JP2009114920A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】オイルが積極的に循環せず、あるいは、循環が不十分な場所でのスラッジ生成が抑制された内燃機関のピストンを提供する。
【解決手段】ピストンスカート部の上側に位置するピストン上部の少なくとも一部に、アルカリ性物質からなりスラッジの発生を抑制するためのスラッジ抑制層が形成されている。酸性物質が生成されやすいピストン上部３にスラッジ抑制層ＳＬを形成することで、効率よくスラッジの発生を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。

自動車用等の内燃機関において、潤滑油であるオイルの劣化に起因してスラッジが発生し、これがエンジン各部に様々な悪影響を与えることが知られている。スラッジは、オイル中に含まれるオレフィンと、ブローバイガスに含まれるＮＯｘやＳＯｘと、水とを主成分とし、これら主成分が熱や酸の力で反応し、スラッジプリカーサやスラッジバインダといった前駆物質を経て生成される。スラッジは視覚的には泥或いはヘドロ状の物質であり、例えば、これが内燃機関内部の通路に堆積すると通路を閉塞するといった問題を引き起こす。

特に、内燃機関内部で結露等によって生じる水と、ブローバイガス中に含まれるＮＯｘやＳＯｘとの反応によってできる酸性物質が、スラッジを生成する際の触媒となる。かかる酸性物質のオイルへの混入は、スラッジの生成を促進し、オイルの劣化を加速すると共に、潤滑油の各機能を低下させる。

従来、このような酸性物質の生成に対して、潤滑油に金属系清浄剤と称される添加剤を加え、オイル中に生成される酸性物質を中和し、これを以てスラッジの生成を抑制する手段が講じられている。また、弱カチオン性界面活性剤をオイルに添加し、オイルの有するスラッジの油中分散機能を増強することも行われている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−１３０６６号公報

ところで、上記したように、オイル中の汚れの元となる成分（酸性物質）の中和は、オイルに添加剤を加えることにより可能となるが、例えば、ピストンにおけるオイルが積極的に循環せず、あるいは、循環が不十分な場所では、ＮＯｘと水を含んだガスが燃焼室から漏れ出て発生する硝酸を充分に中和できず、この硝酸によるスラッジ生成が進み、オイルが劣化する可能性がある。特に、ランド部にスラッジが生成されると、このスラッジがシリンダボアを傷つける可能性がある。また、リング溝にスラッジが生成されると、リングの正常な動きが妨げられ、ブローバイガス量が増大する可能性がある。さらに、オイル戻し穴にスラッジが堆積すると、当該穴がつまり、オイルの消費量が増大する可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、オイルが積極的に循環せず、あるいは、循環が不十分な場所でのスラッジ生成が抑制された内燃機関のピストンを提供することにある。

本発明に係る内燃機関のピストンは、ピストンスカート部の上側に位置するピストン上部の少なくとも一部に、アルカリ性物質からなりスラッジの発生を抑制するためのスラッジ抑制層が形成されている、ことを特徴とする。

上記構成において、前記スラッジ抑制層は、トップランド及びトップランド溝に形成されている、構成を採用できる。

上記構成において、前記スラッジ抑制層は、ピストン本体に形成されたオイル戻し穴及びオイルリングに形成されたオイル戻し穴に形成されている、構成を採用できる。また、前記オイル戻し穴に形成された前記スラッジ抑制層は、燃焼室側がオイルパン側よりも厚く形成されている、構成を採用できる。

本発明によれば、オイルが積極的に循環せず、あるいは、循環が不十分な場所でのスラッジ生成が抑制された内燃機関のピストンが得られる。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンの構造を示す図であって、図１はピストンの正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線方向の断面図である。
ピストン１は、一般的には、全体がアルミニウムをベースとする合金にて形成されている。このピストン１は、図示しないシリンダボアの内周面に対して摺接し得るピストンスカート部２、このピストンスカート部２の上側に位置するピストン上部３等から構成されている。

ピストン上部３は、その外周部に、上端側から順に、第１ランド溝４、第２ランド溝５、及び、オイルリング溝６が形成され、これら第１ランド溝４、第２ランド溝５、及び、オイルリング溝６により、環状に形成された、トップランド７、セカンドランド８、及びサードランド９が画定されている。

第１ランド溝４及び第２ランド溝５には、図示しないピストンリングがそれぞれ装着される。
オイルリング溝６には、例えば、図２に示すような、オイルリング２０が装着される。
また、オイルリング溝６には、図１及び図２に示すように、ピストン１の外周面と内部とを連通する複数のオイル戻し穴１０が形成されている。

