の範囲第３項記載のピス
   トン。 ５、パイアスカが、該部材に対して作用するばね装置に
   よって得られる、特許請求の範囲第３項または第４項記
   載のピストン、 ６　ばね装置が１つまたは多数の予張カをかけた板げね
   またはコイルばねによって形成される、特許請求の範囲
   第５項記載のピストン。 ７　クラウンの残余部分が、円筒形の孔を囲む燃焼室へ
   の入口を形成し、部材は第１位置と第２位置との間で移
   動するため上記孔内にすベシばめされているほぼ円筒形
   の面を有し、部材の上端が燃焼室の残余部分を特徴する
   特許請求の範囲第２項〜第６項のいずれが１項記載のピ
   ストン。 ８、　円筒形面が、部材と孔との間のシールを形成する
   １つまたは多数のリングを有する、特許請求の範囲第７
   項記載のピストン。 ９．第１位置への部利の移動が、クラウンの残余部分お
   よび部材の共動部分（２３，２７；、５８．６２）の間
   の保合によって制限されている。特許請求の範囲第１項
   〜第δ項のいずれか１項記載のピストン。 １０、　　クラウンがピストンの残余部分とは別個に形
   成されかつ該部分に固着されている、特許請求の範囲第
   １項〜第９項のいずれが１項記載のピストン。 １１、　　クラウンが、ピストンの残余部分に対して固
   着されている半径方向で外側の環状部材によって形成さ
   れ、外側の環状部洞内に可動部材が位置定めされかつピ
   ストン軸に対して平行な方向に移動する、特許請求の範
   囲第１項〜第１０項のいずれか１項記載のピストン。