JP2008223663A - Engine piston - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンのピストンに関し、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の潤滑の技術分野に属する。 The present invention relates to a piston of an engine, and belongs to the technical field of lubrication of a piston skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine.
一般に、エンジンのシリンダブロックの気筒内にはピストンが往復動自在に配置されており、このピストンには気筒内壁面と摺接するスカート部が形成されている。なお、本明細書では、クランク軸側に最も近いピストンリングであるオイルリングが装着される溝下面部よりもクランク軸側で、又は、前記オイルリングよりもクランク軸側で、気筒内壁面と摺接する部分をスカート部という。このスカート部の外表面と気筒内壁面との間はオイルによって潤滑状態に保たれており、これによりピストンは気筒内を円滑に往復動することができる。 In general, a piston is reciprocally disposed in a cylinder of an engine cylinder block, and a skirt portion is formed on the piston so as to be in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder. In this specification, the cylinder inner wall surface is slid on the crankshaft side with respect to the groove lower surface where the oil ring, which is the piston ring closest to the crankshaft side, is mounted, or on the crankshaft side with respect to the oil ring. The part that contacts is called the skirt. A space between the outer surface of the skirt portion and the inner wall surface of the cylinder is kept in a lubrication state by oil, so that the piston can reciprocate smoothly in the cylinder.
従来、ピストンスカート部に複数の条痕溝を加工形成することが知られている(例えば特許文献1、2参照)。ここで、条痕溝は、スカート部の外表面において周方向に延びるように形成された断面U字状やV字状の凹溝であり、条痕溝の深さは数μmから数十μm、隣接する条痕溝間の間隔(すなわち条痕溝のピッチ)は数十μmから数百μmとされる。
Conventionally, it is known that a plurality of streak grooves are formed in a piston skirt (see, for example,
このように、気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の外表面に条痕溝を形成することにより、この条痕溝にオイルが溜まり、このオイルによってスカート部外表面と気筒内壁面との間が良好な潤滑状態に保たれ、その結果、たとえピストンが高速で往復動しても、オイル切れが起きず、スカート部外表面と気筒内壁面との間でスカッフ(焼き付き)が発生することが防止される。 Thus, by forming a streak groove on the outer surface of the piston skirt portion that is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder, oil accumulates in the streak groove, and this oil causes a gap between the outer surface of the skirt portion and the inner wall surface of the cylinder. As a result, even if the piston reciprocates at high speed, the oil does not run out and scuffing (burn-in) between the outer surface of the skirt and the inner wall surface of the cylinder is prevented. Is done.
なお、前記特許文献1には、例えば自動車用エンジンのピストンのような摺動部材の摺動平滑面に、深さが規則的に変化する微細凹部(条痕溝)を備え、凹部間にプラトー状(台状)の凸部を形成することが開示されている。一方、前記特許文献2には、ピストンスカート部の外表面の上部と下部とに複数の条痕溝を形成し、上部条痕溝よりも上の最上部、下部条痕溝よりも下の最下部、及び上部条痕溝と下部条痕溝との間の中間部に、それぞれ複数のマイクロディンプルを形成することが開示されている。
In
ところで、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間の面圧は、ピストンの形状や両者のクリアランス等の設計的要素及びエンジンの運転条件等で様々に変化するものであるが、局部的な面圧上昇を避けるために、例えばピストンスカート部をピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に成形する等の構造上の工夫がピストンに施されている。しかし、ピストンスカート部の面圧分布を完全に均一化することは困難で、どうしてもピストンスカート部の外表面において気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い高面圧領域と相対的に低い低面圧領域とができてしまう。その結果、高面圧領域では、ピストンスカート部の外表面に形成した条痕溝間(より詳しくは、隣接する条痕溝間)の頂部が摩耗し易く、条痕溝が浅くなり易いので、条痕溝のオイル溜め機能が早期に減少して、スカッフが発生し易くなる。そして、これに対応するために、条痕溝の深さを大きくすると、低面圧領域では、条痕溝間の頂部の摩耗が少ないから、条痕溝の深さが大きい状態(換言すれば、条痕溝間の頂部の幅が小さい状態)が長期に亘って続き、その結果、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く、という問題が生じる。 By the way, the surface pressure between the outer surface of the piston skirt and the inner wall surface of the cylinder varies depending on the design factors such as the shape of the piston, the clearance between the two, and the engine operating conditions. In order to avoid a significant increase in surface pressure, structural measures such as forming the piston skirt portion into a barrel shape in which the intermediate portion in the piston axial direction bulges outward are applied to the piston. However, it is difficult to completely equalize the surface pressure distribution of the piston skirt, and the surface pressure between the outer surface of the piston skirt and the inner wall of the cylinder is relatively higher than the high surface pressure region. A low low surface pressure region is formed. As a result, in the high surface pressure region, the tops between the streak grooves formed on the outer surface of the piston skirt portion (more specifically, between adjacent streak grooves) are likely to wear, and the streak grooves tend to become shallow. The oil reservoir function of the streak groove is reduced early, and scuffing is likely to occur. In order to cope with this, when the depth of the streak groove is increased, in the low surface pressure region, since the wear of the top part between the streak grooves is small, the state of the depth of the streak groove is large (in other words, , A state in which the width of the top portion between the streak grooves is small) continues for a long period of time, and as a result, a problem arises that a state in which the friction coefficient of the skirt portion and thus the sliding resistance of the piston is large continues for a long period of time.
本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおける前記のような不具合に対処するもので、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に良好に抑制することを課題とする。 The present invention addresses the above-described problems in the piston of an engine in which a plurality of streak grooves are formed in the circumferential direction on the outer surface of the skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine. It is an object to satisfactorily suppress both the problem of scuffing in the surface pressure region and the problem of long-lasting sliding resistance in the low surface pressure region.
