(57)【要約】【課題】アウタピストンとインナピストンとの離脱を防止する機構を簡素で強度の強い構造とした可変圧縮比エンジンを提供する。【解決手段】ピストン２が、アッパピストン３（アウタピストン）とアッパピストン３に対してピストン２の摺動方向に沿って移動可能なロアピストン４（インナピストン）とに分割されて構成され、アッパピストン３に支持され、ロアピストン４に当接してアッパピストン３に対するロアピストン４の所定以上離間する移動を規制するストッパ２８と、を備えた可変圧縮比エンジンであって、アッパピストン３の内周面に内周面ねじ部２７が形成されるとともに、ストッパ２８は外周面ねじ部２９を備え、当該外周面ねじ部２９を内周面ねじ部２７に螺合して、ストッパ２８をアッパピストン３に固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウタピストンと、
前記アウタピストンに対してピストン中心軸方向に往復運動可能なインナピストンと、
前記アウタピストンに支持され、前記インナピストンに当接して前記インナピストンの移動を規制するストッパと、
前記アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部と、
前記ストッパの外周面に形成された外周面ねじ部と、を備え、
前記内周面ねじ部と前記外周面ねじ部は互いに螺合して前記アウタピストンに締結されることを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記内周面ねじ部及び前記外周面ねじ部は、丸ねじであることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
軸線が前記ピストンの摺動方向と平行に配置され、前記インナピストンと前記ストッパとを嵌挿する挿入部材を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮比を可変可能なエンジンのピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピストンをアウタピストンとインナピストンの２重構造にした可変圧縮比エンジンが知られている。可変圧縮比エンジンは、例えば特許文献１のように、アウタピストンの内部にコンロッドに連結されたインナピストンが配置され、インナピストンとアウタピストンとが互いにピストンの摺動方向と同方向に移動可能に構成されている。
詳しくは、特許文献１では、アウタピストン内に収納室が設けられ、インナピストンは収納室内をピストンの摺動方向に沿って移動可能に配置され、インナピストンとアウタピストンとの間に更ばねが備えられている。これにより燃焼室内の圧力によってアウタピストンが皿ばねの付勢力に抗してインナピストンに向かって移動することで、燃焼室内の圧力に応じて燃焼室の容積が変化し、圧縮比が変更される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３７０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、アウタピストンに対してインナピストンが離間する方向に移動した際に、アウタピストンの収納室からインナピストンが離脱しないように、アウタピストンの内周面に円周溝が設けられ、当該円周溝にインナピストンが所定以上離間する方向への移動を規制するスナップリングが支持されている。
しかしながら、特許文献１のように、スナップリングによりインナピストンとアウタピストンとの離脱を防止する構造の可変圧縮比エンジンでは、シリンダの往復動毎にインナピストンがスナップリングに衝突する。また、アウタピストンにスナップリングを確実に支持するためには、アウタピストンの円周溝の深さを確保しなければならず、よってアウタピストンの円周溝の周囲を肉厚化する等して強度を確保する必要があり、ピストンの重量増加を招く虞がある。
【０００５】
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アウタピストンとインナピストンとの離脱を防止する機構を簡素で強度の強い構造とした可変圧縮比エンジンに用いられるピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１のピストンでは、アウタピストンと、アウタピストンに対してピストン中心軸方向に往復運動可能なインナピストンと、アウタピストンに支持され、インナピストンに当接してインナピストンの移動を規制するストッパと、アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部と、ストッパの外周面に形成された外周面ねじ部と、を備えるピストンであって、ストッパは内周面ねじ部と外周面ねじ部が互いに螺合してアウタピストンに締結されることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２のピストンでは、請求項１において、内周面ねじ部及び外周面ねじ部は、丸ねじであることを特徴とする。
また、請求項３のピストンでは、請求項１または請求項２において、軸線がピストンの摺動方向と平行に配置され、インナピストンとストッパとを嵌挿する挿入部材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、アウタピストンとインナピストンとがピストンの摺動方向に沿って相対的に移動することで、コンロッドの支持位置に対してシリンダ内のアウタピストンの位置を移動することができ、シリンダ内の燃焼室の容積を変更して、圧縮比を変更することができる。  そして、インナピストンに当接してアウタピストンに対するインナピストンの所定以上離間する移動を規制するストッパが、アウタピストンの内周面に形成された内周面ねじ部に螺合して固定されるので、アウタピストンに設けた溝にストッパとしてスナップリングを支持する従来の構造と比較して、ストッパの支持部における応力の集中が抑制され、アウタピストンの強度を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、アウタピストンの内周面ねじ部及びストッパの外周面ねじ部は、丸ねじであるので、特に、各ねじ部の谷部での応力集中を緩和して、アッパピストンの強度を更に向上させることができる。
