JP6176136B2

JP6176136B2 - エンジンのピストン構造

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Publication number: JP6176136B2
Application number: JP2014021317A
Authority: JP
Inventors: 平田　耕一; 耕一平田; 靖典神田; 浩二久保; 山谷　光隆; 光隆山谷; 修治詫間
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: JP2015148184A

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。また、ピストンピンの内部に動吸振器を設ける場合、当該動吸振器が外れないように固定する必要がある。

そこで、この発明は、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、ピストンピン内部の動吸振器の固定が外れて抜けることを規制し、抜止め機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、上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、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、を備えると共に、上記固定部は、上記ピストンピン中空部位に形成された小径部に固定され、上記可動部は、上記小径部よりも径が大きく形成された大径部を備えたものである。

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、動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する上記小径部および上記大径部を備えたので、これら小径部、大径部によりピストンピン内部の動吸振器の固定が外れて抜けることを規制し、動吸振器の抜止め機能を確保することができる。

この発明によるエンジンのピストン構造は、また、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、上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、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、を備えると共に、上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、上記動吸振器が２つ設けられ、少なくとも一方の動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成したものである。

しかも、上記動吸振器が２つ設けられ、少なくとも一方の動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成したものであるから、可動部を大径化することができると共に、ピストンピン小径部と可動部の大径部との両者により、動吸振器の抜止めを達成することができる。また、上記キャップ部により質量調整が容易となる。

この発明によるエンジンのピストン構造は、さらに、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、上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、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、を備えると共に、上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、上記動吸振器が２つ設けられ、２つの各動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成したものである。

しかも、上記動吸振器が２つ設けられ、２つの各動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成したものであるから、２つの動吸振器を略同様または同一に構成することができると共に、キャップ部の質量調整により周波数差の自由度増加を図ることができる。

この発明によるエンジンのピストン構造は、さらにまた、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、上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、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、を備えると共に、上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、上記動吸振器はピストンおよびコンロッドの共振周波数での振動を抑制するように設定したものである。

この発明の一実施態様においては、上記規制手段を、上記固定部に設けられるＣ形クリップにて構成したものである。

上記構成によれば、簡単な構成で動吸振器の抜止めを達成することができる。

この発明の一実施態様においては、上記規制手段を、上記固定部の対応位置においてピストンピン内周部に設けられるストッパとＣ形クリップにて構成したものである。

上記構成によれば、ストッパとＣ形クリップとの簡単な構成で動吸振器の抜止めを達成することができる。

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、ピストンピン内部の動吸振器の固定が外れて抜けることを規制し、抜止め機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エンジンのピストン構造の他の実施例を示す断面図図５の要部拡大断面図（ａ）はピストンピンに動吸振器を組付けた状態の斜視図、（ｂ）はその正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断面図図８の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断面図図１０の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断面図図１２の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断面図図１４の要部拡大断面図

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し、他の行程において騒音が増大するのを抑制し、しかも、ピストンピン内部の動吸振器の固定が外れて抜けることを規制し、抜止め機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であって、上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、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、を備えると共に、上記固定部は、上記ピストンピン中空部位に形成された小径部に固定され、上記可動部は、上記小径部よりも径が大きく形成された大径部を備えるという構成にて実現した。

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３にも示すように、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４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３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。

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、図示左側の一方のダンパ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）、図示右側の他方のダンパ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３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を構成している。

図３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４４を形成し、キャップ部４０の圧入時に、該ストッパ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、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が形成されている。
而して、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、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る。

ところで、支持部２０ｃも、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４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がピストンピン２に固定される固定部２０ａと、ピストンピン２の軸方向に延びる可動部２０ｂと、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とを備えると共に、上記ダンパ２０の軸方向移動を機械的に規制する規制手段３０，３１を備えたものである（図１〜図３参照）。

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、ダンパ２０の軸方向移動を機械的に規制する規制手段３０，３１を設けたので、該規制手段３０，３１によりピストンピン２内部のダンパ２０の固定が外れて抜けることを規制し、ダンパ２０の抜止め機能を確保することができる。

また、この発明の一実施形態においては、上記ダンパ２０が２つ設けられ、少なくとも一方のダンパ２０の支持部２０ｃには当該支持部２０ｃからピストンピン２の軸方向に延びる軸部２０ｄが設けられ、上記軸部２０ｄ外周にはキャップ部４０を固定し、上記軸部２０ｄと該キャップ部４０とで上記可動部２０ｂを形成すると共に、上記規制手段３１を、上記固定部２０ａを固定するピストンピン２の小径部と、上記可動部４０の大径部（キャップ部４０における円筒部４３の外径部参照）にて構成したものである（図３参照）。

この構成によれば、可動部２０ｂを大径化することができると共に、ピストンピン２の小径部と可動部４０の大径部との両者（つまり規制手段３１）により、ダンパ２０の抜止めを達成することができる。また、上記キャップ部４０により質量調整が容易となる。