前記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、前記スカート部の外表面において、前記気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い第1の領域は、相対的に低い第2の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
次に、請求項2に記載の発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、前記スカート部は、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成されており、前記スカート部の外表面において、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分に属する第1の領域は、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分に属する第2の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とする。
Next, an invention according to
次に、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のエンジンのピストンであって、前記条痕溝間の頂部はプラトー状であり、このプラトー状の頂部に微細凹部が形成されていることを特徴とする。
Next, the invention according to
次に、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、前記第1の領域は、前記第2の領域よりも、条痕溝の深さが2倍以上大きく、かつ、前記第1の領域における条痕溝の深さは、5μm以上、50μm以下であり、前記第2の領域における条痕溝の深さは、2μm以上、10μm以下であることを特徴とする。
Next, the invention according to
次に、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、前記第1の領域及び前記第2の領域における前記和は、50μm以上、500μm以下であり、かつ、前記第1の領域における前記割合は、20%以下であり、前記第2の領域における前記割合は、20%を超えて大きく、80%以下であることを特徴とする。
Next, the invention according to
まず、請求項1に記載の発明によれば、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、気筒内壁面との間の面圧が相対的に高いピストンスカート部の第1の領域、すなわち高面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に大きくしたから、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、気筒内壁面との間の面圧が相対的に低いピストンスカート部の第2の領域、すなわち低面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝の深さが大きい状態ないし条痕溝間の頂部の幅が小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減されることとなる。 According to the first aspect of the present invention, in the engine piston in which a plurality of streak grooves are formed in the circumferential direction on the outer surface of the skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine, In the first region of the piston skirt portion having a relatively high surface pressure, that is, in the high surface pressure region, since the depth of the streak groove is relatively large, the capacity of the streak groove is relatively large, As a result, even if the top wear between the streak grooves progresses quickly in the high surface pressure region, the reduction of the oil reservoir function of the streak grooves is suppressed, and the problem of scuffing is reduced. On the other hand, in the second region of the piston skirt where the surface pressure between the cylinder inner wall surface is relatively low, that is, in the low surface pressure region, the depth of the streak groove is relatively small. Even if there is little wear at the top between the streak grooves in the region, the state where the depth of the streak groove is large or the state where the top width between the streak grooves is small does not continue for a long time, and the friction of the skirt part As a result, the problem that the state in which the sliding resistance of the piston is high lasts for a long time is reduced.
なお、本発明において、前記第1の領域及び前記第2の領域は、ピストンの摺動方向によって規定されるものではない。例えば、ピストンスカート部のスラスト側は反スラスト側よりも面圧が高くなる。これは、図5を参照して後述するように、下降する膨張行程ではピストンヘッドがスラスト側に傾くように首を振り、上昇する排気工程ではピストンヘッドが反スラスト側に傾くように首を振るピストンの首振り動作において、スラスト側には爆発力が作用するからである。したがって、本発明において、前記第1の領域はスラスト側のスカート部、前記第2の領域は反スラスト側のスカート部であってもよい。 In the present invention, the first region and the second region are not defined by the sliding direction of the piston. For example, the surface pressure on the thrust side of the piston skirt is higher than that on the anti-thrust side. As will be described later with reference to FIG. 5, the head is swung so that the piston head tilts toward the thrust side during the downward expansion stroke, and the head is swung so that the piston head tilts toward the anti-thrust side during the ascending exhaust process. This is because an explosive force acts on the thrust side during the swinging motion of the piston. Therefore, in the present invention, the first region may be a thrust side skirt portion, and the second region may be an anti-thrust side skirt portion.
加えて、請求項1に記載の発明によれば、前記高面圧領域では、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和(すなわち条痕溝のピッチ)に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合(以下、単に「頂部幅割合」ということがある)を相対的に小さくしたから、換言すれば、条痕溝のピッチに対する条痕溝の幅の割合(以下、単に「溝幅割合」ということがある)を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記低面圧領域では、頂部幅割合を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。 In addition, according to the first aspect of the present invention, in the high surface pressure region, adjacent to the sum of the width of the top and the width of the streak groove between adjacent streak grooves (that is, the pitch of the streak grooves). Since the ratio of the width of the tops between the streak grooves (hereinafter sometimes simply referred to as “top width ratio”) is relatively small, in other words, the ratio of the width of the streak grooves to the pitch of the streak grooves (Hereinafter, simply referred to as “groove width ratio”) is relatively large, and this also increases the capacity of the streak groove, and as a result, the streak groove even in the high surface pressure region. Even if the wear of the top portion in the meantime progresses quickly, the decrease in the oil reservoir function of the streak groove is suppressed, and the problem of scuffing is reduced. On the other hand, in the low surface pressure region, since the top width ratio is relatively large, the width of the top portion between the streak grooves can be reduced even if there is little wear on the top portion between the streak grooves in the low surface pressure region. A large state is obtained from the beginning, and a state in which the friction coefficient of the skirt portion and thus the sliding resistance of the piston is small is obtained from the beginning.
そして、このように、請求項1に記載の発明によれば、ピストンスカート部の高面圧領域と低面圧領域とで、条痕溝の深さと頂部幅割合とを同時に異ならせて条痕溝を作り分けているから、条痕溝の深さを異ならせた作用と頂部幅割合を異ならせた作用とが相俟って、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とが、共により一層良好に抑制されることとなる。つまり、高面圧領域では、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が良好に得られ、低面圧領域では、スカート部の摩擦係数低減効果ひいてはピストンの摺動抵抗低減効果が良好に得られることとなる。 Thus, according to the first aspect of the present invention, the striation groove depth and the top width ratio are simultaneously varied between the high surface pressure region and the low surface pressure region of the piston skirt portion. Since the groove is created separately, the effect of varying the depth of the streak groove and the effect of varying the top width ratio combine to cause the problem of scuffing in the high surface pressure region of the piston skirt, The problem of long-lasting sliding resistance in the low surface pressure region is better suppressed together. In other words, in the high surface pressure region, the effect of suppressing the decrease in the oil reservoir function of the streak groove and thus the effect of reducing the scuff generation can be obtained satisfactorily, and in the low surface pressure region, the effect of reducing the friction coefficient of the skirt portion and hence the sliding resistance of the piston Is obtained satisfactorily.
