JP6107765B2 - エンジンのピストン構造 - Google Patents

Description

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、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た、エンジンのピストン構造に関する技術分野に属する。

エンジンのピストンが、燃焼行程においてピストンピン及びコンロッドの小端部と一体で該コンロッドの大端部に対して共振するのを抑制して、その共振による騒音を低減するために、断面中空のピストンピンの内部に動吸振器を設けたピストン構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、その動吸振器は、ピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの内部（貫通孔内）において該ピストンピンの中心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ピストンピンの径方向に振動可能に支持する支持部とを有している。

国際公開第２０１４／０３４０３４号パンフレット

上記特許文献１のピストン構造では、動吸振器が設けられた、ピストンピンの貫通孔内に、オイル（エンジンオイル）が進入可能になっているが、オイルを積極的に供給するようにはなっていないため、ピストンピンと動吸振器との間にオイルが介在する場合があったり介在しない場合があったりし、この結果、動吸振器による振動低減特性が安定しないという問題がある。

また、上記特許文献１のピストン構造では、ピストンピンと動吸振器との間にオイルが介在しない場合には、動吸振器の可動部が固定部に対してピストンピンの径方向に大きく振動し易くて支持部に大きな応力が生じ、その応力に耐えるようにするために、例えば支持部の外径（つまりピストンピンと可動部との間のバネ定数）に制約が生じ、この結果、動吸振器による振動低減のチューニングの自由度が低くなってしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、断面中空のピストンピンの内部に動吸振器を設ける場合に、その動吸振器による振動低減のチューニングの自由度を高めることができるようにするとともに、動吸振器による振動低減特性の安定化を図ることができるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの中空の孔の内部に設けられ、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た、エンジンのピストン構造を対象として、上記ピストンと上記コンロッドと上記ピストンピンの周囲には、これらがスムーズに回動するようにオイルが供給され、上記ピストンピンの中心軸方向の端面には、上記中空の孔の開口が形成され、上記動吸振器は、上記ピストンピンの内壁面に固定される固定部と、上記中空の孔の内部において上記固定部から上記開口に向かって上記ピストンピンの中心軸方向に延びる可動部と、を有し、上記動吸振器による振動低減特性が安定するように、上記開口から上記中空の孔の内部への外部からのオイルの進入を抑制するとともに、上記ピストンピンの内壁面と上記動吸振器との間へのオイルの封入量を適切に設定するためのキャップが、上記開口に装着されている、という構成とした。

上記の構成により、ピストンピン（ピストンピンの内壁面）と動吸振器との間の隙間に、液体が封入されているので、その液体が、ピストンピンと動吸振器（特に可動部）との間に常に介在することになり、動吸振器による振動低減特性が安定する。また、上記液体により、動吸振器に設けられた可動部のピストンピン径方向への振動量が制限され、これにより、その可動部を支持する支持部に生じる応力を低減することができる。この結果、その応力に耐えるようにするために、支持部の形状等（つまりピストンピンと可動部との間のバネ定数）に制約を設ける必要がなくなる。また、上記液体は、ピストンピンと可動部との間のダンパとして機能し、上記バネ定数の設定に加えて、上記液体の粘性（粘度又は動粘度）及び上記隙間への封入量の設定、つまり上記ダンパの減衰係数の設定によっても、動吸振器による振動低減のチューニングを図ることができる。よって、動吸振器による振動低減のチューニングの自由度を高めることができるとともに、動吸振器による振動低減特性の安定化を図ることができる。

上記エンジンのピストン構造において、上記ピストンピンの内部に、２つの上記動吸振器が設けられており、上記２つの動吸振器は、上記ピストンピンの中心軸方向の中央を通りかつ該ピストンピン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、ことが好ましい。

このことにより、動吸振器を簡単に構成することができるとともに、ピストンピンの内部に容易に設けることができる。また、２つの動吸振器が、ピストンピンの中心軸方向の中央を通りかつ該ピストンピン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とで、該面に対する両側（つまりコンロッドの小端部に対するピストンピン中心軸方向の両側）の重量バランスを容易にとることができる。

