JP6056787B2

JP6056787B2 - エンジンのピストン構造

Info

Publication number: JP6056787B2
Application number: JP2014032453A
Authority: JP
Inventors: 修治詫間; 平田　耕一; 耕一平田; 山谷　光隆; 光隆山谷
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: JP2015158153A

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、を備えたような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おり、コンロッドの小端部はピストンピンの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つのピークをもち、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る。この場合、ピストンピンに対して動吸振器を圧入により固定すると、動吸振器の固定部が圧入による応力を受けることになる。
上述の固定部は圧入による応力に加えて、ピストンが燃焼圧を受ける時、ピストンピンを介して動吸振器の固定部にも圧縮力が作用し、この圧縮力は燃焼行程毎に付加されることになる。

さらに、近年では、エンジンの熱効率向上に向けて燃焼圧をさらに高圧化する傾向にあり、この場合には、動吸振器に求められる耐応力性能がさらに高まり、これにより、動吸振器の固定部への応力負担がさらに顕著になって、固定部が疲労することが想定される。

この発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、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、動吸振器の固定部への応力負担を抑制し、要求される耐応力性能の高まりにも対処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、上記ピストンピンの内部に、上記動吸振器を取付ける取付けフランジを一体的に形成し、上記動吸振器は、該取付けフランジに固定される固定部と、上記ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持する支持部とを備え、上記動吸振器が、上記取付けフランジを挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合にて上記取付けフランジに取付けられるように構成されたものである。

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、２つの動吸振器を互いにネジ結合によりピストンピン内部の取付けフランジに取付けるので、動吸振器を圧入することなくピストンピン内部に取付けることができる。
このため、動吸振器の固定部には圧入応力が作用することはない。よって、当該固定部への応力負担を抑制することができ、要求される高い耐応力性能に対応することができる。
また、上記動吸振器はピストンピンの取付けフランジを挟んで２つ設けられているので、当該動吸振器が抜止め機能を併せもっており、これにより、動吸振器の軸方向移動を規制することができるうえ、必要に応じて組み換えることで振動低減すべき周波数の調整（チューニング）を行なうことも可能となる。

この発明の一実施態様においては、上記２つの動吸振器が、振動を低減する所期の共振周波数を異ならせて設定されたものである。

上記構成によれば、複数の共振周波数の振動低減を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記所期の共振周波数が低い方の動吸振器におけるネジ結合部を、雄ネジと成したものである。

上記構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、共振周波数が相対的に高い場合には、振幅が小さくなり、動吸振器に作用する応力が小さくなるのに対して、共振周波数が相対的に低い場合には、振幅が大きくなり、動吸振器に作用する応力が大きくなる。
そこで、共振周波数が低い方の動吸振器のネジ結合部を、雌ネジに対して剛性が大きい雄ネジとしている。このように、低い周波数で強度的に不利な動吸振器の結合構造を雄ネジとすることで、結合強度を確保することができる。

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、動吸振器の固定部への応力負担を抑制し、要求される耐応力性能の高まりにも対処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の要部拡大断面図ピストンおよびコンロッドのバネマスモデルを示す図ピストンおよびコンロッドが振動する周波数と、クランクシャフトやシリンダブロックが振動する周波数との差異を示す特性図エンジンのピストン構造の他の実施例を示す要部拡大断面図エンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示す要部拡大断面図

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、動吸振器の固定部への応力負担を抑制し、要求される耐応力性能の高まりにも対処するという目的を、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、上記ピストンピンの内部に、上記動吸振器を取付ける取付けフランジを一体的に形成し、上記動吸振器は、該取付けフランジに固定される固定部と、上記ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持する支持部とを備え、上記動吸振器が、上記取付けフランジを挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合にて上記取付けフランジに取付けら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，図３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、図２，図３に示すピストンピン２を介して、コンロッド１０（詳しくは、コネクティングロッド）の一端に位置する小端部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の他端に位置する大端部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（つまり、コンロッド本体部）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の左右方向であり、以下単に軸方向と略記する）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、図２に示すように、ピストンピン２が挿通されるピン挿通孔１０ｄが形成されており、コンロッド１０の大端部１０ｂには、図１に示すように、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、その図示を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分割構造（いわゆる半割り構造）とされている。

