JP2019105205A - ピストンスラップ低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レシプロエンジンのスラップ音を低減できるピストンスラップ低減装置を提供する。【解決手段】ピストンスラップ低減装置１は、エンジンＥのスラップ音を発する位置のシリンダ壁２に形成されシリンダ壁２とピストン３との間にオイルを吐出するためのオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、スラップ音が発せられるときにオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにオイルを供給するオイル供給装置５と、を備えたものである。【選択図】図２

Description

本発明はレシプロエンジンのスラップ音を低減するピストンスラップ低減装置に関する。

レシプロエンジンは、クランクシャフトの回転に伴ってコネクティングロッドが傾斜する。このため、ピストンは移動方向が反転され、コネクティングロッドの傾斜方向が変わる度にピストンピンを中心として微小に首振り運動をする。

特開２００７−２２４７６０号公報 特開２００２−３１７６１４号公報 特開平０２−２２３６１９号公報

ところで、ピストンは、圧縮行程から膨張行程に移行するとき、燃焼室内から比較的に大きな圧力を受けた状態で首振り運動をする。このため、圧縮行程から膨張行程に移行するとき、ピストンスカートがスラスト側のシリンダ壁に強く打ち付けられ、スラップ音が発生する。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、レシプロエンジンのスラップ音を低減できるピストンスラップ低減装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
レシプロエンジンのスラップ音を発する位置のシリンダ壁に形成され前記シリンダ壁とピストンとの間にオイルを吐出するためのオイル出口と、
前記スラップ音が発せられるときに前記オイル出口にオイルを供給するオイル供給装置と、
を備えたことを特徴とするピストンスラップ低減装置が提供される。

好ましくは、前記レシプロエンジンが複数の気筒を備え、前記オイル出口がそれぞれの気筒毎に形成されるとよい。

好ましくは、前記オイル供給装置が、
断面円形に形成されるオイル分配チャンバーと、
前記オイル分配チャンバーに油圧を供給する供給ポートと、
前記オイル分配チャンバーの内周面に周方向に等間隔に形成されると共に前記オイル出口と同数形成される吐出ポートと、
前記吐出ポートと前記オイル出口とを接続する供給油路と、
前記オイル分配チャンバーの内周面に沿って回転する偏心弁体と、
前記偏心弁体を前記レシプロエンジンのカムシャフトと同じ回転数で回転させる駆動部と、
を備えるとよい。

好ましくは、前記駆動部は、前記カムシャフトの回転を前記偏心弁体に減速比１で伝える動力伝達機構で構成されるとよい。

好ましくは、前記オイル分配チャンバーは、前記レシプロエンジンのシリンダブロック内に形成されるとよい。

好ましくは、前記オイル分配チャンバーは、油路を介してメインオイルギャラリーに接続されるとよい。

本発明によれば、レシプロエンジンのスラップ音を低減できる。

本発明の一実施の形態に係るピストンスラップ低減装置が適用されるレシプロエンジンの側断面図である。 ピストンスラップ低減装置の要部模式図である。 図２の要部拡大図である。 ピストンスラップ低減装置が適用されるレシプロエンジンの側断面図である。 ピストンスラップ低減装置を備えるレシプロエンジンのピストンスラップ振動を表す線図である。 従来のレシプロエンジンのピストンスラップ振動を表す線図である。 ピストンに発生する加振力を表す線図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、ピストンスラップ低減装置が適用されるエンジンを模式的に表す側断面図である。図２は、ピストンスラップ低減装置の概要を説明する要部模式図である。

図示するように、エンジンＥは、車両に搭載される直列４気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。４つの気筒は、クランクシャフトを滑らかに回転させると共に振動を小さくさせるべくクランク位相を１８０°ずつずらされている。具体的には、第１気筒（＃１）が吸気行程にあるとき、第３気筒（＃３）は排気行程、第４気筒（＃４）は膨張行程、第２気筒（＃２）は圧縮行程にあるように設定されている。

なお、気筒番号は車両前方から順に＃１、＃２、＃３、＃４と表す。また、エンジンは、レシプロエンジンであればよく、火花点火内燃機関、すなわちガソリンエンジンであってもよい。

図１及び図２に示すように、ピストンスラップ低減装置１は、エンジンＥのスラップ音を発する位置のシリンダ壁２に形成されシリンダ壁２とピストン３との間にオイルを吐出するためのオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、スラップ音が発せられるときにオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにオイルを供給するオイル供給装置５と、を備える。