図５はエンジンのピストン構造の他の実施例を示す断面図、図６は図５の要部拡大断面図である。
図５，図６に示すこの実施例２においてはピストンピン２の中心軸方向の中央部に実施例１の圧入部２ｂに代えて挿入部２ｅを形成している。また固定部２０ａの外径に対して可動部２０ｂの外径を小さく形成している。
そして、上記実施例１と同様に形成された２つのダンパ２０の互いに一体形成された固定部２０ａ（実質的に１つである固定部２０ａのピストンピン２中心軸方向の中央部）に、環状の溝部２０ｅを形成し、この溝部２０ｅにＣ形クリップ３２を嵌める。一方、ピストンピン２の挿入部２ｅの内周面には、溝部２０ｅに対応する箇所に、環状の溝部２ｆを形成しておく。そして、上記Ｃ形クリップ３２を嵌めたダンパ２０を貫通孔２ａの一方の開口から挿入すると、Ｃ形クリップ３２は、内周面の溝部２ｆが形成されていない部分に接触している状態では縮径しているが、溝部２ｆに対向する位置で拡径して溝部２ｆに嵌まり、これにより、固定部２０ａがピストンピン２の挿入部２ｅに抜け止めされた状態で固定される。

要するに、図５，図６で示す実施例２においては、規制手段を、上記固定部２０ａに設けられるＣ形クリップ３２にて構成したものであり、この構成によれば、簡単な構成でダンパ２０の抜止めを達成することができる。また、ダンパ２０の固定部２０ａを圧入することなく、Ｃ形クリップ３２を用いて挿入固定することができるので、ダンパ２０の組付け作業性の向上を図ることができる。

図５，図６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５，図６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７はエンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示し、図７の（ａ）はピストンピンにダンパを組付けた状態の斜視図、図７の（ｂ）はその正面図である。
図７に示すこの実施例３においては、ピストンピン２の貫通孔２ａの内周面に、上記互いに一体形成された固定部２０ａにおけるピストンピン２中心軸方向の一側（図７の左側）の面が当接する環状のストッパ３３と、他側（図７の右側）の面に当接または微小クリアランスを介して近接するＣ形クリップ３４が嵌まる環状の溝部２ｆとを形成しておく。Ｃ形クリップ３４を溝部２ｆに嵌めない状態で、ダンパ２０を、貫通孔２ａの図７の右側の開口から挿入して、上記固定部２０ａにおける上記一側の面を上記ストッパ３３に当接させる。続いて、治具を用いてＣ形クリップ３４を貫通孔２ａの上記開口から挿入して該Ｃ形クリップ３４を溝部２ｆに嵌める。こうして、ストッパ３３とＣ形クリップ３４とによって、固定部２０ａがピストンピン２の挿入部２ｅに抜け止めされた状態で固定される。

要するに、図７で示した実施例３においては、規制手段を、上記固定部２０ａの対応位置においてピストンピン２の内周部に設けられるストッパ３３とＣ形クリップ３４にて構成したものであり、この上記構成によれば、ストッパ３３とＣ形クリップ３４との簡単な構成でダンパ２０の抜止めを達成することができる。

図７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断面図、図９は図８の要部拡大断面図である。
図８，図９に示す実施例４においては、ダンパ２０を２つ設け、図示右側のダンパ２０の支持部２０ｃには、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、該軸部２０ｄ外周にはキャップ部４０を固定して、軸部２０ｄとキャップ部４０とで可動部２０ｂを形成すると共に、規制手段３０，３５を、固定部２０ａを固定するピストンピン２小径部の段差面２ｄと、可動部２０ｂの大径部（右側においてはキャップ部４０の外径部）にて構成したものである。

上述のキャップ部４０は圧入方向先端側と圧入方向後端側とに圧入部４４，４５を有する円筒形状に形成されており、これらの各圧入部４４，４５間における軸部２０ｄはキャップ部４０の内径に対して小径に形成されており、この小径に形成された部分と圧入部４４，４５間のキャップ部４０内周面との間には隙間４６が形成されている。
また、上述のキャップ部４０の軸方向外端は、軸部２０ｄの対応部に装着したＣ形クリップ等の係止リング３６で抜け止め固定している。

このように構成しても、可動部２０ｂを大径化することができると共に、ピストンピン２の小径部における段差面２ｄと可動部２０ｂの大径部（右側においてはキャップ部４０の外径部）との両者（つまり規制手段３０，３５）により、ダンパ２０，２０の抜止めを達成することができる。また、上記キャップ部４０により質量調整が容易となる。

