JP2013024164A - Piston - Google Patents

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Hideo Nakai
英夫 中井
Yoshiyuki Hoshiba
義幸 干場
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尚人 藤永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston capable of preventing an increase in engine noise and a deterioration in piston endurance reliability caused by a collision of a retaining ring when an upper piston returns to a high-compression position from a low-compression position.SOLUTION: The upper piston 2 is urged upward with respect to a lower piston 1 by a belleville spring 9, the separation of the upper piston 2 from the lower piston 1 is prevented by the retaining ring 10, and knocking is suppressed by displacing the upper piston 2 downward while deflecting the belleville spring 9 when in-cylinder pressure increases. A protrusion 6 is protrusively formed on the undersurface of the upper piston 2 and slidably fitted into a fitting part 5 on the lower piston 1 to form a damper chamber 7. When the upper piston 2 is displaced upward by a decrease in in-cylinder pressure, the upper piston 2 is gradually displaced by making air flow into the damper chamber 7 via a clearance between the protrusion 6 and the fitting part 5.

Description

本発明はエンジンのピストンに係り、詳しくは筒内圧に応じて圧縮比を可変可能な可変圧縮比ピストンに関する。   The present invention relates to an engine piston, and more particularly to a variable compression ratio piston capable of varying a compression ratio in accordance with an in-cylinder pressure.

周知のようにエンジンの圧縮比の増大は熱効率の向上をもたらす一方でノッキング発生の要因にもなり、ノッキングはエンジン破損などの重大なトラブルを引き起こす。このためエンジンの設計段階では、一般にノッキングを確実に抑制するためにノッキング限界よりも多少余裕をもって低めに圧縮比を設定している。この事実は、エンジンの圧縮比をさらに増大させて熱効率の向上に寄与させる余地が存在することを意味し、この点に着目した種々の技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された技術は可変圧縮比ピストンに関するものであり、ピストンをロアピストンとアッパピストンとに分割して構成している。コンロッドを介してロアピストンをクランク軸側に連結し、ロアピストンの頂部(燃焼室側)にアッパピストンを被嵌させてピストン軸心方向に往復動可能としている。ロアピストンとアッパピストンとの間には皿バネを介装して、燃焼室容積の縮小方向(圧縮比の増加方向)にアッパピストンを付勢すると共に、アッパピストンの内周に設けた止め輪をロアピストンの頂部に下方より当接させることで、皿バネの付勢力によるロアピストンからのアッパピストンの分離を防止している。以下、このときのアッパピストンの位置を高圧縮位置と称する。
As is well known, an increase in the compression ratio of the engine leads to an improvement in thermal efficiency, but also causes knocking. Knocking causes serious troubles such as engine breakage. For this reason, in the engine design stage, in general, the compression ratio is set slightly lower than the knocking limit in order to reliably suppress knocking. This fact means that there is room for further increasing the compression ratio of the engine to contribute to the improvement of thermal efficiency, and various techniques that focus on this point have been proposed (for example, see Patent Document 1).
The technique described in Patent Document 1 relates to a variable compression ratio piston, and is configured by dividing a piston into a lower piston and an upper piston. The lower piston is connected to the crankshaft side via a connecting rod, and the upper piston is fitted on the top (combustion chamber side) of the lower piston so that the piston can reciprocate in the axial direction of the piston. A disc spring is interposed between the lower piston and the upper piston to urge the upper piston in the reduction direction of the combustion chamber volume (increase direction of the compression ratio), and a retaining ring provided on the inner periphery of the upper piston. Is brought into contact with the top of the lower piston from below to prevent the upper piston from being separated from the lower piston by the biasing force of the disc spring. Hereinafter, the position of the upper piston at this time is referred to as a high compression position.

エンジンの燃焼行程において筒内での燃焼の進行に伴って筒内圧は急激に上昇した後に低下し、皿バネはアッパピストンを介して常に筒内圧を受けている。筒内圧の上昇により筒内でノッキングが発生する直前に至ったときに皿バネが撓み、これによりアッパピストンは燃焼室容積の拡大方向(圧縮比の低下方向)に変位するためノッキングが抑制される。以下、このときのアッパピストンの位置を低圧縮位置と称する。このように筒内圧に応じたアッパピストンの位置変位により常にノッキングが抑制されることから、高圧縮位置での圧縮比を熱効率の向上のためにノッキング限界付近に設定可能となる。   In the combustion stroke of the engine, the in-cylinder pressure suddenly increases and then decreases with the progress of combustion in the cylinder, and the disc spring always receives the in-cylinder pressure via the upper piston. The disk spring bends when it reaches just before knocking occurs in the cylinder due to the increase in the cylinder pressure, and the upper piston is displaced in the direction of expansion of the combustion chamber volume (in the direction of decreasing the compression ratio), so that knocking is suppressed. . Hereinafter, the position of the upper piston at this time is referred to as a low compression position. Thus, knocking is always suppressed by the displacement of the upper piston in accordance with the in-cylinder pressure, so that the compression ratio at the high compression position can be set near the knocking limit in order to improve thermal efficiency.

米国特許第5755192号明細書US Pat. No. 5,755,192

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、筒内圧の低下に伴ってアッパピストンが低圧縮位置から高圧縮位置に復帰する際に不具合が生じる。
即ち、筒内圧が低下したときのアッパピストンは皿バネの付勢力を受けて低圧縮位置から高圧縮位置に向けて急激に変位し、高圧縮位置で止め輪はロアピストンの頂部に衝突してアッパピストンを位置規制する。このため止め輪の衝突により打音が発生しエンジン運転時の騒音増大の要因になる上に、ピストンの耐久信頼性にも悪影響を及ぼすという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アッパピストンが低圧縮位置から高圧縮位置に復帰する際の止め輪の衝突に起因するエンジン騒音の増大やピストン耐久信頼性の低下を未然に防止することができるピストンを提供することにある。
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, a problem occurs when the upper piston returns from the low compression position to the high compression position as the in-cylinder pressure decreases.
In other words, when the in-cylinder pressure decreases, the upper piston receives a biasing force of the disc spring and is suddenly displaced from the low compression position toward the high compression position, and in the high compression position, the retaining ring collides with the top of the lower piston. Regulate the position of the upper piston. For this reason, a hitting sound is generated by the collision of the retaining ring, which causes an increase in noise during engine operation, and also has a problem of adversely affecting the durability reliability of the piston.
The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to reduce engine noise caused by a collision of a retaining ring when the upper piston returns from the low compression position to the high compression position. An object of the present invention is to provide a piston capable of preventing an increase and a decrease in piston durability reliability.

上記目的を達成するため、請求項1の発明は、ピンボスを有するピストン基部と、ピストンヘッドを備え、ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、ピストン基部とピストン移動部のどちらか一方に配置され、ピストン基部に対するピストン移動部の往復動方向と平行な方向に突出する凸部と、ピストン基部とピストン移動部のどちらか他方に配置され、ピストン基部に対するピストン移動部の往復動に伴い、凸部に対して摺動可能に嵌合する嵌合部と、凸部と嵌合部との間に形成されてピストン移動部の往復動に伴って容積が変化するダンパ室と、ダンパ室とダンパ室外の空間とを連通する通路とを有するものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a piston base portion having a pin boss, a piston head, a piston moving portion reciprocally movable with respect to the piston base, and either the piston base portion or the piston moving portion. Are arranged on the other side of the piston base and the piston moving part, and with the reciprocating movement of the piston moving part with respect to the piston base. A fitting portion that is slidably fitted to the convex portion, a damper chamber that is formed between the convex portion and the fitting portion, and whose volume changes with the reciprocation of the piston moving portion, and the damper chamber And a passage communicating with the space outside the damper chamber.

