JP2014136993A - ピストン及び内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の異常燃焼時にピストンリングがねじれることを抑制することができるピストン及び内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関のピストン30は、ピストン頂面34とトップリング41が収容されるトップリング溝31とを連通する連通路44を備えている。連通路44がトップリング溝31に開口している溝側開口部46の少なくとも一部は、トップリング41がトップリング溝31に収容された場合にトップリング41の内周面41Aが位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
【選択図】図3
【解決手段】内燃機関のピストン30は、ピストン頂面34とトップリング41が収容されるトップリング溝31とを連通する連通路44を備えている。連通路44がトップリング溝31に開口している溝側開口部46の少なくとも一部は、トップリング41がトップリング溝31に収容された場合にトップリング41の内周面41Aが位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関のピストン及び同ピストンを具備する内燃機関に関する。
内燃機関においては、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼の発生時に、燃焼室内の圧力が局所的に高くなるといった事態が生じ得る。
特許文献1には、こうした事態への対策の一例として、トップランド外周側面にピストン頂面に開放する端部を有する溝を形成することが開示されている。このピストンでは、異常燃焼が発生して燃焼室内の圧力が局所的に上昇し、それによって生じた圧力波がトップランド外周側面とシリンダボアとの隙間に入り込んだとしても、圧力波は上記溝を通じてピストンの上方の燃焼室に逃がされる。そのため、トップランド外周側面とシリンダボアとの隙間に入り込んだ圧力波がその隙間を伝播してトップランド外周側面の一部分に集中することを抑制することができる。
特許文献1には、こうした事態への対策の一例として、トップランド外周側面にピストン頂面に開放する端部を有する溝を形成することが開示されている。このピストンでは、異常燃焼が発生して燃焼室内の圧力が局所的に上昇し、それによって生じた圧力波がトップランド外周側面とシリンダボアとの隙間に入り込んだとしても、圧力波は上記溝を通じてピストンの上方の燃焼室に逃がされる。そのため、トップランド外周側面とシリンダボアとの隙間に入り込んだ圧力波がその隙間を伝播してトップランド外周側面の一部分に集中することを抑制することができる。
ところで、上記の通り、内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室内の圧力が局所的に高くなるといった事態が生じ得る。そして、燃焼室内の圧力が局所的に高くなった場合には、シリンダ内でピストンが傾斜した状態で摺動し、ピストンのリング溝に装着されているピストンリングにねじれが生じるおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされてものであり、その目的は、内燃機関の異常燃焼時にピストンリングがねじれることを抑制することができるピストン及び内燃機関を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのピストンは、ピストン頂面とピストンリングが収容されるリング溝とを連通する連通路を備えており、前記連通路の前記リング溝に開口している開口部の少なくとも一部が、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
上記課題を解決するためのピストンは、ピストン頂面とピストンリングが収容されるリング溝とを連通する連通路を備えており、前記連通路の前記リング溝に開口している開口部の少なくとも一部が、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
上記構成によれば、内燃機関の異常燃焼時に生じた高圧の燃焼ガスが、連通路を通じてリング溝におけるピストンリングの内周面よりも内側に供給される。そのため、燃焼ガスの圧力によってピストンリングを内周側から外周側へ向かって押圧することができる。これにより、ピストンリングをシリンダボアに押し当てることができるため、ピストンリングがねじれることを抑制することができる。
また、異常燃焼による高い圧力を、連通路を通じて燃焼室から逃がすことができるため、トップランドに高い圧力が作用することを抑制することができる。
上記ピストンにおいては、前記開口部の少なくとも一部が、前記リング溝の底面に位置していることが好ましい。
上記ピストンにおいては、前記開口部の少なくとも一部が、前記リング溝の底面に位置していることが好ましい。
上記構成によれば、リング溝には、リング溝の底面側から高圧の燃焼ガスが供給される。そのため、燃焼ガスの圧力が同リング溝の底面側からピストンリングを押圧するように作用する。したがって、燃焼ガスの圧力によってピストンリングを内周側から外周側へ向かってより好適に押圧して、ピストンリングをシリンダボアに押し当てることができる。
