JP2007507651A - 内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバー - Google Patents

Abstract

内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーであって、ピストンは、ピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間の管状の凹所とを有している。組立て容易な冷却チャネルカバーは、断面がＵ字形の一体形プラスチックリングを含み、リング底部と、リング底部に成形されていてかつ外側へ半径方向に曲げられた、円周に沿った外側シャンクと、内側へ半径方向に曲げられた、円周に沿った内側シャンクとを有している。開口幅（Ｍ）を有する第１の半径方向分割部と、第２の半径方向分割部とが設けられており、この第２の半径方向分割部は、リングシャンクの内の１つの半径方向撓みのための第１のフィルムヒンジと、半径方向に曲げられたシャンクのうちの少なくとも１つの少なくとも１つの半径方向撓みを可能にする第２のフィルムヒンジとを形成している。冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクは、冷却チャネルの内側の周縁部の段状の円錐状の凹所に係合する。

Description

本発明は、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーに関し、ピストンは、ピストンリングバンドのレベルにおいて、ピストンクラウンの内周に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所とを有する。ピストンシャフトは、ピストンクラウンに懸吊されたハブを介してピストンクラウンと結合されている。

従来技術
ピストンヘッドの縁部領域に配置された冷却チャネルを有する、マルチパート冷却ピストンがドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３９７５１号明細書に記載されており、このチャネルは、実質的にカップスプリングのように構成された薄板金リングでカバーされている。この薄板金リングは、一片で構成されており、ピストンは２つの部分から構成されているのでピストンに容易に組み付けられることができる。これに関して、上側ピストン部分が下側ピストン部分に結合される前に薄板金リングを上側ピストン部分にまず組み付けることが必要である。

さらに、ピストンは、ドイツ民主共和国特許出願公開第２５２６３８号明細書及びドイツ連邦共和国第４１３４５３０号明細書に記載されており、この場合、底部へ開放した冷却チャネルをカバーし、リング状に円周に沿って延びた壁部は、開放薄板金リングとして構成されており、このリングは、溝において、ピストンリングゾーンの内周に対して、及び燃焼室壁部の外周に対して、Seegerリング原理による塑性変形を利用して、すなわち半径方向にバイアスされて、それぞれ当接している。

さらに、ドイツ連邦共和国特許第４２０８０３７号明細書に記載された冷却チャネルを有するマルチパートピストンにおいて、底部へ開放した冷却チャネルはバイアスされたカップスプリングによってカバーされており、カップスプリングは、円周において少なくとも２つの部分に分割されており、軸方向では向き合った側に対して、半径方向では内側と外側において、自由に支持体に当接している。

最後に、ピストンヘッドの縁部領域に配置された冷却チャネルを有する一体形冷却チャネルピストンは、欧州特許第０５６１８７１号明細書及び欧州特許第０７９９３７３号明細書から公知である。これらの特許において、チャネルは、カップスプリングのように構成されたカバーリング、又はカップスプリングのように構成されておりかつカラーが設けられたカバーリングによって閉鎖されている。

前記実施形態の欠点は、カバーリング又はカップスプリングが、組み立てられることができるために、２つの部分に構成されなければならないということである。さらに、組立て時に、２つの半円形のリング半部のそれぞれは個々にピストンクラウンにおける対応する支持部内に、バイアスされた状態で導入されなければならない。

発明の概要
したがって、本発明は、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーを提供することに基づき、このカバーは、簡単かつ迅速に装着されることができ、従来技術と比べてピストン重量を低減することができる。

