JP2008231972A - Piston of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンのピストンに関し、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の潤滑の技術分野に属する。 The present invention relates to a piston of an engine, and belongs to the technical field of lubrication of a piston skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine.
一般に、エンジンのシリンダブロックの気筒内にはピストンが往復動自在に配置されており、このピストンには気筒内壁面と摺接するスカート部が形成されている。なお、本明細書では、クランク軸側に最も近いピストンリングであるオイルリングが装着される溝下面部よりもクランク軸側で、又は、前記オイルリングよりもクランク軸側で、気筒内壁面と摺接する部分をスカート部という。このスカート部の外表面と気筒内壁面との間はオイルによって潤滑状態に保たれており、これにより摺動抵抗が低減されてピストンは気筒内を円滑に往復動することができる。 In general, a piston is reciprocally disposed in a cylinder of an engine cylinder block, and a skirt portion is formed on the piston so as to be in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder. In this specification, the cylinder inner wall surface is slid on the crankshaft side with respect to the groove lower surface where the oil ring, which is the piston ring closest to the crankshaft side, is mounted, or on the crankshaft side with respect to the oil ring. The part that contacts is called the skirt. The space between the outer surface of the skirt and the inner wall surface of the cylinder is kept in a lubrication state by the oil, whereby the sliding resistance is reduced and the piston can smoothly reciprocate in the cylinder.
従来、ピストンスカート部に複数の条痕溝を加工形成することが知られている(例えば特許文献1参照)。ここで、条痕溝は、スカート部の外表面において周方向に延びるように形成された断面U字状やV字状の凹溝であり、条痕溝の深さは数μmから数十μm、隣接する条痕溝間の間隔(すなわち条痕溝のピッチ)は数十μmから数百μmとされる。 Conventionally, it is known to process and form a plurality of streak grooves in a piston skirt (see, for example, Patent Document 1). Here, the streak groove is a U-shaped or V-shaped cross-sectional groove formed so as to extend in the circumferential direction on the outer surface of the skirt portion, and the depth of the streak groove is several μm to several tens μm. The interval between adjacent streak grooves (that is, the pitch of the streak grooves) is several tens μm to several hundreds μm.
このように、気筒内壁面と摺接するピストンスカート部の外表面に条痕溝を形成することにより、この条痕溝にオイルが溜まり、このオイルによってスカート部外表面と気筒内壁面との間が良好な潤滑状態に保たれ、その結果、たとえピストンが高速で往復動しても、オイル切れが起きず、スカート部外表面と気筒内壁面との間でスカッフ(焼き付き)が発生することが防止される。 Thus, by forming a streak groove on the outer surface of the piston skirt portion that is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder, oil accumulates in the streak groove, and this oil causes a gap between the outer surface of the skirt portion and the inner wall surface of the cylinder. As a result, even if the piston reciprocates at high speed, the oil does not run out and scuffing (burn-in) between the outer surface of the skirt and the inner wall surface of the cylinder is prevented. Is done.
なお、前記特許文献1には、ピストンスカート部の外表面に形成した条痕溝の表面に陽極酸化皮膜を被せ、この陽極酸化皮膜に二硫化モリブデンの皮膜をコーティングすることが開示されている。また、特許文献2には、シリンダの内周摺動面にホーニング加工により研削痕を周方向に角度を成して形成し(クロスハッチ)、これをオイル溜りとすることが開示されている。
ところで、ピストンスカート部の外表面に周方向に形成される条痕溝は、従来、直線状であるため、条痕溝のオイル保持量が相対的に多くなく、また、ブローバイの通過等に起因して、すなわちピストンと気筒内壁面との間の極く僅かな隙間を介して燃焼室側からクランクケース側へ未燃焼ガスが漏れ出すこと等に起因して、条痕溝内のオイルが条痕溝に沿って周方向に逃げ易いため、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性を確保することが困難となる場合がある。 By the way, since the groove groove formed in the circumferential direction on the outer surface of the piston skirt portion is conventionally linear, the amount of oil retained in the groove groove is not relatively large, and it is also caused by the passage of blow-by, etc. That is, the unburned gas leaks from the combustion chamber side to the crankcase side through a very small gap between the piston and the inner wall surface of the cylinder. Since it is easy to escape in the circumferential direction along the groove, it may be difficult to ensure uniform lubricity between the outer surface of the piston skirt and the inner wall surface of the cylinder.
