JP2012137063A - Piston - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばレシプロ式内燃機関に用いられるピストンに関する。 The present invention relates to a piston used in, for example, a reciprocating internal combustion engine.
従来、アウタピストンとインナピストンとを備える可変圧縮比ピストンが提案されている。アウタピストンとインナピストンとの間には、皿ばねが収容されている。燃焼室内の圧力が大きくなると、皿ばねがたわむことによってアウタピストンが下がり、それゆえ、燃焼室内の圧力が意図する圧力を超えないようにするものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a variable compression ratio piston including an outer piston and an inner piston has been proposed. A disc spring is accommodated between the outer piston and the inner piston. When the pressure in the combustion chamber increases, the outer piston lowers due to the deflection of the disc spring, and therefore, there is one that prevents the pressure in the combustion chamber from exceeding the intended pressure (see, for example, Patent Document 1).
皿ばねは、たわむと径が変更する。このため、特許文献1のピストンでは、皿ばねが伸縮する際に、皿ばねの外周端部がピストンの内面に接触することが考えられる。皿ばねの外周端部がピストン内面に接触することによって、ピストン内面が摩耗することが考えられる。
The diameter of the disc spring changes when it is bent. For this reason, in the piston of
本発明は、ピストンの内面の摩耗を抑制することができるピストンを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the piston which can suppress abrasion of the inner surface of a piston.
請求項1に記載のピストンは、ピストンボスが形成されるピストン基部と、前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成されて前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化する収容部と、前記収容部内に収容され、前記収容部の容積の変化に伴い前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の移動に追従して伸縮する皿ばねと、前記収容部内に収容されるとともに前記皿ばねのピストン径方向の端部と前記収容部の内壁との間に介在し、前記皿ばねの伸縮に同期して伸縮する保護部材とを備える。
The piston according to
請求項2に記載のピストンは、請求項1に記載において、前記端部は、前記皿ばねの外周端部または内周端部であって、前記保護部材は、前記皿ばねの外周端部または内周端部に沿ってらせん状に形成されるコイルばねである。
The piston according to
請求項3に記載のピストンは、請求項2の記載において、前記皿ばねは、前記往復動方向に複数重ねられる。前記コイルばねは、前記皿ばねの径が最小となる伸縮状態で前記皿ばねの外周端部または内周端部に接触する。 According to a third aspect of the present invention, in the piston according to the second aspect, a plurality of the disc springs are stacked in the reciprocating direction. The coil spring contacts an outer peripheral end or an inner peripheral end of the disc spring in a stretched state in which the disc spring has a minimum diameter.
請求項4に記載のピストンは、請求項2または3の記載において、前記コイルばねは、前記収容部の容積が最大のときに、ピッチが前記皿ばねの板厚の2倍以下となる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the piston according to the second or third aspect, the pitch of the coil spring is not more than twice the plate thickness of the disc spring when the volume of the accommodating portion is maximum.
本発明によれば、ピストンの内面が摩耗することを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the inner surface of a piston wears.
本発明の第1の実施形態に係るピストンを、図1,2を用いて説明する。図1は、ピストン10を示す断面図である。図2は、ピストン10が分解された状態を示す分解断面図である。図1,2に示すように、ピストン10は、ピストン基部20と、ピストン移動部30と、保護用コイルばね40と、複数の皿ばね50と、止め輪60とを備えている。
A piston according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the
ピストン基部20は、本体部21と、ピストンボス22とを有している。本体部21は、一例として、平面形状が円であり、一定の厚みを有する形状である。ピストンボス22は、本体部21に形成されている。ピストンボス22は、図示しないコネクティングロッドがピストンピンを介して連結される孔24が形成されている。
The
ピストン移動部30は、ピストンヘッド31と、リング溝32が形成されるリング部33と、スカート部34とを有している。スカート部34は、リング部33の周縁部から立ち上がるようにリング部33と一体に形成されており、それゆえ、ピストン移動部30は内側が凹む形状である。
The
