JP2003293852A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スカートの摺動面とシリンダの内壁との摩擦
抵抗の低減効果を確保しながら、オイルリングを十分に
潤滑することができる内燃機関のピストンを提供する。 【解決手段】 シリンダ内に摺動自在に設けられる内燃
機関のピストン１であって、オイルリングを取り付ける
ための周方向に延びるオイルリング溝６を下端部に形成
したクラウン２と、クラウン２から下方に延びるととも
にシリンダ内を摺動する摺動面３ａを有するスカート３
と、を備え、スカート３の摺動面３ａには、潤滑油をオ
イルリング溝６に導入するための導油溝１０が、摺動面
３ａの下端からオイルリング溝６まで延びるとともに、
オイルリング溝６に向かうに従って幅が狭くなるように
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関のピストンとして、例え
ば実開平２−９６４５３号公報に開示されたものが知ら
れている。このピストンのスカートの摺動面には、シリ
ンダの内壁との摩擦を低減するために、二硫化モリブデ
ンやフッ素樹脂などの低摩擦剤から成るコーティング層
が形成されている。

【０００３】また、スカートの摺動面には、その下端か
らオイルリング溝に延びる一定の幅の導油溝が形成され
ている。そして、この導油溝により、ピストンがシリン
ダ内を下方に移動するときに、潤滑油がオイルリング溝
へ導入される。それにより、摺動面を潤滑するととも
に、オイルリング溝での潤滑油不足が原因となって、オ
イルリングやその上方のコンプレッションリングが焼き
付いたり破損したりすることを防止するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の内燃機関のピストンには、次のような問題がある。ピ
ストンとシリンダの内壁との摩擦抵抗は、コンプレッシ
ョンリングおよびオイルリングが取り付けられているク
ラウンと、スカートとの間でおよそ７：３の比率である
ので、クラウンに取り付けたオイルリングなどの破損や
焼付きがより発生しやすく、クラウンをより潤滑する必
要がある。しかし、従来の内燃機関のピストンでは、一
定の幅の導油溝がスカートの摺動面の下端からオイルリ
ング溝まで比較的長く延びているので、スカートの摺動
面とシリンダの内壁との間の潤滑は可能であるものの、
潤滑油を長い導油溝を介してオイルリング溝に良好に行
き渡らせることが困難であるため、潤滑油が不足がちに
なり、オイルリングを十分に潤滑することができない。

【０００５】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、スカートの摺動面とシリンダの
内壁との摩擦の低減効果を確保しながら、オイルリング
を十分に潤滑することができる内燃機関のピストンを提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る発明は、シリンダ内に摺動
自在に設けられる内燃機関のピストン１であって、オイ
ルリングを取り付けるための周方向に延びるオイルリン
グ溝６を下端部に形成したクラウン２と、クラウン２か
ら下方に延びるとともにシリンダ内を摺動する摺動面３
ａを有するスカート３と、を備え、スカート３の摺動面
３ａには、潤滑油をオイルリング溝６に導入するための
導油溝１０が、摺動面３ａの下端からオイルリング溝６
まで延びるとともに、オイルリング溝６に向かうに従っ
て幅が狭くなるように形成されていることを特徴とす
る。

【０００７】この内燃機関のピストンによれば、吸入行
程または爆発・膨張行程のときに、ピストンが下方に移
動することで、シリンダの内壁に付着している潤滑油
が、スカートの摺動面に形成された導油溝に導入され
る。また、導油溝に導入された潤滑油は、ピストンが下
方に移動する際に、ピストンに対して上方に移動し、上
方のオイルリング溝に近づくにつれて、テーパ状の導油
溝の形状に沿って集められ、搾り出されるようにしてオ
イルリング溝に供給される。すなわち、導油溝の幅が一
定である場合よりも、オイルリング溝に近い位置にある
潤滑油をオイルリング溝側に押し出そうとする力がより
強く作用する。その結果、潤滑油がオイルリング溝に十
分に供給されることでオイルリング溝全体に行き渡り、
潤滑油の不足によるオイルリングの破損や焼付きを防止
できるとともに、その上方のコンプレッションリングに
も潤滑油が供給され、ピストンリング全体の耐久性を向
上させることができる。

