JP2017223133A - Piston for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用ピストンに関する。 The present invention relates to a piston for an internal combustion engine.
従来より、ピストン本体の内部に中空部が形成された内燃機関用ピストンが知られている。例えば、特許文献1に記載の内燃機関用ピストンは、キャビティが設けられかつピストン本体の頂部を形成するヘッド部材(頂部形成壁部)と、ピンボス部(ピストンピン支持部)を有しかつ上記ヘッド部材に連結されるスカート部材とを備え、上記ヘッド部材と上記スカート部材とは、上記キャビティの底部が上記ピンボス部の上部と直接結合することで連結されており、上記キャビティの周囲には、上記キャビティのピストン径方向外側の壁部、上記ヘッド部材のピストン径方向外側の壁部及び上記ピンボス部の上部によって、オイル通路(中空部)が形成されている、というものである。
Conventionally, a piston for an internal combustion engine in which a hollow portion is formed inside a piston main body is known. For example, a piston for an internal combustion engine described in
ところで、一般的に、ピストン頂部を形成する頂部形成壁部における燃焼室側の部分は、上記燃焼室のペントルーフ形状に対応して上記燃焼室側に突出しており、特許文献1に記載のピストンのように、キャビティの底部がピストンピン支持部の上部と直接結合することはなく、キャビティ(頂部形成壁部)とピストンピン支持部とが離間していることが多い。 By the way, generally, the portion on the combustion chamber side in the top forming wall portion forming the piston top portion protrudes toward the combustion chamber side corresponding to the pent roof shape of the combustion chamber. Thus, the bottom of the cavity is not directly coupled to the top of the piston pin support, and the cavity (top forming wall) and the piston pin support are often separated.
上記のように頂部形成壁部とピストンピン支持部とが離間しているピストンにおいても、ピストン全体の軽量化のために、頂部形成壁部とピストンピン支持部との間を金属部材等で埋めるのではなく、ピストン本体の内部に中空部が形成されるように、頂部形成壁部とピストンピン支持部とを連結する連結部が設けられることがある。 Even in the piston in which the top forming wall portion and the piston pin support portion are separated as described above, the space between the top forming wall portion and the piston pin support portion is filled with a metal member or the like in order to reduce the weight of the entire piston. Instead, there may be a connecting portion that connects the top forming wall portion and the piston pin support portion so that a hollow portion is formed inside the piston body.
中空部が形成されるように連結部を設けると、ピストン全体の軽量化を図ることができる一方、ピストン全体の剛性が低下するため、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃焼行程で発生する燃焼圧によって上記頂部形成壁部が押圧された際に、上記頂部形成壁部が変形してしまうおそれがある。上記頂部形成壁部や上記連結部の肉厚を厚くすれば、上記頂部形成壁部の変形が抑制されるが、このようにするとピストン全体の軽量化が困難になる。 If the connecting portion is provided so that the hollow portion is formed, the weight of the entire piston can be reduced, but the rigidity of the entire piston is reduced, so that the above-described pressure is generated by the combustion pressure generated in the combustion stroke in the combustion cycle of the internal combustion engine. When the top forming wall portion is pressed, the top forming wall portion may be deformed. If the top portion forming wall portion and the connecting portion are thickened, deformation of the top portion forming wall portion is suppressed. However, this makes it difficult to reduce the weight of the entire piston.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、該ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立させることにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to achieve both weight reduction and rigidity securing of the piston in a piston in which a hollow portion is formed inside the piston body. There is to make it.
上記課題を解決するために、本発明は、気筒内を往復動可能に収容されたピストン本体を備えた内燃機関用ピストンを対象として、上記ピストン本体は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも1つの中央支持柱が設けられている、構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a piston for an internal combustion engine including a piston body that is reciprocally accommodated in a cylinder. The piston body is formed along a piston outer shape and An outer peripheral edge portion having a top portion forming wall portion that forms the top portion of the piston main body, and insertion holes into which both axial end portions of the piston pin are respectively inserted and spaced apart from each other in the axial direction of the piston pin, and the insertion hole A pair of substantially cylindrical piston pin support portions that respectively support the both end portions inserted into the outer peripheral edge portion, a connection portion that connects the pair of piston pin support portions to the outer peripheral edge portion, and the top portion forming wall portion, A plurality of wall portions including at least one piston pin support portion and the coupling portion of the pair of piston pin support portions, and the top forming wall portion and the at least A hollow portion formed between the piston pin support portion, and a portion of the at least one piston pin support portion that faces the top forming wall portion, and the top portion. It was set as the structure provided with the at least 1 center support pillar extended so that the center part of the piston radial direction in a formation wall part might be connected, and supporting the said top part formation wall part.
この構成によると、上記中空部内に上記中央支持柱が設けられているため、ピストン全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。 According to this structure, since the said center support pillar is provided in the said hollow part, the weight reduction of the whole piston and ensuring of rigidity can be made to make compatible.
具体的には、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部内に、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように中央支持柱を設けることで、該中央支持柱で、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃焼行程で発生する燃焼圧に基づく荷重を受けて、該燃焼圧に基づく荷重に対して上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。これにより、ピストン全体の剛性を確保することができ、上記燃焼荷重等によって、上記頂部形成壁部が変形してしまうのを防止することができる。 Specifically, in a hollow portion formed between the top forming wall portion and the at least one piston pin support portion, a portion of the piston pin support portion facing the top forming wall portion and the top forming wall By providing a central support column so as to connect the central part of the piston in the radial direction of the piston, the central support column receives a load based on the combustion pressure generated in the combustion stroke in the combustion cycle of the internal combustion engine, and the combustion The top forming wall portion can be supported against a load based on pressure. Thereby, the rigidity of the whole piston can be ensured, and the top forming wall portion can be prevented from being deformed by the combustion load or the like.
また、上記中央支持柱を設けることによって、上記連結部の肉厚を薄くしたとしても、ピストン全体の剛性を確保することができるため、上記連結部の肉厚を薄くすることができ、ピストン全体の軽量化を図ることができる。 Moreover, even if the thickness of the connecting portion is reduced by providing the central support column, the rigidity of the entire piston can be ensured, so that the thickness of the connecting portion can be reduced. Can be reduced in weight.
したがって、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立することができる。 Therefore, in the piston in which the hollow portion is formed inside the piston main body, it is possible to achieve both weight reduction and rigidity ensuring of the entire piston.
