CN103748346B - 内燃机用活塞 - Google Patents

Abstract

提供能降低裙部和气缸内面的摩擦阻力并且能提高燃料效率的活塞。本发明是内燃机用活塞（1），在沿着气缸内面（12）滑动时，在裙部（6）的中央产生高表面压力部（14），在高表面压力部（14）的两侧产生低表面压力部（15），上述内燃机用活塞（1）的特征在于，在多个部分中的高表面压力部（14）设置有水平槽（16），在多个部分中的低表面压力部（15）设置有朝向高表面压力部（14）侧向下倾斜并且与水平槽（16）的端部连接的倾斜槽（17）。

Description

内燃机用活塞

技术领域

本发明涉及内燃机用活塞（以下，有只称为“活塞”的情况），特别是涉及形成于活塞的裙部的槽的构成。

背景技术

一般的内燃机是将收纳在气缸内的活塞的升降运动经由连杆传递给曲轴，使曲轴旋转。另外，通常在上述活塞的外周部形成有裙部。

另外，活塞根据内燃机的运转条件在涵盖斯特里贝克曲线的边界润滑区域-混合润滑区域-流体润滑区域的大范围的润滑条件下工作。因此，在活塞的推力侧和反推力侧润滑状况不同，根据活塞的部位润滑状况也不同。

这样的润滑状况的差异也在上述裙部内产生。即，在活塞沿着气缸内面滑动时，在裙部的表面压力不同的多个部分产生，该多个部分中的表面压力高的部分（高表面压力部）的油膜呈薄的状态，特别是，在活塞到达上止点时油膜最薄。伴随于此，产生易于发生烧结、磨损的问题。

因此，以使润滑油保持在裙部为目的，提出利用激光、切削加工方式的图案化在裙部的外周面形成润滑油积存的方法。另外，为了提高产生微观上的固体接触（裙部和气缸内面的接触）的边界润滑区域、混合润滑区域的耐烧结性和滑动特性，提出在裙部的外周面进行表面处理的方法。

而且，还提出在裙部的外周面同时进行上述图案化和表面处理的方法，作为廉价而简便的方法的例子，存在对树脂涂层进行图案化的方法。另外，提出进行图案化使得在活塞滑动时将润滑油从裙部的外周面的两端部（低表面压力部）导向中央部（高表面压力部）的方法（参照专利文献1和2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2009-30521号公报

专利文献2:特表2007-509279号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1和2中记载的活塞使润滑油保持在裙部的外周面的中央部的功能低。因此，有可能在活塞滑动时裙部的外周面的中央部的油膜变薄，裙部和气缸内面的摩擦阻力增大，导致燃料效率降低。

另外，在专利文献2所记载的活塞中，虽然在裙部的中央设置有润滑油的存储通道(参照同文献的图3和图3A)，但是润滑油的存储量不足。而且，由于该存储通道与活塞的滑动方向(上下方向)平行地设置，因此有伴随着活塞的滑动而存储通道内润滑油易于减少的问题。

因此，本发明考虑了上述事情，其目的在于提供能降低裙部和气缸内面的摩擦阻力并且能提高燃料效率的活塞。

用于解决问题的方案

本发明是内燃机用活塞，在沿着气缸内面滑动时，在裙部的中央产生高表面压力部，在该高表面压力部的两侧产生低表面压力部，上述内燃机用活塞的特征在于，在上述活塞的上端设置有顶部，并且在上述顶部的外周设置有环槽，在上述高表面压力部设置有与上述环槽平行地设置的水平槽，在上述低表面压力部设置有朝向上述高表面压力部侧向下倾斜并且与上述水平槽的端部连接的倾斜槽，上述水平槽和上述倾斜槽在上述高表面压力部和上述低表面压力部之间的边界相互连接，上述裙部设置有涂层，并且上述水平槽和上述倾斜槽是通过对所述涂层进行图案化而形成的，从而被上述涂层围绕。

