JP4838711B2 - 内燃機関に用いられるピストン - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関に用いられるピストンに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３３３８４１９号明細書に基づき、往復動ピストン内燃機関（レシプロエンジン）に用いられる、複数部分から成るピストンが公知である。このピストンのピストンクラウンの縁範囲には、環状の冷却空洞、つまりクーリングチャンネル（Kuehlkanal）が配置されている。このクーリングチャンネルの半径方向外側の輪郭を制限する輪郭制限部は、ピストンクラウンの縁範囲に一体成形されかつピストンリングのキャリヤとして働く環状壁によって形成される。このクーリングチャンネルはピンボスの側に向かって、支持エレメントとして形成された環状のクーリングチャンネルカバーにより閉鎖される。このクーリングチャンネルカバーの内縁部は環状ナットによって保持される。この環状ナットはピストンクラウンに一体成形された環状の付設部に被さって螺合されている。クーリングチャンネルカバーの外縁部は前記環状壁をそのピンボス側の端面を介して支持しており、これにより、ピストンの作業サイクル中にピストンクラウンの縁範囲が変形することを阻止している。

この場合に不都合となるのは、公知のピストンの極めて手間のかかる組付けの枠内で、まず最初にクーリングチャンネルカバーがピストン上側部分の、ピストンクラウンとは反対の側の下面に押し被されなければならず、それから環状ナットが前記付設部に螺合され、ひいてはクーリングチャンネルカバーがしっかりと締付け固定され得るようになることである。ピストンのその他の組付けは、その後でしか行うことができない。すなわち、引き続きピストンスカートがピストン上側部分の下面に押し被されかつピストンピンブシュによってピストン上側部分に固定される。

このような公知先行技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、ピストンの剛性を改善する、迅速かつ簡単にカバーを用いて閉鎖可能となるクーリングチャンネルを備えた単一部分から成る一体型のピストンを提供することである。

請求項１に記載されているように、上記課題は、ピストンクラウンにボス支持部を介してピンボスが一体成形されており、該ピンボスの端面が、ピストンクラウンの半径方向外側の縁部に対してセットバックされて配置されており、ピンボスがスカートエレメントによって互いに結合されており、該スカートエレメントが、スカート結合部を介してピストンクラウンに一体成形されており、該スカート結合部が、スカートエレメントとピストンクラウンとの間に凹設部、つまり凹面状の窪みを有しており、クーリングチャンネルカバーが、少なくとも２つの部分円形のカバーエレメントから成っており、該カバーエレメントの内縁部が、部分的にボス支持部と部分的にスカート結合部とに加工成形された窪み内に支承されており、該カバーエレメントの外縁部が環状壁を、該環状壁のピンボス側の端面を介して支持していることにより解決される。

本発明の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

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は、本発明によるクーリングチャンネルカバーを備えた、内燃機関に用いられるピストンを示す、互いに９０゜だけずらされた２つの半部から成る縦断面図であり、
図２は、最終組付け後のクーリングチャンネルおよびクーリングチャンネルカバーを示す拡大図であり、
図３は、半円形の２つの半部から成るクーリングチャンネルカバーを示す概略図であり、
図４は、ピストンの組立ての枠内で生ぜしめられるクーリングチャンネルカバーの配置を有するクーリングチャンネルを示す拡大断面図である。

図１には、内燃機関に用いられる、単一部分から形成された一体型のピストン１が断面図で図示されている。この断面図は２つの半部から成っており、この場合、左側の半部はボス孔３の長手方向軸線２に沿ったピストン１の断面図であり、右側の半部はこれに対して９０゜だけずらされたピストン１の縦断面図である。ピストン１はスチールから製造されていて、ピストンクラウン４の範囲に燃焼室キャビティ５を有している。ピストンクラウン４の半径方向外側に位置する範囲には、環状の冷却空洞、つまりクーリングチャンネル６が配置されている。このクーリングチャンネル６の半径方向外側の輪郭を制限する輪郭制限部は、ピストンクラウン４に一体成形された環状壁７により形成され、クーリングチャンネル６の半径方向内側の輪郭を制限する輪郭制限部は、一部は環状リブ８によって、一部はボス支持部９，９´によって、一部はスカート結合部１７，１７´によって形成される。環状壁７はこの場合、ピストンリングキャリヤとして働く。

