JP2016211415A - 内燃機関のピストン - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施の形態)
図1において、車両に搭載された内燃機関としてのエンジン1は、クランクケース2が一体に設けられたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に取付けられたシリンダヘッド4とを含んで構成される。
シリンダヘッド4には排気ポート22が形成されており、燃焼室18で燃焼された排気ガスは、排気ポート22から排気される。
オイルリングは、ピストン7の往復動に伴ってシリンダボア6の内壁6aに接触することにより、シリンダボア6の内壁6aに付着しているオイルを掻き落とす機能を有する。
反スラスト側とは、ピストン7がシリンダボア6内を上昇する行程においてスラスト力と反対方向のスラスト力がシリンダボア6の内壁6aに掛かるピストン7の面である。
図3に示すように、スカート部10は、ピストンクラウン部9の中心軸Cと平行に延在する長辺とピストンクラウン部9の中心軸Cと垂直方向に延在する短辺とを備えている。なお、スカート部11もスカート部10と同様に長辺と短辺を有する。
なお、ピストンクラウン部9の中心軸C方向において、上部境界37aは、ピストンピン16の中心軸C1よりも下方に位置するようにスカート部10、11に形成されている。
凹部41は、大円部41Aおよび小円部41B、41Cの配列方向を長手方向とした場合に、長手方向がピストンクラウン部9の中心軸Cと同方向となるように設置される。すなわち、本実施の形態の凹部41は、凹部41の長手方向がピストンクラウン部9の中心軸C方向に長い縦長配列となるようにスカート部10に形成されている。
スカート部10の単位面積当りの凹部41の設置数である設置密度は、上部スカート部36および下部スカート部38のそれぞれよりも中央スカート部37が高く、かつ、中央スカート部37の中でピストンクラウン部9の中心軸C付近が最も高い。これにより、凹部41は、小クリアランス領域52に集中して設置されることになる。
ピストンピンボス部14、15の延びる方向と同じ領域のスカート部10、11の円周方向の領域とシリンダボア6の内壁6aとの接触圧が高くなるのは、以下の理由による。
本実施の形態のスカート部10、11は、ピストンピン16の中心軸C1と直交する方向のスカート部10、11の円周方向中央部10c、11cが高くなるバレル形状に形成されるとともに、円周方向中央部10c、11cからサイドウォール部12、13に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成されている。
本実施の形態のピストン7は、このような厳しい潤滑条件で好適な潤滑を行うことができるようにしたものであり、以下、ピストン7を潤滑する方法を具体的に説明する。
特に、摩擦境界(二つの物体の接触面)に発生する動圧の大きさは、円の内径によって異なり、動圧が大きい程、オイルの膜厚が厚くなる。
これにより、ピストン7の降下時に、中央スカート部37とシリンダボア6の内壁6aとの間にオイルの膜厚を厚くすることができる。
これは、凹部41の上流から下流に向かうに従って大円部41Aと小円部41B、41Cとの面積の変化が縦長配列の凹部41よりも小さくなるからである。
また、本実施の形態のピストン7によれば、ピストンピン16の中心軸C1および上部境界37a、下部境界37bを挟んで凹部41を設置している。
これにより、スカート部10、11がオイルから受ける粘性抵抗を低減できる。すなわち、凹部41は、大きい動圧を発生させてオイルの膜厚を厚くする機能を有する。
例えば、図15において、スカート部10とシリンダボア6の内壁6aとのクリアランスが小さいスカート部10の円周方向中央部10cと、円周方向中央部10cの付近の上部スカート部36、中央スカート部37および下部スカート部38に設置される凹部41は、縦長配列にする。
これにより、エンジン1の冷機時において粘性抵抗の低減を図るために凹部42を設置する場合には、凹部42をスカート部10の最適な位置で横長配列にすれば、エンジン1の冷機時のクリアランスが大きい条件でのオイルの粘性抵抗の低減を図ることができる。
図16〜図19は、本発明に係る第2の実施の形態の内燃機関のピストンを示す図である。なお、第1の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、スカート部10とスカート部11に形成される樹脂被膜層39は、同一の構成を有するので、スカート部10に形成される樹脂被膜層39について説明を行う。
縦溝45は、上部スカート部36、中央スカート部37および下部スカート部38に亙って延びている。
上部スカート部36とシリンダボア6の内壁6aとの間に導入されるオイルの一部は、オイルO1で示すように、ピストンピンボス部14、15の延びる方向と同じ領域の大クリアランス領域51において縦溝46A、47Aに導入される。
本実施の形態のピストン7は、大クリアランス領域51とシリンダボア6の内壁6aとの間に導入されたオイルO1は、上流側の縦溝45、46A、47Aから下流側の縦溝45、46B、46Bに導かれる。これにより、余剰のオイルを縦溝45、46B、47Bから下流側に円滑に排出することができ、オイルによるピストン7の引きずり抵抗を低減できる。