通过采用这样的构成，能在活塞上升时，使润滑油从低表面压力部顺利地流入高表面压力部，在活塞下降时，使润滑油的一部分留在高表面压力部。因此，在活塞到达上止点时，使一定量的润滑油保持在高表面压力部，能抑制高表面压力部和气缸内面的固体接触。伴随于此，能降低高表面压力部和气缸内面的摩擦阻力，并且能提高燃料效率。

另外，也可以是，在上述水平槽中设置有至少朝向上下任一方且部分扩张的保持部。

通过采用这样的构成，能在活塞升降时使一定量的润滑油保持在上述保持部，进一步提高使润滑油保持在高表面压力部的功能。伴随于此，能进一步有效地抑制高表面压力部和气缸内面的固体接触，能进一步降低高表面压力部和气缸内面的摩擦阻力。

而且，也可以是，在上述倾斜槽中设置有至少朝向上下任一方且部分扩张的保持部。

通过采用这样的构成，能在活塞升降时不仅使一定量的润滑油保持在高表面压力部，还保持在低表面压力部，进一步提高使润滑油保持在裙部的功能。

另外，也可以是，上述水平槽和上述倾斜槽在上下有多层，各层之间设有规定的间隔，在上述各水平槽之间和上述各倾斜槽之间设置有独立于上述水平槽和上述倾斜槽的凹部。

通过采用这样的构成，能总是使一定量的润滑油保持在凹部，进一步提高使润滑油保持在裙部的功能。

发明效果

根据本发明，能提供能降低裙部和气缸内面的摩擦阻力并且提高燃料效率的活塞。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的活塞的侧视图。

图2涉及本发明的第1实施方式的活塞的裙部，（a）是示出活塞上升时的润滑油的流动的侧视图，（b）是示出活塞下降时的润滑油的流动的侧视图。

图3是示出本发明的第2实施方式的活塞的侧视图。

图4是图3的主要部分放大图。

图5是示出本发明的第3实施方式的活塞的侧视图。

图6是示出本发明的第4实施方式的活塞的侧视图。

具体实施方式

下面基于附图说明本发明的活塞1的优选实施方式。

＜第1实施方式＞

首先，使用图1、图2说明本发明的第1实施方式。此外，在本实施方式中对为了方便说明而将图1的左侧作为活塞1的正面侧（前侧）的情况进行说明。

如图1所示，活塞1能升降地收纳在内燃机的气缸2内。活塞1由铝合金材料等形成为有盖圆筒形状。活塞1具备：设置在活塞1的上端的顶部3；从顶部3的前后两侧向下方延伸的前后一对销毂部5；以及从顶部3的外周向下方延伸的左右一对裙部6（在图1中，只表示跟前侧的裙部6）。

在顶部3的上方，在气缸2和气缸盖7之间形成有燃烧室8。在顶部3的外周设置有环状的环槽10，在该环槽10中装配有活塞环（未图示）。

在各销毂部5在水平方向设置有销孔11。虽省略了图示，但在销孔11中装配有活塞销，通过该活塞销将连杆连接到活塞1，连杆连接着曲轴。并且构成为：活塞1的升降运动经由连杆变换为曲轴的旋转。

各裙部6沿着气缸内面12弧状地弯曲。在裙部6的外周面13施加有树脂涂层。该树脂涂层是例如通过利用喷雾式、丝网印刷式、移印式等方式将使二硫化钼、石墨、PTFE等固体润滑剂分散在聚酰胺亚胺等热硬化性树脂中的药剂涂敷在裙部6的外周面13而形成的，药剂的涂敷部分为凸部，药剂的非涂敷部分为凹部（润滑油积存）。此外，在图1和图2中，在药剂的涂敷部分S（树脂涂层部分S）附上多个点（在图3以后中也是同样）。

