(57)【要約】【課題】アッパピストンが低圧縮位置から高圧縮位置に復帰する際の止め輪の衝突に起因するエンジン騒音の増大やピストン耐久信頼性の低下を未然に防止できるピストンを提供する。【解決手段】ロアピストン１に対してアッパピストン２を皿バネ９により上方に付勢すると共に、ロアピストン１からのアッパピストン２の分離を止め輪１０で防止し、筒内圧が上昇したときに皿バネ９を撓ませながらアッパピストン２を下方に変位させてノッキングを抑制する。アッパピストン２の下面に凸部６を突出形成してロアピストン１上の嵌合部５内に摺動可能に嵌合させてダンパ室７を形成する。筒内圧の低下によりアッパピストン２が上方に変位したとき、凸部６と嵌合部５とのクリアランスを介してダンパ室７内に空気を流入させることによりアッパピストン２の変位を緩やかなものとする。【選択図】図１
2013024164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンボスを有するピストン基部と、
ピストンヘッドを備え、前記ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、
前記ピストン基部と前記ピストン移動部のどちらか一方に配置され、前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動方向と平行な方向に突出する凸部と、
前記ピストン基部と前記ピストン移動部のどちらか他方に配置され、前記ピストン基部に対する前記ピストン移動部の往復動に伴い、前記凸部に対して摺動可能に嵌合する嵌合部と、
前記凸部と前記嵌合部との間に形成されて前記ピストン移動部の往復動に伴って容積が変化するダンパ室と、
前記ダンパ室と前記ダンパ室外の空間とを連通する通路と
を有することを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記ピストン基部と前記ピストン移動部との分離を防止する分離防止部と、
前記ピストン移動部が前記ピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも前記通路の一部を遮断する遮断手段と
を有す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】
前記遮断手段は、前記ピストン移動部が前記ピストン基部に接近する方向へ移動する際にダンパ室内の空気を外部に流出させる逆止弁である
ことを特徴とする請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記凸部は前記ピストン基部に配置され、
前記嵌合部は、前記ピストン移動部の往復動方向と平行な前記凸部の側面に沿って前記ピストン移動部から突出する側壁部によって形成される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに係り、詳しくは筒内圧に応じて圧縮比を可変可能な可変圧縮比ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のようにエンジンの圧縮比の増大は熱効率の向上をもたらす一方でノッキング発生の要因にもなり、ノッキングはエンジン破損などの重大なトラブルを引き起こす。このためエンジンの設計段階では、一般にノッキングを確実に抑制するためにノッキング限界よりも多少余裕をもって低めに圧縮比を設定している。この事実は、エンジンの圧縮比をさらに増大させて熱効率の向上に寄与させる余地が存在することを意味し、この点に着目した種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された技術は可変圧縮比ピストンに関するものであり、ピストンをロアピストンとアッパピストンとに分割して構成している。コンロッドを介してロアピストンをクランク軸側に連結し、ロアピストンの頂部（燃焼室側）にアッパピストンを被嵌させてピストン軸心方向に往復動可能としている。ロアピストンとアッパピストンとの間には皿バネを介装して、燃焼室容積の縮小方向（圧縮比の増加方向）にアッパピストンを付勢すると共に、アッパピストンの内周に設けた止め輪をロアピストンの頂部に下方より当接させることで、皿バネの付勢力によるロアピストンからのアッパピストンの分離を防止している。以下、このときのアッパピストンの位置を高圧縮位置と称する。
【０００３】
