JP2020002821A - エンジンのピストン - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂皮膜が施されているピストンにおいて、さらなる鋭意研究により、凹部へのエンジンオイルの供給を改善することができる、エンジンのピストンを提供する。【解決手段】エンジンのピストンにおいて、スカート部１の表面１ａに斑点状に複数の円形の樹脂皮膜２が分散配置され、隣合う樹脂皮膜２，２どうしの間のスカート部の表面１ａ及び隣合う樹脂皮膜２，２によりなる凹部３で網目状溝４が形成されるとともに、ピストン周方向８に複数の樹脂皮膜２が所定間隔を空けて配置されて形成される樹脂皮膜列５が、ピストン移動方向６に複数配列され、ピストン移動方向６で隣合う樹脂皮膜列５，５どうしが、ピストン周方向８で互いに半ピッチ位置ズレする状態で配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、スカート部に施される樹脂コーティングの工夫により、より低フリクション化を目指したエンジンのピストンに関するものである。

従来、図５に示されるように、エンジンのピストンとして、スカート部１０１の表面に、樹脂皮膜１０２と凹部１０３とを備えたものがある。(例えば、特許文献１参照)

この種のピストンによれば、樹脂皮膜１０２でスカート部１０１のプロフィールが最適化され、ピストンスラップ音が低減されるとともに、凹部１０３に溜まったエンジンオイルでスカート部１０１の摩擦が低減される利点がある。

しかしながら、この従来技術では、図５に示されるように、一連の樹脂皮膜１０２にスポット状に複数の凹部１０３が配置されているため、エンジンオイルによるスカート部の摩擦低減機能が不十分であった。

即ち、図５に示されるように、一連の樹脂皮膜１０２にスポット状に複数の凹部１０３が配置されているため、凹部１０３が樹脂皮膜１０２に囲まれ、凹部１０３へのエンジンオイルの供給が困難である。このため、凹部１０３に十分な量のエンジンオイルが保持されず、エンジンオイルによるスカート部１０１の摩擦低減機能が不十分であった。

特許第４７４９３９９号公報(図１参照)

本発明の目的は、樹脂皮膜が施されているピストンにおいて、さらなる鋭意研究により、凹部へのエンジンオイルの供給を改善することができる、エンジンのピストンを提供する点にある。

本発明は、エンジンのピストンにおいて、
スカート部の表面に斑点状に分散配置されている樹脂皮膜と、隣り合う前記斑点状の樹脂皮膜どうしの間の前記スカート部の表面及び前記隣り合う樹脂皮膜により形成される凹部と、によりなる網目状溝が設けられ、
前記樹脂皮膜は角のない丸まった形状に設定されていることを特徴とする。

例えば、ピストン径方向視で円形をなす樹脂皮膜をピストン周方向に配列して樹脂皮膜列を形成し、その樹脂皮膜列の複数をピストン移動方向にも並べるとともに、ピストン移動方向で隣り合う樹脂皮膜列をピストン周方向で互いに半ピッチ位置ズレさせる構成が挙げられる。

本発明によれば、スカート部の広域に亘って、エンジンオイルの保持領域を形成することができる。スカート部の表面に、斑点状に樹脂皮膜が分散配置され、樹脂皮膜どうしの間に形成される凹部で網目状溝が形成されているので、スカート部の広域に亘って、エンジンオイルの保持領域を形成することができる。
スカート部の表面が複数個に分かれてテクスチャリングされることにより、エンジオイルのピストン移動方向通路を設けることができ、エンジンオイルを各部により有効に供給することができる。凹部によって網目状溝が形成されているので、ピストンの往復運動を利用して凹部にオイルを積極的に供給することができる。

ピストンの移動により、スカート部の表面や凹部にあるオイルは、ピストン移動方向で隣合う樹脂皮膜に当り、一部は跳ね返されるとともに、一部は樹脂皮膜に沿って円弧状に流れるようになる〔図２（Ｂ）を参照〕。その際、樹脂皮膜は角のない丸まった形状に設定されているので、ピストンとシリンダとの摩擦によって樹脂皮膜が削れることを抑制できて長寿命化できるとともに、オイルが滞り易くなりオイル保持が良くなる。

その結果、樹脂皮膜が施されているピストンにおいて、樹脂皮膜を角のない丸い形状とする工夫により、オイル保持が改善されて長寿命化できるようになり、凹部へのエンジンオイルの供給が改善されるエンジンのピストンを提供することができる。

シリンダに内嵌されたピストンなどを示す縦断面図 （Ａ）はピストンの側面図、（Ｂ）は樹脂皮膜のコーティングパターン及び配置間隔を示す図 （Ａ）はピストン移動方向視によるスカート部の断面図（Ｂ）は網目状溝でのオイルの流れ方を示す要部の側面図 樹脂皮膜の別形状を示し、（Ａ）は長円形（角丸長方形）、（Ｂ）は楕円形 従来技術に係るピストンの側面図

