JP2008190357A - Piston - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の燃焼室が隣接状態で形成された多気筒内燃機関において用いられるピストンに関する。 The present invention relates to a piston used in a multi-cylinder internal combustion engine in which a plurality of combustion chambers are formed adjacent to each other.
ピストンの慣性質量を低減することは、アクセルレスポンスの改善およびエンジンの高回転化を図る上で有利であり、従来から種々の工夫がなされている。例えば、ピストンピン装着穴が形成されたピンボス部を挟んで対向するスカート部と、これらスカート部に円周方向両端部がつながるサイドウォール部とを有するピストンが特許文献1に開示されている。この特許文献1においては、サイドウォール部を貫通するようにピンボス部がサイドウォール部と一体に形成され、サイドウォール部の対向間隔がピストンの頭部の外径よりも小さく設定されている。この結果、スカート部とサイドウォール部とが全体としてほぼ矩形の筒状をなしている。 Reducing the inertial mass of the piston is advantageous for improving the accelerator response and increasing the engine speed, and various devices have been conventionally used. For example, Patent Document 1 discloses a piston having skirt portions facing each other across a pin boss portion in which a piston pin mounting hole is formed, and sidewall portions connected to both ends of the skirt portion in the circumferential direction. In this patent document 1, the pin boss | hub part is integrally formed with a sidewall part so that a sidewall part may be penetrated, and the opposing space | interval of a sidewall part is set smaller than the outer diameter of the head part of a piston. As a result, the skirt portion and the sidewall portion form a substantially rectangular tube as a whole.
内燃機関においては、混合気の燃焼に伴って発生する燃焼ガス圧や、熱膨張などにより、ピストンおよびこれを収容するシリンダボアなどの変形が起こる。特に、複数の燃焼室が隣接状態で形成された多気筒内燃機関においては、シリンダボアの変形がその半径方向に関して不均一に起こってしまうことが知られている。これは、シリンダボアの配列方向に沿ってシリンダボアを挟むようにウォータージャケットが形成されているのに対し、隣接するシリンダボアの間にはウォータージャケットが介在していないことに起因する。つまり、ウォータージャケットに臨むシリンダボアの領域の変形が比較的容易に起こり得るのに対し、隣接する燃焼室側へのシリンダボアの変形が抑制されることとなる。この結果、シリンダボアは燃焼室の配列方向に沿って延在する短軸と、これに対して直交する長軸とを持った楕円形状に変形することとなる。 In an internal combustion engine, deformation of a piston and a cylinder bore that accommodates the piston occurs due to combustion gas pressure generated due to combustion of the air-fuel mixture, thermal expansion, and the like. In particular, in a multi-cylinder internal combustion engine in which a plurality of combustion chambers are formed adjacent to each other, it is known that deformation of the cylinder bore occurs non-uniformly in the radial direction. This is because the water jacket is formed so as to sandwich the cylinder bores along the arrangement direction of the cylinder bores, whereas no water jacket is interposed between adjacent cylinder bores. That is, the deformation of the cylinder bore region facing the water jacket can occur relatively easily, whereas the deformation of the cylinder bore toward the adjacent combustion chamber is suppressed. As a result, the cylinder bore is deformed into an elliptical shape having a short axis extending along the arrangement direction of the combustion chambers and a long axis perpendicular to the short axis.
このようなシリンダボアの不均一な変形は、ここに収容されるピストンの熱膨張に対しても種々の悪影響を与える可能性がある。例えば、上述した特許文献1においては、シリンダライナを介してウォータージャケットに臨むスカート部の弾性変形や熱膨張が比較的無理なく行われる。これは、ウォータージャケットに臨むシリンダボアの領域の変形が比較的容易に起こり得ることに起因する。これに対し、ピストンピンの軸線に対して直交する方向に延在するサイドウォール部の弾性変形や熱膨張は抑制された状態となる。その理由は、ピストンピンの軸線に沿ったシリンダボアの変形が抑制されるためである。 Such uneven deformation of the cylinder bore may have various adverse effects on the thermal expansion of the piston accommodated therein. For example, in Patent Document 1 described above, elastic deformation and thermal expansion of the skirt portion facing the water jacket through the cylinder liner are relatively easily performed. This is due to the fact that deformation of the area of the cylinder bore facing the water jacket can occur relatively easily. On the other hand, elastic deformation and thermal expansion of the sidewall portion extending in the direction orthogonal to the axis of the piston pin are suppressed. This is because the deformation of the cylinder bore along the axis of the piston pin is suppressed.
