JP6056784B2 - エンジンのピストン構造 - Google Patents

Description

この発明は、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に連結され、かつ大端部がクランクシャフトに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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの内部に設けられた動吸振器と、を備えたエンジンのピストン構造に関する。

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、つまり反燃焼室側の面）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、ピストンおよ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。

ピストンおよびコンロッドのバネマスモデルにおいて、ピストン、ピストンピンおよ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、ピストンピンおよ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で云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およ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、および、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、ピストンピンおよ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、ピストンピンおよ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、ピストンピンおよ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、ピストンピンおよ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。

そこで、ピストンピンの内部に動吸振器を設けることが考えられ、この場合、動吸振器をピストンピンに固定される固定部と、該固定部より小径の支持部と、該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部と、該軸部の外周に固定される質量調整手段としてのキャップ部とから構成し、上記軸部と上記キャップ部とで可動部を形成し、上記支持部が可動部を固定部に対して揺動可能に支持することが考えられる。

この場合、上記キャップ部を軸部に対して圧入して一体化する時、支持部に大荷重が作用したり、組付け性の悪化を招くという問題点が発生する。また、上記キャップ部の圧入位置によってバネ剛性に与える影響が大きくなり、振動低減性能に大きな違いが発生することになる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、燃焼行程においてピストン、ピストンピンおよ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共に、他の行程において騒音が増大するのを抑制することができ、しかもキャップ部を軸部に対して圧入して一体化する時、支持部に大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができると共に、必要なバネ剛性を確保して所期の振動低減性能を確保することができるエンジンのピストン構造の提供を目的とする。

この発明によるエンジンのピストン構造は、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に連結され、かつ大端部がクランクシャフトに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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの内部に設けられた動吸振器とを備えたエンジンのピストン構造であって、上記動吸振器が上記ピストンピンに固定される固定部と、上記固定部よりも小径の支持部と、上記支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部と、上記軸部の外周に固定されたキャップ部とを備え、上記軸部と上記キャップ部とで可動部を形成し、上記支持部は該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持し、上記キャップ部が上記軸部に対して圧入方向先端側の一部で圧入されるように構成したものである。

上記構成によれば、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、および、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、ピストンピンおよ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ピン内部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に潤滑油膜が存在する場合、つまり吸気行程、圧縮行程および排気行程では、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、ピストンピンの内部に動吸振器を設けることで、スペースを有効に利用することができ、ピストンが大きくならずに済む。

しかも、上述のキャップ部は軸部に対して圧入方向先端側の一部で圧入されるものであるから、圧入代が少なくなり、このため、キャップ部を軸部に対して圧入して一体化する時、支持部に大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができる。
また、小径の支持部の外径と、軸部に圧入固定されたキャップ部の外径との差により、バネ剛性を確保することができて、所期の振動低減性能を確保することができる。さらに、上記キャップ部により質量調整も容易となる。

この発明の一実施態様においては、上記キャップ部の圧入方向後端側が圧入時に該キャップ部の傾きを規制可能な径方向の隙間を有して構成されたものである。

上記構成によれば、キャップ部の圧入代を少なくしたことに加えて、上記隙間によりキャップ部の圧入時に当該キャップ部の傾きを規制するので、キャップ部が圧入しやすくなる。
詳しくは、キャップ部の圧入方向先端が圧入部に到達するまでの間、軸部とキャップ部との間の上記隙間により該キャップ部の傾きを規制しつつ当該キャップ部を案内するので、キャップ部が圧入時において軸部に斜めに嵌まることを防止することができる。

仮に、上記隙間がない場合、高精度の治具を用いてキャップ部および軸部をセンタリングしようとしても、キャップ部、軸部の製作誤差の累積により、組付け不具合が発生するが、本実施形態によれば、圧入治具も簡易的なものでよくなる。

