WO2014034034A1

WO2014034034A1 - エンジンのピストン構造

Info

Publication number: WO2014034034A1
Application number: PCT/JP2013/004814
Authority: WO
Inventors: 靖典神田; 恒寛森; 康博須藤; 正和菊池; 一雄豊田; 哲也榛澤; 行吉福田; 章住谷; 昌弘小泉; 平田　耕一; 修治詫間; 浩二久保; 和也西森
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: DE112013004273T5; US9926998B2; JP5983750B2; CN104603437B; JPWO2014034034A1; DE112013004273B4; CN104603437A; US20150219181A1

Abstract

　エンジンのピストン構造において、ピストン（１）と、小端部（１０ａ）がピストン（１）と連結されかつ大端部（１０ｂ）がクランクシャフトと連結されるコンロッド（１０）と、ピストン（１）とコンロッド（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、ピストンピン（２）の内部に設けられ、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（１０ｂ）に対して共振するのを抑制する動吸振器（２０）とを備える。

Description

エンジンのピストン構造

　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　雅也著，「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ピ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、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。

　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、上記各動吸振器は、上記ピストンピンに固定される固定部と、上記ピストンピンの内部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、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。

　上記ピストンピンの内部に上記２つの動吸振器を設ける場合、上記２つの動吸振器における可動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に対する両側（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。ここで、動吸振器がピストンピンの内部に設けられるので、動吸振器の可動部の質量はあまり大きくすることはできない。そのため、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、ピストンピンの内部に動吸振器を設けたことにより、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。

図１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及びコンロッドを示す図である。図２は、図１のII－II線断面図である。図３は、図１のIII－III線断面図である。図４は、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。図５は、動吸振器の変形例を示す図３相当図である。図６は、動吸振器の更なる変形例を示す要部拡大図である。図７は、動吸振器の更なる変形例を示す要部拡大図である。図８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る。図９は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の可動部の質量を、０．００５ｋｇ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。図１０は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の可動部の質量を、０．０１ｋｇ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。図１１は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の可動部の質量を、０．０２５ｋｇ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。図１２は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の可動部の質量を、０．０５ｋｇ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。図１３は、動吸振器を設けた場合であって、該動吸振器の可動部の質量を、０．１ｋｇ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。図１４は、可動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。図１５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、１．０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。図１６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、１．２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。図１７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、１．３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。図１８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、１．４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。図１９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、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。図２０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、１．６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。図２１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、１．７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。図２２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、１．８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。図２３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、１．９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。図２４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、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。図２５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（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、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、他の部分における貫通孔２ａの内径よりも小さい。

　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に圧入されて固定される固定部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、各動吸振器２０の固定部２０ａ、可動部２０ｂ及び支持部２０ｃは、金属で一体形成されているとともに、２つの動吸振器２０の固定部２０ａ同士も一体形成されて、固定部２０ａは実質的に１つとなっている。２つの動吸振器２０の互いに一体形成された固定部２０ａは、圧入部２ｂに圧入されて固定されている。その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中心軸方向の一側の面に、一方の動吸振器２０の可動部２０ｂが支持部２０ｃを介して設けられ、固定部２０ａにおけるピストンピン２中心軸方向の他側の面に、他方の動吸振器２０の可動部２０ｂが支持部２０ｃを介して設けられている。

　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をなしている。可動部２０ｂの外径は、可動部２０ｂが振動してもピストンピン２の内周面に接触しないような値に設定されている。各動吸振器２０の支持部２０ｃは、当該動吸振器２０の可動部２０ｂと固定部２０ａとを連結するように円柱状をなしている。支持部２０ｃの外径は可動部２０ｂの外径よりも小さくされていて、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。２つの動吸振器２０の固定部２０ａ、可動部２０ｂ及び支持部２０ｃは、ピストンピン２と同心上に位置している。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。

　各動吸振器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の長さ及び径並びに支持部２０ｃの長さ及び径を設定する。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。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。

　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における支持部２０ｃの長さ又は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、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。

　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。

　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。

　例えば、上記実施形態では、２つの動吸振器２０の固定部２０ａを互いに一体形成したが、２つの動吸振器２０の固定部２０ａを別々に形成して、２つの動吸振器２０を独立のものとしてもよい。この場合、２つの動吸振器２０を、上記実施形態と同様に、固定部２０ａが可動部２０ｂよりもピストンピン２の中心軸方向の中央側に位置するように、ピストンピン２の内部に配設してもよく、或いは、図５に示すように、２つの動吸振器２０を、可動部２０ｂが固定部２０ａよりもピストンピン２の中心軸方向の中央側に位置するように、ピストンピン２の内部に配設してもよい。いずれの場合も、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する。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する。

