JP5564133B2 - Piston of internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車の部品である内燃機関のピストンの改良に関する。   The present invention relates to an improvement of a piston of an internal combustion engine which is a part of an automobile, for example.

周知のように、内燃機関のピストンにあっては、軽量化の要請からピストン本体をアルミニウム合金材によって形成しているが、このピストンに大きな燃焼圧力が掛かってコンロッドとの角度に応じてサイドフォースが発生し、これにより、スラスト側のスカート部とシリンダ壁面との間で大きなフリクションが発生している。   As is well known, the piston body of an internal combustion engine is made of an aluminum alloy material because of the demand for weight reduction. However, a large combustion pressure is applied to this piston, and the side force is set according to the angle with the connecting rod. As a result, large friction is generated between the skirt portion on the thrust side and the cylinder wall surface.

このため、特許文献1に記載された技術のように、スラスト側のスカート部と反スラスト側スカート部との間に一対のエプロン部が設けられ、該両エプロン部と前記両スカート部との接続領域に応力分散部を設けて、スカート部及びエプロン部の異なる熱膨張及び弾性変形に伴って前記接続領域に発生する応力を前記応力分散部によって分散させるようになっている。   For this reason, as in the technique described in Patent Document 1, a pair of apron portions are provided between the thrust side skirt portion and the anti-thrust side skirt portion, and the connection between the two apron portions and the both skirt portions is provided. A stress dispersion portion is provided in the region, and stress generated in the connection region due to different thermal expansion and elastic deformation of the skirt portion and the apron portion is dispersed by the stress dispersion portion.

特開2008−190357号公報JP 2008-190357 A

しかしながら、前記従来の内燃機関のピストンにあっては、前述のように、各スカート部と各エプロン部との接続領域に、応力分散部を設けてスカート部に作用する応力を分散するようになってはいるものの、前記応力分散部が単にスカート部の下端部から外方へ突出した延在部によって構成されているだけであるから、スカート部の下端部の剛性のみが高くなってスカート部全体の剛性に偏りが発生する。したがって、スカート部のシリンダ壁面に対する面圧が局部的に大きくなって、フリクションを十分に低減させることができない。   However, in the piston of the conventional internal combustion engine, as described above, the stress acting on the skirt portion is dispersed by providing a stress dispersion portion in the connection region between each skirt portion and each apron portion. However, since the stress dispersion portion is merely constituted by the extending portion protruding outward from the lower end portion of the skirt portion, only the rigidity of the lower end portion of the skirt portion is increased and the entire skirt portion is increased. Deviation occurs in the rigidity of the. Accordingly, the surface pressure of the skirt portion against the cylinder wall surface is locally increased, and the friction cannot be reduced sufficiently.

請求項1に記載の発明は、燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結部位を介して連結され、ピンボスを有する一対のエプロン部と、を備えた内燃機関のピストンであって、
前記各連結部位は、内周部と外周部が円周方向に沿って円弧状に形成されていると共に、前記内周部と外周部の円弧幅の長さが前記冠部側から下端部側に向かって大きくなるように形成され、かつ、前記内周部の円弧幅の長さの変化率が、前記外周部の円弧幅の長さの変化率よりも大きくなるように形成されていると共に、肉厚がピストン軸方向の前記冠部側から下端部側に向かって漸次厚くなるように形成したことを特徴としている。

The invention described in claim 1 includes a crown portion defining a combustion chamber, a pair of arc-shaped skirt portions provided integrally with the crown portion and sliding on the cylinder wall surface on the thrust side and the anti-thrust side, A piston of an internal combustion engine comprising a pair of apron parts connected to both side ends in the circumferential direction of each skirt part via a connection part and having pin bosses,
As for each said connection site | part, while an inner peripheral part and an outer peripheral part are formed in circular arc shape along the circumferential direction, the length of the circular arc width of the said inner peripheral part and an outer peripheral part is a lower end part side from the said crown part side. And the rate of change in the length of the arc width of the inner peripheral portion is larger than the rate of change in the length of the arc width of the outer peripheral portion. The wall thickness is gradually increased from the crown side to the lower end side in the piston axial direction.

本願請求項1に係る発明によれば、各連結部位の内周部と外周部の両方を円弧状に形成したことによってばね作用を効果的に働かせることができると共に、各連結部位の肉厚が前記冠部側から下端部側に向かって漸次厚くなるように形成したことによって、前記スカート部の剛性の偏りをピストン軸方向(上下方向)で少なくすることができる。   According to the invention according to claim 1 of the present application, both the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of each connecting portion can be formed into an arc shape, so that the spring action can be effectively exerted, and the thickness of each connecting portion can be increased. By forming so as to gradually increase from the crown side toward the lower end side, the rigidity deviation of the skirt portion can be reduced in the piston axial direction (vertical direction).

