JP6587980B2 - 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５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５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５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１ａ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１ａに斑点状の樹脂皮膜２ａが分散配置され、隣り合う前記斑点状の樹脂皮膜２ａどうしの間の前記スカート部１の表面１ａと、前記隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａとにより形成される凹部３で網目状溝４が形成されるとともに、斑点状の樹脂皮膜のうちのピストン周方向で端に位置する周方向端皮膜２ｂは、ピストン移動方向６と平行な縦辺２３、ピストン周方向８と平行な横辺２４、及び、ピストン移動方向６に対して傾斜した斜辺２５とを有し、
前記斜辺２５は、前記スカート部１のピストン移動方向６への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向８で前記スカート部１の中央側へ寄せ案内するガイド部Ｇとして機能するよう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、
スラスト側の前記スカート部１に形成されている前記周方向端皮膜２ｂには、前記スカート部１がクランク軸に近づく方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向８で前記スカート部１の中央側へ寄せ案内する第１のガイド部２１が、前記ガイド部Ｇとして形成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１に記載のエンジンのピストンにおいて、反スラスト側の前記スカート部１に形成されている前記周方向端皮膜２ｂには、前記スカート部１がクランク軸から遠ざかる方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向８で前記スカート部１の中央側へ寄せ案内する第２のガイド部２２が、前記ガイド部Ｇとして形成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１〜３の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
前記周方向端皮膜２ｂの形状が、三角形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、スカート部１の表面１ａ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１ａに斑点状の樹脂皮膜２ａが分散配置され、隣り合う前記斑点状の樹脂皮膜２ａどうしの間の前記スカート部１の表面１ａと、前記隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａとにより形成される凹部３で網目状溝４が形成されるとともに、斑点状の樹脂皮膜のうちのピストン周方向で端に位置する周方向端皮膜２ｂは、ピストン移動方向６に長い帯状部分９に、斑点状の樹脂皮膜２ａの横半分部１０をピストン移動方向６に一つ飛びで足して一体化したものに形成され、
前記周方向端皮膜２ｂには、ピストン移動方向６に対して傾斜した帯状のガイド溝１１の複数が整列状態で形成されており、
前記ガイド溝１１により、前記スカート部１のピストン移動方向６への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向８で前記スカート部１の中央側へ寄せ案内するガイド部Ｇが構成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、斑点状の樹脂皮膜が分散配置され、斑点状の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。

そして、ガイド部を備える周方向端皮膜を有しているので、ピストン移動に伴ってピストン周方向の外側からオイルを網目状溝に積極的に取り込む作用が生じ、網目状溝などスカート部にオイルが十分に供給されるようになり、オイル保持作用も強化され、耐久性向上に寄与可能となる。
その結果、樹脂皮膜が施されているピストンにおいて、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、耐久性向上も期待できるエンジンのピストンを提供することができる。

請求項２の発明によれば、次のような効果がある。即ち、爆発行程でピストンが下降する時に、クランク軸の回転方向と爆発圧力とによってピストンがシリンダに押し付けられるスラスト側では、スカート部も非常に強くシリンダに押される。
そこで、スラスト側の周方向端皮膜には、スカート部がクランク軸に近づく方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向でスカート部の中央側へ寄せ案内する第１のガイド部が形成されているから、爆発によって強くシリンダに押される側のスカート部へのエンジンオイルの供給が促進されるようになる。
その結果、樹脂皮膜の形状工夫により、スカート部におけるエンジンオイルの取り込みや保持作用の強化が図れ、耐久性向上も可能となる利点が得られる。

請求項３の発明によれば、次のような効果がある。即ち、前述したスラスト側の反対側である反スラスト側においては、クランク軸の回転方向により、スラスト側ほど強烈ではないが、ピストンが上昇移動する際にシリンダに強く押される状態になる。
そこで、反スラスト側の周方向端皮膜に、スカート部がクランク軸から遠ざかる方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向でスカート部の中央側へ寄せ案内する第２のガイド部が形成されているから、上昇移動によってシリンダに押される側のスカート部へのエンジンオイルの供給が促進されるようになる。
その結果、樹脂皮膜の形状工夫により、スカート部におけるエンジンオイルの取り込みや保持作用の強化が図れ、耐久性向上も可能となる利点が得られる。

