JP2008038748A - Piston of reciprocating internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a hitting sound and a friction loss caused between a piston and a cylinder inner wall surface, while reducing weight of the piston of a reciprocating internal combustion engine. <P>SOLUTION: Two pairs of rollers R, R, etc. are installed in a piston skirt part 22. The two pairs of rollers R, R, etc. are arranged in a lower position of a piston pin 31 in a side view, and are distributively arranged by pair in a symmetrical position sandwiching the piston pin 31 in a plan view. The respective pairs of rollers R and R are distributively arranged in a symmetrical position for sandwiching a motion reference surface P1 of a connecting rod 32 orthogonal to the piston pin 31. These two pairs of rollers R, R, etc. rollingly contact with the cylinder inner wall surface instead of a piston skirt of a conventional piston, and stabilize a reciprocating motion attitude of a piston 20A. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピストンの往復運動をクランクの働きを利用して回転運動に変換して出力するようにしたレシプロ内燃機関のピストンに関する。   The present invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine in which a reciprocating motion of a piston is converted into a rotational motion using a crank and output.

レシプロ内燃機関は、自動車用の原動機として最も多用されている内燃機関であり、改良の歴史も長い。今日、環境問題等の視点から、電気モータとのハイブリッド化や完全電気自動車への移行が模索されているが、運転可能状態の機関の重量に対する出力の大きさや出力の立ち上がりの鋭敏さにおいて、電気自動車等の追随を容易には許さない。したがって、レシプロ内燃機関は、使用燃料の多様化等の時代の要求に即した更なる改良を受けることを条件に、今後も相当期間、自動車用の原動機として主役の座を維持するものと思われる。   The reciprocating internal combustion engine is an internal combustion engine that is most frequently used as a prime mover for automobiles, and has a long history of improvement. Today, from the viewpoint of environmental issues, etc., a hybrid with an electric motor or a transition to a fully electric vehicle is being sought.However, in terms of the magnitude of the output relative to the weight of the engine in an operable state and the sharpness of the output rise, It is not easy to follow cars. Therefore, it is expected that the reciprocating internal combustion engine will maintain its leading role as a prime mover for automobiles for a considerable period of time, subject to further improvements in line with the demands of the times such as diversification of fuel used. .

レシプロ内燃機関は、多数の機械要素と機能部分からなり、その改良は、多岐に及んでいる。本発明は、このうちのピストンに関する。ピストンは、シリンダヘッドと対向するようにシリンダボア内に摺動自在に装填されて機関の燃焼室を形成している。ピストンの下方には、クランクシャフトが配設され、ピストンとクランクシャフトとは、連接棒を介して連結されている。連接棒の一端は、連接棒小端と称し、ピストンピンを挿通するためのピン孔が形成されている。一方、連接棒の他端は、連接棒大端と称し、クランクシャフトのクランク部を把持するための分割構造の軸孔が形成されている。   The reciprocating internal combustion engine is composed of a large number of mechanical elements and functional parts, and the improvements are wide-ranging. The present invention relates to a piston among them. The piston is slidably loaded into the cylinder bore so as to face the cylinder head to form a combustion chamber of the engine. A crankshaft is disposed below the piston, and the piston and the crankshaft are connected via a connecting rod. One end of the connecting rod is called a connecting rod small end, and a pin hole for inserting a piston pin is formed. On the other hand, the other end of the connecting rod is referred to as a connecting rod large end, and a shaft hole having a divided structure for holding the crank portion of the crankshaft is formed.

ピストンには、ピストンピンの両端部を支持するための1対のボス部が形成され、ピストンと連接棒小端とは、1対のボス部間に連接棒小端を位置決めし、一方のボス部から他方のボス部側にピストンピンを挿通することによって連結されている。つまり、ピストンは、ピストンピンを回転軸として首を振る構造になっている。   The piston is formed with a pair of boss portions for supporting both ends of the piston pin. The piston and the connecting rod small end position the connecting rod small end between the pair of boss portions. It is connected by inserting a piston pin from the part to the other boss part side. That is, the piston has a structure in which the head is swung with the piston pin as the rotation axis.

レシプロ内燃機関においては、ピストンと連接棒とクランクシャフトとの組合せによって、往復運動と回転運動とが機械的に連携して行われる。レシプロ4行程機関では、爆発行程においてピストンが連接棒を介してクランクシャフトを駆動し、吸気行程、圧縮行程および排気行程においては、クランクシャフトがピストンを駆動する。このように動力の伝達方向が行程によって異なる場合であっても、ピストンが往復運動をし、クランクシャフトが回転運動をすることには変わりがない。この際、連接棒は、ピストンピンを中心とする首振り運動とクランクシャフトに伴う往復運動と旋回運動との複合運動をする。この複合運動は、ピストンピンおよびクランクシャフトに直交し、ピストンの中心を通る1平面に属する運動であり、本願においては、連接棒の「運動基準面」と表現している。   In a reciprocating internal combustion engine, a reciprocating motion and a rotational motion are mechanically linked by a combination of a piston, a connecting rod, and a crankshaft. In the reciprocating four-stroke engine, the piston drives the crankshaft via the connecting rod in the explosion stroke, and the crankshaft drives the piston in the intake stroke, the compression stroke, and the exhaust stroke. Thus, even if the transmission direction of power varies depending on the stroke, the piston reciprocates and the crankshaft rotates. At this time, the connecting rod performs a combined motion of a swing motion around the piston pin, a reciprocating motion associated with the crankshaft, and a turning motion. This combined motion is a motion that belongs to one plane that is orthogonal to the piston pin and the crankshaft and passes through the center of the piston, and is expressed as a “motion reference plane” of the connecting rod in the present application.

