JP5930864B2

JP5930864B2 - piston

Info

Publication number: JP5930864B2
Application number: JP2012140226A
Authority: JP
Inventors: 欽也藤井; 哲男後藤; 啓人三村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP2014005747A; CN103511119B; CN103511119A

Description

本発明は、内燃機関のピストンに係り、詳しくは筒内噴射内燃機関において使用される頭頂部にキャビティを有するピストンに関する。 The present invention relates to a piston of an internal combustion engine, and more particularly to a piston having a cavity at the top of a head used in a direct injection internal combustion engine.

燃料噴射装置を用いて気筒内に直接に燃料を噴射する筒内噴射内燃機関（直噴内燃機関）において、ピストン頭頂部の頂面（冠面）にキャビティを凹設し、燃料をキャビティに向けて噴射することによって、ピストンの熱によって燃料を気化させると共に、キャビティの縁壁によって可燃混合気の進行方向をガイドし、点火プラグ近傍に導くようにしたピストンがある（例えば、特許文献１）。 In a direct injection internal combustion engine (direct injection internal combustion engine) that directly injects fuel into a cylinder using a fuel injection device, a cavity is formed in the top surface (crown surface) of the piston head, and the fuel is directed toward the cavity. There is a piston in which fuel is vaporized by the heat of the piston and guided in the vicinity of the spark plug by guiding the traveling direction of the combustible air-fuel mixture by the edge wall of the cavity (for example, Patent Document 1).

特開２０００−２８２８７１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-282871

特許文献１に係るピストンでは、ピストン頭頂部の頂面と相反する裏面が平坦に形成され、頂面にキャビティが凹設されているため、キャビティが形成された部分は、ピストン頭頂部の他の部分に比べて肉厚が薄くなっている。また、キャビティの縁壁（側縁部）は、可燃混合気の進行方向を点火プラグ側へと変化させるべく、ピストンの軸線方向に沿って立ち上がっているため、肉厚が急激に変化している。そのため、ピストン頭頂部に燃焼圧が加わる際には、肉厚の変化が大きく、薄肉となったキャビティの側縁内方部に応力が集中し易くなる。 In the piston according to Patent Document 1, since the back surface opposite to the top surface of the piston top is formed flat and the cavity is recessed in the top surface, the portion where the cavity is formed is the other part of the piston top. The wall thickness is thinner than the part. Moreover, since the edge wall (side edge part) of the cavity rises along the axial direction of the piston in order to change the traveling direction of the combustible mixture to the spark plug side, the wall thickness changes rapidly. . Therefore, when combustion pressure is applied to the piston top, the change in thickness is large, and stress tends to concentrate on the inner side of the side edge of the thinned cavity.

本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the above background, Comprising: In the piston by which the cavity was formed in the piston top part, it aims at suppressing the stress concentration to the side edge part of a cavity.

上記課題を解決するために、本発明は、キャビティ（４０）が凹設された頂面（２７）を有するピストン頭頂部（２１）と、前記ピストン頭頂部の前記頂面と相反する裏面（２８）から互いに対向して垂下した一対の支持壁部（２２）と、ピストンピン（６１）を受容するべく、前記支持壁部のそれぞれに互いに同軸となるように形成されたピン孔（４７）とを有する内燃機関（２）のピストン（１）であって、前記支持壁部のそれぞれは、前記頂面の吸気ポート（７）に対応する吸気側から排気ポート（８）に対応する排気側へと延在し、前記キャビティは、前記ピストン頭頂部の吸気側から中央部にかけて延在し、前記支持壁部の互いに対向する面（５５）の前記ピン孔よりも上方の部分であって、前記キャビティの排気側側縁の直下方に位置する部分に肉抜き部（５６）がそれぞれ凹設されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a piston top (21) having a top surface (27) with a cavity (40) recessed, and a back surface (28) opposite to the top surface of the piston top. ) And a pair of support wall portions (22) suspended from each other, and a pin hole (47) formed to be coaxial with each other of the support wall portions to receive the piston pin (61). Each of the support walls from the intake side corresponding to the intake port (7) on the top surface to the exhaust side corresponding to the exhaust port (8). And the cavity extends from the suction side to the center of the piston top, and is a portion above the pin holes on the mutually opposing surfaces (55) of the support wall, Directly below the exhaust side edge of the cavity Wherein the lightening portion in a portion located (56) is recessed, respectively.