この発明の一実施態様においては、上記キャップ部が圧入方向後端にストッパ部を備えたものである。

上記構成によれば、簡単な構成で位置決めを行なうことができる。

この発明の一実施態様においては、上記ストッパ部に対向する上記軸部の角部にテーパ部を設けたものである。

上記構成によれば、上述のテーパ部を設けたので、軸部の角部と、ストッパ部のコーナアール部との干渉を回避して、両者を適切に組付けることができる。

この発明によれば、燃焼行程においてピストン、ピストンピンおよ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共に、他の行程において騒音が増大するのを抑制することができ、しかもキャップ部を軸部に対して圧入して一体化する時、支持部に大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができると共に、必要なバネ剛性を確保して所期の振動低減性能を確保することができる効果がある。

本発明のピストン構造が採用されたエンジンのピストンおよびコンロッドを示す図 図１のＡ−Ａ線矢視断面図 図１のＢ−Ｂ線矢視断面図 図２の要部拡大断面図 図４の要部拡大断面図 ピストンおよびコンロッドのバネマスモデルを示す図 エンジンのピストン構造の他の実施例を示す部分拡大断面図

燃焼行程においてピストン、ピストンピンおよ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共に、他の行程において騒音が増大するのを抑制することができ、しかもキャップ部を軸部に対して圧入して一体化する時、支持部に大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができると共に、必要なバネ剛性を確保して所期の振動低減性能を確保するという目的を、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に連結され、かつ大端部がクランクシャフトに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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの内部に設けられた動吸振器とを備えたエンジンのピストン構造において、上記動吸振器が上記ピストンピンに固定される固定部と、上記固定部よりも小径の支持部と、上記支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部と、上記軸部の外周に固定されたキャップ部とを備え、上記軸部と上記キャップ部とで可動部を形成し、上記支持部は該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持し、上記キャップ部が上記軸部に対して圧入方向先端側の一部で圧入されるように構成することで実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はディーゼルエンジンのピストン構造を示し、図１はエンジンのピストンおよびコンロッドを示す図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図４は図２の要部拡大断面図である。

図１，図２において、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）および排気行程）を繰返すことで、シリンダ（気筒）内でシリンダ軸心方向（図１、図２の上下方向）に往復動するように構成されている。

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（いわゆるスモールエンド）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（いわゆるラージエンド）は、クランクシャフト（図示せず）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２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。なお、図１では図示省略しているが、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。なお、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（ピストンヘッド）には、図２に示すように、キャビティ１ａが形成され、ピストン１のランド部にはトップリング溝１ｂ、セカンドリング溝１ｃ、オイルリング溝１ｄが形成されると共に、ピストン１の内部にはクーリングチャンネル１ｅが形成されている。
そして上述の各リング溝１ｂ、１ｃ、１ｄには、図１に示すように、トップリング１２、セカンドリング１３、オイルリング１４がそれぞれ装着されている。

ピストン１の裏面（頂面とは反対側の面、つまり反燃焼室側）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１ｆがコンロッド１０の小端部１０ａを両側から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１ｆには、ピストンピン２の中心軸方向に延びるピン支持孔１ｇがそれぞれ形成されている。２つのボス部１ｆのピン支持孔１ｇ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。

この実施例では、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共に、ピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇ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１ｆのピン支持孔１ｇ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１ｆのピン支持孔１ｇに対してスムーズに回動することになる。

２つのボス部１ｆのピン支持孔１ｇにおけるピストン１外周面側の端部には、サークリップ１５がそれぞれ挿入固定されており、これら２つのサークリップ１５が、ピストンピン２の中心軸方向の両外端面にそれぞれ当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。

上記ピストンピン２は断面中空であり、ピストンピン２の径方向中心部に、該ピストンピン２の中心軸方向に延びる貫通孔２ａが形成されている。この貫通孔２ａの内周面におけるピストンピン２の中心軸方向の中央部（つまりピストンピン２の長手方向中央部）には、後述する動吸振器２０の固定部２０ａが圧入される圧入部２ｂが設けられている。圧入部２ｂにおける貫通孔２ａの内径は、他の部分における貫通孔２ａの内径よりも小さく設定されている。

