JP2019052580A

JP2019052580A - Piston for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2019052580A
Application number: JP2017176846A
Authority: JP
Inventors: 祐一腰山; Yuichi Koshiyama
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-04-04

Abstract

To improve a cooling effect of a piston for an internal combustion engine.SOLUTION: On a piston body portion 31 of a piston 30 for an internal combustion engine, a generally bowl-shaped cavity portion 50 in which a side edge portion 54 is positioned in a crown surface 32 direction as compared with a center portion 53 is formed. The center portion 53 of the cavity portion 50 comes close to a center of the crown surface 32, and the side edge portion 54 of the cavity portion 50 comes close to a piston ring 40. In the cavity portion 50, a heat exchanging member 60 is sealed while being provided with a cavity 55. The heat exchanging member 60, when the piston body portion 31 moves from an upper dead point to a lower dead point, moves from the center portion 53 to the side edge portion 54, and when the piston body portion 31 moves from the lower dead point to the upper dead point, moves from the side edge portion 54 to the center portion 53.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

内燃機関用ピストンの過度な温度上昇を抑制するために、ピストン本体部内に空洞部を形成し、熱伝導率の高い金属を空洞部内に封入する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。 In order to suppress an excessive temperature rise of the piston for an internal combustion engine, a technique is disclosed in which a cavity is formed in the piston body and a metal having high thermal conductivity is enclosed in the cavity (for example, Patent Document 1). .

実開昭５９−８１７５８号公報Japanese Utility Model Publication No.59-81758

内燃機関用ピストンの過度な温度上昇を、より効果的に抑制する技術が望まれている。 There is a demand for a technique that more effectively suppresses an excessive temperature rise of a piston for an internal combustion engine.

そこで、本発明は、冷却効果が高い内燃機関用ピストンを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the piston for internal combustion engines with a high cooling effect.

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体部内において、ピストン本体部の冠面側の内壁面と、冠面側の内壁面から離隔するコネクティングロッド側の内壁面とによって形成される空洞部と、空洞部内に空隙を設けつつ封入された熱交換部材と、を有し、冠面側の内壁面およびコネクティングロッド側の内壁面は、空洞部の中央部から空洞部の側縁部に至る少なくとも一部の区間において、側縁部が中央部に比べ冠面側に位置する方向に傾斜する。 In order to solve the above-described problems, an internal combustion engine piston according to the present invention includes an inner wall surface on the crown surface side of the piston body portion, an inner wall surface on the connecting rod side separated from the inner wall surface on the crown surface side, in the piston body portion. The inner wall surface on the crown surface side and the inner wall surface on the connecting rod side from the central portion of the cavity portion to the cavity portion. In at least a part of the section leading to the side edge, the side edge is inclined in a direction positioned on the crown surface side as compared with the center.

また、熱交換部材は、ピストン本体部の動作時に液体となってもよい。 Further, the heat exchange member may become a liquid when the piston main body portion operates.

また、空洞部は、側縁部が、冠面に最も近いピストンリングに近接してもよい。 Further, the cavity portion may be close to the piston ring whose side edge portion is closest to the crown surface.

また、空洞部は、中央部がシリンダの中心軸上に位置してもよい。 Further, the hollow portion may be located at the center portion on the central axis of the cylinder.

また、空洞部は、側縁部における冠面側の内壁面とコネクティングロッド側の内壁面との間隔に比べ、中央部における冠面側の内壁面とコネクティングロッド側の内壁面との間隔が狭くてもよい。 In addition, the cavity has a narrower distance between the inner wall surface on the crown surface side and the inner wall surface on the connecting rod side in the central portion than the distance between the inner wall surface on the crown surface side and the inner wall surface on the connecting rod side at the side edge. May be.

本発明によれば、冷却効果を高くすることができる。 According to the present invention, the cooling effect can be enhanced.

第１実施形態による内燃機関用ピストンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston for internal combustion engines by 1st Embodiment. ピストン本体部が下死点にあるときの内燃機関用ピストンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston for internal combustion engines when a piston main-body part exists in a bottom dead center. 第２実施形態による内燃機関用ピストンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston for internal combustion engines by 2nd Embodiment. 第３実施形態による内燃機関用ピストンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston for internal combustion engines by 3rd Embodiment. 第４実施形態による内燃機関用ピストンの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the piston for internal combustion engines by 4th Embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による内燃機関用ピストン３０の構成を示す断面図である。内燃機関用ピストン３０（以下、単にピストンという）は、内燃機関（エンジン）１の一部を構成する。内燃機関１は、例えば、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程が繰り返し行われる４ストロークエンジンである。図１では、ピストン３０が上死点に位置する場合が示されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an internal combustion engine piston 30 according to the first embodiment. An internal combustion engine piston 30 (hereinafter simply referred to as a piston) constitutes a part of the internal combustion engine (engine) 1. The internal combustion engine 1 is, for example, a four-stroke engine in which an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke are repeatedly performed. FIG. 1 shows the case where the piston 30 is located at the top dead center.

