JP2015017560A - Piston - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮比を可変可能なエンジンのピストン構造に関する。 The present invention relates to an engine piston structure capable of varying a compression ratio.
従来より、ピストンをアウタピストンとインナピストンの2重構造にした可変圧縮比エンジンが知られている。可変圧縮比エンジンは、例えば特許文献1のように、アウタピストンの内部にコンロッドに連結されたインナピストンが配置され、インナピストンとアウタピストンとが互いにピストンの摺動方向と同方向に移動可能に構成されている。
詳しくは、特許文献1では、アウタピストン内に収納室が設けられ、インナピストンは収納室内をピストンの摺動方向に沿って移動可能に配置され、インナピストンとアウタピストンとの間に更ばねが備えられている。これにより燃焼室内の圧力によってアウタピストンが皿ばねの付勢力に抗してインナピストンに向かって移動することで、燃焼室内の圧力に応じて燃焼室の容積が変化し、圧縮比が変更される構成となっている。
Conventionally, a variable compression ratio engine in which a piston has a double structure of an outer piston and an inner piston is known. In the variable compression ratio engine, for example, as disclosed in Patent Document 1, an inner piston connected to a connecting rod is disposed inside an outer piston, and the inner piston and the outer piston can move in the same direction as the sliding direction of the piston. It is configured.
Specifically, in Patent Document 1, a storage chamber is provided in the outer piston, the inner piston is disposed so as to be movable in the storage chamber along the sliding direction of the piston, and a spring is provided between the inner piston and the outer piston. Is provided. As a result, the outer piston moves toward the inner piston against the biasing force of the disc spring due to the pressure in the combustion chamber, so that the volume of the combustion chamber changes according to the pressure in the combustion chamber and the compression ratio is changed. It has a configuration.
特許文献1では、アウタピストンに対してインナピストンが離間する方向に移動した際に、アウタピストンの収納室からインナピストンが離脱しないように、アウタピストンの内周面に円周溝が設けられ、当該円周溝にインナピストンが所定以上離間する方向への移動を規制するスナップリングが支持されている。
しかしながら、特許文献1のように、スナップリングによりインナピストンとアウタピストンとの離脱を防止する構造の可変圧縮比エンジンでは、シリンダの往復動毎にインナピストンがスナップリングに衝突する。また、アウタピストンにスナップリングを確実に支持するためには、アウタピストンの円周溝の深さを確保しなければならず、よってアウタピストンの円周溝の周囲を肉厚化する等して強度を確保する必要があり、ピストンの重量増加を招く虞がある。
In Patent Document 1, when the inner piston moves away from the outer piston, a circumferential groove is provided on the inner peripheral surface of the outer piston so that the inner piston is not detached from the outer piston storage chamber. A snap ring that restricts movement of the inner piston in a direction away from a predetermined distance is supported in the circumferential groove.
However, as in Patent Document 1, in a variable compression ratio engine having a structure in which the inner piston and the outer piston are prevented from being separated by a snap ring, the inner piston collides with the snap ring every time the cylinder reciprocates. Further, in order to securely support the snap ring on the outer piston, it is necessary to secure the depth of the circumferential groove of the outer piston, so that the circumference of the circumferential groove of the outer piston is thickened, etc. It is necessary to ensure the strength, which may increase the weight of the piston.
本発明は、この様な問題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、アウタピストンとインナピストンとの離脱を防止する機構を簡素で強度の強い構造とした可変圧縮比エンジンに用いられるピストンを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to provide a variable compression ratio engine having a simple and strong structure for preventing the outer piston and the inner piston from separating. It is providing the piston used for.
上記の目的を達成するために、請求項1のピストンでは、アウタピストンと、アウタピストンに対してピストン中心軸方向に往復運動可能なインナピストンと、アウタピストンに支持され、インナピストンに当接してインナピストンの移動を規制するストッパと、アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部と、ストッパの外周面に形成された外周面ねじ部と、を備えるピストンであって、ストッパは内周面ねじ部と外周面ねじ部が互いに螺合してアウタピストンに締結されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the piston of claim 1, the outer piston, the inner piston capable of reciprocating in the direction of the central axis of the piston with respect to the outer piston, and the outer piston are supported and contacted with the inner piston. A piston comprising a stopper for restricting the movement of the inner piston, an inner peripheral surface threaded portion formed on the inner peripheral surface of the outer piston, and an outer peripheral surface threaded portion formed on the outer peripheral surface of the stopper, The inner peripheral surface thread portion and the outer peripheral surface thread portion are screwed together and fastened to the outer piston.
