JP2006016982A - Piston for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、潤滑性能の向上や摩擦損失の低減を図り得る内燃機関用ピストンに関する。 The present invention relates to a piston for an internal combustion engine that can improve lubrication performance and reduce friction loss.
内燃機関に用いられるピストンは、コネクティングロッドやクランクシャフトに連結され、シリンダボア内で上下動することによりクランクシャフトにおいて軸出力を発生させる。一般に、このピストンには、少なくとも一つのコンプレッションリング溝とオイルリング溝とが形成されており、その夫々に、主として燃焼室の気密性を保持するコンプレッションリングとシリンダボア壁面の油膜の最適化を図るオイルリングとが取り付けられている。また、このピストンには、主として横揺れを抑制すると共にシリンダへ熱を逃がすピストンスカートも設けられている。 A piston used in an internal combustion engine is connected to a connecting rod and a crankshaft, and moves up and down in a cylinder bore to generate an axial output in the crankshaft. Generally, at least one compression ring groove and an oil ring groove are formed in the piston, and an oil for mainly optimizing an oil film on the compression ring and the cylinder bore wall surface, which mainly maintains the airtightness of the combustion chamber. A ring is attached. The piston is also provided with a piston skirt that mainly suppresses rolling and releases heat to the cylinder.
ここで、ピストンは、そのコンプレッションリングやオイルリング,ピストンスカートがシリンダボア壁面に接しながら上下動する。これが為、従来、その際の異常摩耗や焼き付きを防止する為に種々の方策が採られている。 Here, the piston moves up and down while its compression ring, oil ring, and piston skirt are in contact with the cylinder bore wall surface. For this reason, conventionally, various measures have been taken to prevent abnormal wear and seizure.
例えば、下記の特許文献1には、ピストンスカートの肩部に深い条痕を形成し、ピストンスカートの下部側に浅い条痕を形成したピストンが開示されている。また、下記の特許文献2には、ピストンのスラスト側にてピストンスカートにおける上部側の外周面粗さが下部側の外周面粗さよりも大きくなるように条痕の形状に差を設けたものが開示されている。更にまた、下記の特許文献3には、ピストンスカートの表面を粗さが平均10μm以下となるよう加工し、その表面に溝幅が30乃至100μmの溝を形成したピストンが開示されている。 For example, the following Patent Document 1 discloses a piston in which a deep streak is formed on the shoulder of the piston skirt and a shallow streak is formed on the lower side of the piston skirt. Further, in Patent Document 2 below, there is provided a difference in the shape of the streak so that the outer peripheral surface roughness of the upper side of the piston skirt is larger than the outer peripheral surface roughness of the lower side on the thrust side of the piston. It is disclosed. Furthermore, Patent Document 3 below discloses a piston in which the surface of the piston skirt is processed so that the average roughness is 10 μm or less, and grooves having a groove width of 30 to 100 μm are formed on the surface.
尚、下記の特許文献4には、ピストンスカートの外周面での詳細な位置関係について言及されていないが、ピストンの摺動面において深さが規則的に変化する微細な凹部を形成し、その凹部間にプラトー状の凸部を設ける技術が開示されている。
In addition, although the following
ここで、ピストンスカートの外周面とシリンダボア壁面との間の面圧は、ピストンスカートの最上部及び最下部、中間部、下部(中間部と最下部との間)、上部(最上部と中間部との間)の順に大きくなっていく。 Here, the surface pressure between the outer peripheral surface of the piston skirt and the cylinder bore wall surface is the uppermost and lowermost, middle, lower (between the middle and lowermost), upper (upper and middle) of the piston skirt. It increases in the order of
これが為、上記特許文献1,2のピストンは、ピストンスカートの上部においては条痕にオイルを溜めて所望の潤滑性能を得ることができたとしても、ピストンスカートの下部においてはオイルが溜まり難く潤滑性能が悪化してしまい異常摩耗や焼き付きが起こり得る虞があった。更に、これら特許文献1,2のピストンにおいてはピストンスカートの中間部の表面粗さが粗いので、その中間部において摩擦や摩耗が大きくなってしまう、という不都合もあった。 For this reason, the pistons of the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 are lubricated in such a way that oil is not collected in the lower part of the piston skirt even if the oil is accumulated in the striations in the upper part of the piston skirt to obtain a desired lubricating performance. There was a possibility that the performance deteriorated and abnormal wear or seizure could occur. Further, in the pistons of these Patent Documents 1 and 2, since the surface roughness of the intermediate portion of the piston skirt is rough, there is a disadvantage that friction and wear increase in the intermediate portion.
