JP6020057B2 - エンジンのピストン構造 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンとコンロッドの小端部とをピストンピンにより連結するようにしたエンジンのピストン構造に関する技術分野に属する。

一般に、自動車等の車両に搭載されたエンジンでは、ピストンとコンロッドの小端部とがピストンピンにより連結されている。具体的には、コンロッドの小端部に形成されたピン挿通孔にピストンピンが挿通されて、コンロッドの小端部はピストンピンの中心軸方向の中央部に位置する。ピストンの裏面（頂面と反対側の面）におけるピストンピン中心軸方向の両端部には、２つのボス部がコンロッドの小端部を挟むように形成され、これら２つのボス部には、ピストンピンの中心軸方向の両端部が挿入されて該両端部を支持するピン支持孔がそれぞれ形成されている（例えば、特許文献１参照）。

上記エンジンでは、該エンジンの基本構造で決まる共振により燃焼騒音が生じることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、エンジン音が１．７ｋＨｚ、３．３ｋＨｚ、６ｋＨｚの３つのピークを持ち、そのうちの１つのピーク（３．３ｋＨｚ）が、コンロッドの伸縮共振によるものであり、その共振の振幅低減の余地が殆どないとされている。

特開２００４−３５３５００号公報

大塚 雅也，「ディーゼル燃焼騒音のエンジン構造での低減方法」，自動車技術会学術講演会前刷集 Ｎｏ．３６−０５，社団法人 自動車技術会，２００５年５月，ｐ７−１０

本発明者らは、ピストン及びコンロッドのバネマスモデルについて鋭意研究を重ね、その結果、以下のようなことが判明した。

ピストン及びコンロッドのバネマスモデルにおいて、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が全体として、質点（質量をＭ（単位ｋｇ）とする）に相当し、コンロッドにおける小端部と大端部とを連結する連結部が、上記質点を該大端部に対して支持するバネ（バネ定数をＫ（単位Ｎ／ｍ）とする）に相当する。これにより、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体であるとすると、これらが一体でコンロッドの大端部に対して（１／２π）・（Ｋ／Ｍ）^１／２Ｈｚの共振周波数（例えば、３ｋＨｚ〜４ｋＨｚ）で共振することになる。この共振は、上記非特許文献１で言うところのコンロッドの伸縮共振に相当する。

ところで、ピストンピンとコンロッドのピン挿通孔との間には、潤滑油膜が形成される。この潤滑油膜は、ピストンピンとコンロッドの小端部とを連結するバネに相当する。また、ピストンピンをボス部及びコンロッドの小端部の双方に対して回動可能とするフルフロート式の組付方式が採用された場合には、ピストンピンとコンロッドのピン挿通孔との間に加えて、ピストンピンとピストンのボス部のピン支持孔との間にも、潤滑油膜が形成される。この潤滑油膜は、ピストンピンとピストンとを連結するバネに相当する。

ピストンピンとコンロッドのピン挿通孔との間の潤滑油膜（フルフロート式では、該潤滑油膜、及び、ピストンピンとピストンのボス部のピン支持孔との間の潤滑油膜）が存在すれば、ピストンは、コンロッドの小端部に対してバネを介して支持されることとなり、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体でコンロッドの大端部に対して共振するようなことはない。燃焼行程（膨張行程）以外では、ピストンが大きな力で押圧されないため、上記潤滑油膜が存在し、よって、上記共振は生じない。

一方、燃焼行程では、ピストンが大きな力で押圧されるため、上記潤滑油膜が無くなり、この結果、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体となってコンロッドの大端部に対して共振することになる。

以上の観点から、燃焼行程でピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体となるので、その共振を抑制する（共振周波数における振動を低減する）ために、動吸振器を利用することが考えられる。しかし、動吸振器を単純に設けるだけでは、燃焼行程で上記共振による騒音を低減できても、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体とならない他の行程で、動吸振器の振動により騒音が増大してしまう。

本発明の目的とするところは、燃焼行程においてピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体でコンロッドの大端部に対して共振するのを抑制するとともに、他の行程において騒音が増大するのを抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンのピストン構造として、シリンダ内で往復動するピストンと、小端部が上記ピストンと連結されかつ大端部がクランクシャフトと連結されるコンロッドと、上記ピストンと上記コンロッドの小端部とを連結するピストンピンと、上記ピストンにおける上記ピストンピンを挟む２つのスカート部の内側にそれぞれ設けられ、燃焼行程において上記ピストン、上記ピストンピン及び上記コンロッドの小端部が一体で上記コンロッドの大端部に対して共振するのを抑制する動吸振器とを備え、上記各動吸振器は、上記ピストンに固定される固定部と、該固定部から上記ピストンピンの中心軸方向に延びる梁部とで構成されている、という構成とした。

