JP2024050163A - piston - Google Patents

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Abstract

Figure 2024050163000001

【課題】燃焼室内のガス流動を強化する。
【解決手段】ピストンは、冠面側に開口する収容凹部が形成される中央本体部と、前記収容凹部の開口部を囲むフランジおよび環状冠面が形成される外周本体部と、を備えるピストン本体を有する。前記ピストンは、前記収容凹部に収容され、前記開口部から露出する中央冠面を備え、前記フランジに接触する第1位置と前記フランジから離れる第2位置とに移動可能である可動部材を有する。前記ピストンは、前記ピストン本体と前記可動部材との間に設けられ、前記可動部材を前記第1位置に向けて付勢するバネ部材を有する。前記可動部材が前記第1位置に移動した状態のもとで、前記環状冠面と前記中央冠面とは互いに連続している。
【選択図】図5

Figure 2024050163000001

To strengthen gas flow within a combustion chamber.
[Solution] The piston has a piston body including a central body portion in which an accommodation recess that opens to the crown surface side is formed, and an outer peripheral body portion in which a flange surrounding the opening of the accommodation recess and an annular crown surface are formed. The piston has a movable member that is accommodated in the accommodation recess, has a central crown surface exposed from the opening, and is movable between a first position in contact with the flange and a second position away from the flange. The piston has a spring member provided between the piston body and the movable member, and biases the movable member toward the first position. When the movable member is moved to the first position, the annular crown surface and the central crown surface are continuous with each other.
[Selected figure] Figure 5

Description

本発明は、エンジンに組み付けられるピストンに関する。 The present invention relates to a piston that is assembled into an engine.

エンジンのシリンダには、燃焼室を区画するピストンが組み付けられている(特許文献1~4参照)。また、燃焼室において混合気を良好に燃焼させるためには、燃焼室内にタンブル流等のガス流動を発生させることが重要となっている。 A piston that defines a combustion chamber is attached to the cylinder of the engine (see Patent Documents 1 to 4). In order to effectively combust the air-fuel mixture in the combustion chamber, it is important to generate a gas flow, such as a tumble flow, within the combustion chamber.

特開2000-136724号公報JP 2000-136724 A 特開2007-224787号公報JP 2007-224787 A 特開2013-44278号公報JP 2013-44278 A 特開2014-43839号公報JP 2014-43839 A

ところで、燃焼室内にタンブル流等のガス流動を発生させることにより、混合気の燃焼期間を短縮してエンジン熱効率を高めることが可能であるが、このエンジン熱効率については更なる向上が求められている。つまり、エンジン熱効率の更なる向上を達成するため、燃焼室内のガス流動についても更なる強化が求められている。 By the way, by generating a gas flow such as a tumble flow within the combustion chamber, it is possible to shorten the combustion period of the mixture and increase the thermal efficiency of the engine, but there is a demand for further improvement in this engine thermal efficiency. In other words, there is a demand for further strengthening of the gas flow within the combustion chamber in order to achieve a further improvement in engine thermal efficiency.

本発明の目的は、燃焼室内のガス流動を強化することである。 The object of the present invention is to enhance gas flow within the combustion chamber.

一実施形態に係るピストンは、エンジンに組み付けられるピストンであって、冠面側に開口する収容凹部が形成される中央本体部と、前記収容凹部の開口部を囲むフランジおよび環状冠面が形成される外周本体部と、を備えるピストン本体と、前記収容凹部に収容され、前記開口部から露出する中央冠面を備え、前記フランジに接触する第1位置と前記フランジから離れる第2位置とに移動可能である可動部材と、前記ピストン本体と前記可動部材との間に設けられ、前記可動部材を前記第1位置に向けて付勢するバネ部材と、を有し、前記可動部材が前記第1位置に移動した状態のもとで、前記環状冠面と前記中央冠面とは互いに連続している。 A piston according to one embodiment is a piston to be assembled in an engine, and includes a piston body including a central body portion in which a storage recess that opens to the crown surface side is formed, and an outer peripheral body portion in which a flange surrounding the opening of the storage recess and an annular crown surface are formed; a movable member that is housed in the storage recess and has a central crown surface exposed from the opening, and is movable between a first position in contact with the flange and a second position away from the flange; and a spring member that is provided between the piston body and the movable member and biases the movable member toward the first position, and when the movable member is moved to the first position, the annular crown surface and the central crown surface are continuous with each other.

本発明の一態様によれば、可動部材が第1位置に移動した状態のもとで、環状冠面と中央冠面とは互いに連続している。これにより、燃焼室内のガス流動を強化することができる。 According to one aspect of the present invention, when the movable member is in the first position, the annular crown surface and the central crown surface are continuous with each other. This enhances the gas flow in the combustion chamber.