エンジンの燃焼行程において筒内での燃焼の進行に伴って筒内圧は急激に上昇した後に低下し、皿バネはアッパピストンを介して常に筒内圧を受けている。筒内圧の上昇により筒内でノッキングが発生する直前に至ったときに皿バネが撓み、これによりアッパピストンは燃焼室容積の拡大方向（圧縮比の低下方向）に変位するためノッキングが抑制される。以下、このときのアッパピストンの位置を低圧縮位置と称する。このように筒内圧に応じたアッパピストンの位置変位により常にノッキングが抑制されることから、高圧縮位置での圧縮比を熱効率の向上のためにノッキング限界付近に設定可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７５５１９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、筒内圧の低下に伴ってアッパピストンが低圧縮位置から高圧縮位置に復帰する際に不具合が生じる。
即ち、筒内圧が低下したときのアッパピストンは皿バネの付勢力を受けて低圧縮位置から高圧縮位置に向けて急激に変位し、高圧縮位置で止め輪はロアピストンの頂部に衝突してアッパピストンを位置規制する。このため止め輪の衝突により打音が発生しエンジン運転時の騒音増大の要因になる上に、ピストンの耐久信頼性にも悪影響を及ぼすという問題があった。
本発明はこのような問題点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、アッパピストンが低圧縮位置から高圧縮位置に復帰する際の止め輪の衝突に起因するエンジン騒音の増大やピストン耐久信頼性の低下を未然に防止することができ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】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ピンボスを有するピストン基部と、ピストンヘッドを備え、ピストン基部に対して往復動可能なピストン移動部と、ピストン基部とピストン移動部のどちらか一方に配置され、ピストン基部に対するピストン移動部の往復動方向と平行な方向に突出する凸部と、ピストン基部とピストン移動部のどちらか他方に配置され、ピストン基部に対するピストン移動部の往復動に伴い、凸部に対して摺動可能に嵌合する嵌合部と、凸部と嵌合部との間に形成されてピストン移動部の往復動に伴って容積が変化するダンパ室と、ダンパ室とダンパ室外の空間とを連通する通路とを有するものである。
【０００７】
請求項２の発明は、ピストン基部とピストン移動部との分離を防止する分離防止部と、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも通路の一部を遮断する遮断手段とを有するものである。
請求項３の発明は、遮断手段を、ピストン移動部がピストン基部に接近する方向へ移動する際にダンパ室内の空気を外部に流出させる逆止弁としたものである。
請求項４の発明は、凸部がピストン基部に配置され、嵌合部が、ピストン移動部の往復動方向と平行な前記凸部の側面に沿ってピストン移動部から突出する側壁部によって形成されるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように請求項１の発明のピストンによれば、ピストン基部に対してピストン移動部を往復動可能とし、ピストン基部とピストン移動部のどちらか一方に凸部を配置すると共に、どちらか他方に嵌合部を配置して凸部に対して摺動可能に嵌合させ、凸部と嵌合部との間に形成されたダンパ室をピストン移動部の往復動に伴って容積変化させる一方、通路を介してダンパ室内をダンパ室外の空間と連通させた。従って、ダンパ室が外部と連通しているため、ダンパ室が密閉されている場合に比べ、ピストン移動部とピストン基部が衝突する際の衝撃を低減することができる。
請求項２の発明のピストンによれば、ピストン基部とピストン移動部との分離を分離防止部により防止し、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際に、少なくとも通路の一部を遮断手段により遮断するようにした。従って、ピストン移動部がピストン基部から離れる際にダンパ室に空気が流入し難くなるので、ピストン移動部がピストン基部から離れにくくなり、分離防止部への負荷を低減することができる。
【０００９】