上記の構成により、燃焼行程で、ピストンピンとコンロッドとの間の潤滑油膜（フルフロート式では、該潤滑油膜、及び、ピストンピンとピストンとの間の潤滑油膜）が無くなって、ピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体となった場合、動吸振器により、それらが一体で共振するのを抑制することができる。また、動吸振器がピストンに設けられているので、ピストンピンとコンロッドとの間（フルフロート式では、ピストンピンとコンロッドとの間、及び、ピストンピンとピストンとの間）に潤滑油膜が存在する場合、つまり吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、この潤滑油膜（バネ）により、動吸振器の振動がコンロッドに伝わることはなく、その振動により騒音が増大するようなことはない。また、動吸振器がピストンにおけるピストンピンを挟む２つのスカート部の内側にそれぞれ設けられているので、通常はデッドスペースとなっているスカート部内側のスペースを有効に利用することができて、ピストンが大きくならずに済むとともに、ピストンピンを挟む両側の重量バランスを容易にとることができる。

また、上記各動吸振器は、上記ピストンに固定される固定部と、該固定部から上記ピストンピンの中心軸方向に延びる梁部とで構成されていることにより、梁部が、固定部に対して梁部の長さ方向と垂直な方向に振動することで、上記共振を抑制することができる。したがって、動吸振器を、簡単に構成することができるとともに、ピストンのスカート部内側に容易に設けることができる。

上記エンジンのピストン構造において、上記２つの動吸振器における梁部の質量が略同じであり、上記２つの動吸振器のバネ定数が互いに異なる、ことが好ましい。

このことで、ピストンピンを挟む両側の重量バランスをとりながら、共振周波数を含む比較的広い範囲の周波数領域で振動を低減することができる。また、動吸振器の製造誤差により、共振の抑制効果が不十分になる可能性があるが、２つの動吸振器のバネ定数を互いに異ならせておけば、共振周波数を含む比較的広い範囲の周波数領域で振動を低減することができるので、動吸振器の製造誤差が生じても、共振の抑制効果が十分に得られるようになる。

以上説明したように、本発明のエンジンのピストン構造によると、ピストンにおけるピストンピンを挟む２つのスカート部の内側に動吸振器をそれぞれ設け、該各動吸振器を、上記ピストンに固定される固定部と、該固定部から上記ピストンピンの中心軸方向に延びる梁部とで構成したことにより、燃焼行程においてピストン、ピストンピン及びコンロッドの小端部が一体でコンロッドの大端部に対して共振するのを抑制することができ、その共振による騒音を低減することができるとともに、動吸振器の振動により他の行程で騒音が増大するのを抑制することができる。また、動吸振器を、簡単に構成することができるとともに、ピストンのスカート部内側に容易に設けることができる。

本発明の実施形態に係るピストン構造が採用されたエンジンのピストン及びコンロッドを示す図である。 図１のII−II線断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 ピストン及びコンロッドのバネマスモデルを示す図である。 （ａ）は、動吸振器を設けない場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）〜（ｈ）は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の梁部の質量を、それぞれ、０．０２ｋｇ、０．０４ｋｇ、０．０６ｋｇ、０．０８ｋｇ、０．１０ｋｇ、０．１５ｋｇ、０．２０ｋｇとした場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を示すグラフである。 梁部の質量とピストンの自己イナータンスの最大値との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｆ）は、一方の動吸振器のバネ定数に対する他方の動吸振器のバネ定数の比率Ｃを、それぞれ、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４，１．５とした場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を示すグラフである。 （ａ）〜（ｅ）は、上記比率Ｃを、それぞれ、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０とした場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を示すグラフである。 一方の動吸振器のバネ定数に対する他方の動吸振器のバネ定数の比率Ｃの値と、ピストンの自己イナータンスの最大値との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明の実施形態に係るピストン構造が採用されたエンジンのピストン１及びコンロッド１０を示す。このピストン１は、気筒サイクル（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程（膨張行程）及び排気行程）を繰り返すことで、シリンダ（気筒）内でシリンダ軸心方向（上下方向に一致）に往復動するようになっている。