詳しくは、貫通孔２ａは、ピストンピン２の中心軸方向の中央部に位置し、小径の円筒状に形成された圧入部２ｂと、圧入部２ｂの両側に連なって、ピストンピン２の中心軸方向の両端部に位置し、大径の円筒状に形成された収容部２ｃとを有している。

圧入部２ｂと収容部２ｃとの間には、段差によってピストンピン２の中心軸方向に面する段差面２ｄが形成されている。圧入部２ｂを小径にすることで、ピストンピン２の剛性を向上させることができる。

上記ピストンピン２の内部（貫通孔２ａ内）には、燃焼行程においてピストン１、ピストンピン２およびコンロッド１０の小端部１０ａが一体でコンロッド１０の大端部１０ｂに対して共振するのを抑制する２つの動吸振器２０（いわゆるダイナミックダンパのことで、以下単にダンパと略記する）が配設されている。これら２つのダンパ２０は、図２，図３，図４に示すように、ピストンピン２の中心軸方向の中央を通り、かつ、ピストンピン２の中心軸に対して垂直な面を挟んで両側にそれぞれ位置している。

ここで、ピストン１およびコンロッド１０のバネマスモデルは、図６のようになる。すなわち、ピストン１、ピストンピン２およびコンロッド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。

ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間の潤滑油膜は、ピストンピン２とコンロッド１０の小端部１０ａとを連結するバネに相当し、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇとの間の潤滑油膜は、ピストンピン２とピストン１（ボス部１ｆ）とを連結するバネに相当する。

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）、および、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇ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およびコンロッド１０の小端部１０ａが一体となる。これにより、ピストン１、ピストンピン２およびコンロッド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、上記２つのダンパ２０がピストンピン２の内部（貫通孔２ａ内）に設けられている。

図２〜図４に示すように、各ダンパ２０は、ピストンピン２の貫通孔２ａの内周面に設けられた圧入部２ｂに固定される固定部２０ａと、ピストンピン２の内部において該ピストンピン２の中心軸方向に延びる可動部２０ｂと、該可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対してピストンピン２の径方向に振動可能に支持する支持部２０ｃとを有している。支持部２０ｃ，２０ｃは固定部２０ａよりも小径、かつ括れ形状に形成されている。

この実施例では、部品点数の削減等の観点から、２つのダンパ２０が一体に形成されている。そして、図２，図４の左側のダンパ２０は、固定部２０ａ、可動部２０ｂ、および支持部２０ｃが一体に形成されており（一体型ダンパ）、図２，図４の右側のダンパ２０は、複数の部材を組み付けて形成される組付型のダンパとなっている（組付型ダンパ）。

一体型ダンパ２０および組付型ダンパ２０は、それぞれの固定部２０ａで一体に連結されている。一体化された固定部２０ａは、圧入部２ｂに圧入されて固定されている。それにより、一体型ダンパ２０の可動部２０ｂは、一方の収容部２ｃの内部に収容され、組付型ダンパ２０の可動部２０ｂは、他方の収容部２ｃの内部に収容されている。

可動部２０ｂは、略円柱状に形成されており、その外径は、可動部２０ｂが振動しても収容部２ｃの内周面に接触しないように、収容部２ｃの内径よりも小さい外径に寸法設計されている。そうして、可動部２０ｂの外周面が収容部２ｃの内周面との間に僅かな隙間を隔てて対向するように、可動部２０ｂは収容部２ｃの内部に配置されている。
しかも、上述の各ダンパ２０，２０はその軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備えている。

すなわち、図２，図４において図示左側の一体型ダンパ２０は、ピストンピン２の段差面２ｄの最小径部の内径Ｄ４に対して、可動部２０ｂの支持部２０ｃ側の外径Ｄ５を大きく形成（Ｄ５＞Ｄ４）し、これにより規制手段３０を構成し、この規制手段３０によりダンパ２０の抜止めを図っている。