在伴随着内燃机的运转而活塞1滑动时，裙部6的外周面13不会具有均匀的应力分布，产生表面压力不同的多个部分。例如，在本实施方式的裙部6的情况下，该多个部分中的表面压力高的部分（以下称为“高表面压力部14”）产生在裙部6的前后方向中央，上述多个部分中的表面压力低的部分（以下称为“低表面压力部15”）产生在高表面压力部14的前后两侧。此外，在图1、图2中所表示的双 点划线X、X示出高表面压力部14和低表面压力部15的边界（在图3以后中也是同样）。

在裙部6的高表面压力部14，沿着水平方向（在本实施方式中为前后方向）设置有水平槽16。水平槽16与顶部3的环槽10大致平行地设置。水平槽16是通过对上述树脂涂层进行图案化而形成的。即，不施加树脂涂层的部分（药剂的非涂敷部分）成为水平槽16。水平槽16在上下有多层，各层之间设有规定的间隔。

在裙部6的低表面压力部15设置有朝向高表面压力部14侧向下倾斜的倾斜槽17。倾斜槽17相对于水平方向的倾斜角度为5度～60度，更优选为10度～30度。倾斜槽17与上述水平槽16相同，均是通过对树脂涂层进行图案化而形成的。即，不施加树脂涂层的部分（药剂的非涂敷部分）成为倾斜槽17。倾斜槽17在上下有多层，各层之间设有规定的间隔，倾斜槽17的高表面压力部14侧的端部与水平槽16的两端部连接。

在如上所述的构成中，裙部6的外周面13的油膜在活塞1到达上止点时最薄，伴随于此，在高表面压力部14和气缸内面12之间易于产生微观上的固体接触，产生摩擦阻力的上升、烧结、磨损。对此，在本实施方式中以如下方式避免了上述各问题。

首先，在活塞1上升时，如图2（a）中箭头所示，润滑油从倾斜槽17流入水平槽16，润滑油从低表面压力部15提供给高表面压力部14。此时，由于倾斜槽17朝向高表面压力部14侧向下倾斜，因此润滑油沿着倾斜槽17顺利地流入水平槽16。伴随于此，使润滑油集中在油膜变薄、润滑状态变差的高表面压力部14，能抑制高表面压力部14的油膜的稀薄化。

另外，在活塞1下降时，如图2（b）中斜横向的箭头所示，一部分润滑油从水平槽16的两端部向倾斜槽17流出。另一方面，另外一部分润滑油如图2（b）的部分放大图中向上的箭头所示，不向倾斜槽17流出，而由水平槽16保持在高表面压力部14内。

在本实施方式中，根据活塞1滑动时产生的表面压力的差对裙部6的外周面13进行区域划分，在高表面压力部14和低表面压力部 15分别设置图案不同的槽16、17。并且，在活塞1上升时，使润滑油从低表面压力部15顺利地流入高表面压力部14，在活塞1下降时，将润滑油的一部分留在高表面压力部14。因此，与现有技术相比，能增厚高表面压力部14的油膜，在活塞1到达上止点时，能将一定量的润滑油保持在高表面压力部14。伴随于此，能抑制高表面压力部14和气缸内面12的固体接触，能降低高表面压力部14和气缸内面12的摩擦阻力，因此滑动性和燃料效率提高。

另外，在本实施方式中，由于是通过对施加在裙部6的外周面13的树脂涂层进行图案化而形成水平槽16和倾斜槽17的，因此能通过廉价且容易的方法形成水平槽16和倾斜槽17。另外，由于能通过树脂涂层提高裙部6的润滑功能，并且能通过水平槽16和倾斜槽17提高润滑油的保持功能，因此能进一步降低高表面压力部14和气缸内面12的摩擦阻力，实现燃料效率的提高。

在本实施方式中，是通过对树脂涂层进行图案化来形成水平槽16和倾斜槽17，但是在其它不同的实施方式中，可以通过激光加工、机械加工（切削加工）来对裙部6的外周面13直接进行图案化。

