JPH07189806A - Piston for internal combustion engine - Google Patents

Piston for internal combustion engine

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JPH07189806A
JPH07189806A JP5334481A JP33448193A JPH07189806A JP H07189806 A JPH07189806 A JP H07189806A JP 5334481 A JP5334481 A JP 5334481A JP 33448193 A JP33448193 A JP 33448193A JP H07189806 A JPH07189806 A JP H07189806A
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internal combustion
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Abstract

PURPOSE:To provide a piston provided with a cavity, by which the most suitable combustion chamber can be formed during the operation of an engine, for an internal combustion engine. CONSTITUTION:In a piston provided with a cavity 2, which is opened on the top face of the piston 1 and constitutes a part of a combustion chamber in the operation of an engine, for an internal combustion engine, the cavity 2 is formed so that its opening diameter is large (D1) in the piston pin direction and is small (D1'a) in the direction perpendicular to the piston pin during the non-operation, while the predetermined opening shape is provided during the operation. The cavity 2 is provided with a lip part 2a in the opening circumference, while a constraining member strut extending from a skirt, part 6 of the piston to the lip part 2a of the cavity 2 is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストン、
特にピストンヘッドに燃焼室の一部を構成するキャビテ
ィを有する内燃機関のピストンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a piston for an internal combustion engine,
In particular, the present invention relates to a piston of an internal combustion engine having a piston head having a cavity forming a part of a combustion chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関、例えばディーゼルエンジン、
においては、ピストンヘッドに略円形の断面を持つ、あ
るいは、球形のキャビティを設け、燃焼室の一部を構成
することが行われている(例えば、実開平2−1442
3号公報参照)。図4は、そのような技術の一つである
スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン構造の一
例を示す平面図、正面のA−A断面図および側面のB−
B断面図であり、図中、1はピストンヘッド、2はキャ
ビティ、3はピンボス、4はピン穴、5はリングランド
および溝、6はスカート部、7は拘束部材ストラットで
ある。
2. Description of the Related Art Internal combustion engines, such as diesel engines,
In the above, the piston head has a substantially circular cross section or is provided with a spherical cavity to form a part of the combustion chamber (for example, the actual open flat plate 2-1442).
(See Japanese Patent Publication No. 3). FIG. 4 is a plan view showing an example of a piston structure having a combustion chamber with a squish lip, which is one of such techniques, a sectional view taken along the line AA of the front surface, and a sectional view taken along the line B- of the side surface.
1 is a cross-sectional view of B, in which 1 is a piston head, 2 is a cavity, 3 is a pin boss, 4 is a pin hole, 5 is a ring land and a groove, 6 is a skirt portion, and 7 is a restraint member strut.

【0003】キャビティ2は、ピストンヘッド1の上面
内方に椀状に切り込むように形成されており、キャビテ
ィ開口部2aはキャビティ2の最大径部よりもピストン
中央部に向けて突き出して、圧縮時に混合気にスキッシ
ュを効果的に発生させるためのスキッシュリップを構成
している。通常、このキャビティ2は、断面が略真円形
の椀状をしており、開口部すなわちリップ部2aの直径
(あるいは内径)D1と最大径部の直径(あるいは外
径)D2 との比率をリエンドランド率とし、突き出し量
をPとすれば、リエンドランド率あるいは突き出し量P
が全方向において一定とされている。すなわち、キャビ
ティ2は、内燃機関の不作動時においては、歪みのない
椀形状となるように形成されている。
The cavity 2 is formed so as to be cut inward in the upper surface of the piston head 1 in a bowl shape. The cavity opening 2a projects toward the center of the piston more than the maximum diameter portion of the cavity 2 during compression. The squish lip is configured to effectively generate squish in the mixture. Usually, the cavity 2 has a bowl shape with a substantially circular cross section, and the ratio of the diameter (or inner diameter) D 1 of the opening or lip 2a to the diameter (or outer diameter) D 2 of the maximum diameter portion. Is the re-end land rate and the protrusion amount is P, the re-end land rate or the protrusion amount P
Is constant in all directions. That is, the cavity 2 is formed so as to have a bowl shape without distortion when the internal combustion engine is not operating.

