JP6259585B2 - Piston sliding part lubrication structure - Google Patents
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Description
本発明は、ピストン摺動部の潤滑構造に関する。 The present invention relates to a lubricating structure for a piston sliding portion.
図3に示す様に、自動車等における一般的なエンジンでは、シリンダ1内に収容されたピストン2がピストンピン3を介しコンロッド4の小端部4aにより揺動自在に支持されており、該コンロッド4の大端部4bがクランクピン5を介しクランクシャフト6と連結されている。
As shown in FIG. 3, in a general engine in an automobile or the like, a
そして、クランクピン5は、クランクアーム6aによりクランクシャフト6の中心からずらした位置に支持されており、クランクピン5がクランクシャフト6の中心回りに円軌道(図3中の一点鎖線を参照)を描いて移動するようになっているので、コンロッド4がピストンピン3を中心に揺動しつつピストン2がシリンダ1内を図3中の上下に昇降することになる。
The
一般的に、ピストン2がアルミ製である場合には、スチール製のシリンダライナ1aに対する熱膨張差が大きくなるため、ピストン2側が大きく熱膨張して焼付きを起こすような事態を未然に回避し得るようピストンクリアランスを多く確保する必要がある。しかし、ピストンクリアランスを多く確保してしまうと、ピストンスラップ時に打音が生じてしまうという不具合が生じてしまう。
In general, when the
このため、従来においては、ピストン2のスカート7(ピストン2のピストンリング装着部より下の部分)の外周面に耐焼付き性及び低摩擦特性を有する低摩擦コーティングを施してピストンクリアランスを詰め、これによりピストンスラップ時の打音低減とピストン2の摩擦低減を図るようにしている。
For this reason, conventionally, a low friction coating having seizure resistance and low friction characteristics is applied to the outer peripheral surface of the
爆発圧力Aにより下方に押し下げられるピストン2は、コンロッド4の傾斜によりピストン2の図中左側が強くシリンダ1の内壁に押し付けられる。以下、上死点直後に側圧(Side−Thrust)を受ける側をスラスト側と称する。
The
このような側圧を受けるスラスト側は、金属接触が発生する混合潤滑の状態が支配的となる。そして、反スラスト側では、油膜を挟んで摩擦面同士が離れて滑る流体潤滑の状態が支配的となる。 On the thrust side that receives such a side pressure, the state of mixed lubrication in which metal contact occurs is dominant. On the anti-thrust side, the state of fluid lubrication in which the friction surfaces slide with the oil film interposed therebetween is dominant.
しかし、流体潤滑が支配的な反スラスト側にまで全域に低摩擦コーティングを施してしまうことで摺動抵抗が増し、これにより燃費の更なる向上を図り得る余地が損なわれていた。 However, the low friction coating is applied to the entire anti-thrust side where fluid lubrication is dominant, which increases the sliding resistance, thereby impairing the room for further improvement in fuel consumption.