図２，図４に示すように、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、詳しくは、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の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をその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における小端部１０ａ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におけるピン支持孔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は断面中空に形成、つまり円筒状に形成されており、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を取付ける環状の取付けフランジ３が一体的に形成されている。この実施例では、該取付けフランジ３はピストンピン２の内周部に径方向内方へ突出するように一体形成されている。

図４に拡大図で示すように、上述の取付けフランジ３の内径Ｄ１は、貫通孔２ａの内径Ｄ３に対して充分小さく形成（Ｄ１＜Ｄ３）されており、取付けフランジ３のピストンピン軸方向両面に環状の段差面３ａ，３ａが形成されている。また、図示左右の各段差面３ａ，３ａは互いに平行に形成されている。
また、図示左右の貫通孔２ａは中央の取付けフランジ３の内径部３ｂを介して左右つまりピストンピン軸方向に連続しており、後述する動吸振器２０Ｘ，２０Ｙの可動部２０ｂが振動しても当該貫通孔２ａの内周面に接触しないように構成されている。換言すれば、該貫通孔２ａは動吸振器２０Ｘ，２０Ｙの可動部２０ｂの収容部を兼ねるものである。

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動吸振器２０Ｘ，２０Ｙ（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２０Ｘ，２０Ｙは、図４に示すように、ピストンピン２の軸方向の中央を通り、かつ、取付けフランジ３の段差面３ａ，３ａ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５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２０Ｘ，２０Ｙがピストンピン２の内部（貫通孔２ａ内）に設けられている。

図示左側のダンパ２０Ｘ（一方のダンパ）は、取付けフランジ３の内径部３ｂに挿入して固定される円柱状の固定部２０ａと、ピストンピン２の軸方向に延びて上記貫通孔２ａ内に位置する円柱状の可動部２０ｂと、この可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対して揺動可能に支持する略円柱状または括れ形状の支持部２０ｃと、上記固定部２０ａと該支持部２０ｃとの間に一体形成されて取付けフランジ３の一方の段差面３ａに当接される環状の鍔部２０ｄと、上記固定部２０ａの反鍔部側に一体に突設形成された雄ネジ構造のボルト部２０ｅと、を一体形成したものである。

そして、上述の固定部２０ａ、可動部２０ｂ、支持部２０ｃ、鍔部２０ｄ、ボルト部２０ｅは、中心軸を一致させた状態で内方から外方に向けて各要素２０ｅ，２０ａ，２０ｄ，２０ｃ，２０ｂの順に一体に連続形成されている。
また、上述の固定部２０ａはピストンピン２の取付けフランジ３の内径部３ｂに対して、圧入することなく、挿入可能な外径寸法に設定されている。

さらに、上述の可動部２０ｂの外径Ｄ２は当該可動部２０ｂが振動してもピストンピン２の貫通孔２ａの内周面に接触しないように、貫通孔２ａの内径Ｄ３よりも小さく設定（Ｄ２＜Ｄ３）されている。
ここで、取付けフランジ３の内径Ｄ１と、可動部２０ｂの外径Ｄ２と、貫通孔２ａの内径Ｄ３とは、Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１の関係式が成立するように形成されている。

図示右側のダンパ２０Ｙ（他方のダンパ）は、ピストンピン２の軸方向に延びて上記貫通孔２ａ内に位置する円柱状の可動部２０ｂと、この可動部２０ｂを後述するネジ結合部３０を介してダンパ２０Ｘの固定部２０ａに対して揺動可能に支持する略円柱状または括れ形状の支持部２０ｃと、該支持部２０ｃのピストンピン軸方向内端側に一体形成されて取付けフランジ３の他方の段差面３ａに当接される環状の鍔部２０ｆと、鍔部２０ｆおよび支持部２０ｃの径方向中心部に形成され、上述のボルト部２０ｅとネジ結合される雌ネジ構造のナット部２０ｇと、を一体形成したものである。