さらに、開口部の少なくとも一部が、リング溝の底面に位置している場合には、前記連通路の通路壁のうち前記リング溝の底面に接続する部位が、前記ピストン頂面から離間するほどピストン中心軸から離間するように傾斜していることが好ましい。
また、上記ピストンにおいては、前記連通路の通路壁のうち、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン中心軸側に位置し、且つ前記リング溝に接続している部位が、前記リング溝に近づくほどピストン中心軸から離間するように傾斜していることが好ましい。
通路壁が上記各態様で傾斜している場合には、燃焼室から連通路に導入された燃焼ガスが、通路壁の上記傾斜している部位においてリング溝の内側から外側へと向かう方向に整流された後にリング溝に供給される。したがって、燃焼ガスの圧力を、より好適にピストンリングを内周側から外周側へと向かう方向に押圧するように作用させることができるため、さらに好適にピストンリングをシリンダボアに押し当てることができる。
また、上記各ピストンにおいては、前記開口部の一部が、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向外側に位置していることが好ましい。
リング溝は、底面と底面を挟んで対向する2つの側面を備えている。上記構成では、異常燃焼時に高圧の燃焼ガスが、リング溝におけるピストン頂面側に位置する側面側から供給され、燃焼ガスの圧力がピストンリングをピストン頂面側から同頂面とは反対側の側面に向かう方向に押圧するように作用する。したがって、ピストンリングをリング溝におけるピストン頂面と反対側の側面に押し当てることができる。このようにして、ピストンリングがシリンダボアとリング溝の側面との双方に押し当てられることから、ピストンリングのねじれをより好適に抑制することができる。
また、上記各ピストンにおいては、ピストン頂面には、ピストン中心軸を通る直線によって分けられる2つの領域のうち、一方の領域に吸気バルブリセスが形成され、他方の領域に排気バルブリセスが形成されており、前記連通路が、前記吸気バルブリセスが形成されている領域に位置していることが好ましい。
異常燃焼による局所的な圧力上昇は排気バルブ側よりも吸気バルブ側において生じやすい。そのため、異常燃焼の発生時には、ピストンの吸気バルブ側が排気バルブ側よりも下方に傾斜する。この点、上記構成によれば、ピストンの吸気バルブ側に連通路が設けられているため、異常燃焼時に燃焼室の吸気バルブ側で発生する高い圧力を連通路を通じて逃がすととともに、その圧力を利用してピストンリングを押さえつけ、ピストンリングのねじれの発生を抑制することができる。
また、上記各ピストンにおいては、ピストン頂面には複数の吸気バルブリセスが形成されており、前記連通路がピストン頂面に開口している開口部は、隣接する吸気バルブリセスの間に形成されたスキッシュ部に位置しているといった態様を採用することができる。
上記各ピストンにおいては、リング溝を複数備え、前記連通路が、ピストン頂面と、ピストン頂面に最も近いリング溝とを連通しているといった構成を採用することができる。
また、上記課題を解決するための内燃機関は、上記各構成の何れかのピストンを備えている。
また、上記課題を解決するための内燃機関は、上記各構成の何れかのピストンを備えている。
(第1実施形態)
以下、ピストン及び内燃機関の第1実施形態を、図1〜3を参照して詳細に説明する。本実施形態の内燃機関は過給機を備えるガソリン機関である。
以下、ピストン及び内燃機関の第1実施形態を、図1〜3を参照して詳細に説明する。本実施形態の内燃機関は過給機を備えるガソリン機関である。
図1に示すように、内燃機関10の吸気通路11には、スロットルバルブ12が設けられている。内燃機関10では、スロットルバルブ12の開度調節を通じて、燃焼室15内に吸入される空気の量が調節される。
内燃機関10のシリンダ14内には、ピストン30が設けられている。ピストン30には、ピストン頂面34側から順に、トップリング溝31、セカンドリング溝32、オイルリング溝33が形成されている。トップリング溝31にはトップリング41が装着され、セカンドリング溝32にはセカンドリング42が装着され、オイルリング溝33にはオイルリング43が装着されている。なお、ピストン30の構成については、後により詳細に説明する。
内燃機関10には、燃焼室15を臨むように燃料噴射弁13が設けられている。燃料噴射弁13は、その開弁駆動に伴って燃焼室15内に燃料を噴射する。シリンダヘッド16には、燃焼室15を臨むように点火プラグ17が設けられている。内燃機関10では、燃料噴射弁13から噴射された燃料が燃焼室15内において燃焼することによってピストン30が往復移動してクランクシャフト18が回転する。そして、燃焼後のガスは排気として燃焼室15から排気通路19に送り出される。
吸気通路11と燃焼室15とは吸気バルブ21の開閉により連通・遮断され、排気通路19と燃焼室15とは排気バルブ22の開閉により連通・遮断される。なお、吸気バルブ21及び排気バルブ22は、各シリンダ14に対応してそれぞれ2つずつ設けられている。
