JPH11200864A - Piston for four-cycle engine - Google Patents

Piston for four-cycle engine

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Publication number
JPH11200864A
JPH11200864A JP10035320A JP3532098A JPH11200864A JP H11200864 A JPH11200864 A JP H11200864A JP 10035320 A JP10035320 A JP 10035320A JP 3532098 A JP3532098 A JP 3532098A JP H11200864 A JPH11200864 A JP H11200864A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
recess
combustion
squish
head
Prior art date
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Pending
Application number
JP10035320A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshikatsu Koike
俊勝 小池
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.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Priority to JP10035320A priority Critical patent/JPH11200864A/en
Publication of JPH11200864A publication Critical patent/JPH11200864A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/48Tumble motion in gas movement in cylinder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston for a four-cycle engine wherein both a tumble flow and a squish flow can be generated by a device of piston shape. SOLUTION: In an upper surface of a disk-shaped head part 21, almost a spherical combustion recessed part 21a is hollowly provided, also a recessed part 21b, 21c for avoiding interference with an intake/ exhaust valve is hollowly provided, further, in a peripheral part in an upper surface of the head part 21, a squish part 21d of annular flat surface is formed, a ridge line A of the squish part 21d and the combustion recessed part 21a passes in the recessed part 21b, 21c.

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、4サイクルエンジ
ン用ピストンに関し、特にタンブル流及びスキッシュ流
の発生を容易にして燃焼性を改善できるようにしたピス
トンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for a four-stroke engine, and more particularly to a piston capable of easily generating a tumble flow and a squish flow so as to improve the combustibility.

【0002】[0002]

【従来の技術】4サイクルエンジンでは、シリンダボア
内に吸入した混合気流にタンブル(縦渦)を発生させる
ことにより燃焼性を改善できることが知られている。こ
のタンブル流を発生させるための構造として、従来か
ら、吸気ポートの形状をタンブル流の発生し易い形状に
設定する、吸気ポートにタンブル流を発生させるための
流動制御弁を設ける等各種の構造が提案されている。
2. Description of the Related Art In a four-stroke engine, it is known that the combustion characteristics can be improved by generating a tumble (longitudinal vortex) in a mixture flow sucked into a cylinder bore. Conventionally, as a structure for generating the tumble flow, various structures such as setting the shape of the intake port to a shape that easily generates the tumble flow, and providing a flow control valve for generating the tumble flow in the intake port are known. Proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の吸
気ポートの形状を特殊な形状としたり、タンブル流を発
生させるための流動制御弁を設ける構造の場合、構造が
複雑となり、コスト高になる問題がある。なお、ピスト
ンの形状の工夫によって燃焼性を改善するようにしたも
のもあったが十分な効果は得られていないのが実情であ
る。
However, in the case of the above-mentioned conventional intake port having a special shape or a structure in which a flow control valve for generating a tumble flow is provided, the structure becomes complicated and the cost increases. There is. In some cases, the combustibility is improved by devising the shape of the piston, but in reality, a sufficient effect has not been obtained.

【0004】また燃焼性を改善するには、上記タンブル
流以外にもスキッシュ流を発生させる等各種の方法が知
られているが、ピストン形状の工夫によってタンブル流
とスキッシュ流の両方を効率良く発生させることができ
るようにしたものは従来提案されていない。
[0004] In addition to the above-mentioned tumble flow, various methods such as generation of a squish flow are known to improve the combustibility. However, both the tumble flow and the squish flow are efficiently generated by devising a piston shape. There has not been proposed any device capable of causing the above.

【0005】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たもので、ピストン形状の工夫によってタンブル流及び
スキッシュ流の両方を発生させることができる4サイク
ルエンジン用ピストンを提供することを課題としてい
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and has as its object to provide a piston for a four-stroke engine capable of generating both a tumble flow and a squish flow by devising a piston shape. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、円盤
状のヘッド部21の上面に大略球面状の燃焼凹部21a
を凹設するとともに吸気,排気バルブとの干渉を回避す
るためのリセス部21b,21cを凹設し、さらに上記
ヘッド部21の上面の外周部に環状で平坦面をなすスキ
ッシュ部21dを形成し、該スキッシュ部21dと上記
燃焼凹部21aとの稜線Aが上記リセス部21b,21
c内を通過していることを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, a substantially spherical combustion recess 21a is formed on an upper surface of a disk-shaped head portion 21.
And recesses 21b and 21c for avoiding interference with the intake and exhaust valves are formed, and a squish portion 21d is formed in the outer peripheral portion of the upper surface of the head portion 21 as an annular flat surface. The ridge line A between the squish portion 21d and the combustion concave portion 21a is aligned with the recess portions 21b and 21.
c.

【0007】[0007]

【発明の作用効果】請求項1の発明によれば、吸気行程
において吸気弁10が開きピストン20が下降するとそ
れに伴って混合気が、吸気弁開口4dの特にシリンダ中
心側寄り部分を通ってシリンダボア7a内に吸入され、
シリンダボア7aの排気側内表面に沿ってシリンダ軸線
方向に流れる。そして本発明ではピストン20の上面の
中央部に球面状のピストン側燃焼凹部21aを凹設した
ので、上記シリンダ軸線方向に流れる混合気流が上記球
面状の燃焼凹部21aに沿って反転するように流れ、タ
ンブル流が発生し易い。
According to the first aspect of the present invention, when the intake valve 10 is opened and the piston 20 is lowered in the intake stroke, the air-fuel mixture is accordingly passed through the intake valve opening 4d, particularly, a portion closer to the cylinder center side. Inhaled into 7a,
It flows in the cylinder axial direction along the inner surface on the exhaust side of the cylinder bore 7a. In the present invention, the spherical piston-side combustion recess 21a is provided in the center of the upper surface of the piston 20, so that the air-fuel mixture flowing in the cylinder axis direction reverses along the spherical combustion recess 21a. And a tumble flow is likely to occur.