上述の鍔部２０ｆ、支持部２０ｃ、可動部２０ｂは、中心軸を一致させた状態でこの順に内方から外方に向けて一体形成されている。
また、上述の可動部２０ｂは一方のダンパ２０Ｘのそれと同様に、当該可動部２０ｂの外径Ｄ２が貫通孔２ａの内径Ｄ３よりも小さく設定（Ｄ２＜Ｄ３）されており、可動部２０ｂが振動してもピストンピン２の貫通孔２ａの内周面に接触しないように構成されている。

そして、図４に示すようにダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、取付けフランジ３を挟んで２つ設けられており、ダンパ２０Ｘのボルト部２０ｅと、ダンパ２０Ｙのナット部２０ｇとを互いにネジ結合することで、該ネジ結合部３０にて上記取付けフランジ３に取付けられるように構成しており、この際、各鍔部２０ｄ，２０ｆにより上記取付けフランジ３が両側から挟持される。また、上述の各鍔部２０ｄ，２０ｆはダンパ２０Ｘ，２０Ｙが軸方向へ移動するのを規制する抜止めストッパを兼ねるものである。
なお、必要に応じて、取付けフランジ３の他方の段差面３ａ（図示右側の段差面３ａ）と、ダンパ２０Ｙにおける鍔部２０ｆとの間には、スプリングワッシャを介設してもよい。

上述の各ダンパ２０Ｘ，２０Ｙ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の質量に比較して極めて小さいので、支持部２０ｃの質量を無視することができる。

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１０ａ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の内部に設けられたダンパ２０Ｘ，２０Ｙ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２０Ｘ，２０Ｙがピストンピン２の内部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２０Ｘ，２０Ｙ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２０Ｘ，２０Ｙ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。

この実施例では、２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、振動を低減する所期の共振周波数を異ならせて設定している。

図６は、少なくともクランクシャフトおよびシリンダブロックの何れか一方の振動と、ピストン１およびコンロッド１０の振動の共振周波数の差異を示す特性図で、少なくともクランクシャフトおよびシリンダブロックの何れか一方の共振周波数ｆ１，ｆ２は、ピストン１およびコンロッド１０の共振周波数ｆ３よりも低いことが実測値の結果、判明している。図６の共振周波数はｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係にある。

そこで、この実施例では図４において、図示左側のダンパ２０Ｘで共振周波数ｆ１，ｆ２における振動を低減すべく、ダンパ２０Ｘの少なくとも可動部２０ｂの質量を相対的に大きくしている。
また、図示右側のダンパ２０Ｙで共振周波数ｆ３における振動を低減すべく、ダンパ２０Ｙの少なくとも可動部２０ｂの質量を相対的に小さくしている。

ダンパ２０Ｘとダンパ２０Ｙとで質量に大小の差をつける手段としては、各ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを同一材料で形成すると共に、可動部２０ｂ，２０ｂの体積に差をつける手段もあるが、この実施例では、可動部２０ｂの体積を同一とする一方で、図示左側のダンパ２０Ｘを、相対的に比重が大きい材料で構成し、図示右側のダンパ２０Ｙを相対的に比重が小さい材料で構成している。

相対的に比重が大きい材料としては、比重が１１．４の鉛、比重が約８．９の銅合金の他に比重が８．７の高速度鋼や比重が１０．２のモリブデンを用いることができ、相対的に比重が小さい材料としては、炭素の含有量により比重に差異があるものの、その比重が概ね７．８１２〜７．８５の炭素鋼を用いることができる。

さらに、この実施例では、所期の共振周波数が低い方のダンパ、すなわち、図示左側のダンパ２０Ｘにおけるネジ結合部３０を、雄ネジ構造のボルト部２０ｅと成している。
つまり、共振周波数が相対的に高い場合には、振幅が小さくなり、ダンパに作用する応力が小さくなるのに対して、共振周波数が相対的に低い場合には、振幅が大きくなり、ダンパに作用する応力が大きくなる。