内燃機関10には吸気通路11内の吸入空気を圧送する過給機25が設けられている。詳細には、吸気通路11におけるスロットルバルブ12の上流側の部分には、過給機25のコンプレッサ26が取り付けられている。また、内燃機関10の排気通路19には過給機25のタービン27が取り付けられている。なお過給機25は、コンプレッサ26の内部に設けられたコンプレッサホイール26Aとタービン27の内部に設けられたタービンホイール27Aとが連結された排気駆動式のものである。排気通路19において、タービン27の上流側と下流側とはバイパス通路28で接続されており、バイパス通路28にはウエイストゲートバルブ29が設けられている。ウエイストゲートバルブ29の開度が調整されることにより、タービンホイール27Aに吹き付けられる排気の流量が変更されて、過給機25による過給圧が調節される。
ここで、過給機を備えるガソリン機関においては、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼が発生した場合、燃焼室15内の圧力が排気バルブ22側よりも吸気バルブ21側において局所的に高くなるといった事態が生じ得る。このように燃焼室15内の圧力が局所的に高くなる場合、シリンダ14内でピストン30が傾斜した状態で摺動するため、ピストン30のリング溝に装着されているピストンリングにねじれが生じるおそれがある。
そこで、図2及び図3に示すように、本実施形態のピストン30は、ピストン頂面34とトップリング溝31とを連通する連通路44を備えており、この連通路44を通じて内燃機関10の異常燃焼時に生じた高圧の燃焼ガスをトップリング41に作用させることにより、トップリング41のねじれを抑制するようにしている。
以下、ピストン30、およびピストン30に形成される連通路44について図2及び図3を参照して、詳細に説明する。
図2に示すように、ピストン頂面34には、ピストン中心軸Cを通る直線Lによって分けられる2つの領域のうち、一方の領域に2つの吸気バルブリセス35が形成され、他方の領域に2つの排気バルブリセス36が形成されている。これら各バルブリセス35,36は、ピストン30が変位する際に、ピストン頂面34が吸気バルブ21や排気バルブ22との接触を回避するための凹部である。また、ピストン頂面34の周縁部には、ピストン30が上死点に近付いたときに、ピストン30とシリンダヘッド16のとの隙間を特に狭くして、混合気を押し出すスキッシュ部37が形成されている。連通路44は、上記直線Lによって分けられる2つの領域のうち吸気バルブリセス35が形成されている領域に位置している。また、連通路44がピストン頂面34に開口する頂面側開口部45は、2つの吸気バルブリセス35の間のスキッシュ部37に位置している。
図2に示すように、ピストン頂面34には、ピストン中心軸Cを通る直線Lによって分けられる2つの領域のうち、一方の領域に2つの吸気バルブリセス35が形成され、他方の領域に2つの排気バルブリセス36が形成されている。これら各バルブリセス35,36は、ピストン30が変位する際に、ピストン頂面34が吸気バルブ21や排気バルブ22との接触を回避するための凹部である。また、ピストン頂面34の周縁部には、ピストン30が上死点に近付いたときに、ピストン30とシリンダヘッド16のとの隙間を特に狭くして、混合気を押し出すスキッシュ部37が形成されている。連通路44は、上記直線Lによって分けられる2つの領域のうち吸気バルブリセス35が形成されている領域に位置している。また、連通路44がピストン頂面34に開口する頂面側開口部45は、2つの吸気バルブリセス35の間のスキッシュ部37に位置している。
図3に示すように、トップリング溝31は、底面31Aと、底面31Aを挟んで対向し合う側面31B,31Cとを備えている。連通路44において、トップリング溝31に開口している溝側開口部46は、底面31Aとピストン頂面34側に位置する側面31Bとに亘って位置している。すなわち、溝側開口部46の一部は、トップリング溝31の底面31Aに位置しているため、トップリング41の内周面41Aよりもピストン径方向内側に位置している。また、溝側開口部46の一部はトップリング溝31の側面31Bに位置しており、溝側開口部46のうち側面31Bに形成される部位の一部は、トップリング41の内周面41Aよりもピストン径方向外側に位置している。そして、連通路44の通路壁47のうち、トップリング溝31の底面31Aに接続する部位は傾斜面47Aとなっている。この傾斜面47Aは、ピストン頂面34から離間するほどピストン中心軸Cから離間するように傾斜している。
本実施形態の内燃機関10及びピストン30の作用を説明する。
内燃機関10において、異常燃焼が発生すると、燃焼室15内の燃焼圧力が排気バルブ22側よりも吸気バルブ21側において局所的に高くなる。これによりピストン30における吸気バルブリセス35が形成される側が排気バルブリセス36が形成される側よりも下方に位置するようにピストン30が傾斜する。
内燃機関10において、異常燃焼が発生すると、燃焼室15内の燃焼圧力が排気バルブ22側よりも吸気バルブ21側において局所的に高くなる。これによりピストン30における吸気バルブリセス35が形成される側が排気バルブリセス36が形成される側よりも下方に位置するようにピストン30が傾斜する。
このような状況において、燃焼室15内の高圧の燃焼ガスが上記連通路44を通じてトップリング溝31に供給される。詳細には、燃焼ガスは、図3の矢印Aに示すように、連通路44内を流れる際に通路壁47の傾斜面47Aに沿って流れることで、トップリング溝31の内側から外側へと向かう方向に整流されてトップリング溝31の底面31A側からトップリング溝31に供給される。したがって、燃焼ガスの圧力が、トップリング41をその内周側から外周側に向かう方向に押圧するように作用するため、トップリング41がシリンダボア14A側に押し当てられる。また、矢印Bに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング41をピストン頂面34側から(図3における上方)から押圧するように作用するため、トップリング41がトップリング溝31におけるピストン頂面34側とは反対の側面31Cに押し当てられる。このようにして、燃焼ガスの圧力によりトップリング41がシリンダボア14Aとトップリング溝31の側面31Cとの双方に押し当てられるため、トップリング41のねじれが抑制される。
