CN104131909B - 内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的活塞，在向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下能够降低因润滑油导致的活塞的滑动阻力。在发动机的活塞中，裙部具有：中央裙部，其上形成有中央树脂覆膜层，在活塞顶部的轴线方向的中央部具有最大外径；上部裙部，其上形成有上部树脂覆膜层，其外径从中央裙部朝向轴线方向逐渐变小，使其在中央裙部的上部边界的上方弯曲；以及下部裙部，其上形成有下部树脂覆膜层，其外径从中央裙部朝向轴线方向逐渐变小，使其在中央裙部的下部边界的下方弯曲，树脂覆膜层的中央树脂覆膜层的表面形成为平滑面，在上部树脂覆膜层和下部树脂覆膜层中形成有保持油的凹部。

Description

内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及内燃机的活塞，特别涉及具有相对于气缸膛的内壁隔着树脂覆膜层滑动的裙部的内燃机的活塞。

背景技术

以往，相对于内燃机的气缸膛的内壁可自由地做往复运动地设置的活塞为了抑制往复运动时的活塞的摆头运动而具有裙部。

在这种具有裙部的活塞中，当与气缸膛的内壁相对的裙部的表面的摩擦阻力大时，活塞在往复运动时的滑动阻力会增大而产生燃料效率恶化、磨损等问题。

因此，作为现有的活塞，有如下活塞（例如，参照日本专利4749398号）：在裙部的表面形成树脂覆膜层，在该树脂覆膜层的整个表面有规则地排列作为润滑油池的凹部，从而降低活塞的滑动阻力。

然而，在这种现有的活塞中，在树脂覆膜层的整个表面有规则地排列有作为润滑油池的凹部，从而润滑油会储存于整个树脂覆膜层。因此，在如内燃机的曲轴的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时诸如向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下，活塞的滑动阻力会变大。

具体地说，裙部形成为在活塞的轴线方向中央部具有最大外径的酒桶状，在向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下，为了降低裙部和气缸膛的接触压力，该最大外径部与气缸膛抵接，从而抑制了活塞的摆头运动。

因此，在如上述这样向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下，活塞以最大外径部刮动润滑油的方式相对于气缸膛的内壁往复运动，该润滑油成为阻力，活塞的轴线方向的阻力即活塞的剪切阻力会变大。其结果是，活塞的滑动阻力会变大。

特别是，在如内燃机从冷机状态进行预热运转时这样润滑油的粘性高的情况下，活塞的往复运动时润滑油的阻力会进一步变大，因此活塞的滑动阻力会进一步变大。

发明内容

本发明是鉴于上述这样的问题而完成的，其目的在于，提供在向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下能够降低因润滑油而导致的活塞的滑动阻力的内燃机的活塞。

为了解决上述问题，本发明的第1方式包括：活塞主体，其设置为相对于气缸膛的内壁可自由地做往复运动，在外周部具有活塞环；以及裙部，其设置于上述活塞主体的下方，在与上述气缸膛的内壁相对的面形成有树脂覆膜层，上述裙部具有：中央裙部，其在上述活塞主体的轴线方向的中央部具有最大外径；上部裙部，其外径从作为上述中央裙部的上端边界线的上部边界开始朝向上述轴线方向逐渐变小，使其在上述中央裙部的上述上部边界的上方弯曲；以及下部裙部，其外径从作为上述中央裙部的下端边界线的下部边界朝向上述轴线方向逐渐变小，使其在上述中央裙部的上述下部边界的下方弯曲，形成于上述中央裙部的上述树脂覆膜层的表面形成为平滑面，在形成于上述上部裙部和上述下部裙部的上述树脂覆膜层的表面形成有保持润滑油的保持部。

为了解决上述问题，在本发明的第2方式中也可以是与下部裙部的保持部的总容积相比，上部裙部的保持部的总容积形成得较大。

这样，根据上述的第1方式，位于中央裙部的树脂覆膜层的表面形成为平滑面，因此能够减少位于中央裙部的树脂覆膜层所保持的润滑油量。

因此，在内燃机的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时的诸如向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下，活塞和气缸膛的内壁的接触压力小，此时，当形成于中央裙部的树脂覆膜层与气缸膛的内壁接触时，能够减少介于气缸膛的内壁和形成于中央裙部的树脂覆膜层之间的润滑油量。

因此，能够减小中央裙部从润滑油受到的阻力，减小活塞的剪切阻力，能够降低活塞的滑动阻力。

另外，在内燃机的转速为高转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态时的诸如向活塞的轴线方向施加的负荷较大的情况下，活塞和气缸膛的内壁的接触压力变大，由于裙部发生变形，除了形成于中央裙部的树脂覆膜层与气缸膛的内壁接触以外，形成于上部裙部和下部裙部的树脂覆膜层也与气缸膛的内壁接触。