【0004】スカート部6は、ピストンの姿勢を規制す
るために設けられているが、燃焼熱により熱膨張する
と、摩擦が増える。特に、ピストン材料のアルミ合金は
熱膨張率が比較的大きく、その抑制は重要である。拘束
部材ストラット7は、スカート部6に鋳込みにより埋め
込まれている環状の鋼板であり、スカート部6の歪みや
熱膨張を抑制し、剛性を増大させる。図5は、拘束部材
ストラット7の一例の外観を示す斜視図であり、ピスト
ンのスカート部6に埋め込まれる環状ベルト部分71と
ピストンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部
分72とから構成されている。
The skirt portion 6 is provided to regulate the posture of the piston. However, when the skirt portion 6 is thermally expanded by combustion heat, friction increases. In particular, aluminum alloy as a piston material has a relatively large coefficient of thermal expansion, and its suppression is important. The restraint member strut 7 is an annular steel plate embedded in the skirt portion 6 by casting, and suppresses distortion and thermal expansion of the skirt portion 6 and increases rigidity. FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of an example of the restraint member strut 7, which is composed of an annular belt portion 71 embedded in the skirt portion 6 of the piston and a flat portion 72 having a pin hole corresponding to the piston pin bearing portion. ing.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
ピストンは、燃焼時の強力な爆発ガス圧を受けて、変形
を繰り返している。図6は、上述したスキッシュリップ
付き燃焼室を有するピストンの変形とピストン内部に生
じる応力を説明するための説明図である。ピストンはピ
ストンピンにより支持されているために、ガス圧により
下方の力を受けると、図示されているように、ピン方向
部位において引張応力、ピン方向に垂直なスラストおよ
び反スラスト方向部位において圧縮応力がかかり、誇張
して図示されているように、ピストンヘッド1の上部が
スラストおよび反スラスト方向に拡大しつつ、下方に歪
むこととなり、これに応じて、キャビティ2の形状も変
形し、したがって、燃焼時には、燃焼室の開口部直径D
1 はピン方向が短径、スラスト方向が長径の楕円形状に
なることとなる。
By the way, the piston of the internal combustion engine is repeatedly deformed by receiving a strong explosive gas pressure during combustion. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the deformation of the piston having the combustion chamber with the squish lip and the stress generated inside the piston. Since the piston is supported by the piston pin, when a downward force is exerted by gas pressure, as shown in the figure, tensile stress is generated in the pin direction portion, thrust perpendicular to the pin direction and compressive stress in the anti-thrust direction portion. As shown in an exaggerated manner, the upper part of the piston head 1 expands in the thrust and anti-thrust directions and is distorted downward, and accordingly, the shape of the cavity 2 is also deformed, and accordingly, During combustion, the diameter D of the opening of the combustion chamber
1 has an elliptical shape with a minor axis in the pin direction and a major axis in the thrust direction.

【0006】更に、この場合、ピン方向部位は、ピスト
ンの作動時にピストンピンとの摩擦により生じた摩擦熱
がピンボス3の熱容量によって蓄積されることから、温
度が高くなり、そのために、ピン方向のリップ部2aは
スラスト方向のものより変形が大きくなる。すなわち、
燃焼時には、ピン方向に比較して、スラストおよび反ス
ラスト方向の突き出し量Pが少なくなるので、不均等な
燃焼室となって目的とする燃焼室形状にならず、燃焼悪
化を招くという問題がある。また、上記した熱および機
械的応力により、キャビティ2のリップ部2aに亀裂が
生じる恐れがあった。
Further, in this case, since the frictional heat generated by the friction with the piston pin during the operation of the piston is accumulated by the heat capacity of the pin boss 3 in this case, the temperature becomes high, and therefore the lip in the pin direction is increased. The deformation of the portion 2a is larger than that in the thrust direction. That is,
At the time of combustion, the thrust amount P in the thrust and anti-thrust directions becomes smaller than in the pin direction, so that the combustion chambers become uneven and the desired shape of the combustion chamber is not obtained, resulting in deterioration of combustion. . Further, the heat and mechanical stress described above may cause cracks in the lip portion 2a of the cavity 2.

【0007】そこで、本発明は、機関の作動時に最適な
燃焼室を形成することのできるキャビティを有する内燃
機関のピストンを提供することを目的とする。具体的に
は、本発明は、機関の作動時に最適な形状となるように
決定された開口形状を持つキャビティを有する内燃機関
のピストンを提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a piston for an internal combustion engine having a cavity capable of forming an optimum combustion chamber when the engine operates. Specifically, it is an object of the present invention to provide a piston of an internal combustion engine having a cavity having an opening shape determined to have an optimum shape when the engine operates.

