JPH10246330A - Piston for internal combustion engine - Google Patents

Piston for internal combustion engine

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Publication number
JPH10246330A
JPH10246330A JP5207997A JP5207997A JPH10246330A JP H10246330 A JPH10246330 A JP H10246330A JP 5207997 A JP5207997 A JP 5207997A JP 5207997 A JP5207997 A JP 5207997A JP H10246330 A JPH10246330 A JP H10246330A
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JP
Japan
Prior art keywords
piston
pin
stress
pin boss
hole
Prior art date
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Pending
Application number
JP5207997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Kawasaki
昌美 川崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH10246330A publication Critical patent/JPH10246330A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the occurrence of crack and breakage in a pin boss part by adding compression stress to the vicinity of an inner end face of a pin boss as residual stress in a piston for internal combustion engine in which a small end part of a connecting rod is connected with the pin boss formed in a piston main body through a piston pin. SOLUTION: A piston 10 is integrally molded by using aluminum alloy and has a pair of pin bosses 22 in which a pin hole 23 which passes through a central part of a piston main body part 20 is formed in the central part thereof. It is connected with a small end part 24 at an upper end of a connecting rod 16 by a piston pin 21 which passes through the pin hole 23. That is, a bush 19 is fitted in a mounting hole 25 formed in the small end part 24, and then the piston pin 21 passes through it. In this case, a stress application part 30 due to the machining which crushes the unevenness on a surface by pressing a roll against an inner wall of the hole is provided in a stress concentration part A positioned in an upper face part of the pin boss 22 and at a position close to this stress concentration part A to prevent the occurrence of crack and breakage in a pin boss part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用ピストン
に係り、特にピンボスとコネクティングロッドの嵌合孔
とにピストンピンを嵌挿させることによりピストン本体
をコネクティングロッドに連結支持させる構成の内燃機
関用ピストンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine having a structure in which a piston body is connected and supported to a connecting rod by inserting a piston pin into a pin boss and a fitting hole of a connecting rod. Regarding pistons.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機
関におけるピストンは、ピストン本体に形成されたピン
ボスと、コネクティングロッドの小端部に形成された嵌
合孔とにピストンピンを嵌挿させて連結支持した構造と
なっている。ところで、従来のピストンに形成されたピ
ンボスには、機関作動時にピストン上面に作用する爆発
圧力がピストン上面側のピンボス上面に集中応力として
作用し、ピンボス上面の面圧が過大となり、最悪の場合
には亀裂破損が発生するおそれがある。
2. Description of the Related Art In general, a piston in an internal combustion engine such as a diesel engine is connected and supported by inserting a piston pin into a pin boss formed in a piston body and a fitting hole formed in a small end of a connecting rod. It has a structure. By the way, on the pin boss formed on the conventional piston, the explosion pressure acting on the piston upper surface when the engine is operating acts as concentrated stress on the pin boss upper surface on the piston upper surface side, and the surface pressure on the pin boss upper surface becomes excessive, and in the worst case, May cause crack breakage.

【0003】即ち、従来のピンボス部は、ピストン上面
と略平行に加工されていたため、ピストン上面に機関作
動時における爆発圧力が作用した場合、ピストンピンに
は少なからず曲げと楕円変形を伴い、この結果ピンボス
内壁面には過大応力が集中し、これによりピンボス部に
亀裂破損が生じるという問題点があった。そこで、この
亀裂対策の手段として、例えは、実開昭61−5354
1号公報に開示されているように、ピンボスの内壁面を
ピストン中心側に向かって円弧状に形成した内燃機関ピ
ストンが提案されている。
That is, since the conventional pin boss portion is machined substantially parallel to the upper surface of the piston, when an explosion pressure is applied to the upper surface of the piston during operation of the engine, the piston pin is subjected to considerable bending and elliptical deformation. As a result, excessive stress is concentrated on the inner wall surface of the pin boss, and there is a problem in that crack breakage occurs in the pin boss portion. Therefore, as a means for preventing cracks, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-5354
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 1 (Kokai) No. 1 (KOKAI), there has been proposed an internal combustion engine piston in which the inner wall surface of a pin boss is formed in an arc shape toward the center of the piston.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の実開昭61−5
3541号公報に開示された内燃機関ピストンによれ
ば、ピンボスの内壁面をピストン中心側に向かって円弧
状に切削加工したため、爆発圧力がピストンに作用しピ
ストンピンに変形が発生することにより、ピストンピン
は円弧状に加工されたピンボスの内壁面と密着した状態
となる。これにより、集中応力は平均化し、よってピン
ボス部に亀裂破損が発生することを防止することができ
る。
Problems to be Solved by the Invention
According to the internal combustion engine piston disclosed in Japanese Patent No. 3541, the inner wall surface of the pin boss is cut in an arc shape toward the center of the piston, so that the explosion pressure acts on the piston and the piston pin is deformed. The pin comes into close contact with the inner wall surface of the pin boss processed into an arc shape. As a result, the concentrated stress is averaged, so that it is possible to prevent the pin boss from being cracked.