上記エンジンのピストン構造において、上記ピストンピンの両端面に上記開口が形成されており、これら開口に上記キャップがそれぞれ装着されている、ことが好ましい。

このことで、液体を、ピストンピンの貫通孔内におけるピストンピン（貫通孔の内周面）と動吸振器との間に容易に封入することができる。

上記エンジンのピストン構造の一実施形態では、上記オイルは、上記エンジンの潤滑用のオイルである。

これにより、エンジンの潤滑用のオイルを利用することで、動吸振器による振動低減を良好に図ることができる。また、仮にピストンピンの内部の液体がピストンピンの外部に漏れ出てその外部におけるエンジン潤滑用のオイルと混ざったとしても、エンジン潤滑性能には何ら影響しない。

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、ピストンピンと動吸振器との間に、液体が封入されていることにより、動吸振器による振動低減のチューニングの自由度を高めることができるとともに、動吸振器による振動低減特性の安定化を図ることができる。

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（動吸振器は非断面で表示）。 図１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。 各減衰係数ｃｄ毎の、燃焼行程でのピストンの振動量（ピストンに１Ｎの荷重を付加したときのピストンの変位量）の周波数特性を示すグラフである。 図５のピストンの振動量の計算の前提となるバネマスモデルを示す図である。

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（図１及び図３の上下方向）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エンジン潤滑用のオイル（エンジンオイル）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、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。

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て貫通する断面円形の貫通孔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には、後述の動吸振器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（後述の収容部２ｃ）における貫通孔２ａの内径よりも小さく形成されている。

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する小径の上記圧入部２ｂと、この圧入部２ｂに対してピストンピン２の中心軸方向両側に連なるように位置する、圧入部２ｂよりも大径の収容部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。このように圧入部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が配設されている。これら２つの動吸振器２０は、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。

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１ｃのピン支持孔１ｄ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１ｃ）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）、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１０ａ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、上記２つの動吸振器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及び図３に示すように、各動吸振器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。

本実施形態では、２つの動吸振器２０が一体に形成されている。そして、一方の動吸振器２０は、固定部２０ａ、可動部２０ｂ、及び支持部２０ｃが金属で一体に形成されており、他方の動吸振器２０は、２つの金属部材を互いに組み付けて形成される組付型の動吸振器となっている。以下、２つの動吸振器２０を互いに区別する場合には、上記一方の動吸振器２０を一体型動吸振器２０Ａといい、上記他方の動吸振器２０を組付型動吸振器２０Ｂという。

２つの動吸振器２０は、各々の固定部２０ａで一体に連結されている。この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。これにより、一体型動吸振器２０Ａの可動部２０ｂは、一方の収容部２ｃの内部に収容され、組付型動吸振器２０Ｂの可動部２０ｂは、他方の収容部２ｃの内部に収容される。

各動吸振器２０の支持部２０ｂは、該支持部２０ｂにより支持された可動部２０ｃよりもピストンピン２の中心軸方向の中央側に位置し、各動吸振器２０の固定部２０ａは、該固定部２０ａに連結された支持部２０ｂよりも更にピストンピン２の中心軸方向の中央側に位置している。

各動吸振器２０の可動部２０ｂは、ピストンピン２の中心軸方向に延びる円柱状に形成されていて、その外径は、可動部２０ｂが振動しても収容部２ｃの内周面（ピストンピン２の内壁面）に接触しないような値に設定されている。そうして、可動部２０ｂは、該可動部２０ｂの外周面が収容部２ｃの内周面との間に隙間を隔てて対向するように、収容部２ｃ内に配置されている。

可動部２０ｂの外径は、圧入部２ｂの内径よりも大きい。このため、可動部２０ｂは、圧入部２ｂへ挿通しようとしても、可動部２０ｂの端面が段差面２ｄに当接して、圧入部２ｂへの挿通が不能となっている。

各動吸振器２０の支持部２０ｃは、略円柱状（詳しくは、可動部２０ｂ側に向かって外
径が徐々に小さくなる円錐台形状）に形成されていて、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、固定部２０ａ及び可動部２０ｂの外径並びに圧入部２ｂの内径よりも小さくて、支持部２０ｃは圧入部２ｂに挿通可能となっている。

支持部２０ｃは、該支持部２０ｃの外周面が圧入部２ｂの内周面との間に十分な隙間を隔てて対向するように、圧入部２ｂの内部に配置されている。これにより、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。

