(57)【要約】【課題】ピストン構造を複雑にすることなく、エンジン騒音を低減する。【解決手段】エンジンの円筒状ピストンピン３内に動吸振器５が組み込まれ、動吸振器５は、ピストンピン３の内部に設けられた支持部６と、支持部６に片持ち支持されてピストンピン３の軸方向に延び、支持部６を支点にしてピストンピン３の径方向に振れるロッド７と、ロッド７に片持ち支持されてピストンピン３の軸方向に延び、ロッド７に支持された部分を支点にしてピストンピン３の径方向に振れる円筒体８とを備えてなる。【選択図】図３
2016161062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内で往復動するピストンと、小端部がピストンと連結され、大端部がクランクシャフトと連結されるコンロッドと、上記ピストンとコンロッドの小端部を連結する断面中空の円筒状ピストンピンと、このピストンピン内に設けられた動吸振器とを備えるエンジンのピストン構造であって、
上記動吸振器は、
上記ピストンピンの軸方向に延び、該ピストンピンに対して該ピストンピンの径方向に振れることによって特定の振動周波数域において動吸振機能を発揮する第１動吸振部と、
上記第１動吸振部に設けられ、上記ピストンピンに対して振れることによって上記特定の振動周波数域と異なる振動周波数域において動吸振機能を発揮する第２動吸振部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２】
請求項１において、
上記動吸振器は、
上記ピストンピンの内部に設けられた支持部と、
上記支持部に片持ち支持されて該ピストンピンの軸方向に延び、上記支持部を支点にして上記ピストンピンの径方向に振れるロッドと、
上記ロッドに弾性的に支持されて上記ピストンピンの軸方向に延び、該ロッドに対して振れる補助質量体としての円筒体とを備えてなり、
上記支持部に片持ち支持された上記ロッドと上記円筒体が上記第１動吸振部を構成し、上記ロッドに支持された上記円筒体が上記第２動吸振部を構成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３】
請求項２において、
上記ロッドが上記円筒体に挿入され、該ロッドの先端が該円筒体の端部に結合されて、該円筒体が該ロッドの先端に片持ち支持されており、
上記円筒体の内周面と上記ロッドの周面との間に弾性材が充填され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４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記ピストンピンの内部の略中央部に設けられた支持部と、
上記支持部に各々片持ち支持されて上記ピストンピンの軸方向に互いに離反するように延び、上記支持部を支点にして上記ピストンピンの径方向に振れる一対のロッドと、
上記一対のロッド各々に弾性的に支持された補助質量体とを備えてなり、
上記支持部、該支持部の一方の側に設けられた上記ロッド及び上記補助質量体が第１動吸振器を構成し、
上記支持部、該支持部の他方の側に設けられた上記ロッド及び上記補助質量体が第２動吸振器を構成し、
上記第１及び第２の動吸振器各々において、上記支持部に片持ち支持された上記ロッドと該ロッドに支持された上記補助質量体とからなる振動系が上記第１動吸振部を構成し、上記ロッドに弾性的に支持された上記補助質量体が上記第２動吸振部を構成していることを特徴とするエンジンのピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトがコンロッドによって連結されている。具体的には、コンロッドの小端部がピストンピンによってピストンに連結され、コンロッドの大端部がクランクシャフトに連結されている。このようなピストン構造において、エンジンの振動音の低減のために従来より種々の対策がとられている。
【０００３】
特許文献１には、セラミック製ピストンピンを円筒状に形成し、その内部に吸音材を挿入することが記載されている。これは、ピストンピンとコンロッドの小端部とのクリアランスや、ピストンピンとピストンのボス部とのクリアランスに起因する振動音を低減するものである。
【０００４】