ピストン基部20は、ピストン移動部30の内側に収容されている。ピストン移動部30は、ピストン基部20に対して移動可能である。ピストン基部20に対するピストン移動部30の往復動方向Aを図中矢印で示している。往復動方向Aは、直線方向である。また、往復動方向Aは、ピストン移動部30の外面38に平行な方向である。外面38は、同一方向に延びている。より具体的に説明すると、ピストン基部20に対するピストン移動部30の往復動方向Aは、図示しないシリンダ内でのピストンの往復動方向に平行である。
The
ピストン移動部30には、止め輪60が嵌め込まれる溝37が形成されている。止め輪60は、ピストン移動部30内に収容されたピストン基部20が外れないように、ピストン基部20を支持する。
A
ここで、ピストン10の状態について説明する。上記のように、ピストン移動部30は、ピストン基部20に対して、往復動方向Aに平行な近づく方向A1と離れる方向A2とに移動可能である。図1に示すようにピストン移動部30がピストン基部20に対して最も離れた位置にある状態を、初期状態P1とする。図1は、初期状態P1を示している。初期状態P1では、本体部21が止め輪60に接触しており、それゆえ、ピストン基部20に対するピストン移動部30の移動が抑制される状態である。ピストン移動部30がピストン基部20に最も近づいた状態(図示せず)を最大圧縮状態とする。最大圧縮状態は、後述される皿ばね50が最大にたわんだ状態である。
Here, the state of the
ピストン移動部30がピストン基部20に組み付けられた状態において、ピストン基部20とピストン移動部30との間には、収容部70が形成される。本実施形態では、収容部70は、ピストン移動部30の内壁36と、ピストン基部20の本体部21とによって形成される。
In a state in which the
収容部70のピストン基部20側の端面71は、ピストン基部20の本体部21の表面であり、往復動方向Aに垂直な面である。端面71を往復動方向Aに見る平面形状は、円である。収容部70のピストン移動部30側の端面72は、往復動方向Aに垂直な方向の面であり、往復動方向Aに見る平面形状は、円である。収容部70の側面73は、ピストン移動部30の内壁36の内面であり、往復動方向Aに平行に延びている。収容部70の内部空間は、ピストン基部20に対するピストン移動部30の相対位置によって、変化する。側面73を有する内壁36は、本発明で言う内壁の一例である。
An
収容部70内には、保護用コイルばね40が収容される。保護用コイルばね40は、本発明で言う保護部材の一例である。保護用コイルばね40は、後述される皿ばね50の外周端部52に沿ってらせん状に形成される。保護用コイルばね40は、伸縮方向が、往復動方向Aに平行になる姿勢で配置されている。保護用コイルばね40の断面形状は、円である。
The
収容部70を形成する壁部において、ピストン移動部30の端壁部と、ピストン基部20の端壁部とには、保護用コイルばね40の両端部を保持する保持用溝74,75が形成されている。図1に示すように、保護用コイルばね40の外面と収容部70の側面73との間には、隙間が設けられている。これは、保護用コイルばね40の伸縮による収容部70の側面73への磨耗を抑制するためである。
In the wall portion that forms the
図1に示すように、本実施形態では、一例として3つの皿ばね50が用いられている。なお、皿ばね50の数は、3つに限定されるものではない。1つでもよく、または、4つや5つなどの他の複数であってもよい。皿ばね50は、各々同じものである。皿ばね50は、平面形状が円である。皿ばね50は、複数重ねられて保護用コイルばね40内に収容されている。複数の皿ばね50が重なる方向Bは、皿ばね50が伸縮する方向であり、往復動方向Aに平行である。初期状態P1では、複数の皿ばね50のうち、一端に配置される皿ばね50は、収容部70の端面71に接触し、他端に配置される皿ばね50は、収容部70の端面72に接触する。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, three disc springs 50 are used as an example. The number of disc springs 50 is not limited to three. There may be one or other plural numbers such as four or five. The disc springs 50 are the same. The
皿ばね50の固有振動数と保護用コイルばね40の固有振動数とは、異なる。言い換えると、保護用コイルばね40は、皿ばね50の固有振動数とは異なる固有振動数を有するものが選択される。
The natural frequency of the
なお、皿ばね50は伸縮することにより径が変更するものであるが、皿ばねの形状やサイズ等により伸縮に対する径の変更特性が異なってくる。したがって、皿ばねが伸びた状態で径が最大となるものと圧縮した状態で径が最大となるものが存在するが、どちらの皿ばねであっても適用できる。本実施形態では圧縮した状態で径が最大となる皿ばねを用いて説明する。
In addition, although the diameter of the
図1に示すように、ピストン10の初期状態P1では、皿ばね50の外周端部52と保護用コイルばね40の内面との間には、ピストン10の最大圧縮状態のときの皿ばね50のたわみ(外側へのひろがり)を考慮して、隙間S1が形成されている。具体的には、隙間S1は、皿ばね50が保護用コイルばね40に接触することによって皿ばね50のたわみが阻害されることがないように、皿ばね50が保護用コイルばね40に接触しないように考慮されている。
As shown in FIG. 1, in the initial state P <b> 1 of the
このように構成されるピストン10では、収容部70内で皿ばね50の位置がずれても、収容部70の側面73は、保護用コイルばね40によって保護されているので、皿ばね50の外周端部52が側面73に接触することはない。このため、収容部70の側面73が摩耗することが抑制される。
In the
また、保護用コイルばね40の固有振動数が、皿ばね50の固有振動数と異なるため、保護用コイルばね40と皿ばね50とが共振することを防止することができる。
In addition, since the natural frequency of the
また、本発明の保護部材の一例として弾性体を用いることにより、ピストン基部20に対するピストン移動部30の移動に追従する構造を簡単に作ることができる。また、弾性体としてコイルばねを用いることにより、保護部材を簡単に構成することができる。
Moreover, the structure which follows the movement of the
なお、コイルばね40は線状のばね素材を一定のピッチでらせん状に形成したものであるが、そのピッチは皿ばね50がコイルばね40の隙間をすり抜けない程度の大きさであることが好ましい。例えば、初期状態P1でピッチが皿ばね50の板厚の2倍以下となるコイルばねを用いれば、複数ある皿ばね50の各皿ばねの外周端部が半周以上コイルスプリングで覆われるので、皿ばねがコイルばねのピッチ間をすり抜けて収容部70の側面73へ接触することを抑制することができる。初期状態P1は、本発明で言う、収容部の容積が最大となる状態の一例である。