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施形態の内燃機関10のピストン30は、ピストン頂面34とトップリング41が収容されるトップリング溝31とを連通する連通路44を備えている。そして、連通路44の溝側開口部46の一部が、トップリング41がトップリング溝31に収容された場合に同トップリング41の内周面41Aが位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
(1)本実施形態の内燃機関10のピストン30は、ピストン頂面34とトップリング41が収容されるトップリング溝31とを連通する連通路44を備えている。そして、連通路44の溝側開口部46の一部が、トップリング41がトップリング溝31に収容された場合に同トップリング41の内周面41Aが位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置している。
これにより、内燃機関10の異常燃焼時に生じた高圧の燃焼ガスが連通路44を通じてトップリング41の内周面41Aよりも内側に供給されるため、燃焼ガスの圧力によってトップリング41を内周側から外周側へ向かって押圧することができる。これにより、トップリング41をシリンダボア14Aに押し当てることができるため、トップリング41がねじれることを抑制することができる。
また、異常燃焼による高い圧力を、連通路44を通じて燃焼室15から逃がすることができるため、トップランドに高い圧力が作用することを抑制することができる。
(2)本実施形態のピストン30では、溝側開口部46の一部が、トップリング溝31の底面31Aに位置している。これにより、トップリング溝31の底面31A側からトップリング溝31に高圧の燃焼ガスが供給されるため、燃焼ガスによる圧力が同トップリング溝31の底面31A側からトップリング41を押圧するように作用する。したがって、燃焼ガスの圧力によりトップリング41を内周側から外周側へと好適に押圧して、トップリング41をシリンダボア14Aに押し当てることができる。
(2)本実施形態のピストン30では、溝側開口部46の一部が、トップリング溝31の底面31Aに位置している。これにより、トップリング溝31の底面31A側からトップリング溝31に高圧の燃焼ガスが供給されるため、燃焼ガスによる圧力が同トップリング溝31の底面31A側からトップリング41を押圧するように作用する。したがって、燃焼ガスの圧力によりトップリング41を内周側から外周側へと好適に押圧して、トップリング41をシリンダボア14Aに押し当てることができる。
(3)本実施形態のピストン30では、連通路44の通路壁47のうちトップリング溝31の底面31Aに接続する部位は傾斜面47Aとなっており、この傾斜面47Aはピストン頂面34から離間するほどピストン中心軸から離間するように傾斜している。これにより、燃焼室15から連通路44に導入された燃焼ガスが、傾斜面47Aに沿って流れることで、ピストン径方向内側から外側へと向かう方向に整流された後にトップリング溝31に供給される。したがって、トップリング溝31に供給される燃焼ガスの圧力が、トップリング41を内周側から外周側へと向かう方向へと押圧するように作用するため、トップリング41をシリンダボア14Aに好適に押し当てることができる。
(4)本実施形態のピストン30では、溝側開口部46の一部が、トップリング41がトップリング溝31に収容された場合に同トップリング41の内周面41Aが位置することになる部位よりもピストン径方向外側に位置している。これにより、トップリング溝31には、燃焼ガスがトップリング41に対してピストン頂面34側からも導入されるため、トップリング41をトップリング溝31におけるピストン頂面34側とは反対側の側面31Cに押し当てることができる。このようにして、トップリング41がシリンダボア14Aとトップリング溝31の側面31Cとの双方に押し当てられることから、トップリング41のねじれをより好適に抑制することができる。
(5)本実施形態では、連通路44は、ピストン中心軸Cを通る直線Lによって分けられる2つの領域のうち、吸気バルブリセス35が形成される領域に位置している。異常燃焼による局所的な圧力上昇は排気バルブ22側よりも吸気バルブ21側において生じやすいため、ピストン30の吸気バルブ21側が下方に傾斜しやすい。この点、本実施形態によれば、ピストン30の吸気バルブ21側に連通路44が設けられているため、異常燃焼時に燃焼室15の吸気バルブ21側で発生する高い圧力を連通路44を通じて逃がすことができる。また、その圧力を利用してトップリング41をシリンダボア14Aやトップリング溝31の側面31Cに押し当てて、トップリング41のねじれの発生を抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、ピストン及び内燃機関の第2実施形態を、図4を参照して説明する。本実施形態の内燃機関は、図4に示すピストン50が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン50以外の構成については第1実施形態と同様である。
