JP2013024164A - Piston - Google Patents
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Abstract
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
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.
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
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
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
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
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
[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
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-
The
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
The lower inner peripheral surface of the
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
When the in-cylinder pressure decreases as the expansion stroke proceeds, the
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
In the combustion stroke, immediately before the occurrence of knocking due to an increase in the in-cylinder pressure, the
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
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
By the way, in this embodiment, while letting air flow into the
[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
In the
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
In addition, since the adjustment of the opening area of the
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
[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
The
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
A pair of
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
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
When the combustion of the engine is normal, the in-cylinder pressure in the combustion stroke is lower than the biasing force of the
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
When the
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
Moreover, the sliding
[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
The
The clearance between the
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
Accordingly, as the
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
For this reason, when the
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
By the way, in 1st Embodiment, although the
[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
On the large-
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
Therefore, when the in-cylinder pressure rises and immediately before knocking, the
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
By the way, in the present embodiment in which the
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
Further, since the
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
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
Moreover, in the said embodiment, although the
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
11 Orifice (passage)
21, 42 Check valve (blocking means)
41 Annular side wall (side wall)
Claims (4)
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.
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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- 2011-07-22 JP JP2011160887A patent/JP2013024164A/en not_active Withdrawn
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