JP4838858B2 - 内燃機関用の２部分から成るピストン - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式、即ち、内燃機関用の２部分から成るピストンであって、該ピストンが、ピストンヘッドを形成する上側部分を有しており、該上側部分のピストンヘッドとは反対の側の下面に、雄ねじ山を備えてピストン軸線に対して同軸的に位置する、円筒形のピンが配置されており、当該ピストンが下側部分を有しており、該下側部分の下面に、ピン穴を備えたピンボス及びこれらのピンボスを互いに結合するスカート部材が配置されており、前記下側部分がピストンヘッド側に、ピストン軸線に対して同軸的に位置する開口を有しており、該開口に前記ピンが挿入されており、前記上側部分と下側部分とが、ピンの雄ねじ山にねじ嵌められたナットによって互いに結合されている形式の、内燃機関用の２部分から成るピストンに関する。

ヨーロッパ特許第０６０４２２３号明細書から公知の２部分から成るピストンは、上側部分と下側部分とから成っており、上側部分のピストンヘッドとは反対の側の下面には、雄ねじ山を備えたピンが取り付けられており、前記雄ねじ山を介して、上側部分と下側部分とが互いにねじ締結されている。この場合、ねじ締結部には単に、ピンが比較的大きな長さ延いてはある程度の弾性を有していることにより、僅かな予負荷がかけられるに過ぎない。この場合の欠点は、ピンの所要スペースが、ピストンの圧縮高さの減少を許さないという点である。

本発明の課題は、前記従来技術の欠点を回避するにも関わらず、２部分から成るピストンの上側部分と下側部分との間の強固なねじ締結部を提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴部に記載の構成、即ち、下側部分が、弾性的に撓む上底部を有しており、該上底部が、オイル供給開口及びオイル流出開口を備えてピストン軸線に対して同軸的に配置された、閉鎖された環状の冷却通路のスカート側を制限しており、該冷却通路のピストンヘッド側は上側部分によって制限されており、前記上底部の半径方向内側に、ピストン軸線に対して同軸的に配置されて上方に向けられた、軸方向弾性の伸長スリーブが一体成形されており、該伸長スリーブが、前記冷却通路の半径方向内側の制限部を形成しており且つピストンヘッド側の端部に開口を有しており、該開口が、半径方向内側に向けられたカラーを備えており、前記ナットのピストンヘッド側に、ピストン軸線に対して同軸的に位置する、軸方向弾性の圧縮スリーブが一体成形されており、該圧縮スリーブがピストンヘッド側で前記カラーに当接している構成によって解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。

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に示した２部分から成る、冷却されるピストン１は、上側部分２と下側部分３とから成っている。これらの上側部分２及び下側部分３は、鋼又は別の金属材料から製作されていてよい。ピストンヘッド４は、上側部分２の軸方向上面を制限しており、上側部分２の半径方向内側領域は燃焼窪み５を有している。ピストンヘッド４の外縁部には環状壁６が一体成形されており、この環状壁６の外面のピストンヘッド側はトップランド７を形成しており且つスカート側には、ピストンリング（図示せず）を取り付けるためのリング溝を備えたリング群８が続いている。

下側部分３のピストンヘッド４とは反対の側の下面には、各１つのピン穴１０，１０′を備えた２つのピンボス９，９′が配置されており、これらのピンボス９，９′の端面１１は、環状壁６と比べてピストン軸線１２に向かって引っ込められて配置されている。ピンボス９，９′は、ピストンスカート部材１３，１３′を介して互いに結合されている。

ピストン１の上側部分２と下側部分３とは、内側支持部１４と、この内側支持部１４に対して同心的に配置された外側支持部１５とを介して互いに結合されている。内側支持部１４は、上側部分２の燃焼窪み５とは反対の側に配置された支持面１６と、下側部分３のピストンヘッド側で環状の支持リブ１７に配置された支持面１８とから形成される。外側支持部１５は、環状壁６の下面を制限する支持面１９と、下側部分３のピストンヘッド側で環状の支持ウェブ２０に配置された支持面２１とから形成される。