機関の運動部材中、回転部材が有する回転慣性質量は、機関の回転の円滑化に寄与することから必ずしもマイナス要因とはならない。一方、往復運動部材が有する往復慣性質量は、爆発行程によって発生したエネルギを無駄に消費することから、機関の運転上、マイナス要因となる。そこで、往復運動部材であるピストンの軽量化を図るためにピストンスカート部が徐々に短くされる傾向にある。例えば、
特開平8−338529号公報
Among the moving members of the engine, the rotational inertial mass of the rotating member contributes to smooth rotation of the engine and is not necessarily a negative factor. On the other hand, the reciprocating inertial mass of the reciprocating member consumes energy generated by the explosion stroke, which is a negative factor in the operation of the engine. Therefore, the piston skirt portion tends to be gradually shortened in order to reduce the weight of the piston, which is a reciprocating member. For example,
JP-A-8-338529

ピストンスカートを短くしてピストンの軽量化を実現しようとするアイデアは、シリンダ内においてピストンの往復運動姿勢を安定化するというピストンスカートが本来有する機能を犠牲にすることなくしては実現することができないアイデアである。爆発行程における燃焼室内の圧力の瞬時的な偏在や、連接棒の首振り運動成分の反力は、ピストンを傾ける力として作用する。そして、ピストンを傾けようとする力は、ピストン冠面部の側面部分に嵌め込まれたピストンリングとピストンスカートとによって受け止められる。   The idea to reduce the weight of the piston by shortening the piston skirt cannot be realized without sacrificing the inherent function of the piston skirt that stabilizes the reciprocating posture of the piston in the cylinder. It is an idea. The instantaneous uneven distribution of pressure in the combustion chamber during the explosion stroke and the reaction force of the swinging motion component of the connecting rod act as a force for tilting the piston. And the force which inclines a piston is received by the piston ring and piston skirt which were fitted by the side part of the piston crown surface part.

この際にピストンスカートの部分が短いと、ピストンスカート部とシリンダ内壁面との間で不快な打音及び大きな摩擦力が生じるという問題がある。ピストン直径とシリンダボアとの間には、シリンダの熱変形等を考慮した所定のギャップが設定されているからである。そして、このようなピストンとシリンダ間における不快音や不安定な摩擦力の発生は、爆発エネルギを無駄に消費する要因となる他、体感的エンジン性能、いわゆるエンジンフィーリングを損ねる。エンジンフィーリングは、そのエンジンを搭載した車両に対する需要者側の大きな評価ポイントである。 At this time, if the piston skirt portion is short, there is a problem that unpleasant hammering noise and a large frictional force are generated between the piston skirt portion and the cylinder inner wall surface. This is because a predetermined gap is set between the piston diameter and the cylinder bore in consideration of the thermal deformation of the cylinder. And generation | occurrence | production of such an unpleasant noise and unstable frictional force between a piston and a cylinder becomes a factor which consumes explosive energy wastefully, and impairs sensory engine performance, what is called engine feeling. Engine feeling is a big evaluation point on the consumer side for a vehicle equipped with the engine.

本発明は、ピストンとシリンダ間において発生する打音や摩擦が、ピストンピンを軸としてピストンが傾こうとすることに起因し、したがって、ピストンスカートの特定の箇所、具体的には、ピストンスカート下端部の連接棒の運動基準面を含む限局された部分において発生することに着目し、この部分に摩擦を減少させる部材を介在させること、さらに好ましくは、摩擦を減少させる部材をシリンダボアとの間にギャップを設定することなく介在させることによって、軽量化と打音を伴わない円滑な往復運動を両立させるとともに、快適なエンジンフィーリングを有するレシプロ内燃機関のピストンを提供することを目的とする。   In the present invention, the hitting sound and friction generated between the piston and the cylinder are caused by the piston trying to incline around the piston pin. Therefore, a specific portion of the piston skirt, specifically, the lower end of the piston skirt Note that this occurs in a limited part including the reference plane of motion of the connecting rod of the part, and a member for reducing friction is interposed in this part, more preferably, a member for reducing friction is interposed between the cylinder bore and It is an object of the present invention to provide a piston for a reciprocating internal combustion engine having a comfortable engine feeling as well as achieving both a reduction in weight and a smooth reciprocating motion without hitting sound by interposing it without setting a gap.

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採用する。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems.

