CN116291936A - 活塞和船舶用内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活塞和船舶用内燃机，能够消除孔蚀而稳定地确保与气缸之间的润滑性。一种活塞，该活塞在内燃机的气缸的内部沿活塞轴向往复运动，具备：活塞主体，该活塞主体构成为沿所述活塞轴向延伸的圆筒状，在所述活塞轴向的一端侧具有面向所述气缸的内部的燃烧室的冠部，在所述活塞轴向的另一端侧具有裙部；以及涂覆膜，该涂覆膜形成于所述活塞主体中的所述冠部与所述裙部之间的外周面，并具有脱模性。

Description

活塞和船舶用内燃机

技术领域

本发明涉及活塞和船舶用内燃机。

背景技术

以往，在搭载于船舶的船舶用内燃机中，将活塞收纳为往复运动自如的气缸设置有一个以上，该气缸的内部的活塞的往复运动被变换为曲柄的旋转运动，从而曲轴旋转。通常，在活塞的外周面(侧壁面)设置有活塞环，在活塞的下部设置有活塞裙部。在活塞的往复运动中，活塞的顶面(活塞冠)面向气缸内的燃烧室，活塞环或者活塞裙部与气缸的内周面滑动接触。在这样的活塞的外周面与气缸的内周面之间供给润滑油，由该润滑油形成油膜。这些活塞与气缸的润滑性(具体而言，活塞环或者活塞裙部与气缸的内周面的滑动接触时的润滑性)由上述油膜确保。

另外，在气缸内的燃烧室中，通过上述的活塞的往复运动，依次进行扫气、燃烧用气体的供给和压缩。从燃料喷射阀向这样的燃烧室喷射燃料，该燃料由燃烧室内的被压缩的燃烧用气体点火、燃烧。活塞利用该燃烧室内的燃料的燃烧能量，继续进行气缸内的往复运动。

这样的活塞在船舶用内燃机的运转时，与燃烧室内的燃料燃烧后的高温气体(以下，称为已燃气体)接触。例如，已燃气体侵入活塞的外周面与气缸的内周面的间隙，由此，活塞的外周面成为与已燃气体接触的状态。由此造成，在活塞的外周面上堆积来源于燃料、润滑油等油成分的硬质的油泥，活塞与气缸之间的油膜由于与该油泥的接触而被破坏，产生所谓的孔蚀。其结果为，活塞与气缸的润滑性受损，在这些滑动接触面产生由活塞与气缸的金属彼此的磨损引起的损伤。

近年来，为了消除上述孔蚀，考虑例如减小活塞的外周面与气缸的内周面的间隙，由此，抑制已燃气体向该间隙的侵入，从而抑制上述油泥的堆积。另外，作为用于抑制上述油泥的堆积的方法，例如公开了如下，在气缸的内周面设置防抛光环(框环)，伴随着活塞的往复运动，利用框环从该活塞的外周面刮掉油泥(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-32253号公报

发明要解决的技术问题

然而，在上述的专利文献1所记载的现有技术中，通过框环而从活塞的外周面刮掉的油泥的硬质粒子有时被咬入活塞环的滑动接触面与气缸的内周面之间、或者活塞裙部的滑动接触面与气缸的内周面之间。在该情况下，在活塞与气缸之间产生研磨磨损，其结果为，有可能在活塞环、活塞裙部产生纵伤等而导致活塞破损。并且，在使用上述框环的情况下，必须使气缸的内径比框环的内径大，其结果为，活塞的外周面与气缸的内周面的间隙无用地增大，因此船舶用内燃机的燃油经济性能有可能降低。

另外，如上所述，仅通过减小活塞的外周面与气缸的内周面的间隙，无法完全抑制已燃气体向该间隙的侵入，因此上述油泥的堆积抑制有可能变得不充分，因此很难稳定地确保活塞与气缸的润滑性。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而完成的，目的在于，提供一种活塞和船舶用内燃机，能够消除孔蚀而稳定地确保与气缸之间的润滑性。

用于解决技术问题的技术手段

为了解决上述的技术问题并实现目的，本发明的活塞在内燃机的气缸的内部沿活塞轴向往复运动，其中，该活塞具备：活塞主体，该活塞主体构成为沿所述活塞轴向延伸的圆筒状，在所述活塞轴向的一端侧具有面向所述气缸的内部的燃烧室的冠部，在所述活塞轴向的另一端侧具有裙部；以及涂覆膜，该涂覆膜形成于所述活塞主体中的所述冠部与所述裙部之间的外周面，并具有脱模性，所述裙部的外径比所述活塞主体的所述外周面的外径大，所述涂覆膜的膜厚与所述外周面的外径的合计尺寸比所述裙部的外径小。

另外，本发明的活塞在上述发明中，所述涂覆膜比所述气缸的内周面软。

另外，本发明的活塞在上述发明中，在所述活塞主体的所述外周面设置有沿所述活塞轴向排列的多个活塞环，所述涂覆膜至少形成于顶部槽脊，该顶部槽脊是所述活塞主体的所述外周面中的、所述冠部与所述多个活塞环中的设置在最接近所述燃烧室的一侧的顶环之间。