この結果、前記スカート部のシリンダ壁面に対する面圧の偏りが少なくなって接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。   As a result, the bias of the surface pressure with respect to the cylinder wall surface of the skirt portion can be reduced, and the contact surface pressure can be reduced, whereby the friction can be effectively reduced.

Aは本発明の第1実施形態に係るピストンの底面側から視た斜視図、BはAのA−A線断面図である。A is a perspective view seen from the bottom side of the piston according to the first embodiment of the present invention, and B is a cross-sectional view taken along line AA of A. FIG. 同ピストンの側面図である。It is a side view of the piston. 同ピストンの一部を断面して示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a part of the piston in cross section. 同ピストンの底面図である。It is a bottom view of the piston. 同ピストンのスカート部とエプロン部側を輪切りにして連結部位の外側を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outer side of a connection part by making the skirt part and apron part side of the piston into a ring. 同ピストンのスカート部とエプロン部側を輪切りにして連結部位の内側を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inner side of a connection part by making the skirt part and apron part side of the piston into a ring. 同ピストンがシリンダブロックのシリンダ壁面に摺動する状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the piston slides on the cylinder wall surface of a cylinder block. 本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部の位置に対応した変形量を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the deformation amount corresponding to the position of the thrust side skirt part of the piston of this embodiment, and the conventional piston. 同じく本実施形態のピストンと従来のピストンのスラスト側スカート部のクランク角に対応した摩擦力を比較して示すグラフである。It is a graph which similarly compares and shows the frictional force corresponding to the crank angle of the thrust side skirt part of the piston of this embodiment, and the conventional piston. 本発明の第2実施形態に係るピストンの底面側から視た斜視図である。It is the perspective view seen from the bottom face side of the piston concerning a 2nd embodiment of the present invention. 同第2実施形態に係るピストンの底面図である。It is a bottom view of the piston which concerns on the 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係るピストンの底面側から視た斜視図である。It is the perspective view seen from the bottom face side of the piston which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本実施形態のピストンの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the piston of this embodiment. 本実施形態のピストンのスカート部とエプロン部側を輪切りにして連結部位の内側を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inner side of a connection part by making the skirt part and apron part side of the piston of this embodiment into a ring.

以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態に供されるピストンは、4サイクル・ガソリンエンジンに適用したものである。   Hereinafter, embodiments of a piston of an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The piston used in this embodiment is applied to a 4-cycle gasoline engine.

〔第1実施形態〕
ピストン1は、図7に示すように、シリンダブロック2に形成されたほぼ円柱状のシリンダ壁面3に摺動自在に設けられ、該シリンダ壁面3と図外のシリンダヘッドとの間に燃焼室4を形成するようになっていると共に、ピストンピン5に連結されたコンロッド6を介して図外のクランクシャフトに連結されている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 7, the piston 1 is slidably provided on a substantially cylindrical cylinder wall surface 3 formed in the cylinder block 2, and a combustion chamber 4 is interposed between the cylinder wall surface 3 and a cylinder head outside the figure. And is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 6 connected to the piston pin 5.

前記ピストン1は、全体がAC8A Al−Si系のアルミニウム合金によって一体に鋳造され、図1A〜図4に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、冠面7a上に前記燃焼室4を画成する冠部7と、該冠部7の下端外周縁に一体に設けられた円弧状の一対のスラスト側スカート部8及び反スラスト側スカート9と、該各スカート部8、9の円周方向の両側端に各連結部位10を介して連結された一対のエプロン部11,12と、を備えている。   The piston 1 is integrally cast as a whole by an AC8A Al—Si-based aluminum alloy, and is formed in a substantially cylindrical shape as shown in FIGS. 1A to 4, and defines the combustion chamber 4 on the crown surface 7 a. A crown portion 7 formed, a pair of arc-shaped thrust side skirt portion 8 and anti-thrust side skirt portion 9 provided integrally on the outer peripheral edge of the lower end of the crown portion 7, and the circumferential direction of the skirt portions 8, 9 A pair of apron portions 11 and 12 connected to each side end of each via a connecting portion 10.

前記冠部7は、比較的肉厚に形成された円盤状を呈し、冠面7a上に吸排気弁との干渉を防止する図外のバルブリセスが形成されていると共に、外周部にプレッシャリングやオイルリングなどの3つのピストンリングを保持するリング溝7b、7c、7dが形成されている。   The crown portion 7 has a disk shape formed with a relatively large thickness, and a valve recess (not shown) that prevents interference with the intake / exhaust valve is formed on the crown surface 7a. Ring grooves 7b, 7c and 7d for holding three piston rings such as an oil ring are formed.