以下に、本発明によるエンジンのピストンの実施の形態を、立形ディーゼルエンジンのピストンについて、図面を参照しながら説明する。各図において、簡単のため、円筒面であるスカート部１の樹脂皮膜２は、いずれも展開した形状として描いてある。以下、潤滑油であるエンジンオイルは、単にオイルと略称する。

図１に示されるように、立形ディーゼルエンジン及びそのピストンは、シリンダブロック（図示省略）におけるシリンダ１４の上部にシリンダヘッド１５が組み付けられている。ピストン１２は、シリンダ１４に内嵌され、コネクティングロッド１６を介してクランク軸１７が連動連結されている。１７ａはクランク軸１７におけるクランク部である。シリンダヘッド１５には、吸気弁１８と排気弁１９と燃料インジェクタ２０が取り付けられている。

図１及び図２に示されるように、このピストン１２は、ピストンリング１３（図２では図示省略）が装備されるピストンヘッド部１２Ａと、その下方のピストンロワー部１２Ｂとを有している。
ピストンロワー部１２Ｂは、ピストンヘッド部１２Ａのような円筒形ではなく、ピストン移動方向６の方向視で円弧面を呈するスカート部１の一対と、それらの間のピン連結部１２ｐとを備える異形部分である。
スカート部１は、スラスト側１２ａと反スラスト側１２ｂとのそれぞれに位置する状態に形成されている。

スカート部１は、図１及び図２に示されるように、ピストン移動方向６でクランク軸側の端縁が傾斜している周方向端部１Ａ，１Ａと、それらの間で、かつ、クランク軸側に突出した周方向中央部１Ｂとを有する形状に形成されている。つまり、スカート部１は、ピストン周方向８で中央に寄るに従って下方に延びる形状に設定されている。図１は、ピストン１２が下方に移動中の状態を描いたものである。なお、２６は、ピストンリング１３（図１を参照）を装着するための周溝であり、２７はオイル孔である。

ピストン１２のスカート部１の表面１ａには、樹脂皮膜２と、隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間の表面１ａ及び隣り合う樹脂皮膜２，２により形成される凹部３とが設けられている。ピストン１２本体の素材には、鋳鉄またはアルミ合金等の金属が用いられている。樹脂皮膜２には、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられている。樹脂皮膜２には、遷移金属酸化物、グラファイト等の無機固体潤滑剤が含まれている。
次に、スカート部１に施されている樹脂皮膜２や凹部３、或いは樹脂皮膜２のコーティングパターンなどについて説明する。

図１や図２（Ａ），（Ｂ）に示されるように、スカート部１の表面１ａに斑点状に複数の樹脂皮膜２が分散配置され、隣り合う前記樹脂皮膜２，２どうしの間の前記表面１ａ及び隣り合う前記樹脂皮膜２，２によりなる凹部３で網目状溝４が形成されている。網目状溝４は、多数の樹脂皮膜２どうしの間により形成され、網目状溝４の底面は、樹脂皮膜２で覆われていない表面１ａ、即ち、スカート部１の金属表面１ａで形成されている。

スカート部１に形成されている斑点状の樹脂皮膜２及び凹部３（及び網目状溝４）は、ピストン１２のスラスト側１２ａと反スラスト側１２ｂとに存在している。スラスト側１２ａとは、爆発工程においてクランク軸１７の回転方向とコネクティングロッド１６の傾斜とによりピストン１２が下降する時に、爆発圧力でピストン１２がシリンダ１４に押し付けられる側を言い、反スラスト側１２ｂはその反対側を言う。

図１，２に示されるように、斑点状に分散配置されている樹脂皮膜２は、ピストン径方向視で円形（角のない丸まった形状の一例）に設定され、全ての樹脂皮膜２の径ｒは互いに等しい値に設定されている。そして、隣り合う樹脂皮膜２，２が若干の隙間、即ち間隔ｄを空けて縦横に規則正しく配列する状態でピストン１２のスカート部１の表面１ａに形成されている。なお、間隔ｄは凹部３の幅でもある。

詳しくは、ピストン周方向８に複数の樹脂皮膜２が所定間隔ｄを空けて配置されて形成される樹脂皮膜列５が、ピストン移動方向６に複数配列され、ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜列５，５どうしは、ピストン周方向８で互いに半ピッチ位置ズレする状態で配置されている。

