JP2008524502A - 排水溝及びフリーキャスティング部を備えたピストン切欠き - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のピストン（１）であって、リングフィールド（４）と、該リングフィールドの下位に配置されたピストンスカート（３）とを備えたピストンボトム（２）を有しており、前記ピストンスカートが、スカート面（５）と、ピンホール（６）を巡って配置され且つピストン（１）の外径（１３）に対して後退された切欠き面（７）とを有しており、ピストン（１）の運動中に切欠き面（７）に向かうオイル流（１１）のために、最下位のリング溝（９）の領域に少なくとも１つの凹部（８）が設けられている形式のものにおいて、この少なくとも１つの凹部（８）が、ピンホール（６）の上位の、特に負荷される領域（１０）以外に配置されていることを特徴とする。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式、即ち、内燃機関のピストンであって、リングフィールドと、該リングフィールドの下位に配置されたピストンスカートとを備えたピストンボトムを有しており、前記ピストンスカートが、スカート面と、ピンホールを巡って配置され且つピストンの外径に対して後退された切欠き面とを有しており、ピストンの運動中に切欠き面に向かうオイル流のために、最下位のリング溝の領域に少なくとも１つの凹部が設けられている形式の、内燃機関のピストンに関する。

リングフィールドと、該リングフィールドの下位に配置されたピストンスカートとを備えたピストンボトムを有する内燃機関のピストンは公知である。このような公知のピストンは、例えばボックスピストン又はボックスデザインを有するピストンとも呼ばれる。ピストンスカートの領域にピンホールが設けられていることは公知であり、この場合、このピンホールを巡って、ピストンの外径と比較して後退された切欠き面が形成されている。更に、ピストンのリングフィールドにおいて最下位のリング溝の領域に、少なくとも１つの凹部が設けられており、この凹部を介して、ピストンの作動中に最下位のリングにより集められるオイルが捕集され且つ切欠き面を介してピストンスカートの下縁部に向かって案内されることが公知である。公知のピストンの作動において、凹部は特に負荷される領域に位置するように、ピンホールの上位に配置されているということが判った。ピストンの特に負荷される領域は、ピンホールの頂点に隣接した左右に位置している。それというのも、ピストン、特にピストンボトムは、その作動中にピンホール内に配置されたピンを中心として変形するからである。ところで、凹部が前記の特に負荷される領域に位置していると、当該凹部は目標破断箇所を形成するので、ピストンの作動中、特に今日高負荷されるディーゼルエンジンを使用した場合は亀裂が生じてしまう。

これに対する対策として、本発明では、少なくとも１つの凹部が、ピンホールの上位の、特に負荷される領域以外、延いてはピストンスカートのスカート面への移行領域に設けられた切欠き面のほぼ縁部に配置されている。これにより一方では、最後のリング溝に設けられたオイルリングにより集められたオイルを、切欠き面を介して下方に導出することができるという凹部の効果が保持され続ける。他方では、亀裂形成が効果的に防止される。なぜならば、少なくとも１つの凹部が、ピンホールを巡る切欠き面の上部域の、特に負荷されない領域に配置されているからである。

本発明の別の構成では、凹部から切欠き面に向かう移行領域に肉厚部が設けられており、この肉厚部も、ピストンの外径に対して後方に後退されている。これにより、亀裂形成の発生が更に効果的に防止され、この場合、前記のような肉厚部は、凹部をピンホールの頂点に隣接する、やはり特に負荷されている恐れのある領域に配置することにも寄与することができる。

本発明の改良では、ピストンの外径に比べて後退された、少なくとも１つの凹部、肉厚部、ピンホールを巡る切欠き面全体であってよい面が、少なくとも部分的に、特に完全にフリーキャスティングで且つ／又は切削加工により製作可能である。後退された面がフリーキャスティングで製作される場合は、ピストン若しくはピストン素材の雌鋳型が、ピストン素材の鋳造後に後退された面を形成する突出領域を有している。このことは、適当な突出領域を有する鋳型を一度製作すればよく、次いでこの鋳型が、ピストン素材を鋳造する度に後退された面を象るという利点を有している。これに対して補足的又は択一的に、例えばピストン素材を不変且つ一貫した外径で鋳造し、次いで、精密加工時に後退された面を切削加工により除去するということが考えられる。このことは特に、ピストンの精密加工時にナンバー制御される機械（ＣＮＣ機械）が用いられる場合に考えられる。後退された面の製作に際しては、ピストン作動中の亀裂を可能にする恐れのある目標破断箇所を防止するために、ピストンの外径に関して、より深く位置する面の移行部が面取りされて構成されるということを絶対に考慮せねばならない。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、いわゆるボックス型の一体のピストン１が示されており、このピストン１は、（場合によっては燃焼室窪み（図示せず）を備えた）ピストンボトム２と、このピストンボトム２の下位に配置されたピストンスカート３とを有している。本発明は任意のピストン構成形式に（従って関節付きピストンにも）適用可能である。