そこで、図4(A),(B)に示す様に、ピストン2のスカート7における反スラスト側の外周面に、前記ピストン2の摺動方向に向かって延びる縞模様を成すように低摩擦コーティングを施し、そのコーティング部8の相互間に前記ピストン2の摺動方向に潤滑油を逃がす非コーティング部9を残す一方、ピストン2のスカート7におけるスラスト側の外周面全域に低摩擦コーティングを施した構成を特許文献1において提案している。
Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B, a low friction coating is formed on the outer surface of the
このようにすれば、コーティング部8と非コーティング部9との境界にコーティング厚さ分のギャップg(図4(B)参照)が生じ、実質的なシリンダライナ1a側との潤滑面が各コーティング部8の存在する領域だけに限定され、これによりピストン2のスカート7における潤滑面積が低減されて摩擦力が大幅に減少することになる。
In this way, a gap g corresponding to the coating thickness is generated at the boundary between the
すなわち、各コーティング部8の相互間に残る非コーティング部9は、ピストン2の摺動方向に開放されていて潤滑油を自由に逃がし得るようになっているため、各非コーティング部9では、流体潤滑の状態にすらならず、潤滑油の粘度も殆ど影響しない非常に摩擦抵抗の少ない状態となる。このため、実質的なシリンダライナ1a側との潤滑面は、各コーティング部8の存在する領域だけに限定されることになる。
That is, the
しかも、ピストン2のスカート7における反スラスト側では、各コーティング部8とシリンダライナ1aとの間が、油膜を挟んで摩擦面同士が離れて滑っている状態の流体潤滑の状態となる。これに対し、各コーティング部8の存在する領域では、ピストンクリアランスが詰まってピストン2の摺動時における油膜厚さが薄くなり、これにより摩擦係数が小さく抑えられて摩擦力がより少なくなる。
In addition, on the anti-thrust side of the
すなわち、図5に縦軸を摩擦係数とし横軸を油膜厚さとしたストライベック線図で示す通り、流体潤滑の領域では、油膜厚さが薄くなるほど摩擦係数μが小さくなる。このため、各コーティング部8の存在によりピストンクリアランスが詰まって油膜厚さが薄くなれば、その摩擦係数μが小さくなって摩擦力が少なくなる。
That is, as shown in the Stribeck diagram in FIG. 5 where the vertical axis represents the friction coefficient and the horizontal axis represents the oil film thickness, in the fluid lubrication region, the friction coefficient μ decreases as the oil film thickness decreases. For this reason, if the piston clearance is clogged due to the presence of each
ところが、斯かる特許文献1に開示されたコーティングパターンは、ピストン2の摺動方向と平行に延びる縦縞パターンのコーティング部8を採用していたため、該各コーティング部8がシリンダライナ1aの内周面の同じ場所に押し付けられて摺動することになり、図6に示す様に、シリンダライナ1a内周面のコーティング部8が当たる位置に筋状の軽微な段差10(表面粗さが小さくなることで生じた軽微な当たり)ができてしまい、シリンダライナ1aの耐久性に悪影響を及ぼすおそれがあった。
However, since the coating pattern disclosed in
そこで、図7(A),(B)に示す様に、スカート7に水玉形状のコーティング部8を千鳥配列としたピストン摺動部の潤滑構造が提案されている。すなわち、各コーティング部8は、ピストン2の周方向CDに沿って間隙Dを空けて並べられ、ピストン2の周方向CDに沿った列を複数形成させるとともに隣接する列のコーティング部8を互い違いに配置している。そして、水玉の直径の大きさは、間隙Dと同じ大きさに形成されている。
Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, a lubricating structure of a piston sliding portion in which a
このようなコーティングパターンが施されたピストン2は、シリンダライナ1aの内周面に、隙間なく押し付けられて摺動することにより、シリンダライナ1aの内周面に筋状の軽微な段差10を生じることなく摩擦力の大幅な減少を図ることができる。
The
しかしながら、コーティング部8を水玉千鳥配列にしたピストン2は、さらに改善の余地があった。
However, the
コーティング部8を水玉千鳥配列に施したピストン2は、シリンダ1内において潤滑油を介して往復動させると、潤滑油が各コーティング部8の間隙を流れる。ここで、ピストン2の周方向に沿った方向に並ぶ各コーティング部8の間隙をDとし、コーティング部8と隣接する列の最も近いコーティング部8'との間隙をdとすると、D>2dとなっている。また、間隙Dを流れる潤滑油の流速をUとし、間隙dを流れる分流路の潤滑油の流速をu1とする。
When the
間隙Dを流れる潤滑油は、隣接する列のコーティング部8の円周に衝突し、二分割され間隙dの間を流れる。このとき、間隙Dを流れる潤滑油は、丸められたコーティング部8の円周に衝突するため、大きな流体摩擦を受けていた。
The lubricating oil flowing in the gap D collides with the circumference of the
また、間隙dの大きさは、間隙Dの大きさと比較すると、二分の一より小さいため、間隙dを流れる二分割された潤滑油の流速u1は、間隙Dを流れる潤滑油の流速Uよりも早くなる。すなわち、コーティング部8の間で潤滑油の流速が異なる部分が発生し、潤滑油の流体摩擦を受けていた。
Further, since the size of the gap d is smaller than half of the size of the gap D, the flow rate u1 of the divided oil flowing through the gap d is higher than the flow rate U of the lubricant oil flowing through the gap D. Get faster. That is, a portion where the flow rate of the lubricating oil is different between the
そこで、本発明は、シリンダの内周面に筋状の軽微な段差を生ずることなく摩擦力の大幅な減少を図るとともに、コーティグ部の間隙を流れる潤滑油による流体摩擦も低減するピストン摺動部の潤滑構造を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to greatly reduce the frictional force without causing a streak-like slight step on the inner peripheral surface of the cylinder, and to reduce the fluid friction due to the lubricating oil flowing through the gap between the coating parts. An object of the present invention is to provide a lubricating structure.