次に、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、前記スカート部をピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成した場合に、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分(つまり高面圧部分)に属する第1の領域、すなわち高面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に大きくしたから、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分(つまり低面圧部分)に属する第2の領域、すなわち底面圧領域では、条痕溝の深さを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝の深さが大きい状態ないし条痕溝間の頂部の幅が小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減されることとなる。
Next, according to the invention described in
加えて、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様、前記高面圧領域では、頂部幅割合を相対的に小さくしたから、換言すれば、溝幅割合を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が早く進行しても、条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減されることとなる。一方、前記低面圧領域では、頂部幅割合を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。
In addition, according to the invention described in
そして、このように、請求項2に記載の発明によっても、請求項1に記載の発明と同様、ピストンスカート部の高面圧領域と低面圧領域とで、条痕溝の深さと頂部幅割合とを同時に異ならせて条痕溝を作り分けているから、条痕溝の深さを異ならせた作用と頂部幅割合を異ならせた作用とが相俟って、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とが、共により一層良好に抑制されることとなる。つまり、高面圧領域では、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が良好に得られ、低面圧領域では、スカート部の摩擦係数低減効果ひいてはピストンの摺動抵抗低減効果が良好に得られることとなる。
As described above, according to the invention described in
その場合に、この請求項2に記載の発明において、膨出頂部に第1の領域を設定したときは、膨出頂部においても、条痕溝の深さが相対的に大きくされ、かつ、溝幅割合が相対的に大きくされるから、条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。
In that case, in the invention according to
次に、請求項3に記載の発明によれば、前記条痕溝間の頂部を平坦なプラトー状としたから、ピストンスカート部は気筒内壁面と面で摺接することとなる。これに対し、前記条痕溝間の頂部を例えば鋭角な頂状としたときには、ピストンスカート部は気筒内壁面と線で摺接することとなる。したがって、条痕溝間の頂部を平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部と気筒内壁面との摺接によって条痕溝間の頂部に作用する単位面積あたりの圧力が低減し、これにより、条痕溝間の頂部が摩耗し難くなり、条痕溝の深さの減少が抑制されるので、そもそも条痕溝のオイル溜め機能の減少が抑制されることとなる。 Next, according to the third aspect of the present invention, since the top portion between the streak grooves has a flat plateau shape, the piston skirt portion is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder. On the other hand, when the apex portion between the streak grooves has an acute apex shape, for example, the piston skirt portion is in sliding contact with the cylinder inner wall surface with a line. Therefore, when the top part between the streak grooves has a flat plateau shape, the pressure per unit area acting on the top part between the streak grooves is reduced by the sliding contact between the piston skirt portion and the cylinder inner wall surface. Since the top part between the streak grooves is difficult to wear and the decrease in the depth of the streak grooves is suppressed, the decrease in the oil reservoir function of the streak grooves is suppressed in the first place.
そのうえで、このプラトー状の頂部に微細凹部を形成したから、この微細凹部にもオイルが溜まり、条痕溝に溜まったオイルだけでなく、この微細凹部に溜まったオイルによっても、ピストンスカート部と気筒内壁面との間が良好な潤滑状態に保たれることとなる。 In addition, since the fine concave portion is formed on the plateau-shaped top, oil is collected in the fine concave portion, and not only the oil accumulated in the streak groove but also the oil accumulated in the fine concave portion, the piston skirt portion and the cylinder A good lubrication state is maintained between the inner wall surface.
次に、請求項4に記載の発明によれば、まず、第1の領域、すなわち高面圧領域の条痕溝の深さを、第2の領域、すなわち低面圧領域の条痕溝の深さの2倍以上に大きくしたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が十分に得られることとなる。
Next, according to the invention described in
加えて、高面圧領域における条痕溝の深さを5μm以上(5μm≦高面圧領域における条痕溝の深さ)としたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足することがない。また、高面圧領域における条痕溝の深さを50μm以下(高面圧領域における条痕溝の深さ≦50μm)としたから、高面圧領域においてスカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることがない。 In addition, since the depth of the streak groove in the high surface pressure region is set to 5 μm or more (5 μm ≦ the depth of the streak groove in the high surface pressure region), the reduction of the oil reservoir function of the streak groove in the high surface pressure region is suppressed. As a result, there is no shortage of scuffing reduction effect. Further, since the depth of the streak groove in the high surface pressure region is set to 50 μm or less (the depth of the streak groove in the high surface pressure region ≦ 50 μm), the friction coefficient of the skirt portion and the sliding of the piston in the high surface pressure region. A state of high resistance will not last for a long time.
一方、低面圧領域における条痕溝の深さを2μm以上(2μm≦底面圧領域における条痕溝の深さ)としたから、次のような問題、すなわち、スカート部の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面に対するスカート部の馴染み性(微小摩耗による形状の合い沿い性)が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる、というような問題が低面圧領域において抑制されることとなる。また、低面圧領域における条痕溝の深さを10μm以下(底面圧領域における条痕溝の深さ≦10μm)としたから、低面圧領域においてスカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることがない。 On the other hand, since the depth of the streak groove in the low surface pressure region is 2 μm or more (2 μm ≦ the depth of the streak groove in the bottom surface pressure region), the following problem, that is, the outer surface of the skirt portion is too smooth As a result, the problem that the familiarity of the skirt with the inner wall surface of the cylinder (alignment along the shape due to minute wear) is insufficient and the possibility of scuffing is increased is suppressed in the low surface pressure region. . In addition, since the depth of the streak groove in the low surface pressure region is set to 10 μm or less (the depth of the streak groove in the bottom surface pressure region ≦ 10 μm), the friction coefficient of the skirt and the sliding resistance of the piston in the low surface pressure region. There is no long-lasting situation.
