JP6401104B2 - エンジンのピストン - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのピストンに係り、詳しくは、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に関するものである。

従来、図６に示すように、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６に示すように、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６に示すように、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。

請求項１に係る発明は、スカート部１の表面に樹脂皮膜２と凹部３とを備えたエンジンのピストンにおいて、
前記スカート部１の表面にスポット状に複数の樹脂皮膜２を配置して、前記樹脂皮膜２どうしの間に形成される凹部３で網目状溝４を形成するにあたり、
前記スカート部１のピストン周方向で隣り合う前記樹脂皮膜２どうしの間に形成される凹部３が、ピストン移動方向で樹脂皮膜２と隣り合う状態に設定され、かつ、前記樹脂皮膜２の形状は、ピストン移動方向の両端部２Ａ，２Ａがピストンの径方向視で単一の凹状とされた矩形に形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記樹脂皮膜２におけるピストン移動方向の端部２Ａの凹状として、Ｖ字状に設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記Ｖ字状の開き角度が１２０度±２０度に設定されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記樹脂皮膜２におけるピストン移動方向の端部２Ａの凹状として、湾曲状に設定されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記樹脂皮膜２は、ピストン周方向の長さよりもピストン移動方向の長さが長い形状に設定されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、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スポット状に複数の樹脂皮膜が配置され、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。

スカート部のピストン周方向で隣り合う樹脂皮膜どうしの間に形成される凹部が、ピストン移動方向で樹脂皮膜と隣り合う状態に設定されているので、ピストンの往復移動によって凹部の両端開口部から流出するエンジンオイルがピストン移動方向で隣の樹脂皮膜に衝突し、凹部からのエンジンオイルの流出が抑制され、網目状溝のエンジンオイル保持機能を高めることができる。

加えて、樹脂皮膜におけるピストン移動方向の端部が、ピストンの径方向視で凹状に形成されているので、ピストン移動に伴う慣性により凹部を移動してきた潤滑油は樹脂皮膜の凹状端部に衝突し、その凹状の角度により周方向に逃げ移動するのではなく、元の凹部に戻ろうとする撥ね返り移動をする挙動となる。
従って、ピストン表面に潤滑油がより保持されるようになって、フリクション低減効果が促進され、燃費向上を図ることができる。このように、樹脂皮膜が施されているピストンの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可能なエンジンのピストンを提供することができる。

樹脂皮膜の端部の凹状としては、請求項２の発明のようにＶ字状にするとか、請求項４の発明のように湾曲状とすることが考えられる。また、請求項３のように、Ｖ字状の挟角が１２０度±２０度に設定すれば、潤滑油の保持力が向上して好都合である。さらに、樹脂皮膜の形状としては、請求項５の発明のように、ピストン周方向の長さよりもピストン移動方向の長さが長い形状に設定すれば好都合である。

シリンダに内嵌されたピストンなどを示す縦断面図 （ａ）ピストンの側面図、（ｂ）樹脂皮膜のコーティングパターンを示す図 （ａ）図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）樹脂皮膜と凹部とによる潤滑油の保持機能を示す作用図 （ａ）実施形態２の樹脂皮膜及び凹部を示す要部図、（ｂ）実施形態３の樹脂皮膜及び凹部を示す要部図 （ａ）実施形態４の樹脂皮膜及び凹部を示す要部図、（ｂ）実施形態５の樹脂皮膜及び凹部を示す要部図、（ｃ）実施形態６の樹脂皮膜及び凹部を示す要部図 従来技術に係るエンジンのピストンの側面図

以下に、本発明による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。

〔実施形態１〕
立形ディーゼルエンジン及びそのピストンは、図１に示すように、シリンダ１４の上部にシリンダヘッド１５が組み付けられており、ピストン１２は、シリンダ１４に内嵌され、ピストン１２にコンロッド１６を介してクランク軸１７が連動連結されている。
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、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、スカート部１の表面に樹脂皮膜２と凹部３とを備えたエンジンのピストン１２において、スカート部１の表面にスポット状に複数の樹脂皮膜２が配置され、隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間に形成される凹部３で網目状溝４が形成されている。網目状溝４は、樹脂皮膜２，２の間に形成され、内底面は、樹脂皮膜２で覆われていないスカート部１の金属表面で形成されている。

樹脂皮膜２と凹部３とは、ピストン１２のスラスト側１２ａと反スラスト側１２ｂに形成されている。スラスト側１２ａとは、爆発行程でピストン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。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。

樹脂皮膜２は、ピストン周方向８の長さよりもピストン移動方向６の長さが長い略矩形に形成されており、その長手方向の両端部２Ａ，２Ａはピストン径方向視で凹状に、詳しくはＶ字形状の端面２ａ，２ａを有する形状とされている。そして、ピストン移動方向６においては、樹脂皮膜２と凹部３とが隣り合う構成とされている。
つまり、スカート部１のピストン周方向８で隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間に形成される凹部３が、ピストン移動方向６で樹脂皮膜２と隣り合う状態に設定され、かつ、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の端部が、ピストンの径方向視で凹状に形成されている。

樹脂皮膜２は、図２、図３に示されるように、ピストン移動方向６に沿う一対の縦辺２Ｂ，２Ｂと、一対の端面２ａ，２ａでなるＶ字状の両端部（短辺）２Ａ，２Ａと、を有し、縦辺２Ｂが樹脂皮膜２の幅よりも明確に大きい略矩形（横倒し鼓形）に形成されている。
図２（ｂ）において、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の長さと、ピストン周方向８の長さと、ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの最小間隔と、ピストン周方向８で隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間隔（＝溝部分７の幅）とは、４０：１２：６：５に設定されているが、この限りではない。

