(57)【要約】【課題】シリンダボアとの摩擦が低減できる内燃機関用ピストンを提供する。【解決手段】内燃機関１のシリンダボア６の内面７に対して潤滑油８を介して摺動する内燃機関用ピストン２において、シリンダボア６の内面７に対してスラスト側となるピストンスカート部１０ｔの面に、条痕加工を施すことなくディンプル１１を形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダボアの内面に対して潤滑油を介して摺動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記シリンダボアの内面に対してスラスト側となるピストンスカート部の面に、条痕加工を施すことなくディンプルを形成したことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記ピストンの頂面側には、ピストンリングを取り付けるためのリング溝が形成され、前記ピストンスカート部は前記リング溝より下方のピストンに形成され、前記ディンプルは、前記リング溝の直下からピストン下端に亘って形成された請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記反スラスト側ピストンスカート部の面に条痕又は平滑面を形成した請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項４】
前記ディンプルは、開口幅が１μｍ以上、５０μｍ以下、深さが１μｍ以上５０μｍ以下に形成された請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項５】
前記ディンプルが形成されるディンプル領域に対する前記ディンプルの面積率が２％以上、５０％以下にされた請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
【請求項６】
ピストンピンの軸方向に対して直交するスラスト方向を０°とし、そのスラスト方向に延びる線に対し±４５°以内の範囲で前記ディンプルが形成された請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトにコンロッドを介して連結される内燃機関用ピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４に示すように、ピストン２０には、ピストンスカート部２１に条痕加工が施されたものがある。条痕２２は、ピストン停止時に潤滑油８を溜める機能を有し、内燃機関を暫く止めていた場合であっても潤滑油切れが防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２７１４２号公報
【特許文献２】特開２００６−０１６９８２号公報
【特許文献３】特開平１０−１３２０７６号公報
【特許文献４】特開２００１−３０４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、条痕２２はギザギザの凹凸であるため、摩擦が大きくなる原因となる。
【０００５】
これに対し、ピストンスカート部２１の条痕加工廃止により、局所的な接触を低減することが考えられる。しかし、面圧の高いスラスト側ピストンスカート部では、依然局所的な接触があり、混合潤滑が主体となる。一方、反スラスト側ピストンスカート部は、スラスト側に比べ面圧が低いため流体潤滑が主体となる。
【０００６】
図５に油膜厚さと摩擦損失（摩擦係数）のイメージを示す。混合潤滑領域では摺動部（スラスト側ピストンスカート部）の油膜厚さが厚いほど摩擦損失は小さくなる。一方、流体潤滑領域では摺動部の油膜厚さが厚いほど摩擦損失は大きくなる。したがって、潤滑状態に合わせた適切な摩擦損失低減方策を選択する必要がある。特にスラスト側ピストンスカート部は潤滑状態が厳しく、摩擦損失が大きい。
【０００７】
また、図６に示すように、条痕を廃止したスラスト側ピストンスカート部２３は平滑であるため動圧効果が得にくく、低い油膜圧力となる。またさらに、条痕加工を廃止した状態においても、ピストンスカート表面には微小な凹凸２４があることに加えて、ピストンスカート表面は筒内圧によってシリンダボア内面７に押し付けられるため、局所的な接触が起こり、摩擦損失が大きくなるという課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、摩擦損失が低減できる内燃機関用ピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
内燃機関のシリンダボアの内面に対して潤滑油を介して摺動する内燃機関用ピストンにおいて、前記シリンダボアの内面に対してスラスト側となるピストンスカート部の面に、条痕加工を施すことなくディンプルを形成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関用ピストンによれば、摩擦損失が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る内燃機関用ピストンをスラスト側から視た側面図であり、（ｂ）は、内燃機関用ピストンの平面説明図である。
【図２】（ａ）は、反スラスト側ピストンスカート部とスラスト側ピストンスカート部の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大説明図である。
【図３】（ａ）は膨張行程時の内燃機関の要部断面説明図であり、（ｂ）は圧縮行程時の内燃機関の要部断面説明図である。
【図４】条痕加工が施されたスラスト側ピストンスカートの断面説明図である。
【図５】油膜厚さと摩擦係数の関係のイメージを表した図である。
【図６】条痕加工を廃止したスラスト側ピストンスカートの断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。ただし、本実施の形態においては、ピストンが、上死点に向かう方向を上方、下死点に向かう方向を下方とする。