【０００８】また、一般に爆発・膨張行程のときには、
スカートの摺動面がシリンダの内壁に衝突することによ
ってピストンスラップ音が発生する。これに対し、本発
明による導油溝は、潤滑油が満たされることによりオイ
ル溜りとしても機能する。すなわち、導油溝に溜められ
た潤滑油が、ピストンとシリンダの内壁との間で緩衝材
の役割を果たすことによって、ピストンスラップ音を低
減させることができる。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１に係る内
燃機関のピストン１において、スカート３の摺動面３ａ
には、非コーティング部以外の部分に、シリンダの内壁
との摩擦を低減するためのコーティング層９ｃが形成さ
れ、導油溝１０は、非コーティング部で構成されている
ことを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、スカートの表面をコーテ
ィングする際に残された非コーティング部によって、請
求項１の導油溝が形成される。また、形成されたコーテ
ィング層によって、スカートの摺動面とシリンダの内壁
との摩擦が低減され、それにより、燃費を向上させるこ
とができる。さらに、このようなコーティング層は、例
えば非コーティング部をマスキングしながらコーティン
グを行うことによって容易に形成されるので、例えばピ
ストンのスカートに導油溝を高い精度で加工することが
容易でない機械的加工の場合と比較して、導油溝を安価
にかつ精度良く形成することができる。また、コーティ
ング層の厚さを調整することにより、導油溝の深さの調
整も容易に行うことができる。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１に係る内
燃機関のピストン１において、スカート３の摺動面３ａ
には、シリンダの内壁との摩擦を低減するための複数の
コーティング層から成る複層コーティング部と、それよ
りも層数が少ないコーティング層から成る少層コーティ
ング部とが形成され、導油溝１０は、少層コーティング
部で構成されていることを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、複層コーティング部より
も薄く形成される少層コーティング部によって導油溝が
構成されるので、請求項２と同様の作用を得ることがで
きる。また、シリンダの内壁との摩擦による摩耗によ
り、複層コーティング部が少層コーティング部と同じ厚
さになり、導油溝が消失したとしても、コーティング層
は残されたままであり、摩擦の低減効果が失われること
はないので、燃費を向上させる効果も維持することがで
きる。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１から３の
いずれかに係る内燃機関のピストン１において、導油溝
１０は、爆発・膨張行程の際にシリンダの内壁から大き
な側圧が作用する、摺動面３ａのスラスト側にのみ形成
されていることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、スカートのスラスト側に
おいて、請求項１の場合と同様の作用が得られる。ま
た、オイルリング溝は、クラウンの周方向の全体にわた
って延びているので、導油溝がスカートのスラスト側に
のみ形成されていても、潤滑油はオイルリング溝全体に
行き渡り、オイルリングおよびコンプレッションリング
を十分に潤滑することができる。また、スカートの摺動
面がシリンダの内壁に衝突し、大きな側圧を受けるのは
爆発・膨張行程のみであるので、スラスト側のみに導油
溝を形成しても、前述したピストンスラップ音の低減効
果は失われない。以上により、摺動面のスラスト側以外
にも導油溝を形成する場合よりも加工に必要な手間を軽
減でき、それにより、製造コストを削減することができ
る。

【００１５】

【発明の実施形態】以下、図面を参照しながら、本発明
の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明
の第１実施形態による内燃機関のピストン（以下、単に
「ピストン」という）１の正面図であり、図２は、その
スラスト側の側面図である。

【００１６】このピストン１は、全体が例えば熱膨張率
の小さいアルミ合金で構成され、中空で上下方向に短
く、下方に開口した円筒形状のクラウン２と、このクラ
ウン２から下方に延び、シリンダ（図示せず）の内壁を
摺動するスカート３とを備えている。

【００１７】クラウン２には、上から順に、トップリン
グ溝４、セカンドリング溝５およびオイルリング溝６
が、それぞれ周方向の全体にわたって延びるように形成
されている。トップリング溝４およびセカンドリング溝
５には、コンプレッションリング（図示せず）がそれぞ
れ取り付けられる。これらのコンプレッションリング
は、シリンダの内壁とトップリング溝３およびセカンド
リング溝４にそれぞれ密着することによって燃焼室を密
封する。また、オイルリング溝６には、オイルリング
（図示せず）が取り付けられる。このオイルリングは、
コンプレッションリングに潤滑油（図示せず）を適度に
供給するとともに、シリンダの内壁に付着している余分
な潤滑油を回収するためのものである。また、オイルリ
ング溝６の底面には、オイルリングにより回収した潤滑
油を捕集し、ピストン１の内側へ排出するための複数の
排油孔７が形成されている。

【００１８】クラウン２から下方に延びるスカート３に
は、前後方向に貫通するピストンピン孔８が形成されて
いる。このピストンピン孔８に、ピストンピン（図示せ
ず）を介してコンロッド（図示ぜず）が連結される。

【００１９】スカート３の左右の部分および上端部の外
周面は、シリンダの内壁を摺動する摺動面３ａになって
おり、この摺動面３ａは、ピストン１を上方から見たと
きには、クラウン２の外周面よりもわずかにはり出して
いる。これに対して、スカート３の摺動面３ａ以外の外
周面は、クラウン２の外周面よりも内側に後退してい
る。

