JP3671739B2

JP3671739B2 - Piston of internal combustion engine

Info

Publication number: JP3671739B2
Application number: JP13487799A
Authority: JP
Inventors: 康徳醍醐; 松尾　　繁; 聖川谷; 和寿時松
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000320398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の高出力化に伴う熱負荷増大や筒内圧増大に対応するとともに軽量化を図る目的で、アルミ合金一体鋳造又は鍛造製であった内燃機関のピストンをピストンクラウン部とスカート部とに２分割して、ピストンクラウン部を鋳鋼で、スカート部をアルミ合金により形成されたたものが知られている（実公平３−５１５５２号公報等参照）。
【０００３】
このように、ピストンクラウン部を鉄材により形成することにより、熱負荷及び燃焼室内の筒内圧に対する耐久度が向上して、高出力化が可能となり、スカート部をアルミ製とすることにより、ピストンの重量増大を最小限に抑えることができる。
しかし、ピストンに対する熱負荷がさらに増大すると、燃焼室側に最も近いトップリングに作用する熱負荷が大きくなり、トップリングが焼き付けを起こすといった問題が生じる場合がある。なお、このようなトップリングは、ピストンのリングランド部に形成されたトップリング溝に嵌入しており、また、リングランド部には、このようなトップリング以外のリングが嵌入するリング溝も形成されている。
【０００４】
このトップリングの焼き付け防止として、例えば特開平２−９１４５２号公報には、ピストン上面部とリングランド部との間の内面に周方向に延びて閉空間をなすクローズドギャラリを設けた技術が開示されている。
このようなクローズドギャラリはピストン本体と一体に形成されており、また、このクローズドギャラリの下面壁には、冷却油入口が穿設されている。そして、この冷却油入口から流入した冷却油によってピストン本体、特にピストンリング溝近傍が冷却されて、熱負荷の増大に伴うピストン本体の熱変形やピストンリングなどの焼き付けを防止することができる構成となっている。なお、クローズドギャラリに流入してピストンヘッドの熱を吸収した冷却油は、冷却油入口と同様にピストンヘッド下面に穿設された冷却油出口より流出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなクローズドギャラリを有するピストンでは、クローズドギャラリの下面壁が周方向全域に亘って設けられているので、鋳鋼などにより形成されるピストン本体の重量がより大きくなり、ピストン本体の重量増大による駆動損失が大きくなるといった問題がある。
【０００６】
また、上記特開平２−９１４５２号公報は、クローズドギャラリから下面壁をなくしたオープンギャラリタイプのピストン本体に、アルミ合金によって形成される円筒状のピストンスカートを固着させるとともに、このピストンスカートの上端内周にオープンギャラリの下方を遮蔽する縁部を設けた技術が開示されている。そして、このような技術によれば、クローズドギャラリを有するピストンヘッドと同等の冷却性を得ることができるとともに、ピストンの重量を軽減することができる。
【０００７】
しかしながら、このようなピストンスカートによりオープンギャラリを遮蔽するタイプのピストンでは、リングランド部の下端にピストンスカートが固着されて、オープンギャラリの下方を遮蔽する縁部がピストンスカートの上端部に構成され、リングランド部は上方においてピストン上面部と連結される構成であるために、リングランド部の径方向への強度が低下して、高圧化に伴うピストン本体の変形を抑制することができずに、ピストンリング溝が変形しリング挙動に悪影響が出て、オイル消費量が増大するばかりでなく、ピストンリングが焼き付けを起こすといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ピストンを効率よく冷却できるようにするとともに、ピストンの重量低減を図りながらピストンの強度を向上させてピストンの変形を抑制することができるようにした、内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の内燃機関のピストンは、ピストン上面部と該ピストン上面部の外周部より下方に延出するように一体に形成されピストンリングが嵌入されるピストンリング溝が外周面に設けられたリングランド部とを有するピストンクラウン部と、コネクティングロッドと係合又は結合されるピストンピンを回転可能に支持するピンボス部と、上記ピストンクラウン部及び上記ピンボス部と一体に形成されるとともに両者を連結する連結部材とからなるピストン本体を有する内燃機関のピストンにおいて、上記リングランド部の内面側であって、上記ピストンリング溝に近接した位置に周方向に環状溝が延設され、上記連結部材が、ピストン中心軸に対して径方向に放射状に延びて形成されるとともにその外周部が上記リングランド部の内面に結合されたリブ部材と、上記リブ部材の上記環状溝に対応する位置に開口した貫通孔とをそなえ、且つ該ピストンクラウン部とピンボス部との間に円盤状のプレート部材が配設され、このプレート部材により、各リブ部材が互いに連結されていることを特徴としている。
【００１０】
このように、連結部材がピストン中心軸に対して径方向に放射状に延びるように配置されるリブ部材によって構成されるので、連結部材における重量が低減されるとともに、リブ部材の外周部がリングランド部の内面に結合されるのでリングランド部の径方向への強度が向上する。また、このリブ部材には、環状溝に対応した位置に開口した貫通孔が形成されるので、環状溝に供給される冷却油が連結部材によって遮断されることなくピストン本体の内面全周を効率よく冷却することができる。
また、各リブ部材が互いにプレート部材によって連結されることにより、リブ部材の剛性が高められるとともに、ピストン本体の剛性も高められて、ピストン本体の変形をより抑制することができる。また、ピストンがより効果的に冷却される。
また、請求項２記載の本発明の内燃機関のピストンは、上記請求項１記載の構成において、該円盤状のプレート部材が、ピストン中心軸線に対して略垂直に配設されていることを特徴としている。そして、このように構成した場合には、ピストン本体の剛性をさらに高めることができる。
また、請求項３記載の本発明の内燃機関のピストンは、上記請求項１又は２記載の構成において、該ピストン本体の下方に、該ピストン本体とは別体に形成されて該ピストン本体とともに摺動するピストンスカートが設けられ、該ピストンスカートのプレート部材に対向した内周面に、プレート部材に近接するように内径側に突出した内突部が周方向全域に亘って形成されていることを特徴としている。そして、このように構成することにより、ピストン本体がより効果的に冷却される。
また、請求項４記載の本発明の内燃機関のピストンは、上記請求項１又は２記載の構成において、該ピストン本体の下方に、該ピストン本体とは別体に形成されて該ピストン本体とともに摺動するピストンスカートが設けられ、該プレート部材の外縁部が該ピストンスカートの内周面に近接するように延設されて構成されていることを特徴としている。そして、このように構成した場合にも、ピストン本体をより効果的に冷却することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。
図１はディーゼルエンジン用のピストン１のピストン本体１ａをピストンピンの軸線と垂直な方向から見た図であり、右半面図が外観形状を示す模式図で左半面図がピストンピンの軸線上における模式的な断面図、図２はピストン１のピストンピン軸線上における要部断面図、図３はピストン１におけるピストン本体１ａの下面図、図４はピストン１におけるピストン本体１ａのピストンピン軸線方向から見た図であり、右半面図が外観形状を示す模式的側面図で左半面図がピストン中心でのピストンピンの軸線に対する垂直線上における模式的な断面図、図５はピストン中心におけるピストンピンの軸線に対する垂直線上の要部断面図である。なお、以下では、ディーゼルエンジン用のピストン１を用いて説明するが、本発明の内燃機関のピストンはディーゼルエンジン用のものに限定されるものではない。
【００１２】
図１に示すように、ピストン本体１ａは、ピストンクラウン部６と、ピストンピン（図２の符号９参照）が挿入されるピンボス部７と、これらピストンクラウン部６及びピンボス部７に一体に形成され両者を連結する連結部材としてのピストンリブ部材（以下、リブ部材）８とから構成されている。このうち、ピストンクラウン部６は、上面に円形凹陥状の燃焼室（キャビティ）２が形成されたピストン上面部３と、該ピストン上面部３の外縁より下方に延びるように形成されたリングランド部５とを有している。
【００１３】
