JPH0299729A - 往復型ピストンエンジンのピストン連結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、往復ピストンエンジンにおいて、コンロッド
小端部に対してピストンが昇降自在に連結されるビス１
〜ンの連結構造に関するものである。

〔従来の技術〕

一般の往復型ピストンエンジンでは、圧縮上死点および
吸気上死点でピストンは同じ高ざまで上昇するが、最近
では、燃焼室内の燃焼ガスの低減および掃気効果の拡大
という観点から、上記吸気上死点でのピストン位置が圧
縮上死点でのピストン位置よりも高くなるように構成し
たものが提案されている。

第１２図および第１３図は、その構造の一例を示したも
のである。同図において、１はシリンダであり、このシ
リンダ１内にピストン２が往復動自在に嵌挿されている
。このピストン２は、ピストンピン４を介してフンロッ
ド３の小端部３ａに連結されており、このコンロッド３
の大端部は図外のクランクシャフトのクランクピンに連
結されている。

上記ピストンピン４とコンロッド小端部３ａとの間には
、偏心メタル１０が介設されている。この偏心メタル１
０は、コンロッド小端部３ａの軸受孔内に相対回動可能
に嵌合される外周而１０ａと、ピストンピン４の外周面
と相対回動可能に嵌合される内周面１０ｂとを有し、外
周面１０ａの中心軸と内周面１０ｂの中心軸とがオフセ
ットされている。従って、この偏心メタル１０がコンロ
ッド小端部３ａ内で回動することにより、コンロッド小
端部３ａの中心Ｃ２に対するピストンピン４の軸心Ｃ１
の位置が変化し、ビスＩ−ン２がコンロッド小端部３ａ
に対して昇降するようになっている。

その具体的な作用を第１４図の骨組図も合せて参照しな
がら説明する。なお、同図においてＣ３はコンロッド大
端部３ｂの中心、５はクランク、Ｃ４はクランクシャツ
１〜の回動軸心である。

まず、吸気行程から圧縮行程へ移行する段階では、ビス
［−ン２はその慣性力によりコンロッド小端部３ａに対
して沈んだ状態にあり、偏心メタル１０は第１４図の反
時計回りの方向に回転を続ける。その後、クランク５お
よび］ンロツド３が上昇して圧縮上死点に近付くにつれ
、ピストン２はその慣性力でコンロッド小端部３ａに対
し浮上し始めるが、圧縮上死点の手前付近でシリンダ内
のガス圧力が高まり、上記慣性力を上回るため、偏心メ
タル１０の回転方向が逆転してピストン２はコンロッド
小端部３に対して相対的に降下し始める。その結果、圧
縮上死点ではピストン２の位置が通常構造のピストン位
置よりも寸法δ１　（第１２図（ａ）（ｂ）参照）だけ
低くなる。

その後、再びピストン２が降下し、膨部行程並びに排気
行程に移行して吸気上死点に近付くが、この吸気上死点
ではシリンダ１内のガス圧力は低いので、ピストン２は
その慣性力によりそのままフンロッド小端部３ａに対し
て上昇し、ピストン２の位置は通常構造のピストン位置
に比べて寸法δ２　（第１３図（ａ）（ｂ）参照）だけ
高くなる。

このような構造によれば、圧縮上死点のビス１〜ン位置
に対し、吸気上死点のピストン位置を寸法（δ１＋６２
）だけ高くすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記構造の往復型ピストンエンジンでは、圧縮上死点お
よび吸気上死点付近で大きなスラップ音が発生する。こ
れは、第１５図＜ａ）（ｂ）に示されるように、上記上
死点付近で上記ピストンピン４の軸心Ｃ１がコンロッド
３本体の中心軸上を通過する際（すなわちピストンピン
４の軸心Ｃ１とコンロッド小端部３ａの中心Ｃ２とクラ
ンクシャフトの軸心Ｃ４とが一直線上に並ぶ状態を経過
する際）に、ピストンピン４に対してコンロッド小端部
３ａが急激に回動することに起因するものと考えられる
。特に、大きなガス圧力を受ける圧縮上死点付近く第１
５図（ａ））でのスラップ音が著しく、その抑制が課題
とされている。