特許文献２には、円筒状ピストンピンの内部に動吸振器を設けることにより、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コンロッドの大端部に対して共振することを抑制することが記載されている。その動吸振器は、ピストンピンに固定された固定部と、ピストンピンの軸方向に延びる可動部と、該可動部を固定部に対してピストンピン径方向に振動可能に支持する支持部とを備えてなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５４９９６号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２０１４／０３４０３４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジンの燃焼に伴って発生するノック音に関しては、そのノック音成分の振動が、ピストンからコンロッドを介してクランクシャフトに伝わり、さらに、クランクシャフト軸受部からシリンダブロック側壁面に伝わることが知られている。図９はエンジンのノック音に係る音圧レベルと振動レベルの周波数特性の一例を示すものであり、異なる複数の振動周波数帯に振動レベルのピークがみられ、それに対応して音圧レベルも高くなっている。
【０００７】
これに対して、特許文献２のようにピストンピンに動吸振器を設けることは、ピストンピンが上記ノック音成分の振動伝達経路を構成するエンジン部品であるから、特定の振動周波数域においてノック音低減効果が得られる。しかし、図９から明らかなように、ノック音に関しては、異なる複数の振動周波数域のノック音成分に振動レベルのピークが見られることから、特定の振動周波数域のノック音成分を抑えることができても、それだけでは、ノック音を効果的に低減することができない。
【０００８】
一方、上記振動伝達経路に共振周波数が異なる複数の動吸振器を配置することも、ピストン構造が複雑になり、好ましくない。
【０００９】
そこで、本発明は、ピストン構造を複雑にすることなく、エンジン騒音を効果的に低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、１つの動吸振器に相異なる振動周波数域で動吸振機能を発揮する複数の動吸振部を設けた。
【００１１】
ここに開示す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、小端部がピストンに連結され、大端部がクランクシャフトに連結されるコンロッドと、上記ピストンとコンロッドの小端部を連結する断面中空の円筒状ピストンピンと、このピストンピン内に設けられた動吸振器とを備え、
上記動吸振器は、
上記ピストンピンの軸方向に延び、該ピストンピンに対して該ピストンピンの径方向に振れることによって特定の振動周波数域において動吸振機能を発揮する第１動吸振部と、
上記第１動吸振部に設けられ、上記ピストンピンに対して振れることによって上記特定の振動周波数域と異なる振動周波数域において動吸振機能を発揮する第２動吸振部を備えていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、特定の振動周波数域では第１動吸振部が振動することによって動吸振機能を発揮してピストンからクランクシャフトへの当該特定周波数域の振動の伝達が抑えられるとともに、上記特定の振動周波数域と異なる振動周波数域らおいて、第２動吸振部が振動することによって動吸振機能を発揮してピストンからクランクシャフトへの振動の伝達が抑えられるから、エンジン騒音が効果的に抑えられる。
【００１３】
そうして、第２動吸振部は第１動吸振部に設けられているから、結局、一つの動吸振器によって相異なる２つの振動周波数域での動吸振が図れ、ピストン構造を複雑にすることなく、エンジン騒音を効果的に抑えることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、上記動吸振器が、
上記ピストンピンの内部に設けられた支持部と、
上記支持部に片持ち支持されて該ピストンピンの軸方向に延び、上記支持部を支点にして上記ピストンピンの径方向に振れるロッドと、
上記ロッドに弾性的に支持されて上記ピストンピンの軸方向に延び、該ロッドに対して振れる補助質量体としての円筒体とを備えてなり、
上記支持部に片持ち支持された上記ロッドと上記円筒体が上記第１動吸振部を構成し、上記ロッドに支持された上記円筒体が上記第２動吸振部を構成する。
【００１５】
この態様によれば、ピストンピンに設けられた支持部に対してロッドが円筒体とが一体になって撓み振動することにより、特定の振動周波数域での動吸振効果が得られ、ロッドに対して弾性的に支持された円筒体が振動することによって、特定の振動周波数域と異なる振動周波数域での動吸振効果が得られる。
