JP4414894B2 - 内燃機関に用いられる、複数の部分から成る冷却されるピストン - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、内燃機関に用いられる、複数の部分から成る冷却されるピストンに関する。

ヨーロッパ特許出願公開第０６０４２２３号明細書に基づき、ディーゼル機関に使用される、ピストン上側部分とピストン下側部分とから成るピストンが公知である。ピストン上側部分の中心に設けられたねじ山付きピンと、ピストン下側部分に加工されたねじ山付き孔とを介して、ピストンの組付け時にピストン上側部分がピストン下側部分に螺合される。この場合、永続的な組付け結合部を達成するためには、螺合部をロックナットによって位置固定することが必要となる。この場合、ピストンの組付け時にねじ山付きピンの短い部分しかピンボスの間に現れず、これによって、この部分にロックナットを螺合することが困難となることが欠点である。

ここから出発して、本発明の課題は、複数の部分から成る冷却されるピストンの上側部分および下側部分を改良して、ピストン下側部分へのピストン上側部分の簡単な組付けが、ロックナットまたはその他の位置固定手段の付加的な使用なしに可能となるようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴によって解決される。これによって、ピストン下側部分へのピストン上側部分のねじ被せ時にピストン下側部分の、ねじ山付き孔を備えた肉薄の領域が皿ばね状に膨らみ上がるので、これによって、ピストンの組付け後にねじ山付きピンに、ピストン上側部分とピストン下側部分との間の永続的な組付け結合部を生ぜしめる引張り応力が加えられることが達成される。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、複数の部分から成る冷却されるピストン１、つまり、冷却式の組立形ピストン１が示してある。このピストン１は、燃焼キャビティ３と、リング部分５を備えたリング壁４とを有するピストン上側部分２と、ピストン下側部分６とから成っている。このピストン下側部分６は、ボックス状のピストンスカート７と、このピストンスカート７に結合された、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を備えた２つのピンボス８とを有している。ピストン上側部分２とピストン下側部分６とは、外側の環状の冷却通路１０と、この冷却通路１０に対して同心的に配置された内側の冷却通路１１と仕切っている。この場合、外側の冷却通路１０は、冷却油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つのオーバフロー通路１３を介して内側の冷却通路１１に接続されている。オーバフロー通路１３は孔として形成されていてよい。この場合、たとえば、互いに反対の側に位置する２つのオーバフロー通路１３が設けられていてよい。内側の冷却通路１１は少なくとも１つの流出孔１４を有している。この冷却孔１４を介して、冷却油が内側の冷却通路１１から流出することができる。

この場合、ピストン上側部分２は、一方では、このピストン上側部分２の、燃焼キャビティ３と反対の側に配置された環状の載着面１５を介してピストン下側部分６の環状の支持リブ１７の上側の載着面１６に支承されていて、他方では、リング壁４の下側に位置する横断面１８を介してピストン下側部分６の環状の支持ウェブ２０の上側の横断面１９に支承されている。この場合、両載着面１５，１６は、平らなかつ水平に配置されたかもしくは屋根状にまたは皿状に形成された内側の載着部２１を形成しており、両横断面１８，１９は、内側の載着部２１に対して同軸的にかつ水平に配置されたかもしくは同じく屋根状にまたは皿状に形成された外側の載着部２２を形成している。

支持ウェブ２０は段状に形成されているので、ピストン上側部分２は、リング壁４の下側の部分の内面に加工された円筒状の切欠き２３を介して、ピストン上側部分とピストン下側部分との組立て時に円筒状の切欠き２３の内壁が支持ウェブ２０の円筒状の端面２４に接触することによってセンタリングすることができる。この場合、下側部分６への上側部分２の問題なしの組付けが保証されているような誤差寸法だけ、円筒状の切欠き２３の内径が支持ウェブ２０の円筒状の端面２４の外径よりも大きいことが必要となる。

燃焼キャビティ３と反対の側にピストン上側部分２は、中心にかつピストン１の長手方向軸線２５に対して同軸的に配置されたピン２６を有している。このピン２６の端部２７はねじ山２８を備えている。ピストン上側部分２と一緒に内側の冷却通路１１を仕切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いて、その中心に、ピストン１の長手方向軸線２５に対して同軸的に配置された孔２９を備えている。この孔２９は、ピン２６のねじ山２８に嵌合する雌ねじ山３０を有している。

