ピストン構造
【課題】排気性能が悪化することなく、燃費を向上でき、また出力を向上できるピストン構造を提供する。
【解決手段】ピストンベース体（１０）と、ピストンベース体（１０）のクラウン部（１０ａ）の裏面に形成された陽極酸化被膜層（１１）と、を有する。
【解決手段】ピストンベース体（１０）と、ピストンベース体（１０）のクラウン部（１０ａ）の裏面に形成された陽極酸化被膜層（１１）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンに用いられるピストンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トップリング溝の凝着磨耗を防止するために、トップリング溝を陽極酸化処理したピストンの構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ベース部材に対して放射率が高い陽極酸化処理を施すことで、ベース部材に対して放熱性能が向上することが知られている。前述した特許文献による構造では、トップリング溝およびクラウン部の上面に陽極酸化処理されているため、ピストンの気筒内側への放熱性能は向上するが、気筒外側への放熱性能は従来と同等である。そのため、気筒内部から外部へ放熱する性能は従来と同等である。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、排気性能が悪化することなく、燃費を向上でき、また出力を向上できるピストン構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明のピストン構造は、ピストンベース体と、ピストンベース体のクラウン部の裏面に形成された陽極酸化被膜層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クラウン部の裏面に陽極酸化被膜層を形成することで、クラウン部の熱が逃げやすくなる。この放熱効果に応じて点火時期を進角したり圧縮比を上げることで、燃費を向上でき、また出力を向上できる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す図である。
【図３】図３は、燃料を塗布してからの経過時間(横軸)とＨＣ量(縦軸)との相関を示す図である。
【図４】図４は、陽極酸化被膜層の厚さ違いによる陽極酸化被膜層の表面写真である。
【図５】図５は、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図であり、図１(Ａ)は斜視図、図１(Ｂ)は縦断面図である。
【００１２】
本実施形態のピストン１のピストンベース体１０は、クラウン部１０ａと、それに連続するピストンピンボス部１０ｂ及びスカート部１０ｃと、を含む。
【００１３】
クラウン部１０ａには、トップリング溝１０１と、セカンドリング溝１０２と、オイルリング溝１０３と、が形成される。
【００１４】
そして本実施形態では、クラウン部１０ａの裏面に、陽極酸化被膜層１１が形成されている。
【００１５】
なおピストンベース体１０はたとえばアルミニウム合金製である。そして、陽極酸化被膜層１１は、たとえばアルマイト層である。このような陽極酸化被膜層１１は、ピストンベース体１０が陽極酸化処理浴に入れられて時間及び電流が適切に管理されることで形成される。
【００１６】
本実施形態のように、クラウン部１０ａの裏面に、陽極酸化被膜層１１を形成することで、ピストンベース体１０の放射率が高くなる。すなわち熱が放射されやすくなる。
【００１７】
そのためクラウン部１０ａの熱が逃げやすくなる。この放熱効果に応じて点火時期を進角することが可能になる。また圧縮比を上げることが可能になる。
【００１８】
これによって、燃費が向上され、また出力が向上される。
【００１９】
（第２実施形態）
図２は、本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す図である。
【００２０】
本実施形態では、さらに、クラウン部１０ａの表面にも、陽極酸化被膜層１２を形成する。
【００２１】
この陽極酸化被膜層１２は、薄いこととが好ましい。特にクラウン部１０ａの裏面の陽極酸化被膜層１１よりも薄いことが望ましい。また、具体的には１０μｍ以下であることが望ましい。これについて説明する。
【００２２】
図３は、燃料を塗布してからの経過時間(横軸)とＨＣ量(縦軸)との相関を示す図である。
【００２３】
菱形は、アルミニウム合金製のベース体に対して陽極酸化被膜層を形成することなく直接燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２４】
円は、アルミニウム合金製のベース体に対して形成された膜厚１０μｍの陽極酸化被膜層に燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２５】
四角は、アルミニウム合金製のベース体に対して形成された膜厚３０μｍの陽極酸化被膜層に燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２６】
この図から判るように、陽極酸化被膜層の膜厚が１０μｍのときのＨＣ量は、陽極酸化被膜層を形成しない場合と同様である。これに対して陽極酸化被膜層の膜厚が３０μｍのときは、時間が経過してもＨＣ量が多いことが判る。
【００２７】
図４は陽極酸化被膜層の厚さ違いによる陽極酸化被膜層の表面写真であり、図４(Ａ)は陽極酸化被膜層が１０μｍの場合を示し、図４(Ｂ)は陽極酸化被膜層が３０μｍの場合を示す。
【００２８】
図３のような結果が得られた理由について、発明者らは以下のように推測する。
【００２９】