各動吸振器２０の固定部２０ａは、可動部２０ｂと同様に、円柱状に形成されている。固定部２０ａの外径は、可動部２０ｂの外径よりも小さくされているとともに、固定部２０ａを圧入部２ｂに圧入可能なように圧入部２ｂの内径よりも僅かに大きくされている。各動吸振器２０の固定部２０ａ、可動部２０ｂ及び支持部２０ｃは、それぞれの中心軸を一致させた状態で直列に連なっており、これらの中心軸が各動吸振器２０の中心軸となる。

２つの動吸振器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つの動吸振器２０の可動部２０ｂの質量は略同じであり、２つの動吸振器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。

上記組付型動吸振器２０Ｂの可動部２０ｂは、質量調整部５０と、固定部２０ａ及び支持部２０ｃと一体形成されかつピストンピン２の中心軸方向に延びる軸部５１とで構成されていて、この軸部５１の外周面に質量調整部５０を圧入により組み付けることによって形成されている。これにより、組付型動吸振器２０Ｂは、一体型動吸振器２０Ａと比べて、可動部２０ｂの質量調整が容易にでき、製造誤差の修正等、利便性に優れる利点がある。

質量調整部５０を軸部５１に組み付けたときには、軸部５１の先端部（支持部２ｃとは反対側の端部）が質量調整部５０の端面から突出する。この突出部分の外周面には、周方向に凹むリング状の嵌合溝が形成されており、この嵌合溝に、略Ｃ形状をなす固定クリップ５５が嵌め込まれる。

上記軸部５１の外径は、圧入部２ｂの内径より小さくて、圧入部２ｂに挿通可能である。これにより、ピストンピン２の貫通孔２ａ内に一体の２つの動吸振器２０を組み付ける際には、貫通孔２ａ内に、一体型動吸振器２０Ａ、及び、軸部５１に質量調整部５０を組み付ける前の状態の組付型動吸振器２０Ｂを貫通孔２ａ内に挿入して２つの動吸振器２０の固定部２０ａを圧入部２ｂに圧入した後に、組付型動吸振器２０Ｂの軸部５１に質量調整部５０を圧入して組み付ける。本実施形態では、可動部２０ｂが圧入部２ｂに挿通不能となっているが、組付型動吸振器２０Ｂの可動部２０ｂは、このように質量調整部５０を後付けして形成できるため、２つの動吸振器２０を一体に形成しても、ピストンピン２に支障なく組み付けることができる。

尚、２つの動吸振器２０を共に、一体型動吸振器２０Ａにすることも可能である。この場合も、２つの動吸振器２０を一体に形成することが好ましい。共に一体型動吸振器２０Ａである２つの動吸振器２０を一体に形成した場合には、該２つの動吸振器２０をピストンピン２に組み付けることができるように、２つの動吸振器２０の可動部２０ｂの外径を圧入部２ｂの内径よりも小さく設定しておけばよい。また、２つの動吸振器２０を共に、組付型動吸振器２０Ｂにすることも可能である。

各動吸振器２０の支持部２０ｃは、可動部２０ｂ（可動部２０ｂの質量をｍｄ（単位ｋｇ）とする）を支持するバネに相当し、そのバネ定数をｋｄ（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、ｋｄ／ｍｄ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ｋｄ／ｍｄの値が得られるように、可動部２０ｂの長さ及び外径並びに支持部２０ｃの長さ及び外径を設定する。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の質量に比べ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。

２つの動吸振器２０の可動部２０ｂの質量を略同じにして、２つの動吸振器２０（支持部２０ｃ）のバネ定数を、互いに異ならせてもよい。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における支持部２０ｃの長さ又は外径を互いに異ならせればよい。或いは、２つの動吸振器２０における支持部２０ｃの長さ及び外径の両方を互いに異ならせてもよい。或いは、２つの動吸振器２０における支持部２０ｃの材料を互いに異ならせてもよい。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、ｋｄ／ｍｄ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。

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、本実施形態では、ピストンピン２に設けられた動吸振器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がピストンピン２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）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、ピストンピン２の内部に動吸振器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。