請求項2の発明は、ピストン基部とピストン移動部との分離を防止する分離防止部と、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも通路の一部を遮断する遮断手段とを有するものである。
請求項3の発明は、遮断手段を、ピストン移動部がピストン基部に接近する方向へ移動する際にダンパ室内の空気を外部に流出させる逆止弁としたものである。
請求項4の発明は、凸部がピストン基部に配置され、嵌合部が、ピストン移動部の往復動方向と平行な前記凸部の側面に沿ってピストン移動部から突出する側壁部によって形成されるものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a separation preventing unit that prevents separation of the piston base and the piston moving unit, and a blocking unit that blocks at least a part of the passage when the piston moving unit moves in a direction away from the piston base. It is what has.
According to the invention of claim 3, the blocking means is a check valve that causes the air in the damper chamber to flow out to the outside when the piston moving portion moves in a direction approaching the piston base.
According to a fourth aspect of the present invention, the convex portion is disposed on the piston base portion, and the fitting portion is formed by a side wall portion protruding from the piston moving portion along the side surface of the convex portion parallel to the reciprocating direction of the piston moving portion. Is.

以上説明したように請求項1の発明のピストンによれば、ピストン基部に対してピストン移動部を往復動可能とし、ピストン基部とピストン移動部のどちらか一方に凸部を配置すると共に、どちらか他方に嵌合部を配置して凸部に対して摺動可能に嵌合させ、凸部と嵌合部との間に形成されたダンパ室をピストン移動部の往復動に伴って容積変化させる一方、通路を介してダンパ室内をダンパ室外の空間と連通させた。従って、ダンパ室が外部と連通しているため、ダンパ室が密閉されている場合に比べ、ピストン移動部とピストン基部が衝突する際の衝撃を低減することができる。
請求項2の発明のピストンによれば、ピストン基部とピストン移動部との分離を分離防止部により防止し、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも通路の一部を遮断手段により遮断するようにした。従って、ピストン移動部がピストン基部から離れる際にダンパ室に空気が流入し難くなるので、ピストン移動部がピストン基部から離れにくくなり、分離防止部への負荷を低減することができる。
As described above, according to the piston of the first aspect of the present invention, the piston moving portion can be reciprocated with respect to the piston base, and the convex portion is disposed on either the piston base or the piston moving portion. A fitting portion is arranged on the other side to be slidably fitted to the convex portion, and the volume of the damper chamber formed between the convex portion and the fitting portion is changed with the reciprocating motion of the piston moving portion. On the other hand, the damper chamber communicated with the space outside the damper chamber via the passage. Therefore, since the damper chamber communicates with the outside, it is possible to reduce the impact when the piston moving portion and the piston base collide with each other as compared with the case where the damper chamber is sealed.
According to the piston of the invention of claim 2, the separation of the piston base and the piston moving part is prevented by the separation preventing part, and at least a part of the passage is shut off when the piston moving part moves away from the piston base. Blocked by means. Therefore, since it becomes difficult for air to flow into the damper chamber when the piston moving part moves away from the piston base part, the piston moving part becomes difficult to move away from the piston base part, and the load on the separation preventing part can be reduced.

請求項3の発明のピストンによれば、遮断手段を、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際にダンパ室内に空気を外部に流出させる逆止弁とした。従って、通路に逆止弁を設置することで、ピストン移動部を高圧縮比から低圧縮比に速やかに変位させるのと同時に、分離防止部への負荷をより確実に低減することができる。
請求項4の発明のピストンによれば、凸部をピストン基部に配置し、嵌合部を、ピストン移動部の往復動方向と平行な凸部の側面に沿ってピストン移動部から突出する側壁部により形成した。従って、凸部をピストン移動部に配置する場合よりもピストン移動部を軽量化できるので、ピストン移動部の固有振動数が高くなり、共振回転域を高回転側に移行させて共振に起因する破損を回避し易くなる。
According to the piston of the third aspect of the present invention, the blocking means is a check valve that causes the air to flow out into the damper chamber when the piston moving portion moves away from the piston base. Therefore, by installing the check valve in the passage, the piston moving part can be quickly displaced from the high compression ratio to the low compression ratio, and at the same time, the load on the separation preventing part can be more reliably reduced.
According to the piston of the invention of claim 4, the convex portion is disposed on the piston base portion, and the fitting portion protrudes from the piston moving portion along the side surface of the convex portion parallel to the reciprocating direction of the piston moving portion. Formed by. Therefore, the piston moving part can be reduced in weight compared to the case where the convex part is arranged on the piston moving part, so that the natural frequency of the piston moving part is increased, and the resonance rotation range is shifted to the high rotation side, resulting in damage caused by resonance. It becomes easy to avoid.

第1実施形態のピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piston of 1st Embodiment. 第2実施形態のピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piston of 2nd Embodiment. 第3実施形態のピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piston of 3rd Embodiment. 凸部と嵌合部との関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between a convex part and a fitting part. 筒内圧の増減に応じてアッパピストンが位置変位したときの過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a process when an upper piston carries out position displacement according to increase / decrease in a cylinder pressure. 第4実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piston in the high compression position of 4th Embodiment. 同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which similarly shows the piston in a low compression position. 第5実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piston in the high compression position of 5th Embodiment. 同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。It is sectional drawing which similarly shows the piston in a low compression position.

[第1実施形態]
以下、本発明を具体化したピストンの第1実施形態を説明する。
図1は第1実施形態のピストンを示す断面図であり、各部材の相互関係を把握し易いように断面箇所を示すハッチングは省略している。ピストンは図示された姿勢でエンジンのシリンダ内に組み込まれることから、以下の説明では図のピストン姿勢に倣って上下方向を表現する。
ピストンはロアピストン1(ピストン基部)とアッパピストン2(ピストン移動部)とに分割して構成され、これらのピストン1,2は図示しないシリンダ内に上下方向に摺動可能に挿入されている。全体としてロアピストン1は下方に開口する有底円筒状をなし、ロアピストン1内に相対向して形成された一対のピンボス1aにはそれぞれピン孔1bが貫設されている。図示はしないが、ピン孔1b内に挿入されたピストンピンを介してロアピストン1はコンロッドの小端部と連結され、コンロッドの大端部はクランク軸に連結されている。従って、エンジンの運転時には、シリンダ内でのロアピストン1の上下動がコンロッドを介してクランク軸に回転運動として伝達され、エンジン駆動力としてクランク軸から出力される。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a piston embodying the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the piston of the first embodiment, and hatching showing cross-sectional portions is omitted so as to make it easy to grasp the mutual relationship between the members. Since the piston is incorporated in the cylinder of the engine in the illustrated posture, in the following description, the vertical direction is expressed following the piston posture in the drawing.
The piston is divided into a lower piston 1 (piston base) and an upper piston 2 (piston moving part), and these pistons 1 and 2 are slidably inserted in a cylinder (not shown) in the vertical direction. As a whole, the lower piston 1 has a bottomed cylindrical shape that opens downward, and a pair of pin bosses 1a formed opposite to each other in the lower piston 1 are respectively provided with pin holes 1b. Although not shown, the lower piston 1 is connected to the small end portion of the connecting rod through the piston pin inserted into the pin hole 1b, and the large end portion of the connecting rod is connected to the crankshaft. Accordingly, when the engine is in operation, the vertical movement of the lower piston 1 in the cylinder is transmitted as a rotational motion to the crankshaft via the connecting rod, and is output from the crankshaft as engine driving force.