【００１６】
そうして、上記支持部に片持ち支持したロッドに円筒体を弾性的に支持することで、第１動吸振部と第２動吸振部を構成するという態様であるから、動吸振器は全体としてピストンピンの軸方向に延びるロッド状の簡単な構造になり、ピストンピン内部への組み付けが容易になる。
【００１７】
上記態様において、上記ロッドが上記円筒体に挿入され、該ロッドの先端が該円筒体の端部に結合されて、該円筒体が該ロッドの先端に片持ち支持されており、上記円筒体の内周面と上記ロッドの周面との間に弾性材が充填されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、ロッドに片持ち支持された円筒体が撓み振動することによって第２動吸振部の動吸振効果が得られる。しかも、この第２動吸振部は、円筒体とロッドの間に充填された弾性材によって減衰のある動吸振部となるから、弾性材がない場合に比べて、広い振動周波数域で動吸振効果が得られ、動吸振器の設計も容易になる。
【００１９】
本発明の好ましい態様では、
上記ピストンピンの内部の略中央部に設けられた支持部と、
上記支持部に各々片持ち支持されて上記ピストンピンの軸方向に互いに離反するように延び、上記支持部を支点にして上記ピストンピンの径方向に振れる一対のロッドと、
上記一対のロッド各々に弾性的に支持された補助質量体とを備えてなり、
上記支持部、該支持部の一方の側に設けられた上記ロッド及び上記補助質量体が第１動吸振器を構成し、
上記支持部、該支持部の他方の側に設けられた上記ロッド及び上記補助質量体が第２動吸振器を構成し、
上記第１及び第２の動吸振器各々において、上記支持部に片持ち支持された上記ロッドと該ロッドに支持された上記補助質量体とからなる振動系が上記第１動吸振部を構成し、上記ロッドに弾性的に支持された上記補助質量体が上記第２動吸振部を構成している。
【００２０】
このような態様であれば、各々第１動吸振部と第２動吸振部を有する一対の動吸振器がピストンピンに組み込まれているから、動吸振効果が高くなり、しかも、一対の動吸振器がピストンピンの略中央部に設けられた支持部を共用してその両側に配置されているから、動吸振器の支持が安定し、耐久性の向上に有利になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピストンピン内に設けられた動吸振器が、ピストンピンの軸方向に延び、該ピストンピンに対してピストンピン径方向に振れることによって特定の振動周波数域において動吸振機能を発揮する第１動吸振部と、この第１動吸振部に設けられ、ピストンピンに対して振れることによって上記特定の振動周波数域と異なる振動周波数域において動吸振機能を発揮する第２動吸振部を備えているから、一つの動吸振器によって相異なる２つの振動周波数域での動吸振が図れ、ピストン構造を複雑にすることなく、エンジン騒音を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１のエンジンのピストン構造を示す正面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】図１のIII−III線断面図。
【図４】実施形態１の動吸振器の第１動吸振部の振動を示す断面図。
【図５】実施形態１の動吸振器の第２動吸振部の振動を示す断面図。
【図６】実施形態１の動吸振器に弾性材を適用した状態を示す断面図。
【図７】実施形態２に係る図３と同様の断面図。
【図８】実施形態３の動吸振器を示す断面図。
【図９】エンジンのノック音の周波数特性を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
＜実施形態１＞
図１に示すエンジンのピストン構造において、１はピストン、２はピストン１とクランクシャフト（図示省略）を連結するコンロッドである。ピストン１は、エンジンサイクル（吸気行程、圧縮行程、膨張行程（燃焼行程）及び排気行程）を実現すべく、エンジンのシリンダ（図示省略）を往復動する。コンロッド２は小端部２ａと大端部２ｂを有し、小端部２ａがピストン１のスカート部１ａにピストンピン３を介して連結され、大端部２ｂがクランクシャフトのクランクピンに連結される。
【００２５】