【0005】しかるに、上記したピストン構造ではピス
トン本体の加工性が低下してしまう。即ち、周知のよう
にピンボスはピストン本体に貫通形成される孔である。
よって、このように孔であるピンボスの内壁面をピスト
ン中心側に向かって円弧状に形成する切削加工は非常に
困難となる。よって、所望する曲率の円弧形成を精度よ
く形成することができないという問題点がある。
[0005] However, with the above-described piston structure, the workability of the piston body is reduced. That is, as is well known, the pin boss is a hole formed through the piston body.
Therefore, it is very difficult to form the inner wall surface of the pin boss, which is a hole, in an arc toward the center of the piston. Therefore, there is a problem that an arc having a desired curvature cannot be formed with high accuracy.

【0006】その結果、円弧の曲率が大きくなってしま
った場合には、集中応力を十分に平均化することができ
ずピンボス内壁面に過大応力が発生してしまう。また、
逆に円弧の曲率が小さくなってしまった場合には、爆発
圧力が作用した状態においてもピンボスとピストンピン
との間に間隙が生じた状態となり、応力を受ける面積が
小さくなり結果的に集中応力を十分に平均化することが
できなくなってしまう。
As a result, when the curvature of the arc becomes large, the concentrated stress cannot be sufficiently averaged, and an excessive stress is generated on the inner wall surface of the pin boss. Also,
Conversely, if the curvature of the arc becomes smaller, a gap is created between the pin boss and the piston pin even when the explosion pressure is applied, and the area receiving the stress becomes smaller, resulting in a reduced concentrated stress. It cannot be averaged sufficiently.

【0007】本発明は上記の点に鑑みてなさたれもので
あり、ピンボス内側端面近傍に圧縮応力を残留応力とし
て付加することにより、ピンボス部に亀裂破損が発生す
ることを防止した内燃機関用ピストンを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and a piston for an internal combustion engine in which a crack is prevented from being generated in a pin boss portion by applying a compressive stress as a residual stress in the vicinity of an inner end face of the pin boss. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、下記の手段を講じたことを特徴とする
ものである。請求項1記載の発明では、ピストン本体に
形成されたピンボスと、コネクティングロッドの小端部
に形成された嵌合孔とにピストンピンを嵌挿させること
により、前記ピストン本体を前記コネクティングロッド
に連結支持させる構成とされた内燃機関用ピストンにお
いて、前記ピンボス内側端面近傍に、圧縮応力を残留応
力として付加した構成としたことを特徴とするものであ
る。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means. According to the first aspect of the present invention, the piston body is connected to the connecting rod by inserting a piston pin into a pin boss formed in the piston body and a fitting hole formed in a small end portion of the connecting rod. An internal combustion engine piston configured to be supported is characterized in that a compression stress is added as a residual stress in the vicinity of the inner end face of the pin boss.

【0009】また、請求項2記載の発明では、前記請求
項1記載の内燃機関用ピストンにおいて、前記圧縮応力
をショットピーニングを用いて付加したことを特徴とす
るものである。上記の各手段は、次にように作用する。
According to a second aspect of the present invention, in the piston for an internal combustion engine according to the first aspect, the compressive stress is applied by using shot peening. Each of the above means operates as follows.

【0010】請求項1記載の発明によれば、ピンボス内
側端面近傍に圧縮応力を残留応力として付加したことに
より、ピンボス内側端面近傍における耐引っ張り応力を
低減することができ、よってピンボス部に亀裂破損が発
生することを防止することができる。また、ピンボスの
形状を円弧状等に切削加工するする必要がなくなるため
加工性は向上し、よって内燃機関用ピストンの生産性を
向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the compressive stress is applied as a residual stress in the vicinity of the inner end face of the pin boss, so that the tensile stress in the vicinity of the inner end face of the pin boss can be reduced. Can be prevented from occurring. Further, since it is not necessary to cut the pin boss into an arc shape or the like, the workability is improved, and thus the productivity of the piston for the internal combustion engine can be improved.