図２，図４において図示右側の組付型ダンパ２０は支持部２０ｃに当該支持部２０ｃからピストンピン軸方向に延びる軸部２０ｄを一体形成し、この軸部２０ｄの外周には質量調整部材としてのキャップ部４０を固定して、上述の軸部２０ｄと該キャップ部４０とで可動部２０ｂを形成している。
また、上述の軸部２０ｄは支持部２０ｃから外端側に向けて、外径がＤ３の第１軸部２１と、外径がＤ１の第２軸部２２と、外径がＤ２の第３軸部２３と、外径がＤＯの第４軸部２４とをこの順に一体形成し、ＤＯ＜Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係式が成立するように各軸部２１〜２４の外径寸法を設定している。

そして、第４軸部２４の支持部２０ｃ側の端部には、段差面２５を形成すると共に、この段差面２５の径方向外端と第３軸部２３との間には、内側が大径で外側が小径となるテーパ部２６を形成している。
上述のキャップ部４０は、圧入方向先端側に位置する圧入部４１と、第４軸部２４の外周に遊嵌されるネック部４２とを一体形成した２段円筒形状に形成されており、圧入部４１の内外径と同一内外径の円筒部４３と、ネック部４２との間にはストッパ部４４を形成し、キャップ部４０の圧入時に、該ストッパ部４４が段差面２５に当接することで、圧入を完了すべく構成している。

また、図５に拡大図で示すように、キャップ部４０の円筒部４３の内径部と、軸部２０ｄにおける第３軸部２３の外径部との間にはクリアランスｇ１が形成されている。
而して、ピストンピン２の段差面２ｄ（図４参照）の最小径部の内径Ｄ４に対して、キャップ部４０の外径Ｄ６（可動部２０ｂの外径）を大きく形成（Ｄ６＞Ｄ４）し、これにより規制手段３１を構成したものであり、この規制手段３１によりダンパ２０の抜止めを図っている。

図５に示すように、上述のキャップ部４０は軸部２０ｄに対して圧入方向先端側の一部で圧入されている。この実施例では、キャップ部４０は図５に圧入代Ｌ１で示す長さの範囲において第１軸部２１の外周に圧入固定されている。
ここで、第１軸部２１の外径をＤ３とすると、キャップ部４０の圧入部４１の内径は上記外径Ｄ３よりも若干小さく形成されている。

このように、キャップ部４０を、軸部２０ｄ（詳しくは第１軸部２１）に対して圧入方向先端側の一部で圧入することにより、圧入代Ｌ１を少なくし、これにより、キャップ部４０を軸部２０ｄに対して圧入して一体化する時、固定部２０ａよりも小径の支持部２０ｃに大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制すべく構成したものである。
また、小径の支持部２０ｃの外径と、軸部２０ｄに圧入固定されたキャップ部４０の外径Ｄ６との差により、バネ剛性を確保し、所期の振動低減性能を確保すべく構成したものである。

一方、図５に示すように、キャップ部４０の圧入方向後端側は、圧入時に該キャップ部４０の傾きを規制可能な径方向の離間としてのクリアランスｇ１を有して構成されている。
つまり、キャップ部４０の円筒部４３内径に対して、軸部２０ｄにおける第３軸部２３の外径Ｄ２を小さく設定し、これらの間にクリアランスｇ１を形成したものである。なお、図面ではクリアランスｇ１を誇大図示しているが、実際には上記クリアランスｇ１はミクロン単位に設定される。

そして、上述のキャップ部４０の圧入代Ｌ１を少なくしたことに加えて、上記クリアランスｇ１にてキャップ部４０の圧入時に当該キャップ部４０の傾きを規制し、キャップ部４０が圧入しやすくなるように構成したものである。詳しくは、キャップ部４０の圧入方向先端が第１軸部２１に到達するまでの間、軸部２０ｄとキャップ部４０との間の上記クリアランスｇ１により当該キャップ部４０の傾きを規制しつつ該キャップ部４０を案内することで、キャップ部４０がその圧入時において軸部２０ｄに斜めに嵌まることを防止すべく構成したものである。