この結果、ピストンのスカート部とサイドウォール部との境界部分にて応力集中が起こり、負荷の程度によってはクラックなどの損傷を受ける可能性がある。このような不具合を防止するためには、スカート部とサイドウォール部との境界部分の肉厚を厚くしてその剛性や強度を高める必要があり、ピストンの軽量化を阻害する要因となる。 As a result, stress concentration occurs at the boundary between the skirt portion and the sidewall portion of the piston, and there is a possibility that damage such as cracks may occur depending on the degree of load. In order to prevent such a problem, it is necessary to increase the rigidity and strength of the boundary portion between the skirt portion and the sidewall portion to increase the rigidity and strength, which is a factor that hinders the weight reduction of the piston.
本発明の目的は、複数の燃焼室が隣接状態で形成された多気筒内燃機関にて用いられるピストンにおいて、スカート部とサイドウォール部との境界領域に発生する応力集中を重量の増加を抑えつつ緩和し得る構造を提供することにある。 An object of the present invention is to reduce stress concentration occurring in a boundary region between a skirt portion and a sidewall portion while suppressing an increase in weight in a piston used in a multi-cylinder internal combustion engine in which a plurality of combustion chambers are formed adjacent to each other. It is to provide a structure that can be relaxed.
本発明によるピストンは、ピンボス部が形成され、かつピストンピン装着穴がそれぞれ開口する一対のサイドウォール部と、前記ピンボス部を挟んで対向し、かつ円周方向端部が前記一対のサイドウォール部につながる一対のスカート部と、これらサイドウォール部とスカート部との接続領域に形成された応力分散部とを具えたことを特徴とするものである。 The piston according to the present invention has a pair of sidewall portions in which pin boss portions are formed and piston pin mounting holes respectively open, and is opposed to each other across the pin boss portions, and circumferential end portions are the pair of sidewall portions. And a pair of skirt portions connected to each other, and a stress distribution portion formed in a connection region between the sidewall portions and the skirt portions.
本発明においては、スカート部およびサイドウォール部の異なる熱膨張および弾性変形に伴ってこれらの接続領域に発生する応力が、ここに形成された応力分散部によって分散される。 In the present invention, the stress generated in these connection regions due to different thermal expansion and elastic deformation of the skirt portion and the sidewall portion is dispersed by the stress dispersion portion formed here.
本発明によるピストンにおいて、応力分散部は、一対のサイドウォール部のスカート部との接続端側に形成され、かつスカート部から延在するように突出する延在部を含むものであってよい。 In the piston according to the present invention, the stress dispersion portion may include an extension portion that is formed on the connection end side of the pair of sidewall portions with the skirt portion and protrudes so as to extend from the skirt portion.
あるいは、この応力分散部は接続領域の肉厚が薄くなった薄肉部を含むものであってよい。 Alternatively, the stress dispersion portion may include a thin portion where the thickness of the connection region is reduced.
応力分散部は、基端がピストン頭部側に位置する接続領域の少なくとも末端側に形成されていることが好ましい。 It is preferable that the stress dispersion portion is formed at least on the distal side of the connection region whose proximal end is located on the piston head side.
環状のリップ部を含む燃焼室をさらに具え、この燃焼室のリップ部の内径よりも一対のサイドウォール部の対向間隔が狭く設定されているものであってよい。 A combustion chamber including an annular lip portion may be further provided, and a facing interval between the pair of sidewall portions may be set narrower than an inner diameter of the lip portion of the combustion chamber.
本発明のピストンによると、サイドウォール部とスカート部との接続領域に応力分散部を形成したので、スカート部やサイドウォール部の異なる熱膨張および弾性変形に伴ってこれらの接続領域に発生する応力を分散させることができる。この結果、ピストンの軽量化を損なうことなく、サイドウォール部とスカート部との接続領域の応力集中による破損などの不具合を防止することができる。 According to the piston of the present invention, since the stress dispersion portion is formed in the connection region between the sidewall portion and the skirt portion, the stress generated in these connection regions due to different thermal expansion and elastic deformation of the skirt portion and the sidewall portion. Can be dispersed. As a result, it is possible to prevent problems such as damage due to stress concentration in the connection region between the sidewall portion and the skirt portion without impairing the weight reduction of the piston.
