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公開番号2022098177
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-07-01
出願番号2020211570
出願日2020-12-21
発明の名称ピストンおよびその製造方法
出願人マツダ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類F02F 3/00 20060101AFI20220624BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】広域での振動低減を図りながら特定の周波数での共振を抑制することが可能なピストンを提供する。
【解決手段】ピストン1は、エンジンEのシリンダ2内に往復動可能に収容されかつコンロッド9を介してクランクシャフト8に連結される。ピストン1は、ピストン本体20と、ピストン本体20の内部に形成された空洞部30内に配置され、所定の周波数においてピストン本体20と逆位相に振動する特性を有する動吸振器50と、空洞部30内に封入され、ピストン本体20の往復動時に摩擦熱を発生可能な粉体60とを備える。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項1】
エンジンのシリンダ内に往復動可能に収容されかつコンロッドを介してクランクシャフトに連結されるピストンであって、
ピストン本体と、
前記ピストン本体の内部に形成された空洞部内に配置され、所定の周波数において前記ピストン本体と逆位相に振動する特性を有する動吸振器と、
前記空洞部内に封入され、前記ピストン本体の往復動時に摩擦熱を発生可能な粉体とを備えた、ことを特徴とするピストン。
続きを表示(約 870 文字)【請求項2】
請求項1に記載のピストンにおいて、
前記動吸振器は、前記空洞部内に配置された質量体と、当該質量体を前記空洞部の壁面に結合する支持部とを有し、
前記支持部は、前記質量体が前記シリンダの軸方向に振動可能なように前記質量体を弾性的に支持している、ことを特徴とするピストン。
【請求項3】
請求項2に記載のピストンにおいて、
前記質量体は、前記ピストン本体よりも密度の高い金属材料により構成されている、ことを特徴とするピストン。
【請求項4】
請求項3に記載のピストンにおいて、
前記ピストン本体は、前記シリンダの軸方向と直交する所定方向に延びるピストンピンを介して前記コンロッドの小端部と結合され、
前記支持部は、前記質量体から前記所定方向の一方側および他方側に延びて前記空洞部の壁面に固着される一対の脚部を有し、
一対の前記脚部は、前記質量体と一体の金属材料により構成されている、ことを特徴とするピストン。
【請求項5】
ピストン本体と、当該ピストン本体の空洞部内に振動可能に支持された動吸振器と、前記空洞部内に封入された粉体とを備えたピストンを製造する方法であって、
前記ピストン本体の形状に対応した成形空間を有する鋳型と、前記空洞部に対応した形状を有する中子と、当該中子に包み込まれた前記動吸振器とを準備する工程と、
準備した前記中子および前記動吸振器を前記鋳型にセットする工程と、
前記中子および動吸振器がセットされた前記鋳型の成形空間に金属の溶湯を流し込んで前記ピストン本体を成形する工程と、
前記鋳型から前記ピストン本体を取り出すとともに、前記ピストン本体から前記空洞部に通じる開口を通じて前記中子を除去する工程と、
前記中子が除去された前記ピストン本体の空洞部に前記開口を通じて前記粉体を導入し、その後に前記開口を密閉する工程とを含む、ことを特徴とするピストンの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンのシリンダ内に往復動可能に収容されかつコンロッドを介してクランクシャフトに連結されるピストンおよびその製造方法に関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
シリンダ内に往復動可能に収容されるピストンを備えたエンジン(レシプロエンジン)では、燃焼圧力を起振力とした振動がピストンからコンロッドを介してクランクシャフトに伝達され、さらにクランクシャフトの振動が軸受部等を介してシリンダブロック等の筐体に伝達される。エンジンが車載用エンジンである場合において、シリンダブロック等の筐体に大きな振動が生じると、その振動は車両に伝達されて車両の乗り心地を悪化させる。特に、近年のエンジンでは、熱効率の一層の向上を目的として、高圧縮比化やピストン等の部品の軽量化が図られているため、燃焼圧力に起因したエンジンの振動が増大し易くなっている。このため、車両の乗り心地を良好に維持する等の観点から、エンジンの振動低減を図るためのより有効な対策が求められている。