本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおける前記のような不具合に対処するもので、条痕溝のオイル保持量の増大と周方向へのオイル逃げの抑制とを図ることにより、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性を容易に確保することを課題とする。 The present invention addresses the above-described problem in an engine piston in which a plurality of streak grooves are formed in the circumferential direction on the outer surface of a skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine. An object is to easily ensure uniform lubricity between the outer surface of the piston skirt and the inner wall surface of the cylinder by increasing the holding amount and suppressing oil escape in the circumferential direction.
前記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンであって、前記条痕溝が波状に形成されていることを特徴とするエンジンのピストン。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
ここで、図11に、本発明における波状条痕溝の好ましい具体的態様のいくつかを例示する。本発明における波状条痕溝は、例えば、図11(a)のように、波の変位部分A,Bが角状であり、これらの変位部分A,Bを結ぶラインが傾斜した直線状であるものを含む。また、図11(b)のように、変位部分A,Bが丸みを帯びていたり、図11(c)のように、変位部分A,Bが台状であっても構わない。あるいは、図11(d)のように、波全体が滑らかな曲線で構成されていてもよい。 Here, FIG. 11 illustrates some preferred specific embodiments of the wavy groove groove in the present invention. In the present invention, for example, as shown in FIG. 11 (a), the wave-shaped streak groove has a square shape with wave-displaced portions A and B, and the line connecting these displaceable portions A and B is inclined. Including things. Further, the displacement portions A and B may be rounded as shown in FIG. 11B, or the displacement portions A and B may be trapezoidal as shown in FIG. 11C. Alternatively, as shown in FIG. 11D, the entire wave may be configured with a smooth curve.
次に、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエンジンのピストンであって、前記波状条痕溝のうち反ピストンヘッド側への変位部分が隣接する波状条痕溝同士で相互に周方向にずれて位置していることを特徴とするエンジンのピストン。
Next, the invention according to
次に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のエンジンのピストンであって、前記波状条痕溝のうちピストンヘッド側への変位部分がピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝の反ピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置し、反ピストンヘッド側への変位部分が反ピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝のピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置していることを特徴とするエンジンのピストン。
Next, the invention according to claim 3 is the piston of the engine according to
次に、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のエンジンのピストンであって、前記波状条痕溝は相互に接触していないことを特徴とするエンジンのピストン。
Next, the invention according to
ここで、条痕溝について「相互に接触する」とは、2つ以上の条痕溝同士が、条痕溝内の空間が相互に連通するほどに、交差又は合流する、という意味である。したがって、条痕溝が「相互に接触していない」とき、各条痕溝はそれぞれ離間しており、条痕溝内の空間が他の条痕溝内の空間と連通することがない。 Here, “contact with each other” with respect to the streak groove means that two or more streak grooves intersect or merge so that the spaces in the streak groove communicate with each other. Therefore, when the groove grooves are “not in contact with each other”, the groove grooves are separated from each other, and the spaces in the groove grooves do not communicate with the spaces in the other groove grooves.