そして、図１、図２に示されるように、スカート部１のピストン周方向８に複数の樹脂皮膜２が所定間隔を置いて配置された樹脂皮膜列５を備え、この樹脂皮膜列５の複数をピストン周方向に半ピッチずらしてピストン移動方向６に配列することにより千鳥格子状に複数列配置されている。ゆえに、樹脂皮膜列５の隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間に形成される溝部分７（＝凹部３）のピストン移動側両端開口部７ａ，７ｂが、ピストン移動方向６で隣り合う隣の樹脂皮膜列５の樹脂皮膜２に、詳しくは、その樹脂皮膜２におけるピストン周方向の中心に対向する構成となっている。

そして、図２に示されるように、実施形態１のピストン１２では、樹脂皮膜２の端部２Ａにおける左右の端面２ａ，２ａのなす挟角θは１２０度（又は１２０度±２０度）に設定されている。なお、θの値は、６０度≦θ＜１８０度、とすることで効果が得られるが、より良い効果を狙うには「１２０度±２０度」が良い。

図３（ｂ）に示されるように、ピストン１２の移動（昇降）に伴い、ピストン周方向８で隣り合う樹脂皮膜２，２どうしの間の凹部３、即ち溝部分７を移動する潤滑油は開口部７ａから出て、ピストン移動方向６で相隣る樹脂皮膜２の端部２Ａにぶつかって受止められるとともに、一対の端面２ａ，２ａにより跳ね返される。
つまり、隣り合う樹脂皮膜２の端部２Ａどうしによりなる、ピストン周方向８に延びるギザギザ状の凹部は、潤滑油の保持機能に優れるオイル溜め溝９に構成されている。

跳ね返された潤滑油が溝部分７を形成する樹脂皮膜２の端部２Ａに当たってさらに跳ね返されたり、元の溝部分７に逆流したりするので、潤滑油の保持機能も改善されるようになる。また、跳ね返された潤滑油は、溝部分７の横の樹脂皮膜２に乗り上げようとしてシリンダ１４との間に正圧を発生させて、ピストン１２の摺動面をシリンダ壁から浮上させるように機能し、それによってフリクションが低減して燃費向上を図ることができる。

スカート部１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、潤滑油の上下方向（ピストン移動方向６）通路を設けることができ、潤滑油を各部により有効に供給することができる。ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜列５，５どうしをピストン周方向８に互いに位置ずれさせて千鳥格子状に配置してあるので、ピストン１２の往復運動を利用して凹部３に潤滑油を積極的に供給することができる。

〔実施形態２〕
図４（ａ）に示すように、実施形態２によるピストン１２においては、樹脂皮膜２の縦辺２Ｂの長さを、実施形態１による樹脂皮膜（図２参照）２の縦辺２Ｂの長さの約半分としたものである。この構成によれば、網目が実施形態１のものよりも細かくなった網目状溝４が形成される。

〔実施形態３〕
図４（ｂ）に示すように、実施形態３によるピストン１２においては、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の端部２Ａの凹状として、湾曲状に設定されたものであり、湾曲状端面１０を有している。この場合、端部２Ａの幅方向の両端には、ピストン径方向視で凸曲面形状のエッヂ部１１が形成されている。

〔実施形態４〕
図５（ａ）に示すように、実施形態４によるピストン１２においては、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の端部２Ａの凹状として、底面１３と、その左右の傾斜面２１，２１とによる３面構成のものでも良い。

〔実施形態５〕
図５（ｂ）に示すように、実施形態５によるピストン１２においては、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の端部２Ａの凹状として、Ｖ字形状の底面２２と、その左右の凸部２３，２３とを備えた形状のものでも良い。

〔実施形態６〕
図５（ｃ）に示すように、実施形態６によるピストン１２においては、樹脂皮膜２におけるピストン移動方向６の端部２Ａの凹状として、単一の凹曲面２４を備える、構成のものでも良い。この場合の凹曲面２４は、円形、楕円形など種々のものが可能である。

１ スカート部
２ 樹脂皮膜
２Ａ 端部
３ 凹部
４ 網目状溝

Claims (5)

1. スカート部の表面に樹脂皮膜と凹部とを備えたエンジンのピストンであって、
   前記スカート部の表面にスポット状に複数の樹脂皮膜を配置して、前記樹脂皮膜どうしの間に形成される凹部で網目状溝を形成するにあたり、
   前記スカート部のピストン周方向で隣り合う前記樹脂皮膜どうしの間に形成される凹部が、ピストン移動方向で樹脂皮膜と隣り合う状態に設定され、かつ、前記樹脂皮膜の形状は、ピストン移動方向の両端部がピストンの径方向視で単一の凹状とされた矩形に形成されているエンジンのピストン。
   
2. 前記樹脂皮膜におけるピストン移動方向の端部の凹状として、Ｖ字状に設定されている請求項１に記載のエンジンのピストン。
3. 前記Ｖ字状の開き角度が１２０度±２０度に設定されている請求項２に記載のエンジンのピストン。
4. 前記樹脂皮膜におけるピストン移動方向の端部の凹状として、湾曲状に設定されている請求項１に記載のエンジンのピストン。
5. 前記樹脂皮膜は、ピストン周方向の長さよりもピストン移動方向の長さが長い形状に設定されている請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンのピストン。

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