エンジンが搭載された車両の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a vehicle equipped with an engine. エンジンの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an engine. エンジンの燃焼室およびその近傍を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a combustion chamber of an engine and its vicinity. 図3の矢印α方向からピストンを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the piston as viewed from the direction of arrow α in FIG. 3 . ピストンを示す断面図である。FIG. ピストンを示す断面図である。FIG. ピストンの分解状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the piston in an exploded state. 圧縮行程および膨張行程における可動ヘッドの位置を示す図である。4A and 4B are diagrams illustrating the position of a movable head during a compression stroke and an expansion stroke. 燃焼室内における吸入空気の流れ方向の一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of the flow direction of intake air in a combustion chamber. FIG. 燃焼室内における吸入空気の流れ方向の一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of the flow direction of intake air in a combustion chamber. FIG. ピストンに対して吸気バルブや排気バルブが接触する状況の一例を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating an example of a situation in which an intake valve or an exhaust valve comes into contact with a piston. 異常燃焼が発生する状況の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a situation in which abnormal combustion occurs. 他の実施形態1として、圧縮行程および膨張行程における可動ヘッドの位置を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the position of a movable head during a compression stroke and an expansion stroke as another embodiment 1. 他の実施形態2であるピストンを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a piston according to another embodiment 2. 他の実施形態3であるピストンを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a piston according to another embodiment 3.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following description, identical or substantially identical configurations and elements are designated by the same reference numerals and repeated description will be omitted.

[車両]
図1はエンジン10が搭載された車両11の一例を示す図である。図1に示すように、車両11には、エンジン10を備えたパワーユニット12が搭載されている。パワーユニット12の出力軸13には、プロペラ軸14およびデファレンシャル機構15を介して車輪16が連結されている。図示するパワーユニット12は、後輪駆動用のパワーユニットであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や全輪駆動用のパワーユニットであっても良い。また、後述するように、図示するエンジン10は、水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、例えば、直列エンジン、V型エンジン或いは単気筒エンジンであっても良い。
[vehicle]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a vehicle 11 equipped with an engine 10. As shown in FIG. 1, the vehicle 11 is equipped with a power unit 12 equipped with the engine 10. Wheels 16 are connected to an output shaft 13 of the power unit 12 via a propeller shaft 14 and a differential mechanism 15. The illustrated power unit 12 is a power unit for rear-wheel drive, but is not limited thereto, and may be a power unit for front-wheel drive or all-wheel drive. In addition, as described later, the illustrated engine 10 is a horizontally opposed engine, but is not limited thereto, and may be, for example, an in-line engine, a V-type engine, or a single-cylinder engine.

[エンジン]
図2はエンジン10の一例を示す図である。図2に示すように、エンジン10は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック20と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック21と、一対のシリンダブロック20,21に支持されるクランク軸22と、を有している。各シリンダブロック20,21には、動弁機構23等を備えたシリンダヘッド24が取り付けられている。これらのシリンダヘッド24には、燃焼室25に連通する吸気ポート26が形成されるとともに、吸気ポート26を開閉する吸気バルブ27が組み付けられている。また、シリンダヘッド24には、燃焼室25に連通する排気ポート28が形成されるとともに、排気ポート28を開閉する排気バルブ29が組み付けられている。なお、シリンダヘッド24には、燃焼室25内の混合気に点火する図示しない点火プラグが設けられており、吸入空気に向けて燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられている。
[engine]
FIG. 2 is a diagram showing an example of an engine 10. As shown in FIG. 2, the engine 10 has a cylinder block 20 constituting one cylinder bank, a cylinder block 21 constituting the other cylinder bank, and a crankshaft 22 supported by the pair of cylinder blocks 20, 21. A cylinder head 24 having a valve mechanism 23 and the like is attached to each of the cylinder blocks 20, 21. Intake ports 26 communicating with combustion chambers 25 are formed in the cylinder heads 24, and intake valves 27 for opening and closing the intake ports 26 are attached to the cylinder heads 24. Exhaust ports 28 communicating with the combustion chambers 25 are formed in the cylinder heads 24, and exhaust valves 29 for opening and closing the exhaust ports 28 are attached to the cylinder heads 24. An ignition plug (not shown) for igniting the air-fuel mixture in the combustion chambers 25 is provided in the cylinder head 24, and an injector (not shown) for injecting fuel toward the intake air is provided in the cylinder head 24.

各シリンダブロック20,21にはシリンダボア30が形成されており、各シリンダボア30にはピストン31が収容されている。このように、エンジン10のシリンダブロック20,21には、本発明の一実施形態であるピストン31が組み付けられている。このピストン31にはピストンピン32が取り付けられており、ピストンピン32にはコネクティングロッド33の小端部34が連結されている。また、クランク軸22にはクランクジャーナル35に対して偏心するクランクピン36が設けられており、クランクピン36にはコネクティングロッド33の大端部37が連結されている。このように、クランク軸22とピストン31とは、コネクティングロッド33を介して互いに連結されている。 A cylinder bore 30 is formed in each cylinder block 20, 21, and a piston 31 is housed in each cylinder bore 30. In this manner, a piston 31, which is one embodiment of the present invention, is assembled to the cylinder blocks 20, 21 of the engine 10. A piston pin 32 is attached to this piston 31, and a small end 34 of a connecting rod 33 is connected to the piston pin 32. In addition, a crank pin 36 that is eccentric with respect to the crank journal 35 is provided on the crankshaft 22, and a large end 37 of the connecting rod 33 is connected to the crank pin 36. In this manner, the crankshaft 22 and the piston 31 are connected to each other via the connecting rod 33.