この構成によれば、キャビティの排気側側縁の直下方の支持壁に肉抜き部を設け、支持壁部の剛性を低下させたため、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。ピストン頭頂部にキャビティを凹設することによって、その側縁内方は薄肉となる一方で側縁外方は厚肉となるため、側縁近傍において肉厚が大きく変化することになる。そのため、燃焼圧がピストン頭頂部に加わる際には、キャビティ側縁内方の薄肉部に応力が集中し易くなる。本発明では、支持壁部に肉抜き部を形成し、意図的に肉厚が薄い低剛性部を形成することで、応力を支持壁に分散し、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。また、肉抜き部によって、ピストンの軽量化が図れる。 According to this configuration, since the thinned portion is provided in the support wall directly below the edge on the exhaust side of the cavity to reduce the rigidity of the support wall portion, the stress concentration on the thin wall portion on the inner side of the cavity side is alleviated. be able to. By providing a cavity in the piston top, the inner side of the side becomes thin, while the outer side of the side becomes thicker, so that the thickness greatly changes in the vicinity of the side edge. For this reason, when the combustion pressure is applied to the piston top, the stress tends to concentrate on the thin portion on the inner side of the cavity side edge. In the present invention, a thinned portion is formed in the support wall portion, and a low rigidity portion having a thin thickness is intentionally formed, so that the stress is distributed to the support wall and the stress to the thin wall portion inside the cavity side edge is reduced. Concentration can be eased. Moreover, the weight reduction of the piston can be achieved by the thinned portion.

上記の発明において、前記ピン孔の軸線方向に沿って見た側面視において、前記凹部は、吸気側から排気側へと、前記キャビティの前記排気側側縁を跨いで延在していることが好ましい。 In the above invention, in the side view as viewed along the axial direction of the pin hole, the recess extends from the intake side to the exhaust side across the exhaust side edge of the cavity. preferable.

この構成によれば、キャビティの排気側側縁と肉抜き部とが上下方向において重なるため、応力は肉抜き部に加わり易くなり、キャビティの排気側側縁内方の薄肉部への応力集中が緩和される。 According to this configuration, since the exhaust side edge of the cavity and the thinned portion overlap in the vertical direction, stress is easily applied to the thinned portion, and stress concentration on the thin portion inside the cavity on the exhaust side is reduced. Alleviated.

上記の発明において、前記ピン孔の軸線方向に沿って見た側面視において、前記支持壁部の吸気側及び排気側における側縁（５１、５２）と前記ピストンの中心軸線に平行な直線（Ｂ）とのなす角度を第１角度（α１、α２）とし、前記凹部の吸気側及び排気側における端部（５８、５９）と前記ピン孔の中心（Ｃ）とを結ぶ直線と前記ピストンの中心軸線に平行な直線（Ｂ）とのなす角度を第２角度（β１、β２）とすると、前記第１角度は前記第２角度よりも小さいことが好ましい。 In the above invention, in a side view as viewed along the axial direction of the pin hole, side edges (51, 52) on the intake side and exhaust side of the support wall and a straight line (B) parallel to the central axis of the piston ) Is a first angle (α1, α2), and a straight line connecting ends (58, 59) on the intake side and exhaust side of the recess and the center (C) of the pin hole and the center of the piston When the angle formed with the straight line (B) parallel to the axis is the second angle (β1, β2), the first angle is preferably smaller than the second angle.

この構成によれば、支持壁部のピストン頭頂部との連結部における断面積が小さくなり、燃焼圧がピストンに加わった際に、支持壁部のピストン頭頂部との連結部の周縁に応力が加わり易くなる。そのため、応力が分散され、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中が緩和される。 According to this configuration, when the cross-sectional area of the connection portion between the support wall portion and the piston top portion is reduced, and combustion pressure is applied to the piston, stress is applied to the periphery of the connection portion between the support wall portion and the piston top portion. It becomes easy to join. Therefore, the stress is dispersed, and the stress concentration on the thin wall portion inside the cavity side edge is relaxed.

以上の構成によれば、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することができる。 According to the above configuration, stress concentration on the side edge of the cavity can be suppressed in the piston in which the cavity is formed at the top of the piston.

ピストンが組み付けられたエンジンを示す断面図Sectional view showing the engine with piston installed ピストンの断面斜視図Cross-sectional perspective view of piston ピストンの断面図Cross section of piston ピストンの断面図Cross section of piston ピストンにピストンピン及びコンロッドを取り付けた状態を示す断面図Sectional drawing which shows the state which attached the piston pin and the connecting rod to the piston

以下、図面を参照して、本発明を４バルブのガソリン直噴エンジンのピストンに適用した実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、ピストン１がエンジン２に組み付けられた状態を基準として各方向を定める。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a piston of a four-valve gasoline direct injection engine will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, each direction is determined based on the state in which the piston 1 is assembled to the engine 2.

図１に示すように、エンジン２は、シリンダブロック３と、シリンダブロック３の上端面に締結されたシリンダヘッド４とを有している。シリンダブロック３には、シリンダブロック３の上端面に開口する複数のシリンダ（気筒）５が列設されている。シリンダ５を基準として、シリンダ軸線方向を上下方向、シリンダ列方向を左右方向として定める。 As shown in FIG. 1, the engine 2 includes a cylinder block 3 and a cylinder head 4 fastened to the upper end surface of the cylinder block 3. In the cylinder block 3, a plurality of cylinders (cylinders) 5 opened at the upper end surface of the cylinder block 3 are arranged in a row. With the cylinder 5 as a reference, the cylinder axis direction is defined as the vertical direction, and the cylinder row direction is defined as the left-right direction.

