JP2019173593A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】最大径面でのオイルの油膜を厚くすることで、最大径面における摺動抵抗を小さくすることができる内燃機関用ピストンを提供すること。【解決手段】シリンダブロックに円筒状に形成されたシリンダボア内を摺動する内燃機関用ピストンであって、スカート部３０は、外周面３０ａと、シリンダボアと最も接触する最大径面３１と、最大径面３１にオイルを導くオイル供給凹部３２と、を有する。オイル供給凹部３２は、最大径面３１側に配置されオイルを流出させる出口端３２ａと、出口端３２ａよりも広くオイルが導入される入口端３２ｂと、入口端３２ｂと出口端３２ａとを繋ぐ一対の側端３２ｃと、を有する。【選択図】図２

Description

シリンダブロックに円筒状に形成されたシリンダボア内を摺動する内燃機関用ピストンに関する。

特許文献１は、スカート部のピンボス部と直交する外周面に、潤滑油捕集用の凹設部位を形成したピストン構造を開示している。
この凹設部位は、シリンダの内周面と摺動する摺動部位が位置するスカート部下端縁から上方に向かって形成されている。
特許文献１は、この凹設部位と摺動部位とを滑らかな曲面部で連続的に接続することで、この凹設部位に捕集された潤滑油を、滑らかな曲面部を伝ってそのまま摺動部位とシリンダ内周面に速やかに供給し、ピストンの摺動部位とシリンダ内周面との摺動抵抗を低減する。

実願平０２−１９２２７号（実開平０３−１１０１５９号）のマイクロフィルム

特許文献１のピストンは、潤滑油を凹設部位内に捕集し、凹設部位内から滑らかな曲面部を伝って摺動部位とシリンダ内周面に供給する。しかし、凹設部位は滑らかな曲面部である外周部を有しているため、潤滑油は摺動部位において最も摺動抵抗が大きい最大径面に到達することなく、凹設部位の左右側に位置する摺動部位に流れ出てしまう。

そこで、本発明は最大径面でのオイルの油膜を厚くすることで、最大径面における摺動抵抗を小さくすることができる内燃機関用ピストンを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関用ピストンは、燃焼ガスの爆発ガス圧を受ける頂部と、前記頂部の外周から延出してピストンリング溝が形成されるランド部と、を有するピストンクラウン部と、ピストンピンが挿入されるピストンピン孔をそれぞれ有する一対のピンボス部と、前記ランド部から延出して形成される一対のスカート部と、前記スカート部の側端と前記ピンボス部とを連結する一対のサイドウォール部と、を備え、シリンダブロックに円筒状に形成されたシリンダボア内を摺動する内燃機関用ピストンであって、前記スカート部は、外周面と、前記シリンダボアと最も接触する最大径面と、前記最大径面にオイルを導くオイル供給凹部と、を有し、前記オイル供給凹部は、前記最大径面側に配置され前記オイルを流出させる出口端と、前記出口端よりも広く前記オイルが導入される入口端と、前記入口端と前記出口端とを繋ぐ一対の側端と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ストライベック線図における摩擦係数が小さくなる状態として最大径面における摺動抵抗を小さくすることができる。

本実施の形態による内燃機関用ピストンを示す外観図 本実施の形態による内燃機関用ピストンの要部拡大図 図１（ａ）のIII−III線に沿う断面図 本実施の形態による内燃機関用ピストンの効果を示すグラフ

以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って説明するが、本発明は図示した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る内燃機関用ピストンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジン、メタノールエンジン、又は水素エンジンなど、あらゆるエンジンに適用できる。

図１は、本実施の形態による内燃機関用ピストンを示す外観図であり、図１（ａ）は同内燃機関用ピストンの側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）と９０度異なる角度からの同内燃機関用ピストンの側面図、図１（ｃ）は同内燃機関用ピストンの底面図である。
本発明の内燃機関用ピストンは、燃焼ガスの爆発ガス圧を受ける頂部１１、及び頂部１１の外周から延出してピストンリング溝１２が形成されるランド部１３を有するピストンクラウン部１０と、ピストンピンが挿入されるピストンピン孔２１をそれぞれ有する一対のピンボス部２０と、ランド部１３から延出して形成される一対のスカート部３０と、スカート部３０の側端とピンボス部２０とを連結する一対のサイドウォール部４０とを備えている。ピストンは、シリンダブロック（図示せず）に円筒状に形成されたシリンダボア（図示せず）内を摺動する。

スカート部３０には、外周面３０ａと、シリンダボアと最も接触する最大径面３１と、最大径面３１にオイルを導くオイル供給凹部３２と、が形成されている。
外周面３０ａは、オイル供給凹部３２以外の面である。外周面３０ａは、径方向外側に向ってわずかに凸となる円弧面である。最大径面３１は、このような外周面３０ａにおいて、最も外周側に凸になった部分である。オイル供給凹部３２は、オイルを流出させる出口端３２ａと、オイルが導入される入口端３２ｂと、入口端３２ｂと出口端３２ａとを繋ぐ一対の側端３２ｃとを有している。
出口端３２ａは、最大径面３１側に配置している。出口端３２ａが最大径面３１に直接接していることが好ましいが、出口端３２ａが最大径面３１側に配置されることで出口端３２ａに導かれたオイルが最大径面３１に導かれれば、出口端３２ａと最大径面３１との間に外周面３０ａの一部が存在していてもよい。
出口端３２ａは入口端３２ｂよりも幅（周方向長さ）を狭くしている。入口端３２ｂはスカート部３０の延出端３３に形成している。出口端３２ａの幅が入口端３２ｂの幅よりも狭ければ、出口端３２ａ及び入口端３２ｂの形状は曲線形状であってもよい。