図５に示すように、上述のキャップ部４０はその圧入方向後端にストッパ部４４を備えており、キャップ部４０の圧入時に、該ストッパ部４４が軸部２０ｄ側の段差面２５に当接することで、圧入を完了すべく構成し、これにより簡単な構成でキャップ部４０の位置決めを行なうように構成したものである。

図５に示すように、上述のストッパ部４４に対向する軸部２０ｄの角部、詳しくは、第３軸部２３の角部には上述のテーパ部２６を設けており、軸部２０ｄの角部（詳しくは、第３軸部２３の角部）と、キャップ部４０におけるストッパ部４４のコーナアール部Ｒとの干渉を回避して、両者２０ｄ，４０を適切に組付けすることができるように構成したものである。

ところで、図４に示すように、支持部２０ｃは、略円柱状に形成されており、可動部２０ｂと固定部２０ａとの間に介在している。支持部２０ｃの外径は可動部２０ｂの外径および圧入部２ｂの内径よりも小さく、圧入部２ｂに挿通可能となっている。

そうして、支持部２０ｃの外周面が圧入部２ｂの内周面との間に充分な隙間を隔てて対向するように、支持部２０ｃは圧入部２ｂの内部に配置されている。それにより、支持部２０ｃは、可動部２０ｂを固定部２０ａに対してピストンピン２の径方向に振動可能に支持するものである。

固定部２０ａもまた、円柱状に形成されている。固定部２０ａの外径は、可動部２０ｂの外径よりも小さいが、圧入部２ｂの内径よりも僅かに大きい。それにより、固定部２０ａは、圧入部２ｂに圧入可能となっている。固定部２０ａ、可動部２０ｂ、および支持部２０ｃは、中心軸を一致させた状態で直列に連なっている。

一体型ダンパ２０の中心軸および組付型ダンパ２０の中心軸は、ピストンピン２の中心軸と一致するように配置されている。また、２つのダンパ２０，２０の可動部２０ｂの質量は略同じであり、２つのダンパ２０，２０における可動部２０ｂの重心位置が、ピストンピン２の中心軸上に位置しているとともに、ピストンピン２の中心軸方向の中央を通る面（該中央を通りかつピストンピン２の中心軸に対して垂直な面）に対して互いに対称な位置に位置している。

各ダンパ２０，２０の支持部２０ｃは、可動部２０ｂ（可動部２０ｂの質量をｍ（単位ｋｇ）とする）を支持するバネに相当し、そのバネ定数をｋ（単位Ｎ／ｍ）とすると、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構成すればよい。このようなｋ／ｍの値が得られるように、可動部２０ｂの長さ、および径、並びに、支持部２０ｃの長さ、および径を設定する。厳密には、支持部２０ｃの質量も考慮する必要があるが、支持部２０ｃの質量は可動部２０ｂの質量に比較してかなり小さいので、支持部２０ｃの質量を無視することができる。なお、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。

２つのダンパ２０の可動部２０ｂの質量を略同じにして、２つのダンパ２０（支持部２０ｃ）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つのダンパ２０のバネ定数を互いに異ならせるには、２つのダンパ２０における支持部２０ｃの長さ、または径を互いに異ならせればよい。あるいは、２つのダンパ２０における支持部２０ｃの長さ、および径の両方を互いに異ならせてもよい。あるいは、２つのダンパ２０における支持部２０ｃの材料を互いに異ならせてもよい。なお、２つのダンパ２０のバネ定数を略同じにしてもよい。

２つのダンパ２０のバネ定数を互いに異ならせる場合、例えば、一方のダンパ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、他方のダンパ２０のバネ定数を、一方のダンパ２０のバネ定数よりも大きくするか、または小さくする。

