JP2021032171A - Piston of internal combustion engine, and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、内燃機関のピストン、及び内燃機関に関する。 The present disclosure relates to pistons of internal combustion engines and internal combustion engines.
従来、内燃機関のピストンが知られている。 Conventionally, a piston of an internal combustion engine is known.
この種のピストンには、一般に、ピストンリングの下方に延在するように、スカート部が設けられている。かかるスカート部は、シリンダの内壁と摺接することによって、シリンダ内での往復運動時におけるピストンの首振り運動(ピストンピンを中心にした左右への首振り運動)を抑制する。そのため、スカート部表面の摩擦抵抗が大きいと、ピストンの往復運動時における摺動負荷が増大して燃費低下や磨耗等の問題が発生する。 This type of piston is generally provided with a skirt portion that extends below the piston ring. By sliding contact with the inner wall of the cylinder, the skirt portion suppresses the swinging motion of the piston (the swinging motion to the left and right around the piston pin) during the reciprocating motion in the cylinder. Therefore, if the frictional resistance on the surface of the skirt portion is large, the sliding load during the reciprocating motion of the piston increases, causing problems such as reduced fuel consumption and wear.
従来技術に係るピストンにおいては、スカート部の表面に、コーティング層を形成することにより、スカート部とシリンダ内壁との間における摩擦特性の改善が図られている(例えば、特許文献1を参照)。 In the piston according to the prior art, the frictional characteristics between the skirt portion and the inner wall of the cylinder are improved by forming a coating layer on the surface of the skirt portion (see, for example, Patent Document 1).
ところで、従来技術に係るピストンにおいては、コーティング層は、連続使用によって磨耗するため、長期間にわたってスカート部の摩擦特性を維持することが難しいという問題があった。 By the way, in the piston according to the prior art, there is a problem that it is difficult to maintain the frictional characteristics of the skirt portion for a long period of time because the coating layer is worn by continuous use.
従来技術に係るピストンにおいては、かかる問題点を解消するため、スカート部の表面に、コーティング層が形成された領域とコーティング層が形成されていない領域とを設ける構成が検討されている(例えば、特許文献1を参照)。かかる構成によって、コーティング層が形成されていない領域が、凹部となり、潤滑油保持領域として機能するため、スカート部の摩擦特性を向上することが可能である。 In the piston according to the prior art, in order to solve such a problem, a configuration in which a region in which a coating layer is formed and a region in which a coating layer is not formed is provided on the surface of the skirt portion is being studied (for example, See Patent Document 1). With such a configuration, the region where the coating layer is not formed becomes a recess and functions as a lubricating oil holding region, so that the frictional characteristics of the skirt portion can be improved.
しかしながら、従来技術に係るピストンにおいては、潤滑油保持能力を最大限引き出す上で、コーティング層の形成態様に改善の余地があった。 However, in the piston according to the prior art, there is room for improvement in the form of the coating layer in order to maximize the lubricating oil holding capacity.
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、より潤滑油保持能力の高いコーティング層を有する内燃機関のピストン、及び内燃機関を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a piston of an internal combustion engine having a coating layer having a higher lubricating oil holding capacity, and an internal combustion engine.
前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関に用いられるピストンであって、
ピストンリングの下方に延在するスカート部の表面には、コーティング層が形成されており、
前記コーティング層は、前記スカート部の表面の外縁領域に、前記スカート部の表面の中心領域を取り囲むように形成された外枠部と、前記スカート部の表面の中心領域に互いに離間して形成された複数のパターン部と、を有する、
ピストンである。
The main disclosure that solves the above-mentioned problems is
A piston used in an internal combustion engine
A coating layer is formed on the surface of the skirt portion extending below the piston ring.
The coating layer is formed in the outer edge region of the surface of the skirt portion, the outer frame portion formed so as to surround the central region of the surface of the skirt portion, and the central region of the surface of the skirt portion so as to be separated from each other. Has a plurality of pattern parts,
It is a piston.
又、他の局面では、
上記ピストンを有する内燃機関である。
Also, in other aspects,
An internal combustion engine having the above piston.
