JP2010127142A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】条痕の加工を廃止することができると共にスカッフの発生を防止することができ、製造コストの低減及び燃費の向上が図れる内燃機関のピストンを提供する。
【解決手段】ピストン１のスカート３の表面に、微粒子状の固体潤滑材１０をショットピーニングにより埋め込んで成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関するものである。

内燃機関のピストンにおいては、図６ないし図７に示すように、ピストン１とシリンダブロックのボアすなわちシリンダ内壁（図示省略）との間の潤滑性を向上させるために、ピストン１のスカート３の外周面に条痕１５を加工し、その表面にフッ素樹脂等のコーティング層１６を形成して成るものが知られている（特許文献１参照）。上記条痕１５は、コーティング層１６を剥がれにくくするために設けられている。条痕１５の幅ｗは約１００μｍ、条痕の深さｄは約１０μｍである。

特開平７−１８９８０４号公報

しかしながら、上記ピストン１においては、スカート３の外周面に螺旋状等の条痕１５を機械加工により形成しなければならず、手間がかかり、製造コストの高騰を余儀なくされている。また、エンジンの慣らし運転が終了するあたりで、スカート３とシリンダ内壁との摺動によりスカートのコーティング層が磨耗する現象（初期磨耗）が生じる。これにより図８に示すように条痕１５のエッジ１５ａが剥き出しになると、条痕１５のエッジ１５ａがシリンダ内壁と擦れてピストンの摺動抵抗が増し、燃費の増大、スカッフ（ｓｃｕｆｆ：シリンダ内壁の油膜が切れ、直接接触した条痕のエッジやピストンリングによって焼付きの原因となる引っかき傷ができる現象）の発生を招くおそれがあった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、条痕の加工を廃止することができると共にスカッフの発生を防止することができ、製造コストの低減及び燃費の向上が図れる内燃機関のピストンを提供することを目的とする。

本発明のうち、請求項１に係る発明は、ピストンのスカートの表面に、微粒子状の固体潤滑材をショットピーニングにより埋め込んで成ることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、ピストンのスカートの表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプルを形成して成ることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、ピストンのスカートの表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプルを形成すると共に、微粒子状の固体潤滑材をショットピーニングにより埋め込んで成ることを特徴とする。

本発明によれば、条痕の加工を廃止することができると共にスカッフの発生を防止することができ、製造コストの低減及び燃費の向上が図れる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて詳述する。

図１は本発明の実施の形態である内燃機関のピストンを概略的に示す一部断面側面図、図２は図１のＡ部の断面を示す模式図である。

図１に示すように、内燃機関のピストン１は、例えばアルミ合金により形成されたクラウン２と、このクラウン２から下方に延び、シリンダブロックのボアであるシリンダ内壁（図示省略）を摺動するスカート３とを備えている。

上記クラウン２の外周部には、上から順に、トップリング溝４、セカンドリング溝５及びオイルリング溝６がそれぞれ周方向に連続した環状に形成されている。上記トップリング溝４及びセカンドリング溝５には、コンプレッションリング（図示省略）がそれぞれ取付けられ、これらのコンプレッションリングはシリンダ内壁とトップリング溝４及びセカンドリング溝５に密着することにより燃焼室（図支省略）を密封することができる。

上記オイルリング溝６には、オイルリング（図示省略）が取付けられ、このオイルリングはコンプレッションリングに潤滑油（図示省略）を供給すると共にシリンダ内壁に付着している余分な潤滑油を回収することができる。上記オイルリング溝６の底面には、オイルリングにより回収した潤滑油を捕集してピストン１の内側へ排出するための複数の排油孔７が形成されている。

上記クラウン２から下方に延びるスカート３には前後方向（図１の紙面垂直方向）に貫通するピストンピン孔８が形成されており、このピストンピン孔８にはピストンピン（図示省略）を介してコンロッド（図示省略）が連結されている。

上記スカート３の左右の部分及び上端部の外周面は、シリンダ内壁を摺動する摺動面になっており、この摺動面はピストンを上方から見た場合、クラウン２の外周面よりも僅かに張り出して形成されている。上記スカートの表面（摺動面）は、図２に示すように微粒子状の固体潤滑材１０をショットピーニングにより埋め込んで形成されている。このようにスカート３の表面にショットピーニングにより潤滑処理を施した面を潤滑処理面ということとする。

上記固体潤滑材１０としては、例えば二硫化モリブデン、グラファイト、二硫化タングステン、錫等が好適である。固体潤滑材１０の微粒子の大きさは、例えば１０〜２０μｍであることが好ましい。

図示例では、微粒子状の固定潤滑材１０をスカートの表面に分散させて埋め込んだ状態を模式図で示しているが、微粒子状の固定潤滑材１０が層状に密集されて埋め込まれていてもよい。その場合の固定潤滑材１０からなる潤滑処理面の厚さは例えば１０μｍ以上あれば良い。

