JP2009545691A - リング溝の下に配置され環状に延びる半径方向の凹部を備えたピストン - Google Patents

Abstract

本発明は、ピストン上側部分（２）と、該ピストン上側部分（２）に隣接するスカート部分（３）とを備えたピストン（１）であって、ピストン上側部分（２）が、少なくとも１つのリング溝（６）を備えたリング領域（５）を有する形式のものに関する。本発明では、スカート部分（３）の上縁とリング溝（６）との間の領域に、環状に延びる半径方向の凹部（７）が配置されており、該凹部（７）の上側の直径が、凹部（７）の下側の直径よりも小さいようにした。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を備えた、内燃機関のためのピストン、つまりピストン上側部分と、該ピストン上側部分に隣接するスカート部分とを備えたピストンであって、ピストン上側部分が、少なくとも１つのリング溝を備えたリング領域を有する形式のものに関する。

ピストン上側部分と、ピストン上側部分に隣接するスカート部分とを備えた、内燃機関のためのピストンは、原則公知である。ピストン上側部分は、少なくとも１つのリング溝、通常は３つのリング溝を備えたリング領域を有する。その際、少なくとも１つのリング溝内には油かきリングが装着される。油かきリングは、ピストンの運転時、内燃機関のシリンダ内壁に支持されるもしくはこれに沿って滑動する。ピストンのこの領域および油かきリングは、ピストンの運転中、高い負荷に曝されているので、瑕疵ある幾何学形状に基づいて十分な強度がなければ、そこで損傷が発生し得る。同時に、油かきリングの下側に、集めたオイルを導出し得るように凹部を設けることが必要かつ公知である。

しかし、この凹部は特別な構造的な要求を伴う。それというのも、この凹部の幾何学形状が瑕疵を有してまたは誤って設計されると、スカート部分の上縁とピストン上側部分の下縁との間の領域における弱化を結果として伴うからである。チャンファまたはリセスの形式のそのような瑕疵ある設計は、油かきリングの許容し得ないほど小さな、すなわち僅かな載置面もしくはより短い支持するスカート長さに至るので、これにより、ピストンは全体的に弱化され、ひいては高い負荷に耐えられない。

それゆえ本発明の課題は、上位概念部に記載したピストンを改良して、冒頭で説明した欠点を回避することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴により解決されている。

本発明により、従前通り、スカート部分の上縁とリング溝、特に最下位のリング溝の下縁との間の領域に、環状に延びる半径方向の凹部が配置されており、その際、凹部の上側の直径、つまり最下位のリング溝の下縁の領域における直径が、凹部の下側の直径、つまりスカート部分の上縁の領域における直径よりも小さい。この幾何学形状に基づいて、複数の利点が達成される。第一に、下側のリング溝内の油かきリングの載置面の改善（拡大）が生じ、第二に、これと同時に、支持するスカート長さが延長され、かつスカート部分の上縁の領域における、導出したいもしくは受容したいオイル体積のための形状の最適化（横断面の最適化）が生じる。さらに、凹部のこの幾何学的な構成は、僅かな半径方向の幅を有する油かきリングが使用され得るという利点を有する。それというのも、そのような油かきリングでは、リング下面が、最適化された、すなわち十分に大きな載置面を必要とするからである。これまで公知の幾何学形状（チャンファもしくはリセス）では、上側の境界（つまり第４のリングランドの直径）が拡大されると、このことは、オイル体積が一定であれば、必然的に軸方向で高いチャンファ（リセス）に至る。このことは、ピストンスカートプロフィルの設計時の妥協を要求し、とりわけピストンの負荷容量およびその騒音特性に不都合な影響を及ぼす、すなわち悪化させる。この欠点は本発明により有利な形式で除去される。それというのも、いまや油かきリング、特に僅かな半径方向の幅を有する油かきリングのために、リング下面が、最適化された載置面を、同時に一定のオイル体積時にピストンのスカート部分が弱化されることなく見出すからである。これにより、内燃機関内でのピストンの運転中、僅かなオイル消費および最適化された騒音特性が生じる。さらに、本発明が、特に形状弾性的な油かきリング、特に３ピース構成の油かきリングを、短いピストン（すなわち小さなコンプレッションハイト）による幾何学的に限界値に設計されたクランク機構でも使用することを可能にすることは特に有利である。同様に、半径方向で狭小なスチールバンドリングの場合の油かきリングの組付け時に困難が生じるという公知の欠点は除去される。それというのも、凹部の従来の幾何学形状では、第４のリングランドの僅かな直径に基づいて、スチールバンドリングがリング溝から軸方向で外れる、すなわち飛び出して、内燃機関の損傷が生じ得るからである。

本発明の別の有利な構成では、凹部が、略Ｖ字形の横断面を有する。これにより、エンジンオイルのための、集めたいもしくは導出したい体積のために、十分に大きな空間が形成される。その際、凹部の軸方向の高さは最小化され、上側の境界は最大で大きな直径を有する。その結果、十分に大きな載置面が油かきリングのために、ピストンの弱化に至りかねない支持するスカート長さの減少なしに提供される。

