JP5359581B2 - Piston structure of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のピストン構造に関する。 The present invention relates to a piston structure for an internal combustion engine.
一般に、内燃機関のピストンは、図6に示すようにオイルリング溝等が形成される円筒状のヘッド部2と、ヘッド部2から下方に延設されるスカート部3とから構成されており、シリンダボア(図示せず)の中を潤滑油で潤滑された状態で上下方向に往復運動するようになっている。
Generally, a piston of an internal combustion engine is composed of a
ピストン1は、燃焼によって生じる膨張や歪を考慮してシリンダボア内壁面との間にクリアランスを有しており、このクリアランスに潤滑油(エンジンオイル)が介在されている。
The
しかしながら、シリンダボア内壁面とスカート部3表面(外周面)との間の全体が潤滑油で満たされているわけでなく、通常、図6に塗りつぶして示した楕円内が潤滑油で満たされて潤滑油膜6が形成される(油膜形成範囲A)。そして油膜形成範囲A以外の部分は、空気で満たされている。
However, the entire area between the cylinder bore inner wall surface and the surface of the skirt portion 3 (outer peripheral surface) is not filled with the lubricating oil. Normally, the oval filled in FIG. 6 is filled with the lubricating oil and lubricated. An
ピストン1の往復運動時、スカート部3外周面はシリンダボア内壁面との間に形成された潤滑油膜6を介して摺動するが、潤滑油膜6が形成されていると、その部分では必ず摺動抵抗が生じることになる。
During the reciprocating motion of the
ピストン1に摺動抵抗が生じると、エンジンの燃費が悪化する原因となり、ピストン1の摺動抵抗は低いことが望ましく、この摺動抵抗を下げる方法として、従来よりスカート部3にスリットを形成してスカート部3の剛性を低くしたり(特許文献1)、スカート部3の一部分をカットしたものがある。
If sliding resistance is generated in the
ところで、スカート部3の剛性を低くすることとは別に、潤滑油膜6の摺動抵抗は、オイルの粘度と潤滑油膜6の厚さに比例することが分かっている。そこで本出願人は、潤滑油の見かけの粘度を低減させることによって摺動抵抗が下がることに着目し、潤滑油の見かけの粘度を低減させ、よってピストン1の摺動抵抗を下げるようにした内燃機関のピストン構造を開発するに至った。
By the way, it is known that the sliding resistance of the lubricating
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潤滑油の見かけの粘度を低減させ、摺動抵抗を下げることにより燃費を向上させるようにした内燃機関のピストン構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce the apparent viscosity of the lubricating oil and to improve the fuel consumption by reducing the sliding resistance. To provide a structure.
上記課題を解決するために本発明は、シリンダボア内に収容されるピストンのスカート部の中央部分に潤滑油膜が形成された状態でシリンダボア内を昇降する内燃機関のピストン構造において、前記ピストンがシリンダボア内を昇降する際、ピストンとシリンダボアとの間の空気を、前記潤滑油膜が形成された油膜形成範囲に導くための空気導入溝を、前記スカート部の表面に施されているコーティング層に前記ピストンの昇降方向に沿ってあるいは昇降方向に対して斜めに前記コーティング層の上方端及び下方端からそれぞれ前記油膜形成範囲の中央に向かって複数本設け、前記空気導入溝の溝幅及び溝深さの少なくとも一方を前記油膜形成範囲の内側から外側に向けて末広がりに形成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a piston structure for an internal combustion engine that moves up and down in a cylinder bore in a state where a lubricating oil film is formed in a central portion of a skirt portion of the piston accommodated in the cylinder bore. when lifting a between the piston and the cylinder bore of the air, the air introducing groove for guiding the lubricating oil film formed range oil film is formed, the piston in the coating layer which is applied to the surface of said skirt portion A plurality of coating layers are provided from the upper end and the lower end of the coating layer toward the center of the oil film formation range along the ascending / descending direction or obliquely with respect to the ascending / descending direction, and at least the groove width and the groove depth of the air introduction groove One of the two is formed so as to widen from the inside to the outside of the oil film forming range .