本開示によれば、より潤滑油保持能力の高いピストンを実現することが可能である。 According to the present disclosure, it is possible to realize a piston having a higher lubricating oil holding capacity.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same function are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
各図には、各構成の位置関係を明確にするため、共通の直交座標系(X、Y、Z)を示している。尚、以下では、Z軸のプラス方向はピストンの燃焼室が形成される側(以下、「上方向」と称する)を表し、Z軸のマイナス方向はピストンの底部側(以下、「下方向」と称する)を表すものとして説明する。 Each figure shows a common Cartesian coordinate system (X, Y, Z) in order to clarify the positional relationship of each configuration. In the following, the positive direction of the Z-axis represents the side where the combustion chamber of the piston is formed (hereinafter, referred to as "upward direction"), and the negative direction of the Z-axis is the bottom side of the piston (hereinafter, "downward"". It will be described as representing (referred to as).
[ピストンの全体構成]
以下、図1〜図3を参照して、一実施形態に係るピストンの全体構成の一例について説明する。
[Overall configuration of piston]
Hereinafter, an example of the overall configuration of the piston according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1は、本実施形態に係るピストン100が適用される内燃機関Eの全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an internal combustion engine E to which the
内燃機関(ここでは、ディーゼルエンジン)Eは、例えば、シリンダブロックB、シリンダブロックB内に摺動可能に嵌挿したピストン100、シリンダブロックBの上方に保持されたシリンダヘッド部T、及び、シリンダヘッド部Tに保持されたインジェクタIを備えている。
The internal combustion engine (here, diesel engine) E includes, for example, a cylinder block B, a
図2は、本実施形態に係るピストン100の正面図であり、図3は、本実施形態に係るピストン100の内部の構成を表す断面図である。
FIG. 2 is a front view of the
ピストン100は、シリンダブロックB内において、上下方向に往復移動可能に収容されている。ピストン100は、典型的には、円筒形状を呈している。
The
ピストン100は、クラウン部110、クラウン部110の外周面110bからピストン100の下方に延在するスカート部120、及び、クラウン部110の外周面110bからピストン100の下方に延在するピンボス部130を備えている。
The
クラウン部110は、ピストン100のヘッド部分であり、当該クラウン部110の頂部110aの中央領域には燃焼室111が形成され、当該クラウン部110内には中空状のオイルギャラリ112が形成され、当該クラウン部110の外周面110bにはピストンリング溝113が形成されている。
The
ピストンリング溝113は、環状に3個形成されている。3個のピストンリング溝113は、それぞれ、上方側より第1コンプレッションリング溝、第2コンプレッションリング溝、及び、オイルリング溝である。第1及び第2コンプレッションリング溝それぞれには、コンプレッションリング(図示せず)が嵌挿され、オイルリング溝には、オイルリング(図示せず)が嵌挿される。尚、オイルリング溝には、当該オイルリング溝とピストン100の内側とを連通する排油孔113aが形成されている。
Three
スカート部120は、クラウン部110の外周面110bからピストン100の下方に延在し、ピストンピン200を挟んで±Y方向の両側に配設された一対の壁状部材である。スカート部120は、ピストン100の中心軸に略平行に上下方向に延在し、スカート部120の短手方向における断面形状は、円弧形状を呈している。スカート部120は、ピストン100の内部に、ピストン100の上下動に伴ってピストンピン200に接続されたコンロッド300が運動し得るように、クラウン部110の下方に中空部120aを形成する。
The
スカート部120は、シリンダブロックBの内壁と摺接することによって、シリンダブロックB内での往復運動時におけるピストン100の首振り運動(ピストンピン200を中心にした左右への首振り運動)を抑制する。尚、スカート部120の表面(即ち、外側表面)には、スカート部120とシリンダブロックBの内壁との間における良好な摩擦特性を実現するため、コーティング層121が形成されている(図4を参照して後述)。
By sliding contact with the inner wall of the cylinder block B, the