請求項３の発明のピストンによれば、遮断手段を、ピストン移動部がピストン基部から離れる方向へ移動する際にダンパ室内に空気を外部に流出させる逆止弁とした。従って、通路に逆止弁を設置することで、ピストン移動部を高圧縮比から低圧縮比に速やかに変位させるのと同時に、分離防止部への負荷をより確実に低減することができる。
請求項４の発明のピストンによれば、凸部をピストン基部に配置し、嵌合部を、ピストン移動部の往復動方向と平行な凸部の側面に沿ってピストン移動部から突出する側壁部により形成した。従って、凸部をピストン移動部に配置する場合よりもピストン移動部を軽量化できるので、ピストン移動部の固有振動数が高くなり、共振回転域を高回転側に移行させて共振に起因する破損を回避し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態のピストンを示す断面図である。
【図２】第２実施形態のピストンを示す断面図である。
【図３】第３実施形態のピストンを示す断面図である。
【図４】凸部と嵌合部との関係を示す斜視図である。
【図５】筒内圧の増減に応じてアッパピストンが位置変位したときの過程を示す説明図である。
【図６】第４実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。
【図７】同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。
【図８】第５実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。
【図９】同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したピストンの第１実施形態を説明する。
図１は第１実施形態のピストンを示す断面図であり、各部材の相互関係を把握し易いように断面箇所を示すハッチングは省略している。ピストンは図示された姿勢でエンジンのシリンダ内に組み込まれることから、以下の説明では図のピストン姿勢に倣って上下方向を表現する。
ピストンはロアピストン１（ピストン基部）とアッパピストン２（ピストン移動部）とに分割して構成され、これらのピストン１，２は図示しないシリンダ内に上下方向に摺動可能に挿入されている。全体としてロアピストン１は下方に開口する有底円筒状をなし、ロアピストン１内に相対向して形成された一対のピンボス１ａにはそれぞれピン孔１ｂが貫設されている。図示はしないが、ピン孔１ｂ内に挿入されたピストンピンを介してロアピストン１はコンロッドの小端部と連結され、コンロッドの大端部はクランク軸に連結されている。従って、エンジンの運転時には、シリンダ内でのロアピストン１の上下動がコンロッドを介してクランク軸に回転運動として伝達され、エンジン駆動力としてクランク軸から出力される。
【００１２】
ロアピストン１の頂部には小径部３を介して大径部４が一体形成され、これらの小径部３及び大径部４は平面視でピストン軸心Ｌを中心とした円形状をなしている。大径部４の下面外周は下方に面し、この下方に面した環状をなす領域を後述する止め輪１０が当接する当接面４ａとしている。大径部４上には嵌合部５が凹設され、この嵌合部５は、平面視でピストン軸心Ｌと一致する円形状で、且つ上下方向に亘って同一径をなしている。
上記アッパピストン２は全体として下方に開口する有底円筒状をなして、ロアピストン１の上方（燃焼室側）で大径部４を被嵌するように配設され、その上面をピストンヘッド２ａとしている。アッパピストン２の下面には凸部６が下方に向けて突出形成され、この凸部６は、上記ロアピストン１の嵌合部５に対応する円形状で、且つ上下方向に亘って同一径をなしている。凸部６の下部は嵌合部５内に上下方向に摺動可能に嵌合し、凸部６と嵌合部５との間にはダンパ室７が形成されている。アッパピストン２は凸部６を嵌合部５内で摺動させながらロアピストン１に対して上下方向に位置変位し、それに伴ってダンパ室７の容積が変化する。
【００１３】
ロアピストン１とアッパピストン２との間には凸部６の周囲を取り囲むように環状空間８が形成され、この環状空間８内には皿バネ９が収容されている。皿バネ９の内周はアッパピストン２の下面に当接し、皿バネ９の外周はロアピストン１の大径部４の上面に当接し、皿バネ９の付勢力はアッパピストン２に対して燃焼室容積の縮小方向（圧縮比の増加方向）に作用している。