ピストンボトム２は、自体公知の形式で一般には３つのリング溝を備えたリングフィールド４を有しており、この場合、ピストンスカート３は直径方向で対向位置する２つのスカート面５を有しており、これらのスカート面５で以てピストン１は内燃機関の運転中にシリンダ摺動面に支持され且つこのシリンダ摺動面に沿ってガイドされている。更に、ピストンスカート３は、コネクティングロッド（図示せず）を介してピストン１と結合されたピストンピンを収容するためのピンホール６を有している。このピンホール６を巡る領域には切欠き面７が設けられており、この切欠き面７がピストン１の外径よりも後方へ後退されているのに対して、ピストン１の外径上にはスカート面５が位置している。少なくとも１つの凹部８（一般には４つの凹部）が最下位のリング溝９の領域に設けられており、この場合、これらの凹部８は排水溝とも呼ばれる。ピンホール６の頂点の左側には、符号１０でピストン１の作動中に特に負荷される領域が書き込まれており、この特に負荷される領域１０は、ピンホール６の頂点の右側にも存在している。凹部８は、最下位のリング溝９に配置されたオイルリングにより集められたオイルを、ピンホール６に隣接して設けられた切欠き面７を介して（図１で見て）下方に導出させるので、矢印で示したオイル流１１が生ぜしめられる。これにより、特に負荷される領域１０に隣接して凹部８を配置することは、凹部８の領域に最早亀裂の形成される恐れがないという利点を有している。ここは後退された面に基づいて材料強度が比較的低いので、凹部８が特に負荷される領域１０に配置された場合には、亀裂の形成される恐れがある。つまり図１を見ると、凹部８はほぼ、切欠き面７がスカート面５に移行する領域の上位に配置されているということを認識することができる。亀裂形成を更に有効に防止するためには、凹部８から切欠き面７への移行部に更に肉厚部１２が設けられており、この場合、ジオメトリックな構成に応じて（特に凹部８の深さ、肉厚部１２の寸法決め及び切欠き面７の深さ）、凹部８は縁部域（ピンホールの頂点から離れた領域）に配置されてもよい。

本発明を更に明らかにするためには、図１の倍の縮尺で断面Ａ−Ａを示した図２を参照されたい。この図２では、凹部８、最下位のリング溝９及び肉厚部１２の位置を認識することができる。これらの領域は、切欠き面７と同様に、符号１３で示した外径Ｄに比べて内側に後退されている。この後退の程度は、ジオメトリックな比率及び力の配分に左右され、しかも、凹部８の深さは、最下位のリング溝９に配置されたオイルリングによって捕集されるオイルが、切欠き面７への移行領域を介して、特に肉厚部１２を介して十分な量で、ピストン１の運動中に導出され得るように選択される。この場合、亀裂形成を防止するためには肉厚部１２が補強されて構成されている、つまり、肉厚部１２は外径Ｄに対して、凹部８若しくは切欠き面７よりも少なく後退されている。図２に示した構成において特に重要なのは、図示したように、最下位のリング溝９若しくは凹部８から肉厚部１２を介して切欠き面７に向かう移行領域が、切欠き面７のスカート面５への移行領域と同様に、面取りされて構成されているということである。これにより、肉厚部１２はこの領域の補強及び亀裂形成防止のための材料集合部を形成すると同時に、オイル流１１をも保証する。それというのも、当該肉厚部１２は外径Ｄの後方に後退されているからである。一般に、凹部８は例えば孔によって実現された丸い形状、又はフリーキャスティングで製作されていてもよい丸い形状を有している。凹部８から切欠き面７への移行領域の幅延いては肉厚部１２の幅は、切欠き面７の方向での十分なオイル流１１を保証するために、有利には凹部８の半径方向延在部よりも大である。但し、前記移行領域が凹部８の幅と等しい幅又は凹部８の幅よりも小さな幅を有しているということも考えられる。

図３に示した本発明の別の実施例では、凹部８が（例えば孔として実現された）丸い形状で構成されているのではなく、面取りされた縁部を備えた方形を有している。この実施例でも、凹部８はやはり特に負荷される領域１０以外に位置しており、凹部８から切欠き面７への移行領域には肉厚部１２が設けられている。図３に示したような凹部８、肉厚部１２及び切欠き面７の形状は、特に有利にはフリーキャスティングで製作され得る。但し、前記各面の鋳造技術による製作後に、更に切削加工、特に精密加工が行われるということを排除するものではない。

図３に加えて更に補足的に、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図を１：１の縮尺で示した図４を参照されたい。図４では、凹部８が最下位のリング溝９の下位の領域に位置するのみならず、この最下位のリング溝９を越えて延びているということが認識される。

本発明は、内燃機関の可能なあらゆるピストン１において使用されるが、有利には、アルミニウム等の軽量材料から成るピストンにおいて使用され、更に、比較的大型の内燃機関、特にトラックを駆動するために使用される内燃機関において使用される。

本発明によるピストンの第１実施例を示した図である。 図１に示したＡ−Ａ線に沿った断面図を２：１の縮尺で示した図である。 本発明によるピストンの別の実施例を示した図である。 図３に示したＡ−Ａ線に沿った断面図を１：１の縮尺で示した図である。

Claims (4)

1. 内燃機関のピストン（１）であって、リングフィールド（４）と、該リングフィールドの下位に配置されたピストンスカート（３）とを備えたピストンボトム（２）を有しており、前記ピストンスカートが、スカート面（５）と、ピンホール（６）を巡って配置され且つピストン（１）の外径（１３）に対して後退された切欠き面（７）とを有しており、ピストン（１）の運動中に切欠き面（７）に向かうオイル流（１１）のために、最下位のリング溝（９）の領域に少なくとも１つの凹部（８）が設けられている形式のものにおいて、
   この少なくとも１つの凹部（８）が、ピンホール（６）の上位の、特に負荷される領域（１０）以外に配置されていることを特徴とする、内燃機関のピストン。
2. 凹部（８）から切欠き面（７）に向かう移行領域に肉厚部（１２）が設けられており、該肉厚部も、ピストン（１）の外径（１３）の後方に後退されている、請求項１記載のピストン。
3. ピストン（１）の外径（１３）に対して後退された面が、少なくとも部分的に、特に完全にフリーキャスティングで製作可能である、請求項１又は２記載のピストン。
4. ピストン（１）の外径（１３）に対して後退された面が、少なくとも部分的に、特に完全に切削加工により製作可能である、請求項１又は２記載のピストン。

Images