(57)【要約】【課題】簡易な構成で、ピストンのスラップ音を抑制でき、かつピストンとシリンダとのフリクションの増加を抑制できる内燃機関を提供する。【解決手段】ピストンスカート１４を有し、シリンダ５０内を往復動するピストン１０と、ピストン１０に連結されるスモールエンド２２を有し、ピストン１０の往復動をクランクシャフトに伝達するコネクティングロッド２０とを備える内燃機関１であって、スモールエンド２２は、ピストン１０の往復動に伴う回動に応じて、ピストン１０の上死点近傍及び下死点近傍の位置で、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧する突部２２０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンスカートを有し、シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されるスモールエンドを有し、前記ピストンの往復動をクランクシャフトに伝達するコネクティングロッドとを備える内燃機関であって、
前記スモールエンドは、前記ピストンの往復動に伴う回動に応じて、前記ピストンの上死点近傍及び下死点近傍の位置で、前記ピストンスカートを前記シリンダの内面に押圧する突部を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内を往復動するピストンと、ピストンの往復動をクランクシャフトに伝達するコネクティングロッドとを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載される内燃機関として、燃焼圧を利用してピストンに直線的な往復動を行わせ、この往復動によってコネクティングロッド（以下、コンロッドと呼ぶことがある）を介してクランクシャフトを回転させ、この回転運動を車両走行用の駆動力とするレシプロ型のものが知られている。ピストンは、代表的には、内燃機関のシリンダ内に収納されて燃焼室を形成するピストンヘッドと、ピストンヘッドの周縁から延設されるピストンスカートと、コンロッドに連結されるピストンピンとを備える。
【０００３】
燃焼圧が負荷されると、ピストンには、シリンダの内面に押し付けられる側圧と呼ばれる力が働く。ピストンは、代表的には、コンロッドに対してピストンピンを中心として揺動可能に取り付けられる。そのため、ピストンに上記側圧が働くと、ピストンピンを中心に揺動して、ピストンスカートがシリンダの内面に衝突し、スラップ音と呼ばれるピストン打音が発生し得る。特に、ピストンが上死点近傍及び下死点近傍の位置で運動方向を変えるときに、ピストンが大きく揺動し易く、スラップ音が発生し易い。
【０００４】
そこで、上記ピストンのスラップ音を低減する対策として、特許文献１には、ピストンスカートの外側面を付勢手段によりシリンダの内面に常に接触させる構成が開示されている。また、特許文献２には、ピストンスカートに凹部を設け、この凹部の底に傾斜面を形成し、傾斜面の箇所にセグメントを傾斜面とシリンダとの間に挟み込むように装着する構成が開示されている。このセグメントは、傾斜面によってピストンの上死点及び下死点の位置で作用する慣性力が最大となり、この慣性力によりピストンをシリンダの内面を押し付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０５−５８８５６号公報
【特許文献２】特開平０５−３０６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術では、ピストンスカートを常にシリンダの内面に圧接させているため、ピストンとシリンダとのフリクションが増大する。また、特許文献２に記載の技術では、セグメントに作用する慣性力が凹部内の傾斜面によるため、この慣性力によるシリンダの内面への押圧力の発生するタイミングが成り行き任せでしかなく、スラップ音を抑制できない虞がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、簡易な構成で、ピストンのスラップ音を抑制でき、かつピストンとシリンダとのフリクションの増加を抑制できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る内燃機関は、
ピストンスカートを有し、シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されるスモールエンドを有し、前記ピストンの往復動をクランクシャフトに伝達するコネクティングロッドとを備える内燃機関であって、