リングランド部５の外周面には、周方向に延びる複数のピストンリング溝４が形成されている。また、ピストンリング溝４は、図示しないトップリング，セカンドリング及びオイルリングがそれぞれ外嵌されるトップリング溝４ａ，セカンドリング溝４ｂ及びオイルリング溝４ｃから構成され、これらのリング溝４ａ〜４ｃは、リングランド部５の外周に上方から順次形成されている。
【００１４】
また、図２及び図５に示すように、ピストン本体１ａの下方には、ピストン本体１ａとともに摺動するピストンスカート１２が配設されている。このピストンスカート１２は、ピストンピン９をピンボス部７に挿入することによりピストン本体１ａに結合されるように構成されている。
図２はピストン本体１ａとピストンスカート１２とがピストンピン９を介して結合したときのピストンピン９の中心軸線上における要部断面図である。この図２に示すように、ピストン本体１ａのピンボス部７にはピストンピン９が挿入され、ピストンピン９は、ピンボス部７の両端部において軸受部材２０を介して全周がピンボス部７によって回転可能に支持されている。また、ピストンピン９の中央部分では、軸受部材２０の下方が切り欠かれており、ピストンピン９はその上面側半部が軸受部材２０を介してピンボス部７に支持されるようになっている。
【００１５】
また、このピストンピン９の中央部下方（中央下端部）には、コネクティングロッド（以下コンロッドという）１０の上端部がボルト１１によって結合されており、これにより、ピストンピン９がピンボス部７で回転するとコンロッド１０もピストンピン９と一体に揺動（回転）するように構成されている。
なお、本実施形態では、コンロッド１０の上端部とピストンピン９の中央下端部とをボルト１１により結合した例を説明したが、本発明では、このような構成に限定されるものではなく、例えばピストンピン９の中央下端部とコンロッド１０の上端部とが一体に形成されるなどして、ピストンピン９とコンロッド１０とが一体に回転するように構成してもよく、また、従来技術と同様に、コンロッド１０の上端にピストンピン９を挿通させ、コンロッド１０がピストンピン９に回転可能に支持されるとともに、ピンボス部７によりピストンピン９の両端部のみが支持されるように構成してもよい。
【００１６】
ピンボス部７は、上述したようにその両端部においてピストンピン９を全周に亘って支持するとともに、ピストンピン９の軸方向における中央上半部（中央上端部）、具体的には軸方向全長にわたる上半面をも軸受部材２０を介して支持するように形成されている。即ち、ピストンピン９は、両端部の全周及び軸方向全長にわたる上半部（上端部）を軸受部材２０を介してピンボス部７で回転可能に支持されているのである。なお、ピストンピン９とピンボス部７との間に介装される軸受部材２０は省略してもよい。
【００１７】
また、ピストンスカート１２は、円筒状に形成されており、ピンボス部７にピストンピン９を挿通することによりピストン本体１ａに結合されるようになっている。そして、このようなピストン本体１ａへの結合時に、リングランド部５の下端部から下方に向かって延びるように、ピストンスカート１２は形成されている。
【００１８】
このピストンスカート１２には、ピストン本体１ａのピンボス部７に対応する位置にピストンピン孔１２ａが穿設されており、このピストンピン孔１２ａにピストンピン９の両方の最側端部がそれぞれ嵌入することによりピストンスカート１２とピストン本体１ａとが結合されるようになっている。また、ピストンピン９は、ピストンピン孔１２ａ内に配設されるスナップリング１２ｂによって軸方向への移動が規制されるようになっている。なお、本実施形態ではピストンピン９はコンロッド１０に結合されているため、ピストンピン９はコンロッド１０のピストンピン軸方向へのクリアランス分しか移動しない。したがって、ピストンピン９がピンボス部７及びピストンピン孔１２ａから抜き出ることはなく、スナップリング１２ｂを省略して構成してもよい。
【００１９】
ところで、ピストン１は、ピストンクラウン部６とピンボス部７とを有するピストン本体１ａと、ピストンスカート１２との２つの部材からなる２分割型に構成されているが、ピストン本体１ａとピストンスカート１２とは、それぞれ異なる材料が用いられている。つまり、ピストン本体１ａは鋳鋼又はダクタイル鋳鉄などによって形成され、ピストンスカート１２はアルミニウム合金によって形成されているのである。そして、このような構成により、ピストン本体１ａの強度が増大して、高出力化に伴う筒内圧の増大によるピストン本体１ａの変形が抑制されるとともに、ピストンスカート１２を軽量化してピストン１の重量増大を抑制することができるのである。
【００２０】
また、ピンボス部７がピストンピン９の両側端部全周と中央上端部（中央部上半面）とを支持するように構成されるとともに、ピストンピン９の中央下端部にコンロッド１０の上端部が結合されているので、実公平５−２９５８０号公報に開示された従来技術同様に、ピストン１の摺動時にピストンピン９がピンボス部７から受ける荷重が、軸方向全長にわたって均一に作用して、ピストンピン９の両端部のみにピンボス部７からの荷重が集中することはなくなる。
【００２１】
よって、ピストン摺動時に、ピンボス部７からの荷重がピストンピン９の中央部に与えられてもこの荷重がピストンピン９の両端部に集中しない構成、つまり、ピストンピン９がピンボス部７から受ける荷重が軸方向全長にっわたって均一となり、ピストンピン９の両端部に与えられる荷重が低減される構成となっているので、ピストンピン９の変形が抑制される。また、ピストンピン９に作用する荷重が均一化することにより、ピストンピン９の縮径が可能となり、ピストンピン９の重量を低減してピストン１自体の重量を低減することができる。
【００２２】
また、これと同様に、ピンボス部７から受ける荷重とは反対方向の荷重がコンロッド１０からピストンピン９の中央部に与えられても、やはり、ピストンピン９からピンボス部７に入力される荷重が軸方向全長にっわたって均一となる。
また、ピストンスカート１２をアルミ合金により形成するとともに、ピストンピン９を縮径してピストン１の重量を軽減することにより、ピストン１の上下死点におけるピストンの慣性力が軽減されてディーゼル機関の高速化を図ることができる。これにより、機関の駆動損失が低減して燃費が向上するとともに、ピストン１のコストも低減することができる。
【００２３】
ところで、ピストン本体１ａのピストンクラウン部６とピンボス部７とは、リブ部材８を介して一体に結合されている。すなわち、リブ部材８は、その上端が凹陥状の燃焼室２を有するピストン上面部３の下面に、またその外周部がリングランド部５の内面下端部に一体に連結されるとともに、その下端がピンボス部７に一体に連結され、ピストンクラウン部６とピンボス部７とを連結するように形成されている。なお、このリブ部材８は、後述する貫通孔１５とともに連結部材を構成している。
【００２４】
このように、重量低減のために薄肉構造とされているピストン上面部３及びリングランド部５をリブ部材８によって互いに連結するように構成されているので、ピストンを薄肉構造としても強度低下を抑制することができ、ピストン本体１ａの変形を防止することができる。
また、リブ部材８は、図３の下面視に示すように、ピストン中心軸Ｌ２から放射状に設けられ、ピストン中心軸Ｌ２から等角度に８方向に延びるように設けられている。また、リブ部材８は、図１及び図４に示すように、ピストン中心軸Ｌ２の近傍には形成されておらず、ピストン上面部３とピンボス部７との間のピストン中心軸Ｌ２近傍には空間が設けられるように形成されている。
【００２５】
このように、リブ部材８が、放射状に配設されるとともに、ピストン中心軸Ｌ２線近傍に空間が設けられるように形成されることにより、ピストンクラウン部６とピンボス部７とを連結するリブ部材８の重量低減を図ることができ、ピストン本体１ａ及びピストン１自体の重量低減を図ることができる。
さらに、リブ部材８は、図１，図２及び図４に示すように、ピストン上面部３の下面及びリングランド部５の内面との連結部からピンボス部７に向かって、ピストンピン９の略中心Ｐに集中するような形状とされている。
【００２６】
そして、リブ部材８が、ピストンクラウン部６との連結部からピストンピン９の中心Ｐに集中するような形状に形成されてピンボス部７に連結されているので、例えば膨張行程時のようにピストン本体１ａのピストンクラウン部６に作用する応力がリブ部材８を介してピンボス部７に伝達される際に、該応力がリブ部材８によってピストンピン９の中心Ｐ近傍に集中することとなり、ピストンクラウン部６からピストンピン９に作用する応力は、ピストンピン９の中心Ｐの下方に配設されているコンロッド１０に直に作用することとなる。
【００２７】
また、例えば圧縮行程時のようにコンロッド１０からピストンピン９に作用する応力がピンボス部７からリブ部材８を介してピストンクラウン部６に伝達される際には、コンロッド１０の上端部の上方に位置するピストンピン９の中心Ｐからリブ部材８へ直に力が作用してピストンクラウン部６に伝達されることになる。
【００２８】
したがって、本実施形態におけるピストン１では、ピストンクラウン部６及びコンロッド１０からの応力が、ピストンピン９の中心部に集中するため、ピストンピン９全体にかかる負荷を軽減することができ、ピストンピン９自体の要求強度を軽減することができる。