[ピストン]
図3はエンジン10の燃焼室25およびその近傍を示す図であり、図4は図3の矢印α方向からピストン31を示す図である。また、図5および図6はピストン31を示す断面図であり、図7はピストン31の分解状態を示す断面図である。図5および図6には、図4のA1-A1線に沿うピストン31の断面と、図4のA2-A2線に沿うピストン31の断面と、が示されている。なお、図5には可動ヘッド42を前進位置に移動させた状態が示されており、図6には可動ヘッド42を後退位置に移動させた状態が示されている。
[piston]
Fig. 3 is a diagram showing the combustion chamber 25 of the engine 10 and its vicinity, and Fig. 4 is a diagram showing the piston 31 as viewed from the direction of the arrow α in Fig. 3. Figs. 5 and 6 are cross-sectional views showing the piston 31, and Fig. 7 is a cross-sectional view showing the piston 31 in an exploded state. Figs. 5 and 6 show a cross-section of the piston 31 taken along line A1-A1 in Fig. 4 and a cross-section of the piston 31 taken along line A2-A2 in Fig. 4. Fig. 5 shows a state in which the movable head 42 has been moved to the forward position, and Fig. 6 shows a state in which the movable head 42 has been moved to the backward position.

図3に示すように、シリンダボア30、ピストン31およびシリンダヘッド24によって、燃焼室25が区画されている。図4~図7に示すように、ピストン31は、収容凹部40が形成されるピストン本体41と、ピストン本体41の収容凹部40に収容される可動ヘッド(可動部材)42と、を有している。また、ピストン本体41の収容凹部40には皿バネ(バネ部材)43が収容されており、この皿バネ43はピストン本体41と可動ヘッド42との間に配置されている。なお、収容凹部40に対して可動ヘッド42および皿バネ43を収容するため、ピストン本体41は所定部位で分割される分割構造を有している。例えば、図5に破線βで示した部位において、ピストン本体41を2つに分割することにより、ピストン本体41の収容凹部40に対して可動ヘッド42および皿バネ43を収容することが可能である。 As shown in FIG. 3, the combustion chamber 25 is defined by the cylinder bore 30, the piston 31, and the cylinder head 24. As shown in FIGS. 4 to 7, the piston 31 has a piston body 41 in which an accommodating recess 40 is formed, and a movable head (movable member) 42 accommodated in the accommodating recess 40 of the piston body 41. A disc spring (spring member) 43 is accommodated in the accommodating recess 40 of the piston body 41, and this disc spring 43 is disposed between the piston body 41 and the movable head 42. In order to accommodate the movable head 42 and disc spring 43 in the accommodating recess 40, the piston body 41 has a split structure that is split at a predetermined portion. For example, by splitting the piston body 41 into two at the portion indicated by the dashed line β in FIG. 5, it is possible to accommodate the movable head 42 and disc spring 43 in the accommodating recess 40 of the piston body 41.

図7に示すように、ピストン本体41は、ピストン中央に設けられる中央本体部44と、中央本体部44の径方向外側に設けられる外周本体部45と、によって構成されている。ピストン本体41の中央本体部44には、ピストン冠面(冠面)46側に開口する収容凹部40が形成されており、ピストンピン32を挿入するためのピンボス部47が形成されている。また、ピストン本体41の外周本体部45には、収容凹部40の開口部40oを囲む内フランジ(フランジ)48および環状冠面49が形成されている。さらに、ピストン本体41の外周本体部45には、ピストンリング50が取り付けられるランド部51が形成されており、シリンダボア30の内周面に摺動自在に接触するスカート部52が形成されている。なお、外周本体部45の内フランジ48は、ランド部51から径方向内側に延びて形成されている。また、ピストン冠面46は、ピストン頂面、ピストン上面或いはピストンヘッドとも呼ばれている。 As shown in FIG. 7, the piston body 41 is composed of a central body portion 44 provided at the center of the piston and an outer circumferential body portion 45 provided radially outward of the central body portion 44. The central body portion 44 of the piston body 41 is formed with a housing recess 40 that opens toward the piston crown surface (crown surface) 46, and a pin boss portion 47 for inserting the piston pin 32 is formed. The outer circumferential body portion 45 of the piston body 41 is formed with an inner flange (flange) 48 and an annular crown surface 49 that surround the opening 40o of the housing recess 40. The outer circumferential body portion 45 of the piston body 41 is formed with a land portion 51 to which the piston ring 50 is attached, and a skirt portion 52 that slidably contacts the inner circumferential surface of the cylinder bore 30. The inner flange 48 of the outer circumferential body portion 45 is formed by extending radially inward from the land portion 51. The piston crown surface 46 is also called the piston top surface, piston upper surface, or piston head.

