JP2012041853A - Piston for spark ignition type internal combustion engine - Google Patents

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Kotaro Suzuki
宏太朗 鈴木
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/048—Heat transfer

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston for spark ignition type internal combustion engines that is suitable for suppressing erosion caused by knocking.SOLUTION: The piston for spark ignition type internal combustion engines has an outer peripheral side surface 2 and a top surface 3. A plurality of ring grooves 4, 5, 6 is formed in the outer peripheral side surface 2. A top land 8 is formed above the uppermost ring groove 4. The outer peripheral side surface 2 that belongs to the top land 8 forms the top land outer peripheral side surface 9. A plurality of intake valve recesses 12F, 12R are provided in the top surface 3. The top surface 3 provided between the intake valve recesses forms a squish portion 15. At least a part of the top land outer peripheral side surface 9L connected with the squish portion is provided with a high heat conduction portion 20 for improving heat conductivity.

Description

本発明は火花点火式内燃機関のピストンに係り、特に、ノッキングに起因するエロージョンの抑制に好適なピストンの構造に関する。   The present invention relates to a piston of a spark ignition internal combustion engine, and more particularly to a piston structure suitable for suppressing erosion caused by knocking.

ガソリンエンジンに代表される火花点火式内燃機関において、ノッキングがピストンに与えるダメージが問題視されている。特に近年、内燃機関の高過給化や高出力化に伴い、この問題はより一層深刻になってきている。   In a spark ignition type internal combustion engine represented by a gasoline engine, damage caused by knocking to a piston is regarded as a problem. Particularly in recent years, this problem has become more serious with the increase in supercharging and output of internal combustion engines.

ノッキングによるダメージを受けたピストンの表面にはエロージョンが発生している。このエロージョンとは、圧力波によるピストン表面の剥離をいう。エロージョンが発生すると、外観的には本来滑らかなピストン表面が粗くなり、所謂梨地状に変化する。従来より適合や材料の強化により解決を試みているが、効率の悪化やコスト増の問題があり、効果的な対策とは言い難い。   Erosion is generated on the surface of the piston that has been damaged by knocking. This erosion means peeling of the piston surface due to pressure waves. When erosion occurs, the surface of the piston that is originally smooth becomes rough and changes to a so-called satin finish. Attempts have been made to solve the problem by adapting and strengthening the materials, but there are problems of deterioration in efficiency and cost increase, which is not an effective measure.

なお関連技術として、特許文献１には、ピストン冠面を熱伝導性の低い材料で構成し、ピストンリング溝部を熱伝導性の高い材料で構成したピストンが開示されている。この構造は、燃焼時の冷却損失の低減と共に、従来同様のトライボ性能の維持を狙いとしている。   As a related technique, Patent Document 1 discloses a piston in which a piston crown surface is made of a material having low heat conductivity and a piston ring groove is made of a material having high heat conductivity. This structure aims to maintain the same tribo performance as before while reducing the cooling loss during combustion.

特開２００７−２３１８３０号公報JP 2007-231830 A

ところで本発明者は、鋭意研究の結果、ノッキングに起因するエロージョンの発生について、その原因およびメカニズムを解明するに至った。   By the way, as a result of intensive studies, the present inventors have elucidated the cause and mechanism of the occurrence of erosion caused by knocking.

そこで本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、ノッキングに起因するエロージョンの抑制に好適な火花点火式内燃機関のピストンを提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a piston of a spark ignition type internal combustion engine suitable for suppressing erosion caused by knocking.

本発明の第１の態様によれば、
火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、熱伝導性を高めるための高熱伝導部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストンが提供される。 According to a first aspect of the invention,
A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
There is provided a piston of a spark ignition type internal combustion engine, characterized in that a high heat conduction part for improving thermal conductivity is provided on at least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish part.

本発明の第２の態様によれば、
火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部の少なくとも一部に、断熱性を高めるための断熱部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストンが提供される。 According to a second aspect of the invention,
A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
A piston of a spark ignition type internal combustion engine is provided, wherein a heat insulating part for improving heat insulation is provided at least in part of the squish part.

本発明の第３の態様によれば、
火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、熱伝導性を高めるための高熱伝導部を設け、
前記スキッシュ部の少なくとも一部に、断熱性を高めるための断熱部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストンが提供される。 According to a third aspect of the invention,
A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
At least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish part is provided with a high thermal conductive part for enhancing thermal conductivity,
A piston of a spark ignition type internal combustion engine is provided, wherein a heat insulating part for improving heat insulation is provided at least in part of the squish part.

好ましくは、前記高熱伝導部が、前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、ピストン素材よりも高い熱伝導性を有する材料の被膜を形成することにより、形成される。   Preferably, the high thermal conductivity portion is formed by forming a coating of a material having higher thermal conductivity than the piston material on at least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish portion.

好ましくは、前記断熱部が、前記スキッシュ部の少なくとも一部に、ピストン素材よりも高い断熱性を有する材料の被膜を形成することにより、形成される。   Preferably, the heat insulating part is formed by forming a film of a material having a heat insulating property higher than that of the piston material on at least a part of the squish part.

好ましくは、前記複数の吸気バルブリセスの底面が傾斜されており、前記複数の吸気バルブリセスが前記ピストンの前記外周側面に内接するように延びており、これにより、前記トップランド外周側面の上端縁部が、前記複数の吸気バルブリセスとの接続位置において、下方に切り欠かれたような形状となっている。   Preferably, bottom surfaces of the plurality of intake valve recesses are inclined, and the plurality of intake valve recesses extend so as to be inscribed in the outer peripheral side surface of the piston, whereby an upper end edge of the top land outer peripheral side surface is formed. In the connection position with the plurality of intake valve recesses, the shape is cut out downward.

好ましくは、前記吸気バルブリセスの数が二つであり、
平面視においてピストン中心線を原点とする直交座標を定義し、ピストンピン穴の中心線に平行なＸ軸と、該Ｘ軸に直交するＹ軸とを定義した場合、前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面、前記二つの吸気バルブリセスおよび前記スキッシュ部が前記Ｙ軸に対し対称に配置されている。 Preferably, the number of intake valve recesses is two,
In the plan view, when the orthogonal coordinate with the piston center line as the origin is defined, and the X axis parallel to the center line of the piston pin hole and the Y axis orthogonal to the X axis are defined, the connection to the squish portion The outer peripheral side surface of the top land, the two intake valve recesses, and the squish portion are arranged symmetrically with respect to the Y axis.

本発明によれば、ノッキングに起因するエロージョンの抑制に好適な火花点火式内燃機関のピストンを提供することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, it is possible to provide a piston for a spark ignition type internal combustion engine suitable for suppressing erosion caused by knocking.