ここで、ピストンピン２の両端面における貫通孔２ａの開口が開放されていたとすると、その開口から貫通孔２ａ内にオイル（エンジンオイル）が進入する場合がある。この貫通孔２ａ内には、オイルを積極的に供給するようにはなっていないため、ピストンピン２と各動吸振器２０との間にオイルが介在する場合があったり介在しない場合があったりする。このため、上記開口が開放された状態では、動吸振器２０による振動低減特性が安定しなくなる。

また、ピストンピン２と各動吸振器２０（特に可動部２０ｂ）との間にオイルが介在しない場合には、可動部２０ｂが固定部２０ａに対してピストンピン２の径方向に大きく振動して支持部２０ｃに大きな応力が生じ、その応力に耐えるようにするために、例えば支持部２０ｃの外径（つまりピストンピン２と可動部２ｂとの間のバネ定数ｋ）に制約が生じる。

そこで、本実施形態では、貫通孔２ａ内におけるピストンピン２と各動吸振器２０との間（貫通孔２ａの内周面と各動吸振器２０の可動部２０ｂ及び支持部２０ｃの外周面との間）の隙間に、液体３１を封入して、ピストンピン２と各動吸振器２０（特に可動部２０ｂ）との間に液体３１が常に介在するようにする。

本実施形態では、ピストンピン２の両端面に、該両端面における貫通孔２ａの開口を閉塞することで、貫通孔２ａ内におけるピストンピン２と各動吸振器２０との間に液体３１を封入する封入キャップ３２がそれぞれ装着固定されている。この封入キャップ３２は、ピストンピン２の端面に対して、容易に外れないようにするために溶接により装着固定することが好ましいが、その他の方法（例えば接着）で装着固定することも可能である。

上記液体３１は、図４に示すように、ピストンピン２と可動部２０ｂとの間のダンパとして機能し、その液体３１の粘性（粘度又は動粘度）及び貫通孔２ａ内の上記隙間への封入量によって、そのダンパの減衰係数ｃｄ（単位Ｎ・ｓ／ｍ）の値が決まる。上記バネ定数ｋｄと共に減衰係数ｃｄを適切に設定することで、動吸振器２０による燃焼行程でのピストン１の振動低減を良好に図ることができるようになる。

本実施形態では、上記液体３１として、上記エンジンの潤滑用のオイル（エンジンオイル）を用いる。このオイルの動粘度は、５．６ｃＳｔ〜９．３ｃＳｔである。このオイルの貫通孔２ａ内の上記隙間への封入量を適切に設定することによって、動吸振器２０による燃焼行程でのピストン１の振動低減を良好に図ることができる。また、仮にピストンピン２の内部の液体３１がピストンピン２の外部に漏れ出てその外部のエンジン潤滑用のオイルと混ざったとしても、エンジン潤滑性能には何ら影響しない。尚、液体３１は、エンジンオイルに限らず、後述するような適切な減衰係数ｃｄが得られる液体（特に粘性液体）であればよい。

ここで、減衰係数ｃｄの値が、燃焼行程でのピストン１（ピストンピン２及びコンロッド１０の小端部１０ａを含む）の振動にどのように影響を及ぼすのかを計算で求めた結果を図５に示す。この計算は、図６に示すバネマスモデルを用いて行った。ここでは、コンロッド１０の小端部１０ａと大端部１０ｂとの間にもダンパ（エンジンオイル）があるとし、その減衰係数をＣ（単位Ｎ・ｓ／ｍ）としている。上記計算では、Ｍ＝０．５３ｋｇ、Ｋ＝２．７×１０８Ｎ／ｍ、Ｃ＝１３５Ｎ・ｓ／ｍ、ｍｄ＝０．０５ｋｇ、ｋｄ＝２．７×１０７Ｎ／ｍとし、ｃｄの値を、５Ｎ・ｓ／ｍ、１０Ｎ・ｓ／ｍ、２０Ｎ・ｓ／ｍ、５０Ｎ・ｓ／ｍ、１００Ｎ・ｓ／ｍ、２００Ｎ・ｓ／ｍと変化させて、該各ｃｄの値毎に、燃焼行程でのピストン１の振動量（単位ｍ／Ｎ）（ピストン１に１Ｎの荷重を付加したときのピストン１の変位量）の周波数特性を求めた。

