JPH112155A - Piston structure - Google Patents
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- JPH112155A JPH112155A JP15648397A JP15648397A JPH112155A JP H112155 A JPH112155 A JP H112155A JP 15648397 A JP15648397 A JP 15648397A JP 15648397 A JP15648397 A JP 15648397A JP H112155 A JPH112155 A JP H112155A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スラップ音を低減できるピストン構造を提供
すること。
【解決手段】 内燃機関用のピストン構造において、ピ
ストン1の基材よりも比重が大きいバランス部材10を
ピストンスカート部4のピストンピン中心Aよりも下方
に設けた。
(57) [Problem] To provide a piston structure capable of reducing slap noise. SOLUTION: In a piston structure for an internal combustion engine, a balance member 10 having a specific gravity larger than a base material of a piston 1 is provided below a piston pin center A of a piston skirt portion 4.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に使用さ
れるピストンの構造に関する。The present invention relates to a structure of a piston used in an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】ピストンの頂面には、吸排気弁等との干
渉を避けるための逃げが形成される場合がある。特に、
ディーゼルエンジンに使用されるピストンの頂面には、
燃焼室の一部を形成する燃焼室凹みが形成されている。
これらは、ピストン中心に関して偏心して形成されるこ
とが多く、この場合には、ピストン重心がピストン中心
線上から移動する。このようなピストンがシリンダ内で
上下運動する場合には、ピストン中心線上にあるピスト
ンピン中心に関して、ピストン上下死点位置近傍におけ
るピストン重心位置に作用する慣性によってモーメント
が発生し、ピストンがシリンダ壁面に衝突してスラップ
音を発生する問題点があった。2. Description of the Related Art In some cases, a relief is formed on the top surface of a piston to avoid interference with intake and exhaust valves. Especially,
On the top of the piston used for diesel engines,
A combustion chamber recess forming part of the combustion chamber is formed.
These are often formed eccentrically with respect to the piston center, in which case the center of gravity of the piston moves from the center line of the piston. When such a piston moves up and down in a cylinder, a moment is generated with respect to the center of the piston pin on the piston center line due to inertia acting on the position of the center of gravity of the piston near the position of the vertical dead center of the piston. There was a problem that a slap sound was generated upon collision.
【0003】このスラップ音を低減するために、ピスト
ンピン中心をピストン中心線上からスラスト側へオフセ
ットしたピストンピンオフセットと呼ばれる技術が知ら
れている。また、ピストンに一体に鋳込まれるととも
に、リング溝を形成する鋳鉄製リングの断面積を変化さ
せることにより、同鋳鉄製リングの重心位置を変化させ
て、ピストンの重心をピストン中心線上に修正する技術
も知られている。In order to reduce the slap noise, there is known a technique called piston pin offset in which the center of the piston pin is offset from the center line of the piston to the thrust side. In addition, the center of gravity of the cast iron ring is changed by changing the cross-sectional area of the cast iron ring forming the ring groove while being integrally cast into the piston, thereby correcting the center of gravity of the piston on the piston center line. The technology is also known.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ピストンピンオフセット技術や、ピストン重心をピスト
ン中心線上に修正する技術では、スラップ音の十分な低
減が困難であり、スラップ音による騒音が大きいという
問題点がある。特に、燃焼圧力の影響が大きいアイドル
状態(低回転時)と、慣性力の影響が大きい高回転・高
負荷状態とでは、ピストンの上下死点近傍でのピストン
重心に作用するモーメントが異なり、各状態において最
適な重心位置が必要となる。したがって、アイドル状態
と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音の低減の
両立が困難であり、エンジンの全運転域に亘ってスラッ
プ音の低減が望まれている。However, with the above-described piston pin offset technique and the technique of correcting the center of gravity of the piston on the center line of the piston, it is difficult to sufficiently reduce the slap noise, and the noise due to the slap noise is large. There is a point. In particular, the moment acting on the center of gravity of the piston near the top and bottom dead center of the piston differs between an idle state (at low rotation) where the influence of combustion pressure is large and a high rotation and high load state where the influence of inertia force is large. An optimum center of gravity position is required in the state. Therefore, it is difficult to achieve both reduction of the slap noise in the idling state and the high rotation / high load state, and it is desired to reduce the slap noise over the entire operation range of the engine.
【0005】よって、本発明の目的は、スラップ音を低
減できるピストン構造を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a piston structure that can reduce slap noise.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、内燃
機関用のピストン構造において、ピストンの基材よりも
比重が大きいバランス部材をピストンスカート部のピス
トンピン中心よりも下方に設けた構成であり、この構成
によって、ピストンの重心が下がり、ピストンの重心が
ピストンピン中心に近づく。According to a first aspect of the present invention, in a piston structure for an internal combustion engine, a balance member having a larger specific gravity than a base material of a piston is provided below a center of a piston pin of a piston skirt. With this configuration, the center of gravity of the piston is lowered, and the center of gravity of the piston approaches the center of the piston pin.