ピストン31の可動ヘッド42は、中央冠面60が形成される円盤状のヘッド本体61と、ヘッド本体61から径方向外側に拡がる外フランジ62と、を有している。可動ヘッド42はピストン本体41の収容凹部40に収容されており、可動ヘッド42の中央冠面60は収容凹部40の開口部40oから露出している。また、ヘッド本体61の外周面61aには環状シール63が取り付けられており、ヘッド本体61の外周面61aとこれに対向する内フランジ48の内周面48aとの隙間は環状シール63によって密閉されている。さらに、収容凹部40に収容される可動ヘッド42は、ピストン中心線CLに沿って移動可能となっている。つまり、可動ヘッド42は、図5に示すように、外フランジ62が内フランジ48に接触する前進位置(第1位置)と、図6に示すように、外フランジ62が内フランジ48から離れる後退位置(第2位置)と、に移動可能となっている。 The movable head 42 of the piston 31 has a disk-shaped head body 61 on which a central crown surface 60 is formed, and an outer flange 62 that extends radially outward from the head body 61. The movable head 42 is accommodated in the accommodation recess 40 of the piston body 41, and the central crown surface 60 of the movable head 42 is exposed from the opening 40o of the accommodation recess 40. In addition, an annular seal 63 is attached to the outer peripheral surface 61a of the head body 61, and the gap between the outer peripheral surface 61a of the head body 61 and the inner peripheral surface 48a of the inner flange 48 facing it is sealed by the annular seal 63. Furthermore, the movable head 42 accommodated in the accommodation recess 40 is movable along the piston center line CL. That is, the movable head 42 is movable between a forward position (first position) where the outer flange 62 contacts the inner flange 48 as shown in FIG. 5, and a backward position (second position) where the outer flange 62 separates from the inner flange 48 as shown in FIG. 6.

図5に示すように、ピストン本体41と可動ヘッド42との間に皿バネ43が設けられることから、可動ヘッド42は皿バネ43のバネ力によって前進位置に付勢される。一方、図6に示すように、可動ヘッド42に対して所定値を超えた推力Faが作用すると、可動ヘッド42は皿バネ43のバネ力に抗して後退位置に移動する。ここで、図8は圧縮行程および膨張行程における可動ヘッド42の位置を示す図である。図8に示すように、圧縮行程および膨張行程の双方において、可動ヘッド42が前進位置を保持するように、皿バネ43のバネ力が設定されている。すなわち、圧縮行程の筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合、つまり吸入空気の圧縮によって上昇する筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合であっても、可動ヘッド42は皿バネ43のバネ力によって前進位置に保持されている。また、膨張行程の筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合、つまり混合気の燃焼によって上昇する筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合であっても、可動ヘッド42は皿バネ43のバネ力によって前進位置に保持されている。 As shown in FIG. 5, a disc spring 43 is provided between the piston body 41 and the movable head 42, so that the movable head 42 is biased to the forward position by the spring force of the disc spring 43. On the other hand, as shown in FIG. 6, when a thrust force Fa exceeding a predetermined value acts on the movable head 42, the movable head 42 moves to the backward position against the spring force of the disc spring 43. Here, FIG. 8 is a diagram showing the position of the movable head 42 in the compression stroke and the expansion stroke. As shown in FIG. 8, the spring force of the disc spring 43 is set so that the movable head 42 maintains the forward position in both the compression stroke and the expansion stroke. In other words, even when the cylinder pressure in the compression stroke acts on the movable head 42, that is, when the cylinder pressure that rises due to the compression of the intake air acts on the movable head 42, the movable head 42 is maintained in the forward position by the spring force of the disc spring 43. In addition, even when the cylinder pressure during the expansion stroke acts on the movable head 42, that is, when the cylinder pressure that rises due to the combustion of the air-fuel mixture acts on the movable head 42, the movable head 42 is held in the forward position by the spring force of the disc spring 43.

図4および図5に示すように、ピストン31の可動ヘッド42が前進位置に移動した状態のもとでは、ピストン本体41の環状冠面49と可動ヘッド42の中央冠面60とは互いに連続している。つまり、環状冠面49と中央冠面60との間には段差が無く、環状冠面49と中央冠面60とは滑らかに連なっている。換言すれば、環状冠面49と中央冠面60とは、段差の無い面一になっている。また、環状冠面49および中央冠面60は、バルブリセスが形成されていない平面である。このように、ピストン31の可動ヘッド42が前進位置に移動した状態のもとでは、環状冠面49および中央冠面60からなるピストン冠面46が凹凸の無い滑らかな平面となっている。なお、バルブリセスとは、吸気バルブ27や排気バルブ29との接触を回避するため、ピストン冠面に形成される凹みである。 As shown in Figures 4 and 5, when the movable head 42 of the piston 31 is moved to the forward position, the annular crown surface 49 of the piston body 41 and the central crown surface 60 of the movable head 42 are continuous with each other. In other words, there is no step between the annular crown surface 49 and the central crown surface 60, and the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 are smoothly connected. In other words, the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 are flush with each other without any step. In addition, the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 are flat surfaces without any valve recesses. In this way, when the movable head 42 of the piston 31 is moved to the forward position, the piston crown surface 46 consisting of the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 is a smooth flat surface without any unevenness. The valve recess is a recess formed in the piston crown surface to avoid contact with the intake valve 27 and the exhaust valve 29.

[ガス流動]
続いて、燃焼室25における混合気のガス流動について説明する。図9および図10は燃焼室25内における吸入空気の流れ方向の一例を示す図である。図9に矢印Faで示すように、エンジン10の吸気行程においては、吸入空気の多くが吸気ポート26と吸気バルブ27との隙間Gに流れ込み、シリンダボア30内に縦渦状のガス流動であるタンブル流Ftが生成される。そして、図10に示すように、ピストン31が上死点近傍に到達する圧縮行程の終盤においても、燃焼室25内にはタンブル流Ftが維持されている。
[Gas flow]
Next, the gas flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber 25 will be described. Figures 9 and 10 are diagrams showing an example of the flow direction of intake air in the combustion chamber 25. As shown by the arrow Fa in Figure 9, during the intake stroke of the engine 10, most of the intake air flows into the gap G between the intake port 26 and the intake valve 27, and a tumble flow Ft, which is a vertical vortex gas flow, is generated in the cylinder bore 30. Then, as shown in Figure 10, the tumble flow Ft is maintained in the combustion chamber 25 even at the end of the compression stroke when the piston 31 reaches near the top dead center.