ガイド部としては、請求項４の発明のように、三角形の周方向端皮膜における斜辺で構成される手段や、請求項５の発明のように、ピストン移動方向に対して傾斜したガイド溝により構成される手段を採ることができる。

シリンダに内嵌されたピストンなどを示す縦断面図 樹脂皮膜などを示すピストンの側面図 （ａ）反スラスト側の周方向端皮膜を示す要部の拡大図、（ｂ）スラスト側の周方向端皮膜を示す要部の拡大図 （ａ）は実施形態２による周方向端皮膜を示す要部の拡大図、（ｂ）は実施形態３による周方向端皮膜を示す要部の拡大図 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。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。

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１，２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、樹脂皮膜２により形成される凹部３とを備えている。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２に示されるように、スカート部１の表面１ａに斑点状の樹脂皮膜２ａ（樹脂皮膜２の一例）が分散配置され、隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａどうしの間のスカート部１の表面１ａと、隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａとにより形成される凹部３により網目状溝４が形成されている。網目状溝４は、斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａの間に形成され、その内底面は、斑点状の樹脂皮膜２ａで覆われていないスカート部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２ａ及び凹部３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の回転方向とコンロッド１６の傾斜とによりピストン１２が下降する時に、クランク軸１７の回転方向及び爆発圧力によりピストン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。反スラスト側は、ピストン１２が上昇移動するとき（排気工程や圧縮工程）に、クランク軸１７の回転方向によりシリンダ１４に押し付けられる側となる。

図２に示されるように、斑点状の樹脂皮膜２ａは六角形状（正六角）に形成されており、隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａが若干の隙間（＝凹部３＝網目状溝４）を空けて縦横に規則正しく配列する状態でピストン１２の表面１ａに形成されている。
従って、隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａは、ピストン移動方向６及びピストン周方向８には互いに重なる状態に配列されている。
図２の例では、斑点状の樹脂皮膜２ａはピストン移動方向６に、周方向端部１Ａでは５個（又は６個）並び、周方向中央部１Ｂでは７個（又は６個）並んでいる。つまり、多数の亀の甲形状の樹脂皮膜２ａが縦横に配列されている樹脂皮膜２のコーティングパターンである。

斑点状の樹脂皮膜２ａの複数が、スカート部１のピストン周方向８に所定間隔を置いて配置されて樹脂皮膜列５を形成しており、その樹脂皮膜列５の複数が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に配列されており、それによって千鳥格子状に複数列配置されている。
図４（ｂ）に示されるように、樹脂皮膜列５の隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａ，２ａどうしの間に形成される溝部分７（＝凹部３）のピストン移動方向６側の両端開口部７ａ，７ｂは、ピストン移動方向６で隣り合う樹脂皮膜列５の斑点状の樹脂皮膜２ａ、詳しくは、斑点状の樹脂皮膜２ａにおけるピストン周方向８の中心に対向する構成とされている。

〔実施形態１〕
そして、図２，図３に示されるように、スカート部１におけるピストン周方向８で左右双方の端（＝周方向端部１Ａの端）に位置する樹脂皮膜２、即ち周方向端皮膜２ｂは三角形に形状設定されており、ピストン移動に伴ってオイルをピストン周方向８でスカート部１の中央側へ寄せ案内するガイド部Ｇが形成されている。
上下（ピストン移動方向６）に５列並ぶ三角形の周方向端皮膜２ｂは、規則正しく並ぶ斑点状の樹脂皮膜２ａのピストン周方向端のものから置き換えられた状態で設置されている。故に、周方向端皮膜２ｂの傍らには、部分的にカットされた形状の斑点状の樹脂皮膜２ａが配備されている。

図３（ａ），（ｂ）に示されるように、周方向端皮膜２ｂは、ピストン移動方向６と平行な縦辺２３、ピストン周方向８と平行な横辺２４、及び、ピストン移動方向６に対して傾斜した斜辺２５とを有しており、斜辺２５がガイド部Ｇとして機能する。なお、周方向端皮膜２ｂも機能構造的には斑点状の樹脂皮膜２ａと同じものであり、それら両者２ａ，２ｂの間は凹部３（＝網目状溝４）である。