ロアピストン1の頂部には小径部3を介して大径部4が一体形成され、これらの小径部3及び大径部4は平面視でピストン軸心Lを中心とした円形状をなしている。大径部4の下面外周は下方に面し、この下方に面した環状をなす領域を後述する止め輪10が当接する当接面4aとしている。大径部4上には嵌合部5が凹設され、この嵌合部5は、平面視でピストン軸心Lと一致する円形状で、且つ上下方向に亘って同一径をなしている。
上記アッパピストン2は全体として下方に開口する有底円筒状をなして、ロアピストン1の上方(燃焼室側)で大径部4を被嵌するように配設され、その上面をピストンヘッド2aとしている。アッパピストン2の下面には凸部6が下方に向けて突出形成され、この凸部6は、上記ロアピストン1の嵌合部5に対応する円形状で、且つ上下方向に亘って同一径をなしている。凸部6の下部は嵌合部5内に上下方向に摺動可能に嵌合し、凸部6と嵌合部5との間にはダンパ室7が形成されている。アッパピストン2は凸部6を嵌合部5内で摺動させながらロアピストン1に対して上下方向に位置変位し、それに伴ってダンパ室7の容積が変化する。
A large-diameter portion 4 is integrally formed on the top of the lower piston 1 via a small-diameter portion 3, and the small-diameter portion 3 and the large-diameter portion 4 have a circular shape centered on the piston axis L in plan view. . The outer periphery of the lower surface of the large-diameter portion 4 faces downward, and an annular region facing downward is used as a contact surface 4a on which a retaining ring 10 described later contacts. A fitting portion 5 is recessed on the large-diameter portion 4, and the fitting portion 5 has a circular shape that coincides with the piston axis L in a plan view and has the same diameter in the vertical direction.
The upper piston 2 has a bottomed cylindrical shape that opens downward as a whole, and is disposed on the upper side (combustion chamber side) of the lower piston 1 so that the large-diameter portion 4 is fitted thereon, and the upper surface thereof is disposed on the piston head 2a. It is said. A convex portion 6 is formed on the lower surface of the upper piston 2 so as to protrude downward. The convex portion 6 has a circular shape corresponding to the fitting portion 5 of the lower piston 1 and has the same diameter in the vertical direction. There is no. A lower portion of the convex portion 6 is fitted in the fitting portion 5 so as to be slidable in the vertical direction, and a damper chamber 7 is formed between the convex portion 6 and the fitting portion 5. The upper piston 2 is displaced in the vertical direction with respect to the lower piston 1 while sliding the convex portion 6 within the fitting portion 5, and the volume of the damper chamber 7 changes accordingly.

ロアピストン1とアッパピストン2との間には凸部6の周囲を取り囲むように環状空間8が形成され、この環状空間8内には皿バネ9が収容されている。皿バネ9の内周はアッパピストン2の下面に当接し、皿バネ9の外周はロアピストン1の大径部4の上面に当接し、皿バネ9の付勢力はアッパピストン2に対して燃焼室容積の縮小方向(圧縮比の増加方向)に作用している。
アッパピストン2の下部内周面はロアピストン1の大径部4を取り囲むように外周側に位置し、この下部内周面には止め輪10(分離防止部)が嵌合固定されている。止め輪10の上面はロアピストン1の当接面4aに当接し、これにより、皿バネ9の付勢力によるロアピストン1からのアッパピストン2の分離が防止されている。以下、このように止め輪10が当接面4aに当接したときのアッパピストン2の位置を高圧縮位置と称する。
An annular space 8 is formed between the lower piston 1 and the upper piston 2 so as to surround the periphery of the convex portion 6, and a disc spring 9 is accommodated in the annular space 8. The inner periphery of the disc spring 9 contacts the lower surface of the upper piston 2, the outer periphery of the disc spring 9 contacts the upper surface of the large-diameter portion 4 of the lower piston 1, and the biasing force of the disc spring 9 burns against the upper piston 2. It acts in the direction of reducing the chamber volume (in the direction of increasing the compression ratio).
The lower inner peripheral surface of the upper piston 2 is positioned on the outer peripheral side so as to surround the large diameter portion 4 of the lower piston 1, and a retaining ring 10 (separation preventing portion) is fitted and fixed to the lower inner peripheral surface. The upper surface of the retaining ring 10 abuts against the abutment surface 4 a of the lower piston 1, thereby preventing the upper piston 2 from being separated from the lower piston 1 by the biasing force of the disc spring 9. Hereinafter, the position of the upper piston 2 when the retaining ring 10 contacts the contact surface 4a in this way is referred to as a high compression position.

以上のような構成により、エンジンの燃焼行程での筒内圧はアッパピストン2を介して常に皿バネ9に作用している。高圧縮位置での皿バネ9の付勢力(所謂セット荷重)は、筒内でノッキングが発生する直前の筒内圧に対応して設定され、このような皿バネ9の付勢力を筒内圧が上回った時点でアッパピストン2が高圧縮位置から下方に向けて変位し始める。皿バネ9の付勢力は撓み量と共に増加するため、ある時点でアッパピストン2の下方への変位は中止され、このときのアッパピストン2の位置を低圧縮位置と称する。但し、皿バネ9の付勢力の設定は上記に限ることはなく、任意に変更可能である。
また、膨張行程の進行に伴って筒内圧が低下すると、アッパピストン2は皿バネ9の付勢力により低圧縮位置から高圧縮位置に向けて変位し、止め輪10をロアピストン1の当接面4aに当接させて高圧縮位置に復帰する。アッパピストン2の上方への変位と共に、その凸部6がロアピストン1の嵌合部5内で上方に摺動しながらダンパ室7の容積を拡大方向に変化させる。ダンパ室7の容積変化は、凸部6と嵌合部5との間のクリアランス(通路)を介して環状空間8内の空気をダンパ室7内に流入させながら行われるが、当該クリアランスは、ダンパ室7内への空気の流入を適度に制限するように設定されている。このため、皿バネ9の付勢力を受けて高圧縮位置に復帰するときのアッパピストン2の変位は、ダンパ室7が無い場合に比較して緩やかなものとなる。なお、本実施形態では、凸部6と嵌合部5との間のクリアランスを100〜200μm程度に設定しているが、これに限ることはなく、エンジンの筒内圧や皿バネ9の付勢力等に応じて任意に変更可能である。
With the above-described configuration, the in-cylinder pressure in the combustion stroke of the engine always acts on the disc spring 9 via the upper piston 2. The biasing force (so-called set load) of the disc spring 9 at the high compression position is set corresponding to the in-cylinder pressure immediately before knocking occurs in the cylinder, and the in-cylinder pressure exceeds the biasing force of the disc spring 9. At this point, the upper piston 2 starts to move downward from the high compression position. Since the urging force of the disc spring 9 increases with the amount of deflection, the downward displacement of the upper piston 2 is stopped at a certain point, and the position of the upper piston 2 at this time is referred to as a low compression position. However, the setting of the biasing force of the disc spring 9 is not limited to the above, and can be arbitrarily changed.
When the in-cylinder pressure decreases as the expansion stroke proceeds, the upper piston 2 is displaced from the low compression position toward the high compression position by the biasing force of the disc spring 9, and the retaining ring 10 is brought into contact with the lower piston 1. 4a is returned to the high compression position. Along with the upward displacement of the upper piston 2, the convex portion 6 changes the volume of the damper chamber 7 in the expansion direction while sliding upward in the fitting portion 5 of the lower piston 1. The volume change of the damper chamber 7 is performed while allowing the air in the annular space 8 to flow into the damper chamber 7 through the clearance (passage) between the convex portion 6 and the fitting portion 5. It is set so as to appropriately limit the inflow of air into the damper chamber 7. For this reason, the displacement of the upper piston 2 when receiving the urging force of the disc spring 9 and returning to the high compression position becomes gentler than when the damper chamber 7 is not provided. In this embodiment, the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5 is set to about 100 to 200 μm. However, the present invention is not limited to this, and the in-cylinder pressure of the engine and the biasing force of the disc spring 9 are not limited thereto. It can be arbitrarily changed according to the above.