本発明の請求項1に記載のレシプロ内燃機関のピストンは、爆発圧力を受け止めるピストン冠面部と、シリンダ内壁面に摺接することによってピストンの往復運動姿勢を安定化するピストンスカート部と、連接棒小端に挿通したピストンピンの両端を受け止める1対のボス部とを軽金属合金より一体成形してなるレシプロ内燃機関のピストンにおいて、ピストンスカート部に2対のローラを組み付けてなり、2対のローラは、ボス部にピストンピンを取り付けた場合のピストンピンを基準として、ピストンを側方から見た側面視においてピストンピンの下方位置に配置されるとともに、ピストンをピストン冠面部側から見た平面視において、ピストンピンを挟む対称位置に1対当て振分け配置され、各1対のローラは、ピストンピンに直交する連接棒の運動基準面を挟む対称位置に振分け配置され、この2対のローラは、ピストンスカートに代わってシリンダ内壁面に転動接触することによってピストンの往復運動姿勢を安定化することを特徴とする。   The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1 of the present invention includes a piston crown surface portion that receives explosion pressure, a piston skirt portion that stabilizes the reciprocating motion posture of the piston by sliding contact with the cylinder inner wall surface, and a small connecting rod. In a piston of a reciprocating internal combustion engine in which a pair of bosses that receive both ends of a piston pin inserted through the end are integrally formed of a light metal alloy, two pairs of rollers are assembled to the piston skirt portion. When the piston pin is attached to the boss, the piston pin is used as a reference, and the piston is disposed at a position below the piston pin in a side view as seen from the side, and in a plan view as seen from the piston crown side. A pair of rollers is arranged at symmetrical positions with the piston pin in between, and each pair of rollers is orthogonal to the piston pin. The two pairs of rollers are arranged at symmetrical positions across the motion reference plane of the connecting rod, and the two pairs of rollers stabilize the reciprocating motion posture of the piston by rolling contact with the inner wall surface of the cylinder instead of the piston skirt. To do.

上記構成に係るピストンは、ピストンスカート部にピストンスカートに代わってシリンダ内壁面に転動接触する2対のローラを有する。すなわち、シリンダボア内に装填されたピストンは、ピストン冠面部の側面部分に必要的に嵌め込まれるピストンリングと2対のローラとによってシリンダ内壁面に接触する。ここで、2対のローラとピストンとの位置関係は、2地のローラが、ピストンピンを基準として、側面視においてピストンピンの下方位置に、かつ、平面視において、ピストンピンを挟む対称位置に1対当て振分け配置され、各1対のローラは、ピストンピンに直交する連接棒の運動基準面を挟む対称位置に振分け配置されている。一方、ピストンが傾こうとする運動は、ピストンピンに直交する平面に属する運動、すなわち、連接棒の運動基準面に属する運動である。したがって、ピストンを傾けようとする応力は、連接棒の運動基準面を挟んで振分け配置される各1対のローラに略均等に分散負荷される。ここに、ピストンスカートの一箇所に応力が集中していた従来のピストンとの比較において第1の相違が見られる。また、各1対のローラに分散負荷された応力によって、ローラとシリンダ内壁面との間には摩擦が発生することとなるが、この際の摩擦損失は、ローラが転動することによって極めて小さく抑えることができる。ここに、ピストンスカートとシリンダ内壁面との間の摩擦が摺接摩擦である従来のピストンとの第2の相違がある。   The piston according to the above configuration has two pairs of rollers in rolling contact with the inner wall surface of the cylinder in place of the piston skirt at the piston skirt portion. That is, the piston loaded in the cylinder bore comes into contact with the cylinder inner wall surface by the piston ring and the two pairs of rollers that are fitted into the side surface portion of the piston crown surface portion. Here, the positional relationship between the two pairs of rollers and the piston is such that the two rollers are in a position below the piston pin in a side view and a symmetrical position sandwiching the piston pin in a plan view with respect to the piston pin. Each pair of rollers is arranged at a symmetrical position across the motion reference plane of the connecting rod orthogonal to the piston pin. On the other hand, the motion that the piston tries to tilt is the motion that belongs to the plane orthogonal to the piston pin, that is, the motion that belongs to the motion reference plane of the connecting rod. Therefore, the stress for tilting the piston is distributed and distributed substantially evenly to each pair of rollers that are arranged with the motion reference surface of the connecting rod interposed therebetween. Here, the first difference is seen in comparison with a conventional piston in which stress is concentrated at one location of the piston skirt. Further, friction is generated between the roller and the inner wall surface of the cylinder due to the stress distributed to each pair of rollers. The friction loss at this time is extremely small as the rollers roll. Can be suppressed. Here, there is a second difference from the conventional piston in which the friction between the piston skirt and the cylinder inner wall surface is sliding friction.

本発明の請求項2に記載のレシプロ内燃機関のピストンは、請求項1に記載のレシプロ内燃機関のピストンにおける各1対のローラが、弾発部材を介してローラ間距離が拡大する向きに付勢されていることを特徴とする。   The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 2 of the present invention is such that each pair of rollers in the piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1 is attached in a direction in which the distance between the rollers is increased via the resilient member. It is characterized by being energized.

上記構成に係る各1対のローラにおいて、直径部分以外の位置において一定のボア径のシリンダ内壁面に内接している状態の各1対のローラ間距離が拡大するということは、各1対のローラがシリンダ内壁面に押し付けられるということである。すなわち、弾発部材を介して1対のローラ間距離を拡大する方向に付勢する結果として、1対のローラを弾性的にシリンダ内壁面に押し付けることができるのである。そしてこの場合には、2対のローラとシリンダ内壁面との間にギャップを設定することを要しないので、ギャップに起因する打音の発生を阻止することができる。   In each pair of rollers according to the above configuration, the distance between each pair of rollers in the state inscribed in the cylinder inner wall surface having a constant bore diameter at a position other than the diameter portion is increased. That is, the roller is pressed against the inner wall surface of the cylinder. That is, as a result of energizing the pair of rollers in the direction of enlarging the distance between the rollers via the elastic member, the pair of rollers can be elastically pressed against the inner wall surface of the cylinder. In this case, it is not necessary to set a gap between the two pairs of rollers and the inner wall surface of the cylinder, so that it is possible to prevent the hitting sound caused by the gap.