【0011】また、請求項2記載の発明によれば、圧縮
応力をショットピーニングを用いて付加したことによ
り、孔構造とされたピンボス内側端面に確実に圧縮応力
を印加させることができる。また、ピンボスがテーパ面
を有した構成とされていても、確実にピンボス内側端面
に圧縮応力を印加させることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the compressive stress is applied by using shot peening, the compressive stress can be reliably applied to the inner end surface of the pin boss having the hole structure. Further, even if the pin boss has a tapered surface, it is possible to reliably apply a compressive stress to the inner end surface of the pin boss.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面と共に説明する。図1乃至図4は本発明の第1実施例
である内燃機関用ピストン10(以下、単にピストンと
いう)を示している。図1はピストン10のピンボスの
軸線に沿った断面図であり、図2はピストン10のピン
ボスの軸線に直交する方向に沿った断面図であり、図3
はピストン10のコンロッドへの取付構造を示す分解斜
視図であり、更に図4はピストン10の部分切截した斜
視図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show a piston 10 for an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as a piston) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the axis of the pin boss of the piston 10, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the axis of the pin boss of the piston 10, and FIG.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing an attachment structure of the piston 10 to the connecting rod, and FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of the piston 10.

【0013】ピストン10はアルミ合金等の軽量合金か
ら一体に鋳造された部材である。このピストン10は、
そのピストン本体部20の燃焼室側となる上端部分にピ
ストンヘッド12を備えている。ピストンヘッド12の
外周面には、複数の環状のリング溝14が形成されてい
る。そして、このリング溝14に図示しないピストンリ
ングを装着することにより、ピストン10は燃焼室との
気密性を保ちつつシリンダ内を摺動しうる構成となって
いる。また、ピストンヘッド12の下部には、1対のス
カート18が対向するよう設けられている。このスカー
ト18は、ピストンヘッド12の外周に沿って下方に向
け延出するよう形成されている。
The piston 10 is a member integrally cast from a lightweight alloy such as an aluminum alloy. This piston 10
A piston head 12 is provided at an upper end portion of the piston main body 20 on the combustion chamber side. A plurality of annular ring grooves 14 are formed on the outer peripheral surface of the piston head 12. By mounting a piston ring (not shown) in the ring groove 14, the piston 10 can slide in the cylinder while maintaining airtightness with the combustion chamber. Further, a pair of skirts 18 are provided below the piston head 12 so as to face each other. The skirt 18 is formed so as to extend downward along the outer periphery of the piston head 12.

【0014】一方、ピストン本体部20の中央部には一
対のピンボス22が形成されており、この一対のピンボ
ス22の間には後述するコネクティングロッド16が介
装される空間部17が形成されている。また、ピンボス
22には、その中央部分を貫通するピン孔23が形成さ
れている。このピン孔23には、後述するようにピスト
ンピン21が嵌入される。
On the other hand, a pair of pin bosses 22 is formed at the center of the piston body 20, and a space 17 in which a connecting rod 16 described later is interposed is formed between the pair of pin bosses 22. I have. Further, the pin boss 22 is formed with a pin hole 23 penetrating the central portion thereof. The piston pin 21 is inserted into the pin hole 23 as described later.

【0015】尚、本実施例では、ピン孔23の内径寸法
は全範囲にわたり同一寸法とされているが、ピン孔23
の内径寸法を内側から外側に向け漸次拡がるよう形成し
てもよい。このように、ピン孔23を内側から外側に向
け漸次拡がるテーパ面を有した形状とすることにより、
上記した従来技術と同様に集中応力を平均化することが
でき、よって亀裂破損の発生を防止することができる。
In this embodiment, the inner diameter of the pin hole 23 is the same over the entire range.
May be formed so that the inner diameter of the is gradually increased from the inside toward the outside. Thus, by forming the pin hole 23 into a shape having a tapered surface that gradually expands from the inside to the outside,
As in the above-described prior art, the concentrated stress can be averaged, so that the occurrence of crack breakage can be prevented.

