JP2004144014A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関におけるピストンの摩擦抵抗の低減化を図ることである。
【解決手段】スカート部３のスラスト側および反スラスト側のそれぞれにシリンダ２２のピストン摺動面２３に対して転動可能な転がり軸受１０を設け、前記スカート部３とピストン摺動面２３との接触を転がり接触として摩擦抵抗の低減化を図る。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレシプロエンジンに適用される内燃機関用ピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のピストンにおけるスカート部は燃焼工程においてシリンダのピストン摺動面に対し高速で摺動し、上死点および下死点ではストローク方向が逆転する。この逆転時、スカート部とピストン摺動面の摺動部は境界潤滑領域にさらされる。特に、この領域において、上死点側では爆発工程による気筒内圧力をスカート部のスラスト側および反スラスト側で受けるため、スカート部は、シリンダのピストン摺動面の性状に併せて耐焼付き性、耐スカッフィング性等に対して考慮した設計がなされている。
【０００３】
従来のピストンでは、スカート部の表面を旋削あるいはローラ転造により加工して、スカート部表面を、＋点平均粗さＲｚが２０μｍ以上となるようにしている。この場合、スカート部の摩耗が進行しても油溜りとしての谷部が残されることになる。
【０００４】
しかしながら、かかる摺動面の場合、初期摩耗が著しく、摩耗低減策に至っていないばかりか、逆にフリクションを悪化させていた。
【０００５】
かかる問題点を解決するため、スカート部の表面を＋点平均粗さＲｚが１０μｍ以下となるように加工し、その表面に溝幅が３０乃至１００μｍの溝を加工したピストンが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、耐久信頼性を確保するため、スカート部に耐摩耗性、耐焼付き性に優れた摩擦係数の小さい低摩擦樹脂皮膜層を施したピストンが提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−８８１０１号公報（第２頁、図１および２）
【特許文献２】
特開平４−１７５４４２号公報（第５頁、図１および２）
【０００８】
これらは、いずれもシリンダとピストン間の摩擦係数を小さくし、摺動抵抗を減らし、燃費の向上に寄与している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１および特許文献２に記載されたいずれのピストンもシリンダのピストン摺動面に対して面接触する構成であるため、摩擦係数の低減化および低フリクション化に限界があった。
【００１０】
この発明の課題は、内燃機関におけるピストンの摩擦抵抗の低減化を図り、ピストンスカート部の焼付きやスカッフィングの発生を防止することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明においては、スカート部のスラスト側および反スラスト側にシリンダのピストン摺動面に沿って転動可能な転がり軸受を回転自在に設けた構成を採用したのである。
【００１２】
ここで、転がり軸受は、ピストンの摺動時の安定化を図り、かつ燃焼時にピストンが傾くのを防止するため、スラスト側および反スラスト側のそれぞれでピストン軸方向に間隔をおいて複数設けるようにしている。
【００１３】
上記のように、スカート部に転がり軸受を設けることにより、シリンダのピストン摺動面に対する接触が転がり接触となるため、接触部における摩擦抵抗の低減化を図り、燃費の向上に寄与することができる。また、スカート部の焼付きおよびスカッフィングの発生を防止することができる。
【００１４】
ここで、転がり軸受の外輪の外周面が円筒面であると、前記外輪の外周面の軸方向両端のエッジがシリンダのピストン摺動面に接触して二点接触となり、その接触部での面圧が高く、接触部を損傷させるおそれがある。
【００１５】
そこで、この発明に係るピストンにおいては、転がり軸受の外輪の外周を軸受の軸方向に凸円状にわん曲する円弧面とし、その円弧面の曲率半径をピストンの半径とほぼ同径としている。このように構成すると、転がり軸受の外輪はシリンダのピストン摺動面に対して線接触することになり、接触部での面圧は小さく、接触部の損傷防止に効果を挙げることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図４に示すようにピストン１は、リング装着部２およびスカート部３を有し、前記リング装着部２にはコンプレッションリングおよびオイルリングが装着される複数のリング溝４が軸方向に間隔をおいて設けられている。
【００１７】