アッパピストン２の下部内周面はロアピストン１の大径部４を取り囲むように外周側に位置し、この下部内周面には止め輪１０（分離防止部）が嵌合固定されている。止め輪１０の上面はロアピストン１の当接面４ａに当接し、これにより、皿バネ９の付勢力によるロアピストン１からのアッパピストン２の分離が防止されている。以下、このように止め輪１０が当接面４ａに当接したときのアッパピストン２の位置を高圧縮位置と称する。
【００１４】
以上のような構成により、エンジンの燃焼行程での筒内圧はアッパピストン２を介して常に皿バネ９に作用している。高圧縮位置での皿バネ９の付勢力（所謂セット荷重）は、筒内でノッキングが発生する直前の筒内圧に対応して設定され、このような皿バネ９の付勢力を筒内圧が上回った時点でアッパピストン２が高圧縮位置から下方に向けて変位し始める。皿バネ９の付勢力は撓み量と共に増加するため、ある時点でアッパピストン２の下方への変位は中止され、このときのアッパピストン２の位置を低圧縮位置と称する。但し、皿バネ９の付勢力の設定は上記に限ることはなく、任意に変更可能である。
また、膨張行程の進行に伴って筒内圧が低下すると、アッパピストン２は皿バネ９の付勢力により低圧縮位置から高圧縮位置に向けて変位し、止め輪１０をロアピストン１の当接面４ａに当接させて高圧縮位置に復帰する。アッパピストン２の上方への変位と共に、その凸部６がロアピストン１の嵌合部５内で上方に摺動しながらダンパ室７の容積を拡大方向に変化させる。ダンパ室７の容積変化は、凸部６と嵌合部５との間のクリアランス（通路）を介して環状空間８内の空気をダンパ室７内に流入させながら行われるが、当該クリアランスは、ダンパ室７内への空気の流入を適度に制限するように設定されている。このため、皿バネ９の付勢力を受けて高圧縮位置に復帰するときのアッパピストン２の変位は、ダンパ室７が無い場合に比較して緩やかなものとなる。なお、本実施形態では、凸部６と嵌合部５との間のクリアランスを１００〜２００μm程度に設定しているが、これに限ることはなく、エンジンの筒内圧や皿バネ９の付勢力等に応じて任意に変更可能である。
【００１５】
本実施形態のピストンは以上のように構成されており、エンジンの運転中には以下に述べるような作用を奏する。
エンジンの燃焼がノッキングを生じることなく正常になされているときには、燃焼行程での筒内圧は常に皿バネ９の付勢力を下回っている。このため皿バネ９の付勢力によりアッパピストン２は高圧縮位置に保持され続け、この状態でピストンは筒内圧を受けてシリンダ内で下方に摺動しながらクランク軸側への伝達を行う。
また、燃焼行程において筒内圧の上昇によりノッキングの発生直前に至ると、皿バネ９を撓ませながらアッパピストン２は高圧縮位置から低圧縮位置へと、即ち燃焼室容積の拡大方向（圧縮比の低下方向）へと変位する。このため筒内圧の上昇が防止されてノッキングが抑制される。それに伴ってアッパピストン２の止め輪１０はロアピストン１の当接面４ａから下方に離間する。
【００１６】
その後に筒内圧が低下すると、アッパピストン２は上方に変位して高圧縮位置に復帰する。アッパピストン２の凸部６はロアピストン１の嵌合部５内で上方に摺動しながらダンパ室７の容積を拡大し、それに伴って環状空間８内の空気が凸部６と嵌合部５とのクリアランスを介してダンパ室７内に流入する。クリアランスを介したダンパ室７内への流入空気の制限によりアッパピストン２の急激な変位が抑制され、アッパピストン２が高圧縮位置に到達した時点で止め輪１０はロアピストン１の当接面４ａに緩やかに当接する。
結果として、特許文献１の技術のような止め輪１０の衝突による打音の発生を防止してエンジン運転時の騒音を低減できる上に、当接面４ａへの止め輪１０の衝突に起因するピストンの耐久信頼性の低下を回避することができる。
ところで、本実施形態では、凸部６と嵌合部５とのクリアランスを介してダンパ室７内への空気を流入させると共に、このクリアランスを適切に設定することで流入空気を制限したが、本発明はこれに限ることはない。例えばオリフィス１１を介してダンパ室７内に空気を流入させると共に、オリフィス径を適切に設定することで流入空気を制限してもよく、この例を第２実施形態として以下に説明する。
【００１７】
［第２実施形態］
図２は第２実施形態のピストンを示す断面図である。この第２実施形態のピストンの基本構成は第１実施形態と同様であり、相違点はオリフィス１１に関する構成にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