另外，本发明的活塞在上述发明中，所述顶环为气密环。

另外，本发明的活塞在上述发明中，所述活塞主体经由活塞杆而摆动自如地与十字头连接，所述涂覆膜被分割地形成在所述活塞主体的摆动方向的一端侧和另一端侧。

另外，本发明的船舶用内燃机具备：上述发明中的任一项所述的活塞；以及气缸，该气缸将所述活塞收纳为往复运动自如。

发明的效果

根据本发明，实现如下的效果，能够消除孔蚀而稳定地确保气缸与活塞之间的润滑性。

附图说明

图1是表示应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的一个结构例的示意图。

图2是表示本发明的实施方式1的活塞的一个结构例的示意图。

图3是表示本发明的实施方式1的活塞的外周面的涂覆构造的一例的示意图。

图4是用于对比较例的活塞的动作进行说明的示意图。

图5是对本发明的实施方式1的活塞的作用进行说明的示意图。

图6是表示本发明的实施方式2的活塞的一个结构例的示意图。

图7是表示本发明的实施方式2的活塞的外周面的涂覆构造的一例的示意图。

符号说明

1台板

2曲轴

3曲柄

4构架

5连接棒

6滑动板

7十字头

8十字头销

10船舶用内燃机

11气缸套

12气缸

13气缸衬套

13a内周面

14气缸罩

15、15A活塞

16活塞杆

17燃烧室

18排气门

19上部气门装置

20排气歧管

21排气管

22燃料喷射阀

23燃料喷射泵

24系紧螺栓

151活塞主体

152冠部

153外周面

153a顶部槽脊

153b第二槽脊

153c第三槽脊

154裙部

155顶环

156第二环

157第三环

160、160a、160b涂覆膜

160aa、160ab、160ba、160bb膜端部

200油泥

C1活塞轴

D1高度方向

D2宽度方向

D3轴向

D4摆动方向

具体实施方式

以下，参照附图，详细而言明本发明的活塞和船舶用内燃机的优选的实施方式。此外，本发明不限于本实施方式。另外，需要注意的是，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系、各要素的比例等有时与现实不同。在附图的相互之间，有时也包含相互的尺寸关系、比例不同的部分。另外，在各附图中，对相同的结构部分标注相同的符号。

(实施方式1)

首先，对应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的结构进行说明。图1是表示应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的一个结构例的示意图。该船舶用内燃机10是搭载于船舶的十字头型内燃机的一例，是经由螺旋桨轴驱动船舶的推进用螺旋桨(均未图示)旋转的推进用的发动机(主发动机)。例如，船舶用内燃机10是单流扫排气式的十字头型柴油发动机等二冲程柴油发动机。

详细而言，如图1所示，船舶用内燃机10具备：位于高度方向D1的下侧的台板1、设置在台板1上的构架4、以及设置在构架4上的气缸套11。这些台板1、构架4和气缸套11通过沿船舶用内燃机10的高度方向D1(即上下方向)延伸的多个系紧螺栓24等连结部件而一体地紧固固定。另外，船舶用内燃机10具备：设置于气缸套11的气缸12、设置于气缸12的内部的活塞15、以及与活塞15的往复运动联动地旋转运动的曲轴2。

台板1构成对船舶用内燃机10的曲轴2等进行收纳的曲轴箱。如图1所示，在台板1的内部设置有具有曲柄3的曲轴2以及该曲轴2的轴承部(未图示)。曲轴2是输出船舶的推进力的输出轴的一例，被上述轴承部轴支承为旋转自如。连接棒5的下端部经由曲柄3而转动自如地连结于该曲轴2。

如图1所示，在构架4的内部设置有连接棒5、滑动板6、以及十字头7。构架4以沿着活塞轴向设置的滑动板6在船舶用内燃机10的宽度方向D2上隔开间隔地形成一对的方式配置在台板1上。连接棒5以其下端部与曲轴2的曲柄3连接的方式配置在一对滑动板6之间。十字头7具备：与活塞杆16的下端部连接的十字头销8、以及与连接棒5的上端部连接的十字头销轴承部(未图示)。十字头销8被该十字头销轴承部轴支承为转动自如。例如如图1所示，十字头7以十字头销8的轴心方向(长度方向)与船舶用内燃机10的轴向D3为相同的方向的方式配置在一对滑动板6之间。这样的十字头7构成为在一对滑动板6的长度方向(在图1中为高度方向D1)上往复运动自如并且在一对滑动板6彼此的相对方向(在图1中为宽度方向D2)上摆动自如。

如图1所示，气缸套11设置于构架4的上部，支承气缸12。如图1所示，气缸12是由气缸衬套13和气缸罩14构成的筒状的构造体(气缸)，具有用于供燃料燃烧的燃烧室17。气缸衬套13例如是圆筒形状的构造体，支承于气缸套11的内侧。气缸罩14固定于气缸衬套13的上部，由此划分气缸衬套13的内部空间(燃烧室17等)。在该气缸衬套13的内部空间活塞15设置成以面向燃烧室17的状态而能够在气缸衬套13的内部沿活塞轴向(参照图1中的两侧箭头)往复运动。如图1所示，活塞杆16的上端部与该活塞15的下端部连结。活塞杆16与上述的十字头销8连接，能够在绕十字头销8的轴心的方向上摆动。即，活塞15能够在图1所示的摆动方向D4上摆动。

另外，如图1所示，在气缸罩14设置有排气门18和上部气门装置19。排气门18是将与气缸12内的燃烧室17连通的排气管21的排气口(排气端口)能够开闭地关闭的阀门。上部气门装置19是对排气门18进行开闭驱动的装置。燃烧室17是由这样的排气门18、上述的气缸衬套13、气缸罩14和活塞15包围的空间。另外，船舶用内燃机10在气缸12的附近具备排气歧管20。例如如图1所示，排气歧管20配置在船舶用内燃机10的宽度方向D2的两侧中的任一侧(在图1中为宽度方向D2的负侧)。排气歧管20从气缸12内的燃烧室17通过排气管21接收排气，暂时存积接收到的排气，将该排气的动压变为静压。