【0016】上記構成とされたピストン10は、コネク
ティングロッド16に取り付けられる。以下、ピストン
10のコネクティングロッド16への取付構造について
説明する。コネクティングロッド16はその上部に小端
部24を有しており、この小端部24には取付孔25が
形成されている。この取付孔25にはブッシュ19が嵌
入された上で、ピストンピン21が挿通される。また、
コネクティングロッド16の下部には大端部26が設け
られている。この大端部26はベアリングキャッブ28
と協働してクランクシャフトに設けられたクランクピン
(図示せず)の軸受けを構成するものである。このベア
リングキャッブ28は、ボルト29により大端部26と
締結される。
The piston 10 having the above structure is attached to a connecting rod 16. Hereinafter, a structure for attaching the piston 10 to the connecting rod 16 will be described. The connecting rod 16 has a small end 24 at an upper portion thereof, and a mounting hole 25 is formed in the small end 24. After the bush 19 is fitted into the mounting hole 25, the piston pin 21 is inserted therethrough. Also,
A large end 26 is provided below the connecting rod 16. This large end 26 is a bearing cab 28
And a bearing for a crankpin (not shown) provided on the crankshaft. The bearing cab 28 is fastened to the large end 26 by a bolt 29.

【0017】ピストン10をコネクティングロッド16
に取り付けるには、先ずコネクティングロッド16の小
端部24をピストン10に形成された空間部17に介装
する。そして、この介装状態において、小端部24の取
付孔25とピン孔23とが同軸的となるよう位置決めす
る。そして、この状態を維持しつつピストンピン21を
小端部24及びピンボス22に嵌入する。これにより、
ピストン10はコネクティングロッド16に取り付けら
れる。
The piston 10 is connected to a connecting rod 16
First, the small end 24 of the connecting rod 16 is interposed in the space 17 formed in the piston 10. In this interposed state, the positioning is performed so that the mounting hole 25 of the small end portion 24 and the pin hole 23 are coaxial. Then, the piston pin 21 is fitted into the small end portion 24 and the pin boss 22 while maintaining this state. This allows
The piston 10 is attached to a connecting rod 16.

【0018】上記構成において、機関作動時にピストン
ヘッド12に爆発圧力が作用すると、ピストン10はシ
リンダボア内を下方に向け付勢され、この爆発圧力はピ
ストンピン21を介してコネクティングロッド16に伝
達される。また、コネクティングロッド16はクランク
シャフトに接続されているため、上記爆発圧力によりク
ランクシャフトは回転付勢され、これにより爆発圧力を
クランクシャフトの回転力に変換することができる。
In the above configuration, when an explosion pressure acts on the piston head 12 during operation of the engine, the piston 10 is urged downward in the cylinder bore, and this explosion pressure is transmitted to the connecting rod 16 via the piston pin 21. . Further, since the connecting rod 16 is connected to the crankshaft, the crankshaft is rotationally urged by the explosion pressure, whereby the explosion pressure can be converted into the rotational force of the crankshaft.

【0019】ここで、上記のように機関作動時にピスト
ンヘッド12の上面に爆発圧力が作用した場合におけ
る、ピストンピン21に作用する各種力の関係に注目す
る。いま、爆発圧力をF1(図1に矢印で示す)とする
と、一対のピンボス22を介して爆発圧力F1はピスト
ンピン21に印加される。この際、各ピンボス22は、
爆発圧力F1の略半分の印加力F2(F2≒F1/2:
図1に矢印で示す)にてピストンピン21の両側部分を
下方向に向け押圧する。また、ピストンピン21の中央
部はコネクティングロッド16とも接続されており、ピ
ストンピン21の中央部にはコネクティングロッド16
からの反力F3(F3≒F1)が上方向に向け作用す
る。
Here, attention is paid to the relationship between various forces acting on the piston pin 21 when the explosion pressure acts on the upper surface of the piston head 12 during the operation of the engine as described above. Now, assuming that the explosion pressure is F1 (indicated by an arrow in FIG. 1), the explosion pressure F1 is applied to the piston pin 21 via the pair of pin bosses 22. At this time, each pin boss 22
An applied force F2 (F2 ≒ F1 / 2) that is approximately half of the explosion pressure F1
(Indicated by an arrow in FIG. 1), the both sides of the piston pin 21 are pressed downward. The center of the piston pin 21 is also connected to the connecting rod 16, and the center of the piston pin 21 is connected to the connecting rod 16.
The reaction force F3 (F3 ≒ F1) acts upward.