本実施形態のロアピストン１は、ピストン軸心Ｌに沿った上下方向にオリフィス１１（通路）が貫設されており、このオリフィス１１を介して嵌合部５内とピストン下側（ピンボス１ａ側）とが連通している。オリフィス１１は、第１実施形態で述べた凸部６と嵌合部５とのクリアランスに相当する開口面積を有するように設定され、本実施形態では凸部６と嵌合部５とのクリアランスは、ダンパ室７内に空気がほとんど流出入しない程度に第１実施形態よりも格段に狭く設定されている。
【００１８】
以上のように構成された本実施形態のピストンによる作用は第１実施形態と同様であるため、概略のみを説明する。
筒内圧の上昇に伴ってアッパピストン２が高圧縮位置から低圧縮位置へと変位してノッキングを抑制し、その後に筒内圧の低下に伴ってアッパピストン２は上方に変位して高圧縮位置に復帰する。このときダンパ室７内にはオリフィス１１を介してロアピストン１下側の空気が流入し、オリフィス１１を流通する際に流入空気が制限されてアッパピストン２の急激な変位が抑制されることから、アッパピストン２の止め輪１０がロアピストン１の当接面４ａに緩やかに当接する。よって、重複する説明はしないが第１実施形態と同じく、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
また、第１実施形態のクリアランス調整に比較してオリフィス１１の開口面積の調整は容易且つ確実なため、第１実施形態よりも安価な製造コストにより安定した機能が得られるという利点もある。
【００１９】
なお、アッパピストン２の高圧縮位置への復帰時のダンパ室７内への空気の流入を、第１実施形態では凸部６と嵌合部５とのクリアランスを介して、第２実施形態ではオリフィス１１を介して行ったが、これらを組み合わせてクリアランス及びオリフィス１１の双方を介して空気をダンパ室７内に流入させるようにしてもよい。
【００２０】
［第３実施形態］
次に、本発明を具体化した第３実施形態を説明する。
図３は第３実施形態のピストンを示す断面図、図４は凸部６と嵌合部５との関係を示す斜視図である。この第３実施形態のピストンの基本構成は第２実施形態と同様であり、相違点は、第２実施形態のオリフィス１１に代えて設けられた逆止弁２１（遮断手段）、及び凸部６と嵌合部５の構成にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
本実施形態のロアピストン１は第２実施形態のオリフィス１１に代えて通路２２に対し直列となるように逆止弁２１が設けられ、これらの通路２２及び逆止弁２１を介して嵌合部５内とピストン下側とが連通している。逆止弁２１は、ダンパ室７内からピストン下側への空気の流通を許容し（順方向）、ピストン下側からダンパ室７内への空気の流通を阻止する（逆方向）ように設定されている。
【００２１】
一方、アッパピストン２の凸部６は下側の摺接部２３と上側の縮径部２４とから一体的に構成され、摺接部２３は第１実施形態の凸部６と同一径に設定され、段差を介して縮径部２４はより小径に形成されている。また、ロアピストン１の嵌合部５は上側の摺接部２５と下側の拡径部２６とから一体的に構成され、摺接部２５は第１実施形態の嵌合部５と同一径に設定され、段差を介して拡径部２６はより大径に形成されている。アッパピストン２側の摺接部２３とロアピストン１側の摺接部２５との間のクリアランスは、上記第２実施形態と同じく、ダンパ室７内に空気がほとんど流出入しない程度に狭く設定されている。
アッパピストン２側の摺接部２３の外周には１８０度対向する位置に一対の案内溝２７が形成され、各案内溝２７は断面三角状をなして摺接部２３の上下方向全体に亘って延設されている。これらの案内溝２７と対応するように、ロアピストン１側の摺接部２５及び拡径部２６の内周には断面三角状をなす一対の案内突条２８が上下方向全体に亘って延設され、各案内突条２８は対応する案内溝２７に対して摺動可能に嵌め込まれている。各案内突条２８上で案内溝２７を摺動させながら凸部６が嵌合部５内で上下方向に案内され、それに伴ってロアピストン１に対しアッパピストン２が高圧縮位置と低圧縮位置との間で位置変位する。
【００２２】
高圧縮位置付近においてアッパピストン２の摺接部２３はロアピストン１の摺接部２５と対応するため、ダンパ室７内への空気の流出入が制限される。一方、それよりも低圧縮位置側では、アッパピストン２の摺接部２３はロアピストン１側の拡径部２６と対応することから、ダンパ室７内が環状空間８内と連通して内部への空気の流出入が何ら制限されなくなる。