【0003】
例えば、下記特許文献1には、ピストンとコンロッドの小端部とを連結する中空のピストンピンの内部にピンダンパを設けることが開示されている。ピンダンパは、ピストンピンの内部に圧入された固定部と、ピストンピンの内径よりも小さい外形を有する可動部と、可動部を固定部に対し径方向に振動可能に支持する支持部とを有している。このような構造のピンダンパは、ピストンの共振およびこれに基づくエンジンの振動を低減する機能を発揮するとされている。
【0004】
上記のようにピストンにピンダンパが追加された特許文献1では、ピンダンパの分だけピストンの重量が増加するため、軽量化による熱効率の向上効果が減損されかねない。そこで、例えば下記特許文献2に開示される吸振技術をピストンに適用することが提案される。
【0005】
具体的に、下記特許文献2には、エンジンのタイミングプーリに空洞部を形成し、形成した空洞部内に粉状体を配置することが開示されている。粉状体は、タイミングプーリの回転時に摩擦(粒子間の摩擦もしくは各粒子と空洞部の壁面との摩擦)による熱を発生させ、タイミングプーリの振動エネルギーを熱エネルギーに変換することで振動を抑制する。そこで、これと同様の方法をピストンに適用し、ピストンの内部に形成した空洞部に粉状体を配置することが提案される。このようにすれば、重量の増分を少なくしながら、ピストンにおいて発生し得る比較的広い周波数範囲の振動を抑制できると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2015-161322号公報
特開平6-288463号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特許文献2を応用した後者の方法、つまりピストン内部の空洞部に粉状体を配置する方法では、比較的広い周波数範囲での振動低減効果は得られるものの、特定の周波数で生じるピストンの共振を十分に抑制することができない。特に、熱効率向上のために高圧縮比されたエンジンでは、燃焼圧力の増大によって共振のレベルが高まる傾向にある。このため、熱効率を向上しつつエンジンの低振動化を図るには、燃焼圧力に起因した共振を十分に抑制することが求められる。
【0008】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、広域での振動低減を図りながら特定の周波数での共振を十分に抑制することが可能なピストンおよびその製造方法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】
【0009】
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンのシリンダ内に往復動可能に収容されかつコンロッドを介してクランクシャフトに連結されるピストンであって、ピストン本体と、前記ピストン本体の内部に形成された空洞部内に配置され、所定の周波数において前記ピストン本体と逆位相に振動する特性を有する動吸振器と、前記空洞部内に封入され、前記ピストン本体の往復動時に摩擦熱を発生可能な粉体とを備えた、ことを特徴とするものである(請求項1)。
【0010】
ピストン本体と、コンロッドのピストン本体側の端部(小端部)と、当該端部をピストン本体に結合する部品(例えばピストンピン)とを含む構造体をピストン構造体としたとき、このピストン構造体は、ピストン本体が往復動するエンジンの稼働時に、コンロッドのクランクシャフト側の端部(大端部)に対し振動し、その振動レベルは特定の共振周波数において極大化する性質がある(共振現象)。ピストン構造体の共振が起きると、比較的大きな振動がクランクシャフト等を通じてエンジンの筐体(シリンダブロック等)に伝達され、エンジン全体に不快な振動が生じる可能性がある。これに対し、本発明では、所定の周波数においてピストン本体と逆位相に振動することが可能な動吸振器がピストン本体の空洞部内に配置されるので、当該所定の周波数を上述した共振周波数に略一致させることにより、動吸振器によるダイナミックダンパ効果を効果的に発揮させることができ、ピストン構造体の共振を十分に抑制することができる。
(【0011】以降は省略されています)

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