JP2007523300A - 内燃機関のピストンのためのピストンピン支承装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関のピストンピンのために円筒形のピストンピン（８）を支承するピストンピン支承装置においては、ピストンにおける機械的な応力を顕著に減少させ、ひいてはピストンの寿命の延長を達成するために、公知技術に較べて改善された形をボス孔に対し提供したい。又、ボス孔の形状付与によってピストンピン支承装置における騒音の発生を回避したい。これは本発明によれば高楕円の外套面のボス天頂を延びる母線（３）がピストン側部にて半径方向外側から半径方向内側へボス軸線（ｘ）に対し角度（β）を成して傾いて延びており、前記外套面の楕円直径によって規定された最大の楕円性がボス孔（２）の内側端部にて発生しかつ楕円直径の所定の値を越えないように選択されていることによって達成された。

Description

本発明は、内燃機関のピストンのためのピストンピン支承装置であって、ピストンピンを支承するボス孔を有し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し好適に形成することは例えばＤＥ２１５２４６２Ｂ２号、ＤＥ４１４１２７９Ａ１号及びＤＥ３０３６０６２Ｃ２号明細書によって公知である。そこに記載されたボスの形態は、ピストン底に作用するガス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、連接棒におけるピストンピンの回転運動に基づき、周期的にたわみ変形させられるという一般的な認識の結果である。通常の推定によれば、ボス孔は水平面においても垂直面においても、特にボス孔の天頂と天底とにおいて引っ張り、圧縮及び曲げ負荷に晒される。この変形に対処するためにＤＥ２１５２４６２Ｂ２号明細書によれば、ボス孔の母線が彎曲され、ボス孔の軸線がピストン中央に向かって軽く彎曲した経過を有し、孔の横断面が楕円形に形成されていることが提案されている。この場合、楕円の小さい方の半軸はピストンの長手方向軸線に対し平行に延びている。

ＤＥ３０３６０６２Ｃ２号明細書においては、ボス孔が横断面で見て楕円形に形成され、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、ボス孔はピストンの長手方向軸線から遠い側により大きい楕円性を有しかつピストンの長手方向軸線に近い側により小さい楕円性を有している。この場合、別の構成例では孔の頂部における母線は傾けられて構成されている。

しかし、先きに記載した形態付与では、実地において、点火圧の上昇によってピストンの負荷が上昇することで、燃焼凹部の縁並びに底の領域に、すでに数百の運転時間後に亀裂が発生することを阻止することはできない。この亀裂の原因はピストンピンとピストンとの変形とそれにより臨界的な個所に発生する応力にあるものと考えられる。ピストンピンの変形のためにより多くの空間を提供するためにはＤＥ１６５０２０６Ａ１号明細書によれば、楕円の大きい軸がピストンの長手方向軸線に対し横方向に位置する楕円形のボス孔が提案されている。これはピストンピンとボス孔との間の耐侵食性と低騒音性とを同時に高めることを目的としている。

ＤＥ１０２２２４６３Ａ１号明細書によれば、片側にて、つまり赤道−天頂−赤道−ボス領域だけにてボス孔を高楕円形に構成し、ボス孔の天頂における楕円の母線がボス孔軸線に対し平行に延びているボス孔が公知である。これはピストン軸線の外側にある領域、つまりボス孔の側方領域がより強く負荷されることを目的としている。これにより、ピン軸線に対するてこ腕の増大に基づき、ピン軸線を中心としたピストンの曲げを減少させるより大きなモーメントが生じる。しかし実地においてはピン軸線を中心としたピストンの曲げは減退こそすれ、まだ不満足であることが証明されている。

本発明の課題は、ピストンにおける機械的な応力を顕著に減退させ、ひいてはピストンの寿命の延長を可能にする改善されたボス孔形状を提供することである。さらに前記形状付与によってはピストンピン支承装置における騒音の形成の回避を目的としている。

前記課題は本発明によれば請求項１の特徴によって解決された。

片側で、つまり赤道−天頂−赤道−ボス領域だけが高楕円性に構成されていることによって、一方では有利な形式で、本発明による高楕円形の孔の構成によって、ピストン軸線の外側にある領域、つまりボス孔の側方領域がはるかに高く負荷され得ることが達成された。これにより、ピン軸線に関するてこ腕が増大されることに基づきより大きなモーメントが発生するようになる。他方ではこの効果はＤＥ１０２２２４６３Ａ１号明細書に較べて、ボス天頂を延びる高楕円形の外套面の母線がピストン側部にて半径方向外側から半径方向内側へボス軸線に対し角度を成して傾けられて延び、その楕円直径によって規定された最大の楕円性がボス孔の内側端部にて与えられかつ楕円直径の所定の値を越えないようにすることで改善される。この結果、従来の公知技術に較べてわずかな接線方向応力しか燃焼凹部の凹部縁と凹部底とに発生しなくなる。

