(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に摺動自在に設けられる内燃機関のピストンであって、
オイルリングを取り付けるための周方向に延びるオイルリング溝を下端部に形成したクラウンと、
前記クラウンから下方に延びるとともに前記シリンダ内を摺動する摺動面を有するスカートと、を備え、
当該スカートの前記摺動面には、潤滑油を前記オイルリング溝に導入するための導油溝が、前記摺動面の下端から前記オイルリング溝まで延びるとともに、当該オイルリング溝に向かうに従って幅が狭くなるように形成され、
前記スカートの前記摺動面には、前記シリンダの内壁との摩擦を低減するための下コーティング層および一部に切欠きを有する上コーティング層が、内側から順に形成されており、
前記導油溝は、前記上コーティング層の前記切欠きで構成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記導油溝は、爆発・膨張行程の際に前記シリンダの内壁からより大きな側圧が作用する、前記摺動面のスラスト側にのみ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のピストン。
【請求項３】
前記導油溝は、前記摺動面のスラスト側の中央に配置され、前記摺動面の摺動方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関のピストンとして、例えば実開平２−９６４５３号公報に開示されたものが知られている。このピストンのスカートの摺動面には、シリンダの内壁との摩擦を低減するために、二硫化モリブデンやフッ素樹脂などの低摩擦剤から成るコーティング層が形成されている。
【０００３】
また、スカートの摺動面には、その下端からオイルリング溝に延びる一定の幅の導油溝が形成されている。そして、この導油溝により、ピストンがシリンダ内を下方に移動するときに、潤滑油がオイルリング溝へ導入される。それにより、摺動面を潤滑するとともに、オイルリング溝での潤滑油不足が原因となって、オイルリングやその上方のコンプレッションリングが焼き付いたり破損したりすることを防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の内燃機関のピストンには、次のような問題がある。ピストンとシリンダの内壁との摩擦抵抗は、コンプレッションリングおよびオイルリングが取り付けられているクラウンと、スカートとの間でおよそ７：３の比率であるので、クラウンに取り付けたオイルリングなどの破損や焼付きがより発生しやすく、クラウンをより潤滑する必要がある。しかし、従来の内燃機関のピストンでは、一定の幅の導油溝がスカートの摺動面の下端からオイルリング溝まで比較的長く延びているので、スカートの摺動面とシリンダの内壁との間の潤滑は可能であるものの、潤滑油を長い導油溝を介してオイルリング溝に良好に行き渡らせることが困難であるため、潤滑油が不足がちになり、オイルリングを十分に潤滑することができない。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、スカートの摺動面とシリンダの内壁との摩擦の低減効果を確保しながら、オイルリングを十分に潤滑することができる内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、シリンダ内に摺動自在に設けられる内燃機関のピストン１であって、オイルリングを取り付けるための周方向に延びるオイルリング溝６を下端部に形成したクラウン２と、クラウン２から下方に延びるとともにシリンダ内を摺動する摺動面３ａを有するスカート３と、を備え、スカート３の摺動面３ａには、潤滑油をオイルリング溝６に導入するための導油溝１０が、摺動面３ａの下端からオイルリング溝６まで延びるとともに、オイルリング溝６に向かうに従って幅が狭くなるように形成され、スカート３の摺動面３ａには、シリンダの内壁との摩擦を低減するための下コーティング層９ａおよび一部に切欠きを有する上コーティング層９ｂが、内側から順に形成されており、導油溝１０は、上コーティング層９ｂの切欠きで構成されていることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関のピストンによれば、吸入行程または爆発・膨張行程のときに、ピストンが下方に移動することで、シリンダの内壁に付着している潤滑油が、スカートの摺動面に形成された導油溝に導入される。