前記両スカート部8,9は、ピストン1の軸心を中心とした左右の対称位置に配置されて、横断面ほぼ円弧状に形成されていると共に、それぞれの肉厚はほぼ全体が比較的薄肉に形成されている。前記スラスト側スカート部8は、膨張行程時などにピストン1が下死点方向へストロークした際に、前記コンロッド6の角度との関係で前記シリンダ壁面3に傾きながら圧接するようになっている一方、反スラスト側のスカート部9は、圧縮行程時などにピストン1が上昇ストロークした際に、シリンダ壁面3に反対に傾きながら圧接するようになっている。前記各スカート部8,9のシリンダ壁面3に対する圧接荷重は、燃焼圧力を受けてシリンダ壁面3に圧接する前記スラスト側スカート部8の方が大きくなっている。   Both the skirt portions 8 and 9 are disposed at symmetrical positions about the axis of the piston 1 and are formed in a substantially arcuate cross section. Is formed. The thrust side skirt portion 8 is adapted to be in pressure contact with the cylinder wall surface 3 while being inclined in relation to the angle of the connecting rod 6 when the piston 1 is stroked toward the bottom dead center during an expansion stroke or the like. The skirt portion 9 on the anti-thrust side comes into pressure contact with the cylinder wall surface 3 while inclining in the opposite direction when the piston 1 moves up during the compression stroke or the like. The thrust load on the cylinder wall surface 3 of each of the skirt portions 8 and 9 is larger in the thrust side skirt portion 8 that receives the combustion pressure and presses against the cylinder wall surface 3.

また、この各スカート部8,9は、スラスト側スカート部8側からみた図2に示すように、前記冠部7側の上端部8a(9a)から下端部8b(9b)方向に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されていると共に、下端縁8c(9c)がほぼ水平状に切欠形成されている。   The skirt portions 8 and 9 are inclined from the upper end portion 8a (9a) on the crown portion 7 side toward the lower end portion 8b (9b) as shown in FIG. 2 as viewed from the thrust side skirt portion 8 side. The lower end edge 8c (9c) is formed in a substantially horizontal shape while being formed in an enlarged diameter shape and having a vertical cross-sectional C shape.

前記各エプロン部11,12は、上端縁が前記冠部7の下端に一体に結合されていると共に、前記各連結部位10間の円周方向の全体が各スカート部8,9よりも大きな曲率半径で僅かに外側へ膨らんだ湾曲状に形成されていると共に、各スカート部8,9と同じく、ピストン1の軸方向の上端部から下端側に渡って傾斜拡径状に形成されて、縦断面ハ字形状に形成されている。前記湾曲状の曲率半径は、150mm〜300mmの範囲内に設定されて、壁部全体が比較的肉厚に形成されている。また、各エプロン部11,12は、円周方向のほぼ中央位置に、前記ピストンピン5の両端部をピン孔13a、14aを介して支持するピンボス部13、14がそれぞれ形成されている。   Each apron portion 11, 12 has an upper edge integrally joined to a lower end of the crown portion 7, and the entire circumferential direction between the connection portions 10 is larger in curvature than the skirt portions 8, 9. It is formed in a curved shape that bulges slightly outward with a radius, and like the skirt portions 8 and 9, it is formed in an inclined diameter-expanding shape from the upper end portion in the axial direction of the piston 1 to the lower end side. It is formed in a plane C shape. The curved curvature radius is set within a range of 150 mm to 300 mm, and the entire wall portion is formed relatively thick. In addition, the apron portions 11 and 12 are respectively formed with pin boss portions 13 and 14 for supporting both end portions of the piston pin 5 through pin holes 13a and 14a at substantially central positions in the circumferential direction.

前記各連結部位10は、前記各スカート部8,9の各両側端からエプロン部11,12までの間で円周方向に沿って円弧状に形成され、かかる円弧状の各内周部16と各外周部17は、図1及び図5、図6の斜線で示すように、それぞれの曲率半径がピストン1の軸方向、つまり上端部16a、17aから下端部16b、17bまでに亘って漸次大きくなるように連続して形成されている。   Each connecting portion 10 is formed in an arc shape along the circumferential direction from each side end of each skirt portion 8, 9 to the apron portions 11, 12, and each arc-shaped inner peripheral portion 16 and As shown by the hatched lines in FIGS. 1, 5, and 6, each outer peripheral portion 17 has a radius of curvature that gradually increases in the axial direction of the piston 1, that is, from the upper end portions 16 a and 17 a to the lower end portions 16 b and 17 b. It is formed continuously so as to be.