内燃機関１は、シリンダブロック１０、シリンダヘッド２０およびピストン３０を含んで構成される。シリンダブロック１０には、円筒形状のシリンダ１１が形成されている。シリンダ１１には、ピストン３０が摺動可能に収容されている。シリンダブロック１０には、シリンダ１１の開口を覆うようにシリンダヘッド２０が接合されている。 The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 10, a cylinder head 20, and a piston 30. A cylindrical cylinder 11 is formed in the cylinder block 10. A piston 30 is slidably accommodated in the cylinder 11. A cylinder head 20 is joined to the cylinder block 10 so as to cover the opening of the cylinder 11.

ピストン３０は、ピストン本体部３１を含んで構成される。ピストン本体部３１は、略円柱形状に形成されている。ピストン本体部３１は、例えば、アルミニウムを主原料とする金属などによって構成されている。ピストン本体部３１の中心軸ＣＰは、シリンダ１１の中心軸ＣＣに重なっている。 The piston 30 includes a piston main body 31. The piston main body 31 is formed in a substantially cylindrical shape. The piston main body 31 is made of, for example, a metal mainly made of aluminum. The central axis CP of the piston main body 31 overlaps the central axis CC of the cylinder 11.

ピストン本体部３１におけるシリンダヘッド２０に対向する冠面３２、シリンダ１１およびシリンダヘッド２０は、燃焼室１２を形成する。なお、図１では、冠面３２がシリンダ１１の開口面に位置するため、冠面３２とシリンダヘッド２０とによって燃焼室１２が形成された状態が示されている。 The crown surface 32, the cylinder 11, and the cylinder head 20 facing the cylinder head 20 in the piston main body 31 form a combustion chamber 12. In FIG. 1, since the crown surface 32 is positioned on the opening surface of the cylinder 11, the combustion chamber 12 is formed by the crown surface 32 and the cylinder head 20.

ピストン本体部３１における冠面３２とは反対側には、略棒状のコネクティングロッド４１が配置されている。コネクティングロッド４１の一端には、貫通穴が設けられており、その貫通穴には、円筒形状のピストンピン４２が挿通されている。ピストンピン４２は、ピストン本体部３１に支持されており、コネクティングロッド４１は、ピストンピン４２を介してピストン本体部３１に連結されている。コネクティングロッド４１の他端は、クランクシャフト（図示略）に連結されている。 A substantially rod-shaped connecting rod 41 is disposed on the opposite side of the piston body 31 from the crown surface 32. A through hole is provided at one end of the connecting rod 41, and a cylindrical piston pin 42 is inserted through the through hole. The piston pin 42 is supported by the piston main body 31, and the connecting rod 41 is connected to the piston main body 31 via the piston pin 42. The other end of the connecting rod 41 is connected to a crankshaft (not shown).

ピストン本体部３１の冠面３２には、コネクティングロッド４１方向に窪むキャビティ３３が形成されている。キャビティ３３は、シリンダヘッド２０から冠面３２を見たとき、大凡円形状に形成されている。 A cavity 33 that is recessed toward the connecting rod 41 is formed on the crown surface 32 of the piston body 31. The cavity 33 is formed in a substantially circular shape when the crown surface 32 is viewed from the cylinder head 20.

ピストン本体部３１におけるシリンダ１１に対向する側面には、ピストン本体部３１の径方向に窪む３本のリング溝３５、３６、３７が中心軸ＣＣから離隔して形成されている。リング溝３５、３６、３７は、ピストン本体部３１の周方向に沿って形成されている。リング溝３５、３６、３７は、ピストン本体部３１の側面において、冠面３２寄りに設けられている。 Three ring grooves 35, 36, and 37 that are recessed in the radial direction of the piston main body 31 are formed on the side surface facing the cylinder 11 in the piston main body 31 so as to be separated from the central axis CC. The ring grooves 35, 36, and 37 are formed along the circumferential direction of the piston main body 31. The ring grooves 35, 36 and 37 are provided closer to the crown surface 32 on the side surface of the piston main body 31.

冠面３２に最も近いリング溝３５には、トップリング４５が収容される。トップリング４５が収容されるリング溝３５から見てコネクティングロッド４１方向に隣接するリング溝３６には、セカンドリング４６が収容される。セカンドリング４６が収容されるリング溝３６から見てコネクティングロッド４１方向に隣接するリング溝３７には、オイルリング４７が収容される。 A top ring 45 is accommodated in the ring groove 35 closest to the crown surface 32. A second ring 46 is accommodated in the ring groove 36 adjacent to the connecting rod 41 as viewed from the ring groove 35 in which the top ring 45 is accommodated. An oil ring 47 is accommodated in the ring groove 37 adjacent to the connecting rod 41 as viewed from the ring groove 36 in which the second ring 46 is accommodated.