另外，如图1所示，船舶用内燃机10具备燃料喷射阀22和燃料喷射泵23。燃料喷射阀22以其喷射口朝向燃烧室17内的状态设置于气缸罩14。例如如图1所示，燃料喷射泵23配置在船舶用内燃机10的宽度方向D2的两侧中的任一侧(在图1中为宽度方向D2的正侧)。燃料喷射泵23通过配管等向燃料喷射阀22压送燃料等。燃料喷射阀22将从燃料喷射泵23压送的燃料等液体喷射到燃烧室17内。

除了上述以外，船舶用内燃机10具备：对空气等燃烧用气体进行增压的增压器、对由该增压器压缩后的燃烧用气体进行冷却的冷却器、以及暂时存积由该冷却器冷却后的燃烧用气体(压缩气体)的扫气箱。将该燃烧用气体从上述扫气箱通过扫气端口等而输送到气缸衬套13的内部空间(例如燃烧室17)。虽然没有特别图示，但也可以是，船舶用内燃机10作为降低排气中的氮氧化物(NOx)的设备而具备排气再循环(EGR：Exhaust GasRecirculation)系统、选择式催化还原(SCR：Selective Catalytic Reduction)系统。

在具有上述的结构的船舶用内燃机10中，从扫气箱通过扫气端口等向气缸12内的燃烧室17供给燃烧用气体。在该燃烧室17内，燃烧用气体被活塞15压缩，从燃料喷射阀22供给的燃料由该燃烧用气体点火而燃烧。而且，借助于燃烧室17中的燃料的燃烧所产生的能量，活塞15在气缸衬套13的内部沿活塞轴向往复运动。此时，若排气门18通过上部气门装置19进行动作而将气缸12的排气端口开放，则在燃料的燃烧后残留在气缸衬套13内的已燃气体作为排气排出到排气管21。与此同时，新的燃烧用气体从扫气箱通过扫气端口等导入到气缸衬套13的内部空间。

另外，活塞15在如上所述那样沿活塞轴向往复运动时，有时由于燃烧室17的缸内压力而在摆动方向D4上摆动。即，活塞杆16一边与活塞15一同摆动一边沿活塞轴向往复运动。与之联动地，十字头7一边摆动一边沿着滑动板6沿活塞轴向往复运动。活塞15的往复运动经由这样的十字头7传递给连接棒5，变换为与连接棒5的下端部连接的曲柄3的旋转运动。曲轴2伴随着该曲柄3的旋转运动而旋转运动，使船舶的推进用螺旋桨与螺旋桨轴一同旋转。

此外，在本说明书中，为了方便说明，如图1所示，对于船舶用内燃机10设定高度方向D1、宽度方向D2和轴向D3，但这些方向并不限定本发明。船舶用内燃机10的高度方向D1是上下方向，例如与活塞15的往复运动的方向平行。活塞15的往复运动的方向是活塞轴向，活塞轴向是活塞杆16的长度方向。船舶用内燃机10的宽度方向D2是与高度方向D1和轴向D3垂直的方向。船舶用内燃机10的轴向D3是图1所示的曲轴2的长度方向(轴心方向)。上述高度方向D1、宽度方向D2和轴向D3是相互垂直的方向。此外，上述高度方向D1、宽度方向D2和轴向D3对于船舶用内燃机10而言是相同的，当然对于构成船舶用内燃机10的各结构部(例如气缸12和活塞15等)而言也是相同的。

另外，十字头销8的轴心方向是与上述轴向D3相同的方向。活塞15的摆动方向D4是绕该十字头销8的轴心的方向。例如如图1所示，摆动方向D4的一端侧是船舶用内燃机10的排气侧，摆动方向D4的另一端侧是船舶用内燃机10的泵侧。船舶用内燃机10的排气侧是以气缸12的中心轴为边界排出排气的一侧，具体而言是配置有排气歧管20的一侧。船舶用内燃机10的泵侧是以气缸12的中心轴为边界向燃烧室17内供给燃料的一侧，具体而言是配置有燃料喷射泵23的一侧。

(活塞的结构)

接着，对本发明的实施方式1的活塞15的结构进行说明。图2是表示本发明的实施方式1的活塞的一个结构例的示意图。在图2中放大地图示图1所示的船舶用内燃机10的气缸12和活塞15等。图3是表示本发明的实施方式1的活塞的外周面上的涂覆构造的一例的示意图。在图3中，表示从顶面侧观察图2所示的活塞15的图。此外，在图3中，为了方便说明，省略活塞15的活塞环(在图2中为顶环155、第二环156和第三环157)的图示。

本实施方式1的活塞15在图1所例示的船舶用内燃机10的气缸12的内部沿活塞轴向往复运动，如图2、3所示，具备活塞主体151和脱模性的涂覆膜160。上述活塞轴向是活塞15的中心轴即活塞轴C1的长度方向(以下，称为活塞轴C1方向)，例如是与活塞杆16的长度方向相同的方向。另外，活塞15在其外周面具备多个活塞环。例如，作为该多个活塞环，活塞15具备顶环155、第二环156和第三环157这样的三个活塞环。