上記ピストン１は、ピストンピン２を介して、コンロッド１０の一端部である小端部１０ａと連結されている。このコンロッド１０の他端部である大端部１０ｂは、不図示のクランクシャフトと連結されている。コンロッド１０の小端部１０ａと大端部１０ｂとは、連結部１０ｃによって連結されている。上記ピストン１の往復動は、コンロッド１０を介して上記クランクシャフトに伝達されて該クランクシャフトが回転する。ピストンピン２の中心軸方向（図１の紙面に垂直な方向、図２の上下方向、図３の左右方向）は、上記クランクシャフトの軸方向と一致している。

コンロッド１０の小端部１０ａには、ピストンピン２が挿通されるピン挿通孔１０ｄが形成され、コンロッド１０の大端部１０ｂには、上記クランクシャフトが挿通されるシャフト挿通孔１０ｅが形成されている。尚、図１では省略しているが、コンロッド１０の大端部１０ｂは、連結部１０ｃの長手方向において、シャフト挿通孔１０ｅの中央で２分割構成とされている。

コンロッド１０の小端部１０ａにおけるピン挿通孔１０ｄにピストンピン２が挿通されて、コンロッド１０の小端部１０ａは、ピストンピン２の中心軸方向の中央部に位置している。また、コンロッド１０の小端部１０ａは、ピストンピン２の中心軸方向において、ピストン１の中央に位置している。

ピストンピン２は、コンロッド１０のピン挿通孔１０ｄに対して回動可能に挿通されている。尚、コンロッド１０のピン挿通孔１０ｄの内周面には、ブッシュ１１が固定されており、厳密には、このブッシュ１１に対してピストンピン２が回動可能に挿通されていることになる。

ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄ（詳しくはブッシュ１１）との間には、上記エンジンにおいて循環されている潤滑油が供給されることによって潤滑油膜が形成され、この潤滑油膜と上記ブッシュ１１とによって、ピストンピン２が、コンロッド１０のピン挿通孔１０ｄに対してスムーズに回動することになる。

ピストン１の頂面には、キャビティ１ａが形成され、ピストン１におけるピストンピン２よりも上側の外周面には、複数（本実施形態では、３つ）の円環状のピストンリング１ｂが嵌められている。

ピストン１の裏面（頂面とは反対側の面）におけるピストンピン２中心軸方向の両端部には、２つのボス部１ｃがコンロッド１０の小端部１０ａを挟むように上記クランクシャフト側に膨出形成されている。これら２つのボス部１ｃには、ピストンピン２の中心軸方向に延びるピン支持孔１ｄがそれぞれ形成されている。２つのボス部１ｃのピン支持孔１ｄに、ピストンピン２の中心軸方向の両端部がそれぞれ挿入されて支持されている。

本実施形態では、ピストンピン２の組付方式としてフルフロート式が採用されている。すなわち、ピストンピン２は、コンロッド１０のピン挿通孔１０ｄに対して回動可能であるとともに、ピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄに対しても回動可能とされている。

ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間と同様に、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄとの間にも潤滑油膜が形成され、この潤滑油膜によって、ピストンピン２が、ピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄに対してスムーズに回動することになる。

２つのボス部１ｃのピン支持孔１ｄにおけるピストン１外周面側の端部には、スナップリング１ｅがそれぞれ挿入固定されており、これら２つのスナップリング１ｅが、ピストンピン２の中心軸方向の両端面にそれぞれ接するように位置して、ピストンピン２の中心軸方向の移動を規制している。

本実施形態では、上記ピストンピン２は断面中空であり、ピストンピン２の中心部に、ピストンピン２の中心軸方向に延びる貫通孔２ａが形成されている。尚、ピストンピン２は、断面中空のものに限らず、中実のものであってもよい。

ピストン１の裏面においてピストンピン２の中心軸方向と垂直なピストン径方向の両側には、スカート部１ｆがそれぞれ設けられている。これら２つのスカート部１ｆは、ピストンピン２を、該ピストンピン２の中心軸方向と垂直なピストン径方向に挟む両側にそれぞれ位置して、ピストン１の中心軸方向（シリンダ軸心方向）から見て、ピストン１の径方向外側に膨らむように円弧状をなしていて、２つのボス１ｃ同士を連結している。

上記ピストン１における２つのスカート部１ｆの内側には、ピストンピン２の中心軸方向に延びかつ下側に開放された空間１ｇがそれぞれ形成されている。これら２つの空間１ｇ内には、燃焼行程においてピストン１、ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ａが一体でコンロッド１０の大端部１０ａに対して共振するのを抑制する２つの動吸振器２０がそれぞれ配設されている。