ここで、前述したように、圧縮行程の終盤においても、ピストン31の可動ヘッド42は前進位置に保持され、ピストン冠面46は凹凸の無い滑らかな平面となっている。これにより、図9および図10に符号X1,X2で示すように、タンブル流Ftがピストン冠面46に接触する場合であっても、ピストン冠面46がバルブリセスの無い平面であることから、タンブル流Ftの勢いを維持することができる。これにより、圧縮行程の終盤においても、燃焼室25内に強力なタンブル流Ftを生成することができ、混合気の燃焼効率を高めてエンジン10の熱効率を高めることができる。 As described above, even at the end of the compression stroke, the movable head 42 of the piston 31 is held in the forward position, and the piston crown surface 46 is a smooth flat surface without any irregularities. As a result, even when the tumble flow Ft comes into contact with the piston crown surface 46, as shown by symbols X1 and X2 in Figures 9 and 10, the momentum of the tumble flow Ft can be maintained because the piston crown surface 46 is a flat surface without a valve recess. As a result, even at the end of the compression stroke, a strong tumble flow Ft can be generated in the combustion chamber 25, improving the combustion efficiency of the mixture and the thermal efficiency of the engine 10.

[フェイルセーフ]
前述したように、環状冠面49および中央冠面60からなるピストン冠面46は、バルブリセスが形成されていない平面であることから、タンブル流等のガス流動を強化することが可能である。しかしながら、ピストン冠面46からバルブリセスを削減することは、吸気バルブ27や排気バルブ29に対してピストン31を接近させる要因である。このため、万一、可変動弁機構の誤動作によってバルブタイミングにズレが生じた場合には、ピストン31に対して吸気バルブ27や排気バルブ29が接触する虞がある。しかしながら、ピストン31には可動ヘッド42が移動可能に設けられることから、ピストン31に対して吸気バルブ27や排気バルブ29が接触した場合であっても、エンジン10の過度な損傷を防止することが可能である。
[Fail-safe]
As described above, the piston crown surface 46 consisting of the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 is a flat surface on which no valve recess is formed, and therefore it is possible to strengthen gas flow such as tumble flow. However, removing the valve recess from the piston crown surface 46 causes the piston 31 to approach the intake valve 27 and the exhaust valve 29. For this reason, in the unlikely event that a malfunction of the variable valve mechanism causes a deviation in valve timing, there is a risk that the intake valve 27 and the exhaust valve 29 will come into contact with the piston 31. However, since the piston 31 is provided with the movable head 42 in a movable manner, it is possible to prevent excessive damage to the engine 10 even if the intake valve 27 and the exhaust valve 29 come into contact with the piston 31.

図11はピストン31に対して吸気バルブ27や排気バルブ29が接触する状況の一例を示す図である。図11に符号X3で示すように、ピストン31の可動ヘッド42に対して吸気バルブ27が接触した場合であっても、吸気バルブ27によって可動ヘッド42が押し込まれることから、吸気バルブ27やピストン31の過度な損傷を防止することができる。また、図11に符号X4で示すように、ピストン31の可動ヘッド42に対して排気バルブ29が接触した場合であっても、排気バルブ29によって可動ヘッド42が押し込まれることから、排気バルブ29やピストン31の過度な損傷を防止することができる。 Figure 11 shows an example of a situation in which the intake valve 27 and exhaust valve 29 come into contact with the piston 31. As shown by symbol X3 in Figure 11, even if the intake valve 27 comes into contact with the movable head 42 of the piston 31, the intake valve 27 pushes in the movable head 42, so excessive damage to the intake valve 27 and piston 31 can be prevented. Also, as shown by symbol X4 in Figure 11, even if the exhaust valve 29 comes into contact with the movable head 42 of the piston 31, the exhaust valve 29 pushes in the movable head 42, so excessive damage to the exhaust valve 29 and piston 31 can be prevented.

[異常燃焼]
また、ピストン31には可動ヘッド42が移動可能に設けられるため、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼が発生したとしても、これらの異常燃焼によるエンジン部品の損傷を回避することができる。ここで、図12は異常燃焼が発生する状況の一例を示す図である。図12に符号X5で示すように、ノッキング等の異常燃焼によって筒内圧力が急激に上昇した場合には、上昇した筒内圧力によって可動ヘッド42が後退位置に押し込まれる。これにより、燃焼室25の容積を拡大して筒内圧力を下げることができるため、ノッキング等の異常燃焼によるエンジン部品の損傷を回避することができる。
[Abnormal Combustion]
In addition, since the movable head 42 is movably provided on the piston 31, even if abnormal combustion such as knocking or pre-ignition occurs, damage to engine parts due to such abnormal combustion can be avoided. Here, Fig. 12 is a diagram showing an example of a situation in which abnormal combustion occurs. As shown by the symbol X5 in Fig. 12, when the pressure inside the cylinder rises suddenly due to abnormal combustion such as knocking, the movable head 42 is pushed to the retracted position by the increased pressure inside the cylinder. This makes it possible to increase the volume of the combustion chamber 25 and reduce the pressure inside the cylinder, thereby avoiding damage to engine parts due to abnormal combustion such as knocking.

