JP2009540201A - 内燃機関に用いられる、複数部分から成る冷却されるピストン - Google Patents

Abstract

内燃機関に用いられる、複数部分から成る冷却されるピストン（１）であって、ピストン上側部分（２）と、ピストン下側部分（６）とから成っているピストン（１）が提案される。ピストン下側部分（６）が、ピストン上側部分（２）と一緒に、環状の内側のクーリングチャンネル（１１）とを形成しており、この内側のクーリングチャンネル（１１）は、ピストン下側部分（６）の上部の領域（３１）により覆われている。この領域（３１）が、肉薄に形成されているので、この領域（３１）は皿ばね状に変形可能である。ピストン上側部分（２）をピストン下側部分（６）に簡単に迅速に組み付け、両ピストン部分の固い確実なねじ締結を得るためには、ピストン上側部分（２）の下面に、雌ねじ山（２８）を有する、同心的でかつピストン軸線（２５）に対して同軸的に配置された盲孔（２６）が設けられており、ピストン下側部分（６）の上部の領域（３１）に、雄ねじ山（３０）を有する、同心的でかつピストン軸線（２５）に対して同軸的に配置されかつ上方に向けられたねじ山付きピン（２９）が設けられていて、前記雌ねじ山（２８）が前記雄ねじ山（３０）に適合するので、ピストン上側部分（２）が、盲孔（２６）およびねじ山付きピン（２９）を介して、ピストン下側部分（６）と螺合可能なようにされている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関に用いられる、複数部分から成る冷却されるピストンであって、該ピストンが、リング部分を有する環状壁を備えたピストン上側部分と、２つのピンボスを有するボックス形のピストンスカートを備えたピストン下側部分とから成っており、ピストン下側部分が、ピストン上側部分と共に、環状の外側のクーリングチャンネルと、該外側のクーリングチャンネルに対して同心的に配置された環状の内側のクーリングチャンネルとを形成しており、内側のクーリングチャンネルが、ピストン下側部分の上部の領域により覆われていて、該領域が皿ばね状に変形可能となるように、該領域が、肉薄に形成されている形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５７０２２号明細書から、内燃機関に用いられる、複数部分から成る冷却されるピストンが公知である。このピストンは、ピストン上側部分とピストン下側部分とから成っている。ピストン上側部分の下面には、ボルト状のねじ山付きピンが配置されていて、ピストン下側部分の上部の領域には、ねじ山付き穴が設けられているので、上下両ピストン部分は、ねじ山付きピンとねじ山付き穴とを介して互いに螺合可能である。この場合、ピストン下側部分の上部の領域は肉薄に形成されていて、この上部の領域がピストン上側部分とピストン下側部分との螺合時に皿ばね状に変形するようになっているので、ねじ山付きピンとねじ山付き穴とにはプリロード（予荷重）がかけられ、このプリロードは、これにより形成されたねじ締結を強固にし、確実なものにする。この場合に不都合となるのは、ピストン下側部分の上部の領域の変形時に、ねじ山付き穴の近傍に応力に基づいた亀裂が発生する恐れがあることである。この亀裂によってねじ締結は解離され、ピストンの損傷、ひいてはこのピストンが組み込まれているエンジンの損傷を招く恐れがある。

上記公知先行技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、公知先行技術の上記欠点を排除することである。本発明の課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴、つまりピストン上側部分の下面に、雌ねじ山を備えた、同心的でかつピストン軸線に対して同軸的に配置された盲孔が設けられており、ピストン下側部分の前記上部の領域が、雄ねじ山を備えた、同心的でかつピストン軸線に対して同軸的に配置されかつ上方に向けられたねじ山付きピンを有しており、前記雌ねじ山が、前記雄ねじ山に螺合して、ピストン上側部分が、盲孔とねじ山付きピンとを介してピストン下側部分にねじ締結可能であることによって解決される。

ピストン下側部分の皿ばね状に変形可能な肉薄の領域に、ねじ山付きピンが一体成形されていることにより、ピストンの組立て時に、かつこれに伴う、ピストンヘッドの方向に向かう前記領域の変形時に、この際に発生する周方向引張り応力（Zugumfangsspannungen）が低減される。これによってこの領域における応力もしくは歪みに基づいた亀裂は十分に阻止される。

以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

本発明によるピストンの２つの半部から成る断面図であって、左半部はピストンピンに平行な方向で見たピストンの半断面図であり、右半部はスラスト−反スラスト方向で見たピストンの半断面図である。

図１には、複数部分から成る冷却されるピストン１が示されている。このピストン１は、ピストン上側部分２と、ピストン下側部分６とから成っている。ピストン上側部分２は、燃焼キャビティ３と、リング部分５を有する環状壁４とを備えていて、ピストン下側部分６は、ボックス形のピストンスカート７と、該ピストンスカート７に結合された２つのピンボス８とを備えている。両ピンボス８は、ピストンピン（図示せず）を収容するためのそれぞれ１つのピン孔９を有している。ピストン上側部分２とピストン下側部分６とは、環状の外側の冷却通路もしくはクーリングチャンネル１０と、この外側のクーリングチャンネル１０に対して同心的に配置された内側のクーリングチャンネル１１とを画定している。外側のクーリングチャンネル１０は、冷却オイルを導入するための少なくとも１つの流入開口１２を有していて、少なくとも１つのオーバフローチャンネル１３を介して内側のクーリングチャンネル１１に接続されている。オーバフローチャンネル１３は、孔として形成されていてよい。内側のクーリングチャンネル１１は、少なくとも１つの流出孔１４を有していて、冷却オイルは、この流出孔１４を介して内側のクーリングチャンネル１１から流出することができる。ピストン上側部分２とピストン下側部分６とは、スチールから製造することができる。

