JP2005526218A - 内燃機関のためのピストンピン支承部 - Google Patents

Abstract

内燃機関のためのピストンピン支承部であって、このピストンピン支承部に円筒状のピストンピン（８）が支承されている形式のものにおいて、従来技術に比べて改良されたボス孔形状が提供されており、これにより、ピストンにおける機械的な応力の著しい低減、ひいてはピストン耐用寿命の延長をも得られる。さらに、形状付与により、ピストンピン支承部の騒音形成が阻止される。本発明によれば、このことが次のことにより、すなわち、ボス孔（２）の周面（５）が、ボス軸線全体に沿って、ボス赤道−ボス天頂−ボス赤道の範囲で高楕円状に成形されており、楕円のパラメータ表示が、ｘ＝ｂ／２×ｃｏｓα｝；ｙ＝ａ／２×ｓｉｎα｝，０°≦α≦１８０°に従っており、かつボス赤道−ボス天底−ボス赤道の範囲では円筒状に形成されており、ａ：大きい楕円直径、ｂ＝Ｄ：小さい楕円直径、Ｄ＝円筒状のボス部分の直径、α＝ｚ軸線に対して任意の放射線が形成する角度が設けられている。

Description

本発明は、内燃機関のためのピストンピン支承部であって、ボス孔が設けられており、このボス孔にピストンピンが支承されている形式のものに関する。

内燃機関のためのピストンのボス孔を負荷及び変形に対応できるように形成することが、例えばドイツ連邦共和国特許公告第２１５２４６２号明細書、ドイツ連邦共和国特許公開第４１４１２７９号明細書及びドイツ連邦共和国特許第３０３６０６２号明細書につき公知である。これらの明細書に記載のボスの形状付与は、ピストンヘッドに作用するガス動力が、ピンボスを介してピストンピンに伝達され、これにより、ピストンピンがコンロッド内における回転運動に基づいて周期的にたわめられるという一般的な認識から生じている。一般的な仮定によれば、これにより、ボス孔は水平方向の平面でも垂直方向の平面でも、とりわけボス孔の天頂及び天底において引張り力、押圧力及びたわみ力を負荷される。変形に対応できるようにするためには、前記ドイツ連邦共和国特許公告第２１５２４６２号明細書は、ボス孔の周面線が湾曲されており、ボス孔の軸線がピストン中央へ向かって軽く湾曲された延びを有しており、孔の横断面が楕円状に成形されおり、この場合に楕円の小さい半軸線がピストンの長手方向軸線に対して平行に延びているボス形状を提案している。

ドイツ連邦共和国特許第３０３６０６２号明細書では、ボス孔が横断面図で見て楕円形に形成されており、楕円の大きい半軸が、ピストンの長手方向軸線に対して平行に延びていることが提案されている。付加的に、ボス孔の、ピストンの長手方向軸線から離れた側が、より大きい楕円性を有しており、かつピストンの長手方向軸線に隣接した側がより小さい楕円性を有しており、この場合に、別の構成では周面線が孔の頂点で傾斜して構成されている。

しかしながら、上に述べた形状付与は全て、ピストンの負荷の増大に伴い上昇する点火圧により、亀裂が、軸及び窪み縁部並びに窪み底部の範囲に数百運転時間の後に生じる恐れがある。このような亀裂の原因は、孔の天頂及び天底でピストンピンとボス孔との間に生じる大きすぎる遊びにあり得る。できるだけわずかな遊びを得るためには、ドイツ連邦共和国特許公開第１６５０２０６号明細書では、楕円形のボス孔が提案されている。このボス孔では、楕円の大きい軸線が、ピストンの長手方向軸線に対して横方向に位置している。これにより、ピストンピンとボス孔との間の耐裂性と低騒音性とが同時に高められる。

そこで本発明の課題は、従来技術に対して改良された、ピストンピン支承部のためのボス孔形状を提案し、このボス孔形状が、ピストンにおける機械的な応力の著しい低減、ひいてはピストン耐用寿命の延長をも可能にするようにすることである。特に形状付与により、ピストンピン支承部における騒音形成が阻止されることが望ましい。

本発明によれば、この課題は請求項１に記載の特徴により解決される。

楕円の、ボス孔の天頂に位置する周面線がボス孔軸線に対して平行に延びている、赤道−天頂−赤道−ボス範囲にのみ構成された片側の高楕円性により、一方では、有利には、高楕円状の孔の本発明による構成では、ボス孔内に半径方向にさらに外側に位置する範囲、すなわち、ボス孔の側方の範囲がより高く負荷される。これにより、ピン軸線に関連して拡大されたレバーアームに基づき、より大きいモーメントが生じるようになっており、このモーメントは、ピン軸線を中心としたピストンのたわみを減衰させる。これにより、従来技術に比べてよりわずかな接線応力が、燃焼窪みの窪み縁部及び窪み底部に生じる。

さらに円筒部の、ボス孔の天底に位置する周面線がボス孔軸線に対して平行に延びている、赤道−天底−赤道−ボス範囲にのみ構成された片側の円筒状の形状により、有利には、ボス上側からボス下側へのピストンピンの接触部交替時のピストンピンとボスとの間の遊びが最小化されている。