上記構成によれば、ピストンがシリンダボアに対して昇降するのに伴って、スカート部の中央部分に形成される油膜形成範囲の潤滑油膜にピストンとシリンダボアとの間の空気を泡状に分布させることができ、結果として潤滑油膜の見かけの粘度が下がるので、ピストンの摺動抵抗を下げることができる。 According to the above configuration, as the piston moves up and down with respect to the cylinder bore, the air between the piston and the cylinder bore is distributed in the form of bubbles in the lubricating oil film in the oil film forming range formed in the central portion of the skirt portion. As a result, the apparent viscosity of the lubricating oil film is lowered, so that the sliding resistance of the piston can be lowered.
また、上記構成によれば、空気導入溝の溝幅及び溝深さの少なくとも一方を油膜形成範囲の内側から外側に向けて末広がりに形成したことで、より空気を導入しやすくなる。 Moreover, according to the said structure, it becomes easier to introduce air by forming at least one of the groove width and the groove depth of the air introduction groove from the inner side toward the outer side of the oil film forming range .
本発明によれば、潤滑油の見かけの粘度を低減させ、摺動抵抗を下げると共にエンジンの耐久性及び燃費を向上させるようにした内燃機関のピストン構造を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piston structure of the internal combustion engine which reduced the apparent viscosity of lubricating oil, reduced sliding resistance, and improved the durability and fuel consumption of the engine can be provided.
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
なお、図1〜図5の本実施形態において、図6の従来例で示した部材と同等の機能を有する部材については同一の符号を付して説明する。 1 to 5, members having the same functions as the members shown in the conventional example of FIG. 6 are described with the same reference numerals.
図1及び図2に示すように、ピストン1は、シリンダ(図示せず)内に燃焼室を形成する円筒状のヘッド部2と、このヘッド部2から下方に延設される一対のスカート部3(以下、スカート部3という)と、ピストンピン孔5が形成されている肉厚のピンボス部4から構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ヘッド部2の外周面には、上側から順に2つのピストンリング溝20,21と1つのオイルリング溝22とが形成されている。各ピストンリング溝20,21には、ピストンリング(図示せず)が嵌め込まれ、オイルリング溝22には、オイルリング(図示せず)が嵌め込まれる。
Two piston ring grooves 20 and 21 and one
ピンボス部4の中心部に形成されているピストンピン孔5には、ピストン1とコンロッド(図示せず)とを連結するためのピストンピン(図示せず)が挿入される。
A piston pin (not shown) for connecting the
スカート部3は、シリンダボア内壁面8a(図3)を上下方向に摺動して、ピストン1の昇降を案内すると共に、燃焼によって生じる熱をシリンダブロック7へ逃がすようになっている。スカート部3は、ヘッド部2の下側にピンボス部4を挟んで互いに対向して配設されており、スカート部3がシリンダボア内壁面8aに当たる方向であるスラスト、反スラスト方向(ピストンピン孔5の軸方向に対して直角の方向)に位置する表面には、汎用のスクリーン印刷法によりカーボンないし二硫化モリブデンでコーティング層30が施されている(図2参照)。
The
このようなピストン1は、シリンダボア8内に挿入され、その側面がシリンダボア内壁面8aに対向している。ピストン1の側面のうち、ヘッド部2のリング溝20,21に装着されたピストンリング(図示せず)がシリンダボア内壁面8aに摺接されて気密を保っている。ピストン1は、圧縮行程ではシリンダボア内壁面8aを上昇し、爆発行程で燃焼ガスの圧力により下降される。
Such a