本発明は、内燃機関のシリンダ内で潤滑油を介して往復動するピストンの摺動部分における反スラスト側に、摩擦力を低減させるコーティングにより形成されたコーティング部を、前記ピストンの周方向に沿って間隙を空けて複数形成することにより、前記ピストンの周方向に沿って隣接する列の各コーティング部を互い違いに配置した複数の列を形成し、且つ、前記コーティング部における前記ピストンの周方向に沿った長さが前記間隙の大きさと同じか大きくなるように形成し、前記ピストンの往復動に伴いコーティング部間に潤滑油が流れるピストン摺動部の潤滑構造に関する。前記コーティング部は、前記ピストンの軸方向にそれぞれ突出する一対の尖り部を有し全体形状が線対称な形状で対称軸が前記ピストンの軸方向に沿うように形成されるとともに、菱形から前記ピストンの周方向に突出する角が丸められた角丸部を有する形状に形成され、前記コーティング部の一方の尖り部と隣接する列のコーティング部における他方の尖り部とで、潤滑油が流れる分流路と、二条の分流路が合流する合流路を形成し、前記分流路は、流路幅の大きさが前記間隙の二分の一以上とし、前記分流路を流れた潤滑油が、前記合流路で合流した際に流速が変動することを抑止し得るよう構成したことを特徴としている。 The present invention provides a coating portion formed by a coating for reducing frictional force on the anti-thrust side of a sliding portion of a piston that reciprocates via lubricating oil in a cylinder of an internal combustion engine along the circumferential direction of the piston. Forming a plurality of rows in which the coating portions of rows adjacent to each other along the circumferential direction of the piston are alternately arranged, and in the circumferential direction of the piston in the coating portion The present invention relates to a lubrication structure for a piston sliding portion that is formed so that the length along the gap is equal to or larger than the size of the gap, and in which lubricating oil flows between coating portions as the piston reciprocates. The coating unit, the overall shape has a pair of pointed portions that protrude in the axial direction of the piston is formed so that the axis of symmetry by a line symmetric shape along the axial direction of the piston Rutotomoni, said piston from rhombic Are formed in a shape having rounded corners with rounded corners projecting in the circumferential direction, and a flow path through which lubricating oil flows between one sharpened portion of the coating portion and the other sharpened portion in the coating portion of the adjacent row And forming a combined flow path where the two split flow paths merge, the flow width of the divided flow path being at least one half of the gap, and the lubricating oil flowing through the divided flow path in the combined flow path It is characterized by being configured to prevent the flow rate from fluctuating when merged.
前記ピストン摺動部の潤滑構造において、前記ピストンの摺動部分におけるスラスト側の外周面全域にコーティングを施すことができる。 In the lubricating structure of the piston sliding portion, the entire outer peripheral surface on the thrust side in the sliding portion of the piston can be coated.