また、上記特許文献3のピストンにおいては、ピストンスカートの上部や下部においてオイルを溜めることができたとしても、その反面、ピストンスカートの中間部において摩擦や摩耗が大きくなってしまう。 Moreover, in the piston of the above-mentioned patent document 3, even if oil can be accumulated in the upper part and the lower part of the piston skirt, friction and wear increase in the middle part of the piston skirt.
更に、上記特許文献4のピストンにおいては、ピストンスカートの中間部における摩擦の低減や摩耗の抑制が図れても、ピストンスカートの上部や下部においてオイルを溜めることができず、潤滑性能が悪化してしまい異常摩耗や焼き付きが起こり得る虞があった。
Further, in the piston of the above-mentioned
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、ピストンの潤滑性能の向上と摩擦損失の低減の両立を図り得る内燃機関用ピストンを提供することを、その目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a piston for an internal combustion engine that improves the disadvantages of the conventional example and can achieve both improvement in piston lubrication performance and reduction in friction loss.
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、ピストンスカートの外周面に複数本のピストン周方向の条痕溝を設け、その夫々の条痕溝を前記ピストンスカートの外周面とシリンダボア壁面との間の面圧分布に基づいて形成している。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of piston circumferential groove grooves are provided on the outer peripheral surface of the piston skirt, and the respective groove grooves are formed on the outer peripheral surface of the piston skirt and the cylinder bore wall surface. It is formed based on the surface pressure distribution between.
この請求項1記載の発明によれば、例えば、その面圧分布の大小に応じた条痕溝によって、ピストンスカートの外周面とシリンダボア壁面との間にオイルが保持され、更に摩擦が軽減される。 According to the first aspect of the present invention, for example, the oil is held between the outer peripheral surface of the piston skirt and the wall surface of the cylinder bore by the streak groove corresponding to the size of the surface pressure distribution, and the friction is further reduced. .
また、上記目的を達成する為、請求項2記載の発明では、ピストンスカートの外周面の上部と下部に複数本の粗目の条痕溝を形成し、そのピストンスカートの外周面の最上部と最下部と中間部に前記粗目の条痕溝よりも細かいオイル溜まりを形成している。 In order to achieve the above object, according to the second aspect of the present invention, a plurality of coarse streak grooves are formed in the upper and lower portions of the outer peripheral surface of the piston skirt, and the uppermost portion and the uppermost portion of the outer peripheral surface of the piston skirt are formed. Oil reservoirs that are finer than the coarse streak groove are formed in the lower and intermediate portions.
この請求項2記載の発明によれば、ピストンスカートの外周面とシリンダボア壁面との間において、面圧の高いピストンスカートの上部と下部でオイルが保持され、また、面圧の低いピストンスカートの最上部と最下部と中間部で摩擦が軽減される。 According to the second aspect of the present invention, oil is held between the upper and lower portions of the piston skirt having a high surface pressure between the outer peripheral surface of the piston skirt and the wall surface of the cylinder bore. Friction is reduced at the top, bottom and middle.
また、上記目的を達成する為、請求項3記載の発明では、スラスト側のピストンスカートの外周面における上部と下部に複数本の粗目の条痕溝を形成し、反スラスト側のピストンスカートの外周面に前記粗目の条痕溝よりも細かいオイル溜まりを形成している。 In order to achieve the above object, according to the third aspect of the present invention, a plurality of coarse streak grooves are formed in the upper and lower portions of the outer peripheral surface of the thrust side piston skirt, and the outer periphery of the piston skirt on the anti-thrust side is formed. An oil reservoir finer than the coarse streak groove is formed on the surface.
この請求項3記載の発明によれば、相対的に面圧が高いスラスト側のピストンスカートの外周面においては、その中でもより面圧の高いピストンスカートの上部と下部でオイルが保持される一方、そのスラスト側よりも面圧が低い反スラスト側のピストンスカートの外周面においては摩擦が軽減される。 According to the invention described in claim 3, on the outer peripheral surface of the piston skirt on the thrust side having a relatively high surface pressure, the oil is held at the upper and lower portions of the piston skirt having a higher surface pressure, Friction is reduced on the outer peripheral surface of the piston skirt on the anti-thrust side whose surface pressure is lower than that on the thrust side.
また、上記目的を達成する為、請求項4記載の発明では、上記請求項2又は3に記載の内燃機関用ピストンにおいて、前記オイル溜まりはピストン周方向に向けて形成した複数本の細目の条痕溝又は複数のマイクロディンプルである。 In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, in the piston for an internal combustion engine according to the second or third aspect, the oil reservoir is formed of a plurality of fine lines formed in the circumferential direction of the piston. It is a groove or a plurality of micro dimples.