また、請求項2のピストンでは、請求項1において、内周面ねじ部及び外周面ねじ部は、丸ねじであることを特徴とする。
また、請求項3のピストンでは、請求項1または請求項2において、軸線がピストンの摺動方向と平行に配置され、インナピストンとストッパとを嵌挿する挿入部材を有することを特徴とする。
The piston according to
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the axial line is disposed in parallel with the sliding direction of the piston, and an insertion member for inserting and inserting the inner piston and the stopper is provided.
請求項1の発明によれば、アウタピストンとインナピストンとがピストンの摺動方向に沿って相対的に移動することで、コンロッドの支持位置に対してシリンダ内のアウタピストンの位置を移動することができ、シリンダ内の燃焼室の容積を変更して、圧縮比を変更することができる。 そして、インナピストンに当接してアウタピストンに対するインナピストンの所定以上離間する移動を規制するストッパが、アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部に螺合して固定されるので、アウタピストンに設けた溝にストッパとしてスナップリングを支持する従来の構造と比較して、ストッパの支持部における応力の集中が抑制され、アウタピストンの強度を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the outer piston and the inner piston move relatively along the sliding direction of the piston, thereby moving the position of the outer piston in the cylinder with respect to the connecting position of the connecting rod. The compression ratio can be changed by changing the volume of the combustion chamber in the cylinder. And since the stopper that contacts the inner piston and regulates the movement of the inner piston away from the outer piston by a predetermined distance or more is screwed and fixed to the inner peripheral surface thread portion formed on the inner peripheral surface of the outer piston, Compared with the conventional structure in which the snap ring is supported as a stopper in the groove provided in the outer piston, the concentration of stress in the support portion of the stopper is suppressed, and the strength of the outer piston can be improved.
請求項2の発明によれば、アウタピストンの内周面ねじ部及びストッパの外周面ねじ部は、丸ねじであるので、特に、各ねじ部の谷部での応力集中を緩和して、アッパピストンの強度を更に向上させることができる。
請求項3の発明によれば、軸線がピストンの摺動方向に平行に配置され、インナピストンとストッパとを嵌挿する挿入部材によって、アウタピストンに対するインナピストンのピストンの摺動方向への移動を許容しつつ、ストッパのピストン径方向の回転を規制することができる。これにより、ピストン径方向のストッパの回転が規制されるので、簡単な構造でピストンの往復運動によるストッパの緩みを防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, the inner peripheral surface threaded portion of the outer piston and the outer peripheral surface threaded portion of the stopper are round screws. The strength of the piston can be further improved.
According to the invention of
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る可変圧縮比エンジンのピストンの構造を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態の可変圧縮比エンジン(以下、エンジンという)のシリンダ1内には、ピストン2が軸線方向(図1中の上下方向)に摺動可能に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a piston of a variable compression ratio engine according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
本実施形態のピストン2は、アッパピストン3(アウタピストン)とロアピストン4(インナピストン)との2重構造となっている。
アッパピストン3は、上部を閉鎖した円筒状に形成されており、ピストン2の外形を成し、上部のピストンヘッド5と側壁部6により構成されている。ピストンヘッド5は、円板状に形成され、上面5aが燃焼室7に面している。側壁部6は、ピストンヘッド5の周縁部下面より下方(燃焼室とは反対側)に延びた円筒状に形成され、上部にピストンリング8を支持するためのリング溝9が複数設けられている。
The
The
また、ピストンヘッド5の下面中央部には、下方に突出する円柱状の凸部10が設けられている。