トップリング４５、セカンドリング４６およびオイルリング４７は、リング溝３５、３６、３７に収容された状態でピストン本体部３１の側面よりも突出し、シリンダ１１の内壁面に接触する。トップリング４５およびセカンドリング４６は、シリンダ１１の内壁面とピストン本体部３１の側面との隙間を無くし、燃焼室１２の気密を保つ。オイルリング４７は、シリンダ１１の内壁面とピストン本体部３１の側面との間に適度な油膜を形成し、ピストン本体部３１の摺動を潤滑にする。以下、トップリング４５、セカンドリング４６およびオイルリング４７を総称して、ピストンリング４０という。 The top ring 45, the second ring 46, and the oil ring 47 protrude from the side surface of the piston main body 31 while being accommodated in the ring grooves 35, 36, and 37 and contact the inner wall surface of the cylinder 11. The top ring 45 and the second ring 46 eliminate the gap between the inner wall surface of the cylinder 11 and the side surface of the piston main body 31 and keep the combustion chamber 12 airtight. The oil ring 47 forms an appropriate oil film between the inner wall surface of the cylinder 11 and the side surface of the piston main body 31 to lubricate the sliding of the piston main body 31. Hereinafter, the top ring 45, the second ring 46, and the oil ring 47 are collectively referred to as a piston ring 40.

シリンダヘッド２０には、燃焼室１２に開口する吸気ポート２１および排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１は、シリンダヘッド２０に設けられた吸気バルブ２３によって開閉され、排気ポート２２は、シリンダヘッド２０に設けられた排気バルブ２４によって開閉される。 The cylinder head 20 is formed with an intake port 21 and an exhaust port 22 that open to the combustion chamber 12. The intake port 21 is opened and closed by an intake valve 23 provided in the cylinder head 20, and the exhaust port 22 is opened and closed by an exhaust valve 24 provided in the cylinder head 20.

シリンダヘッド２０における吸気ポート２１と排気ポート２２の間には、インジェクタ２５および点火プラグ２６が設けられている。なお、インジェクタ２５は、吸気ポート２１に設けられていてもよい。 An injector 25 and a spark plug 26 are provided between the intake port 21 and the exhaust port 22 in the cylinder head 20. The injector 25 may be provided in the intake port 21.

第１実施形態において、ピストン本体部３１内には、中空の空洞部５０が冠面３２付近に形成されている。空洞部５０は、冠面３２のキャビティ３３に概ね沿うように形成されている。空洞部５０は、冠面３２側の内壁面５１と、冠面３２側の内壁面５１から離隔するコネクティングロッド４１側の内壁面５２とによって略椀状に形成されている。なお、冠面３２側の内壁面５１とコネクティングロッド４１側の内壁面５２は、空洞部５０の側縁部５４において連続している。 In the first embodiment, a hollow cavity 50 is formed in the vicinity of the crown surface 32 in the piston main body 31. The cavity 50 is formed so as to substantially follow the cavity 33 of the crown surface 32. The hollow portion 50 is formed in a substantially bowl shape by an inner wall surface 51 on the crown surface 32 side and an inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side that is separated from the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side. The inner wall surface 51 on the crown surface 32 side and the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side are continuous at the side edge 54 of the cavity 50.

より詳細には、空洞部５０の側縁部５４は、空洞部５０の中央部５３に比べ冠面３２方向に位置する。空洞部５０は、中央部５３から側縁部５４に進むに従って、冠面３２側に滑らかに湾曲している。すなわち、冠面３２側の内壁面５１およびコネクティングロッド４１側の内壁面５２は、側縁部５４が中央部５３に比べ冠面３２側に位置する方向に曲線状に傾斜する。冠面３２側の内壁面５１およびコネクティングロッド４１側の内壁面５２は、中央部５３から側縁部５４に進むに従って、中心軸ＣＣの軸方向と直交する面に対する傾斜角が大きくなる。また、空洞部５０は、シリンダヘッド２０から冠面３２を透視したときに側縁部５４が大凡円形状になるように、中央部５３を通る中心軸の周りに回転対称に形成されている。 More specifically, the side edge portion 54 of the cavity portion 50 is located in the direction of the crown surface 32 as compared to the central portion 53 of the cavity portion 50. The hollow portion 50 is smoothly curved toward the crown surface 32 as it proceeds from the central portion 53 to the side edge portion 54. That is, the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side and the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side are inclined in a curved shape in a direction in which the side edge portion 54 is located on the crown surface 32 side as compared with the central portion 53. As the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side and the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side proceed from the central portion 53 to the side edge portion 54, the inclination angle with respect to the surface orthogonal to the axial direction of the central axis CC increases. The hollow portion 50 is formed rotationally symmetrically about the central axis passing through the central portion 53 so that the side edge portion 54 has a substantially circular shape when the crown surface 32 is seen through from the cylinder head 20.

空洞部５０の中央部５３は、ピストン本体部３１において最も温度が高くなる位置に近接する。例えば、空洞部５０の中央部５３は、シリンダ１１の中心軸ＣＣ（すなわち、ピストン本体部３１の中心軸ＣＰ）と冠面３２との交点に近接する。 The central portion 53 of the hollow portion 50 is close to a position where the temperature is highest in the piston main body portion 31. For example, the central portion 53 of the hollow portion 50 is close to the intersection of the central axis CC of the cylinder 11 (that is, the central axis CP of the piston main body portion 31) and the crown surface 32.