本発明が適用される前のベースピストンを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the base piston before this invention is applied. 本発明が適用される前のベースピストンを示す平面図である。It is a top view which shows the base piston before this invention is applied. 実機試験に用いた試験用ピストンの平面図である。It is a top view of the piston for a test used for the actual machine test. プラグ位置におけるノッキング時筒内圧波形を示すグラフである。It is a graph which shows the cylinder pressure waveform at the time of knocking in a plug position. トップランド位置におけるノッキング時筒内圧波形を示すグラフである。It is a graph which shows the cylinder pressure waveform at the time of knocking in a topland position. プラグ位置ノック振幅とトップランド位置ノック振幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a plug position knock amplitude and a topland position knock amplitude. ＣＦＤ解析に用いたピストンの平面図である。It is a top view of the piston used for CFD analysis. ＣＦＤ解析の結果を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the result of CFD analysis. ＣＦＤ解析の結果を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the result of CFD analysis. ＣＦＤ解析の結果を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the result of CFD analysis. ＣＦＤ解析の結果を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the result of CFD analysis. ３者の圧力波が衝突する様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that the pressure wave of 3 persons collides. 本発明の第１実施形態に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態において３者の圧力波が衝突する様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that the pressure wave of 3 persons collides in 1st Embodiment. 第１実施形態の第１変形例に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の第２変形例に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on the 2nd modification of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態において３者の圧力波が衝突する様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that the pressure wave of 3 persons collides in 2nd Embodiment. 第２実施形態の変形例に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態に係るピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基づき説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１および図２は、本発明が適用される前のベースとなるピストンを示す。図１は斜視図、図２は平面図である。ピストン１は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関のピストンであり、その用途は問わないが例えば自動車用である。   1 and 2 show a piston as a base before the present invention is applied. 1 is a perspective view, and FIG. 2 is a plan view. The piston 1 is a piston of a spark ignition type internal combustion engine such as a gasoline engine.

図２に示す平面視において、ピストン中心線Ｏを原点とする直交座標を定義し、図の左右方向に延びる軸をＸ軸、図の上下方向に延びる軸をＹ軸とする。Ｘ軸は、ピストンピン穴（図示せず）の中心線およびクランク軸（図示せず）の中心線に平行である。他方、Ｙ軸はＸ軸と直交する。Ｘ軸を境に図の下側が吸気側、上側が排気側である。またＹ軸を境に図の右側を前、左側を後とする。Ｘ軸は、ピストン１を吸気側と排気側とに仕切り、あるいは二分割する。Ｙ軸は、ピストン１を前側と後側とに仕切り、あるいは二分割する。ピストン中心線Ｏに沿った紙面厚さ方向手前側を上、奥側を下とする。   In the plan view shown in FIG. 2, orthogonal coordinates with the piston center line O as the origin are defined, and an axis extending in the horizontal direction in the figure is defined as an X axis, and an axis extending in the vertical direction in the figure is defined as a Y axis. The X axis is parallel to the center line of the piston pin hole (not shown) and the center line of the crankshaft (not shown). On the other hand, the Y axis is orthogonal to the X axis. The lower side of the figure is the intake side and the upper side is the exhaust side with respect to the X axis. Also, with the Y axis as the boundary, the right side of the figure is the front and the left side is the rear. The X axis divides the piston 1 into an intake side and an exhaust side, or bisects it. The Y axis divides the piston 1 into a front side and a rear side, or bisects it. The front side in the thickness direction along the piston center line O is the upper side, and the back side is the lower side.

図１および図２に示すように、ピストン１は外周側面２と頂面３とを有する（以下、それぞれピストン外周側面２およびピストン頂面３という）。ピストン外周側面２には、それぞれピストンリングを収容するための複数（三つ）のリング溝４，５，６が形成されている。最上のリング溝すなわちトップリング溝４にはトップリング（図示せず）が収容され、中間のリング溝すなわちセカンドリング溝５にはセカンドリング（図示せず）が収容され、最下のリング溝すなわちオイルリング溝６にはオイルリング（図示せず）が収容される。オイルリング溝６の下方にはスカート７が形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the piston 1 has an outer peripheral side surface 2 and a top surface 3 (hereinafter referred to as a piston outer peripheral side surface 2 and a piston top surface 3 respectively). Plural (three) ring grooves 4, 5, 6 are formed in the piston outer peripheral side surface 2 to accommodate the piston rings. A top ring (not shown) is accommodated in the uppermost ring groove or top ring groove 4, and a second ring (not shown) is accommodated in the intermediate ring groove or second ring groove 5. An oil ring (not shown) is accommodated in the oil ring groove 6. A skirt 7 is formed below the oil ring groove 6.

他方、ピストン１において、トップリング溝４の上方にはトップランド８が形成されている。ここでトップランド８とは、トップリング溝４の上方に位置するピストン１の肉の部分全体をいう。このトップランド８に属するピストン外周側面２がトップランド外周側面９を形成する。なお、トップリング溝４とセカンドリング溝５との間にはセカンドランド１０が形成され、セカンドリング溝５とオイルリング溝６との間にはサードランド１１が形成されている。   On the other hand, in the piston 1, a top land 8 is formed above the top ring groove 4. Here, the top land 8 refers to the entire meat portion of the piston 1 located above the top ring groove 4. The piston outer peripheral side surface 2 belonging to the top land 8 forms the top land outer peripheral side surface 9. A second land 10 is formed between the top ring groove 4 and the second ring groove 5, and a third land 11 is formed between the second ring groove 5 and the oil ring groove 6.

ピストン頂面３においては、その吸気側に複数の吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒが設けられ、その排気側に複数の排気バルブリセス１３Ｆ，１３Ｒが設けられている。吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒは吸気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。また排気バルブリセス１３Ｆ，１３Ｒは排気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。   On the piston top surface 3, a plurality of intake valve recesses 12F, 12R are provided on the intake side, and a plurality of exhaust valve recesses 13F, 13R are provided on the exhaust side. The intake valve recesses 12F and 12R are for avoiding interference with an intake valve (not shown), and are recessed in the piston top surface 3. The exhaust valve recesses 13F and 13R are for avoiding interference with an exhaust valve (not shown), and are recessed in the piston top surface 3.

本実施形態において、吸気バルブリセスの数は二つである。前側の吸気バルブリセスを１２Ｆで表し、後側の吸気バルブリセスを１２Ｒで表す。これら吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有し、Ｙ軸に対して対称に配置されている。   In the present embodiment, the number of intake valve recesses is two. The front intake valve recess is represented by 12F, and the rear intake valve recess is represented by 12R. These intake valve recesses 12F and 12R are substantially semicircular in a plan view (FIG. 2), have the same diameter, and are arranged symmetrically with respect to the Y axis.