図２に示すように、ピストン１はシリンダブロック２１に形成されたシリンダ２２内に組込まれ、そのシリンダ２２のピストン摺動面２３に沿って摺動可能とされている。その組込みにおいて、ピストン１の左側はスラスト側とされ、右側が反スラスト側とされている。
【００１８】
図１乃至図３に示すように、ピストン１におけるスカート部３にはスラスト側および反スラスト側に下端から軸方向に延びる溝５が設けられ、その溝５の両側に形成された二股片６には、一側面から他側面に貫通するピン孔７がピストン軸方向に間隔をおいて設けられている。
【００１９】
ピン孔７のそれぞれにはピン８が挿入されている。ピン８はピン孔７の内周に取付けられた止め輪９によって抜け止めされている。各ピン８には、溝５と対応する位置にピストン摺動面２３に対して転動可能な転がり軸受１０と、その転がり軸受１０を位置決めする２個のカラー１１が嵌合されている。
【００２０】
図４に示すように、転がり軸受１０における外輪１０ａの外周は、軸受軸方向に凸円状にわん曲する円弧面１２とされ、その円弧面１２の曲率半径ｒは、ピストン１の半径（ピストン摺動面２３の半径）に対してほぼ同径とされている。
【００２１】
上記のように、ピストン１におけるスカート部３のスラスト側および反スラスト側のそれぞれに、ピストン摺動面２３に対して転動可能な転がり軸受１０をピストン軸方向に間隔をおいて設けることによって、ピストン摺動面２３に対するスカート部３の接触が転がり接触となり、スカート部をピストン摺動面に面接触させる従来のピストンに比較して、接触部における摩擦抵抗を大幅に低減させることができ、燃費の向上を図ることができる。また、摩擦抵抗の低減化により、スカート部３の焼付きおよびスカッフィングの発生を防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、スカート部３のスラスト側および反スラスト側のそれぞれ片側で２個の転がり軸受１０をピストン軸方向に間隔をおいて設けることにより、ピストン１が傾くのを防止し、ピストン１を常に円滑に摺動させることができる。
【００２３】
さらに、図４に示すように、転がり軸受１０の外輪１０ａの外周を円弧面１２とし、その円弧面１２の曲率半径ｒをピストン１の半径とほぼ同径とすることによって、外輪１０ａの円弧面１２はピストン摺動面２３に対して線接触することになり、その接触部での面圧は小さく、接触部の損傷防止に効果を挙げることができる。
【００２４】
図５および図６は、この発明に係るピストンの他の例を示している。図５に示すピストンにおいては、スカート部３の二股片６間に渡された上下２本のピン８のうち、上側のピン８に１個の転がり軸受１０を嵌合し、かつ下側のピン８に２個の転がり軸受１０を嵌合しており、また、図６に示すピストンにおいては、上下２本のピン８のそれぞれに２個の転がり軸受１０を嵌合するようにしている。
【００２５】
上記のように、スカート部３のスラスト側および反スラスト側のそれぞれ片側で３個以上の転がり軸受１０を設けることによってピストン１の安定化を図り、ピストン１の傾きをより確実に防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明においてはスカート部のスラスト側および反スラスト側にシリンダのピストン摺動面に対して転動可能な転がり軸受を設けたことにより、ピストンの摺動時における摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。このため、燃費の向上を図り、スカート部の焼付きやスカッフィングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るピストンの実施形態を示す正面図
【図２】図１に示すピストンの組込み状態を示す縦断側面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図
【図４】転がり軸受を示す平面図
【図５】この発明に係るピストンの他の例を示す断面図
【図６】この発明に係るピストンのさらに他の例を示す断面図
【符号の説明】
３　スカート部
１０　転がり軸受
１０ａ　外輪
１２　円弧面

Claims (3)

1. スカート部のスラスト側および反スラスト側にシリンダのピストン摺動面に沿って転動可能な転がり軸受を回転自在に設けた内燃機関用ピストン。
2. 前記転がり軸受を、スラスト側および反スラスト側のそれぞれでピストン軸方向に間隔をおいて複数設けた請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記転がり軸受における外輪の外周を軸受軸方向に凸円状にわん曲する円弧面とし、その円弧面の曲率半径をピストンの半径にほぼ等しくした請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストン。

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