本実施形態のピストンは以上のように構成されており、エンジンの運転中には以下に述べるような作用を奏する。
エンジンの燃焼がノッキングを生じることなく正常になされているときには、燃焼行程での筒内圧は常に皿バネ9の付勢力を下回っている。このため皿バネ9の付勢力によりアッパピストン2は高圧縮位置に保持され続け、この状態でピストンは筒内圧を受けてシリンダ内で下方に摺動しながらクランク軸側への伝達を行う。
また、燃焼行程において筒内圧の上昇によりノッキングの発生直前に至ると、皿バネ9を撓ませながらアッパピストン2は高圧縮位置から低圧縮位置へと、即ち燃焼室容積の拡大方向(圧縮比の低下方向)へと変位する。このため筒内圧の上昇が防止されてノッキングが抑制される。それに伴ってアッパピストン2の止め輪10はロアピストン1の当接面4aから下方に離間する。
The piston of the present embodiment is configured as described above, and has the following effects during engine operation.
When the combustion of the engine is normal without causing knocking, the in-cylinder pressure in the combustion stroke is always lower than the urging force of the disc spring 9. For this reason, the upper piston 2 continues to be held at the high compression position by the urging force of the disc spring 9, and in this state, the piston receives the in-cylinder pressure and transmits to the crankshaft side while sliding downward in the cylinder.
In the combustion stroke, immediately before the occurrence of knocking due to an increase in the in-cylinder pressure, the upper piston 2 moves from the high compression position to the low compression position while bending the disc spring 9, that is, in the direction of expansion of the combustion chamber volume (compression ratio of the compression ratio). Displacement (downward direction). For this reason, an increase in in-cylinder pressure is prevented and knocking is suppressed. Accordingly, the retaining ring 10 of the upper piston 2 is separated downward from the contact surface 4a of the lower piston 1.

その後に筒内圧が低下すると、アッパピストン2は上方に変位して高圧縮位置に復帰する。アッパピストン2の凸部6はロアピストン1の嵌合部5内で上方に摺動しながらダンパ室7の容積を拡大し、それに伴って環状空間8内の空気が凸部6と嵌合部5とのクリアランスを介してダンパ室7内に流入する。クリアランスを介したダンパ室7内への流入空気の制限によりアッパピストン2の急激な変位が抑制され、アッパピストン2が高圧縮位置に到達した時点で止め輪10はロアピストン1の当接面4aに緩やかに当接する。
結果として、特許文献1の技術のような止め輪10の衝突による打音の発生を防止してエンジン運転時の騒音を低減できる上に、当接面4aへの止め輪10の衝突に起因するピストンの耐久信頼性の低下を回避することができる。
ところで、本実施形態では、凸部6と嵌合部5とのクリアランスを介してダンパ室7内への空気を流入させると共に、このクリアランスを適切に設定することで流入空気を制限したが、本発明はこれに限ることはない。例えばオリフィス11を介してダンパ室7内に空気を流入させると共に、オリフィス径を適切に設定することで流入空気を制限してもよく、この例を第2実施形態として以下に説明する。
When the in-cylinder pressure thereafter decreases, the upper piston 2 is displaced upward and returns to the high compression position. The convex portion 6 of the upper piston 2 expands the volume of the damper chamber 7 while sliding upward in the fitting portion 5 of the lower piston 1, and accordingly, the air in the annular space 8 is brought into contact with the convex portion 6. 5 flows into the damper chamber 7 through the clearance with respect to 5. The rapid displacement of the upper piston 2 is suppressed by the restriction of the air flowing into the damper chamber 7 through the clearance, and the retaining ring 10 is brought into contact with the abutting surface 4a of the lower piston 1 when the upper piston 2 reaches the high compression position. Gently contact
As a result, it is possible to reduce the noise during engine operation by preventing the occurrence of hitting sound due to the collision of the retaining ring 10 as in the technique of Patent Document 1, and also due to the collision of the retaining ring 10 with the contact surface 4a. It is possible to avoid a decrease in the durability reliability of the piston.
By the way, in this embodiment, while letting air flow into the damper chamber 7 through the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5, the inflow air is limited by setting this clearance appropriately. The invention is not limited to this. For example, air may be introduced into the damper chamber 7 via the orifice 11 and the inflowing air may be limited by appropriately setting the diameter of the orifice. This example will be described below as a second embodiment.

[第2実施形態]
図2は第2実施形態のピストンを示す断面図である。この第2実施形態のピストンの基本構成は第1実施形態と同様であり、相違点はオリフィス11に関する構成にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
本実施形態のロアピストン1は、ピストン軸心Lに沿った上下方向にオリフィス11(通路)が貫設されており、このオリフィス11を介して嵌合部5内とピストン下側(ピンボス1a側)とが連通している。オリフィス11は、第1実施形態で述べた凸部6と嵌合部5とのクリアランスに相当する開口面積を有するように設定され、本実施形態では凸部6と嵌合部5とのクリアランスは、ダンパ室7内に空気がほとんど流出入しない程度に第1実施形態よりも格段に狭く設定されている。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the piston of the second embodiment. The basic configuration of the piston of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the difference is in the configuration related to the orifice 11. Therefore, common parts are denoted by the same member numbers, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
In the lower piston 1 of the present embodiment, an orifice 11 (passage) is provided in a vertical direction along the piston axis L, and the inside of the fitting portion 5 and the lower side of the piston (on the pin boss 1a side) are connected through the orifice 11. ). The orifice 11 is set to have an opening area corresponding to the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5 described in the first embodiment. In this embodiment, the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5 is as follows. The air pressure is set to be much narrower than that of the first embodiment so that almost no air flows into and out of the damper chamber 7.

以上のように構成された本実施形態のピストンによる作用は第1実施形態と同様であるため、概略のみを説明する。
筒内圧の上昇に伴ってアッパピストン2が高圧縮位置から低圧縮位置へと変位してノッキングを抑制し、その後に筒内圧の低下に伴ってアッパピストン2は上方に変位して高圧縮位置に復帰する。このときダンパ室7内にはオリフィス11を介してロアピストン1下側の空気が流入し、オリフィス11を流通する際に流入空気が制限されてアッパピストン2の急激な変位が抑制されることから、アッパピストン2の止め輪10がロアピストン1の当接面4aに緩やかに当接する。よって、重複する説明はしないが第1実施形態と同じく、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
また、第1実施形態のクリアランス調整に比較してオリフィス11の開口面積の調整は容易且つ確実なため、第1実施形態よりも安価な製造コストにより安定した機能が得られるという利点もある。
Since the operation of the piston of the present embodiment configured as described above is the same as that of the first embodiment, only the outline will be described.
As the in-cylinder pressure rises, the upper piston 2 is displaced from the high compression position to the low compression position to suppress knocking, and thereafter, as the in-cylinder pressure decreases, the upper piston 2 is displaced upward to the high compression position. Return. At this time, the air below the lower piston 1 flows into the damper chamber 7 through the orifice 11, and the inflow air is restricted when flowing through the orifice 11, thereby suppressing rapid displacement of the upper piston 2. The retaining ring 10 of the upper piston 2 gently contacts the contact surface 4a of the lower piston 1. Therefore, although not redundantly described, the effects of reducing engine noise and improving durability reliability can be obtained as in the first embodiment.
In addition, since the adjustment of the opening area of the orifice 11 is easier and more reliable than the clearance adjustment of the first embodiment, there is also an advantage that a stable function can be obtained at a lower manufacturing cost than the first embodiment.

なお、アッパピストン2の高圧縮位置への復帰時のダンパ室7内への空気の流入を、第1実施形態では凸部6と嵌合部5とのクリアランスを介して、第2実施形態ではオリフィス11を介して行ったが、これらを組み合わせてクリアランス及びオリフィス11の双方を介して空気をダンパ室7内に流入させるようにしてもよい。   In addition, in the second embodiment, air flows into the damper chamber 7 when the upper piston 2 returns to the high compression position via the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5 in the first embodiment. Although it was performed through the orifice 11, these may be combined so that air flows into the damper chamber 7 through both the clearance and the orifice 11.