そこで、共振周波数が低い方のダンパ２０Ｘのネジ結合部３０を、雌ネジ構造のナット部２０ｇに対して剛性が大きい雄ネジ構造のボルト部２０ｅとしている。このように、低い周波数で強度的に不利なダンパ２０Ｘの結合構造を雄ネジとすることで、結合強度を確保すべく構成したものである。

このように、図１〜図６で示した実施例１の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２０Ｘ，２０Ｙと、を備えたエンジンのピストン構造であって、上記ピストンピン２の内部に、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを取付ける取付けフランジ３を一体的に形成し、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、該取付けフランジ３に固定される固定部２０ａと、上記ピストンピン２の軸方向に延びる可動部２０ｂと、該可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対して揺動可能に支持する支持部２０ｃとを備え、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙが、上記取付けフランジ３を挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合（ネジ結合部３０参照）にて上記取付けフランジ３に取付けられるように構成されたものである（図１，図２，図４参照）。

この構成によれば、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２０Ｘ，２０Ｙ（特に、ダンパ２０Ｙ参照）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２０Ｘ，２０Ｙがピストンピン２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２０Ｘ，２０Ｙ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２０Ｘ，２０Ｙ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、２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙを互いにネジ結合によりピストンピン２内部の取付けフランジ３に取付けるので、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを圧入することなくピストンピン２内部に取付けることができる。
このため、ダンパ２０Ｘの固定部２０ａには圧入応力が作用することはない。よって、当該固定部２０ａへの応力負担を抑制することができ、要求される高い耐応力性能に対応することができる。
また、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙはピストンピン２の取付けフランジ３を挟んで２つ設けられているので、当該ダンパ２０Ｘ，２０Ｙが抜止め機能を併せもっており、これにより、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙの軸方向移動を規制することができるうえ、必要に応じて、ダンパ２０Ｘまたは２０Ｙを、組み換えることで振動低減すべき周波数の調整（チューニング）を行なうことも可能となる。

この発明の一実施形態においては、上記２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙが、振動を低減する所期の共振周波数を異ならせて設定されたものである（図４，図６参照）。

この構成によれば、複数の共振周波数の振動低減を図ることができる。

この発明の一実施形態においては、上記所期の共振周波数が低い方のダンパ２０Ｘにおけるネジ結合部３０を、雄ネジ（雄ネジ構造のボルト部２０ｅ参照）と成したものである（図４参照）。

この構成によれば、次の如き効果がある。
すなわち、共振周波数が相対的に高い場合には、振幅が小さくなり、ダンパに作用する応力が小さくなるのに対して、共振周波数が相対的に低い場合には、振幅が大きくなり、ダンパに作用する応力が大きくなる。
そこで、共振周波数が低い方のダンパ２０Ｘのネジ結合部３０を、雌ネジ（雌ネジ構造のナット部２０ｇ参照）に対して剛性が大きい雄ネジ（雄ネジ構造のボルト部２０ｅ参照）としている。このように、低い周波数で強度的に不利なダンパ２０Ｘの結合構造を雄ネジとすることで、結合強度を確保することができる。

図７はエンジンのピストン構造の他の実施例を示す要部拡大断面図である。
この実施例２においては、図示左側のダンパ２０Ｘと図示右側のダンパ２０Ｙとのピストンピン軸方向の内端側にそれぞれ固定部２０ａ，２０ａを一体形成し、これらの各固定部２０ａ，２０ａを、ピストンピン２の取付けフランジ３における内径部３ｂに対して圧入することなく、挿入して固定するように形成している。

図示左側のダンパ２０Ｘにおける固定部２０ａの反鍔部側にはボルト部２０ｅを一体に突設形成し、図示右側のダンパ２０Ｙにおける固定部２０ａ、鍔部２０ｆ、支持部２０ｃの径方向中心部には、上述のボルト部２０ｅにネジ結合されるナット部２０ｇを形成している。