【0007】請求項2の発明は、内燃機関用のピストン
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のスラスト側に設けた構
成であり、この構成によって、ピストンの重心がピスト
ンのスラスト側に移動する。According to a second aspect of the present invention, in a piston structure for an internal combustion engine, a balance member having a larger specific gravity than a base material of the piston is provided on a thrust side of a piston skirt portion. Moves to the thrust side of the piston.
【0008】請求項3の発明は、内燃機関用のピストン
構造において、ピストンの基材よりも比重が大きいバラ
ンス部材をピストンスカート部のピストンピン中心より
も下方であり、かつ、スラスト側に設けた構成であり、
この構成によって、ピストンの重心が下がるとともに、
ピストンの重心がピストンのスラスト側に移動する。According to a third aspect of the present invention, in the piston structure for an internal combustion engine, a balance member having a specific gravity larger than that of the base material of the piston is provided below the center of the piston pin of the piston skirt and on the thrust side. Configuration
This configuration lowers the center of gravity of the piston,
The center of gravity of the piston moves to the thrust side of the piston.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1において、符号1は、内燃機関としてのデ
ィーゼルエンジンに使用されるピストンを、符号2は、
ピストン1を収容するシリンダをそれぞれ示す。ピスト
ン1は、アルミニウム合金により鋳造され、ヘッド部
3、スカート部4、ピストンリング5及びピストンピン
6を支持するピンボス部7から主に構成されている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a piston used in a diesel engine as an internal combustion engine, and reference numeral 2 denotes
1 shows a cylinder accommodating a piston 1. The piston 1 is cast from an aluminum alloy, and mainly includes a head portion 3, a skirt portion 4, a piston ring 5, and a pin boss portion 7 that supports a piston pin 6.
【0010】ヘッド部3の頂面3aには、燃焼室の一部
を形成する燃焼室凹み8が形成されている。燃焼室凹み
8は、図示しない燃料噴射ノズルが吸排気弁との干渉を
避けて配置されるため、ピストン中心線Aに対して図
中、右側に偏心して設けられている。ヘッド部3の内部
には、ピストン1、特にヘッド部3を冷却するための空
間9が燃焼室凹み8の外周を覆うように円環状に形成さ
れている。ピストンピン6の中心6aは、ピストン中心
線A上に位置している。A combustion chamber recess 8 which forms a part of the combustion chamber is formed on the top surface 3a of the head portion 3. Since the fuel injection nozzle (not shown) is arranged to avoid interference with the intake and exhaust valves, the combustion chamber recess 8 is provided eccentrically to the right with respect to the piston center line A in the figure. Inside the head portion 3, a space 9 for cooling the piston 1, particularly the head portion 3, is formed in an annular shape so as to cover the outer periphery of the combustion chamber recess 8. The center 6a of the piston pin 6 is located on the piston center line A.
【0011】スカート部4の下部外周には、バランス部
材としての金属製のリング10が設けられている。リン
グ10は、ピストン1の基材(アルミニウム合金)より
も比重が重い材質から形成されており、ピストン1の鋳
造時に一体に鋳込まれる。本実施例では、リング10が
ニッケル含有鋳鉄であるニレジストから形成されてい
る。ニレジストの比重は、略9であり、アルミニウム合
金の比重(略3)よりも大きい。A metal ring 10 is provided on the outer periphery of the lower part of the skirt 4 as a balance member. The ring 10 is formed of a material having a specific gravity greater than that of the base material (aluminum alloy) of the piston 1, and is integrally cast when the piston 1 is cast. In the present embodiment, the ring 10 is formed from Ni-resist which is a nickel-containing cast iron. The specific gravity of the niresist is approximately 9, which is larger than the specific gravity of the aluminum alloy (approximately 3).
【0012】リング10は、図中、右側の断面積よりも
左側の断面積が大きくなるように、その断面積が漸次変
化されて形成されている。すなわち、ピストン1のスラ
スト側に鋳込まれたリング10の断面積が反スラスト側
に鋳込まれたリング10の断面積よりも大きくなってい
る。ここで、ピストン1のスラスト側とは、膨張行程に
ピストン1がシリンダ2の壁面2aに接する側をいい、
図中、ピストン1の左側である。The ring 10 is formed by gradually changing its cross-sectional area so that the cross-sectional area on the left side is larger than the cross-sectional area on the right side in the figure. That is, the cross-sectional area of the ring 10 cast on the thrust side of the piston 1 is larger than the cross-sectional area of the ring 10 cast on the opposite thrust side. Here, the thrust side of the piston 1 refers to the side where the piston 1 contacts the wall surface 2a of the cylinder 2 during the expansion stroke.