また、導油溝に導入された潤滑油は、ピストンが下方に移動する際に、ピストンに対して上方に移動し、上方のオイルリング溝に近づくにつれて、テーパ状の導油溝の形状に沿って集められ、搾り出されるようにしてオイルリング溝に供給される。すなわち、導油溝の幅が一定である場合よりも、オイルリング溝に近い位置にある潤滑油をオイルリング溝側に押し出そうとする力がより強く作用する。その結果、潤滑油がオイルリング溝に十分に供給されることでオイルリング溝全体に行き渡り、潤滑油の不足によるオイルリングの破損や焼付きを防止できるとともに、その上方のコンプレッションリングにも潤滑油が供給され、ピストンリング全体の耐久性を向上させることができる。
【０００８】
また、一般に爆発・膨張行程のときには、スカートの摺動面がシリンダの内壁に衝突することによってピストンスラップ音が発生する。これに対し、本発明による導油溝は、潤滑油が満たされることによりオイル溜りとしても機能する。すなわち、導油溝に溜められた潤滑油が、ピストンとシリンダの内壁との間で緩衝材の役割を果たすことによって、ピストンスラップ音を低減させることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、上コーティング層によって、スカートの摺動面とシリンダの内壁との摩擦が低減され、それにより、燃費を向上させることができる。また、導油溝が上コーティング層に形成された切欠きで構成されているので、例えば下コーティング層をマスキングしながら上コーティング層をコーティングすることによって、例えばピストンのスカートに導油溝を機械的加工で形成する場合と比較して、導油溝を安価かつ精度良く形成することができる。また、上コーティング層の厚さを調整することにより、導油溝の深さの調整も容易に行うことができる。さらに、シリンダの内壁との摩擦による上コーティング層の摩耗により、導油溝が消失したとしても、下コーティング層は残されたままであり、摩擦の低減効果が失われることはないので、燃費を向上させる効果も維持することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る内燃機関のピストン１において、導油溝１０は、爆発・膨張行程の際にシリンダの内壁からより大きな側圧が作用する、摺動面３ａのスラスト側にのみ形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、スカートのスラスト側において、請求項１の場合と同様の作用が得られる。また、オイルリング溝は、クラウンの周方向の全体にわたって延びているので、導油溝がスカートのスラスト側にのみ形成されていても、潤滑油はオイルリング溝全体に行き渡り、オイルリングおよびコンプレッションリングを十分に潤滑することができる。また、スカートの摺動面がシリンダの内壁に衝突し、より大きな側圧を受けるのは爆発・膨張行程のみであるので、スラスト側のみに導油溝を形成しても、前述したピストンスラップ音の低減効果は失われない。以上により、摺動面のスラスト側以外にも導油溝を形成する場合よりも加工に必要な手間を軽減でき、それにより、製造コストを削減することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る内燃機関のピストン１において、前記導油溝１０は、摺動面３ａのスラスト側の中央に配置され、摺動面３ａの摺動方向に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関のピストン（以下、単に「ピストン」という）１の正面図であり、図２は、そのスラスト側の側面図である。
【００１６】
このピストン１は、全体が例えば熱膨張率の小さいアルミ合金で構成され、中空で上下方向に短く、下方に開口した円筒形状のクラウン２と、このクラウン２から下方に延び、シリンダ（図示せず）の内壁を摺動するスカート３とを備えている。
【００１７】
クラウン２には、上から順に、トップリング溝４、セカンドリング溝５およびオイルリング溝６が、それぞれ周方向の全体にわたって延びるように形成されている。トップリング溝４およびセカンドリング溝５には、コンプレッションリング（図示せず）がそれぞれ取り付けられる。これらのコンプレッションリングは、シリンダの内壁とトップリング溝３およびセカンドリング溝４にそれぞれ密着することによって燃焼室を密封する。また、オイルリング溝６には、オイルリング（図示せず）が取り付けられる。このオイルリングは、コンプレッションリングに潤滑油（図示せず）を適度に供給するとともに、シリンダの内壁に付着している余分な潤滑油を回収するためのものである。また、オイルリング溝６の底面には、オイルリングにより回収した潤滑油を捕集し、ピストン１の内側へ排出するための複数の排油孔７が形成されている。