空洞部５０の側縁部５４は、冠面３２に最も近いトップリング４５（より正確には、トップリング４５を収容するリング溝３５）に近接する。例えば、側縁部５４は、冠面３２におけるキャビティ３３の縁３４よりもピストン本体部３１の側面側に位置する。また、空洞部５０における冠面３２側の内壁面５１とコネクティングロッド４１側の内壁面５２との間隔は、側縁部５４から中央部５３を通って反対側の側縁部５４に至る過程において略一定となっている。 The side edge 54 of the cavity 50 is close to the top ring 45 (more precisely, the ring groove 35 that accommodates the top ring 45) that is closest to the crown surface 32. For example, the side edge portion 54 is located on the side surface side of the piston main body 31 with respect to the edge 34 of the cavity 33 on the crown surface 32. Further, the distance between the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side and the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side in the cavity 50 is in the process from the side edge portion 54 through the central portion 53 to the opposite side edge portion 54. It is almost constant.

空洞部５０内には、熱交換部材６０が封入されている。熱交換部材６０は、ピストン本体部３１を構成する材料（例えば、アルミニウムを主原料とする金属）よりも熱伝導率が高い材料によって構成される。また、熱交換部材６０は、ピストン本体部３１の動作時（内燃機関１の運転時）に液体となる材料によって構成される。ピストン本体部３１の動作時、燃焼室１２は、燃料が燃焼することによって生じる熱によって温度が約２５０℃となる。このため、熱交換部材６０は、融点が約２５０℃よりも低く、沸点が約２５０℃よりも高い材料であることが好ましい。これらより、熱交換部材６０は、例えば、金属ナトリウムが好ましい。熱交換部材６０である金属ナトリウムは、内燃機関１が停止してピストン本体部３１が冷えると固体となり、内燃機関１が作動を開始してピストン本体部３１が温まると液体となる。 A heat exchange member 60 is enclosed in the cavity 50. The heat exchange member 60 is made of a material having a higher thermal conductivity than a material (for example, a metal whose main raw material is aluminum) that constitutes the piston main body 31. The heat exchange member 60 is made of a material that becomes liquid when the piston main body 31 is in operation (when the internal combustion engine 1 is in operation). During the operation of the piston main body 31, the temperature of the combustion chamber 12 becomes about 250 ° C. due to heat generated by the combustion of fuel. For this reason, the heat exchange member 60 is preferably a material having a melting point lower than about 250 ° C. and a boiling point higher than about 250 ° C. From these, the heat exchange member 60 is preferably metal sodium, for example. The metallic sodium that is the heat exchange member 60 becomes solid when the internal combustion engine 1 stops and the piston main body 31 cools, and becomes liquid when the internal combustion engine 1 starts operating and the piston main body 31 warms.

空洞部５０内には、熱交換部材６０が封入された状態で空隙５５（隙間）が設けられる。熱交換部材６０は、この空隙５５により、空洞部５０内において自由に移動可能となっている。熱交換部材６０の体積は、例えば、空洞部５０の容積の３割くらいである。なお、熱交換部材６０の体積は、この例に限らない。 A void 55 (gap) is provided in the hollow portion 50 in a state where the heat exchange member 60 is enclosed. The heat exchange member 60 is freely movable in the cavity 50 by the gap 55. The volume of the heat exchange member 60 is about 30% of the volume of the cavity 50, for example. The volume of the heat exchange member 60 is not limited to this example.

ピストン本体部３１は、例えば、以下のようにして製造される。ピストン本体部３１は、ピストン本体部３１の外形状の型内に、空洞部５０の形状の中子として機能する砂を入れて鋳造される。この際、中子からピストン本体部３１の底面（冠面３２とは反対側の面）に繋がる連通穴も型抜きされる。次に、砂を溶かす溶剤が連通穴を介して空洞部５０内に入れられ、溶剤によって溶けた砂が連通穴を介して空洞部５０内から抜かれる。これにより、空洞部５０を有するピストン本体部３１が成型される。そして、連通穴を介して熱交換部材６０が空洞部５０内に入れられ、連通穴を埋める栓が施される。 The piston main body 31 is manufactured as follows, for example. The piston main body portion 31 is cast by putting sand that functions as a core of the shape of the hollow portion 50 into the outer shape mold of the piston main body portion 31. At this time, the communication hole that connects the core to the bottom surface of the piston main body 31 (the surface opposite to the crown surface 32) is also die cut. Next, a solvent for dissolving the sand is put into the cavity 50 through the communication hole, and the sand dissolved by the solvent is extracted from the cavity 50 through the communication hole. Thereby, the piston main body 31 having the cavity 50 is molded. And the heat exchange member 60 is put in the cavity part 50 through a communicating hole, and the plug which fills up a communicating hole is given.

次に、ピストン３０の作用を説明する。熱交換部材６０は、内燃機関１が作動を開始してピストン本体部３１が温まると、固体から液体に変化し、内燃機関１が停止してピストン本体部３１が冷えるまで液体の状態を維持する。 Next, the operation of the piston 30 will be described. The heat exchange member 60 changes from solid to liquid when the internal combustion engine 1 starts operating and the piston main body 31 warms up, and maintains the liquid state until the internal combustion engine 1 stops and the piston main body 31 cools. .