ピンボス部130は、クラウン部110の外周面110bからピストン100の下方に延在する。ピンボス部130は、スカート部120が形成する中空部120aを挟むように、一対配設されている。ピンボス部130は、中空部120aに面する位置にピン嵌入穴130aを有し、当該ピン嵌入穴130a内にピストンピン200を支持する。尚、ピンボス部130は、シリンダブロックBの内壁から離間するように、ピストン100の外形をなす円筒形状に対して内側に窪んだ形状を呈する。
The
ピストンピン200は、ピンボス部130に形成されたピン嵌入穴130a、及び、コンロッド300の小端孔330に挿通され、これらを回転可能に軸支している。即ち、ピストンピン200は、ピストン100とコンロッド300とを連結する。
The
コンロッド300は、軸部310の両端に、互いに大きさが異なる小端部320及び大端部(図示せず)を有している。小端部320には、ピストンピン200を挿通可能な内径を有する小端孔330が形成されている。又、大端部には、コンロッド300とクランクシャフト(図示せず)とを連結するためのクランクピンを挿通可能な大端孔が形成されている。
The connecting
尚、ピストン100は、例えば、アルミニウム−珪素合金、アルミ−銅合金、チタン合金、鉄、又は鋼等の公知の材料を鋳造又は鍛造するなどの公知の方法で作製されている。
The
[コーティング層の詳細構成]
次に、図4を参照して、本実施形態に係るピストン100のスカート部120の表面に形成されたコーティング層121の詳細構成について、説明する。
[Detailed composition of coating layer]
Next, with reference to FIG. 4, the detailed configuration of the
図4は、本実施形態に係るピストン100の側面図である。図4には、本実施形態に係るコーティング層121の詳細構成を示している。尚、図4では、ピストンピン200及びコンロッド300の図示を省略している。
FIG. 4 is a side view of the
コーティング層121は、ピストン100が往復動する際に、シリンダブロックBの内壁に対して摺動するスカート部120の摩擦抵抗を低減する。コーティング層121は、例えば、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、又は、フェノール樹脂等、低摩擦抵抗性を有する樹脂により形成される。又、コーティング層121は、その他、グラファイト、合成マイカ、又は、タルク等の固体潤滑剤によって形成されてもよい。
The
コーティング層121は、外枠部121aと、複数のパターン部121bと、を有する。尚、スカート部120の表面のコーティング層121が形成されていない領域は、凹部となっている。
The
外枠部121aは、スカート部120の表面の外縁領域に、スカート部120の表面の中心領域を取り囲むように形成されている。外枠部121aは、例えば、略矩形状を呈し、スカート部120の表面の外縁領域に沿って形成されている。
The
外枠部121aは、潤滑油を、当該外枠部121aの内側の凹部に保持するように機能する。
The
複数のパターン部121bは、スカート部120の表面の中心領域に互いに離間して形成されている。複数のパターン部121bは、例えば、外枠部121aの内側に、千鳥状に配設されている。又、各パターン部121bは、例えば、ピストン100が往復運動する方向を短軸方向とする楕円形状を呈する。尚、各パターン部121bは、外形が3cm以下となるように形成されるのが望ましい。
The plurality of
複数のパターン部121bは、スカート部120の表面に凹凸形状を形成し、ピストン100の往復運動に伴って、潤滑油がコーティング層121の外枠部121aの外側に移動することを抑制する。即ち、複数のパターン部121bは、コーティング層121の外枠部121aの内側の凹部における、潤滑油の保持能力を高めるように機能する。
The plurality of
従来技術に係るピストンにおいては、この種のコーティング層は、スカート部の表面全域を被覆するように形成されている。そして、非コーティング領域は、当該コーティング層を部分的に刳り抜くように、ドット状に形成されている(例えば、特許文献1を参照)。 In the piston according to the prior art, this type of coating layer is formed so as to cover the entire surface of the skirt portion. The non-coated region is formed in a dot shape so as to partially hollow out the coating layer (see, for example, Patent Document 1).
従来技術に係るコーティング層の配設態様であっても、潤滑油の保持能力を発揮し得る。しかしながら、従来技術に係るコーティング層の配設態様によっては、潤滑油が、ドット状の非コーティング領域のみに残留することになるため、当該潤滑油は、ピストンが上下に往復運動した際に、スカート部の表面から散逸しやすい。 Even in the arrangement mode of the coating layer according to the prior art, the holding ability of the lubricating oil can be exhibited. However, depending on the arrangement mode of the coating layer according to the prior art, the lubricating oil remains only in the dot-shaped non-coated region, so that the lubricating oil is used when the piston reciprocates up and down. Easy to dissipate from the surface of the part.