この請求項4記載の発明によれば、その細目の条痕溝やマイクロディンプルによって摩擦係数を小さくすることができるので、より有効に摩擦の軽減が図れる。 According to the fourth aspect of the present invention, the friction coefficient can be reduced by the fine streak grooves and micro dimples, so that the friction can be more effectively reduced.
また、上記目的を達成する為、請求項5記載の発明では、上記請求項2,3又は4に記載の内燃機関用ピストンにおいて、前記粗目の条痕溝におけるピストン下方側の溝側面を、ピストン頂面と略平行にし又はピストン内側に向け且つピストン下方に向けて傾倒させている。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the piston for an internal combustion engine according to the second, third, or fourth aspect, a groove side surface on the piston lower side of the coarse streak groove is defined as a piston. It is inclined substantially parallel to the top surface or toward the inside of the piston and downward of the piston.
この請求項5記載の発明によれば、その粗目の条痕溝に多量のオイルを保持することができ、更に、ピストンの上下動時にもオイルを保持し続けることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a large amount of oil can be retained in the coarse streak groove, and further, the oil can be retained even when the piston moves up and down.
本発明に係る内燃機関用ピストンは、面圧が高い箇所ではオイルが保持されるので潤滑性能が向上し、面圧が低い箇所では摩擦が軽減されるので摩擦損失が低減する。このように、本発明に係る内燃機関用ピストンによれば、潤滑性能を向上させつつ摩擦損失を低減させることができるので、異常摩耗や焼き付きを抑制すると共に高回転化による出力の向上や燃料消費量の低減を図ることができる。 The piston for an internal combustion engine according to the present invention retains oil at a location where the surface pressure is high, thereby improving the lubrication performance, and reducing friction at locations where the surface pressure is low, thus reducing friction loss. As described above, according to the piston for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to reduce the friction loss while improving the lubrication performance. The amount can be reduced.
以下に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例1を図1から図5−2に基づいて説明する。
図1の符号1Aは、本実施例1の内燃機関用ピストンを示す。このピストン1Aには、ピストン頂面側から順に第1コンプレッションリング溝2a,第2コンプレッションリング溝2b及びオイルリング溝2cが形成されており、これにより、ピストンヘッド部にトップランド3a,セカンドランド3b及びサードランド3cが形成される。ここで、その第1コンプレッションリング溝2a,第2コンプレッションリング溝2b及びオイルリング溝2cの夫々には、主として燃焼室の気密性を保持するトップリング及びセカンドリング(図示略)とシリンダボア壁面20の油膜の最適化を図るオイルリング(図示略)とが取り付けられる。また、このピストン1Aには、その横揺れを抑制すると共にその熱をシリンダへ逃がすピストンスカート4が設けられている。
1 denotes a piston for an internal combustion engine according to the first embodiment. The
ここで、図3−1に示す如くピストン1の下降時には特に爆発行程において最大のスラスト力F1が、また、図3−2に示す如くピストン1の上昇時にはスラスト力F1と反対方向のスラスト力F2(<F1)がピストン1からシリンダボア壁面20に掛かる。以下、ピストン1の下降行程においてスラスト力F1が掛かる側を「スラスト側」といい、ピストン1の上昇行程においてスラスト力F2が掛かる側を「反スラスト側」という。
Here, as shown in FIG. 3A, when the piston 1 is lowered, the maximum thrust force F1 particularly in the explosion stroke, and as shown in FIG. 3-2, when the piston 1 is raised, the thrust force F2 is opposite to the thrust force F1. (<F1) is applied from the piston 1 to the cylinder
そのようなスラスト力F1,F2は本実施例1のピストン1Aが上下動する際にも同様に発生し、これにより、図4に示す如くスラスト側と反スラスト側の夫々において異なる面圧がピストンスカート4の外周面とシリンダボア壁面20との間に掛かる。