在本实施方式中，水平槽16和倾斜槽17在上下有多层，各层之间设有规定的间隔，但是在其它不同的实施方式中，水平槽16和倾斜槽17也可以各是一层。

＜第2实施方式＞

下面使用图3和图4说明本发明的第2实施方式。此外，关于裙部6的高表面压力部14以外的部分的构成，由于与第1实施方式相同，因此省略说明。

如图3所示，在高表面压力部14的各水平槽16中设置有朝向上方且部分扩张的多个上侧保持部20a，并且设置有朝向下方且部分扩张的多个下侧保持部20b。各保持部20a、20b是通过对树脂涂层进行图案化而形成的。即，不施加树脂涂层的部分（药剂的非涂敷部分）成为各保持部20a、20b。

如在图4中最佳地示出的那样，各保持部20a、20b形成为半圆状，上侧保持部20a和下侧保持部20b设置在分别对应的位置。这样 的保持部20a、20b的形状和配置能通过使正圆状的图案组合到形成各水平槽16的直线状的图案而容易地实现。

形成于一个水平槽16的各保持部20a、20b与形成于配置在上述一个水平槽16的上下的水平槽16的各保持部20a、20b的位置前后错开。即，上下相邻配置的水平槽16彼此配置为：各保持部20a、20b的位置不重叠。

在如上所述的构成中，各保持部20a、20b难以受到伴随活塞1的滑动的影响，在活塞1下降时润滑油保持在上侧保持部20a，在活塞1上升时润滑油保持在下侧保持部20b。伴随于此，能防止润滑油从水平槽16向倾斜槽17流出，在活塞1升降时使一定量的润滑油保持在高表面压力部14，能进一步有效地抑制高表面压力部14和气缸内面12的固体接触。伴随于此，能进一步降低高表面压力部14和气缸内面12的摩擦阻力。

在本实施方式中，将各保持部20a、20b设为半圆状，但是在其它不同的实施方式中，也可以将各保持部20a、20b设为三角形、四边形等半圆以外的形状。另外，在本实施方式中，对将上侧保持部20a和下侧保持部20b两者都设置于水平槽16的情况进行了说明，但是在其它不同的实施方式中，可以只将上侧保持部20a和下侧保持部20b中的任一方设置于水平槽16。但是，为了在润滑油易于从高表面压力部14向低表面压力部15流出的活塞1下降时使一定量的润滑油可靠地保持在高表面压力部14，优选至少形成上侧保持部20a。

＜第3实施方式＞

下面使用图5说明本发明的第3实施方式。此外，关于裙部6的低表面压力部15以外的部分的构成，由于与第2实施方式相同，因此省略说明。

在第2实施方式中，将上侧保持部20a和下侧保持部20b只设置于高表面压力部14的水平槽16，但是在本实施方式中，不仅在高表面压力部14的水平槽16中设置上侧保持部20a和下侧保持部20b，还在低表面压力部15的倾斜槽17中设置部分扩张的上侧保持部21a和下侧保持部21b。

设置于倾斜槽17的各保持部21a、21b是通过对树脂涂层进行图案化而形成的。即，不施加树脂涂层的部分（药剂的非涂敷部分）成为倾斜槽17。

各保持部21a、21b形成为半圆状，上侧保持部21a和下侧保持部21b设置在分别对应的位置。这样的保持部21a、21b的形状和配置能通过使正圆状的图案组合到形成各倾斜槽17的直线状的图案而容易地实现。

形成于一个倾斜槽17的各保持部21a、21b与形成于配置在上述一个倾斜槽17的上下的倾斜槽17的各保持部21a、21b的位置前后错开。即，上下相邻配置的倾斜槽17彼此配置为：各保持部21a、21b的位置不重叠。