本実施形態のピストンは以上のように構成されており、エンジンの運転中には以下に述べるような作用を奏する。
【００２３】
図５は筒内圧の増減に応じてアッパピストン２が位置変位したときの過程を示す説明図である。
エンジンの燃焼が正常なときには燃焼行程での筒内圧が皿バネ９の付勢力を下回っていることから、図５の（ａ）に示すようにアッパピストン２は高圧縮位置に保持され続ける。燃焼行程において筒内圧の上昇によりノッキングの発生直前に至ると、図５の（ｂ）に示すように皿バネ９を撓ませながらアッパピストン２が高圧縮位置から低圧縮位置へと変位し始める。このとき、アッパピストン２側及びロアピストン１側の摺接部２３，２５が互いに対応してダンパ室７内からの空気の流出が制限されるが、逆止弁２１が順方向への空気の流通を許容することから、ダンパ室７内の空気は逆止弁２１を介してピストン下側に流出される。このため、図５の（ｃ）に示すようにアッパピストン２は速やかに低圧縮位置側に変位し、筒内圧の上昇が防止されてノッキングが抑制される。
【００２４】
その後に筒内圧が低下すると、図５の（ｄ）に示すようにアッパピストン２は皿バネ９の付勢力を受けながら上方に変位して高圧縮位置に復帰する。このときの逆止弁２１は逆方向への空気の流通を阻止することから、ピストン下側からダンパ室７内への空気の流入は逆止弁２１により阻止される。しかし、低圧縮位置から変位を開始した当初はアッパピストン２の摺接部２３がロアピストン１の拡径部２６と対応するため、ダンパ室７内の空気は摺接部２３と拡径部２７との間の間隙を介して環状空間８内に流出し、アッパピストン２は速やかに高圧縮位置側に変位する。
アッパピストン２が高圧縮位置付近まで変位すると、その摺接部２３がロアピストン１の摺接部２５と対応してダンパ室７内からの空気の流出を制限する。このときのアッパピストン２の変位はダンパ室７内の容積を拡大しながら行われるため、アッパピストン２の急激な変位が抑制されて高圧縮位置で止め輪１０を当接面４ａに緩やかに当接させることができ、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
【００２５】
そして、本実施形態では、アッパピストン２が高圧縮位置から低圧縮位置に変位するときに逆止弁２１を順方向に作用させてダンパ室７内の空気をピストン下側に流出させている。従って、第１及び第２実施形態のようにクリアランスやオリフィス１１の作用でアッパピストン２の低圧縮位置への変位が緩慢になるという不具合を防止でき、アッパピストン２を速やかに低圧縮位置側に変位させてノッキングをより確実に抑制できるという効果が得られる。
しかも、アッパピストン２の摺接部２３は、高圧縮位置付近に限ってロアピストン１の摺接部２５と対応してダンパ室７への空気の流出入を制限し、それよりも低圧縮位置側ではロアピストン１の拡径部２６と対応することで空気の流出入を制限しなくなる。このため、低圧縮位置から高圧縮位置に変位するとき、アッパピストン２は当初は速やかに変位し、その後に高圧縮位置付近で急激な変位が抑制される。結果として上記当接面４ａに対する止め輪１０の衝突を防止した上で、ノッキング発生の虞がなくなった時点でアッパピストン２をいち早く高圧縮位置に復帰でき、高圧縮位置での運転頻度を高めることによりエンジンの熱効率を一層向上することができる。
【００２６】
［第４実施形態］
次に、本発明を具体化した第４実施形態を説明する。
図６は第４実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図、図７は同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。なお、第３実施形態との相違点は、逆止弁２１の省略、及びアッパピストン２の凸部６とロアピストン１の嵌合部５との形状変更にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
アッパピストン２の凸部６及びロアピストン１の嵌合部５は、第３実施形態のもののように段差状をなさずに、例えば第１実施形態のものと同形状をなしている。ロアピストン１の嵌合部５の底面中央には断面円形状のバルブ孔３１が上下に貫設され、このバルブ孔３１を介してダンパ室７内とピストン下側とが連通している。アッパピストン２の凸部６の下面には上記バルブ孔３１と同一径のスプール部３２が突設され、スプール部３２はバルブ孔３１内に上下方向に摺動可能に嵌合している。