すなわち、各内周部16と外周部17のそれぞれの曲率半径は、小さな各上端部16a、17a側から大きな各下端部16b、17bまでが約10mm〜30mm程度の裾拡がり状に設定されて、その拡がりが比例的かつ連続的に大きくなっている。   That is, the respective radii of curvature of the inner peripheral portion 16 and the outer peripheral portion 17 are set in a skirt-like shape of about 10 mm to 30 mm from the small upper end portions 16a, 17a to the large lower end portions 16b, 17b, The spread increases proportionally and continuously.

また、前記各連結部位10の内周部16側と外周部17側では、その円弧幅の長さW,W1と上下方向での円弧幅長さW,W1の変化率が相違している。すなわち、各外周部17側では、円弧幅の長さWは比較的小さく設定されていると共に、上端部17aから下端部17bまでの円弧幅長さWの変化率が小さく設定されている。一方、各内周部16側では、円弧幅の長さW1は比較的大きく設定されていると共に、上端部16aから下端部16bまでの円弧幅長さW1の変化率が前記外周部17側よりも大きく設定されている。   Further, the arc widths W and W1 are different in rate of change in the arc widths W and W1 in the vertical direction on the inner peripheral part 16 side and the outer peripheral part 17 side of each connecting part 10. That is, on each outer peripheral portion 17 side, the arc width length W is set to be relatively small, and the rate of change of the arc width length W from the upper end portion 17a to the lower end portion 17b is set to be small. On the other hand, the length W1 of the arc width is set relatively large on each inner peripheral portion 16 side, and the rate of change of the arc width length W1 from the upper end portion 16a to the lower end portion 16b is higher than that on the outer peripheral portion 17 side. Is also set larger.

このように、連結部位10の内周部16側の円弧幅長さW1を大きく、かつこの長さW1の変化率を外周部17側よりも大きく設定したことによって、連結部位10の肉厚を、冠部7側の上端部からピストン下端部まで漸次大きくすることができる。すなわち、連結部位10の内周部16は、円弧面がほぼ平坦面状に形成されていることにより、前記各スカート部8,9の周方向及び上下方向の剛性、つまり全体の剛性をほぼ均一にすることができる。   Thus, by setting the arc width length W1 on the inner peripheral part 16 side of the connecting part 10 to be larger and the change rate of this length W1 to be larger than that on the outer peripheral part 17 side, the thickness of the connecting part 10 can be reduced. The upper end portion on the crown portion 7 side can be gradually increased from the piston lower end portion. That is, the inner peripheral portion 16 of the connecting portion 10 is formed so that the arc surface is substantially flat, so that the circumferential and vertical rigidity of the skirt portions 8 and 9, that is, the overall rigidity is substantially uniform. Can be.

そして、前記各スカート部8,9と各連結部位10及びエプロン部11、12の円弧状及び湾曲状の形状によって、底面からみた全体の形状が、図1及び図4に示すように、ほぼ楕円形状に形成されていると共に、全体が袴状に形成されている。   Then, due to the arc shape and the curved shape of each of the skirt portions 8 and 9 and each of the connecting portions 10 and the apron portions 11 and 12, the overall shape seen from the bottom surface is almost elliptical as shown in FIGS. It is formed in a shape and is formed in a bowl shape as a whole.

さらに、前記各連結部位10の内周部16の下端部16bには、局部的に肉盛部18がそれぞれ設けられている。この各肉盛部18は、図1Bにも示すように、前記各連結部位10の内周部16の下端部16bの内側に一体に設けられ、内面が円弧状に形成されていると共に、最も肉厚な下端部よりも下側の下端縁18bが前記連結部位10の内周部16の下端縁と同一位置になっている。また、この肉盛部18は、前記最も肉厚な部位から上方へ向かうにしたがって漸次薄肉に形成されて円弧状の上端部18aは前記連結部位10の内周部16の下端部16bになだらかにかつ連続的に結合されている。   Further, a build-up portion 18 is locally provided at the lower end portion 16b of the inner peripheral portion 16 of each of the connecting portions 10. As shown in FIG. 1B, each of the built-up portions 18 is integrally provided on the inner side of the lower end portion 16b of the inner peripheral portion 16 of each of the connection portions 10, and the inner surface is formed in an arc shape. A lower end edge 18b below the thick lower end portion is located at the same position as the lower end edge of the inner peripheral portion 16 of the connecting portion 10. Further, the build-up portion 18 is gradually formed thinner from the thickest portion toward the upper side, and the arc-shaped upper end portion 18a is gently formed on the lower end portion 16b of the inner peripheral portion 16 of the connection portion 10. And they are connected continuously.