シリンダヘッド４の下端面には、シリンダ５と連続する燃焼室凹部６が凹設されている。燃焼室凹部６は、略円錐面状に形成され、２つの吸気ポート７と、２つの排気ポート８とが開口している。燃焼室凹部６において、上下方向及び左右方向に直交する方向の一側に２つの吸気ポート７が配置され、他側に２つの排気ポート８が配置されている。上下方向及び左右方向に直交する方向の一側を吸気側、他側を排気側とする。２つの吸気ポート７は、燃焼室凹部６の吸気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されており、２つの排気ポート８は、燃焼室凹部６の排気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されている。吸気ポート７及び排気ポート８には、ポペットバルブである吸気バルブ及び排気バルブ（いずれも図示しない）が設けられている。 A combustion chamber recess 6 that is continuous with the cylinder 5 is formed in the lower end surface of the cylinder head 4. The combustion chamber recess 6 is formed in a substantially conical surface shape, and two intake ports 7 and two exhaust ports 8 are opened. In the combustion chamber recess 6, two intake ports 7 are arranged on one side in a direction orthogonal to the up-down direction and the left-right direction, and two exhaust ports 8 are arranged on the other side. One side in the vertical direction and the direction orthogonal to the left and right direction is the intake side, and the other side is the exhaust side. The two intake ports 7 are disposed at positions that are symmetrical with each other in the intake side portion of the combustion chamber recess 6, and the two exhaust ports 8 are positions that are symmetrical with each other at the exhaust side portion of the combustion chamber recess 6. Is arranged. The intake port 7 and the exhaust port 8 are provided with an intake valve and an exhaust valve (both not shown) which are poppet valves.

燃焼室凹部６の中央部には、シリンダヘッド４の上面へと貫通する点火プラグ孔１１が形成され、点火プラグ孔１１には、点火プラグ１２が挿入されている。点火プラグ１２は、その先端に設けられた接地電極１３が点火プラグ孔１１から下方に突出する形で配置されている。燃焼室凹部６の吸気側部分であって、２つの吸気ポート７の間の部分には、シリンダヘッド４の側面へと貫通する噴射ノズル孔１４が形成されている。噴射ノズル孔１４には、燃料噴射ノズル１５が挿入されている。燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、上方から見てシリンダ５の径方向と一致し、かつ吸気側から排気側へと延在するようにシリンダヘッド４に配置されている。また、燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、左右方向から見て上下方向に対して傾斜し、シリンダ５内においてシリンダ５の軸線と交差するようにシリンダヘッド４に配置されている。 A spark plug hole 11 that penetrates to the upper surface of the cylinder head 4 is formed in the center of the combustion chamber recess 6, and a spark plug 12 is inserted into the spark plug hole 11. The spark plug 12 is arranged such that a ground electrode 13 provided at the tip thereof protrudes downward from the spark plug hole 11. An injection nozzle hole 14 penetrating to the side surface of the cylinder head 4 is formed in an intake side portion of the combustion chamber recess 6 and between the two intake ports 7. A fuel injection nozzle 15 is inserted into the injection nozzle hole 14. The fuel injection nozzle 15 is disposed in the cylinder head 4 so that the axis thereof coincides with the radial direction of the cylinder 5 when viewed from above and extends from the intake side to the exhaust side. The fuel injection nozzle 15 is disposed in the cylinder head 4 so that its axis is inclined with respect to the vertical direction when viewed from the left-right direction and intersects the axis of the cylinder 5 in the cylinder 5.

シリンダ５内には、ピストン１が上下動自在に配置されている。図１〜図５に示すように、ピストン１は、左右対称形をなし、円板状のピストン頭頂部（クラウン部）２１と、ピストン頭頂部２１から互いに離間し、かつ対向して垂下した左右一対の支持壁部（ピンボス部）２２と、ピストン頭頂部２１の周縁部の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設された一対のスカート部２３とを有している。ピストン１の中心軸線であるピストン軸線Ａは上下方向と一致している。 A piston 1 is arranged in the cylinder 5 so as to be movable up and down. As shown in FIGS. 1 to 5, the piston 1 has a bilaterally symmetric shape, a disc-shaped piston top (crown) 21, and a left and right that are spaced apart from and separated from the piston top 21. A pair of support wall portions (pin boss portions) 22 and a pair of skirt portions 23 projecting downward from the intake side portion and the exhaust side portion of the peripheral portion of the piston top portion 21 are provided. The piston axis A, which is the central axis of the piston 1, coincides with the vertical direction.