本発明の請求項3に記載のレシプロ内燃機関のピストンは、請求項1に記載のレシプロ内燃機関のピストンにおける、各1対のローラが、一体成形または連結されていることを特徴とする。   The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 3 of the present invention is characterized in that each pair of rollers in the piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1 is integrally formed or connected.

上記構成に係る各1対のローラは、一体成形または連結することによって独立構造では不可能な相補的な構造を採用することが可能となり、重量当たりの強度が高く耐久性の大きいローラを実現することができる他、ピストンに対する取付け工数等も軽減される。   Each pair of rollers according to the above configuration can adopt a complementary structure that is impossible with an independent structure by being integrally formed or connected, and realizes a roller having high strength per weight and high durability. In addition, the mounting man-hour for the piston can be reduced.

本発明の請求項4に記載のレシプロ内燃機関のピストンは、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のレシプロ内燃機関のピストンにおける2対のローラが、弾発部材を介してピストンスカート部に組み付けられていることを特徴とする。   The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 4 of the present invention is such that two pairs of rollers in the piston of the reciprocating internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 are arranged via a resilient member. It is assembled to the skirt part.

本発明のレシプロ内燃機関のピストンにおける2対のローラは、その全数が常にシリンダ内壁面に適切な当接圧で接触していることが好ましいのであるが、このような状態を実現することには、非現実的な機械精度が要求されるとともに、却ってシリンダの熱変形に適応することが困難となる。そこで、2対のローラが固定的に取り付けられている場合には、2対のローラの外接円の直径とシリンダ内径との間に適切なギャップを設定することが求められる。この場合は、ピストンの往復運動に際して2対のローラのうちのいずれか1対のみがシリンダ内壁面に当接し、他の1対のローラは、シリンダ内壁面から浮いている状態で作動することとなり、打音の発生が避けられない。そこで、2対のローラを、弾発部材を介してピストンスカート部に取り付けることによって、2対のローラを同時にかつ安定にシリンダ内壁面に当接させることができるのである。そして、弾発部材がローラのサスペンションとして機能するので、極めて円滑なピストンの往復運動を実現することができる。   It is preferable that the total number of the two pairs of rollers in the piston of the reciprocating internal combustion engine of the present invention always be in contact with the inner wall surface of the cylinder with an appropriate contact pressure. To realize such a state, However, unrealistic mechanical accuracy is required, and it becomes difficult to adapt to thermal deformation of the cylinder. Therefore, when two pairs of rollers are fixedly attached, it is required to set an appropriate gap between the diameter of the circumscribed circle of the two pairs of rollers and the cylinder inner diameter. In this case, only one of the two pairs of rollers contacts the inner wall surface of the cylinder during the reciprocating motion of the piston, and the other pair of rollers operates in a state of floating from the inner wall surface of the cylinder. The occurrence of hitting sound is inevitable. Therefore, by attaching the two pairs of rollers to the piston skirt portion via the resilient member, the two pairs of rollers can be brought into contact with the inner wall surface of the cylinder simultaneously and stably. Since the elastic member functions as a suspension of the roller, an extremely smooth reciprocating motion of the piston can be realized.

本発明のレシプロ内燃機関のピストンは、ピストンスカートに代ってシリンダ内壁面に転動接触する2対のローラによってピストンの往復運動姿勢を円滑に安定化させることができるので、ピストンとシリンダ内壁面間のフリクションロスを低減し、エンジンフィーリングを改善することができるとともに、2対のローラを取り付ける部分以外のピストンスカート部分を大幅に省略することができるので、ピストンの軽量化をも達成することができる。   Since the piston of the reciprocating internal combustion engine of the present invention can stabilize the reciprocating posture of the piston smoothly by the two pairs of rollers that are in rolling contact with the inner wall surface of the cylinder instead of the piston skirt, the piston and the inner wall surface of the cylinder The friction loss between the two can be reduced, the engine feeling can be improved, and the piston skirt part other than the part where the two pairs of rollers are attached can be largely omitted, so the weight of the piston can also be reduced. Can do.

また、2対のローラを弾発部材を介してピストンに組み付ける場合には、2対のローラとシリンダ内壁面との間にギャップを設けることを要しないので、上記効果のほか、ギャップの存在に起因する打音の発生が効果的に抑制されると同時に、エンジンフィーリングも改善される。また、弾発部材がローラのサスペンションとして機能し、爆発行程等における過渡的な外力を吸収するので、ローラの耐用期間を長期化することができる。   In addition, when the two pairs of rollers are assembled to the piston via the resilient member, it is not necessary to provide a gap between the two pairs of rollers and the cylinder inner wall surface. The occurrence of hitting sound is effectively suppressed, and at the same time, the engine feeling is improved. Further, since the elastic member functions as a roller suspension and absorbs a transient external force during an explosion stroke or the like, the service life of the roller can be extended.

本発明のレシプロ内燃機関のピストン(以下単に「ピストン」という)は、様々な形態をとり得るが、以下に代表的な実施の形態を2例説明する。   The piston of the reciprocating internal combustion engine of the present invention (hereinafter simply referred to as “piston”) can take various forms, and two typical embodiments will be described below.