本発明のピストン摺動部の潤滑構造によれば、シリンダの内周面に筋状の軽微な段差を生ずることなく摩擦力の大幅な減少を図るとともに、コーティグ部の間隙を流れる潤滑油による流体摩擦も低減させることができる。 According to the lubricating structure of the piston sliding portion of the present invention, the frictional force is greatly reduced without causing a streak-like slight step on the inner peripheral surface of the cylinder, and the fluid by the lubricating oil flowing through the gap of the coating portion. Friction can also be reduced.
以下、本発明を実施するための形態を、図1を参照して説明する。図1(A)は、本発明のピストン摺動部の潤滑構造を示すピストンの側面図である。図1(B)は、(A)のピストン摺動部の一部を示す拡大図である。図1中、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。そして、基本的な構成は、図3に示す従来のものと同様である。 Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to FIG. FIG. 1A is a side view of a piston showing a lubricating structure of a piston sliding portion of the present invention. FIG. 1B is an enlarged view showing a part of the piston sliding portion of FIG. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same parts. The basic configuration is the same as the conventional one shown in FIG.
本発明は、エンジン(内燃機関)のシリンダ1内で潤滑油を介して往復動するピストン2の摺動部分における反スラスト側に、摩擦力を低減されるコーティングにより形成されたコーティング部21が複数形成される。
In the present invention, a plurality of
このコーティング部21は、ピストン2の周方向CDに沿って間隙2Sを空けて複数形成することにより、ピストン2の周方向に沿って複数の列が形成される。この列は、隣り合う(隣接する)列の各コーティング部21'が互い違いに配置されている。すなわち、コーティング部21は、スカート7に千鳥配列で施されている。なお、説明の便宜上、隣り合う列のコーティング部を21'で示すが同じコーティング部21である。
A plurality of
コーティング部21は、全体形状が、菱形の四個の角のうち一対の対角が丸められた形状をしている。コーティング部21は、線対称な形状をしており、対称軸ASがピストン2の軸方向ADに沿うように形成される。そして、ピストン2の周方向CDに沿う方向に突出する部分が丸められている。コーティング部21は、ピストン2の軸方向ADに突出する鋭角な一対の尖り部21a、21bと、一対の角丸部21c、21cと、を有する。
The
コーティング部21は、ピストン2の周方向CDに沿った方向の長さ2rが間隙2Sの大きさと同じである。ここで、角丸部21cは、コーティング部21に半径rで内接する内接円21dの一部に一致する。
The
本発明を実施するための形態において、コーティング部21の重心位置は、隣接する列のコーティング部21'の重心位置と、ピストン2の軸方向ADに沿った距離Lが3r、ピストン2の周方向CDに沿った距離Mが2rとなるように形成されている。
In the embodiment for carrying out the present invention, the gravity center position of the
コーティング部21の他方の尖り部21bと隣接する列のコーティング部21'の一方の尖り部21aとで潤滑油が流れる分流路22を形成する。他方の尖り部21bと隣接する列のコーティング部21'の一方の尖り部21aとは、一定の間隙Sが空けられている。よって、分流路22は、流路幅の大きさが間隙Sの大きさと同じであり、隣り合うコーティング部21,21(21',21')間の間隙2Sの大きさの半分の大きさに形成されている。
A