ここで、上記のように構成されるピストン上部３には、炭酸カルシウム等のアルカリ性物質からなりスラッジの発生を抑制するためのスラッジ抑制層ＳＬが全面的に形成されている。スラッジ抑制層ＳＬは、例えば、炭酸カルシウムを塗布することにより形成され、第１ランド溝４、第２ランド溝５、及び、オイルリング溝６の表面と、トップランド７、セカンドランド８、及びサードランド９の表面とに形成されている。

また、スラッジ抑制層ＳＬは、図２に示すように、ピストン１のオイル戻し穴１０の内周面及びオイルリング２０に形成されたオイル戻し穴２１の内周面にも形成されている。オイル戻し穴１０、２１に形成されたスラッジ抑制層ＳＬは、図２に示すように、燃焼室側がオイルパン側よりも厚く形成されている。

次に、上記構成のピストン１における作用について説明する。
ピストン１が内燃機関に内蔵されて使用される状態において、ピストン上部３には、ブローバイガス、換気空気、水分等が多く、さらに、オイル及び燃料が存在する。このため、ピストン上部３は、スラッジが生成されやすい条件下にある。さらに、ピストン上部３は、燃焼室に近いことから温度が高く、化学反応が起こりやすい条件下にあるため、ピストン上部３においては、スラッジの原因となる酸性物質が発生しやすい。特に、冷間始動時から暖機過程においては、オイルの粘度が高い、オイルポンプの吐出量が少ない等の理由から、オイルの循環量が少なく、スラッジが発生しやすい。また、エンジン停止時においては、温度低下に伴い、クランクケース内に残った水分が凝縮して水滴となり、同じくクランクケース内に残ったＮＯｘと反応して硝酸が発生し、シリンダボアや第１ランド溝４、第２ランド溝５、オイルリング溝６、オイル戻し穴１０、２１に残ったオイルと反応してスラッジが発生する可能性がある。

本実施形態では、ピストン上部３に全面的にスラッジ抑制層ＳＬを形成することにより、第１ランド溝４、トップランド７等で発生した酸性物質を最初に中和し、スラッジの発生を効果的に抑制する。特に、ＮＯｘは、燃焼室からのブローバイガス中に多く存在するため、ピストン１の周辺に存在する多くのＮＯｘから生成される硝酸がスラッジ抑制層ＳＬにより効率良く中和される。これにより、ピストン上部３において、スラッジが高温に曝されて硬化し、ピストンリングの正常な動きを妨げることを有効に抑制できる。

また、オイル戻し穴１０、２１は、ボア壁より掻き落としたオイルをクランクケース内に戻す役割を果たすため、ボアやランドに溜まった酸性物質が集まりやすいが、このオイル戻し穴１０、２１にスラッジ抑制層ＳＬを形成することにより、酸性物質を効率的に中和することができ、スラッジ発生を効果的に抑制できる。
さらに、オイル戻し穴１０、２１のスラッジ抑制層ＳＬを燃焼室側がオイルパン側よりも厚くなるように形成することにより、オイルの循環が途絶えたときに、スラッジ抑制層ＳＬを覆っていたオイルが減少しても中和反応が効率良く行われる。

上記実施形態では、スラッジ抑制層ＳＬをピストン上部３に全面的に形成した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、第１ランド溝４、トップランド７、オイル戻し穴１０、２１等に部分的に形成しても同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンの側面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の部分組立斜視図である。

符号の説明

１…ピストン
２…ピストンスカート部
３…ピストン上部
４…第１ランド溝
５…第２ランド溝
６…オイルリング溝
７…トップランド
８…セカンドランド
９…サードランド
１０…オイル戻し穴
２０…オイルリング
２１…オイル戻し穴
ＳＬ…スラッジ抑制層

Claims (4)

1. ピストンスカート部の上側に位置するピストン上部の少なくとも一部に、アルカリ性物質からなりスラッジの発生を抑制するためのスラッジ抑制層が形成されている、ことを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 前記スラッジ抑制層は、トップランド及びトップランド溝に形成されている、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. 前記スラッジ抑制層は、ピストン本体に形成されたオイル戻し穴及びオイルリングに形成されたオイル戻し穴に形成されている、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. 前記オイル戻し穴に形成された前記スラッジ抑制層は、燃焼室側がオイルパン側よりも厚く形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のピストン。

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