【0008】また圧縮行程においてピストン20が上昇
する場合においても、ピストン上面の球面状の燃焼凹部
21aにより上記発生したタンブル流が残留し易い。さ
らにまたピストン20の上昇に伴ってピストン側の燃焼
凹部21aとシリンダヘッド4側の燃焼凹部4bにより
燃焼室Bが形成されるのであるが、ピストン側の燃焼凹
部21aが球面形状をしていることから、ピストン上面
が平坦であったり上方に突出しているものに比べて上記
燃焼室B全体が球形状に近くなり、この点から圧縮行程
の終期においても上記タンブル流が残留する。
Further, even when the piston 20 rises in the compression stroke, the generated tumble flow is likely to remain due to the spherical combustion concave portion 21a on the upper surface of the piston. Further, as the piston 20 rises, the combustion chamber B is formed by the combustion recess 21a on the piston side and the combustion recess 4b on the cylinder head 4, but the combustion recess 21a on the piston has a spherical shape. As a result, the entire combustion chamber B becomes closer to a spherical shape than a piston whose top surface is flat or protrudes upward, and the tumble flow remains even at the end of the compression stroke from this point.

【0009】また本発明では、上記ピストン20のヘッ
ド部21の上面の外周部に環状で平坦面をなすスキッシ
ュ部21dを形成したので、圧縮行程の終期においては
上記ピストン20のスキッシュ部21dとシリンダヘッ
ド4のシリンダボディ側合面4aと面一をなす平坦面と
でシリンダボア外周部の混合気を中心側に押し出すスキ
ッシュ流が発生し易い。これらのスキッシュ流及び上記
タンブル流によって混合気の霧化が促進され、燃焼性が
向上してエンジン性能が向上する。
Further, in the present invention, the squish portion 21d, which is annular and has a flat surface, is formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the head portion 21 of the piston 20, so that the squish portion 21d of the piston 20 and the cylinder are closed at the end of the compression stroke. A squish flow that pushes the air-fuel mixture at the outer periphery of the cylinder bore toward the center is likely to be generated by the flat surface flush with the mating surface 4a of the head 4 on the cylinder body side. The atomization of the air-fuel mixture is promoted by the squish flow and the tumble flow, so that the combustibility is improved and the engine performance is improved.

【0010】ここでエンジン性能の向上を図るために、
燃焼室容積を小さくして圧縮比を高くすべくピストンの
上死点位置をシリンダヘッドの合面側に近接させたり、
高速回転時の吸入空気量を増大するために吸気行程と排
気行程とをオーバーラップさせることが行われている。
この場合、ピストンと吸気弁,排気弁との干渉を回避す
るためにピストン上面にリセス部を凹設することが知ら
れている。
Here, in order to improve the engine performance,
In order to reduce the volume of the combustion chamber and increase the compression ratio, the position of the top dead center of the piston is brought close to the mating side of the cylinder head,
In order to increase the amount of intake air at the time of high-speed rotation, an intake stroke and an exhaust stroke are overlapped.
In this case, it is known to form a recess on the upper surface of the piston in order to avoid interference between the piston and the intake and exhaust valves.

【0011】ところが上記リセス部はピストン上面に形
成された凹部であるから、上記タンブル流の発生に対し
てはこれを阻害するように作用する。そこで本発明で
は、上記球面状の燃焼凹部21aを、該凹部21aと上
記スキッシュ部21cとの稜線Aが上記リセス部21
b,21c内を通るように形成した。そのため該燃焼凹
部21aのリセス部における深さの分だけ上記リセス部
21b,21cの凹み深さが緩和され、その結果、リセ
ス部21b,21cによる上記タンブル流に対する阻害
作用が緩和される。
However, since the recess is a recess formed on the upper surface of the piston, the recess acts to inhibit the generation of the tumble flow. Therefore, in the present invention, the spherical combustion concave portion 21a is formed such that the ridge line A between the concave portion 21a and the squish portion 21c is formed in the recess portion 21a.
b, 21c. Therefore, the recess depth of the recess portions 21b and 21c is reduced by the depth of the recess portion of the combustion recess 21a, and as a result, the inhibitory effect of the recess portions 21b and 21c on the tumble flow is reduced.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図1〜図10は本発明の一実
施形態による4サイクルエンジン用鍛造ピストンを説明
するための図であり、図1は該ピストンを備えた4サイ
クルエンジンの断面側面図、図2は該ピストンの平面
図、図3は一部断面側面図、図4は断面側面図、図5は
一部断面底面図、図6,図7は模式図、図8,図9は鍛
造装置の断面模式図、図10は鍛造工程を説明するため
の模式図である。なお、本実施形態における前後左右と
は、エンジンを吸気側から見たときの前後左右の意味で
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 10 are views for explaining a forged piston for a four-cycle engine according to one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional side view of a four-cycle engine provided with the piston, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional side view, FIG. 5 is a partial cross-sectional bottom view, FIGS. 6 and 7 are schematic views, FIGS. 8 and 9 are schematic cross-sectional views of a forging apparatus, FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the forging process. It should be noted that the front, rear, left and right in the present embodiment mean front, rear, left and right when the engine is viewed from the intake side.