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中空部は、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、上記中央支持柱は、上記一対のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とをそれぞれ連結させるように、上記両中空部内にそれぞれ設けられており、上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士は、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間している、ことが望ましい。 In the internal combustion engine piston, the hollow portion is formed between the top forming wall portion and the pair of piston pin support portions, and the central support column is the above-described pair of piston pin support portions. A portion facing the top forming wall portion and a central portion in the piston radial direction of the top forming wall portion are respectively connected in the hollow portions, and the top forming portions in the central support columns are provided. It is desirable that the connecting portions with the wall portion are separated from each other in the central axis direction of the piston pin support portion.
この構成によると、上記中空部が、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、上記中央支持柱が両中空部にそれぞれ設けられているため、上記燃焼圧に基づく荷重を両中央支持柱で分散して受けることができ、ピストン全体の剛性を一層確保することができる。 According to this configuration, the hollow portion is formed between the top forming wall portion and the pair of piston pin support portions, and the central support column is provided in each of the hollow portions. A load based on the combustion pressure can be distributed and received by both central support columns, and the rigidity of the entire piston can be further secured.
また、仮に、両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士が結合されていると、上記接続部分同士の結合部分に荷重が集中してしまうが、上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士を、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間させることによって、上記中央支持柱と上記頂部形成壁部との接続部分における荷重の集中を防止して、上記燃焼圧に基づく荷重をそれぞれの中央支持柱に確実に分散させることができる。また、各中央支持柱と上記頂部形成壁部との接続部分が荷重の集中によって破損するのを防止することができる。 In addition, if the connection portions of the two central support columns with the top forming wall portion are combined, the load concentrates on the connection portion of the connection portions, but the top portions of the two central support columns. By separating the connecting portions with the forming wall portion in the central axis direction of the piston pin support portion, concentration of load at the connecting portion between the central support column and the top forming wall portion is prevented, and the combustion is performed. A load based on pressure can be reliably distributed to each central support column. Moreover, it can prevent that the connection part of each center support pillar and the said top part formation wall part is damaged by concentration of a load.
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する2つの壁部において、該2つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、ピストン径方向外側かつ頂部側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられている、ことが望ましい。 In the internal combustion engine piston, in the hollow portion provided with the central support column, two wall portions positioned in the central axis direction of the piston pin support portion among the plurality of wall portions forming the hollow portion. In the two wall portions, the wall portion farther from the center in the central axis direction of the piston pin support portion and the portion facing the top forming wall portion in the piston pin support portion are connected, It is desirable that an outer support column extending obliquely outward in the piston radial direction and toward the top side from a portion facing the top forming wall portion in the piston pin support portion is preferably provided.
すなわち、上記頂部形成壁部に燃焼圧がかかったときには、上記ピストン本体全体が該燃焼圧によって押圧されて、上記ピストンピン支持部が上記ピストンピンを押圧する。上記ピストンピンが上記ピストンピン支持部に押圧されると、上記ピストンピン支持部には上記ピストンピンからの該押圧に対する反力がかかる。このピストンピンからの反力についても適切に受けることができるようにしておく必要があるが、上記外側支持柱を設けておくことによって、上記ピストンピンから上記ピストンピン支持部にかかる反力を、上記中央支持柱と上記外側支持柱とで分散して適切に受けることができる。この結果、ピストン全体の剛性をより確保することができる。 That is, when combustion pressure is applied to the top forming wall portion, the entire piston body is pressed by the combustion pressure, and the piston pin support portion presses the piston pin. When the piston pin is pressed against the piston pin support portion, a reaction force against the pressure from the piston pin is applied to the piston pin support portion. It is necessary to be able to appropriately receive the reaction force from the piston pin, but by providing the outer support column, the reaction force applied from the piston pin to the piston pin support portion is The central support column and the outer support column can be dispersed and appropriately received. As a result, the rigidity of the entire piston can be further ensured.
上記中空部内に上記中央支持柱及び上記外側支持柱がそれぞれ設けられた内燃機関用ピストンにおいて、同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とは、互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間している、ことが望ましい。 In the internal combustion engine piston in which the central support column and the outer support column are respectively provided in the hollow portion, the piston pin in the central support column in the central support column and the outer support column provided in the same hollow portion. It is desirable that the connection portion with the support portion and the connection portion with the piston pin support portion in the outer support column are separated from each other in the central axis direction of the piston pin support portion.
すなわち、仮に、同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とが結合されていると、上記ピストンピン支持部との上記接続部分同士の結合部分に上記ピストンピンからの反力が集中してしまうが、上記中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、上記外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とが互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していれば、上記ピストンピンからの反力を上記中央支持柱と上記外側支持柱とに確実に分散させることができる。また、上記ピストンピン支持部と上記中央支持柱及び上記外側支持柱との接続部分が、上記ピストンピンからの反力によって破損してしまうのを防止することができる。 That is, temporarily, in the central support column and the outer support column provided in the same hollow portion, a connection portion of the central support column with the piston pin support unit and the piston pin support unit in the outer support column When the connection portion is coupled, the reaction force from the piston pin concentrates on the coupling portion of the connection portions with the piston pin support portion, but the piston pin support portion in the central support column and And the connecting portion of the outer support column connected to the piston pin support portion are separated from each other in the direction of the central axis of the piston pin support portion, the reaction force from the piston pin is applied to the central support column. And the outer support pillar can be reliably dispersed. Moreover, it can prevent that the connection part of the said piston pin support part, the said center support pillar, and the said outer side support pillar will be damaged by the reaction force from the said piston pin.
上記内燃機関用ピストンにおいて、上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、30度以上90未満に設定されている、ことが望ましい。 In the piston for the internal combustion engine, the central support column is formed so as to be inclined inward in the piston radial direction from the piston pin support portion toward the top forming wall portion. The angle on the acute angle side of the central support column with respect to the central axis direction of the piston pin support portion, as viewed from the direction perpendicular to both the central axis directions of the support portion, is set to 30 degrees or more and less than 90. desirable.