次に、請求項5に記載の発明によれば、まず、第1の領域、すなわち高面圧領域及び第2の領域、すなわち低面圧領域における条痕溝のピッチを50μm以上(50μm≦高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチ)としたから、次のような問題、すなわち、スカート部の外表面に条痕溝を加工形成する際の条痕溝全体の長さが極めて長くなるため、条痕溝形成の加工時間が長くなり、生産性が悪化する、というような問題が抑制されることとなる。また、高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチを500μm以下(高面圧領域及び低面圧領域における条痕溝のピッチ≦500μm)としたから、次のような問題、すなわち、条痕溝のピッチが過度に大きくなるため、オイル溜め機能が不足してスカッフが発生する、というような問題が抑制されることとなる。
Next, according to the invention described in
加えて、高面圧領域における頂部幅割合を20%以下(高面圧領域における頂部幅割合≦20%)としたから、換言すれば、溝幅割合を80%以上(80%≦高面圧領域における溝幅割合)としたから、高面圧領域における条痕溝のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足することがない。 In addition, since the top width ratio in the high surface pressure region is 20% or less (top width ratio in the high surface pressure region ≦ 20%), in other words, the groove width ratio is 80% or more (80% ≦ high surface pressure). Therefore, the effect of suppressing the reduction of the oil reservoir function of the streak groove in the high surface pressure region and the effect of reducing the occurrence of scuffing will not be insufficient.
一方、低面圧領域における頂部幅割合を20%を超えて大きく(20%<底面圧領域における頂部幅割合)したから、これにより、低面圧領域で条痕溝間の頂部の摩耗が少なくても、条痕溝間の頂部の幅が大きい状態が当初から得られて、スカート部の摩擦係数ひいてはピストンの摺動抵抗が小さい状態が当初から得られることとなる。また、低面圧領域における頂部幅割合を80%以下(底面圧領域における頂部幅割合≦80%)としたから、前述と同様の問題、すなわち、スカート部の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面に対するスカート部の馴染み性(微小摩耗による形状の合い沿い性)が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる、という問題が低面圧領域において抑制されることとなる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。 On the other hand, since the top width ratio in the low surface pressure region is larger than 20% (20% <the top width ratio in the bottom surface pressure region), this reduces the wear of the top portion between the streak grooves in the low surface pressure region. However, a state where the width of the top portion between the streak grooves is large is obtained from the beginning, and a state where the friction coefficient of the skirt portion and thus the sliding resistance of the piston is small is obtained from the beginning. Further, since the top width ratio in the low surface pressure region is set to 80% or less (the top width ratio in the bottom surface pressure region ≦ 80%), the same problem as described above, that is, the outer surface of the skirt portion is too smooth, The problem that the familiarity of the skirt portion with respect to the wall surface (alignment along the shape due to minute wear) is insufficient, and the possibility of generating scuffing is increased in the low surface pressure region. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the best mode of the invention.
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン10のピストン1は、上部にシリンダヘッド11が固定されたシリンダブロック12の気筒内(気筒内壁面に符号13を付す)に上下に往復動自在に配置されている。ピストン1はピストンピン15でコンロッド14の上端部と連結されており、コンロッド14の下端部はクランク軸(図示せず)に連結されている。ピストン1の上部には上方から順に2本のピストンリング16a,16b及び1本のオイルリング16cが装着されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、ピストン1は、頂面を提供するピストンヘッド2の直下方に、図1のピストンリング16a,16b及びオイルリング16cを装着するためのリング溝3a,3b,3cが形成されていると共に、オイルリング溝3c(ないしオイルリング16c)よりも下側(クランク軸側)に、気筒内壁面13と摺接するスカート部4が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3及び図4に示すように、スカート部4の内側には、図1のピストンピン15を支持するための支持部5がピストンヘッド2の下面から垂下して形成され、支持部5にはピストンピン15が挿通するピン穴6が設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図1、図3及び図4に示したように、ピストン1は、軽量化の要請のために、スラスト側及び反スラスト側にのみスカート部4,4が設けられた、アルミ合金を母材とする鋳造物である。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the
図5に示すように、ピストン1のスカート部4,4は、ピストン軸方向(ピストン1の往復動方向に同じ。本実施形態では上下方向)の中間部が外方へ膨出する樽形状をしており、スカート部4の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部が、ピン穴6(ないしピストンピン15)の中心Oよりやや低い位置に設けられている。
As shown in FIG. 5, the
ピストン1は、下降する膨張行程では、図5(a)に示すように、ピストンヘッド2がスラスト側に傾くように首を振り、上昇する排気工程では、図5(b)に示すように、ピストンヘッド2が反スラスト側に傾くように首を振る首振り動作をする。
As shown in FIG. 5 (a), the
その場合に、図5(a)に示したように、スラスト側において、前記膨出頂部よりもピストンヘッド2側(上側)の部分が、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に高い高面圧部分であり、本実施形態においては、その高面圧部分に属する全部分が第1の領域(符号アを付す)、つまり高面圧領域に設定されている。また、図5(a)に示したように、スラスト側において、前記膨出頂部よりも反ピストンヘッド2側(下側)の部分が、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に低い低面圧部分であり、本実施形態においては、その低面圧部分に属する全部分が第2の領域(符号イを付す)、つまり低面圧領域に設定されている(図2、図3参照)。すなわち、高面圧領域アの面圧>低面圧領域イの面圧である。
In this case, as shown in FIG. 5 (a), on the thrust side, the portion closer to the piston head 2 (upper side) than the bulging top portion is between the cylinder
同様に、図5(b)に示したように、反スラスト側において、前記膨出頂部よりもピストンヘッド2側(上側)の部分が、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に高い高面圧部分であり、本実施形態においては、その高面圧部分に属する全部分が第1の領域(符号ウを付す)、つまり高面圧領域に設定されている。また、図5(b)に示したように、反スラスト側において、前記膨出頂部よりも反ピストンヘッド2側(下側)の部分が、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に低い低面圧部分であり、本実施形態においては、その低面圧部分に属する全部分が第2の領域(符号エを付す)、つまり低面圧領域に設定されている(図3参照)。すなわち、高面圧領域ウの面圧>低面圧領域エの面圧である。
Similarly, as shown in FIG. 5 (b), on the anti-thrust side, the portion on the
ただし、スラスト側と反スラスト側とを比較すると、スラスト側には爆発力が作用するため、一般に、スラスト側が第1の領域となり、反スラスト側が第2の領域となって、スラスト側(第1の領域)の面圧>反スラスト側(第2の領域)の面圧である。また、スラスト側の高面圧領域アの面圧>反スラスト側の高面圧領域ウの面圧であり、スラスト側の低面圧領域イの面圧>反スラスト側の低面圧領域エの面圧である。そして、膨出頂部自体は、本実施形態では、高面圧領域ア、ウに含まれている。 However, when the thrust side and the anti-thrust side are compared, since an explosion force acts on the thrust side, generally, the thrust side is the first region, the anti-thrust side is the second region, and the thrust side (first Surface pressure> surface pressure on the anti-thrust side (second region). Further, the surface pressure of the thrust side high surface pressure region a> the surface pressure of the anti-thrust side high surface pressure region c, and the surface pressure of the thrust side low surface pressure region i> the anti-thrust side low surface pressure region e. Is the surface pressure. In this embodiment, the bulging top portion itself is included in the high surface pressure regions a and c.
