JP2005083371A - 摩擦損失低減ピストン - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの爆発行程時、爆発ガスの一部を吸収し爆発ガスから作用するピストンの接触圧力を一部除去することにより、ピストンの摩擦馬力の低減による燃費及びエンジンパワーの向上を図ることができると共に、ピストンとライナの耐久性の増大効果が期待できる、摩擦馬力低減用ピストンを提供する。
【解決手段】ピストン（１０）のトップランド部（２０）の側面をなす円周区間の所定の部分に形成された爆発ガス収容溝（３０）を備えて、爆発行程時、爆発ガスの一部が前記爆発ガス収容溝（３０）に流入するようにした構造を含む。
【選択図】図１
【解決手段】ピストン（１０）のトップランド部（２０）の側面をなす円周区間の所定の部分に形成された爆発ガス収容溝（３０）を備えて、爆発行程時、爆発ガスの一部が前記爆発ガス収容溝（３０）に流入するようにした構造を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、爆発行程時の摩擦損失を減らすことができるピストンに係り、特に、爆発行程時、爆発ガスの一部を収容できる溝手段を備えピストンの接触圧力を減らすことにより、ピストンの摩擦損失を減らして、これにより、燃費及びエンジンパワーの向上と共に、ピストンとライナの耐久性増大を図る摩擦損失低減ピストンに関するものである。
最近、燃料費の上昇と排気規制の強化により、低燃費、低エミッションなどに係る技術の開発の要求が増大されている。
特に、エンジンの摩擦損失を減らすとエンジンの熱効率が高くなり、車両の同一な燃料で走行できる距離が増加し、同一のことをするために投入される燃料の量も減少し、大気汚染を低減できる効果が得られる。
したがって、エンジンの摩擦損失の低減は、低燃費、低エミッション車両の開発のために非常に重要なことである。
一方、ピストン系から発生する摩擦損失は、エンジンを含む内燃機関全体の摩擦損失の約１０〜１５％程度を占めているため、この部分の摩擦損失の低減は、エンジン効率の向上に大いに寄与することができる。
図４に示したように、爆発行程時におけるスラストサイド（ＴＳ；Ｔｈｒｕｓｔ Ｓｉｄｅ）を見ると、ピストンとライナの接触圧力（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｐｒｅｓｓｒｕｅ）が増加することが分かる。
もし、接触圧力が限界水準（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｌｅｖｅｌ）を超える場合、ピストンスカート部の燒着及びライナ部のスクラッチが発生することもある。
エンジンのピストン器具においてピストンとライナとの間の摩擦力は、ピストンがライナに加える側力と大きい相関関係を有する。
ピストン側力は、ピストンに作用する全体合力とクランク軸に伝達するコネクティングロッドの角とにより求められる。
例えば、コネクティングロッドの水平方向の分力がピストンの側力となり、ピストンに作用する全体合力は、ピストンの上面に作用する燃焼圧による力とピストンの慣性力との和からなる。
このピストン側力による摩擦の低減は、エンジン効率の向上に大きい影響を与える。
一般に、ピストン系の摩擦を減らす一つの方法として、オフセットクランク軸（ｏｆｆｓｅｔ ｃｒａｎｋ ｓｈａｆｔ）技法が適用されている。
この技法は、シリンダーボアの中心とクランク軸の中心とが一致しないように（偏心されるように）して、シリンダーの内圧が最大となったときコネクティングロッドの作用角を小さくすることにより、ピストン側力を小さくする技法である。
この方式は、圧縮行程では側力が増加するが、吸気行程と膨張行程での側力減少分がさらに大きくて、全体的に摩擦が低減される効果を奏する。
オフセットクランク軸は、特に低速、低負荷の領域で効果が大きいと知られている。
ピストン系の摩擦を減らすための他の方法としては、特開２０００−９７３３８号公報及び特開平９−１１９５２３号公報に開示されたような、ピストンの慣性力を減らす方法がある。
しかし、ピストン系の重量を節減することは、ピストンの慣性力を減らす点ではある程度効果があるが、ピストンには一定の剛性が要求されるので、前記重量節減による摩擦低減には限界がある。
特開２０００−９７３３８号公報
特開平９−１１９５２３号公報
本発明の目的は、上記のような問題点を勘案し、エンジンの爆発行程時、爆発ガスの一部を吸収し爆発ガスから作用するピストンの接触圧力を一部除去することにより、ピストンの摩擦馬力の低減による燃費及びエンジンパワーの向上を図ることができると共に、ピストンとライナの耐久性の増大効果が期待できる、摩擦馬力低減用ピストンを提供することにある。
前記目的を達成するために創出された本発明による摩擦損失低減ピストンは、ピストン（１０）のトップランド部（２０）の側面をなす円周区間の所定の部分に形成された爆発ガス収容溝（３０）を備えており、爆発行程時、爆発ガスの一部が前記爆発ガス収容溝（３０）に流入するようにした構造を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記爆発ガス収容溝（３０）のトップランド部（２０）の側面をなす円周区間の所定の部分は、少なくとも全円周区間の１／４であることを特徴とする。