この肉盛部18の存在により、前記両スカート部8,9のフリーな状態にある下端部側の剛性が高くなり、スカート部8,9全体の剛性をさらに均一化することができる。   Due to the presence of the build-up portion 18, the rigidity of the lower end side of the skirt portions 8 and 9 in a free state is increased, and the rigidity of the skirt portions 8 and 9 as a whole can be made more uniform.

以上のように、本実施形態によれば、前記各連結部位10を円弧状に形成することによって、かかる各連結部位10全体がばね作用として働くため、ピストン1の往復ストローク時における前記各スカート部8,9の外周面とシリンダ壁面3との接触時において、スラスト側スカート部8と反スラスト側スカート部9の大きな変形を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since each connecting portion 10 is formed in an arc shape, the entire connecting portion 10 functions as a spring action, and thus each skirt portion at the time of the reciprocating stroke of the piston 1. Large deformation of the thrust side skirt portion 8 and the anti-thrust side skirt portion 9 can be suppressed when the outer peripheral surfaces of the cylinders 8 and 9 are in contact with the cylinder wall surface 3.

しかも、本実施形態では、前記両エプロン部11,12も湾曲状に形成されていることから、かかる両エプロン部11,12も僅かながらも変形によるばね作用が働く。したがって、前記各連結部位10のばね作用と相俟って各スカート部8,9のシリンダ壁面3に対する接触面積が大きくなって局所的な面圧の増加を抑制することができる。   In addition, in the present embodiment, since both the apron portions 11 and 12 are also formed in a curved shape, both the apron portions 11 and 12 also have a slight spring action due to deformation. Therefore, in combination with the spring action of each connecting portion 10, the contact area of each skirt portion 8, 9 with respect to the cylinder wall surface 3 is increased, and an increase in local surface pressure can be suppressed.

つまり、前述のように、前記両スカート部8,9と、各連結部位10及び両エプロン部11,12全体がほぼ楕円形状となっていることから、各スカート部8,9に作用する接触圧力が前記各連結部位部10と各エプロン部11,12のばね作用によって吸収された状態になり、これによって、各スカート部8,9に掛かる面圧を分散化して過大な面圧の発生を抑制することができるのである。   That is, as described above, since both the skirt portions 8 and 9 and the connecting portions 10 and the apron portions 11 and 12 are substantially elliptical, the contact pressure acting on the skirt portions 8 and 9 is used. Is absorbed by the spring action of each connecting portion 10 and each apron 11, 12, thereby dispersing the surface pressure applied to each skirt 8, 9 and suppressing the generation of excessive surface pressure. It can be done.

また、前記各連結部位10の曲率半径が、上端部16a、17a側から下端部16b、17b側に向かって漸次大きくなるように形成したことによって、前記スカート部8,9の両側端側の剛性、つまりエプロン部11,12側の剛性をピストン軸方向でほぼ均一にすることが可能になる。つまり、各連結部位10の下端部16b、17b側は、自由端(フリーな状態)になっていることから、上端部16a、17b側と同じ肉厚であればこれらの剛性は上端部16a、17a側に比較して低くなる。そこで、肉厚を上端部16a、17a側から下端部側16b、17bに向かって漸次大きくすることにより、剛性が全体として均一化されるのである。   Further, the radii of curvature of the respective connecting portions 10 are formed so as to gradually increase from the upper end portions 16a, 17a toward the lower end portions 16b, 17b, thereby providing rigidity on both side ends of the skirt portions 8, 9. That is, the rigidity on the apron portions 11 and 12 side can be made substantially uniform in the piston axial direction. That is, since the lower end portions 16b and 17b side of each connecting portion 10 are free ends (free state), if the same thickness as the upper end portions 16a and 17b side, these stiffnesses are the upper end portions 16a, Lower than the 17a side. Therefore, by gradually increasing the thickness from the upper end portions 16a, 17a toward the lower end portions 16b, 17b, the rigidity is uniformized as a whole.

この結果、各スカート部8,9のシリンダ壁面3に対する面圧が均一化して接触面圧を低減させることができ、これによってフリクションを効果的に低減することが可能になる。   As a result, the surface pressure of the skirt portions 8 and 9 with respect to the cylinder wall surface 3 can be made uniform to reduce the contact surface pressure, thereby effectively reducing friction.