【0013】図1において、1は本実施形態ピストンを
備えた自動二輪車用エンジンである。該エンジン1は水
冷式並列4気筒5バルブエンジンであり、クランクケー
ス2上にシリンダボディ3,シリンダヘッド4を積層し
てヘッドボルト5で結合し、該シリンダヘッド4の上側
合面4gにヘッドカバー6を被せた概略構造を有し、ク
ランク軸を車幅方向に向けて車体フレームに搭載され
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a motorcycle engine provided with the piston according to the present embodiment. The engine 1 is a water-cooled parallel 4-cylinder 5-valve engine, in which a cylinder body 3 and a cylinder head 4 are stacked on a crankcase 2 and connected with a head bolt 5, and a head cover 6 is attached to an upper mating surface 4g of the cylinder head 4. And mounted on the body frame with the crankshaft directed in the vehicle width direction.

【0014】上記シリンダボディ3に圧入によりあるい
は鋳込みにより挿入配置されたシリンダライナ7のシリ
ンダボア7a内にはピストン20が摺動自在に挿入配置
されており、該ピストン20はコンロッド8により図示
しないクランク軸に連結されている。
A piston 20 is slidably inserted into a cylinder bore 7a of the cylinder liner 7 which is inserted into the cylinder body 3 by press fitting or casting. The piston 20 is connected to a crankshaft (not shown) by a connecting rod 8. It is connected to.

【0015】また上記シリンダヘッド4のシリンダボデ
ィ側合面4aには上記シリンダボア7a,ピストン20
の上面とで燃焼室Bを形成する略半球状のヘッド側燃焼
凹部4bが凹設されている。該燃焼凹部4bには2つの
排気弁開口4i,3つの吸気ポート4jが略シリンダボ
ア7aの外周に沿うように開口しており、該各開口4
i,4jはそれぞれ排気ポート4c,吸気ポート4dに
よりシリンダヘッド4の前側壁4e,後側壁4fに導出
されている。また上記燃焼凹部4bの略中央に点火プラ
グ29の電極が臨んでいる。さらにまた、図示していな
いが上記吸気ポート4dの外方接続開口4hには気化器
が接続されている。なお上記吸気ポート4dに燃料噴射
弁を装着し、吸気弁10の傘部10aの裏面に向けて燃
料を噴射するようにしても良い。
The cylinder bore 7a and the piston 20 are provided on the mating face 4a of the cylinder head 4 on the cylinder body side.
A substantially hemispherical head-side combustion recess 4b that forms a combustion chamber B with the upper surface of the combustion chamber B is provided. In the combustion recess 4b, two exhaust valve openings 4i and three intake ports 4j are opened substantially along the outer periphery of the cylinder bore 7a.
i and 4j are led to a front side wall 4e and a rear side wall 4f of the cylinder head 4 through an exhaust port 4c and an intake port 4d, respectively. The electrode of the ignition plug 29 faces substantially the center of the combustion recess 4b. Although not shown, a carburetor is connected to the outer connection opening 4h of the intake port 4d. A fuel injection valve may be attached to the intake port 4d to inject fuel toward the back surface of the head 10a of the intake valve 10.

【0016】上記排気ポート4c,吸気ポート4dの燃
焼室側開口4i,4jはそれぞれ2本の排気弁9,3本
の吸気弁10の傘部9a,10aにより開閉可能となっ
ており、該各排気弁9,各吸気弁10はバルブスプリン
グ11a,11bで閉方向に付勢されている。また上記
各排気弁9,吸気弁10は上端に装着されたバルブリフ
タ12a,12bを介して排気カム軸13a,吸気カム
軸13bで開閉駆動される。
The combustion chamber side openings 4i and 4j of the exhaust port 4c and the intake port 4d can be opened and closed by umbrella portions 9a and 10a of two exhaust valves 9 and three intake valves 10, respectively. The exhaust valve 9 and each intake valve 10 are urged in the closing direction by valve springs 11a and 11b. The exhaust valve 9 and the intake valve 10 are opened and closed by an exhaust camshaft 13a and an intake camshaft 13b via valve lifters 12a and 12b mounted on the upper end.

【0017】ここで、上記3本の吸気弁10のうち中央
の吸気弁は図1に示す左右の吸気弁10よりシリンダボ
ア軸線となす角度が小さくなるように、つまりより起立
させた状態に配置されている。これにより上記ヘッド側
燃焼凹部4bの表面形状をより球面形状に近づけるとと
もに、燃焼室容積を小さくして圧縮比を高めており、さ
らにまた後述するようにピストン頂面のリセス部の深さ
を浅くしている。
Here, the center intake valve of the three intake valves 10 is disposed so that the angle formed with the cylinder bore axis is smaller than that of the left and right intake valves 10 shown in FIG. ing. As a result, the surface shape of the head side combustion concave portion 4b is made closer to a spherical shape, the volume of the combustion chamber is reduced to increase the compression ratio, and the depth of the recess at the piston top surface is made shallow as described later. doing.

