JP2013083321A

JP2013083321A - ピストン

Info

Publication number: JP2013083321A
Application number: JP2011224156A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Meji; 聰目時
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】ピストンピンの摺動性を向上できるピストンを提供する。
【解決手段】ピストン１０は、ピストン本体１と、コンロッド２０の小端孔２２に摺動可能に挿入されるピストンピン２と、ピストン本体１に設けられピストンピン２が摺動可能に挿入されるピン孔６が形成されたピンボス部４と、を備えている。ピストンピン２の外周面２ａのピン孔摺動領域Ｒ１は、互いに独立した形状で且つ規則的に配設された複数の凹部を有し、ピストンピン２の外周面２ａのコンロッド摺動領域Ｒ２は、凹部が配設されていない滑面を有している。このピストン１０では、ピン孔摺動領域Ｒ１の凹部により、ピストンピン２とピン孔６との接触面積を小さくしつつ油溜まり効果を好適に発揮できるのに加え、コンロッド摺動領域Ｒ２の滑面により、当該コンロッド摺動領域Ｒ２は面圧が比較的高いことに適応できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関等に用いられるピストンに関する。

従来、例えば車両等における内燃機関のピストンでは、ピンボス部のピン穴にピストンピンが摺動可能に挿入されると共に、このピストンピンがコンロッドの小端孔に摺動可能に挿入され、これにより、ピストンがコンロッドの小端部に揺動自在に連結されている（下記特許文献１参照）。このようなピストンは、エンジンサイクルにおける排気工程の上死点側に位置するとき、慣性力によってピストンピンとピン孔との間に隙間が形成されるよう浮き上がり、その結果、ピストンピンとピン孔との間に周辺の潤滑油が巻き込まれてこれらの摺動領域が潤滑される。

特開２００６−２５８１９４号公報

ここで、近年のピストンにおいては、その長期信頼性を確保すべくピストンピンの摺動性を向上させ、潤滑環境が悪化した条件下でも、ピストンピンに焼付きや異常摩耗等の不具合が発生するのを抑制することが求められている。この点、上記従来のピストンでは、例えば高Ｐｍｅ（正味平均有効圧力）化されたエンジンに用いられる場合、高い筒内圧力のために前述の浮き上がりが抑制されることから、ピストンピンとピン孔と間の潤滑が十分に得られないおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ピストンピンの摺動性を向上することができるピストンを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るピストンは、ピストン本体と、コンロッドの小端孔に摺動可能に挿入されるピストンピンと、ピストン本体に設けられ、ピストンピンが摺動可能に挿入されるピン孔が形成されたピンボス部と、を備え、ピストンピンの外周面においてピン孔に対する摺動領域、又はピン孔の内周面は、互いに独立した形状で且つ規則的に配設された複数の凹部を有し、ピストンピンの外周面においてコンロッドの小端孔に対する摺動領域は、凹部が配設されていない滑面を有することを特徴とする。

この本発明のピストンでは、ピストンピンの外周面においてピン孔に対する摺動領域又はピン孔の内周面が有する凹部により、ピストンピンとピン孔との接触面積を小さくしつつ、周辺の潤滑油を集めて溜める油溜まり効果を好適に発揮させることができ、ピン孔に対するピストンピンの焼付きや異常摩耗等を防止することができる。加えて、ピストンピンの外周面においてコンロッドの小端孔に対する摺動領域が滑面を有することから、当該摺動領域の面圧が比較的高いことに適応させ、ピストンピンと小端孔と間にて油膜切れが生じるのを抑制することができる。従って、本発明によれば、ピストンピンの摺動性を向上することが可能となる。

ここで、複数の凹部は、ショットブラスト工法により形成されていることが好ましい。この場合、互いに独立し規則的な複数の凹部を、容易且つ品質よく形成することができる。

本発明によれば、ピストンピンの摺動性を向上することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るピストンを示す断面図である。（ａ）は図１のピストンのピストンピンにおけるピン孔摺動領域を示す拡大図、（ｂ）は図１のピストンのピストンピンにおけるコンロッド摺動領域を示す拡大図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本明細書において、「上」、「下」等の語は、図面に示す状態に基づいており便宜的なものである。