Such thrust forces F1 and F2 are similarly generated when the
この図4の面圧分布図によれば、スラスト側のスラスト力F1が反スラスト側のスラスト力F2よりも大きいことからも明らかなように、スラスト側で反スラスト側よりも高い面圧が掛かっていることが判る。また、そのような相対的に面圧が高いスラスト側におけるピストンスカート4の外周面とシリンダボア壁面20との間においては、ピストンスカート4の最上部4a及び最下部4e、中間部4c、下部(中間部と最下部との間)4d、上部(最上部と中間部との間)4bの順に大きくなる面圧が掛かっていることが判る。
According to the surface pressure distribution diagram of FIG. 4, as apparent from the fact that the thrust force F1 on the thrust side is larger than the thrust force F2 on the antithrust side, a higher surface pressure is applied on the thrust side than on the antithrust side. You can see that Further, between the outer peripheral surface of the
即ち、スラスト側のピストンスカート4の外周面においては、上記の如きスラスト力F1の反力が作用すると共に、上部4bが熱膨張してシリンダボア壁面20を押圧し、更にピストン1Aの傾倒により下部4dがシリンダボア壁面20を押圧するので、その上部4bや下部4dで極端に面圧が高くなる。これが為、その上部4bや下部4dにおいては、異常摩耗や焼き付きが起こり易く、潤沢なオイル量を要する。その一方、最上部4a,中間部4cや最下部4eにおいては、上部4bや下部4dよりも大幅に面圧が低いので、その上部4bや下部4d程のオイル量を要しない。
That is, on the outer peripheral surface of the
そこで、本実施例1におけるスラスト側のピストンスカート4の外周面には、図1及び図2に示す如く、その上部4bと下部4dに夫々ピストン周方向に向けて形成した複数本の粗目(換言すれば溝幅の大きい)の第1条痕溝5aと第2条痕溝5bを設ける。
Therefore, on the outer circumferential surface of the thrust
これにより、ピストン1Aの上下動によってシリンダボア壁面20のオイルが図5−1に示す如く第1及び第2の条痕溝5a,5bに取り込まれるので、その上下動時には、ピストンスカート4の上部4b及び下部4dとシリンダボア壁面20との間におけるオイルの膜厚が厚くなり、かかる部位での異常摩耗や焼き付きを抑制することができる。また、ピストン1Aの上下動により第1及び第2の条痕溝5a,5b内のオイルがピストンスカート4の外周面全体に供給されるので、ピストンスカート4全体の異常摩耗や焼き付きの抑制が可能になる。
As a result, the oil on the cylinder bore
更に、その厚めの膜厚によるダンピング効果によって、ピストンスカート4とシリンダボア壁面20との間の衝突音(所謂ピストンスラップ)を低減することもできる。
Furthermore, a collision effect (so-called piston slap) between the
ここで、一般に、機関停止から時間が経過すると、ピストンスカートの外周面とシリンダボア壁面20との間のオイルがオイルパン(図示略)に戻されてしまうので、再始動時に異常摩耗が発生し易い。しかしながら、本実施例1にあっては第1及び第2の条痕溝5a,5b内に機関停止後もオイルが保持されているので、再始動時に第1及び第2の条痕溝5a,5bからオイルがピストンスカート4の外周面全体に供給され、その際の異常摩耗を抑制することもできる。
Here, generally, when time elapses after the engine is stopped, the oil between the outer peripheral surface of the piston skirt and the cylinder bore
このように、その第1及び第2の条痕溝5a,5bは、作動中や停止中に拘らずピストンスカート4に供給されたオイルを保持し得るオイル溜めとして機能する。
Thus, the first and
ここで、上記第1及び第2の条痕溝5a,5bの溝幅や深さは、そのピストン1A自体の形状や適用される内燃機関等に応じて適宜実験やシミュレーション等を行って最適値を求めることが好ましく、例えば一般の市販車輌用として適用されるものであって、後述するマイクロディンプル6や実施例2の第3条痕溝7が20〜30μm程度であれば、200〜300μm位に設定する。尚、その数値は、あくまで例示であり、必ずしもそれに限定するものではない。
Here, the groove widths and depths of the first and
また、本実施例1にあっては第1及び第2の条痕溝5a,5bの断面形状を図2に示す如く弧状に形成しているが、その断面形状は、必ずしも本態様に限定するものではない。
In the first embodiment, the cross-sectional shapes of the first and
続いて、本実施例1にあっては、スラスト側におけるピストンスカート4の外周面の最上部4a,中間部4c及び最下部4eにマイクロディンプル加工を施して、複数のマイクロディンプル6を形成している。
Subsequently, in the first embodiment, the uppermost part 4a, the intermediate part 4c and the lowermost part 4e of the outer peripheral surface of the