したがって、このような理由からも、ピストンピン９を縮径することが可能となり、ピストンピン９を支持するピンボス部７をコンパクトに形成して、ピストンピン９の重量及びピンボス部７の重量を軽減することができ、ピストン本体１ａの重量を軽減することができる。
【００２９】
さらに、上述したようなピストン１の重量低減により、駆動損失の低減に伴う燃費の向上やコストの低減といった効果をより確実に得ることができる。
また、ピストン本体１ａのピストンクラウン部６とピンボス部７との間には、ピストン本体１ａと一体に形成される円盤状のプレート部材１３がピストン中心軸Ｌ２線に対して略垂直となるように配設されている。そして、このプレート部材１３により、各リブ部材８が互いに連結されている。
【００３０】
そして、各リブ部材８が互いにプレート部材１３によって連結されることにより、リブ部材８の剛性が高められるとともに、ピストン本体１ａの剛性も高められて、ピストン本体１ａの変形をより抑制することができる。
また、本実施形態におけるピストン本体１ａのピストンクラウン部６には、図１に示すように、環状溝１４が形成されている。この環状溝１４は、ピストンクラウン部６に形成されたリングランド部５の内面上端部であって、リングランド部５の内面とピストン上面部３の下面との間に周方向に延びるように形成されている。
【００３１】
また、リブ部材８の環状溝１４に対応した位置には、貫通孔１５が形成されている。この貫通孔１５は、環状溝１４に対して周方向に向けて開口するように形成されており、この貫通孔１５により、環状溝１４は、ピストン上面部３の下面とリングランド部５の内周面とに連結されるリブ部材８を貫通するように形成されている。
【００３２】
一方、図示しないエンジンのシリンダブロックには、図５に示すように、シリンダブロックに配設された図示しないオイルギャラリからの冷却油を、ピストン上面部３に向かって噴出するオイルジェットノズル１６が設けられている。このオイルジェットノズル１６は、ピストン１が下死点に位置する状態で、その上端部が円盤状のプレート部材１３の下面に対して若干の間隙を有するように配設されるている。また、オイルジェットノズル１６は、ピストン１の中心軸方向から見て、ピストンピン９の軸線の垂直線上に配設されるリブ部材８ａ（図３及び図４参照）に対して円周方向に若干ずれた位置に配設されている。
【００３３】
そして、円盤状のプレート部材１３には、図３及び図５に示すように、このオイルジェットノズル１６の上端部に対向した位置に流入孔１３ａが穿設されている。なお、本実施形態では、オイルジェットノズル１６が図示しないシリンダブロックの２箇所に配設され、プレート部材１３には、このオイルジェットノズル１６に対向した２箇所に流入孔１３ａが設けられる構成となっているが、これに限定されることなく、オイルジェットノズル１６と流入孔１３ａとが対向するように１箇所だけ配設しても良く３箇所以上配設してもよい。
【００３４】
このように配設されたオイルジェットノズル１６の下端部は、例えばシリンダブロック内のオイルギャラリに連結されている。また、このオイルギャラリには、クランクシャフトの回動により駆動されるオイルポンプ（図示省略）から潤滑油等が供給されるようになっており、オイルジェットノズル１６からは、オイルギャラリ内の油圧に応じて潤滑油（冷却油として機能する）が常時上方に向けて噴出するように構成されている。なお、この実施形態の構成では、冷却油が常時噴出するように構成した例を説明したが、ピストン１が下死点近傍に位置するときにのみ冷却油を噴出するように構成してもよい。なお、このオイルジェットノズル１６によるピストン１の冷却構造は、従来周知技術と同様のものである。
【００３５】
オイルジェットノズル１６から噴出した冷却油は、プレート部材１３の流入孔１３ａを通って、プレート部材１３の上方に供給される。上述したように、オイルジェットノズル１６及び流入孔１３ａは、ピストン中心軸Ｌ２線方向から見てリブ部材８と重合しない位置に配設されているので、オイルジェットノズル１６から噴出して流入孔１３ａを通過した冷却油は、ピストン上面部３の下面３ｂに当たり、下面３ｂに沿って環状溝１４の方へ流動していく。このようにして環状溝１４に供給された冷却油は、この環状溝１４を形成しているピストン上面部３とリングランド部５とを冷却することになる。
【００３６】
なお、図示するように、環状溝１４は、ピストンリング溝４により近接した位置に形成されており、特にトップリング溝４ａに極力近接するように形成されている。これは、リングランド部５のトップリング溝４ａに嵌入されるトップリングの熱負荷が非常に大きいために、トップリング溝４ａの熱負荷も非常に大きいものとなり、環状溝１４に供給される冷却油による冷却効果がより要求されるためである。
【００３７】
なお、図示しないトップリングの配設位置を下げるほど燃焼室に連通する未完全燃焼領域が増大して排ガスが悪化する。このため、トップリングが嵌入されるトップリング溝４ａは、排ガスを悪化させないためにリングランド部５のより上方に配設されている。したがって、トップリング及びトップリング溝４ａ近傍における熱負荷量がより大きいものとなり、環状溝１４の冷却油によるトップリング溝４ａ近傍の冷却効果がより要求されるのである。
【００３８】
このように、環状溝１４に供給される冷却油によって、リングランド部５、特にピストンリング溝４近傍を効果的に冷却することができ、ピストンリング溝４の熱変形やピストンリングの焼き付けなどを防止することができる。
そして、本実施形態におけるピストン１のピストン本体１ａでは、図１に示すように、環状溝１４が、リングランド部５の内面上端に形成されるとともに、環状溝１４の上端部とピストン上面部３の上面との距離Ａ（図１参照）がより短くなるように、トップリング溝４ａに極力近接して配設されている。したがって、環状溝１４の冷却油によってトップリング溝４ａ近傍をより効果的に冷却することができるとともに、ピストン上面部３をも冷却することができ、ピストンクラウン部６の冷却性が向上して、高出力化に伴うピストンクラウン部６の熱負荷、特にトップリング溝４ａ近傍における熱負荷を低減することができ、ピストンクラウン部６の熱変形やピストンリング、特にトップリングの焼き付けが確実に抑制される。
【００３９】
さらに、リブ部材８には、環状溝１４に対応した位置に貫通孔１５が形成されているので、環状溝１４に供給された冷却油は環状溝１４に沿って円周方向全域に亘って流動することが可能となる。これにより、トップリング溝４ａ近傍を円周方向全域に亘って十分に冷却することができ、また、ピストンクラウン部６についても十分に冷却することができる。
【００４０】
つまり、ピストン１の上下方向の摺動により、環状溝１４に供給された冷却油がリブ部材８によって遮断されることなく環状溝１４内を円周方向に流動することにより、ピストン本体１ａが効果的に冷却されることとなる。
また、上記距離Ａがより短くなるように環状溝１４を配設することにより、ピストン上面部３及びリングランド部５をより薄肉構造とすることができ、ピストン本体１ａの重量をより低減することができる。
【００４１】
一方、ピストン上面部３及びリングランド部５を薄肉構造となることにより、ピストンクラウン部６の強度が低下して、ピストン本体１ａが変形しやすくなり、ピストンリング溝４の変形によりリング挙動に悪影響が出て、オイルの消費量が増大したり、ピストンリングが焼き付けを起こす等が考えられる。
しかし、本実施形態では、リブ部材８によりピストンクラウン部６とピンボス部７とが一体に連結され、リングランド部５の内面に、このリブ部材８の外周部が結合されているので、環状溝１４がトップリング溝４ａへ近接するように配設されて（即ち、環状溝１４の上端とピストン上面部３の上面との距離Ａがより短くなるように配設されて）ピストン本体１ａが薄肉構造となっても、リングランド部５の径方向における強度が向上することにより、ピストン本体１ａの強度を維持することができ、高筒内圧化に伴うピストン本体１ａの変形が抑制され、ピストン本体１ａの変形によるオイル消費の増大やピストンリングの焼き付きなどを防止することができる。
【００４２】
また、図１，図２，図４及び図５に示すように、本実施形態におけるピストン本体１ａには、ピンボス部７のピストン中心軸Ｌ２上における上端部に、オイル供給孔１７が形成されている。このオイル供給孔１７には、シリンダブロックのオイルギャラリからクランクシャフト，コンロッド１０及びピストンピン９を介して冷却油が供給されるようになっている。
【００４３】
また、ピストン上面部３とピンボス部７とを連結するリブ部材８は、オイル供給孔１７が位置するピストン中央部分においては形成されていないので、オイル供給孔１７に供給された冷却油は、オイル供給孔１７から上方に向かって噴出して、ピストン上面部３とピンボス部７との間の空間を通り、ピストン上面部３の中央下面に当てられる。
【００４４】
したがって、ピストン本体１ａは、環状溝１４の冷却油によって円周部が冷却されるとともに、上述のようにオイル供給孔１７からの冷却油によって中央部が冷却されることとなる。
