JP3945821B2 - 冷却通路を備えたピストン - Google Patents

Description

本発明は、ピストンヘッド内に設けられた冷却通路を備えた、内燃機関のための鋳込み成形された軽金属ピストンに関する。
このような形式のピストンは、ドイツ連邦共和国特許第３７２１０２１号明細書により公知である。この公知のピストンでは、リング状の冷却管が、高い熱伝導特性を有する、アルフィン（alfin）処理された材料又はアルミニウムより成っている。管の突き合わせ端部は、申し分のないシールを得るために、溶接によって互いに結合されている。しかしながらこのような解決策は、冷却管のアルミニウム及び管端部の溶接によって制約されて、高価である。
さらにまた、鋼製の管より成るリング部材又は螺旋部材を鋳型内に位置決めして鋳込むことも知られているが、この解決策では、熱伝導が妨げられる。鋼とアルミニウムとの異なる熱膨張率のために、運転温度においては、ピストンと冷却通路との間に、熱の流れを妨げるギャップが形成されることになる。
本発明の課題は、ピストン材料と冷却通路との間の熱伝導を改善して、冷却通路の製造コストを低減することである。この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部に記載した特徴によって解決された。
本発明の有利な変化実施例は、従属請求項に記載されている。
本発明の実施態様によれば、冷却通路が鋼薄板又は銅薄板より成っている。本発明の別の実施態様によれば、冷却通路が亜鉛メッキされた鋼薄板より成っている。また本発明の実施態様によれば、金属薄板の厚さが０．１〜０．８ｍｍである。
運転温度においては、従来技術において公知である、鋼管より成る冷却通路と同様に、異なる熱膨張率に基づいて、ピストンベース材料と金属薄板との間にギャップが形成される。しかしながら、冷却通路内で少なくとも部分的に管状に延びるギャップによって制限されて、冷却通路とピストンベース材料との間のギャップは冷却オイルで満たされる。このオイルで満たされたギャップは、空気で満たされたギャップよりも、著しく良好な熱伝達を行う。
本発明による金属薄板−冷却通路の別の利点は、この冷却通路が、金属薄板成形法によって安価に製造でき、しかも冷却通路の前処理のためのコスト及び冷却通路のシールのためのコストは省くことができる、という点にある。この場合、冷却通路の形状付与は、深絞り加工及び次いで行われる縁曲げ加工によって行われる。
冷却通路材料の熱電導率は、有利には１０から１７・１０^−６１／Ｋの間、つまりピストンベース材料の熱電導率よりも著しく低い。
冷却通路内の少なくとも部分的に管状に延びるギャップの幅は、有利には０．０８〜０．５ｍｍの間、特に有利には０．０８〜０．２ｍｍまでの範囲である。一般的に、ギャップの幅は、冷却通路を鋳込み成形する際の溶融物が、ギャップを通って冷却通路内に侵入することがない程度の寸法である。シール作用は、比較的狭いギャップ幅に対して付加的に、金属薄板の突き合わせ端部を互いに重ね合わせるようにすれば、さらに改善される。
本発明を以下に２つの図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明によるピストンの半分断面図、
第２図は、縁部なしで突き合わされた（mit stumpfem Stoss）、本発明による冷却通路の横断面図である。
軽金属ピストン１は、ピストンヘッド３内でピストンリング溝装置２を備えたＡｌＳｉ合金より成っており、第１のリング溝４はリング支持体５によって補強されている。この軽金属ピストン１は、ピストンリング溝２の後ろの領域でリング状の冷却通路６を有しており、この冷却通路６は、その周面に沿って、図示されていないオイルを通す狭いギャップ７を有している。この冷却通路６は、金属薄板成形法によって製造される。
軽金属ピストン１を鋳込む際に冷却通路６を受容するために、鋳込み工具内に支承された２つの保持スリーブ８が使用される（第１図ではずらして示されている）。この保持スリーブ８は、軽金属ピストン１の製造後及び保持スリーブ８を取り外した後で、冷却液のための供給及び導出通路が形成されるように、冷却通路６の周面に関連して配置されていて、しかも保持スリーブ８は、この冷却通路６に、それぞれ打ち抜き成形された孔９を介して接続されている。
第２図に、冷却通路リングの断面図で示されているように、冷却通路６はその上側でギャップ７（縮尺通りではなく、拡大して示されている）を有しており、このギャップ７を通じて、冷却通路６の内室が周囲と接続されていて、運転状態で冷却オイルが、通路外壁とピストンベース材料との間のギャップ内に達し、これによってベース材料と冷却通路との間の熱伝導が著しく改善される。冷却通路とベース材料との間に存在するギャップ内へのオイルの侵入は、下降ストローク中にオイルに作用する減速力及びそれによってギャップ領域内で生じるオイルの圧力低下によって、加速される。
このギャップ７は、コストの理由により有利には、２つの金属薄板を縁部なしで突き合わせることによって製造されるが、金属薄板端部を重ね合わせることによっても製造することができる。
非作業状態で、このギャップ内に存在する冷却オイルは、ピストンの冷却（ベース材料が冷却通路の材料よりもより強く圧縮される）に基づいて、冷却通路６内に押し戻される。
リング通路の横断面は、必ずしも図１及び図２に示したように、円環状又は楕円形状である必要はない。

Claims (7)

1. ピストンヘッド内に、金属薄板より成る冷却通路を備えた、内燃機関のための鋳込み成形された軽金属ピストンにおいて、
   前記冷却通路（６）が、その上側で周面に沿って少なくとも部分的に、オイルを通す狭いギャップ（７）を有していることを特徴とする、冷却通路を備えたピストン。
2. 冷却通路（６）が鋼薄板又は銅薄板より成っている、請求項１記載のピストン。
3. 冷却通路（６）が亜鉛メッキされた鋼薄板より成っている、請求項２記載のピストン。
4. 狭いギャップ（７）が、冷却通路（６）の全周面に亘って延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン。
5. 前記ギャップ（７）が０．０８〜０．５ｍｍの幅を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
6. 前記ギャップ（７）が金属薄板端部を縁部なしで突き合わせることによって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストン。
7. 金属薄板の厚さが０．１〜０．８ｍｍである、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン。

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