すなわち、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度が小さすぎると、上記燃焼圧がかかった際に、上記中央支持柱自体が大きく変形してしまい、該中央支持柱で上記頂部形成壁部を支持することができなくなってしまう。そのため、上記中央支持柱を、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成し、ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度を30度以上90未満に設定することによって、上記燃焼圧に基づく荷重を上記中央支持柱で受けて、上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。 That is, when the angle on the acute angle side of the central support column with respect to the central axis direction of the piston pin support portion viewed from a direction perpendicular to both the piston axis direction and the central axis direction of the piston pin support portion is too small, When the combustion pressure is applied, the central support column itself is greatly deformed, and the top forming wall portion cannot be supported by the central support column. Therefore, the central support column is formed so as to be inclined inward in the piston radial direction from the piston pin support portion toward the top forming wall portion, in the piston axial direction and the central axis direction of the piston pin support portion. By setting the angle on the acute angle side with respect to the central axis direction of the piston pin support portion as viewed from the direction perpendicular to both to 30 degrees or more and less than 90, the load based on the combustion pressure is received by the center support column, The top forming wall can be supported.
以上説明したように、本発明によると、頂部形成壁部、一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部内に、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部とを連結させるように延びる中央支持柱を設けることによって、該中央支持柱で、内燃機関の燃焼サイクルで発生する燃焼圧に基づく荷重を受けて、上記頂部形成壁部を支持することができるようになる。これにより、ピストン全体の剛性を確保することができる。また、上記中央支持柱を設けることによって、上記連結部の肉厚を薄くしたとしてもピストン全体の剛性が確保されるため、上記頂部形成壁部や上記連結部の肉厚を薄くすることができ、ピストン全体の軽量化を図ることができる。この結果、ピストン本体の内部に中空部が形成されたピストンにおいて、該ピストン全体の軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。 As described above, according to the present invention, the top portion forming wall portion, the plurality of wall portions including at least one piston pin support portion and the connecting portion of the pair of piston pin support portions, and the top portion forming wall portion and the above described portion. A central support column extending in a hollow portion formed between at least one piston pin support portion so as to connect a portion of the piston pin support portion facing the top forming wall portion and the top forming wall portion. By providing the central support column, the top forming wall portion can be supported by receiving a load based on the combustion pressure generated in the combustion cycle of the internal combustion engine. Thereby, the rigidity of the whole piston is securable. Also, by providing the central support column, the rigidity of the whole piston is ensured even if the thickness of the connecting portion is reduced, so that the thickness of the top forming wall portion and the connecting portion can be reduced. The weight of the entire piston can be reduced. As a result, in the piston in which the hollow portion is formed inside the piston main body, it is possible to achieve both weight reduction and rigidity ensuring of the entire piston.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態1に係る内燃機関用ピストン1(以下、ピストン1という)が適用されたエンジン102の断面を示す。
FIG. 1 shows a cross section of an
この内燃機関としてのエンジン102は、1番気筒乃至4番気筒が順に図1の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列4気筒エンジンであって、自動車等の車両に搭載される。このエンジン102は、シリンダヘッド104、シリンダブロック105、ロアブロック106及びオイルパン(図示省略)が上下に連結されることで構成されている。シリンダブロック105には、4つの気筒108が配設され、各気筒108内に、上記ピストン本体1aが該気筒108の内周面に対して、当該気筒108の軸方向(ピストン本体1aの中心軸方向と一致する)に摺動可能にそれぞれ配設されている。