なお、実開昭６３−６３５４４号公報には、偏心メタル
の外周面に形成された凹部に制動部材を設け、この制動
部材とコンロッド小端孔の内周面との摩擦によりコンロ
ッド小端部の回転速度を抑制するようにしたものが開示
されているが、この機構は、ピストンを高位置に保持す
るためのロックピンの作動を円滑に行うことを目的とし
たものであり、全期間に亘ってコンロッド小端部の回動
速度を低下させているに過ぎないので、圧縮上死点付近
でのコンロッド小端部の急激な移動を事前に防ぎ、スラ
ップ音を効果的に抑制することは困難である。

本発明は、このような事情に檻み、圧縮上死点付近での
コンロッド小端部の急激な回動を防ぐことにより、スラ
ップの抑制を図ることができるピストンの連結構造を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、シリンダ内を往復動するピストンをピストン
ピンを介してコンロッドの小端部に回動可能に連結する
とともに、上記ピストンピンの軸心をコンロッド小端部
の中心に対してオフセットさせ、かつ相対的に回動する
ように構成したピストン連結構造において、圧縮上死点
前からの所定期間に上記コンロッド小端部の中心に対す
るピストンピンの軸心の相対回動を規制する一対の凹凸
部を上記コンロッド側およびピストンピン側に配設した
ものである。

なお、上記回動規制の「所定期間」は、ピストンピンの
軸心をコンロッド本体の中心軸線上に位置させないよう
に設定する。

（作　用） 上記構成によれば、圧縮上死点前からの所定期間にピス
トンピン軸心のコンロッド小端部中心に対する相対回動
が規制されるので、上記ピストンピンの軸心がコンロッ
ド本体の中心軸線から外れた状態のまま圧縮上死点を通
過する。従って、ピストンピンの軸心がコンロッド本体
の中心軸線上を通過することはなく、コンロッド小端部
の急激な回動は行われない。

（実施例） 本発明の第１実施例を第１図〜第３図に呈づいて説明す
る。第１図に示されるピストン連結構造は、上記第１２
図〜第１５図に示されるものと同様に、区外のシリンダ
内を往復動するピストン２が、ピストンピン４を介して
コンロッド３の小端部３ａに連結され、ピストンピン４
およびコンロッド小端部３ａとの間に偏心メタル１０（
ピストンピン４の軸心とともに回動する部材）が介設さ
れている。この隔心メタル１０は、その内周面１０ｂの
軸心（ピストンピン４の軸心）Ｃ１と、外周面の中心軸
（フンロッド小端部３ａの中心部）Ｃ２とがオフセット
されており、上記コンロッド小端部３ａに対して、上記
ピストンピン４の軸心Ｃ１とともに相対的に回動するよ
うに構成されている。

さらに、この構造の特徴として、第２図（ａ）（ｂ）に
も示されるように、上記偏心メタル１０の外周面１０ａ
の所定領域にその周方向に延びる満（凹部）ＩＯＣが形
成されている。これに対し、コンロッド小端部３ａの所
定位置には、上記偏心メタル１０側に開口する収納孔３
ｂが形成され、この収納孔３ｂ内にビンく凸部）６がフ
ンロッド小端部３ａのラジアル方向に遊動可能に収納さ
れている。このビン６の収納位置は、コンロッド３本体
の中心軸線Ｌ２上に設定され、かつ、上記ビン６がその
慣性力°で浮上することにより上記溝１０Ｃ内に嵌入す
る位置に設定されている。

上記Ｆｔｈ　１０　Ｃは、上記ピストンピン４の軸心Ｃ
１およびコンロッド小端部３ａの軸心Ｃ２を結ぶ直線（
以下、偏心メタル１０の中心軸線と称す）Ｌｌと、コン
ロッド３本体の中心軸線し２どのなす角度がθ（００〈
θ＜　　１３００＞となった状態（第１図の状態）で上
記ビン６に対応する位置から、その深さが第１図の時計
回り方向に漸減していく形状を有している。上記角度θ
は、上記第１４図において圧縮上死点前で偏心メタル１
０が逆転する時の角度、あるいはそれよりも小さめの角
度に設定しておく。