また、前記各連結部位10の内周部16の下端部16b内面に、それぞれ肉盛部18を一体に設けたことから、前記両スカート部8,9の下端部側の剛性が高くなる。つまり、前述のように、各スカート部8,9の下端部9bは、フリーな状態にあることから、上端部9aに比較して剛性が低下し易くなるが、各肉盛部18によって前述した各連結部位10の下端部16b、17b側の高剛性化と相俟って下端部9bの剛性が高くなり、スカート部8,9全体の剛性をさらに均一化することができる。   Further, since the built-up portion 18 is integrally provided on the inner surface of the lower end portion 16b of the inner peripheral portion 16 of each connecting portion 10, the rigidity on the lower end side of both the skirt portions 8 and 9 is increased. That is, as described above, since the lower end portion 9b of each skirt portion 8 and 9 is in a free state, the rigidity is likely to be lower than that of the upper end portion 9a. The rigidity of the lower end portion 9b is increased in combination with the increase in rigidity of the lower end portions 16b and 17b of each connecting portion 10, and the rigidity of the entire skirt portions 8 and 9 can be further uniformized.

これによって、各スカート部8,9のシリンダ壁面3に対する接触面積が上下部位で均一化して、フリクションを低減化することが可能になる。   As a result, the contact areas of the skirt portions 8 and 9 with respect to the cylinder wall surface 3 are made uniform at the upper and lower portions, and the friction can be reduced.

図8に示すグラフは、膨張行程時においてシリンダ壁面3に当接する同一荷重条件下で、スラスト側スカート部の上端部と下端部間の位置と、この位置に対応したスラスト側スカート部の変形量を、本実施形態のピストン1(実線)と従来のピストン(破線)を実験により比較した結果を示したものである。   The graph shown in FIG. 8 shows the position between the upper end and the lower end of the thrust side skirt and the amount of deformation of the thrust side skirt corresponding to this position under the same load condition that contacts the cylinder wall surface 3 during the expansion stroke. The result of having compared the piston 1 (solid line) of this embodiment with the conventional piston (broken line) by experiment is shown.

これをみると、前記従来のピストンでは、上端部側よりも下端部側の変形量が急激に大きくなるが、本実施形態のピストン1では、上端部から僅かに下がった位置や最下端側で変形量が僅かに大きくなるものの、全体としては変形量が小さくなっていることが明らかである。   As can be seen from the above, in the conventional piston, the amount of deformation on the lower end side is larger than that on the upper end side. However, in the piston 1 of the present embodiment, the position is slightly lowered from the upper end portion or at the lowermost end side. Although the amount of deformation is slightly increased, it is clear that the amount of deformation is small as a whole.

これは、本実施形態では、前述した各連結部位10の特異な円弧形状や肉厚構造及び肉盛部18の存在などによって、スラスト側スカート部8全体の剛性が均一化したことによるものである。   This is because in the present embodiment, the rigidity of the thrust side skirt portion 8 as a whole is uniformized due to the unique arc shape and thickness structure of each connecting portion 10 and the presence of the built-up portion 18. .

図9は本実施形態のピストン1と従来のピストンの数値解析により求めた摩擦力の時間履歴を示している。横軸がクランク角、縦軸が摩擦力を表しており、波形の振幅が大きいほど摩擦力が大きい。   FIG. 9 shows a time history of the frictional force obtained by numerical analysis of the piston 1 of the present embodiment and the conventional piston. The horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the friction force. The greater the amplitude of the waveform, the greater the friction force.

この図から明らかなように、本実施形態のピストン1(実線)は、従来のピストン(破線)よりも行程中の摩擦力が低くなり、特にクランク角0〜90°付近でその傾向が顕著になっている。これは、前述した本実施形態のピストン1の特異な構造によるものである。   As is clear from this figure, the piston 1 (solid line) of the present embodiment has a lower frictional force during the stroke than the conventional piston (broken line), and this tendency is particularly prominent around the crank angle of 0 to 90 °. It has become. This is due to the unique structure of the piston 1 of the present embodiment described above.

〔第2実施形態〕
図10及び図11は第2実施形態を示し、この実施形態では、スラスト側スカート部8と反スラスト側スカート部9が、ピストン1の軸心を中心として左右非対称形状に形成され、反スラスト側スカート9の円周方向の長さXがスラスト側スカート部8の円周方向長さX1よりも短く設定されている。これは、スラスト側スカート部8よりも反スラスト側スカート部9の方がシリンダ壁面3に対する当接荷重が小さいことから、その当接面積を小さく設定したものである。
[Second Embodiment]
10 and 11 show a second embodiment. In this embodiment, the thrust side skirt portion 8 and the anti-thrust side skirt portion 9 are formed in an asymmetric shape about the axis of the piston 1, and the anti-thrust side is shown. The circumferential length X of the skirt 9 is set to be shorter than the circumferential length X1 of the thrust side skirt portion 8. This is because the contact load on the cylinder wall surface 3 is smaller in the anti-thrust side skirt portion 9 than in the thrust side skirt portion 8, and therefore the contact area is set smaller.