The
ピストン1は、ピストン本体1aとピストンピン1bとを備えており、ピストン本体1aは、ピストンピン1bを介してコネクティングロッド110の小端部と連結され、コネクティングロッド110の反小端部側にある大端部は、ロアブロック106に回転自在に支持されたクランク軸111と連結されている。ピストン1は、エンジン102の燃焼サイクル(吸気行程、圧縮行程、燃焼行程(膨張行程)及び排気行程)の繰り返しによって、気筒108内で、気筒108の軸方向に往復動(本実施形態では上下動)するものである。そして、このピストン1の往復動がコネクティングロッド110を介してクランク軸111に伝達されて、該クランク軸111が回転する。シリンダブロック105の気筒108と、ピストン本体1aの頂部形成壁部3(図2参照)と、シリンダヘッド104とによって燃焼室112が気筒108毎に区画される。燃焼室112の上部は所謂ペントルーフ形状をなしている。
The
シリンダヘッド104には、各燃焼室112に開口する吸気ポート113と排気ポート114とが気筒108毎に2つずつ(図1では1つずつ示している)設けられている。各吸気ポート113には、各吸気ポート113をそれぞれ開閉する吸気バルブ115がそれぞれ設けられ、各排気ポート114には、各排気ポート114をそれぞれ開閉する排気バルブ116がそれぞれ設けられている。これら吸気バルブ115及び排気バルブ116は、不図示のカムシャフトの回動力によって開閉するようになっている。
The
シリンダブロック105には、気筒108の排気側の側壁内を気筒列方向に延びるメインギャラリ54が設けられている。このメインギャラリ54には、エンジン102に配設されたオイルポンプ(図示省略)から吐出されたオイルが流通している。メインギャラリ54の下側近傍には、このメインギャラリ54と連通するピストン冷却用のオイルジェット28が気筒108毎に設けられている。このオイルジェット28は、ピストン本体1aの下側に配置されたノズル部28aを有しており、ノズル部28aからピストン本体1aの頂部形成壁部3近傍に形成されたオイル流入口20(図3及び図4参照)に向けてエンジンオイル(以下、単にオイルという)を噴射するように構成されている。本実施形態では、エンジン102が作動している間は、オイルジェット28から常にオイルが噴射されるようになっている。尚、ピストン本体1aが下死点に到達したタイミング、すなわち、ピストン本体1aがノズル部28aに最も近づくタイミングでオイルジェット28からオイルが噴射されるように構成されていてもよい。
The
次に、図2〜図6を参照しながら、上記ピストン本体1aの構成について詳細に説明する。
Next, the configuration of the
図2に示すように、ピストン本体1aの上部は、上記気筒108の内周壁面に対して、上記気筒108の軸方向に摺動する円筒状部2と、この円筒状部2の上側の開口を塞ぎかつピストン本体1aの頂部を形成する頂部形成壁部3とで形成されている。頂部形成壁部3の外周部を除く部分は、燃焼室112のペントルーフ形状に対応して上側に突出しており、頂部形成壁部3におけるピストン径方向の中央部には、キャビティ3aが形成されている。また、円筒状部2の外周面には、不図示のピストンリングが嵌められる複数(本実施形態では、3つ)の凹溝部2aがそれぞれ全周に亘って形成されている。
As shown in FIG. 2, the upper portion of the
ピストン本体1aの下部(円筒状部2の下側)には、2つのスカート部4がピストン径方向でかつピストンピン1b(図1参照)の軸方向(後述のピストンピン支持部7の中心軸C方向と一致する)に対して垂直な方向に対向するように設けられている。
At the lower part of the
上記円筒状部2、頂部形成壁部3及びスカート部4は、ピストン外形形状に沿って形成されかつ予め設定された設定肉厚を有する外形周縁部6とされている。尚、外形周縁部6の肉厚部分は、中実である。
The
2つのスカート部4の間には、上記ピストンピンの両端部がそれぞれ挿入される挿入孔7aを有しかつ該挿入孔7aに挿入された該両端部をそれぞれ支持する所定肉厚の略円筒状の一対のピストンピン支持部7が設けられている。一対のピストンピン支持部7は、同軸にかつ該ピストンピン支持部7の中心軸C方向(ピストンピン1bの軸方向)に互いに第1所定距離L1だけ離間して配置されている(図5参照)。また、ピストンピン支持部7は、クランク軸の回転方向との関係で、ピストンピン支持部7の軸方向から見て、ピストン1の中心軸に対して僅かに左側又は右側(本実施形態では左側)にずらして配置されている。一対のピストンピン支持部7の肉厚部分(ピストンピン支持部7の外周面と内周面との間の部分)も、外形周縁部6の肉厚部分と同様に、中実である。尚、第1所定距離L1は、キャビティ3aにおける、ピストン本体1aの中心軸方向及びピストンピン支持部7の中心軸C方向の両方に垂直な方向の幅よりも狭い距離である。
Between the two
外形周縁部6の肉厚(上記設定肉厚)及びピストンピン支持部7の肉厚(上記所定肉厚)は、ピストン本体1a形状を維持しかつピストンピン1bを支持しつつピストン本体1aを出来る限り軽量化することが可能な肉厚にする。外形周縁部6及びピストンピン支持部7において、肉厚が一定である必要ははく、部分的に薄くなるか、又は厚くなっていてもよい。
The thickness of the outer peripheral edge portion 6 (the set thickness) and the thickness of the piston pin support portion 7 (the predetermined thickness) can maintain the shape of the
また、頂部形成壁部3と一対のピストンピン支持部7との間には、一対のピストンピン支持部7を、それぞれ上記外周縁部6に連結する連結部8が設けられている。また、頂部形成壁部3と一対のピストンピン支持部7との間には、頂部形成壁部3、一対のピストンピン支持部7及び連結部8によって囲まれて形成された中空部9がそれぞれ設けられている。頂部形成壁部3、ピストンピン支持部7及び連結部8は、中空部9を形成する複数の壁部を構成する。
Further, a connecting
上記連結部8は、図3に示すように、両中空部9を形成する複数の壁部において、ピストン本体1aの中心軸に垂直な方向を囲む壁部である周壁部82と、両中空部9内に設けられ、ピストンピン支持部7から外形周縁部6へ略放射状に延びて、両中空部9内を複数の区画室9a(本実施形態では、中空部9毎にそれぞれ5室、合計で10室)に区画する複数の区画壁83(本実施形態では、中空部9毎に4つ、合計で8つ)とで構成されている。同じ中空部9内に形成された複数の区画壁83には、同じ中空部9内に形成された複数の区画室9aを互いに連通させるための連通孔10がそれぞれ設けられている。連結部8(周壁部82及び区画壁83)は、中実である。尚、連結部8が、中空ハニカム構造をなす中空ハニカム構造部を有していてもよい。また、本実施形態では、同じ中空部9内に設けられた複数の区画壁83は、ピストン本体1aの中心軸及びピストンピン支持部7の中心軸Cを含む平面について略対称な形状となるように、それぞれ形成されているが、ピストン本体1aの中心軸及びピストンピン支持部7の中心軸Cを通る面について非対称な形状となっていてもよい。
As shown in FIG. 3, the connecting
各周壁部82は、図4に示すように、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に位置する2つの壁部のうちピストンピン支持部7の中心軸C方向の中央から遠い方の壁部である外壁部82aと、上記2つの壁部のうちピストンピン支持部7の中心軸C方向の中央に近い方の壁部である内壁部82bと、ピストン1の中心軸方向及びピストンピン支持部7の中心軸C方向の両方に垂直な方向の両側の壁部である側壁部82cとをそれぞれ有している。各周壁部82を構成する各壁部82a〜82cは、互いに一体形成されている。