ここで、ピストン１及びコンロッド１０のバネマスモデルは、図４のようになる。すなわち、ピストン１、ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ａが全体として、質点（質量をＭ（単位ｋｇ）とする）に相当し、コンロッド１０の連結部１０ｃが、上記質点をコンロッド１０の大端部１０ｂに対して支持するバネ（バネ定数をＫ（単位Ｎ／ｍ）とする）に相当する。

燃焼行程では、ピストン１が大きな力で押圧されるため、ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとを連結するバネ）、及び、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とピストン１とを連結するバネ）は共に無くなり、この結果、ピストン１、ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ｄが一体となる。これにより、ピストン１、ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ａが一体でコンロッド１０の大端部１０ｂに対して、（１／２π）・（Ｋ／Ｍ）^１／２Ｈｚの共振周波数で共振することになる。

この共振を抑制する（共振周波数における振動を低減する）ために、ピストン１における２つのスカート部１ｆの内側の空間１ｇに上記２つの動吸振器２０がそれぞれ設けられる。

図２及び図３に示すように、各動吸振器２０は、上記ピストン１に固定される固定部２０ａと、該固定部２０ａからピストンピン２の中心軸方向に延びる、断面矩形状の梁部２０ｂとで構成されている。本実施形態では、互いにピストンピン２の中心軸方向に離れた位置に位置する２つの固定部に、梁部２０ｂの長さ方向両端が接続されている。すなわち、梁部２０ｂは、固定部２０ａ（つまりピストン１）に両持ち梁状に支持されている。２つの固定部２０ａ及び梁部２０ｂは一体形成されたものであり、各固定部２０ａは梁部２ｂと同じ断面形状を有している。

尚、梁部２０ｂは、固定部２０ａ（ピストン１）に片持ち梁状に支持されるようにしてもよい。この片持ち梁状の支持の場合、一方の動吸振器２０の固定部２０ａが、ピストンピン２の中心軸方向の一方側に位置し、他方の動吸振器２０の固定部２０ａが、ピストンピン２の中心軸方向の他方側又は上記一方側に位置するようにすればよい。

ピストン１の裏面における各スカート部１ｆの内側部分には、各動吸振器２０の２つの固定部２０ａがそれぞれ取付固定される２つの台座部１ｈが下側に突出形成されている。これら２つの台座部１ｈは、ピストン１の裏面におけるスカート部１ｆの内側部分において互いにピストンピン２の中心軸方向に離れた位置に設けられている。これら２つの台座部１ｈの下面に、各動吸振器２０の２つの固定部２０ａがボルト２５によりそれぞれ取付固定される。

各動吸振器２０の梁部２０ｂは、質量ｍ（単位ｋｇ）の質点及びバネ定数ｋ（単位Ｎ／ｍ）のバネに相当し、上記共振を抑制するためには、基本的には、ｋ／ｍの値をＫ／Ｍと略同じになるようにすればよい。このようなｋ／ｍの値が得られるように、梁部２０ｂの材料、長さ、幅及び厚みを設定する。尚、共振周波数以外の周波数で振動が大きくなってもよい場合には、ｋ／ｍの値がＫ／Ｍと略同じである必要はない。

本実施形態では、各動吸振器２０の梁部２０ｂは、ピストン１の中心軸方向（シリンダ軸心方向）から見て、梁部２０ｂの長さ方向中央部が両端に対してピストン１の径方向外側に突出するように湾曲しているが、基本的には、ピストンピン２の中心軸方向に延びていると言える。このように梁部２０ｂを湾曲させるのは、梁部２０ｂの長さを長くして、その長さを調整し易くするためである。梁部２０ｂの長さによっては、梁部２０ｂが、ピストンピン２の中心軸方向に直線状に延びていてもよい。

２つの動吸振器２０の梁部２０ｂの重心位置は、ピストン１の中心軸を含みかつピストンピン２の中心軸に対して垂直な平面上に位置するとともに、ピストン１の中心軸及びピストンピン２の中心軸を共に含む平面に対して互いに略対称な位置に位置している。また、２つの動吸振器２０の梁部２０ｂの質量は略同じである。これにより、ピストンピン２を挟む両側の重量バランスと、ピストン１の中心軸を含みかつピストンピン２の中心軸に対して垂直な平面に対する両側の重量バランスとを容易にとることができる。

