(57)【要約】【課題】  簡素な構造で内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供する。【解決手段】  ピストン本体２と頂面回転体１とに２分割し、頂面回転体１を、軸受３を介してピストン本体２と接続した頂面回転式ピストン１００であって、頂面回転体１は、頂面の裏側に、ピストンの運動方向に垂直な面に対し伸縮方向が角度Θをなす第１ダンパー５ａ及び第２ダンパー５ｂと、ピストンの運動方向に垂直な面に対し角度Θをなす線を含む面に回転面を有し、頂面の裏側に回転軸を固定された第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂとを備え、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂは、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂに規制されて回動可能な第１ウエイト６ａ及び第２ウエイト６ｂを備え、第１ダンパー５ａ及び第２ダンパー５ｂのロッドと、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂとを摺動可能に接続する。【選択図】        図２
2006207537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、
前記頂面回転体は、頂面の裏側に、ピストンの運動方向に垂直な面に対し伸縮方向が所定の角度をなすダンパーと、ピストンの運動方向に垂直な面に対し前記角度をなす線を含む面に回転面を有し、頂面の裏側に回転軸を固定された延伸部材とを備え、
前記延伸部材は、該延伸部材に規制されて回動可能なウエイトを備え、
前記ダンパーのロッドと、前記延伸部材とを摺動可能に接続したことを特徴とする頂面回転式ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関においては、燃焼速度向上を目的として、燃焼室に空気を吸入する吸気ポートを螺旋状に形成したヘリカルポートや、コントロールバルブを備えた可変吸気ポートが提案されている。これらの吸気ポートにより吸気すると、燃焼室内にはスワール（横渦）やタンブル（縦渦）といった気流が発生する。このような気流は、燃焼室内の空気と燃料との混合及び燃焼を促進する。充分な気流を得るため、ヘリカルポートの先端部には、絞りが形成される。また、可変吸気ポートは、気流を発生させるため、コントロールバルブで一部のポートを遮断する。
【０００３】
このような吸気ポートを採用した場合には、燃焼室内に充分な気流を発生させることができる。その一方、内燃機関の吸気行程で気流を発生させているため、圧縮行程では、発生させた気流が相当減衰してしまう。また、このような吸気ポートでは、絞りやコントロールバルブにより気体の吸入量が制限されるため、ポート流量係数が低下してしまう。そのため、特許文献１では、以下のような技術が提案されている。特許文献１によると、油圧を動力源として、ピストン上部に備えられた有底円筒体の側面にオイルを噴射して、この円筒体を回転させる。この円筒体の円筒内周面には、フィンが設けられており、回転により燃焼室内に旋回空気流を発生させる。また、非特許文献１によれば、ピストン内に備えられた羽根車にオイルを噴射することにより、ピストン頂面に設けられて、羽根車と連結した回転体を回転させる。この回転体上面にフィンを備えることにより、回転時に燃焼室内に旋回空気流を発生させることが可能である。
【特許文献１】特開平６−２６１４号公報
【非特許文献１】公技番号２００３−５０３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献１の技術では、ピストン上部に備えられた回転体を、油圧機構を用いて回転させている。そのため、構造が複雑で高コスト化を招く。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストン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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、前記頂面回転体は、頂面の裏側に、ピストンの運動方向に垂直な面に対し伸縮方向が所定の角度をなすダンパーと、ピストンの運動方向に垂直な面に対し前記角度をなす線を含む面に回転面を有し、頂面の裏側に回転軸を固定された延伸部材とを備え、前記延伸部材は、該延伸部材に規制されて回動可能なウエイトを備え、前記ダンパーのロッドと、前記延伸部材とを摺動可能に接続したことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、頂面回転式ピストンの往復運動によってピストンの往復運動方向へ加速度が発生する。