如本实施方式那样，通过不仅在高表面压力部14的水平槽16中设置上侧保持部20a和下侧保持部20b还在低表面压力部15的倾斜槽17中设置上侧保持部21a和下侧保持部21b，从而能在活塞1升降时不仅使一定量的润滑油保持在高表面压力部14，还保持在低表面压力部15。因此，进一步提高使润滑油保持在裙部6的功能。

此外，关于设置于倾斜槽17的各保持部21a、21b，与设置于水平槽16的各保持部20a、20b相同，也可以设为三角形、四边形等半圆以外的形状。另外，在本实施方式中，对将上侧保持部21a和下侧保持部21b两者都设置于倾斜槽17的情况进行了说明，但是在其它不同的实施方式中，可以只将上侧保持部21a和下侧保持部21b中的任一方设置于倾斜槽17。

＜第4实施方式＞

下面使用图6说明本发明的第4实施方式。此外，关于裙部6的高表面压力部14和低表面压力部15以外的部分的构成，由于与第3实施方式相同，因此省略说明。

在第4实施方式中，除了上述第3实施方式的构成以外，还在裙部6的外周面13设置有独立于水平槽16和倾斜槽17的多个凹部22。各凹部22是通过对树脂涂层进行图案化而形成的。即，不施加树脂涂层的部分（药剂的非涂敷部分）成为凹部22。各凹部22形成为正 圆状。换句话说，各凹部22由正圆状的图案形成。在本实施方式中，在各水平槽16之间凹部22配置为上下2层，每层配置多个，在各倾斜槽17之间凹部22按一层配置多个。此外，在最上层的水平槽16和倾斜槽17的上方，凹部22配置为上下3层，每层配置多个。

各凹部22的位置与其上下的凹部22和保持部20a、20b、21a、21b的位置前后错开。即，上下相邻配置的凹部22彼此、凹部22和保持部20a、20b、21a、21b配置为相互的位置不重叠。

通过像这样将多个凹部22与水平槽16、倾斜槽17、保持部20a、20b以及保持部21a、21b组合，能总是使一定量的润滑油保持在凹部22，能进一步提高使润滑油保持在裙部6的功能，进一步降低摩擦阻力。

在本实施方式中，将凹部22设为正圆状，但是在其它不同的实施方式中，也可以将凹部22设为三角形、四边形等多边形、椭圆等正圆以外的形状。

此外，本发明的活塞1能应用于汽车、摩托车、雪地车、ATV（全地形车辆）、船外机等所有用途的内燃机。

附图标记说明

1 内燃机用活塞

6 裙部

12 气缸内面

13 外周面

14 高表面压力部

15 低表面压力部

16 水平槽

17 倾斜槽

20a、20b 保持部

21a、21b 保持部

22 凹部

Claims (4)

1.一种内燃机用活塞，在沿着气缸内面滑动时，在裙部的中央产生高表面压力部，在该高表面压力部的两侧产生低表面压力部，

上述内燃机用活塞的特征在于，

在上述活塞的上端设置有顶部，并且在上述顶部的外周设置有环槽，

在上述高表面压力部设置有与上所述环槽平行地设置的水平槽，

在上述低表面压力部设置有朝向上述高表面压力部侧向下倾斜并且与上述水平槽的端部连接的倾斜槽，

上述水平槽和上述倾斜槽在上述高表面压力部和上述低表面压力部之间的边界相互连接，

上述裙部设置有涂层，并且上述水平槽和上述倾斜槽是通过对所述涂层进行图案化而形成的，从而被上述涂层围绕。

2.根据权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

在上述水平槽中设置有至少朝向上下任一方且部分扩张的保持部。

3.根据权利要求2所述的内燃机用活塞，其特征在于，

在上述倾斜槽中设置有至少朝向上下任一方且部分扩张的保持部。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

上述水平槽和上述倾斜槽在上下有多层，各层之间设有规定的间隔，在上述各水平槽之间和上述各倾斜槽之间设置有独立于上述水平槽和上述倾斜槽的凹部。