このように構成された内燃機関のピストン１によれば、ピストン１のスカート３の表面に、微粒子状の固体潤滑材１０をショットピーニングにより埋め込んで成るため、条痕の加工を廃止することができると共にピストン１の摺動面の潤滑性を向上させてスカッフの発生を防止することができる。これにより、ピストン１とシリンダ内壁との摺動抵抗を減らすことができ、延いては内燃機関のフリクションを減らすことができ、燃費の向上が図れる。また、面倒な条痕の加工が不要になるため、製造コストの低減が図れる。

図３は図１のＡ部の断面であって、他の実施の形態を示す模式図である。図３の実施形態では、ピストン１のスカート３の表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプル（微小窪み）１１を形成して成るものである。マイクロディンプル１１の深さは、例えば２〜３μｍであることが好ましい。マイクロディンプル１１の周縁部は丸みを帯びていてエッジがないため、シリンダ内壁と擦れることがない。マイクロディンプル１１が形成された潤滑処理面は、そのマイクロディンプル１１内が潤滑油で満たされることにより潤滑効果を発揮する。

本実施の形態によれば、マイクロディンプル１１に潤滑油が毛細管現象及び表面張力により溜まった状態に保持されるため、ピストン１とシリンダ内壁の摺動面に潤滑油を供給することができ、条痕の加工を廃止することができると共にスカッフの発生を防止することができ、製造コストの低減及び燃費の向上が図れる。

図４は図１のＡ部の断面であって、他の実施の形態を示す模式図である。図４の実施形態では、ピストン１のスカート３の表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプル１１を形成すると共に、微粒子状の固体潤滑材１０をショットピーニングにより埋め込んで成るものである。

本実施形態における潤滑処理面の形成方法は、先ず、ピストン１のスカート３の表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることによりマイクロディンプル１１を形成する第１の工程と、この第１の工程後に上記スカート３の表面に微粒子状の固体潤滑材１０をショットピーニングにより埋め込む第２の工程とから構成されている。

本実施の形態によれば、マイクロディンプル１１に溜まる潤滑油をピストン１とシリンダ内壁の摺動面に供給することができると共に、スカート３の表面が微粒子状の固体潤滑材１０で覆われるため、条痕の加工を廃止することができると共にピストン１とシリンダ内壁の摺動面の潤滑性を向上させてスカッフの発生を防止することができる。従って、内燃機関のフリクションを減らすことができ、耐久性の向上と燃費の向上が図れると共に、面倒な条痕の加工の廃止により製造コストの低減が図れる。

図５は摩擦力変動試験の比較例を示す図である。図５において、無処理（ＦＣ）は条痕加工ありでフッ素コーティング層を有する従来のピストンの場合であり、Ｓｎショットは条痕加工なしで錫をショットピーニングで埋め込んだ場合であり、マイクロディンプルは条痕加工なしでセラミックをショットピーニングしてマイクロディンプルを形成した場合であり、Ｍｏショットは条痕加工なしで二硫化モリブデンをショットピーニングで埋め込んだ場合であり、ＭＤ＋Ｓｎは条痕加工なしでマイクロディンプルを形成すると共に錫をショットピーニングにより埋め込んだ場合であり、ＭＤ＋Ｍｏは条痕加工なしでマイクロディンプルを形成すると共に二硫化モリブデンをショットピーニングにより埋め込んだ場合である。

この試験はオイルを一滴だけ垂らし、その後は給油しないでピストンとシリンダ内壁を摺動させたものであり、試験中の摩擦力の変化を表している。いずれの場合も、摩擦力の変化は、従来のピストンと同等又はそれ以下であり、スカッフの様相は全くなかった。特にＭｏショットのピストンの場合、摩擦力の変化がより小さいという結果が得られた。

以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

本発明の実施の形態である内燃機関のピストンを概略的に示す側面図である。 図１のＡ部の断面を示す拡大模式図である。 図１のＡ部の断面であって、他の実施の形態を示す拡大模式図である。 図１のＡ部の断面であって、他の実施の形態を示す拡大模式図である。 摩擦力変動試験の比較例を示す図である。 従来の内燃機関のピストンを概略的に示す側面図である。 図６のＢ部拡大断面図である。 コーティング面が後退した状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ピストン
２ クラウン
３ スカート
４ トップリング溝
５ セカンドリング溝
６ オイルリング溝
７ 排油孔
８ ピストンピン孔
１０ 固体潤滑材
１１ マイクロディンプル

Claims (3)

1. ピストンのスカートの表面に、微粒子状の固体潤滑材をショットピーニングにより埋め込んで成ることを特徴とする内燃機関のピストン。
2. ピストンのスカートの表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプルを形成して成ることを特徴とする内燃機関のピストン。
3. ピストンのスカートの表面に、微粒子状のセラミックをショットピーニングすることにより潤滑油を溜めるためのマイクロディンプルを形成すると共に、微粒子状の固体潤滑材をショットピーニングにより埋め込んで成ることを特徴とする内燃機関のピストン。

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