【0020】このように、ピストンヘッド12の上面に
爆発圧力が作用した場合、ピストンピン21の両側部分
に下方向に向け爆発圧力F2が作用し、その反力F3が
中央部分に作用することにより、ピストンピン21は図
1に一点鎖線で示すように曲げ変形が発生する(図で
は、理解を容易とするため変形の様子を誇張して図示し
ている)。このため、各ピンボス22の上面部分、特に
ピンボス22の上面の内側端部(図1に矢印Aで示す位
置:以下、応力集中部という)において応力が集中して
しまい、従来ではこの応力集中部Aから亀裂破損が発生
することが多かった。
As described above, when the explosion pressure acts on the upper surface of the piston head 12, the explosion pressure F2 acts on both sides of the piston pin 21 downward and the reaction force F3 acts on the central portion. The bending deformation of the piston pin 21 occurs as shown by a dashed line in FIG. 1 (the state of the deformation is exaggerated in the figure for easy understanding). For this reason, stress concentrates on the upper surface portion of each pin boss 22, especially on the inner end portion of the upper surface of the pin boss 22 (the position indicated by arrow A in FIG. 1; hereinafter, referred to as a stress concentration portion). A often caused crack damage.

【0021】そこで、本実施例ではピンボス22の内側
端面近傍に、圧縮応力を残留応力として付加した構成と
した。以下、この圧縮応力を残留応力として付加した部
位を応力印加部30といい、図には応力印加部30を梨
地で示す。図1及び図2に示されるように、本実施例で
は応力印加部30をピンボス22の上面部に位置する応
力集中部A、及びこの応力集中部Aに近い位置に設けて
いる。この応力印加部30をピンボス22に形成するた
めには、ピン孔23の内部よりピンボス22に圧縮応力
を印加する必要がある。このように、ピン孔23の内部
よりピンボス22に圧縮応力を印加する方法としては、
例えばロールバニッシュ加工が考えられる。
Therefore, in this embodiment, a structure is adopted in which a compressive stress is applied as a residual stress in the vicinity of the inner end face of the pin boss 22. Hereinafter, a portion where the compressive stress is added as the residual stress is referred to as a stress applying portion 30, and the stress applying portion 30 is shown in a matte pattern in the figure. As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, the stress applying unit 30 is provided at a stress concentration portion A located on the upper surface of the pin boss 22 and at a position close to the stress concentration portion A. In order to form the stress applying section 30 on the pin boss 22, it is necessary to apply a compressive stress to the pin boss 22 from inside the pin hole 23. As described above, a method of applying a compressive stress to the pin boss 22 from the inside of the pin hole 23 is as follows.
For example, roll burnishing is conceivable.

【0022】このロールバニッシュ加工は孔の内面仕上
げ加工に用いられるものであり、ロールを孔内壁に押圧
することにより表面の凹凸を潰し、これにより表面粗さ
の向上を図る加工法である。このように、ロールバニッ
シュ加工はロールにより孔内壁に押圧する加工であるた
め、この押圧力により孔の内壁部分に圧縮応力を残留応
力として付加することができる。
This roll burnishing is used for finishing the inner surface of a hole, and is a method of pressing a roll against the inner wall of the hole to crush the unevenness of the surface, thereby improving the surface roughness. As described above, since the roll burnishing is a process of pressing the inner wall of the hole by the roll, a compressive stress can be applied to the inner wall of the hole as a residual stress by the pressing force.

【0023】本実施例のように、ピンボス22に形成さ
れるピン孔23の径寸法が均一である場合には、ロール
バニッシュ加工により所望の圧縮応力をピンボス22に
付与することができる。しかるに、ピン孔23の内径寸
法を内側から外側に向け漸次拡がるよう形成し集中応力
の平均化を図る構成では、ロールバニッシュ加工を用い
ることはできない。これは、ロールバニッシュ加工は同
一の径寸法を有した孔に対してのみ適用できる加工方法
であるからである。
When the diameter of the pin hole 23 formed in the pin boss 22 is uniform as in this embodiment, a desired compressive stress can be applied to the pin boss 22 by roll burnishing. However, in a configuration in which the inner diameter of the pin hole 23 is formed so as to gradually expand from the inside to the outside to average the concentrated stress, roll burnishing cannot be used. This is because the roll burnishing is a processing method applicable only to holes having the same diameter.