本発明のピストン20Aは、ピストン冠面部21と、ピストンスカート部22と、ピストンピン31の両端部を受け止める1対のボス部23,23と、2対のローラR,R…と、ローラR,R…を取り付けるための2対のフランジ24,24…とからなる(図1ないし図3)。これらの部材には、特別な材質要求はなく、ローラR,R…を除きアルミニウムを主体とする軽金属合金から一体成形されている。なお、図1はピストン20Aの斜視図、図2はピストン20Aの側面図、図3はピストン20Aの底面図である。   The piston 20A of the present invention includes a piston crown surface portion 21, a piston skirt portion 22, a pair of boss portions 23, 23 for receiving both ends of the piston pin 31, two pairs of rollers R, R. It consists of two pairs of flanges 24, 24 ... for attaching R ... (FIGS. 1 to 3). These members have no special material requirements and are integrally formed from a light metal alloy mainly composed of aluminum except for the rollers R, R. 1 is a perspective view of the piston 20A, FIG. 2 is a side view of the piston 20A, and FIG. 3 is a bottom view of the piston 20A.

ピストン冠面部21には、爆発圧力を受け止めるために十分な肉厚が付与され、ピストン冠面部21の側面部分には、圧縮リングおよびオイルリングを装着するためのリング溝2G,2G…が切り込まれている。ピストンスカート部22は、ごく短く設定され、その内側面には、1対のボス部23,23が形成されている。なお、ピストンスカート22のボス部23,23に対応する部分は、部分的に面取りされてくぼみ平面2B、2Bとされている。   The piston crown surface portion 21 is provided with a sufficient thickness to receive the explosion pressure, and ring grooves 2G, 2G... For mounting the compression ring and oil ring are cut into the side surface portion of the piston crown surface portion 21. It is rare. The piston skirt portion 22 is set to be extremely short, and a pair of boss portions 23, 23 are formed on the inner surface thereof. In addition, the part corresponding to the boss | hub parts 23 and 23 of the piston skirt 22 is partially chamfered, and it is set as the hollow surfaces 2B and 2B.

連接棒32の小端部3Sは、ピストンピン31を介してボス部23,23によって支持され、連接棒32の大端部3Bは、クランクシャフトCSのクランク部C2を把持するように連結されている(図1)。クランクシャフトCSが回転するとき連接棒32の大端部3Bは旋回運動をし、連接棒32は、ピストンピン31を中心に首振り運動しながら上下動する。このような連接棒32の運動は、ピストンピン31に直交する1平面に属するように行われ、この1平面を本願において連接棒32の運動基準面P1と称する。なお、運動基準面P1は、現実には存在しない観念上の平面であり、図1に示すのは、その一部分である。   The small end portion 3S of the connecting rod 32 is supported by the boss portions 23, 23 via the piston pin 31, and the large end portion 3B of the connecting rod 32 is connected so as to grip the crank portion C2 of the crankshaft CS. (Fig. 1). When the crankshaft CS rotates, the large end portion 3B of the connecting rod 32 performs a turning motion, and the connecting rod 32 moves up and down while swinging around the piston pin 31. Such movement of the connecting rod 32 is performed so as to belong to one plane orthogonal to the piston pin 31, and this one plane is referred to as a movement reference plane P1 of the connecting rod 32 in the present application. The motion reference plane P1 is a conceptual plane that does not actually exist, and FIG. 1 shows a part thereof.

ピストン20Aにおいて、ローラR,R…を取り付けるための2対のフランジ24,24…は、1対当て、ピストンスカート22の下部に下垂する姿勢で設けられている。この際、各1対のフランジ24,24の基部は、ピストンスカート部22の内側面とボス部23,23とに接続している。2対のフランジ24,24…は、全体としてボス部23,23に挿通したピストンピン31の軸P2方向に直交する方向に向けて形成され、各1対のフランジ24,24間には、1対のローラR,Rを一体成形した形態のローラR,Rがピストンピン31の軸P2の方向と平行に組み付けられている(図3)。   In the piston 20 </ b> A, two pairs of flanges 24, 24... For attaching the rollers R, R. At this time, the base portions of the pair of flanges 24 and 24 are connected to the inner side surface of the piston skirt portion 22 and the boss portions 23 and 23. The two pairs of flanges 24, 24... Are formed in a direction orthogonal to the direction of the axis P2 of the piston pin 31 inserted through the boss portions 23, 23 as a whole. The rollers R, R in a form in which the pair of rollers R, R are integrally formed are assembled in parallel with the direction of the axis P2 of the piston pin 31 (FIG. 3).

ここで、2対のローラR,R…は、ピストンピン31を基準として、ピストン20Aを側方から見た側面視においてピストンピン31の下方位置に配置されるとともに(図2)、ピストン20Aをピストン冠面部21側から見た平面視において、ピストンピン31を挟む対称位置に1対当て振分け配置され(図3)、各1対のローラR,Rは、ピストンピン31に直交する連接棒32の運動基準面P1を挟む対称位置に振分け配置されている。なお、図3は、底面図であるが、ピストンピン31と2対のローラR,R…の配置関係は、平面図であっても同一に現れるため、平面図に代えて引用している。   Here, the two pairs of rollers R, R... Are disposed at a position below the piston pin 31 in a side view when the piston 20A is viewed from the side with reference to the piston pin 31 (FIG. 2), and the piston 20A is disposed on the piston 20A. In a plan view viewed from the piston crown 21 side, a pair of pairs of rollers R, R are arranged at symmetrical positions sandwiching the piston pin 31 (FIG. 3), and each pair of rollers R, R is a connecting rod 32 orthogonal to the piston pin 31. Are arranged at symmetrical positions with respect to the motion reference plane P1. FIG. 3 is a bottom view, but the arrangement relationship between the piston pin 31 and the two pairs of rollers R, R... Is the same even in the plan view, and is quoted instead of the plan view.