次に、ピストン及び内燃機関の第2実施形態を、図4を参照して説明する。本実施形態の内燃機関は、図4に示すピストン50が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン50以外の構成については第1実施形態と同様である。
図4に示すように、ピストン50は、ピストン頂面51とトップリング溝53とを連通する連通路54を備えている。連通路54がピストン頂面51において開口している頂面側開口部55は、2つの吸気バルブリセスの間のスキッシュ部52に位置している。また、連通路54が、トップリング溝53に開口している溝側開口部56は、トップリング溝53の側面53Bにのみ位置している。すなわち、本実施形態では、第1実施形態の連通路44と異なり、溝側開口部56が、トップリング溝53の底面53Aには位置していない。
溝側開口部56の一部は、トップリング59の内周面59Aよりもピストン径方向内側に位置している。また、溝側開口部56の一部は、トップリング59の内周面59Aよりもピストン径方向外側に位置している。
内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室の圧力が排気バルブ側よりも吸気バルブ側において高くなるため、ピストン50が傾斜する。このような状況において、異常燃焼による高圧の燃焼ガスが、連通路54を通じて燃焼室からトップリング溝53に供給される。そのため、矢印Aに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング59の内周面59Aより内側に作用するため、トップリング59が内周側から外周側に向かう方向に押圧される。また、矢印Bに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング59をピストン頂面51側(図4における上方)から側面53Cに向かう方向に押圧するように作用する。したがって、トップリング59がシリンダボア14Aとトップリング溝53の側面53Cとに押し当てられる。このようにして、本実施形態においても、上記第1実施形態における(1)、(4)及び(5)と同様の効果を奏することができる。
(第3実施形態)
次に、ピストン及び内燃機関の第3実施形態を、図5を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図5に示すピストン60が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン60以外の構成については第1実施形態と同様である。
次に、ピストン及び内燃機関の第3実施形態を、図5を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図5に示すピストン60が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン60以外の構成については第1実施形態と同様である。
図5に示すように、ピストン60は、ピストン頂面61とトップリング溝63とを連通する連通路64を備えている。連通路64がピストン頂面61において開口している頂面側開口部65は、2つの吸気バルブリセスの間のスキッシュ部62に位置している。また、連通路64が、トップリング溝63に開口している溝側開口部66は、トップリング溝63の底面63Aにのみ位置している。すなわち、本実施形態では、第1実施形態の連通路44と異なり、溝側開口部66が、トップリング溝63の側面63Bには位置していない。したがって、溝側開口部66の全領域が、トップリング69の内周面69Aよりもピストン径方向内側に位置している。また、連通路64の通路壁67のうち、トップリング溝63の底面63Aに接続する部位の一部は傾斜面67Aとなっており、この傾斜面67Aは、ピストン頂面61から離間するほどピストン中心軸から離間するように傾斜している。
内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室の圧力が排気バルブ側よりも吸気バルブ側において高くなるため、ピストン60が傾斜する。このような状況において、異常燃焼による高圧の燃焼ガスが、連通路64を通じて燃焼室からトップリング溝63に供給される。これにより、矢印Aに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング69を内周側から外周側に向かって押圧するように作用するため、トップリング69がシリンダボア14Aに押し当てられる。したがって、本実施形態においても、上記第1実施形態における(1)〜(3)及び(5)と同様の効果を奏することができる。
(第4実施形態)
次に、ピストン及び内燃機関の第4実施形態を、図6を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図6に示すピストン70が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン70以外の構成については第1実施形態と同様である。