この目的は、断面がＵ字形の一体形プラスチックリングによって達成され、このリングは、リング底部と、リング底部に成形されておりかつ半径方向外向きに傾斜した、円周に沿った外側シャンクと、半径方向内向きに傾斜した、円周に沿った内側シャンクとを有している。第１のフィルムヒンジは、その位置的な平面において、ヒンジによって形成されたプラスチックリングのリングシャンクを半径方向に撓める。リングは、開口幅を有する第１の半径方向分割部と、円周における、第１の分割部と向き合った、第２の半径方向の分割部とを有しており、この分割部は、第１のフィルムヒンジを形成するために、円周に沿って延びた、半径方向に傾斜させられた外側のシャンクを分離していない。この形式において、冷却チャネルカバーはピストンへの極めて簡単かつ迅速な組立てを可能にし、プラスチックの構成はピストン重量を低減する。さらに、プラスチックリングは第２のフィルムヒンジを有していて、この第２のフィルムヒンジによって、半径方向に傾斜したシャンクのうちの少なくとも１つの少なくとも１つの半径方向の撓みが可能にされ、これにより、冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクは、冷却チャネルの内周における円錐形の段状の凹所に係合する。

第１のフィルムヒンジは、好適には、外側シャンクの材料の厚さによって決定される。好適な実施形態において、第２のフィルムヒンジは、外側シャンク又は内側シャンクに形成されており、フィルムヒンジは、リング底部からの外側シャンク及び内側シャンクの角度における材料の弱化によって形成されている。

外側シャンクは、横方向ピストン軸線に対して半径方向外向きに傾斜させられており、内側シャンクは、軸線に対して、半径方向内向きに傾斜させられている。

好適な実施形態において、リング底部まで延びたスリットが、外側シャンク及び内側シャンクに形成されており、スリットは、リングの円周に亘って不均一に分配されており、これにより、種々異なるリッジ長さを生ぜしめている。第１のフィルムヒンジは、好適にはスリットの間の領域に配置されている。スリットは、好適には２〜３ｍｍの幅を有しており、スリットの間のリッジ長さは、１５〜２０ｍｍである。

図面の簡単な説明
本発明のその他の目的及び特徴は、添付図面に関連した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は単なる例として示されているのであって、発明の範囲を規定するものとして示されているわけではない。

図面において、同一の参照符号は複数の図面を通じて同じエレメントを表す。

図１は、２つの半部から成る、断面図で示された本発明によるＵ字形のリングによって閉鎖された冷却チャネルを有する、内燃機関のための一体形ピストンを示しており、９０゜ずらされた、ピストンの２つの縦断面を示している。
図２は、９０゜回転させられた、図１のピストンを示している。
図３は、図１の細部Ａによるピストンの部分詳細図を示している。
図４は、Ｕ字形のリングの上面図を示している。
図５は、図４によるＵ字形リングの、Ｖ−Ｖ線に沿った断面図を示している。
図６は、図４によるＵ字形リングの、ＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図を示している。
図７は、図４の細部Ｙによるピストンの部分的詳細を示している。
図８は、本発明によるフィルムヒンジによって開放させられた状態における、Ｕ字形リングの上面図を示している。
図９は、本発明によるフィルムヒンジによって閉鎖された状態における、Ｕ字形リングの上面図を示している。

好適な実施形態の詳細な説明
ここで図面を参照すると、図１は、内燃機関のための一体形に形成されたピストン１を、半分に分けられた断面図で示している。左半分は、ピストンの長手方向軸線に沿った、ピストン１の断面図を示している。右半分は、左半分から９０゜ずらされた、ピストン１の長手方向軸線を示している。

ピストン１は鋼から形成されており、ピストンクラウン９を有している。ピストンクラウン９は、ピストンリングバンド７と、燃焼空間凹所５を有するピストンヘッド４とを有している。ピストンシャフト１０は、ピストンクラウン９に懸吊されたピストンハブ３に結合されている。ピストンリングバンド７のレベルにおいて、リング状に円周に沿って延びた、閉鎖された冷却チャネル６が、ピストンクラウン９に配置されている。冷却チャネルの半径方向外側の境界と、半径方向内側の境界とは、ピストンヘッド４に成形されたリング壁部と、ピストンハブ３が懸吊されたピストンクラウン領域とによって規定されている。冷却チャネルの内側は、リング壁部側において凹所１４．２を、ピストンクラウン側において凹所１４．１を有している。冷却チャネルの壁部領域は、軸方向で、ピストンヘッド４に向かって円錐状に狭まった形状を成している。それぞれの例において、傾斜は、ピストンの軸線２．１と、凹所壁部の傾斜との間の角度によって決定され、この角度は約３０゜である。凹所１４．１及び１４．２は、段部１５．１及び１５．２によって制限されており、それぞれの例において、この段部も、ピストンシャフト１０に向かって円錐状に狭まった形状を形成している。この形状の前記の規定された角度は、約２０〜３０゜である。