前記スモールエンドは、前記ピストンの往復動に伴う回動に応じて、前記ピストンの上死点近傍及び下死点近傍の位置で、前記ピストンスカートを前記シリンダの内面に押圧する突部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記内燃機関は、コネクティングロッドのスモールエンドに突部を備えることで、ピストンの往復動に伴うスモールエンドのピストンに対する相対的な回動に応じて、ピストンスカートをシリンダの内面に押圧できるため、ピストンの往復動に応じた押圧のタイミングを制御できる。具体的には、上記内燃機関は、ピストンの上死点近傍及び下死点近傍の位置でピストンスカートをシリンダの内面に押圧し、ピストンの上死点から下死点に向かう下降工程及び下死点から上死点に向かう上昇工程でピストンスカートをシリンダの内面に押圧しない。そのため、上記内燃機関では、スラップ音が発生し易い上死点近傍及び下死点近傍の位置でのみピストンスカートをシリンダの内面に押圧でき、ピストンとシリンダとのフリクションの増加を抑制しつつ、ピストンのスラップ音を抑制できる。上記内燃機関は、コネクティングロッドに突部を設けているため、通常の内燃機関を利用できて構成が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る内燃機関について、（Ａ）はピストンの上死点と下死点との間の位置でのピストン及びコネクティングロッドの挙動を示す概略断面図であり、（Ｂ）はピストンの上死点近傍又は下死点近傍の位置でのピストン及びコネクティングロッドの挙動を示す概略断面図である。
【図２】実施形態２に係る内燃機関について、（Ａ）はピストンの上死点と下死点との間の位置でのピストン及びコネクティングロッドの挙動を示す概略断面図であり、（Ｂ）はピストンの上死点近傍又は下死点近傍の位置でのピストン及びコネクティングロッドの挙動を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の内燃機関の実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。
【００１２】
≪実施形態１≫
〔全体構成〕
図１を参照して、実施形態１の内燃機関１を説明する。
実施形態１の内燃機関１は、自動車に搭載される内燃機関の主運動系に利用される。内燃機関は、詳細な図示は省略するが、ピストン１０を収納するシリンダ５０が形成されたシリンダブロックと、吸気バルブ及び排気バルブ等の動弁系を収納し、これらのバルブ開閉によってピストン１０と共に燃焼室を形成するシリンダヘッドとを備える。レシプロ型の内燃機関では、燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼し、このときに生じる燃焼圧によってピストン１０に直線的な往復動を行わせ、この往復動をコネクティングロッド（コンロッド）２０を介してクランクシャフト（図示せず）の回転運動に変換することで車両走行用の駆動力を発生する。
【００１３】
レシプロ型の内燃機関は、吸気行程、圧縮工程、膨張（燃焼）工程、排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得る。ピストン１０がシリンダ５０内を下死点側に向かって下降することで混合気が燃焼室内に吸い込まれ（吸気行程）、ピストン１０が上死点側に向かって上昇することで燃焼室内の混合気を圧縮する（圧縮工程）。圧縮した混合気を燃焼するときの燃焼圧に押されてピストン１０が下死点側に下降し（燃焼工程）、ピストン１０が上死点側に向かって上昇することで燃焼によって生じた排気ガスを燃焼室内から排出する（排気行程）。
【００１４】
ピストン１０は、燃焼圧が負荷されると、シリンダ５０の内面に押し付けられる側圧が作用し、この側圧によりシリンダ５０の内面に衝突してスラップ音が発生し得る。特に、ピストン１０が上死点近傍及び下死点近傍の位置で運動方向を変えるときに、ピストン１０が大きく揺動し易く、スラップ音が発生し易い。本実施形態１の内燃機関１は、ピストン１０の往復動に伴うコンロッド２０の回動に応じて、ピストン１０の上死点近傍及び下死点近傍の位置で、ピストン１０（ピストンスカート１４）をシリンダ５０の内面に押圧する構成をコンロッド２０に備える点を特徴の一つとする。以下、まずピストン１０とコンロッド２０の各構成について説明し、その後にピストン１０及びコンロッド２０の挙動を説明する。
【００１５】
〔ピストン〕
ピストン１０は、シリンダ５０内に収納されて燃焼室を形成するピストンヘッド１２と、ピストンヘッド１２の周縁から下方に延設されるピストンスカート１４と、コンロッド２０に連結されるピストンピン１６とを備え、ピストンスカート１４側が開口した略円筒状の部材である。ピストンピン１６は、ピストン１０の中央に設けられたピストンボス（図示せず）に固定されている。ピストン１０の上部には、主に燃焼室の気密性を保つコンプレッションリング３１，３２や、主にシリンダ５０の内面の潤滑油をかき落とすオイルリング３３等のピストンリング３０が装着されるピストンリング溝１８が形成されている。