In the figure, it is the left side of the piston 1.
【0013】上述したように、空間9及びリング10が
ピストン1にそれぞれ設けられているので、ピストン1
の重心を下げること、すなわち、ピストン1の重心をピ
ストンピン中心6aに近づけることができ、また、リン
グ10の図中、左側の断面積が右側の断面積よりも大き
いので、ピストン1の重心をピストン1の図中、左側
(スラスト側)に移動することができる。As described above, since the space 9 and the ring 10 are provided in the piston 1, respectively,
, That is, the center of gravity of the piston 1 can be brought closer to the center 6a of the piston pin, and since the cross-sectional area on the left side of the ring 10 is larger than the cross-sectional area on the right side, the center of gravity of the piston 1 is The piston 1 can move to the left (thrust side) in the drawing.
【0014】図1において、空間9及びリング10がピ
ストン1に設けられる前のピストン1の重心は、燃焼室
凹み8が図中、右側に偏心しているために、ピストン中
心線Aに対して図中、左側に偏心している(符号G1で
示す)。これに対して、空間9及びリング10がピスト
ン1にそれぞれ設けられた後のピストン1の重心は、図
中、符号G2で示す位置に移動する。すなわち、ピスト
ン1の上下方向をX方向、ピストン1のスラスト−反ス
ラスト方向をY方向とすると、ピストン1の重心G1
は、空間9及びリング10がピストン1にそれぞれ設け
られることによって、X方向に移動量X1で、Y方向に
移動量Y1でそれぞれ移動して重心G2に移動する。な
お、ピストン1の上下方向とは、ピストンピン中心6a
に直交し、かつ、ピストン中心線Aに平行な方向であ
り、ピストン1のスラスト−反スラスト方向とは、ピス
トンピン中心6aに直交し、かつ、ピストン1のスラス
ト側と反スラスト側を貫く方向である。In FIG. 1, the center of gravity of the piston 1 before the space 9 and the ring 10 are provided in the piston 1 is shown with respect to the center line A of the piston because the combustion chamber recess 8 is eccentric to the right in the figure. It is eccentric to the middle and to the left (indicated by G1). On the other hand, the center of gravity of the piston 1 after the space 9 and the ring 10 are respectively provided in the piston 1 moves to a position indicated by a reference sign G2 in the drawing. That is, assuming that the vertical direction of the piston 1 is the X direction and the thrust-anti-thrust direction of the piston 1 is the Y direction, the center of gravity G1 of the piston 1
By moving the space 9 and the ring 10 in the piston 1 respectively, the space 9 and the ring 10 move by the movement amount X1 in the X direction and by the movement amount Y1 in the Y direction, and move to the center of gravity G2. The vertical direction of the piston 1 means the center 6a of the piston pin.
And the direction parallel to the piston center line A, and the thrust-anti-thrust direction of the piston 1 is a direction orthogonal to the piston pin center 6a and passing through the thrust side and the anti-thrust side of the piston 1. It is.
【0015】したがって、ピストン1の重心がピストン
ピン中心6aに近づくことによって、ピストンピン中心
6aからピストン1の重心までの距離がL1からL2へ
と短くなるので、膨張行程時に、ピストン重心位置に作
用するモーメント力が低減され、ピストン1がシリンダ
壁面に衝突する衝突力も低減され、スラップ音を低減で
きる。特に、リング10がピストン1の比重よりも大き
い比重を有するニレジストからなるので、ピストン1の
大型化を防止するとともに、ピストン1の重心を下げる
ことができる。Accordingly, when the center of gravity of the piston 1 approaches the center 6a of the piston pin, the distance from the center 6a of the piston pin to the center of gravity of the piston 1 decreases from L1 to L2. Of the piston 1 collides with the cylinder wall surface, and the slap noise can be reduced. In particular, since the ring 10 is made of niresist having a specific gravity greater than the specific gravity of the piston 1, it is possible to prevent the piston 1 from being enlarged and to lower the center of gravity of the piston 1.