同様に、排気バルブリセスの数も二つである。前側の排気バルブリセスを１３Ｆで表し、後側の排気バルブリセスを１３Ｒで表す。これら排気バルブリセス１３Ｆ，１３Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有するが、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒよりも小径である。そしてＹ軸に対して対称に配置されている。   Similarly, there are two exhaust valve recesses. The front exhaust valve recess is represented by 13F, and the rear exhaust valve recess is represented by 13R. These exhaust valve recesses 13F and 13R are substantially semicircular in plan view (FIG. 2) and have the same diameter, but are smaller in diameter than the intake valve recesses 12F and 12R. And it arrange | positions symmetrically with respect to the Y-axis.

これら吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒおよび排気バルブリセス１３Ｆ，１３Ｒの底面は、知られているように、Ｘ軸から離れるほど位置が下がるように傾斜されている。そして前側吸気バルブリセス１２Ｆおよび後側吸気バルブリセス１２Ｒは、それぞれピストン外周側面２に内接するように延びており、これにより、トップランド外周側面９の上端縁部は、前側吸気バルブリセス１２Ｆおよび後側吸気バルブリセス１２Ｒとの接続位置において、下方に切り欠かれたような形状となっている。この前側および後側の切欠き形状部を図１に１４Ｆ，１４Ｒで示す。これら前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４ＲはＹ軸に対し対称に配置されている。   As is known, the bottom surfaces of the intake valve recesses 12F and 12R and the exhaust valve recesses 13F and 13R are inclined so that their positions are lowered as they are separated from the X axis. The front side intake valve recess 12F and the rear side intake valve recess 12R extend so as to be inscribed in the piston outer peripheral side surface 2, so that the upper edge of the top land outer peripheral side surface 9 is connected to the front intake valve recess 12F and the rear intake valve recess. At the connection position with 12R, the shape is cut out downward. The front and rear cutouts are indicated by 14F and 14R in FIG. The front and rear cutout shape portions 14F and 14R are disposed symmetrically with respect to the Y axis.

二つの吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒの間のピストン頂面３はスキッシュ部１５を形成する。スキッシュ部１５は、ピストン頂面３の外周側に位置され、平面視（図２）において略扇状であり、エンジン運転時にシリンダブロックとシリンダヘッド（いずれも図示せず）の隙間から流出するスキッシュ流が積極的に当たる部位となる。スキッシュ部１５はＹ軸に対し対称に配置されている。   The piston top surface 3 between the two intake valve recesses 12F and 12R forms a squish portion 15. The squish portion 15 is located on the outer peripheral side of the piston top surface 3 and is substantially fan-shaped in a plan view (FIG. 2), and the squish flow flows out from a gap between a cylinder block and a cylinder head (both not shown) during engine operation. It becomes the part that hits positively. The squish portion 15 is arranged symmetrically with respect to the Y axis.

スキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９は、トップランド外周側面９のうち、図中Ｌで示される範囲の部分、即ち吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒとスキッシュ部１５との境界が最も半径方向外側となる二つのピストン周方向位置の間におけるトップランド外周側面９の部分である。このスキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９を、符号９Ｌを用いて区別して表し、スキッシュ接続トップランドともいう。スキッシュ接続トップランド９Ｌは、Ｙ軸に対し対称に配置されている。   The topland outer peripheral side surface 9 connected to the squish portion 15 is a portion in the range indicated by L in the figure, that is, the boundary between the intake valve recesses 12F and 12R and the squish portion 15 is the outermost radial direction. It is a part of the top land outer peripheral side surface 9 between two piston circumferential direction positions. The top land outer peripheral side surface 9 connected to the squish portion 15 is indicated by using a reference numeral 9L, and is also referred to as a squish connection top land. The squish connection top land 9L is arranged symmetrically with respect to the Y axis.

スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９ＬｍはＹ軸上に存在する。そしてこの周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に最も離れた位置に、スキッシュ接続トップランド９Ｌの前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒが存在する。前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４Ｒは、これら前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒよりも、さらに周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に離れた位置に存在する。   The intermediate position 9Lm in the circumferential direction of the squish-connected top land 9L exists on the Y axis. The front end 9Lf and the rear end 9Lr of the squish connection top land 9L are present at positions farthest forward and backward along the circumferential direction from the circumferential intermediate position 9Lm. The front and rear cutout shape portions 14F and 14R are further away from the front end 9Lf and the rear end 9Lr in the front-rear direction along the circumferential direction from the circumferential intermediate position 9Lm.

ピストン頂面３の中心部には、僅かに窪まされた中心凹部１６が形成されている。そして中心凹部１６の真上に、図示しない点火プラグがシリンダヘッドに取り付けられて設けられることとなる。   A central recess 16 that is slightly recessed is formed at the center of the piston top surface 3. A spark plug (not shown) is attached to the cylinder head just above the central recess 16.

次に、燃焼室内でのノッキングに起因してピストンに発生するエロージョンについて、本発明者の知見により得られた発生原因とメカニズムを説明する。   Next, the cause and mechanism of the erosion generated in the piston due to knocking in the combustion chamber will be described based on the knowledge of the present inventors.

まず本発明者は実機試験を行った。図３に実機試験に用いた試験用ピストン１０１を示す。この試験用ピストン１０１は、前述したベースピストン１とは異なるが、ベースピストン１と同様、ピストン頂面１０３に吸気バルブリセス１１２Ｆ，１１２Ｒと排気バルブリセス１１３Ｆ，１１３Ｒとが二つずつ設けられている。   First, the present inventor conducted an actual machine test. FIG. 3 shows the test piston 101 used in the actual machine test. Although the test piston 101 is different from the base piston 1 described above, two intake valve recesses 112F and 112R and two exhaust valve recesses 113F and 113R are provided on the piston top surface 103 in the same manner as the base piston 1.

図中、着色部分はノッキング発生率の分布を表す。着色が濃いほどノッキング発生率が高いことを意味し、第１領域Ａ１はノッキング発生率が最も高く、第２領域Ａ２は中間程度のノッキング発生率で、第３領域Ａ３はノッキング発生率が最も低い。   In the figure, the colored portion represents the distribution of the knocking occurrence rate. The darker the color, the higher the knocking rate, the first region A1 has the highest knocking rate, the second region A2 has the middle knocking rate, and the third region A3 has the lowest knocking rate. .