次に、この構造の作用を第３図に塁づいて説明する。吸
気行程から圧縮行程に入るまでの各部材の運動は上記第
１３図に示されるものと同（藁であり、ピストン２が圧
縮上死点の位置に近付くにつれ、ビン６はその慣性力で
浮上し始める。そして、ピストン２の慣性力よりもシリ
ンダ内のガス圧力が上回る点で、ピストン２はコンロッ
ド小端部３ａに対して下降し始めようとし、偏心メタル
１０が逆転を開始しようとするが、この時点で、収納苗
３ｂから浮上したビン６が上記満１０Ｃ内に嵌入される
。このビン６によって、それ以降の偏心メタル１０の回
転が阻止され、コンロッド小端部３ａに対するピストン
の相対位置が固定される。

その結果、上記直線Ｌｔ　、Ｌ２のなす角度がθに固定
されたまま圧縮上死点を通過し、膨張行程に移行する。

この膨張行程では、ビン６が再び収納孔３ｂ内に降下す
るか、あるいは偏心メタル１０が再び第３図反時計回り
の方向に回転し始める時点まで、コンロッド小端部３ｂ
の中心０２回りのピストンピン４の軸心Ｃ１の回動が規
制される。

従って、この構造では、従来のように圧縮上死点付近で
ピストンピン４の軸心Ｃ１がコンロッド３の中心軸線Ｌ
２上を通過することがないので、コンロッド小端部３ａ
の急激な回動かなく、それに起因するスラップの発生が
抑制される。すなわち、この構造では、圧縮上死点の手
前で偏心メタル１０の回転方向が逆転する特性を利用す
ることにより、上記コンロッド小端部３ａの急激な回動
を防ぐようにしている。

なお、この構造では圧縮上死点付近で偏心メタル１０が
固定されるので、回動を規制しない従来の構造に比べる
と圧縮上死点でのピストン位置が変化することになるが
、その差はコンロッド小端部３ａの中心Ｃ２とピストン
ピン４の軸心ｃ１とのオフセット寸法を設計変更するこ
とにより補えばよい。

上記ビン６の収納室３ｂの構造には様々な変形例が考え
られる。例えば、第４図（ａ）に示されるように収納室
３ｂの一部に溝部３ｄを形成し、コンロッド小端部３ａ
と偏心メタル１０との間の潤滑油をにがすようにしても
よいし、同図（ｂ）に示されるように、ビン６の下方に
圧縮ばね７を配設してビン６を常時隔心メタル１０の周
面に押付けるようにしてもよい。この場合には、慣性力
でビン６を浮上させる構造に比べ、ビン６の嵌入動作を
より確実なものにすることができる。

また、同図（Ｃ）に示されるように、収納室３ｂの位置
をコンロッド３本体の中心軸線Ｌ２から外し、コンロッ
ド小端部３ａの枠の一部を貫通させて外方からブライン
ドプラグ８で栓をするようにすれば、製造作業がより容
易となるとともに、ビン６の取付位置の信頼性がより高
められる。

次に、第２実施例を第５図（ａ）（ｂ）に基づいて説明
する。上記実施例では、偏心メタル１０の介設により軸
心Ｃ１，Ｃ２をオフセットさせた構造について示したが
、ここでは、偏心ピストンピン４′を用いて軸心Ｃ１，
Ｃ２をオフセットさせたものを示している。

すなわち、上記偏心ピストンピン４′は、中央に大径部
４１′、両端に小径部４２′を有し、大径部４１′がコ
ンロッド小端部３ａにに合され、小径部４２′がピスト
ン２の側壁に回転可能に支持されており、上記大径部４
１′の軸心（コンロッド小端部３ａの中心）Ｃ２と、小
径部４２′の軸心（ピストンピン４′の回転軸心）Ｃ１
とがオフセットされている。上記大径部４１′の周面上
には、上記溝１０ｃと同様の溝（凹部）４ａ′が形成さ
れ、それに対応してコンロッド小端部３ａ側に収納孔３
ｂが形成されており、その内部にビン６および圧縮ばね
７が配設されている。上記溝４ａ’の形成位置は、上記
第１実施例と同様である。

このような構造においても、ピストンピン４′が軸心Ｃ
１を中心に回動することにより、この軸心Ｃ１がコンロ
ッド小端部３ａの中心Ｃ２回りに回動することとなり、
これによってピストン２がコンロッド小端部３ａに対し
て相対的に昇降する。

そして、圧縮上死点前でビン６が溝４８’　内に嵌入す
ることにより、上記実施例と同様にフンロッド小端部３
ａの中心０２回りのピストンピン４′の軸心Ｃ１の相対
回動が規制され、コンロッド小端部３ａの急激な回動に
よるスラップ音の発生が抑制される。