【0016】上述の実施例では、ピストン1の重心を下
げるため、すなわち、ピストン1の重心をピストンピン
中心6aに近づけるために、空間9をピストン1の上部
に設けるとともに、リング10をピストン1の下部に設
けていた。しかし、ピストン1の重心を下げるために、
空間9をピストン1の上部に設ける方法と、リング10
をピストン1の下部に設ける方法とのうち何れか一方の
方法のみを用いても良い。どちらの方法によってもピス
トン1の重心を下がることができるが、空間9をピスト
ン1の上部に設ける方法では、ヘッド部2の強度を維持
する関係上、空間9の大きさ(容量)には限界があり、
リング10をピストン1の下部に設ける方法では、ピス
トン1の重量が増加する。そこで、上述した実施例のよ
うに、空間9及びリング10を共にピストン1に設ける
ことによって、ピストン1の重心を下げることができる
とともに、ピストン1の重量増加を最小限に抑えること
ができる。In the above-described embodiment, a space 9 is provided above the piston 1 and a ring 10 is provided on the piston 1 in order to lower the center of gravity of the piston 1, that is, to bring the center of gravity of the piston 1 closer to the center 6a of the piston pin. It was provided at the bottom. However, in order to lower the center of gravity of piston 1,
A method of providing a space 9 above the piston 1 and a method of forming a ring 10
May be provided only below the piston 1. Although the center of gravity of the piston 1 can be lowered by either method, the method of providing the space 9 above the piston 1 limits the size (capacity) of the space 9 because the strength of the head portion 2 is maintained. There is
When the ring 10 is provided below the piston 1, the weight of the piston 1 increases. Therefore, by providing both the space 9 and the ring 10 in the piston 1 as in the above-described embodiment, the center of gravity of the piston 1 can be lowered, and the weight increase of the piston 1 can be minimized.
【0017】さらに、ピストン1の重心がスラスト側に
移動することによって、ピストン1がシリンダ2の壁面
2aに衝突する直前のピストン速度が遅くなり、衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を低減
できる。この衝突力の低減について図2を参照して説明
する。同図において、図中、左側をピストン1のスラス
ト側とする。Further, since the center of gravity of the piston 1 moves to the thrust side, the piston speed immediately before the piston 1 collides with the wall surface 2a of the cylinder 2 is reduced, and the impact is alleviated and the collision force is reduced. Slap sound can be reduced. The reduction of the collision force will be described with reference to FIG. In the figure, the left side is the thrust side of the piston 1 in the figure.
【0018】図2(a)に示すように、圧縮行程では、
ピストン1は、反スラスト側のシリンダ2の壁面2aに
接触しつつシリンダ2内を上昇する。次に、図2(b)
に示すように、ピストン1が上死点に達した直後では、
ピストン1の反スラスト側及びスラスト側の何れの側も
シリンダ2の壁面2aに押圧されない状態を保ちつつ下
降し、図2(c)に示すように、ピストン1がピストン
ピン中心6aを中心として図中、矢印Bの向きに傾き、
ピストン1のスラスト側のスカート部4の下端部が、シ
リンダ2の壁面2aに衝突する。このとき、ピストン1
とシリンダ2の壁面2aとのなす角度θが小さいた
め、、ピストン1がシリンダ2の壁面2aに衝突する直
前のピストン速度が遅くなる。As shown in FIG. 2A, in the compression stroke,
The piston 1 rises inside the cylinder 2 while contacting the wall surface 2a of the cylinder 2 on the opposite thrust side. Next, FIG.
Immediately after the piston 1 reaches the top dead center,
Both the anti-thrust side and the thrust side of the piston 1 descend while maintaining a state in which the piston 1 is not pressed by the wall surface 2a of the cylinder 2, and as shown in FIG. Middle, tilt in the direction of arrow B,
The lower end of the skirt portion 4 on the thrust side of the piston 1 collides with the wall surface 2a of the cylinder 2. At this time, piston 1
Is small, the piston speed immediately before the piston 1 collides with the wall surface 2a of the cylinder 2 is reduced.
【0019】さらに、図2(d)に示すように、膨張行
程時では、ヘッド部3の頂面3aに加わる燃焼圧と、ピ
ストン1のスラスト側の下端部がシリンダ2の壁面2a
に衝突した反動力とによって、ピストン1がピストンピ
ン中心6aを中心として図中、矢印Cの向きに傾き、ピ
ストン1のスラスト側のスカート部4の上端部がシリン
ダ2の壁面2aに衝突する。このとき、ピストン1がシ
リンダ2の壁面2aに衝突する直前のピストン速度が遅
くなり、ピストン1のシリンダ2の壁面2aへの衝撃が
緩和されて衝突力が低減されるので、スラップ音を有効
に低減できる。なお、図中、符号11はコネクティング
ロッドを示す。Further, as shown in FIG. 2D, during the expansion stroke, the combustion pressure applied to the top surface 3a of the head portion 3 and the lower end of the piston 1 on the thrust side are changed to the wall surface 2a of the cylinder 2.
The piston 1 tilts in the direction of the arrow C in the figure around the center 6a of the piston pin, and the upper end of the skirt portion 4 on the thrust side of the piston 1 collides with the wall surface 2a of the cylinder 2. At this time, the piston speed immediately before the piston 1 collides with the wall surface 2a of the cylinder 2 is reduced, and the impact of the piston 1 on the wall surface 2a of the cylinder 2 is reduced, so that the collision force is reduced. Can be reduced. In the drawings, reference numeral 11 denotes a connecting rod.