[他の実施形態1]
前述の説明では、圧縮行程および膨張行程の双方において可動ヘッド42を前進位置に保持しているが、これに限られることはなく、膨張行程において可動ヘッド42を後退位置に移動させても良い。ここで、図13は、他の実施形態1として、圧縮行程および膨張行程における可動ヘッド42の位置を示す図である。なお、図13において、図8に示した部位や部材と同様の部位や部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Another embodiment 1]
In the above description, the movable head 42 is held in the forward position during both the compression stroke and the expansion stroke, but this is not limited thereto, and the movable head 42 may be moved to the backward position during the expansion stroke. Here, Fig. 13 is a diagram showing the position of the movable head 42 during the compression stroke and the expansion stroke as another embodiment 1. In Fig. 13, the same parts and members as those shown in Fig. 8 are denoted by the same reference numerals, and their description will be omitted.

図13に示すように、圧縮行程において可動ヘッド42を前進位置に保持し、膨張行程において可動ヘッド42を後退位置に移動させるように、バネ部材である皿バネ70のバネ力を設定しても良い。すなわち、圧縮行程の筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合、つまり吸入空気の圧縮によって上昇する筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合に、可動ヘッド42は皿バネ70のバネ力によって前進位置に保持される。また、膨張行程の筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合、つまり混合気の燃焼によって上昇する筒内圧力が可動ヘッド42に作用する場合に、可動ヘッド42は皿バネ70のバネ力に抗して前進位置から後退位置に移動する。 As shown in FIG. 13, the spring force of the disc spring 70, which is a spring member, may be set so as to hold the movable head 42 in the forward position during the compression stroke and move the movable head 42 to the retracted position during the expansion stroke. That is, when the cylinder pressure during the compression stroke acts on the movable head 42, that is, when the cylinder pressure that rises due to the compression of the intake air acts on the movable head 42, the movable head 42 is held in the forward position by the spring force of the disc spring 70. Also, when the cylinder pressure during the expansion stroke acts on the movable head 42, that is, when the cylinder pressure that rises due to the combustion of the air-fuel mixture acts on the movable head 42, the movable head 42 moves from the forward position to the retracted position against the spring force of the disc spring 70.

このように、膨張行程で可動ヘッド42を後退位置に移動させる場合であっても、圧縮行程で可動ヘッド42は前進位置に保持されることから、燃焼室25内のタンブル流を強化することができる。つまり、図9および図10に示すように、圧縮行程の終盤においても燃焼室25内に強力なタンブル流Ftを維持することができ、混合気の燃焼効率を高めてエンジン10の熱効率を高めることができる。 In this way, even if the movable head 42 is moved to the retreated position during the expansion stroke, the movable head 42 is held in the advanced position during the compression stroke, so that the tumble flow in the combustion chamber 25 can be strengthened. In other words, as shown in Figures 9 and 10, a strong tumble flow Ft can be maintained in the combustion chamber 25 even at the end of the compression stroke, and the combustion efficiency of the air-fuel mixture can be improved, thereby improving the thermal efficiency of the engine 10.

[他の実施形態2,3]
図5に示した例では、環状冠面49および中央冠面60を平面に形成しているが、これに限られることはなく、環状冠面49および中央冠面60を曲面に形成しても良い。ここで、図14は他の実施形態2であるピストン80を示す断面図であり、図15は他の実施形態3であるピストン90を示す断面図である。なお、図14および図15には、図5と同様の部位で切断した断面が示されている。また、図14および図15において、図5に示した部位や部材と同様の部位や部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Other embodiments 2 and 3]
In the example shown in Fig. 5, the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 are formed as flat surfaces, but the present invention is not limited thereto, and the annular crown surface 49 and the central crown surface 60 may be formed as curved surfaces. Fig. 14 is a cross-sectional view showing a piston 80 according to another embodiment 2, and Fig. 15 is a cross-sectional view showing a piston 90 according to another embodiment 3. Note that Figs. 14 and 15 show cross sections cut at the same portions as in Fig. 5. In Figs. 14 and 15, portions and members similar to those shown in Fig. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図14に示すように、ピストン80は、収容凹部40が形成されるピストン本体81と、ピストン本体41の収容凹部40に収容される可動ヘッド(可動部材)82と、を有している。また、ピストン本体81の環状冠面83と可動ヘッド82の中央冠面84とは、バルブリセスを備えていない凸状の曲面に形成されている。図示するように、ピストン80の可動ヘッド82が前進位置に移動した状態のもとでは、ピストン本体81の環状冠面83と可動ヘッド82の中央冠面84とは互いに連続している。つまり、環状冠面83と中央冠面84との間には段差が無く、環状冠面83と中央冠面84とは滑らかに連なっている。換言すれば、環状冠面83と中央冠面84とは、段差の無い面一になっている。このように、ピストン80の可動ヘッド82が前進位置に移動した状態のもとでは、環状冠面83および中央冠面84からなるピストン冠面(冠面)85が凹凸の無い滑らかな曲面となっている。 14, the piston 80 has a piston body 81 in which a storage recess 40 is formed, and a movable head (movable member) 82 that is stored in the storage recess 40 of the piston body 41. The annular crown surface 83 of the piston body 81 and the central crown surface 84 of the movable head 82 are formed as convex curved surfaces that do not have valve recesses. As shown in the figure, when the movable head 82 of the piston 80 is moved to the forward position, the annular crown surface 83 of the piston body 81 and the central crown surface 84 of the movable head 82 are continuous with each other. In other words, there is no step between the annular crown surface 83 and the central crown surface 84, and the annular crown surface 83 and the central crown surface 84 are smoothly connected. In other words, the annular crown surface 83 and the central crown surface 84 are flush with each other without any steps. In this way, when the movable head 82 of the piston 80 is moved to the forward position, the piston crown surface (crown surface) 85 consisting of the annular crown surface 83 and the central crown surface 84 is a smooth curved surface without any unevenness.