まず、請求項1に記載の発明によれば、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、前記条痕溝を波状に形成したから、前記条痕溝を直線状に形成した場合と比べて、条痕溝の長さが大きくなり、その結果、条痕溝のオイル保持量が相対的に多くなる。また、波状条痕溝の変位部分A,B(図11参照)がオイル逃げの障害になり、条痕溝内のオイルが周方向に逃げるためには蛇行しなければならず、その結果、条痕溝内のオイルが条痕溝に沿って周方向に逃げ難くなる。これらにより、条痕溝のオイル保持量の増大と周方向へのオイル逃げの抑制とを図ることができ、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性を容易に確保することができる。
First, according to the invention described in
次に、請求項2に記載の発明によれば、波状条痕溝のうち反ピストンヘッド側への変位部分を隣接する波状条痕溝同士で相互に周方向にずれて位置させたから(ピストンヘッド側への変位部分の位置は問題ではない)、ピストン摺動方向における反ピストンヘッド側へのオイルの抜けを抑制することができる。すなわち、周方向に延びる条痕溝を波状に形成することにより、条痕溝にはピストンヘッド側への変位部分(以下、便宜上「山部分」ということがある)と反ピストンヘッド側への変位部分(同、「谷部分」ということがある)とができる。そして、ピストン摺動方向がほぼ上下方向であると、条痕溝内のオイルが谷部分、つまり下側への変位部分に集合し易くなる。このとき、隣接する波状条痕溝同士で谷部分が相互に周方向に一致して位置していると、谷部分に集合したオイルが直下の条痕溝に移動したときにその条痕溝の谷部分に短距離・短時間で集合することになり、この繰り返しにより条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側に抜け易くなる。これに対し、隣接する波状条痕溝同士で谷部分が相互に周方向にずれて位置していると、谷部分に集合したオイルが直下の条痕溝に移動したときにその条痕溝の谷部分に集合するまでの移動距離・移動時間が長くなり、この繰り返しにより条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側に抜け難くなる。その結果、反ピストンヘッド側へのオイル抜けを抑制することができ、条痕溝のオイル保持量を確保できて、この点からも、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性を容易に確保することができる。また、下側へのオイル抜けを抑制することにより、オイル消費量の減少を図ることもできる。 Next, according to the second aspect of the present invention, the portion of the wavy streak groove that is displaced toward the anti-piston head side is positioned so that the adjacent wavy streak grooves are displaced from each other in the circumferential direction (piston head). The position of the displacement portion to the side is not a problem), and oil can be prevented from coming off to the side opposite to the piston head in the piston sliding direction. That is, by forming a groove groove extending in the circumferential direction in a wavy shape, the groove groove has a displacement part to the piston head side (hereinafter sometimes referred to as a “mountain part” for convenience) and a displacement to the anti-piston head side. Part (same as “valley part”). When the piston sliding direction is substantially vertical, the oil in the streak groove easily collects in the valley portion, that is, the downward displacement portion. At this time, if the valley portions are located in the circumferential direction between the adjacent wavy groove grooves, when the oil gathered in the valley portion moves to the groove groove directly below, The oil gathers in the valley portion in a short distance and in a short time, and this repetition makes it easy for oil in the streak groove to fall downward, that is, to the anti-piston head side. On the other hand, when the valley portions are positioned in the circumferential direction between the adjacent wavy groove grooves, when the oil gathered in the valley portion moves to the groove groove directly below, The movement distance and the movement time until it gathers in the valley portion becomes longer, and the repetition of this makes it difficult for the oil in the streak