動吸振器としてのダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、ピストンピン２の取付けフランジ３を挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合にて当該取付けフランジ３に取付けられるように構成している。

すなわち、一方のダンパ２０Ｘのボルト部２０ｅと、他方のダンパ２０Ｙのナット部２０ｇとをネジ結合することで、該ネジ結合部３０により左右の各ダンパ２０Ｘ，２０Ｙが取付けフランジ３に取付けられた状態で一体化するように構成したものである。
上述のボルト部２０ｅとナット部２０ｇとの締結完了時には、ダンパ２０Ｘの鍔部２０ｄと、ダンパ２０Ｙの鍔部２０ｆとで、取付けフランジ３がその両側から挟持される。

ここで、図示左側のダンパ２０Ｘは、ピストンピン２の内方から外方にかけて、ボルト部２０ｅ、固定部２０ａ、鍔部２０ｄ、支持部２０ｃ、可動部２０ｂを、この順に一体形成している。

また、図示右側のダンパ２０Ｙは、ピストンピン２の内方から外方にかけて、固定部２０ａ、鍔部２０ｆ、支持部２０ｃ、可動部２０ｂを、この順に一体形成している。

このように、図７で示した実施例２においても、上記ピストンピン２の内部に、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを取付ける取付けフランジ３を一体的に形成し、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、該取付けフランジ３に固定される固定部２０ａと、上記ピストンピン２の軸方向に延びる可動部２０ｂと、該可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対して揺動可能に支持する支持部２０ｃと、をそれぞれ備え、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙが、上記取付けフランジ３を挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合（ネジ結合部３０参照）にて上記取付けフランジ３に取付けられるように構成されたものである（図７参照）。

このように、２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙを互いにネジ結合によりピストンピン２内部の取付けフランジ３に取付けるので、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを圧入することなくピストンピン２内部に取付けることができる。
このため、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙの固定部２０ａには圧入応力が作用することはない。よって、当該固定部２０ａへの応力負担を抑制することができ、要求される高い耐応力性能に対応することができる。

図７で示したこの実施例２においても、一方のダンパ２０Ｘを相対的に比重が大きい材料で形成し、他方のダンパ２０Ｙを相対的に比重が小さい材料で構成すると、所期の共振周波数が低い方の図示左側のダンパ２０Ｘにおけるネジ結合部３０を、雄ネジであるボルト部２０ｅと成すことができる。また、図７で示したこの実施例２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。

図８はエンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示す要部拡大断面図である。
この実施例３においては、ピストンピン２の軸方向中心位置ＣＬ１に対して、取付けフランジ３の軸方向中心位置ＣＬ２を、オフセット量ＯＳだけ一方側（図示左側へずらせている）
そして、この実施例３においても、先の実施例１と同様に、図示左側のダンパ２０Ｘは、ピストンピン軸方向内方から同外方にかけて、ボルト部２０ｅ、固定部２０ａ、鍔部２０ｄ、支持部２０ｃ、可動部２０ｂをこの順に一体形成し、上記固定部２０ａを取付けフランジ３の内径部３ｂに対して圧入することなく挿入して固定するように形成している。

また、図示右側のダンパ２０Ｙは、ピストンピン軸方向内方から同外方にかけて、鍔部２０ｆ、支持部２０ｃ、可動部２０ｂをこの順に一体形成し、上記鍔部２０ｆおよび支持部２０ｃの径方向中心部には、上述のボルト部２０ｅに結合されるナット部２０ｇを形成している。

この実施例３においては、一方のダンパ２０Ｘと他方のダンパ２０Ｙとを同一材料で形成する一方、ダンパ２０Ｘ側の可動部２０ｂの質量を、ダンパ２０Ｙ側の可動部２０ｂの質量に対して大きく設定している。
また、ダンパ２０Ｘ側の支持部２０ｃの外径Ｄｘを、ダンパ２０Ｙ側の支持部２０ｃの外径Ｄｙに対して小さく設定（Ｄｘ＜Ｄｙ）し、ダンパ２０Ｘ側のバネ定数を、ダンパ２０Ｙ側のバネ定数に対して小さくなるように形成している。