図４(Ａ)に示されるように、陽極酸化被膜層が１０μｍでは、微細な凹部(孔部)がほとんど存在しない。しかしながら、陽極酸化被膜層が３０μｍでは、図４(Ｂ)に示されるように、微細な凹部(孔部)が存在する。そして発明者らによって、この凹部(孔部)に未燃燃料(ＨＣ)が残留しやすいので、陽極酸化被膜層の膜厚が３０μｍのときは、時間が経過してもＨＣ量が多いという結論に達したのである。
【００３０】
図５は、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関を示す図である。
【００３１】
図３のような結果から、発明者らは、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関図(図５)を得た。
【００３２】
これによって排気性能を悪化させないためには、陽極酸化被膜層の厚さを１０μｍ以下ですることが望ましいという結論を得たのである。
【００３３】
本実施形態によれば、クラウン部１０ａの表面にも、陽極酸化被膜層１２が形成されたので、第１実施形態に比べて、さらに熱が放射されやすくなる。したがってこの放熱効果に応じて点火時期をさらに進角することが可能になる。また圧縮比をさらに上げることが可能になる。したがって第１実施形態よりも、さらに、燃費が向上され、また出力が向上されるのである。
【００３４】
また本実施形態では、クラウン部１０ａの表面の陽極酸化被膜層１２を、裏面の陽極酸化被膜層１１よりも薄くした。このようにすることで、陽極酸化被膜層に形成される凹部が浅くなり、未燃燃料(ＨＣ)が排出されにくくなる。
【００３５】
さらに本実施形態では、陽極酸化被膜層１２の膜厚を１０μｍ以下とした。このようにすることによっても、陽極酸化被膜層に形成される凹部が浅くなって未燃燃料(ＨＣ)が残留しにくくなり、排気性能への影響を抑制できる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００３７】
１ ピストン
１０ ピストンベース体
１０ａ クラウン部
１０ｂ ピストンピンボス部
１０ｃ スカート部
１１ クラウン部の裏面の陽極酸化被膜層
１２ クラウン部の表面の陽極酸化被膜層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンに用いられるピストンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トップリング溝の凝着磨耗を防止するために、トップリング溝を陽極酸化処理したピストンの構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ベース部材に対して放射率が高い陽極酸化処理を施すことで、ベース部材に対して放熱性能が向上することが知られている。前述した特許文献による構造では、トップリング溝およびクラウン部の上面に陽極酸化処理されているため、ピストンの気筒内側への放熱性能は向上するが、気筒外側への放熱性能は従来と同等である。そのため、気筒内部から外部へ放熱する性能は従来と同等である。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、排気性能が悪化することなく、燃費を向上でき、また出力を向上できるピストン構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明のピストン構造は、ピストンベース体と、ピストンベース体のクラウン部の裏面に形成された陽極酸化被膜層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クラウン部の裏面に陽極酸化被膜層を形成することで、クラウン部の熱が逃げやすくなる。この放熱効果に応じて点火時期を進角したり圧縮比を上げることで、燃費を向上でき、また出力を向上できる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す図である。
【図３】図３は、燃料を塗布してからの経過時間(横軸)とＨＣ量(縦軸)との相関を示す図である。
【図４】図４は、陽極酸化被膜層の厚さ違いによる陽極酸化被膜層の表面写真である。
【図５】図５は、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図であり、図１(Ａ)は斜視図、図１(Ｂ)は縦断面図である。
【００１２】
本実施形態のピストン１のピストンベース体１０は、クラウン部１０ａと、それに連続するピストンピンボス部１０ｂ及びスカート部１０ｃと、を含む。
【００１３】
クラウン部１０ａには、トップリング溝１０１と、セカンドリング溝１０２と、オイルリング溝１０３と、が形成される。
【００１４】
そして本実施形態では、クラウン部１０ａの裏面に、陽極酸化被膜層１１が形成されている。
【００１５】
なおピストンベース体１０はたとえばアルミニウム合金製である。そして、陽極酸化被膜層１１は、たとえばアルマイト層である。このような陽極酸化被膜層１１は、ピストンベース体１０が陽極酸化処理浴に入れられて時間及び電流が適切に管理されることで形成される。
【００１６】
本実施形態のように、クラウン部１０ａの裏面に、陽極酸化被膜層１１を形成することで、ピストンベース体１０の放射率が高くなる。すなわち熱が放射されやすくなる。
【００１７】
そのためクラウン部１０ａの熱が逃げやすくなる。この放熱効果に応じて点火時期を進角することが可能になる。また圧縮比を上げることが可能になる。
【００１８】
これによって、燃費が向上され、また出力が向上される。
【００１９】
（第２実施形態）
図２は、本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す図である。
【００２０】
本実施形態では、さらに、クラウン部１０ａの表面にも、陽極酸化被膜層１２を形成する。
【００２１】