そして、図2に示したように、スカート部4の外表面に、周方向に延びる複数の条痕溝7…7が加工形成されている。ここで、図6及び図7を参照して、スカート部4の外表面に条痕溝7…7を加工形成する方法を説明する。すなわち、スカート部4の外表面に対し、条痕溝形成工具50の刃先を外方から当接させ、ピストン1を往復動方向を軸として回転させながら、条痕溝形成工具50を一定の速度で矢印のように往復動方向(図例は下方)に移動させることにより、スカート部4の外表面に条痕溝7…7を加工成形するのである。
As shown in FIG. 2, a plurality of
このような加工方法により、スカート部4の外表面には、条痕溝形成工具50の刃先の断面形状(図例はU字状)を有する条痕溝7…7が周方向に亘って螺旋状に形成される。このとき、条痕溝7の最大深さD(図8〜図11参照)が一定となるように、樽形状のスカート部4の外表面に対して工具50の水平方向の位置を調整する。また、工具50の往復動方向の移動速度を調整することにより、隣接する条痕溝7,7間の間隔(条痕溝7のピッチP(図8〜図11参照))を一定にすることができる。
By such a processing method, the
また、図6に示したように、隣接する条痕溝7,7同士がオーバーラップするように条痕溝7,7を形成すると、条痕溝7,7間の頂部7aを鋭角な頂状とすることができる(図8参照)。一方、図7に示したように、隣接する条痕溝7,7同士が間隔を空けるように条痕溝7,7を形成すると、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状(台状)とすることができる(図9〜図12参照)。なお、図9〜図11において、プラトー状の頂部7aの幅に符号Wpを付してある。
Moreover, as shown in FIG. 6, when the
図2に戻り、前述したように、ピストンスカート部4の外表面には複数の条痕溝7…7が周方向に形成されているのであるが、ピストンスカート部4の外表面の全域に一様に同じ条件で条痕溝7…7を形成していると、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗の進み具合が早く、条痕溝7の最大深さDが早く小さくなり、条痕溝7のオイル溜め機能が早期に減少するので、スカッフが発生し易くなる、という問題が生じ、一方、低面圧領域イ、エでは、条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗の進み具合が遅く、条痕溝7の最大深さDが大きい状態(換言すれば、条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpが小さい状態)が長期に亘って続くので、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く、という問題が生じる。
Returning to FIG. 2, as described above, the plurality of
そこで、高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に満足に低減するために、高面圧領域ア、ウと、低面圧領域イ、エとで、相異なる条件で条痕溝7…7を作り分けている。具体的には、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に高い高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7の最大深さDを相対的に大きくし、スカート部4の外表面において気筒内壁面13との間の面圧が相対的に低い低面圧領域イ、エでは、条痕溝7の最大深さDを相対的に小さくしている。かつ、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7のピッチPに対する隣接する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(頂部幅割合:Wp/P)を相対的に小さくし、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合(Wp/P)を相対的に大きくしている。
Therefore, in order to satisfactorily reduce both the problem of scuffing in the high surface pressure region and the problem of long-lasting sliding resistance in the low surface pressure region, the high surface pressure region a and the low surface pressure region , And d, the
例えば、図8(a)及び図9(a)に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7の最大深さDの下限値を5μmとすることができる。また、図8(b)及び図9(b)に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7の最大深さDの上限値を50μmとすることができる。すなわち、5μm≦高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7の最大深さD≦50μmである。これに対し、図10(a)及び図11(a)に示すように、低面圧領域イ、エでは、条痕溝7の最大深さDの下限値は2μmであり、図10(b)及び図11(b)に示すように、低面圧領域イ、エでは、条痕溝7の最大深さDの上限値は10μmである。すなわち、2μm≦底面圧領域イ、エにおける条痕溝7の最大深さD≦10μmである。
For example, as shown in FIGS. 8A and 9A, in the high surface pressure regions a and c, the lower limit value of the maximum depth D of the
この点、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7の最大深さDが5μm未満となると、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足する。また、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7の最大深さDが50μmを超えて大きくなると、高面圧領域ア、ウにおいてスカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることとなる。また、一般に、条痕溝7の最大深さDが50μmを超えて大きくなってもスカッフ防止効果の増大は望めず、ただ摩擦係数ひいては摺動抵抗が大きくなり過ぎるだけとなる。
In this regard, when the maximum depth D of the
また、低面圧領域イ、エにおける条痕溝7の最大深さDが2μm未満となると、スカート部4の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面13に対するスカート部4の馴染み性(微小摩耗による形状の合い沿い性)が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる。また、低面圧領域イ、エにおける条痕溝7の最大深さDが10μmを超えて大きくなると、低面圧領域イ、エにおいてスカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に亘ることとなる。
In addition, when the maximum depth D of the
ただし、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さDを、低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さDよりも、常に2倍以上とする。すなわち、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さD≧2×(低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さD)である。例えば、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さDを5μmとするときは、低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さDを2〜2.5μmとする。また、例えば、低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さDを10μmとするときは、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さDを20〜50μmとする。
However, the maximum depth D of the high surface pressure region A and the
このように、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さDを低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さDの2倍以上に大きくすることで、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が十分に得られることとなる。換言すれば、高面圧領域ア、ウの条痕溝7の最大深さDが低面圧領域イ、エの条痕溝7の最大深さDの2倍未満であれば、高面圧領域ア、ウにおける前記効果が不足する。
As described above, the maximum depth D of the high surface pressure region A and the