そして、2対のローラR,R…は、このような配置条件を充足した上で、連接棒32の運動基準面P1に接近して配置され、シリンダボアとの関係においては、シリンダ内壁面LBとの間に所定のギャップを介して内接するように設定されている。 The two pairs of rollers R, R,... Are arranged close to the motion reference plane P1 of the connecting rod 32 after satisfying such an arrangement condition. In relation to the cylinder bore, Is inscribed through a predetermined gap.

各1対のローラR,Rは、中間に胴部R1を介在させて一体成形され、全体としては、鼓形を呈する(図4)。一体成形された各1対のローラR,Rは、各1対のフランジ間24,24に横設する取付け軸25によって回転自在に支持されている。1対のローラR,Rの内部には、それぞれ2組のボールベアリングB1,B1が並列配置で装填されており、耐荷重容量を高めながら低摩擦で回転することができる。   Each pair of rollers R and R is integrally formed with a body portion R1 interposed therebetween, and has a drum shape as a whole (FIG. 4). The pair of integrally formed rollers R and R is rotatably supported by a mounting shaft 25 provided horizontally between the pair of flanges 24 and 24. Two pairs of ball bearings B1 and B1 are loaded in parallel inside the pair of rollers R and R, respectively, and can rotate with low friction while increasing the load bearing capacity.

上記実施の形態にかかるピストン20Aにおいては、使用上、リング溝2G,2G…に嵌め込まれる圧縮リングおよびオイルリングと、2対のローラR,R…のみがシリンダ内壁面LBに転動接触する状態で作動させることができるので、極めて低損失で円滑な作動状態が実現される。したがって、ピストンスカート部22は、ピストン20Aの動作上では不要であり、図1ないし図3における図示表現に拘わらず、フランジ24,24…の強度を確保できる範囲で、ピストンスカート部22をさらに削減し、軽量化することが可能である。   In the piston 20A according to the above-described embodiment, in use, only the compression ring and the oil ring fitted in the ring grooves 2G, 2G... And the two pairs of rollers R, R. Therefore, a smooth operating state can be realized with extremely low loss. Therefore, the piston skirt portion 22 is not necessary for the operation of the piston 20A, and the piston skirt portion 22 is further reduced within a range in which the strength of the flanges 24, 24. It is possible to reduce the weight.

上記実施の形態において設定されたシリンダボアLBと2対のローラR,R…間のギャップは、ピストン20Aのより円滑な往復運動を確保する上では設定しない方が好ましい。このためには、シリンダボアおよびピストン各部の熱膨張や熱変形に対する何らかの方策が必要である。この方策としては、2対のローラR,R…を弾発部材26を介して取り付けることができる(図5)。   The gap between the cylinder bore LB and the two pairs of rollers R, R... Set in the above embodiment is preferably not set in order to ensure a smoother reciprocating motion of the piston 20A. For this purpose, some measures against thermal expansion and thermal deformation of each part of the cylinder bore and the piston are required. As this measure, two pairs of rollers R, R... Can be attached via the elastic member 26 (FIG. 5).

図5においては、ローラR,Rの取付け軸25とフランジ24,24との間にスリーブ状の弾発部材26,26が介装されている。弾発部材26としては、テフロン(登録商標)スリーブやフッ素ゴム管、ウエーブ加工した金属管等を用いることができるが、ここでは、簡便にロールピンを2重にしたものを用いている。ロールピン自体は、本来弾発性状の部材ではないのであるが、完全な円筒形ではあり得ないので2重にして用いることによって、使用上において適度に弾発性を発揮することができる。弾発部材26の弾性変位範囲は0.2ミリメートルもあれば足りるからである。弾発部材26の介在によって2対のローラR,R…は、エンジンが冷えている冷機状態においても、エンジンが温まった暖機状態においても、シリンダ内壁面LBに対して安定な接触状態を維持することができる。   In FIG. 5, sleeve-like elastic members 26, 26 are interposed between the mounting shafts 25 of the rollers R, R and the flanges 24, 24. As the resilient member 26, a Teflon (registered trademark) sleeve, a fluororubber tube, a metal tube with a wave process, or the like can be used, but here, a material in which roll pins are simply doubled is used. The roll pin itself is not originally a member having a resilient property, but it cannot be a perfect cylindrical shape. This is because the elastic displacement range of the elastic member 26 may be 0.2 mm. The two pairs of rollers R, R... Are maintained in a stable contact state with the cylinder inner wall surface LB even when the engine is cold or when the engine is warm. can do.

2対のローラR,R…の各個を独立に設ける場合には、連接棒32の運動基準面P1を挟んで対峙する各1対のローラR,R間に弾発部材27を介装し、そのローラ間距離が拡大する向きに付勢することができる(図6)。本実施の形態において用いられている弾発部材27は、金属管に多数の独立したスリットを周方向に刻設することによって、軸方向に変位性を付与した形態のものが用いられている。これは、例えば、回転伝達用のシャフトのフレキシブルカップリング用に用いられているような構成である。   When each of the two pairs of rollers R, R... Is provided independently, a resilient member 27 is interposed between each pair of rollers R, R facing each other across the motion reference plane P1 of the connecting rod 32. The roller can be biased in the direction in which the distance between the rollers increases (FIG. 6). As the resilient member 27 used in the present embodiment, a member in which a displacement is imparted in the axial direction by engraving a number of independent slits in the circumferential direction in a metal tube is used. This is, for example, a configuration used for flexible coupling of a rotation transmission shaft.