２つの動吸振器２０の梁部２０ｂの質量を略同じにして、２つの動吸振器２０のバネ定数（梁部２０ｂの長さ方向と垂直な方向（特に梁部２０ｂの厚み方向）のバネ定数）を、互いに異ならせることが好ましい。これは、共振周波数における振動だけでなく、共振周波数を含む比較的広い範囲の周波数領域で振動を低減することができるからである。２つの動吸振器２０のバネ定数を互いに異ならせるには、２つの動吸振器２０における梁部２０ｃの材料、長さ、幅又は厚みを互いに異ならせればよい。尚、２つの動吸振器２０のバネ定数を略同じにしてもよい。

２つの動吸振器２０のバネ定数を互いに異ならせる場合、例えば、一方の動吸振器２０のバネ定数を、ｋ／ｍの値がＫ／Ｍと略同じになるように設定し、他方の動吸振器２０のバネ定数を、一方の動吸振器２０のバネ定数よりも大きくするか又は小さくする。

動吸振器２０の梁部２０ｂは、断面矩形状のものに限らず、どのような断面形状であってもよい。また、動吸振器２０は、上記共振を抑制できるものであれば、どのような形態であってもよい。

上記のように、燃焼行程では、ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとを連結するバネ）、及び、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とピストン１とを連結するバネ）は共に無くなり、この結果、ピストン１、ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ｄが一体となって大端部１０ｂに対して共振しようとする。しかし、本実施形態では、ピストン１に設けられた動吸振器２０の梁部２０ｂが、梁部２０ｂの長さ方向と垂直な方向（特に、梁部２０ｂの厚み方向である、ピストン１の中心軸方向）に振動することにより、その共振が抑制され、共振による騒音を低減することができる。

一方、吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間、及び、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄとの間に、それぞれ潤滑油膜が存在する。この結果、上記燃焼行程で生じるような共振は生じない。仮に動吸振器２０がコンロッド１０の小端部１０ａに設けられていたとすると、燃焼行程では上記共振を抑制することができるものの、共振が生じない吸気行程、圧縮行程及び排気行程においても、動吸振器２０が振動する。このため、吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、動吸振器２０の振動により、却って騒音が大きくなってしまう。しかし、本実施形態では、動吸振器２０がピストン１に設けられているので、吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとを連結するバネ）、及び、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｃのピン支持孔１ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン２とピストン１とを連結するバネ）により、動吸振器２０の振動がコンロッド１０に伝わることはなく、その振動により騒音が増大するようなことはない。また、ピストン１におけるスカート部１ｆの内側の空間１ｇに動吸振器２０を設けることで、通常はデッドスペースとなっているスカート部内側のスペースを有効に利用することができて、ピストン１が大きくならずに済む。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

ここで、上記実施形態と同様の構成の２つの動吸振器を、ピストンにおける２つのスカート部の内側空間にそれぞれ設けて、該動吸振器による共振の抑制効果を調べる試験を行った。上記エンジンにおいて動吸振器を設けない場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンス（ピストンに１Ｎの荷重を付加したときのピストンの振動の加速度）の周波数特性は、図５（ａ）のようになっており、共振周波数が約３５００Ｈｚとなっている。

上記２つの動吸振器の梁部の質量ｍを同じにしながら、その各梁部の幅及び厚みを変化させることで、各梁部の質量ｍを、０．０２ｋｇ、０．０４ｋｇ、０．０６ｋｇ、０．０８ｋｇ、０．１０ｋｇ、０．１５ｋｇ、０．２０ｋｇと変化させて、それぞれの質量で、ピストンの自己イナータンスの周波数特性を調べた。このとき、２つの動吸振器のバネ定数ｋは同じであるが、質量ｍが大きくなるに連れて、ｋの値を大きくしている。ここでは、ｋ／ｍの値は、質量ｍが大きくなるに連れて大きくなっている。

上記試験の結果を、図５（ｂ）〜（ｈ）に示す。図５（ｂ）〜（ｈ）は、２つの動吸振器の梁部の質量を、それぞれ０．０２ｋｇ、０．０４ｋｇ、０．０６ｋｇ、０．０８ｋｇ、０．１０ｋｇ、０．１５ｋｇ、０．２０ｋｇとした場合の燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を示す。図５（ｂ）〜（ｈ）の破線のグラフは、図５（ａ）の動吸振器を設けない場合のものである。また、図６に、梁部の質量（図５（ａ）の動吸振器を設けない場合は、梁部の質量を０としている）と、ピストンの自己イナータンスの最大値との関係を示す。