活塞主体151构成为在形成有上述的船舶用内燃机10(参照图1)的燃烧室17的气缸12的内部往复运动。详细而言，如图2、3所示，活塞主体151构成为沿活塞轴C1方向延伸的圆筒状，在活塞轴C1方向的一端侧(例如上侧)具有冠部152，在活塞轴C1方向的另一端侧(例如下侧)具有裙部154。另外，活塞主体151在该冠部152与裙部154之间沿着绕活塞轴C1的方向(周向)具有外周面153。在该活塞主体151的外周面153设置有沿活塞轴C1方向排列的多个活塞环，例如图2所示的顶环155、第二环156和第三环157。

另外，上述的活塞杆16以从裙部154伸出的方式与活塞主体151连结。虽然未特别图示，但在活塞主体151的内部设置有与上述的十字头销8相同的轴心方向的销(未图示)。活塞杆16的上端部转动自如地与活塞主体151内的该销连接。即，活塞主体151和活塞杆16能够向图2所示的摆动方向D4的排气侧和泵侧摆动，并且活塞主体151自身能够相对于活塞杆16相对地向摆动方向D4的排气侧和泵侧摆动。

如图2所示，这样的活塞主体151收纳在气缸12的内部，更具体而言，收纳在构成气缸12的圆筒部的气缸衬套13的内部，并沿着气缸衬套13的内周面13a而在活塞轴C1方向上往复运动。此外，活塞轴C1是穿过在从冠部152观察时呈圆形的活塞主体151的中心并且与活塞主体151的径向垂直的轴(中心轴)。气缸衬套13的内周面13a是由气缸衬套13和气缸罩14构成的圆筒状的气缸12的内周面。

如图2所示，冠部152形成活塞主体151的顶面，面向气缸12的内部的燃烧室17。例如如图3所示，冠部152在从活塞轴C1方向观察的俯视下(在图3中从上面观察时)呈圆形。在活塞15的往复运动中，冠部152作为对燃烧室17内的燃烧用气体进行压缩的压缩面发挥功能，从燃烧室17承受缸内压力。此外，如图2所示，燃烧室17是由气缸衬套13的内周面13a、气缸罩14的内壁面和冠部152包围的空间。

如图2所示，活塞主体151的外周面153是遍及绕活塞轴C1的周向而与气缸衬套13的内周面13a相对的周面，位于冠部152与裙部154之间。在活塞主体151的外周面153设置有多个活塞环的情况下，该外周面153被分割为位于该多个活塞环中的最上层的活塞环与冠部152之间的最上层槽脊(日语：最上段ランド)、位于该最上层的活塞环与裙部154之间的中间槽脊(日语：中間ランド)。

例如，在活塞主体151的外周面153设置有三个活塞环的情况下，如图2所示，该外周面153被分割为顶部槽脊153a(日语：トップランド)、第二槽脊153b、以及第三槽脊153c。活塞主体151的外周面153中的、顶部槽脊153a是上述最上层槽脊的一例，具体而言是冠部152与顶环155之间的外周面。第二槽脊153b和第三槽脊153c是上述中间槽脊的一例。具体而言，第二槽脊153b是顶环155与第二环156之间的外周面。第三槽脊153c是第二环156与第三环157之间的外周面。

裙部154构成为沿活塞轴C1方向延伸的圆筒状，如图2所示，设置于活塞主体151中的活塞轴C1方向的另一端侧(与冠部152相反的一侧)。该裙部154的外周面遍及绕活塞轴C1的周向而与气缸衬套13的内周面13a相对。另外，如图3所示，裙部154的外径R1比活塞主体151的外周面153的外径R2大。这样的裙部154在活塞15的往复运动中，有时由于活塞主体151的摆动而与气缸衬套13的内周面13a接触。裙部154通过与气缸衬套13的内周面13a的接触而限制活塞15在气缸衬套13的内部的往复运动时的摆动(倾斜移动)。从使气缸衬套13的内周面13a不容易产生因与裙部154的接触(滑动接触)而引起的损伤的观点出发，优选裙部154的结构材料为比气缸衬套13的内周面13a软的材料。

顶环155、第二环156和第三环157分别构成为设置于活塞主体151的外周面153，并与气缸衬套13的内周面13a滑动接触。以下，在本实施方式1中，有时将“顶环155、第二环156和第三环157”通称为“多个活塞环”。

如图2所示，顶环155是沿活塞轴C1方向排列的多个活塞环中的最接近冠部152的最上层的活塞环的一例。例如，顶环155安装于活塞主体151的外周面153中的沿着顶部槽脊153a的下端部形成的环状槽。如图2所示，第二环156是位于上述多个活塞环中的最上层的活塞环与最下层的活塞环之间的中层的活塞环的一例。例如，第二环156安装于活塞主体151的外周面153中的沿着第二槽脊153b的下端部形成的环状槽。如图2所示，第三环157是上述多个活塞环中的、离冠部152最远(即最接近裙部154)的最下层的活塞环的一例。例如，第三环157安装于活塞主体151的外周面153中的沿着第三槽脊153c的下端部形成的环状槽。

另外，顶环155、第二环156和第三环157各自形成有环的切断部分即接口(未图示)。通过该构造，该多个活塞环各自具有能够向活塞主体151的径向扩径和缩径的弹性。在将活塞主体151往复运动自如地收纳在气缸12的内部时，该多个活塞环各自一边对气缸衬套13的内周面13a施加适度的面压，一边经由润滑油的油膜与该内周面13a滑动接触。通过该多个活塞环与气缸衬套13的内周面13a的滑动接触来确保活塞15的外周面153与气缸衬套13的内周面13a之间的密封性。