次に、第３実施例を第６図および第７図に基づいて説明
する。ここでは、フンロッド小端部３ａ内での偏心メタ
ル１０の回ｔ＃範囲が所定角度φ（９００＜φ＜　　１
８００）内に規制されており、ピストンピン４の軸心Ｃ
１がコンロッド３本体の中心軸線Ｌ２上に位置すること
が阻止されている。

具体的には、上記偏心メタル１０において、その中心軸
線Ｌ１を含まない範囲に中心角φの円弧状の満１０６が
形成される一方、この溝１０６内に常時ビン６が嵌入さ
れるように、収納室３ｂが浅く形成されている。

このような構造によれば、コンロッド小端部３ａに対す
る偏心メタル１０の回動は、その溝１０ｄ内をビン６が
震動する範囲、すなわちピストンピン４の軸心Ｃ１がコ
ンロッド３本体の中心軸線し２上から外れた範囲内に限
られるため、圧縮上死点付近のみならず、吸気上死点付
近においてもコンロッド小端部３ａが急激に回動するの
を防止比することができ、スラップ音の抑制を図ること
ができる。

次に、第４実施例を第８図（ａ）（ｂ）に基づいて説明
する。上記第３実施例では、偏心メタル１０において、
所定角度φに対応する範囲の全域に亘って溝１０ｄが形
成されているが、ここでは圧縮上死点前および吸気上死
点前にビン６に対応する位置にのみ凹部１０ｅ、１０ｆ
が形成されている。一方、収納室３ｂはビン６を完全に
収納できる深さに形成され、上記第１図の構造と同様に
、上死点近傍にのみビン６が慣性力で偏心メタル１０側
に浮上するようになっている。

このような構造によれば、第８図（ａ）に示されるよう
に、圧縮上死点の手前でビン６が凹部１０ｅＣ嵌入され
、圧縮上死点を過ぎてビン６が下降するまで偏心メタル
１０の回動が規制されるので、コンロッド小端部３ａの
急激な回動が防止される。また同図（ｂ）に示されるよ
うに、吸気上死点前でもビン６が凹部１０ｆに嵌入され
るので、上記回動が同様に防止される。

なお、この構造の場合、ビン６の収納室３ｂを、図に示
されるようにビン６が凹部１０ｅ、１０ｆに嵌入する状
態で略鉛直方向に延びるように形成すれば、ビン６の作
動をより確実なものとすることができる。

次に、第５実施例を第９図および第１０図（ａ）に基づ
いて説明する。ここでは、上記第８図の構造において、
偏心メタル１０の代わりに偏心ピストンピン４′　（上
記第２実施例参照）を用いたものが示されている。具体
的には、上記偏心ピストンピン４′の一方の小径部４２
′の局面に、上記第８図（ａ）（ｂ）の凹部１Ｑｅ、１
０ｆに対応する凹部４ｂ’　　４ｃ’が形成され、この
偏心ピストンピン４′を支持するピストン２の底壁にビ
ン６の収納室２ａが形成されている。

このような構造においても、収納室２ａ内のビン６が凹
部４ｂ’あるいは凹部４Ｃ’内に嵌入されることにより
、上記第８図の構造と同様にコンロッド小端部３ａの急
激な回動を防ぐことができる。

また、第１０図（ｂ）に示されるように、一方の小径部
４２′に凹部４ｂ’が形成され、他方の小径部４′に凹
部４Ｃ’　が形成されるとともに、各々の凹部４ｂ’　
、４ｃ’　に対応する２つの位置に収納室２ａおよびビ
ン６が設けられたものでも同様の効果を得ることができ
る。

次に、第６実施例を第１１図（ａ）（ｂ）に基づいて説
明する。上記第２実施例では、偏心ピストンピン４′側
に溝４ａ′が形成され、コンロッド３側にビン６の収納
室３ａが配設されているが、納室４ｄ’が配設され、コ
ンロッド小端部３ａの内周面に１３ｃが形成されている
。

このような構造においても、圧縮上死点付近でビン６が
浮上し、コンロッド小端部３ａ側の満３０に嵌入される
ことにより、コンロッド小端部３ａに対するピストンピ
ン４′の回動が規制され、スラップ音の発生が防止され
る。