本実施の形態による内燃機関用ピストンは、サイドウォール部４０とランド部１３の端部１３ａとの間には開口部５０を形成し、軽量化を図っている。本実施の形態による内燃機関用ピストンは、低出力エンジンのピストンとして用いることができ、特にレンジエクステンダーとして用いる小型発電機のピストンに適する。

図２は、本実施の形態による内燃機関用ピストンの要部拡大図である。
図３は、図１（ａ）のIII−III線に沿う断面図である。
側端３２ｃは、スカート部３０の外周面３０ａとの境界部３２ｄに段差エッジを形成している。境界部３２ｄに段差エッジを形成することで、側端３２ｃからスカート部３０の外周面３０ａへのオイルの流出を阻害し、入口端３２ｂから導入されるオイルを側端３２ｃから逃がすことなく出口端３２ａに導き、出口端３２ａに導かれたオイルを最大径面３１に導いている。
入口端３２ｂは出口端３２ａよりも深く（径方向内側に）形成することで、側端３２ｃの端面３２ｅの形状を、入口端３２ｂが広い楔形状としている。
なお、最大径面３１は、スカート部３０における最大面圧部位としている。しかし、最大径面３１が最大面圧部位とならない場合には、出口端３２ａは、最大面圧部位よりも延出端３３側に位置していればよい。
スカート部３０の外周面３０ａには、最大径面３１を含めて樹脂コート６０を形成している。ただし、側端３２ｃにおける境界部３２ｄから所定範囲ｗには、樹脂コート６０を形成していない。

図４は、本実施の形態による内燃機関用ピストンの効果を示すグラフである。
比較例は、本実施の形態におけるピストンの外周面３０ａにオイル供給凹部３２を形成していない以外は同一構成としている。
図４に示すように、回転数を１５００ｒｐｍと２０００ｒｐｍで比較実験を行った結果、いずれの回転数においても、摺動抵抗が低下していることが分かる。

以上のように、本実施の形態によれば、出口端３２ａを入口端３２ｂよりも狭くするとともにオイルを側端３２ｃから逃がすことなく出口端３２ａに導くことで、最大径面３１でのオイルの油膜を厚くできるため、ストライベック線図における摩擦係数が小さくなる状態として最大径面３１における摺動抵抗を小さくすることができる。
また、本実施の形態によれば、側端３２ｃでは、スカート部３０の外周面３０ａとの境界部３２ｄに段差エッジを形成し、側端３２ｃからのオイルの流出を阻害することで、入口端３２ｂから導入されたオイルのほとんどを出口端３２ａに導くことができるため、出口端３２ａから流出するオイルの油膜を厚くすることができる。
また、本実施の形態によれば、入口端３２ｂを出口端３２ａよりも深く、また幅を大きく形成することで、出口端３２ａから流出するオイルの油膜を厚くすることができる。
また、本実施の形態によれば、最大径面３１をスカート部３０における最大面圧部位としているため、最大面圧部位での摺動抵抗を低減できる。
また、本実施の形態によれば、入口端３２ｂをスカート部３０の延出端３３に形成しているため、クランク室側への移動時に入口端３２ｂから大量のオイルをオイル供給凹部３２に導きやすい。
また、本実施の形態によれば、樹脂コート６０によって摺動抵抗を小さくできるとともに、側端３２ｃにおける境界部３２ｄから所定範囲には、樹脂コート６０を形成しないことで、樹脂コート６０によってオイルを側端３２ｃから逃がすことを防止できる。

本発明の内燃機関用ピストンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジン、メタノールエンジン、水素エンジンなどあらゆるエンジンに適用できるが、特にレンジエクステンダーとして用いる小型発電機のピストンに適している。

１０ ピストンクラウン部
１１ 頂部
１２ ピストンリング溝
１３ ランド部
１３ａ 端部
２０ ピンボス部
２１ ピストンピン孔
３０ スカート部
３０ａ 外周面
３１ 最大径面
３２ オイル供給凹部
３２ａ 出口端
３２ｂ 入口端
３２ｃ 側端
３２ｄ 境界部
３２ｅ 端面
３３ 延出端
４０ サイドウォール部
５０ 開口部
６０ 樹脂コート
ｗ 所定範囲

Claims (6)

1. 燃焼ガスの爆発ガス圧を受ける頂部と、前記頂部の外周から延出してピストンリング溝が形成されるランド部と、を有するピストンクラウン部と、
   ピストンピンが挿入されるピストンピン孔をそれぞれ有する一対のピンボス部と、
   前記ランド部から延出して形成される一対のスカート部と、
   前記スカート部の側端と前記ピンボス部とを連結する一対のサイドウォール部と、を備え、シリンダブロックに円筒状に形成されたシリンダボア内を摺動する内燃機関用ピストンであって、
   前記スカート部は、外周面と、前記シリンダボアと最も接触する最大径面と、前記最大径面にオイルを導くオイル供給凹部と、を有し、
   前記オイル供給凹部は、前記最大径面側に配置され前記オイルを流出させる出口端と、前記出口端よりも広く前記オイルが導入される入口端と、前記入口端と前記出口端とを繋ぐ一対の側端と、を有することを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. 前記オイル供給凹部は、前記入口端から導入される前記オイルを前記側端から逃がすことなく前記出口端に導き、前記出口端に導かれた前記オイルを前記最大径面に導く、ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記側端は、前記スカート部の前記外周面との境界部に段差エッジを有し、前記側端からの前記オイルの流出を阻害することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記入口端を前記出口端よりも深く形成することで、前記側端の端面の形状を、前記入口端が広い楔形状としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
5. 前記最大径面は、前記スカート部における最大面圧部位であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
6. 前記入口端は、前記スカート部の延出端に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。

Images