【００２０】スカート３の摺動面３ａには、コーティン
グ剤が２層に分けてコーティングされ、所定の厚さの下
コーティング層９ａおよび上コーティング層９ｂが形成
されている。これらのコーティング層９ａおよび９ｂ
は、シリンダの内壁との摩擦を低減するためのものであ
り、そのようなコーティング剤として例えば、樹脂コー
トやモリブデンコートなどが、また、摩擦を更に低減で
きるものとして、モリショット、鉄メッキ、ニッケルリ
ンメッキ、鉄粉コーティングやブラックフロロコンパウ
ンドなどが挙げられる。本実施形態においては、下コー
ティング層９ａとして鉄メッキを用い、また、上コーテ
ィング層９ｂとしてモリブデンコートを用いている。ま
た、スカート３のスラスト側である右側の部分の摺動面
３ａには、スカート３の下端からオイルリング溝６に向
かって延びるテーパ状の導油溝１０が形成されている。
この導油溝１０は、スカート３の下端およびオイルリン
グ溝６の双方で開放しており、次のようにして形成され
る。

【００２１】図３（ａ）に示すように、まず、スカート
３の摺動面３ａの全体に、コーティング剤を例えばスプ
レーで吹き付けることによって、所定の厚さ（例えば１
５μｍ）の下コーティング層９ａを形成する。次に、下
コーティング層９ａの所定の位置に、形成する導油溝１
０の形状に応じたマスキングＭを施す。そして、この状
態で、更に所定の厚さ（例えば７μｍ）の上コーティン
グ層９ｂを同様にして形成した後、マスキングＭを除去
する。それにより、図３（ｂ）に示すように、マスキン
グＭが施されていた部分には、上コーティング層９ｂが
形成されないことにより、導油溝１０が形成される。す
なわち、導油溝１０の底面はコーティング層９ａの表面
であり、その深さはコーティング層９ｂの厚さに等し
い。

【００２２】以上のようなピストン１によれば、スカー
ト３の摺動面３ａに、コーティング層９ａ、９ｂが形成
されているので、ピストン１がシリンダ内を摺動する際
に、シリンダの内壁との摩擦を低減することができ、そ
れにより燃費を向上させることができる。

【００２３】また、爆発・膨張行程のときには、ピスト
ン１は、連結されているコンロッドにより下方に強く引
っ張られる。コンロッドは、ピストン１の動作を上下方
向に規制するシリンダの軸線方向に対して、ピストン１
の摺動面３ａのスラスト側に傾斜した状態でピストン１
を強く引っ張ることにより、摺動面３ａのスラスト側
は、シリンダの内壁に衝突し、押し付けられた状態で、
すなわちシリンダの内壁から大きな側圧を受けた状態で
下方に移動する。

【００２４】吸入行程または爆発・膨張行程のように、
ピストン１がシリンダ内を下方に移動する際に、摺動面
３ａのスラスト側に形成された導油溝１０の下端から、
シリンダの内壁に付着した潤滑油が導入され、その後、
導入された潤滑油が、ピストン１の導油溝１０内を上方
に移動する。本実施形態では、導油溝１０は、上方のオ
イルリング溝６に向かってテーパ状に形成されているこ
とにより、潤滑油は、導油溝１０の形状に沿って上方に
移動しながら集められ、オイルリング溝６に搾り出され
るようにして十分に供給される。また、オイルリング溝
６は、クラウン２の周方向の全体にわたって延びている
ので、供給された潤滑油がオイルリング溝６全体に行き
渡ることによって、これに取り付けられているオイルリ
ングを十分に潤滑することができ、潤滑油の不足による
オイルリングの破損や焼付きを防止することができる。
また、それに伴い、上方のコンプレッションリングにも
潤滑油が十分に供給されることにより、コンプレッショ
ンリングの破損や焼付きも防止することができ、ピスト
ンリング全体の耐久性を向上させることができる。

【００２５】また、潤滑油が導油溝１０内に満たされる
ことにより、摺動面３ａのスラスト側における潤滑油の
不足を防止することができ、摺動面３ａでの破損や焼付
きを防止することができる。また、導油溝１０は、潤滑
油が満たされることにより、オイル溜りとしても機能す
る。すなわち、導油溝１０に溜められた潤滑油が緩衝材
の役割を果たすことによって、爆発・膨張行程のとき
に、摺動面３ａがシリンダの内壁に衝突することで発生
する、前述したようなピストンスラップ音を低減するこ
とができる。