図１は実施形態に係るピストンの断面図であり、図２（ａ）は実施形態に係るピストンピンのピン孔摺動領域の拡大図であり、図２（ｂ）は実施形態に係るピストンピンのコンロッド摺動領域の拡大図である。図１，２に示すように、本実施形態のピストン１０は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等においてシリンダ内を往復動するものであり、ピストン本体１及びピストンピン２を備えている。このピストン１０では、ピストン本体１がピストンピン２を介してコンロッド２０の小端部２１に揺動自在に連結される。

ピストン本体１は、アルミニウム合金等の合金鋼から成り、例えば直径１２０ｍｍの略円柱状外形を呈している。ピストン本体１は、頂部側に位置するヘッド部３と、ヘッド部３の下方側にて突設されたピンボス部４と、を少なくとも有している。

ヘッド部３の頂面には、燃焼室の底面を構成するキャビティ５が形成されている。ピンボス部４は、互いに対向するように一対設けられている。これらピンボス部４のそれぞれには、ピストンピン２を摺動可能に内挿して支持するものとして、軸Ｇを有するピン孔６が同軸に形成されている。また、ヘッド部３の下方側においてピンボス部４，４の間には、コンロッド２０の小端部２１を収容するためのものとして、上方へ窪むコンロッド収容凹部７が形成されている。

ピストンピン２は、クロムモリブデン鋼等の合金鋼から成り、軸Ｇを有する円筒状を呈している。このピストンピン２の両端部は、ピンボス部４に対し軸Ｇ回りに摺動可能に挿入されている。また、ピストンピン２の中央部は、コンロッド２０の小端部２１に形成された貫通孔である小端孔２２に対し、軸Ｇ回りに摺動可能に挿入されている。すなわち、ピストンピン２の外周面２ａにおいて両端部の所定範囲が、ピン孔６に対する摺動領域としてピン孔摺動領域Ｒ１とされていると共に、当該外周面２ａにおいて中央部の所定範囲が、コンロッド２０の小端孔２２に対する摺動領域としてコンロッド摺動領域Ｒ２とされている。

このピン孔摺動領域Ｒ１は、具体的には、ピストンピン２においてピン孔６に内挿される部分における外周面２ａであって、軸Ｇ方向の一端から内側へ一定長に亘る領域と、軸Ｇ方向の他端から内側へ一定長に亘る領域とに拡がっている。また、コンロッド摺動領域Ｒ２は、コンロッド２０の小端孔２２に内挿される部分における外周面２ａであって、ピン孔摺動領域Ｒ１に挟まれた軸Ｇ方向の中央範囲に拡がっている。

ここで、図２（ａ）に示すように、ピン孔摺動領域Ｒ１は、互いに独立した形状で且つ規則的に配設された複数の凹部８を有している。複数の凹部８は、外周面２ａの法線方向から見て円形状を呈しており、ピン孔摺動領域Ｒ１のみにおいて互いに連通しないよう所定間隔で千鳥状に形成されている。また、複数の凹部８は、その総面積がピン孔摺動領域Ｒ１の面積の例えば５０％程度となるように形成されている。ここでの凹部８は、直径０．５ｍｍで深さ数μｍの微小（微細）なディンプルとされている。

一方、コンロッド摺動領域Ｒ２は、上記複数の凹部８が配設されていない滑面９を有している。つまり、コンロッド摺動領域Ｒ２は、上記複数の凹部８が形成されていない滑らかな表面形状を呈している。

このような複数の凹部８は、ピストンピン２の外周面２ａに例えばショットブラスト工法を施すことにより形成されている。具体的には、まず、ピストンピン２の外周面２ａに対し、複数の凹部８に対応した微小孔加工が施されたマスクを被せる。この状態で、当該ピストンピン２に投射材を適宜衝突させ、これにより、ピン孔摺動領域Ｒ１のみに複数の凹部８を形成する。なお、ショットブラスト工法の手法としては、限定されるものではなく、機械式、空気式又は湿式等の種々の手法を採用することができる。投射材としては、例えば金属系粒子、非金属系粒子、セラミック系粒子又は樹脂系粒子等の種々の粒子を用いることができる。

以上のように構成されたピストン１０は、そのピストンピン２にクランク軸の回転力がコンロッド２０を介して伝達され、潤滑油存在下においてシリンダ内を往復動する。このとき、エンジンサイクル中の上死点側にピストン１０が位置する際、当該ピストン１０が慣性力によって浮き上がり、ピストンピン２とピン孔６との間に周辺の潤滑油が巻き込まれ、これらが互いに潤滑される。