好ましくは、前記爆発ガス収容溝（３０）は、溝の深さが、溝の中央部が最も深く、その両側において中央からの距離に応じて単調に減少し、その両端部が、境界（４０）を介して、トップランド部（２０）の側面の内、溝の無い部分に段差なく連続することを特徴とする。
前記爆発ガス収容溝（３０）の両端部の境界（４０）は、溝区間の円周奉公の幅が上方に行くほど広くなる斜線形状であることを特徴とする。
前記爆発ガス収容溝（３０）は、ピストン（１０）の軸線を中心として対称な位置に少なくとも二つ以上備えられることを特徴とする。
本発明によれば、エンジンの爆発行程時、ピストンのトップランド部に備えた溝により、爆発ガスの一部を吸収しピストンの摩擦損失を減らすことで、燃費及びエンジンパワーの向上を図る共に、ピストンとライナの耐久性の増大を期待できるという効果を奏する。
以下、図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による摩擦損失低減ピストンの一実施例を示した斜視図である。
図１に示したように、前記ピストン１０のスラストサイド部（Ｔｈｒｕｓｔ Ｓｉｄｅ）、即ちトップランド部２０の側面には、所定の円周区間にかけて爆発ガス収容溝３０が備えられる。
前記爆発ガス収容溝３０は、爆発行程時、爆発ガスの一部が流入する。
したがって、爆発ガス収容溝３０に流入する爆発ガスの量に相応するガス圧力の分だけピストン１０への影響を排除できるので、その分ピストン１０が受ける接触圧力を減らすことができる。
前記爆発ガス収容溝３０は、トップランド部２０の全体円周区間の少なくとも１／４の円周区間にかけて形成することが望ましく、その位置は、ピストン１０の垂直中心軸線を中心に両側の対称位置に二つ形成することが望ましい。
さらに望ましくは、ピストンピンのオフセット軸線を中心にその両側の対称位置に形成する。
このような爆発ガス収容溝３０は、図２に示したように、全体の溝区間の中間を最も深くして、その両側サイドに行くほどだんだんその深さが浅くなり、結局その端部はトップランド部２０の外周面と合うようになる形態にすることが望ましい。
また、爆発ガスがスラストサイドの中心に向かうようにするために、爆発ガス収容溝３０の溝区間の両側端は、上方に行くほど広くなる斜線４０として形成することが望ましい。
即ち、トップランド部２０の上端側は幅が広くて下端側は幅が狭い対称形態で形成することが望ましい。
特に、爆発ガス収容溝３０の深さと溝の寸法は、ピストン仕様によって異なり、反復的な試験を通じて最適の深さと寸法を設定することが望ましい。
爆発ガス収容溝３０の深さが上記範囲を外れる場合は、デッドボリューム（Ｄｅａｄ Ｖｏｌｕｍｅ）が増加するなどの問題が起こるため、できるだけ上記範囲内で設定することが望ましい。
このような爆発ガス収容溝３０は、爆発行程時、爆発ガスの一部を収容し、これによりピストン１０の接触圧力を減らすことができる。
ピストン１０が上死点から下死点に移動する行程区間、例えば爆発行程を行う区間で、爆発行程時発生した爆発ガスが、ピストン１０の爆発ガス収容溝３０に流入するので、ピストン１０は、このように抜け出した一部爆発ガスの影響を排除した状態で所要の行程を行う。
即ち、図３に示したように、爆発行程時、ピストン１０は爆発ガス収容溝３０に流入した一部爆発ガスの影響を受けないようになるので、ピストン１０の接触圧力を低減できて、これによりピストン系の効率低下を最小化することができる。
従って、ピストン１０の摩擦損失の低減により、燃費及びエンジンパワーを向上できると共にピストンとライナの耐久性も増大できる。
１０ ピストン
２０ トップランド部
３０ 爆発ガス収容溝
４０ 爆発ガス収容溝の両側端部の境界をなす斜線
２０ トップランド部
３０ 爆発ガス収容溝
４０ 爆発ガス収容溝の両側端部の境界をなす斜線
Claims (5)
- ピストン（１０）のトップランド部（２０）における一定の円周区間にかけて形成される爆発ガス収容溝（３０）を備えており、爆発行程時、爆発ガスの一部が前記爆発ガス収容溝（３０）に流入するようにした構造を含むことを特徴とする、摩擦損失低減ピストン。
- 前記爆発ガス収容溝（３０）は、前記トップランド部（２０）の全体円周区間の少なくとも１／４の円周区間にかけて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦損失低減ピストン。
- 前記爆発ガス収容溝（３０）は、全体の溝区間の中間を最も深くして、その両側サイドに行くほどだんだんその深さが浅くなり、その側端部はトップランド部（２０）の外周面と合うようになる形態であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の摩擦損失低減ピストン。
- 前記爆発ガス収容溝（３０）は、溝区間の両側端部の境界が上方に行くほど広くなる斜線（４０）となっていることを特徴とする、請求項３に記載の摩擦損失低減ピストン。
- 前記爆発ガス収容溝（３０）は、ピストンの軸線を中心として対称位置に少なくとも二つ以上備えられることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の摩擦損失低減ピストン。
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