本発明の別の有利な構成では、リング溝の下縁から凹部の略中央までの凹部の経過が、凹部の中央からスカート部分の上縁の方向での凹部の経過よりもフラットである。これにより、リング溝の下縁と凹部の上縁との間の領域は、一方では、下側のリング溝内の油かきリングのための必要な載置面が提供され、他方では、十分なオイル体積で、必要な強度（油かきリングのための負荷能力）が実現されているように形成される。これに対して、凹部の中央からスカート部分の上縁の方向での凹部の経過はより急峻である。その結果、これにより、かき落とされたオイルはより良好に集められ、導出され得る。

本発明の別の有利な構成では、凹部がピストンブランクの鋳造と共に設けられ、ピストンブランクの鋳造後、仕上げ加工により適当な形状にもたらされることができる。本発明のさらに別の有利な構成では、ピストンブランクが鋳造可能であり、その際、ピストンブランクが当初凹部を有さず、凹部が後加工によりその適当な形状にもたらされることができる。

本発明の種々異なる実施例を図面に示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１：３次元で描かれたピストンの断面図である。
図２：図１に示したピストンの断面図である。
図３〜図１０：ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の種々異なる実施形態を示す詳細図である。

図１で符号１は部分的に断面図で示されたピストンを指す。ピストン１は完成したワンピースのピストンとして形成されている。ただし、本発明はマルチピースのピストン、特にスカート揺動形ピストン（Ｐｅｎｄｅｌｓｃｈａｆｔｋｏｌｂｅｎ）、いわゆるアーティキュレイトタイプピストンでも利用可能である。

ピストン１は、ピストン上側部分２と、ピストン上側部分２に隣接するスカート部分３とを有する。その際、スカート部分３の領域には、自体公知の形式で、図示しないピストンピンを受容するためのピン孔４が存在している。ピストン１のその他の構造的な特徴は通常の形式で存在しているが、これらについての説明は、発明の説明を簡単化するためにここでは割愛する。

ピストン上側部分２はやはり公知の形式でリング領域５を有する。その際、ここでは３つのリング溝が存在しており、そのうち最も下側のリング溝には符号６が付されている。最下位のリング溝６の下側、すなわちピストン上側部分２からスカート部分３への移行部の領域には、環状に延びる半径方向の凹部７が配置されている。凹部７は、凹部７の上側の直径、すなわち上縁が、凹部７の下側の直径、すなわちスカート部分３の領域におけるよりも小さいという本発明による特徴を有する。つまり、凹部７内に、油かきリングによりリング溝６内に集められたオイルが受容され得るだけでなく、凹部７の軸方向の高さが最小化されており、かつ凹部７の上縁が、リング溝６内に配置される図示しない油かきリングの必要な載置面のための最大で可能な直径を、支持するスカート長さを減少することなく提供する。

図２は、明瞭化のためにさらに、図１に示したピストンの断面図を示す。

図３〜図１０は、ピストン上側部分２からピストン下側部分３への移行領域における凹部７の種々異なる実施形態の詳細図を示す。その際、種々異なる幾何学的な形状が、油かきリングの載置面を、ピストンの強度および負荷容量を損ねることなく全体的に拡大するために使用され得ることが認識できる。図３には、他の図面を代表してさらに、ピストン下側部分３の領域内の直径、より正確にはスカート壁８の領域内の直径が、リング領域５の領域内の直径、より正確にはリング壁９の直径よりも大きいことが示されている。図９および図１０に示されているような下向きの凹部７の場合、オイルが集合し、潤滑に寄与し得る。しかし、類似のまたはそれどころかほぼ同じ効果が、残りの図面に示されているような凹部７においても、運転中のピストンの昇降運動に基づいて生じる。

３次元で描かれたピストンの断面図である。 図１に示したピストンの断面図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の一実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。 ピストン上側部分からピストン下側部分への移行領域に設けられた凹部の別の実施形態を示す詳細図である。

符号の説明

１ ピストン
２ ピストン上側部分
３ スカート部分
４ ピン孔
５ リング領域
６ リング溝
７ 凹部
８ スカート壁
９ リング壁

Claims (5)

1. ピストン上側部分（２）と、該ピストン上側部分（２）に隣接するスカート部分（３）とを備えたピストン（１）であって、ピストン上側部分（２）が、少なくとも１つのリング溝（６）を備えたリング領域（５）を有する形式のものにおいて、スカート部分（３）の上縁とリング溝（６）との間の領域に、環状に延びる半径方向の凹部（７）が配置されており、該凹部（７）の上側の直径が、凹部（７）の下側の直径よりも小さいことを特徴とするピストン。
2. 前記凹部（７）が、略Ｖ字形の横断面を有する、請求項１記載のピストン。
3. リング溝（６）の下縁から凹部（７）の略中央までの凹部（７）の経過が、凹部（７）の中央からスカート部分（３）の上縁の方向での凹部（７）の経過よりもフラットである、請求項１または２記載のピストン。
4. 凹部（７）がピストンブランクの鋳造と共に設けられ、ピストンブランクの鋳造後、仕上げ加工により適当な形状にもたらされることができる、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン。
5. ピストンブランクが鋳造可能であり、その際、ピストンブランクが当初凹部（７）を有さず、凹部（７）が後加工によりその適当な形状にもたらされることができる、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。

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