JP2006207536A - 頂面回転式ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供する。
【解決手段】 ピストン上部でピストン本体２と頂面回転体１Ａとに２分割し、この頂面回転体１Ａを、軸受３を介してピストン本体２と接続した頂面回転式ピストン１００Ａであって、頂面回転体１Ａの外周部に第１永久磁石４を配置し、ピストンを収容するシリンダライナ５Ａの内周部に、複数の第２永久磁石６からなる列を一周にわたり楕円状に配置する。頂面回転体１Ａの上面に羽根１ｂを形成し、頂面回転体１Ａの回転によって、燃焼室内に気流を発生させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンに関する。

従来、内燃機関においては、燃焼速度向上を目的として、燃焼室に空気を吸入する吸気ポートを螺旋状に形成したヘリカルポートや、コントロールバルブを備えた可変吸気ポートが提案されている。これらの吸気ポートにより吸気すると、燃焼室内にはスワール（横渦）やタンブル（縦渦）といった気流が発生する。このような気流は、燃焼室内の空気と燃料との混合及び燃焼を促進する。充分な気流を得るため、ヘリカルポートの先端部には、絞りが形成される。また、可変吸気ポートは、気流を発生させるため、コントロールバルブでポートの一部を遮断する。

このような吸気ポートを採用した場合には、燃焼室内に充分な気流を発生させることができる。その一方、このような吸気ポートでは、絞りやコントロールバルブにより気体の吸入量が制限されるため、ポート流量係数が低下してしまう。そのため、特許文献１では、以下のような技術が提案されている。特許文献１によると、油圧を動力源として、ピストン上部に備えられた有底円筒体の側面にオイルを噴射して、この円筒体を回転させる。この円筒体の円筒内周面には、フィンが設けられており、回転により燃焼室内に旋回空気流を発生させる。また、特許文献２でも、油圧を動力源とした技術を提案している。非特許文献１によれば、ピストン内に備えられた羽根車にオイルを噴射することにより、ピストン頂面に設けられて、羽根車と連結した回転体を回転させる。この回転体上面にフィンを備えることにより、回転時に燃焼室内に旋回空気流を発生させることが可能である。特許文献２では、圧縮比の変更を目的として、ピストン上部に回転体を備え、回転体外周部に配置した磁石と、シリンダ内面に配置した電磁石との磁力を利用して、回転体を回転させる技術が提案されている。
特開平６−２６１４号公報 特開平１１−１１７７７９号公報 公技番号２００３−５０３３７７号公報

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１の技術では、ピストン上部に備えられた回転体を、油圧機構を用いて回転させている。そのため、構造が複雑で高コスト化を招く。また、特許文献２の技術では、ピストン上部に備えた回転体とピストンとを、互いのねじ部により螺着する。そのため、回転体が一方の方向へ回転できる回転回数は、ねじ山の数に限られる。また、軸受で支持した回転体の場合と比較して、回転体が回転可能な速度は低くなる。そのため、燃焼室内の気体に気流を発生させる用途には向かない。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、前記頂面回転体の外周部に第１磁石を配置し、前記ピストンを収容するシリンダの内周部に、複数の第２磁石からなる列を一周にわたり配置することを特徴とする。本発明では、頂面回転体の第１磁石は、シリンダ内周部に配置した第２磁石に引き寄せられる。そのため、ピストンの往復運動に伴い、第２磁石の列に沿って、頂面回転体が回転する。すなわち、頂面回転体の頂面に例えば羽根状の構造を備えることによって、燃焼室内に気流を発生させることが可能である。また、吸気ポートからの吸気によっては不可能な、内燃機関の圧縮工程における気流の発生を実現できる。さらに、ヘリカルポート等を利用しないので、吸気ポートの流量係数低下を防止できる。

また、本発明は、ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、前記頂面回転体の外周部に複数の第１磁石を配置し、前記ピストンを収容するシリンダの内周部に、複数の第２磁石からなる列を部分的に配置することを特徴とする。

本発明では、頂面回転体の第１磁石は、シリンダ内周部に配置した第２磁石に引き寄せられる。そのため、下死点から上死点へ向かうピストンの運動に伴い、部分的に配置した第２磁石の列に沿って、頂面回転体が回転する。第２磁石の列が配置されていない位置まで頂面回転体が上昇すると、頂面回転体はその後、磁力の拘束から解放される。これにより、頂面回転体は慣性力により勢いを持って回転する。そのため、特に気流を発生させたい圧縮工程における上死点付近で、頂面回転体をより回転させることができる。すなわち、頂面回転体の頂面に例えば羽根状の構造を備えることによって、燃焼室内に効果的に気流を発生させることが可能である。また、吸気ポートからの吸気によっては不可能な、内燃機関の圧縮工程における気流の発生を実現できる。さらに、ヘリカルポート等を利用しないので、吸気ポートの流量係数低下を防止できる。