这里，上述多个活塞环中的顶环155最接近燃烧室17，因此从燃烧室17受到较高的缸内压力。从承受这样的较高的缸内压力而确保上述密封性这样的观点出发，顶环155优选为具有例示为嵌套构造的接口的气密型接口的活塞环、即气密环。在顶环155为气密环的情况下，能够进一步提高顶环155的密封性。由此，能够抑制来自燃烧室17的已燃气体向活塞15的外周面153(特别是顶部槽脊153a)与气缸衬套13的内周面13a的间隙侵入。

涂覆膜160是用于抑制活塞15的外周面上的油泥的堆积的膜。详细而言，涂覆膜160由具有脱模性的涂覆材料构成，例如如图2所示，涂覆膜160形成在活塞主体151中的冠部152与裙部154之间的外周面153。在本实施方式1中，在活塞主体151的外周面153设置有多个活塞环。在该情况下，涂覆膜160形成于活塞主体151的外周面153中的至少顶部槽脊153a。例如，如图2所示，涂覆膜160以覆盖顶部槽脊153a的整个区域的方式形成于顶部槽脊153a。如上所述，顶部槽脊153a是活塞主体151的外周面153中的、冠部152与顶环155之间的外周面。顶环155是上述多个活塞环中的、设置于最接近燃烧室17的一侧的最上层的活塞环。

另外，构成涂覆膜160的涂覆材料具有能够使油泥难以附着于作为对象的活塞主体151的外周面153(在本实施方式1中为顶部槽脊153a)的脱模性。作为这样的脱模性的涂覆材料，例如，列举氟树脂系涂覆材料、钼系涂覆材料、陶瓷系涂覆材料、硅树脂系涂覆材料等。特别是，由于该油泥来源于润滑油等油成分，因此作为上述脱模性的涂覆材料，优选具有疏油性的涂覆材料。

从使气缸12的内周面不容易产生因与涂覆膜160的接触而引起的损伤的观点出发，优选由上述涂覆材料构成的涂覆膜160比气缸12的内周面软。即，优选涂覆膜160的硬度比气缸衬套13的内周面13a的硬度低。这样的涂覆膜160的硬度例如以布氏硬度计为HB180以下。

另外，涂覆膜160作为在气缸12内的高温环境下往复运动的活塞主体151的外周面153上形成的膜，具有必要的耐热性。这样的涂覆膜160的耐热性例如为400℃以上。

另外，为了在活塞15的往复运动或者摆动时使气缸衬套13的内周面13a与涂覆膜160不容易接触，优选涂覆膜160的外径比裙部154的外径R1(参照图3)小。即，如图3所示，优选涂覆膜160的膜厚K与活塞主体151的外周面153的外径R2的合计尺寸R3比裙部154的外径R1小。在本实施方式1中，由于涂覆膜160形成于顶部槽脊153a，因此上述外径R2为顶部槽脊153a的外径。另外，上述合计尺寸R3由顶部槽脊153a的外径R2与活塞主体151的径向两侧的涂覆膜160的膜厚(＝K×2)之和表示，由下述的式(1)计算。

合计尺寸R3＝外径R2+膜厚K×2……(1)

例如，优选涂覆膜160的膜厚K为0.2mm以下。另外，裙部154相对于外周面153的单侧的伸出量为裙部154的外径R1与外周面153的外径R2之差的一半(＝(R1-R2)/2)，优选为0.3mm以上且1.0mm以下。

(活塞的作用)

接着，对本发明的实施方式1的活塞15的作用进行说明。以下，首先，对在活塞主体151的外周面未形成涂覆膜160的比较例的活塞的动作进行说明，然后，对具有该涂覆膜160的实施方式1的活塞15的作用进行说明。图4是用于对比较例的活塞的动作进行说明的示意图。图5是对本发明的实施方式1的活塞的作用进行说明的示意图。

比较例的活塞在活塞主体151的顶部槽脊153a等的外周面未形成涂覆膜160。即，比较例的活塞的结构除了不具备涂覆膜160以外，与实施方式1的活塞15相同。当这样的比较例的活塞在气缸12的内部反复往复运动，则气缸衬套13与活塞主体151之间的润滑油等油成分与来自燃烧室17(参照图1、2)的已燃气体接触而被加热，由此产生油泥200。油泥200容易产生并附着于活塞主体151的外周面中的最接近燃烧室17的顶部槽脊153a。这样的油泥200伴随着活塞主体151的往复运动，例如如图4所示，堆积于顶部槽脊153a而硬质化。

在油泥200堆积于活塞主体151的顶部槽脊153a的情况下，由于在顶部槽脊153a的周向上油泥200的堆积的厚度存在偏差，因此顶部槽脊153a与气缸衬套13的内周面13a的间隙产生偏差。因此，从活塞主体151的径向施加给顶部槽脊153a的压力的平衡被破坏，由此而造成，对于顶部槽脊153a偏向活塞主体151的摆动方向D4的两侧中的某一侧地施加载荷。例如，如图4中的粗线箭头所示，偏向顶部槽脊153a地施加从摆动方向D4的泵侧朝向排气侧的载荷。活塞主体151由于上述载荷而偏向摆动方向D4两侧中的某一侧(在图4中为排气侧)地摆动(倾斜移动)。