ピストン頭頂部２１は、円板状の天板２５と、天板２５の周縁部から下方へと突出すると共に、周縁部に沿って延設された円筒壁２６とを有している。天板２５の上方を向く面を頂面（冠面）２７とし、頂面２７と相反する下方を向く面を裏面２８とする。円筒壁２６の外周面には、周方向に延在する第１環状溝３１、第２環状溝３２及び第３環状溝３３が上から順に形成されている。第３環状溝３３の吸気側部分及び排気側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の内周面とを連通する第１オイル孔３４が複数形成されている。第１環状溝３１及び第２環状溝３２にはコンプレッションリングが、第３環状溝３３にはオイルリングが、それぞれ嵌め付けられる。 The piston top 21 has a disk-shaped top plate 25 and a cylindrical wall 26 that protrudes downward from the peripheral edge of the top plate 25 and extends along the peripheral edge. A surface facing the top of the top plate 25 is a top surface (crown surface) 27, and a surface facing the bottom opposite to the top surface 27 is a back surface 28. A first annular groove 31, a second annular groove 32, and a third annular groove 33 extending in the circumferential direction are formed in order from the top on the outer peripheral surface of the cylindrical wall 26. A plurality of first oil holes 34 communicating the bottom surface of the third annular groove 33 and the inner peripheral surface of the cylindrical wall 26 are formed in each of the intake side portion and the exhaust side portion of the third annular groove 33. A compression ring is fitted into the first annular groove 31 and the second annular groove 32, and an oil ring is fitted into the third annular groove 33.

図１〜図３に示すように、ピストン頭頂部２１の頂面２７は、中央部が周縁部に比べて上方へと隆起し、ピストン軸線Ａに直交する平面と平行な面を形成している。ピストン頭頂部２１の頂面２７の吸気側部分であって、左右方向における中央部には、周縁部（吸気側縁）から中央部へと頂面２７の径方向に延在するキャビティ４０が凹設されている。キャビティ４０は、ピストン軸線Ａと直交する平面と概ね平行となる底面４１と、底面４１の周囲に延設された縁壁（側縁）４３〜４５とを有している。キャビティ４０は略長方形を呈し、その排気側及び吸気側に左右方向と平行に延在する排気側縁壁（排気側側縁）４３及び吸気側縁壁４４が配置されている。排気側縁壁４３及び吸気側縁壁４４の左右端部同士は左右縁壁４５によって連結されている。キャビティ４０の吸気側縁壁４４は、底面４１に対する角度が小さく形成され、ピストン頭頂部２１の上下方向における肉厚変化は比較的小さくなっている。一方、キャビティ４０の排気側縁壁４３は、吸気ポート７から流入する吸気の流れをガイドし、点火プラグ１２側に導くべく、底面４１に対して角度が大きく形成され、ピストン頭頂部２１の上下方向における肉厚が大きく変化している。左右縁壁４５は、吸気側から排気側に向うにつれて、底面４１に対する角度が漸増している。 As shown in FIGS. 1 to 3, the top surface 27 of the piston head top portion 21 has a central portion that bulges upward compared to the peripheral edge portion, and forms a surface parallel to a plane orthogonal to the piston axis A. . A cavity 40 extending in the radial direction of the top surface 27 from the peripheral edge (intake side edge) to the central portion is recessed in the suction side portion of the top surface 27 of the piston head top portion 21 in the left-right direction. It is installed. The cavity 40 has a bottom surface 41 that is substantially parallel to a plane orthogonal to the piston axis A, and edge walls (side edges) 43 to 45 extending around the bottom surface 41. The cavity 40 has a substantially rectangular shape, and an exhaust side edge wall (exhaust side edge) 43 and an intake side edge wall 44 extending in parallel with the left-right direction are arranged on the exhaust side and the intake side. The left and right end portions of the exhaust side edge wall 43 and the intake side edge wall 44 are connected by a left and right edge wall 45. The intake side edge wall 44 of the cavity 40 is formed with a small angle with respect to the bottom surface 41, and the change in the thickness of the piston head top portion 21 in the vertical direction is relatively small. On the other hand, the exhaust side edge wall 43 of the cavity 40 is formed to have a large angle with respect to the bottom surface 41 so as to guide the flow of intake air flowing in from the intake port 7 and guide it to the spark plug 12 side. The wall thickness in the direction has changed greatly. The left and right edge walls 45 gradually increase in angle with respect to the bottom surface 41 from the intake side toward the exhaust side.

左右一対の支持壁部２２は、互いに対称形をなし、それぞれ天板２５の裏面２８から下方へと突設されている。各支持壁部２２は、主面が左右方向を向き、左右方向に所定の厚みを有する板状に形成され、ピストン軸線Ａを挟んで互いに対向するように配置されている。 The pair of left and right support wall portions 22 are symmetrical with each other and project downward from the back surface 28 of the top plate 25. Each support wall portion 22 is formed in a plate shape having a main surface facing in the left-right direction and having a predetermined thickness in the left-right direction, and is disposed so as to face each other across the piston axis A.