アッパピストン２の凸部６とロアピストン１の嵌合部５との間のクリアランス、及びスプール部３２とバルブ孔３１との間のクリアランスは、上記第３実施形態と同じく、ダンパ室７内に空気がほとんど流出入しない程度に狭く設定されている。
【００２７】
ロアピストン１には直角に屈曲した連通路３３が形成され、連通路３３の一端はバルブ孔３１の内周一側に開口し、連通路３３の他端はダンパ室内７に開口している。また、アッパピストン２のスプール部３２には直角に屈曲した連通路３４が形成され、連通路３４の一端はスプール部３２の外周一側に開口し、連通路３４の他端はスプール部３２の下面からピストン下側に臨むように開口している。図示はしないが、本実施形態ではロアピストン１に対してアッパピストン２が軸心Ｌを中心として回転規制されており、これによりバルブ孔３１の内周に開口した連通路３３の一端とスプール部３２の外周に開口した連通路３４の一端とは常にピストン周方向で対応している。
従って、アッパピストン２の位置変位に伴って凸部６がロアピストン１の嵌合部５内で上下方向に摺動すると共に、スプール部３２がバルブ孔３１内で上下方向に摺動する。
【００２８】
そして、図６に示す高圧縮位置付近では、アッパピストン２の連通孔３４はロアピストン１の連通孔３３に対して上下方向にずれて連通せず、一方、それよりも低圧縮位置側では、図７に示すように連通孔３４が連通孔３３に対応して連通するようになっている。
このため、アッパピストン２が低圧縮位置から高圧縮位置に変位するとき、当初は両連通孔３３，３４が対応して連通するため、ダンパ室７内の空気をピストン下側に流出させながらアッパピストン２の変位が速やかに行われる。その後の高圧縮位置付近では両連通孔３３，３４が連通しなくなるため、アッパピストン２は空気の流出を制限されたダンパ室７の容積を拡大することで急激な変位を抑制される。よって、第３実施形態と同じく、当接面４ａに対する止め輪１０の衝突を防止した上で、ノッキング発生の虞がなくなった時点でアッパピストン２をいち早く高圧縮位置に復帰させることができる。
しかも、図６に示すように、アッパピストン２の高圧縮位置では自ずと両連通孔３３，３４が対応しなくなってダンパ室７とピストン下側とが非連通状態となる。このため、第３実施形態のように逆止弁２１を設けることなくダンパ室７を密閉でき、逆止弁７を省略することにより部品点数削除という効果を得ることもできる。
ところで、第１実施形態では、アッパピストン２側に凸部６を形成し、この凸部６が嵌合する嵌合部５をロアピストン１側に形成したが、両者を逆転させてもよい。そこで、このような第１実施形態の別例を第５実施形態として以下に説明する。
【００２９】
［第５実施形態］
図８は第５実施形態の高圧縮位置にあるピストンを示す断面図、図９は同じく低圧縮位置にあるピストンを示す断面図である。上記のように第１実施形態との相違点は凸部６と嵌合部５との逆転にあるため、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
ロアピストン１の大径部４上にはピストン軸心Ｌを中心とした円形状をなす凸部６が突出形成され、この凸部６と対応するようにアッパピストン２の下面には環状側壁部４１（側壁部）が下方に向けて突出形成され、本実施形態では環状側壁部４１内を嵌合部５としている。ロアピストン１の凸部６はアッパピストン２の嵌合部５内に上下方向へ摺動可能に嵌合し、凸部６と嵌合部５との間にダンパ室７が形成されている。従って、アッパピストン２は嵌合部５内で凸部６を摺動させながらロアピストン１に対して上下方向に位置変位し、それに伴ってダンパ室７の容積が変化する。なお、嵌合部５と凸部６との間のクリアランスは、第１実施形態と同じくダンパ室７内への空気の流出入を適度に制限するように設定されている。
【００３０】
ロアピストン１には通路４３に対し直列となるように逆止弁４２（遮断手段）が設けられ、これらの通路４３及び逆止弁４２を介してダンパ室７内とピストン下側とが連通している。第３実施形態と同じく逆止弁４２は、ダンパ室７内からピストン下側への空気の流通を許容し（順方向）、ピストン下側からダンパ室７内への空気の流通を阻止する（逆方向）ように設定されている。