また、スキッシュ接続トップランド１０９Ｌにエロージョンが顕著に見られた。但しスキッシュ部１１５にも、スキッシュ接続トップランド１０９Ｌほどではないが、エロージョンが見られた。   In addition, erosion was noticeably observed in the squish-connected top land 109L. However, erosion was also observed in the squish portion 115, although not as much as the squish connected top land 109L.

図４〜図６に多点圧力解析の結果を示す。図４は、点火プラグの位置（プラグ位置という）で筒内圧センサを用いて筒内圧を計測したときのノッキング時筒内圧波形を示す。横軸はクランク角であり、縦軸は筒内圧である。図５は、スキッシュ接続トップランド１０９Ｌの周方向中間位置に対向するシリンダ内周面の位置（トップランド位置という）で筒内圧センサを用いて筒内圧を計測したときのノッキング時筒内圧波形を示す。横軸はクランク角であり、縦軸は筒内圧である。なおこれら波形はハイパスフィルタを通した後での波形である。   4 to 6 show the results of multipoint pressure analysis. FIG. 4 shows a knocking in-cylinder pressure waveform when the in-cylinder pressure is measured using the in-cylinder pressure sensor at the position of the spark plug (referred to as plug position). The horizontal axis is the crank angle, and the vertical axis is the in-cylinder pressure. FIG. 5 shows an in-cylinder pressure waveform at the time of knocking when the in-cylinder pressure is measured using the in-cylinder pressure sensor at a position on the cylinder inner peripheral surface (referred to as a top land position) facing the intermediate position in the circumferential direction of the squish-connected top land 109L. . The horizontal axis is the crank angle, and the vertical axis is the in-cylinder pressure. These waveforms are waveforms after passing through a high-pass filter.

これら図を比較すると分かるように、トップランド位置ではプラグ位置よりも、ノッキング時の筒内圧波形が大きく振動しており、自着火に伴う圧力波が大きくなっている。   As can be seen by comparing these figures, the in-cylinder pressure waveform at the time of knocking oscillates more greatly at the top land position than at the plug position, and the pressure wave resulting from self-ignition increases.

これら図４および図５に示したような筒内圧波形を複数取得し、その結果に基づき作成したのが図６のグラフである。横軸はプラグ位置ノック振幅であり、縦軸はトップランド位置ノック振幅である。ここでノック振幅とは、図４および図５に示したような１燃焼当たりの筒内圧波形のうちの最大振幅Ｗをいう。   A plurality of in-cylinder pressure waveforms as shown in FIGS. 4 and 5 are obtained, and the graph of FIG. 6 is created based on the results. The horizontal axis represents the plug position knock amplitude, and the vertical axis represents the topland position knock amplitude. Here, the knock amplitude refers to the maximum amplitude W of the in-cylinder pressure waveform per combustion as shown in FIGS.

図６から分かるように、トップランド位置ノック振幅はプラグ位置ノック振幅に対し概ね比例関係にあるが、その比例係数は１より大きく、しかも図中円内に示すように、トップランド位置ノック振幅がプラグ位置ノック振幅より顕著に大きくなることがある。この結果から、スキッシュ接続トップランド１０９Ｌの位置において、ノッキング時に圧力が急激に増大していることが分かる。なお図６の円内のデータは、図４および図５の筒内圧波形に基づいたデータである。   As can be seen from FIG. 6, the topland position knock amplitude is approximately proportional to the plug position knock amplitude, but the proportionality coefficient is larger than 1, and the topland position knock amplitude is larger as shown in the circle in the figure. May be significantly greater than the plug position knock amplitude. From this result, it can be seen that, at the position of the squish-connected top land 109L, the pressure rapidly increases during knocking. The data in the circle in FIG. 6 is data based on the in-cylinder pressure waveform in FIGS. 4 and 5.

次に本発明者はＣＦＤ解析を行った。図７にＣＦＤ解析に用いたピストン２０１を示す。このＣＦＤ解析用ピストン２０１も、前述したベースピストン１とは異なるが、ベースピストン１と同様、ピストン頂面２０３に吸気バルブリセス２１２Ｆ，２１２Ｒと排気バルブリセス２１３Ｆ，２１３Ｒとが二つずつ設けられている。なおこのＣＦＤ解析用ピストン２０１は、筒内直噴エンジンのものであり、ピストン頂面２０３には燃料衝突用凹部２１９が設けられている。   Next, the present inventor performed CFD analysis. FIG. 7 shows a piston 201 used for CFD analysis. The CFD analysis piston 201 is also different from the base piston 1 described above, but similarly to the base piston 1, two intake valve recesses 212F and 212R and two exhaust valve recesses 213F and 213R are provided on the piston top surface 203. The CFD analysis piston 201 is of an in-cylinder direct injection engine, and the piston top surface 203 is provided with a fuel collision recess 219.

このＣＦＤ解析においては、初期条件として、矢印Ｂで示す領域を既燃領域として温度を２０００℃に設定し、矢印Ｃで示す領域を未燃領域として温度を１０００℃に設定し、その境界層から自着火を模擬した圧力を伝播させている。ピストン２０１の位置は圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）１５°に固定している。   In this CFD analysis, as an initial condition, the region indicated by the arrow B is set as a burned region, the temperature is set to 2000 ° C., the region indicated by the arrow C is set as an unburned region, and the temperature is set to 1000 ° C. The pressure simulating self-ignition is propagated. The position of the piston 201 is fixed at 15 ° after compression top dead center (ATDC).

図８〜図１１はＣＦＤ解析の結果であり、それぞれ開始から６μｓｅｃ後、１２μｓｅｃ後、１８μｓｅｃ後、２４μｓｅｃ後の状態を示している。まず図８に示す６μｓｅｃ後では、吸気バルブリセス２１２Ｆ，２１２Ｒから、スキッシュ接続トップランド２０９Ｌの位置（即ちスキッシュ接続トップランド２０９Ｌと、これに対向するシリンダ内周面との間の隙間）に、圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒが進入している。特にこの進入は、トップランド外周側面２０９の上端縁部における切欠き形状部２１４Ｆ，２１４Ｒを通じて行われる。なお切欠き形状部２１４Ｆ，２１４Ｒがない場合もあるが、このときには吸気バルブリセス２１２Ｆ，２１２Ｒの内側壁を乗り越えて進入が行われる。   8 to 11 show the results of CFD analysis, and show the states after 6 μsec, 12 μsec, 18 μsec, and 24 μsec, respectively, from the start. First, after 6 μsec shown in FIG. 8, a pressure wave is passed from the intake valve recesses 212F and 212R to the position of the squish-connected top land 209L (that is, the gap between the squish-connected top land 209L and the cylinder inner peripheral surface facing this). P1F and P1R have entered. In particular, this approach is made through notch-shaped portions 214F and 214R at the upper edge of the outer peripheral side surface 209 of the top land. In some cases, the notch-shaped portions 214F and 214R are not provided, but at this time, the entry is made over the inner walls of the intake valve recesses 212F and 212R.

