JP2017203386A

JP2017203386A - piston

Info

Publication number: JP2017203386A
Application number: JP2016093949A
Authority: JP
Inventors: 憲征山中; Norimasa Yamanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-09
Also published as: JP6528720B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston having a high productivity and capable of suppressing oil film shortage.SOLUTION: In a piston: the circumference of the lower end face of a top land has a true circle shape; the circumference of the upper end face of the top land has an elliptical shape having a long axis from a thrust side to a counter-thrust side; the center of the elliptical shape of the upper end face is positioned on the thrust side from the true circle shape of the lower end face; and the outer circumference of the upper end face is positioned on the inner side of the outer circumference of the lower end face.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はピストンに関する。 The present invention relates to a piston.

内燃機関（エンジン）のピストンの外周面には溝が形成されており、当該溝にピストンリングが装着される。ピストンのトップリング溝と頂面との間の領域であるトップランドにおいては、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間隙（クレビス）に油膜が形成される（例えば特許文献１）。 A groove is formed on the outer peripheral surface of the piston of the internal combustion engine (engine), and a piston ring is attached to the groove. In the top land, which is a region between the top ring groove and the top surface of the piston, an oil film is formed in a gap (clevis) between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder (for example, Patent Document 1).

特開２００１−９９００２号公報JP 2001-99902 A

しかし適正な大きさのクレビスが確保されない場合、油膜切れが発生し、ピストンとシリンダとの焼き付きが生じる。また、ピストンを加工する際、切削量が多くなると、生産性が低下する。 However, when a clevis of an appropriate size is not secured, the oil film is cut and seizure occurs between the piston and the cylinder. Further, when machining the piston, if the amount of cutting increases, productivity decreases.

本発明は、上記課題に鑑み、生産性が高く、かつ油膜切れを抑制することが可能なピストンを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a piston that has high productivity and can suppress oil film breakage.

上記目的は、トップランドの下端面の外周は真円形状であり、前記トップランドの上端面の外周はスラスト側から反スラスト側にかけて長軸を有する楕円形状であり、前記上端面の楕円形状の中心は、前記下端面の真円形状の中心よりスラスト側に位置し、前記上端面の外周は前記下端面の外周より内側に位置するピストンによって達成できる。 The above-mentioned object is that the outer periphery of the lower end surface of the top land is a perfect circle shape, the outer periphery of the upper end surface of the top land is an elliptical shape having a long axis from the thrust side to the anti-thrust side, and the elliptical shape of the upper end surface is The center can be achieved by a piston located on the thrust side from the center of the perfect circle shape of the lower end surface, and the outer periphery of the upper end surface can be achieved by a piston located inside the outer periphery of the lower end surface.

生産性が高く、かつ油膜切れを抑制することが可能なピストンを提供できる。 It is possible to provide a piston that is high in productivity and can suppress oil film breakage.

図１は内燃機関の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine. 図２はピストンを例示する平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating the piston. 図３はスラスト（Ｔｈ）側を拡大した断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the thrust (Th) side. 図４は反スラスト（ＡＴｈ）側を拡大した断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the anti-thrust (ATh) side. 図５はＦｒ側を拡大した断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the Fr side.

以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１はエンジン１００の概略図である。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダ１０、吸気管１２、排気管１４、点火プラグ１６、燃料噴射弁１８、ピストン２０、およびコンロッド２２を備える。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of the engine 100. As shown in FIG. 1, the engine 100 includes a cylinder 10, an intake pipe 12, an exhaust pipe 14, a spark plug 16, a fuel injection valve 18, a piston 20, and a connecting rod 22.