ロアピストン4は、アッパピストン3内に収納されており、アッパピストン3内を上下方向(ピストン2の中心軸方向)に往復動可能に配置されている。ロアピストン4は、円板状の本体部21と、コネクティングロッドと連結するピンボス22と、円筒状のガイド部23とが備えられている。
Further, a
The lower piston 4 is housed in the
本体部21の外周端部とアッパピストン3の内周壁3aとの間に若干の隙間が設けられるように、本体部21の直径が設定されている。
ピンボス22は、本体部21の下面から下方に突出するように設けられ、図示しないエンジンのコネクティングロッドの一端部にピストンピン24を介して枢支されている。
ガイド部23は、本体部21の上面中央部から上方に突出するように設けられ、上方からアッパピストン3の凸部10が略隙間なく滑らかに挿入されるように形成されている。凸部10とガイド部23は、アッパピストン3とロアピストン4が上下方向に移動可能なようにガイドをする機能を有している。また、ロアピストン4の本体部21とアッパピストン3のピストンヘッド5とが近づく方向に移動したときに、ピストンヘッド5とロアピストン4の本体部21との間に空間が形成されるように、ガイド部23の突出長さが設定されている。
The diameter of the
The
The
ピストンヘッド5とロアピストン4との間の空間である収納室25には、皿ばね26が収納されている。皿ばね26は、アッパピストン3のピストンヘッド5とロアピストン4の本体部21とが離間する方向に付勢されるように配置されている。
アッパピストン3の側壁部6の内周面の上下方向略中央部には、内周面ねじ部27が形成されている。そして、この内周面ねじ部27には、ストッパ28が締結されている。ストッパ28は、円環板状に形成されており、外周部にアッパピストン3の内周面ねじ部27に螺合する外周面ねじ部29が形成されている。
A
An inner peripheral
ストッパ28は、アッパピストン3内に皿ばね26とともにロアピストン4が収納された際に、ロアピストン4の本体部21よりも下方に配置されており。ロアピストン4の所定以上の下方への移動、即ちアッパピストン3のピストンヘッド5に対してロアピストン4が離間する方向への所定以上の移動を規制する機能を有する。
上記実施形態では、アッパピストン3の収納室25内に皿ばね26を入れて、ロアピストン4によって収納室25に蓋をして、ストッパ28をアッパピストン3に締結することで、アッパピストン3とロアピストン4とが一体化するように組み立てられる。
The
In the above embodiment, the
以上のような構成により、本実施形態のピストン2は、アッパピストン3とロアピストン4とが一体となって構成され、更にロアピストン4に対してアッパピストン3がピストン2の中心軸方向、即ち摺動方向である上下方向に往復動可能である。アッパピストン3のピストンヘッド5とロアピストン4とは皿ばね26によって離間する方向に付勢されており、アッパピストン3が燃焼室7内の圧力により皿ばね26の付勢力に抗して下方に移動可能に構成されている。
With the above-described configuration, the
また、ロアピストン4が下方へ移動したときには、ロアピストン4の本体部21の外周周部の下面がストッパ28に当接し、アッパピストン3とロアピストン4との分離が防止される。特に、シリンダ1が上死点から下方へ移動した直後に、ロアピストン4がストッパ28に強く衝突する。
このように、アッパピストン3が、コネクティングロッドに連結されるロアピストン4に対して、ピストン2の摺動方向に沿って移動可能であるので、アッパピストン3とロアピストン4との相対移動により燃焼室7内の容積を変化させることができ、圧縮比を変化させることができる。
Further, when the lower piston 4 moves downward, the lower surface of the outer circumferential portion of the
Thus, since the
ロアピストン4とアッパピストン3との相対移動は、燃焼室7内の圧力に応じて皿ばね26によって自動的に行われる。例えばピストン2が上死点付近で燃焼室7内の圧力が必要以上に上昇したときには、アッパピストン3が下方に移動して燃焼室7内の容積を増加させることで、圧縮比を低下させてノッキングを防止することができる。また、エンジンの低負荷時に圧縮比が低下したような場合には、燃焼室7内の容積を減少させて圧縮比を上昇させることができ、燃費の低減を図ることができる。よって、ロアピストン4とアッパピストン3とを相対移動させるためのアクチュエータ等を用いずに皿ばね26を用いた簡単な構成により、圧縮比を適切に設定可能なエンジンにすることができる。
The relative movement between the lower piston 4 and the
そして、本実施形態では、アッパピストン3の側壁部6の内周面に内周面ねじ部27を設け、この内周面ねじ部27とストッパ28の外周面ねじ部29とを互いに螺合させ、アッパピストン3とストッパ28とを締結した構造とし、当該ストッパ28にロアピストン4を当接させてアッパピストン3とロアピストン4との移動を規制し、アッパピストン3とロアピストン4との分離を防止する。したがって、従来技術のようなスナップリングによりアッパピストンとロアピストンとの分離を防止する構造と比較すると、本実施形態ではピストン2にスナップリング支持用の円周溝を設ける代わりに内周面ねじ部27を設けることで、アッパピストン3に設ける溝を浅くすることができる。これにより、ストッパ28の支持部においてアッパピストン3の強度を向上させることができ、当該支持部の厚さを抑えてピストン2の重量を軽減することができる。よって、エンジン全体の重量を抑制することができるとともに、エンジンの加速性能を向上させることができる。
In this embodiment, the inner peripheral
なお、ストッパ28の材質は、アッパピストン3と同一部材、例えばアルミニウムにより形成するとよい。本実施形態では、ストッパ28は、ねじにより締結する構造であるので、スナップリングのような弾性部材を用いる必要がない。そして、ストッパ28とアッパピストン3とを同一の部材にすることで、アッパピストン3に対する応力集中を緩和することができる。また、ストッパ28の材質をアッパピストン3よりも強度の低い部材にしてもよく、過度な荷重がストッパ28に作用した場合に、アッパピストン3が破損する前にストッパ28が破損するように設定することで、ストッパ28の交換によりエンジンを修理させることができ、交換部品のコスト及び修理作業の工数低下を図ることができる。