在第1方式的活塞中，在形成于上部裙部和下部裙部的树脂覆膜层的表面形成有保持润滑油的多个保持部，因此，能够从保持部向气缸膛的内壁和形成于上部裙部和下部裙部的树脂覆膜层之间的部分供给润滑油来提高润滑性能，从而能够降低活塞的滑动阻力。其结果是，能够在内燃机的运转状态的整个范围内防止内燃机的燃料效率恶化。

根据上述的第2方式，与形成于上部裙部的树脂覆膜层的保持部的总容积相比，形成于下部裙部的树脂覆膜层的保持部的总容积形成得较大，因此，能够使向气缸膛的内壁和形成于与上部裙部相比变形量较大且对气缸膛的内壁的接触压力较大的下部裙部的树脂覆膜层之间供给润滑油的油量大于向气缸膛的内壁和形成于上部裙部的树脂覆膜层之间供给润滑油的油量。

因此，在活塞的往复运动时能够向整个裙部供给充分的量的润滑油，能够降低活塞的往复运动时的滑动阻力。除此以外，还能够抑制树脂覆膜层的磨损，使树脂覆膜层的耐久性提高。

附图说明

图1是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是内燃机的主要部分构成图。

图2是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是示出活塞和气缸膛的图。

图3是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是从图2的A方向观看的活塞的构成图。

图4是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是图3的B方向的向视图。

图5是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是图3的C-C方向的向视截面图。

图6是示出本发明的内燃机的活塞的一个实施方式的图，是增强了活塞的裙部的酒桶形状的图3的D-D方向的向视截面图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明所涉及的内燃机的活塞的实施方式。

图1～图6是示出本发明所涉及的一个实施方式的内燃机的活塞的图。

首先，说明构成。在图1中，作为内燃机的发动机1是包含一体地设置有曲轴箱2的气缸体3和装配于气缸体3上部的气缸盖4而构成的。

在气缸体3的气缸膛6内收纳有活塞7，该活塞7例如由铝合金等构成。

活塞7相对于气缸膛6可在上下方向做往复运动。并且，活塞7经由连杆8与曲轴5连结，活塞7的往复运动经由连杆8变换为曲轴5的旋转运动。

在此，气缸膛6按气缸数设置于发动机1，如果是4气缸，则在发动机1中是设置有4个气缸膛6。在本实施方式中，只要是气缸膛中收纳有活塞的发动机即可，可以是任何方式的内燃机。

如图2～图5所示，活塞7是包含以下部分而构成的：作为活塞主体的活塞顶部9；一对侧壁部12，其具有形成有活塞销安装孔10的活塞销孔座部11；以及一对裙部13，其隔着活塞销孔座部11相对而圆周方向端部与一对侧壁部12连续，并且从活塞顶部9向下方延伸。

另外，如图1所示，活塞销14旋转自如地插通活塞销安装孔10，活塞7和连杆8经由该活塞销14连结。

在图2、图3中，在活塞顶部9的外周部从活塞顶部9的上方按顺序形成有第1压缩环槽15、第2压缩环槽16和油环槽17。

在图1、图2所示的环状的活塞环24嵌合于第1压缩环槽15和第2压缩环槽16以及油环槽17。

第1压缩环槽15和第2压缩环槽16与气缸膛6的内壁6a滑动接触，从而具有将形成于活塞7的上方的气缸膛6的图1所示的燃烧室18密闭的功能。

另外，油环伴随着活塞7的上下运动与气缸膛6的内壁6a滑动接触，从而具有将作为附着于气缸膛6的内壁6a的润滑油的油刮落的功能。

另外，在油环槽17的底部形成有多个回油孔19，该回油孔19形成于活塞顶部9的推力侧和反推力侧，从油环槽17的底部朝向活塞7的活塞顶部9的内周面开口。

在此，所谓推力侧，是活塞7在气缸膛6内下降的冲程中，曲轴5的旋转力使得与曲轴5的轴线方向正交的方向的推力向气缸膛6的内壁6a施加的活塞7的面。

另外，所谓反推力侧，是活塞7在气缸膛6内上升的冲程中与上述推力为相反方向的推力向气缸膛6的内壁6a施加的活塞7的面。

另外，向活塞7和气缸膛6之间供给伴随着曲轴5的旋转从设置于连杆8的大径部的喷油孔8a喷射的油，如图2所示，在活塞7和气缸膛6的内壁6a之间形成油层20。

因此，由油层20将活塞7冷却，并且将活塞7的外周部和气缸膛6的内壁6a之间的部分润滑。此外，作为润滑部件，并不特别限于喷油孔。

另外，在曲轴箱2的下部设置有未图示的油底壳，气缸膛6与油底壳连通。因此，当伴随着活塞7在气缸膛6内在上下方向往复运动，嵌合于油环槽17的油环将附着于气缸膛6的内壁6a的油刮落时，该油从油环槽17经由回油孔19通过活塞顶部9的内周面而回流到油底壳。