groove to come down, that is, to the anti-piston head side. As a result, oil can be prevented from slipping out to the anti-piston head side, and the amount of oil retained in the streak groove can be secured. From this point as well, it is uniform between the outer surface of the piston skirt and the cylinder inner wall surface. It is possible to easily ensure a good lubricity. Further, the oil consumption can be reduced by suppressing the oil from dropping downward.
次に、請求項3に記載の発明によれば、波状条痕溝のうちピストンヘッド側への変位部分をピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝の反ピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置させ、反ピストンヘッド側への変位部分を反ピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝のピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置させたから、ピストン摺動方向における反ピストンヘッド側へのオイルの抜けをより一層抑制することができる。すなわち、まず、前記請求項2に記載の発明との関連でいうと、隣接する波状条痕溝同士で谷部分が相互に周方向に最大にずれて位置することになるので、オイルの移動距離・移動時間が最大に長くなり、条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側により一層抜け難くなる。加えて、隣接する波状条痕溝同士で一方の条痕溝の山部分と他方の条痕溝の谷部分とが相互に周方向に一致して位置することになるので、直上の条痕溝の谷部分と直下の条痕溝の山部分との間でピストン摺動方向の距離が最も短くなり、ピストンの往復動に伴って直上の条痕溝の谷部分から直下の条痕溝の山部分へのオイルの移動だけでなく直下の条痕溝の山部分から直上の条痕溝の谷部分へのオイルの移動も起こり易くなり、このような条痕溝同士のオイルのやりとりによって、さらに、条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側に抜け難くなる。その結果、反ピストンヘッド側へのオイル抜けをより一層抑制することができ、条痕溝のオイル保持量をより一層確保できて、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性をより一層容易に確保することができる。また、オイル消費量のさらなる減少を図ることもできる。
Next, according to the third aspect of the present invention, the displacement portion to the piston head side of the wavy groove groove and the displacement portion to the anti-piston head side of the adjacent wavy groove groove on the piston head side are arranged in the circumferential direction. Since the displacement part to the anti-piston head side is located substantially coincident with the displacement part to the piston head side of the adjacent wavy groove groove on the anti-piston head side, the piston slide Oil can be further prevented from coming off to the anti-piston head side in the moving direction. That is, first, in the context of the invention described in
次に、請求項4に記載の発明によれば、波状条痕溝を相互に接触させないようにしたから、これによっても、ピストン摺動方向における反ピストンヘッド側へのオイルの抜けをより一層抑制することができる。すなわち、波状条痕溝が相互に接触していると、前述したように、条痕溝内の空間が相互に連通することになり、その結果、オイルの移動経路が増えて、条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側に抜け易くなる。これに対し、波状条痕溝が相互に接触していないと、条痕溝内の空間が他の条痕溝内の空間と連通することがなく、スカート部の上部に形成された条痕溝から下部に形成された条痕溝へのオイルの移動が起こり難くなって、条痕溝内のオイルが下側、つまり反ピストンヘッド側に抜け難くなる。その結果、反ピストンヘッド側へのオイル抜けをより一層抑制することができ、この点からも、条痕溝のオイル保持量をより一層確保できて、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性をより一層容易に確保することができる。また、オイル消費量のさらなる減少を図ることもできる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説明する。
Next, according to the invention described in