【0020】図2では、膨張行程時(上死点)における
ピストン1のシリンダ2への衝突を説明したが、ピスト
ン1が下死点(排気行程や圧縮行程の開始時)にあると
きには、ピストン1のシリンダ2への衝突は、図2で説
明した状態とは逆の状態となり、このときのスラップ音
は、従来のスラップ音よりも大きくなる。しかしなが
ら、ピストン1の膨張行程時におけるスラップ音と、下
死点におけるスラップ音を比較すると、膨張行程時では
ピストン1に燃焼圧が加わることによりピストン1のシ
リンダ2への衝突力は、下死点におけるその衝突力より
も大きく、膨張行程時におけるスラップ音は、下死点に
おけるスラップ音よりもはるかに大きい。よって、スラ
ップ音を低減するためには、膨張行程時におけるスラッ
プ音を低減することが最も有効である。FIG. 2 illustrates the collision of the piston 1 with the cylinder 2 during the expansion stroke (top dead center). However, when the piston 1 is at the bottom dead center (at the start of the exhaust stroke or the compression stroke), the piston 1 The collision of 1 with the cylinder 2 is in a state opposite to the state described with reference to FIG. 2, and the slap sound at this time is larger than the conventional slap sound. However, comparing the slap noise during the expansion stroke of the piston 1 with the slap noise at the bottom dead center, the combustion force is applied to the piston 1 during the expansion stroke, so that the collision force of the piston 1 against the cylinder 2 becomes lower dead center. The slap sound during the expansion stroke is much larger than the slap sound at the bottom dead center. Therefore, in order to reduce the slap sound, it is most effective to reduce the slap sound during the expansion stroke.
【0021】例えば、従来では膨張行程時におけるスラ
ップ音が100であり、下死点におけるスラップ音が6
0であったとすると、本実施例の構成により、膨張行程
時におけるスラップ音が80に低減され、下死点におけ
るスラップ音が70になったとしても、総合的には、従
来のスラップ音を100から80に低減していることに
なるので、実質的にはスラップ音を低減できる。For example, conventionally, the slap sound at the time of the expansion stroke is 100, and the slap sound at the bottom dead center is 6
Assuming that the slap sound at the time of the expansion stroke is reduced to 80 and the slap sound at the bottom dead center becomes 70, the conventional slap sound is reduced to 100 by the configuration of the present embodiment. Since the slap sound can be substantially reduced.
【0022】次に、上述のピストン1の重心のX,Y方
向への各移動量X1,Y1について説明する。ピストン
1の重心の各方向へのそれぞれの移動量は、図3に示す
シミュレーション解析により求められる。このシミュレ
ーションは、エンジン運転状態がアイドル状態(低回転
時)である場合と、エンジン運転状態が高回転・高負荷
状態である場合とにおいて、ピストン1の重心を各方向
へそれぞれの移動したときの、膨張行程時におけるピス
トン1のシリンダ2の壁面2aへの衝突力を解析したも
のであり、この結果を図3(a),(b)にそれぞれ示
す。図3(a),(b)において、X軸にピストン1の
上下方向における重心移動量(mm)を、Y軸にピスト
ン1のスラスト−反スラスト方向における重心移動量
(mm)を、Z軸にピストン1がシリンダ2の壁面2a
に衝突したときの衝突力(kg)をそれぞれ示す。ま
た、図3(a),(b)のX,Y軸において、空間9及
びリング10がピストン1に設けられる前のピストン1
の重心位置をG1でそれぞれ示す。Next, the movement amounts X1 and Y1 of the center of gravity of the piston 1 in the X and Y directions will be described. The amount of movement of the center of gravity of the piston 1 in each direction can be obtained by the simulation analysis shown in FIG. This simulation is performed when the center of gravity of the piston 1 is moved in each direction when the engine operating state is an idle state (during low rotation) and when the engine operating state is a high rotation / high load state. FIG. 3A and FIG. 3B show the analysis results of the collision force of the piston 1 against the wall surface 2a of the cylinder 2 during the expansion stroke. 3 (a) and 3 (b), the X-axis indicates the amount of movement of the center of gravity (mm) of the piston 1 in the vertical direction, the Y-axis indicates the amount of movement of the center of gravity (mm) in the thrust-anti-thrust direction of the piston 1, and the Z-axis. The piston 1 is on the wall 2a of the cylinder 2
Shows the collision force (kg) at the time of collision. 3A and 3B, the piston 1 before the space 9 and the ring 10 are provided on the piston 1.
Are indicated by G1.