另外，裙部13通过在活塞7的往复运动时与推力侧或者反推力侧滑动接触来抑制活塞7的摆头动作。

如图3所示，裙部13具有与活塞顶部9的轴线方向O平行地延伸的长边和在与轴线方向O垂直的方向延伸的短边，如图6所示，具有中央裙部13A，中央裙部13A在活塞顶部9的轴线方向的中央部具有最大外径。

另外，裙部13具有位于作为中央裙部13A的上端边界线的上部边界13a的上方的上部裙部13B，该上部裙部13B的外径朝向活塞顶部9的轴线方向O逐渐变小，使得该上部裙部13B从上部边界13a朝向与活塞顶部9连接的上端弯曲。

另外，裙部13具有位于作为中央裙部13A的下端边界线的下部边界13b的下方的下部裙部13C，该下部裙部13C的外径朝向活塞顶部9的轴线方向O逐渐变小，使得该下部裙部13C从下部边界13b朝向成为自由端的下端弯曲。这样，裙部13形成为酒桶状。

此外，在图6中，为了便于说明，使裙部13极端弯曲地进行了描绘，但实际上当然没有这样极端弯曲。

如图2、图3所示，在裙部13的表面，例如利用漏模法形成有具有低摩擦阻力性和高耐热性的树脂覆膜层21，该树脂覆膜层21具有一定的厚度，该树脂覆膜层21形成于中央裙部13A、上部裙部13B和下部裙部13C的表面。

形成于中央裙部13A的中央树脂覆膜层21A的表面为没有形成凹部的平滑面。另外，在形成于上部裙部13B和下部裙部13C的上部树脂覆膜层21B和下部树脂覆膜层21C的表面形成有作为保持部的相同形状的凹部22、23，该凹部22、23保持油。在此，上部裙部13B与下部裙部13C相比面积形成得较小，与凹部22的数量相比，凹部23的数量形成得较多。因此，与凹部22的总容积相比，凹部23的总容积较大。

接着，说明作用。

在发动机1的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时，向活塞7的轴线方向施加的负荷较小，活塞7和气缸膛6的内壁6a的接触压力较小。在该情况下，主要是具有平滑面的中央树脂覆膜层21A与气缸膛6的内壁6a滑动接触而活塞7沿着气缸膛6往复运动。这时，中央树脂覆膜层21A经由油层20与气缸膛6的内壁6a滑动接触。

本实施方式的活塞7的中央树脂覆膜层21A形成为不具有凹部的平滑面，因此，能够减少介于气缸膛6的内壁6a和中央树脂覆膜层21A之间的油量，减小中央裙部13A从油受到的阻力。因此，能够减小与轴线方向O平行的活塞7的剪切阻力，能够降低活塞7的滑动阻力。

特别是，在本实施方式的活塞7中，能够减少介于气缸膛6的内壁6a和中央树脂覆膜层21A之间的油量，因此，即使在如发动机1从冷机状态进行预热运转时这样油的粘性高的情况下，与以往相比，也能够降低活塞7的往复运动时油的阻力，降低活塞7的滑动阻力。

因此，能够在发动机1的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时降低活塞7的滑动阻力，能够防止发动机1的燃料效率恶化。

另一方面，在发动机1的转速为高转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态时，活塞7和气缸膛6的内壁6a的接触压力变大，由于裙部13发生变形，除了中央裙部13A与气缸膛6的内壁6a接触以外，上部裙部13B和下部裙部13C也与气缸膛6的内壁6a接触。

在本实施方式的活塞7中，在上部树脂覆膜层21B和下部树脂覆膜层21C的表面形成有保持油的多个凹部22、23，因此，能够从凹部22、23向气缸膛6的内壁6a和裙部13之间供给用于润滑的充分的量的油。

因此，能够提高活塞7的润滑性能，能够降低活塞7的滑动阻力。以上的结果是，能够在发动机1的运转状态的整个范围内防止发动机1的燃料效率恶化。

另外，在裙部13发生变形的情况下，与连接于活塞顶部9的上部裙部13B相比，下端为自由端的下部裙部13C的变形量较大。

因此，与上部树脂覆膜层21B和气缸膛6的内壁6a的接触压力相比，下部树脂覆膜层21C和气缸膛6的内壁6a的接触压力较大，与上部树脂覆膜层21B和气缸膛6的内壁6a的滑动阻力相比，下部树脂覆膜层21C和气缸膛6的内壁6a的滑动阻力较大。

在本实施方式的活塞7中，凹部23的数量形成得比凹部22的数量多，因此，能够使向下部树脂覆膜层21C和气缸膛6的内壁6a之间供给润滑油的油量大于向上部树脂覆膜层21B和气缸膛6的内壁6a之间供给润滑油的油量。