図５及び図６より、ピストンの自己イナータンスの最大値は、梁部の質量ｍを所定値（上記試験の場合、例えば０．０２ｋｇ）以上とすれば、低い値で安定し、共振の抑制効果が十分に得られることが分かる。すなわち、梁部の質量は、該質量に対してバネ定数を適切に設定できれば、いくらでもよいが、梁部の質量が上記所定値よりも小さいと、動吸振器の製造誤差の影響を受けて、共振の抑制効果が不十分になる可能性がある。したがって、梁部の質量は、動吸振器の製造誤差の影響を受け難いように、上記所定値以上とすればよい。但し、梁部の質量が大きすぎると、動吸振器をピストンに設けることが困難になるとともにピストンが動吸振器によって重くなるので、上記所定値に近い値であることが好ましい。

次に、２つの動吸振器の梁部の質量を共に０．０２５ｋｇと一定にしながら、２つの動吸振器のバネ定数（梁部の厚み方向のバネ定数）を互いに異ならせた。一方の動吸振器のバネ定数に対する、他方の動吸振器のバネ定数の比率Ｃを、１．０から２．０まで０．１刻みで変化させた。各比率Ｃ毎に、燃焼行程におけるピストンの自己イナータンスの周波数特性を調べた。

この結果を、図７（ａ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｅ）に示す。図７（ａ）は、Ｃ＝１．０とした場合のものであって、２つの動吸振器のバネ定数は同じである。図７（ｂ）〜（ｆ）は、上記比率Ｃの値を、それぞれ、１．１、１．２、１．３、１．４，１．５とした場合のものであり、図８（ａ）〜（ｅ）は、上記比率Ｃの値を、それぞれ、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０とした場合のものである。図７（ａ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｅ）の破線のグラフは、図５（ａ）の動吸振器を設けない場合のものである。また、図９に、上記比率Ｃの値とピストンの自己イナータンスの最大値との関係を実線で示す。図９の一点鎖線のラインは、図５（ａ）の動吸振器を設けない場合におけるピストンの自己イナータンスの最大値を示すラインである。

図７及び図８より、上記比率Ｃの値を大きくしていくことで、２つの動吸振器のバネ定数が同じである場合に比べて広い範囲の周波数領域（共振周波数を含む）で振動を低減できることが分かる。但し、図７〜図９より、上記比率Ｃの値を大きくしすぎると、共振周波数における振動の低減効果が低くなることが分かる。したがって、上記比率Ｃの値としては、共振周波数における振動を大きく低減しながら出来る限り広い範囲の周波数領域で振動を低減できるような所定範囲（例えば１．１〜１．３）内とすることが好ましい。尚、動吸振器を設けない場合（破線のグラフ）よりも振動が低減する上記周波数領域の外側では、動吸振器を設けない場合よりも振動が大きくなっているが、その大きさ自体がかなり小さいので、騒音として問題にはならない。

このように２つの動吸振器のバネ定数を互いに異ならせれば、共振周波数を含む比較的広い範囲の周波数領域で振動を低減することができるので、動吸振器の製造誤差が生じても、共振の抑制効果が十分に得られるようになる。

本発明は、ピストンとコンロッドの小端部とをピストンピンにより連結するようにしたエンジンのピストン構造に有用である。

１ ピストン
１ｆ スカート部
２ ピストンピン
１０ コンロッド
１０ａ 小端部
１０ｂ 大端部
２０ 動吸振器
２０ａ 固定部
２０ｂ 梁部

Claims (2)

1. シリンダ内で往復動するピストンと、
   小端部が上記ピストンと連結されかつ大端部がクランクシャフトと連結されるコンロッドと、
   上記ピストンと上記コンロッドの小端部とを連結するピストンピンと、
   上記ピストンにおける上記ピストンピンを挟む２つのスカート部の内側にそれぞれ設けられ、燃焼行程において上記ピストン、上記ピストンピン及び上記コンロッドの小端部が一体で上記コンロッドの大端部に対して共振するのを抑制する動吸振器とを備え、
   上記各動吸振器は、上記ピストンに固定される固定部と、該固定部から上記ピストンピンの中心軸方向に延びる梁部とで構成されていることを特徴とするエンジンのピストン構造。
2. 請求項１記載のエンジンのピストン構造において、
   上記２つの動吸振器における梁部の質量が略同じであり、
   上記２つの動吸振器のバネ定数が互いに異なることを特徴とするエンジンのピストン構造。

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