【0024】そこで、ピン孔23の内部よりピンボス2
2に圧縮応力を印加する他の方法として、ショットピー
ニングが考えられる。ショットピーニングは、ショット
(鋼粒)を空圧または遠心力にて加速し、これを加工表
面に衝突させることにより圧縮応力を印加する方法であ
る。本実施例に係るショットピーニングでは、空圧によ
り先端部からショットを噴射しうる例えばノズル状のシ
ョットガンを用い、このショットガンをピン孔23の内
部に挿入し、ピンボス22の上面部に位置する応力集中
部A、及びこの応力集中部Aに近い位置にショットを衝
突させることにより圧縮応力を印加する方法を作用し
た。
Therefore, the pin boss 2 is inserted from inside the pin hole 23.
Shot peening can be considered as another method of applying a compressive stress to No. 2. Shot peening is a method of applying a compressive stress by accelerating a shot (steel grain) by pneumatic or centrifugal force and colliding it with a processing surface. In the shot peening according to the present embodiment, for example, a shotgun in the form of a nozzle capable of injecting a shot from the tip by air pressure is used, and this shotgun is inserted into the pin hole 23 and located on the upper surface of the pin boss 22. A method of applying a compressive stress by colliding a shot with the stress concentration portion A and a position close to the stress concentration portion A was applied.

【0025】このように、圧縮応力を残留応力として付
加する手段としてショットピーニングを用いることによ
り、所望する部位に容易に圧縮応力を付加することがで
き、かつ付加する圧縮応力の大きさも空圧,ショットの
種類,噴射時間等を適宜選定することにより容易に制御
することができる。更に、被加工部分の形状に拘わらず
圧縮応力を付加できるため、上記したテーパ面を有する
ピン孔23が形成されたピンボス22に対しても確実か
つ容易に圧縮応力を付加することができる。
As described above, by using shot peening as a means for applying the compressive stress as a residual stress, the compressive stress can be easily applied to a desired portion. It can be easily controlled by appropriately selecting the type of shot, the injection time, and the like. Further, since compressive stress can be applied regardless of the shape of the portion to be processed, compressive stress can be reliably and easily applied to the pin boss 22 having the above-described pin hole 23 having a tapered surface.

【0026】続いて、上記のようにピンボス22の上面
部に位置する応力集中部A、及びこの応力集中部Aに近
い位置に応力印加部30を設けたことによる作用効果に
ついて、図5を用いて説明する。図5は、ピストン10
の応力疲労限度線図を示している。同図において、縦軸
は応力振幅であり、横軸は平均応力を示している。特に
横軸において、原点Oより右側部分は平均引張応力であ
り、原点Oより左部分は平均圧縮応力である。また、同
図に実線で示すのがピストン10の応力疲労限度線であ
る。従って、引張及び圧縮応力をこの実線で囲まれる領
域内に設定することにより、ピストン10に亀裂が発生
することを抑制することができる。特に、引張応力は一
般に圧縮応力はより小さいため、引張応力を上記領域内
に設定することによりピストン10に亀裂が発生するこ
とを抑制することができる。
Next, the effect of providing the stress concentration portion A located on the upper surface portion of the pin boss 22 as described above and the stress application portion 30 at a position close to the stress concentration portion A will be described with reference to FIG. Will be explained. FIG.
FIG. 2 shows a stress fatigue limit diagram of the present invention. In the figure, the vertical axis represents the stress amplitude, and the horizontal axis represents the average stress. In particular, on the horizontal axis, the portion on the right side of the origin O is the average tensile stress, and the portion on the left side of the origin O is the average compressive stress. The solid line in FIG. 3 is the stress fatigue limit line of the piston 10. Therefore, by setting the tensile and compressive stresses in the region surrounded by the solid line, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the piston 10. In particular, since the tensile stress is generally smaller than the compressive stress, by setting the tensile stress in the above range, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the piston 10.

【0027】そこで、先ず応力印加部30を設けない従
来構成のピストンの引張応力特性に注目する。応力印加
部30を設けない、換言すると圧縮応力を残留応力とし
て付加していない構成のピストンでは、爆発圧力により
印加される応力に耐えうる引張応力(以下、これを耐引
張力という)の大きさは、原点O1 を起点とする図中一
点鎖線で示す線分の長さE1として示される。
Therefore, attention is first paid to the tensile stress characteristics of the conventional piston without the stress applying section 30. In a piston having no stress applying unit 30, in other words, a structure in which a compressive stress is not added as a residual stress, a magnitude of a tensile stress (hereinafter, referred to as a tensile strength) that can withstand a stress applied by an explosion pressure. It is indicated at the origin O 1 as the length E1 of a line indicated by a chain line in the drawing as a starting point.