[第3実施形態]
次に、本発明を具体化した第3実施形態を説明する。
図3は第3実施形態のピストンを示す断面図、図4は凸部6と嵌合部5との関係を示す斜視図である。この第3実施形態のピストンの基本構成は第2実施形態と同様であり、相違点は、第2実施形態のオリフィス11に代えて設けられた逆止弁21(遮断手段)、及び凸部6と嵌合部5の構成にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
本実施形態のロアピストン1は第2実施形態のオリフィス11に代えて通路22に対し直列となるように逆止弁21が設けられ、これらの通路22及び逆止弁21を介して嵌合部5内とピストン下側とが連通している。逆止弁21は、ダンパ室7内からピストン下側への空気の流通を許容し(順方向)、ピストン下側からダンパ室7内への空気の流通を阻止する(逆方向)ように設定されている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment embodying the present invention will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the piston of the third embodiment, and FIG. 4 is a perspective view showing the relationship between the convex portion 6 and the fitting portion 5. The basic configuration of the piston of the third embodiment is the same as that of the second embodiment. The differences are the check valve 21 (blocking means) provided in place of the orifice 11 of the second embodiment, and the convex portion 6. And the configuration of the fitting portion 5. Therefore, common parts are denoted by the same member numbers, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
The lower piston 1 of the present embodiment is provided with a check valve 21 so as to be in series with the passage 22 instead of the orifice 11 of the second embodiment, and the fitting portion is interposed through the passage 22 and the check valve 21. 5 and the lower side of the piston communicate with each other. The check valve 21 is set so as to allow air to flow from the inside of the damper chamber 7 to the lower side of the piston (forward direction) and to prevent air from flowing from the lower side of the piston to the damper chamber 7 (reverse direction). Has been.

一方、アッパピストン2の凸部6は下側の摺接部23と上側の縮径部24とから一体的に構成され、摺接部23は第1実施形態の凸部6と同一径に設定され、段差を介して縮径部24はより小径に形成されている。また、ロアピストン1の嵌合部5は上側の摺接部25と下側の拡径部26とから一体的に構成され、摺接部25は第1実施形態の嵌合部5と同一径に設定され、段差を介して拡径部26はより大径に形成されている。アッパピストン2側の摺接部23とロアピストン1側の摺接部25との間のクリアランスは、上記第2実施形態と同じく、ダンパ室7内に空気がほとんど流出入しない程度に狭く設定されている。
アッパピストン2側の摺接部23の外周には180度対向する位置に一対の案内溝27が形成され、各案内溝27は断面三角状をなして摺接部23の上下方向全体に亘って延設されている。これらの案内溝27と対応するように、ロアピストン1側の摺接部25及び拡径部26の内周には断面三角状をなす一対の案内突条28が上下方向全体に亘って延設され、各案内突条28は対応する案内溝27に対して摺動可能に嵌め込まれている。各案内突条28上で案内溝27を摺動させながら凸部6が嵌合部5内で上下方向に案内され、それに伴ってロアピストン1に対しアッパピストン2が高圧縮位置と低圧縮位置との間で位置変位する。
On the other hand, the convex portion 6 of the upper piston 2 is integrally formed by a lower sliding contact portion 23 and an upper reduced diameter portion 24, and the sliding contact portion 23 is set to have the same diameter as the convex portion 6 of the first embodiment. The reduced diameter portion 24 is formed to have a smaller diameter through the step. Further, the fitting portion 5 of the lower piston 1 is integrally formed by an upper sliding contact portion 25 and a lower enlarged diameter portion 26, and the sliding contact portion 25 has the same diameter as the fitting portion 5 of the first embodiment. The enlarged diameter portion 26 is formed to have a larger diameter through the step. The clearance between the sliding contact portion 23 on the upper piston 2 side and the sliding contact portion 25 on the lower piston 1 side is set so narrow that air hardly flows into or out of the damper chamber 7 as in the second embodiment. ing.
A pair of guide grooves 27 are formed on the outer periphery of the sliding contact portion 23 on the side of the upper piston 2 at positions opposed to each other by 180 degrees, and each guide groove 27 has a triangular cross section and extends over the entire vertical direction of the sliding contact portion 23. It is extended. In order to correspond to these guide grooves 27, a pair of guide protrusions 28 having a triangular cross section are provided on the inner periphery of the sliding contact portion 25 and the enlarged diameter portion 26 on the lower piston 1 side so as to extend over the entire vertical direction. Each guide protrusion 28 is slidably fitted in the corresponding guide groove 27. While the guide groove 27 is slid on each guide protrusion 28, the convex portion 6 is guided in the vertical direction in the fitting portion 5, and accordingly, the upper piston 2 with respect to the lower piston 1 is in a high compression position and a low compression position. The position is displaced between.

高圧縮位置付近においてアッパピストン2の摺接部23はロアピストン1の摺接部25と対応するため、ダンパ室7内への空気の流出入が制限される。一方、それよりも低圧縮位置側では、アッパピストン2の摺接部23はロアピストン1側の拡径部26と対応することから、ダンパ室7内が環状空間8内と連通して内部への空気の流出入が何ら制限されなくなる。
本実施形態のピストンは以上のように構成されており、エンジンの運転中には以下に述べるような作用を奏する。
In the vicinity of the high compression position, the sliding contact portion 23 of the upper piston 2 corresponds to the sliding contact portion 25 of the lower piston 1, so that the flow of air into the damper chamber 7 is restricted. On the other hand, on the lower compression position side, the sliding contact portion 23 of the upper piston 2 corresponds to the enlarged diameter portion 26 on the lower piston 1 side, so that the inside of the damper chamber 7 communicates with the inside of the annular space 8 to the inside. The air inflow and outflow is no longer restricted.
The piston of the present embodiment is configured as described above, and has the following effects during engine operation.

図5は筒内圧の増減に応じてアッパピストン2が位置変位したときの過程を示す説明図である。
エンジンの燃焼が正常なときには燃焼行程での筒内圧が皿バネ9の付勢力を下回っていることから、図5の(a)に示すようにアッパピストン2は高圧縮位置に保持され続ける。燃焼行程において筒内圧の上昇によりノッキングの発生直前に至ると、図5の(b)に示すように皿バネ9を撓ませながらアッパピストン2が高圧縮位置から低圧縮位置へと変位し始める。このとき、アッパピストン2側及びロアピストン1側の摺接部23,25が互いに対応してダンパ室7内からの空気の流出が制限されるが、逆止弁21が順方向への空気の流通を許容することから、ダンパ室7内の空気は逆止弁21を介してピストン下側に流出される。このため、図5の(c)に示すようにアッパピストン2は速やかに低圧縮位置側に変位し、筒内圧の上昇が防止されてノッキングが抑制される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process when the position of the upper piston 2 is displaced in accordance with the increase or decrease of the in-cylinder pressure.
When the combustion of the engine is normal, the in-cylinder pressure in the combustion stroke is lower than the biasing force of the disc spring 9, so that the upper piston 2 continues to be held at the high compression position as shown in FIG. In the combustion stroke, when the in-cylinder pressure increases immediately before the occurrence of knocking, the upper piston 2 starts to be displaced from the high compression position to the low compression position while bending the disc spring 9 as shown in FIG. At this time, the sliding contact portions 23 and 25 on the upper piston 2 side and the lower piston 1 side correspond to each other to restrict the outflow of air from the damper chamber 7, but the check valve 21 prevents the air in the forward direction. Since the circulation is permitted, the air in the damper chamber 7 flows out to the lower side of the piston through the check valve 21. For this reason, as shown in FIG. 5 (c), the upper piston 2 is quickly displaced toward the low compression position, preventing an increase in in-cylinder pressure and suppressing knocking.

