(57)【要約】【課題】スラスト力の作用する向きが反転することで発生するピストン打音を低減できる内燃機関のシリンダ構造を提供すること。【解決手段】シリンダライナ１と、シリンダライナの径方向内方を軸方向に往復運動するピストン２とを備える内燃機関のシリンダ構造であって、ピストンに作用する径方向のスラスト力の向きは、ピストンが下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向けて運動する間に、スラスト力が作用する方向であるスラスト方向の一方に向かう向きＦ１から他方へ向かう向きＦ２に反転し、スラスト方向において互いに対向するシリンダライナの内周面のうち、ピストンよりも一方の側に位置する一方側の内周面５ａには、径方向内側に向けて突出するガイド部６が形成され、ガイド部の設置位置は、スラスト力の向きが、一方に向かう向きから他方へ向かう向きに反転するときに、ピストンと径方向に対向する位置である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダライナと、前記シリンダライナの径方向内方を軸方向に往復運動するピストンとを備える内燃機関のシリンダ構造であって、
前記ピストンに作用する径方向のスラスト力の向きは、前記ピストンが下死点から上死点に向けて運動する間に、前記スラスト力が作用する方向であるスラスト方向の一方に向かう向きから他方へ向かう向きに反転し、
前記スラスト方向において互いに対向する前記シリンダライナの内周面のうち、前記ピストンよりも前記一方の側に位置する一方側の内周面には、径方向内側に向けて突出するガイド部が形成され、
前記ガイド部の設置位置は、前記スラスト力の向きが、前記一方に向かう向きから前記他方へ向かう向きに反転するときに、前記ピストンと径方向に対向する位置である
ことを特徴とする内燃機関のシリンダ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ構造に関し、特に、内燃機関のシリンダ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダボア内でのピストンの往復運動をクランク機構によって回転運動に変換してクランクシャフトを回転させるいわゆるレシプロエンジン（内燃機関）においては、ピストンからシリンダに径方向のスラスト力が作用する。スラスト力が作用する方向であるスラスト方向において、スラスト力の作用する向きは、ピストンの往復運動の過程において反転する。スラスト力の作用する向きが反転する際には、スラスト方向の一方側から他方側に向けてピストンが移動することにより、ピストン打音が発生する。
【０００３】
特許文献１には、シリンダの下端にピストンがエッジ当りすることを防止することによって、ピストンとシリンダとのフリクションを低減させてスラップ音を低減することができる内燃機関のシリンダ構造が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−３２７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関において、ピストン打音を低減できること、特に、ピストンが上死点に向けて運動する間に発生するピストン打音を低減できることが望まれている。例えば、内燃機関の圧縮工程では、ピストンが上死点に向けて上昇するに連れて筒内圧が高まる。筒内圧が高まったときにスラスト力の向きが反転し、ピストンがスラスト方向の一方側から他方側へ移動すると、大きなピストン打音が発生しやすくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ピストンが上死点に向けて運動する間にスラスト力の作用する向きが反転することで発生するピストン打音を低減できる内燃機関のシリンダ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関のシリンダ構造は、シリンダライナと、前記シリンダライナの径方向内方を軸方向に往復運動するピストンとを備える内燃機関のシリンダ構造であって、前記ピストンに作用する径方向のスラスト力の向きは、前記ピストンが下死点から上死点に向けて運動する間に、前記スラスト力が作用する方向であるスラスト方向の一方に向かう向きから他方へ向かう向きに反転し、前記スラスト方向において互いに対向する前記シリンダライナの内周面のうち、前記ピストンよりも前記一方の側に位置する一方側の内周面には、径方向内側に向けて突出するガイド部が形成され、前記ガイド部の設置位置は、前記スラスト力の向きが、前記一方に向かう向きから前記他方へ向かう向きに反転するときに、前記ピストンと径方向に対向する位置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の内燃機関のシリンダ構造によれば、ピストンに作用するスラスト力の向きがスラスト方向の一方に向かう向きから他方に向かう向きに反転するピストンの軸方向の位置において、ピストンが、ガイド部にガイドされてシリンダライナにおけるスラスト方向の他方側の内周面へ向けて移動している。