ピストン１の上側部分２と下側部分３とによって、ピストン１のピストンヘッド側の縁部域に配置された冷却通路２２が形成され、この冷却通路２２の半径方向外側の制限部は環状壁６により形成され且つ半径方向内側の制限部は、部分的に支持リブ１７とピストンヘッド４とにより形成され、当該冷却通路２２の軸方向下側の制限部は、ピストン１の下側部分３により形成される。複数の流入開口２３を介して、冷却オイルが冷却通路２２に導入される。

ピストン１は、ピストン軸線１２に対して同軸的に配置された、別の環状の冷却通路２４を有しており、この冷却通路２４は、外側の冷却通路２２よりも小さな半径方向直径を有しており且つ半径方向で見て外側の冷却通路２２の内側に配置されている。この内側の冷却通路２４は、軸方向上側をピストンヘッド４により制限され、半径方向外側を支持リブ１７により制限され且つ半径方向下側を、薄肉に且つ弾性的に撓むように形成された下側部分３の上底部２５により制限され、この上底部２５の半径方向内側には、軸方向上向きの伸長スリーブ２６が一体成形されており、この伸長スリーブ２６の軸方向上側に位置する開口２７は、半径方向内向きのカラー２８を備えており、このカラー２８の下面は、ナット２９に一体成形された圧縮スリーブ３０のためのストッパとして働くことができる。この場合、伸長スリーブ２６は、内側の冷却通路２４の半径方向内側の制限部を形成している。

ピストンヘッド４の下面には、円筒形のピン３１がピストン軸線１２に対して同軸的に一体成形されており、このピン３１の外周面は、ナット２９の雌ねじ山に対応する雄ねじ山３２を備えた、ピストンヘッドとは反対の側の端部域を有しているので、ナット２９は前記雄ねじ山３２にねじ嵌めることができる。ピン３１の軸方向長さは、圧縮スリーブ３０を備えたナット２９の軸方向長さにほぼ等しい。ピン３１及び特にこのピン３１の雄ねじ山３２の半径方向直径は、伸長スリーブ２６の開口２７の半径方向直径よりもやや小さいので、ピン３１は問題なく開口２７に挿入可能である。圧縮スリーブ３０の半径方向内径は、ピン３１の雄ねじ山３２の半径方向外径よりもやや大きい。

本実施例では、ピン３１の半径方向直径は、当該ピン３１の雄ねじ山３２と、ピストンヘッド４の下面との間の領域では、雄ねじ山３２の直径よりも小さく且つ又圧縮スリーブ３０の内径よりも小さく形成されているので、圧縮スリーブ３０とピン３１との間には、環状の冷却室３３が形成される。

冷却オイルは流入開口２３を介して外側の冷却通路２２に導入され、接続通路３４を介して内側の冷却通路２４に流入し、ここからオイルの一部は下側部分３の上底部２５に設けられた開口３５を介して、再びクランクケースに戻る。少量のオイルは、カラー２８とピストンヘッド４の下面との間のギャップ３６及び伸長スリーブ２６の開口２７を介して冷却室３３に流入し、ここからピン３１の雄ねじ山３２に形成された、ピストン軸線１２に対して平行に位置する複数の流出通路３７（図１に１つの流出通路３７を図示）を介してクランクケースに戻る。このことは、熱的に高負荷されるピストン１の上側部分２の極めて良好な冷却を生ぜしめる。

ピストン１の上側部分２と下側部分３とを組み立てる際には、まず最初にピストンヘッド４の下面に配置されたピン３１が、ピストン下側部分３の上底部２５に一体成形された伸長スリーブ２６の開口２７を通して案内される。引き続く組付けにおいて、ピストン１の上側部分２と下側部分３とは互いに同軸的に位置調整され、このことは、支持ウェブ２０が断面で見て、半径方向内側に且つ軸方向で見てピストンヘッド４の方向に向けられた段部の形を有しており、環状壁６の下端面が内側に円筒形の切欠き３８を有しており、この切欠き３８の内側形状は、支持ウェブ２０の外側形状に対応しているので、ピストン１の上側部分２と下側部分３とを組み付けた場合、支持ウェブ２０は切欠き３８に挿入され、延いては上側部分２と下側部分３とが同軸的に位置調整されることによって達成される。

次いで、ナット２９の圧縮スリーブ３０が、当該ナット２９の雌ねじ山がピン３１の雄ねじ山３２と接触するまで、ピン３１の雄ねじ山３２に被せ嵌められる。今、ナット２９は、圧縮スリーブ３０の上端面が伸長スリーブ２６のカラー２８に当接するまで、雄ねじ山３２にねじ嵌められる。