図８，図９で示したこの実施例においても、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８，図９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１０はエンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示す断面図、図１１は図１０の要部拡大断面図である。
図８，図９で示した実施例４においては、固定部２０ａを隔てた図示右側を組付型のダンパ２０とし、固定部２０ａを隔てた図示左側を一体型ダンパ２０としたが、図１０，図１１で示すこの実施例５においては、固定部２０ａを隔てた図示の左右両側をそれぞれ図９の図示右側の構成と同等の組付型のダンパ２０，２０としたものである。

要するに、図１０，図１１で示すこの実施例５においては、上記ダンパ２０が２つ設けられ、２つの各ダンパ２０の支持部２０ｃには当該支持部２０ｃからピストンピン２の軸方向に延びる軸部２０ｄが設けられ、上記軸部２０ｄ外周にはキャップ部４０を固定し、上記軸部２０ｄと該キャップ部４０とで上記可動部２０ｂを形成すると共に、上記規制手段３５を、上記固定部２０ａを固定するピストンピン２の小径部（段差面２ｄ参照）と、上記可動部２０ｂの大径部（キャップ部４０の外径部参照）にて構成したものである。

この構成によれば、２つのダンパ２０を略同様または同一に構成することができると共に、キャップ部４０の質量調整により周波数差の自由度増加を図ることができる。

図１０，図１１で示したこの実施例５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１０，図１１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１２はエンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示す断面図、図１３は図１２の要部拡大断面図である。
図１３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Ｄ９に対して、可動部２０ｂの支持部２０ｃ側の外径Ｄ１１を大きく形成（Ｄ１１＞Ｄ９）し、これにより規制手段３０を構成している。

図１３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Ｄ８の第１軸部２７と、外径がＤ７の第２軸部２８とをこの順に一体形成し、Ｄ８＞Ｄ７の関係式が成立するように各軸部２７，２８の外径寸法を設定している。

そして、第２軸部２８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１軸部２７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、第１軸部２７の軸方向の略全長にわたる圧入部４１と、第２軸部２８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４４を形成し、キャップ部４０の圧入時に、該ストッパ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。

而して、ピストンピン２の段差面２ｄの最小径部の内径Ｄ９に対して、キャップ部４０の外径Ｄ１０（可動部２０ｂの外径）を大きく形成（Ｄ１０＞Ｄ９）し、これにより規制手段３１を構成したものである。

このように構成しても、上記各規制手段３０，３１により、ピストンピン２内部のダンパ２０の固定が外れて抜けることを規制し、ダンパ２０の抜止め機能を確保することができる。

図１２，図１３で示したこの実施例６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１２，図１３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１４はエンジンのピストン構造のさらに他の実施例を示す断面図、図１５は図１４の要部拡大断面図である。
図１２，図１３で示した実施例６においては、固定部２０ａを隔てた図示右側を組付型のダンパ２０とし、固定部２０ａを隔てた図示左側を一体型ダンパ２０としたが、図１４，図１５に示すこの実施例７においては、固定部２０ａを隔てた図示の左右両側をそれぞれ図１３の図示右側の構成と同等の組付型のダンパ２０，２０としたものである。
このように構成しても、上記各規制手段３１，３１により、ピストンピン２内部のダンパ２０の固定が外れて抜けることを規制し、ダンパ２０の抜止め機能を確保することができる。

図１４，図１５で示したこの実施例７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１４，図１５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
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
３０，３１，３５…規制手段
３２，３４…Ｃ形クリップ
３３…ストッパ
４０…キャップ部

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、
上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、
ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、
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、を備えると共に、
上記固定部は、上記ピストンピン中空部位に形成された小径部に固定され、
上記可動部は、上記小径部よりも径が大きく形成された大径部を備えることを特徴とする
エンジンのピストン構造。
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、
上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、
ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、
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、を備えると共に、
上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、
上記ピストンピンの内部において上記動吸振器が上記固定部を挟むようにして２つ設けられ、
少なくとも一方の動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、
上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、
上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成した
エンジンのピストン構造。
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、
上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、
ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、
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、を備えると共に、
上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、
上記動吸振器が２つ設けられ、
２つの各動吸振器の支持部には当該支持部からピストンピン軸方向に延びる軸部が設けられ、
上記軸部外周にはキャップ部を固定し、上記軸部と該キャップ部とで上記可動部を形成すると共に、
上記規制手段を、上記固定部を固定するピストンピンの小径部と、上記可動部の大径部にて構成した
エンジンのピストン構造。
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、
上記動吸振器がピストンピンに固定される固定部と、
ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、
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、を備えると共に、
上記動吸振器の軸方向移動を機械的に規制する規制手段を備え、
上記動吸振器はピストンおよびコンロッドの共振周波数での振動を抑制するように設定したことを特徴とする
エンジンのピストン構造。
上記規制手段を、上記固定部に設けられるＣ形クリップにて構成した
請求項４記載のエンジンのピストン構造。
上記規制手段を、上記固定部の対応位置においてピストンピン内周部に設けられるストッパとＣ形クリップにて構成した
請求項４記載のエンジンのピストン構造。