従って、筒内圧が上昇してノッキング直前に至ると、アッパピストン２は図８に示す高圧縮位置から図９に示す低圧縮位置へと変位し始め、それに伴ってダンパ室７内の容積が縮小する。このときの逆止弁４２は順方向への空気の流通を許容し、ダンパ室７内の空気が逆止弁を介してピストン下側に流出されることから、アッパピストン２を速やかに低圧縮位置に変位させてノッキングを確実に抑制することができる。
【００３１】
その後に筒内圧が低下すると、アッパピストン２は上方に変位して高圧縮位置に復帰するが、このときには逆止弁４２がピストン下側からダンパ室７内への空気の流入を阻止する。このため、凸部６と嵌合部５との間のクリアランスに従ってダンパ室７内への空気の流入が制限されることにより、アッパピストン２の急激な変位が抑制されて高圧縮位置で止め輪１０が当接面４ａに緩やかに当接する。従って、重複する説明はしないが、エンジン騒音の低減及び耐久信頼性の向上の効果が得られる。
ところで、図１に示す第１実施形態に対して凸部６と嵌合部５とを逆転させた本実施形態では、以下に述べる利点も得られる。
【００３２】
まず、ロアピストン１上に皿バネ９を介して支持されたアッパピストン２はエンジン運転中に固有の回転域で共振を発生し、その共振回転域はアッパピストン２の重量軽減に伴って固有振動数が高くなるほど高回転側に移行して、共振に起因する破損を回避し易くなる。中実の凸部６は内部が空洞の嵌合部５に比較して重量増加の要因になることから、凸部６をアッパピストン２側に形成した第１実施形態に比較して、嵌合部５をアッパピストン２側に形成した本実施形態の方がアッパピストン２を軽量化でき、必然的に共振回転域を高回転側に移行させて破損防止できるという利点が得られる。
また、逆止弁４２は、その弁体を弁バネで弁座側に付勢する基本構成を採用しているため、これらの部材を備える逆止弁４２を配置するためにはある程度のスペースを必要とする。本実施形態のロアピストン１は凸部６の形成により上下方向に十分な厚みを有するため、逆止弁４２を配置し易いという利点もある。
【００３３】
さらに、皿バネ９を収容した環状空間８内には空気のみならずエンジン運転中に飛散した潤滑用オイルも存在し、このようなオイルが環状空間８からダンパ室７内に多量に侵入すると、空気の流出入を制御するダンパ室７の機能が損なわれてしまう場合がある。ロアピストン１の大径部４上に嵌合部５を形成した第１実施形態では環状空間８内のオイルがダンパ室７内に侵入し易いが、本実施形態では、嵌合部５を取り囲む環状側壁部４１によりダンパ室７内へのオイルの侵入が防止される。よって、ダンパ室７に正常な機能を発揮させて所期の作用効果を確実に得ることができるという利点もある。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、皿バネ９によりアッパピストン２を高圧縮位置に付勢し、その付勢力によるロアピストン１からのアッパピストン２の分離を止め輪１０により防止したが、これらの構成に限ることはない。例えば皿バネ９に代えてコイルバネなどの別の付勢手段を設けたり、止め輪１０に代えて別の係止手段を設けたりしてもよい。
また上記実施形態では、凸部６及び嵌合部５を平面視で円形状に形成したが、これに限ることはなく、例えば凸部６及び嵌合部５を平面視で四角状としたり、凸部６と嵌合部５との間にＯリングを介装したりしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１          ロアピストン
１ａ        ピンボス
２          アッパピストン
２ａ        ピストンヘッド
５          嵌合部
６          凸部
７          ダンパ室
１０        止め輪（分離防止部）
１１        オリフィス（通路）
２１，４２  逆止弁（遮断手段）
４１        環状側壁部（側壁部）
【図１】
2013024164.tif 000003
【図２】
2013024164.tif 000004
【図３】
2013024164.tif 000005
【図４】
2013024164.tif 000006
【図５】
2013024164.tif 000007
【図６】
2013024164.tif 000008
【図７】
2013024164.tif 000009
【図８】
2013024164.tif 000010
【図９】
2013024164.tif 000011