本発明のピストン摺動部の潤滑構造は、ピストンの摺動部分における反スラスト側に、コーティング部21を、ピストン2の周方向CDに沿って間隙2Sを空けて複数形成することにより、ピストン2の周方向CDに沿って隣接する列の各コーティング部21が互い違いに配置された複数の列を形成したコーティングパターンを施し、且つ、コーティング部21におけるピストン2の周方向CDに沿った長さが間隙2Sの大きさと同じに形成されている。
The piston sliding portion lubrication structure of the present invention is formed by forming a plurality of
これにより、ピストン2のシリンダ1内での往復動に伴い、コーティング部21が施された部分がシリンダライナ1aの内周面に摺動される範囲において、全域がそれぞれのコーティング部21によって摺動され、シリンダライナ1aの内面に筋状の軽微な段差が生じることを防止することができる。
As a result, as the
また、コーティング部21は、ピストン2の軸方向ADにそれぞれ突出する一対の尖り部21a、21bを有している。これにより、間隙2Sを流れる潤滑油は、円弧に衝突して二分割されるよりも、接触する部分が小さい為に小さな流体摩擦で二分割することができる。
Further, the
コーティング部21の他方の尖り部21bと隣接する列のコーティング部21'の一方の尖り部21aとで潤滑油が流れる分流路22を形成する。そして、分流路22は、流路幅が間隙2Sの大きさの半分となっている。これにより、間隙2Sを流れる潤滑油は、尖り部21a(又は、21b)によって等分されるとともに、間隔2Sの半分の流路幅の分流路22を流れる。従って、間隔2Sを流れる潤滑油の流速と分流路22を流れる潤滑油の流速とが同じ流速となる。
A
そして、分流路22を流れた潤滑油は、二条の分流路22が合流する合流路23で合流し流量が倍になるとともに、分流路22の二倍の幅を流れる。従って、合流路23を流れる潤滑油の流速と分流路22を流れる潤滑油の流速とが同じ流速となる。
Then, the lubricating oil that has flowed through the
また、前記コーティング部21は、ピストン2の周方向CDに突出する角が丸められた角丸部21cを有している。これにより、二条の分流路22を流れてきた潤滑油が合流路23で円滑に合流する。
Further, the
よって、コーティング部21間を流れる潤滑油の流速が異なることから発生する流体摩擦を抑えることができる。
以上により更なる燃費の低減効果を得られる。
Therefore, the fluid friction which generate | occur | produces since the flow velocity of the lubricating oil which flows between the
As described above, a further fuel consumption reduction effect can be obtained.
また、本発明を実施するための形態においては、ピストン2のスカート7におけるスラスト側の外周面全域に低摩擦コーティングを施している。このため、金属接触が発生する混合潤滑の状態が支配的となる前記スカート7のスラスト側において、その全域を低摩擦コーティングで被覆して従来通りの耐焼付き性及び低摩擦特性を発揮させることができる。
Moreover, in the form for implementing this invention, the low friction coating is given to the outer peripheral surface area of the thrust side in the
すなわち、図5のストライベック線図で示す通り、流体潤滑の領域においては、油膜厚さが薄くなるに従い摩擦係数μが小さくなるが、所定の油膜厚さを越えて金属接触が発生する混合潤滑に移行してしまうと、油膜厚さが薄くなるに従い摩擦係数μが急激に増加してしまう。 That is, as shown in the Stribeck diagram of FIG. 5, in the fluid lubrication region, the friction coefficient μ decreases as the oil film thickness decreases, but mixed lubrication in which metal contact occurs beyond a predetermined oil film thickness. , The friction coefficient μ increases rapidly as the oil film thickness decreases.