【0018】上記ピストン20は、略円盤状のヘッド部
21と、該ヘッド部21の下面の左右外側部分から下方
に一体に突設する左,右一対のピンボス部22a,22
bと、上記ヘッド部21の外周縁のピンボス部22a,
22b間部分から該ピンボス部22a,22bの下端よ
り下方まで一体に延びる前,後一対のスカート部23
a,23bとを備えたタイプのものである。
The piston 20 has a substantially disk-shaped head portion 21 and a pair of left and right pin boss portions 22a, 22 projecting downward integrally from right and left outer portions of the lower surface of the head portion 21.
b, a pin boss portion 22a on the outer peripheral edge of the head portion 21,
A pair of skirt portions 23 before and after extending integrally from the portion between the boss portions 22b to below the lower ends of the pin boss portions 22a, 22b.
a and 23b.

【0019】上記ヘッド部21の外周面には第1,第2
圧縮リング用リング溝21f,21f及びオイルリング
用リング溝21gが凹設されている。また上記ヘッド部
21の上面の中央部には大略球面状のピストン側燃焼凹
部21aが凹設されている。さらに上記ヘッド部21の
上面には、上記各排気弁9の傘部9aとの干渉を回避す
るための2つの排気側リセス部21b及び上記各吸気弁
10の傘部10aとの干渉を回避するための3つの吸気
側リセス部21cが大略半円形状に、かつ上記上面の外
周に沿って位置するように凹設されている。なお、21
jは上記オイルリング溝21gとピストン内部とを連通
するオイル孔である。
On the outer peripheral surface of the head portion 21, first and second
Ring grooves 21f, 21f for the compression ring and a ring groove 21g for the oil ring are recessed. A substantially spherical piston-side combustion recess 21a is provided in the center of the upper surface of the head 21. Furthermore, on the upper surface of the head portion 21, two exhaust-side recesses 21b for avoiding interference with the head portion 9a of each of the exhaust valves 9 and interference with the head portion 10a of each of the intake valves 10 are avoided. Are recessed so as to be substantially semicircular and located along the outer periphery of the upper surface. In addition, 21
j is an oil hole that communicates the oil ring groove 21g with the inside of the piston.

【0020】なお、21hは上記燃焼凹部21aの中央
部に突設された加工用捨てボスであり、これは鍛造成形
時に形成されたもので、ピストン外周面の機械加工時に
使用され、その後切削除去される。また21iは上記ピ
ストン側燃焼凹部21a上に刻印された排気方向示す矢
印である。
Reference numeral 21h denotes a processing boss protruding from the central portion of the combustion recess 21a, which is formed at the time of forging, is used at the time of machining the outer peripheral surface of the piston, and is thereafter cut and removed. Is done. 21i is an arrow indicating the exhaust direction stamped on the piston side combustion recess 21a.

【0021】さらにまた上記ヘッド部21の上面の外周
部(図2に交差する斜線を施した領域)には環状で平坦
面をなすスキッシュ部21dが形成されており、該スキ
ッシュ部21dと上記燃焼凹部21aとの稜線Aは上記
リセス部21b,21c内を通過している。ここで、上
記燃焼凹部21aを、稜線Aがリセス部21b,21c
を通る大きさに設定したことにより、該凹部21aのリ
セス部部分の深さの分だけ各リセス部21b,21cの
実質的なピストン上面からの凹み深さが浅くなってい
る。これにより後述するように、該リセス部によるタン
ブル流阻害作用が緩和される。
Further, an annular flat squish portion 21d is formed in the outer peripheral portion of the upper surface of the head portion 21 (the hatched region crossing in FIG. 2), and the squish portion 21d and the combustion portion are formed. The ridge line A with the concave portion 21a passes through the inside of the recess portions 21b and 21c. Here, the ridge line A is defined by the recesses 21b and 21c.
The recess depth of each of the recesses 21b and 21c from the upper surface of the piston is reduced by the depth of the recess of the recess 21a. Thereby, as described later, the tumble flow inhibiting action of the recess portion is reduced.

【0022】なお、上記シリンダヘッド4の上記ヘッド
側燃焼凹部4bの外周部の上記スキッシュ部21dに対
向する外周部分4kは、シリンダボディ側合面4aと面
一の平坦面をなしており、このようにピストン側及びシ
リンダヘッド側に平坦面を形成したことにより圧縮行程
の終期において混合気がシリンダボア中央側に押し出さ
れるように流れるスキッシュ流が発生する。
The outer peripheral portion 4k of the cylinder head 4 which is opposed to the squish portion 21d at the outer peripheral portion of the head side combustion concave portion 4b forms a flat surface flush with the cylinder body side mating surface 4a. By thus forming the flat surfaces on the piston side and the cylinder head side, a squish flow is generated at the end of the compression stroke so that the air-fuel mixture is pushed toward the center of the cylinder bore.

【0023】また上記左右のピンボス部22a,22b
にはクランク軸と平行にピストンピン穴25が貫通形成
されている。このピストンピン穴25の内周面の軸方向
左右両端部にはピストンピンの抜け止めを行うサークリ
ップ用溝25aが凹設されており、また該ピストン穴2
5の内周面上部には前後一対のオイル溝25bが軸方向
に貫通するように凹設されている。なお、25cは上記
サークリップを着脱する際の工具の逃げ溝、25dは鍛
造工程において押し出しシリンダ41の押し出しロッド
42が当接する座である。
The left and right pin boss portions 22a, 22b
Is formed with a piston pin hole 25 in parallel with the crankshaft. A circlip groove 25a for retaining the piston pin is formed in the left and right ends in the axial direction of the inner peripheral surface of the piston pin hole 25.
A pair of front and rear oil grooves 25b are formed in the upper portion of the inner peripheral surface of the inner peripheral surface 5 so as to penetrate in the axial direction. Reference numeral 25c denotes an escape groove of a tool for attaching and detaching the circlip, and reference numeral 25d denotes a seat to which the pushing rod 42 of the pushing cylinder 41 contacts in a forging process.