総体的に、ボス孔の本発明による形状付与により、従来技術に比べてピストンの耐用寿命の著しい上昇が達成される。

有利な発展形が従属請求項の対象となっている。

次に本発明を実施例につきさらに詳しく説明する。

図１から判るように、内燃機関のためのピストン１が、上側のボス範囲２．１と下側のボス範囲２．２とを有するボス孔２を有している。このボス孔２には、円筒状のピストンピン（図示しない）が支承されている。図１及び図２によれば、上側のボス範囲はガス動力側に配置されている。このガス動力側では、ボス孔２の符号５により示した周面が周側で、ボス長手方向軸線Ｘ全体に沿って、ボス赤道−ボス天頂−ボス赤道の範囲で高楕円状に成形されており、楕円形のパラメータ表示は、
ｘ＝ｂ／２×ｃｏｓα｝
ｙ＝ａ／２×ｓｉｎα｝ ０°≦α≦１８０°
に従っている。

ボス孔２の下側の範囲２．２では、周面５が、ボス長手方向軸線Ｘ全体に沿って、ボス赤道−ボス天底−ボス赤道の間で円筒状に形成されており、この場合に、両方のボス範囲のためには次のこと、すなわち、
ａ：大きい楕円直径、
ｂ＝Ｄ：小さい楕円直径、
Ｄ＝円筒状のボス部分の直径、
α＝ｚ軸線に対して任意の放射線が形成する角度、
が有効である。

ボス孔全体のためには、天頂及び天底に位置する周面線３及び４が、ボス長手方向軸線に対して平行に延びているということがいえる。このボス長手方向軸線は、ピストン長手方向軸線に対して垂直に位置している。楕円性はボス孔直径Ｄの０．０５〜０．２％までであると適当である。

図３及び図４から判るように、本発明によるボス構成により、著しい耐用寿命向上が確認できる。この耐用寿命向上は、１９０ｂａｒの点火圧による軽金属ディーゼルピストンのための１０００ｈピストン負荷テストによる結果である。図３には、軸６、コンロッド７及びピストンピン８を有するピストン並びに測定ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥが詳細に示されている。

図５．１及び図５．２は、上側のボス範囲２．１の展開図で、円筒状の構成及び高楕円状の構成における面圧分配を示しており、かつ図５．３により、軽金属ディーゼルピストンの使用下で１７５ｂａｒの点火圧力時における図５．１及び図５．２による面圧分配の差を示している。図示のように、半径方向応力がボス孔の外側の範囲ではより高くなっており、これにより、ピン軸線に関連して拡大されたレバーアームに基づいて、より大きいモーメントが生じ、このモーメントはピン軸線を中心としたピストンのたわみを低減する。これにより、例えば窪み縁部ではよりわずかな接線応力がもたらされるが、燃焼窪みの別の範囲もよりわずかに負荷される。

図６により、値１００％に対応する円筒状のボス孔を基準とした孔耐用寿命の変化が示されている。これにより、前記応力低減が特に窪み底部、ピン方向で見た窪み縁部（ＭｕＲａＢｏＲｉ）及び冷却通路−窪み（ＫｕｅＫａ）においてピストンの著しい耐用寿命向上に貢献する。

ピストンの部分横断面図である。

ｙｙ′線に沿って断面した、ボス孔の横断面図である。

ピストンの高く負荷された種々異なった箇所Ａ〜Ｅを示す斜視図である。

図３の箇所に応じた耐用寿命に対する種々異なったボス構成の影響をグラフにより示す図である。

ボス孔内の半径方向応力を赤道−天頂−赤道の間の円筒状のボス形状と赤道−天底−赤道の間の円筒状のボス形状とを展開して示す図である。

ボス孔内の半径方向応力を赤道−天頂−赤道の間の高楕円状ボス形状と赤道−天底−赤道の間の円筒状のボス形状とを展開して示す図である。

高楕円状のボス孔の場合と円筒状のボス孔の場合との相違を示す図である。

耐用寿命の変化を示す図である。

符号の説明

１ ピストン、 ２ ボス孔、 ２．１ 上側のボス範囲（高円筒状）、 ２．２ 下側のボス範囲（円筒状）、 ３ 天頂、 天頂の周面線、 ４ 天底、天底の周面線、 ５ ボス孔全体の周面、 ６ ピストン軸、 ７ コンロッド、 ８ ピストンピン、 Ｘ ボス長手方向軸線、赤道、 Ｙ ピストン長手方向軸線、 Ｚ ボス横方向軸線、 Ｙ′ 楕円の大きい半軸線と下側のボス範囲の円直径との間の差、 ＧＤＳ ピストンの反力側、 ＤＳ ピストンの圧力側

Claims (4)

1. 内燃機関のためのピストンピン支承部であって、ボス孔が設けられており、該ボス孔に、ピストンピンが支承されている形式のものにおいて、
   ボス孔（２）の周面（５）が、支持するピン長さ全体に沿って、ボス赤道−ボス天頂−ボス赤道の範囲で高楕円状に成形されており、楕円のパラメータ表示が、
   ｘ＝ｂ／２×ｃｏｓα｝
   ｙ＝ａ／２×ｓｉｎα｝ ０°≦α≦１８０°
   に従っており、
   ボス赤道−ボス天底−ボス赤道の範囲では円筒状に形成されており、
   ａ：大きい楕円直径、
   ｂ＝Ｄ：小さい楕円直径、
   Ｄ＝円筒状のボス部分の直径、
   α＝ｚ軸線に対して任意の放射線が形成する角度、
   が設けられていることを特徴とする、内燃機関のためのピストンピン支承部。
2. ボス孔（２）の、天頂（３）と天底（４）とに位置する周面線が、ボス孔軸線に対して平行に延びている、請求項１記載の、内燃機関のためのピストン（１）。
3. ピストンピン（８）が、円筒状に成形されている、請求項１又は２記載の内燃機関のためのピストン（１）。
4. ピストンピン（３）が、成形溝を有している、請求項３記載のピストン（１）。

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