この加速度により、頂面回転体に備えられたウエイトに対し、ピストン往復運動の方向へ作用する力が発生する。ウエイトに作用するこの力は、ダンパーの伸縮方向及びこの方向と垂直な方向へ分解できる。このような分力を見ていくと、ウエイトには、最終的に頂面回転体の接線方向へ作用する分力がかかっている。この分力により、ウエイトが延伸部材に規制されて、回動可能な回動端まで移動する。このとき、この分力及びウエイトの回動による慣性力が頂面回転体に伝わり、頂面回転体にも回転力が発生する。そして、頂面回転体はウエイトの慣性力により勢いを持って回転する。この結果、頂面回転体の頂面に例えば羽根状の構造を備えることによって、燃焼室内に気流を発生させることができる。さらに、ヘリカルポート等を利用しないので、吸気ポートの流量係数低下を防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡素な構成で、吸気ポートの流量係数を低下させることなく、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る頂面回転式ピストン１００の構成を示す図である。本ピストンは、例えば自動車等の内燃機関で使用される。図１（ａ）は、頂面回転式ピストン１００の断面図であり、図１（ｂ）は、頂面回転式ピストン１００の上面図である。図１（ａ）に示すように、頂面回転式ピストン１００は、頂面回転体１、ピストン本体２、軸受３により構成される。頂面回転体１は、段部を有する略円盤状の部材であり、略円盤状の軸受圧入部１ａが、頂面回転体１の円盤中心と略同心になるよう形成されている。ピストン本体２は、有底円筒状の部材であり、円筒内部には図示しないピストンピンを支持するためのピストンボス２ｂが設けられている。また、ピストン本体２の上面には、有底円筒状の軸受保持部２ａが、ピストン本体２の円筒中心と略同心に形成されている。軸受３は、頂面回転体１の軸受圧入部１ａに圧入により固定されている。さらに、軸受３の外周部をピストン本体２の軸受保持部２ａの内周部と嵌合し、軸受３をピストン本体２に圧入する。これにより、頂面回転体１は、ピストン本体２に対し、軸受３を介して回転自在に保持される。また、頂面回転体１の頂面には、図１（ｂ）に示すように、放射線状に複数の羽根１ｂを形成する。
【００１１】
図２は、頂面回転体１の下面図である。図２（ａ）は、頂面回転式ピストン１００が、図示しないシリンダ内で往復運動している際の、加速度方向下方時の第１ウエイト６ａ及び第２ウエイト６ｂの動作状態を示す図である。図２（ｂ）は、頂面回転式ピストン１００が、図示しないシリンダ内で往復運動している際の、加速度方向上方時の第１ウエイト６ａ及び第２ウエイト６ｂの動作状態を示す図である。図２（ａ）に示すように、頂面回転体１の裏側には、扇状の底面を有した溝１ｃ及び１ｄが形成されている。この底面の扇中心付近には、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂの一端に設けられた回転軸を、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂが回動自在になるよう固定している。第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂは平板状の延伸した部材であり、平板面にはアームの延伸方向へ長穴を形成している。この長穴には、第１ダンパー５ａ及び第２ダンパー５ｂのロッド先端を、摺動自在に接続している。また、第１アーム４ａ及び第２アーム４ｂの回転軸とは反対側の他端には、第１ウエイト６ａ及び第２ウエイト６ｂを固定している。図３は、頂面回転体１に形成した溝１ｃの断面図である。図３（ａ）に示すように、第１ダンパー５ａは、ピストンの運動方向に垂直な面に対し伸縮方向がなす角度をΘとして、胴部を頂面回転体１内に、例えば圧入により固定されている。また、図示の通り、第１ダンパー５ａは、ロッドが下死点側の方向へ向くように固定されている。第２ダンパー５ｂについても同様である。
【００１２】