シリンダ１０には、吸気管１２、排気管１４、点火プラグ１６、および燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は吸気管１２に設けられており、燃料を噴射する。吸気管１２からシリンダ１０内に燃料と空気との混合気が導入される。点火プラグ１６により混合気が燃焼する。混合気の燃焼により、ピストン２０はシリンダ１０内を上下に摺動する。燃焼後の排気ガスはシリンダ１０から排気管１４へと排出される。 The cylinder 10 is provided with an intake pipe 12, an exhaust pipe 14, a spark plug 16, and a fuel injection valve 18. The fuel injection valve 18 is provided in the intake pipe 12 and injects fuel. A mixture of fuel and air is introduced into the cylinder 10 from the intake pipe 12. The air-fuel mixture is combusted by the spark plug 16. The piston 20 slides up and down in the cylinder 10 by the combustion of the air-fuel mixture. The exhaust gas after combustion is discharged from the cylinder 10 to the exhaust pipe 14.

ピストン２０のピストン本体２１はピン２４によりコンロッド２２の一端に連結されており、コンロッド２２の他端はクランクシャフト（不図示）に連結されている。ピストン本体２１の外周面には溝が設けられており、当該溝にはピストンリング２６が装着される。ピストン本体２１の外周面とシリンダ１０の内壁１０ａとの間には間隙（クレビス１１）が形成される。図１のＸ方向はピン２４の挿入方向、Ｚ方向はピストン２０の摺動方向、Ｙ方向はＸおよびＺ方向に直交する方向である。 The piston body 21 of the piston 20 is connected to one end of a connecting rod 22 by a pin 24, and the other end of the connecting rod 22 is connected to a crankshaft (not shown). A groove is provided on the outer peripheral surface of the piston main body 21, and a piston ring 26 is attached to the groove. A gap (clevis 11) is formed between the outer peripheral surface of the piston body 21 and the inner wall 10a of the cylinder 10. 1, the X direction is the insertion direction of the pin 24, the Z direction is the sliding direction of the piston 20, and the Y direction is a direction orthogonal to the X and Z directions.

図２はピストン２０を例示する平面図であり、ピストン２０を摺動方向（Ｚ方向）から見ている。図２の−Ｙ方向をスラスト（Ｔｈ）側、＋Ｙ方向を反スラスト（ＡＴｈ）側、＋Ｘ方向をＲｒ側、−Ｘ方向をＦｒ側とする。図３はスラスト（Ｔｈ）側を拡大した断面図である。図４は反スラスト（ＡＴｈ）側を拡大した断面図である。図５はＦｒ側を拡大した断面図である。 FIG. 2 is a plan view illustrating the piston 20 as seen from the sliding direction (Z direction). In FIG. 2, the −Y direction is the thrust (Th) side, the + Y direction is the anti-thrust (ATh) side, the + X direction is the Rr side, and the −X direction is the Fr side. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the thrust (Th) side. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the anti-thrust (ATh) side. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the Fr side.

図３から図５に示すように、ピストン本体２１の外周面にはピストンリング２６が装着される溝３０が設けられている。溝３０は複数の溝のうち、最も上側（Ｚ側）に設けられている。溝３０の内壁部分には耐摩環３２が形成されている。耐摩環３２は例えば二レジスト鋳鉄など強度の高い材料で形成されている。ピストン本体２１の耐摩環３２以外の部分は、例えばアルミニウム合金などの金属で形成されている。トップランド３４はピストン２０の溝３０から上面までの領域である。 As shown in FIGS. 3 to 5, a groove 30 in which the piston ring 26 is mounted is provided on the outer peripheral surface of the piston main body 21. The groove 30 is provided on the uppermost side (Z side) among the plurality of grooves. A wear-resistant ring 32 is formed on the inner wall portion of the groove 30. The wear-resistant ring 32 is formed of a material having high strength such as double resist cast iron. Portions other than the wear-resistant ring 32 of the piston body 21 are made of a metal such as an aluminum alloy, for example. The top land 34 is a region from the groove 30 to the upper surface of the piston 20.