スラップ音を発する位置のシリンダ壁２とは、スラスト側のシリンダ壁２のうち、圧縮行程から膨張工程に移り始めたときのピストン３が首振り運動をしてピストンスカート３ａが衝突する位置のシリンダ壁２である。オイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、スラップ音を発する位置のシリンダ壁２に、開口される。また、オイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、４つの気筒のそれぞれに同様に形成される。

図３及び図４に示すように、オイル供給装置５は、断面円形に形成されるオイル分配チャンバー６と、オイル分配チャンバー６に油圧を供給する供給ポート７と、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに周方向に等間隔に形成される吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを接続する供給油路９ａ、９ｄ、９ｂ、９ｃと、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに沿って回転する偏心弁体１０と、偏心弁体１０をエンジンＥのカムシャフト１１と同じ回転数で回転させる駆動部１２と、を備える。

オイル分配チャンバー６は、シリンダブロック１３にカムシャフト１１と同方向に延びるように形成される。

供給ポート７は、オイル分配チャンバー６の一方の端面６ｂに形成される。供給ポート７には、油路１４ａを介してメインオイルギャラリー１４ｂが接続される。メインオイルギャラリー１４ｂはシリンダブロック１３に形成される。メインオイルギャラリー１４ｂには、ポンプＰからの油圧が供給される。ポンプＰは、クランクシャフト１５（図１参照）からの動力で駆動される。

吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、オイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと同数形成される。本実施の形態では、エンジンＥは４つの気筒を備え、それぞれの気筒にオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが形成される。このため、オイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはそれぞれ４つである。具体的には、吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに周方向に９０°間隔で４つ形成される。ここでは便宜的に図２にてオイル分配チャンバー６の右端に位置する吐出ポートを第１吐出ポート８ａとし、下端に位置する吐出ポートを第２吐出ポート８ｂとし、左端に位置する吐出ポートを第３吐出ポート８ｃとし、上端に位置する吐出ポートを第４吐出ポート８ｄとする。吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの断面積は全て同じに設定される。

供給油路９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄには、第１吐出ポート８ａと第１気筒のオイル出口４ａを接続する第１供給油路９ａと、第２吐出ポート８ｂと第３気筒のオイル出口４ｃを接続する第２供給油路９ｂと、第３吐出ポート８ｃと第４気筒のオイル出口４ｄを接続する第３供給油路９ｃと、第４吐出ポート８ｄと第２気筒のオイル出口４ｂを接続する第４供給油路９ｄとがある。これら第１〜第４供給油路９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、それぞれ独立して形成されると共に、シリンダブロック１３に形成される。なお、第１〜第４供給油路９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、配管で構成されてもよい。

駆動部１２は、カムシャフト１１からの動力を偏心弁体１０に伝達する動力伝達機構にて構成される。具体的には、駆動部１２は、カムシャフト１１と平行に配置された入力シャフト１６と、オイル分配チャンバー６と同軸に配置され偏心弁体１０に一体に設けられる出力シャフト１７と、カムシャフト１１に設けられる第１伝動ギア１８と、入力シャフト１６に設けられ第１伝動ギア１８と噛合される第２伝動ギア１９と、入力シャフト１６に設けられる第１スプロケット２０と、出力シャフト１７に設けられる第２スプロケット２１と、第１スプロケット２０及び第２スプロケット２１に巻回される伝動チェーン２２とを備える。

入力シャフト１６は、シリンダーヘッド２３にベアリング２４を介して回転自在に支持される。

出力シャフト１７は、シリンダブロック１３にベアリング２４を介して回転自在に支持される。出力シャフト１７には、後述する偏心弁体１０が偏心して設けられる。

第１伝動ギア１８及び第２伝動ギア１９の減速比は１に設定される。また、第１スプロケット２０及び第２スプロケット２１は同径に形成される。これにより、出力シャフト１７及び偏心弁体１０は、カムシャフト１１に対して同じ回転数で同期回転される。なお、駆動部１２の構成は、これに限るものではない。駆動部１２は、カムシャフト１１の回転を偏心弁体１０に減速比１で伝えるものであればよい。

また、駆動部１２は、第１気筒でスラップ音が発生する瞬間に、偏心弁体１０を第１吐出ポート８ａから最も離間させるようにカムシャフト１１に同期される。これにより、各気筒でスラップ音が発生する瞬間にその気筒のオイル出口にオイルが供給され、他の気筒のオイル出口へのオイル供給が停止又は抑制される。

偏心弁体１０は、オイル分配チャンバー６より小径の円盤状に形成される。また、偏心弁体１０は、外周面１０ａの一部が常にオイル分配チャンバー６の内周面６ａに当接するように配置される。これにより、偏心弁体１０に近接される吐出ポートを塞ぎ、偏心弁体１０から離間される吐出ポートを開く。