【００１３】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関１のピストン２は、クランクシャフト３にコンロッド４を介して連結されると共に、シリンダブロック５に形成されたシリンダボア６内に位置され、シリンダボア６の内面７に対して潤滑油８（図２（ａ）、（ｂ）参照）を介して摺動するようになっている。なお、図中ピストン２より上方のシリンダボア６は燃焼室１５の一部を構成する。
【００１４】
また、図１（ａ）に示すように、ピストン２の頂面側（上側）には、ピストンリング（図示せず）を取り付けるための複数のリング溝９が上下に近接して形成されており、最下段のリング溝９より下方のピストン２には、ピストンスカート部１０が形成されている。ただし、本実施の形態では、最下段のリング溝９を境とする下方のピストン２全体をピストンスカート部１０とする。なお、ピストン２に形成されるリング溝９は、単数であってもよい。
【００１５】
また、図３及び図２（ａ）に示すように、シリンダボア６の内面７に対してスラスト側となるスラスト側ピストンスカート部１０ｔの面は、条痕が廃止されて平滑にされると共に、油膜厚さＴｔが厚くなるようにディンプル１１が形成されている。ここでスラスト側とは、ピストンピン１２の軸方向に対して直交する方向のうち、内燃機関１の膨張行程時にコンロッド４の先端が向く方向の側（図３の紙面右側）をいう。内燃機関１では、コンロッド４がシリンダボア６の軸方向に対して傾くため、膨張行程時のピストン２は常にスラスト側のシリンダボア６の内面７に押し付けられる。また、反スラスト側とは、スラスト側とは反対側（図３の紙面左側）をいう。
【００１６】
ディンプル１１は、サンドブラスト、レーザ加工等により形成される。図１（ｂ）に示すように、ディンプル１１は、ピストンピン１２の軸方向に対して直交するスラスト方向を０°とし、そのスラスト方向に延びる線１３に対する角度θが±４５°以内の範囲に形成されている。また、ディンプル１１は、リング溝９の直下からピストン２の下端に亘る範囲に形成されている。図２（ｂ）に示すように、ディンプル１１は、開口幅Ｗが１μｍ以上、５０μｍ以下、深さＤが１μｍ以上５０μｍ以下に形成されている。
【００１７】
ディンプル１１の面積率（ディンプル１１が形成されるディンプル領域１４の面積に対するディンプル１１の総面積の比）は、２％以上、５０％以下にされている。面積率の調節は、サンドブラストでディンプル１１を形成する場合、噴射空気に対する粒子の体積密度を調節することで行う。
【００１８】
また、反スラスト側ピストンスカート部１０ａの面には、ディンプルは形成されず、条痕（図示せず）又は平滑面（図２（ａ）参照）が形成されている。流体潤滑が主体である反スラスト側ピストンスカート部１０ａでは、油膜圧力が増大すると摩擦損失が増大するため、ディンプルを形成しない。
【００１９】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、内燃機関１が圧縮行程に至ると、ピストン２は、ピストン方向に対して傾斜したコンロッド４から上方への力を受けると共に燃焼室１５内のガスから反力を受け、反スラスト側がシリンダボア６の内面７に押し付けられる。これにより、スラスト側ピストンスカート部１０ｔとシリンダボア６との間隔が僅かに拡がり、スラスト側のシリンダボア６の内面７に潤滑油８が集まる。
【００２１】
この後、図３（ａ）に示すように、内燃機関１が膨張行程に至ると、燃焼による膨張力がピストン２を押し、この力がコンロッド４を介してクランクシャフト３に伝わり、クランクシャフト３を回動させる。コンロッド４は、ピストン２が上死点から押し下げられる過程でシリンダボア６の中心軸ｃに対して傾き、スラスト側ピストンスカート部１０ｔがシリンダボア６の内面７に押し付けられる。このとき、図２（ａ）に示すように、スラスト側ピストンスカート部１０ｔは、条痕が廃止されて平滑にされると共にディンプル１１が形成されているため、平滑化による局所的な接触の低減と、動圧効果による油膜圧力増加の相乗効果が得られ、スラスト側ピストンスカート部１０ｔに厚い油膜１６が形成され、摩擦損失が低減される。また、反スラスト側のピストンスカート部１０ａは、ピストン側圧が低く、既に十分に厚い油膜が形成されているため、流体潤滑が主体となる。そのため、油膜厚さの増加は、潤滑油のせん断抵抗増加による摩擦増大の原因となるが、反スラスト面にはディンプルは形成していないため、摩擦が増大することはない。また、図２（ｃ）に示すように、局所的な接触の低減によって摩耗量が低減でき、ディンプル１１内に摩耗粉１８を引き込むことができ、ピストンスカート部１０の面の清浄化ができ、スカッフの発生が抑制される。
【００２２】
このように、スラスト側ピストンスカート部１０ｔの面に、条痕加工を施すことなくディンプル１１を形成したため、動圧効果が得られ摩擦損失が低減でき、ピストンスカート部１０及びシリンダボア内面７の摩耗量が低減でき、スカッフの発生を抑制できる。
【００２３】
ピストン２の頂面側には、ピストンリングを取り付けるためのリング溝９が形成され、ピストンスカート部１０はリング溝９より下方のピストン２に形成され、ディンプル１１は、リング溝９の直下からピストン２の下端に亘って形成されるものとしたため、特に摩擦が大きな部分での摩擦を低減でき、摩擦損失を効率よく低減できる。
【００２４】
ディンプル１１は、開口幅Ｗが１μｍ以上、５０μｍ以下、深さＤが１μｍ以上、５０μｍ以下に形成されるものとしたため、油膜圧力を効果的に増加できる。
【００２５】
ディンプル１１の面積率が２％以上、５０％以下にされるものとしたため、油膜圧力を効果的に増加できる。
【００２６】
スラスト方向に延びる線１３に対し±４５°以内の範囲でディンプル１１が形成されるものとしたため、特に摩擦が大きな部分での摩擦を低減でき、摩擦損失を効率よく低減できる。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  ピストン
６  シリンダボア
７  内面
８  潤滑油
１０ｔ  スラスト側ピストンスカート部
１０ａ  反スラスト側ピストンスカート部
１１  ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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