図４に示すように、各支持壁部２２の先端部（下端部）は、その互いの相反する面（外面）が略平行に形成されている一方、その互いに対向する面（内面）が先端側に進むほど互いに離間するように傾斜した傾斜面４６を形成している。そのため、各支持壁部２２の先端部は、先端側に進むほど肉厚が薄くなっている。各支持壁部２２の先端部には、左右方向に貫通するピン孔４７が形成されている。ピン孔４７は、円形の断面を有し、その軸線が左右方向に延在している。左右方向に沿った方向から見て、ピン孔４７の軸線は、ピストン軸線Ａと近接した位置に配置されている。図４に示すように、支持壁部２２の先端部の内面に傾斜面４６が形成されているため、ピン孔４７は、その下端部が上端部に対して孔の長さが短くなっている。また、各ピン孔４７は、その内端側部分（ピストン１の中心側部分）に、開口端側に進むほど径が漸増するテーパ面４８を形成している。各ピン孔４７の外端側部分には、周方向に延在する環状のリング溝４９が凹設されている。 As shown in FIG. 4, the front end portions (lower end portions) of the respective support wall portions 22 are formed so that their mutually opposing surfaces (outer surfaces) are substantially parallel, while their opposing surfaces (inner surfaces) are the front ends. Inclined surfaces 46 are formed so as to be separated from each other as they go to the side. For this reason, the thickness of the distal end portion of each support wall portion 22 becomes thinner as it goes to the distal end side. A pin hole 47 penetrating in the left-right direction is formed at the tip of each support wall portion 22. The pin hole 47 has a circular cross section, and its axis extends in the left-right direction. The axis of the pin hole 47 is disposed at a position close to the piston axis A when viewed from the direction along the left-right direction. As shown in FIG. 4, since the inclined surface 46 is formed on the inner surface of the front end portion of the support wall portion 22, the lower end portion of the pin hole 47 is shorter than the upper end portion. . Each pin hole 47 has a tapered surface 48 whose diameter gradually increases toward the opening end side at the inner end side portion (center side portion of the piston 1). An annular ring groove 49 extending in the circumferential direction is recessed in the outer end side portion of each pin hole 47.

図３に示すように、各支持壁部２２の吸気側側縁５１及び排気側側縁５２は、概ね直線状に形成されている。左右方向に沿った方向から見た場合に、各支持壁部２２の吸気側側縁５１と、ピストン軸線Ａと平行に上下方向に延在する直線Ｂとのなす角度を支持壁部２２の吸気側開き角α１とし、各支持壁部２２の排気側側縁５２と直線Ｂとのなす角度を支持壁部２２の排気側開き角α２とする。本実施形態では、吸気側開き角α１及び排気側開き角α２は等しく、略０°に設定されている。各支持壁部２２の基部５４、すなわちピストン頭頂部２１側の部分は、吸気側及び排気側に所定の曲率を有して各幅されている。 As shown in FIG. 3, the intake side edge 51 and the exhaust side edge 52 of each support wall portion 22 are formed in a substantially linear shape. When viewed from the direction along the left-right direction, the angle formed between the intake side edge 51 of each support wall 22 and the straight line B extending in the vertical direction in parallel to the piston axis A is the intake air of the support wall 22. A side opening angle α1 is set, and an angle formed between the exhaust side edge 52 of each support wall portion 22 and the straight line B is an exhaust side opening angle α2 of the support wall portion 22. In the present embodiment, the intake side opening angle α1 and the exhaust side opening angle α2 are equal and set to approximately 0 °. The base portion 54 of each support wall portion 22, that is, the portion on the piston top portion 21 side, has a predetermined curvature on the intake side and the exhaust side, and is widened.

図２〜図４に示すように、各支持壁部２２の内面５５であってピン孔４７の直上方に位置する部分には、左右方向に凹設された有底孔（凹部）である肉抜き部５６が形成されている。本実施形態では、肉抜き部５６はピストン頭頂部２１の裏面から離間して各支持壁部２２に形成されている。換言すると、肉抜き部５６を画成する壁は、ピストン頭頂部２１の裏面２８と連続しておらず、支持壁部２２の内面５５に連続している。なお、他の実施形態では、支持壁部２２の内面５５とピストン頭頂部２１の裏面２８の境界に肉抜き部５６を形成し、ピストン頭頂部２１の裏面２８が肉抜き部５６の一部を画成するようにしてもよい。 As shown in FIGS. 2 to 4, a portion of the inner wall 55 of each supporting wall portion 22 that is located directly above the pin hole 47 is a bottomed hole (concave portion) recessed in the left-right direction. A punching portion 56 is formed. In the present embodiment, the thinned portion 56 is formed on each support wall portion 22 so as to be separated from the back surface of the piston top portion 21. In other words, the wall that defines the thinned portion 56 is not continuous with the back surface 28 of the piston top portion 21, but is continuous with the inner surface 55 of the support wall portion 22. In another embodiment, a lightening portion 56 is formed at the boundary between the inner surface 55 of the support wall portion 22 and the back surface 28 of the piston top portion 21, and the back surface 28 of the piston top portion 21 forms a part of the lightening portion 56. You may make it define.