【００２６】また、シリンダの内壁との摩擦による摩耗
により、摺動面３ａのスラスト側の上コーティング層９
ｂが消失することにより、導油溝１０が消失したときに
は、上コーティング層９ｂとシリンダの内壁との間に存
在していた間隙は、消失した上コーティング層９ｂの厚
さの分だけ大きくなる。その際には、下コーティング層
９ａは残されたままなので、シリンダの内壁との摩擦の
低減効果が失われることはなく、燃費を向上させる効果
も維持することができる。また、上コーティング層９ｂ
の摩耗による消失分をあらかじめ予測して、上コーティ
ング層９ｂの厚さを設定することもできる。

【００２７】また、本実施形態においては、導油溝１０
が摺動面３ａのスラスト側にのみ形成されているので、
摺動面３ａのその他の部分にも導油溝１０を形成すると
きよりも、加工に要する手間を軽減することができ、そ
の分、製造コストを削減することができる。

【００２８】図４は、本発明の第２実施形態を示してい
る。前述した第１実施形態では、２層のコーティング層
９ａ、９ｂを形成し、上コーティング層９ｂを形成しな
い部分で導油溝１０を構成しているのに対して、本実施
形態は、同図（ｂ）に示すように、コーティング層９ｃ
を１層とし、コーティング層９ｃを形成しない部分（非
コーティング部）でテーパ状の導油溝１０を構成したも
のである。このような導油溝１０は、例えば同図（ａ）
に示すように、スカート３の摺動面３ａに直接、マスキ
ングＭを施した状態で、例えばモリブデンコートにより
所定の厚さのコーティング層９ｃを形成し、マスキング
Ｍを除去することによって形成される。この構成では、
導油溝１０の底面は摺動面３ａであり、その深さは、コ
ーティング層９ｃの厚さに等しい。その他の構成要素に
ついては、第１実施形態と同様である。

【００２９】したがって、本実施形態においても、テー
パ状の導油溝１０を介して、オイルリング溝６を十分に
潤滑できるなど、第１実施形態とほぼ同様の効果を得る
ことができる。また、本実施形態においては、摺動面３
ａに形成されるコーティング層９ｃが１層のみであるの
で、導油溝１０を安価にかつ精度良く形成することがで
きる。また、コーティング層９ｃの厚さを調整すること
により、導油溝１０の深さも容易に調整することができ
る。

【００３０】なお、摺動面３ａに直接、機械的な加工を
施すことによって導油溝１０を形成してもよい。また、
コーティング層の層数は、１層または２層に限られるこ
とはなく、より多数の層としてもよく、その場合には、
最上層から任意の層数のコーティング層を形成しないこ
とによって導油溝１０を構成することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の内燃機関のピス
トンによれば、スカートの摺動面とシリンダの内壁との
摩擦の低減効果を確保しながら、オイルリングを十分に
潤滑することができる、などの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるピストンの正面図
である。

【図２】図１に示すピストンのスラスト側の側面図であ
る。

【図３】図１に示すピストンの摺動面のスラスト側に導
油溝を形成するときの模式図である。

【図４】本発明の第２実施形態によるピストンの摺動面
のスラスト側に導油溝を形成するときの模式図である。

【符号の説明】

１ ピストン ２ クラウン ３ スカート ３ａ 摺動面 ６ オイルリング溝 ９ａ 下コーティング層 ９ｂ 上コーティング層 ９ｃ コーティング層 １０ 導油溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上嶋 英夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3J044 AA12 BA04 BC01 CA06 CA14 DA09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に摺動自在に設けられる内燃
   機関のピストンであって、 オイルリングを取り付けるための周方向に延びるオイル
   リング溝を下端部に形成したクラウンと、 前記クラウンから下方に延びるとともに前記シリンダ内
   を摺動する摺動面を有するスカートと、を備え、 当該スカートの前記摺動面には、潤滑油を前記オイルリ
   ング溝に導入するための導油溝が、前記摺動面の下端か
   ら前記オイルリング溝まで延びるとともに、当該オイル
   リング溝に向かうに従って幅が狭くなるように形成され
   ていることを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 【請求項２】 前記スカートの前記摺動面には、非コー
   ティング部以外の部分に、前記シリンダの内壁との摩擦
   を低減するためのコーティング層が形成され、前記導油
   溝は、前記非コーティング部で構成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関のピストン。
3. 【請求項３】 前記スカートの前記摺動面には、前記シ
   リンダの内壁との摩擦を低減するための複数のコーティ
   ング層から成る複層コーティング部と、それよりも層数
   が少ないコーティング層から成る少層コーティング部と
   が形成され、前記導油溝は、当該少層コーティング部で
   構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃
   機関のピストン。
4. 【請求項４】 前記導油溝は、爆発・膨張行程の際に前
   記シリンダの内壁から大きな側圧が作用する、前記摺動
   面のスラスト側にのみ形成されていることを特徴とする
   請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関のピスト
   ン。