这里，在活塞主体151在气缸12内的往复运动中在摆动方向D4上摆动的情况下，本来，裙部154相比于顶部槽脊153a先与气缸衬套13的内周面13a滑动接触，由此，限制活塞主体151的摆动。然而，在比较例的活塞中，如图4所示，硬质的油泥200堆积于顶部槽脊153a。因此，即使活塞主体151的摆动被裙部154限制，顶部槽脊153a上的油泥200也会与气缸衬套13的内周面13a滑动接触，因该油泥200的滑动接触而产生孔蚀。即，在气缸衬套13的内周面13a与活塞主体151的外周面之间形成的润滑油的油膜被油泥200破坏。其结果为，由于比较例的活塞与气缸衬套13之间的润滑性受损，因此在比较例的活塞产生环表面粗糙、裙表面粗糙等损伤的风险增大。另外，由于该损伤的产生而引起比较例的活塞与气缸衬套13之间的密封性降低，其结果为，产生气体泄漏的风险增大。

此外，环表面粗糙是由于气缸的内周面与活塞环的外周面的金属彼此的磨损而产生的纵条纹状的损伤(活塞的往复运动方向的损伤)。裙表面粗糙是由于气缸的内周面与活塞裙部的外周面的金属彼此的磨损而产生的纵条纹状的损伤。另外，气体泄漏是燃烧室侧的气体从产生环表面粗糙的活塞环的外周面(损伤的间隙)向活塞裙部侧泄漏的现象。

相对于上述比较例的活塞，例如如图5所示，本实施方式1的活塞15在活塞主体151的外周面(这里为顶部槽脊153a)具备涂覆膜160。由于该涂覆膜160的脱模性，油泥200不容易附着在活塞主体151的外周面中容易产生上述的油泥200的顶部槽脊153a上。

具备这样的涂覆膜160的活塞15即使在气缸12的内部反复往复运动，也如图5所示，油泥200几乎不或者完全不堆积在活塞主体151的顶部槽脊153a上、即涂覆膜160的表面。因此，遍及顶部槽脊153a的周向的整个区域而充分确保气缸衬套13的内周面13a与活塞主体151的顶部槽脊153a的间隙。因此，由于从活塞主体151的径向对顶部槽脊153a平衡良好地施加压力，因此活塞主体151在气缸衬套13内的往复运动中，不会偏向摆动方向D4的两侧中的任一侧地倾斜移动。另外，活塞15在气缸12内的往复运动中，即使在活塞主体151在摆动方向D4上摆动的情况下，例如如图5所示，在顶部槽脊153a上的涂覆膜160与气缸衬套13的内周面13a滑动接触之前，活塞主体151的摆动也被裙部154限制。

因此，即使活塞15在气缸12内进行往复运动或者摆动中的任意运动，也能够遍及活塞主体151的周向的整个区域而充分确保顶部槽脊153a上的涂覆膜160与气缸衬套13的内周面13a的间隙。由此，在活塞15与气缸衬套13之间不会产生孔蚀而维持润滑油的油膜，因此稳定地维持活塞15与气缸衬套13之间的润滑性。其结果为，在活塞15产生环表面粗糙、裙表面粗糙等损伤的风险降低，进一步地在活塞15与气缸衬套13之间产生气体泄漏的风险降低。

像以上说明的那样，在本发明的实施方式1中，将在船舶用内燃机10的气缸12的内部沿活塞轴C1方向往复运动的活塞15的活塞主体151构成为沿活塞轴C1方向延伸的圆筒状，该活塞主体151在活塞轴C1方向的一端侧具有面向气缸12的内部的燃烧室17的冠部152，并且在活塞轴C1方向的另一端侧具有裙部154，在该活塞主体151中的冠部152与裙部154之间的外周面153形成具有脱模性的涂覆膜160。

因此，通过涂覆膜160使活塞主体151的外周面153成为油泥不容易附着的面，能够抑制活塞主体151的外周面153上的硬质的油泥的堆积。由此，能够遍及活塞主体151的外周面153的周向整个区域而确保该外周面153上的涂覆膜160与气缸12的内周面的间隙。其结果为，在活塞15在气缸12内的往复运动时，能够避免硬质的油泥与气缸12的内周面上的润滑油的油膜滑动接触的情况，因此能够消除气缸12与活塞15之间的孔蚀，而将该油膜的形成稳定化，因此能够稳定地确保气缸12与活塞15之间的润滑性。而且，能够防止气缸12与活塞15的金属接触，从而降低在活塞15产生因这些金属彼此的磨损引起的环表面粗糙、裙表面粗糙等损伤的风险，进一步地，能够降低在气缸12与活塞15之间产生气体泄漏的风险。另外，由于在气缸12的内周面(气缸衬套13的内周面13a)上容易保持润滑油的油膜，因此能够有助于该润滑油的消耗量的降低。

另外，在本发明的实施方式1中，构成船舶用内燃机10，该船舶用内燃机10具备上述的活塞15、以及将该活塞15收纳为往复运动自如的气缸12。因此，能够享有上述的活塞15的作用效果，由此，能够使气缸12和活塞15长寿命化而降低它们的更换频率。

另外，在本发明的实施方式1中，使上述裙部154的外径R1比活塞主体151的外周面153的外径R2大，使涂覆膜160的膜厚K与活塞主体151的外周面153的外径R2的合计尺寸R3比上述裙部154的外径R1小。因此，能够遍及活塞主体151的外周面153的周向整个区域而使涂覆膜160与气缸12的内周面的间隙比裙部154与气缸12的内周面的间隙大。由此，能够容易地避免在气缸12内的活塞的往复运动时，活塞主体151的外周面153上的涂覆膜160与气缸12的内周面滑动接触的情况，即使在活塞主体151在摆动方向D4上摆动的情况下，也能够通过裙部154与气缸12的内周面的预先的接触而限制活塞主体151的摆动，从而容易地避免涂覆膜160与气缸12的内周面的滑动接触。