また、前記各連結部位10の曲率半径は、スラスト側スカート部8の両側端側では第1実施形態と同じに設定されているが、反スラスト側スカート部9の両側端側の各連結部位10a、10aでは、スラスト側スカート部8側の各連結部位10、10よりも小さくなっている。   Further, the radius of curvature of each connecting portion 10 is set to be the same as that of the first embodiment on both side ends of the thrust side skirt portion 8, but each connecting portion 10 a on both side ends of the anti-thrust side skirt portion 9. In 10a, it is smaller than each connection part 10 and 10 by the side of the thrust side skirt part 8. FIG.

さらに、前記肉盛部18も、前記第1実施形態と同じに設定されたスラスト側スカート部8側の肉盛部18a、18aよりも反スラスト側スカート部9の肉盛部18b、18bの方がその肉厚や円周方向の長さが小さく設定されている。   Further, the build-up portion 18 is also formed in the direction of the build-up portions 18b and 18b of the anti-thrust side skirt portion 9 rather than the build-up portions 18a and 18a on the thrust side skirt portion 8 side set in the same manner as the first embodiment. However, its thickness and circumferential length are set small.

但し、前記両エプロン部11,12の湾曲形状は、第1実施形態と同じである。   However, the curved shapes of the two apron portions 11 and 12 are the same as those in the first embodiment.

したがって、この実施形態によれば、第1実施形態と同じ作用効果が得られると共に、シリンダ壁面3に対する当接荷重に応じて反スラスト側の構造を小さくしたことによって、ピストン1全体の軽量化を促進できる。   Therefore, according to this embodiment, the same operation effect as the first embodiment can be obtained, and the structure on the anti-thrust side is reduced according to the contact load on the cylinder wall surface 3, thereby reducing the weight of the entire piston 1. Can promote.

〔第3実施形態〕
図12〜図14は第3実施形態を示し、第1、第2実施形態の基本構造を前提として、前記各エプロン部11,12は、外方へ僅かに湾曲形成されていると共に、ピストン1の軸方向に沿って傾斜させずにほぼ垂直に形成したものである。つまり、第1実施形態のものとは異なり、縦断面ハ字形状の袴状ではなく両エプロン部11,12はほぼ平行に形成されている。
[Third Embodiment]
12 to 14 show a third embodiment. On the premise of the basic structure of the first and second embodiments, the apron portions 11 and 12 are slightly curved outward and the piston 1 It is formed substantially vertically without being inclined along the axial direction. In other words, unlike the first embodiment, the apron portions 11 and 12 are formed substantially in parallel, not in the shape of a bowl having a vertical cross section.

また、前記各連結部位10は、外周部17側の曲率半径が上下方向で変化することなくほぼ同一に形成されている一方、内周部16側の曲率半径が上端部16aから下端部16bに渡って漸次大きくなるように形成されている。   In addition, each of the connecting portions 10 is formed substantially the same so that the radius of curvature on the outer peripheral portion 17 side does not change in the vertical direction, while the radius of curvature on the inner peripheral portion 16 side changes from the upper end portion 16a to the lower end portion 16b. It is formed so as to become gradually larger.

したがって、この実施形態では、前記エプロン部11,12の湾曲形状によってばね力が発揮されることは第1実施形態と同様であるが、特に各連結部位10は、外周部17では曲率半径が上下方向で殆ど変化なく、内周部16の上下方向で大きく変化するようになっていることから、剛性が低下し易い下端部の肉厚が上端部よりも十分に大きくなって、スカート部8,9全体の剛性の均一化を促進できる。   Therefore, in this embodiment, the spring force is exerted by the curved shape of the apron parts 11 and 12 as in the first embodiment. The thickness of the lower end portion, which is likely to be lowered in rigidity, is sufficiently larger than the upper end portion, so that the skirt portion 8, 9 The uniformity of the rigidity of the whole can be promoted.

よって、エプロン部11,12のばね作用及び各連結部位10のばね作用と、該各連結部位10の肉厚変化によって各スカート部8,9の剛性の偏りを抑制できることによって、該各スカート部8,9のシリンダ壁面3に対する面圧の偏りを十分に抑制することができる。   Therefore, the bias of rigidity of each skirt part 8 and 9 can be suppressed by the spring action of the apron parts 11 and 12 and the spring action of each connection part 10 and the change in the thickness of each connection part 10. , 9 can be sufficiently suppressed from being biased against the cylinder wall surface 3.