以上のように、本発明ではビン（凸部）および溝（凹部
）の配設位置は特に問わないのであるが、例えば軸心ピ
ストンピン４′を用いる構造の場合、上方からピストン
２に加えられる燃焼圧力は偏心ピストンピン４′の小径
部４２′上面およびコンロッド小端部３ａの下側内周面
に束中して作用するので、これらの場所を避け、上記第
１０図（ａ）（ｂ）や第１１図（ａ）（ｂ）に示される
ような位置に配設することにより、耐久性の一層の向上
を図ることができる。

〔発明の効果〕

以−りのように本５１明は、コンロッド側およびピスト
ンピン側に一対の凹凸部を配設し、圧縮上死点前からの
所定期間に上記コンロッド小端部の中心回りのピストン
ピンの軸心の回動を規制するようにしたものであるので
、上記ピストンピン軸心がコンロッド本体の中心軸上を
通過する際のピストンピンに対するコンロッド小端部の
急激な回動を防ぐことができ、これによって圧縮上死点
付近のスラップ音の発生を抑制することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例におけるピストン連結構造
の断面正面図、第２図（ａ）は同構造における偏心メタ
ルの一部破断側面図、同図（ｂ）は同偏心メタルの正面
図、第３図は上記ピストン連結構造の作用を示す骨組図
、第４図（ａ）は同構造におけるビンの収納室の変形例
を示す断面平面図、同図（ｂ）（ｃ）は同構造における
ビンの収納室の変形例を示す断面正面図、第５図（ａ）
は第２実施例におけるピストン連結構造の断面正面図、
同図（ｂ）は同構造の新面側面図、第６図は第３実施例
におけるピストン連結構造の断面正面図、第７図は同構
造における偏心メタルの断面正面図、第８図（ａ）は第
４実施例におけるピストン連結構造の圧縮上死点時の状
態を示す断面正面図、同図（ｂ）は同構造の吸気上死点
時の状態を示す断面正面図、第９図は第１０図（ａ）の
■−ＩＸ線断面図、第１０図（ａ）は第５実施例におけ
るピストン連結構造の断面側面図、同図（ｂ）は同構造
の変形例を示す断面側面図、第１１図（ａ）は第６実施
例におけるピストン連結構造の断面正面図、同図（ｂ）
は同構造の断面側面図、第１２図（ａ）（ｂ）は圧縮上
死点時の従来のピストン連結ＩＮ造を示す断面側面図お
よび断面正面図、第１３図（ａ）（ｂ）は吸気上死点時
の従来のピストン連結構造の状態を示す断面側面図およ
び断面正面図、第１４図および第１５図（ａ）（ｂ）は
同構造の作用を承り骨組図である。 ２・・・ピストン、３・・・コンロッド、３ａ・・・コ
ンロッド小端部、３Ｃ・・・溝（凹部）、４・・・ピス
トンピン、４′・・・偏心ピストンピン、４ａ’・・・
溝（凹部）、６・・・ビン（凸部）、１０・・・偏心メ
タル（ピストンピン側の部材＞、１０ｃ、１０ｄ・・・
溝（凹部）、１０ｅ、１０ｆ・・・凹部、Ｃ１・・・ピ
ストンピンの軸心、Ｃ２・・・コンロッド小端部の中心
。 特許出願人　　　　マツダ　株式会社 代　理　人　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　
　　　弁理士　　長１）　正向　　　　　　　弁理士　
　９藤　孝夫第　　１ 図 第　　６ 図 第　　７ 図 （ａ） 図 （ｂ） 第 図 第 図 第 図 （ｂ） （ａ） 第 図 （ａ） （ｂ） 図 （ｂ） 第 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリンダ内を往復動するピストンをピストンピンを
   介してコンロッドの小端部に回動可能に連結するととも
   に、上記ピストンピンの軸心をコンロッド小端部の中心
   に対してオフセットさせ、かつコンロッド小端部の中心
   回りに回動するように構成したピストン連結構造におい
   て、圧縮上死点前からの所定期間に上記コンロッド小端
   部の中心回りのピストンピンの軸心の回動を規制する一
   対の凹凸部を上記コンロッド側およびピストンピン側に
   配設したことを特徴とする往復型ピストンエンジンのピ
   ストン連結構造。