JP2005503511A - ピンボア潤滑式閉鎖オイルギャラリピストン - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、概略的には、ディーゼルエンジン用途のピストンに関し、詳細には、閉鎖オイルギャラリを備えたピストンに関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンでは、ピストン本体が冷却用油のための閉鎖オイルギャラリを備えたピストンを使用することが知られている。油は、オイルギャラリを通って循環し、燃焼熱からの損傷を受けやすいピストンの部品を冷却する。かかる冷却用オイルギャラリは、全体として環状即ちリングの形をしており、ピストン本体の頂壁に隣接してリングベルトの直ぐ内側に設けられている。オイルギャラリは、内壁によって境界付けられ、底壁により底部が閉鎖されている。冷却用油をオイルギャラリ内へ導入する1以上の入口が設けられている。冷却又は潤滑目的で油を部分的にオイルギャラリからピストンの他の領域中へ差し向ける種々の出口も又設けられている。リストピン(ピストンピン)を潤滑するために冷却用オイルギャラリからピストンボスのピンボアまで延びる油通路を設けることが知られている。給油の導入箇所は、かなり局在化されており、潤滑のための僅かな量の油を供給するが、これはピストンの全行程で提供されない場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は、ピンボア及び閉鎖オイルギャラリディーゼルピストンの潤滑具合を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の現時点において好ましい実施形態に従って構成されたディーゼルエンジン用ピストンは、オイルギャラリを備えたピストン本体と、共通のピンボア軸線を中心としてその周りに位置した状態で、周囲方向に延びるピンボア表面を備えたピンボアが設けられている1対のピンボスとを有し、ピンボア表面は、ピンボス相互間に介在した空間だけ周囲に沿って互いに間隔を置いて設けられている。本発明によれば、少なくとも1つの凹部が、ピンボア表面のうちの少なくとも1つに形成されていて、少なくとも1つのピンボア表面を横切って軸方向に延びている。これに関連した少なくとも1つの油通路が、油をオイルギャラリから少なくとも1つの凹部に差し向けるためにオイルギャラリから少なくとも1つの凹部まで延びている。
【0005】
本発明の利点は、ピンボスの潤滑のための潤滑油のリザーバとして働く閉鎖油冷却用オイルギャラリを備えたディーゼルエンジンピストンのピンボスに対する潤滑具合を向上させたことにある。
【0006】
本発明の別の利点は、ピンボア表面に設けられた軸方向逃げ部又は凹部が、それ自体ピンボア表面に隣接して位置する潤滑油の局在化された油リザーバとして働くということにある。油通路により給油される凹部は、油を捕捉し又は吸い上げ、オイルギャラリ内で使えるピストンボアへの供給油が少ない場合でもストロークの最上部のところを含むピストンの1行程全体を通じて油をピンボア表面に供給する。かかる場合、ピンボア凹部内に保持された油のポケットは、ピンボア表面に潤滑油を供給するのに役立つ。
【0007】
本発明の別の利点は、閉鎖オイルギャラリディーゼルピストンのピンボアの潤滑具合を大幅に向上させる簡単な解決策が提供されるということにある。単純な機械加工により凹部をピンボア表面に形成することができ、かかる凹部は、ピンボア表面の機械加工中、既存の製造法に容易に適合させることができる。
【0008】
本発明の別の利点は、ピストン、作動中、連接棒及びリストピンの相互作用面への潤滑具合を向上させることにより連接棒及びリストピンの寿命が長くなることにある。
【0009】
本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すると容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明の現時点において好ましい実施形態に従って構成された閉鎖オイルギャラリピストン組立体が、図1において全体を符号10で示されており、この閉鎖オイルギャラリピストン組立体は、上面16を備えた環状頂壁14を有するピストン本体12を備えている。燃焼窪み即ちボウル18が、上面16から頂壁14内へ延びている。頂壁14は、上面16と反対側の下面即ち裏面22を有している。
【0011】
ピストン本体12は、環状であり、頂壁14から下方に延びる外壁即ちリングベルト24を有している。外壁24は、複数のリング溝28を備えた環状の外周面26を有している。外壁24は、外面26から半径方向内方に間隔を置いて位置した環状内面30を有している。
【0012】