加えて、本実施形態のピストン１０においては、ピストンピン２のピン孔摺動領域Ｒ１に複数の凹部８が形成されていることから、これら複数の凹部８により、ピストンピン２とピン孔６との接触面積を小さくすることができると共に、凹部８内に周辺の潤滑油を集めて溜めるという油溜まり効果を好適に発揮させることができる。よって、潤滑環境が低下する場合（例えば、エンジンの高Ｐｍｅ化のために過給圧力が増加しピストン１０の浮き上がりが抑制される場合）であっても、ピン孔６に対するピストンピン２の焼付きや異常摩耗等を防止することができる。特に、上述したように、凹部８が互いに独立した形状で且つ規則的に配設されているため、例えばＷＰＣ処理（登録商標、株式会社不二ＷＰＣ）等に比べて、油の保持能力が高いものとなる。

他方、コンロッド摺動領域Ｒ２については複数の凹部８が形成されていない滑面９となっていることから、当該コンロッド摺動領域Ｒ２に加わる比較的高い面圧に適応させることができ、ピストンピン２と小端孔２２と間にて油膜切れが生じるのを抑制することができる。

従って、本実施形態によれば、ピストンピン２の摺動性を向上することが可能となる。すなわち、ピストンピン２の表面性状を改良し、ピストンピン２の潤滑状態を改善することができ、高Ｐｍｅ化したエンジンに用いられる場合であっても長期信頼性を確保することが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、複数の凹部８がショットブラスト工法で形成されているため、互いに独立し規則的な複数の凹部８を、容易に且つ品質よく形成することが可能となる。

ちなみに、ピストンピン２にクランク軸の回転力がコンロッド２０を介して伝達されてピストン１０が往復動する際、ピストンピン２はコンロッド２０との摩擦によって軸Ｇ回りに回動するため、複数の凹部８による上記油溜まり効果がピストンピン２に顕著に付与されることとなる。この点においても、本実施形態では、ピストンピン２の摺動性を向上することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態では、ピン孔摺動領域Ｒ１が複数の凹部８を有しているが、これに代えて、ピン孔６の内周面６ａが複数の凹部８を有していてもよい。この場合でも、ピン孔６に対するピストンピン２の焼付きや異常摩耗等を防止する上記作用効果が奏される。

また、上記実施形態では、円形状の凹部８を形成しているが、凹部８の形状は例えば楕円形状や多角形（矩形、六角形、八角形等）形状としてもよい。また、上記実施形態では、千鳥状に複数の凹部８をピン孔摺動領域Ｒ１に形成しているが、凹部８の配置は種々の配置パターンとしてもよい。要は、凹部８の形状及び配置は、ピストンピン２とピン孔６との間に要する潤滑特性に応じて、適宜設定することができる。

また、上記実施形態は、円筒状のピストンピン２を備えているが、円柱状（中実）のピストンピンを備えていてもよい。また、本発明のピストンが対象とするエンジンは、限定されるものではなく、あらゆるエンジンへ適応することができる。同様に、本発明のピストンに適用可能な潤滑油についても限定されず、あらゆる潤滑油を適用することができる。

１…ピストン本体、２…ピストンピン、２ａ…外周面、４…ピンボス部、６…ピン孔、６ａ…内周面、８…凹部、９…滑面、１０…ピストン、２０…コンロッド、２２…小端孔、Ｒ１…ピン孔摺動領域（ピン孔に対する摺動領域）、Ｒ２…コンロッド摺動領域（小端孔に対する摺動領域）。

Claims

ピストン本体と、
コンロッドの小端孔に摺動可能に挿入されるピストンピンと、
前記ピストン本体に設けられ、前記ピストンピンが摺動可能に挿入されるピン孔が形成されたピンボス部と、を備え、
前記ピストンピンの外周面において前記ピン孔に対する摺動領域、又は前記ピン孔の内周面は、互いに独立した形状で且つ規則的に配設された複数の凹部を有し、
前記ピストンピンの外周面において前記コンロッドの前記小端孔に対する摺動領域は、前記凹部が配設されていない滑面を有することを特徴とするピストン。
複数の前記凹部は、ショットブラスト工法により形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン。