JP2010529357A - 内燃機関に用いられる２つの部分から成るピストン - Google Patents

Abstract

内燃機関に用いられる２つの部分から成るピストン（１）であって、該ピストン（１）が、上側部分（２）と、該上側部分（２）に結合された下側部分（３）とから成っており、半径方向外側でかつピストン頂部（４）の近傍に配置された、環状に延びる閉じられたクーリングチャンネル（９）が設けられており、クーリングチャンネル（９）の下側が、下側部分（３）の一部であるクーリングチャンネルカバー部（１０）によって閉じられており、クーリングチャンネルカバー部（１０）に、それぞれ１つのスカート結合部（１４，１５）を介して、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメント（１２，１３）が結合されている。ピストンの重量を低減させ、かつピストンの二次運動を阻止することができるように、スカートエレメント（１２，１３）の領域で環状に延びる切欠き（２０）が設けられており、該切欠き（２０）が、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部（１０）により画定されていて、スカート側ではスカート結合部（１４，１５）により画定されており、スカート結合部（１４，１５）が、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部（１０）の半径方向内側の領域に結合されていて、スカート側ではスカートエレメント（１２，１３）の上側の領域に結合されている。

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２つの部分から成るピストンであって、上側部分と、該上側部分に結合された下側部分とから成っており、上側部分により形成されたピストン頂部と、該ピストン頂部に半径方向外側に成形されたリング部分とが設けられており、半径方向外側かつピストン頂部の近傍に配置された、環状に延びる閉じられたクーリングチャンネルが設けられており、該クーリングチャンネルの、ピストン頂部に面した上側の領域が、上側部分によって画定されており、クーリングチャンネルの下側が、下側部分の一部であるクーリングチャンネルカバー部によって閉じられており、それぞれ１つのスカート結合部を介してクーリングチャンネルカバー部に結合された、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメントが設けられており、それぞれ１つのボス結合部を介してクーリングチャンネルカバー部に結合された、互いに反対の側に位置する２つのピンボスが設けられており、該ピンボスが、スカートエレメントを互いに結合させており、ピストンの円周にわたって見て、スカート結合部が、ボス結合部に間隙なく移行している形式のものに関する。

米国登録特許第６５５７５１４号明細書に基づき、内燃機関に用いられる２つの部分から成るピストンが公知である。このピストンは、上側部分と下側部分とから成っている。ピストンは、半径方向外側でかつピストン頂部の近傍に、環状に延びる１つの冷却通路もしくはクーリングチャンネルを有している。このクーリングチャンネルは、ピストン頂部側では上側部分によって、スカート側では下側部分の一部であるクーリングチャンネルカバー部によってそれぞれ閉じられている。半径方向外側では、クーリングチャンネルカバー部に、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメントが一体成形されている。両スカートエレメントは、互いに反対の側に位置する２つのピンボスを介して互いに結合されており、両ピンボスは、それぞれ１つのボス結合部を介してクーリングチャンネルカバー部に一体成形されている。従来技術から公知のピストンの上側部分と下側部分とは、鋼から製造される。

上側部分と下側部分とから成るピストンは、通常、実用車のために製造される。それゆえに、このピストンは、たいてい比較的大きな寸法、ひいては比較的大きな重量を有している。

このような先行技術を認識した上で、本発明の根底を成す課題は、特に実用車のために製造された、２つの部分から成るピストンの重量を、当該ピストンの強度を減じることなく減少させることである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴、すなわちスカートエレメントの領域で環状に延びる切欠きが設けられており、該切欠きが、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部により画定されていて、スカート側ではスカート結合部により画定されており、スカート結合部が、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部の半径方向内側の領域に結合されていて、スカート側ではスカートエレメントの上側の領域に結合されていることにより解決される。本発明の有利な実施形態は、請求項２以下に記載されている。

本発明によれば、切欠きが設けられることに基づき、スカート結合部の一部が半径方向内側に向かってずらされ、これによって当該部分の半径が小さくなることにより、当該部分の質量、ひいてはその重量が減じられる。スカート結合部が、ピストン頂部側でクーリングチャンネルカバー部の半径方向内側の領域に結合されていることに基づき、ピストンの強度は維持されたままとなり、ピストンの二次運動は十分に回避される。

以下に本発明の１形態を図面につき詳しく説明する。図１は、上側部分と下側部分とから成る、２つの部分から成るクーリングチャンネル付きピストンの断面を示しており、該クーリングチャンネル付きピストンには、下側のクーリングチャンネルカバー部とスカートエレメントの上側領域との間でボス結合部の領域において切欠きが設けられている。

上側部分と下側部分とから成るピストンの断面図である。

図１に断面図で示したピストン１は、上側部分２と下側部分３とから成っている。上側部分２はピストン頂部４を形成していて、このピストン頂部４には、燃焼キャビティ５が加工成形されている。半径方向外側ではピストン１が、ピストン頂部４の近傍に、環状に延びるリング部分（Ringpartie）６を有しており、このリング部分６は、ピストンリング（図示せず）を収容するための溝７，７’，８を有している。この場合、溝７，７’はピストン１の上側部分２に加工成形されている。

上側部分２はピストン頂部側で、半径方向外側で環状に延びる閉じられた冷却通路もしくはクーリングチャンネル９を画定している。このクーリングチャンネル９は、ピストン頂部とは反対の側の下側で、下側部分３の一部であるクーリングチャンネルカバー部１０によって閉じられる。クーリングチャンネルカバー部１０は、クーリングチャンネル９内に冷却オイルを導入するための開口１１と、クーリングチャンネル９から冷却オイルを導出するための別の開口（図示せず）とを有している。クーリングチャンネルカバー部１０には、ピストン頂部側でかつ半径方向外側で、上方に向けられたカラー２５が一体成形されている。このカラー２５には、半径方向外側で、リング部分６の、オイル掻き取りリング（図示せず）を収容するための溝８が加工成形されている。

さらに下側部分３は、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメント１２，１３を有している。両スカートエレメント１２，１３のうち、図示の断面図の、ピストン１のスラスト−反スラスト方向に対して平行に位置する右半部の断面には、一方のスカートエレメント１２が断面で示されていて、図示の断面図の、右半部の断面に対して直角に位置する左半部の断面には、他方のスカートエレメント１３が平面図で示されている。

両スカートエレメント１２，１３は、それぞれ１つのスカート結合部１４，１５を介して、下側のクーリングチャンネルカバー部１０に結合されている。スカートエレメント１２，１３は、それぞれ１つのボス結合部１８，１９を介してクーリングチャンネルカバー部１０に一体成形された、互いに反対の側に位置する２つのピンボス１６，１７を介して互いに結合されている。この場合、ピストン１の全周にわたって見て、スカート結合部１４，１５は間隙なくボス結合部１８，１９に移行している。

各スカートエレメント１２，１３とリング部分６との間では、ピストン１が、第１の切欠き２０を有している。この切欠き２０は、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部１０により画定され、スカート側ではスカート結合部１４，１５により画定される。この場合、スカート結合部１４，１５の下側は、スカートエレメント１２，１３の上側に結合されており、スカート結合部１４，１５の上側は、クーリングチャンネルカバー部１０の半径方向内側の領域に結合されている。これによって、スカート結合部１４，１５は、スカートエレメント１２，１３の領域において、少なくともほぼ円錐台形に形成されていて、この領域においてピストン軸線２３と共に約４５°の角度αを形成していることが得られる。スカートエレメント１２の上側と、リング部分６の下側との間の切欠き２０の軸方向の最大寸法ｈは、リング部分６の下側とピストン頂部４の表面との間の寸法にほぼ相当する。

さらに、ボス結合部１８，１９には半径方向外側で、断面で円セグメント形の第２の切欠き２４が加工成形されている。この第２の切欠き２４は、スカートエレメント１２，１３の領域に配置された第１の切欠き２０になだらかに移行している。切欠き２０は、ピストン重量の一層の低減をもたらす。

ピストン１の上側部分２と下側部分３とは、鋳鉄、鋼または軽金属、たとえばアルミニウムまたはマグネシウムから製造され得る。燃焼ガスに直接にさらされる上側部分２が鋼から製造されていて、下側部分３が重量削減の目的でアルミニウムから製造されると有利である。上側部分２と下側部分３とは、環状の接触領域２１，２２を介して、溶接法、たとえば摩擦溶接法、または硬ろう付け法により結合され得る。上側部分２と下側部分２とをねじ締結することも可能である。

ｈ 軸方向の寸法
１ ピストン
２ ピストン１の上側部分
３ ピストン１の下側部分
４ ピストン頂部
５ 燃焼キャビティ
６ リング部分
７，７’，８ 溝
９ クーリングチャンネル
１０ クーリングチャンネルカバー部
１１ 開口
１２，１３ スカートエレメント
１４，１５ スカート結合部
１６，１７ ピンボス
１８，１９ ボス結合部
２０ 切欠き
２１，２２ 接触領域
２３ ピストン軸線
２４ 切欠き
２５ カラー

Claims (4)

1. 内燃機関に用いられる２つの部分から成るピストン（１）であって、該ピストン（１）が、上側部分（２）と、該上側部分（２）に結合された下側部分（３）とから成っており、上側部分（２）により形成されたピストン頂部（４）と、該ピストン頂部（４）に半径方向外側で一体成形されたリング部分（６）とが設けられており、半径方向外側でかつピストン頂部（４）の近傍に配置された、環状に延びる閉じられたクーリングチャンネル（９）が設けられており、該クーリングチャンネル（９）の、ピストン頂部寄りの上側の領域が、上側部分（２）によって画定されており、クーリングチャンネル（９）の下側が、下側部分（３）の一部であるクーリングチャンネルカバー部（１０）によって閉じられており、それぞれ１つのスカート結合部（１４，１５）を介してクーリングチャンネルカバー部（１０）に結合された、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメント（１２，１３）が設けられており、それぞれ１つのボス結合部（１８，１９）を介してクーリングチャンネルカバー部（１０）に結合された、互いに反対の側に位置する２つのピンボス（１６，１７）が設けられており、該ピンボス（１６，１７）が、スカートエレメント（１２，１３）を互いに結合させており、ピストン（１）の全周にわたって見て、スカート結合部（１４，１５）が、ボス結合部（１８，１９）に間隙なく移行している形式のものにおいて、
   スカートエレメント（１２，１３）の領域で環状に延びる切欠き（２０）が設けられており、該切欠き（２０）が、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部（１０）により画定されていて、スカート側ではスカート結合部（１４，１５）により画定されており、スカート結合部（１４，１５）が、ピストン頂部側ではクーリングチャンネルカバー部（１０）の半径方向内側の領域に結合されていて、スカート側ではスカートエレメント（１２，１３）の上側の領域に結合されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる２つの部分から成るピストン。
2. ボス結合部（１８，１９）の領域で環状に延びる、断面で円セグメント形の切欠き（２４）が設けられており、該切欠き（２４）が、スカートエレメント（１２，１３）の領域に配置された前記切欠き（２０）になだらかに移行している、請求項１記載のピストン。
3. スカート結合部（１４，１５）が、スカートエレメント（１２，１３）の領域で、少なくともほぼ円錐台形に形成されていて、該領域においてピストン軸線（２３）と共に、約４５°の角度αを形成している、請求項１または２記載のピストン。
4. スカートエレメント（１２，１３）の上側とリング部分（６）の下側との間の切欠き（２０）の軸方向の最大寸法"ｈ"が、リング部分（６）の下側とピストン頂部（４）の表面との間の寸法にほぼ相当している、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン。

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