偏心弁体１０は、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに沿って回転することで吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを順次開閉させる。また、偏心弁体１０は、オイル分配チャンバー６より軸方向の寸法を小さく形成される。そして、偏心弁体１０は、オイル分配チャンバー６の他方の端面６ｃ側に偏って配置される。これにより、オイル分配チャンバー６の一方の端面６ｂ側（供給ポート７側）に油圧供給用の空間Ｓが形成される。

次に本実施の形態の作用について述べる。

圧縮行程にある気筒では筒内ガスを圧縮させ、筒内温度を着火温度以上に上昇させる。この後、筒内ガスは、筒内に燃料を噴射されることで燃焼して膨張し、膨張行程に移る。膨張行程では、膨張する筒内ガスがピストンを押し下げ、クランクシャフトを回転させる。

一方、クランクシャフト１５の動力は図示しない動力伝達機構を介してカムシャフト１１に減速比２で伝達される。カムシャフト１１の動力は、第１伝動ギア１８及び第２伝動ギア１９を介して入力シャフト１６に伝達されると共に、入力シャフト１６から第１スプロケット２０、伝動チェーン２２及び第２スプロケット２１を介して出力シャフト１７に伝達される。これにより偏心弁体１０がオイル分配チャンバー６内で内周面６ａに沿って回転される。

一般的に、圧縮上死点からクランク角度１０〜３０度付近でピストンスラップが生じる。つまり、ピストンがスラスト側のライナーに衝突し大きな加振力が発生しシリンダブロック等から音が放射される。

図７は、第１気筒のピストン３に発生する加振力を示すものである。横軸はクランク角度を示す。クランク角度０°は第１気筒の吸気上死点を示す。縦軸は加振力を示す。図示するように、クランク角度が３６０°を超えた直後にピストン３にスラスト側への大きな加振力が発生する。

またこのとき、偏心弁体１０は、カムシャフト１１と同期して回転されており、第１吐出ポート８ａから最も離間された姿勢となる。

ここで、偏心弁体１０の直径は、偏心弁体１０が吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの１つ、例えば吐出ポート８ａから最も離間されたとき、その吐出ポート８ａの入口直前の流路の流路面積と、吐出ポート内の流路面積とを等しくするように設定される。このため、第１吐出ポート８ａは全開となり、第３吐出ポート８ｃは全閉となり、第２吐出ポート８ｂ及び第４吐出ポート８ｄは略閉となる。オイル分配チャンバー６内の油圧は、第１供給油路９ａを介して第１気筒のオイル出口４ａに集中的に供給される。これにより、ピストンスカート３ａがシリンダ壁２に衝突する瞬間にオイルがオイル出口４ａから噴出される。また、オイル出口４ａから噴出されたオイルは、シリンダ壁２に衝突する位置のピストンスカート３ａにピンポイントに当たる。ピストンスカート３ａに当たったオイルはピストンスカート３ａを反スラスト側に押しつつピストンスカート３ａとシリンダ壁２との間に注入される。このため、ピストンスカート３ａがシリンダ壁２に衝突する力を衝突の直前で弱めることができ、スラップ音を低減（小さく）できる。

この後、クランクシャフト１５が１８０°回転されて第３気筒のピストンスカート３ａがシリンダ壁２に衝突する瞬間には、偏心弁体１０は９０°回転されて第２吐出ポート８ｂを全開とする。これにより、第３気筒のピストンスカート３ａがシリンダ壁２に衝突する瞬間に第３気筒のオイル出口４ｃからピストンスカート３ａに向けてオイルが噴出され、スラップ音が低減される。

以後、第４気筒及び第２気筒でも同様にピストンスカート３ａがシリンダ壁２に衝突する瞬間にその気筒のオイル出口からピストンスカート３ａに向けてオイルが噴出され、スラップ音が低減される。

図５は本実施の形態に係るピストンスラップ低減装置１を備えたエンジンＥにおけるシリンダブロック１３外壁のピストンスラップ振動を示す。図６は従来のエンジン（ピストンスラップ低減装置１を備えない）におけるシリンダブロック１３外壁のピストンスラップ振動を示す。横軸はクランク角度を示す。縦軸は振幅を示す。図５及び図６に示すように、本実施の形態に係るピストンスラップ低減装置１を備えるエンジンＥは、ピストンスラップ低減装置１を備えない従来のエンジンよりもピストンスラップ振動が低減されることが解る。