【００１８】
クラウン２から下方に延びるスカート３には、前後方向に貫通するピストンピン孔８が形成されている。このピストンピン孔８に、ピストンピン（図示せず）を介してコンロッド（図示ぜず）が連結される。
【００１９】
スカート３の左右の部分および上端部の外周面は、シリンダの内壁を摺動する摺動面３ａになっており、この摺動面３ａは、ピストン１を上方から見たときには、クラウン２の外周面よりもわずかにはり出している。これに対して、スカート３の摺動面３ａ以外の外周面は、クラウン２の外周面よりも内側に後退している。
【００２０】
スカート３の摺動面３ａには、コーティング剤が２層に分けてコーティングされ、所定の厚さの下コーティング層９ａおよび上コーティング層９ｂが形成されている。これらのコーティング層９ａおよび９ｂは、シリンダの内壁との摩擦を低減するためのものであり、そのようなコーティング剤として例えば、樹脂コートやモリブデンコートなどが、また、摩擦を更に低減できるものとして、モリショット、鉄メッキ、ニッケルリンメッキ、鉄粉コーティングやブラックフロロコンパウンドなどが挙げられる。本実施形態においては、下コーティング層９ａとして鉄メッキを用い、また、上コーティング層９ｂとしてモリブデンコートを用いている。また、スカート３のスラスト側である右側の部分の摺動面３ａには、スカート３の下端からオイルリング溝６に向かって延びるテーパ状の導油溝１０が形成されている。この導油溝１０は、スカート３の下端およびオイルリング溝６の双方で開放しており、次のようにして形成される。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、まず、スカート３の摺動面３ａの全体に、コーティング剤を例えばスプレーで吹き付けることによって、所定の厚さ（例えば１５μｍ）の下コーティング層９ａを形成する。次に、下コーティング層９ａの所定の位置に、形成する導油溝１０の形状に応じたマスキングＭを施す。そして、この状態で、更に所定の厚さ（例えば７μｍ）の上コーティング層９ｂを同様にして形成した後、マスキングＭを除去する。それにより、図３（ｂ）に示すように、マスキングＭが施されていた部分には、上コーティング層９ｂが形成されないことにより、導油溝１０が形成される。すなわち、導油溝１０の底面はコーティング層９ａの表面であり、その深さはコーティング層９ｂの厚さに等しい。
【００２２】
以上のようなピストン１によれば、スカート３の摺動面３ａに、コーティング層９ａ、９ｂが形成されているので、ピストン１がシリンダ内を摺動する際に、シリンダの内壁との摩擦を低減することができ、それにより燃費を向上させることができる。
【００２３】
また、爆発・膨張行程のときには、ピストン１は、連結されているコンロッドにより下方に強く引っ張られる。コンロッドは、ピストン１の動作を上下方向に規制するシリンダの軸線方向に対して、ピストン１の摺動面３ａのスラスト側に傾斜した状態でピストン１を強く引っ張ることにより、摺動面３ａのスラスト側は、シリンダの内壁に衝突し、押し付けられた状態で、すなわちシリンダの内壁から大きな側圧を受けた状態で下方に移動する。
【００２４】
吸入行程または爆発・膨張行程のように、ピストン１がシリンダ内を下方に移動する際に、摺動面３ａのスラスト側に形成された導油溝１０の下端から、シリンダの内壁に付着した潤滑油が導入され、その後、導入された潤滑油が、ピストン１の導油溝１０内を上方に移動する。本実施形態では、導油溝１０は、上方のオイルリング溝６に向かってテーパ状に形成されていることにより、潤滑油は、導油溝１０の形状に沿って上方に移動しながら集められ、オイルリング溝６に搾り出されるようにして十分に供給される。また、オイルリング溝６は、クラウン２の周方向の全体にわたって延びているので、供給された潤滑油がオイルリング溝６全体に行き渡ることによって、これに取り付けられているオイルリングを十分に潤滑することができ、潤滑油の不足によるオイルリングの破損や焼付きを防止することができる。また、それに伴い、上方のコンプレッションリングにも潤滑油が十分に供給されることにより、コンプレッションリングの破損や焼付きも防止することができ、ピストンリング全体の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