これにより、スラスト力の向きが反転した後の他方側の内周面へ向けたピストンの移動量が低減されることで、ピストン打音の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の内燃機関のシリンダ構造の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１から図４を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、シリンダライナを備える内燃機関のシリンダ構造に関する。
【００１１】
図１は、本実施形態の内燃機関のシリンダ構造を示す軸方向の断面図、図２は、ピストンが上死点に向けて運動しているときの動作について説明するための図、図３は、スラスト力の向きが反転するタイミングにおけるピストンと反スラスト側の内周面との間のクリアランスについて説明するための図である。
【００１２】
圧縮工程の上死点前で、ピストン（図１の符号２参照）に作用するスラスト力の向きが反転することにより、ピストン２はスラスト側から反スラスト側へ移動する。このときに発生するピストン打音を防止するために、スラスト側のシリンダライナ（図１の符号１参照）下部に薄膜などによりガイド（図１の符号６参照）が形成されており、ガイド６により、ピストン２が、より反スラスト側にある状態となる。これにより、スラスト力の向きが反転したときにピストン２が反スラスト側の内周面（図１の符号５ｂ参照）に当たるまでの移動距離が小さくなり、ピストン打音が低減される。
【００１３】
図４は、従来の内燃機関のシリンダ構造の一例を示す図である。図４において、符号１０１は、シリンダライナを示す。シリンダライナは、図示しない公知の内燃機関のシリンダボアに配置されており、円筒形状をなしている。
【００１４】
シリンダライナ１０１の径方向内方には、ピストン２が配置されている。ピストン２は、ピストンピン３により支持されている。ピストンピン３は、コンロッド４を介して図示しないクランクシャフトと連結されている。ピストン２は、シリンダライナ１０１の径方向内方をシリンダライナ１０１の内周面１０５に沿って軸方向に往復運動する。ピストン２の往復運動は、ピストンピン３、およびコンロッド４により、クランクシャフトの回転運動に変換される。
【００１５】
シリンダライナ１０１には、ピストン２から径方向のスラスト力が作用する。スラスト力は、ピストンピン３を介してピストン２に作用する力等のピストン２に作用する力の水平成分（分力）である。ピストン２に作用するスラスト力は、ピストン２から、ピストン２と径方向に対向する内壁面１０５に作用する。スラスト力は、シリンダライナ１０１の中心軸線Ｘ、およびピストンピン３の中心軸線のそれぞれと直交する方向（図４における左右方向）に作用する。以下、このスラスト力が作用する方向を「スラスト方向」と称する。
【００１６】
ピストン２に作用するスラスト力の向きは、上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間をピストン２が往復運動する過程において反転する。たとえば、圧縮工程においてピストン２が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向けて運動する（上昇する）ときに、上死点の手前では、符号Ｆ１で示す向き（図４で左向き）、すなわち、スラスト側の内周面１０５ａに向かうスラスト力が作用する。ここで、スラスト側の内周面とは、スラスト方向において互いに対向するシリンダライナ１０１の内周面１０５ａ，１０５ｂのうち、膨張工程においてピストン２が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向けて運動するときにスラスト力が作用する側の内周面である。つまり、膨張工程においては、スラスト方向のうち、一方（図４で左）に向かう向きのスラスト力がピストン２に作用し、上記互いに対向する内周面１０５ａ，１０５ｂのうち、ピストン２よりも一方の側に位置する内周面が、スラスト側の内周面（一方側の内周面）１０５ａである。
【００１７】
上記互いに対向する内周面１０５ａ，１０５ｂのうち、他方の内周面、言い換えると、スラスト方向におけるスラスト側の内周面１０５ａと反対側の内周面を「反スラスト側の内周面（他方側の内周面）１０５ｂ」と称する。反スラスト側の内周面１０５ｂは、ピストン２よりもスラスト方向の他方の側に位置している。
【００１８】