次に、ピストン及び内燃機関の第4実施形態を、図6を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図6に示すピストン70が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン70以外の構成については第1実施形態と同様である。
図6に示すように、ピストン70は、ピストン頂面71とトップリング溝73とを連通する連通路74を備えている。連通路74がピストン頂面71において開口している頂面側開口部75は、2つの吸気バルブリセスの間のスキッシュ部72に位置している。また、連通路74が、トップリング溝73に開口している溝側開口部76は、トップリング溝73の側面73Bにのみ位置している。すなわち、本実施形態では、第1実施形態の連通路44と異なり、溝側開口部76が、トップリング溝73の底面73Cには位置していない。また、溝側開口部76の全領域が、トップリング79の内周面79Aよりもピストン径方向内側に位置している。
内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室の圧力が排気バルブ側よりも吸気バルブ側において高くなるため、ピストン70が傾斜する。このような状況において、異常燃焼による高圧の燃焼ガスが、連通路74を通じて燃焼室からトップリング溝73に供給され、矢印Aに示すように、燃焼ガスの高い圧力が、トップリング79の内周側に作用する。したがって、燃焼ガスの圧力によりトップリング79の内周側から外周側に向かう方向に押圧されて、トップリング79がシリンダボア14Aに押し当てられる。したがって、本実施形態においても、上記第1実施形態における(1)及び(5)と同様の効果を奏することができる。
(第5実施形態)
次に、ピストン及び内燃機関の第5実施形態を、図7を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図7に示すピストン80が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン80以外の構成については第1実施形態と同様である。
次に、ピストン及び内燃機関の第5実施形態を、図7を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図7に示すピストン80が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン80以外の構成については第1実施形態と同様である。
図7に示すように、ピストン80は、ピストン頂面81とトップリング溝83とを連通する連通路84を備えている。連通路84がピストン頂面81において開口している頂面側開口部85は、2つの吸気バルブリセスの間のスキッシュ部82に位置している。また、連通路84が、トップリング溝83に開口している溝側開口部86は、トップリング溝83の側面83Bにのみ位置している。すなわち、本実施形態では、第1実施形態の連通路44と異なり、溝側開口部86が、トップリング溝83の底面83Aには位置していない。溝側開口部86の一部は、トップリング89の内周面89Aよりもピストン径方向内側に位置している。また、溝側開口部86の一部は、トップリング89の内周面89Aよりもピストン径方向外側に位置している。また、連通路84の通路壁87のうち、トップリング89がトップリング溝83に収容された場合に、同トップリング89の内周面89Aが位置することになる部位よりもピストン中心軸側に位置し、且つトップリング溝83の底面83Aに接続する部位が傾斜面87Aとなっている。この傾斜面87Aは、トップリング溝83に近づくほどピストン中心軸から離間するように傾斜している。
内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室の圧力が排気バルブ側よりも吸気バルブ側において高くなるため、ピストン80が傾斜する。このような状況において、異常燃焼による高圧の燃焼ガスが、連通路84を通じて燃焼室からトップリング溝83に供給される。これにより、矢印Aに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング89を内周側から外周側に向かって押圧するように作用するとともに、矢印Bに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング59をピストン頂面81側(図7における上方)から側面83Cに向かう方向に押圧するように作用する。したがって、トップリング89がシリンダボア14Aとトップリング溝83の側面83Cに押し当てられる。したがって、本実施形態においても、第1実施形態における(1)、(4)及び(5)と同様の効果、及び以下の(6)の効果を奏することができる。
(6)連通路84の通路壁87のうち、トップリング89がトップリング溝83に収容された場合に同トップリング89の内周面89Aが位置することになる部位よりもピストン中心軸側に位置し、且つトップリング溝83に接続している部位が傾斜面87Aとなっている。そして、この傾斜面87Aが、トップリング溝83に近づくほどピストン中心軸から離間するように傾斜している。これにより、ピストン頂面81から連通路84に導入された燃焼ガスが、通路壁87の傾斜面87Aにおいてトップリング溝83の内側から外側へと向かう方向に整流された後にトップリング溝83に供給される。したがって、燃焼ガスの圧力が、トップリング89を内周側から外周側へと向かう方向へと押圧するように作用するため、さらに好適にトップリング89をシリンダボア14Aに押し当てることができる。
