JP5157869B2 - 内燃機関のピストン装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関のピストン装置に関する。

内燃機関に関して、ピストンがシリンダ内壁に接触することによる打音の発生を抑制する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−３８７４８号公報 特開昭５９−１４５３４２号公報 実開平６−７３３３９号公報

打音の発生は以下の理由による。ピストンは、ピストンピン周りに首振り可能に連結されている。このため、ピストンが上昇する際に、ピストンとシリンダ内壁とが一度衝突するとし、初回の衝突をきっかけとして、ピストンは連続的にシリンダ内壁に衝突する。このように、打音はピストンの首振り運動に起因して発生する。

本発明の目的は、ピストンの首振り運動を抑制することにより打音の発生を抑制する内燃機関のピストン装置を提供することである。

上記目的は、大端部、小端部、前記小端部側に設けられたピストンピン、を有したコネクティングロッドと、前記ピストンピンに対して回転可能なピストンピンボスを有したピストンと、前記ピストンピンと前記ピストンピンボスとの間に設けられた遊星歯車構造と、を備え、前記遊星歯車構造は、前記小端部と連結した太陽歯車と、前記太陽歯車の周りを公転しつつ自転する複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、前記遊星歯車と噛合すると共に前記ピストンピンボスと連結した内歯車と、を含む、ことを特徴とする内燃機関のピストン装置によって達成できる。

ピストンは、ピストンピンボスを介して内歯車と連結されている。このため、ピストンがシリンダ内壁に衝突したとしても、その衝突の反動に基づくピストンの首振り運動は、遊星歯車の角運動エネルギーとして消費されることなる。これにより、ピストンの首振り運動が抑制され、打音の発生が抑制される。

本発明によれば、ピストンの首振り運動を抑制することにより打音の発生を抑制する内燃機関のピストン装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、ピストン装置１の分解図である。図２は、組み立て後のピストン装置１をピストン４０の下方から見た図である。ピストン装置１は、コネクティングロッド１０、遊星歯車構造２０、ピストンピンボス３０、ピストン４０を備えている。尚、図１においては、ピストン４０は省略してある。図３は、ピストン４０を下方から見た図である。

コネクティングロッド１０は、大端部１１、小端部１３を有している。小端部１３には孔が形成されており、その孔にピストンピン１５が回転不能に貫通している。ピストンピンボス３０は、ピストンピン１５に対して回転可能に連結されている。小端部１３とピストンピンボス３０との間には遊星歯車構造２０が配置される。ピストン４０は、ピストン冠面部４２、ピストンスカート部４４を有している。ピストンピンボス３０は、図２、図３に示すように、ピストンスカート部４４に固定されている。

図４は、遊星歯車構造２０の構成を示した模式図である。遊星歯車構造２０は、小端部１３と連結した太陽歯車２１と、太陽歯車２１の周りを公転しつつ自転する３つの遊星歯車２３と、複数の遊星歯車２３を軸支する遊星キャリア２５と、遊星歯車２３と噛合すると共にピストンピンボス３０と連結した内歯車２７と、を含む。遊星キャリア２５は、複数の遊星歯車２３の公転運動に基づいて自転する。遊星キャリア２５は、遊星歯車２３以外の部材と連結されてはいない。即ち、遊星キャリア２５の自転成分が他の部材に出力されることはない。

また、太陽歯車２１は小端部１３に対して回転不能に連結されている。太陽歯車２１の中心には孔２１１が形成されている。孔２１１は、内部に溝が形成されている。ピストンピン１５の小端部１３側の根元には、突部１４が固定されている。突部１４は外周部に溝が形成されている。孔２１１と突部１４とが係合することにより、太陽歯車２１は小端部１３に対して回転不能に連結される。