また、例えば、図8(a)及び図8(b)に示すように、高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7のピッチPに対する隣接する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(頂部幅割合:Wp/P)の下限値を0(零)とすることができる。また、図9(a)及び図9(b)に示すように、高面圧領域ア、ウでは、前記頂部幅割合(Wp/P)の上限値を0.2とすることができる。すなわち、0≦高面圧領域ア、ウにおける前記割合(Wp/P)≦20%である。これに対し、図10(a)及び図10(b)に示すように、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合(Wp/P)の下限値は(>0.2)であり(図は便宜上0.2で表現している)、図11(a)及び図11(b)に示すように、低面圧領域イ、エでは、前記頂部幅割合(Wp/P)の上限値は0.8である。すなわち、20%<底面圧領域イ、エにおける前記割合(Wp/P)≦80%である。
Further, for example, as shown in FIGS. 8A and 8B, in the high surface pressure region a and c, the
この点、高面圧領域ア、ウにおける頂部幅割合(Wp/P)が20%を超えて大きくなると、換言すれば、頂部幅割合(Wp/P)が80%未満となると、高面圧領域ア、ウにおける条痕溝7のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が不足する。
In this respect, when the top width ratio (Wp / P) in the high surface pressure region a and c becomes larger than 20%, in other words, when the top width ratio (Wp / P) becomes less than 80%, the high surface pressure The effect of suppressing the decrease in the oil reservoir function of the
また、低面圧領域イ、エにおける頂部幅割合(Wp/P)が20%以下となると、低面圧領域イ、エでは条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗が少ないから、条痕溝7,7間の頂部7aの幅が小さい状態が長期に亘って続き、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く。また、低面圧領域イ、エにおける頂部幅割合(Wp/P)が80%を超えて大きくなると、スカート部4の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面13に対するスカート部4の馴染み性(微小摩耗による形状の合い沿い性)が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる。
Further, when the top width ratio (Wp / P) in the low surface pressure region A and D is 20% or less, in the low surface pressure region A and D, the wear of the
なお、図8〜図11は、条痕溝7のピッチPが50μmの場合で説明したが、これは高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エのいずれにおいても、条痕溝7のピッチPの下限値として好ましい値であり、条痕溝7のピッチPの上限値として好ましい値は、例えば500μmである。すなわち、50μm≦高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エにおける条痕溝7のピッチP≦500μmである。
8 to 11 have been described in the case where the pitch P of the
この点、高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エの条痕溝7のピッチPが50μm未満となると、スカート部4の外表面に条痕溝7…7を加工形成する際の条痕溝7全体の長さが極めて長くなるため、条痕溝7形成の加工時間が長くなり、生産性が悪化する。また、高面圧領域ア、ウ及び低面圧領域イ、エの条痕溝7のピッチPが500μmを超えて大きくなると、条痕溝7のピッチPが過度に大きくなるため、オイル溜め機能が不足してスカッフが発生する。
In this respect, when the pitch P of the high surface pressure regions a, c, and the low surface pressure region A, and the
また、前述したように、本実施形態では膨出頂部を高面圧領域ア、ウに含ませているので、膨出頂部においても前記のような高面圧領域ア、ウと同様の条件で条痕溝7…7を形成している。
Further, as described above, in this embodiment, the bulging top portion is included in the high surface pressure regions a and c, so that the bulging top portion also has the same conditions as the high surface pressure regions a and c as described above. The
また、前述したように、スラスト側と反スラスト側とを比較すると、スラスト側には爆発力が作用するため、スラスト側の高面圧領域アの面圧>反スラスト側の高面圧領域ウの面圧であり、スラスト側の低面圧領域イの面圧>反スラスト側の低面圧領域エの面圧であるから、高面圧領域ア、ウと低面圧領域イ、エとの間で相異なる条件で条痕溝7…7を作り分けながら、さらに、スラスト側の高面圧領域アと反スラスト側の高面圧領域ウとの間、及びスラスト側の低面圧領域イと反スラスト側の低面圧領域エとの間で、相異なる条件で条痕溝7…7を作り分けるようにしてもよい。その場合、具体的には、スラスト側の高面圧領域アで条痕溝7の最大深さDを相対的に大きくし、反スラスト側の高面圧領域ウで条痕溝7の最大深さDを相対的に小さくする。同様に、スラスト側の低面圧領域イで条痕溝7の最大深さDを相対的に大きくし、反スラスト側の低面圧領域エで条痕溝7の最大深さDを相対的に小さくする。また、スラスト側の高面圧領域アで条痕溝7のピッチPに対する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(Wp/P)を相対的に小さくし、反スラスト側の高面圧領域ウで前記頂部幅割合(Wp/P)を相対的に大きくする。同様に、スラスト側の低面圧領域イで条痕溝7のピッチPに対する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(Wp/P)を相対的に小さくし、反スラスト側の低面圧領域エで前記頂部幅割合(Wp/P)を相対的に大きくする。
Further, as described above, when the thrust side and the anti-thrust side are compared, explosive force acts on the thrust side, so that the surface pressure of the high surface pressure area a on the thrust side> the high surface pressure area U on the anti-thrust side. Since the surface pressure of the low surface pressure area i on the thrust side is greater than the surface pressure of the low surface pressure area D on the anti-thrust side, the high surface pressure area a, c and the low surface pressure area i, d While forming the
また、スラスト側、反スラスト側を問わず、高面圧領域ア、ウと低面圧領域イ、エとの間の領域(例えば膨出頂部よりもやや反ピストンヘッド2側(下側)の領域:図5参照)をさらに中面圧領域として区別し、この中面圧領域では前記のような高面圧領域ア、ウにおける条件と低面圧領域イ、エにおける条件との間の中庸の条件で条痕溝7…7を形成するようにしてもよい。
Regardless of the thrust side or the anti-thrust side, the area between the high surface pressure area A, c and the low surface pressure area A, d (for example, slightly on the