環状溝１４及びピストン上面部３の中央下面に供給された冷却油は、冷却油自体の重量やピストン１の摺動慣性によって徐々にリブ部材８等に沿って下方へ流動するが、ピストン本体１ａには放射状のリブ部材８を互いに連結して円盤状に形成されるプレート部材１３が配設されているので、冷却油はプレート部材１３上面に貯留されることとなる。
【００４５】
したがって、ピストン本体１ａは、プレート部材１３の上面に貯留された冷却油によっても冷却されることとなる。
さらに、図２及び図５に示すように、ピストンスカート１２には、プレート部材１３に対向した内周面に、プレート部材１３に近接するように内径側に突出した内突部１２ｃが周方向全域に亘って形成されている。
【００４６】
したがって、環状溝１４及びピストン上面部３の中央下面部より下方に流動した冷却油は、この内突部１２ｃ上面にも貯留されることとなり、また、ピストン上面部３，リングランド部５，ピストンスカート１２及びプレート部材１３によって形成される空間内に供給された冷却油がこの空間内で循環するので、この空間内の冷却油によってピストン本体１ａがより効果的に冷却される。
【００４７】
プレート部材１３上に貯留された冷却油は、プレート部材１３の外縁部と内突部１２ｃの内縁部との間の隙間を通りエンジンのオイルパン（図示省略）等に落下していくことにより循環される。
なお、本実施形態では、ピストンスカート１２に内突部１２Ｃを設けて、プレート部材１３とピストンスカート１２との間の隙間が最小限となるように構成されているが、ピストンスカート１２に内突部１２ｃを設けることなく、プレート部材１３の外縁部をピストンスカート１２の内周面まで延設して、両者の隙間が最小限となるように構成してもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、ピストンクラウン部６とピンボス部７とを連結するリブ部材８が、ピストンクラウン部６との連結部からピンボス部７側に向かってピストンピン９の中心Ｐに集中するように形成されている例について説明したが、本発明の内燃機関のピストンは、このような構成に限定されるものではなく、例えばリブ部材８が鉛直状に延びるように形成されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、リブ部材８が等角度毎に放射状に配設された例について説明したが、リブ部材８の配置についてはこのようなものに限定されるものではなく、少なくともピストン１の中心軸に対して対称に複数配設されていればよい。
また、本実施形態では、鋳鋼により形成されるピストン本体１ａとアルミ合金により形成されるピストンスカート１２とによって構成される２分割型ピストンについて説明したが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、ピストン本体１ａとピストンスカート１２とが一体に形成されるものでもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、環状溝１４にエンジンのシリンダブロックに配設されるオイルジェットノズル１６により冷却油を供給して、ピストン本体１ａをより効果的に冷却する例について説明したが、このようなオイルジェットノズル１６により冷却油が供給されるように構成されたものに限定されるものではない。
なお、オイルジェットノズル１６により冷却油を供給するように構成した場合には、シリンダ内に飛散している潤滑油（冷却油）がピストン本体１ａの内面に付着して、この付着した潤滑油が流動して環状溝１４に供給されピストン本体１ａを冷却する。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関のピストンによれば、ピストン上面部と該ピストン上面部の外周部より下方に延出するように一体に形成されピストンリングが嵌入されるピストンリング溝が外周面に設けられたリングランド部とを有するピストンクラウン部と、コネクティングロッドと係合又は結合されるピストンピンを回転可能に支持するピンボス部と、上記ピストンクラウン部及び上記ピンボス部と一体に形成されるとともに両者を連結する連結部材とからなるピストン本体を有する内燃機関のピストンにおいて、上記リングランド部の内面側であって、上記ピストンリング溝に近接した位置に周方向に環状溝が延設され、上記連結部材が、ピストン中心軸に対して径方向に放射状に配設されるとともにその外周部が上記リングランド部の内面に結合されたリブ部材と、上記リブ部材の上記環状溝に対応する位置に開口した貫通孔とをそなえ、且つ該ピストンクラウン部とピンボス部との間に円盤状のプレート部材が配設され、このプレート部材により、各リブ部材が互いに連結されているという構成により、連結部材の重量を低減することができ、これにより駆動損失が減少して燃費の向上を図ることができるという利点があるほか、環状溝に供給される冷却油によってリングランド部のピストンリング溝近傍の冷却効果が向上するという利点がある。また、貫通孔によって環状溝の冷却油がリブ部材に遮断されることなくピストンの内面全周を流動することができ、ピストンを効果的に冷却することができる。
【００５２】
また、リングランド部の内面が、ピストンクラウン部とピンボス部とを連結するリブ部材の外周部に連結されているので、ピストンクラウン部の強度を維持または向上することができ、ピストンの変形を抑制して、ピストンの変形に伴うオイル消費の増大やピストンリングの焼き付きなどを防止することができるという利点がある。
また、各リブ部材が互いにプレート部材によって連結されることにより、リブ部材の剛性が高められるとともに、ピストン本体の剛性も高められて、ピストン本体の変形をより抑制することができる。また、ピストンをより効果的に冷却することができる。
また、請求項２記載の本発明の内燃機関のピストンによれば、円盤状のプレート部材が、ピストン中心軸線に対して略垂直に配設されているので、ピストン本体の剛性をさらに高めることができる。
また、請求項３記載の本発明の内燃機関のピストンによれば、該ピストン本体の下方に、該ピストン本体とは別体に形成されて該ピストン本体とともに摺動するピストンスカートが設けられ、該ピストンスカートのプレート部材に対向した内周面に、プレート部材に近接するように内径側に突出した内突部が周方向全域に亘って形成されるので、ピストン本体をより効果的に冷却することができる。
また、請求項４記載の本発明の内燃機関のピストンは、該ピストン本体の下方に、該ピストン本体とは別体に形成されて該ピストン本体とともに摺動するピストンスカートが設けられ、該プレート部材の外縁部が該ピストンスカートの内周面に近接するように延設されて構成されるので、ピストン本体をより効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンのピストン本体をピストンピン軸線と垂直な方向から見た図であって、右半面が外観形状を示す図、左半面図が断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンの全体構成をピストンピン軸線と垂直な方向から見た断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンにおけるピストン本体の下面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンにおけるピストン本体のピストンピン軸線方向から見た図であって、右半面が外観形状を示す図、左半面図が断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のピストンにおけるピストンピンの軸線方向から見た模式的な断面図であって、ピストンが下死点近傍にある状態を示す図である。
【符号の説明】
１ピストン
１ａピストン本体
３ピストン上面部
５リングランド部
６ピストンクラウン部
７ピンボス部
８リブ部材
９ピストンピン
１０コネクティングロッド
１２ピストンスカート
１３プレート部材
１４環状溝
１５貫通孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the piston of the internal combustion engine, which has been made of an aluminum alloy integral casting or forging for the purpose of responding to the increase in heat load and in-cylinder pressure accompanying the increase in output of the internal combustion engine and reducing the weight, is provided with a piston crown portion and a skirt portion. The piston crown portion is made of cast steel and the skirt portion is made of an aluminum alloy (see Japanese Utility Model Publication No. 3-51552).