ボス支持部９，９´を介してピストンクラウン４にはそれぞれ１つのピンボス１０，１０´が一体成形されている。これらのピンボス１０，１０´はそれぞれ１つのボス孔３，３´を備えている。ピンボス１０，１０´の端面１１は環状壁７に対してピストン長手方向軸線１２に方向にセットバックされて配置されている。ピンボス１０，１０´はスカートエレメント１３，１３´を介して互いに結合されており、これらのスカートエレメント１３，１３´はそれぞれ１つのスカート結合部１７，１７´を介してピストンクラウン４に結合されている。スカートエレメント１３，１３´とピストン１のピストンクラウン側の範囲１４との間では、ピストン１が窪み１５を有している。

クーリングチャンネル６はピンボス１０，１０´の方向ではクーリングチャンネルカバー１８によって閉鎖されている。このクーリングチャンネルカバー１８は中実な支持エレメントとして形成されていて、本実施例では、図３に図示されているように半円形の２つのカバーエレメント１９，２０から成っている。クーリングチャンネルカバー１８は冷却オイルの流入のためには開口１６（図１参照）を有しており、冷却オイルの流出のためには開口１６´（図３にのみ図示する）を有している。クーリングチャンネルカバー１８は皿の縁部に似た円錐状に形成されている。クーリングチャンネルカバー１８の内縁部２１は全周にわたって延びる環状の窪み２２内に支持されており、この窪み２２は一部はボス支持部９，９´に、一部はスカート結合部１７，１７´に、それぞれ加工成形されている。クーリングチャンネルカバー１８の外縁部２３は環状壁７のピストンピン側の端面のために載着部を形成しているので、クーリングチャンネルカバー１８の支持エレメントとしての特性は特にピストン１の作業サイクルの間、ピストンクラウン４の外縁部および環状壁７の、負荷による変形を十分に阻止する。

図２に示した拡大断面図から判るように、環状壁７のピストンピン側の端面２４は段形のアンダカット部２５を有している。このアンダカット部２５の形状は、クーリングチャンネルカバー１８の外縁部２３に設けられた、同じく段形の切欠き２６に対応しているので、ピストン１の最終組立て後では、アンダカット部２５と切欠き２６とが互いに内外に係合し合い、そしてピストンクラウン４の外側の範囲の、負荷による変形を阻止するために役立つ。さらに図２から判るように、オイル掻取りリング（図面には図示しない）のための溝２７と、クーリングチャンネル６との間には、オイル戻し孔２８が配置されている。

図３に図示したクーリングチャンネルカバー１８は半円形の２つのカバーエレメント１９，２０から成っているが、しかしクーリングチャンネルカバー１８は３つまたはそれ以上の部分から形成されていてもよい。図３には、外縁部２３に加工成形された段形の切欠き２６および冷却オイルの供給のための開口１６および冷却オイルの排出のための開口１６´が認められる。

図４につき、クーリングチャンネルカバー１８の組付け方式を説明する。図４に図示されているように、クーリングチャンネルカバー１８はまずその内縁部２１で窪み２２の縁部に当て付けられ、かつその外縁部２３で環状壁７の端面２４に当て付けられる。引き続き、内縁部２１が軸方向でピストンクラウン４へ向かって押圧され、この場合、クーリングチャンネルカバー１８は予荷重もしくはプリロードがかけられて、半径方向内側へ向かってずらされ得るので、クーリングチャンネルカバー１８の内縁部２１は窪み２２内に嵌入する。この位置でクーリングチャンネルカバー１８は、切欠き２６により形成された段部２９が端面２４に設けられたアンダカット部２５内にスナップインすることによって位置固定される。クーリングチャンネルカバー１８は、最終組立て後にこのクーリングチャンネルカバー１８が僅かな変形を維持し、ひいては残留プリロードを維持するように形成されている。