その後に筒内圧が低下すると、図5の(d)に示すようにアッパピストン2は皿バネ9の付勢力を受けながら上方に変位して高圧縮位置に復帰する。このときの逆止弁21は逆方向への空気の流通を阻止することから、ピストン下側からダンパ室7内への空気の流入は逆止弁21により阻止される。しかし、低圧縮位置から変位を開始した当初はアッパピストン2の摺接部23がロアピストン1の拡径部26と対応するため、ダンパ室7内の空気は摺接部23と拡径部27との間の間隙を介して環状空間8内に流出し、アッパピストン2は速やかに高圧縮位置側に変位する。
アッパピストン2が高圧縮位置付近まで変位すると、その摺接部23がロアピストン1の摺接部25と対応してダンパ室7内からの空気の流出を制限する。このときのアッパピストン2の変位はダンパ室7内の容積を拡大しながら行われるため、アッパピストン2の急激な変位が抑制されて高圧縮位置で止め輪10を当接面4aに緩やかに当接させることができ、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
Thereafter, when the in-cylinder pressure decreases, the upper piston 2 is displaced upward while receiving the urging force of the disc spring 9 and returns to the high compression position as shown in FIG. At this time, the check valve 21 prevents the flow of air in the reverse direction. Therefore, the check valve 21 prevents the inflow of air from the lower side of the piston into the damper chamber 7. However, when the displacement starts from the low compression position, the sliding contact portion 23 of the upper piston 2 corresponds to the enlarged diameter portion 26 of the lower piston 1, so that the air in the damper chamber 7 flows into the sliding contact portion 23 and the enlarged diameter portion 27. Flows out into the annular space 8 through a gap between the upper piston 2 and the upper piston 2 is quickly displaced toward the high compression position.
When the upper piston 2 is displaced to the vicinity of the high compression position, the sliding contact portion 23 corresponds to the sliding contact portion 25 of the lower piston 1 and restricts the outflow of air from the damper chamber 7. Since the displacement of the upper piston 2 at this time is performed while increasing the volume in the damper chamber 7, the sudden displacement of the upper piston 2 is suppressed, and the retaining ring 10 is gently applied to the contact surface 4a in the high compression position. The effect of reducing engine noise and improving durability reliability can be obtained.

そして、本実施形態では、アッパピストン2が高圧縮位置から低圧縮位置に変位するときに逆止弁21を順方向に作用させてダンパ室7内の空気をピストン下側に流出させている。従って、第1及び第2実施形態のようにクリアランスやオリフィス11の作用でアッパピストン2の低圧縮位置への変位が緩慢になるという不具合を防止でき、アッパピストン2を速やかに低圧縮位置側に変位させてノッキングをより確実に抑制できるという効果が得られる。
しかも、アッパピストン2の摺接部23は、高圧縮位置付近に限ってロアピストン1の摺接部25と対応してダンパ室7への空気の流出入を制限し、それよりも低圧縮位置側ではロアピストン1の拡径部26と対応することで空気の流出入を制限しなくなる。このため、低圧縮位置から高圧縮位置に変位するとき、アッパピストン2は当初は速やかに変位し、その後に高圧縮位置付近で急激な変位が抑制される。結果として上記当接面4aに対する止め輪10の衝突を防止した上で、ノッキング発生の虞がなくなった時点でアッパピストン2をいち早く高圧縮位置に復帰でき、高圧縮位置での運転頻度を高めることによりエンジンの熱効率を一層向上することができる。
In this embodiment, when the upper piston 2 is displaced from the high compression position to the low compression position, the check valve 21 is operated in the forward direction so that the air in the damper chamber 7 flows out to the lower side of the piston. Accordingly, it is possible to prevent the problem that the displacement of the upper piston 2 to the low compression position becomes slow due to the action of the clearance and the orifice 11 as in the first and second embodiments, and the upper piston 2 is quickly moved to the low compression position side. The effect that knocking can be more reliably suppressed by displacing is obtained.
Moreover, the sliding contact portion 23 of the upper piston 2 restricts the flow of air into and out of the damper chamber 7 corresponding to the sliding contact portion 25 of the lower piston 1 only in the vicinity of the high compression position, and the compression position is lower than that. On the side, the inflow / outflow of air is not restricted by corresponding to the enlarged diameter portion 26 of the lower piston 1. For this reason, when the upper piston 2 is displaced from the low compression position to the high compression position, the upper piston 2 is initially displaced quickly, and thereafter, abrupt displacement is suppressed near the high compression position. As a result, after preventing the retaining ring 10 from colliding with the contact surface 4a, the upper piston 2 can be quickly returned to the high compression position when there is no possibility of knocking, and the operation frequency at the high compression position is increased. As a result, the thermal efficiency of the engine can be further improved.

[第4実施形態]
次に、本発明を具体化した第4実施形態を説明する。
図6は第4実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図、図7は同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。なお、第3実施形態との相違点は、逆止弁21の省略、及びアッパピストン2の凸部6とロアピストン1の嵌合部5との形状変更にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
アッパピストン2の凸部6及びロアピストン1の嵌合部5は、第3実施形態のもののように段差状をなさずに、例えば第1実施形態のものと同形状をなしている。ロアピストン1の嵌合部5の底面中央には断面円形状のバルブ孔31が上下に貫設され、このバルブ孔31を介してダンパ室7内とピストン下側とが連通している。アッパピストン2の凸部6の下面には上記バルブ孔31と同一径のスプール部32が突設され、スプール部32はバルブ孔31内に上下方向に摺動可能に嵌合している。
アッパピストン2の凸部6とロアピストン1の嵌合部5との間のクリアランス、及びスプール部32とバルブ孔31との間のクリアランスは、上記第3実施形態と同じく、ダンパ室7内に空気がほとんど流出入しない程度に狭く設定されている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment embodying the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the piston in the high compression position according to the fourth embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the piston in the low compression position. The difference from the third embodiment is that the check valve 21 is omitted and the shape of the convex portion 6 of the upper piston 2 and the fitting portion 5 of the lower piston 1 is changed. Therefore, common parts are denoted by the same member numbers, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
The convex part 6 of the upper piston 2 and the fitting part 5 of the lower piston 1 do not have a stepped shape as in the third embodiment, but have the same shape as that of the first embodiment, for example. A valve hole 31 having a circular cross section is provided vertically in the center of the bottom surface of the fitting portion 5 of the lower piston 1, and the damper chamber 7 communicates with the lower side of the piston through the valve hole 31. A spool portion 32 having the same diameter as the valve hole 31 protrudes from the lower surface of the convex portion 6 of the upper piston 2, and the spool portion 32 is fitted in the valve hole 31 so as to be slidable in the vertical direction.
The clearance between the convex portion 6 of the upper piston 2 and the fitting portion 5 of the lower piston 1 and the clearance between the spool portion 32 and the valve hole 31 are in the damper chamber 7 as in the third embodiment. It is set so narrow that air hardly flows in and out.

ロアピストン1には直角に屈曲した連通路33が形成され、連通路33の一端はバルブ孔31の内周一側に開口し、連通路33の他端はダンパ室内7に開口している。また、アッパピストン2のスプール部32には直角に屈曲した連通路34が形成され、連通路34の一端はスプール部32の外周一側に開口し、連通路34の他端はスプール部32の下面からピストン下側に臨むように開口している。図示はしないが、本実施形態ではロアピストン1に対してアッパピストン2が軸心Lを中心として回転規制されており、これによりバルブ孔31の内周に開口した連通路33の一端とスプール部32の外周に開口した連通路34の一端とは常にピストン周方向で対応している。
従って、アッパピストン2の位置変位に伴って凸部6がロアピストン1の嵌合部5内で上下方向に摺動すると共に、スプール部32がバルブ孔31内で上下方向に摺動する。
A communication passage 33 bent at a right angle is formed in the lower piston 1, one end of the communication passage 33 is opened on one inner peripheral side of the valve hole 31, and the other end of the communication passage 33 is opened in the damper chamber 7. Further, a communication passage 34 bent at a right angle is formed in the spool portion 32 of the upper piston 2, one end of the communication passage 34 opens to one side of the outer periphery of the spool portion 32, and the other end of the communication passage 34 is connected to the spool portion 32. An opening is made so as to face the lower side of the piston from the lower surface. Although not shown in the drawings, in this embodiment, the upper piston 2 is restricted from rotating about the axis L with respect to the lower piston 1, whereby one end of the communication passage 33 that opens to the inner periphery of the valve hole 31 and the spool portion. The one end of the communication path 34 opened to the outer periphery of 32 always corresponds in the piston circumferential direction.
Accordingly, as the upper piston 2 is displaced, the convex portion 6 slides in the vertical direction within the fitting portion 5 of the lower piston 1, and the spool portion 32 slides in the valve hole 31 in the vertical direction.