この構成で、頂面回転式ピストン１００が図示しないシリンダ内を往復運動すると、図３（ａ）に示すように、加速度方向下方時には第１ウエイト６ａには、ピストンの運動方向下向きに力７が作用する。この力７は、第１ダンパー５ａの伸縮する方向の分力７ａと、この方向に垂直な方向の分力７ｂとに分解可能である。この分力７ａは、図３（ｂ）に示すように、さらにピストンの運動方向に垂直な分力８ａと、水平な分力８ｂとに分解できる。そして、図２（ａ）に示すように、この分力８ａは、最終的にピストンの接線方向に作用する分力９ａと、この方向に垂直な方向に作用する分力９ｂとに分解できる。このようにして、分力９ａによって第１ウエイト６ａは周方向へ第１アーム４ａに規制されて移動する。これに伴い第１ダンパー５ａのロッドは伸長し、第１アーム４ａとの接続部が適宜摺動する。この第１ダンパー５ａは、伸び側の減衰力が発生しないダンパーである。そのため、この分力９ａにより、第１ウエイト６ａが回動可能な回動端まで勢いを持って移動する。この回動端は、第１ダンパー５ａの伸び側のストロークエンドで決まる。これにより、頂面回転体１には分力９ａ及び第１ウエイト６ａの回動による慣性力が伝わり、頂面回転体１にも回転力が発生する。そして、頂面回転体１は慣性力により勢いを持って回転する。この結果、頂面回転体１の頂面に形成された羽根１ｂによって、燃焼室内に気流を発生させることができる。
【００１３】
また、図２（ｂ）において、頂面回転式ピストン１００にかかる加速度がピストン運動方向上方時には、図２（ａ）の場合と同様にして、ピストンの接線方向に作用する分力１０が第１ウエイト６ａに作用する。この場合には、第１ダンパー５ａのロッドは短縮し、第１ダンパー５ａには減衰力が発生する。これにより、第１ウエイト６ａが周方向へ第１アーム４ａに規制されて移動しようとしても、第１ダンパー５ａの減衰力によって慣性力を吸収できる。したがって、頂面回転体１は、図２（ａ）の回転方向には慣性力により勢いよく回転し、図２（ｂ）の回転方向には第１ダンパー５ａの減衰力によって、回転しないようにすることができる。これにより、ピストンの往復運動時に、頂面回転体１を、図２（ａ）の回転方向、すなわちピストンの加速度方向下方時の回転方向へ、継続的に回転させることが可能になる。
【００１４】
圧縮行程においては、圧縮行程後期に、ピストンは上死点に近づくにつれて減速する。そのため、上死点付近では、ピストンには下方方向の加速度が発生する。したがって、この頂面回転体ピストン１００を用いれば、圧縮行程において燃焼室内に気流を発生させることが可能である。さらに、ヘリカルポート等を利用しないので、吸気ポートの流量係数低下を防止することもできる。
【００１５】
なお、上述した第１ウエイト６ａの動作は、第２ウエイト６ｂにおいても同様である。また、図２（ａ）の方向とは１８０°逆向きに、ロッドを下死点側の方向へ角度Θ傾斜した状態で第１ダンパー５ａ及び第２ダンパー５ｂを取り付けても構わない。この場合には、例えばピストンにかかる加速度が下方時には、図２（ａ）に示す方向とは逆方向へ頂面回転体１が回転する。また、頂面回転体１に形成する溝１ｃ及び１ｄは、扇状の底面を有する溝である必要はなく、頂面回転体１とピストン本体２との間にアーム、ダンパー及びウエイトを収容可能であればよい。また、頂面回転体１に備えたアーム、ダンパー及びウエイトの組合せは、本実施例のように２つでなくてもよく、構造や性能、コストに即して適宜の数備えてもよい。
【００１６】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る頂面回転式ピストン１００の構成を示す図
【図２】頂面回転体１の下面図
【図３】頂面回転体１に形成した溝１ｃの断面図
【符号の説明】
【００１８】
１  頂面回転体
１ａ  軸受圧入部
１ｂ  羽根
２  ピストン本体
２ａ  軸受保持部
２ｂ  ピストンボス
３  軸受
４ａ  第１アーム
４ｂ  第２アーム
５ａ  第１ダンパー
５ｂ  第２ダンパー
６ａ  第１ウエイト
６ｂ  第２ウエイト
７  頂面回転式ピストン１００の運動方向下向きに作用する力
７ａ  力７のダンパー５ａの伸縮する方向の分力
７ｂ  力７のダンパー５ａの伸縮する方向に垂直な方向の分力
８ａ  分力７ａのピストン運動方向に垂直な分力
８ｂ  分力７ａのピストン運動方向に水平な分力
９ａ  分力８ａのピストン接線方向に作用する分力
９ｂ  分力８ａのピストン接線方向の垂直方向に作用する分力
１０  ピストン加速度上方時の、ピストンの接線方向に作用する分力
【図１】
2006207537.tif 000003
【図２】
2006207537.tif 000004
【図３】
2006207537.tif 000005