図２に示すように、トップランド３４の下端面３３（耐摩環３２の表面の１つ）の外周は、中心をＯ１とする真円形状である。線２３はＸ方向に延び、中心Ｏ１を通る仮想的な線である。線２５はＹ方向に延び、中心Ｏ１を通る仮想的な線である。トップランド３４の上端面３５の外周は、中心をＯ２とする楕円形状である。線２７はＸ方向に延び、中心Ｏ２を通る仮想的な線である。Ｘ方向は上端面３５の短軸の方向、Ｙ方向は上端面３５の長軸の方向である。 As shown in FIG. 2, the outer periphery of the lower end surface 33 of the top land 34 (one of the surfaces of the wear-resistant ring 32) has a perfect circle shape with the center as O1. The line 23 is a virtual line extending in the X direction and passing through the center O1. The line 25 is a virtual line extending in the Y direction and passing through the center O1. The outer periphery of the upper end surface 35 of the top land 34 has an elliptical shape with the center being O2. The line 27 is an imaginary line extending in the X direction and passing through the center O2. The X direction is the direction of the short axis of the upper end surface 35, and the Y direction is the direction of the long axis of the upper end surface 35.

図２に示すように、Ｙ方向において、中心Ｏ２は中心Ｏ１よりもＴｈ側に位置する。中心Ｏ１と中心Ｏ２とが距離Ｄ１だけ離間している。図２および図５に示す、Ｆｒ側における上端面３５の端部３５ｃと、下端面３３の端部３３ｃとのＸ方向における距離はＤ４である。Ｒｒ側の端部３５ｄと端部３３ｄとの距離はＤ４と同じである。 As shown in FIG. 2, in the Y direction, the center O2 is located on the Th side with respect to the center O1. The center O1 and the center O2 are separated by a distance D1. The distance in the X direction between the end portion 35c of the upper end surface 35 and the end portion 33c of the lower end surface 33 on the Fr side shown in FIGS. 2 and 5 is D4. The distance between the end portion 35d on the Rr side and the end portion 33d is the same as D4.

本実施例によれば、トップランド３４の上端面３５の外周は楕円形状を有し、中心Ｏ２は下端面３３の中心Ｏ１よりＴｈ側に位置している。このため、ＡＴｈ側における上端面３５の端部３５ｂと下端面３３の端部３３ｂとの距離Ｄ３が、Ｔｈ側における端部３５ａと端部３３ａとの距離Ｄ２より大きくなる。つまりＡＴｈ側において、ピストン２０とシリンダ１０との間隔（クレビス１１）が大きくなる。この結果、ＡＴｈ側において油膜切れ、およびピストン２０とシリンダ１０との焼き付きを抑制することができる。 According to the present embodiment, the outer periphery of the upper end surface 35 of the top land 34 has an elliptical shape, and the center O <b> 2 is located on the Th side from the center O <b> 1 of the lower end surface 33. For this reason, the distance D3 between the end 35b of the upper end surface 35 and the end 33b of the lower end surface 33 on the ATh side is larger than the distance D2 between the end 35a and the end 33a on the Th side. That is, the distance (clevis 11) between the piston 20 and the cylinder 10 is increased on the ATh side. As a result, it is possible to suppress oil film breakage and seizure between the piston 20 and the cylinder 10 on the ATh side.

またＴｈ側、Ｆｒ側およびＲｒ側においても、トップランド３４の上端面３５の外周は下端面３３の外周より内側に位置する。すなわちクレビス１１が確保されるため、油膜切れが抑制され、ピストン２０とシリンダ１０との焼き付きを抑制することができる。 Further, on the Th side, the Fr side, and the Rr side, the outer periphery of the upper end surface 35 of the top land 34 is located inside the outer periphery of the lower end surface 33. That is, since the clevis 11 is secured, the oil film breakage is suppressed and seizure between the piston 20 and the cylinder 10 can be suppressed.