【0023】図3(a),(b)から明らかなように、
ピストン1の重心位置を下げること、すなわち、ピスト
ン1の重心位置をピストンピン中心6aに近づけること
によって、衝突力が小さくなる。また、図3(b)から
明らかなように、ピストン1の重心位置をスラスト側へ
移動し、かつ、ピストン1の重心位置を下げることによ
って、衝突力が小さくなる。As is clear from FIGS. 3A and 3B,
By lowering the position of the center of gravity of the piston 1, that is, by bringing the position of the center of gravity of the piston 1 closer to the center 6a of the piston pin, the collision force is reduced. 3B, the collision force is reduced by moving the position of the center of gravity of the piston 1 toward the thrust side and lowering the position of the center of gravity of the piston 1.
【0024】以上のシミュレーション結果から、アイド
ル状態と高回転・高負荷状態とにおける各スラップ音を
低減するためには、ピストン1の重心位置を下げるこ
と、すなわち、ピストン1の重心位置をピストンピン中
心6aに近づけることが有効であり、さらに、ピストン
1の重心位置をスラスト側へ移動することも有効である
ことが明らかである。よって、シミュレーション結果に
基づいて、空間9の大きさ(容量)、リング10の重量
及びリング10の断面積がそれぞれ決定される。すなわ
ち、ピストン1の重心がシミュレーション結果により求
められる所定の重心位置に移動するように、空間9の大
きさ(容量)、リング10の重量及びリング10の断面
積がそれぞれ決定される。From the above simulation results, in order to reduce the slap noises in the idle state and the high rotation / high load state, the position of the center of gravity of the piston 1 is lowered, that is, the position of the center of gravity of the piston 1 is set to the center of the piston pin. It is clear that it is effective to approach 6a, and it is also effective to move the position of the center of gravity of the piston 1 to the thrust side. Therefore, the size (capacity) of the space 9, the weight of the ring 10, and the cross-sectional area of the ring 10 are determined based on the simulation result. That is, the size (capacity) of the space 9, the weight of the ring 10, and the cross-sectional area of the ring 10 are determined so that the center of gravity of the piston 1 moves to a predetermined center of gravity position obtained from the simulation result.
【0025】図4(a),(b)に、ピストン1の重心
が、基準位置(図1における重心G1)にある場合と、
この基準位置よりも上方にある場合と、基準位置よりも
下方にある場合とにおいて、アイドル状態及び高回転・
高負荷状態におけるスラップ音をそれぞれ測定した結果
を示す。なお、スラップ音の測定は、エンジンから略1
m離れた位置で行った。図4(a),(b)において、
横軸にスラップ音の周波数(Hz)が、縦軸にスラップ
音の騒音レベル(dB(A))がそれぞれ設定されてい
る。図中、一点鎖線D1がピストン1の重心が基準位置
である場合の測定結果を、破線D2がピストン1の重心
が基準位置よりも上方にある場合の測定結果を、実線D
3がピストン1の重心が基準位置よりも下方にある場合
の測定結果をそれぞれ示している。図4(a),(b)
から明らかなように、ピストン1の重心が基準位置より
も下方にある場合(D3)には、周波数略全域に亘って
スラップ音の騒音レベルが基準位置の騒音レベルよりも
低減している。FIGS. 4A and 4B show the case where the center of gravity of the piston 1 is at the reference position (the center of gravity G1 in FIG. 1).
The idle state and the high rotation speed between the case where it is above the reference position and the case where it is below the reference position.
The result of having measured each slap sound in a high load state is shown. Note that the measurement of the slap sound was performed approximately 1 minute from the engine.
m. In FIGS. 4A and 4B,
The frequency of the slap sound (Hz) is set on the horizontal axis, and the noise level of the slap sound (dB (A)) is set on the vertical axis. In the figure, a dashed line D1 indicates a measurement result when the center of gravity of the piston 1 is at the reference position, and a broken line D2 indicates a measurement result when the center of gravity of the piston 1 is above the reference position.
Numeral 3 indicates the measurement results when the center of gravity of the piston 1 is below the reference position. FIG. 4 (a), (b)
As is clear from FIG. 7, when the center of gravity of the piston 1 is below the reference position (D3), the noise level of the slap sound is lower than the noise level of the reference position over substantially the entire frequency range.
【0026】図5に、ピストン1の重心を基準位置(図
1における重心G1)から上下移動したときのスラップ
音の変化を測定した結果を示す。なお、スラップ音の測
定は、エンジンから略1m離れた位置で行った。図5か
ら明らかなように、ピストン1の重心が基準位置よりも
下方にある場合には、スラップ音の騒音レベルが基準位
置の騒音レベルよりも低減している。FIG. 5 shows the result of measuring the change in the slap sound when the center of gravity of the piston 1 is moved up and down from the reference position (the center of gravity G1 in FIG. 1). The measurement of the slap sound was performed at a position approximately 1 m away from the engine. As is clear from FIG. 5, when the center of gravity of the piston 1 is below the reference position, the noise level of the slap sound is lower than the noise level of the reference position.