上死点ＴＤＣの手前で、スラスト力の向きが、スラスト側の内周面１０５ａに向かう向きＦ１から、反スラスト側の内周面１０５ｂに向かう向きＦ２に反転する。これにより、ピストン２は、矢印Ｙ１に示すように、スラスト側の内周面１０５ａから反スラスト側の内周面１０５ｂへ向けて移動し、反スラスト側の内周面１０５ｂに衝突する。符号Ｃ１は、スラスト力の向きが、反スラスト側の内周面１０５ｂに向かう向きＦ２に反転するときにおける、ピストン２の外周面と反スラスト側の内周面１０５ｂとの間のクリアランスを示す。スラスト力の向きが反転したときに、ピストン２がスラスト側の内周面１０５ａから反スラスト側の内周面１０５ｂへ向けて移動する移動量は、クリアランスＣ１の大きさに対応しており、このピストン２のスラスト方向の移動量が大きいと、衝撃力が大きくなり、打音として感じられるようになる。
【００１９】
特に、エンジンのアイドル状態においては、車両において発生する他の音が小さい分、ピストン打音が騒音として感じられやすくなる。また、エンジンの冷間始動時等のピストン２の温度が低いときには、熱によるピストン２の膨張量が小さく、暖機終了後等と比較してクリアランスＣ１が大きいため、大きなピストン打音が発生しやすくなる。
【００２０】
本実施形態では、以下に説明するように、スラスト力の向きが反転するときのピストン２と反スラスト側の内周面１０５ｂとの間のクリアランスＣ１が小さくなるようにシリンダライナが構成されている。これにより、ピストン打音が低減される。
【００２１】
図１は、本実施形態の内燃機関のシリンダ構造を示す軸方向の断面図である。図１には、スラスト方向と直交する方向から径方向に見たシリンダ構造が示されている。シリンダライナ１の内周面５におけるスラスト側の内周面５ａには、ガイド６が設けられている。ガイド６は薄膜などにより形成されており、径方向内側に向けて突出している。すなわち、ガイド６は、反スラスト側の内周面５ｂに向けて突出している。ガイド６は、スラスト方向と直交する方向の径方向視において、ピストン２とスラスト方向に対向している。言い換えると、ガイド６は、内周面５において、ピストン２の中心軸線との間のスラスト方向の距離が最も大きい位置に形成されている。
【００２２】
ガイド６は、軸方向の中央部６ａにおいて最も反スラスト側の内周面５ｂに向けて突出しており、下死点ＢＤＣ側の端部６ｂ、および上死点ＴＤＣ側の端部６ｃへ向けて徐々に反スラスト側の内周面５ｂに向けての突出量が減少している。ガイド６の下死点ＢＤＣ側の端部６ｂは、スラスト側の内周面５ａと連続的に形成されている。これにより、ピストン２の上昇過程において、ピストン２が内周面５のうちガイド６よりも下死点ＢＤＣ側の領域から、ガイド６が形成された領域へスムーズに移動することができる。言い換えると、ガイド６の下死点ＢＤＣ側の端部６ｂにおけるピストン２のスラスト方向への急激な移動が抑制されている。
【００２３】
ガイド６は、上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間の位置、より具体的には、以下に図２を参照して説明するように、スラスト力の向きが、スラスト側の内周面５ａに向かう向きＦ１から、反スラスト側の内周面５ｂに向かう向きＦ２に反転するピストン２のタイミング位置と対応する位置に形成されている。
【００２４】
図２は、ピストン２が上死点ＴＤＣに向けて運動しているときの動作について説明するための図である。
【００２５】
図２において、矢印Ｙ２は、ピストン２の軸方向における運動の向きを示す。ピストン２が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向けて運動するときには、上死点ＴＤＣの手前において、ピストン２に対してスラスト側の内周面５ａに向かう向きＦ１のスラスト力が作用する。上死点ＴＤＣ前において、スラスト力の向きが反転し、ピストン２に対して反スラスト側の内周面５ｂに向かう向きＦ２のスラスト力が作用するようになる。ガイド６は、このスラスト力の向きが、スラスト側の内周面５ａに向かう向きＦ１から反スラスト側の内周面５ｂに向かう向きＦ２に反転するときに、ピストン２と径方向に対向する位置に形成されている。より具体的には、スラスト力の向きが反転するタイミングにおいて、ガイド６のうち最も反スラスト側の内周面５ｂに向けて突出している中央部６ａが、ピストン２と径方向に対向している。言い換えると、スラスト力の向きが反転するときに、軸方向における中央部６ａの位置が、ピストン２の軸方向の両端部の間（符号Ｂ参照）の位置となるように、ガイド６が形成されている。
【００２６】
符号Ｌは、ガイド６の軸方向の設置範囲（ガイド長）を示す。ガイド６の軸方向の設置範囲Ｌは、例えば、２０〜５０ｍｍの範囲とすることができる。
【００２７】