図３に示すように、左右方向に沿った方向から見て、肉抜き部５６は、キャビティ４０の排気側縁壁４３の直下方に形成され、排気側縁壁４３を跨いで吸気側から排気側へと延在している。左右方向に沿った方向から見た場合に、キャビティ４０の吸気側端縁５８とピン孔４７の中心Ｃとを結ぶ直線と直線Ｂとのなす角度を吸気側肉抜き角β１とし、キャビティ４０の排気側端縁５９とピン孔４７の中心Ｃとを結ぶ直線と直線Ｂとのなす角度を排気側肉抜き角β２とすると、吸気側肉抜き角β１及び排気側肉抜き角β２のそれぞれは、吸気側開き角α１及び排気側開き角α２のいずれよりも大きく設定されている。本実施形態では、左右方向に沿った方向から見た場合に、肉抜き部５６は直線Ｂを対称軸として対称形に形成されており、吸気側肉抜き角β１及び排気側肉抜き角β２は等しくなっている。 As shown in FIG. 3, when viewed from the direction along the left-right direction, the thinned portion 56 is formed immediately below the exhaust side edge wall 43 of the cavity 40, and exhausts from the intake side across the exhaust side edge wall 43. It extends to the side. When viewed from the direction along the left-right direction, the angle formed by the straight line B and the straight line connecting the intake-side edge 58 of the cavity 40 and the center C of the pin hole 47 is defined as the intake-side hollow angle β1. Assuming that the angle formed by the straight line B and the straight line connecting the exhaust side edge 59 and the center C of the pin hole 47 is the exhaust side fill angle β2, the intake side fill angle β1 and the exhaust side fill angle β2 are respectively It is set to be larger than both the intake side opening angle α1 and the exhaust side opening angle α2. In the present embodiment, when viewed from the direction along the left-right direction, the lightening portion 56 is formed symmetrically with the straight line B as the symmetry axis, and the intake side lightening angle β1 and the exhaust side lightening angle β2 are Are equal.

各スカート部２３は、円筒壁２６の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設されている。各スカート部２３は、円筒壁２６の下端に沿って周方向に延在し、その外面は円筒壁２６の外周面に連続した円周面となっている。各スカート部２３の外面には、シリンダ５の内周面との摩擦抵抗を低減するために、オイル保持孔が表面に形成された樹脂被膜が形成されていてもよい。各スカート部２３の左端縁及び右端縁は、支持壁部２２の吸気側側縁５１及び排気側側縁５２に結合している。これにより、一対の支持壁部２２及び一対のスカート部２３によって、閉環状の横断面が形成される。スカート部２３は、支持壁部２２に比べて薄肉に形成されており、スカート部２３と支持壁部２２の境界には支持壁部２２の吸気側側縁５１及び排気側側縁５２による段部が形成されている。 Each skirt portion 23 protrudes downward from the intake side portion and the exhaust side portion of the cylindrical wall 26. Each skirt portion 23 extends in the circumferential direction along the lower end of the cylindrical wall 26, and the outer surface thereof is a circumferential surface continuous to the outer peripheral surface of the cylindrical wall 26. In order to reduce the frictional resistance with the inner peripheral surface of the cylinder 5, a resin coating having oil retaining holes formed on the surface may be formed on the outer surface of each skirt portion 23. The left end edge and the right end edge of each skirt portion 23 are coupled to the intake side edge 51 and the exhaust side edge 52 of the support wall portion 22. Thus, a closed annular cross section is formed by the pair of support wall portions 22 and the pair of skirt portions 23. The skirt portion 23 is formed thinner than the support wall portion 22, and a step portion formed by an intake side edge 51 and an exhaust side edge 52 of the support wall portion 22 is formed at the boundary between the skirt portion 23 and the support wall portion 22. Is formed.

図５に示すように、各ピン孔４７には、円筒状のピストンピン６１が挿入される。ピストンピン６１はリング溝４９に嵌め付けられたスナップリング６２によって両端部が係止され、ピン孔４７内に位置決めされる。コンロッド６３の先端部に形成された貫通孔である軸受孔６４に、ピストンピン６１が挿通され、コンロッド６３はピストンピン６１に軸支される。コンロッド６３の先端部は、先端側に進むほど左右方向における幅が狭くなっている。これにより、軸受孔６４の内面は、コンロッド６３の先端側に対応する部分（先端側部分）の面積が、コンロッド６３の基端側に対応する部分（基端側部分）の面積よりも小さくなる。すなわち、軸受孔６４は先端側部分において、基端側部分よりもピストンピン６１との接触面積が小さくなる。 As shown in FIG. 5, a cylindrical piston pin 61 is inserted into each pin hole 47. Both ends of the piston pin 61 are locked by a snap ring 62 fitted in the ring groove 49 and positioned in the pin hole 47. A piston pin 61 is inserted into a bearing hole 64 that is a through hole formed at the tip of the connecting rod 63, and the connecting rod 63 is pivotally supported by the piston pin 61. The leading end of the connecting rod 63 has a narrower width in the left-right direction as it advances toward the leading end. Thereby, the area of the inner surface of the bearing hole 64 corresponding to the distal end side of the connecting rod 63 (distal end portion) is smaller than the area of the portion corresponding to the proximal end side of the connecting rod 63 (proximal end portion). . That is, the bearing hole 64 has a smaller contact area with the piston pin 61 at the distal end portion than at the proximal end portion.