【0008】また、本発明は、機関の作動時に最適な燃
焼室を形成するように補強されたキャビティを有する内
燃機関のピストンを提供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a piston for an internal combustion engine having a cavity reinforced so as to form an optimum combustion chamber when the engine operates.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
ピストンは、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の
運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内
燃機関のピストンにおいて、キャビティの開口径が、非
運転時においてピストンピンの方向に大きく、かつ、ピ
ストンピンに垂直な方向に小さく形成され、運転時にお
いて所定の開口形状となるように構成される。
A piston of an internal combustion engine according to the present invention is a piston of an internal combustion engine having a cavity which is provided on the top surface of the piston and which forms a part of a combustion chamber during operation of the engine. Has an opening diameter that is large in the direction of the piston pin when not in operation and small in the direction perpendicular to the piston pin, and has a predetermined opening shape during operation.

【0010】また、本発明による内燃機関のピストン
は、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の運転時に
燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内燃機関の
ピストンであって、キャビティが開口周縁にリップ部を
有しており、そして、ピストンのスカート部からキャビ
ティのリップ部まで延在するように設けられた拘束部材
ストラットを更に備えるように構成される。
A piston for an internal combustion engine according to the present invention is a piston for an internal combustion engine which has a cavity which is provided on the top surface of the piston and which forms a part of a combustion chamber when the engine is in operation. It has a lip on its periphery and is further configured to include a restraint strut adapted to extend from the skirt of the piston to the lip of the cavity.

【0011】[0011]

【作用】上記した構成によれば、機関の運転時すなわち
燃焼時に、ピストンが受ける変形および熱膨張がピスト
ンピン軸方向とスラスト方向とで異なるにもかかわら
ず、予めそれを見込んでキャビティの開口形状を設計す
ることにより、あるいは、リップ部を補強して変形を少
なくすることにより、キャビティ、したがって、燃焼室
を所定の形状となるようにすることができる。
According to the above-described structure, even though the deformation and thermal expansion of the piston are different between the axial direction of the piston pin and the thrust direction during operation of the engine, that is, during combustion, the opening shape of the cavity should be estimated in advance. The cavity, and thus the combustion chamber, can be shaped into a predetermined shape, either by designing or by reinforcing the lip to reduce deformation.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、本発明による内燃機関のピストンの
第1の実施例の構造を示す平面図、正面のA−A断面図
および側面のB−B断面図であり、図中、前述した図4
におけると同様に、1はピストンヘッド、2はキャビテ
ィ、3はピンボス、4はピン穴、5はリングランドおよ
び溝、6はスカート部である。なお、拘束部材ストラッ
トは特に図示していないが、通常のものでよい。本実施
例においては、キャビティ2の上述した燃焼時の変形を
考慮して、キャビティ2のリエンドランド率をピン方向
とスラスト方向とで異ならせておく。すなわち、図示さ
れているように、キャビティ2の開口形状が、ピン方向
が長径D1 、スラスト方向が短径D1’となる楕円形状
に形成される。換言すれば、ピン方向の突き出し量をP
2 、スラスト方向の突き出し量をP1 として、機関の不
動作時にP1 >P2 であり、燃焼時にP1 ≒P2 となる
ようにキャビティ2の形状を設計する。
1 is a plan view showing the structure of a first embodiment of a piston for an internal combustion engine according to the present invention, a front sectional view taken along the line AA and a side sectional view taken along the line BB. Figure 4
1 is a piston head, 2 is a cavity, 3 is a pin boss, 4 is a pin hole, 5 is a ring land and a groove, and 6 is a skirt portion. The restraint member strut is not particularly shown, but may be a normal strut. In the present embodiment, the reend land ratio of the cavity 2 is made different in the pin direction and the thrust direction in consideration of the above-described deformation of the cavity 2 during combustion. That is, as shown in the drawing, the opening shape of the cavity 2 is formed into an elliptical shape having a major axis D 1 in the pin direction and a minor axis D 1 ′ in the thrust direction. In other words, the protrusion amount in the pin direction is P
2, the P 1 a projecting amount of the thrust direction, a P 1> P 2 when not in operation of the engine, to design the shape of the cavity 2 such that the P 1 ≒ P 2 during combustion.