図２（Ａ），（Ｂ）に示されるように、樹脂皮膜列５のピストン周方向８の配列ピッチをｂとすると、ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの位置はピストン周方向８でｂ／２ずれている。また、ピストン移動方向６で斜めに隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの中心間隔（＝ピッチ）もｂである。つまり、隣合う３つの樹脂皮膜２，２，２がトライアングル（正三角形）状に配置されるのを基本として、多数の円形の樹脂皮膜２による水玉模様状に配置されるコーティングパターンである。

図３（Ｂ）に示されるように、ピストン周方向８及びピストン移動方向６で斜めに互いに隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間隔ｄは、樹脂皮膜２の径ｒの０．０７５〜０．７５の範囲（０．０７５ｒ≦ｄ０．７５ｒ）に設定されている。例えば、樹脂皮膜２の径（直径）ｒが４ｍｍの場合、間隔ｄは０．３〜３ｍｍ（例：１ｍｍ）に設定される。なお、樹脂皮膜２の径や間隔ｄは、任意に設定することが可能である。

ピストン移動方向で隣り合う樹脂皮膜列５，５どうしをピストン周方向８に半ピッチずらす構成により、図３（Ｂ）に示されるように、ピストン周方向で隣り合う樹脂皮膜２，２の間の凹部３である溝部分７は、そのピストン移動方向の両端に樹脂皮膜２が丁度存在する位置関係となっている。詳しくは、溝部分７の端は、樹脂皮膜２のピストン周方向８の中心に対向している。

従って、ピストン１２の移動により、溝部分７（＝凹部３）に取り込まれたオイルは、図３（Ｂ）に矢印で示されるように、ピストン移動方向で隣合う樹脂皮膜列５の樹脂皮膜２に当って左右に（ピストン周方向に）分かれ、樹脂皮膜２に沿って凹部３において円弧状に流れるようになる。
図３（Ａ）に示されるように、樹脂皮膜２の厚みは３〜２０μｍが望ましく、一例として１０μｍである。なお、図３（Ａ）は分かり易くするために誇張して描いてある。

例えば、正六角形の樹脂皮膜を亀甲状に並べた場合に比べて、樹脂皮膜２に尖った角がなく丸い形状とされているので、ピストン１２とシリンダ１４との摩擦に対して樹脂皮膜２の削れることが抑制されて長持ちするようになる。加えて、凹部３（溝部分７）におけるオイルが流れ難くなる。詳しくは、突き当り部（樹脂皮膜２のピストン周方向の中心部）でオイルが滞り易くなりオイル保持が良くなる。その結果、流体動圧効果がはっきりと得られ、油圧が上がって油膜が厚くなり、摩擦が減じられて低フリクション化が図れて燃費改善に寄与できる。

〔別実施形態〕
樹脂皮膜２の形状としては、図４（Ａ）に示されるように、ピストン移動方向６に長い長円形（角丸長方形）の樹脂皮膜２や、図４（Ｂ）に示されるように、ピストン移動方向６に長い楕円形の樹脂皮膜でもよい。また、ピストン周方向８に長い長円形や楕円形でもよく、要は、角のない丸まった形状であればよい。
ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜列５，５のピストン周方向８への位置ズレは、ピストン周方向に１／４ピッチなど、半ピッチ以外の量でもよい。

１ スカート部
１ａ 表面
２ 樹脂皮膜
３ 凹部
４ 網目状溝
５ 樹脂皮膜列
６ ピストン移動方向
８ ピストン周方向
ｄ 樹脂皮膜どうしの間隔
ｒ 樹脂皮膜の径

Claims (6)

1. スカート部の表面に斑点状に複数の樹脂皮膜が分散配置され、隣り合う前記樹脂皮膜どうしの間の前記表面及び隣り合う前記樹脂皮膜によりなる凹部で網目状溝が形成されるとともに、前記樹脂皮膜は角のない丸まった形状に設定されているエンジンのピストン。
2. ピストン周方向に複数の前記樹脂皮膜が所定間隔を空けて配置されて形成される樹脂皮膜列が、ピストン移動方向に複数配列され、
   ピストン移動方向で隣り合う前記樹脂皮膜列どうしが、ピストン周方向で互いに位置ズレする状態で配置されている請求項１に記載のエンジンのピストン。
3. ピストン移動方向で隣り合う前記樹脂皮膜列どうしは、ピストン周方向で互いに半ピッチで位置ズレされている請求項２に記載のエンジンのピストン。
4. 前記樹脂皮膜のピストン径方向視での形状が円形に設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンのピストン。
5. 互いに隣り合う前記樹脂皮膜の径ｒが互いに等しく設定されている請求項４に記載のエンジンのピストン。
6. 互いに隣り合う前記樹脂皮膜どうしの間隔ｄは、前記樹脂皮膜の径ｒの０．０７５〜０．７５の範囲（０．０７５ｒ≦ｄ≦０．７５ｒ）に設定されている請求項５に記載のエンジンのピストン。

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