図２及び図３に示すように、ピストンピン３は、断面中空の円筒状をなし、その両端部がピストン１のスカート部１ａに設けられた相対するボス部１ｂに嵌められている。コンロッド２の小端部２ａはピストンピン３の中央部にブッシュ４を介して嵌められている。本実施形態のピストンピン３は、ピストン打音を抑えたフルフロートタイプであり、コンロッド２の小端部２ａに対して回転可能であるとともに、ピストン１のボス部１ｂに対して回転可能である。ピストンピン３の外周面と小端部２ａとの間、並びにピストンピン３の外周面とボス部１ｂとの間には、ピストン１のクラウン部裏面に向けて供給される潤滑油によって潤滑油膜が形成される。ボス部１ｂにはピストンピン３の軸方向の移動を規制するスナップリング１０が嵌められている。
【００２６】
ピストンピン３の内部には一対の動吸振器５が組み込まれている。すなわち、ピストンピン３の内部には、ピストンピン３の軸方向中央に配置された支持部６と、この支持部６に各々片持ち支持されて支持部６の両側へ上記軸方向に延びる一対のロッド７と、各ロッド７の先端部に片持ち支持された補助質量体としての円筒体８とが設けられている。支持部６は、円板状であって、ピストンピン３の筒孔の内径が少し小さくなった中央部３ａに圧入されて、該ピストンピン３に固定されている。この場合、支持部６、該支持部６の一方の側に設けられたロッド７及び円筒体８が一方の動吸振器（第１動吸振器）５を構成し、支持部６、該支持部６の他方の側に設けられたロッド７及び円筒体８が他方の動吸振器（第２動吸振器）５を構成しており、両動吸振器５は１つの支持部６を共用してその両側に対称に配置されている。
【００２７】
図４に示すように、ロッド７は、基端部に小径になった首部７ａを有し、該首部７ａを介して支持部６に連なっている。ロッド７の先端部７ｂは径が小さくなっている。支持部６及びその両側のロッド７は金属によって一体に形成されている。ロッド７は、支持部６に片持ち支持されているため、ピストンピン３に振動が加わると、該支持部６を支点にしてピストンピン３の径方向に撓み振動する。
【００２８】
円筒体８は、支持部６に近い一端が開口し、他端が閉じられていて、その他端部、すなわち、円筒体８の奥底に圧入穴１１が設けられている。ロッド７は円筒体８に挿入され、該ロッド７の先端が円筒体８の圧入穴１１に圧入されている。ロッド７の周面と円筒体８の内周面との間には全周にわたって隙間２０が設けられている。従って、上記圧入によって、円筒体８は、ロッド７の先端に片持ち支持された状態になっており、上記隙間２０が設けられていることにより、ピストンピン３に振動が加わると、ロッド７の先端が圧入された部分を支点にしてピストンピン３の径方向に撓み振動することになる。
【００２９】
ここに、上記動吸振器５は、図４に鎖線で示すように、ロッド７が撓むことによって、ロッド７と円筒体８とがピストンピン３の径方向に振動する振動系と、図５に鎖線で示すように、円筒体８が撓むことによって、該円筒体８におけるロッド７の圧入部よりも開口端側（支持部６側）がピストンピン３の径方向に振動する振動系とを有する。前者の振動系は、特定の振動周波数域において動吸振機能を発揮する第１動吸振部を構成する。ばね−質量系の固有角振動数は(Ｋ／Ｍ)１／２で表されるところ（Ｋ；バネ定数，Ｍ；質量）、後者の振動系の質量は、前者の振動系の質量よりも小さいから、後者の振動系は、上記特定振動周波数域よりも高い振動周波数域において動吸振機能を発揮する第２動吸振部を構成する。
【００３０】
図９に示すノック音に係る周波数特性においては、振動レベルのピークが３箇所（低周波数側から高周波数側に向かって第１ピークＰ１、第２ピークＰ２及び第３ピークＰ３の３箇所）に現れている。本実施形態では、第１動吸振部の固有振動周波数を第２ピークＰ２の周波数に合わせ、第２動吸振部の固有振動周波数を第３ピークＰ３の周波数に合わせている。
【００３１】
これにより、一対の動吸振器５各々の第１動吸振部が第２ピークに係る振動に共振することによって第２ピークの振動レベルが下がり、一対の動吸振器５各々の第２動吸振部が第３第２ピークに係る振動に共振することによって第２ピークの振動レベルが下がる。すなわち、ピストン１からシリンダブロックへの振動伝達が動吸振器５各々の第１動吸振部と第２動吸振部によって抑制され、その結果、ノック音が低減し、自動車の静粛性確保に有利になる。
【００３２】
また、ロッド７の周面と円筒体８の内周面との間の隙間には、ピストン１のクラウン部裏面に向けてオイルジェットにより噴射される潤滑油（オイル）が入る。従って、この潤滑油が第２動吸振部の円筒体８の振動にダンパー効果を発揮することにより、第２動吸振部では広い振動周波数域で動吸振効果が得られ、エンジン騒音の低減に有利になる。