圧縮行程においてピストン本体部３１が上死点に移動すると、熱交換部材６０は、図１に示すように、コネクティングロッド４１側の内壁面５２に沿って中央部５３（空洞部５０におけるコネクティングロッド４１方向の最深部）およびその近傍に移動する。 When the piston main body 31 moves to the top dead center in the compression stroke, the heat exchanging member 60 moves along the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side as shown in FIG. 1 to the central portion 53 (the connecting rod 41 in the hollow portion 50). (The deepest part in the direction) and its vicinity.

圧縮行程から燃焼行程に移り、燃焼室１２内で燃料が燃焼すると、ピストン本体部３１は、上死点から下死点へ向かって移動する。燃料が燃焼することによって生じる熱によって、冠面３２の中央が熱せられる。燃料の燃焼によって生じた熱の一部は、冠面３２を伝わって、空洞部５０の中央部５３に位置する熱交換部材６０に伝わる。これにより、熱交換部材６０は、ピストン本体部３１に伝わった熱で温められ、結果として、熱を蓄える。 When the combustion stroke is moved from the compression stroke to the combustion stroke 12, the piston main body 31 moves from the top dead center toward the bottom dead center. The center of the crown surface 32 is heated by the heat generated by the combustion of the fuel. A part of the heat generated by the combustion of the fuel is transmitted through the crown surface 32 and is transmitted to the heat exchange member 60 located in the central portion 53 of the cavity 50. Thereby, the heat exchange member 60 is warmed by the heat transmitted to the piston main body 31, and as a result, heat is stored.

図２は、ピストン本体部３１が下死点にあるときのピストン３０の構成を示す断面図である。ピストン本体部３１が上死点から下死点へ向かって移動する際、熱交換部材６０には、ピストン本体部３１の摺動方向に関して慣性力が働く。具体的には、熱交換部材６０は、ピストン本体部３１の下死点への移動に従って、空洞部５０の冠面３２側の内壁面５１に押し付けられる方向の力が与えられる。空洞部５０の冠面３２側の内壁面５１は、中央部５３から側縁部５４に進むに従って冠面３２側に湾曲しているため、熱交換部材６０は、冠面３２側の内壁面５１に押し付けられる力によって、冠面３２側の内壁面５１に沿って中央部５３から側縁部５４に移動する。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the piston 30 when the piston main body 31 is at the bottom dead center. When the piston main body 31 moves from the top dead center toward the bottom dead center, an inertial force acts on the heat exchange member 60 with respect to the sliding direction of the piston main body 31. Specifically, the heat exchanging member 60 is given a force in a direction in which the heat exchanging member 60 is pressed against the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side of the cavity portion 50 as the piston body portion 31 moves to the bottom dead center. Since the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side of the hollow portion 50 is curved toward the crown surface 32 as it proceeds from the central portion 53 to the side edge portion 54, the heat exchange member 60 has the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side. Is moved from the central portion 53 to the side edge portion 54 along the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side.

側縁部５４に移動した熱交換部材６０の熱の一部は、ピストン本体部３１における空洞部５０の側縁部５４付近を伝わって、ピストンリング４０（主に、側縁部５４が近接するトップリング４５）に伝わる。熱交換部材６０の熱の一部がピストンリング４０に伝わることで、ピストン本体部３１が上死点にある場合に比べ、熱交換部材６０の温度が低下する。ピストンリング４０に伝わった熱は、シリンダ１１の内壁面に伝わり、シリンダ１１において消費される。すなわち、ピストン本体部３１の下死点への移動に従って中央部５３から側縁部５４に移動する熱交換部材６０を介して、ピストン本体部３１の熱の一部がシリンダ１１に放熱される。 Part of the heat of the heat exchange member 60 that has moved to the side edge portion 54 is transmitted in the vicinity of the side edge portion 54 of the cavity 50 in the piston main body portion 31, so that the piston ring 40 (mainly, the side edge portion 54 is close to the side edge portion 54 It is transmitted to the top ring 45). A part of the heat of the heat exchange member 60 is transmitted to the piston ring 40, so that the temperature of the heat exchange member 60 is lowered as compared with the case where the piston main body 31 is at the top dead center. The heat transferred to the piston ring 40 is transferred to the inner wall surface of the cylinder 11 and consumed in the cylinder 11. That is, part of the heat of the piston main body 31 is radiated to the cylinder 11 through the heat exchange member 60 that moves from the central portion 53 to the side edge portion 54 according to the movement of the piston main body portion 31 to the bottom dead center.