【0027】図1において、リング10の代わりに、符
号15で示すバランス部材をスカート部4のスラスト側
のみに設けても良い。バランス部材15には、上述の実
施例と同様にピストン1の基材よりも比重が大きい材質
を用いる。また、リング10の代わりに、ピストンの基
材よりも比重が大きいバランス部材を、スカート部のピ
ストンピン中心線に関して対称位置にそれぞれ設けても
良い。このとき、ピストンのスラスト側のバランス部材
を大きくすることにより、ピストンの重心をスラスト側
に移動することができる。In FIG. 1, instead of the ring 10, a balance member indicated by reference numeral 15 may be provided only on the thrust side of the skirt portion 4. A material having a specific gravity larger than that of the base material of the piston 1 is used for the balance member 15 as in the above-described embodiment. Further, instead of the ring 10, a balance member having a specific gravity larger than that of the base material of the piston may be provided at symmetrical positions with respect to the center line of the piston pin of the skirt. At this time, by increasing the balance member on the thrust side of the piston, the center of gravity of the piston can be moved to the thrust side.
【0028】上述の実施例では、ピストン1の重心はピ
ストンピン中心6aと一致していないが、理論的には、
ピストン1の重心がピストンピン中心6aに一致するこ
とによって、ピストン1に作用するモーメントは最小に
なるので、ピストン1の重心は、ピストンピン中心6a
に一致することが望ましい。しかし、実際には、ピスト
ン1の重量増加に限度があり、ピストン1の重心をスラ
スト側へ移動することによってもスラップ音の低減に効
果があることからピストン1の重心はピストンピン中心
6aに必ずしも一致していない。In the above-described embodiment, the center of gravity of the piston 1 does not coincide with the center 6a of the piston pin.
Since the center of gravity of the piston 1 coincides with the center 6a of the piston pin, the moment acting on the piston 1 is minimized.
It is desirable to match. However, in practice, the increase in the weight of the piston 1 is limited, and moving the center of gravity of the piston 1 to the thrust side is also effective in reducing the slap noise. Do not match.
【0029】また、上述の実施例では、ピストン1の重
心をピストンピン中心6aよりもスラスト側に移動して
いたが、これとは逆に、ピストン1の重心をピストンピ
ン中心6aよりも反スラスト側に移動することによっ
て、従来のスラスト側へのピストンピンオフセットに相
当する状態も作り出せ、この場合には、従来のピストン
ピンオフセットと同様にスラップ音を低減することもで
きる。In the above-described embodiment, the center of gravity of the piston 1 is moved to the thrust side with respect to the center 6a of the piston pin. By moving to the side, a state corresponding to the conventional piston pin offset to the thrust side can be created, and in this case, the slap noise can be reduced similarly to the conventional piston pin offset.
【0030】さらに、本発明をディーゼルエンジンに用
いられるピストンに適用した場合について説明したが、
本発明をガソリンエンジンに用いられるピストンに適用
した場合でも同様の効果を得ることができる。Further, the case where the present invention is applied to a piston used in a diesel engine has been described.
Similar effects can be obtained even when the present invention is applied to a piston used in a gasoline engine.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
の発明によれば、ピストンの重心が下がり、ピストンの
重心がピストンピン中心に近づくので、ピストンピン中
心からピストンの重心までの距離が短くなり、膨張行程
時に、ピストン重心位置に作用するモーメント力が低減
されて、ピストンがシリンダ壁面に衝突する衝突力が低
減され、スラップ音を低減できる。また、アイドル状態
(低回転時)と高回転・高負荷状態とにおける各スラッ
プ音も低減でき、エンジンの全運転域に亘ってスラップ
音を低減できる。As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the invention of the above, since the center of gravity of the piston is lowered and the center of gravity of the piston approaches the center of the piston pin, the distance from the center of the piston pin to the center of gravity of the piston is shortened, and the moment force acting on the position of the center of gravity of the piston during the expansion stroke is reduced. As a result, the collision force at which the piston collides with the cylinder wall surface is reduced, and the slap noise can be reduced. Further, the slap noise in the idle state (during low rotation) and the high rotation / high load state can also be reduced, and the slap noise can be reduced over the entire operating range of the engine.
【0032】請求項2の発明によれば、ピストンの重心
がスラスト側に移動することによって、ピストンがシリ
ンダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピ
ストンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、ス
ラップ音を低減できる。According to the second aspect of the present invention, the center of gravity of the piston moves to the thrust side, so that the piston speed immediately before the piston collides with the cylinder wall surface is reduced, and the collision force of the piston against the cylinder wall surface is reduced. Therefore, the slap sound can be reduced.