[0003]
Thus, by forming the piston crown portion from the iron material, the durability against the thermal load and the in-cylinder pressure in the combustion chamber is improved, and it is possible to increase the output. Weight increase can be minimized.
However, when the heat load on the piston further increases, the heat load acting on the top ring closest to the combustion chamber side increases, which may cause a problem that the top ring causes seizure. Such a top ring is fitted into a top ring groove formed in the ring land portion of the piston, and a ring groove into which a ring other than the top ring is fitted is also formed in the ring land portion. Has been.
[0004]
As a technique for preventing the top ring from burning, Japanese Patent Laid-Open No. 2-91452, for example, discloses a technique in which a closed gallery that extends in the circumferential direction on the inner surface between the piston upper surface portion and the ring land portion is provided to form a closed space. ing.
Such a closed gallery is formed integrally with the piston body, and a cooling oil inlet is formed in the lower wall of the closed gallery. And the piston body, in particular, the vicinity of the piston ring groove is cooled by the cooling oil flowing in from this cooling oil inlet, and it is possible to prevent thermal deformation of the piston body and burning of the piston ring and the like due to an increase in thermal load. It has become. The cooling oil that has flowed into the closed gallery and absorbed the heat of the piston head flows out of the cooling oil outlet formed in the lower surface of the piston head in the same manner as the cooling oil inlet.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a piston having such a closed gallery, since the bottom wall of the closed gallery is provided over the entire circumferential direction, the weight of the piston body formed of cast steel or the like becomes larger, and the weight of the piston body increases. There is a problem that the drive loss due to the increase.
[0006]
JP-A-2-91452 discloses that a cylindrical piston skirt formed of an aluminum alloy is fixed to an open gallery type piston body in which a bottom wall is removed from a closed gallery, and an inner end of the piston skirt is fixed. A technique is disclosed in which an edge portion that shields the lower part of the open gallery is provided around the periphery. And according to such a technique, while being able to obtain the cooling property equivalent to the piston head which has a closed gallery, the weight of a piston can be reduced.
[0007]
However, in the type of piston that shields the open gallery with such a piston skirt, the piston skirt is fixed to the lower end of the ring land part, and the edge part that shields the lower part of the open gallery is configured at the upper end part of the piston skirt, Since the ring land portion is configured to be connected to the upper surface portion of the piston at the upper side, the strength in the radial direction of the ring land portion is reduced, and the deformation of the piston body due to the increase in pressure cannot be suppressed. The piston ring groove is deformed to adversely affect the ring behavior, resulting in a problem that not only the oil consumption increases but also the piston ring is seized.
[0008]
The present invention has been devised in view of such problems, and can efficiently cool the piston, and can improve the strength of the piston and reduce the deformation of the piston while reducing the weight of the piston. An object of the present invention is to provide a piston for an internal combustion engine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  For this reason, the piston of the internal combustion engine according to the first aspect of the present invention has a piston ring groove into which the piston ring is fitted so as to extend downward from the outer surface of the piston upper surface and the outer periphery of the piston upper surface. Formed integrally with the piston crown portion having a ring land portion provided on the outer peripheral surface, a pin boss portion for rotatably supporting a piston pin engaged or coupled with the connecting rod, and the piston crown portion and the pin boss portion And a connecting member for connecting bothPiston body consisting ofIn the piston of the internal combustion engine, an annular groove extends in the circumferential direction at a position close to the piston ring groove on the inner surface side of the ring land portion, and the connecting member has a diameter with respect to the piston central axis. A rib member formed radially extending in a direction and having an outer peripheral portion coupled to the inner surface of the ring land portion, and a through hole opened at a position corresponding to the annular groove of the rib member.A disc-shaped plate member is disposed between the piston crown portion and the pin boss portion, and the rib members are connected to each other by the plate member.It is characterized by that.
[0010]
  Thus, since the connecting member is constituted by the rib member arranged so as to extend radially in the radial direction with respect to the piston central axis, the weight of the connecting member is reduced, and the outer peripheral portion of the rib member is the ring land. Since it is coupled to the inner surface of the portion, the strength of the ring land portion in the radial direction is improved. Further, since the rib member is formed with a through hole opened at a position corresponding to the annular groove, the cooling oil supplied to the annular groove is efficiently blocked around the inner surface of the piston body without being blocked by the connecting member. Can cool well.
  Further, since the rib members are connected to each other by the plate members, the rigidity of the rib members is increased and the rigidity of the piston body is also increased, so that the deformation of the piston body can be further suppressed. Also, the piston is cooled more effectively.
  According to a second aspect of the present invention, the piston of the internal combustion engine of the present invention is characterized in that, in the configuration of the first aspect, the disk-shaped plate member is disposed substantially perpendicular to the piston central axis. It is said. And when comprised in this way, the rigidity of a piston main body can further be improved.
  According to a third aspect of the present invention, there is provided a piston for an internal combustion engine according to the first or second aspect of the present invention, wherein the piston is formed separately from the piston main body and slides together with the piston main body below the piston main body. A piston skirt that moves is provided, and an inner protrusion that protrudes toward the inner diameter side so as to be close to the plate member is formed over the entire circumferential direction on the inner peripheral surface of the piston skirt facing the plate member. It is a feature. And by constituting in this way, a piston main body is cooled more effectively.
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piston for an internal combustion engine according to the first or second aspect of the present invention, wherein the piston is formed separately from the piston main body and slides together with the piston main body below the piston main body. A moving piston skirt is provided, and the outer edge of the plate member is extended so as to be close to the inner peripheral surface of the piston skirt. And also when comprised in this way, a piston main body can be cooled more effectively.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view of a piston body 1a of a piston 1 for a diesel engine as viewed from a direction perpendicular to the axis of the piston pin. The right half view is a schematic diagram showing the external shape, and the left half view is on the axis of the piston pin. 2 is a cross-sectional view of the main part of the piston 1 on the piston pin axis, FIG. 3 is a bottom view of the piston body 1a of the piston 1, and FIG. 4 is a view from the direction of the piston pin axis of the piston body 1a of the piston 1. The right half view is a schematic side view showing the external shape, the left half view is a schematic sectional view on the vertical line with respect to the axis of the piston pin at the piston center, and FIG. 5 is the piston pin at the piston center. It is principal part sectional drawing on the perpendicular | vertical line with respect to an axis. In the following description, the piston 1 for a diesel engine will be used. However, the piston of the internal combustion engine of the present invention is not limited to that for a diesel engine.
[0012]
As shown in FIG. 1, the piston body 1 a is formed integrally with a piston crown portion 6, a pin boss portion 7 into which a piston pin (see reference numeral 9 in FIG. 2) is inserted, and the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7. And it is comprised from the piston rib member (henceforth, rib member) 8 as a connection member which connects both. Among these, the piston crown portion 6 includes a piston upper surface portion 3 in which a circular recessed combustion chamber (cavity) 2 is formed on the upper surface, and a ring land portion formed so as to extend below the outer edge of the piston upper surface portion 3. 5.
[0013]
A plurality of piston ring grooves 4 extending in the circumferential direction are formed on the outer peripheral surface of the ring land portion 5. The piston ring groove 4 includes a top ring groove 4a, a second ring groove 4b, and an oil ring groove 4c into which a top ring, a second ring, and an oil ring (not shown) are respectively fitted, and these ring grooves 4a to 4c are The ring land portion 5 is formed on the outer periphery sequentially from above.
[0014]
As shown in FIGS. 2 and 5, a piston skirt 12 that slides with the piston body 1a is disposed below the piston body 1a. The piston skirt 12 is configured to be coupled to the piston main body 1 a by inserting the piston pin 9 into the pin boss portion 7.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part on the central axis of the piston pin 9 when the piston body 1a and the piston skirt 12 are coupled via the piston pin 9. As shown in FIG. 2, a piston pin 9 is inserted into the pin boss portion 7 of the piston main body 1 a, and the piston pin 9 is rotated by the pin boss portion 7 at the both ends of the pin boss portion 7 through the bearing member 20. Supported as possible. Further, the lower portion of the bearing member 20 is cut out at the center portion of the piston pin 9, and the upper half of the piston pin 9 is supported by the pin boss portion 7 via the bearing member 20. .