このような形態の弾発部材27は、ローラR,Rの取付け軸25を利用してローラR,R間に組み込まれている。この際には、1対のローラR,Rがシリンダ内壁面LBに接触した状態において、各ローラR,Rと隣接するフランジ24,24との間に所定のクリアランスG1,G1を設定することが必要である。また、各ローラRには弾発部材27によるスラスト荷重が常時負荷されるので、ボールベアリングB1,B1には、アンギュラコンタクト型のものを採用している。弾発部材27の弾性力を加減することによって、シリンダ内壁面LBに対する各ローラRの接触圧を簡単に最適化することができる。 The elastic member 27 having such a configuration is incorporated between the rollers R and R using the mounting shaft 25 of the rollers R and R. At this time, predetermined clearances G1, G1 may be set between the rollers R, R and the adjacent flanges 24, 24 in a state where the pair of rollers R, R are in contact with the cylinder inner wall surface LB. is necessary. Since each roller R is always subjected to a thrust load by the elastic member 27, the ball bearings B1 and B1 are of an angular contact type. By adjusting the elastic force of the elastic member 27, the contact pressure of each roller R against the cylinder inner wall surface LB can be easily optimized.

本発明の別の実施の形態にかかるピストン20Bは、ピストンスカート部22に2対のローラR,R…を埋め込む態様で取り付けてなる(図7ないし図9)。なお、ピストンピン31および連接棒32の運動基準面P1を基準とする2対のローラR,R…の配置関係は、前実施の形態におけるピストン20Aと同様である。   A piston 20B according to another embodiment of the present invention is attached in such a manner that two pairs of rollers R, R... Are embedded in the piston skirt portion 22 (FIGS. 7 to 9). The arrangement relationship between the two pairs of rollers R, R... With respect to the movement reference plane P1 of the piston pin 31 and the connecting rod 32 is the same as that of the piston 20A in the previous embodiment.

ピストン20Bにおけるピストンスカート部22には、ピストンピン31を挟む対称位置にそれぞれ2面当て、合計4面の平面部22S,22S…が形成され、各平面部22Sには、角孔が形成されている。この際の、各平面部22Sは、その位置におけるピストン20Bの半径方向に直交する姿勢に設定されている。各ローラRは、左右1対のフランジ28F,28Fを有するケース28に収納され、ケース28内に横設する軸25Sによって回転自在に支持されている(図9)。なお、軸25SとローラR間には、ニードルローラベアリングB2が介装されている。また、ローラRの一部は、ケース28の外部に突出している。   The piston skirt portion 22 of the piston 20B is formed with a total of four plane portions 22S, 22S... At two symmetrical positions sandwiching the piston pin 31, and a square hole is formed in each plane portion 22S. Yes. At this time, each planar portion 22S is set in a posture orthogonal to the radial direction of the piston 20B at that position. Each roller R is housed in a case 28 having a pair of left and right flanges 28F, 28F, and is rotatably supported by a shaft 25S provided horizontally in the case 28 (FIG. 9). A needle roller bearing B2 is interposed between the shaft 25S and the roller R. A part of the roller R protrudes outside the case 28.

各ローラRは、ケース28ごとピストンスカート部22の平面部22Sに設けた角孔に埋め込まれ、ケース28のフランジ28F,28Fによって位置決めされる構造である。各ローラRは、ピストン20Bがシリンダボア内に装填され、ケース28から突出した部分がシリンダ内壁面LBに当接することによって、脱出不能に拘束される。この際に、ケース28のフランジ28F,28Fの裏面とピストンスカート部22の平面部22Sとの間に弾発部材29を介装することによって、ケース28ごと各ローラRを弾性支持することができる。この場合の弾発部材29には、凹面または凸面、あるいはW字形に加工した板ばねが適切である。この実施の形態に示すタイプのピストン20Bにおいては、各ローラRがシリンダ内壁面LBに理想的な姿勢で当接することができるという利点がある。   Each roller R is embedded in a square hole provided in the flat surface portion 22S of the piston skirt portion 22 together with the case 28, and is positioned by flanges 28F and 28F of the case 28. Each roller R is restrained so that it cannot escape when the piston 20B is loaded into the cylinder bore and the portion protruding from the case 28 abuts against the cylinder inner wall surface LB. At this time, the elastic members 29 are interposed between the back surfaces of the flanges 28 </ b> F and 28 </ b> F of the case 28 and the flat portion 22 </ b> S of the piston skirt portion 22, so that each roller R can be elastically supported together with the case 28. . The elastic member 29 in this case is suitably a concave or convex surface or a leaf spring processed into a W shape. The piston 20B of the type shown in this embodiment has an advantage that each roller R can abut on the cylinder inner wall surface LB in an ideal posture.