ピストン本体12は、燃焼ボウル18から下方に突き出た内壁32を有し、この内壁は、外壁24の内面30から半径方向内方に間隔を置いて設けられた半径方向外方に向いている表面34を有する。
【0013】
ピストン本体12は、頂壁14から間隔を置いて位置し、外壁24と内壁32との間に延び且つ外壁24と内壁32をこれらの下端部に隣接したところで相互に連結する環状底壁36を有している。底壁36は、上方床面38及び下面40を有している。
【0014】
壁14,24,32,36は一緒になって、ピストン本体12内にこれらの壁によって閉鎖された内部の環状をなしたリング状のキャビティ即ちオイルギャラリ42を構成している。図2〜図4に示すように、オイルギャラリ42は、ピストン本体12の周りにぐるりと延びていて、頂部、底部、外周部、内周部がそれぞれ頂壁14、底壁36、外壁24、内壁32により境界付けられている。「閉鎖」という用語は、オイルギャラリ42が底部のところで、外壁24と内壁32との間に延びるだけでなく、外壁24及び内壁32の下端部を相互に接合するピストン本体12の構造部材、即ち底壁36により閉鎖されていることを意味している。以下に更に説明するように、冷却用油が循環してオイルギャラリ42に出入りすることができるようにする種々の開口部及び通路が設けられており、「閉鎖」という用語は、オイルギャラリ42を通って冷却用油の流れを受け入れるためにかかる開口部及び通路を設けることを意図している。また、当業者であれば、壁を説明する際に用いられる「頂」、「底」、「内」及び「外」という用語は、オイルギャラリ42を包囲する周囲壁構造の部分を表すことを意図しているのでそのように解されるべきであり、図示の例示の実施形態に基づいて厳密に解されるべきではない。というのは、オイルギャラリ42の特定の寸法形状は、特定の用途に必要な特定の冷却要件に応じてピストン毎に変わる可能性が多分にあるからである。
【0015】
ピストン本体12は、1対のピンボス部分44を更に備えており、これらピンボス部分44は、内壁32及び底壁36と一体品として鋼から形成され、好ましくはインベストメント鋳造される。ピンボス44は、互いに遠ざかる方向に向いた外側フェース46及び互いに近づく方向に向いた内側フェース48を有している。内側フェース48は各々全体として平らであり、好ましくはピンボス44の底部に向かって末広がりであり、内側フェース48相互間には、連接棒52(図4)を受け入れる空間50が形成されている。ドーム即ちキャビティ54が、燃焼ボウル18を冷却するために図示のように空間50の上方に延びるのがよい。キャビティ54を形成する表面は、ピンボス44の内側フェース48から延びているが、その平面からは外れており、図示の実施形態では、一部が内壁32の内面56によって提供されている。ピンボス44は、軸方向に整列したピンボア58を備え、これらピンボアは、実質的に円筒形であり、ピンボア軸線A(図3)を中心に整列したピンボア表面60を有している。外側フェース46及び内側フェース48は、ピンボア58を包囲している。ピンボア58は、ピストン本体12と連接棒52を相互に連結するリストピン(図示せず)を受け入れている。ピンボア表面60は、好ましくはブッシュの助けを借りないでリストピンの支持体となり、したがってピンボア58には好ましくはブッシュが設けられていない。ピンボア58は各々、リストピン(図示せず)を通常の仕方でピンボア58内に固定するスナップリングを受け入れる環状スナップリング溝62を有している。
【0016】
ピストン本体12は、ピストンスカート64を更に有している。ピストンスカート64は、好ましくはピストンボス44と単一品として鋳造され、関節連結スカートではなく一体形ピストン構造を提供している。しかしながら、スカートをピストン本体12とは別個の構造部品として形成し、ピストン本体12の閉鎖オイルギャラリ構造を保持した状態でリストピン(図示せず)を介してピンボス44に関節連結の仕方で接合してもよいが、一体形構造が好ましい。ピストンスカート64は、ピストンボス44相互間に延びていて、外壁24の外面26と実質的に一線をなし、その延長部となる外面66を有している。外面66は、スカート64がピンボス44を互いに接合する凹んだ側フェース68を形成するようピンボア58により中断されている。ピストンスカート64の内面70は、ピンボア58に隣接して位置していて、スカート64によって包囲された空間72を形成している。
【0017】
ピストン本体12の閉鎖オイルギャラリ構造は好ましくは、少なくとも2つの別々の部品を1又は複数の継手74により接合し、いったん接合されると、一体のワンピース本体構造を効果的に生じさせることによりピストン本体12を形成することによって達成される。かかる別々の部品を互いに接合する多くの方法があるが(これらは、全て本発明の範囲に含まれる)、好ましい手法は、別々に形成された部品を図3及び図4に示すように摩擦溶接継手74により接合することである。かかる場合、継手74の上方に位置する頂部部品76は、継手74の反対側で底部部品78とは別個に形成され、次に、別々に形成された部品76,78を継手74により互いに摩擦溶接して図示のような一体構造をする。本発明の範囲に含まれる他の接合方法の幾つかの例としては、他の溶接、結合、ろう付け、ねじ締結手段や別々の部品を互いに結合してピストン本体12の閉鎖オイルギャラリ構造を生じさせる他の機械的及び冶金学的手段が挙げられる。