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン10のピストン1は、上部にシリンダヘッド11が固定されたシリンダブロック12の気筒内(気筒内壁面に符号13を付す)に上下に往復動自在に配置されている。ピストン1はピストンピン15でコンロッド14の上端部と連結されており、コンロッド14の下端部はクランク軸(図示せず)に連結されている。ピストン1の上部には上方から順に2本のピストンリング16a,16b及び1本のオイルリング16cが装着されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、ピストン1は、頂面を提供するピストンヘッド2の直下方に、図1のピストンリング16a,16b及びオイルリング16cを装着するためのリング溝3a,3b,3cが形成されていると共に、オイルリング溝3c(ないしオイルリング16c)よりも下側(クランク軸側)に、気筒内壁面13と摺接するスカート部4が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3及び図4に示すように、スカート部4の内側には、図1のピストンピン15を支持するための支持部5がピストンヘッド2の下面から垂下して形成され、支持部5にはピストンピン15が挿通するピン穴6が設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図1、図3及び図4に示したように、ピストン1は、軽量化の要請のために、スラスト側及び反スラスト側にのみスカート部4,4が設けられた、アルミ合金を母材とする鋳造物である。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the
そして、図2に示したように、スカート部4の外表面に、周方向に延びる複数の条痕溝7…7が加工形成されている。特に、条痕溝7…7のオイル保持量の増大と周方向へのオイル逃げの抑制とを図るため、条痕溝7…7は波状に形成されている。その結果、条痕溝7には、図5に例示するように、ピストンヘッド2側への変位部分、つまり山部分Aと、反ピストンヘッド2側への変位部分、つまり谷部分Bとができる。特に、本実施形態では、ピストン1の摺動方向(ピストン1の往復動方向ないしピストン1の軸方向に同じ)が上下方向であるから、山部分Aは上側への変位部分であり、谷部分Bは下側への変位部分である。
As shown in FIG. 2, a plurality of
ここで、図6を参照して、スカート部4の外表面に前記のような波状条痕溝7…7を加工形成する方法を説明する。すなわち、例えばNC(numerical control)旋盤やNC複合機等を用い、スカート部4の外表面に対して、条痕溝形成工具50の刃先を外方から当接させ、ピストン1を摺動方向を軸として回転させながら、条痕溝形成工具50を黒矢印のように摺動方向(図例は上下方向)に一定の振幅で往復動させつつ、同時に、白抜矢印のように摺動方向(図例は下方)に一定の速度で移動させることにより、スカート部4の外表面に波状条痕溝7…7を加工成形するのである。
Here, with reference to FIG. 6, a method for processing and forming the
このような加工方法により、スカート部4の外表面には、条痕溝形成工具50の刃先の断面形状(図例はU字状)を有する波状条痕溝7…7が周方向に亘って螺旋状に形成される。このとき、条痕溝7の最大深さが一定となるように、スカート部4の外表面に対して工具50の図面上における水平方向の位置を調整する。また、隣接する条痕溝7,7間の間隔(すなわち条痕溝7のピッチ)が一定となるように、工具50の摺動方向の移動速度(図6の白抜矢印)を調整する。
By such a processing method, the
その場合に、条痕溝7の最大深さは、例えば、高面圧領域では5〜50μm、低面圧領域では2〜10μm等が好ましい。高面圧領域において条痕溝7の最大深さが5μm未満となると、条痕溝7のオイル溜め機能ひいてはスカッフ発生抑制機能が不足する。また、高面圧領域において条痕溝7の最大深さが50μmを超えて大きくなると、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に及ぶこととなる。一方、低面圧領域において条痕溝7の最大深さが2μm未満となると、スカート部4の外表面が平滑過ぎて、気筒内壁面13に対するスカート部4の馴染み性(微小摩耗による形状の合い沿い性)が不足し、スカッフを生じる可能性が高くなる。また、低面圧領域において条痕溝7の最大深さが10μmを超えて大きくなると、スカート部4の摩擦係数ひいてはピストン1の摺動抵抗が大きい状態が徒に長期に及ぶこととなる。
In that case, for example, the maximum depth of the
さらに、条痕溝7のピッチは、例えば、50〜500μm等が好ましい。条痕溝7のピッチが50μm未満となると、スカート部4の外表面に条痕溝7…7を加工形成する際の条痕溝7全体の長さが極めて長くなるため、条痕溝7形成の加工時間が長くなり、生産性が悪化する。また、条痕溝7のピッチが500μmを超えて大きくなると、条痕溝7のピッチが過度に大きくなるため、オイル溜め機能が不足してスカッフが発生する。
Furthermore, the pitch of the
さらに、図6に示したように、隣接する条痕溝7,7同士が間隔を空けるように条痕溝7,7を形成して、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状(台状)とする。これにより、条痕溝7…7を相互に接触させずに離間させて形成することができる。このとき、条痕溝7内の空間は他の条痕溝7内の空間と連通することがない。なお、図6及び図7において、プラトー状の頂部7aの幅に符号Wpを付してある。
Further, as shown in FIG. 6, the
ここで、条痕溝形成工具50を上下方向に一定の振幅で往復動(図6の黒矢印)させる条件に応じて、波状条痕溝7が種々の態様に形成される。例えば、ピストン1の回転速度を一定にしつつ、工具50の上下方向の往復動速度を一定にして、工具50を往復動の上端及び下端で速やかに方向転換させると、前述の図11(a)のように、波の山部分A及び谷部分Bが角状であり、これらの山部分Aと谷部分Bとを結ぶラインが傾斜した直線状であるものが得られる。また、往復動の上端及び下端での工具50の方向転換の前後で工具50の往復動速度を緩めると、前述の図11(b)のように、波の山部分A及び谷部分Bが丸みを帯びたものが得られる。さらに、往復動の上端及び下端での工具50の方向転換の際に工具50の往復動を一時停止すると、前述の図11(c)のように、波の山部分A及び谷部分Bが台状であるものが得られる。あるいは、工具50の往復動速度を往復動の上端及び下端に向けて徐々にゼロとし、中間部に向けて徐々に最大とすると、前述の図11(d)のように、波全体が滑らかな曲線で構成された、正弦波様のものが得られる。
Here, the