請求項３の発明によれば、軸線がピストンの摺動方向に平行に配置され、インナピストンとストッパとを嵌挿する挿入部材によって、アウタピストンに対するインナピストンのピストンの摺動方向への移動を許容しつつ、ストッパのピストン径方向の回転を規制することができる。これにより、ピストン径方向のストッパの回転が規制されるので、簡単な構造でピストンの往復運動によるストッパの緩みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変圧縮比エンジンのピストンの構造を示す断面図である。
【図２】ストッパの緩み止め機能を備えたピストンの構造を示す断面図である。
【図３】ストッパの締結部の他の実施形態の形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る可変圧縮比エンジンのピストンの構造を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の可変圧縮比エンジン（以下、エンジンという）のシリンダ１内には、ピストン２が軸線方向（図１中の上下方向）に摺動可能に配置されている。
【００１２】
本実施形態のピストン２は、アッパピストン３（アウタピストン）とロアピストン４（インナピストン）との２重構造となっている。
アッパピストン３は、上部を閉鎖した円筒状に形成されており、ピストン２の外形を成し、上部のピストンヘッド５と側壁部６により構成されている。ピストンヘッド５は、円板状に形成され、上面５ａが燃焼室７に面している。側壁部６は、ピストンヘッド５の周縁部下面より下方（燃焼室とは反対側）に延びた円筒状に形成され、上部にピストンリング８を支持するためのリング溝９が複数設けられている。
【００１３】
また、ピストンヘッド５の下面中央部には、下方に突出する円柱状の凸部１０が設けられている。
ロアピストン４は、アッパピストン３内に収納されており、アッパピストン３内を上下方向（ピストン２の中心軸方向）に往復動可能に配置されている。ロアピストン４は、円板状の本体部２１と、コネクティングロッドと連結するピンボス２２と、円筒状のガイド部２３とが備えられている。
【００１４】
本体部２１の外周端部とアッパピストン３の内周壁３ａとの間に若干の隙間が設けられるように、本体部２１の直径が設定されている。
ピンボス２２は、本体部２１の下面から下方に突出するように設けられ、図示しないエンジンのコネクティングロッドの一端部にピストンピン２４を介して枢支されている。
ガイド部２３は、本体部２１の上面中央部から上方に突出するように設けられ、上方からアッパピストン３の凸部１０が略隙間なく滑らかに挿入されるように形成されている。凸部１０とガイド部２３は、アッパピストン３とロアピストン４が上下方向に移動可能なようにガイドをする機能を有している。また、ロアピストン４の本体部２１とアッパピストン３のピストンヘッド５とが近づく方向に移動したときに、ピストンヘッド５とロアピストン４の本体部２１との間に空間が形成されるように、ガイド部２３の突出長さが設定されている。
【００１５】
ピストンヘッド５とロアピストン４との間の空間である収納室２５には、皿ばね２６が収納されている。皿ばね２６は、アッパピストン３のピストンヘッド５とロアピストン４の本体部２１とが離間する方向に付勢されるように配置されている。
アッパピストン３の側壁部６の内周面の上下方向略中央部には、内周面ねじ部２７が形成されている。そして、この内周面ねじ部２７には、ストッパ２８が締結されている。ストッパ２８は、円環板状に形成されており、外周部にアッパピストン３の内周面ねじ部２７に螺合する外周面ねじ部２９が形成されている。
【００１６】
ストッパ２８は、アッパピストン３内に皿ばね２６とともにロアピストン４が収納された際に、ロアピストン４の本体部２１よりも下方に配置されており。ロアピストン４の所定以上の下方への移動、即ちアッパピストン３のピストンヘッド５に対してロアピストン４が離間する方向への所定以上の移動を規制する機能を有する。
上記実施形態では、アッパピストン３の収納室２５内に皿ばね２６を入れて、ロアピストン４によって収納室２５に蓋をして、ストッパ２８をアッパピストン３に締結することで、アッパピストン３とロアピストン４とが一体化するように組み立てられる。
【００１７】
以上のような構成により、本実施形態のピストン２は、アッパピストン３とロアピストン４とが一体となって構成され、更にロアピストン４に対してアッパピストン３がピストン２の中心軸方向、即ち摺動方向である上下方向に往復動可能である。アッパピストン３のピストンヘッド５とロアピストン４とは皿ばね２６によって離間する方向に付勢されており、アッパピストン３が燃焼室７内の圧力により皿ばね２６の付勢力に抗して下方に移動可能に構成されている。
【００１８】
また、ロアピストン４が下方へ移動したときには、ロアピストン４の本体部２１の外周周部の下面がストッパ２８に当接し、アッパピストン３とロアピストン４との分離が防止される。特に、シリンダ１が上死点から下方へ移動した直後に、ロアピストン４がストッパ２８に強く衝突する。
このように、アッパピストン３が、コネクティングロッドに連結されるロアピストン４に対して、ピストン２の摺動方向に沿って移動可能であるので、アッパピストン３とロアピストン４との相対移動により燃焼室７内の容積を変化させることができ、圧縮比を変化させることができる。