そして、図6に示す高圧縮位置付近では、アッパピストン2の連通孔34はロアピストン1の連通孔33に対して上下方向にずれて連通せず、一方、それよりも低圧縮位置側では、図7に示すように連通孔34が連通孔33に対応して連通するようになっている。
このため、アッパピストン2が低圧縮位置から高圧縮位置に変位するとき、当初は両連通孔33,34が対応して連通するため、ダンパ室7内の空気をピストン下側に流出させながらアッパピストン2の変位が速やかに行われる。その後の高圧縮位置付近では両連通孔33,34が連通しなくなるため、アッパピストン2は空気の流出を制限されたダンパ室7の容積を拡大することで急激な変位を抑制される。よって、第3実施形態と同じく、当接面4aに対する止め輪10の衝突を防止した上で、ノッキング発生の虞がなくなった時点でアッパピストン2をいち早く高圧縮位置に復帰させることができる。
しかも、図6に示すように、アッパピストン2の高圧縮位置では自ずと両連通孔33,34が対応しなくなってダンパ室7とピストン下側とが非連通状態となる。このため、第3実施形態のように逆止弁21を設けることなくダンパ室7を密閉でき、逆止弁7を省略することにより部品点数削除という効果を得ることもできる。
ところで、第1実施形態では、アッパピストン2側に凸部6を形成し、この凸部6が嵌合する嵌合部5をロアピストン1側に形成したが、両者を逆転させてもよい。そこで、このような第1実施形態の別例を第5実施形態として以下に説明する。
In the vicinity of the high compression position shown in FIG. 6, the communication hole 34 of the upper piston 2 is displaced in the vertical direction with respect to the communication hole 33 of the lower piston 1, and on the other hand, on the lower compression position side, As shown in FIG. 7, the communication hole 34 communicates with the communication hole 33.
For this reason, when the upper piston 2 is displaced from the low compression position to the high compression position, the communication holes 33 and 34 communicate with each other at the beginning, so that the air in the damper chamber 7 flows out to the lower side of the piston. The piston 2 is quickly displaced. Since the communication holes 33 and 34 do not communicate with each other in the vicinity of the subsequent high compression position, the upper piston 2 is restrained from abrupt displacement by expanding the volume of the damper chamber 7 where the outflow of air is restricted. Therefore, as in the third embodiment, it is possible to quickly return the upper piston 2 to the high compression position when there is no risk of knocking after preventing the retaining ring 10 from colliding with the contact surface 4a.
In addition, as shown in FIG. 6, both the communication holes 33 and 34 do not naturally correspond to each other at the high compression position of the upper piston 2, and the damper chamber 7 and the piston lower side are not in communication. For this reason, the damper chamber 7 can be sealed without providing the check valve 21 as in the third embodiment, and the effect of eliminating the number of parts can be obtained by omitting the check valve 7.
By the way, in 1st Embodiment, although the convex part 6 was formed in the upper piston 2 side and the fitting part 5 which this convex part 6 fits was formed in the lower piston 1 side, you may reverse both. Therefore, another example of the first embodiment will be described below as a fifth embodiment.

[第5実施形態]
図8は第5実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図、図9は同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。上記のように第1実施形態との相違点は凸部6と嵌合部5との逆転にあるため、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
ロアピストン1の大径部4上にはピストン軸心Lを中心とした円形状をなす凸部6が突出形成され、この凸部6と対応するようにアッパピストン2の下面には環状側壁部41(側壁部)が下方に向けて突出形成され、本実施形態では環状側壁部41内を嵌合部5としている。ロアピストン1の凸部6はアッパピストン2の嵌合部5内に上下方向へ摺動可能に嵌合し、凸部6と嵌合部5との間にダンパ室7が形成されている。従って、アッパピストン2は嵌合部5内で凸部6を摺動させながらロアピストン1に対して上下方向に位置変位し、それに伴ってダンパ室7の容積が変化する。なお、嵌合部5と凸部6との間のクリアランスは、第1実施形態と同じくダンパ室7内への空気の流出入を適度に制限するように設定されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the piston in the high compression position according to the fifth embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing the piston in the low compression position. As described above, the difference from the first embodiment lies in the reverse rotation of the convex portion 6 and the fitting portion 5. Therefore, the same components are assigned the same member numbers and the description is omitted, and the difference is emphasized. State it.
On the large-diameter portion 4 of the lower piston 1, a convex portion 6 having a circular shape centered on the piston axis L is formed so as to protrude, and an annular side wall portion is formed on the lower surface of the upper piston 2 so as to correspond to the convex portion 6. 41 (side wall part) protrudes downward, and in this embodiment, the inside of the annular side wall part 41 is used as the fitting part 5. The convex portion 6 of the lower piston 1 is fitted in the fitting portion 5 of the upper piston 2 so as to be slidable in the vertical direction, and a damper chamber 7 is formed between the convex portion 6 and the fitting portion 5. Accordingly, the upper piston 2 is displaced in the vertical direction with respect to the lower piston 1 while sliding the convex portion 6 in the fitting portion 5, and the volume of the damper chamber 7 changes accordingly. In addition, the clearance between the fitting part 5 and the convex part 6 is set so that the inflow and outflow of air into the damper chamber 7 may be appropriately limited as in the first embodiment.

ロアピストン1には通路43に対し直列となるように逆止弁42(遮断手段)が設けられ、これらの通路43及び逆止弁42を介してダンパ室7内とピストン下側とが連通している。第3実施形態と同じく逆止弁42は、ダンパ室7内からピストン下側への空気の流通を許容し(順方向)、ピストン下側からダンパ室7内への空気の流通を阻止する(逆方向)ように設定されている。
従って、筒内圧が上昇してノッキング直前に至ると、アッパピストン2は図8に示す高圧縮位置から図9に示す低圧縮位置へと変位し始め、それに伴ってダンパ室7内の容積が縮小する。このときの逆止弁42は順方向への空気の流通を許容し、ダンパ室7内の空気が逆止弁を介してピストン下側に流出されることから、アッパピストン2を速やかに低圧縮位置に変位させてノッキングを確実に抑制することができる。
The lower piston 1 is provided with a check valve 42 (blocking means) so as to be in series with the passage 43, and the inside of the damper chamber 7 communicates with the lower side of the piston through the passage 43 and the check valve 42. ing. As in the third embodiment, the check valve 42 allows air to flow from the damper chamber 7 to the lower side of the piston (forward direction), and prevents air from flowing from the lower side of the piston to the damper chamber 7 ( (Reverse direction).
Therefore, when the in-cylinder pressure rises and immediately before knocking, the upper piston 2 starts to be displaced from the high compression position shown in FIG. 8 to the low compression position shown in FIG. 9, and the volume in the damper chamber 7 is reduced accordingly. To do. At this time, the check valve 42 allows the air to flow in the forward direction, and the air in the damper chamber 7 flows out to the lower side of the piston through the check valve. The knocking can be reliably suppressed by being displaced to the position.

その後に筒内圧が低下すると、アッパピストン2は上方に変位して高圧縮位置に復帰するが、このときには逆止弁42がピストン下側からダンパ室7内への空気の流入を阻止する。このため、凸部6と嵌合部5との間のクリアランスに従ってダンパ室7内への空気の流入が制限されることにより、アッパピストン2の急激な変位が抑制されて高圧縮位置で止め輪10が当接面4aに緩やかに当接する。従って、重複する説明はしないが、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
ところで、図1に示す第1実施形態に対して凸部6と嵌合部5とを逆転させた本実施形態では、以下に述べる利点も得られる。
When the in-cylinder pressure subsequently decreases, the upper piston 2 is displaced upward and returns to the high compression position. At this time, the check valve 42 prevents air from flowing into the damper chamber 7 from the lower side of the piston. For this reason, the inflow of air into the damper chamber 7 is restricted according to the clearance between the convex portion 6 and the fitting portion 5, so that rapid displacement of the upper piston 2 is suppressed and the retaining ring is held at the high compression position. 10 gently contacts the contact surface 4a. Therefore, although not redundantly explained, the effects of reducing engine noise and improving durability reliability can be obtained.
By the way, in the present embodiment in which the convex portion 6 and the fitting portion 5 are reversed with respect to the first embodiment shown in FIG. 1, the following advantages are also obtained.