As shown in FIG. 4, each
中空部9は、図3に示すように、頂部形成壁部3、ピストンピン支持部7及び周壁部82(詳しくは側壁部82c)によって、ピストンピン支持部7の中心軸C方向から見た断面が、該ピストンピン支持部7を中心とする略扇形をなすようにそれぞれ形成されている。また、各区画壁83がピストンピン支持部7から外形周縁部6へ向かって略放射状に延びることで、各区画室9aは、ピストンピン支持部7から外形周縁部6に向かって略放射状をなすように広がっている。
As shown in FIG. 3, the
両中空部9は、それぞれ、頂部形成壁部3を冷却するためのオイルが流通する冷却通路を構成するものであり、図4に示すように、両中空部9をそれぞれ形成する周壁部82の内壁部82bには、エンジン102(図1参照)に配設されたオイルジェット28(図1参照)から噴射されたオイルを、中空部9内に流入させるためのオイル流入口20と、中空部9内からオイルを流出させるためのオイル流出口30と、がそれぞれ形成されている。両中空部9内にそれぞれ流入したオイルは、両中空部9内にそれぞれ形成された区画室9a内に溜められて、ピストン1の往復動によって区画室9a内で撹拌されながら、頂部形成壁部3の中空部9側の壁面と接触してピストン本体1aの頂部を冷却する。
Both
また、本実施形態では、図3に示すように、上記周壁部82におけるピストンピン支持部7との接続部分又は該接続部分の近傍とスカート部4の下端部とを連結する補強部15が設けられている。補強部15は、中実である。尚、本実施形態では、補強部15は、ピストンピン支持部7の軸方向から見て、ピストン1の中心軸及びピストンピン支持部7の中心軸Cの両方に垂直な方向(図3の左右方向)の両側にそれぞれ設けられているが、クランク軸111の回転によって荷重がかかりやすい側(吸排気方向の吸気側、図3では右側)にのみ設けられていてもよい。また、補強部15が、連結部8と同様に、中空ハニカム構造をなす中空ハニカム構造部を有していてもよい。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a reinforcing
本実施形態では、図5に示すように、両中空部9内には、両ピストンピン支持部7における頂部形成壁部3と対向する部分、すなわち、両ピストンピン支持部7の上部7bと、ピストン1の頂部形成壁部3におけるピストン径方向の中央部、詳しくはキャビティ3aの底部とを連結させるように、ピストンピン支持部7の上部7bから頂部形成壁部3に向かってピストン径方向内側に斜めに延びた一対の中央支持柱16が形成されている。詳しくは後述するが、中央支持柱16は、エンジン102の燃焼サイクルの燃焼行程において発生する燃焼圧に基づく荷重に対して頂部形成壁部3を支持するためのものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, in both
両中央支持柱16は、それぞれ直径が2mm〜5mmの中実な円柱状をなしており、両中央支持柱16は、ピストン本体1aの中心軸方向上側から見たときに、少なくともピストンピン支持部7側の端部が、ピストンピン支持部7の中心軸C上に位置するようにそれぞれ形成されている。本実施形態では、両中央支持柱16は、それぞれピストンピン支持部7の上部7bからキャビティ3aの底部へ向かって、キャビティ3aの底部に近づくに連れてピストンピン支持部7の中心軸C方向において互いに接近するように、ピストン径方向内側に傾斜して延びている。また、両中央支持柱16は、ピストン本体1aの中心軸方向の中間の部分で内壁部82bと一体となって、キャビティ3aの底部まで延びている。
The two
両中央支持柱16、ピストン本体1aの中心軸方向及びピストンピン支持部7の中心軸C方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側が、所定の角度範囲となるようにそれぞれ設けられている。また、図5に示すように、両中央支持柱16における頂部形成壁部3との接続部分同士は、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に第2所定距離L2だけ離間するようにそれぞれ設けられている。以下、上記角度範囲と上記第2所定距離L2の大きさとについて、図6を参照しながら説明する。
The acute angle side with respect to the central axis C direction of the piston
図6は、中央支持柱16のピストン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側の角度と、頂部形成壁部3全体に頂部側(本実施形態では上側)から均一に荷重をかけた際に、該頂部形成壁部3にかかる応力との関係をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。
FIG. 6 shows an angle on the acute angle side with respect to the central axis C direction of the
上記シミュレーションでは、第2所定距離L2が0mm,20mm及び40mmの各値の場合に、中央支持柱16のピストンピン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側の角度を変化させたときの、頂部形成壁部3にかかる応力の最大値を計算している。上記シミュレーションの条件としては、ピストン1の直径を300mmとし、ピストンピン支持部7の上部7bと頂部形成壁部3との間隔を200mmとし、中央支持柱16の直径を3mmとするとともに、頂部形成壁部3全体にかける荷重を100Nとしている。尚、このシミュレーションでは、中央支持柱16が、外壁部82aと接続されるようなレイアウトとなってしまう角度の範囲、すなわち、第2所定距離L2が0mmのときの12度未満の範囲、第2所定距離L2が20mmのときの25度未満の範囲、及び、第2所定距離L2が40mmのときの28度未満の範囲については計算していないため、これらの範囲については、図6に示されていない。
In the above simulation, when the second predetermined distance L2 is 0 mm, 20 mm, and 40 mm, the top portion when the angle on the acute angle side of the
第2所定距離L2が0mm,20mm及び40mmのときの頂部形成壁部3にかかる応力の最大値に注目すると、第2所定距離L2が0mm、すなわち両中央支持柱16と頂部形成壁部3との接続部分同士が結合している状態よりも、第2所定距離L2が20mm,40mm、すなわち両中央支持柱16と頂部形成壁部3との接続部分同士が離間している状態の方が、頂部形成壁部3にかかる応力が全体的に小さくなることが分かる。これは、両中央支持柱16と頂部形成壁部3との接続部分が互いに結合しているときには、上記接続部分に荷重が集中してかかってしまう一方、上記接続部分同士が離間しているときには、荷重が両中央支持柱16に分散されて、上記接続部分に応力が集中しにくくなるためである。
Paying attention to the maximum value of the stress applied to the
また、第2所定距離L2が0mmのときには、基本的に上記鋭角側の角度が小さくなるにつれて頂部形成壁部3にかかる応力の最大値が上昇する一方、第2所定距離L2が20mm及び40mmのときには、上記鋭角側の角度が30度以上90度未満の範囲において、頂部形成壁部3にかかる応力の最大値が略一定であることが分かる。すなわち、両中央支持柱16と頂部形成壁部3との接続部分同士が結合している状態よりも、両中央支持柱16と頂部形成壁部3との接続部分同士が離間している状態の方が、頂部形成壁部3にかかる応力が上記鋭角側の角度に対して変化しにくくなる。
When the second predetermined distance L2 is 0 mm, the maximum value of the stress applied to the top forming