【００３３】
図６に示すように、ロッド７の周面と円筒体８の内周面との間の隙間にゴムや熱可塑性エラストマーなどゴム様弾性材１２を充填してもよい。これにより、上記オイルと同じく、弾性材によってダンパー効果が得られ、第２動吸振部において広い振動周波数域で動吸振効果が得られ、エンジン騒音の低減に有利になる。
【００３４】
＜実施形態２＞
図７に示すように、本実施形態の実施形態１との相違点は一対の動吸振器５の配置にある。すなわち、実施形態１では、一対の動吸振器５が１つの支持部６を共用していたが、本実施形態では、各動吸振器５がそれぞれ専用の支持部６を備えている。以下、具体的に説明する。
【００３５】
ピストンピン３の筒孔の一端に一方の動吸振器５の支持部６が圧入によって固定され、上記筒孔の他端に他方の動吸振器５の支持部６が圧入によって固定されている。両動吸振器５は、各々の支持部６に片持ち支持されてピストンピン３の中央に向かって延びるロッド７と、このロッド７の先端部に片持ち支持された円筒体８とを備えている。両動吸振器５のロッド７及び円筒体８の構成は実施形態１と同じである。
【００３６】
本実施形態においても、独立に設けられた一対の動吸振器５によって実施形態１と同様の動吸振効果が得られる。
【００３７】
＜実施形態３＞
図８に示すように、本実施形態は１つの動吸振器５に動吸振機能を発揮する振動周波数が相異なる第１乃至第３の動吸振部を備えるケースである。
【００３８】
すなわち、本実施形態では、支持部６より両側に延びるロッド７各々の先端が第１円筒体１３の奥底の圧入穴１４に圧入され、第１円筒体１３は第２円筒体１５の奥底の圧入穴１６に圧入されて、一対の動吸振器５が構成されている。ロッド７の周面と第１円筒体１３の内周面との間には全周にわたって隙間２０が設けられていて、第１円筒体１３はロッド７の先端部に片持ち支持された状態になっている。また、第１円筒体１３の外周面と第２円筒体１５の内周面との間には全周にわたって隙間２１が設けられていて、第２円筒体１５が第１円筒体１３の端部に片持ち支持された状態になっている。
【００３９】
本実施形態の場合、支持部６に片持ち支持されたロッド７、第１円筒体１３及び第２円筒体１５が第１動吸振部を構成し、ロッド７に片持ち支持された第１円筒体１３が第１動吸振部よりも高い周波数域で動吸振機能を発揮する第２動吸振部を構成し、第１円筒体１３に片持ち支持された第２円筒体１３が第２動吸振部よりも高い周波数域で動吸振機能を発揮する第３動吸振部を構成する。
【００４０】
第１動吸振部の固有振動周波数を図９に示す第１ピークＰ１の周波数に合わせ、第２動吸振部の固有振動周波数を図９に示す第２ピークＰ２の周波数に合わせ、第３動吸振部の固有振動周波数を図９に示す第３ピークＰ３の周波数に合わせることにより、ピストン１からシリンダブロックへの振動伝達を効果的に抑制することができる。その結果、エンジンのノック音が低減し、自動車の静粛性確保に有利になる。
【００４１】
なお、実施形態２及び実施形態３においても、図６に示す例と同様に、ロッドと円筒体との隙間、或いは円筒体同士の隙間に弾性材１２を充填してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態１−３では、円筒体をロッド、又は他の円筒体に片持ち支持することによって動吸振機能を発揮させるようにしているが、例えば、円筒体の内周面とロッドの周面との間に弾性材を設け、この弾性材によって円筒体をロッドに対して径方向又はロッド長手方向（湯ピストンピン軸方向）に揺動自在に支持することよって動吸振機能を発揮させるというように、円筒体をロッド又は他の円筒体に対して弾性材を介して支持するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１    ピストン
２    コンロッド
３    ピストンピン
５    動吸振器
６    支持部
７    ロッド
８    円筒体
１２    弾性材
１３    円筒体
１５    円筒体
【図１】
2016161062.tif 000003
【図２】
2016161062.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016161062.tif 000008
【図７】
2016161062.tif 000009
【図８】
2016161062.tif 000010
【図９】
2016161062.tif 000011