応力分散部が一対のサイドウォール部のスカート部との接続端側にスカート部から延在するように突出する延在部を含む場合、接続領域にて発生する応力がシリンダボアの内周面に押し当たる延在部に分散されることとなる。 When the stress distribution part includes an extension part that protrudes from the skirt part on the connection end side with the skirt part of the pair of sidewall parts, the stress generated in the connection region is pushed to the inner peripheral surface of the cylinder bore. It will be dispersed in the corresponding extension.
応力分散部が薄肉部を含む場合、薄肉部の変形が容易となり、ピストンの軽量化を企図しつつ接続領域にて発生する応力の集中を回避できる。 When the stress dispersion portion includes a thin portion, the thin portion is easily deformed, and concentration of stress generated in the connection region can be avoided while attempting to reduce the weight of the piston.
基端がピストン頭部側に位置する接続領域の少なくとも末端側に応力分散部を形成した場合、ピストンの軽量化を図ることができる。 When the stress dispersion portion is formed at least on the terminal side of the connection region where the base end is located on the piston head side, the weight of the piston can be reduced.
環状のリップ部を含む燃焼室をさらに具え、この燃焼室のリップ部の内径よりも一対のサイドウォール部の対向間隔を狭く設定した場合、燃焼室のリップ部に負荷する圧縮力をピストンの頭部に分散させることができる。 When a combustion chamber including an annular lip portion is further provided, and the facing interval between the pair of sidewall portions is set narrower than the inner diameter of the lip portion of the combustion chamber, the compression force applied to the lip portion of the combustion chamber is increased. Can be dispersed.
本発明によるピストンの実施形態について、図1〜図5を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、必要に応じてこれらの構成を適宜組み合わせることができることは言うまでもない。 Embodiments of the piston according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5, but the present invention is not limited to these embodiments, and it is possible to appropriately combine these configurations as necessary. Needless to say.
本発明によるピストンの第1の実施形態の外観を図1,2に示す。本実施形態におけるピストン10は、全体がアルミニウムをベースとする合金にて形成されている。このピストン10は、外周面13aに複数本のピストンリング溝11およびオイルリング溝12が加工された頭部13と、図示しないピストンピンを支持するピンボス部14が形成され、かつピストンピン装着穴15がそれぞれ開口する一対のサイドウォール部16と、ピンボス部14を挟んで対向し、かつ円周方向端部が一対のサイドウォール部16につながる一対のスカート部17と、これらサイドウォール部16とスカート部17との接続領域18に形成された本発明の応力分散部としての延在部19とを具えている。サイドウォール部16およびスカート部17は、頭部13の頂面13bの反対側から突出し、全体として楕円筒状の輪郭を有する。
The appearance of the first embodiment of the piston according to the present invention is shown in FIGS. The
図示しないシリンダボアの内周面に対して摺接し得るスカート部17の外周面17aは、シリンダボアの内径よりも数十マイクロメートル程度小径に形成されている。なお、ピストン10を構成するアルミニウム合金は、シリンダボアを画成する鋳鉄などのシリンダライナよりも熱膨張率が一般に大きいため、エンジンの運転中はピストン10のスカート部17がシリンダライナの内周面に対して摺接状態となる。
An outer
サイドウォール部16の外周面16aは、頭部13の外周面13aよりもピストン10の中心側に後退した状態となっており、平面またはシリンダボアの内径よりも充分に大きな半径の円弧面にて形成されている。このため、サイドウォール部16はシリンダボアの内周面に対して常に非接触状態に保たれる。
The outer
ピストンピン装着穴15が貫通状態で形成された一対のピンボス部14は、これら一対のサイドウォール部16の対向端面側にそれぞれ形成されている。
The pair of
本実施形態における応力分散部としての延在部19は、一対のサイドウォール部16のスカート部17との接続端側に形成され、かつ外周面19aがスカート部17から延在するように突出している。延在部19の外周面19aは、スカート部17と同じ曲率中心と同じ曲率半径とを有する。これら延在部19は、基端が頭部13側に位置する接続領域18の末端側にのみそれぞれ配されている。このように、基端側よりも変形し易い末端側に延在部19が形成されているため、延在部19の存在によって接続領域18の末端側の剛性を向上させることができる。しかも、接続領域18に発生する応力を延在部19に分散させることにより、ピストン10の軽量化をそれほど損なうことなく、接続領域18に亀裂などの損傷が発生するのを回避することができる。
In this embodiment, the extending
上述した実施形態においては、基端がピストン10の頭部13側に位置する接続領域18の末端側にのみ延在部19を形成したが、これを接続領域18の長手方向(ピストン10が往復運動する方向と平行な方向)の全域に形成することも可能である。
In the above-described embodiment, the extending