ピストン上側部分２は、第１にその下面に配置された環状の載置面１５を介して、ピストン下側部分６に設けられた環状の支持リブ１７の上部の載置面１６上に支承され、第２に環状壁４の下面に位置する横断面１８を介して、ピストン下側部分６に設けられた環状の支持ウェブ２０の上部の横断面１９上に支承されている。この場合、両載置面１５，１６は、平坦でかつ水平に配置されているか、もしくはルーフ形または皿形に形成された１つの内側の載置部２１を形成し、両横断面１８，１９は、内側の載置部２１に対して同軸的に配置されかつ水平に位置しているか、もしくは同じくルーフ形または皿形に形成された１つの外側の載置部２２を形成している。

支持ウェブ２０は、断面で見て、半径方向内方かつ上方に向けられた段部として形成されているので、ピストン上側部分２は、環状壁４の下端部の内面に設けられた、支持ウェブ２０に対して相補的に成形された切欠き２３を介して、ピストン下側部分６に対してセンタリングされ得る。このことは、ピストン上側部分２の環状壁４の切欠き２３が、ピストン下側部分６の支持ウェブ２０に被せ嵌められることによって行われる。この場合、切欠き２３の内径は、ピストン下側部分６へのピストン上側部分２の問題のない組付け装着が保証されるようにするために、支持ウェブ２０の円筒形の端面２４の外径よりも、規定の公差寸法だけ大きく形成されることが必要である。

ピストン上側部分２の下面は、同心的でかつピストン軸線２５に対して同軸的に配置された盲孔２６を有している。この盲孔２６は、雌ねじ山２８を有している。ピストン上側部分２と一緒に内側のクーリングチャンネル１１を画定している、ピストン下側部分６の環状の支持リブ１７の間の領域３１は、比較的肉薄に形成されており、その真ん中に、ピストン軸線２５に対して同軸的に配置されかつ上方に向けられたねじ山付きピン２９を備えている。このねじ山付きピン２９の上端部２７は雄ねじ山３０を有していて、この雄ねじ山３０は、盲孔２６の雌ねじ山２８に螺合する。

ピストン１の組立て時では、ピストン上側部分２が、切欠き２３と支持ウェブ２０とを介してピストン下側部分６に対してセンタリングされ、次いでピストン軸線２５を中心にして回転させられ、このとき盲孔２６が、ねじ山付きピン２９に被さって螺合される。この場合、比較的肉薄の領域３１の弾性により、この領域３１はピストン上側部分２とピストン下側部分６との螺合時に皿ばねのように変形する、つまり領域３１の、ねじ山付きピン２９を備えた内側の中心部が、ピストン上側部分２に向かって膨出するようになる。組立て時に、ねじ山付きピン２９のねじ山なしの軸部３２に加えられた引っ張り応力は付加的に、軸部２９の弾性的な伸長をも生ぜしめる。領域３１の変形も、ねじ山付きピン２９の軸部３２の変形も、ねじ締結部（２８，３０）にプリロード（予荷重）を加える。このプリロードは、特にエンジン作動時にピストン上側部分２とピストン下側部分６との間の固いねじ締結を保証する。

１ ピストン
２ ピストン上側部分
３ 燃焼キャビティ
４ 環状壁
５ リング部分
６ ピストン下側部分
７ ピストンスカート
８ ピンボス
９ ピン孔
１０ 外側のクーリングチャンネル
１１ 内側のクーリングチャンネル
１２ 流入開口
１３ オーバフローチャンネル、孔
１４ 流出孔
１５ ピストン上側部分２の載置面
１６ ピストン下側部分６の載置面
１７ 支持リブ
１８ ピストン上側部分２の横断面
１９ ピストン下側部分６の横断面
２０ 支持ウェブ
２１ 内側の載置部
２２ 外側の載置部
２３ 環状壁４の切欠き
２４ 支持ウェブ２０の端面
２５ ピストン軸線
２６ 盲孔
２７ ねじ山付きピン２９の端部
２８ 盲孔２６の雌ねじ山
２９ ねじ山付きピン
３０ ねじ山付きピン２９の雄ねじ山
３１ 支持リブ１７の間の領域
３２ ねじ山付きピン２９の軸部

Claims (1)

1. 内燃機関に用いられる、複数部分から成る冷却されるピストン（１）であって、該ピストン（１）が、リング部分（５）を有する環状壁（４）を備えたピストン上側部分（２）と、２つのピンボス（８）を有するボックス形のピストンスカート（７）を備えたピストン下側部分（６）とから成っており、ピストン下側部分（６）が、ピストン上側部分（２）と共に、環状の外側のクーリングチャンネル（１０）と、該外側のクーリングチャンネル（１０）に対して同心的に配置された環状の内側のクーリングチャンネル（１１）とを形成しており、内側のクーリングチャンネル（１１）が、ピストン下側部分（６）の上部の領域（３１）により覆われていて、該領域（３１）が皿ばね状に変形可能となるように、該領域（３１）が、肉薄に形成されている形式のものにおいて、
   ピストン上側部分（２）の下面に、雌ねじ山（２８）を備えた、同心的でかつピストン軸線（２５）に対して同軸的に配置された盲孔（２６）が設けられており、ピストン下側部分（６）の前記上部の領域（３１）が、雄ねじ山（３０）を備えた、同心的でかつピストン軸線（２５）に対して同軸的に配置されかつ上方に向けられたねじ山付きピン（２９）を有しており、前記雌ねじ山（２８）が、前記雄ねじ山（３０）に螺合して、ピストン上側部分（２）が、盲孔（２６）とねじ山付きピン（２９）とを介してピストン下側部分（６）にねじ締結可能であることを特徴とする、複数部分から成る冷却されるピストン。

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