燃焼行程から排気行程へ移ると、ピストン本体部３１は、下死点から上死点へ向かって移動する。この際、熱交換部材６０には、ピストン本体部３１の摺動方向に関して慣性力が働く。具体的には、熱交換部材６０は、ピストン本体部３１の上死点への移動に従って、空洞部５０のコネクティングロッド４１側の内壁面５２に押し付けられる方向の力が与えられる。空洞部５０のコネクティングロッド４１側の内壁面５２は、側縁部５４に比べ中央部５３がコネクティングロッド４１側に位置するように湾曲しているため、熱交換部材６０は、コネクティングロッド４１側の内壁面５２に押し付けられる力によって、コネクティングロッド４１側の内壁面５２に沿って側縁部５４から中央部５３に移動する。 When moving from the combustion stroke to the exhaust stroke, the piston main body 31 moves from the bottom dead center toward the top dead center. At this time, an inertial force acts on the heat exchange member 60 with respect to the sliding direction of the piston main body 31. Specifically, the heat exchanging member 60 is given a force in a direction in which the heat exchanging member 60 is pressed against the inner wall surface 52 of the cavity 50 on the side of the connecting rod 41 as the piston body 31 moves to the top dead center. Since the inner wall surface 52 of the hollow portion 50 on the connecting rod 41 side is curved so that the central portion 53 is positioned on the connecting rod 41 side compared to the side edge portion 54, the heat exchange member 60 is connected to the connecting rod 41 side. The force pressed against the inner wall surface 52 moves from the side edge portion 54 to the central portion 53 along the inner wall surface 52 on the connecting rod 41 side.

中央部５３に移動した熱交換部材６０には、ピストン本体部３１における冠面３２の中央付近から熱が伝わる。排気行程から吸気行程に移ると、ピストン本体部３１は、上死点から下死点へ向かって移動し、熱交換部材６０は、中央部５３から側縁部５４に移動する。側縁部５４に移動した熱交換部材６０の熱の一部は、ピストンリング４０を介してシリンダ１１に伝わる。そして、吸気行程から圧縮行程に移ると、ピストン本体部３１は、下死点から上死点へ向かって移動し、熱交換部材６０は、側縁部５４から中央部５３に移動する。ピストン本体部３１および熱交換部材６０は、このような動作を繰り返す。 Heat is transferred from the vicinity of the center of the crown surface 32 of the piston main body 31 to the heat exchange member 60 moved to the central portion 53. When moving from the exhaust stroke to the intake stroke, the piston main body 31 moves from the top dead center to the bottom dead center, and the heat exchange member 60 moves from the central portion 53 to the side edge portion 54. Part of the heat of the heat exchange member 60 that has moved to the side edge portion 54 is transferred to the cylinder 11 via the piston ring 40. When moving from the intake stroke to the compression stroke, the piston main body 31 moves from the bottom dead center toward the top dead center, and the heat exchange member 60 moves from the side edge portion 54 to the central portion 53. The piston main body 31 and the heat exchange member 60 repeat such operations.

以上のように、第１実施形態のピストン３０は、熱交換部材６０が、ピストン本体部３１の摺動に応じて、空洞部５０の中央部５３と側縁部５４との間で移動する。このため、第１実施形態のピストン３０は、空洞部５０の中央部５３から側縁部５４に移動する熱交換部材６０によって、ピストン本体部３１の中心軸ＣＰ付近の熱を、シリンダ１１に早く移動させることができる。これにより、第１実施形態のピストン３０は、熱交換部材６０が無いピストンや熱交換部材６０がピストン本体部３１の略径方向に移動しないピストンに比べ、ピストン本体部３１の熱の一部をシリンダ１１に素早く伝えて放熱させることができる。 As described above, in the piston 30 of the first embodiment, the heat exchange member 60 moves between the central portion 53 and the side edge portion 54 of the cavity portion 50 in accordance with the sliding of the piston main body portion 31. For this reason, the piston 30 of the first embodiment causes the heat in the vicinity of the central axis CP of the piston main body 31 to be quickly transferred to the cylinder 11 by the heat exchange member 60 that moves from the central portion 53 of the hollow portion 50 to the side edge portion 54. Can be moved. Thereby, the piston 30 of the first embodiment uses a part of the heat of the piston main body 31 as compared with a piston without the heat exchanging member 60 and a piston in which the heat exchanging member 60 does not move in the substantially radial direction of the piston main body 31. It can be quickly transmitted to the cylinder 11 to dissipate heat.

また、熱交換部材６０は、ピストン本体部３１の動作時に液体となっているため、熱交換部材６０が固体の場合に比べ、ピストン本体部３１の略径方向に早く移動することができる。 Further, since the heat exchanging member 60 is in a liquid state when the piston main body portion 31 operates, the heat exchanging member 60 can move faster in the substantially radial direction of the piston main body portion 31 than when the heat exchanging member 60 is solid.

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態による内燃機関用ピストン３０Ｂの構成を示す断面図である。第２実施形態のピストン３０Ｂは、空洞部５０Ｂの形状が第１実施形態の空洞部５０の形状と異なる。なお、図３では、シリンダヘッド２０およびシリンダブロック１０の一部を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an internal combustion engine piston 30B according to the second embodiment. In the piston 30B of the second embodiment, the shape of the cavity 50B is different from the shape of the cavity 50 of the first embodiment. In FIG. 3, a part of the cylinder head 20 and the cylinder block 10 is omitted.