【００１６】
ピストンスカート１４は、ピストン１０の傾きを防止する機能を有し、一般的にピストンピン１６に直交する側にのみ設けられる。つまり、ピストン１０は、ピストンピン１６を挟んで一対のピストンスカート１４，１４を備える。本例では、ピストンスカート１４は、ピストンヘッド１２と一体成形により設けられるスカート本体部１４２と、スカート本体部１４２とは独立して設けられる別体スカート部１４４とで構成される。
【００１７】
スカート本体部１４２は、ピストンスカート１４の外周側に、別体スカート部１４４が収納される凹部１４２ｃと、凹部１４２ｃの底面とスカート本体部１４２の内面とを貫通する貫通孔１４２ｈとを備える。凹部１４２ｃは、後述する別体スカート部１４４の外周部１４４ｐの大きさと略同等の大きさを有し、貫通孔１４２ｈの内径は、後述する別体スカート部１４４の内周部１４４ｑの外径と略同等の大きさを有する。貫通孔１４２ｈの中心軸は、ピストンピン１６の中心軸と略直交する。
【００１８】
別体スカート部１４４は、ピストンスカート１４の外周側で、スカート本体部１４２の凹部１４２ｃに収納される外周部１４４ｐと、外周部１４４ｐからピストン１０の内方に向かって突出し、スカート本体部１４２の貫通孔１４２ｈを挿通する内周部１４４ｑとを備える。また、内周部１４４ｑは、ピストンスカート１４の内方に開口し、後述する押圧部材１４６及び緩衝部材１４８を収納する凹状の収納部１４４ｑｃを備える。収納部１４４ｑｃの中心軸は、ピストンピン１６の中心軸と略直交する。
【００１９】
ピストン１０は、スカート本体部１４２の凹部１４２ｃ及び貫通孔１４２ｈにそれぞれ別体スカート部１４４の外周部１４４ｐ及び内周部１４４ｑが収納された状態で、シリンダ５０内に収納される。そのため、別体スカート部１４４は、スカート本体部１４２とシリンダ５０の内面との間に挟まれて配置されることになる。このとき、スカート本体部１４２と別体スカート部１４４とは、機械的な嵌め合いによって一体化されているため、別体スカート部１４４は、スカート本体部１４２に対してピストン１０の径方向にピストン１０とシリンダ５０との間のクリアランス分だけ移動が可能である。ピストンスカート１４の外面は、主に別体スカート部１４４によって形成される。
【００２０】
押圧部材１４６は、コンロッド２０の回動に伴い押圧される部材であり、本例では頭部１４６ａと軸部１４６ｂとを備えるピンで構成される。押圧部材１４６の中心軸（頭部１４６ａ及び軸部１４６ｂの中心軸）は、ピストンピン１６の中心軸と略直交する。緩衝部材１４８は、押圧部材１４６が受けた押圧力を別体スカート部１４４に伝達すると共に、ピストンスカート１４（別体スカート部１４４）がシリンダ５０の内面に衝突した際の衝撃を緩衝する部材であり、本例では圧縮コイルバネで構成される。圧縮コイルバネ１４８は、軸部１４６ｂの外周に配置されており、その一端部が頭部１４６ａに当接され、他端部が収納部１４４ｑｃの底部に当接されている。圧縮コイルバネ１４８は、押圧部材１４６（頭部１４６ａ）により押圧された状態であっても、頭部１４６ａが収納部１４４ｑｃの端部１４４ｑｂに接することはない（図１（Ｂ）を参照）。つまり、押圧部材１４６は、圧縮コイルバネ１４８を介して間接的に別体スカート部１４４を押圧している。
【００２１】
本例では、頭部１４６ａは半球状である。頭部１４６ａは、その形状や寸法（円弧径）を調整することで、後述する突部２２０の形状や突出量と合わせて、上死点近傍又は下死点近傍の範囲、即ちピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧するタイミングや押圧力を調整できる。なお、上死点近傍とは、クランクシャフトの回転角度においてピストン１０の上死点前１０°から上死点後１０°までの範囲に位置することを言う。同様に、下死点近傍とは、クランクシャフトの回転角度においてピストン１０の下死点前１０°から下死点後１０°までの範囲に位置することを言う。
【００２２】
〔コネクティングロッド〕
コネクティングロッド（コンロッド）２０は、ピストンピン１６に回動自在に連結されるスモールエンド２２と、クランクシャフトに回動自在に連結されるビッグエンド（図示せず）とを備える。スモールエンド２２は、ピストンピン１６の径方向外方に突出する突部２２０を備える。突部２２０は、ピストン１０の上死点近傍及び下死点近傍の位置で、ピストン１０の往復動方向（シリンダ５０の軸方向）及びピストンピン１６の軸方向の双方に直交する方向に位置する（図１（Ｂ）を参照）。
【００２３】