以上のいずれの実施の形態のピストン20A,20Bにおいても、連接棒32の運動基準面P1を挟んで配置される1対のローラR,Rの配置角度Aは、30度ないし50度の範囲とすることが好ましい。ピストンを傾けようとする応力は、運動基準面P1の近傍に集中するからである。また、ローラRの材質については、現時点では、ベアリング用鋼材を使用しているが、一層の軽量化、静粛性の追及および動作の円滑性の観点からシリンダ内環境に耐える樹脂材料、または樹脂材料と金属材料との複合材料、セラミックス、発泡金属等の使用可能性が今後の検討課題である。   In the pistons 20A and 20B of any of the above-described embodiments, the arrangement angle A of the pair of rollers R and R arranged with the motion reference plane P1 of the connecting rod 32 in the range of 30 degrees to 50 degrees. It is preferable to do. This is because the stress to incline the piston concentrates in the vicinity of the motion reference plane P1. As for the material of the roller R, at present, steel for bearings is used. From the viewpoint of further weight reduction, pursuit of quietness, and smooth operation, a resin material or a resin material that can withstand the in-cylinder environment. The possibility of using composite materials of ceramics and metal materials, ceramics, foamed metals, etc. is for further study.

本発明のピストンの実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows embodiment of the piston of this invention. 本発明のピストンの実施の形態を示す側面図である。It is a side view which shows embodiment of the piston of this invention. 本発明のピストンの実施の形態を示す底面図である。It is a bottom view which shows embodiment of the piston of this invention. 図2のX−X線矢視拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line XX in FIG. 2. 本発明のピストンの他の実施の形態を示す図4相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 showing another embodiment of the piston of the present invention. 本発明のピストンの他の実施の形態を示す図4相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 showing another embodiment of the piston of the present invention. 本発明のピストンの他の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows other embodiment of the piston of this invention. 本発明のピストンの他の実施の形態を示す底面図である。It is a bottom view which shows other embodiment of the piston of this invention. 図7の要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the principal part of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

20A ピストン
20B ピストン
P1 運動基準面
LB シリンダ内壁面
R ローラ
21 ピストン冠面部
22 ピストンスカート部
23 ボス部
24 フランジ
26 弾発部材
27 弾発部材
29 弾発部材
32 連接棒
3S 連接棒小端
3B 連接棒大端

20A Piston 20B Piston P1 Motion reference surface LB Cylinder inner wall surface R Roller 21 Piston crown surface portion 22 Piston skirt portion 23 Boss portion 24 Flange 26 Bulleting member 27 Bulleting member 29 Bulleting member 32 Connecting rod 3S Connecting rod small end 3B Connecting rod Big end

Claims (4)

爆発圧力を受け止めるピストン冠面部と、シリンダ内壁面に摺接することによってピストンの往復運動姿勢を安定化するピストンスカート部と、連接棒小端に挿通したピストンピンの両端を受け止める1対のボス部とを軽金属合金より一体成形してなるレシプロ内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストンスカート部に2対のローラを組み付けてなり、該2対のローラは、前記ボス部にピストンピンを取り付けた場合のピストンピンを基準として、ピストンを側方から見た側面視においてピストンピンの下方位置に配置されるとともに、ピストンをピストン冠面部側から見た平面視において、ピストンピンを挟む対称位置に1対当て振分け配置され、各1対のローラは、ピストンピンに直交する連接棒の運動基準面を挟む対称位置に振分け配置され、
前記2対のローラは、前記ピストンスカートに代わってシリンダ内壁面に転動接触することによってピストンの往復運動姿勢を安定化することを特徴とするレシプロ内燃機関のピストン。
A piston crown surface portion that receives the explosion pressure, a piston skirt portion that stabilizes the reciprocating motion posture of the piston by sliding contact with the cylinder inner wall surface, and a pair of boss portions that receive both ends of the piston pin inserted through the small end of the connecting rod; In a piston of a reciprocating internal combustion engine formed integrally from a light metal alloy,
Two pairs of rollers are assembled to the piston skirt portion, and the two pairs of rollers are piston pins in a side view when the piston is viewed from the side with respect to the piston pin when the piston pin is attached to the boss portion. And a pair of rollers arranged at symmetrical positions sandwiching the piston pin in a plan view when the piston is viewed from the piston crown surface side, and each pair of rollers is a connecting rod orthogonal to the piston pin. Are arranged at symmetrical positions across the motion reference plane,
The piston of the reciprocating internal combustion engine, wherein the two pairs of rollers stabilize a reciprocating motion posture of the piston by rolling contact with a cylinder inner wall surface instead of the piston skirt.
前記2対のローラにおける各1対のローラは、弾発部材を介してローラ間距離が拡大する向きに付勢されていることを特徴とする請求項1に記載のレシプロ内燃機関のピストン。   2. The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1, wherein each of the pair of rollers in the two pairs of rollers is urged in a direction in which a distance between the rollers increases via a resilient member. 前記2対のローラにおける各1対のローラが一体成形または連結されていることを特徴とする請求項1に記載のレシプロ内燃機関のピストン。   2. The piston of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1, wherein each pair of rollers in the two pairs of rollers is integrally formed or connected. 前記2対のローラが弾発部材を介して前記ピストンスカート部に組み付けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のレシプロ内燃機関のピストン。




The piston of the reciprocating internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the two pairs of rollers are assembled to the piston skirt portion via a resilient member.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103147873A (en) * 2013-03-30 2013-06-12 长城汽车股份有限公司 Engine piston mechanism and machining method thereof as well as corresponding engine and automobile

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