図３（ａ）に示されるように、反スラスト側１２ｂのスカート部１に形成されている周方向端皮膜２ｂには、スカート部１がクランク軸１７から遠ざかる方向への移動に伴ってオイルをピストン周方向８でスカート部１の中央側へ寄せ案内する第２のガイド部２２が、斜辺２５、即ちガイド部Ｇとして形成されている。
つまり、ピストン１２が上昇移動する場合には、隣り合う周方向端皮膜２ｂ，２ｂの間の凹部３から斜辺２５に沿って、或いは最も反クランク軸１７側の周方向端皮膜２ｂの斜辺２５に沿って、オイルが図３（ａ）に示す矢印の如く寄せ案内され、網目状溝４内に取り込まれるようになる。

図３（ｂ）に示されるように、スラスト側１２ａのスカート部１に形成されている周方向端皮膜２ｂには、スカート部１がクランク軸１７に近づく方向への移動に伴ってオイルをピストン周方向８でスカート部１の中央側へ寄せ案内する第１のガイド部２１が、斜辺２５、即ちガイド部Ｇとして形成されている。
つまり、ピストン１２が下降移動する場合には、隣り合う周方向端皮膜２ｂ，２ｂの間の凹部３から斜辺２５に沿って、或いは最もクランク軸１７側の周方向端皮膜２ｂの斜辺２５に沿って、オイルが図３（ｂ）に示す矢印の如く寄せ案内され、網目状溝４内に取り込まれるようになる。

実施形態１によるピストン１２においては、スカート部１の広域に亘って、オイルの保持領域を形成することができる。スカート部１の表面１ａに、斑点状の樹脂皮膜２ａの多数が分散配置され、斑点状の樹脂皮膜２ａどうしの間に形成される凹部３で網目状溝４が形成されているので、スカート部１の広域に亘って、オイルの保持領域を形成することができる。

スカート部１のピストン周方向８で隣り合う斑点状の樹脂皮膜２ａどうしの間に形成される凹部３が、ピストン移動方向６で別の斑点状の樹脂皮膜２ａと隣り合う状態に設定されているので、ピストン１２の往復移動によって凹部３の両端開口部から流出するオイルがピストン移動方向６で隣の斑点状の樹脂皮膜２ａに衝突し、凹部３からのエンジンオイルの流出が抑制され、網目状溝４のオイル保持機能を高めることができる。

スカート部１の表面１ａ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、オイルの上下方向（ピストン移動方向６）通路を設けることができ、オイル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にオイルを積極的に供給することができる。

スカート部１における樹脂皮膜２，２ａ，２ｂのコーティングでなる網目状溝４のピストン周方向８の両端部が、ガイド部Ｇを有する周方向端皮膜２ｂに形成されているので、ピストン移動に伴ってピストン周方向からオイルを網目状溝４に積極的に取り込む作用が生じ、スカート部１に（主に網目状溝４に）おけるオイル保持効果が強化される。
また、オイルをスカート部１に効率良く保持できるので、オイルによる流体膜には正圧が発生し、摺動面を浮上させ、フリクション低減が図れ、従って、燃費低減の効果が期待できる。また、エンジンの耐焼き付き性も向上するようになる。特に、寒冷時でもオイル保持ができる利点もある。

図１などに示されるように、スラスト側１２ａでは、スカート部１がクランク軸１７に近づく方向へ移動する際にオイルをピストン周方向８でスカート部１の中央側へ寄せ案内するガイド部Ｇ（斜辺２５）を有する周方向端皮膜２ｂが形成され、かつ、反スラスト側１２ｂでは、前述とは逆の形態の周方向端皮膜２ｂが形成されているのが良い。
それ以外には、しかしながら、ピストン１２の組付け間違いをなくす点からは、より強く押されるスラスト側１２ａに適する周方向端皮膜２ｂのみを有するピストン１２、或いは、ピストン周方向８の一端にはスラスト側１２ａ用の周方向端皮膜２ｂが、かつ、他端には反スラスト側１２ｂ用の周方向端皮膜２ｂが形成されたピストン１２とする手段もあり得る。

〔実施形態２〕
例えば、図４（ａ）に示されるように、第２のガイド部２を有してピストン移動方向６に並ぶ周方向端皮膜２ｂにおいて、クランク軸１７（図１参照）に近い周方向端皮膜２ｂほど、ピストン周方向８で外側に張出した長さを有する三角形とする構造でも良い。つまり、クランク軸１７に近い周方向端皮膜２ｂの横辺２４ほど長くする構成である。