他面においては片側で、つまり赤道−天底−赤道−ボス領域においてのみ円筒形に構成され、ボス孔の天底における円筒形の母線がボス孔軸線に対し、もはや平行に延びていないことによって、有利な形式で、ピストンピンがボス上側からボス下側へ接触交代する場合のピストンピンとボスとの間の遊びがさらに減じられることになる。

有利な実施例は請求項２以下の対象である。

以下、本発明を１実施例に基づき詳細に説明する。

図１はピストンの長手方向断面の１部を示した図。

図２はボス孔をＡ−Ａ線に沿って断面した図。

図３は図１のボス孔の詳細図。

図１からは内燃機関のためのピストン１は上側のボス領域２．１と下側のボス領域２．２を有するボス孔２を備えている。このボス孔２には円筒形のピストンピン（図示せず）が支承されている。ピストン側部にてボス孔の半径方向外側の端部には、ピン確保溝８と油溝９とが配置されている。この場合、ボス孔における油溝は周方向で循環して又は部分的に循環して構成されていることができる。図１と図２とによれば、上側のボス領域はガス力側に配置され、この上側のボス領域では符号５で示したボス孔２の外套面は周方向で、ボス軸線ｘに沿って、ボス赤道−ボス天頂−ボス赤道−領域の部分領域２，３において高楕円形に形成されかつ部分領域２，４においては円筒形に構成されている。

高楕円形に形成された外套面は、図２に示された横断面で見て、ボス赤道−ボス天底−ボス赤道の間で規定されたボス孔直径Ｄを有する半円と、規定されたボス直径Ｄの０．０３％から０．５％までのｙ′でピストン軸線ｙに沿ってボス天頂に向かってずらされた、直径Ｄを有する半円とによって制限された領域１０内を延びている。有利には片側で高楕円形である外套面は以下の楕円パラメータの表示、
ｚ＝Ａ／２ ｃｏｓ α｝
ｙ＝Ａ／２ ｓｉｎ α＋１／２（Ｂ−Ａ／２）−１／２（Ｂ−Ａ／２）ｃｏｓ（２α｝
０°≦α≦１８０°
に従う。
この場合、
Ｂは大きい楕円直径
Ａ＝Ｄは小さい楕円直径
Ｄは円筒形のボス部分の直径
αは任意の放射線がｘ軸線に対して成す角度
である。

図１によれば高楕円形の外套面のボス天頂を延びる母線３はピストン側部にて半径方向外側から半径方向内側へ角度βを成してボス軸線ｘに対して傾けられ、その楕円直径２^＊Ｂによって規定された最大の楕円性がそれぞれボス孔の内側の端部に発生しかつ楕円直径のあらかじめ規定された値を越えないようになっている。これは実施例では楕円の大きな半軸と下側の円形のボス領域２．２の円直径との間の差として規定された値ｙ′によって決定される。値ｙ′は本発明によれば決定されておりかつ母線３の経過はｘ軸線に沿って直線的に傾斜してピン確保溝８と油溝９との間の０度−この場合０度に等しい角度βはボス孔のｘ軸線に対して平行な母線３の経過で示してある−から出発しているので傾斜角βも値ｙ′に相応してあらかじめ与えられている。この傾斜角βは別の実施例では、例えば傾斜開始点をピン確保溝８に向かって移動させることで減じることができる。この傾斜角は０°≦β≦１°で規定することができる。

母線３が直線的に傾斜する先きに述べた実施例の他に、図３に示されたように、多角形の構成も可能である。つまり母線の多角形の傾斜（角度α）は多角形区分あたりそれぞれ２．５角度分の傾斜で、楕円直径が所定の値に達するまで与えられる。

ボス孔全体に対しては、天底に位置する母線４がピストン軸線ｙに対し垂直であるボス軸線Ｘに対して平行に延びていることが当嵌まっている。有利には楕円性はボス孔直径Ｄの０．０３から０．５％の値を有している。図示されていない別の実施例ではボス孔の半径方向外側の端部は反らされていることができる。同様に半径方向内側のボス孔領域はボス孔２の半径方向外側の端部までは延びていない成形孔として構成されていることができる。