【0028】これに対し、本実施例に係るピストン10
のように、応力印加部30を設けた構成では、耐引張力
の大きさは原点O1 より左側(圧縮応力側)にずれた点
2を起点とする図中二点鎖線で示す線分の長さE2と
して示される。この起点O1とO2 との差分Δσは、応
力印加部30を設けることによりピストン10に付加し
た圧縮応力(残留応力)の大きさと対応する。
On the other hand, the piston 10 according to the present embodiment
In the configuration in which the stress applying unit 30 is provided as described above, the magnitude of the tensile strength is represented by a two-dot chain line starting from a point O 2 shifted to the left (compressive stress side) from the origin O 1 . Is shown as length E2. The difference Δσ between the starting points O 1 and O 2 corresponds to the magnitude of the compressive stress (residual stress) applied to the piston 10 by providing the stress applying unit 30.

【0029】ここで、従来における耐引張力の大きさE
1と、本実施例に係るピストン10の耐引張力の大きさ
E2とを比べると、本実施例に係るピストン10の耐引
張力E2の方が、従来の耐引張力E1に対して大きくな
っている(E2>E1)。従って、図5に示される結果
より、従来構成のピストンに比べて本実施例に係るピス
トン10の方が、爆発圧力印加時にピストン10に亀裂
が発生することを抑制することができることが証明され
た。
Here, the magnitude of the conventional tensile strength E
1 and the magnitude E2 of the tensile strength of the piston 10 according to the present embodiment, the tensile strength E2 of the piston 10 according to the present embodiment is larger than the conventional tensile strength E1. (E2> E1). Therefore, the result shown in FIG. 5 proves that the piston 10 according to the present embodiment can suppress the generation of cracks in the piston 10 when the explosion pressure is applied, as compared with the conventional piston. .

【0030】図6は、本発明の第2実施例であるピスト
ン10Aを示している。尚、図6において、図1乃至図
4を用いて説明した第1実施例に係るピストン10と同
一構成については同一符号を付して、その説明を省略す
る。本実施例に係るピストン10Aは、ピンボス22の
上面部に位置する応力集中部Aにテーパ面31を形成し
たことを特徴とするものである。このテーパ面31の傾
斜角度は、前記したように爆発圧力がピストン10Aの
ピストンヘッド12に印加されることによりピストンピ
ン21が変形した際、この変形したピストンピン21の
略全面がテーパ面31と当接する角度に選定されてい
る。これにより、爆発圧力の印加時においてピストンピ
ン21爆はピンボス22の内壁面と広く密着した状態と
なり、よって応力は平均化するためピストン10Aに亀
裂破損が発生することを防止することができる。
FIG. 6 shows a piston 10A according to a second embodiment of the present invention. 6, the same components as those of the piston 10 according to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The piston 10A according to the present embodiment is characterized in that a tapered surface 31 is formed in a stress concentration portion A located on the upper surface of the pin boss 22. As described above, when the piston pin 21 is deformed by the application of the explosion pressure to the piston head 12 of the piston 10A as described above, substantially the entire surface of the deformed piston pin 21 becomes the tapered surface 31. The contact angle is selected. Thereby, when the explosion pressure is applied, the piston pin 21 explosion comes into close contact with the inner wall surface of the pin boss 22, and the stress is averaged, so that it is possible to prevent the piston 10A from cracking.

【0031】また、本実施例においても、ピンボス22
の上面部に位置する応力集中部A及びこの応力集中部A
に近い位置にショットピーニングを実施することによ
り、応力印加部30が形成されている。よって、第1実
施例で説明したと同様の理由によりピストン10Aに亀
裂破損が発生することを防止することができる。一方、
本実施例では、上記したテーパ面31の形成をショット
ピーニングを利用して形成したことも特徴としている。
即ち、本実施例ではテーパ面31の形成を応力印加部3
0の形成と同時に行う構成とている。前記したように、
ショットピーニングでは、ショットの強さを空圧,ショ
ットの種類,噴射時間等を適宜選定することにより制御
することができる。また、ショットの噴射位置もショッ
トガンのピン孔23への挿入深さを調整うることにより
容易に位置決めすることができる。よって、テーパ面3
1の形成位置においては、ショットを強く噴射させるこ
と等により、容易にテーパ面31を形成することができ
る。
Also in this embodiment, the pin boss 22
Concentrated portion A located on the upper surface of
The stress applying unit 30 is formed by performing shot peening at a position close to. Therefore, it is possible to prevent the piston 10A from being cracked for the same reason as described in the first embodiment. on the other hand,
The present embodiment is also characterized in that the above-described tapered surface 31 is formed by using shot peening.
That is, in the present embodiment, the formation of the tapered surface 31 is
0 is formed at the same time. As mentioned above,
In shot peening, the strength of the shot can be controlled by appropriately selecting the air pressure, the type of shot, the injection time, and the like. In addition, the shot ejection position can be easily determined by adjusting the insertion depth of the shot gun into the pin hole 23. Therefore, the tapered surface 3
At the formation position 1, the tapered surface 31 can be easily formed by, for example, injecting a shot strongly.