本発明によれば、簡素な構成で、吸気ポートの流量係数を低下させることなく、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンが実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明に係る頂面回転式ピストンの構成を示す図である。本ピストンは、例えば自動車等の内燃機関で使用される。図１（ａ）は、頂面回転式ピストンの断面図であり、図１（ｂ）は、頂面回転式ピストンの上面図である。図１（ａ）に示すように、頂面回転式ピストン１００Ａは、頂面回転体１Ａ、ピストン本体２、軸受３及び第１永久磁石４により構成される。頂面回転体１Ａは、段部を有する略円盤状の部材であり、略円盤状の軸受圧入部１ａが、頂面回転体１Ａの円盤中心と略同心になるよう形成されている。ピストン本体２は、有底円筒状の部材であり、円筒内部には図示しないピストンピンを支持するためのピストンボス２ｂが設けられている。また、ピストン本体２の上面には、有底円筒状の軸受保持部２ａが、ピストン本体２の円筒中心と略同心に形成されている。軸受３は、頂面回転体１の軸受圧入部１ａに圧入して固定されている。さらに、軸受３の外周部をピストン本体２の軸受保持部２ａの内周部と嵌合し、軸受３を圧入する。これにより、頂面回転体１Ａは、ピストン本体２に対し、軸受３を介して回転自在に保持される。頂面回転体１Ａの外周部（トップランド）には、例えばシリンダライナ５Ａと対向する面をＮ極にして第１永久磁石４が装着される。また、頂面回転体１Ａの頂面には、図１（ｂ）に示すように、放射線状に複数の羽根１ｂを形成する。

図２は、内燃機関の圧縮工程において、下死点から上死点へ向かって頂面回転式ピストン１００Ａが移動する際の、頂面回転体１Ａのシリンダライナ５Ａ内での動作を示す図である。内燃機関のシリンダには、円筒状のシリンダライナ５Ａが圧入されており、シリンダライナ５Ａの内周面が、頂面回転式ピストン１００Ａに嵌着された図示しないピストンリングと摺動する。シリンダライナ５Ａの内周部には、複数の第２永久磁石６が、列状になって、一周にわたって楕円状に装着されている。また、この第２永久磁石６の列は、ピストン往復運動の方向へ、頂面回転体１Ａの下死点時の位置から上死点時の位置まで装着されている。この第２永久磁石６は、頂面回転体１Ａに対向する側の面がＳ極になるよう配置されている。

頂面回転体１Ａ（ａ）は、頂面回転式ピストン１００Ａが下死点寄りにある場合の頂面回転体１Ａの状態を示している。頂面回転体１Ａ（ａ）のトップランドに装着された第１永久磁石４は、シリンダライナ５Ａに装着された第２永久磁石６に引き寄せられている。この状態で、頂面回転式ピストン１００Ａが上死点に向かって運動すると、楕円状に装着された第２永久磁石６に沿って第１永久磁石４が引き寄せられる。そのため、頂面回転体１Ａは、頂面回転体１Ａ（ａ）から頂面回転体１Ａ（ｂ）の状態になる。このようにして、頂面回転体１Ａを、帳面回転式ピストン１００Ａの往復運動に伴い、回転させることができる。頂面回転体１Ａの上面には、羽根１ｂが形成されているため、この回転によって、燃焼室内に気流を発生させることができる。また、吸気ポートからの吸気によって発生させるスワールやタンブル等の気流は、内燃機関の吸気工程で発生させるため、圧縮工程においては気流が減衰してしまう。ところが、本実施例では、圧縮工程において気流の発生を実現できる。

図３は、内燃機関の圧縮工程において、下死点から上死点へ向かって頂面回転式ピストン１００Ｂが移動する際の、頂面回転体１Ｂのシリンダ内での動作を示す図である。頂面回転式ピストン１００Ｂは、第１永久磁石４を頂面回転体１Ｂのトップランドに複数装着する以外、図１における実施例１の頂面回転式ピストン１００Ａと、同様である。