次に、図９に示す１２μｓｅｃ後では、スキッシュ部２１５から圧力波Ｐ２がＹ軸方向且つ半径方向外側に進み、スキッシュ接続トップランド２０９Ｌの位置に進入する。他方、既に進入した吸気バルブリセス２１２Ｆ，２１２Ｒからの圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒは、スキッシュ接続トップランド２０９Ｌとこれに対向するシリンダ内周面との隙間を、周方向に回り込んで進む。つまり、これら３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２は互いに合流する方向に向かっている。   Next, after 12 μsec shown in FIG. 9, the pressure wave P <b> 2 advances from the squish portion 215 in the Y axis direction and radially outward, and enters the position of the squish connection top land 209 </ b> L. On the other hand, the pressure waves P1F and P1R from the intake valve recesses 212F and 212R that have already entered advance around the gap between the squish-connected top land 209L and the cylinder inner circumferential surface facing this in the circumferential direction. That is, these three pressure waves P1F, P1R, and P2 are directed in the direction of joining each other.

次に、図１０に示す１８μｓｅｃ後では、スキッシュ部１５からの圧力波Ｐ２がトップリング（図示せず）に衝突し、当該衝突位置で圧力が部分的に上昇する。   Next, after 18 μsec shown in FIG. 10, the pressure wave P <b> 2 from the squish unit 15 collides with the top ring (not shown), and the pressure partially rises at the collision position.

次に、図１１に示す２４μｓｅｃ後では、吸気バルブリセス２１２Ｆ，２１２Ｒからの圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒが、圧力上昇したスキッシュ部１５からの圧力波Ｐ２と衝突する。よって３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２の衝突位置で圧力が急激に上昇する。この衝突位置ないし圧力上昇位置は、Ｙ軸近傍の位置、即ちスキッシュ接続トップランド２０９Ｌの周方向中間位置の近傍の位置である。   Next, after 24 μsec shown in FIG. 11, the pressure waves P1F and P1R from the intake valve recesses 212F and 212R collide with the pressure wave P2 from the squish portion 15 whose pressure has increased. Accordingly, the pressure rapidly increases at the collision position of the three pressure waves P1F, P1R, and P2. This collision position or pressure increase position is a position in the vicinity of the Y axis, that is, a position in the vicinity of the intermediate position in the circumferential direction of the squish connection top land 209L.

このように、自着火により発生した圧力波は、スキッシュ接続トップランド２０９Ｌの周方向中間位置の近傍で、重ね合わさって増幅することが判明した。そしてこのことが、図３に示したような実機のピストン１０１において、スキッシュ接続トップランド１０９Ｌ（特にその周方向中間位置）にエロージョンが顕著に発生する理由と推測される。図１２に３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２が衝突する様子を示す。   Thus, it has been found that the pressure wave generated by the self-ignition is superimposed and amplified in the vicinity of the intermediate position in the circumferential direction of the squish connection top land 209L. This is presumed to be the reason why erosion is remarkably generated in the squish-connected top land 109L (particularly in the middle position in the circumferential direction) in the actual piston 101 as shown in FIG. FIG. 12 shows how the three pressure waves P1F, P1R, and P2 collide.

３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２が衝突する位置は３重点をなす。このような３重点が現れる理由は、これら圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２の伝播速度がＹ軸に対し対称であること、言い換えれば前後に対称であることと考えられる。   The position where the three pressure waves P1F, P1R, and P2 collide has three points. The reason why such a triple point appears is that the propagation speeds of these pressure waves P1F, P1R, P2 are symmetric with respect to the Y axis, in other words, symmetric in the front-rear direction.

そこで、これら圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２のうち一つでも伝播速度を変えれば、即ち３者の伝播速度のバランスを崩せば、３重点の発生は回避できることとなる。本発明はこのような知見に基づき創案されたものである。   Therefore, if one of these pressure waves P1F, P1R, and P2 changes the propagation speed, that is, if the balance of the propagation speeds of the three members is broken, the occurrence of the triple point can be avoided. The present invention has been created based on such knowledge.

［第１実施形態］
図１３に、前記ベースピストン１に対して本発明を適用した第１実施形態に係るピストンを示す。なおベースピストン１と同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。 [First Embodiment]
FIG. 13 shows a piston according to a first embodiment in which the present invention is applied to the base piston 1. In addition, the same code | symbol is attached | subjected in the figure to the component same as the base piston 1, and description is abbreviate | omitted.

図示するように、第１実施形態に係るピストン１Ａにおいては、スキッシュ接続トップランド９Ｌの少なくとも一部に、熱伝導性を高めるための高熱伝導部２０（ハッチング領域で示す）が設けられている。ここでピストン１Ａ自体は、アルミニウム、鉄またはそれらの合金等のピストン素材により一体に形成されている。高熱伝導部２０は、このようなピストン１Ａのスキッシュ接続トップランド９Ｌの少なくとも一部に、異なる材料を被覆したり特殊加工を施したりすることにより形成され、これにより高熱伝導部２０はその隣接部位よりも高い熱伝導性を有するようになる。   As shown in the drawing, in the piston 1A according to the first embodiment, a high thermal conductivity portion 20 (indicated by a hatching region) for increasing thermal conductivity is provided on at least a part of the squish connection top land 9L. Here, the piston 1A itself is integrally formed of a piston material such as aluminum, iron, or an alloy thereof. The high heat conduction unit 20 is formed by coating at least a part of the squish-connected top land 9L of the piston 1A with a different material or special processing, whereby the high heat conduction unit 20 is adjacent to the adjacent portion. Higher thermal conductivity.

図示例において、高熱伝導部２０は、Ｙ軸に対して対称的に二つ設けられている。前側の高熱伝導部２０を符号２０Ｆで表し、後側の高熱伝導部２０を符号２０Ｒで表す。Ｙ軸付近、すなわちスキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９Ｌｍ付近の未設置領域２１には、高熱伝導部２０が設けられていない。この未設置領域２１を除き、Ｙ軸より前方のスキッシュ接続トップランド９Ｌ全体には前側高熱伝導部２０Ｆが設けられ、Ｙ軸より後方のスキッシュ接続トップランド９Ｌ全体には後側高熱伝導部２０Ｒが設けられている。   In the example of illustration, the two high heat conductive parts 20 are provided symmetrically with respect to the Y-axis. The front high heat conduction part 20 is represented by reference numeral 20F, and the rear high heat conduction part 20 is represented by reference numeral 20R. In the non-installation region 21 in the vicinity of the Y axis, that is, in the vicinity of the circumferential intermediate position 9Lm of the squish-connected top land 9L, the high heat conduction portion 20 is not provided. Except for the non-installed region 21, the entire squish connection top land 9L ahead of the Y axis is provided with a front high heat conduction portion 20F, and the squish connection top land 9L behind the Y axis has a rear high heat conduction portion 20R. Is provided.