このマイクロディンプル6は、第1及び第2の条痕溝5a,5bの溝幅よりも小径である為に、図5−2に示す如く第1及び第2の条痕溝5a,5bの溝幅と比してオイルの保持量は少ないが、その一方で摩擦係数を小さくすることができる。これが為、ピストンスカート4の外周面の最上部4a,中間部4c及び最下部4eにおいては、シリンダボア壁面20との間における摩擦を低減することができる。また、オイル保持量が少ないので、ピストン1Aが上下動する際のオイルのせん断力を小さくすることができ、これによっても摩擦の低減が図れる。
Since the
このように、ピストンスカート4の最上部4a,中間部4c及び最下部4eにおいてはマイクロディンプル6の如き少量のオイルを保持し得る摩擦係数の小さいオイル溜まりが形成されているので、ピストン1Aが上下動する際の摩擦損失を低減することができ、高回転化による出力向上や燃料消費量の低減が可能になる。
In this way, the uppermost part 4a, the intermediate part 4c and the lowermost part 4e of the
以上示した本実施例1のピストン1Aの如く、潤沢なオイル量を要する面圧の高い箇所(ピストンスカート4の上部4b及び下部4d)にはオイル保持量を多くし得る第1及び第2の条痕溝5a,5bを形成し、それ程のオイル量を要しない面圧の低い箇所(ピストンスカート4の最上部4a,中間部4c及び最下部4e)には摩擦の低減を図り得るマイクロディンプル加工を施すことによって、ピストンスカート4の外周面とシリンダボア壁面20との間の潤滑性能が確保されて異常摩耗や焼き付きを抑制することができると共に、摩擦損失が低減されて出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
As in the
尚、本実施例1にあっては、スラスト側のピストンスカート4にのみ第1及び第2の条痕溝5a,5b並びにマイクロディンプル6を形成しているが、同様のものを反スラスト側のピストンスカート4にも形成してもよく、これにより、より有効にピストン1A全体の異常摩耗や焼き付きの抑制が図れ、更により好適に出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
In the first embodiment, the first and
次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例2を図5−3から図7に基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図6の符号1Bは、本実施例2の内燃機関用ピストンを示す。このピストン1Bは、前述した実施例1のピストン1Aにおけるスラスト側のピストンスカート4の外周面の最上部4a,中間部4c及び最下部4eにおいて、少量のオイルを保持し得る摩擦係数の小さいオイル溜まりとしての複数のマイクロディンプル6に替えて、図6及び図7に示す複数本の細目(換言すれば溝幅の小さい)の第3条痕溝7をピストン周方向に向けて形成したものであり、他は実施例1のピストン1Aと同様に構成されている。
6 indicates a piston for an internal combustion engine according to the second embodiment. This
ここで、本実施例2の第3条痕溝7は、図5−1〜図5−3に示す如く、ピストンスカート4の外周面の上部4bと下部4dに形成された第1及び第2の条痕溝5a,5bよりも溝幅が小さく、また、実施例1のマイクロディンプル6の径よりも溝幅が小さいものであり、所謂プラトーと呼ばれるものである。
Here, as shown in FIGS. 5A to 5C, the
このように、本実施例2にあっては、面圧の低いピストンスカート4の最上部4a,中間部4c及び最下部4eに複数のマイクロディンプル6に替えて、これよりも細かい複数本の細目の第3条痕溝7を設けている。これが為、かかる部位において、より摩擦係数が小さく、更にオイル保持量も少なくなりオイルのせん断力が小さくなるので、更なる摩擦の低減が図れ、より有効に出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
As described above, in the second embodiment, a plurality of fine details smaller than this are provided in place of the plurality of
これが為、本実施例2のピストン1Bは、ピストンスカート4の上部4b及び下部4dの第1及び第2の条痕溝5a,5bによって、実施例1のピストン1Aと同様にピストンスカート4の外周面とシリンダボア壁面20との間の潤滑性能を確保して異常摩耗や焼き付きを抑制することができ、また、ピストンスカート4の最上部4a,中間部4c及び最下部4eの第3条痕溝7によって、実施例1のピストン1Aと比して更なる出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
Therefore, the
尚、本実施例2にあってもスラスト側のピストンスカート4にのみ第1及び第2の条痕溝5a,5b並びに第3条痕溝7を形成しているが、同様のものを反スラスト側のピストンスカート4にも形成してもよく、これにより、より有効にピストン1A全体の異常摩耗や焼き付きの抑制が図れ、更により好適に出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
In the second embodiment, the first and
ここで、前述した実施例1,2においてはピストンスカート4の最上部4a,中間部4c及び最下部4eにマイクロディンプル6又は第3条痕溝7の何れか一方を設けるものとして例示したが、必ずしもかかる態様に限定するものではない。例えば、その最上部4a,中間部4c及び最下部4eにおいてシリンダボア壁面20との間の面圧が異なる場合には、その面圧の大小に応じて適宜マイクロディンプル6又は第3条痕溝7を形成してもよい。即ち、面圧の高い箇所には双方の内でオイル保持量が多いマイクロディンプル6を形成すると共に、面圧の低い箇所には摩擦低減を優先して第3条痕溝7を形成する。これにより、面圧に応じた最適な異常摩耗や焼き付きの抑制対策と出力向上や燃料消費量低減を講じることができる。
Here, in Examples 1 and 2 described above, the uppermost part 4a, the intermediate part 4c and the lowermost part 4e of the