【0024】また上記前,後スカート部23a,23b
の左端部23c,23cと左側のピンボス部22aとは
前後一対の左側のリブ部24a,24aにより連結され
ており、また上記前,後スカート部23a,23bの右
端部23d,23dと右側のピンボス部22bとは前後
一対の右側のリブ部24b,24bにより連結されてい
る。これら左側,右側のリブ部24a,24bは上記ヘ
ッド部21の下面から下方に一体に延びている。
The front and rear skirt portions 23a and 23b
Of the front and rear skirts 23a and 23b and the right end of the front and rear skirts 23a and 23b and the right side of the pin boss 22a are connected to each other by a pair of left and right ribs 24a and 24a. The right and left rib portions 24b, 24b are connected to the portion 22b. These left and right rib portions 24a and 24b are integrally extended downward from the lower surface of the head portion 21.

【0025】上記リブ部24a,リブ部24bは軽量化
のために薄肉に形成されており、またその下端縁24c
の上記ピンボス部22a,22bとの接続部aからボス
側中間部bまでのボス側部分24dは、上記ピンボス部
22a,22bの下端縁と略同じ高さに位置し、ピスト
ン上面までの寸法はH1一定となっている。なお、該ボ
ス側部分24dを、上記寸法H1が上記ボス側中間部b
側ほど増加するように斜めに形成してもよい。
The ribs 24a and 24b are formed to be thin for weight reduction, and the lower edge 24c is formed.
The boss-side portion 24d from the connection portion a with the pin boss portions 22a and 22b to the boss-side intermediate portion b is located at substantially the same height as the lower edge of the pin boss portions 22a and 22b. H1 is constant. The boss-side portion 24d is defined as having the dimension H1 equal to the boss-side intermediate portion b.
It may be formed diagonally so as to increase toward the side.

【0026】また上記下端縁24cの上記ボス側部分2
4dに続く中央部分24fは略円弧の凹状に形成されて
おり、該中央部分24fの最も凹んでいる部分の上記ピ
ストン上面までの寸法はHo(<H1)となっている。
なお、上記中央部分24fの大部分はピストン上面まで
の寸法が上記ボス側部分24dより小さくなっている。
The boss side portion 2 of the lower edge 24c
The central portion 24f following 4d is formed in a substantially arcuate concave shape, and the dimension of the most concave portion of the central portion 24f up to the piston upper surface is Ho (<H1).
In addition, most of the central portion 24f has a dimension up to the piston upper surface smaller than the boss side portion 24d.

【0027】さらにまた上記各リブ部24a,24bの
下端縁24cの、上記スカート部23a,23bとの接
続部dからスカート側中間部cまでのスカート側部分2
4eは上記ボス側部分24dより下方に位置し、ピスト
ン上面までの寸法はH2(>H1)一定となっている。
なお、該スカート側部分24eを、上記寸法H2がスカ
ート側ほど増加するよう斜めに形成してもよい。
Further, the skirt side portion 2 of the lower edge 24c of each of the rib portions 24a, 24b from the connection portion d with the skirt portions 23a, 23b to the skirt side intermediate portion c.
4e is located below the boss side portion 24d, and the dimension up to the piston upper surface is constant H2 (> H1).
The skirt side portion 24e may be formed diagonally so that the dimension H2 increases toward the skirt.

【0028】図8は上記ピストン20を鍛造するための
プレス装置30を模式的に示している。同図において、
プレス装置30は、下部に配置固定された台盤31の上
面に下型32及びサイド金型33を保持する下型保持部
材34を配置固定し、上方に上型35を保持する上型保
持部材36をスライダ37の下面に固定して配置し、該
スライダ37を支柱38により上下移動可能に支持し、
該スライダ37を油圧シリンダ39のピストンロッド4
0で移動させるように構成されている。
FIG. 8 schematically shows a press device 30 for forging the piston 20. In the figure,
The press device 30 has a lower die holding member 34 that holds the lower die 32 and the side die 33 disposed on the upper surface of the base plate 31 that is disposed and fixed below, and an upper die holding member that holds the upper die 35 above. 36 is fixedly arranged on the lower surface of the slider 37, and the slider 37 is supported by a column 38 so as to be vertically movable,
The slider 37 is connected to the piston rod 4 of the hydraulic cylinder 39.
It is configured to move at zero.

【0029】上記サイド金型33は上記ピストン20の
外周面形状に対応した形状の型穴33aを有し、該型穴
33a内にピストン20の内面形状に対応した形状の型
面32aを有する上記下型32が嵌合配置されている。
ここで、上記下型32の型面32aの、上記リブ部の下
端縁24cに対応する部分は、上記ボス側部分24d,
中央部分24f,スカート側部分24eに対応した形状
部分32b,32c,32dを有している(図10参
照)。
The side mold 33 has a mold hole 33a having a shape corresponding to the outer peripheral surface shape of the piston 20, and a mold surface 32a having a shape corresponding to the inner surface shape of the piston 20 in the mold hole 33a. The lower mold 32 is fitted and arranged.
Here, the portion of the mold surface 32a of the lower mold 32 corresponding to the lower edge 24c of the rib portion is the boss-side portion 24d,
It has shape portions 32b, 32c, 32d corresponding to the central portion 24f and the skirt side portion 24e (see FIG. 10).