另外，在本发明的实施方式1中，将活塞主体151的外周面153上的涂覆膜160构成为比气缸12的内周面软。因此，在气缸12内的活塞15的往复运动或者摆动时，即使涂覆膜160与气缸12的内周面滑动接触，也能够将气缸12的内周面的磨损抑制在最小限度。由此，能够抑制因气缸12的内周面的磨损而引起的损伤的产生。

另外，在本发明的实施方式1中，将沿活塞轴C1方向排列的多个活塞环设置于活塞主体151的外周面153，在活塞主体151的外周面153中的冠部152与该多个活塞环中的设置在最接近燃烧室17的一侧的顶环155之间的外周面即至少在顶部槽脊153a形成涂覆膜160。因此，能够通过涂覆膜160而使活塞主体151的外周面153中处于最高温的环境下而容易产生油泥的至少顶部槽脊153a成为油泥不容易附着的面。由此，能够高效地抑制活塞主体151的外周面153上的硬质的油泥的堆积。

另外，在本发明的实施方式1中，上述多个活塞环中的顶环155由气密环构成。因此，能够进一步提高上述多个活塞环中的、从燃烧室17侧受到最高的压力的顶环155的密封性。由此，能够使来自燃烧室17的已燃气体不容易侵入气缸12的内周面与活塞主体151的顶部槽脊153a的间隙。其结果为，由于气缸12的内周面与顶部槽脊153a之间的润滑油不容易被已燃气体加热，因此能够抑制气缸12的内周面与顶部槽脊153a之间的油泥的生成，能够有助于抑制油泥在活塞主体151的外周面153上的堆积。

(实施方式2)

接着，对本发明的实施方式2的活塞和船舶用内燃机进行说明。图6是表示本发明的实施方式2的活塞的一个结构例的示意图。图7是表示本发明的实施方式2的活塞的外周面上的涂覆构造的一例的示意图。在图7中表示从顶面侧观察图6所示的活塞15A的图。此外，在图7中，为了方便说明，省略活塞15A的活塞环(图6中为顶环155、第二环156和第三环157)的图示。

如图6、7所示，本发明的实施方式2的活塞15A具备涂覆膜160a、160b来取代上述的实施方式1的活塞15的涂覆膜160。另外，虽然未特别图示，但本发明的实施方式2的船舶用内燃机具备活塞15A来取代上述的实施方式1的船舶用内燃机10的活塞15。其他的结构与实施方式1相同，对相同的结构部分标注相同的符号。

涂覆膜160a、160b双方都是用于抑制在活塞15A的外周面上的油泥的堆积的膜。详细而言，涂覆膜160a、160b由具有与上述的实施方式1相同的脱模性的涂覆材料构成，例如如图6、7所示，涂覆膜160a、160b被分割地形成在活塞主体151的摆动方向D4的一端侧和另一端侧。此外，如上所述，活塞主体151经由活塞杆16摆动自如地与十字头7(参照图1)连接。

一侧的涂覆膜160a是活塞主体151的摆动方向D4的一侧(在图6、7中为排气侧)的涂覆膜。详细而言，如图6、7所示，涂覆膜160a形成在活塞主体151的外周面153中的、摆动方向D4上的排气侧的外周面。特别是，在将多个活塞环设置于外周面153的活塞主体151中，涂覆膜160a形成在该排气侧的外周面中的至少顶部槽脊153a(以下，称为排气侧的顶部槽脊)。

更详细而言，如图7所示，上述的排气侧的外周面是活塞主体151的外周面153中的、以与活塞轴C1正交的十字头销8(参照图1)的轴向D3为边界而位于摆动方向D4的排气侧的外周面。在本实施方式2中，涂覆膜160a形成在这样区分的排气侧的外周面中的例如排气侧的顶部槽脊，并覆盖该排气侧的顶部槽脊。

这样的涂覆膜160a的形成区域例如在摆动方向D4的排气侧设定于活塞主体151的外周面153与气缸衬套13的内周面13a的间隙成为规定值以下的区域。

具体而言，如图7所示，涂覆膜160a形成于以活塞轴C1为中心而绕活塞轴C1成规定的角度θ1和角度θ2的弧状区域。角度θ1是涂覆膜160a的周向一端侧的直线L1与摆动方向D4所成的角度。角度θ2是涂覆膜160a的周向另一端侧的直线L2与摆动方向D4所成的角度。此外，这些角度θ1、θ2是相互相反方向的角度。另外，直线L1是与涂覆膜160a的周向的一端部即膜端部160aa相接并且与活塞轴C1正交的直线。直线L2是与涂覆膜160a的周向的另一端部即膜端部160ab相接并且与活塞轴C1正交的直线。涂覆膜160a以一端侧的角度θ1的绝对值小于90度并且另一端侧的角度θ2的绝对值小于90度的方式形成于排气侧的顶部槽脊。

另一侧的涂覆膜160b是在活塞主体151的摆动方向D4上的与上述涂覆膜160a相反的一侧(在图6、7中为泵侧)的涂覆膜。详细而言，如图6、7所示，涂覆膜160b形成在活塞主体151的外周面153中的、摆动方向D4上的泵侧的外周面。特别是，在将多个活塞环设置于外周面153的活塞主体151中，涂覆膜160b形成于该泵侧的外周面中的至少顶部槽脊153a(以下，称为泵侧的顶部槽脊)。

更详细而言，如图7所示，上述的泵侧的外周面是活塞主体151的外周面153中的、以上述的轴向D3为边界而位于摆动方向D4的泵侧的外周面。在本实施方式2中，涂覆膜160b形成于这样区分的泵侧的外周面中的例如泵侧的顶部槽脊，并覆盖该泵侧的顶部槽脊。