この点、本実施形態に係るコーティング層121は、外枠部121aにて、潤滑油を、当該外枠部121aの内側の凹部に保持しつつ、当該外枠部121aの内部に配設された複数のパターン部121bにて、潤滑油が上下に移動することを抑制する。従って、本実施形態に係るコーティング層121の配設態様によれば、従来技術に係るコーティング層の配設態様と比較して、高い潤滑油の保持能力を実現することができる。
In this respect, the
特に、本実施形態に係るコーティング層121の複数のパターン部121bは、千鳥状に配設され、且つ、各パターン部121bは、ピストン100が往復運動する方向を短軸方向とする楕円形状としている。これによって、ピストン100が上下に往復運動した際に、潤滑油がスカート部120の表面から上下方向に散逸する際の移動距離を長距離化することができるため、より高い潤滑油の保持能力を実現することができる。
In particular, the plurality of
加えて、本実施形態に係るコーティング層121の配設態様においては、スカート部120の表面内に形成するコーティング層121の領域自体を低減することができる。通常、ピストン100が上下に往復運動する際、スカート部120のコーティング層121が、シリンダブロックBの内壁と当接することになる。つまり、本実施形態に係るコーティング層121のように、コーティング層121の面積を低減することによって、ピストン100がシリンダブロックBの内壁と当接する面積を低減し、フリクションロスを低減することが可能となる。
In addition, in the arrangement mode of the
(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be considered.
上記実施形態では、コーティング層121のパターン部121bの形状の一例として、楕円形状を示した。しかしながら、本発明においては、パターン部121bの形状としては、円形状、又は四角形状等、種々の形状が採用されてよい。
In the above embodiment, an elliptical shape is shown as an example of the shape of the
又、上記実施形態では、内燃機関Eの構成の一例として、ディーゼルエンジンを示した。しかしながら、本発明に係るピストン100を適用する内燃機関Eとしては、ガソリンンジンであってもよい。尚、内燃機関Eの適用対象としても、車両、又は船舶等、任意である。
Further, in the above embodiment, a diesel engine is shown as an example of the configuration of the internal combustion engine E. However, the internal combustion engine E to which the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
本開示によれば、より潤滑油保持能力の高いピストンを実現することが可能である。 According to the present disclosure, it is possible to realize a piston having a higher lubricating oil holding capacity.
E 内燃機関
100 ピストン
110 クラウン部
110a 頂部
110b 外周面
111 燃焼室
112 オイルギャラリ
113 ピストンリング溝
120 スカート部
120a 中空部
121 コーティング層
121a 外枠部
121b パターン部
130 ピンボス部
130a ピン嵌入穴
200 ピストンピン
300 コンロッド
310 軸部
320 小端部
330 小端孔
E
Claims (4)
ピストンリングの下方に延在するスカート部の表面には、コーティング層が形成されており、
前記コーティング層は、前記スカート部の表面の外縁領域に、前記スカート部の表面の中心領域を取り囲むように形成された外枠部と、前記スカート部の表面の中心領域に互いに離間して形成された複数のパターン部と、を有する、
ピストン。 A piston applied to an internal combustion engine
A coating layer is formed on the surface of the skirt portion extending below the piston ring.
The coating layer is formed in the outer edge region of the surface of the skirt portion, the outer frame portion formed so as to surround the central region of the surface of the skirt portion, and the central region of the surface of the skirt portion so as to be separated from each other. Has a plurality of pattern parts,
piston.
請求項1に記載のピストン。 Each of the pattern portions of the plurality of pattern portions has an elliptical shape with the direction in which the piston reciprocates as the minor axis direction.
The piston according to claim 1.
請求項1又は2に記載のピストン。 The plurality of pattern portions are arranged in a staggered pattern.
The piston according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019154591A JP2021032171A (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Piston of internal combustion engine, and internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022185619A1 (en) | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 株式会社ブリヂストン | Pneumatic tire |
-
2019
- 2019-08-27 JP JP2019154591A patent/JP2021032171A/en active Pending
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WO2022185619A1 (en) | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 株式会社ブリヂストン | Pneumatic tire |
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