まず、ロアピストン1上に皿バネ9を介して支持されたアッパピストン2はエンジン運転中に固有の回転域で共振を発生し、その共振回転域はアッパピストン2の重量軽減に伴って固有振動数が高くなるほど高回転側に移行して、共振に起因する破損を回避し易くなる。中実の凸部6は内部が空洞の嵌合部5に比較して重量増加の要因になることから、凸部6をアッパピストン2側に形成した第1実施形態に比較して、嵌合部5をアッパピストン2側に形成した本実施形態の方がアッパピストン2を軽量化でき、必然的に共振回転域を高回転側に移行させて破損防止できるという利点が得られる。
また、逆止弁42は、その弁体を弁バネで弁座側に付勢する基本構成を採用しているため、これらの部材を備える逆止弁42を配置するためにはある程度のスペースを必要とする。本実施形態のロアピストン1は凸部6の形成により上下方向に十分な厚みを有するため、逆止弁42を配置し易いという利点もある。
First, the upper piston 2 supported on the lower piston 1 via the disc spring 9 resonates in a specific rotation range during engine operation, and the resonance rotation range is a natural vibration associated with the weight reduction of the upper piston 2. The higher the number, the higher the rotation speed, and it becomes easier to avoid breakage due to resonance. Since the solid convex portion 6 causes an increase in weight as compared with the hollow fitting portion 5, the solid convex portion 6 is fitted compared to the first embodiment in which the convex portion 6 is formed on the upper piston 2 side. In the present embodiment in which the portion 5 is formed on the upper piston 2 side, the upper piston 2 can be reduced in weight, and the advantage that the resonance rotation region is inevitably shifted to the high rotation side and damage can be prevented is obtained.
Further, since the check valve 42 employs a basic configuration in which the valve body is urged toward the valve seat side by a valve spring, a certain amount of space is required for arranging the check valve 42 including these members. I need. Since the lower piston 1 of the present embodiment has a sufficient thickness in the vertical direction due to the formation of the convex portion 6, there is also an advantage that the check valve 42 can be easily arranged.

さらに、皿バネ9を収容した環状空間8内には空気のみならずエンジン運転中に飛散した潤滑用オイルも存在し、このようなオイルが環状空間8からダンパ室7内に多量に侵入すると、空気の流出入を制御するダンパ室7の機能が損なわれてしまう場合がある。ロアピストン1の大径部4上に嵌合部5を形成した第1実施形態では環状空間8内のオイルがダンパ室7内に侵入し易いが、本実施形態では、嵌合部5を取り囲む環状側壁部41によりダンパ室7内へのオイルの侵入が防止される。よって、ダンパ室7に正常な機能を発揮させて所期の作用効果を確実に得ることができるという利点もある。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、皿バネ9によりアッパピストン2を高圧縮位置に付勢し、その付勢力によるロアピストン1からのアッパピストン2の分離を止め輪10により防止したが、これらの構成に限ることはない。例えば皿バネ9に代えてコイルバネなどの別の付勢手段を設けたり、止め輪10に代えて別の係止手段を設けたりしてもよい。
また上記実施形態では、凸部6及び嵌合部5を平面視で円形状に形成したが、これに限ることはなく、例えば凸部6及び嵌合部5を平面視で四角状としたり、凸部6と嵌合部5との間にOリングを介装したりしてもよい。
Further, in the annular space 8 that accommodates the disc spring 9, there is not only air but also lubricating oil scattered during engine operation. When such oil enters the damper chamber 7 in a large amount from the annular space 8, The function of the damper chamber 7 that controls the inflow and outflow of air may be impaired. In the first embodiment in which the fitting portion 5 is formed on the large-diameter portion 4 of the lower piston 1, the oil in the annular space 8 easily enters the damper chamber 7, but in this embodiment, the fitting portion 5 is surrounded. The annular side wall portion 41 prevents oil from entering the damper chamber 7. Therefore, there is also an advantage that the intended function and effect can be obtained with certainty by causing the damper chamber 7 to perform its normal function.
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the upper piston 2 is urged to the high compression position by the disc spring 9 and the upper piston 2 is separated from the lower piston 1 by the urging force by the retaining ring 10, but the present invention is limited to these configurations. There is nothing. For example, another biasing means such as a coil spring may be provided instead of the disc spring 9, or another locking means may be provided instead of the retaining ring 10.
Moreover, in the said embodiment, although the convex part 6 and the fitting part 5 were formed circularly by planar view, it is not restricted to this, For example, the convex part 6 and the fitting part 5 are made into square shape by planar view, An O-ring may be interposed between the convex portion 6 and the fitting portion 5.

1 ロアピストン
1a ピンボス
2 アッパピストン
2a ピストンヘッド
5 嵌合部
6 凸部
7 ダンパ室
10 止め輪(分離防止部)
11 オリフィス(通路)
21,42 逆止弁(遮断手段)
41 環状側壁部(側壁部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower piston 1a Pin boss 2 Upper piston 2a Piston head 5 Fitting part 6 Convex part 7 Damper chamber 10 Retaining ring (separation prevention part)
11 Orifice (passage)
21, 42 Check valve (blocking means)
41 Annular side wall (side wall)

Claims (4)

ピンボスを有するピストン基部と、
ピストンヘッドを備え、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のどちらか一方に配置され、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方向と平行な方向に突出する凸部と、
前記ピストン基部と前記ピストン移動部のどちらか他方に配置され、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い、前記凸部に対して摺動可能に嵌合する嵌合部と、
前記凸部と前記嵌合部との間に形成されて前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化するダンパ室と、
前記ダンパ室と前記ダンパ室外の空間とを連通する通路と
を有することを特徴とするピストン。
A piston base with pin bosses;
A piston moving part comprising a piston head and capable of reciprocating relative to the piston base;
A convex portion that is disposed on one of the piston base and the piston moving portion and protrudes in a direction parallel to the reciprocating direction of the piston moving portion with respect to the piston base;
A fitting portion that is disposed on the other of the piston base and the piston moving portion, and is slidably fitted to the convex portion as the piston moving portion reciprocates with respect to the piston base.
A damper chamber formed between the convex portion and the fitting portion, the volume of which changes with the reciprocation of the piston moving portion;
A piston comprising: a passage communicating the damper chamber and a space outside the damper chamber.
前記ピストン基部と前記ピストン移動部との分離を防止する分離防止部と、
前記ピストン移動部が前記ピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも前記通路の一部を遮断する遮断手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載のピストン。
A separation preventing portion for preventing separation between the piston base portion and the piston moving portion;
2. The piston according to claim 1, further comprising a blocking unit configured to block at least a part of the passage when the piston moving unit moves in a direction away from the piston base. 3.
前記遮断手段は、前記ピストン移動部が前記ピストン基部に接近する方向へ移動する際にダンパ室内の空気を外部に流出させる逆止弁である
ことを特徴とする請求項2に記載のピストン。
The piston according to claim 2, wherein the blocking means is a check valve that causes the air in the damper chamber to flow out to the outside when the piston moving portion moves in a direction approaching the piston base.
前記凸部は前記ピストン基部に配置され、
前記嵌合部は、前記ピストン移動部の往復動方向と平行な前記凸部の側面に沿って前記ピストン移動部から突出する側壁部によって形成される
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のピストン。
The convex portion is disposed on the piston base,
The said fitting part is formed by the side wall part which protrudes from the said piston moving part along the side surface of the said convex part parallel to the reciprocating direction of the said piston moving part. The piston according to claim 1.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022516202A (en) * 2018-10-17 2022-02-24 ガジュ-ヤブウォニスキ、ヴォイチェフ Hybrid propulsion system, how to protect the pistons of a hydrogen engine from the effects of explosive combustion and how to apply additional periodic torque on the impeller shaft of a hydrogen engine powered helicopter

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