いずれの場合も、条痕溝形成工具50の上下方向の往復動速度とピストン1の回転速度との比率に応じて、波状条痕溝7の振幅と波長との比率が種々に変化する。一般に、ピストン1の回転速度に対する工具50の上下方向の往復動速度の比率が大きくなるほど、波状条痕溝7の波長が短くなる。そして、波長が短くなるほど、波状条痕溝7の山部分Aと谷部分Bとを結ぶラインの水平方向からの傾斜角が大きくなる(傾斜が急峻となる)。そして、このことは、条痕溝7内のオイルが条痕溝7に沿って周方向に逃げ難くなる度合いを増進させる方向に働くので、周方向へのオイル逃げを抑制する点では有利となるが、条痕溝7内のオイルが条痕溝7の谷部分Bに集合し易くなる度合いを増進させる方向にも働くので、ピストン摺動方向(下方向)へのオイル抜けを抑制する点では不利となる。したがって、周方向へのオイル逃げとピストン摺動方向へのオイル抜けとを共に均衡させて抑制するという観点から、条痕溝形成工具50の上下方向の往復動速度とピストン1の回転速度との比率を選択する必要がある。
In either case, the ratio of the amplitude and wavelength of the
前記観点から、図5(a)に例示したように、波状条痕溝7の振幅と波長との比率の一方の限界値を1:3.46とし、図5(b)に示すように、他方の限界値を1:2とすることが好ましい。このとき、前者では、波状条痕溝7の山部分Aと谷部分Bとを結ぶラインの水平方向からの傾斜角がおよそ30°となり、後者では、45°となる。前記傾斜角が30°未満であると、ピストン摺動方向へのオイル抜け抑制効果は十分となるが、周方向へのオイル逃げ抑制効果が不十分となる。一方、前記傾斜角が45°を超えて大きいと、周方向へのオイル逃げ抑制効果は十分となるが、ピストン摺動方向へのオイル抜け抑制効果が不十分となる。
From the above viewpoint, as illustrated in FIG. 5 (a), one limit value of the ratio of the amplitude and wavelength of the
ただし、波状条痕溝7の振幅と波長との比率の好ましい範囲は、前記に限られず、エンジン10の負荷や、ピストン1の形状、あるいはオイルの供給量等に応じて、適宜、最適範囲を決定すべきである。
However, the preferable range of the ratio between the amplitude and the wavelength of the
以上のように、本実施形態においては、エンジン10の気筒内壁面13と摺接するスカート部4の外表面に複数の条痕溝7…7が周方向に形成されたエンジン10のピストン1において、図7に例示するように、前記条痕溝7…7を波状に形成したから、条痕溝を従来のように直線状に形成した場合等と比べて、条痕溝7…7の長さが大きくなり、その結果、条痕溝7…7のオイル保持量が相対的に多くなる。また、波状条痕溝7の山部分A及び谷部分Bがオイル逃げの障害になり、条痕溝7内のオイルが周方向に逃げるためには矢印で示したように蛇行しなければならず、その結果、たとえブローバイがピストンスカート部4の外表面を通過しても、条痕溝7内のオイルが条痕溝7に沿って周方向に逃げ難くなる。これらにより、条痕溝7のオイル保持量の増大と周方向へのオイル逃げの抑制とを図ることができ、ピストンスカート部4の外表面と気筒内壁面13との間に均一な潤滑性を容易に確保することができる。
As described above, in the present embodiment, in the
これに対し、図10に例示するように、条痕溝7…7を直線状に形成した場合は、ブローバイがピストンスカート部4の外表面を通過すると、条痕溝7内のオイルが条痕溝7に沿って周方向に逃げ易く、その結果、ピストンスカート部4の外表面と気筒内壁面13との間に均一な潤滑性を確保することが困難となる。
On the other hand, as illustrated in FIG. 10, when the
次に、図8に例示するように、波状条痕溝7のうち谷部分B…Bを、隣接する波状条痕溝7,7同士で、相互に周方向にずれて位置させるようにすると、ピストン摺動方向(下方向)へのオイル抜けを抑制することができる。
Next, as illustrated in FIG. 8, when the valley portions B... B of the
すなわち、周方向に延びる条痕溝7を波状に形成することにより、条痕溝7にはピストンヘッド2側(上側)への山部分Aと反ピストンヘッド2側(下側)への谷部分Bとができる。このとき、隣接する波状条痕溝7,7同士で谷部分B,Bが相互に周方向に一致して位置していると(図7参照)、谷部分Bに集合したオイルが直下の条痕溝7に移動したときにその条痕溝7の谷部分Bに短距離・短時間で集合することになり、この繰り返しにより条痕溝7…7内のオイルが下側に抜け易くなる。これに対し、図8のように、隣接する波状条痕溝7,7同士で谷部分B,Bが相互に周方向にずれて位置していると、谷部分Bに集合したオイルが直下の条痕溝7に移動したときにその条痕溝7の谷部分Bに集合するまでの移動距離・移動時間が矢印で示したように長くなり、この繰り返しにより条痕溝7…7内のオイルが下側に抜け難くなる。その結果、条痕溝7…7内のオイルの下側への抜けを抑制することができ、条痕溝7のオイル保持量を確保できて、この点からも、ピストンスカート部4の外表面と気筒内壁面13との間に均一な潤滑性を容易に確保することができる。また、下側へのオイル抜けを抑制することにより、オイル消費量の減少を図ることもできる。
That is, by forming the
次に、図9に例示するように、波状条痕溝7のうち山部分A…Aを、ピストンヘッド2側(上側)で隣接する波状条痕溝7の谷部分B…Bと、周方向にほぼ一致して位置させると共に、波状条痕溝7のうち谷部分B…Bを、反ピストンヘッド2側(下側)で隣接する波状条痕溝7の山部分A…Aと、周方向にほぼ一致して位置させるようにすると、ピストン摺動方向(下方向)へのオイル抜けをより一層抑制することができる。
Next, as illustrated in FIG. 9, the crest portion A... A of the