以上のように構成したピストン１の作用効果について説明する。通常、ピストン頭頂部２１は、燃焼圧を受けた際に周縁部が下方へと押し込まれ、中央部が上に凸となるように湾曲する。ピストン頭頂部２１にキャビティ４０を形成すると、キャビティ４０が設けられた部分の肉厚が薄くなり、キャビティ４０の縁壁４３〜４５が設けられた部分で肉厚が急激に厚くなるため、キャビティ４０の底面４１の縁壁４３〜４５近傍の部分に、燃焼圧を受けた際の応力が集中し易くなる。特に、縁壁４３〜４５の内で、ピストン頭頂部の肉厚変化が最も大きくなる排気側縁壁４３付近の底面４１に応力が集中し易くなる。本実施形態に係るピストン１では、排気側縁壁４３の下方の支持壁部２２に肉抜き部５６を形成して肉厚を局部的に薄くしたため、燃焼圧が頂面２７に加わる際に、応力が分散されるようになる。すなわち、支持壁部２２に剛性が低い肉抜き部５６を意図的に形成したことによって、肉抜き部５６へと応力を分散させ、底面４１の排気側縁壁４３近傍への応力集中を抑制することができる。 The operational effects of the piston 1 configured as described above will be described. Normally, the piston top 21 is curved so that the peripheral edge is pushed downward when the combustion pressure is received, and the center is convex upward. When the cavity 40 is formed in the piston top portion 21, the thickness of the portion where the cavity 40 is provided is reduced, and the thickness of the portion where the edge walls 43 to 45 of the cavity 40 are provided is rapidly increased. The stress at the time of receiving the combustion pressure easily concentrates on the portion of the bottom surface 41 near the edge walls 43 to 45. In particular, among the edge walls 43 to 45, the stress tends to concentrate on the bottom face 41 near the exhaust side edge wall 43 where the change in the thickness of the top of the piston is the largest. In the piston 1 according to the present embodiment, since the thinned portion 56 is formed in the support wall portion 22 below the exhaust side edge wall 43 to locally reduce the thickness, when the combustion pressure is applied to the top surface 27, Stress is dispersed. That is, by intentionally forming the thinned portion 56 having low rigidity on the support wall portion 22, stress is distributed to the thinned portion 56, and stress concentration near the exhaust side edge wall 43 of the bottom surface 41 is suppressed. be able to.

また、支持壁部２２の吸気側開き角α１及び排気側開き角α２を比較的小さくし、支持壁部２２とピストン頭頂部２１との結合部分を小さくすることによって、ピストン頭頂部２１の変形の支点が支持壁部２２の基部５４の周縁（支持壁部２２がピストン頭頂部２１を支持する部分の境界）となり、この部分に応力が加わり易くなり、底面４１の排気側縁壁４３近傍への応力集中が緩和される。 Further, the intake side opening angle α1 and the exhaust side opening angle α2 of the support wall portion 22 are relatively small, and the coupling portion between the support wall portion 22 and the piston top portion 21 is made small, so that the deformation of the piston top portion 21 is reduced. The fulcrum becomes the peripheral edge of the base portion 54 of the support wall portion 22 (the boundary of the portion where the support wall portion 22 supports the piston head portion 21), and stress is easily applied to this portion, and the bottom surface 41 approaches the vicinity of the exhaust side edge wall 43. Stress concentration is relaxed.

また、ピストン１では、ピン孔４７の内端側にテーパ面４８を設けたため、燃焼圧が加わり、ピン孔４７がピストンピン６１に荷重を加える際の、ピン孔４７の応力集中が緩和される。テーパ面４８を有さない通常の等径のピン孔では、ピン孔の内端側に応力が集中するが、ピストン１では内端側のテーパ面４８によってピストンピン６１との接触圧が低下し、応力集中が緩和される。 Further, in the piston 1, since the tapered surface 48 is provided on the inner end side of the pin hole 47, combustion pressure is applied, and the stress concentration in the pin hole 47 is alleviated when the pin hole 47 applies a load to the piston pin 61. . In a normal pin hole having an equal diameter without the tapered surface 48, stress is concentrated on the inner end side of the pin hole. However, in the piston 1, the contact pressure with the piston pin 61 is reduced by the tapered surface 48 on the inner end side. , Stress concentration is relaxed.