本発明の構成によってボス孔の外側の領域の半径方向の応力は高くなり、したがってピン軸線に対するてこ腕が拡大されることに基づき、ピン軸線を中心としたピストンの曲げを減じるより大きなモーメントが生じる。この結果、例えば燃焼凹部縁における接線方向応力が減じられるだけでなく、燃焼凹部の他の領域にかかる負荷も減じられる。冒頭に述べたＤＥ１０２２２４６３Ａ１号明細書の発明とは異って前記値はさらに改善される。特に燃焼凹部底にかかる応力、燃焼凹部縁にピン方向にかかる負荷（ＭｕＲａＢｏＲｉ）及び冷却通路凹部（ＫｕｅＫａ）にかかる負荷の低減はピストンの寿命の延長に強く寄与する。

ピストンの長手方向断面図の１部を示した図。 ボス孔をＡ−Ａ線に沿った断面図。 図１のボス孔の詳細図。

符号の説明

１ ピストン
２ ボス孔
２．１ 上側のボス領域（高楕円形）
２．２ 下側のボス領域（円筒形）
２．３ ボス孔の部分領域、高楕円形である
２．４ ボス孔の部分領域、高楕円形ではない
３ 天頂、天頂における母線
４ 天底、天底における母線
５ ボス孔全体の外套面
６ ピストンシャフト
７ ボス孔の内側端部
８ ピン確保溝
９ 油溝
１０ 領域
ｘ ボス軸線、赤道
ｙ ピストン軸
ｚ ボス横軸
ｙ′ 楕円の大きい半軸線と下方のボス領域の円直径との差

Claims (9)

1. 内燃機関のピストンのためのピストンピン支承装置であって、ピストンピンを支承するボス孔（２）を有し、該ボス孔（２）が領域−ボス赤道−ボス天頂−ボス赤道に高楕円形に成形された外套面（２．１）を有しかつ領域−ボス赤道−ボス天底−ボス赤道に円筒形の外套面（２．２）を有しており、前記両外套面（２．１，２．２）の天底及び天頂を延びる母線が互いに平行に配向されている形式のものにおいて、高楕円形の外套面のボス天頂を延びる母線（３）がピストン側部にて半径方向外側から半径方向内側へボス軸線（ｘ）に対し角度（β）を成して傾けられて延びており、高楕円形の外套面の楕円直径によって規定された最大の楕円性がそれぞれボス孔の内側の端部（７）に発生しかつ楕円形のあらかじめ規定された値を越えないように設定されていることを特徴とする、内燃機関のピストンのためのピストンピン支承装置。
2. 前記角度（β）によって決定されたボス天頂を延びる母線（３）の傾きがボス孔（２）の部分領域（２．３）にしか及んでいない、請求項１記載のピストンピン支承装置。
3. 前記角度（β）によって決定されたボス天頂を延びる母線（３）の傾きが直線的に延びている、請求項１記載のピストンピン支承装置。
4. ボス天頂を延びる母線（３）の傾きがそれぞれ２．５角度分の多角角度を有する多角形を成して延びている、請求項１記載のピストンピン支承装置。
5. ボス孔（２）の高楕円形に形成されていない部分領域（２．４）が円筒形に構成されている、請求項２記載のピストンピン支承装置。
6. ボス孔が成形孔領域を有している、請求項１記載のピストンピン支承装置。
7. 孔楕円形に成形された外套面が、ボス赤道−ボス天底−ボス赤道の間に規定されたボス孔直径（Ｄ）を有する半円と、ピストン軸（Ｙ）に沿って、規定されたボス直径（Ｄ）の０．０３パーセントから０．５パーセントまでのシフト量だけボス天頂に向かってずらされた、直径（Ｄ）を有する半円とによって制限された領域（１０）内を延びている、請求項１記載のピストンピン支承装置。
8. 前記シフト量（Ｙ′）がピン直径の０．０３と０．５パーセントとの間、有利には０．１パーセントと０．１５パーセントの間の値を有している、請求項７記載のピストンピン支承装置。
9. ボス孔（２）に油溝、ポケット、スロット又は油孔が潤滑油を供給するために配置されている、請求項１記載のピストンピン支承装置。

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