下端面３３の外周は真円形状を有する。例えば楕円形状とする場合に比べてピストン２０を形成する際の切削量が少なくなる。このため、ピストン２０の生産性が向上する。特に下端面３３は耐摩環３２に含まれるため、二レジスト鋳鉄など切削性の低い材料で形成される。下端面３３の外周を真円形状とすることで、切削量が少なくなり、生産性が向上する。また、楕円形状に加工する場合、形状に起因して切削抵抗が変動するため、生産性が悪化する。真円形状とすることで、切削抵抗の変動が抑制され、生産性が向上する。 The outer periphery of the lower end surface 33 has a perfect circle shape. For example, the amount of cutting when forming the piston 20 is smaller than in the case of an elliptical shape. For this reason, the productivity of the piston 20 is improved. In particular, since the lower end surface 33 is included in the wear-resistant ring 32, the lower end surface 33 is formed of a material having low machinability such as double resist cast iron. By making the outer periphery of the lower end surface 33 into a perfect circle shape, the cutting amount is reduced and the productivity is improved. In addition, when machining into an elliptical shape, the cutting resistance varies due to the shape, so the productivity is deteriorated. By adopting a perfect circular shape, fluctuations in cutting resistance are suppressed and productivity is improved.

ピストン本体２１および耐摩環３２の材料は上記のものに限定されない。耐摩環３２は、高い負荷に耐えることができるように、ピストン本体２１の他の部分よりも高い強度の材料で形成されることが好ましい。耐摩環３２は、ピストン２０の溝の全てに設けられてもよいし、一部の溝に設けられてもよい。耐摩環３２は、少なくともトップリングの装着される溝に設けられることが好ましい。なお、ピストン２０に耐摩環３２が設けられなくてもよい。つまり、ピストン２０のピストンリング２６が装着される部分が、ピストン２０の他の部分と同じ材料で形成されてもよい。トップランド３４の下端面３３の外周を真円形状とすることで、切削抵抗の変動が抑制され、生産性が向上する。 The material of the piston body 21 and the wear-resistant ring 32 is not limited to the above. The wear-resistant ring 32 is preferably formed of a material having a higher strength than other portions of the piston body 21 so as to withstand a high load. The wear ring 32 may be provided in all of the grooves of the piston 20 or may be provided in a part of the grooves. It is preferable that the wear-resistant ring 32 is provided at least in a groove in which the top ring is mounted. The piston 20 may not be provided with the wear ring 32. That is, the portion where the piston ring 26 of the piston 20 is mounted may be formed of the same material as the other portions of the piston 20. By making the outer periphery of the lower end surface 33 of the top land 34 into a perfect circle shape, fluctuations in cutting resistance are suppressed and productivity is improved.

なお、下端面３３の外周は幾何学的に正確な真円でなくてもよく、例えば上端面３５の外周より真円に近ければよい。上端面３５の外周は幾何学的に正確な楕円でなくてもよい。 Note that the outer periphery of the lower end surface 33 may not be a geometrically accurate perfect circle. For example, the outer periphery of the upper end surface 35 may be closer to the perfect circle. The outer periphery of the upper end surface 35 may not be a geometrically accurate ellipse.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１０シリンダ
１１クレビス
２０ピストン
２１ピストン本体
２４ピン
２６ピストンリング
３０溝
３２耐摩環
３３下端面
３３ａ〜３３ｄ、３５ａ〜３５ｄ端部
３４トップランド
３５上端面
１００エンジン
Ｏ１、Ｏ２中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylinder 11 Clevis 20 Piston 21 Piston main body 24 Pin 26 Piston ring 30 Groove 32 Wear-resistant ring 33 Lower end surface 33a-33d, 35a-35d End part 34 Top land 35 Upper end surface 100 Engine O1, O2 center

Claims

The outer periphery of the lower end surface of the top land has a perfect circle shape, and the outer periphery of the upper end surface of the top land has an elliptical shape having a major axis from the thrust side to the anti-thrust side,
The center of the elliptical shape of the upper end surface is located on the thrust side from the center of the perfect circular shape of the lower end surface,
The outer periphery of the upper end surface is a piston located inside the outer periphery of the lower end surface.