さらに、第2所定距離L2の値に関わらず、上記鋭角側の角度が30度未満になると、頂部形成壁部3にかかる応力の最大値が急増することが分かる。つまり、上記鋭角側の角度が30度未満になると、頂部形成壁部3にかかる荷重を両中央支持柱16で受けきれず、両中央支持柱16で頂部形成壁部3を支持できなくなり、該頂部形成壁部3に大きな応力がかかるようになる。
Furthermore, regardless of the value of the second predetermined distance L2, it can be seen that when the angle on the acute angle side is less than 30 degrees, the maximum value of the stress applied to the
このシミュレーションの結果から、本実施形態では、第2所定距離L2、及び、中央支持柱16のピストンピン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側の角度の範囲を、頂部形成壁部3全体に頂部側から荷重がかかった際に、該頂部形成壁部3にかかる応力の最大値が安定して7N/mm2以下になるような値に設定している。具体的には、第2所定距離L2を20mm〜40mm程度に設定するとともに、ピストン本体1aの中心軸方向及びピストンピン支持部7の中心軸C方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側の角度を30度以上90度未満の範囲に設定している。
From this simulation result, in the present embodiment, the second predetermined distance L2 and the range of the angle on the acute angle side with respect to the central axis C direction of the piston
また、本実施形態では、図5に示すように、中央支持柱16が設けられた中空部9内には、中空部9を形成する複数の壁部のうちピストンピン支持部7の中心軸C方向に位置する2つの壁部である外壁部82a及び内壁部82bにおいて、外壁部82a及び内壁部82bのうちピストンピン支持部7の中心軸C方向の中央から遠い方の壁部である外壁部82aと、一対のピストンピン支持部7の上部7bとをそれぞれ連結させるように、ピストンピン支持部7の上部7bから、頂部形成壁部3側(頂部側)かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱17がそれぞれ設けられている。詳しくは後述するが、外側支持柱17は、ピストン本体1aに上記燃焼圧がかかる際に、ピストンピン1bからピストンピン支持部7にかかる反力に対して、ピストンピン支持部7をそれぞれ支持するためのものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the central axis C of the piston
外側支持柱17は、中央支持柱16と同様に、それぞれ直径が2mm〜5mmの中実な円柱状をなしている。両外側支持柱17は、図4に示すように、ピストン本体1aの中心軸方向から見たときに、少なくともピストンピン支持部7側の端部が、ピストンピン支持部7の中心軸C上に位置するように形成されている。
As with the
また、両外側支持柱17は、ピストン本体1aの中心軸方向及びピストンピン支持部7の中心軸C方向の両方に垂直な方向から見た、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に対する鋭角側の角度が、30度〜60度となるように形成されている。
The
さらに、図5に示すように、同じ中空部9内に設けられた中央支持柱16及び外側支持柱17において、当該中央支持柱16におけるピストンピン支持部7との接続部分と、当該外側支持柱17におけるピストンピン支持部7との接続部分とは、互いにピストンピン支持部7の中心軸C方向に第3所定距離L3離間している。第3所定距離L3は、第2所定距離L2よりも短いか、又は、第2所定距離L2と同程度の距離に設定されており、具体的には10mm〜20mm程度に設定されている。
Further, as shown in FIG. 5, in the
外形周縁部6、ピストンピン支持部7、連結部8、補強部15、中央支持柱16及び外側支持柱17は、金属部材(本実施形態では、アルミニウム合金)で互いに一体形成されたものである。
The outer
上記のようなピストン1のピストン本体1aを製造するには、金属積層造型機(例えば、3Dプリンタ)によって製造することが望ましい。金属積層造型機によってピストン本体1aを製造するには、例えばピストン本体1aの頂部形成壁部3から層状に一層ずつ順に形成して、これらの層を積み重ねる。上記各層においては、粒径が例えば20μm以上125μm以下の金属粉末を一様に敷き、その敷いた金属粉末にレーザー光でスキャンすることにより焼結と融解凝固とを繰り返して造型する。このとき中空部9に相当する箇所にはレーザー光を照射しないので金属粉末がそのまま残る。中空部9内に残った金属粉末は、オイル流入口20、オイル流出口30及び連通孔10を通じて取り除かれる。これにより、外形周縁部6、ピストンピン支持部7、連結部8、補強部15、中央支持柱16及び外側支持柱17は、金属部材(本実施形態では、アルミニウム合金)で互いに一体形成されてなるピストン本体1aが完成する。尚、連結部8や補強部15がハニカム構造部を有している場合には、ハニカム構造部のハニカム孔に相当する箇所にはレーザー光を照射しないようにして、上記ハニカム孔が形成される。そして、上記ハニカム孔内に残った金属粉末は、別途設けた孔を通じて取り除かれるようになっている。
In order to manufacture the
尚、中空部9を形成する際に、上記金属積層造型機を用いる製造以外にも、例えば、塩中子を用いた鋳造によって形成することが可能である。塩中子を用いる場合には、鋳造を行った後、中空部9を形成している塩中子を水等で溶解させて、オイル流入口20、オイル流出口30及び連通孔10を通じて取り除くことで、中空部9が形成される。
In addition, when forming the
エンジン102の燃焼サイクルにおける燃焼行程では、ピストン本体1aの頂部形成壁部3に燃焼圧がかかる。そのため、上記燃焼圧によって頂部形成壁部3が変形しないように、ピストン本体1aの構成を、上記燃焼圧に基づく荷重を適切に受けることができるような構成とする必要がある。
In the combustion stroke in the combustion cycle of the
これに対し、本実施形態では、頂部形成壁部3と一対のピストンピン支持部7との間にそれぞれ形成された中空部9内に、ピストンピン支持部7の上部7bと頂部形成壁部3におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように中央支持柱16をそれぞれ設けることによって、上記燃焼圧に基づく荷重を両中央支持柱16で受けて、頂部形成壁部3を支持することができる。つまり、中央支持柱16を設けることによって、ピストン1全体の剛性を確保することができる。これにより、上記燃焼圧によって、頂部形成壁部3が変形してしまうのを防止することができる。また、中央支持柱16を設けて、ピストン1全体の剛性を確保することによって、頂部形成壁部3や連結部8の肉厚を薄くすることができるため、ピストン1全体の軽量化を図ることができる。したがって、ピストン本体1aの内部に中空部9が形成されたピストン1において、該ピストン1全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させることができる。
On the other hand, in this embodiment, the