ピストン２に対してスラスト側の内周面５ａに向かう向きＦ１のスラスト力が作用している状態で、ピストン２が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに向けて移動（上昇）し、ピストン２の位置がガイド６と径方向に対向する位置となると、ピストン２が、ガイド６にガイドされて反スラスト側の内周面５ｂに向けて移動する。この反スラスト側の内周面５ｂに向けてのピストン２の移動量は、ピストン２が、ガイド６の中央部６ａと径方向に対向する位置にあるときに最大となる。このようにピストン２が反スラスト側の内周面５ｂに向けて移動することで、以下に図３を参照して説明するように、スラスト力の向きが反転するときのピストン打音を低減することができる。
【００２８】
図３は、スラスト力の向きが反転するタイミングにおけるピストン２と反スラスト側の内周面５ｂとの間のクリアランスについて説明するための図である。
【００２９】
図３において、符号２−１は、スラスト力の向きが反転するタイミングにおけるピストン２の位置、符号２−２は、反スラスト側の内周面５ｂに向かう向きＦ２のスラスト力が作用した後のピストン２の位置を示す。ピストン２が、ガイド６に導かれて反スラスト側の内周面５ｂに向けて移動していることにより、スラスト力の向きが反転するタイミングにおいて、ピストン２と反スラスト側の内周面５ｂとの間のクリアランスＣ２は、従来のピストン２と反スラスト側の内周面１０５ｂ（図４参照）との間のクリアランスＣ１と比較して小さなものとなる。言い換えると、ピストン２に反スラスト側の内周面５ｂに向かうスラスト力Ｆ２が作用しはじめて、ピストン２がスラスト側の内周面５ａから反スラスト側の内周面５ｂに向けて移動するときのスラスト方向の移動量が従来と比較して小さなものとなる。
【００３０】
これにより、ピストン２が反スラスト側の内周面５ｂに当たるときの衝撃が小さくなる。よって、ピストン２が反スラスト側の内周面５ｂに当たるときに発生するピストン打音が低減される。つまり、本実施形態の内燃機関のシリンダ構造によれば、ピストン２の上死点ＴＤＣ前においてスラスト力の作用する向きが反転する際に発生するピストン打音が低減される。
【００３１】
特に、本実施形態では、ガイド６のうち最も反スラスト側の内周面５ｂに向けて突出している中央部６ａが、スラスト力の向きが反転するタイミングにおいてピストン２と径方向に対向する。これにより、ピストン２と反スラスト側の内周面５ｂとの間のクリアランスＣ２が、スラスト力の向きが反転するタイミングにおいて最も小さく（狭く）なる。よって、スラスト力の作用する向きが反転する際に発生するピストン打音が、より確実に低減される。
【００３２】
なお、ガイド６の形状および軸方向の位置は、上記に記載されたものには限定されない。ガイド６は、スラスト力の作用する向きが反転するときに、ピストン２と径方向に対向する位置に設けられていればよい。言い換えると、ガイド６は、スラスト力の作用する向きが反転するときに、反スラスト側の内周面５ｂに向けてピストン２を移動させることができる位置に配置されていればよい。このようにガイド６が設けられていれば、スラスト力の向きが反転してピストン２が反スラスト側の内周面５ｂに向けて動くときのピストン２のスラスト方向の移動量を小さくし、ピストン打音を低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、ガイド６がスラスト側の内周面５ａに形成されていたが、これに代えて、あるいは、これに加えて、反スラスト側の内周面５ｂにガイド６が形成されてもよい。つまり、ガイド６は、スラスト力の向きが反転するときにピストン２と径方向に対向する位置に形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の内燃機関のシリンダ構造の実施形態を示す軸方向の断面図である。
【図２】本発明の内燃機関のシリンダ構造の実施形態においてピストンが上死点に向けて運動しているときの動作について説明するための図である。
【図３】本発明の内燃機関のシリンダ構造の実施形態において、スラスト力の向きが反転するタイミングにおけるピストンと反スラスト側の内周面との間のクリアランスについて説明するための図である。
【図４】従来の内燃機関のシリンダ構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  シリンダライナ
２  ピストン
５  内周面
５ａ  スラスト側の内周面
５ｂ  反スラスト側の内周面
６  ガイド
６ａ  軸方向の中央部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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