[0015]
Further, an upper end portion of a connecting rod (hereinafter referred to as a connecting rod) 10 is coupled to the lower portion (center lower end portion) of the piston pin 9 by a bolt 11, whereby the piston pin 9 is rotated by the pin boss portion 7. Then, the connecting rod 10 is also configured to swing (rotate) integrally with the piston pin 9.
In this embodiment, the example in which the upper end portion of the connecting rod 10 and the central lower end portion of the piston pin 9 are coupled by the bolt 11 has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration. The lower end of the center of the piston pin 9 and the upper end of the connecting rod 10 may be integrally formed so that the piston pin 9 and the connecting rod 10 rotate integrally. Further, the piston pin 9 is inserted into the upper end of the connecting rod 10 so that the connecting rod 10 is rotatably supported by the piston pin 9 and only the both ends of the piston pin 9 are supported by the pin boss portion 7. Good.
[0016]
As described above, the pin boss portion 7 supports the piston pin 9 over the entire circumference at both ends thereof, and the central upper half portion (central upper end portion) of the piston pin 9 in the axial direction, specifically, the axial total length. Further, the upper half surface is also supported through the bearing member 20. That is, the piston pin 9 is rotatably supported by the pin boss portion 7 through the bearing member 20 at the upper half portion (upper end portion) over the entire circumference and the entire axial length of both end portions. The bearing member 20 interposed between the piston pin 9 and the pin boss portion 7 may be omitted.
[0017]
The piston skirt 12 is formed in a cylindrical shape, and is coupled to the piston main body 1a by inserting the piston pin 9 into the pin boss portion 7. The piston skirt 12 is formed so as to extend downward from the lower end portion of the ring land portion 5 when coupled to the piston main body 1a.
[0018]
A piston pin hole 12a is formed in the piston skirt 12 at a position corresponding to the pin boss portion 7 of the piston body 1a, and both outermost ends of the piston pin 9 are fitted into the piston pin hole 12a. Thus, the piston skirt 12 and the piston body 1a are coupled. The piston pin 9 is restricted from moving in the axial direction by a snap ring 12b disposed in the piston pin hole 12a. In this embodiment, since the piston pin 9 is coupled to the connecting rod 10, the piston pin 9 moves only by the clearance of the connecting rod 10 in the piston pin axial direction. Therefore, the piston pin 9 is not pulled out from the pin boss portion 7 and the piston pin hole 12a, and the snap ring 12b may be omitted.
[0019]
By the way, although the piston 1 is comprised by the 2 division type which consists of two members, the piston main body 1a which has the piston crown part 6 and the pin boss | hub part 7, and the piston skirt 12, Different materials are used. That is, the piston body 1a is formed of cast steel or ductile cast iron, and the piston skirt 12 is formed of an aluminum alloy. With such a configuration, the strength of the piston body 1a is increased, and deformation of the piston body 1a due to an increase in in-cylinder pressure accompanying an increase in output is suppressed, and the weight of the piston 1 is reduced by reducing the weight of the piston skirt 12. The increase can be suppressed.
[0020]
Further, the pin boss portion 7 is configured to support the entire circumference of both side end portions of the piston pin 9 and the central upper end portion (the upper half surface of the central portion), and the upper end portion of the connecting rod 10 is connected to the central lower end portion of the piston pin 9. Since they are coupled, as in the prior art disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 5-29580, the load that the piston pin 9 receives from the pin boss portion 7 when the piston 1 slides acts uniformly over the entire length in the axial direction, The load from the pin boss portion 7 is not concentrated only on both ends of the piston pin 9.
[0021]
Accordingly, even when a load from the pin boss portion 7 is applied to the center portion of the piston pin 9 when the piston slides, the load is not concentrated on both ends of the piston pin 9, that is, the piston pin 9 receives from the pin boss portion 7. Since the load is uniform over the entire length in the axial direction and the load applied to both ends of the piston pin 9 is reduced, deformation of the piston pin 9 is suppressed. Further, since the load acting on the piston pin 9 is made uniform, the diameter of the piston pin 9 can be reduced, the weight of the piston pin 9 can be reduced, and the weight of the piston 1 itself can be reduced.
[0022]
Similarly, even if a load in a direction opposite to the load received from the pin boss portion 7 is applied from the connecting rod 10 to the central portion of the piston pin 9, the load input from the piston pin 9 to the pin boss portion 7 is still applied. It is uniform over the entire length in the axial direction.
In addition, the piston skirt 12 is formed of an aluminum alloy, and the piston pin 9 is reduced in diameter to reduce the weight of the piston 1, thereby reducing the inertial force of the piston at the top and bottom dead center of the piston 1. Can be achieved. Thereby, the driving loss of the engine is reduced, the fuel efficiency is improved, and the cost of the piston 1 can be reduced.
[0023]
By the way, the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 of the piston main body 1 a are integrally coupled via the rib member 8. That is, the rib member 8 is integrally connected to the lower surface of the piston upper surface portion 3 having the recessed combustion chamber 2 at its upper end, and its outer peripheral portion is integrally connected to the inner surface lower end portion of the ring land portion 5. The piston boss portion 7 is integrally connected to the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 is connected. In addition, this rib member 8 comprises the connection member with the through-hole 15 mentioned later.
[0024]
In this way, the piston upper surface portion 3 and the ring land portion 5 which are made thin for weight reduction are connected to each other by the rib member 8, so that the strength reduction is suppressed even if the piston is made thin. It is possible to prevent the deformation of the piston body 1a.
Further, as shown in the bottom view of FIG. 3, the rib members 8 are provided radially from the piston center axis L2 and are provided so as to extend in eight directions at equal angles from the piston center axis L2. 1 and 4, the rib member 8 is not formed in the vicinity of the piston center axis L2, but in the vicinity of the piston center axis L2 between the piston upper surface portion 3 and the pin boss portion 7. It is formed so that a space is provided.
[0025]
In this way, the rib members 8 are arranged radially and formed so that a space is provided in the vicinity of the piston central axis L2 line, thereby connecting the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 to each other. Thus, the weight of the piston main body 1a and the piston 1 itself can be reduced.
Further, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, the rib member 8 is an abbreviation of the piston pin 9 from the connecting portion between the lower surface of the piston upper surface portion 3 and the inner surface of the ring land portion 5 toward the pin boss portion 7. The shape is concentrated at the center P.
[0026]
And since the rib member 8 is formed in a shape that concentrates on the center P of the piston pin 9 from the connecting portion with the piston crown portion 6 and is connected to the pin boss portion 7, for example, the piston as in the expansion stroke When stress acting on the piston crown portion 6 of the main body 1a is transmitted to the pin boss portion 7 through the rib member 8, the stress is concentrated in the vicinity of the center P of the piston pin 9 by the rib member 8. The stress acting on the piston pin 9 from the portion 6 acts directly on the connecting rod 10 disposed below the center P of the piston pin 9.
[0027]
Further, when the stress acting on the piston pin 9 from the connecting rod 10 is transmitted from the pin boss portion 7 to the piston crown portion 6 via the rib member 8 during the compression stroke, for example, above the upper end portion of the connecting rod 10. A force acts directly on the rib member 8 from the center P of the piston pin 9 positioned and is transmitted to the piston crown portion 6.
[0028]
Therefore, in the piston 1 according to the present embodiment, the stress from the piston crown portion 6 and the connecting rod 10 is concentrated on the central portion of the piston pin 9, so that the load on the entire piston pin 9 can be reduced. The required strength can be reduced.
Therefore, for this reason, the piston pin 9 can be reduced in diameter, and the pin boss portion 7 that supports the piston pin 9 can be compactly formed to reduce the weight of the piston pin 9 and the weight of the pin boss portion 7. It is possible to reduce the weight of the piston body 1a.
[0029]
Furthermore, by reducing the weight of the piston 1 as described above, it is possible to more reliably obtain effects such as improvement in fuel consumption and reduction in cost associated with reduction in driving loss.
Also, between the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 of the piston main body 1a, a disk-shaped plate member 13 formed integrally with the piston main body 1a is substantially perpendicular to the piston central axis L2 line. It is arranged. The rib members 8 are connected to each other by the plate member 13.