【0030】また上記台盤31内には鍛造成形品を取り
外すための押し出しシリンダ41が配置されており、該
シリンダ41の押し出しロッド42は上記ピンボス部を
形成するための空隙に臨んでいる。なお、34aは下型
保持部材34のに突設されたストッパ部であり、該スト
ッパ部34aにより上記上型保持部材36の下降位置を
規制する。また43は上記サイド金型33内に配置さ
れ、該金型を所定温度に保持するヒータ、43aは給電
用リード線である。
An extruding cylinder 41 for removing a forged product is disposed in the base 31 and an extruding rod 42 of the cylinder 41 faces a gap for forming the pin boss. Reference numeral 34a denotes a stopper projecting from the lower mold holding member 34, and the stopper 34a regulates the lowering position of the upper mold holding member 36. Reference numeral 43 denotes a heater disposed in the side mold 33 for maintaining the mold at a predetermined temperature, and reference numeral 43a denotes a power supply lead wire.

【0031】上記上型35はその下端部に上記ピストン
20の上面形状に対応した形状の型面35aを有し、そ
の内部には該上型35を所定温度に保持するヒータ44
が挿入配置されている。上記上型35を上型保持部材3
6がストッパ部34aに当接するまで下降させると、上
記ピストン20のピンボス部,スカート部,リブ部に対
応した空隙(キャビティ)が形成される。なお44aは
給電用リード線である。
The upper mold 35 has at its lower end a mold surface 35a having a shape corresponding to the shape of the upper surface of the piston 20, and a heater 44 for holding the upper mold 35 at a predetermined temperature.
Is inserted and arranged. The upper mold 35 is connected to the upper mold holding member 3.
When the piston 6 is lowered until it comes into contact with the stopper 34a, a space (cavity) corresponding to the pin boss, the skirt, and the rib of the piston 20 is formed. Reference numeral 44a is a power supply lead wire.

【0032】本実施形態のピストン20の鍛造に当たっ
ては、アルミニュウム合金(表1に示す材料が採用可能
である)のインゴット等を1つのピストンに要する大き
さに切断した鍛造用アルミ素材Wを鍛造に適した温度に
加熱し、上記下型32とサイド金型33とで形成された
空間内に配置し、上型35により油圧シリンダ39で加
圧する。該上型35の下降に伴って上記アルミ素材Wの
上面が上型35の型面35aに応じた形状に成形される
とともに、該アルミ素材Wの一部の上記ピンボス用空
間,スカート部用空間,及びリブ部用空間への流れ込み
が始まり、下型保持部材34のストッパ部34aに上型
保持部材36の下面が当接するまで上型35を下降させ
ると鍛造成形が終了する。
In forging the piston 20 of the present embodiment, an aluminum alloy (a material shown in Table 1 can be used) or the like is cut into an ingot or the like of an aluminum alloy to a size required for one piston. It is heated to a suitable temperature, placed in the space formed by the lower mold 32 and the side mold 33, and pressurized by the hydraulic cylinder 39 by the upper mold 35. With the lowering of the upper mold 35, the upper surface of the aluminum material W is formed into a shape corresponding to the mold surface 35a of the upper mold 35, and the pin boss space and the skirt portion space of a part of the aluminum material W are formed. When the upper die 35 is lowered until the lower surface of the upper die holding member 36 contacts the stopper portion 34a of the lower die holding member 34, the forging is completed.

【0033】なお、上記鍛造成形品は、硬度70〜80
(HRB)とされ、495゜cに2.5時間保持した後
水冷し、さらに200゜cに6時間保持する熱処理が施
すのが好ましい。
The above forged product has a hardness of 70-80.
(HRB), it is preferable to carry out a heat treatment of holding at 495 ° C. for 2.5 hours, cooling with water, and further holding at 200 ° C. for 6 hours.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】このような鍛造成形においては、上記ピス
トン素材Wの一部が上記ピン保持部,及びスカート部用
空間に流れ込み、続いて上記リブ部用空間に流れ込み、
このようにして上記リブ部24a,24bが形成される
こととなる。そのため特に該リブ部24a,24bの下
端縁24cのヘッド部,ピン保持部及びスカート部の何
れからも離れた部分に位置する上記中央部分24fには
上記ピストン素材が到達し難い傾向があり、極端な場合
には切り欠き形状の欠肉が発生する懸念がある。
In such forging, a part of the piston material W flows into the pin holding portion and the space for the skirt portion, and subsequently flows into the space for the rib portion,
Thus, the ribs 24a and 24b are formed. Therefore, the piston material tends to hardly reach the central portion 24f located at a position apart from the head portion, the pin holding portion, and the skirt portion of the lower edge 24c of the rib portions 24a and 24b. In such a case, there is a concern that cutout-shaped underfill may occur.