【0013】本実施例によれば、燃焼時にリップ部の突
き出し量Pが各方向で均等となることから、ピストンの
熱分布が均等になり、ピストンの熱バランスが良好とな
り、その結果、機関の燃焼性および信頼性が向上する。
また、ピストンヘッドの頂面およびランド部のクリアラ
ンスを均等にすることができるので、無駄な容積を減少
することができる。更に、熱分布が均等になることか
ら、ピストンの姿勢が改善され、摩擦を低減することが
できる。加えて、リップ部が燃焼時に均等な形状となる
ことから、リップ部の強度を増す結果となる。
According to the present embodiment, since the protrusion amount P of the lip portion becomes uniform in each direction during combustion, the heat distribution of the piston becomes uniform and the heat balance of the piston becomes good. As a result, the engine Flammability and reliability are improved.
Further, since the clearances of the top surface of the piston head and the lands can be made uniform, it is possible to reduce unnecessary volume. Furthermore, since the heat distribution becomes uniform, the posture of the piston is improved and friction can be reduced. In addition, since the lip has a uniform shape during combustion, the strength of the lip is increased.

【0014】図2は、本発明による内燃機関のピストン
の第2の実施例の構造を示す平面図、正面のA−A断面
図および側面のB−B断面図である。本実施例において
は、ピストンヘッド1、キャビティ2、ピンボス3、リ
ングランドおよび溝5、スカート部6等のピストンの形
状および構造は、図4に示されている従来のものと同等
であるが、拘束部材ストラット7’が、スカート部6の
みでなく、ピストンヘッド1、特に、キャビティ2の周
囲をも補強することができるように、ピストンヘッド頂
部まで延在するように連続して埋め込まれている。
FIG. 2 is a plan view showing a structure of a second embodiment of a piston of an internal combustion engine according to the present invention, a front sectional view taken along line AA and a side view taken along line BB. In the present embodiment, the shape and structure of the piston such as the piston head 1, the cavity 2, the pin boss 3, the ring land and the groove 5, and the skirt portion 6 are the same as those of the conventional one shown in FIG. The restraint strut 7'is continuously embedded so as to extend to the top of the piston head 1 so as to reinforce not only the skirt portion 6 but also the circumference of the piston head 1, particularly the cavity 2. .

【0015】図3は、本発明による内燃機関のピストン
に用いられる拘束部材ストラット7’の一例の外観を示
す斜視図である。この拘束部材ストラット7’は、ピス
トンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部分7
2’を有し、ピストンのスカート部6に埋め込まれる環
状壁部分71’と、それに連続して形成され、ピストン
のキャビティ2の周囲に埋め込まれ、そのリップ部2a
付近に対向する端縁穴を有する円錐状部分73とから構
成されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of an example of a restraint member strut 7'used in a piston of an internal combustion engine according to the present invention. The restraint strut 7'is a flat portion 7 having a pin hole corresponding to the piston pin bearing portion.
An annular wall portion 71 'having a 2', which is embedded in the skirt portion 6 of the piston, and formed continuously with it, embedded around the cavity 2 of the piston, the lip portion 2a of which
And a conical portion 73 having an edge hole facing each other in the vicinity.

【0016】本実施例によれば、ストラット7’が、ス
カート部6およびピンボス3の上部からリップ部2a付
近にまで延長して、鋳込まれているので、スカート部6
の補強に加えて、上述した燃焼時にキャビティ2のリッ
プ部2aが受ける機械的応力を緩和させることができ
る。このように、リップ部の剛性がストラットにより増
強されることとなり、これにより、燃焼時の爆発圧力に
よる変形を考慮することなく、非運転時のキャビティ開
口形状を決定することができる。
According to this embodiment, since the strut 7'is cast by being extended from the upper portion of the skirt portion 6 and the pin boss 3 to the vicinity of the lip portion 2a, the skirt portion 6'is formed.
In addition to the above reinforcement, the mechanical stress applied to the lip portion 2a of the cavity 2 at the time of the above-mentioned combustion can be relaxed. In this way, the rigidity of the lip portion is enhanced by the struts, which allows the cavity opening shape during non-operation to be determined without considering the deformation due to the explosion pressure during combustion.