这样的涂覆膜160b的形成区域例如在摆动方向D4的泵侧设定于活塞主体151的外周面153与气缸衬套13的内周面13a的间隙成为规定值以下的区域。

具体而言，如图7所示，涂覆膜160b形成于以活塞轴C1为中心，绕活塞轴C1成规定的角度θ3和角度θ4的弧状区域。角度θ3是涂覆膜160b的周向一端侧的直线L3与摆动方向D4所成的角度。角度θ4是涂覆膜160b的周向另一端侧的直线L4与摆动方向D4所成的角度。此外，这些角度θ3、θ4是相互相反方向的角度。另外，直线L3是与涂覆膜160b的周向的一端部即膜端部160ba相接并且与活塞轴C1正交的直线。直线L4是与涂覆膜160b的周向的另一端部即膜端部160bb相接并且与活塞轴C1正交的直线。涂覆膜160b以一端侧的角度θ3的绝对值小于90度并且另一端侧的角度θ4的绝对值小于90度的方式形成于泵侧的顶部槽脊。

另外，从降低涂覆膜160a、160b的形成所需要的成本这样的观点出发，优选上述的角度θ1～θ4为更小的角度。另外，从使涂覆膜160a成为有效抑制油泥的堆积的膜这样的观点出发，优选角度θ1～θ4各自的绝对值为45度以上。

此外，本实施方式2的涂覆膜160a、160b的硬度、耐热性和膜厚等特性与上述的实施方式1的涂覆膜160相同。另外，与上述的实施方式1同样，优选涂覆膜160a、160b的膜厚K与活塞主体151的外周面153的外径R2的合计尺寸R3比裙部154的外径R1小。

以上，像说明的那样，在本发明的实施方式2中，在经由活塞杆16摆动自如地与十字头7连接的活塞主体151的外周面153上，将涂覆膜160a、160b分割地形成在活塞主体151的摆动方向D4的一端侧和另一端侧，其他与实施方式1相同。因此，享有与上述的实施方式1相同的作用效果，并且在活塞主体151的外周面153中能够将涂覆膜160a、160b的形成范围缩小到在摆动方向D4的一端侧与气缸12的内周面的间隙成为规定值以下的第一区域以及在摆动方向D4的另一端侧与气缸12的内周面的间隙为规定值以下的第二区域。由此，能够确保基于涂覆膜160a、160b的抑制油泥的堆积的效果，并且降低涂覆膜形成所需的成本。

此外，在上述的实施方式1、2中，在活塞主体151的外周面153中的最上层槽脊(顶部槽脊153a)形成涂覆膜，但本发明不限于此。例如，上述的涂覆膜在活塞主体151的外周面153中可以仅形成在最上层槽脊，也可以形成在最上层槽脊和中间槽脊双方。

另外，在上述的实施方式1、2中，作为在活塞主体151的外周面153上设置的多个活塞环的一例，例示三个活塞环，但本发明不限于此。例如，在活塞主体151的外周面153可以设置一个活塞环，也可以在活塞主体151的往复运动方向(活塞轴向)排列地设置两个以上的活塞环。

另外，在上述的实施方式1、2中，作为应用本发明的活塞的内燃机的一例，例示船舶用内燃机，但本发明不限于此。例如，本发明的活塞也可以应用于车辆的发动机等船舶用内燃机以外的内燃机。

另外，本发明不限于上述的实施方式1、2。将上述的各构成要素适当地组合而构成的结构也包含于本发明。除此之外，本领域技术人员等基于上述的实施方式1、2而完成的其他的实施方式、实施例和应用技术等全部包含于本发明的范畴。

Claims (8)

1.一种活塞，该活塞在内燃机的气缸的内部沿活塞轴向往复运动，其特征在于，具备：

活塞主体，该活塞主体构成为沿所述活塞轴向延伸的圆筒状，在所述活塞轴向的一端侧具有面向所述气缸的内部的燃烧室的冠部，在所述活塞轴向的另一端侧具有裙部；以及

涂覆膜，该涂覆膜形成于所述活塞主体中的所述冠部与所述裙部之间的外周面，并具有脱模性，

所述裙部的外径比所述活塞主体的所述外周面的外径大，

所述涂覆膜的膜厚与所述外周面的外径的合计尺寸比所述裙部的外径小。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述涂覆膜比所述气缸的内周面软。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

在所述活塞主体的所述外周面设置有沿所述活塞轴向排列的多个活塞环，

所述涂覆膜至少形成于顶部槽脊，该顶部槽脊是所述活塞主体的所述外周面中的、所述冠部与所述多个活塞环中的设置在最接近所述燃烧室的一侧的顶环之间的外周面。

4.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，

在所述活塞主体的所述外周面设置有沿所述活塞轴向排列的多个活塞环，

所述涂覆膜至少形成于顶部槽脊，该顶部槽脊是所述活塞主体的所述外周面中的、所述冠部与所述多个活塞环中的设置在最接近所述燃烧室的一侧的顶环之间的外周面。

5.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，

所述顶环为气密环。

6.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，

所述顶环为气密环。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的活塞，其特征在于，

所述活塞主体经由活塞杆而摆动自如地与十字头连接，

所述涂覆膜被分割地形成在所述活塞主体的摆动方向的一端侧和另一端侧。

8.一种船舶用内燃机，其特征在于，具备：

权利要求1至7中任一项所述的活塞；以及

气缸，该气缸将所述活塞收纳为往复运动自如。

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