(第6実施形態)
次に、ピストン及び内燃機関の第6実施形態を、図8を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図8に示すピストン90が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン90以外の構成については第1実施形態と同様である。
次に、ピストン及び内燃機関の第6実施形態を、図8を参照して説明する。本実施形態の内燃機関には、図8に示すピストン90が設けられている。なお、本実施形態の内燃機関は、ピストン90以外の構成については第1実施形態と同様である。
図8に示すように、ピストン90は、ピストン頂面91とトップリング溝93とを連通する2つの連通路94,95を備えている。すなわち、本実施形態では、上記各実施形態と異なり、ピストン90に2つで一組をなす連通路94,95が形成されている。
2つの連通路94,95のうちの第1の連通路94は、第2の連通路95よりもピストン径方向における内側に位置している。各連通路94,95がピストン頂面91において開口している各頂面側開口部94A,95Aは、2つの吸気バルブリセスの間のスキッシュ部92に位置している。
また、第1の連通路94がトップリング溝93に開口している第1の溝側開口部94Bは、トップリング溝93の底面93Aに位置している。したがって、第1の溝側開口部94Bは、トップリング99の内周面99Aよりもピストン径方向内側に位置している。また、第1の連通路94の通路壁97のうち、トップリング溝93の底面93Aに接続する部位の一部が傾斜面97Aとなっている。この傾斜面97Aは、ピストン頂面91から離間するほどピストン中心軸から離間するように傾斜している。
また、第2の連通路95がトップリング溝93に開口している第2溝側開口部95Bは、トップリング溝93の側面93Bに位置している。第2溝側開口部95Bの一部は、トップリング99の内周面99Aよりもピストン径方向外側に位置している。
内燃機関の異常燃焼時には、燃焼室の圧力が排気バルブ側よりも吸気バルブ側において高くなるため、ピストン90が傾斜する。このような状況において、異常燃焼による高圧の燃焼ガスが、各連通路94,95を通じて燃焼室からトップリング溝93に供給される。これにより、矢印Aに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング99を内周側から外周側に向かって押圧するように作用するとともに、矢印Bに示すように、燃焼ガスの圧力がトップリング99に対してピストン頂面91側(図9における上方)から側面93Cに向かう方向に作用する。したがって、トップリング89がシリンダボア14Aとトップリング溝83の側面83Cに押し当てられる。このようにして、本実施形態においても、上記第1実施形態における(1)〜(5)と同様の効果を奏することができる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態においては、以下のように適宜変更するようにしてもよい。
・上記第1〜第5の各実施形態においては、ピストンが1つの連通路を備えるようにしているが、例えば図9に示すように、ピストン100が、同ピストン100における吸気バルブリセス104が形成される領域に、複数の連通路105を備えるようにしてもよい。なお、この場合、複数の連通路105のそれぞれは、例えば、上記各実施形態の何れかの連通路と同様の態様で設けるようにする。また、第6実施形態においては、ピストンにピストン径方向に配列される一組の連通路を設けるようにしたが、ピストンに、第6実施形態の連通路と同様の連通路を複数組設けるようにしてもよい。
なお、上記各実施形態においては、以下のように適宜変更するようにしてもよい。
・上記第1〜第5の各実施形態においては、ピストンが1つの連通路を備えるようにしているが、例えば図9に示すように、ピストン100が、同ピストン100における吸気バルブリセス104が形成される領域に、複数の連通路105を備えるようにしてもよい。なお、この場合、複数の連通路105のそれぞれは、例えば、上記各実施形態の何れかの連通路と同様の態様で設けるようにする。また、第6実施形態においては、ピストンにピストン径方向に配列される一組の連通路を設けるようにしたが、ピストンに、第6実施形態の連通路と同様の連通路を複数組設けるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、ピストンが、ピストン頂面とトップリング溝とを連通する連通路を備えている。しかしながら、ピストン頂面とトップリング溝とを連通する連通路に加えて、又はピストン頂面とトップリング溝とを連通する連通路に代えて、ピストンにピストン頂面とセカンドリング溝又はオイルリング溝とを連通させる連通路を設けるようにしてもよい。なお、この場合、これらの連通路を上記各実施形態の何れかの連通路と同様の構成とすることで、セカンドリングやオイルリングのねじれを抑制することができる。なお、ピストンのリング溝は、3つでなくてもよく、このような場合も、ピストンに形成されるリング溝とピストン頂面とを連通する連通路を、上記各実施形態のいずれかと同様の態様で形成するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、ピストン頂面に2つの吸気バルブリセス、2つの排気バルブリセス及びスキッシュ部が設けられていたが、ピストン頂面の形状はこうした形状に限定されない。