以上のように、本実施形態においては、エンジン10の気筒内壁面13と摺接するスカート部4の外表面に複数の条痕溝7…7が周方向に形成されたエンジン10のピストン1において、気筒内壁面13との間の面圧が相対的に高いピストンスカート部4の高面圧領域(第1の領域)ア、ウでは、条痕溝7の最大深さDを相対的に大きくしたから、条痕溝7の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域ア、ウで条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗が早く進行しても、条痕溝7のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減される。一方、気筒内壁面13との間の面圧が相対的に低いピストンスカート部4の低面圧領域(第2の領域)イ、エでは、条痕溝7の最大深さDを相対的に小さくしたから、たとえ低面圧領域イ、エで条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗が少なくても、条痕溝7の最大深さDが大きい状態ないし条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpが小さい状態が長期に亘って続くことがなくなり、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が長期間続く問題が低減される。
As described above, in the present embodiment, in the
加えて、ピストンスカート部4の高面圧領域ア、ウでは、条痕溝7のピッチPに対する隣接する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(Wp/P)を相対的に小さくしたから、換言すれば、条痕溝7のピッチPに対する条痕溝7の幅の割合を相対的に大きくしたから、これによっても、条痕溝7の容量が相対的に大きくなり、その結果、たとえ高面圧領域ア、ウで条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗が早く進行しても、条痕溝7のオイル溜め機能の減少が抑制され、スカッフ発生の問題が低減される。一方、ピストンスカート部4の低面圧領域イ、エでは、条痕溝7のピッチPに対する隣接する条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpの割合(Wp/P)を相対的に大きくしたから、これにより、低面圧領域イ、エで条痕溝7,7間の頂部7aの摩耗が少なくても、条痕溝7,7間の頂部7aの幅Wpが大きい状態が当初から得られて、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が小さい状態が当初から得られる。
In addition, in the high surface pressure regions A and C of the
また、スカート部4が、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状をしている場合に、スカート部4の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド2側の部分(高面圧部分)に属する領域を高面圧領域(第1の領域)ア、ウとしたから、前記高面圧部分に属する高面圧領域ア、ウにおいて、条痕溝7のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。一方、前記高面圧部分よりも反ピストンヘッド2側の部分(低面圧部分)に属する領域を低面圧領域(第2の領域)イ、エとしたから、前記低面圧部分に属する低面圧領域イ、エにおいて、スカート部4の摩擦係数低減効果ひいてはピストン1の摺動抵抗低減効果が得られることとなる。
In addition, when the
その場合に、膨出頂部を高面圧領域ア、ウに含めたから、膨出頂部においても、条痕溝7のオイル溜め機能減少抑制効果ひいてはスカッフ発生低減効果が得られることとなる。
In this case, since the bulging top portion is included in the high surface pressure regions a and c, the effect of suppressing the oil reservoir function reduction of the
そして、条痕溝7,7間の頂部7aを鋭角な頂状としたときは、ピストンスカート部4は気筒内壁面13と線で摺接することになるが、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部4は気筒内壁面13と面で摺接することになる。したがって、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部4と気筒内壁面13との摺接によって条痕溝7,7間の頂部7aに作用する単位面積あたりの圧力が低減し、これにより、条痕溝7,7間の頂部7aが摩耗し難くなり、条痕溝7の最大深さDの減少が抑制されるので、そもそも条痕溝7のオイル溜め機能の減少が抑制される。
When the
なお、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたとき、図12に示すように、このプラトー状の頂部7aに微細凹部(マイクロディンプル)7b…7bを形成してもよい。このような微細凹部7b…7bは、微細鋼球を高圧エア等で高速投射するショットピーニングの技術を用いて形成することができる。その場合に、微細鋼球の径やエア圧を調節することにより、微細凹部7b…7bのサイズや深さをコントロールすることができる。
When the
このように、プラトー状の頂部7aに微細凹部7b…7bを形成することで、この微細凹部7b…7bにもオイルが溜まり、条痕溝7に溜まったオイルだけでなく、この微細凹部7b…7bに溜まったオイルによっても、ピストンスカート部4と気筒内壁面13との間が良好な潤滑状態に保たれることとなる。
In this way, by forming the
この場合、微細凹部7b…7bを形成した頂部7aの表面粗さは、十点平均粗さRz(JIS B0601−1994)で、Rz<条痕溝7の最大深さDとする。Rz≧条痕溝7の最大深さDとすると、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたことによる摩擦係数低減効果ひいては摺動抵抗低減効果が損なわれ、微細凹部7b…7bを形成した意味がなくなる。
In this case, the surface roughness of the
また、スカート部4の外表面に、固体潤滑材(黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末、PTFE(Polytetrafluoroethylene)等を含有したポリアミドイミド系の樹脂コーティング等)を被覆してもよい。このような被覆材は、摩擦抵抗を低減する作用を有すると共に、金属に比べて軟らかいため、気筒内壁面13とのクリアランスを埋める作用、及びスラップ音を吸収する作用等を有する。
The outer surface of the
その場合の固体潤滑材の膜厚は特に限定しないが、例えばプラトー状の頂部7aの表面では20μm以下が好ましい。20μmを超えると、固体潤滑材はピストン1の母材(アルミ合金)に比べて容易に摩耗するため、気筒内壁面13とのクリアランスの変化が大きくなりすぎ、スラップ音等の不具合が発生し得る。この点、固体潤滑材を被覆したのち、研磨加工してプラトー状頂部7aの表面から除去し、条痕溝7の谷部にのみ残すようにしてもよい。
The film thickness of the solid lubricant in that case is not particularly limited, but is preferably 20 μm or less, for example, on the surface of the plateau-like
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態であるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、さらに種々の変更や改良を加えることができる。例えば、以上の実施形態においては、条痕溝7の断面形状をU字状としたが、本発明は、これような形状に限定されるものではなく、断面がV字状や多角形状の条痕溝7にも適応可能である。また、本実施形態では、ガソリンを燃料とする火花点火式エンジンについて適用したが、軽油を燃料とする高圧縮比を有するディーゼルエンジンのピストンにおいても適用可能である。また、本実施形態では、1本の条痕溝7をスカート部4の外表面に螺旋状となるように形成したが、1本の条痕溝7をスカート部4の外表面に沿って円を描くように形成し、このような条痕溝7をスカート部4の外表面に対し往復動方向に亘って複数本配置すると共に、これら複数本の条痕溝7…7の間隔が所定のピッチ幅となるように形成してもよい。
The above embodiment is the best embodiment of the present invention, but various changes and improvements can be added without departing from the scope of the claims. For example, in the above embodiment, the cross-sectional shape of the