また、本実施形態では、両中央支持柱16における頂部形成壁部3との接続部分同士は、ピストンピン支持部7の中心軸C方向に第2所定距離L2だけ離間している。この第2所定距離L2を、上記エンジンの燃焼サイクルにおいて、両中央支持柱16に燃焼圧に基づく荷重がかかる際に、該燃焼圧に基づく荷重が各中央支持柱16にそれぞれ略均等に分散されて、頂部形成壁部3にかかる応力を十分に抑えることができる程度の距離に設定することで、具体的には20mm〜40mm程度に設定することで、上記燃焼圧に基づく荷重がそれぞれの中央支持柱16に略均一に分散されるようになり、ピストン1の剛性を一層確保することができる。また、仮に、両中央支持柱16における頂部形成壁部3との接続部分同士が結合されていると、該結合部分に荷重が集中して、上記接続部分が破損するおそれがあるが、両中央支持柱16における頂部形成壁部3との接続部分同士が第2所定距離L2離間していることによって、上記接続部分が破損するのを防止することができる。
In the present embodiment, the connecting portions of the
両中央支持柱16は、図5に示すように、ピストン本体1aの中心軸を通りかつピストンピン支持部7の中心軸C方向に垂直な面について、互いに略対称な形状となるように形成されていることが望ましい。すなわち、上記のように両中央支持柱16を形成することによって、それぞれの中央支持柱16にかかる荷重が略均等になり、ピストン1全体の剛性を一層確保しやすくなる。
As shown in FIG. 5, both the
さらに、本実施形態では、中央支持柱16が設けられた中空部9内に、中空部9を形成する複数の壁部のうちピストンピン支持部7の中心軸C方向に位置する2つの壁部である外壁部82a及び内壁部82bにおいて、外壁部82a及び内壁部82bのうちピストンピン支持部7の中心軸C方向の中央から遠い方の壁部である外壁部82aと、ピストンピン支持部7の上部7bとをそれぞれ連結させるように、ピストンピン支持部7の上部7bから、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱17がそれぞれ設けられている。
Furthermore, in this embodiment, two wall parts located in the central-axis C direction of the piston
すなわち、頂部形成壁部3に燃焼圧がかかったときには、ピストン本体1a全体が該燃焼圧によって押圧されて、ピストンピン支持部7がピストンピン1b(図1参照)を押圧する。ピストンピン1bが押圧されると、ピストンピン1bからピストンピン支持部7に該押圧に対する反力がかかる。このピストンピン1bからの反力についても適切に受ける必要があるが、本実施形態のように、外側支持柱17を設けておくことによって、ピストンピン1bから反力を、中央支持柱16と外側支持柱17とで分散して受けることができる。
That is, when combustion pressure is applied to the top forming
また、頂部形成壁部3に燃焼圧がかかったときには、ピストンピン1b及びコネクティングロッド110(図1参照)を介して、燃焼圧に基づく荷重がクランク軸111(図1参照)に伝達される。燃焼圧に基づく荷重がクランク軸111に伝達されると、ピストンピン1b及びコネクティングロッド110を介して、クランク軸111からの上記荷重に対する反力が一対のピストンピン支持部7にかかる。つまり、頂部形成壁部3に燃焼圧がかかったときには、一対のピストンピン支持部7には、ピストンピン1bからの反力に加えて、クランク軸111からの反力もかかる。しかしながら、上記のように外側支持柱17を設けておけば、外側支持柱17でクランクピン1b及びクランク軸111からの反力を、中央支持柱16と外側支持柱17とで分散して受けて、ピストンピン支持部7を支持することができる。このことから、ピストン1全体の剛性を一層確保することができる。また、本実施形態では、同じ中空部9内に設けられた中央支持柱16及び外側支持柱17において、当該中央支持柱16におけるピストンピン支持部7との接続部分と、当該外側支持柱17におけるピストンピン支持部7との接続部分とは、互いにピストンピン支持部7の中心軸C方向に第3所定距離L3だけ離間している。この第3所定距離L3を、エンジン102の燃焼サイクルにおいて、中央支持柱16及び外側支持柱17に、ピストンピン1b及びクランク軸111からの反力がかかる際に、該反力が中央支持柱16及び外側支持柱17のそれぞれに略均等に分散されて、ピストンピン支持部7にかかる応力を十分に抑えることができる程度の距離に設定することで、具体的には10mm〜20mm程度に設定することで、ピストンピン1b及びクランク軸111からピストンピン支持部7にかかる反力を中央支持柱16と外側支持柱17とで確実に分散して受けることができる。
When the combustion pressure is applied to the top forming
また、仮に、同じ中空部9内に設けられた中央支持柱16及び外側支持柱17において、当該中央支持柱16におけるピストンピン支持部7との接続部分と、当該外側支持柱17におけるピストンピン支持部7との接続部分とが互いに結合されていると、該結合部分に上記反力が集中してしまい、上記接続部分が破損してしまうおそれがあるが、同じ中空部9内に設けられた中央支持柱16及び外側支持柱17において、当該中央支持柱16におけるピストンピン支持部7との接続部分と、当該外側支持柱17におけるピストンピン支持部7との接続部分とが互いに離間していることによって、上記接続部分が破損するのを防止することができる。
In addition, in the
図7は、本実施形態の変形例を示し、この変形例では、上述の実施形態に対して一部の区画室9a内に補強構造部91を設けたものである。
FIG. 7 shows a modification of the present embodiment. In this modification, a reinforcing
補強構造部91は、図8に示すように、球状をなした球状中空部92が体心立方格子状に設けられた構造をなしている。各球状中空部92は互いに連通しており、一部の区画室9a内に補強構造部91が設けられているとしても、オイルが各区画室9a内を流通できるようになっている。すなわち、この変形例では、頂部形成壁部3、一対のピストンピン支持部7及び連結部8(周壁部82及び区画壁83)に加えて、補強構造部91を形成する金属部材によって、中空部9が形成されており、球状中空部92は中空部9の一部を構成している。立方体である単位格子の一辺の長さAは、1.5mm以上4mm以下であることが望ましく、球状中空部92の半径rは、上記長さAの値に応じて、0.5mm以上2mm以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 8, the reinforcing
補強構造部91は、外形周縁部6、ピストンピン支持部7、連結部8、補強部15、中央支持柱16及び外側支持柱17と共に、金属部材(アルミニウム合金)で互いに一体形成されている。すなわち、中央支持柱16及び外側支持柱17が設けられた区画室9a内では、補強構造部91を形成する金属部材と中央支持柱16及び外側支持柱17とが一体となって存在している。
The reinforcing
この変形例においても、金属積層造型機を使用してピストン本体1aを製造することができる。すなわち、球状中空部92に相当する箇所にはレーザー光を照射しないようにすることで、球状中空部92を形成することができる。このとき、球状中空部92内に残った金属粉末は、オイル流入口20、オイル流出口30及び連通孔10を通じて取り除かれる。
Also in this modification, the piston
この変形例のように、補強構造部91を形成することで、補強構造部91を形成しない場合と比較して、ピストン1全体の剛性を一層確保することができる。
By forming the reinforcing
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.