本実施例においては、シリンダライナ５Ｂの内周部には、下死点から上死点に至る途中の位置に、部分的に第２永久磁石６の列が装着されている。この第２永久磁石６は、頂面回転式ピストン１００Ｂに対向する側の面がＳ極になるよう配置されている。頂面回転体１Ｂ（ａ）は、頂面回転式ピストン１００Ｂが下死点寄りにある場合の頂面回転体１Ｂの状態を示している。頂面回転体１Ｂ（ａ）のトップランドに装着された第１永久磁石４は、シリンダライナ５Ｂに装着された第２永久磁石６に引き寄せられている。下死点から上死点へ向かう頂面回転式ピストン１００Ｂの運動に伴い、部分的に装着された第２永久磁石６の列に沿って第１永久磁石４が引き寄せられる。そのため、頂面回転体１Ｂは、頂面回転体１Ｂ（ａ）から頂面回転体１Ｂ（ｂ）の状態になる。このようにして、頂面回転体１Ｂを、帳面回転式ピストン１００Ｂの往復運動に伴い、回転させることができる。

図４は、図３を上面視した図である。図４に示すように、頂面回転体１Ｂに装着された隣り合った第１永久磁石４が中心Ｏとなす角度αは、シリンダライナ５Ｂに装着された列の両端の第２永久磁石６が中心Ｏとなす角度Θより小さい。このように第１永久磁石４を装着することで、頂面回転体１Ｂが、ピストンの往復運動に伴い第２永久磁石６の列が装着された範囲から外れた後、再びこの範囲に入ってきたときに、第１永久磁石４と第２永久磁石６とを引き合わせることができる。

図２に示すように、頂面回転体１Ｂが、第２永久磁石６の列が装着されていない回転体１Ｂ（ｃ）の状態まで上昇すると、頂面回転体１Ｂはその後、磁力の拘束から解放される。これにより、頂面回転体１Ｂは慣性力により勢いを持って回転する。そのため、特に気流を発生させたい圧縮工程における上死点付近で、頂面回転体１Ｂをより回転させることが可能である。頂面回転体１Ｂの上面には羽根１ｂが形成されているため、この回転によって、燃焼室内に効果的に気流を発生させることができる。また、シリンダライナ５Ｂ内周部に配置する第２永久磁石６の数を大幅に減らすことができるので、コストの低減を図ることが可能である。また、吸気ポートからの吸気によって発生させるスワールやタンブル等の気流は、内燃機関の吸気工程で発生させるため、圧縮工程においては気流が減衰してしまう。ところが、本実施例では、圧縮工程において気流の発生を効果的に実現できる。

なお、シリンダライナ５Ａ及び５Ｂに装着する磁石は電磁石であってもよい。また、羽根１ｂに限らず、頂面回転体１Ａ及び１Ｂの頂面には、これら頂面回転体の回転により気流を発生させることができる構造を適用可能である。また、羽根１ｂを形成する手段は、鍛造加工や機械加工等、形成するにあたっての適宜の手段で構わない。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

本発明に係る頂面回転式ピストン１００Ａの構成を示す図 実施例１における頂面回転体１Ａのシリンダ内での動作を示す図 実施例２における頂面回転体１Ｂのシリンダ内での動作を示す図 実施例２における頂面回転体１Ｂに装着する複数の第１永久磁石４を示す図

符号の説明

１Ａ 実施例１における頂面回転体
１Ａ（ａ） 実施例１における下死点寄りの位置にある頂面回転体１Ａ
１Ａ（ｂ） 実施例１における上死点寄りの位置にある頂面回転体１Ａ
１Ｂ 実施例２における頂面回転体
１Ｂ（ａ） 実施例２における下死点寄りの位置にある頂面回転体１Ｂ
１Ｂ（ｂ） 実施例２における上死点寄りの位置にある頂面回転体１Ｂ
１Ｂ（ｃ） 実施例２における第２永久磁石６の列の範囲外の位置にある頂面回転体１Ｂ
１ａ 軸受圧入部
１ｂ 羽根
２ ピストン本体
２ａ 軸受保持部
２ｂ ピストンボス
３ 軸受
４ 第１永久磁石
５Ａ、５Ｂ シリンダライナ
６ 第２永久磁石

Claims (3)

1. ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、
   前記頂面回転体の外周部に第１磁石を配置し、前記ピストンを収容するシリンダの内周部に、複数の第２磁石からなる列を一周にわたり配置することを特徴とする頂面回転式ピストン。
2. ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、
   前記頂面回転体の外周部に複数の第１磁石を配置し、前記ピストンを収容するシリンダの内周部に、複数の第２磁石からなる列を部分的に配置することを特徴とする頂面回転式ピストン。
3. 前記頂面回転体の頂面に、羽根状の構造を備えることを特徴とする請求項１または２記載の頂面回転式ピストン。
   

Images