ピストンリングバンド７とピストンシャフト１０との間に環状の凹所１１が設けられており、この凹所を通じて、断面がＵ字形の一体形のプラスチックリング８によって冷却チャネル６の閉鎖のための組立てが行われる。

本発明によれば、この目的のために、弾性的なプラスチック、特に、ポリフェニレンスルフィド（短縮形：ＰＰＳ）のグループから、例えばRyton R4 ^（Ｒ） が使用される。発明の別の実施形態において、例えば、DuPont社のVESPEL ^（Ｒ） 又はMitsui Chemicals Inc. のAURUM ^（Ｒ） 等の、高温ポリイミド（短縮形：ＰＩ）のグループからのプラスチックが、この目的のために使用されることもできる。このようなプラスチックは、長期動作において２００〜４００゜超の高温、すなわち熱に対する耐性を特徴とする。さらに、プラスチックは繊維強化されていることもできる。短縮形は、１９９７年の国際規格ＩＳＯ１０４３−１に対応する。

図４によれば、Ｕ字形のプラスチックリング８は、リング底部８．３から傾斜した半径方向外側のシャンク８．１と、傾斜した半径方向内側のシャンク８．２とを有している。これらのシャンクは、円周に亘って不均一に分配されたスリット１３によって分割されているので、種々異なる長さのシャンクセグメントＬが形成されている。スリットは、プラスチックリング８の底部８．３まで形成されており、僅かにＶ字形を有しており、２〜３ｍｍのスリット幅を有している。前記の半径方向のスリット形成は、好適には１５〜２５゜の角度範囲ごとにリングの円周に亘って分配されている。

図６の断面図に示したように、外側のシャンク８．１は、リング底部８．３の外周に配置されており、リング底部８．３から、ピストンの横方向軸線２．２に関して半径方向外向きに傾斜させられている。内側のシャンク８．２は、半径方向内向きに傾斜させられており、ピストン底部８．３の内周に配置されている。リング底部８．３からのシャンク１４．１及び１４．２の内側角度において、いわゆる第２のフィルムヒンジ１２．１及び１２．２が円周に沿って配置されており、これらのフィルムヒンジは、プラスチックリング８の円周に沿って延びた材料弱化によって形成されている。発明の別の典型的な実施形態によれば、このようなフィルムヒンジは、Ｕ字形のプラスチックリング８の半径方向外側のシャンク８．１又は半径方向内側のシャンク８．２にだけ配置されることもできる。

図４から分かるように、開口幅Ｍを備えた開放部１７が形成されるように、Ｕ字形のプラスチックリング８は半径方向で分割されている。この開放部に対して１８０゜の方向で向き合って、ほぼ同じ幅を有するＵ字形の開放部１６が設けられている。両方の開放部１６，１７は、リング８の組み立てられた状態において、冷却チャネル６にオイルを供給するために、それぞれオイル入口及びオイル出口として働く。

図４によれば、すなわち図７による拡大詳細図によれば、いわゆる第１のフィルムヒンジが、開口１６の半径方向外側でかつ中央の端部に配置されており、このヒンジは、実質的に、外側シャンク８．１までピストンヘッド４内へ第２の半径方向切欠きＤによって形成されており、これにより、図８に矢印によって示されたように、プラスチックリングの位置平面Ｅにおいてフィルムヒンジから生じるリングシャンク８．４及び８．５の半径方向の撓みは、外側シャンク８．１の材料厚さによって可能にされる。これに関して、リングシャンクの撓みの寸法は、リング８に使用されるプラスチックの機械的強度によって決定され、確かにリングの外側半径の接触までずっと生じることができる。