次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例3を図8及び図9に基づいて説明する。 Next, a third embodiment of the piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図8の符号1Cは、本実施例3の内燃機関用ピストンを示す。このピストン1Cは、前述した実施例1,2のピストン1A,1Bに対してスラスト側におけるピストンスカート4の外周面の加工形状を変更したものであり、他は実施例1,2のピストン1A,1Bと同様に構成されている。
具体的に、そのピストンスカート4の外周面には、その下端側に多量のオイルを保持し得るピストン周方向に向けた粗目の条痕溝15を形成すると共に、その上側の残りに摩擦を低減し得る実施例1と同様の複数のマイクロディンプル6を形成している。
Specifically, on the outer peripheral surface of the
これにより、ピストン1Cの上下動によってシリンダボア壁面20のオイルが条痕溝15に取り込まれ、ピストンスカート4の下端側とシリンダボア壁面20との間におけるオイルの膜厚が厚くなり、かかる部位での異常摩耗や焼き付きを抑制することができる。また、その厚めの膜厚によるダンピング効果によって、ピストンスカート4とシリンダボア壁面20との間の衝突音を低減することもできる。
Accordingly, the oil on the cylinder bore
更に、ピストンスカート4の上側においては全てマイクロディンプル加工が為されているので、ピストンスカート4の広範囲に渡って摩擦損失を低減することができ、大幅な高回転化による出力向上や燃料消費量の低減を図ることができる。
Further, since all the microdimple processing is performed on the upper side of the
ここで、本実施例3のピストン1Cにおいては、面圧が高いピストンスカート4の上部4bにもオイル保持量の少ないマイクロディンプル加工が為されているので、実施例1,2のピストン1A,1Bに対して上部4bでの潤滑性能の悪化が懸念される。
Here, in the
そこで、本実施例3にあっては、図8及び図9に示す如く、複数のマイクロディンプル6をピストンスカート4の最上部4a,上部4b及び中間部4cに形成すると共に、粗目の条痕溝15をピストンスカート4の下部4d及び最下部4eに形成し、多量のオイルを保持し得る範囲を拡げている。
Therefore, in the third embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of
これにより、ピストンスカート4の下端側により多くのオイルが保持されるので、機関の作動中や再始動時に拘らず、ピストン1Aが上下動した際に条痕溝15内のオイルがピストンスカート4の外周面全体に供給され、ピストンスカート4全体の異常摩耗や焼き付きを抑制することができる。
As a result, more oil is retained on the lower end side of the
このように、本実施例3のピストン1Cによれば、条痕溝15によって潤滑性能を確保して異常摩耗や焼き付きの抑制を図ることができると共に、ピストンスカート4の広範囲に渡ったマイクロディンプル6によって大幅な摩擦損失の低減が可能になり、実施例1,2のピストン1A,1Bと比してより有効に出力向上や燃料消費量の低減を図ることができる。
Thus, according to the
ここで、条痕溝15は実施例1,2のピストン1A,1Bと同様にピストンスカート4の下部4dのみに設けることもできるが、かかる場合には、その溝深さを実施例1,2の第1及び第2の条痕溝5a,5bよりも深くして、より多くのオイルが保持できるようにする。これによっても範囲を拡大した上記の条痕溝15と同様の効果を奏することができる。また、その範囲が拡大された条痕溝15の溝深さを実施例1,2の第1及び第2の条痕溝5a,5bより深くしてもよく、これにより更に多くのオイルが保持できるようになるので、その潤沢なオイルによって更なる潤滑性能の向上を図り得る。
Here, the
また、本実施例3にあってはピストンスカート4の最上部4aから中間部4cにかけてマイクロディンプル6を形成しているが、かかる部位の加工形状としては、シリンダボア壁面20との間の面圧如何で実施例2の細目の第3条痕溝7を形成してもよい。
In the third embodiment, the
更に、スラスト側のピストンスカート4にのみ条痕溝15及びマイクロディンプル6(又は第3条痕溝7)を形成しているが、同様のものを反スラスト側のピストンスカート4にも形成してもよく、これにより、より有効にピストン1A全体の異常摩耗や焼き付きの抑制が図れ、更により好適に出力向上や燃料消費量低減を図ることができる。
Further, the
次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例4を図10に基づいて説明する。 Next, a fourth embodiment of the piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
前述した実施例1のピストン1Aにおいては、スラスト側のピストンスカート4の外周面の上部4b及び下部4dに多量のオイルを保持し得る第1及び第2の条痕溝5a,5bを形成し、その最上部4a,中間部4c及び最下部4eに摩擦を低減し得るマイクロディンプル6を形成している。また、前述した実施例2のピストン1Bにおいては、スラスト側のピストンスカート4の外周面の上部4b及び下部4dに第1及び第2の条痕溝5a,5bを形成し、その最上部4a,中間部4c及び最下部4eに摩擦を低減し得る第3条痕溝7を形成している。また、前述した実施例3のピストン1Cにおいては、スラスト側のピストンスカート4の外周面の下部4d及び最下部4eに多量のオイルを保持し得る条痕溝15を形成し、その最上部4a,上部4b及び中間部4cにマイクロディンプル6を形成している。
In the