因此，在活塞7的往复运动时能够向整个裙部13供给用于润滑的充分的量的油，能够降低活塞7的往复运动时的滑动阻力。除此以外，还能够抑制树脂覆膜层21的磨损，使树脂覆膜层21的耐久性提高。

此外，在本实施方式的活塞7中，使凹部22和凹部23为相同形状，但也可以使凹部22和凹部23为不同的形状。在本实施方式的活塞7中，只要使凹部23的总容积比凹部22的总容积大，与凹部22相比凹部23能够保持较多的油即可。

虽然公开了本发明的实施方式，但很明显对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围内可以进行变更。所附的权利要求意图包含所有的这种修正和等价物。

例如，可将本发明构成为，在内燃机的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时的诸如向活塞顶部（活塞本体）9的轴线方向施加的负荷较小的情况下，活塞顶部9和气缸膛6的内壁6a的接触压力较小，此时，当形成于中央裙部13A的树脂覆膜层21A与气缸膛6的内壁6a接触时，减少介于气缸膛6的内壁6a和形成于中央裙部13A的树脂覆膜层21A之间的润滑油量。

另外，也可将本发明构成为，在内燃机的转速为高转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态时的诸如向活塞顶部（活塞本体）9的轴线方向施加的负荷较大的情况下，活塞顶部9和气缸膛6的内壁6a的接触压力变大，由于裙部13发生变形，除了形成于中央裙部13A的树脂覆膜层21C与气缸膛6的内壁6a接触以外，形成于上部裙部13B和上述下部裙部13C的树脂覆膜层21C也与气缸膛6的内壁6a接触。并且，还可将本发明构成为，向气缸膛6的内壁6a和形成于与上部裙部13B相比变形量较大且对气缸膛6的内壁6a的接触压力较大的下部裙部13C的树脂覆膜层21B之间供给润滑油的油量大于向气缸膛6的内壁6a和形成于上部裙部13B的树脂覆膜层21B之间供给润滑油的油量。

Claims (4)

1.一种内燃机的活塞，

包括：活塞主体，其设置为相对于气缸膛的内壁可自由地做往复运动，在外周部具有活塞环；以及裙部，其设置于上述活塞主体的下方，在与上述气缸膛的内壁相对的面形成有树脂覆膜层，

上述裙部具有：

中央裙部，其在上述活塞主体的轴线方向的中央部具有最大外径；

上部裙部，其外径从作为上述中央裙部的上端边界线的上部边界开始朝向上述轴线方向逐渐变小，使其在上述中央裙部的上述上部边界的上方弯曲；以及

下部裙部，其外径从作为上述中央裙部的下端边界线的下部边界朝向上述轴线方向逐渐变小，使其在上述中央裙部的上述下部边界的下方弯曲，

上述内燃机的活塞的特征在于，

上述树脂覆膜层具有：

中央树脂覆膜层，其形成于上述中央裙部；

上部树脂覆膜层，其形成于上述上部裙部；以及

下部树脂覆膜层，其形成于上述下部裙部的表面，

形成于上述中央裙部的上述中央树脂覆膜层的表面形成为平滑面，

在形成于上述上部裙部的上述上部树脂覆膜层的表面形成有保持润滑油的多个凹部(22)，

在形成于上述下部裙部的上述下部树脂覆膜层的表面形成有保持润滑油的多个凹部(23)，

与形成于上述上部树脂覆膜层的上述凹部(22)的总容积相比，上述下部树脂覆膜层的上述凹部(23)的总容积较大。

2.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，

在内燃机的转速为低转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态以外时而向活塞的轴线方向施加的负荷较小的情况下，上述活塞和上述气缸膛的内壁的接触压力小，此时，当形成于上述中央裙部的上述中央树脂覆膜层与上述气缸膛的内壁接触时，减少介于上述气缸膛的内壁和形成于上述中央裙部的上述中央树脂覆膜层之间的润滑油量。

3.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，

在内燃机的转速为高转速时或/和冲程状态在膨胀冲程状态时而向活塞的轴线方向施加的负荷较大的情况下，上述活塞和上述气缸膛的内壁的接触压力变大，由于上述裙部发生变形，除了形成于上述中央裙部的上述中央树脂覆膜层与上述气缸膛的内壁接触以外，形成于上述上部裙部和上述下部裙部的上述上部树脂覆膜层和上述下部树脂覆膜层也与上述气缸膛的内壁接触。

4.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，

向上述气缸膛的内壁和形成于与上述上部裙部相比变形量较大且对上述气缸膛的内壁的接触压力较大的上述下部裙部的上述下部树脂覆膜层之间供给润滑油的油量大于向上述气缸膛的内壁和形成于上述上部裙部的上述上部树脂覆膜层之间供给润滑油的油量。