図示されていない、本発明の別の典型的な実施形態によれば、このようなフィルムヒンジ１２はＵ字形のリング８の半径方向内側のシャンク８．１に配置されることもでき、この実施形態では、開口１６は、図８及び図９に示されたように半径方向内方に向けられるのではなく、半径方向外方に向けられる。しかしながら、これは２つのリングシャンク８．４及び８．５の撓みを著しく制限する。なぜならば、リングシャンクの撓みが開口１６の幅によって決定されるからである。

リング８の組立ては簡単に行うことができ、リングは、凹所１１に導入されるように第１のフィルムヒンジ１２を使用して折り曲げられ、ピストンクラウン９に懸吊されたハブ領域に押し被せ嵌められる。この仮の組立て状態では、リングのリング底部８．３がピストンヘッド４に向けられている。冷却チャネル６を閉鎖するために、リング８は続いて段部１５．１及び１５．２に押し込まれ、リングの外側シャンク８．１及び内側シャンク８．２が凹所１４．１及び１４．２に当接する。シャンクの面は段部において支持される。シャンク８．１及び８．２の半径方向撓みは、プラスチックリングの第２のフィルムヒンジ１２．１及び１２．２によって保証される。例えば円周に配置された、円周において突出した、外側シャンク８．１と向き合った、図示されていない冷却チャネルにおける１つ又は２つの凹所と係合する、１つ又は２つの突出部１３．１は、Ｕ字形のリングが所定の位置から回転することを阻止する。

したがって、本発明の幾つかの実施形態だけが示され説明されているが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更が加えられることが明らかである。

２つの半部から成る、断面図で示された本発明によるＵ字形のリングによって閉鎖された冷却チャネルを有する、内燃機関のための一体形ピストンを示しており、９０゜ずらされた、ピストンの２つの縦断面を示している。 ９０゜回転させられた、図１に示されたピストンを示している。 図１の細部Ａによるピストンの部分詳細図を示している。 Ｕ字形のリングの上面図を示している。 図４によるＵ字形リングの、Ｖ−Ｖ線に沿った断面図を示している。 図４によるＵ字形リングの、ＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図を示している。 図４の細部Ｙによるピストンの部分的詳細を示している。 本発明によるフィルムヒンジによって開放させられた状態における、Ｕ字形リングの上面図を示している。 本発明によるフィルムヒンジによって閉鎖された状態における、Ｕ字形リングの上面図を示している。

符号の説明

１ ピストン、 ２．１ 長手方向ピストン軸線、 ２．２ 横方向ピストン軸線、 ３ ハブ、 ４ ピストンヘッド、 ５ 燃焼空間凹所、 ６ 冷却チャネル、 ７ ピストンリングバンド、 ８ Ｕ字形のリング、 ８．１ 外側シャンク、 ８．２ 内側シャンク、 ８．３ リング底部、 ９ ピストンクラウン、 １０ シャフト、 １１ リング状凹所、 １２ フィルムヒンジ、 １２．１ 半径方向外側のシャンクのフィルムヒンジ、 １２．２ 半径方向内側のシャンクのフィルムヒンジ、 １３ スリット、 １３．１ 突出部、 １４．１，１４．２ 円周凹所、 １５．１，１５．２ 段部、 １６ 冷却オイル入口、 １７ 冷却オイル出口、 Ｄ 第２の半径方向分割部、 Ｅ 位置平面、 Ｌ リッジ流れ、 Ｍ 開口幅

Claims (15)