突部２２０は、押圧部材１４６を押圧し、圧縮コイルバネ１４８を介してピストンスカート１４（別体スカート部１４４）をシリンダ５０の内面に押圧可能な突出量を有する。本例では、突部２２０は半球状である。突部２２０は、頭部１４６ａと円滑に接触して押圧部材１４６を押圧できる形状であればよく、スモールエンド２２の外方に突出した湾曲面で構成されることが好ましい。そうすることで、コンロッド２０の回動に応じて、突部２２０と押圧部材１４６との接触長さを長くでき、突部２２０で押圧部材１４６を押圧し易い。突部２２０の形状や突出量を調整することで、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧するタイミングや押圧力を調整できる。
【００２４】
〔ピストン及びコネクティングロッドの挙動〕
・ピストンの上死点と下死点との間の位置
ピストン１０の上死点から下死点に向かう下降工程及び下死点から上死点に向かう上昇工程では、図１（Ａ）に示すように、スモールエンド２２の突部２２０は、押圧部材１４６（頭部１４６ａ）とずれた位置にあるため、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧しない。そのため、ピストン１０の下降及び上昇時におけるピストン１０とシリンダ５０とのフリクションの増大を抑制できる。
【００２５】
・ピストンの上死点近傍及び下死点近傍の位置
ピストン１０の上死点近傍及び下死点近傍では、図１（Ｂ）に示すように、スモールエンド２２の突部２２０は、押圧部材１４６（頭部１４６ａ）の位置にあるため、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧する。そのため、スラップ音が発生し易い上死点近傍及び下死点近傍において、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧することで、ピストン１０のスラップ音を効果的に抑制できる。
【００２６】
〔効果〕
上記内燃機関１は、コンロッド２０のスモールエンド２２に突部２２０を備えることで、ピストン１０の往復動に伴うスモールエンド２２のピストン１０に対する相対的な回動に応じて、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧できるため、ピストン１０の往復動に応じた押圧のタイミングを制御できる。そのため、上記内燃機関１では、スラップ音が発生し易い上死点近傍及び下死点近傍の位置でのみピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧でき、ピストン１０とシリンダ５０とのフリクションの増加を抑制しつつ、ピストン１０のスラップ音を抑制できる。
【００２７】
ピストンスカート１４がスカート本体部１４２と別体スカート部１４４とを備えることで、ピストンヘッド１２と独立した別体スカート部１４４でシリンダ５０の内面を押圧することができ、コンロッド２０に対するピストン１０の揺動を抑制し易い。また、押圧部材１４６と別体スカート部１４４とを圧縮コイルバネ１４８で繋ぐことで、圧縮コイルバネ１４８を介して間接的に別体スカート部１４４をシリンダ５０の内面に押圧でき、別体スカート部１４４がシリンダ５０の内面に衝突した際の衝撃も緩衝することができ、スラップ音をより抑制できる。
【００２８】
≪実施形態２≫
図２を参照して、実施形態２の内燃機関２を説明する。
実施形態２の内燃機関２は、スモールエンド２２の突部２２０により、ピストンスカート１４を直接的に押圧して、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧する形態である。実施形態２の内燃機関２は、突部２２０によりピストンスカート１４を直接的に押圧するにあたり、別体スカート部１４４の形状が実施形態１と異なる。以下、この相違点について説明し、その他の構成等については詳細な説明を省略する。
【００２９】
別体スカート部１４４は、ピストンスカート１４の外周側で、スカート本体部１４２の凹部１４２ｃに収納される外周部１４４ｐと、外周部１４４ｐからピストン１０の内方に向かって突出し、スカート本体部１４２の貫通孔１４２ｈを貫通する内周部１４４ｑとを備える。内周部１４４ｑは、貫通孔１４２ｈから更にピストン１０の内方に向かって突出し、その突出方向と直交する方向に延設するフランジ部分を有する端部１４４ｑｂを備える。端部１４４ｑｂの周縁は、貫通孔１４２ｈの周縁よりも上記突出方向と直交する方向に位置する。そして、緩衝部材として圧縮コイルバネ１４８が、貫通孔１４２ｈから突出した内周部１４４ｑの外周に配置されている。つまり、圧縮コイルバネ１４８は、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂとスカート本体部１４２との間に配置されている。