例えば、吸気バルブリセスや排気バルブリセスの個数は、各シリンダに対応して設けられる吸気バルブや排気バルブの個数に対応していればよく、その個数は2つに限定されない。また、ピストン頂面に吸気バルブリセス、排気バルブリセス及びスキッシュ部が設けられていない構成であってもよい。このような場合であっても、異常燃焼時に吸気バルブ側の圧力が局所的に高くなる内燃機関においては、上記各実施形態の何れかと同様の連通路が吸気バルブ側に設けられていればよい。また、連通路がピストンにおける吸気バルブ側の領域に位置するものに限定されず、内燃機関によって燃焼室内における燃焼ガスの圧力が局所的に高くなる部位側に上記各実施形態の何れかと同様の連通路が吸気バルブ側に設けられていればよい。また、内燃機関は筒内噴射式のガソリン機関に限定されず、ポート噴射式のガソリン機関であってもよい。
・上記各実施形態における連通路は、リング溝に開口している開口部の少なくとも一部が、ピストンリングがリング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置していればよく、その具体的な形状は、上記例示した形状に特に限定されない。また、上記各実施形態に例示した通路形状などを適宜組み合わせるようにしてもよい。
10…内燃機関、11…吸気通路、12…スロットルバルブ、13…燃料噴射弁、14…シリンダ、14A…シリンダボア、15…燃焼室、16…シリンダヘッド、17…点火プラグ、18…クランクシャフト、19…排気通路、21…吸気バルブ、22…排気バルブ、25…過給機、26…コンプレッサ、26A…コンプレッサホイール、27…タービン、27A…タービンホイール、28…バイパス通路、29…ウエイストゲートバルブ、30,50,60,70,80,90,100…ピストン、31,53,63,73,83,93…トップリング溝、31A,53A,63A,73A,83A,93A…底面、31B,31C,53B,53C,63B,63C,73B,73C,83B,83C,93B,93C側面、32…セカンドリング溝、33…オイルリング溝、34,51,61,71,81,91…ピストン頂面、35,104…吸気バルブリセス、36…排気バルブリセス、37,52,62,72,82,92…スキッシュ部、41,59,69,79,89,99…トップリング、41A,59A,69A,79A,89A,99A…内周面、42…セカンドリング、43…オイルリング、44,54,64,74,84,94,95,105…連通路、45,55,65,75,85,94A,95A…頂面側開口部、46,56,66,76,86,94B,95B…溝側開口部、47,67,87,97…通路壁、47A,67A,87A,97A…傾斜面。
Claims (9)
- ピストン頂面とピストンリングが収容されるリング溝とを連通する連通路を備えたピストンであり、
前記連通路の前記リング溝に開口している開口部の少なくとも一部が、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向内側に位置しているピストン。 - 前記開口部の少なくとも一部が、前記リング溝の底面に位置している請求項1に記載のピストン。
- 前記連通路の通路壁のうち、前記リング溝の底面に接続する部位が、前記ピストン頂面から離間するほどピストン中心軸から離間するように傾斜している請求項2に記載のピストン。
- 前記連通路の通路壁のうち、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン中心軸側に位置し、且つ前記リング溝に接続する部位が、前記リング溝に近づくほどピストン中心軸から離間するように傾斜している請求項1又は請求項2に記載のピストン。
- 前記開口部の一部が、前記ピストンリングが前記リング溝に収容された場合に同ピストンリングの内周面が位置することになる部位よりもピストン径方向外側に位置している請求項1〜4の何れか1項に記載のピストン。
- ピストン頂面には、ピストン中心軸を通る直線によって分けられる2つの領域のうち、一方の領域に吸気バルブリセスが形成され、他方の領域に排気バルブリセスが形成されており、
前記連通路が、前記吸気バルブリセスが形成されている領域に位置している請求項1〜5のいずれか1項に記載のピストン。 - ピストン頂面には複数の吸気バルブリセスが形成されており、
前記連通路がピストン頂面に開口している開口部は、隣接する吸気バルブリセスの間に形成されたスキッシュ部に位置している請求項1〜6のいずれか1項に記載のピストン。 - リング溝を複数備え、
前記連通路が、ピストン頂面と、ピストン頂面に最も近いリング溝とを連通している請求項1〜7のいずれか1項に記載のピストン。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載のピストンを備える内燃機関。
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JP2020106031A (ja) * | 2014-06-06 | 2020-07-09 | エーアイ アルパイン ユーエス ビドゥコ インコーポレイテッド | レシプロエンジン用のピストンアセンブリ |
-
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