空洞部５０Ｂは、中央部５３Ｂ付近が平らな略椀状に形成されている。具体的には、空洞部５０Ｂは、中央部５３Ｂから側縁部５４Ｂに至る途中まではピストン本体部３１の径方向に延びており、さらに側縁部５４Ｂに進むに従って、冠面３２側に滑らかに湾曲している。すなわち、空洞部５０Ｂの冠面３２側の内壁面５１Ｂおよびコネクティングロッド４１側の内壁面５２Ｂは、中央部５３Ｂから側縁部５４Ｂに至る一部の区間において、側縁部５４Ｂが中央部５３Ｂに比べ冠面３２側に位置する方向に傾斜する。 The hollow portion 50B is formed in a substantially bowl shape in the vicinity of the central portion 53B. Specifically, the hollow portion 50B extends in the radial direction of the piston main body portion 31 up to the middle from the central portion 53B to the side edge portion 54B, and further smoothly moves toward the crown surface 32 as the side edge portion 54B is advanced. Is curved. That is, the inner wall surface 51B on the crown surface 32 side of the hollow portion 50B and the inner wall surface 52B on the connecting rod 41 side are such that the side edge portion 54B becomes the central portion 53B in a partial section from the central portion 53B to the side edge portion 54B. It inclines in the direction located in the crown surface 32 side compared.

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態による内燃機関用ピストン３０Ｃの構成を示す断面図である。第３実施形態のピストン３０Ｃは、空洞部５０Ｃの形状が第１実施形態の空洞部５０の形状と異なる。なお、図４では、シリンダヘッド２０およびシリンダブロック１０の一部を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an internal combustion engine piston 30C according to the third embodiment. In the piston 30C of the third embodiment, the shape of the cavity 50C is different from the shape of the cavity 50 of the first embodiment. In FIG. 4, a part of the cylinder head 20 and the cylinder block 10 is omitted.

空洞部５０Ｃは、側縁部５４Ｃ対して中央部５３Ｃ付近がコネクティングロッド４１方向に突出する略円錐状の殻状に形成されている。具体的には、空洞部５０Ｃは、側縁部５４Ｃが中央部５３Ｃよりも冠面３２側に位置し、空洞部５０Ｃの冠面３２側の内壁面５１Ｃおよびコネクティングロッド４１の内壁面５２Ｃは、中央部５３Ｃから側縁部５４Ｃに向かって真っすぐに延びている。すなわち、内壁面５１Ｃおよび内壁面５２Ｃは、側縁部５４Ｃが中央部５３Ｃに比べ冠面３２側に位置する方向に直線状に傾斜する。 The hollow portion 50C is formed in a substantially conical shell shape in which the vicinity of the central portion 53C protrudes toward the connecting rod 41 with respect to the side edge portion 54C. Specifically, in the cavity portion 50C, the side edge portion 54C is located closer to the crown surface 32 than the center portion 53C, and the inner wall surface 51C on the crown surface 32 side of the cavity portion 50C and the inner wall surface 52C of the connecting rod 41 are: It extends straight from the central portion 53C toward the side edge portion 54C. That is, the inner wall surface 51C and the inner wall surface 52C are linearly inclined in the direction in which the side edge portion 54C is located closer to the crown surface 32 than the center portion 53C.

第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態による内燃機関用ピストン３０Ｄの構成を示す断面図である。第４実施形態のピストン３０Ｄは、空洞部５０Ｄの形状が第１実施形態の空洞部５０の形状と異なる。なお、図５では、シリンダヘッド２０およびシリンダブロック１０の一部を省略する。 (Fourth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an internal combustion engine piston 30D according to the fourth embodiment. Piston 30D of 4th Embodiment differs in the shape of cavity part 50D from the shape of cavity part 50 of 1st Embodiment. In FIG. 5, a part of the cylinder head 20 and the cylinder block 10 is omitted.

第４実施形態のピストン３０Ｄは、空洞部５０Ｄの中央部５３Ｄ付近における冠面３２側の内壁面５１Ｄとコネクティングロッド４１側の内壁面５２Ｄとの間隔が、側縁部５４Ｄ付近における冠面３２側の内壁面５１Ｄとコネクティングロッド４１側の内壁面５２Ｄとの間隔に比べ、狭くなっている。このため、第４実施形態では、熱交換部材６０が中央部５３Ｄ付近に移動した場合、中央部５３Ｄ付近の冠面３２側の内壁面５１Ｄと熱交換部材６０との接触面積が、第１実施形態に比べ多くなる。内壁面５１Ｄと熱交換部材６０との接触面積が多くなると、接触面積が少ない場合に比べ、冠面３２側からの熱が熱交換部材６０に伝わり易くなる。 In the piston 30D of the fourth embodiment, the distance between the inner wall surface 51D on the crown surface 32 side and the inner wall surface 52D on the connecting rod 41 side in the vicinity of the central portion 53D of the cavity 50D is the crown surface 32 side in the vicinity of the side edge portion 54D. The inner wall surface 51D is narrower than the distance between the connecting rod 41 and the inner wall surface 52D. For this reason, in 4th Embodiment, when the heat exchange member 60 moves to center part 53D vicinity, the contact area of the inner wall surface 51D by the side of the crown 32 near the center part 53D and the heat exchange member 60 is 1st implementation. More than the form. When the contact area between the inner wall surface 51 </ b> D and the heat exchange member 60 is increased, heat from the crown surface 32 side is easily transmitted to the heat exchange member 60 as compared with the case where the contact area is small.