このように、環状冠面83および中央冠面84からなるピストン冠面85が、バルブリセスの形成されていない曲面であっても、燃焼室25内のタンブル流を強化することができる。つまり、タンブル流がピストン冠面85に接触する場合であっても、ピストン冠面85がバルブリセスの無い曲面であることから、タンブル流の勢いを維持することができる。これにより、圧縮行程の終盤においても燃焼室25内に強力なタンブル流を生成することができ、混合気の燃焼効率を高めてエンジン10の熱効率を高めることができる。 In this way, even if the piston crown surface 85 consisting of the annular crown surface 83 and the central crown surface 84 is a curved surface without a valve recess, it is possible to strengthen the tumble flow in the combustion chamber 25. In other words, even if the tumble flow comes into contact with the piston crown surface 85, the momentum of the tumble flow can be maintained because the piston crown surface 85 is a curved surface without a valve recess. This makes it possible to generate a strong tumble flow in the combustion chamber 25 even at the end of the compression stroke, thereby increasing the combustion efficiency of the mixture and improving the thermal efficiency of the engine 10.

図15に示すように、ピストン90は、収容凹部40が形成されるピストン本体91と、ピストン本体41の収容凹部40に収容される可動ヘッド(可動部材)92と、を有している。また、ピストン本体91の環状冠面93と可動ヘッド92の中央冠面94とは、バルブリセスを備えていない凹状の曲面に形成されている。図示するように、ピストン90の可動ヘッド92が前進位置に移動した状態のもとでは、ピストン本体91の環状冠面93と可動ヘッド92の中央冠面94とは互いに連続している。つまり、環状冠面93と中央冠面94との間には段差が無く、環状冠面93と中央冠面94とは滑らかに連なっている。換言すれば、環状冠面93と中央冠面94とは、段差の無い面一になっている。このように、ピストン90の可動ヘッド92が前進位置に移動した状態のもとでは、環状冠面93および中央冠面94からなるピストン冠面(冠面)95が凹凸の無い滑らかな曲面となっている。 15, the piston 90 has a piston body 91 in which a storage recess 40 is formed, and a movable head (movable member) 92 that is stored in the storage recess 40 of the piston body 41. The annular crown surface 93 of the piston body 91 and the central crown surface 94 of the movable head 92 are formed as concave curved surfaces that do not have a valve recess. As shown in the figure, when the movable head 92 of the piston 90 is moved to the forward position, the annular crown surface 93 of the piston body 91 and the central crown surface 94 of the movable head 92 are continuous with each other. In other words, there is no step between the annular crown surface 93 and the central crown surface 94, and the annular crown surface 93 and the central crown surface 94 are smoothly connected. In other words, the annular crown surface 93 and the central crown surface 94 are flush with each other without any step. In this way, when the movable head 92 of the piston 90 is moved to the forward position, the piston crown surface (crown surface) 95 consisting of the annular crown surface 93 and the central crown surface 94 is a smooth curved surface without any unevenness.

このように、環状冠面93および中央冠面94からなるピストン冠面95が、バルブリセスの形成されていない曲面であっても、燃焼室25内のタンブル流を強化することができる。つまり、タンブル流がピストン冠面95に接触する場合であっても、ピストン冠面95がバルブリセスの無い曲面であることから、タンブル流の勢いを維持することができる。これにより、圧縮行程の終盤においても燃焼室25内に強力なタンブル流を生成することができ、混合気の燃焼効率を高めてエンジン10の熱効率を高めることができる。 In this way, even if the piston crown surface 95 consisting of the annular crown surface 93 and the central crown surface 94 is a curved surface without a valve recess, it is possible to strengthen the tumble flow in the combustion chamber 25. In other words, even if the tumble flow comes into contact with the piston crown surface 95, the momentum of the tumble flow can be maintained because the piston crown surface 95 is a curved surface without a valve recess. This makes it possible to generate a strong tumble flow in the combustion chamber 25 even at the end of the compression stroke, thereby increasing the combustion efficiency of the mixture and improving the thermal efficiency of the engine 10.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示するエンジン10は、車両11に搭載されるエンジンであるが、これに限られることはなく、他の装置等に動力源として用いられるエンジンに対し、本発明の実施形態であるピストン31,80,90を適用しても良い。また、図示するエンジン10は、燃料としてガソリンを用いたガソリンエンジンであるが、これに限られることなく、燃料として軽油や水素等を用いたエンジンに対し、本発明の実施形態であるピストン31,80,90を適用しても良い。また、燃焼室25内におけるタンブル流を更に強化するため、吸入空気の流れ方向を制御するタンブルバルブをシリンダヘッド24に取り付けても良い。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention. The engine 10 shown in the figure is an engine mounted on a vehicle 11, but the present invention is not limited to this, and the pistons 31, 80, and 90 of the present invention may be applied to engines used as power sources for other devices, etc. In addition, the engine 10 shown in the figure is a gasoline engine that uses gasoline as fuel, but the present invention is not limited to this, and the pistons 31, 80, and 90 of the present invention may be applied to engines that use diesel, hydrogen, or other fuels. In addition, in order to further strengthen the tumble flow in the combustion chamber 25, a tumble valve that controls the flow direction of the intake air may be attached to the cylinder head 24.