ここで、これら各実施例1,2又は3のピストン1A,1B,1Cにおいて、そのスラスト側のピストンスカート4の加工形状を反スラスト側のピストンスカート4の外周面にも形成することにより、ピストン1A,1B,1C全体の異常摩耗や焼き付きの抑制と、より好適な出力向上や燃料消費量低減を図れる。しかしながら、その反面、面圧の低い反スラスト側においては、潤滑に要する以上のオイル量が保持されるので、ピストン1A,1B,1Cが上下動する際のオイルのせん断力が大きくなり、摩擦損失の増加という虞がある。
Here, in each of the
そこで、本実施例4にあっては、スラスト側のピストンスカート4の外周面に実施例1と略同等の加工形状を設け、反スラスト側のピストンスカート4の外周面に実施例3と略同等の加工形状を設ける。図10に本実施例4の内燃機関用ピストン1Dを例示する。
Therefore, in the fourth embodiment, a processed shape substantially the same as that of the first embodiment is provided on the outer peripheral surface of the
このピストン1Dは、スラスト側のピストンスカート4の外周面において、その上部4b及び下部4dに実施例1における第1及び第2の条痕溝5a,5bを形成し、その最上部4a,中間部4c及び最下部4eに実施例1におけるマイクロディンプル6を形成している。また、反スラスト側のピストンスカート4の外周面においては、下部4d及び最下部4eに多量のオイルを保持し得るピストン周方向の条痕溝25を形成し、その最上部4a,上部4b及び中間部4cに実施例3におけるマイクロディンプル6を形成している。
This piston 1D is formed with first and
ここで、反スラスト側の条痕溝25は、実施例3と同様に、ピストンスカート4の下部4d及び最下部4eの範囲に形成されている。これが為、その条痕溝25は、かかる部位で保持されるオイルの量を少量化する為に、例えば、その溝幅をスラスト側の第1及び第2の条痕溝5a,5bと同等にする一方、その溝深さをスラスト側の第1及び第2の条痕溝5a,5bよりも浅くすることが好ましい。
Here, the anti-thrust
このような本実施例4のピストン1Dによれば、面圧の高いスラスト側において、実施例1と同様の潤滑性能と摩擦を保ちつつ、異常摩耗や焼き付きの抑制と出力向上や燃料消費量低減を図ることができる一方、面圧の低い反スラスト側においては、潤滑に要する適量なオイルを確保すると共にオイル保持量の少量化によるせん断力の低下によって摩擦の低減を図ることができる。これが為、本実施例4のピストン1Dの如くスラスト側及び反スラスト側のピストンスカート4を加工することによって、ピストン1D全体において、異常摩耗や焼き付きを抑制しつつ、より有効に摩擦損失を低減させることができる。
According to the piston 1D of the fourth embodiment, on the thrust side having a high surface pressure, while maintaining the same lubricating performance and friction as the first embodiment, the abnormal wear and seizure are suppressed, the output is improved, and the fuel consumption is reduced. On the other hand, on the anti-thrust side where the surface pressure is low, it is possible to secure an appropriate amount of oil required for lubrication and reduce friction by reducing the shearing force by reducing the amount of oil retained. Therefore, by processing the
ここで、本実施例4にあってはスラスト側の最上部4a,中間部4c及び最下部4e並びに反スラスト側の最上部4a,上部4b及び中間部4cにマイクロディンプル6を形成しているが、その何れか又は全ての部位において、マイクロディンプル6に替えて実施例2の第3条痕溝7を形成してもよい。
Here, in the fourth embodiment, the
次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例5を図11に基づいて説明する。 Next, a fifth embodiment of the piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例5のピストンは、前述した各実施例1,2,3又は4のピストン1A,1B,1C,1Dにおいて、第1及び第2の条痕溝5a,5b,条痕溝15,25におけるピストン下方側の溝側面をオイルが溜まり易い形状にしたものである。
The piston of the fifth embodiment is the same as the
具体的には、その溝側面をピストン頂面と略平行に形成する又はピストン内側に向け且つピストン下方に向けて傾倒させることによって、この溝側面でオイルを保持する。この種の溝側面を有する形状としては、例えば、断面が鋸歯形状に形成されたもの等、多様な形状のものが考えられる。 Specifically, the groove side surface is formed substantially parallel to the piston top surface or tilted inward and downward of the piston to hold the oil on the groove side surface. As the shape having this type of groove side surface, for example, various shapes such as those having a sawtooth cross section are conceivable.