また、ピストン１では、コンロッド６３の先端側の幅を狭くしたことによって、コンロッド６３の軽量化が図れる。コンロッド６３の先端側は、燃焼圧に起因するピストンピン６１からの荷重を受けないため、コンロッド６３の幅を狭くしても十分な剛性を確保することができる。 Further, in the piston 1, the connecting rod 63 can be reduced in weight by narrowing the width of the connecting rod 63 on the front end side. Since the leading end side of the connecting rod 63 does not receive a load from the piston pin 61 due to combustion pressure, sufficient rigidity can be ensured even if the width of the connecting rod 63 is reduced.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、キャビティ４０の形状は適宜変更可能であり、肉抜き部５６の形状はキャビティ４０の形状に対応して適宜変更してよい。このとき、肉抜き部５６はキャビティ４０の排気側縁壁４３を跨ぐように配置されていることが好ましい。 Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, the shape of the cavity 40 can be changed as appropriate, and the shape of the thinned portion 56 may be changed as appropriate according to the shape of the cavity 40. At this time, the thinned portion 56 is preferably disposed so as to straddle the exhaust side edge wall 43 of the cavity 40.

１…ピストン、２…エンジン、２１…ピストン頭頂部、２２…支持壁部、２３…スカート部、２５…天板、２６…円筒壁、２７…頂面、２８…裏面、４０…キャビティ、４１…底面、４３…縁壁、４３…排気側縁壁（排気側側縁）、４４…吸気側縁壁、４５…左右縁壁、４７…ピン孔、５１…吸気側側縁、５２…排気側側縁、５５…内面、５６…肉抜き部、５８…吸気側端縁、５９…排気側端縁、Ａ…ピストン軸線、Ｂ…直線、Ｃ…ピストンピンの中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston, 2 ... Engine, 21 ... Piston top part, 22 ... Supporting wall part, 23 ... Skirt part, 25 ... Top plate, 26 ... Cylindrical wall, 27 ... Top surface, 28 ... Back surface, 40 ... Cavity, 41 ... Bottom surface, 43 ... edge wall, 43 ... exhaust side edge wall (exhaust side edge), 44 ... intake side edge wall, 45 ... left and right edge walls, 47 ... pin holes, 51 ... intake side edge, 52 ... exhaust side Edge, 55 ... inner surface, 56 ... thinned portion, 58 ... intake side edge, 59 ... exhaust side edge, A ... piston axis, B ... straight line, C ... center of piston pin

Claims

A piston head having a top surface with a recessed cavity, a pair of support walls hanging from the back surface opposite to the top surface of the piston head, and the support for receiving a piston pin; A piston of an internal combustion engine having pin holes formed so as to be coaxial with each other on each of the walls,
Each of the support walls extends from the intake side corresponding to the intake port on the top surface to the exhaust side corresponding to the exhaust port,
The cavity extends from the intake side to the center of the piston top, and is substantially parallel to a plane orthogonal to the axis of the piston ; an exhaust side edge wall disposed on the exhaust side of the bottom; An intake side edge wall disposed on the intake side of the bottom surface, and a pair of left and right edge walls disposed on both sides of the bottom surface and connecting ends of the exhaust side edge wall and the intake side edge wall. And
The exhaust-side edge wall is formed with a large angle with respect to the bottom surface, and the intake-side edge wall is formed with a small angle with respect to the bottom surface, whereby the piston top portion is formed with the exhaust-side edge wall and the intake-side edge wall. And the thickness change of the portion where the exhaust side edge wall is provided among the pair of left and right edge walls is the largest,
It is characterized in that a hollow portion is respectively provided in a portion above the pin hole on the mutually opposing surfaces of the support wall portion and located immediately below the exhaust side edge wall. piston.

In a side view as viewed in the axial direction of the pin hole, the lightening unit, from the intake side to the exhaust side, characterized in that it extends across the exhaust side edge wall of the cavity The piston according to claim 1.

3. The piston according to claim 2, wherein the lightening portion is formed on the support wall portion apart from the back surface of the piston top portion and the pin hole.

The piston according to any one of claims 1 to 3, wherein the left and right edge walls gradually increase in angle with respect to the bottom surface from the intake side toward the exhaust side.

5. The piston head top portion has a central portion that is higher than a peripheral edge portion, and forms a plane parallel to a plane perpendicular to the axis of the piston. Piston as described in one term.

In a side view seen along the axial direction of the pin hole,
An angle formed between a side edge of the support wall on the intake side and the exhaust side and a straight line parallel to the central axis of the piston is defined as a first angle,
When the angle formed by the straight line connecting the end of the thinned portion on the intake side and the exhaust side and the center of the pin hole and the straight line parallel to the central axis of the piston is the second angle,
The piston according to any one of claims 1 to 5, wherein the first angle is smaller than the second angle.