本発明によるクーリングチャンネルカバーを備えた、内燃機関に用いられるピストンを示す、互いに９０゜だけずらされた２つの半部から成る縦断面図である。 最終組付け後のクーリングチャンネルおよびクーリングチャンネルカバーを示す拡大図である。 半円形の２つの半部から成るクーリングチャンネルカバーを示す概略図である。 ピストンの組立ての枠内で生ぜしめられるクーリングチャンネルカバーの配置を有するクーリングチャンネルを示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ピストン
２ 長手方向軸線
３，３´ ボス孔
４ ピストンクラウン
５ 燃焼室キャビティ
６ クーリングチャンネル
７ 環状壁
８ 環状リブ
９，９´ ボス支持部
１０，１０´ ピンボス
１１ 端面
１２ ピストン長手方向軸線
１３，１３´ スカートエレメント
１４ ピストンクラウン側の範囲
１５ 窪み
１６，１６´ 開口
１７，１７´ スカート結合部
１８ クーリングチャンネルカバー
１９ カバーエレメント
２０ カバーエレメント
２１ クーリングチャンネルカバー１８の内縁部
２２ 窪み
２３ クーリングチャンネルカバー１８の外縁部
２４ 環状壁７の端面
２５ アンダカット部
２６ 切欠き
２７ 溝
２８ オイル戻し孔
２９ 段部

Claims (1)

1. 内燃機関に用いられる単一部分から成る一体型のピストン（１）において、
   −ピストンクラウン（４）が設けられており、
   −該ピストンクラウン（４）に一体成形された、各１つのピンボス（１０，１０´）のための２つのボス支持部（９，９´）が設けられており、該ボス支持部（９，９´）と、ピンボス（１０，１０´）の端面（１１）とが、ピストンクラウン（４）の半径方向外側の縁部に対してピストン長手方向軸線（１２）の方向へセットバックされて配置されており、
   −ピンボス（１０，１０´）を互いに結合する２つのスカートエレメント（１３，１３´）が設けられており、該スカートエレメント（１３，１３´）が、各１つのスカート結合部（１７，１７）を介してピストンクラウン（４）に結合されており、該スカート結合部（１７，１７）によってスカートエレメント（１３，１３´）とピストンクラウン（４）との間に凹面状の窪み（１５）が形成されており、
   −ピストンクラウン（４）の縁範囲に配置された環状のクーリングチャンネル（６）が設けられており、該クーリングチャンネル（６）の半径方向外側の輪郭を制限する輪郭制限部が、ピストンクラウン（４）に一体成形された環状壁（７）により形成されており、クーリングチャンネル（６）の半径方向内側の輪郭を制限する輪郭制限部が、一部はボス支持部（９，９´）により、一部はスカート結合部（１７，１７）によりそれぞれ形成されており、
   −少なくとも２つの部分円形のカバーエレメント（１９，２０）から成るクーリングチャンネルカバー（１８）が設けられており、該クーリングチャンネルカバー（１８）が、ピストンクラウン（４）の外縁部（５，６）および環状壁（７）の、負荷による変形を阻止する特性を有する中実な支持エレメントとして円錐状に形成されており、該クーリングチャンネルカバー（１８）がクーリングチャンネル（６）をピンボス（１０，１０´）の側に向かって閉鎖しており、クーリングチャンネルカバー（１８）の内縁部（２１）が、部分的にボス支持部（９，９´）と部分的にスカート結合部（１７，１７）とに加工成形された窪み（２２）内に支承されており、クーリングチャンネルカバー（１８）の外縁部（２３）が環状壁（７）を、該環状壁（７）のピンボス側の端面（２４）を介して支持しており、
   −環状壁（７）の端面（２４）が段形のアンダカット部（２５）を有しており、クーリングチャンネルカバー（１８）の外縁部（２３）が段形の切欠き（２６）を有しており、該アンダカット部（２５）と該切欠き（２６）とはそれぞれ、クーリングチャンネルカバー（１８）の組付け時に前記切欠き（２６）により形成された段部（２９）が前記端面（２４）のアンダカット部（２５）内にスナップインするように成形されている
   ことを特徴とする、内燃機関に用いられるピストン。

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