前述の説明では、ガス流動として、シリンダボア中心軸に直交する軸まわりの旋回流であるタンブル流を強化しているが、これに限られることはなく、シリンダボア中心軸まわりの旋回流であるスワール流を強化しても良い。また、図示する例では、2つの皿バネ43を用いているが、これに限られることはなく、1つの皿バネを用いても良く、3つ以上の皿バネを用いても良い。また、前述の説明では、バネ部材として皿バネ43を用いているが、これに限られることはなく、バネ部材として圧縮コイルバネを用いても良い。 In the above description, the gas flow is enhanced by a tumble flow, which is a swirling flow around an axis perpendicular to the central axis of the cylinder bore, but this is not limited to this, and a swirl flow, which is a swirling flow around the central axis of the cylinder bore, may also be enhanced. In the illustrated example, two disc springs 43 are used, but this is not limited to this, and one disc spring may be used, or three or more disc springs may be used. In the above description, disc springs 43 are used as the spring member, but this is not limited to this, and a compression coil spring may be used as the spring member.

10 エンジン
31 ピストン
40 収容凹部
40o 開口部
41 ピストン本体
42 可動ヘッド(可動部材)
43 皿バネ(バネ部材)
44 中央本体部
45 外周本体部
46 ピストン冠面(冠面)
48 内フランジ(フランジ)
49 環状冠面
60 中央冠面
70 皿バネ(バネ部材)
80 ピストン
81 ピストン本体
82 可動ヘッド(可動部材)
83 環状冠面
84 中央冠面
85 ピストン冠面(冠面)
90 ピストン
91 ピストン本体
92 可動ヘッド(可動部材)
93 環状冠面
94 中央冠面
95 ピストン冠面(冠面)
10 Engine 31 Piston 40 Storage recess 40o Opening 41 Piston body 42 Movable head (movable member)
43 Disc spring (spring member)
44 Central body portion 45 Outer circumferential body portion 46 Piston crown surface (crown surface)
48 Inner flange (flange)
49 Annular crown surface 60 Central crown surface 70 Disc spring (spring member)
80 Piston 81 Piston body 82 Movable head (movable member)
83 Annular crown surface 84 Central crown surface 85 Piston crown surface (crown surface)
90 Piston 91 Piston body 92 Movable head (movable member)
93 Annular crown surface 94 Central crown surface 95 Piston crown surface (crown surface)

Claims (4)

エンジンに組み付けられるピストンであって、
冠面側に開口する収容凹部が形成される中央本体部と、前記収容凹部の開口部を囲むフランジおよび環状冠面が形成される外周本体部と、を備えるピストン本体と、
前記収容凹部に収容され、前記開口部から露出する中央冠面を備え、前記フランジに接触する第1位置と前記フランジから離れる第2位置とに移動可能である可動部材と、
前記ピストン本体と前記可動部材との間に設けられ、前記可動部材を前記第1位置に向けて付勢するバネ部材と、
を有し、
前記可動部材が前記第1位置に移動した状態のもとで、前記環状冠面と前記中央冠面とは互いに連続している、
ピストン。
A piston to be assembled into an engine,
a piston body including a central body portion having an accommodating recess that opens to a crown surface side, and an outer peripheral body portion having a flange surrounding an opening of the accommodating recess and an annular crown surface;
a movable member that is accommodated in the accommodation recess, has a central crown surface exposed from the opening, and is movable between a first position in contact with the flange and a second position away from the flange;
a spring member provided between the piston body and the movable member and configured to bias the movable member toward the first position;
having
When the movable member is moved to the first position, the annular crown surface and the central crown surface are continuous with each other.
piston.
請求項1に記載のピストンにおいて、
前記環状冠面および前記中央冠面は、バルブリセスが形成されていない平面である、
ピストン。
2. The piston according to claim 1,
The annular crown surface and the central crown surface are flat surfaces on which no valve recesses are formed.
piston.
請求項1に記載のピストンにおいて、
前記環状冠面および前記中央冠面は、バルブリセスが形成されていない曲面である、
ピストン。
2. The piston according to claim 1,
The annular crown surface and the central crown surface are curved surfaces in which no valve recess is formed.
piston.
請求項1に記載のピストンにおいて、
前記バネ部材は、圧縮行程の筒内圧力が前記中央冠面に作用しても前記可動部材を前記第1位置に保持する、
ピストン。
2. The piston according to claim 1,
The spring member holds the movable member at the first position even when the cylinder internal pressure during the compression stroke acts on the central crown surface.
piston.
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