また、潤滑油が導油溝１０内に満たされることにより、摺動面３ａのスラスト側における潤滑油の不足を防止することができ、摺動面３ａでの破損や焼付きを防止することができる。また、導油溝１０は、潤滑油が満たされることにより、オイル溜りとしても機能する。すなわち、導油溝１０に溜められた潤滑油が緩衝材の役割を果たすことによって、爆発・膨張行程のときに、摺動面３ａがシリンダの内壁に衝突することで発生する、前述したようなピストンスラップ音を低減することができる。
【００２６】
また、シリンダの内壁との摩擦による摩耗により、摺動面３ａのスラスト側の上コーティング層９ｂが消失することにより、導油溝１０が消失したときには、上コーティング層９ｂとシリンダの内壁との間に存在していた間隙は、消失した上コーティング層９ｂの厚さの分だけ大きくなる。その際には、下コーティング層９ａは残されたままなので、シリンダの内壁との摩擦の低減効果が失われることはなく、燃費を向上させる効果も維持することができる。また、上コーティング層９ｂの摩耗による消失分をあらかじめ予測して、上コーティング層９ｂの厚さを設定することもできる。
【００２７】
また、本実施形態においては、導油溝１０が摺動面３ａのスラスト側にのみ形成されているので、摺動面３ａのその他の部分にも導油溝１０を形成するときよりも、加工に要する手間を軽減することができ、その分、製造コストを削減することができる。
【００２８】
図４は、本発明の第２実施形態を示している。前述した第１実施形態では、２層のコーティング層９ａ、９ｂを形成し、上コーティング層９ｂを形成しない部分で導油溝１０を構成しているのに対して、本実施形態は、同図（ｂ）に示すように、コーティング層９ｃを１層とし、コーティング層９ｃを形成しない部分（非コーティング部）でテーパ状の導油溝１０を構成したものである。このような導油溝１０は、例えば同図（ａ）に示すように、スカート３の摺動面３ａに直接、マスキングＭを施した状態で、例えばモリブデンコートにより所定の厚さのコーティング層９ｃを形成し、マスキングＭを除去することによって形成される。この構成では、導油溝１０の底面は摺動面３ａであり、その深さは、コーティング層９ｃの厚さに等しい。その他の構成要素については、第１実施形態と同様である。
【００２９】
したがって、本実施形態においても、テーパ状の導油溝１０を介して、オイルリング溝６を十分に潤滑できるなど、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。また、本実施形態においては、摺動面３ａに形成されるコーティング層９ｃが１層のみであるので、導油溝１０を安価にかつ精度良く形成することができる。また、コーティング層９ｃの厚さを調整することにより、導油溝１０の深さも容易に調整することができる。
【００３０】
なお、摺動面３ａに直接、機械的な加工を施すことによって導油溝１０を形成してもよい。また、コーティング層の層数は、１層または２層に限られることはなく、より多数の層としてもよく、その場合には、最上層から任意の層数のコーティング層を形成しないことによって導油溝１０を構成することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の内燃機関のピストンによれば、スカートの摺動面とシリンダの内壁との摩擦の低減効果を確保しながら、オイルリングを十分に潤滑することができる、などの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるピストンの正面図である。
【図２】図１に示すピストンのスラスト側の側面図である。
【図３】図１に示すピストンの摺動面のスラスト側に導油溝を形成するときの模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるピストンの摺動面のスラスト側に導油溝を形成するときの模式図である。
【符号の説明】
１      ピストン
２      クラウン
３      スカート
３ａ    摺動面
６      オイルリング溝
９ａ    下コーティング層
９ｂ    上コーティング層
９ｃ    コーティング層
１０      導油溝
【図１】
0004018419.tif 000002
【図２】
0004018419.tif 000003
【図３】
0004018419.tif 000004
【図４】
0004018419.tif 000005