【0032】尚、上記した実施例では、本願発明を内燃
機関用ピストンに適用した例を示したが、本願発明は軸
部が応力を受ける軸受け構造に対して広く適用が可能な
ものである。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a piston for an internal combustion engine has been described. However, the present invention can be widely applied to a bearing structure in which a shaft portion receives stress.

【0033】[0033]

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、下記の種々
の効果を実現することができる。請求項1記載の発明に
よれば、ピンボス内側端面近傍における耐引っ張り応力
を低減することができ、よってピンボス部に亀裂破損が
発生することを防止することができる。また、ピンボス
の形状を円弧状等に切削加工するする必要がなくなるた
め、内燃機関用ピストンの生産性を向上させることがで
きる。
According to the present invention as described above, the following various effects can be realized. According to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce the tensile stress in the vicinity of the inner end surface of the pin boss, thereby preventing the pin boss from being cracked. Further, since it is not necessary to cut the pin boss into an arc shape or the like, the productivity of the piston for the internal combustion engine can be improved.

【0034】また、請求項2記載の発明によれば、孔構
造とされたピンボス内側端面に確実に圧縮応力を印加さ
せることができ、またピンボスがテーパ面を有した構成
とされていても、確実にピンボス内側端面に圧縮応力を
印加させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the compressive stress can be reliably applied to the inner end face of the pin boss having the hole structure, and even if the pin boss has a tapered surface, Compressive stress can be reliably applied to the inner end surface of the pin boss.

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

【図1】本発明の第1実施例であるピストンのピンボス
の軸線に沿った断面図である。
FIG. 1 is a sectional view taken along an axis of a pin boss of a piston according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例であるピストンのピンボス
の軸線に直交する方向に沿った断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to an axis of a pin boss of a piston according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例であるピストンのコンロッ
ドへの取付構造を示す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a structure for attaching a piston to a connecting rod according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例であるピストンの部分切截
した斜視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a piston according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例であるピストンの応力疲労
限度線図である。
FIG. 5 is a stress fatigue limit diagram of the piston according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2実施例であるピストンのピンボス
の軸線に直交する方向に沿った断面図である。
FIG. 6 is a sectional view taken along a direction perpendicular to an axis of a pin boss of a piston according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ピストン 12 ピストンヘッド 16 コンロッド 19 ブッシュ 20 ピストン本体部 22 ピンボス 23 ピン穴 24 小端部 25 取付孔 26 大端部 28 ベアリングキャップ 30 応力印加部 31 テーパ面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piston 12 Piston head 16 Connecting rod 19 Bush 20 Piston main body 22 Pin boss 23 Pin hole 24 Small end 25 Mounting hole 26 Large end 28 Bearing cap 30 Stress applying part 31 Tapered surface

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストン本体に形成されたピンボスと、
コネクティングロッドの小端部に形成された嵌合孔とに
ピストンピンを嵌挿させることにより、前記ピストン本
体を前記コネクティングロッドに連結支持させる構成と
された内燃機関用ピストンにおいて、 前記ピンボス内側端面近傍に、圧縮応力を残留応力とし
て付加した構成としたことを特徴とする内燃機関用ピス
トン。
A pin boss formed on a piston body;
An internal combustion engine piston configured to connect and support the piston body to the connecting rod by inserting a piston pin into a fitting hole formed at a small end of the connecting rod, wherein the vicinity of the inner end surface of the pin boss A piston for an internal combustion engine, wherein a compression stress is added as a residual stress.
【請求項2】 請求項1記載の内燃機関用ピストンにお
いて、 前記圧縮応力をショットピーニングを用いて付加したこ
とを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said compressive stress is applied by using shot peening.
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