燃焼行程でのピストン１の振動量は、基本的に、共振周波数で、動吸振器２０を設けない場合よりも大きく減少して、極小となり、共振周波数よりも大きい第１特定周波数、及び、共振周波数よりも小さい第２特定周波数の２箇所で極大となる。これら第１及び第２特定周波数のいずれか一方で、ピストン１の振動量が最大となる。

図５によると、減衰係数ｃｄの値を大きくするに連れて、共振周波数における上記振動
量の極小値が大きくなる一方、上記第１及び第２特定周波数における上記振動量の極大値が小さくなることが分かる。共振周波数における上記振動量の極小値が大きくなっても、上記第１及び第２特定周波数における上記振動量の極大値よりも小さければ、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効果的に抑制できていることになる。また、上記第１及び第２特定周波数における上記振動量の極大値が小さくなることで、ピストン１の振動量の最大値を小さくすることができ、共振周波数を含む広い範囲の周波数領域でピストン１の振動を低減できることになる。このことから、減衰係数ｃｄは、上記共振を効果的に抑制できかつ広い範囲の周波数領域でピストン１の振動を低減できるような値に設定すればよい。

したがって、本実施形態では、貫通孔２ａ内におけるピストンピン２と各動吸振器２０との間（貫通孔２ａの内周面と各動吸振器２０の可動部２０ｂ及び支持部２０ｃの外周面との間）の隙間に、液体３１が封入されているので、その液体３１が、ピストンピン２と各動吸振器２０（特に可動部２０ｂ）との間に常に介在することになり、動吸振器２０による振動低減特性が安定する。また、液体３１により、動吸振器２０の可動部２０ｂのピストンピン２径方向への振動量が制限され、これにより、その可動部２０ｂを支持する支持部２０ｃに生じる応力を低減することができる。この結果、その応力に耐えるようにするために、支持部２０ｃの形状等（つまりピストンピン２と可動部２０ｂとの間のバネ定数ｋｄ）に制約を設ける必要がなくなる。また、液体３１は、ピストンピン２と可動部２０ｂとの間のダンパとして機能し、上記バネ定数ｋｄの設定に加えて、液体３１の粘性（粘度又は動粘度）及び貫通孔２ａ内の上記隙間への封入量の設定、つまり上記ダンパの減衰係数ｃｄの設定によっても、動吸振器２０による振動低減のチューニングを図ることができる。よって、動吸振器２０による振動低減のチューニングの自由度を高めることができるとともに、動吸振器２０による振動低減特性の安定化を図ることができる。

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。

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、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た、エンジンのピストン構造に有用である。

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 動吸振器
２０ａ 固定部
２０ｂ 可動部
２０ｃ 支持部
３１ 液体
３２ 封入キャップ

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断面中空のピストンピンと、上記ピストンピンの中空の孔の内部に設けられ、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た、エンジンのピストン構造であって、
   上記ピストンと上記コンロッドと上記ピストンピンの周囲には、これらがスムーズに回動するようにオイルが供給され、
   上記ピストンピンの中心軸方向の端面には、上記中空の孔の開口が形成され、
   上記動吸振器は、上記ピストンピンの内壁面に固定される固定部と、上記中空の孔の内部において上記固定部から上記開口に向かって上記ピストンピンの中心軸方向に延びる可動部と、を有し、
   上記動吸振器による振動低減特性が安定するように、上記開口から上記中空の孔の内部への外部からのオイルの進入を抑制するとともに、上記ピストンピンの内壁面と上記動吸振器との間へのオイルの封入量を適切に設定するためのキャップが、上記開口に装着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、
   上記ピストンピンの内部に、２つの上記動吸振器が設けられており、
   上記２つの動吸振器は、上記ピストンピンの中心軸方向の中央を通りかつ該ピストンピン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とを特徴とするエンジンのピストン構造。
3. 請求項１又は２記載のエンジンのピストン構造において、
   上記ピストンピンの両端面に上記開口が形成されており、これら開口に上記キャップがそれぞれ装着されていることを特徴とするエンジンのピストン構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンのピストン構造において、
   上記オイルは、上記エンジンの潤滑用のオイルであることを特徴とするエンジンのピストン構造。

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