すなわち、まず、前記図8との関連でいうと、隣接する波状条痕溝7,7同士で谷部分B,Bが相互に周方向に最大にずれて位置することになるので、オイルの移動距離・移動時間が最大に長くなり、条痕溝7…7内のオイルが下側により一層抜け難くなる。加えて、隣接する波状条痕溝7,7同士で、一方の条痕溝7の山部分A…Aと他方の条痕溝7の谷部分B…Bとが相互に周方向に一致して位置することになるので、直上の条痕溝7の谷部分B…Bと直下の条痕溝7の山部分A…Aとの間でピストン摺動方向の距離(すなわち、プラトー状の頂部7aの幅Wp:図6及び図7参照)が最も短くなり、図9に矢印で示したように、ピストン1の往復動に伴って、直上の条痕溝7の谷部分B…Bから直下の条痕溝7の山部分A…Aへのオイルの移動だけでなく、直下の条痕溝7の山部分A…Aから直上の条痕溝7の谷部分B…Bへのオイルの移動も起こり易くなり、このような条痕溝7,7同士のオイルのやりとりによって、さらに、条痕溝7…7内のオイルが下側に抜け難くなる。その結果、条痕溝7…7内のオイルの下側への抜けをより一層抑制することができ、条痕溝7のオイル保持量をより一層確保できて、ピストンスカート部4の外表面と気筒内壁面13との間に均一な潤滑性をより一層容易に確保することができる。また、オイル消費量のさらなる減少を図ることもできる。
That is, first, in relation to FIG. 8, the valley portions B and B are located at the maximum in the circumferential direction between the adjacent
そして、いずれの場合も(図7〜図9)、波状条痕溝7…7を相互に接触させずに離間させて形成したから、これによっても、ピストン摺動方向(下方向)へのオイル抜けをより一層抑制することができる。
In each case (FIGS. 7 to 9), the
すなわち、波状条痕溝7…7が相互に接触していると、条痕溝7…7内の空間が相互に連通することになり、その結果、オイルの移動経路が増えて、条痕溝7…7内のオイルが下側に抜け易くなる。これに対し、波状条痕溝7…7が相互に接触していないと、条痕溝7…7内の空間が他の条痕溝7…7内の空間と連通することがなく、スカート部4の上部に形成された条痕溝7…7から下部に形成された条痕溝7…7へのオイルの移動が起こり難くなって、条痕溝7…7内のオイルが下側に抜け難くなる。その結果、条痕溝7…7内のオイルの下側への抜けをより一層抑制することができ、この点からも、条痕溝7のオイル保持量をより一層確保できて、ピストンスカート部4の外表面と気筒内壁面13との間に均一な潤滑性をより一層容易に確保することができる。また、オイル消費量のさらなる減少を図ることもできる。
That is, when the
さらに、条痕溝7…7内の空間が相互に連通するほどに、複数の条痕溝7…7を交差又は合流させて、相互に接触するように形成すると、その接触の交点で条痕溝7…7の側壁が壊れたり、条痕溝形成工具50の刃先が損傷する、という欠点もある。
Further, when the plurality of
そして、例えば、条痕溝7,7間の頂部7aを鋭角な頂状としたときは、ピストンスカート部4は気筒内壁面13と線で摺接することになるが、本実施形態のように(図6参照)、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたときには、ピストンスカート部4は気筒内壁面13と面で摺接することになる。したがって、ピストンスカート部4と気筒内壁面13との摺接によって条痕溝7,7間の頂部7aに作用する単位面積あたりの圧力が低減し、これにより、条痕溝7,7間の頂部7aが摩耗し難くなり、条痕溝7の最大深さの減少が抑制されて、条痕溝7のオイル溜め機能の減少が抑制される。
For example, when the
なお、図示しないが、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたとき、このプラトー状の頂部7aに微細凹部(マイクロディンプル)を形成してもよい。このような微細凹部は、微細鋼球を高圧エア等で高速投射するショットピーニングの技術を用いて形成することができる。その場合に、微細鋼球の径やエア圧を調節することにより、微細凹部のサイズや深さをコントロールすることができる。
Although not shown, when the top 7a between the
このように、プラトー状の頂部7aに微細凹部を形成することで、この微細凹部にもオイルが溜まり、条痕溝7に溜まったオイルだけでなく、この微細凹部に溜まったオイルによっても、ピストンスカート部4と気筒内壁面13との間が良好な潤滑状態に保たれることとなる。
In this way, by forming a fine recess in the plateau-like
この場合、微細凹部を形成した頂部7aの表面粗さは、十点平均粗さRz(JIS B0601−1994)で、Rz<条痕溝7の最大深さとする。Rz≧条痕溝7の最大深さとすると、条痕溝7,7間の頂部7aを平坦なプラトー状としたことによる摩擦係数低減効果ひいては摺動抵抗低減効果が損なわれ、微細凹部を形成した意味がなくなる。
In this case, the surface roughness of the
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態であるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、さらに種々の変更や改良を加えることができる。例えば、前記実施形態では、条痕溝7の断面形状はU字状であったが、これに限定されず、V字状や多角形状等であってもよい。また、前記実施形態では、エンジンはガソリンを燃料とする火花点火式エンジンであったが、これに限定されず、軽油を燃料とする高圧縮比を有するディーゼルエンジン等であってもよい。また、前記実施形態では、1本の条痕溝7をスカート部4の外表面に螺旋状となるように形成したが、これに限定されず、1本の条痕溝7をスカート部4の外表面に沿って円を描くように形成し、このような条痕溝7をスカート部4の外表面に対し往復動方向に亘って複数本配置すると共に、これら複数本の条痕溝7…7の間隔が所定のピッチ幅となるように形成してもよい。また、図7〜図9に例示したような波状条痕溝7…7を同じ単一のスカート部4の外表面に混成してもよい。
The above embodiment is the best embodiment of the present invention, but various changes and improvements can be added without departing from the scope of the claims. For example, in the said embodiment, although the cross-sectional shape of the