これら高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒは、例えば、ピストン素材よりも熱伝導性あるいは熱伝導率の高い材料（例えば銅等の金属）を溶射し、スキッシュ接続トップランド９Ｌの該当箇所の表面に当該材料の被膜を形成することにより、形成される。あるいは、高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒは、例えば、スキッシュ接続トップランド９Ｌの該当箇所の表面の面粗度を粗くすることにより、形成される。   These high heat conduction portions 20F and 20R are, for example, thermally sprayed with a material (for example, metal such as copper) having higher heat conductivity or heat conductivity than the piston material, and the material of the material is applied to the surface of the corresponding portion of the squish connection top land 9L. It is formed by forming a film. Alternatively, the high thermal conductive portions 20F and 20R are formed, for example, by increasing the surface roughness of the surface of the corresponding portion of the squish connection top land 9L.

かかる高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒを設けると、高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒの雰囲気温度が低下するため、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒからの圧力波（図１４のＰ１Ｆ，Ｐ１Ｒ参照）が高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒを通過する際の伝播速度が局所的に遅くなる。従って、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒからの圧力波と、スキッシュ部１５からの圧力波（図１４のＰ２参照）との３者の同時衝突を回避し、各圧力波のタイミングをずらし、圧力増幅箇所を分散することができる。そして３重点の発生を回避し、特にスキッシュ接続トップランド９Ｌにおいて顕著であったエロージョンの発生を抑制することが可能である。   When such high heat conduction portions 20F and 20R are provided, the atmospheric temperature of the high heat conduction portions 20F and 20R is lowered, so that the pressure waves from the intake valve recesses 12F and 12R (see P1F and P1R in FIG. 14) are high heat conduction portions 20F and 20R. Propagation speed when passing through is locally slow. Therefore, simultaneous collision between the pressure wave from the intake valve recesses 12F and 12R and the pressure wave from the squish unit 15 (see P2 in FIG. 14) is avoided, the timing of each pressure wave is shifted, and the pressure amplification point is changed. Can be dispersed. And generation | occurrence | production of a triple point can be avoided and generation | occurrence | production of the erosion which was remarkable especially in the squish connection top land 9L can be suppressed.

図１４に３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２が衝突する様子を示す。衝突は、スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９Ｌｍよりも、圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒの上流側で発生する。すなわち、前側吸気バルブリセス１２Ｆからの圧力波Ｐ１Ｆは、スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９Ｌｍよりも上流側で、スキッシュ部１５からの圧力波Ｐ２と衝突する。他方、後側吸気バルブリセス１２Ｒからの圧力波Ｐ１Ｒは、スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９Ｌｍよりも上流側で、スキッシュ部１５からの圧力波Ｐ２と衝突する。このように２者の圧力波でしか衝突が行われないこと、および、衝突位置が２箇所に分散されることから、圧力増幅の度合いを低減すると共に、その箇所を分散し、エロージョンの発生を抑制することが可能である。   FIG. 14 shows how the three pressure waves P1F, P1R, and P2 collide. The collision occurs on the upstream side of the pressure waves P1F and P1R from the circumferential intermediate position 9Lm of the squish-connected top land 9L. That is, the pressure wave P1F from the front intake valve recess 12F collides with the pressure wave P2 from the squish part 15 upstream of the circumferential intermediate position 9Lm of the squish connection top land 9L. On the other hand, the pressure wave P1R from the rear intake valve recess 12R collides with the pressure wave P2 from the squish portion 15 upstream of the circumferential intermediate position 9Lm of the squish connection top land 9L. As described above, the collision can be performed only by the pressure waves of the two parties, and the collision positions are dispersed in two places, so that the degree of pressure amplification is reduced and the places are dispersed to generate erosion. It is possible to suppress.

図１５には、第１実施形態の第１変形例に係るピストンを示す。このピストン１Ｂにおいては、スキッシュ接続トップランド９Ｌの全体に高熱伝導部２０が設けられている。このようにしても、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒからの圧力波の伝播速度を局所的に遅くし、前記同様の作用効果を果たせる。   FIG. 15 shows a piston according to a first modification of the first embodiment. In this piston 1B, the high heat conduction part 20 is provided in the whole squish connection top land 9L. Even in this case, the propagation speed of the pressure wave from the intake valve recesses 12F and 12R can be locally reduced to achieve the same effect as described above.

図１６には、第１実施形態の第２変形例に係るピストンを示す。このピストン１Ｃにおいては、前側高熱伝導部２０Ｆのみが設けられ、後側高熱伝導部２０Ｒは省略されている。こうすると前側の吸気バルブリセス１２Ｆからの圧力波Ｐ１Ｆの伝播速度のみが遅くなるが、これによっても３重点の発生を回避して前記同様の作用効果を果たせる。   In FIG. 16, the piston which concerns on the 2nd modification of 1st Embodiment is shown. In this piston 1C, only the front high thermal conductivity portion 20F is provided, and the rear high thermal conductivity portion 20R is omitted. This slows down only the propagation speed of the pressure wave P1F from the front intake valve recess 12F, but this also avoids the generation of triple points and can achieve the same effect as described above.

第１実施形態の変形例は他にも様々なものが考えられる。ここでは高熱伝導部２０の高さがスキッシュ接続トップランド９Ｌの高さと同一である例を示したが、前者を後者より小さくしてもよい。例えば前側の高熱伝導部２０Ｆについて、これを未設置領域２１より前方のスキッシュ接続トップランド９Ｌ全体に設けるようにしたが、部分的に設けるようにしてもよく、形状も長方形に限らない。後側の高熱伝導部２０Ｒについても同様である。   Various other modifications of the first embodiment can be considered. Here, an example in which the height of the high heat conduction unit 20 is the same as the height of the squish connection top land 9L is shown, but the former may be smaller than the latter. For example, although the front high heat conduction portion 20F is provided in the entire squish connection top land 9L in front of the non-installation region 21, it may be provided partially, and the shape is not limited to a rectangle. The same applies to the rear high heat conduction portion 20R.