The material of the
また、ストッパ28はアッパピストン3に対して回転して締結する構造であるので、ピストン2の往復動によりストッパ28が緩む虞がある。そこで、ストッパ28の緩み止め機能を追加することが望ましい。
緩み止め機能としては、例えば図2に示すように、ピン31(挿入部材)によりストッパ28とロアピストン4との相対回転を規制するような構造とすればよい。皿ばね26、ストッパ28及びロアピストン4に(少なくともストッパ28及びロアピストン4に)夫々、ピン31の挿入用孔を軸線がピストン2の摺動方向と平行になるように設けておき、ストッパ28をアッパピストン3に締結した状態で、当該挿入用孔の位置を一致させてピン31を嵌挿することで、ロアピストン4とストッパ28との相対回転が規制され、ストッパ28の緩み止めとすることができる。なお、ピン31の抜け落ちを防止するために、例えば割ピン等でストッパ28の下面に枢支させるような構造にすればよい。
Further, since the
As a loosening prevention function, for example, as shown in FIG. 2, a structure that restricts relative rotation between the
また、このピン31による回転規制を行う場合には、組み立て時にピン31の挿入が容易に行えるように、例えばストッパ28の回転位置を規定するマーカーをストッパ28及びアッパピストン3に設けておき、ストッパ28の孔とロアピストン4との孔とを一致させるようにすればよい。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
When the rotation restriction by the
This is the end of the description of the embodiment of the invention, but the invention is not limited to this embodiment.
例えば、図3に示すように、上記実施形態のアッパピストン3の内周面ねじ部27及びストッパ28の外周面ねじ部29を、ねじ山の断面形状が半円形の丸ねじとするとよい。これにより、内周面ねじ部27及び外周面ねじ部29の谷部での応力の集中を緩和して、アッパピストン3の強度を更に向上させることができる。
また、上記ストッパ28の緩み止め機能として、上記実施形態の他に、例えばストッパ28と略同形状のロックナットを用いて、ストッパ28の締結後にロックナットをアッパピストン3の内周面ねじ部27に締結することで、ストッパ28の緩みを抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 3, the inner peripheral
Further, as a function of preventing the
また、ストッパ28とロアピストン4との当接部分を斜面にすることで、ロアピストン4の押し付け力によってストッパ28を締付け方向に回転させるようにしてもよい。これにより、ストッパ28とロアピストン4との衝突毎に自動的にストッパ28を締め付けることができる。
また、ストッパ28とアッパピストン3の材質を熱膨張係数の異なる材質にして、シリンダ1の熱によるストッパ28の外周面ねじ部29の熱膨張とアッパピストン3の内周面ねじ部27の熱膨張の違いによりストッパ28とアッパピストン3との摩擦を増大させ、ストッパ28の緩みを抑制するようにしてもよい。
Further, the
Further, the material of the
また、本願発明は、ピストンが用いられるエンジンに広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to engines in which pistons are used.
2 ピストン
3 アッパピストン(アウタピストン)
4 ロアピストン(インナピストン)
27 内周面ねじ部
28 ストッパ
29 外周面ねじ部
31 ピン(挿入部材)
2
4 Lower piston (inner piston)
27 Inner peripheral
Claims (3)
前記アウタピストンに対してピストン中心軸方向に往復運動可能なインナピストンと、
前記アウタピストンに支持され、前記インナピストンに当接して前記インナピストンの移動を規制するストッパと、
前記アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部と、
前記ストッパの外周面に形成された外周面ねじ部と、を備え、
前記内周面ねじ部と前記外周面ねじ部は互いに螺合して前記アウタピストンに締結されることを特徴とするピストン。 An outer piston,
An inner piston capable of reciprocating in the direction of the center axis of the piston with respect to the outer piston;
A stopper that is supported by the outer piston, abuts against the inner piston, and restricts movement of the inner piston;
An inner peripheral surface thread portion formed on the inner peripheral surface of the outer piston;
An outer peripheral surface threaded portion formed on the outer peripheral surface of the stopper,
The piston, wherein the inner peripheral surface thread portion and the outer peripheral surface thread portion are screwed together and fastened to the outer piston.
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- 2013-07-11 JP JP2013145557A patent/JP2015017560A/en active Pending
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