ところで、スカート部3とシリンダボア内壁面8aとの間に有する隙間(クリアランス)には、摺動抵抗を少なくするためにエンジンオイルなどの潤滑油が介在しており、この潤滑油は図1(B)及び図2に示すような楕円状の潤滑油膜6が形成される。潤滑油膜6は、図1(B)及び図2のAで示す範囲に形成されており(油膜形成範囲A)、油膜形成範囲A以外では、シリンダボア内壁面8aとの間に空気9が介在している。
By the way, in the gap (clearance) between the
また潤滑油膜6の摺動抵抗は、潤滑油の粘度に比例しており、粘度は空気が混入すると低下する。したがってスカート部3表面の潤滑油膜6に、ピストン1側面とシリンダボア内壁面8aとの間に介在している空気を導入すれば、潤滑油膜6の見かけの粘度が下がることになる。
The sliding resistance of the lubricating
これを実現するため、本発明は、ピストン1がシリンダボア8内を昇降する際、ピストン1側面とシリンダボア8内面との間の空気9を、潤滑油膜6が形成された油膜形成範囲Aに導くための空気導入溝31,32をスカート部3表面に設けたものである。
In order to realize this, the present invention guides the
すなわち、図1及び図2に示すように空気導入溝31,32が各スカート部3,3表面の油膜形成範囲Aを外側から内側に向かって横切るように形成されている。詳しくは上方端から油膜形成範囲Aの略中央に向けて空気導入溝31を3本刻設し、同様に下方端から油膜形成範囲Aの略中央に向けて空気導入溝32を3本刻設している。空気導入溝31,32の溝幅は、例えば1〜2mmであり、溝深さは10μm程度である。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the
空気導入溝31,32は、スカート部3表面に施されているコーティング層30を一部削り取ることで形成してもよい。あるいは最初からマスキングして、コーティングが施されないコーティング欠落部を設けることで空気導入溝31,32を形成してもよい。
The
また、通常、ピストン1は、前記したように印刷タイプ(スクリーン印刷)のコーティングであるため、最初から溝のある形状でコーティングすることも可能である。
Moreover, since the
空気導入溝31は、スカート部3表面のコーティング層30の上方端側に空気9の入口31aが形成されており、空気導入溝32は、スカート部3表面のコーティング層30の下方端側に空気9の入口32aが形成されている(図3(B)参照)。空気導入溝31,32は、その溝幅及び溝深さの少なくとも一方を油膜形成範囲Aの内側から外側に向けて末広がりに形成されている。すなわち、空気9の入口31a,32a側を末広がりに形成して空気9を導入しやすくしている。
The
空気導入溝31,32を通って潤滑油膜6に導入された空気9は泡状に分布され、結果として潤滑油の見かけの粘度が下がるので、ピストン1の摺動抵抗を下げることができる。
The
また入口31a,32aから導入された空気9が、油膜形成範囲Aにおいて均一に泡状に分布されるように、空気導入溝31,32は、例えば途中で二股に分岐している。
Further, the
なお、空気導入溝31,32は、空気9が油膜形成範囲Aに容易に導入でき、しかも空気9が油膜形成範囲Aにおいて均一に泡状に分布されるのであれば、空気導入溝31,32の本数は3本以外でよく、またその形状も図示した二股に分岐するものに限定されない。
The
スカート部3表面とシリンダボア内壁面8aの間に形成される潤滑油膜6と空気9について、図3(B)により説明する。
The lubricating
図3(B)は、分かり易くするためにシリンダボア内壁面8aとスカート部3表面との隙間及びスカート部3の形状を横方向に大きく拡大して描いてある。
In FIG. 3B, for easy understanding, the gap between the cylinder bore
スカート部3表面とシリンダボア内壁面8aとの間の隙間に介在する潤滑油は、ピストン1の上昇時や下降時に、スカート部3表面に前記の油膜形成範囲Aにわたって潤滑油膜6が形成され、油膜形成範囲A以外の箇所は空気9で満たされる。すなわち、図3(B)で示すスカート部3上方とシリンダボア内壁面8aとの隙間であるB部の箇所、及びスカート部3下方とシリンダボア内壁面8aとの隙間であるC部の箇所は空気9で満たされる。
The lubricating oil interposed in the gap between the surface of the
したがって、スカート部3表面に本発明の空気導入溝31,32を形成し、B部及びC部に対応する箇所にそれぞれ空気導入溝31,32の入口31a,32aを形成することによって、ピストン1の昇降に伴ってB部またはC部の空気9が入口31a,32aから空気導入溝31,32を伝わって潤滑油膜6に導入されることになる。
Accordingly, the
以下、図4及び図5に基づいて、本実施形態による内燃機関のピストン構造の作用について説明する。 Hereinafter, based on FIG.4 and FIG.5, the effect | action of the piston structure of the internal combustion engine by this embodiment is demonstrated.