【００１９】
ロアピストン４とアッパピストン３との相対移動は、燃焼室７内の圧力に応じて皿ばね２６によって自動的に行われる。例えばピストン２が上死点付近で燃焼室７内の圧力が必要以上に上昇したときには、アッパピストン３が下方に移動して燃焼室７内の容積を増加させることで、圧縮比を低下させてノッキングを防止することができる。また、エンジンの低負荷時に圧縮比が低下したような場合には、燃焼室７内の容積を減少させて圧縮比を上昇させることができ、燃費の低減を図ることができる。よって、ロアピストン４とアッパピストン３とを相対移動させるためのアクチュエータ等を用いずに皿ばね２６を用いた簡単な構成により、圧縮比を適切に設定可能なエンジンにすることができる。
【００２０】
そして、本実施形態では、アッパピストン３の側壁部６の内周面に内周面ねじ部２７を設け、この内周面ねじ部２７とストッパ２８の外周面ねじ部２９とを互いに螺合させ、アッパピストン３とストッパ２８とを締結した構造とし、当該ストッパ２８にロアピストン４を当接させてアッパピストン３とロアピストン４との移動を規制し、アッパピストン３とロアピストン４との分離を防止する。したがって、従来技術のようなスナップリングによりアッパピストンとロアピストンとの分離を防止する構造と比較すると、本実施形態ではピストン２にスナップリング支持用の円周溝を設ける代わりに内周面ねじ部２７を設けることで、アッパピストン３に設ける溝を浅くすることができる。これにより、ストッパ２８の支持部においてアッパピストン３の強度を向上させることができ、当該支持部の厚さを抑えてピストン２の重量を軽減することができる。よって、エンジン全体の重量を抑制することができるとともに、エンジンの加速性能を向上させることができる。
【００２１】
なお、ストッパ２８の材質は、アッパピストン３と同一部材、例えばアルミニウムにより形成するとよい。本実施形態では、ストッパ２８は、ねじにより締結する構造であるので、スナップリングのような弾性部材を用いる必要がない。そして、ストッパ２８とアッパピストン３とを同一の部材にすることで、アッパピストン３に対する応力集中を緩和することができる。また、ストッパ２８の材質をアッパピストン３よりも強度の低い部材にしてもよく、過度な荷重がストッパ２８に作用した場合に、アッパピストン３が破損する前にストッパ２８が破損するように設定することで、ストッパ２８の交換によりエンジンを修理させることができ、交換部品のコスト及び修理作業の工数低下を図ることができる。
【００２２】
また、ストッパ２８はアッパピストン３に対して回転して締結する構造であるので、ピストン２の往復動によりストッパ２８が緩む虞がある。そこで、ストッパ２８の緩み止め機能を追加することが望ましい。
緩み止め機能としては、例えば図２に示すように、ピン３１（挿入部材）によりストッパ２８とロアピストン４との相対回転を規制するような構造とすればよい。皿ばね２６、ストッパ２８及びロアピストン４に（少なくともストッパ２８及びロアピストン４に）夫々、ピン３１の挿入用孔を軸線がピストン２の摺動方向と平行になるように設けておき、ストッパ２８をアッパピストン３に締結した状態で、当該挿入用孔の位置を一致させてピン３１を嵌挿することで、ロアピストン４とストッパ２８との相対回転が規制され、ストッパ２８の緩み止めとすることができる。なお、ピン３１の抜け落ちを防止するために、例えば割ピン等でストッパ２８の下面に枢支させるような構造にすればよい。
【００２３】
また、このピン３１による回転規制を行う場合には、組み立て時にピン３１の挿入が容易に行えるように、例えばストッパ２８の回転位置を規定するマーカーをストッパ２８及びアッパピストン３に設けておき、ストッパ２８の孔とロアピストン４との孔とを一致させるようにすればよい。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
例えば、図３に示すように、上記実施形態のアッパピストン３の内周面ねじ部２７及びストッパ２８の外周面ねじ部２９を、ねじ山の断面形状が半円形の丸ねじとするとよい。これにより、内周面ねじ部２７及び外周面ねじ部２９の谷部での応力の集中を緩和して、アッパピストン３の強度を更に向上させることができる。
また、上記ストッパ２８の緩み止め機能として、上記実施形態の他に、例えばストッパ２８と略同形状のロックナットを用いて、ストッパ２８の締結後にロックナットをアッパピストン３の内周面ねじ部２７に締結することで、ストッパ２８の緩みを抑制することができる。
【００２５】
また、ストッパ２８とロアピストン４との当接部分を斜面にすることで、ロアピストン４の押し付け力によってストッパ２８を締付け方向に回転させるようにしてもよい。これにより、ストッパ２８とロアピストン４との衝突毎に自動的にストッパ２８を締め付けることができる。
また、ストッパ２８とアッパピストン３の材質を熱膨張係数の異なる材質にして、シリンダ１の熱によるストッパ２８の外周面ねじ部２９の熱膨張とアッパピストン３の内周面ねじ部２７の熱膨張の違いによりストッパ２８とアッパピストン３との摩擦を増大させ、ストッパ２８の緩みを抑制するようにしてもよい。
【００２６】
また、本願発明は、ピストンが用いられるエンジンに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
２  ピストン
３  アッパピストン（アウタピストン）
４  ロアピストン（インナピストン）
２７  内周面ねじ部
２８  ストッパ
２９  外周面ねじ部
３１  ピン（挿入部材）
【図１】
2015017560.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015017560.tif 000005