［第２実施形態］
図１７に、前記ベースピストンに対して本発明を適用した第２実施形態に係るピストンを示す。なおベースピストンと同一の構成要素には図中同一符号を付し、説明を省略する。 [Second Embodiment]
FIG. 17 shows a piston according to a second embodiment in which the present invention is applied to the base piston. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as a base piston in a figure, and description is abbreviate | omitted.

図示するように、第２実施形態に係るピストン１Ｄにおいては、スキッシュ部１５の少なくとも一部に、断熱性を高めるための断熱部３０（ドット領域で示す）が設けられている。前記同様、ピストン１Ｄ自体は、アルミニウム、鉄またはそれらの合金等のピストン素材により一体に形成されている。断熱部３０は、このようなピストン１Ｄのスキッシュ部１５の少なくとも一部に、異なる材料を被覆したり特殊加工を施したりすることにより形成され、これにより断熱部３０はその隣接部位よりも高い断熱性を有するようになる。   As shown in the drawing, in the piston 1D according to the second embodiment, at least a part of the squish portion 15 is provided with a heat insulating portion 30 (indicated by a dot region) for improving heat insulating properties. As described above, the piston 1D itself is integrally formed of a piston material such as aluminum, iron, or an alloy thereof. The heat insulating part 30 is formed by coating at least a part of the squish part 15 of the piston 1D with a different material or special processing, whereby the heat insulating part 30 has a higher heat insulation than its adjacent part. Have sex.

図示例において、断熱部３０はスキッシュ部１５の全体に設けられている。断熱部３０は、例えば、ピストン素材よりも断熱性の高い材料の被膜を、スキッシュ部１５に形成することにより、形成される。このような例としては、ピストン素材がアルミニウムまたはアルミニウム合金である場合、スキッシュ部１５にアルマイト処理を行うことが好適である。こうすると、スキッシュ部１５の表面にアルミニウムの陽極酸化皮膜（具体的にはアルミナＡｌ2Ｏ3の被膜）が生成される。この陽極酸化皮膜が、ピストン素材よりも断熱性の高い被膜をなす。 In the illustrated example, the heat insulating portion 30 is provided on the entire squish portion 15. The heat insulating part 30 is formed, for example, by forming a film of a material having a higher heat insulating property than the piston material on the squish part 15. As such an example, when the piston material is aluminum or an aluminum alloy, it is preferable to subject the squish portion 15 to an alumite treatment. As a result, an anodized aluminum film (specifically, an alumina Al 2 O 3 film) is formed on the surface of the squish portion 15. This anodized film forms a film having higher heat insulation than the piston material.

あるいは、断熱部３０は、例えばスキッシュ部１５を発泡構造とすることにより形成される。   Or the heat insulation part 30 is formed by making the squish part 15 into a foam structure, for example.

かかる断熱部３０を設けると、断熱部３０の雰囲気温度が上昇するため、スキッシュ部１５からの圧力波（図１８のＰ２参照）がスキッシュ部１５を通過する際の伝播速度が局所的に速くなる。従って、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒからの圧力波と、スキッシュ部１５からの圧力波との同時衝突を回避し、各圧力波のタイミングをずらし、圧力増幅箇所を分散することができる。そして３重点の発生を回避し、特にスキッシュ接続トップランド９Ｌにおいて顕著であったエロージョンの発生を抑制することが可能である。   When such a heat insulating part 30 is provided, the atmospheric temperature of the heat insulating part 30 rises, so that the propagation speed when the pressure wave from the squish part 15 (see P2 in FIG. 18) passes through the squish part 15 is locally increased. . Therefore, simultaneous collision between the pressure wave from the intake valve recesses 12F and 12R and the pressure wave from the squish unit 15 can be avoided, the timing of each pressure wave can be shifted, and the pressure amplification points can be dispersed. And generation | occurrence | production of a triple point can be avoided and generation | occurrence | production of the erosion which was remarkable especially in the squish connection top land 9L can be suppressed.

図１８に３者の圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒ，Ｐ２が衝突する様子を示す。この第２実施形態でも第１実施形態と同様、衝突が、スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９Ｌｍよりも圧力波Ｐ１Ｆ，Ｐ１Ｒの上流側で発生する。よって圧力増幅の度合いを低減すると共に、その箇所を分散し、エロージョンの発生を抑制することが可能である。   FIG. 18 shows how the three pressure waves P1F, P1R, and P2 collide. In the second embodiment, as in the first embodiment, the collision occurs upstream of the pressure waves P1F and P1R from the circumferential intermediate position 9Lm of the squish connection top land 9L. Therefore, it is possible to reduce the degree of pressure amplification and disperse the portions to suppress the occurrence of erosion.

図１９には、第２実施形態の変形例に係るピストンを示す。このピストン１Ｅにおいては、スキッシュ部１５の一部にのみ断熱部３０が設けられている。ここでスキッシュ部１５は略扇形となっているが、断熱部３０は、スキッシュ部１５と相似でそれより小さい略扇形となっている。このようにしても、スキッシュ部１５からの圧力波の伝播速度を局所的に速くし、前記同様の作用効果を果たせる。   FIG. 19 shows a piston according to a modification of the second embodiment. In this piston 1E, the heat insulation part 30 is provided only in a part of the squish part 15. Here, the squish portion 15 has a substantially sector shape, but the heat insulating portion 30 has a substantially sector shape similar to the squish portion 15 and smaller than that. Even in this case, the propagation speed of the pressure wave from the squish portion 15 can be locally increased, and the same effect as described above can be achieved.

この第２実施形態の変形例もその他様々なものが考えられる。スキッシュ部１５と異なる形状あるいは非相似形状の断熱部３０としてもよい。   Various other modifications of the second embodiment can be considered. It is good also as the heat insulation part 30 of the shape different from the squish part 15, or a non-similar shape.

［第３実施形態］
図２０に第３実施形態に係るピストンを示す。この第３実施形態に係るピストン１Ｆは、第１実施形態で述べた高熱伝導部２０と、第２実施形態で述べた断熱部３０との両方を備える。図示例は、図１３で示した例と図１７で示した例との組み合わせである。 [Third Embodiment]
FIG. 20 shows a piston according to the third embodiment. The piston 1F according to the third embodiment includes both the high heat conducting unit 20 described in the first embodiment and the heat insulating unit 30 described in the second embodiment. The illustrated example is a combination of the example shown in FIG. 13 and the example shown in FIG.