ピストン1が上昇するときは、図4(A)に示すようにスカート部3表面とシリンダボア内壁面8aの間に形成されている潤滑油膜6に、B部の空気9が空気導入溝31の入口31aより入り込み、空気導入溝31内を伝わり、空気9は潤滑油膜6内で泡状に分布されていく。ピストン1が上昇するに伴い、図5(A)に示すように新たに空気9が導入され、空気9が泡状に分布した潤滑油膜6aが形成され、ピストン1の動きに取り残された潤滑油膜6bから空気9がスカート部3下方に排出される。
When the
またピストン1が下降するときは、図4(B)に示すようにスカート部3表面とシリンダボア内壁面8aの間に形成されている潤滑油膜6に、C部の空気9が空気導入溝32の入口32aより入り込み、空気導入溝32内を伝わり、空気9は潤滑油膜6内で泡状に分布されていく。ピストン1が下降するに伴い、図5(B)に示すように新たに空気9が導入され、空気9が泡状に分布した潤滑油膜6aが形成され、ピストン1の動きに取り残された潤滑油膜6bから空気9がスカート部3上方に排出される。
When the
これによって、スカート部3表面とシリンダボア内壁面8aとの間の空気9が、ピストン1の昇降に伴って空気導入溝31,32内を伝わりながら潤滑油膜6に導入され、空気9が泡状に分布されることになる。その結果として、潤滑油膜6の見かけの粘度が低減されるので、ピストン1の摺動抵抗を下げることができる。
As a result, the
エンジンのメカロスの大部分は、ピストン周りの摺動抵抗によるものだと云われており、この摺動抵抗の低減が燃費の向上へ繋がるが、本発明によれば、空気9を導入して潤滑油膜6の見かけの粘度を低減させることで摺動抵抗を下げるものであり、空気9の導入は外部手段を用いることなく、ピストン1の昇降に伴って行われるもので特別の装置を必要としないで実現できる。
It is said that most of the mechanical loss of the engine is due to the sliding resistance around the piston, and this reduction in sliding resistance leads to improved fuel efficiency. By reducing the apparent viscosity of the
またスカート部3表面とシリンダボア内壁面8aは、エンジン作動時に高速で上下動するピストン1の摺接面であるため、耐摩耗性とともに潤滑性(低摩擦性)が要求される部位であるが、上記のように空気9を泡状に混入して粘度の低い油膜形成部分を設けるようにすれば、低粘度の潤滑油の存在によりスカート部3表面とシリンダボア内壁面8aの摩耗を効果的に抑制できるとともに、コンロッド等から供給される潤滑油(エンジンオイル)によってスカート部3表面とシリンダボア内壁面8aの潤滑性を充分に確保することができる。
The
このように本発明によれば、摩耗を抑制しかつ潤滑性(低摩擦性)を確保することで、エンジンの耐久性を維持させながら、ピストン1の摺動抵抗を下げて燃費の改善を効果的に図ることができる。
As described above, according to the present invention, by suppressing wear and ensuring lubricity (low friction), the sliding resistance of the
1 ピストン(ピストン本体)
2 ヘッド部
3 スカート部
4 ピンボス部
5 ピストンピン孔
6 潤滑油膜
7 シリンダブロック
8 シリンダボア
8a シリンダボア内壁面
9 空気
20,21 リング溝
22 オイルリング溝
30 コーティング層
31,32 空気導入溝
31a,32a 入口
A 油膜形成範囲
1 Piston (Piston body)
2
Claims (1)
前記ピストンがシリンダボア内を昇降する際、ピストンとシリンダボアとの間の空気を前記潤滑油膜が形成された油膜形成範囲に導くための空気導入溝を、前記スカート部の表面に施されているコーティング層に前記ピストンの昇降方向に沿ってあるいは昇降方向に対して斜めに前記コーティング層の上方端及び下方端からそれぞれ前記油膜形成範囲の中央に向かって複数本設け、前記空気導入溝の溝幅及び溝深さの少なくとも一方を前記油膜形成範囲の内側から外側に向けて末広がりに形成したことを特徴とする内燃機関のピストン構造。 In the piston structure of the internal combustion engine that moves up and down in the cylinder bore in a state where a lubricating oil film is formed in the central part of the skirt portion of the piston housed in the cylinder bore,
When the piston moves up and down in the cylinder bore, a coating layer is provided on the surface of the skirt portion with an air introduction groove for guiding the air between the piston and the cylinder bore to the oil film forming range where the lubricating oil film is formed. A plurality of the air-introducing grooves are provided along the piston ascending / descending direction or obliquely with respect to the ascending / descending direction from the upper end and the lower end of the coating layer toward the center of the oil film forming range. A piston structure for an internal combustion engine, wherein at least one of the depths is formed so as to widen from the inside to the outside of the oil film forming range .
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