各周方向端皮膜２ｂは、横辺２４の始端（ピストン周方向８でスカート部１の中央側の端）の位置（ピストン周方向８の位置）は同じで、横辺２４の長さが次第に長くなる三角形の列である。ピストン移動に伴うオイルの取り込み易さが、図３（ａ）に示される場合に比べて改善される良さが加わる。
なお、実施形態２による構成は、第１のガイド部２１〔図３（ｂ）参照〕を有する周方向端皮膜２ｂに採用しても良い。

〔実施形態３〕
図４（ｂ）に示されるように、周方向端皮膜２ｂはピストン移動方向に長い単一の樹脂皮膜２からなる構成でも良い。即ち、実施形態３による周方向端皮膜２ｂは、ピストン移動方向６に長い矩形の帯状部分９に、斑点状の樹脂皮膜２ａの横半分部１０をピストン移動方向６に一つ飛びで３つ足して一体化したような形状に形成されている。

そして、周方向端皮膜２ｂには、ピストン移動方向６に対して傾斜した帯状のガイド溝１１の複数が整列状態で形成されており、それらガイド溝１１によりガイド部Ｇが構成されている。ガイド溝１１の溝底はスカート部の表面１ａであるが、樹脂皮膜２の厚みを減じてなる構造のガイド溝１１（溝底は樹脂皮膜２）でも良い。

〔別実施例〕
周方向端皮膜２ｂに形成されるガイド部Ｇ（２１，２２，２５，１１）の個数、ピストン移動方向６に対する角度、などは適宜に選択設定することができる。また、２個以上のガイド部Ｇを設ける場合、それぞれのピストン移動方向６に対する傾斜角度を互いに異なる値にしても良い。

１ スカート部
１ａ 表面
２ 樹脂皮膜
２ａ 斑点状の樹脂皮膜
２ｂ 周方向端皮膜
３ 凹部
４ 網目状溝
６ ピストン移動方向
８ ピストン周方向
９ 帯状部分
１０ 横半分部
１１ ガイド溝
２１ 第１のガイド部
２２ 第２のガイド部
２３ 縦辺
２４ 横辺
２５ 斜辺
Ｇ ガイド部

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斑点状の樹脂皮膜が分散配置され、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と、前記隣り合う斑点状の樹脂皮膜とにより形成される凹部で網目状溝が形成されるとともに、
   斑点状の樹脂皮膜のうちのピストン周方向で端に位置する周方向端皮膜は、ピストン移動方向と平行な縦辺、ピストン周方向と平行な横辺、及び、ピストン移動方向に対して傾斜した斜辺とを有し、
   前記斜辺は、前記スカート部のピストン移動方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向で前記スカート部の中央側へ寄せ案内するガイド部として機能するように形成されているエンジンのピストン。
2. スラスト側の前記スカート部に形成されている前記周方向端皮膜には、前記スカート部がクランク軸に近づく方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向で前記スカート部の中央側へ寄せ案内する第１のガイド部が、前記ガイド部として形成されている請求項１に記載のエンジンのピストン。
3. 反スラスト側の前記スカート部に形成されている前記周方向端皮膜には、前記スカート部がクランク軸から遠ざかる方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向で前記スカート部の中央側へ寄せ案内する第２のガイド部が、前記ガイド部として形成されている請求項１に記載のエンジンのピストン。
4. 前記周方向端皮膜の形状が、三角形状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. 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斑点状の樹脂皮膜が分散配置され、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と、前記隣り合う斑点状の樹脂皮膜とにより形成される凹部で網目状溝が形成されるとともに、
   斑点状の樹脂皮膜のうちのピストン周方向で端に位置する周方向端皮膜は、ピストン移動方向に長い帯状部分に、斑点状の樹脂皮膜の横半分部をピストン移動方向に一つ飛びで足して一体化したものに形成され、
   前記周方向端皮膜には、ピストン移動方向に対して傾斜した帯状のガイド溝の複数が整列状態で形成されており、
   前記ガイド溝により、前記スカート部のピストン移動方向への移動に伴ってエンジンオイルをピストン周方向で前記スカート部の中央側へ寄せ案内するガイド部が構成されているエンジンのピストン。

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