[0030]
The rib members 8 are connected to each other by the plate member 13, whereby the rigidity of the rib members 8 is increased and the rigidity of the piston body 1a is also increased, so that the deformation of the piston body 1a can be further suppressed. .
Moreover, as shown in FIG. 1, the annular groove 14 is formed in the piston crown part 6 of the piston main body 1a in this embodiment. The annular groove 14 is formed at the upper end of the inner surface of the ring land portion 5 formed in the piston crown portion 6 so as to extend in the circumferential direction between the inner surface of the ring land portion 5 and the lower surface of the piston upper surface portion 3. Has been.
[0031]
A through hole 15 is formed at a position corresponding to the annular groove 14 of the rib member 8. The through hole 15 is formed so as to open in the circumferential direction with respect to the annular groove 14, and the annular groove 14 is formed between the lower surface of the piston upper surface portion 3 and the ring land portion 5 by the through hole 15. It is formed so as to penetrate the rib member 8 connected to the peripheral surface.
[0032]
On the other hand, an engine jet block 16 (not shown) is provided with an oil jet nozzle 16 for jetting cooling oil from an oil gallery (not shown) arranged in the cylinder block toward the piston upper surface 3 as shown in FIG. It has been. The oil jet nozzle 16 is arranged such that the upper end portion of the oil jet nozzle 16 has a slight gap with respect to the lower surface of the disk-shaped plate member 13 in a state where the piston 1 is located at the bottom dead center. Further, the oil jet nozzle 16 is slightly in the circumferential direction with respect to the rib member 8a (see FIGS. 3 and 4) disposed on the vertical line of the axis of the piston pin 9 when viewed from the central axis direction of the piston 1. It is disposed at a shifted position.
[0033]
As shown in FIGS. 3 and 5, the disc-shaped plate member 13 has an inflow hole 13 a formed at a position facing the upper end portion of the oil jet nozzle 16. In the present embodiment, the oil jet nozzles 16 are disposed at two locations on a cylinder block (not shown), and the plate member 13 is provided with inflow holes 13 a at two locations facing the oil jet nozzle 16. However, the present invention is not limited to this, and the oil jet nozzle 16 and the inflow hole 13a may be disposed only at one place or three or more places.
[0034]
The lower end portion of the oil jet nozzle 16 arranged in this way is connected to, for example, an oil gallery in a cylinder block. The oil gallery is supplied with lubricating oil or the like from an oil pump (not shown) driven by rotation of the crankshaft, and the oil jet nozzle 16 supplies the oil pressure in the oil gallery. Accordingly, the lubricating oil (functioning as cooling oil) is always ejected upward. In the configuration of this embodiment, the example in which the cooling oil is always ejected has been described. However, the cooling oil may be ejected only when the piston 1 is located near the bottom dead center. . In addition, the cooling structure of the piston 1 by the oil jet nozzle 16 is the same as that of a conventionally known technique.
[0035]
The cooling oil ejected from the oil jet nozzle 16 is supplied to the upper side of the plate member 13 through the inflow hole 13 a of the plate member 13. As described above, since the oil jet nozzle 16 and the inflow hole 13a are arranged at positions where they do not overlap with the rib member 8 when viewed from the piston central axis L2 line direction, the oil jet nozzle 16 and the inflow hole 13a are ejected from the oil jet nozzle 16. The cooling oil that has passed through hits the lower surface 3b of the piston upper surface portion 3 and flows toward the annular groove 14 along the lower surface 3b. The cooling oil supplied to the annular groove 14 in this way cools the piston upper surface portion 3 and the ring land portion 5 that form the annular groove 14.
[0036]
As shown in the figure, the annular groove 14 is formed at a position closer to the piston ring groove 4 and is formed to be as close as possible to the top ring groove 4a. This is because the heat load of the top ring inserted into the top ring groove 4 a of the ring land portion 5 is very large, so that the heat load of the top ring groove 4 a becomes very large, and the cooling supplied to the annular groove 14 is performed. This is because a cooling effect by oil is required more.
[0037]
Note that as the position of the top ring (not shown) is lowered, the incomplete combustion region communicating with the combustion chamber increases and the exhaust gas deteriorates. For this reason, the top ring groove 4a into which the top ring is inserted is disposed above the ring land portion 5 so as not to deteriorate the exhaust gas. Therefore, the amount of heat load in the vicinity of the top ring and the top ring groove 4a becomes larger, and the cooling effect in the vicinity of the top ring groove 4a by the cooling oil in the annular groove 14 is further required.
[0038]
As described above, the cooling oil supplied to the annular groove 14 can effectively cool the ring land portion 5, particularly the vicinity of the piston ring groove 4, and the piston ring groove 4 can be thermally deformed and the piston ring can be baked. Can be prevented.
And in the piston main body 1a of the piston 1 in this embodiment, as shown in FIG. 1, while the annular groove 14 is formed in the inner surface upper end of the ring land part 5, the upper end part of the annular groove 14 and the piston upper surface part 3 are formed. Is disposed as close as possible to the top ring groove 4a so that the distance A (see FIG. 1) from the top ring groove becomes shorter. Accordingly, the cooling oil in the annular groove 14 can cool the vicinity of the top ring groove 4a more effectively, and also the piston upper surface part 3 can be cooled, and the cooling performance of the piston crown part 6 is improved. It is possible to reduce the thermal load on the piston crown portion 6 due to high output, particularly the thermal load in the vicinity of the top ring groove 4a, and the thermal deformation of the piston crown portion 6 and the seizure of the piston ring, particularly the top ring, are reliably suppressed. The
[0039]
Furthermore, since the through hole 15 is formed in the rib member 8 at a position corresponding to the annular groove 14, the cooling oil supplied to the annular groove 14 flows over the entire circumferential direction along the annular groove 14. It becomes possible to do. Thereby, the vicinity of the top ring groove 4a can be sufficiently cooled over the entire circumferential direction, and the piston crown portion 6 can also be sufficiently cooled.
[0040]
That is, the piston main body 1a is effective because the cooling oil supplied to the annular groove 14 flows in the circumferential direction in the circumferential direction without being blocked by the rib member 8 by the sliding of the piston 1 in the vertical direction. Will be cooled.
Further, by disposing the annular groove 14 so that the distance A becomes shorter, the piston upper surface portion 3 and the ring land portion 5 can have a thinner structure, and the weight of the piston main body 1a can be further reduced. Can do.
[0041]
On the other hand, since the piston upper surface portion 3 and the ring land portion 5 have a thin structure, the strength of the piston crown portion 6 is reduced, the piston main body 1a is easily deformed, and the deformation of the piston ring groove 4 adversely affects the ring behavior. The oil consumption may increase and the piston ring may burn out.
However, in this embodiment, the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 are integrally connected by the rib member 8, and the outer peripheral portion of the rib member 8 is coupled to the inner surface of the ring land portion 5. 14 is disposed so as to be close to the top ring groove 4a (that is, disposed such that the distance A between the upper end of the annular groove 14 and the upper surface of the piston upper surface portion 3 is shorter), the piston body 1a is thin. Even if it becomes a structure, the strength in the radial direction of the ring land portion 5 can be improved, so that the strength of the piston main body 1a can be maintained, and deformation of the piston main body 1a due to high internal cylinder pressure is suppressed. It is possible to prevent oil consumption increase and piston ring seizure due to the deformation of 1a.
[0042]
As shown in FIGS. 1, 2, 4, and 5, an oil supply hole 17 is formed at the upper end portion of the pin boss portion 7 on the piston central axis L <b> 2 in the piston body 1 a in the present embodiment. Yes. Cooling oil is supplied to the oil supply hole 17 from the oil gallery of the cylinder block through the crankshaft, the connecting rod 10 and the piston pin 9.
[0043]
Further, the rib member 8 that connects the piston upper surface portion 3 and the pin boss portion 7 is not formed in the central portion of the piston where the oil supply hole 17 is located, so that the cooling oil supplied to the oil supply hole 17 is oil It is ejected upward from the supply hole 17, passes through the space between the piston upper surface portion 3 and the pin boss portion 7, and is applied to the central lower surface of the piston upper surface portion 3.
[0044]
Accordingly, the piston body 1a is cooled at the circumferential part by the cooling oil in the annular groove 14, and at the center part by the cooling oil from the oil supply hole 17 as described above.