例えば、上述の実施形態では、各ピストンピン支持部7と頂部形成壁部3との間に中空部9がそれぞれ形成されていたが、これに限らず、一対のピストンピン支持部7のうちの一方のピストンピン支持部7と頂部形成壁部3との間にのみ中空部9が形成され、他方のピストンピン支持部7と頂部形成壁部3との間が中実であってもよい。この場合、中央支持柱16及び外側支持柱17は、上記一方のピストンピン支持部7と頂部形成壁部3との間に形成された中空部9内に設けられる。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、補強構造部91は、球状中空部92が体心立方格子状に設けられた構造をなしていたが、これに限らず、球状中空部92が面心立方格子状に設けられた構造をなしていてもよい。
In the above-described embodiment, the reinforcing
さらに、上述の実施形態では、ピストン1は、直列4気筒エンジンに適用されていたが、これに限らず、複数の気筒を有する直列エンジンやV型エンジンに適用することができ、また単気筒エンジンにも適用することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、内部に中空部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、該ピストン全体の、軽量化と剛性の確保とを両立させる場合に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a piston for an internal combustion engine in which a hollow portion is formed inside, in order to achieve both weight reduction and securing of rigidity of the entire piston.
1 内燃機関用ピストン
1a ピストン本体
1b ピストンピン
3 頂部形成壁部
7 ピストンピン支持部
7b ピストンピン支持部の上部(ピストンピン支持部における頂部形成壁部と対向する部分)
8 連結部
82a 外壁部(ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部)
9 中空部
16 中央支持柱
17 外側支持柱
102 エンジン(内燃機関)
108 気筒
C ピストンピン支持部の中心軸
DESCRIPTION OF
8
9
108 Cylinder C Piston pin support center axis
Claims (5)
上記ピストン本体は、
ピストン外形形状に沿って形成されかつ上記ピストン本体の頂部を形成する頂部形成壁部を有する外形周縁部と、
ピストンピンの軸方向両端部がそれぞれ挿入される挿入孔を有しかつ上記ピストンピンの軸方向に互いに離間しかつ上記挿入孔に挿入された上記両端部をそれぞれ支持する略円筒状の一対のピストンピン支持部と、
上記一対のピストンピン支持部を、それぞれ上記外形周縁部に連結する連結部と、
上記頂部形成壁部、上記一対のピストンピン支持部のうちの少なくとも一方のピストンピン支持部及び上記連結部を含む複数の壁部によって、上記頂部形成壁部と上記少なくとも一方のピストンピン支持部との間に形成された中空部と、を備えており、
上記中空部内には、上記少なくとも一方のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部に対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とを連結させるように延びかつ上記頂部形成壁部を支持する少なくとも1つの中央支持柱が設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 A piston for an internal combustion engine comprising a piston body housed in a reciprocating manner in a cylinder,
The piston body is
An outer peripheral edge portion formed along the piston outer shape and having a top forming wall portion forming the top portion of the piston body;
A pair of substantially cylindrical pistons having insertion holes into which both axial ends of the piston pins are respectively inserted, spaced apart from each other in the axial direction of the piston pins, and respectively supporting the both ends inserted into the insertion holes. A pin support,
A connecting portion for connecting the pair of piston pin support portions to the outer peripheral edge portion;
The top forming wall portion, the at least one piston pin supporting portion, and the plurality of wall portions including at least one piston pin supporting portion and the connecting portion of the pair of piston pin supporting portions, A hollow portion formed between, and
In the hollow portion, the top portion forming wall extends so as to connect a portion of the at least one piston pin support portion facing the top portion forming wall portion and a central portion in the piston radial direction of the top portion forming wall portion. A piston for an internal combustion engine, wherein at least one central support column for supporting the portion is provided.
上記中空部は、上記頂部形成壁部と上記一対のピストンピン支持部との間にそれぞれ形成されており、
上記中央支持柱は、上記一対のピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分と、上記頂部形成壁部におけるピストン径方向の中央部とをそれぞれ連結させるように、上記両中空部内にそれぞれ設けられており、
上記両中央支持柱における上記頂部形成壁部との接続部分同士は、上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していることを特徴とする内燃機関用ピストン。 The piston for an internal combustion engine according to claim 1,
The hollow part is formed between the top forming wall part and the pair of piston pin support parts, respectively.
The central support column is formed in the hollow portions so as to connect a portion of the pair of piston pin support portions facing the top forming wall portion and a central portion in the piston radial direction of the top forming wall portion. Each is provided,
The piston for an internal combustion engine, wherein the connecting portions of the central support columns with the top forming wall are separated from each other in the central axis direction of the piston pin support.
上記中央支持柱が設けられた上記中空部内には、上記中空部を形成する上記複数の壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向に位置する2つの壁部において、該2つの壁部のうち上記ピストンピン支持部の中心軸方向の中央から遠い方の壁部と、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分とを連結させるように、上記ピストンピン支持部における上記頂部形成壁部と対向する部分から、頂部側かつピストン径方向外側に斜めに延びる外側支持柱がさらに設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 The piston for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
In the hollow portion provided with the central support column, in the two wall portions positioned in the central axis direction of the piston pin support portion among the plurality of wall portions forming the hollow portion, the two wall portions Of the piston pin support portion so that the wall portion far from the center in the central axis direction of the piston pin support portion and the portion of the piston pin support portion facing the top forming wall portion are connected to each other. A piston for an internal combustion engine, further comprising an outer support column that obliquely extends from a portion facing the top forming wall portion to the top side and to the outside in the piston radial direction.
同じ中空部内に設けられた上記中央支持柱及び上記外側支持柱において、当該中央支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分と、当該外側支持柱における上記ピストンピン支持部との接続部分とは、互いに上記ピストンピン支持部の中心軸方向に離間していることを特徴とする内燃機関用ピストン。 The piston for an internal combustion engine according to claim 3,
In the central support column and the outer support column provided in the same hollow portion, a connection portion of the central support column with the piston pin support portion and a connection portion of the outer support column with the piston pin support portion are A piston for an internal combustion engine, wherein the piston pin support portions are spaced apart from each other in the central axis direction.
上記中央支持柱は、上記ピストンピン支持部から上記頂部形成壁部に向かうに連れてピストン径方向内側に傾斜するように形成されており、
ピストン軸方向及び上記ピストンピン支持部の中心軸方向の両方に垂直な方向から見た、上記中央支持柱の上記ピストンピン支持部の中心軸方向に対する鋭角側の角度は、30度以上90未満に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 In the piston for internal-combustion engines according to any one of claims 1 to 4,
The central support column is formed so as to incline in the piston radial direction from the piston pin support portion toward the top forming wall portion,
The angle on the acute angle side of the central support column with respect to the central axis direction of the piston pin support portion viewed from a direction perpendicular to both the piston axial direction and the central axis direction of the piston pin support portion is 30 degrees or more and less than 90. A piston for an internal combustion engine characterized by being set.
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