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）、および、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇ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および、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、この実施例では、ピストンピン２に設けられたダンパ２０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、圧縮行程および排気行程では、ピストンピン２とコンロッド１０のピン挿通孔１０ｄとの間、および、ピストンピン２とピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇ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。仮にダンパがコンロッドの小端部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、圧縮行程および排気行程においても、ダンパが振動する。このため、吸気行程、圧縮行程および排気行程では、ダンパの振動により、却って騒音が大きくなってしまう。しかし、この実施例では、ダンパ２０がピストンピン２に設けられているので、吸気行程、圧縮行程および排気行程では、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）により、ダンパ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、ピストンピン２の内部にダンパ２０を設けることで、スペースを有効に利用することができ、ピストン１が大きくならずに済む。

さらに、ダンパ２０が、質量調整部材としてのキャップ部４０を固定部２０ａに組付けることによって可動部２０ｂが形成される組付型ダンパ２０を含むので、キャップ部４０の交換によって可動部２０ｂの質量調整が可能で、製造誤差の修正等、利便性に優れるものである。

このように、図１〜図６で示したエンジンのピストン構造は、シリンダ内で往復動するピストン１と、小端部１０ａが上記ピストン１に連結され、かつ大端部１０ｂがクランクシャフトに連結されるコンロッド１０と、上記ピストン１と上記コンロッド１０の小端部１０ａとを連結する断面中空のピストンピン２と、上記ピストンピン２の内部に設けられたダンパ２０とを備えたエンジンのピストン構造であって、上記ダンパ２０が上記ピストンピン２に固定される固定部２０ａと、上記固定部２０ａよりも小径の支持部２０ｃと、上記支持部２０ｃからピストンピン軸方向に延びる軸部２０ｄと、上記軸部２０ｄの外周に固定されたキャップ部４０とを備え、上記軸部２０ｄと上記キャップ部４０とで可動部２０ｂを形成し、上記支持部２０ｃは該可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対して揺動可能に支持し、上記キャップ部４０が上記軸部２０ｄに対して圧入方向先端側の一部で圧入されるように構成したものである（図１，図４，図５参照）。

上記構成によれば、燃焼行程で、ピストンピン２とコンロッド１０との間の潤滑油膜（フルフロート式では、該潤滑油膜、および、ピストンピン２とピストン１との間の潤滑油膜）が無くなって、ピストン１、ピストンピン２およびコンロッド１０の小端部１０ａが一体となった場合、ダンパ２０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、ダンパ２０がピストンピン内部に設けられているので、ピストンピン２とコンロッド１０との間に潤滑油膜が存在する場合、つまり吸気行程、圧縮行程および排気行程では、この潤滑油膜（バネ）により、ダンパ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、ピストンピン２の内部にダンパ２０を設けることで、スペースを有効に利用することができ、ピストン１が大きくならずに済む。

しかも、上述のキャップ部４０は軸部２０ｄに対して圧入方向先端側の一部（圧入代Ｌ１参照）で圧入されるものであるから、圧入代Ｌ１が少なくなり、このため、キャップ部４０を軸部２０ｄに対して圧入して一体化する時、支持部２０ｃに大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができる。
また、小径の支持部２０ｃの外径と、軸部２０ｄに圧入固定されたキャップ部４０の外径Ｄ６との差により、バネ剛性を確保することができて、所期の振動低減性能を確保することができる。さらに、上記キャップ部４０により質量調整も容易となる。

この発明の一実施形態においては、上記キャップ部４０の圧入方向後端側が圧入時に該キャップ部４０の傾きを規制可能な径方向の隙間（クリアランスｇ１参照）を有して構成されたものである（図５参照）。

この構成によれば、キャップ部４０の圧入代Ｌ１を少なくしたことに加えて、上記隙間（クリアランスｇ１参照）によりキャップ部４０の圧入時に当該キャップ部４０の傾きを規制するので、キャップ部４０が圧入しやすくなる。
詳しくは、キャップ部４０の圧入方向先端が圧入部（第１軸部２１参照）に到達するまでの間、軸部２０ｄとキャップ部４０との間の上記隙間（クリアランスｇ１）により該キャップ部４０の傾きを規制しつつ当該キャップ部４０を案内するので、キャップ部４０が圧入時において軸部２０ｄに斜めに嵌まることを防止することができる。