図11には、その鋸歯形状の条痕溝が形成された本実施例5のピストンを例示する。この図11のピストン1Eは、前述した実施例1のピストン1Aの第1及び第2の条痕溝5a,5bを図11に示す鋸歯形状の第1及び第2の条痕溝35a,35bに変更したものであり、そのピストン下方側の夫々の溝側面をピストン頂面と略平行に形成したものである。
FIG. 11 illustrates the piston of the fifth embodiment in which the sawtooth-shaped streak groove is formed. In the
このように、多量のオイルを保持させることを目的とした条痕溝(ここでは第1及び第2の条痕溝35a,35b)におけるピストン下方側の溝側面を本実施例5の如く形成することによって、ピストン下方側へのオイルの漏れを抑制することができ、ピストン1Eが上下動してもオイルを溜めた状態を維持することができる。
In this manner, the groove side surface on the piston lower side in the groove groove (here, the first and
これが為、より確実なるピストンスカート4全体へのオイル供給が可能になり、異常摩耗や焼き付きを抑制することができる。また、特にピストン上方側に位置している第1条痕溝35aのオイルはピストンリング(トップリング,セカンドリング及びオイルリング(図示略))へも供給することができるので、かかる部位での潤滑性能の改善による摩擦損失の低減等の効果をも奏することができる。
For this reason, more reliable oil supply to the
次に、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施例6を図12に基づいて説明する。 Next, a sixth embodiment of the piston for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例6のピストン1Fは、前述した各実施例1〜5のピストン1A,1B,1C,1D,1Eにおいて、ピストンヘッド部におけるセカンドランド3b及びサードランド3cの外周面に、実施例5のピストンスカート4に設けた鋸歯形状の第1及び第2の条痕溝35a,35bと同形状のピストン周方向の条痕溝8を形成したものである。
In the piston 1F of the sixth embodiment, the
これにより、本実施例6のピストン1Fは、ピストンヘッド部においてもオイルを条痕溝8に保持することができ、上下動する際にトップリング9a,セカンドリング9b及びオイルリング9cへのオイル供給が可能になる。これが為、このピストン1Fによれば、トップリング9a,セカンドリング9b及びオイルリング9cとシリンダボア壁面20との間の潤滑性能が向上し、これらの異常摩耗を抑制することができる。
As a result, the piston 1F of the sixth embodiment can retain oil in the
また、その条痕溝8に保持されたオイルは上下動時にシリンダボア壁面20を経てピストンスカート4へも供給されるので、このピストン1Fは、より有効なる異常摩耗や焼き付きの抑制と摩擦の低減を図ることができる。
In addition, since the oil retained in the
ここで、本実施例6の条痕溝8は、少なくともスラスト側に設けることにより上記の効果を奏することができるが、より有効な効果を得る為に反スラスト側又はピストン周方向全体に設けることが好ましい。
Here, the
以上のように、本発明に係る内燃機関用ピストンは、その潤滑性能の向上と摩擦損失の低減を両立させ得る技術として有用である。 As described above, the piston for an internal combustion engine according to the present invention is useful as a technique capable of achieving both improvement in lubrication performance and reduction in friction loss.
1A,1B,1C,1D,1E,1F ピストン
3a トップランド
3b セカンドランド
3c サードランド
4 ピストンスカート
4a ピストンスカートの最上部
4b ピストンスカートの上部
4c ピストンスカートの中間部
4e ピストンスカートの最下部
4d ピストンスカートの下部
5a,35a 第1条痕溝
5b,35b 第2条痕溝
6 マイクロディンプル
7 第3条痕溝
8 条痕溝
15,25 条痕溝
20 シリンダボア壁面
1A, 1B, 1C, 1D, 1E,
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