この陽極酸化被膜層１２は、薄いこととが好ましい。特にクラウン部１０ａの裏面の陽極酸化被膜層１１よりも薄いことが望ましい。また、具体的には１０μｍ以下であることが望ましい。これについて説明する。
【００２２】
図３は、燃料を塗布してからの経過時間(横軸)とＨＣ量(縦軸)との相関を示す図である。
【００２３】
菱形は、アルミニウム合金製のベース体に対して陽極酸化被膜層を形成することなく直接燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２４】
円は、アルミニウム合金製のベース体に対して形成された膜厚１０μｍの陽極酸化被膜層に燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２５】
四角は、アルミニウム合金製のベース体に対して形成された膜厚３０μｍの陽極酸化被膜層に燃料を塗布したときの経過時間ごとのＨＣ量を示す。
【００２６】
この図から判るように、陽極酸化被膜層の膜厚が１０μｍのときのＨＣ量は、陽極酸化被膜層を形成しない場合と同様である。これに対して陽極酸化被膜層の膜厚が３０μｍのときは、時間が経過してもＨＣ量が多いことが判る。
【００２７】
図４は陽極酸化被膜層の厚さ違いによる陽極酸化被膜層の表面写真であり、図４(Ａ)は陽極酸化被膜層が１０μｍの場合を示し、図４(Ｂ)は陽極酸化被膜層が３０μｍの場合を示す。
【００２８】
図３のような結果が得られた理由について、発明者らは以下のように推測する。
【００２９】
図４(Ａ)に示されるように、陽極酸化被膜層が１０μｍでは、微細な凹部(孔部)がほとんど存在しない。しかしながら、陽極酸化被膜層が３０μｍでは、図４(Ｂ)に示されるように、微細な凹部(孔部)が存在する。そして発明者らによって、この凹部(孔部)に未燃燃料(ＨＣ)が残留しやすいので、陽極酸化被膜層の膜厚が３０μｍのときは、時間が経過してもＨＣ量が多いという結論に達したのである。
【００３０】
図５は、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関を示す図である。
【００３１】
図３のような結果から、発明者らは、陽極酸化被膜層の厚さを変更したときの未燃燃料(ＨＣ)の排出量の相関図(図５)を得た。
【００３２】
これによって排気性能を悪化させないためには、陽極酸化被膜層の厚さを１０μｍ以下ですることが望ましいという結論を得たのである。
【００３３】
本実施形態によれば、クラウン部１０ａの表面にも、陽極酸化被膜層１２が形成されたので、第１実施形態に比べて、さらに熱が放射されやすくなる。したがってこの放熱効果に応じて点火時期をさらに進角することが可能になる。また圧縮比をさらに上げることが可能になる。したがって第１実施形態よりも、さらに、燃費が向上され、また出力が向上されるのである。
【００３４】
また本実施形態では、クラウン部１０ａの表面の陽極酸化被膜層１２を、裏面の陽極酸化被膜層１１よりも薄くした。このようにすることで、陽極酸化被膜層に形成される凹部が浅くなり、未燃燃料(ＨＣ)が排出されにくくなる。
【００３５】
さらに本実施形態では、陽極酸化被膜層１２の膜厚を１０μｍ以下とした。このようにすることによっても、陽極酸化被膜層に形成される凹部が浅くなって未燃燃料(ＨＣ)が残留しにくくなり、排気性能への影響を抑制できる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００３７】
１ ピストン
１０ ピストンベース体
１０ａ クラウン部
１０ｂ ピストンピンボス部
１０ｃ スカート部
１１ クラウン部の裏面の陽極酸化被膜層
１２ クラウン部の表面の陽極酸化被膜層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンベース体と、
前記ピストンベース体のクラウン部の裏面に形成された陽極酸化被膜層と、
を有するピストン構造。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン構造において、
前記ピストンベース体のクラウン部の表面に形成された陽極酸化被膜層をさらに有する、
ピストン構造。
【請求項３】
請求項２に記載のピストン構造において、
前記クラウン部の表面の陽極酸化被膜層は、前記裏面の陽極酸化被膜層よりも薄い、
ピストン構造。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のピストン構造において、
前記クラウン部の表面の陽極酸化被膜層は、膜厚が１０μｍよりも薄い、
ピストン構造。
【請求項１】
ピストンベース体と、
前記ピストンベース体のクラウン部の裏面に形成された陽極酸化被膜層と、
を有するピストン構造。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン構造において、
前記ピストンベース体のクラウン部の表面に形成された陽極酸化被膜層をさらに有する、
ピストン構造。
【請求項３】
請求項２に記載のピストン構造において、
前記クラウン部の表面の陽極酸化被膜層は、前記裏面の陽極酸化被膜層よりも薄い、
ピストン構造。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のピストン構造において、
前記クラウン部の表面の陽極酸化被膜層は、膜厚が１０μｍよりも薄い、
ピストン構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０２３６０（Ｐ２０１２−２０２３６０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９６３７（Ｐ２０１１−６９６３７）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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