The
つぎに、本発明の第2の実施形態に係るピストンを、図3を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同様の機能を有する構成は、第1の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、保護用コイルばね80が用いられている。他の構造は、第1の実施形態と同じである。以下では上記第1の実施形態とは異なる構造を具体的に説明する。 Next, a piston according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the structure which has the same function as 1st Embodiment attaches | subjects the code | symbol same as 1st Embodiment, and abbreviate | omits description. In this embodiment, a protective coil spring 80 is used. Other structures are the same as those in the first embodiment. Hereinafter, a structure different from that of the first embodiment will be described in detail.
図3は、本実施形態のピストン10を示す断面図である。保護用コイルばね80は、本発明で言う保護部材の一例である。図3に示すように、保護用コイルばね80は、初期状態P1において、皿ばね50の外周端部52の周方向全域に接触する大きさを有している。保護用コイルばね80は、皿ばね50の外周端部52に沿ってらせん状に形成されている。初期状態P1は、本発明で言う、皿ばねの径が最小となる伸縮状態の一例である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the
具体的には、保護用コイルばね80の径は、皿ばね50の径が最小となる伸縮状態で皿ばね50の外周端部52に接触する大きさとなる。このため、保護用コイルばね80の内側部81が、皿ばね50の外周端部52の周方向全域に接触する。なお、保護用コイルばね80の径は、皿ばね50の径の拡大に追従して大きくなる。
Specifically, the protective coil spring 80 has a diameter that contacts the outer
保護用コイルばね80の外側部82と収容部70の側面73との間には、最大圧縮状態まで皿ばね50が圧縮された場合(ピストン10の最大圧縮状態)でも、保護用コイルばね80が収容部70の側面73に接触することによって皿ばね50のたわみが阻害されることがないように、隙間S2が設けられている。言い換えると、ピストン10が最大圧縮状態のときであっても、保護用コイルばね80は、収容部70の側面73に接触しない。
Even when the
本実施形態では、第1の実施形態の効果に加えて、保護用コイルばね80が複数の皿ばね50を外側から内側に向かって圧縮するので、複数の皿ばね50が互いにずれることが抑制される。 In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the protective coil spring 80 compresses the plurality of disc springs 50 from the outside toward the inside, so that the disc springs 50 are prevented from shifting from each other. The
つぎに、本発明の第3の実施形態に係るピストンを、図4を用いて説明する。本実施形態において、第1の実施形態と同様の機能を有する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、本発明で言う保護部材として、保護用コイルばね40に代えて保護部材110が用いられる。他の構造は、第1の実施形態と同様である。以下では上記第1の実施形態と異なる構造を具体的に説明する。
Next, a piston according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, configurations having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the present embodiment, the
図4は、ピストン10を示す断面図である。図4に示すように、保護部材110は、収容部70内に収容されている。保護部材110は、弾性変形可能な樹脂製の材料(例えば、ゴム)で形成されており、内側に皿ばね50を収容する。保護部材110は、皿ばね50の外周端部52を周方向に覆う、周方向に連続する壁を有する形状であり、一例として円筒形状である。保護部材110の内面111は、皿ばね50の外周端部52に接着されて固定されている。このため、複数の皿ばね50の外周端部52は、保護部材110を介して連結されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the
保護部材110は、ピストン基部20に対するピストン移動部30の移動に追従して弾性変形可能である。保護部材110の固有振動数は、皿ばね50の固有振動数とは異なる。初期状態P1では、保護部材110の外面112と収容部70の側面73との間には、最大圧縮状態まで皿ばね50が圧縮された場合(ピストン10の最大圧縮状態)でも、保護部材110が収容部70の側面73に接触することによって皿ばね50のたわみが阻害されることがないように、隙間S3が設けられている。言い換えると、ピストン10が最大圧縮状態のときであっても、保護部材110は、収容部70の側面73に接触しない。
The
本実施形態では、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、保護部材として、金属材料よりも減衰率の高いゴムを用いることにより、皿ばね50と保護部材110との共振抑制効果をさらに高めることができる。
In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Moreover, the resonance suppression effect of the
また、保護部材110が、樹脂製(本実施形態では、一例としてゴム製)であることによって、保護部材110の内面111を皿ばね50の外周端部52に接着することができる。このことによって、保護部材110と複数の皿ばね50とを1つの部材として管理することができるので、ピストン10の構成部品数を削減することができる。
Further, since the