さらに、前記各エプロン部11,12を、湾曲形状ではなくほぼ平坦状に形成することも可能である。これによって、各スカート部8,9がシリンダ壁面3に圧接した際に、各エプロン部11,12でのばね作用はほとんど働かず、もっぱら各連結部位10でのばね作用が働くことになる。   Further, the apron portions 11 and 12 can be formed in a substantially flat shape instead of a curved shape. As a result, when the skirt portions 8 and 9 are brought into pressure contact with the cylinder wall surface 3, the spring action at the apron portions 11 and 12 hardly works, and the spring action at the connection portions 10 works exclusively.

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記連結部位10は、圧接荷重が大きくなるスラスト側スカート部8側のみ形成することも可能である。   The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, the connecting portion 10 can be formed only on the thrust side skirt portion 8 side where the pressure contact load increases.

また、前記各連結部位10は、円弧状に形成することなく、例えば、面取り状のR形状であってもよい。   Moreover, each said connection site | part 10 may be chamfered R shape, for example, without forming in circular arc shape.

また、各スカート部8,9の外周面に、シリンダ壁面3とのフリクションを低減させるための、低摩擦材をコーティングすることも可能である。   Moreover, it is also possible to coat the outer peripheral surfaces of the skirt portions 8 and 9 with a low friction material for reducing friction with the cylinder wall surface 3.

さらに、ピストンの材質もアルミニウムだけではなく、鉄やマグネシウムなど様々な金属を採用することが可能である。   Furthermore, the material of the piston is not limited to aluminum, and various metals such as iron and magnesium can be employed.

また、本発明のピストンを、V型、W型などの種々の内燃機関に適用することが可能であり、さらに単気筒型や多気筒型など種々の内燃機関に適用することが可能である。   Further, the piston of the present invention can be applied to various internal combustion engines such as a V type and a W type, and can be applied to various internal combustion engines such as a single cylinder type and a multi-cylinder type.

1…ピストン
2…シリンダブロック
3…シリンダ壁面
4…燃焼室
5…ピストンピン
7…冠部
7a…冠面
8…スラスト側スカート部
9…反スラスト側スカート部
10(10a、10b)…連結部位
11・12…エプロン部
13・14…ピンボス部
13a、14a…ピン孔
16…内周部
17…外周部
18…肉盛部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston 2 ... Cylinder block 3 ... Cylinder wall surface 4 ... Combustion chamber 5 ... Piston pin 7 ... Crown part 7a ... Crown surface 8 ... Thrust side skirt part 9 ... Anti-thrust side skirt part 10 (10a, 10b) ... Connection part 11 12 apron part 13 14 pin boss part 13a, 14a pin hole 16 inner peripheral part 17 outer peripheral part 18 overlaying part

Claims (2)

燃焼室を画成する冠部と、該冠部に一体に設けられ、シリンダ壁面に摺動するスラスト側と反スラスト側の一対の円弧状のスカート部と、該各スカート部の周方向の両側端に連結部位を介して連結され、ピンボスを有する一対のエプロン部と、を備えた内燃機関のピストンであって、
前記各連結部位は、内周部と外周部が円周方向に沿って円弧状に形成されていると共に、前記内周部と外周部の円弧幅の長さが前記冠部側から下端部側に向かって大きくなるように形成され、かつ、前記内周部の円弧幅の長さの変化率が、前記外周部の円弧幅の長さの変化率よりも大きくなるように形成されていると共に、肉厚がピストン軸方向の前記冠部側から下端部側に向かって漸次厚くなるように形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
A crown that defines a combustion chamber; a pair of arc-shaped skirts that are provided integrally with the crown and slide on the cylinder wall surface; and a pair of arc-shaped skirts on the opposite side of the thrust side; A piston of an internal combustion engine comprising a pair of apron parts coupled to ends via a coupling part and having pin bosses,
As for each said connection site | part, while an inner peripheral part and an outer peripheral part are formed in circular arc shape along the circumferential direction, the length of the circular arc width of the said inner peripheral part and an outer peripheral part is a lower end part side from the said crown part side. And the rate of change in the length of the arc width of the inner peripheral portion is larger than the rate of change in the length of the arc width of the outer peripheral portion. a piston for an internal combustion engine, characterized in that the wall thickness is formed to be gradually thicker toward the lower end side from the crown side of the piston axis.
前記一対のエプロン部は、前記各スカート部よりも大きな曲率半径で外側に膨らんだ湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のピストン。   2. The piston of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the pair of apron portions are formed in a curved shape that bulges outward with a larger radius of curvature than the skirt portions.
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