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジンの気筒内壁面と摺接するスカート部の外表面に複数の条痕溝が周方向に形成されたエンジンのピストンにおいて、条痕溝のオイル保持量の増大と周方向へのオイル逃げの抑制とを図ることにより、ピストンスカート部の外表面と気筒内壁面との間に均一な潤滑性を容易に確保することが可能な技術であるから、エンジンの気筒内壁面と摺接するピストンの潤滑の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。 As described above in detail with reference to specific examples, the present invention provides an engine piston in which a plurality of streak grooves are formed in the circumferential direction on the outer surface of the skirt portion that is in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine. A technology that can easily ensure uniform lubricity between the outer surface of the piston skirt and the inner wall surface of the cylinder by increasing the amount of oil retained in the groove and suppressing oil escape in the circumferential direction. Therefore, a wide range of industrial applicability is expected in the technical field of piston lubrication in sliding contact with the cylinder inner wall surface of the engine.
1 ピストン
4 スカート部
7 波状条痕溝
7a 隣接する条痕溝間の頂部
10 エンジン
13 気筒内壁面
50 条痕溝形成工具
A 山部分(ピストンヘッド側への変位部分)
B 谷部分(反ピストンヘッド側への変位部分)
Wp 隣接する条痕溝間の頂部の幅
DESCRIPTION OF
B trough part (displacement part to the anti-piston head side)
Wp Top width between adjacent streak grooves
Claims (4)
前記条痕溝が波状に形成されていることを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston having a plurality of streak grooves formed in a circumferential direction on an outer surface of a skirt portion that is in sliding contact with an inner wall surface of an engine cylinder,
An engine piston, wherein the groove is formed in a wave shape.
前記波状条痕溝のうち反ピストンヘッド側への変位部分が隣接する波状条痕溝同士で相互に周方向にずれて位置していることを特徴とするエンジンのピストン。 The piston of the engine according to claim 1,
A piston for an engine characterized in that a portion of the wavy streak groove that is displaced toward the side opposite to the piston head is positioned so as to be offset in the circumferential direction between adjacent wavy streak grooves.
前記波状条痕溝のうちピストンヘッド側への変位部分がピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝の反ピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置し、反ピストンヘッド側への変位部分が反ピストンヘッド側で隣接する波状条痕溝のピストンヘッド側への変位部分と周方向にほぼ一致して位置していることを特徴とするエンジンのピストン。 The piston of the engine according to claim 1,
Of the wavy groove groove, the displacement portion to the piston head side is positioned substantially coincident with the displacement portion to the anti-piston head side of the adjacent wavy groove groove on the piston head side, toward the anti-piston head side. A piston of an engine characterized in that a displacement portion of is located substantially in the circumferential direction with a displacement portion toward the piston head side of a wavy groove groove adjacent on the anti-piston head side.
前記波状条痕溝は相互に接触していないことを特徴とするエンジンのピストン。 An engine piston according to any one of claims 1 to 3,
The piston of an engine, wherein the wavy groove grooves are not in contact with each other.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-03-19 JP JP2007070143A patent/JP2008231972A/en active Pending
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