このため、混合潤滑が支配的なスラスト側にあっては、非コーティング部を残してしまうことによりこの非コーティング部がシリンダライナ1a側と金属接触を起こして焼付きや摩耗損失を招いてしまうデメリットの方が大きいと考えられ、このようなデメリットを回避することを優先している。
For this reason, on the thrust side where mixed lubrication is dominant, leaving the non-coated part causes the non-coated part to cause metal contact with the
図2を参照して、ピストン摺動部の他の実施形態を説明する。図2は、本発明のピストン摺動部の潤滑構造における他の実施形態を示す図である。他の実施形態に係るピストン摺動部の潤滑構造は、コーティング部21の重心位置と隣接する列のコーティング部21'の重心位置との距離を除き、その基本的構成が上記実施例と同様であるため、上記実施例と同様の構成には同一符号を付し、上記実施形態の説明と重複することになる説明を省略する。
With reference to FIG. 2, other embodiment of a piston sliding part is described. FIG. 2 is a view showing another embodiment of the piston sliding portion lubrication structure of the present invention. The piston sliding portion lubrication structure according to another embodiment has the same basic configuration as that of the above embodiment except for the distance between the gravity center position of the
コーティング部21の重心位置は、隣接する列のコーティング部21'の重心位置と、ピストン2の軸方向ADに沿った距離Lとピストン2の周方向CDに沿った距離Lとが等しくなるように配置されている。
The gravity center position of the
なお、本発明のピストン摺動部の潤滑構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。例えば、コーティング部21は、ピストン2の周方向CDに沿った方向の長さがピストン2の周方向CDに沿って隣り合うコーティング部21との間隙2Sの長さと同じである例を用いて説明したがこれに限定されるものではない。コーティング部21は、ピストン2の周方向CDに沿った方向の長さを、ピストン2の周方向CDに沿って隣り合うコーティング部21との間隔2Sの大きさよりも大きくすることができる。
The lubricating structure of the piston sliding portion of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the
また、分流路22の流路幅は、流路幅の間隙Sがピストン2の周方向CDに沿って隣り合うコーティング部21との間隙2Sの半分で説明したがこれに限定されるものではない。分流路22の流路幅は、流路幅の間隙Sがピストン2の周方向CDに沿って隣り合うコーティング部21との間隙の二分の一以上にすることができる。
Further, the flow path width of the
また、本発明のピストン摺動部の潤滑構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を行うことができる。 The lubricating structure of the piston sliding portion of the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
1 シリンダ
1a シリンダライナ
2 ピストン
7 スカート
21 コーティング部
21a 尖り部
21b 尖り部
21c 角丸部
22 分流路
2S 間隙
AD 軸方向
CD 周方向
AS 対称軸
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記コーティング部は、前記ピストンの軸方向にそれぞれ突出する一対の尖り部を有し全体形状が線対称な形状で対称軸が前記ピストンの軸方向に沿うように形成されるとともに、菱形から前記ピストンの周方向に突出する角が丸められた角丸部を有する形状に形成され、
前記コーティング部の一方の尖り部と隣接する列のコーティング部における他方の尖り部とで、潤滑油が流れる分流路と、二条の分流路が合流する合流路を形成し、
前記分流路は、流路幅の大きさが前記間隙の二分の一以上とし、前記分流路を流れた潤滑油が、前記合流路で合流した際に流速が変動することを抑止し得るよう構成したことを特徴とするピストン摺動部の潤滑構造。 On the anti-thrust side of the sliding part of the piston that reciprocates through the lubricating oil in the cylinder of the internal combustion engine, a coating portion formed by a coating that reduces the frictional force is spaced along the circumferential direction of the piston. Forming a plurality of rows in which the coating portions of rows adjacent to each other along the circumferential direction of the piston are alternately arranged, and a length along the circumferential direction of the piston in the coating portion. Is a lubricating structure of a piston sliding portion in which the lubricating oil flows so as to flow between coating portions as the piston reciprocates,
The coating unit, the overall shape has a pair of pointed portions that protrude in the axial direction of the piston is formed so that the axis of symmetry by a line symmetric shape along the axial direction of the piston Rutotomoni, said piston from rhombic Formed in a shape having rounded corners with rounded corners protruding in the circumferential direction ,
With one sharpened portion of the coating portion and the other sharpened portion in the coating portion of the adjacent row, a split flow channel through which the lubricating oil flows, and a combined flow channel where the two split flow channels merge,
The branch flow path is configured so that the flow path width is at least one half of the gap, and the flow rate of the lubricating oil flowing through the branch flow path can be prevented from fluctuating when merged in the combined flow path. A lubrication structure for a piston sliding portion characterized by the above.
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