下部スカート部38とシリンダボア6の内壁6aとの間に導入されるオイルの一部は、オイルO3で示すように、ピストンピンボス部14、15の延びる方向と同じ領域の大クリアランス領域51において縦溝46B、47Bに導入される。
これにより、第1の実施の形態と同様に凹部41によって高い動圧を発生させることができ、潤滑条件の厳しいスカート部10の小クリアランス領域52および中クリアランス領域53とシリンダボア6の内壁6aとを潤滑することができる。
また、エンジン1の高回転域では、大クリアランス領域51とシリンダボア6の内壁6aとの間に導入されるオイル量が多くなり、オイルによるピストン7の引きずり抵抗が増大する。
なお、本実施の形態では、凹部41を縦長配列としているが、これに限らず、凹部42を横長配列としてもよく、縦長配列の凹部41と横長配列の凹部42とを混在させてものでもよい。
例えば、図20に示すように、凹部61を、角径の大面積部61Aと、大面積部61Aを両側から挟むようにして大面積部61Aから突出して配置され、大面積部61Aよりも小さい面積で形成された半円状の小面積部61B、61Cとを含んで構成してもよい。
Claims (9)
- シリンダボアの内壁に対して往復動自在に設けられたピストン本体と、前記ピストン本体から垂下した一対のスカート部と、ピストンピンを保持する一対のピストンピンボス部と、前記一対のスカート部とを互いに接続する一対のサイドウォール部と、前記シリンダボアの内壁に対向する面に設けられた樹脂被膜層とを備え、
前記スカート部が、前記ピストン本体の中心軸方向における中央部が最大外径となる中央スカート部と、前記中央スカート部の上部境界よりも上方において前記上部境界から前記中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する上部スカート部と、前記中央スカート部の下部境界よりも下方において前記下部境界から前記中心軸に向かって外径が漸次小さくなるように湾曲する下部スカート部とを有し、
前記スカート部が、前記スカート部の円周方向中央部から前記サイドウォール部との接続部に向かって円周方向に曲率が大きくなるように形成された内燃機関のピストンであって、
オイルを保持する複数の凹部を、外縁を前記樹脂被膜層とし、底部を樹脂被膜層が形成されていない非膜部位として形成し、
前記凹部は、大面積部と、前記大面積部を両側から挟むようにして前記大面積部から突出して配置され、前記大面積部よりも小さい面積で形成された一対の小面積部とを含んで構成されることを特徴とする内燃機関のピストン。 - 前記大面積部および前記小面積部は、外縁を円弧とした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。
- 前記小面積部の内接円の中心は、前記大面積部の内接円の中心から前記大面積部の内接円の半径の0.5倍以上0.875倍以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関のピストン。
- 前記凹部は、前記スカート部の円周方向中央部において前記ピストン本体の中心軸に沿って設置されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。
- 前記スカート部の単位面積当りの前記凹部の設置数である設置密度は、前記上部スカート部および前記下部スカート部のそれぞれよりも前記中央スカート部が高く、かつ、前記中央スカート部の中で前記ピストン本体の中心軸付近が最も高いことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。
- 前記ピストンピンは、前記ピストン本体の中心軸と直交する中心軸を有し、
前記凹部は、前記ピストンピンの中心軸を挟んで設置されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。 - 前記大面積部および小面積部の配列方向を前記凹部の長手方向とした場合に、前記スカート部の円周方向中央部と前記中央スカート部に設置される凹部は、長手方向が前記ピストン本体の中心軸と同方向となるように設置されることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。
- 前記大面積部および小面積部の配列方向を前記凹部の長手方向とした場合に、前記スカート部の円周方向中央部に対してスカート部の円周方向の一方側寄りおよび他方側寄りに設置される凹部は、長手方向が前記ピストンピンの中心軸と同方向となるように設置されることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。
- 前記凹部は、前記スカート部の円周方向中央部から離れるに従って設置密度が徐々に低くなることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の内燃機関のピストン。
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