JP2005194976A

JP2005194976A - 内燃機関用ピストンの潤滑構造

Info

Publication number: JP2005194976A
Application number: JP2004004142A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kosugi; 尚小杉
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】潤滑油保持能力を高めた内燃機関用ピストンの潤滑構造を提供すること。
【解決手段】内燃機関用ピストン１にスカート部１３を設け、該スカート部１３のスラスト方向の外周面に一端側から他端側に溝部１５を設けた内燃機関用ピストン１の潤滑構造であって、溝部１５の一端及び他端に壁部２１を設け、溝部１５の両端１７を閉塞させ、スカート部１３の外周面にオイル溜りを形成した。好ましくは、溝部１５は上側よりも下側の深さを大とする上下非対称に形成されて、潤滑油保持能力を一層高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用ピストンの潤滑構造に関する。

図３、４に示すように、内燃機関用ピストン１は上部のピストンヘッド３から爆発圧力を受けて往復運動を行うが、この運動はピストンピン７、コネクティングロッド１１を介して、クランク軸の回転運動に変換される。このピストン１の往復回転運動時の挙動を安定させるため、ピストンヘッド３と反対側にはガイド用としてピストンスカート１３が設けられている。図５、６に示すように、ピストンスカート１３はシリンダ壁面との間で潤滑効果を得るために、外径仕上げによる溝部１５を設けて、この中に油膜を形成する場合がある。しかしながら、従来、上記溝部１５は油膜切れを生じやすいという問題があった。これは、溝部１５がスカート部１３のスラスト側、反スラスト側共に連続して設けられ、かつ符合１７で示す両端部で開放されているため、油が逃げやすかったためである。さらに、図６の符合１９から理解できるように、従来の溝部１５は断面形状が上下対称で設けられているため、この下方側から油が逃げやすかったためである。このように、従来の溝部１５は潤滑油保持能力が不十分であって、潤滑油不足を生じさせる場合があり、著しい場合には耐焼付き性能や耐磨耗性の低下を生じさせることがあった。このため、従来、スカート部１３にＷＰＣ処理やＭｏコート処理等の特別な加工処理を施すことがあったが、このような対処法はコスト高になるという不都合があった。また、スカート部１３の潤滑油保持能力を高めるために、従来、様々な提案がなされてきたが（例えば、特許文献１〜６参照）、上述した問題点を十分に改善したものはなかった。
特開平３−７８５１７号公報実開昭６０−１８８８５０号公報実開昭６１−９４２５９号公報実開昭６３−１６８２４２号公報実公平３−２９５６０号公報実開平４−８８７５０号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、潤滑油保持能力を高めた内燃機関用ピストンの潤滑構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明においては、内燃機関用ピストンにスカート部を設け、該スカート部のスラスト方向の外周面に一端側から他端側に溝部を設けた内燃機関用ピストンの潤滑構造において、前記溝部の一端及び他端に壁部を設け、前記溝部の両端を閉塞させ、前記外周面にオイル溜りを形成したことを特徴とする。

また、請求項２に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記溝部は上側よりも下側の深さを大とする上下非対称に形成されることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載した発明においては、請求項１に記載されたものにおいて、前記溝部はスラスト側の外周面に設けられることを特徴とする。

さらに、請求項４に記載した発明においては、請求項２に記載されたものにおいて、前記溝部は前記外周面全般に渡って形成されることを特徴とする。

本発明は以上説明したように構成された内燃機関用ピストンの潤滑構造であるから、請求項１に記載の構成では、スカート部外周の溝部の両端を塞ぐことで、潤滑油保持能力を高めて、潤滑油溜りとして利用できるようになり、スカート部の耐焼付き性能や耐磨耗性を向上できる。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、油膜保持におけるくさび作用の効果を向上でき、潤滑油保持能力を一層向上できる。

請求項３に記載した発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、特に磨耗が激しいスラスト面と反スラスト面側において、潤滑油保持能力を向上できる。

請求項４に記載した発明によれば、請求項２に記載の効果に加え、多量の潤滑油をスカート部の外周面に保持することで、潤滑油保持能力を一層向上できる。

本発明に係る内燃機関用ピストンの潤滑構造は基本的には以上のように構成されて、任意の手段により溝部の両端を塞ぐことで、溝部の潤滑油保持能力を高めることができる。好ましくは、本発明は自動車用の内燃機関に対して用いられるが、しかし、本発明は、他、例えば、船外機、汎用エンジン、水上バイクをはじめとする、ピストン−クランク機構を有する任意の機関に対して用いられることができる。また、本発明は、溝部両端部の閉塞条件の変更により、溝部の潤滑性能の最適化を図ることができる。例えば、溝部の両端側を閉塞する壁部の厚さを任意に定めて、この付近の潤滑状態を良好にしてもよい。さらに、本発明は、溝部の上下方向のピッチを変化させることにより、溝部の潤滑性能の最適化を図ることができる。好ましくは、溝部は上側よりも下側の深さを大とする上下非対称の円弧状に形成されるが、この形状は円弧状に限定される必要はなく、適宜、実施の形態に従って任意の形状に形成することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態に係る内燃機関用ピストンの潤滑構造を添付した図を用いて説明する。
再度図３、４を参照すると、内燃機関用ピストン１の上部のピストンヘッド３は燃焼室の一部を形成して、ここから爆発圧力を受ける。ピストン１上部には２〜３個のリング溝５が設けられて、コンプレッションリングやオイルリング等のピストンリングを取付ける。ピストン１中央部にはピストンピン７を支えるボス９があり、ピストン１に加わる爆発力をピストンピン７、コネクティングロッド１１を介してクランクシャフトに伝達させる。このため、爆発圧力によるピストン１の往復運動はクランクシャフトの回転運動に変換されるが、このピストン１の往復回転運動時の挙動を安定させるために、ピストンヘッド３と反対側にはガイド用として、筒形のピストンスカート１３が設けられる。通常、スカート部１３の長さと剛性はピストンピン７より上の重量等に応じて決定され、またスカート部１３の断面形状はシリンダ壁面との局所的な当たりを避けるため、図１、５に示すように、スラスト方向が長径で、かつピン方向が短径の略楕円形になっている。スカート部１３の形状はピストンスラップ音、耐焼付き性、摩擦抵抗、潤滑油かき落し量等に影響を与えているが、特にシリンダ壁面との間で潤滑効果を得るため、図１に示すように、スカート部１３の壁面に外径仕上げによる溝部１５を設ける場合がある。

但し、本発明の実施の形態では、スカート部１３に対して溝部１５を不連続に設ける。即ち、図１の符合１７で示す、４つの小円で囲まれた部位において、スカート部１３の溝部１５はスラスト側、反スラスト側共にスカート部１３の端部で途切れるようにする。このため、スカート部１３の溝部１５はこの両端部１７で閉塞された構造となって、溝部１５内の潤滑油はこの両端部１７から逃げることはなく、潤滑油溜りとして機能することが可能になる。このため、本発明の実施の形態では、ＷＰＣ処理やＭｏコート処理等の特別な加工処理をスカート部１３の外周面に施すことなく、スカート部１３外周の溝部１５の潤滑油保持能力を向上させて、全体としてより経済的にスカート部１３の耐焼付き性能や耐磨耗性を向上できる。

溝部１５の両端１７を閉塞させる手段は様々に構成することができるが、例えば、ピストンスカート１３の壁面に外径仕上げ（外径楕円加工）によって溝部１５を設ける際、図１の符合１７で示す４つの小円で囲まれた部位において、溝部１５がスカート部１３を貫通しないように、溝部１５の一端及び他端に壁部２１を設けてもよい。この外径仕上げはカム倣いによって行われてもよく、ＮＣ制御によって行われてもよく、これらの組み合わせによって行われてもよい。また、従来の技術と同様にスカート部１３に設けられた溝部１５に対して、任意の部材によってこの両端側１７を閉塞させるように後処理を行ってもよい。この際、溝部１５両端部１７の閉塞条件の変更により、溝部１５の潤滑性能の最適化を図ってもよい。例えば、壁部２１の厚さは適宜、実施の形態に従って定められるが、この付近の潤滑状態を良好にしてもよい。

好ましくは、図２に示すように、ピストンスカート１３の溝部１５の形状を上下非対称にする。即ち、図６に示した従来技術では、外径仕上げ時に用いるバイト（刃物）の作用部が通常、対称的であるため、溝部１５の断面形状がバイトの作用部の輪郭に沿って、符合１９に示すように略半円形状となることがある。この場合、溝部１５の上下がシリンダ壁面との間で鋭角をなして、これら２面間に生じる油膜圧力にくさび効果を発生させて、油膜がその荷重を支えられるようにしている。しかしながら、溝部１５の形状が上下対称的であるため、特にこの下部側から油が逃げやく、潤滑油保持能力は不十分であった。これに対して、本発明に係る好適な実施の形態では、図２に示すように、溝部１５の形状を上側よりも下側の深さを大とする上下非対称に形成する。このことは、バイト（刃物）の作用部の形状を適宜変更することによって行うことができる。尚、溝部１５の加工は、一度の外径仕上げから得られてもよく、また異なる２つのバイトを用いた二度の外径仕上げから得られてもよい。この場合、溝部１５の下方がシリンダ壁面との間でなす角度が、溝部１５の上方がシリンダ壁面との間でなす角度よりも大きな角度で交わることで、くさび効果を生じさせて、溝部１５の下部側から油がより逃げにくくして、全体として潤滑油溜りの効果を向上させる。故に、本発明に係る好適な実施の形態では、溝部１５の形状をシリンダ壁面との間でなす角度が上側より下側が大となるような上下非対称の円弧状に形成することで、即ち、溝部１５の上側よりも下側の深さを大きくすることで、油膜保持におけるくさび作用の効果を向上させることができ、潤滑性能を一層向上できる。

図２に示した実施の形態では、溝部１５の断面形状は全体として円弧状をなすとともに、この円弧状の形状は２つの大きさの異なる円弧２３、２５から定められている。このうち、径の大きな円弧２３は溝部１５上方の形状を定め、径の小さな円弧２５は上記径の大きな円弧２３の内側で、溝部１５下方の形状を定める。これら２つの円弧２３、２５は内接する際、好ましくはこの交差部において２つの円弧２３、２５が滑らかに接するようにする。この際、溝部１５の上下方向のピッチを変化させることにより、溝部１５の潤滑性能の最適化を図ってもよい。また、これら円弧２３、２５の径の大きさや、中心点の位置や、最大深さｄ等は、適宜、実施の形態に従って定められる。また、径の小さな円弧２５は常に径の大きな円弧２３の内側に位置する必要はなく、例えば、径の小さな円弧２５は一部径の大きな円弧２３から後方に突出するように設けられてもよい。さらに、溝部１５の断面形状は図２に示した円弧状に限定される必要はなく、他、様々に構成されてもよい。但し、溝部１５はこの下方で潤滑油がより溜りやすくするように、くさび作用の効果を生じさせる。

さらに、好ましくは、特に磨耗が激しいピストン１のスラスト側の外周面に溝部１５を設けて、この面に潤滑油を保持する潤滑油溜り１５を設けるようにする。これは、図３に概略的に示したように、ピストン１は往復回転運動に伴って首振り挙動を示すが、特にスラスト側では、ピストン１の爆発行程における燃焼ガス圧力によって、ピストン１がシリンダライナ（シリンダ壁面）に対して圧接されて、この付近のピストン１の外周面は特に磨耗が激しくなるためである。このため、本発明に係る好適な実施の形態では、上記溝部１５をスラスト側の外周面に設けて、ピストン１外周面のうち、特に磨耗が激しいスラスト面と反スラスト面側において、スカート部１３の耐焼付き性能や耐磨耗性を向上させる。

尚、ピストン１はこの爆発行程における燃焼ガス圧力によって、シリンダ壁面に圧接される際、ピストン１がシリンダ壁面を叩く結果、ピストンスラップ音（ピストンの首振り音）を生じさせることがある。一般に、ピストンスラップ音は、ピストン１とシリンダのクリアランス過大、ピストン１とシリンダの摩耗、コネクティングロッド１１の曲がり、ピストンピン７とピストンピン孔の摩耗等が適切でない場合に生じやすくなる。しかしながら、近年、車の快適性が一層問題となっており、特にノイズ、バイブレーション、ハーシュネスは車の快適性を表す三大要素とされており、これら三大要素によって決定される車の快適性（ＮＶＨ）を向上させることが課題とされている。これに対して、本発明に係る好適な実施の形態では、溝部１５をピストン１のスラスト側の外周面に設けることにより、この外周面を磨耗から保護して、耐久性を高めるとともに、潤滑油ダンパー作用を提供して、上記ピストンスラップ音を低減させて、車の快適性（ＮＶＨ）をも向上させることができる。

さらに、好ましくは、溝部１５はピストン１の外周面全般に渡って形成される。この場合、多量の潤滑油をスカート部１３の外周面に保持することができ、さらに溝部１５の潤滑性能を向上できる。尚、通常、図２に示すように、溝部１５はスカート部１３の周囲に複数，連続して設けられるが、この際、これら溝部１５の個数は任意であって、適宜、実施の形態に従って定められる。また、好ましくは、溝部１５はスカート部１３に対して円周状に設けられるが、溝部１５をスカート部１３に対して螺旋状に設けることは可能である。

本発明の実施の形態に係るピストンスカートの断面図と、溝部の端部付近を拡大して示す図である。図１に示した溝部の垂直方向の断面図である。従来技術に係る内燃機関用ピストンを示す正面図である。図３の側面図である。従来技術に係るピストンスカートの断面図と、溝部の端部付近を拡大して示す図である。図４のＡ−Ａに沿った、溝部の垂直方向の断面図である。

符号の説明

１内燃機関用ピストン
３ピストンヘッド
５リング溝
７ピストンピン
９ボス
１１コネクティングロッド
１３ピストンスカート
１５溝部
２１壁部

Claims

内燃機関用ピストンにスカート部を設け、該スカート部のスラスト方向の外周面に一端側から他端側に溝部を設けた内燃機関用ピストンの潤滑構造において、
前記溝部の一端及び他端に壁部を設け、前記溝部の両端を閉塞させ、前記外周面にオイル溜りを形成したことを特徴とする内燃機関用ピストンの潤滑構造。
前記溝部は上側よりも下側の深さを大とする上下非対称に形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの潤滑構造。
前記溝部はスラスト側の外周面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの潤滑構造。
前記溝部は前記外周面全般に渡って形成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用ピストンの潤滑構造。