これによって、ピストン１の組付け時にピストン上側部分２のねじ山付きピン２６さえ領域３１のねじ山付き孔２９内にねじ込まれればよいことが可能となる。この場合、比較的肉薄の領域３１の弾性によって、この領域３１がピストン上側部分とピストン下側部分との螺合による組立て時に皿ばねのように変形しかつ領域３１の、ねじ山付き孔２９を備えた内側の中心部がピストン上側部分２の方向に膨らみ上がる。付加的には、組付け時にねじ山付きピン２６のねじ山なしの減径軸部もしくは疲れ防止軸部が延長される。これによって、ピストン下側部分６へのピストン上側部分２の座りの確実性のさらなる改善が達成される。この場合、内側の載着部２１の載着面１５，１６だけでなく、外側の載着部２２の横断面１８，１９も互いに押し着けられる。これによって、内側のかつ外側の冷却通路１０，１１がシールされる。これによって、付加的なナットもしくはロックナットが永続的な組付け結合部を達成するために不要となるほど十分にピストン上側部分とピストン下側部分との組付けの強度が増加させられる。考えられ得る全ての運転条件下で、ピストンの両部分の十分な予荷重もしくはプレロードが保証されていることが試してみて分かった。

ピストン上側部分２は、耐酸化性のかつ／または耐熱性の材料から成っていてよい。一般的には、４％以上クロムを含有した鋼が使用される。この鋼は、ＤＩＮ ＥＮ １００２７−２（鋼グループ−番号１．４ｘ ｘｘ）による化学的に安定した鋼の材料グループ、たとえば耐熱性のステンレス鋼と、合金化された工具鋼の材料グループ、たとえば合金化された熱間加工鋼とから成っている。

ピストン下側部分６は、析出硬化型のフェライト系〜パーライト系の鋼または熱処理鋼から成っている。この場合、一般的には、（ドイツの鋼−鉄材料表１０１による）鋼品質３８ＭｎＶＳ６または４２ＣｒＭｏ４が使用される。

本発明によるピストンの断面図であり、左側の半部は、ピン方向で見たピストンの半割断面図であり、右側の半部は、側圧−反側圧方向で見たピストンの半割断面図である。

符号の説明

１ ピストン、 ２ ピストン上側部分、 ３ 燃焼キャビティ、 ４ リング壁、 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 冷却通路、 １１ 冷却通路、 １２ 流入開口、 １３ オーバフロー通路、 １４ 流出孔、 １５ 載着面、 １６ 載着面、 １７ 支持リブ、 １８ 横断面、 １９ 横断面、 ２０ 支持ウェブ、 ２１ 載着部、 ２２ 載着部、 ２３ 切欠き、 ２４ 端面、 ２５ 長手方向軸線、 ２６ ねじ山付きピン、 ２７ 端部、 ２８ ねじ山、 ２９ ねじ山付き孔、 ３０ 雌ねじ山、 ３１ 領域

Claims (1)

1. 内燃機関に用いられる、複数の部分から成る冷却されるピストン（１）であって、リング壁（４）およびリング部分（５）を備えたピストン上側部分（２）と、ピストン下側部分（６）とが設けられており、該ピストン下側部分（６）が、ピストン上側部分（２）と共に外側の環状の冷却通路（１０）と、さらに、該冷却通路（１０）に対して同心的に配置された内側の環状の冷却通路（１１）とを形成しており、ピストン下側部分（６）が、結合された２つのピンボス（８）を備えたボックス状のピストンスカート（７）を有しており、ピストン上側部分（２）が、ピストン下側部分（６）に面した側に、当該ピストン（１）の長手方向軸線（２５）に対して同軸的に配置されたねじ山付きピン（２６）を有しており、ピストン下側部分（６）が、ピストン上側部分（２）に面した側に、ピストン長手方向軸線（２５）に対して同軸的に配置された、ねじ山付きピン（２６）のねじ山（２８）に嵌合する雌ねじ山（３０）を備えたねじ山付き孔（２９）を有しており、ピストン上側部分（２）とピストン下側部分（６）との組付けのために、ねじ山付きピン（２６）がねじ山付き孔（２９）内にねじ込み可能であるように、ねじ山付きピン（２６）とねじ山付き孔（２９）とが配置されている形式のものにおいて、
   ねじ山付きピン（２６）が、内側の冷却通路（１１）の内側の仕切りを形成しており、ピストン下側部分（６）の、内側の冷却通路（１１）をカバーする領域（３１）が、ねじ山付き孔（２９）を有していて、皿ばね状に変形可能であるように、肉薄に形成されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる、複数の部分から成る冷却されるピストン。

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