このような本発明によるピストンの他の実施形態の外観を一部破断状態で図3に示し、その頂面の右半分を破断して図4に示すが、先の実施形態と同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明を省略するものとする。すなわち、本実施形態における延在部19は、サイドウォール部16の左右両端部を覆うように接続領域18の長手方向の全域に形成されている。このため、先の実施形態よりも接続領域18に発生する応力を延在部19にさらに分散させることができ、接続領域18に亀裂などの損傷が発生するのをより確実に防止することができる。
The appearance of another embodiment of the piston according to the present invention is shown in FIG. 3 in a partially broken state, and the right half of the top surface is broken and shown in FIG. In this case, the same reference numerals are used, and duplicate explanations are omitted. That is, the extending
なお、本実施形態におけるピストン10は、環状のリップ部20を含む燃焼室21をその頂面13bに具えている。また、この燃焼室21のリップ部20の内径よりも一対のサイドウォール部16の対向間隔を狭く設定している。つまり、ピンボス部14のピストンピン装着穴15に圧入されるピストンピン22の長さよりも、燃焼室21の内径を大きくしてあるため、サイドウォール部16よりも外周側に位置する頭部13の弾性変形が容易となる。この結果、サイドウォール部16の対向間隔を拡げた場合よりも燃料の燃焼時に燃焼室21に作用する応力を頭部13の広い範囲に亙って分散させることができる。
In addition, the
上述した実施形態においては、一対のサイドウォール部16のスカート部17との接続端側に、スカート部17から延在するように突出する延在部19を応力分散部として形成したが、接続領域18の肉厚が薄くなった薄肉部を応力分散部として形成することも可能である。
In the above-described embodiment, the
このような本発明によるピストンの別な実施形態の外観を図5に示すが、先の実施形態と同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明を省略するものとする。すなわち、サイドウォール部16とスカート部17との接続領域18の内周面の末端側には、その肉厚を薄く設定した薄肉部23が本発明の応力分散部として形成されている。このような薄肉部23を形成したことにより、接続領域18の弾性変形が容易となり、接続領域18に発生する応力を分散させることができる上、ピストン10の軽量化を図ることも可能となる。なお、この薄肉部23をサイドウォール部16とスカート部17との接続領域18の外周面側に形成することも可能である。
The appearance of another embodiment of the piston according to the present invention is shown in FIG. 5, but the same reference numerals are used for the same functions as those of the previous embodiment, and duplicate explanations are omitted. . That is, a
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。 It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and in the above-described embodiment, all the changes and modifications included in the concept of the present invention are other than those described. Is possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get.
10 ピストン
11 ピストンリング溝
12 オイルリング溝
13 頭部
13a 外周面
13b 頂面
14 ピンボス部
15 ピストンピン装着穴
16 サイドウォール部
16a 外周面
17 スカート部
17a 外周面
18 接続領域
19 延在部
19a 外周面
20 リップ部
21 燃焼室
22 ピストンピン
23 薄肉部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ピンボス部を挟んで対向し、かつ円周方向端部が前記一対のサイドウォール部につながる一対のスカート部と、
これらサイドウォール部とスカート部との接続領域に形成された応力分散部と
を具えたことを特徴とするピストン。 A pair of sidewall portions in which pin boss portions are formed and piston pin mounting holes respectively open;
A pair of skirt portions facing each other across the pin boss portion and having circumferential ends connected to the pair of sidewall portions,
A piston comprising: a stress dispersion portion formed in a connection region between the sidewall portion and the skirt portion.
Priority Applications (1)
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JP2007023045A JP2008190357A (en) | 2007-02-01 | 2007-02-01 | Piston |
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CN101839187A (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-22 | 日立汽车系统株式会社 | Internal combustion engine piston |
DE102014016208B4 (en) | 2013-10-31 | 2023-09-07 | Suzuki Motor Corporation | Pistons for internal combustion engines |
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2007
- 2007-02-01 JP JP2007023045A patent/JP2008190357A/en active Pending
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