　図５では、２つの圧入部２ｂが、ピストンピン２の貫通孔２ａの内周面におけるピストンピン２中心軸方向の両端部にそれぞれ設けられており（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の内径と同じである）、２つの動吸振器２０の固定部２０ａは、それら２つの圧入部２ｂにそれぞれ圧入されて固定されている。このように固定部２０ａが、ピストンピン２の中心軸方向において、ピストン１のボス部１ｃ（ピン支持孔１０ｄ）に支持された部分と重なる位置に固定されるので、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１０ｂに対して共振するのをより一層効果的に抑制することができる。

　また、上記実施形態では、２つの動吸振器２０の固定部２０ａを、ピストンピン２の貫通孔２ａの内周面に設けた圧入部２ｂに圧入して固定するようにしたが、動吸振器２０による上記共振の抑制機能をより確実に得られるように、以下のような位置決め（特にピストンピン２中心軸方向の位置決め）によって、固定部２０ａをピストンピン２に、より確実に位置決めしつつ固定するようにしてもよい。

　すなわち、例えば図６に示すように、上記実施形態と同様に形成された２つの動吸振器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、溝部２０ｄを形成し、この溝部２０ｄにＣ形クリップ２５を嵌める。一方、ピストンピン２の貫通孔２ａの内周面には、溝部２０ｄに対応する箇所に、溝部２ｃを形成しておく。そして、上記Ｃ形クリップ２５を嵌めた動吸振器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２５は、内周面の溝部２ｃ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２ｃに対向する位置で拡径して溝部２ｃに嵌まり、これにより、固定部２０ａがピストンピン２に位置決めされた状態で固定される。

　或いは、例えば図７に示すように、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）の面が当接するストッパ２ｄと、他側（図７の右側）の面に当接するＣ形クリップ２５が嵌まる溝部２ｃとを形成しておく。Ｃ形クリップ２５を溝部２ｃに嵌めない状態で、動吸振器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２ｄに当接させる。続いて、治具を用いてＣ形クリップ２５を貫通孔２ａの上記開口から挿入して該Ｃ形クリップ２５を溝部２ｃに嵌める。こうして、ストッパ２ｄとＣ形クリップ２５とによって、固定部２０ａがピストンピン２に位置決めされた状態で固定される。

　固定部２０ａをピストンピン２に固定する方法としては、上記圧入やＣ形クリップ２５の他に、ロウ付けや電気抵抗溶接等を採用することも可能である。

　また、上記実施形態では、ピストンピン２の組付方式としてフルフロート式を採用したが、これには限られず、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１ｃのピン支持孔１ｄに固定されたセミフロート式を採用してもよい。

　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、エンジンのピストンとコンロッドとを連結する断面中空のピストンピン２の内部に設けて、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８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つの動吸振器の可動部の質量ｍを同じにしながら、その各可動部の質量ｍを、０．００５ｋｇ、０．０１ｋｇ、０．０２５ｋｇ、０．０５ｋｇ、０．１ｋｇ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９～図１３に示す。図９～図１３は、２つの動吸振器の可動部の質量を、それぞれ０．００５ｋｇ、０．０１ｋｇ、０．０２５ｋｇ、０．０５ｋｇ、０．１ｋｇ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９～図１３の破線のグラフは、図８の動吸振器を設けない場合のものである。また、図１４に、可動部の質量（図８の動吸振器を設けない場合は、可動部の質量を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８～図１４より、ピストンの自己イナータンスの最大値は、所定値（上記試験の場合、例えば０．０２５ｋｇ）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、可動部の質量は、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、可動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、可動部の質量は、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、可動部の質量が大きすぎると、動吸振器をピストンピン２の内部に設けることが困難になるので、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は、上記試験で用いた、可動部の質量が０．０２５ｋｇである動吸振器のバネ定数と同じにし、他方の動吸振器のバネ定数を、その一方の動吸振器のバネ定数のＣ倍とした。他方の動吸振器の可動部の質量は、一方の動吸振器の可動部の質量と同じ０．０２５ｋｇ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を、１．２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１６～図２４に示す。図１５は、Ｃ＝１．０とした場合のものであって、図１１と同じである。図１６～図２４は、上記比率Ｃの値を、それぞれ、１．２、１．３、１．４，１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０とした場合のものである。図１５～図２４の破線のグラフは、図８の動吸振器を設けない場合のものである。また、図２５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示す。

　図１５～図２４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１５～図２５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１．３～１．７）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、可動部の大きさに制約があって可動部の質量を上記所定値以上にすることができない場合であっても、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
　　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

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ていることを特徴とするエンジンのピストン構造。
　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、
　上記各動吸振器は、上記ピストンピンに固定される固定部と、上記ピストンピンの内部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、
　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。
　請求項２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可動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。