【0033】請求項3の発明によれば、ピストンの重心
が下がるとともに、ピストンの重心がピストンのスラス
ト側に移動するので、膨張行程時に、ピストンがシリン
ダ壁面に衝突する直前のピストン速度が遅くなり、ピス
トンのシリンダ壁面への衝突力が低減されるので、効果
的にスラップ音を低減できる。According to the third aspect of the present invention, the center of gravity of the piston lowers and the center of gravity of the piston moves toward the thrust side of the piston. Therefore, during the expansion stroke, the piston speed immediately before the piston collides with the cylinder wall surface decreases. Since the impact force of the piston on the cylinder wall is reduced, the slap noise can be effectively reduced.
【図1】本発明のピストン構造を示すピストンの縦断面
図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a piston showing a piston structure of the present invention.
【図2】ピストンのシリンダ壁面への衝突を説明するた
めの概略図であり、(a)は圧縮行程時を、(b)はピ
ストンが上死点に達した直後を、(c)はピストンがシ
リンダ壁面に衝突した状態を、(d)は膨張行程時をそ
れぞれ示す。2A and 2B are schematic diagrams for explaining a collision of a piston with a cylinder wall surface, wherein FIG. 2A shows a compression stroke, FIG. 2B shows a state immediately after the piston reaches a top dead center, and FIG. (D) shows a state in which it has collided with the cylinder wall surface, and (d) shows a state during the expansion stroke.
【図3】最適なピストン重心を求めるためのシミュレー
ション解析による特性図であり、(a)はエンジン運転
状態がアイドルである場合を、(b)はエンジン運転状
態が高回転・高負荷である場合をそれぞれ示す。3A and 3B are characteristic diagrams obtained by a simulation analysis for finding an optimum center of gravity of a piston, wherein FIG. 3A shows a case where the engine operation state is idle, and FIG. 3B shows a case where the engine operation state is high rotation and high load. Are respectively shown.
【図4】ピストン重心を基準位置から上下移動した場合
における各スラップ音をそれぞれ測定した特性図であ
り、(a)はエンジン運転状態がアイドルである場合
を、(b)はエンジン運転状態が高回転・高負荷である
場合をそれぞれ示す。FIGS. 4A and 4B are characteristic diagrams in which respective slap sounds are measured when the center of gravity of the piston is moved up and down from a reference position, wherein FIG. 4A shows a case where the engine operation state is idle, and FIG. The cases of rotation and high load are shown respectively.
【図5】ピストン重心を基準位置から上下移動したとき
のスラップ音変化量の測定結果の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement result of a slap sound change amount when the center of gravity of a piston is moved up and down from a reference position.
1 ピストン 2 シリンダ 4 スカート部 6 ピストンピン 6a ピストンピン中心 9 空間 10 リング(バランス部材) A ピストン中心線 G1,G2 重心 Reference Signs List 1 piston 2 cylinder 4 skirt 6 piston pin 6a piston pin center 9 space 10 ring (balance member) A piston center line G1, G2 center of gravity
Claims (3)
トンスカート部のピストンピン中心よりも下方に設けた
ことを特徴とするピストン構造。1. A piston structure for an internal combustion engine, wherein a balance member having a larger specific gravity than a base material of the piston is provided below a center of a piston pin of a piston skirt portion.
トンスカート部のスラスト側に設けたことを特徴とする
ピストン構造。2. A piston structure for an internal combustion engine, wherein a balance member having a larger specific gravity than a base material of the piston is provided on a thrust side of a piston skirt portion.
トンスカート部のピストンピン中心よりも下方であり、
かつ、スラスト側に設けたことを特徴とするピストン構
造。3. A piston structure for an internal combustion engine, wherein a balance member having a specific gravity greater than that of a base material of the piston is located below a center of a piston pin of a piston skirt.
A piston structure provided on the thrust side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15648397A JP3887885B2 (en) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Piston structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15648397A JP3887885B2 (en) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Piston structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH112155A true JPH112155A (en) | 1999-01-06 |
| JP3887885B2 JP3887885B2 (en) | 2007-02-28 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15648397A Expired - Fee Related JP3887885B2 (en) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Piston structure |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3887885B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4848026A (en) * | 1987-10-26 | 1989-07-18 | Monterey Mushrooms, Inc. | Composting process for the production of mushroom cultivation substrates |
| JP2013241922A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | Double-link type internal combustion engine |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP15648397A patent/JP3887885B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4848026A (en) * | 1987-10-26 | 1989-07-18 | Monterey Mushrooms, Inc. | Composting process for the production of mushroom cultivation substrates |
| JP2013241922A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | Double-link type internal combustion engine |
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| JP3887885B2 (en) | 2007-02-28 |
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