また、ピストンピンボス３０には突部３１が形成されている。突部３１の外周部には複数の溝が形成されている。内歯車２７の中心部には、突部３１と係合可能な孔が形成されており、この孔の内周にも溝が形成されている。突部３１と内歯車２７の孔とが係合することにより、突部３１は内歯車２７に対して連結される。これにより、ピストン４０が首振り運動を起こした際には、ピストン４０に連動して内歯車２７が回転する。詳しくは後述する。

次に、打音の発生のメカニズムについて簡単に説明する。図５（Ａ）（Ｂ）は、打音発生のメカニズムの説明図である。図５（Ａ）は、縦軸をピストンの首振り角度（ｄｅｇ）及び燃焼圧（ＭＰａ）とし、横軸をクランク角度（°ＣＡ）としたグラフである。尚、図５（Ａ）のグラフ上の実線は、遊星歯車構造２０を有していない従来のピストン装置を備えた内燃機関の実測値を示している。図５（Ａ）のグラフ上の破線は、本実施例に係るピストン装置を備えた内燃機関の実測値を示している。図５（Ａ）に示すように、ピストン首振り角は、クランク角度３６０°付近で大きくなる。

図５（Ｂ）は、クランク角度３６０°付近における、従来のピストン装置によるマウントブラケットの振動を説明するための図である。尚、マウントブラケットの振動は、ピストンがシリンダ内壁に衝突することに起因している。図５（Ｂ）において、マウントブラケットの振動数Ｇは、実測した値である。

図５（Ｂ）に示すように、ＢＴＤＣ５０°において、ピストンがシリンダ内壁に衝突する。これが、ピストンが圧縮行程の上昇時に生じた初回の衝突である。この初回の衝突の反動によって、ピストンが首振り運動を起こし、ＢＴＤＣ３５°において再度ピストンはシリンダ内壁に衝突する。このように、ピストンが上昇する行程において、複数回シリンダ内壁に衝突する。これにより、マウントブラケットは振動する。また、衝突による打音は搭乗者に認識される。

しかしながら、図５（Ａ）に示すように、本実施例にピストン装置を採用した場合には、ピストンの首振り運動は抑制される。以下、この理由について詳細に説明する。ピストン４０は、ピストンピンボス３０を介して内歯車２７と連結されている。このため、ピストン４０がシリンダ内壁に衝突し、その衝突の反動に基づくピストン４０の首振り運動は、遊星歯車２３の角運動エネルギーとして消費されることなる。詳細には、衝突の反動によってピストン４０は、ピストンピン１５回りに回転しようとするが、ピストン４０が回転すると、内歯車２７が回転する。内歯車２７が回転することにより、３つの遊星歯車２３が回転することになる。これにより、ピストン４０の首振り運動が抑制され、打音の発生が抑制されることになる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は、ピストン装置の分解図である。 図２は、組み立て後のピストン装置をピストンの下方から見た図である。 図３は、ピストンを下方から見た図である。 図４は、遊星歯車構造の構成を示した模式図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、打音発生のメカニズムの説明図である。

符号の説明

１ ピストン装置
１０ コネクティングロッド
１１ 大端部
１３ 小端部
１５ ピストンピン
２０ 遊星歯車構造
２１ 太陽歯車
２３ 遊星歯車
２５ 遊星キャリア
２７ 内歯車
３０ ピストンピンボス
４０ ピストン
４２ ピストン冠面部
４４ ピストンスカート部

Claims (1)

1. 大端部、小端部、前記小端部側に設けられたピストンピン、を有したコネクティングロッドと、
   前記ピストンピンに対して回転可能なピストンピンボスを有したピストンと、
   前記ピストンピンと前記ピストンピンボスとの間に設けられた遊星歯車構造と、を備え、
   前記遊星歯車構造は、前記小端部と連結した太陽歯車と、前記太陽歯車の周りを公転しつつ自転する複数の遊星歯車と、前記複数の遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、前記遊星歯車と噛合すると共に前記ピストンピンボスと連結した内歯車と、を含む、ことを特徴とする内燃機関のピストン装置。

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