【0017】また、本実施例によれば、ピストンの変形
が抑制され、ピストンの姿勢が改善されるので、摩擦が
低減し、機関の燃費が改善され、加えて、ピストンのフ
ラップ音が減少し、オイル消費が減少するという効果も
奏することができる。更に、燃焼室が鋼板によるストラ
ットによって包囲されているので、断熱作用が生じて、
燃焼を改善することができ、かつ、ピストンリングおよ
びランドへの放熱が少なくなることから、リングの位置
を上げ、ランドのクリアランスを詰めることができ、結
果として、クレビスボリュームを減少して、HCの低減
および機関性能の改善をもたらすことができるという副
次的効果もある。
Further, according to the present embodiment, since the deformation of the piston is suppressed and the posture of the piston is improved, the friction is reduced, the fuel consumption of the engine is improved, and the flap sound of the piston is reduced. The effect of reducing oil consumption can also be achieved. Furthermore, since the combustion chamber is surrounded by steel plate struts, heat insulation occurs,
Combustion can be improved, and the heat release to the piston ring and land is reduced, so the position of the ring can be raised and the clearance of the land can be reduced, resulting in a decrease in clevis volume and a reduction in HC There is also a side effect that it can lead to reductions and improved engine performance.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による内燃
機関のピストンによれば、燃焼時にピストンが受ける変
形および熱膨張がピストンピン軸方向とスラスト方向と
で異なるにもかかわらず、燃焼時すなわち機関運転時に
はキャビティ、したがって、燃焼室を所定の形状となる
ようにすることができ、それにより、機関の設計を容易
とするとともに、燃焼を改善し、高効率かつ長寿命の内
燃機関を得ることができる。
As described above, according to the piston of the internal combustion engine of the present invention, although the deformation and thermal expansion which the piston receives during combustion differ between the piston pin axial direction and the thrust direction, When the engine is in operation, the cavity, and hence the combustion chamber, can be made to have a predetermined shape, thereby facilitating the engine design, improving combustion, and obtaining an internal combustion engine with high efficiency and long life. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による内燃機関のピストンの第1の実施
例の構造を示す平面図、正面のA−A断面図および側面
のB−B断面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a structure of a first embodiment of a piston of an internal combustion engine according to the present invention, a front sectional view taken along the line AA and a side view taken along the line BB.

【図2】本発明による内燃機関のピストンの第2の実施
例の構造を示す平面図、正面のA−A断面図および側面
のB−B断面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a structure of a second embodiment of a piston of an internal combustion engine according to the present invention, a front sectional view taken along line AA and a side view taken along line BB.

【図3】本発明による内燃機関のピストンに用いられる
拘束部材ストラットの一例の外観を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an external appearance of an example of a restraint member strut used for a piston of an internal combustion engine according to the present invention.

【図4】スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン
構造の一例を示す平面図、正面のA−A断面図および側
面のB−B断面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a piston structure having a combustion chamber with a squish lip, a front AA sectional view and a side BB sectional view.

【図5】拘束部材ストラットの一例の外観を示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of an example of a restraint member strut.

【図6】スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン
の変形とピストン内部に生じる応力を説明するための説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining deformation of a piston having a combustion chamber with a squish lip and stress generated inside the piston.

【符号の説明】 1…ピストンヘッド 2…キャビティ 2a…リップ部 3…ピンボス 4…ピン穴 5…リングランドおよび溝 6…スカート部 7,7’…拘束部材ストラット[Explanation of reference numerals] 1 ... Piston head 2 ... Cavity 2a ... Lip portion 3 ... Pin boss 4 ... Pin hole 5 ... Ring land and groove 6 ... Skirt portion 7, 7 '... Restraining member strut

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストン頂面に開口して設けられ、機関
の運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する
内燃機関のピストンにおいて、 上記キャビティの開口径が、非運転時においてピストン
ピンの方向に大きく、かつ、該ピストンピンに垂直な方
向に小さく形成され、運転時において所定の開口形状と
なることを特徴とする内燃機関のピストン。
1. A piston of an internal combustion engine, which has a cavity which is opened on the top surface of the piston and forms a part of a combustion chamber when the engine is in operation, wherein the opening diameter of the cavity is such that A piston for an internal combustion engine, which is formed to be large in a direction and small in a direction perpendicular to the piston pin and has a predetermined opening shape during operation.
【請求項2】 ピストン頂面に開口して設けられ、機関
の運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する
内燃機関のピストンであって、 上記キャビティは開口周縁にリップ部を有しており、 上記ピストンのスカート部から上記キャビティのリップ
部まで延在するように設けられた拘束部材ストラットを
更に備えた内燃機関のピストン。
2. A piston for an internal combustion engine having a cavity which is provided on the top surface of the piston and which forms a part of a combustion chamber when the engine is in operation, wherein the cavity has a lip portion on an opening peripheral edge. A piston of an internal combustion engine further comprising a restraint member strut provided so as to extend from a skirt portion of the piston to a lip portion of the cavity.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014088863A (en) * 2012-10-31 2014-05-15 Isuzu Motors Ltd Internal combustion engine

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JP2014088863A (en) * 2012-10-31 2014-05-15 Isuzu Motors Ltd Internal combustion engine

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