共振周波数ｆは（１／２π）・（Ｋ／Ｍ）^１／２［Ｈｚ］で示すことができるので、２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙの比較において、質量が相対的に大きく、かつバネ定数が相対的に小さい図示左側のダンパ２０Ｘの所期の共振周波数を相対的に低く設定することができ、この所期の共振周波数が低い方の図示左側のダンパ２０Ｘにおけるネジ結合部３０を、雄ネジであるボルト部２０ｅと成すことができる。

ここで、図示左側のダンパ２０Ｘにより、少なくともクランクシャフトおよびシリンダブロックの何れか一方の振動（共振周波数ｆ１，ｆ２）を抑制し、図示右側のダンパ２０Ｙにより、ピストン１およびコンロッド１０の振動（共振周波数ｆ３）を抑制すべく、上記質量およびバネ定数を設定してもよい。

また、図示左側のダンパ２０Ｘの可動部２０ｂの重心をＧｘとし、図示右側のダンパ２０Ｙの可動部２０ｂの重心をＧｙとし、中心位置ＣＬ２と重心Ｇｘとの間の距離に、ダンパ２０Ｘの可動部２０ｂの質量を乗じた値（つまりモーメント）と、中心位置ＣＬ２と重心Ｇｙとの間の距離に、ダンパ２０Ｙの可動部２０ｂの質量を乗じた値（つまりモーメント）と、を略同等に設定して、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙの振動時に、これら各ダンパ２０Ｘ，２０Ｙをピストンピン軸方向へ移動させる力が発生するのを抑制すべく構成してもよい。

このように、図８で示した実施例３においても、上記ピストンピン２の内部に、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを取付ける取付けフランジ３を一体的に形成し、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙは、該取付けフランジ３に固定される固定部２０ａと、上記ピストンピン２の軸方向に延びる可動部２０ｂと、該可動部２０ｂを上記固定部２０ａに対して揺動可能に支持する支持部２０ｃと、を備え、上記ダンパ２０Ｘ，２０Ｙが、上記取付けフランジ３を挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合（ネジ結合部３０参照）にて上記取付けフランジ３に取付けられるように構成されたものである（図８参照）。

この実施例３においても、２つのダンパ２０Ｘ，２０Ｙを互いにネジ結合によりピストンピン２内部の取付けフランジ３に取付けるので、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙを圧入することなくピストンピン２内部に取付けることができる。
このため、ダンパ２０Ｘ，２０Ｙの固定部２０ａには圧入応力が作用することはない。よって、当該固定部２０ａへの応力負担を抑制することができ、要求される高い耐応力性能に対応することができる。

図８で示したこの実施例３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８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２０Ｘ，２０Ｙに対応し、
以下同様に、
所期の共振周波数が低い方の動吸振器は、ダンパ２０Ｘに対応し、
雄ネジは、ボルト部２０ｅ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、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。
また、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
３…取付けフランジ
１０…コンロッド
１０ａ…小端部
１０ｂ…大端部
２０Ｘ，２０Ｙ…ダンパ（動吸振器）
２０ａ…固定部
２０ｂ…可動部
２０ｃ…支持部
２０ｅ…ボルト部（雄ネジ）
３０…ネジ結合部

Claims

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、
上記ピストンピンの内部に、上記動吸振器を取付ける取付けフランジを一体的に形成し、
上記動吸振器は、該取付けフランジに固定される固定部と、
上記ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、
該可動部を上記固定部に対して揺動可能に支持する支持部とを備え、
上記動吸振器が、上記取付けフランジを挟んで２つ設けられ、互いにネジ結合にて上記取付けフランジに取付けられるように構成された
エンジンのピストン構造。
上記２つの動吸振器が、振動を低減する所期の共振周波数を異ならせて設定された
請求項１記載のエンジンのピストン構造。
上記所期の共振周波数が低い方の動吸振器におけるネジ結合部を、雄ネジと成した
請求項２記載のエンジンのピストン構造。