仮に、上記隙間がない場合、高精度の治具を用いてキャップ部および軸部をセンタリングしようとしても、キャップ部、軸部の製作誤差の累積により、組付け不具合が発生するが、本実施形態によれば、圧入治具も簡易的なものでよくなる。

この発明の一実施形態においては、上記キャップ部４０が圧入方向後端にストッパ部４４を備えたものである（図５参照）。

この構成によれば、簡単な構成で位置決めを行なうことができる。

この発明の一実施形態においては、上記ストッパ部４４に対向する上記軸部２０ｄの角部にテーパ部２６を設けたものである（図５参照）。

この構成によれば、上述のテーパ部２６を設けたので、軸部２０ｄの角部と、ストッパ部４４のコーナアール部Ｒとの干渉を回避して、両者を適切に組付けることができる。

図７はエンジンのピストン構造の他の実施例を示す部分拡大断面図であって、図７に示すこの実施例では、圧入代Ｌ１とキャップ部４０の全長とを同一に設定したものである。つまり、キャップ部４０が軸部２０ｄに対して圧入方向先端側の一部（第１軸部２１の外周部のみ）で圧入されるように構成したものである。

このように構成すると、キャップ部４０のコンパクト化を図りつつ、該キャップ部４０を軸部２０ｄに対して圧入して一体化する時、支持部２０ｃに大荷重が作用したり、組付け性が悪化したりすることを抑制することができる。

図７に示す実施例においても、その他の構成、作用、効果については、先の実施例とほぼ同様であるから、図７において前図と同一の部分には、同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の動吸振器は、実施例のダンパ２０に対応し、
以下同様に、
隙間は、クリアランスｇ１に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

例えば、図４において固定部２０ａを隔てた左側の一体型ダンパ２０を、右側の組付型ダンパ２０と同様（左右対称）に形成し、固定部２０ａを隔てた左右両側の各ダンパ２０を共に組付型ダンパと成してもよい。
また、上記各実施例においては、ピストンピン２の組付方式としてフルフロート式を採用したが、これに限定されるものではなく、ピストンピン２が、コンロッド１０のピン挿通孔１０ｄに対して回動可能であり、かつ、ピストン１のボス部１ｆのピン支持孔１ｇに固定されたセミフロート式であってもよい。
さらに、図示実施例においては、ディーゼルエンジン用のピストン１を例示したが、本発明はガソリンエンジン用のピストンにも適用することができる。

以上説明したように、本発明は、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に連結され、かつ大端部がクランクシャフトに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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの内部に設けられた動吸振器とを備えたエンジンのピストン構造について有用である。

１…ピストン
２…ピストンピン
１０…コンロッド
１０ａ…小端部
１０ｂ…大端部
２０…ダンパ（動吸振器）
２０ａ…固定部
２０ｂ…可動部
２０ｃ…支持部
２０ｄ…軸部
２６…テーパ部
４０…キャップ部
４４…ストッパ部
ｇ１…クリアランス（隙間）

Claims (4)

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に連結され、かつ大端部がクランクシャフトに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断面中空のピストンピンと、
   上記ピストンピンの内部に設けられた動吸振器とを備えたエンジンのピストン構造であって、
   上記動吸振器が上記ピストンピンに固定される固定部と、
   上記固定部よりも小径の支持部と、
   上記支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部と、
   上記軸部の外周に固定されたキャップ部とを備え、
   上記軸部と上記キャップ部とで可動部を形成し、
   上記支持部は該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持し、
   上記キャップ部が上記軸部に対して圧入方向先端側の一部で圧入されるように構成した
   エンジンのピストン構造。
2. 上記キャップ部の圧入方向後端側が圧入時に該キャップ部の傾きを規制可能な径方向の隙間を有して構成された
   請求項１記載のエンジンのピストン構造。
3. 上記キャップ部が圧入方向後端にストッパ部を備えた
   請求項２記載のエンジンのピストン構造。
4. 上記ストッパ部に対向する上記軸部の角部にテーパ部を設けた
   請求項３記載のエンジンのピストン構造。

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