そのため、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂを押圧すると、圧縮コイルバネ１４８が収縮して別体スカート部１４４をシリンダ５０の内面に押圧でき、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂを押圧していないと、圧縮コイルバネ１４８は自然長となり別体スカート部１４４をピストン１０の内方に押圧する。本例では、内周部１４４ｑの端部１１４ｑｂを押圧すると、直接的に別体スカート部１４４をシリンダ５０の内面に押圧することになり、別体スカート部１４４がシリンダ５０の内面に衝突した際の衝撃が伝わり易い。そのため、別体スカート部１４４の外周部１４４ｐには、緩衝部材として板バネ１４９が配置されている。この板バネ１４９は、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂを押圧すると収縮して上記衝撃を緩衝する。板バネ１４９は、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂを押圧していない状態では、スカート本体部１４２の凹部１４２ｃ内に収納可能な程度の自然長であることが好ましい。
【００３０】
ピストン１０の上死点から下死点に向かう下降工程及び下死点から上死点に向かう上昇工程では、図２（Ａ）に示すように、スモールエンド２２の突部２２０は、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂとずれた位置にあるため、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧しない。そのため、ピストン１０の下降及び上昇時におけるピストン１０とシリンダ５０とのフリクションの増大を抑制できる。
【００３１】
一方、ピストン１０の上死点近傍及び下死点近傍では、図２（Ｂ）に示すように、スモールエンド２２の突部２２０は、内周部１４４ｑの端部１４４ｑｂの位置にあるため、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧する。そのため、スラップ音が発生し易い上死点近傍及び下死点近傍において、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧することで、ピストン１０のスラップ音を効果的に抑制できる。
【００３２】
上記内燃機関２においても、スラップ音が発生し易い上死点近傍及び下死点近傍の位置でのみピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧でき、ピストン１０とシリンダ５０とのフリクションの増加を抑制しつつ、ピストン１０のスラップ音を抑制できる。スモールエンド２２の突部２２０により、ピストンスカート１４を直接的に押圧して、ピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧することで、確実にピストンスカート１４をシリンダ５０の内面に押圧できる。
【００３３】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、突部は、一対のピストンスカートのうち、スラップ音が発生し易い側のピストンスカートのみをシリンダの内面に押圧するように設けてもよい。具体的には、ピストンにおいて燃焼工程の上死点直後の側圧を受け得る側（スラスト側）に突部を設ける。そうすることで、スラップ音を効果的に抑制できる。また、突部は、燃焼圧が最もピストンに伝わる位置として、上死点を少し超えた位置で、ピストンスカートをシリンダの内面に押圧するように設けてもよい。具体的には、ピストンの往復動方向（シリンダの軸方向）及びピストンピンの軸方向の双方に直交する方向に対して、スモールエンドの周方向に若干ずれた位置に突部を設ける。
【符号の説明】
【００３４】
１，２  内燃機関
１０  ピストン
１２  ピストンヘッド
１４  ピストンスカート
１４２  スカート本体部
１４２ｃ  凹部    １４２ｈ  貫通孔
１４４  別体スカート部
１４４ｐ    外周部  １４４ｑ  内周部
１４４ｑｃ  収納部    １４４ｑｂ  端部
１４６  押圧部材
１４６ａ  頭部    １４６ｂ  軸部
１４８  緩衝部材（圧縮コイルバネ）
１４９  板バネ
１６  ピストンピン
１８  ピストンリング溝
２０  コネクティングロッド（コンロッド）
２２  スモールエンド    ２２０  突部
３０  ピストンリング
３１，３２  コンプレッションリング    ３３  オイルリング
５０  シリンダ
【図１】
2018105147.tif 000003
【図２】
2018105147.tif 000004