【0036】本実施形態では、上記リブ部24a,24
bの下端縁24cの上記中央部分24fをヘッド部21
側に円弧状に凹む形状とするとともに、下型32の型面
32aの、上記中央部分24fに対応する部分32cを
上方に凸の円弧形状としたので、該中央部分24fのヘ
ッド部21,ピンボス部,スカート部からの遠さが緩和
される。そのため上記リブ部24a,24bの下端縁2
4cは下型32の型面32aの形状通りに成形され、欠
肉の発生が防止される。その結果、切り欠き状の欠肉等
による応力集中によりリブ部が破損したり、スカート部
23a,23b、ピンボス部22a,22b等の剛性が
低下したりする問題を回避できる。
In the present embodiment, the rib portions 24a, 24
b is attached to the center portion 24f of the lower edge 24c.
The lower surface 32a of the lower mold 32 has a portion 32c corresponding to the central portion 24f, and the portion 32c of the lower surface 32a has an upwardly convex arc shape. Part and the skirt are alleviated. Therefore, the lower edge 2 of the ribs 24a, 24b
4c is formed according to the shape of the mold surface 32a of the lower mold 32, and the occurrence of underfill is prevented. As a result, it is possible to avoid problems such as breakage of the rib portion due to stress concentration due to a notch-shaped underfill or the like and reduction in rigidity of the skirt portions 23a and 23b and the pin boss portions 22a and 22b.

【0037】また本実施形態では、上記リブ部24a,
24bの下端縁24cのボス側部分24dについてはピ
ンボス部22aの下端付近まで延長し、スカート側部分
24eについてはボス側部分24dよりさらに下方に延
長したので、それだけリブ部の面積が大きくなり、この
点からリブ部自体の剛性を大きくすることができ、それ
だけピンボス部,スカート部の剛性を高めることができ
る。
In this embodiment, the ribs 24a,
The boss side portion 24d of the lower edge 24c of the lower end 24b extends to near the lower end of the pin boss portion 22a, and the skirt side portion 24e extends further below the boss side portion 24d, so that the area of the rib portion increases accordingly. From the point of view, the rigidity of the rib portion itself can be increased, and the rigidity of the pin boss portion and the skirt portion can be increased accordingly.

【0038】また本実施形態エンジン1では、吸気行程
において吸気弁10が開きピストン20が下降するとそ
れに伴って混合気が、吸気弁開口4jの特にシリンダ中
心側寄り部分を通ってシリンダボア7a内に吸入され、
シリンダボア7aの排気側内表面に沿ってシリンダ軸線
方向に流れる。そして上記ピストン20の上面の中央部
に球面状のピストン側燃焼凹部21aを形成したので、
上記シリンダ軸線方向に流れる混合気流が上記球面状の
燃焼凹部21aに沿って反転しつつ流れ、タンブル流が
発生し易い。
In the engine 1 of this embodiment, when the intake valve 10 opens and the piston 20 descends during the intake stroke, the air-fuel mixture is sucked into the cylinder bore 7a through the intake valve opening 4j, particularly, near the cylinder center. And
It flows in the cylinder axial direction along the inner surface on the exhaust side of the cylinder bore 7a. Since a piston-side combustion recess 21a having a spherical shape was formed at the center of the upper surface of the piston 20,
The mixture flow flowing in the cylinder axis direction flows while reversing along the spherical combustion concave portion 21a, and a tumble flow is easily generated.

【0039】また圧縮行程においてピストン20が上昇
する場合においても、ピストン上面の球面状の燃焼凹部
21aにより上記発生したタンブル流が残留し易い。さ
らにまたピストン20の上昇に伴ってピストン側の燃焼
凹部21aとシリンダヘッド4側の燃焼凹部4bにより
燃焼室Bが形成されるのであるが、ピストン側の燃焼凹
部21aが球面形状をなしていることから、ピストン上
面が平坦であったり上方に突出しているものに比べて上
記燃焼室B全体が球形状に近くなり、この点から圧縮行
程の終期においても上記タンブル流が残留する(図1,
図10参照)。
Even when the piston 20 rises during the compression stroke, the generated tumble flow is likely to remain due to the spherical combustion recess 21a on the upper surface of the piston. Furthermore, as the piston 20 rises, the combustion chamber B is formed by the combustion recess 21a on the piston side and the combustion recess 4b on the cylinder head 4, but the combustion recess 21a on the piston side has a spherical shape. Therefore, the entire combustion chamber B is closer to a spherical shape than a piston whose top surface is flat or protrudes upward. From this point, the tumble flow remains even at the end of the compression stroke (FIG. 1).
(See FIG. 10).

【0040】また本実施形態では、上記ピストン20の
ヘッド部21の上面の外周部に環状で平坦面をなすスキ
ッシュ部21dを形成したので、圧縮行程の終期におい
ては上記ピストン側燃焼凹部21aのスキッシュ部21
dとヘッド側燃焼凹部4bの外周部分4kとでシリンダ
ボア外周部の混合気が中心側に押し出されるスキッシュ
流を形成し易い。これらのスキッシュ流及び上記タンブ
ル流によって混合気の霧化が促進され、燃焼性が向上し
てエンジン性能が向上する。
In this embodiment, the annular squish portion 21d is formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the head portion 21 of the piston 20. The squish portion 21d of the piston side combustion concave portion 21a is formed at the end of the compression stroke. Part 21
It is easy to form a squish flow in which the air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the cylinder bore is pushed to the center side by d and the outer peripheral portion 4k of the head side combustion recess 4b. The atomization of the air-fuel mixture is promoted by the squish flow and the tumble flow, so that the combustibility is improved and the engine performance is improved.