空洞部５０Ｄの中央部５３Ｄ付近においてより多くの熱が熱交換部材６０に伝わると、熱交換部材６０が側縁部５４Ｄに移動した際に、より多くの熱が熱交換部材６０からピストンリング４０を介してシリンダ１１に伝わり易くなる。従って、第４実施形態のピストン３０Ｄは、第１実施形態に比べ、冷却効果をより高くすることができる。 When more heat is transferred to the heat exchange member 60 in the vicinity of the central portion 53D of the cavity 50D, more heat is transferred from the heat exchange member 60 to the piston ring 40 when the heat exchange member 60 moves to the side edge portion 54D. It becomes easy to be transmitted to the cylinder 11 via Therefore, the piston 30D of the fourth embodiment can have a higher cooling effect than the first embodiment.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

各実施形態において、熱交換部材６０は、金属ナトリウムに限らず、例えば、融点が低いビスマス合金（ビスマスを主原料とし、スズや鉛などを添加した金属）などであってもよい。 In each embodiment, the heat exchange member 60 is not limited to metallic sodium, but may be, for example, a bismuth alloy having a low melting point (a metal in which bismuth is a main raw material and tin or lead is added).

各実施形態において、側縁部５４〜５４Ｄは、トップリング４５に近接していた。しかし、側縁部５４〜５４Ｄは、ピストンリング４０に近接していればよく、例えば、セカンドリング４６（より正確には、リング溝３６）やオイルリング４７（より正確には、リング溝３７）に近接してもよい。ただし、側縁部５４〜５４Ｄは、中央部５３〜５３Ｄよりも冠面３２側に位置するため、中央部５３〜５３Ｄを冠面３２に極力近づけるために、トップリング４５に近接させるのが最も好ましい。 In each embodiment, the side edge portions 54 to 54 </ b> D are close to the top ring 45. However, the side edges 54 to 54D only need to be close to the piston ring 40. For example, the second ring 46 (more precisely, the ring groove 36) or the oil ring 47 (more precisely, the ring groove 37). May be close to However, since the side edge portions 54 to 54D are located closer to the crown surface 32 than the center portions 53 to 53D, the side portions 54 to 54D are most preferably close to the top ring 45 in order to bring the center portions 53 to 53D as close as possible to the crown surface 32. preferable.

また、各実施形態において、空洞部５０における最深部を中央部５３としたが、中央部５３以外の部位を最深部としてもよい。 Moreover, in each embodiment, although the deepest part in the cavity part 50 was made into the center part 53, site | parts other than the center part 53 are good also as a deepest part.

第４実施形態では、中央部５３Ｄ付近において内壁面５１Ｄと内壁面５２Ｄとの間隔を狭くすることで、中央部５３Ｄ付近に移動した熱交換部材６０と冠面３２側の内壁面５１Ｄとの接触面積を多くした。しかし、第１実施形態において、空洞部５０の容積に対する熱交換部材６０の体積を適切に設計することで、中央部５３付近に移動した熱交換部材６０と冠面３２側の内壁面５１との接触面積を多くしてもよい。 In the fourth embodiment, the distance between the inner wall surface 51D and the inner wall surface 52D is reduced in the vicinity of the central portion 53D, so that the heat exchange member 60 moved to the vicinity of the central portion 53D and the inner wall surface 51D on the crown surface 32 side are in contact with each other. Increased area. However, in the first embodiment, by appropriately designing the volume of the heat exchange member 60 with respect to the volume of the cavity portion 50, the heat exchange member 60 moved to the vicinity of the central portion 53 and the inner wall surface 51 on the crown surface 32 side are arranged. The contact area may be increased.

本発明は、内燃機関用ピストンに利用できる。 The present invention can be used for a piston for an internal combustion engine.

３０内燃機関用ピストン
３１ピストン本体部
４０ピストンリング
５０空洞部
５３中央部
５４側縁部
６０熱交換部材 30 Piston 31 for Internal Combustion Engine Piston Body 40 Piston Ring 50 Cavity 53 Central Part 54 Side Edge 60 Heat Exchange Member

Claims

In the piston body portion, a hollow portion formed by an inner wall surface on the crown surface side of the piston body portion and an inner wall surface on the connecting rod side separated from the inner wall surface on the crown surface side,
A heat exchange member sealed while providing a void in the cavity,
The inner wall surface on the crown surface side and the inner wall surface on the connecting rod side are such that the side edge portion is compared to the center portion in at least a section from the center portion of the cavity portion to the side edge portion of the cavity portion. A piston for an internal combustion engine that is inclined in a direction located on the crown surface side.

The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the heat exchange member becomes liquid when the piston main body portion operates.

The piston for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the side edge portion of the hollow portion is close to a piston ring closest to the crown surface.

The internal cavity engine piston according to any one of claims 1 to 3, wherein the hollow portion has the central portion located on a central axis of a cylinder.

The hollow portion has an inner wall surface on the crown surface side and an inner wall surface on the connecting rod side in the central portion, as compared to a distance between the inner wall surface on the crown surface side and the inner wall surface on the connecting rod side in the side edge portion. The piston for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein an interval between the internal combustion engine and the piston is narrow.