【0018】
本発明の更に好ましい特徴によれば、少なくとも底部部品78が鋼からインベストメント鋳造され、これと同様に頂部部品76を鋼からインベストメント鋳造し、又は他の方法、例えば鍛造又は他の鋳造法により形成するのがよい。
【0019】
次に特に図2及び図5〜図7を参照すると、ピストン本体12の底壁36は、少なくとも1つ、好ましくは2つの油アクセス穴80を備え、この油アクセス穴80は、空間72内で底壁36の底面40からオイルギャラリ42内に延びている。油穴80は好ましくは、冷却用油をオイルギャラリ42内へ導入する入口ポートである。ピストン10をディーゼルエンジン内に設置すると、油穴80は、これと関連した油噴射ノズル(図示せず)と連通し、これら油噴射ノズルは、冷却用油の流れを空間72内に下から上へ差し向け、そして穴80を介してオイルギャラリ42内へ差し向ける。いったんオイルギャラリ42内に導入されると、冷却用油は、ピストン本体12の上方部分を冷却するのに役立ち、油がオイルギャラリ42内を動き回ると、ピストン10の往復動中、「カクテルシェーカー」のような動作で熱を壁から取り出す。
【0020】
ピストン本体12の閉鎖オイルギャラリ構造によって、頂壁14に加えられ、ピストン10をシリンダ内で下方に押しやる燃焼力は、内壁32を介してだけでなく外壁24及び相互連結底壁36を介してピンボス44に伝えられる。したがって、外壁24及び底壁36は、燃焼の力に耐え、故障無くかかる荷重をピンボス44に伝えなければならないピストンの構造的荷重支持部分となる。油穴80及び底壁36は、底壁構造の急激な不連続部となり、応力集中および潜在的な故障の部位となる可能性がある。本発明は、油穴80の付近のピストン本体構造を補強し、油穴80を底壁36に設けることにより生じる応力集中効果を相殺することによりこの問題を解決している。本発明によれば、ピストン本体12は、油穴80を境界付ける油穴ボス82を備えており、これらは図2、図6及び図7に最もよく示されている。油穴ボス82は、油穴80を包囲する領域の底壁36に追加の構造的一体性を与えるために油穴80の直ぐ隣りに位置する底壁36の局所厚肉部分により構成されている。図6及び図7に最も明確に示されているように、油穴ボス82は、上方床面38の上方に延び、したがって油穴ボス82の直ぐ隣りの底壁36の厚さは、油穴ボス82を構成する底壁36の部分の厚さよりも薄くなっている。油穴ボス82は好ましくは、外壁24中へ延びてこれと一体品として形成されていて、油穴80の付近の外壁24と底壁36の移行領域に追加の構造的一体性を提供している。応力集中を減少させるために、油穴ボス82のコーナ部は全て図6及び図7に示すように丸くなっていることが好ましい。
【0021】
図2及び図6に最もよく示されているように、油穴ボスは、平面図で上から見ると、非円形の形をしており、好ましくは全体として3角形の領域即ち部分84を有し、ここで油穴ボス82が外壁24と接合する。油穴ボス82の特定の寸法形状は、油穴80が設けられていることにより生じる応力集中を相殺するのに必要な構造で大きく左右されることは理解されよう。底部部品78をインベストメント鋳造した場合の1つの利点は、油穴ボス82を穴80の応力集中に対し所望の反作用構造を提供するのに必要なネット(正味)又はニヤネットの形状に合わせてそのとおりに形成できるということにある。
【0022】
本発明の別の特徴によれば、少なくとも1つ、好ましくは1対の通路86がオイルギャラリ42からピンボス44の内側フェース48まで直接延びていて、ピンボス44と連接棒52との間で内側フェース48に直接的な循環作用をもたらすようになっている。通路86は、図4及び図5に最もよく示されている。図示の実施形態では、かかる通路86が4つあり、2つがピンボア軸線Aの反対側でピンボス44の各内側フェース48をそれぞれ受け持っている。通路86は、ドーム54を形成する壁から間隔を置いて位置し、内側フェース48に直接開口してピンボス44と連接棒52との間の隙間内に直接潤滑作用をもたらすようになっている。
【0023】