これによれば、高熱伝導部２０Ｆ，２０Ｒにより、吸気バルブリセス１２Ｆ，１２Ｒからの圧力波の伝播速度を局所的に遅くすると共に、断熱部３０により、スキッシュ部１５からの圧力波の伝播速度を局所的に速くすることができる。従って、この第３実施形態によっても前記同様の作用効果を果たせる。   According to this, the propagation speed of the pressure wave from the intake valve recesses 12F and 12R is locally slowed by the high heat conduction parts 20F and 20R, and the propagation speed of the pressure wave from the squish part 15 is locally reduced by the heat insulating part 30. Can be faster. Therefore, the third embodiment can achieve the same effects as described above.

この第３実施形態の変形例も様々なものが考えられ、例えば図１５で示した例と図１７で示した例との組み合わせ、図１３で示した例と図１９で示した例との組み合わせ等、第１実施形態と第２実施形態との任意の組み合わせが可能である。   Various modifications of the third embodiment are conceivable. For example, a combination of the example shown in FIG. 15 and the example shown in FIG. 17, a combination of the example shown in FIG. 13 and the example shown in FIG. Any combination of the first embodiment and the second embodiment is possible.

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の実施形態は他にも種々考えられる。例えば、２つより多い例えば３つの吸気弁を有する内燃機関において、ピストンに同数の３つの吸気バルブリセスが設けられる場合にも、本発明は適用可能である。この場合、互いに隣り合う２つの吸気バルブリセスの組が２組設けられるが、それぞれの組に対して、前記実施形態で述べたような構造を適用することが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, various embodiment of this invention can be considered variously. For example, in an internal combustion engine having more than two, for example, three intake valves, the present invention is also applicable when the same number of three intake valve recesses are provided in the piston. In this case, two sets of two intake valve recesses adjacent to each other are provided, and the structure as described in the above embodiment can be applied to each set.

本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

１Ａ〜１Ｆ ピストン
２ 外周側面
３ 頂面
４ トップリング溝
５ セカンドリング溝
６ サードリング溝
８ トップランド
９ トップランド外周側面
９Ｌ スキッシュ接続トップランド
１２Ｆ 前側吸気バルブリセス
１２Ｒ 後側吸気バルブリセス
１４Ｆ 前側切欠き形状部
１４Ｒ 後側切欠き形状部
１５ スキッシュ部
２０ 高熱伝導部
３０ 断熱部
Ｏ ピストン中心線 1A to 1F Piston 2 Outer peripheral side 3 Top surface 4 Top ring groove 5 Second ring groove 6 Third ring groove 8 Top land 9 Top land outer peripheral side 9L Squish connection top land 12F Front intake valve recess 12R Rear intake valve recess 14F Front notch shape part 14R Rear notch shape part 15 Squish part 20 High heat conduction part 30 Heat insulation part O Piston center line

Claims (7)

火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、熱伝導性を高めるための高熱伝導部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストン。 A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
A piston of a spark ignition type internal combustion engine, characterized in that a high heat conduction part is provided on at least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish part. 火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部の少なくとも一部に、断熱性を高めるための断熱部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストン。 A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
A piston for a spark ignition type internal combustion engine, characterized in that a heat insulating portion for improving heat insulation is provided at least in part of the squish portion. 火花点火式内燃機関のピストンであって、
外周側面と頂面とを有し、
前記外周側面に複数のリング溝が形成され、そのうち最上のリング溝の上方にトップランドが形成され、該トップランドに属する前記外周側面がトップランド外周側面を形成し、
前記頂面に複数の吸気バルブリセスが設けられ、これら吸気バルブリセス間の前記頂面がスキッシュ部を形成し、
前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、熱伝導性を高めるための高熱伝導部を設け、
前記スキッシュ部の少なくとも一部に、断熱性を高めるための断熱部を設けた
ことを特徴とする火花点火式内燃機関のピストン。 A piston of a spark ignition internal combustion engine,
An outer peripheral side surface and a top surface;
A plurality of ring grooves are formed on the outer peripheral side surface, a top land is formed above the uppermost ring groove, and the outer peripheral side surface belonging to the top land forms a top land outer peripheral side surface,
A plurality of intake valve recesses are provided on the top surface, and the top surface between the intake valve recesses forms a squish portion,
At least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish part is provided with a high thermal conductive part for enhancing thermal conductivity,
A piston for a spark ignition type internal combustion engine, characterized in that a heat insulating portion for improving heat insulation is provided at least in part of the squish portion. 前記高熱伝導部が、前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面の少なくとも一部に、ピストン素材よりも高い熱伝導性を有する材料の被膜を形成することにより、形成される
ことを特徴とする請求項１または３に記載の火花点火式内燃機関のピストン。 The high thermal conductivity portion is formed by forming a coating of a material having a thermal conductivity higher than that of a piston material on at least a part of the outer peripheral side surface of the top land connected to the squish portion. The piston of the spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 3. 前記断熱部が、前記スキッシュ部の少なくとも一部に、ピストン素材よりも高い断熱性を有する材料の被膜を形成することにより、形成される
ことを特徴とする請求項２または３に記載の火花点火式内燃機関のピストン。 4. The spark ignition according to claim 2, wherein the heat insulating portion is formed by forming a coating of a material having a heat insulating property higher than that of a piston material on at least a part of the squish portion. Piston of internal combustion engine. 前記複数の吸気バルブリセスの底面が傾斜されており、前記複数の吸気バルブリセスが前記ピストンの前記外周側面に内接するように延びており、これにより、前記トップランド外周側面の上端縁部が、前記複数の吸気バルブリセスとの接続位置において、下方に切り欠かれたような形状となっている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の火花点火式内燃機関のピストン。 The bottom surfaces of the plurality of intake valve recesses are inclined, and the plurality of intake valve recesses extend so as to be inscribed in the outer peripheral side surface of the piston. The piston of the spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the piston is cut out downward at a connection position with the intake valve recess. 前記吸気バルブリセスの数が二つであり、
平面視においてピストン中心線を原点とする直交座標を定義し、ピストンピン穴の中心線に平行なＸ軸と、該Ｘ軸に直交するＹ軸とを定義した場合、前記スキッシュ部に接続する前記トップランド外周側面、前記二つの吸気バルブリセスおよび前記スキッシュ部が前記Ｙ軸に対し対称に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の火花点火式内燃機関のピストン。 The number of intake valve recesses is two;
In the plan view, when the orthogonal coordinate with the piston center line as the origin is defined, and the X axis parallel to the center line of the piston pin hole and the Y axis orthogonal to the X axis are defined, the connection to the squish portion 7. The spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein a topland outer peripheral side surface, the two intake valve recesses, and the squish portion are arranged symmetrically with respect to the Y axis. piston.
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