このように、ピストンスラップ低減装置１が、スラップ音を発する位置のシリンダ壁２に形成されシリンダ壁２とピストン３との間にオイルを吐出するためのオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、スラップ音が発せられるときにオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにオイルを供給するオイル供給装置５とを備えるものとした。このため、シリンダ壁２に衝突する位置のピストン３にその衝突の瞬間にオイルを吐出することができ、スラップ音を効率よく低減できる。

また、オイル供給装置５は、断面円形に形成されるオイル分配チャンバー６と、オイル分配チャンバー６に油圧を供給する供給ポート７と、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに周方向に等間隔に形成されると共にオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと同数形成される吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、吐出ポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを接続する供給油路９ａ、９ｄ、９ｂ、９ｃと、オイル分配チャンバー６の内周面６ａに沿って回転する偏心弁体１０と、偏心弁体１０をエンジンＥのカムシャフト１１と同じ回転数で回転させる駆動部１２とを備えるものとした。このため、簡易な構造で確実にオイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにオイルを供給できる。

駆動部１２は、カムシャフト１１の回転を偏心弁体１０に減速比１で伝える動力伝達機構で構成されるものとした。このため、偏心弁体１０の回転をカムシャフト１１に正確に同期させることができ、オイル出口４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにオイルを正確なタイミングで供給できる。

オイル分配チャンバー６は、シリンダブロック１３内に形成されるため、エンジンＥ内のスペースを効率よく利用できると共に、部品点数の増加を抑えることができる。

オイル分配チャンバー６は、油路１４ａを介してメインオイルギャラリー１４ｂに接続される。このため、オイル分配チャンバー６にオイルを安定して供給できる。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）駆動部１２はカムシャフト１１からの動力で駆動されるものとしたがこれに限るものではない。例えば駆動部１２はクランクシャフト１５からの動力で駆動されるものとしてもよい。この場合、クランクシャフト１５からの動力は、偏心弁体１０に減速比２で伝達されるとよい。

（２）エンジンＥは直列４気筒に限るものではない。エンジンＥのシリンダ配置形式、気筒数は任意である。この場合、オイル出口はそれぞれの気筒に形成されるとよい。また、吐出ポートは、オイル出口の数だけオイル分配チャンバー６の内周面６ａに周方向に等間隔に形成されるとよい。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

（３）偏心弁体１０の直径は、上述したものに限るものではない。偏心弁体１０の直径は、偏心弁体１０が吐出ポートから最も離間されたとき、その吐出ポートの入口直前の流路の流路面積を、吐出ポート内の流路面積より大きくさせるように設定されてもよい。この場合、偏心弁体の直径は、他の吐出ポートの入口直前の流路の流路面積を、吐出ポート内の流路面積より小さくさせるように設定されるとよい。

１ ピストンスラップ低減装置
２ シリンダ壁
３ ピストン
４ａ オイル出口
４ｂ オイル出口
４ｃ オイル出口
４ｄ オイル出口
５ オイル供給装置
Ｅ エンジン

Claims (6)

1. レシプロエンジンのスラップ音を発する位置のシリンダ壁に形成され前記シリンダ壁とピストンとの間にオイルを吐出するためのオイル出口と、
   前記スラップ音が発せられるときに前記オイル出口にオイルを供給するオイル供給装置と、
   を備えたことを特徴とするピストンスラップ低減装置。
2. 前記レシプロエンジンが複数の気筒を備え、
   前記オイル出口がそれぞれの気筒毎に形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載のピストンスラップ低減装置。
3. 前記オイル供給装置が、
   断面円形に形成されるオイル分配チャンバーと、
   前記オイル分配チャンバーに油圧を供給する供給ポートと、
   前記オイル分配チャンバーの内周面に周方向に等間隔に形成されると共に前記オイル出口と同数形成される吐出ポートと、
   前記吐出ポートと前記オイル出口とを接続する供給油路と、
   前記オイル分配チャンバーの内周面に沿って回転する偏心弁体と、
   前記偏心弁体を前記レシプロエンジンのカムシャフトと同じ回転数で回転させる駆動部と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載のピストンスラップ低減装置。
4. 前記駆動部は、前記カムシャフトの回転を前記偏心弁体に減速比１で伝える動力伝達機構で構成される
   ことを特徴とする請求項３に記載のピストンスラップ低減装置。
5. 前記オイル分配チャンバーは、前記レシプロエンジンのシリンダブロック内に形成された
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のピストンスラップ低減装置。
6. 前記オイル分配チャンバーは、油路を介してメインオイルギャラリーに接続された
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のピストンスラップ低減装置。

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