The cooling oil supplied to the annular groove 14 and the central lower surface of the piston upper surface portion 3 gradually flows downward along the rib member 8 and the like due to the weight of the cooling oil itself and the sliding inertia of the piston 1, but the piston body 1a. Since the plate member 13 formed in a disk shape by connecting the radial rib members 8 to each other is disposed, the cooling oil is stored on the upper surface of the plate member 13.
[0045]
Therefore, the piston main body 1 a is also cooled by the cooling oil stored on the upper surface of the plate member 13.
Further, as shown in FIGS. 2 and 5, the piston skirt 12 has an inner protrusion 12 c protruding on the inner diameter side so as to be close to the plate member 13 on the inner peripheral surface facing the plate member 13. It is formed over.
[0046]
Therefore, the cooling oil that has flowed downward from the annular groove 14 and the central lower surface portion of the piston upper surface portion 3 is also stored in the upper surface of the inner protrusion 12c, and the piston upper surface portion 3, the ring land portion 5, the piston. Since the cooling oil supplied in the space formed by the skirt 12 and the plate member 13 circulates in this space, the piston main body 1a is more effectively cooled by the cooling oil in this space.
[0047]
The cooling oil stored on the plate member 13 circulates by dropping into an engine oil pan (not shown) or the like through a gap between the outer edge portion of the plate member 13 and the inner edge portion of the inner protrusion 12c. Is done.
In the present embodiment, the piston skirt 12 is provided with the inner protrusion 12C so that the gap between the plate member 13 and the piston skirt 12 is minimized. Without providing the portion 12c, the outer edge portion of the plate member 13 may be extended to the inner peripheral surface of the piston skirt 12 so that the gap between them is minimized.
[0048]
Further, in this embodiment, the rib member 8 that connects the piston crown portion 6 and the pin boss portion 7 is concentrated on the center P of the piston pin 9 from the connecting portion with the piston crown portion 6 toward the pin boss portion 7 side. However, the piston of the internal combustion engine of the present invention is not limited to such a configuration. For example, the rib member 8 may be formed to extend vertically.
[0049]
Further, in the present embodiment, the example in which the rib members 8 are arranged radially at equal angles has been described. However, the arrangement of the rib members 8 is not limited to this, and at least the piston 1 is arranged. It suffices if a plurality are arranged symmetrically with respect to the central axis.
Further, in the present embodiment, the two-divided piston is described which is configured by the piston main body 1a formed of cast steel and the piston skirt 12 formed of aluminum alloy. However, the present invention is limited to such a configuration. The piston main body 1a and the piston skirt 12 may be formed integrally.
[0050]
In the present embodiment, the example in which the cooling oil is supplied to the annular groove 14 by the oil jet nozzle 16 disposed in the cylinder block of the engine to cool the piston main body 1a more effectively has been described. However, the present invention is not limited to the configuration in which the cooling oil is supplied by the oil jet nozzle 16.
When the cooling oil is supplied by the oil jet nozzle 16, the lubricating oil (cooling oil) scattered in the cylinder adheres to the inner surface of the piston body 1a, and the attached lubricating oil It flows and is supplied to the annular groove 14 to cool the piston body 1a.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the piston of the internal combustion engine of the present invention, the piston ring groove that is integrally formed so as to extend downward from the outer peripheral portion of the piston upper surface portion and the piston upper surface portion is fitted with the piston ring. A piston crown portion having a ring land portion provided on the outer peripheral surface, a pin boss portion rotatably supporting a piston pin engaged or coupled with a connecting rod, and the piston crown portion and the pin boss portion integrally. A connecting member that is formed and connects both;Piston body consisting ofIn the piston of the internal combustion engine, an annular groove extends in the circumferential direction at a position close to the piston ring groove on the inner surface side of the ring land portion, and the connecting member has a diameter with respect to the piston central axis. And a rib member whose outer peripheral portion is coupled to the inner surface of the ring land portion and a through hole opened at a position corresponding to the annular groove of the rib member.A disc-shaped plate member is disposed between the piston crown portion and the pin boss portion, and the rib members are connected to each other by the plate member.In addition to the advantage that the weight of the connecting member can be reduced, thereby reducing driving loss and improving fuel efficiency, the cooling oil supplied to the annular groove can also reduce the ring land portion. There is an advantage that the cooling effect in the vicinity of the piston ring groove is improved. Further, the cooling oil in the annular groove can flow through the entire inner circumference of the piston without being blocked by the rib member by the through hole, and the piston can be effectively cooled.
[0052]
  Moreover, since the inner surface of the ring land portion is connected to the outer peripheral portion of the rib member that connects the piston crown portion and the pin boss portion, the strength of the piston crown portion can be maintained or improved, and the deformation of the piston is suppressed. Thus, there is an advantage that it is possible to prevent an increase in oil consumption accompanying the deformation of the piston and seizure of the piston ring.
  Further, since the rib members are connected to each other by the plate members, the rigidity of the rib members is increased and the rigidity of the piston body is also increased, so that the deformation of the piston body can be further suppressed. Further, the piston can be cooled more effectively.
  According to the piston of the internal combustion engine of the second aspect of the present invention, since the disk-shaped plate member is disposed substantially perpendicular to the piston center axis, the rigidity of the piston body can be further increased. it can.
  According to the piston of the internal combustion engine of the present invention described in claim 3, a piston skirt that is formed separately from the piston body and slides with the piston body is provided below the piston body. On the inner peripheral surface facing the plate member of the piston skirt, an inner protrusion that protrudes toward the inner diameter side so as to be close to the plate member is formed over the entire circumferential direction, so that the piston body can be cooled more effectively. Can do.
  The piston of the internal combustion engine of the present invention according to claim 4 is provided with a piston skirt formed separately from the piston main body and sliding with the piston main body below the piston main body, and the plate member Since the outer edge portion of the piston skirt extends so as to be close to the inner peripheral surface of the piston skirt, the piston body can be cooled more effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view of a piston main body of a piston of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention as viewed from a direction perpendicular to a piston pin axis, wherein a right half surface shows an external shape, and a left half view is a cross-sectional view. It is.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the entire configuration of the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, as viewed from a direction perpendicular to the piston pin axis.
FIG. 3 is a bottom view of the piston body in the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
4 is a view of the piston body of the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction of the piston pin axis, in which the right half surface shows the external shape and the left half view is a sectional view. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention as viewed from the axial direction of the piston pin, showing a state where the piston is near bottom dead center.
[Explanation of symbols]
1 piston
1a Piston body
3 Piston upper surface
5 Ringland
6 Piston crown
7 Pin boss
8 Rib members
9 Piston pin
10 Connecting rod
12 piston skirt
13 Plate member
14 annular groove
15 Through hole

Claims

A piston crown portion having a piston upper surface portion and a ring land portion formed integrally with the piston upper surface portion so as to extend downward from the outer peripheral portion of the piston upper surface portion and in which a piston ring groove is fitted in the outer peripheral surface;
A pin boss portion that rotatably supports a piston pin engaged or coupled with the connecting rod;
In the piston of the internal combustion engine having a piston body formed integrally with the piston crown portion and the pin boss portion and connecting the two,
On the inner surface side of the ring land portion, an annular groove extends in the circumferential direction at a position close to the piston ring groove,
The connecting member is disposed radially in the radial direction with respect to the piston central axis and the outer peripheral portion thereof is coupled to the inner surface of the ring land portion, and the position corresponding to the annular groove of the rib member A disc-shaped plate member is disposed between the piston crown portion and the pin boss portion, and the rib members are connected to each other by the plate member. A piston for an internal combustion engine.

The disk-shaped plate member is disposed substantially perpendicular to the piston center axis.
The piston of the internal combustion engine according to claim 1, wherein

A piston skirt that is formed separately from the piston body and slides with the piston body is provided below the piston body.
On the inner peripheral surface of the piston skirt facing the plate member, an inner protrusion that protrudes toward the inner diameter side so as to be close to the plate member is formed over the entire circumferential direction.
The piston of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.

A piston skirt that is formed separately from the piston body and slides with the piston body is provided below the piston body.
The outer edge portion of the plate member extends so as to be close to the inner peripheral surface of the piston skirt.
The piston of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.