本発明の更に別の特徴によれば、図1及び図3に最もよく示されているように、ピンボア58は、軸方向凹部即ちポケット88を備え、かかる凹部即ちポケット88は、ピンボア58の軸線Aの方向に軸方向に延びていて、円筒形ピンボア表面60に不連続部を形成している。凹部88は好ましくは凹状であり、少なくとも一部がピンボアの中心線である軸線Aの上方に位置している。凹部88は、ピンボア58の幅全体にわたって軸方向に延び、ピンボス44の外側フェース46と内側フェース48との間でピンボア表面60の幅と同一の広がりを持っている。凹部88は、互いに軸方向に整列しており、ピンボア表面60の場合と同様、ピンボス44の内側フェース48相互間の空間50によって中断されている。凹部88は、ピンボア軸線Aの方向で見て、断面がドームの形をしており、又は凹状である。油通路90が、オイルギャラリ42から延びていて、直接凹部88の各々に開口しており、それによりピストン10の作動中、ピンボア58の幅全体にわたり油を凹部88に供給するようになっている。油通路90は好ましくは、ピストンの一運動サイクル全体を通じ、一定量の油をピンボア58に供給するようオイルギャラリ42の最も下に位置する部分から始まっている。関連の凹部88への各油通路90の入り込みは、油の一様な分布を促進するようピンボス44の外側フェース46と内側フェース48との間のほぼ中間に位置している。凹部88は、油のリザーバ即ち保持ポケットとして役立ち、これら凹部は、常時一様な潤滑をもたらすようピストン10の1ストローク全体を通じ、油をピストンボア表面60に供給し続ける。
【0024】
上記教示に照らして本発明の多くの改造例及び変形例を想到できることは明らかである。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属する限り、本発明を具体的に記載した形態以外の形態で実施できることは理解されるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の現時点において好ましい実施形態に従って構成されたピストンの側面図である。
【図2】図1の2−2線に沿った平面図である。
【図3】図2の3−3線に沿った部分断面平面図であり、ピストン組立体全体を示している。
【図4】図2の4−4線に沿った断面側面図であり、ピストン組立体全体を示している。
【図5】図1のピストンの下から見た部分斜視図である。
【図6】図2の場合のようにピストンの頂部を省いた状態の上から見た部分斜視図である。
【図7】図6の7−7線に沿った部分断面図である。
Claims (8)
- ディーゼルエンジン用のピストンであって、
オイルギャラリを備えたピストン本体と、
共通のピンボア軸線を中心としてその周りに位置した状態で、周囲方向に延びるピンボア表面を備えたピンボアが設けられている1対のピンボスとを有し、
前記ピンボア表面は、前記ピンボス相互間に介在した空間だけ前記周囲に沿って互いに間隔を置いて設けられており、
前記ピストンは、前記ピンボア表面のうちの少なくとも1つに形成されていて、前記少なくとも1つのピンボア表面を横切って軸方向に延びる少なくとも1つの凹部と、これに関連し前記オイルギャラリから前記少なくとも1つの凹部まで延び油を前記オイルギャラリから前記少なくとも1つの凹部に差し向ける少なくとも1つの油通路と、を更に有している、
ことを特徴とするピストン。 - 前記ピンボア表面は各々、前記少なくとも1つの凹部及びこれに関連した前記少なくとも1つの油通路を有している、
ことを特徴とする請求項1記載のピストン。 - 前記ピンボアの前記凹部は、前記ピンボス相互間の前記空間だけ互いに間隔を置いて位置している、
ことを特徴とする請求項2記載のピストン。 - 前記少なくとも1つの凹部は、前記ピンボア軸線の方向に見た場合、ドームの形をしている、
ことを特徴とする請求項1記載のピストン。 - 前記少なくとも1つの凹部は、前記ピンボア表面の幅全体にわたって延びている、
ことを特徴とする請求項1記載のピストン。 - 前記少なくとも1つの凹部は少なくとも一部が、前記ピンボア軸線の上方に延びている、
ことを特徴とする請求項1記載のピストン。 - 前記ピンボア表面にはブッシュが設けられていない、
ことを特徴とする請求項1記載のピストン。 - ディーゼルエンジン用ピストンであって、
内部オイルギャラリを備えたピストン本体と、ピンボア軸線に沿って整列したピンボアが設けられている1対のピンボスとを有し、
前記ピンボアは、前記ピンボス相互間に形成されていて、前記ピンボアの上方に延びる空間により互いに分離され、
前記ピンボアが前記ピンボス相互間に介在した空間により互いに結合するのが阻止されている別々のピンボア表面を有するようになっており、
前記ピストンは、冷却用の前記オイルギャラリから前記ピンボアの各々まで延びる油通路と、前記油通路と直結して前記ピンボア表面の各々の実質的に幅全体にわたって軸方向に延びる凹部とを更に有し、
前記油通路が前記凹部内へ開口するようになっている、
ことを特徴とするピストン。
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