1. 内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーであって、ピストンが、ピストンリングバンドのレベルにおいて、ピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所とを有しており、ピストンシャフトが、ピストンクラウンに懸吊されたハブを介してピストンクラウンと結合されており、カバーが、以下の特徴を有する一体形プラスチックリングを有する：
   Ｕ字形の横断面と；
   リング底部と；
   リング底部に成形された、半径方向外向きに傾斜した、リングの円周に沿った外側シャンクと；
   半径方向内向きに傾斜した、リングの円周に沿った内側シャンクと；
   開口幅を有する、リングにおける第１の半径方向分割部と；
   第１の分割部に向き合った、リングの円周における第２の半径方向分割部とが設けられており、前記第２の半径方向分割部が外側シャンクを分離させておらず、前記第２の半径方向分割部が、位置平面において、シャンクの内の一方の半径方向撓みのための第１のフィルムヒンジを形成しており、
   冷却チャネルを閉鎖するように、シャンクの少なくとも一方の少なくとも１つの半径方向撓みを可能にする第２のフィルムヒンジが設けられており、シャンクが、冷却チャネルの内側の周縁部に設けられた段状の円錐形凹所に係合させられるようになっていることを特徴とする、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバー。
2. 前記第１のフィルムヒンジが外側シャンクの材料厚さによって形成されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
3. 前記第２のフィルムヒンジが外側シャンク又は内側シャンクに形成されており、フィルムヒンジが、リング底部からの外側シャンク及び内側シャンクの角度における材料弱化によって形成されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
4. リング底部まで延びたスリットが外側シャンク及び内側シャンクに形成されており、前記スリットが、種々異なるリッジ長さを生ぜしめるために、リングの円周に亘って不均一に分配されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
5. 前記第１のフィルムヒンジがスリットの間の領域に配置されている、請求項４記載の冷却チャネルカバー。
6. 前記スリットが２〜３ｍｍの幅を有し、スリットの間のリッジ長さが１５〜２０ｍｍである、請求項５記載の冷却チャネルカバー。
7. Ｕ字形のリングが、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又はポリイミド（ＰＩ）から形成されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
8. 内燃機関の一体形ピストンにおいて、
   ピストンクラウンと、
   ピストンリングバンドのレベルにおいてピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、
   ピストンクラウンから懸吊されたハブを介してピストンクラウンと結合されたピストンシャフトと、
   ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所と、
   以下の特徴を有する一体形プラスチックリングを有する冷却チャネルカバーとが設けられており；
   Ｕ字形の断面と；
   リング底部と；
   リング底部に成形された、半径方向外向きに傾斜した、リングの円周に沿った外側シャンクと、
   半径方向内向きに傾斜した、リングの円周に沿った内側シャンクと、
   開口幅を有する、リングにおける第１の半径方向分割部と、
   該第１の分割部と向き合った、リングの円周における第２の半径方向分割部とが設けられており、該第２の半径方向分割部が外側シャンクを分離させておらず、前記第２の半径方向分割部が、位置平面において、シャンクの内の１つの半径方向撓みのための第１のフィルムヒンジを形成しており、
   冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクの内の少なくとも１つの少なくとも１つの半径方向撓みを可能にする第２のフィルムヒンジが設けられており、シャンクが、冷却チャネルの内側の周縁部における段状の円錐形凹所に係合するようになっていることを特徴とする、内燃機関の一体型ピストン。
9. 前記第１のフィルムヒンジが外側シャンクの材料厚さによって形成されている、請求項８記載のピストン。
10. 第２のフィルムヒンジが外側シャンク又は内側シャンクに形成されており、フィルムヒンジが、リング底部からの外側シャンク及び内側シャンクの角度における材料弱化によって形成されている、請求項８記載のピストン。
11. 外側シャンクが、横方向ピストン軸線に関して半径方向外向きに曲げられており、内側シャンクが、前記軸線に対して半径方向内向きに曲げられている、請求項８記載のピストン。
12. リング底部まで延びたスリットが外側シャンク及び内側シャンクに形成されており、該スリットが、種々異なるリッジ長さを生ぜしめるために、リングの円周に亘って不均一に分配されている、請求項８記載の冷却チャネルカバー。
13. 前記第１のフィルムヒンジがスリットの間の領域に配置されている、請求項１２記載の冷却チャネルカバー。
14. 前記スリットが２〜３ｍｍの幅を有しており、スリットの間の前記リッジ長さが１５〜２０ｍｍである、請求項１２記載の冷却チャネルカバー。
15. Ｕ字形のリングが、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又はポリイミド（ＰＩ）から形成されている、請求項８記載の冷却チャネルカバー。

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