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、ピストン基部に対するピストン移動部の回転を防止するための柱が皿ばねの内側に設けられているピストンを用いた場合、その柱と皿ばねの内周端部53の間に上記のような弾性部材を配置することで、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、そのようなピストンを用いた場合でも、皿ばねの内側よりも外側のほうが、皿ばねと弾性部材との接触面積が大きいため面圧が分散され、長期間上述した効果を維持することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, when using a piston in which a column for preventing the rotation of the piston moving part relative to the piston base is provided inside the disc spring, the above-mentioned between the column and the inner
上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。 Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
10…ピストン、20…ピストン基部、22…ピストンボス、30…ピストン移動部、40…保護用コイルばね(保護部材)、50…皿ばね、52…外周端部(端部)、53…内周端部(端部)、70…収容部、80…保護用コイルスプリング(保護部材)、110…保護部材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、
前記ピストン基部と前記ピストン移動部との間に形成されて前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化する収容部と、
前記収容部内に収容され、前記収容部の容積の変化に伴い前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の移動に追従して伸縮する皿ばねと、
前記収容部内に収容されるとともに前記皿ばねのピストン径方向の端部と前記収容部の内壁との間に介在し、前記皿ばねの伸縮に同期して伸縮する保護部材と
を具備することを特徴とするピストン。 A piston base on which a piston boss is formed;
A piston moving part capable of reciprocating with respect to the piston base;
An accommodating portion that is formed between the piston base and the piston moving portion and has a volume that changes as the piston moving portion reciprocates with respect to the piston base;
A disc spring which is accommodated in the accommodating portion and expands and contracts following the movement of the piston moving portion with respect to the piston base as the volume of the accommodating portion changes.
A protective member that is accommodated in the accommodating portion and is interposed between an end of the disc spring in the radial direction of the piston and an inner wall of the accommodating portion, and expands and contracts in synchronization with expansion and contraction of the disc spring. A characteristic piston.
前記保護部材は、前記皿ばねの外周端部または内周端部に沿ってらせん状に形成されるコイルばね
であることを特徴とする請求項1に記載のピストン。 The end is an outer peripheral end or an inner peripheral end of the disc spring,
2. The piston according to claim 1, wherein the protection member is a coil spring formed in a spiral shape along an outer peripheral end or an inner peripheral end of the disc spring.
前記コイルばねは、前記皿ばねの径が最小となる伸縮状態で前記皿ばねの外周端部または内周端部に接触する
ことを特徴とする請求項2に記載のピストン。 A plurality of the disc springs are stacked in the reciprocating direction,
The piston according to claim 2, wherein the coil spring is in contact with an outer peripheral end or an inner peripheral end of the disc spring in a stretched state in which the diameter of the disc spring is minimized.
ことを特徴とする請求項2または3に記載のピストン。 4. The piston according to claim 2, wherein the coil spring has a pitch equal to or less than twice a plate thickness of the disc spring when the volume of the housing portion is maximum. 5.
前記保護部材は、樹脂で形成され、前記複数の皿ばねの外周端部または内周端部を連結する
ことを特徴とする請求項1に記載のピストン。 A plurality of the disc springs are stacked in the reciprocating direction,
2. The piston according to claim 1, wherein the protection member is formed of a resin and connects outer peripheral ends or inner peripheral ends of the plurality of disc springs.
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