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、ピストンスカート部の高面圧領域におけるスカッフ発生の問題と、低面圧領域における摺動抵抗長期持続の問題とを、共に良好に抑制することが可能な技術であるから、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンの潤滑の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。 As described above in detail with reference to specific examples, the present invention provides a piston skirt in an engine piston in which a plurality of streak grooves are formed in the circumferential direction on the outer surface of a skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine. Because it is a technology that can satisfactorily suppress both the problem of scuffing in the high surface pressure region and the problem of long-lasting sliding resistance in the low surface pressure region, it is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine. Extensive industrial applicability is expected in the technical field of piston lubrication.
1 ピストン
2 ピストンヘッド
4 スカート部
6 ピン穴
7 条痕溝
7a 隣接する条痕溝間の頂部
10 エンジン
13 気筒内壁面
50 条痕溝形成工具
O ピン穴の中心
P 条痕溝のピッチ(隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和)
Wp 隣接する条痕溝間の頂部の幅
ア スラスト側高面圧領域(第1の領域)
イ スラスト側低面圧領域(第2の領域)
ウ 反スラスト側高面圧領域(第1の領域)
エ 反スラスト側底面圧領域(第2の領域)
DESCRIPTION OF
Wp Width between tops of adjacent streak grooves A thrust side high surface pressure region (first region)
I Thrust side low surface pressure area (second area)
Anti-thrust side high surface pressure region (first region)
D Anti-thrust side bottom surface pressure region (second region)
Claims (5)
前記スカート部の外表面において、前記気筒内壁面との間の面圧が相対的に高い第1の領域は、相対的に低い第2の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston having a plurality of streak grooves formed in a circumferential direction on an outer surface of a skirt portion that is in sliding contact with an inner wall surface of an engine cylinder,
In the outer surface of the skirt portion, the depth of the streak groove is larger in the first region where the surface pressure between the cylinder inner wall surface is relatively higher than in the relatively lower second region, And the ratio of the width of the top part between adjacent streak grooves with respect to the sum of the width | variety of the top part between adjacent streak grooves and the width of a streak groove is made small, The piston of the engine characterized by the above-mentioned.
前記スカート部は、ピストン軸方向の中間部が外方へ膨出する樽形状に形成されており、
前記スカート部の外表面において、前記スカート部の外方への膨出量が最も大きい膨出頂部を含むピストンヘッド側の部分に属する第1の領域は、前記ピストンヘッド側の部分よりも反ピストンヘッド側の部分に属する第2の領域よりも、条痕溝の深さが大きくされ、かつ、隣接する条痕溝間の頂部の幅と条痕溝の幅との和に対する隣接する条痕溝間の頂部の幅の割合が小さくされていることを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston having a plurality of streak grooves formed in a circumferential direction on an outer surface of a skirt portion that is in sliding contact with an inner wall surface of an engine cylinder,
The skirt portion is formed in a barrel shape in which an intermediate portion in the piston axial direction bulges outward,
On the outer surface of the skirt portion, the first region belonging to the portion on the piston head side including the bulging top portion where the amount of bulging outward of the skirt portion is the largest is more anti-piston than the portion on the piston head side. Adjacent streak groove with respect to the sum of the width of the top part between adjacent streak grooves and the width of the streak groove is greater than the second region belonging to the head side portion. An engine piston characterized in that the ratio of the width of the top portion between them is reduced.
前記条痕溝間の頂部はプラトー状であり、
このプラトー状の頂部に微細凹部が形成されていることを特徴とするエンジンのピストン。 The engine piston according to claim 1 or 2,
The top between the streak grooves is plateau-shaped,
An engine piston characterized in that a fine recess is formed in the plateau-shaped top.
前記第1の領域は、前記第2の領域よりも、条痕溝の深さが2倍以上大きく、かつ、前記第1の領域における条痕溝の深さは、5μm以上、50μm以下であり、前記第2の領域における条痕溝の深さは、2μm以上、10μm以下であることを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston according to any one of claims 1 to 3,
In the first region, the depth of the streak groove is twice or more larger than that of the second region, and the depth of the streak groove in the first region is 5 μm or more and 50 μm or less. The piston of the engine is characterized in that the depth of the streak groove in the second region is 2 μm or more and 10 μm or less.
前記第1の領域及び前記第2の領域における前記和は、50μm以上、500μm以下であり、かつ、前記第1の領域における前記割合は、20%以下であり、前記第2の領域における前記割合は、20%を超えて大きく、80%以下であることを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston according to any one of claims 1 to 4,
The sum in the first region and the second region is 50 μm or more and 500 μm or less, and the proportion in the first region is 20% or less, and the proportion in the second region is Is larger than 20% and not more than 80%.
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