【0041】ここでエンジン性能の向上を図るために、
燃焼室容積を小さくして圧縮比を高くすべくピストンの
上死点位置をシリンダヘッドの合面側に近接させたり、
高速回転時の吸入空気量を増大するために吸気行程と排
気行程とをオーバーラップさせることが行われている。
この場合、ピストンと吸気弁,排気弁との干渉を回避す
るためにピストン上面にリセス部を凹設することが行わ
れている。
Here, in order to improve the engine performance,
In order to reduce the volume of the combustion chamber and increase the compression ratio, the position of the top dead center of the piston is brought close to the mating side of the cylinder head,
In order to increase the amount of intake air at the time of high-speed rotation, an intake stroke and an exhaust stroke are overlapped.
In this case, a recess is formed on the upper surface of the piston in order to avoid interference between the piston and an intake valve or an exhaust valve.

【0042】ところが上記リセス部はピストン上面に形
成された凹部であるから、上記タンブル流の発生に対し
てはこれを阻害するように作用する。そこで本実施形態
では、上記球面状の燃焼凹部21aをピストン上面に形
成するに当たり、該凹部21aと上記スキッシュ部21
cとの稜線Aが上記リセス部21b,21c内を通るよ
うに形成した。そのため該燃焼凹部21aのリセス部に
おける深さの分だけ上記リセス部21b,21cの凹み
深さが緩和され、その結果、リセス部21b,21cに
よる上記タンブル流に対する阻害作用が緩和される。
However, since the recess is a recess formed on the upper surface of the piston, the recess acts to inhibit the generation of the tumble flow. Therefore, in the present embodiment, when forming the spherical combustion concave portion 21a on the piston upper surface, the concave portion 21a and the squish portion 21a are formed.
The ridge line A with c is formed so as to pass through the recess portions 21b and 21c. Therefore, the recess depth of the recess portions 21b and 21c is reduced by the depth of the recess portion of the combustion recess 21a, and as a result, the inhibitory effect of the recess portions 21b and 21c on the tumble flow is reduced.

【0043】また本実施形態では、ピストン20の上死
点位置をシリンダヘッド4の燃焼凹部4b側に近接させ
たので、それだけエンジンの全高を低くできる。またピ
ストン20の上面に燃焼凹部21aを凹設したので、該
凹部21aからピストンリングまでの距離に短くなり、
それだけ熱がヘッド部21からピストンリングを介して
シリンダライナ7に伝達され易く、放熱上有利となる。
In the present embodiment, since the position of the top dead center of the piston 20 is close to the combustion recess 4b of the cylinder head 4, the overall height of the engine can be reduced accordingly. Further, since the combustion recess 21a is provided on the upper surface of the piston 20, the distance from the recess 21a to the piston ring becomes shorter,
This allows heat to be easily transmitted from the head portion 21 to the cylinder liner 7 via the piston ring, which is advantageous in heat radiation.

【0044】[0044]

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

【図1】本発明の一実施形態による鍛造ピストンを備え
たエンジンの断面側面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of an engine including a forged piston according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記ピストンの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the piston.

【図3】上記ピストンの一部断面側面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional side view of the piston.

【図4】上記ピストンの断面側面図(図3のIV−IV
線断面図)である。
4 is a sectional side view of the piston (IV-IV in FIG. 3).
FIG.

【図5】上記ピストンの一部断面底面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional bottom view of the piston.

【図6】上記ピストンのリブ部を説明するための模式図
である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a rib portion of the piston.

【図7】上記ピストンとシリンダヘッドとで構成される
燃焼室を説明するための模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a combustion chamber formed by the piston and the cylinder head.

【図8】上記ピストンの鍛造用プレス装置の断面模式図
である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a press device for forging a piston.

【図9】上記ピストンの鍛造用プレス装置の断面模式図
である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of the piston forging press device.

【図10】上記ピストンの鍛造行程を説明するための模
式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a forging process of the piston.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 4サイクルエンジン 21 ヘッド部 21a 燃焼凹部 21b,21c リセス部 21d スキッシュ部 A 稜線 14 cycle engine 21 Head 21a Combustion recess 21b, 21c Recess 21d Squish A A ridge

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年1月20日[Submission date] January 20, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図2】 FIG. 2

【図3】 FIG. 3

【図1】 FIG.

【図4】 FIG. 4

【図5】 FIG. 5

【図6】 FIG. 6

【図7】 FIG. 7

【図8】 FIG. 8

【図9】 FIG. 9

【図10】 FIG. 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円盤状のヘッド部の上面に大略球面状の
燃焼凹部を凹設するとともに吸気,排気バルブとの干渉
を回避するためのリセス部を凹設し、さらに上記ヘッド
部の上面の外周部に環状で平坦面をなすスキッシュ部を
形成し、該スキッシュ部と上記燃焼凹部との稜線が上記
リセス部内を通過していることを特徴とする4サイクル
エンジン用ピストン。
A substantially spherical combustion recess is formed on the upper surface of a disk-shaped head portion, and a recess portion for avoiding interference with intake and exhaust valves is formed on the upper surface of the disk-shaped head portion. A piston for a four-stroke engine, wherein an annular flat squish portion is formed in an outer peripheral portion, and a ridge line between the squish portion and the combustion recess passes through the recess.
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