ある程度のトルクを費やして引き続きナット２９をねじ固定すると、弾性的に撓む上底部２５が、ピストンヘッド４に向かって皿ばね状に変形し、薄肉に形成された伸長スリーブ２６が軸方向で伸長し、やはり薄肉に形成された圧縮スリーブ３０が軸方向で圧縮され、減少された半径方向直径を備えたピン３１の中間部分が膨張始、ピストンヘッド４の、燃焼窪み５を制限する部分がスカート方向で皿ばね状に変形する。ピストン部分２５，２６，３０，３１，４のこの弾性変形は、ナット２９とピン３１との間のねじ締結部の極めてフラットな特性線を生ぜしめ、この特性線は、当該ねじ締結部に、ピストン１に対する温度影響及び機械的影響とは無関係に、大きな強度を与える。

ナット２９は、六角ナットとして形成されていてよい。但し、ピストン１の組付けにおける利点は、図１で示唆し且つ図２で良好に示したように、ナット２９が、ピストンヘッドとは反対の側の端面に複数の穴３９，４０，４１を有している場合に得られる。これにより、ナット２９をスパナを用いてねじ固定することが可能であり、このスパナは、ナット２９とほぼ同じ半径方向直径を有する細長い円筒形状を有しており、当該スパナの一方の端面には、前記穴３９，４０，４１と同じ相互間隔を有し、更に相補的な形状を有する複数のピンが取り付けられている。このように形成されたスパナを用いて、極めて大きなトルクをナット２９に伝達することができる。更に、当該スパナは比較的小さな半径方向直径を有しているので、比較的接近し難いナット２９を極めて良好にねじ固定するために使用可能である。

図２に示した、ピストン１を下から見た図には、内側の冷却通路２４内のオイルを導出するための開口３５及び別の開口４２が示されている。更に、図２では、冷却オイルの供給若しくは導出に役立つ、外側の冷却通路２２の流入開口２３及び流出開口４３が認識される。更に図２では、ピン３１の雄ねじ山３２に形成された３つの流出通路３７，３７′，３７″が良好に認識可能であり、これらの流出通路３７，３７′，３７″は、ピン３１と圧縮スリーブ３０との間の冷却室３３に集められたオイルの導出に役立つ。

図３に示した、ピストン上側部分２とピストン下側部分３との本発明によるねじ締結部の構成では、ピストンヘッド側で伸長スリーブ２６に一体成形され且つ半径方向内側に向けられたカラー２８と圧縮スリーブ３０との間に、ワッシャ４４が配置されている。このワッシャ４４により、ねじ締結状態で圧縮スリーブ３０からカラー２８に加えられる面押圧が、カラー２８と圧縮スリーブ３０との間の接触領域の全周にわたって均等に配分される。

図４では、互いに接触するカラー２８′の面４５と圧縮スリーブ３０′の面４６とが、ピストン軸線１２に向かって円錐形に間隔が狭まるように形成されている。これらの面４５，４６は球状に形成されて、ピストンヘッド４の方向でピストン軸線１２に向かって間隔が狭まるように延びていてもよい。これにより、ねじ締結された状態で伸長スリーブ２６、カラー２８′及び圧縮スリーブ３０′において支配的な材料応力の低下が生ぜしめられる。更に、前記面４５，４６間にワッシャが配置されていてもよく、これにより、圧縮スリーブ３０からカラー２８に加えられる面押圧の均等化の、付加的な利点が得られる。

上側部分と下側部分とが、圧縮スリーブの一体成形されたナットを介して互いにねじ締結された、２つの部分から成るピストンの断面図である。 本発明によるピストンを下から見た図である。 本発明によるねじ締結部の構成を示した図であって、この場合、圧縮スリーブと、該圧縮スリーブに一体成形されたカラーとの間にワッシャが配置されている。 圧縮スリーブとカラーの接触面が、ピストンヘッドに向かって円錐形に互いに間隔を狭めて延びるように形成された、圧縮スリーブ及びカラーの構成を示した図である。

Claims (9)

1. 内燃機関用の２部分から成るピストン（１）であって、該ピストンが、
   ‐ピストンヘッド（４）を形成する上側部分（２）を有しており、該上側部分のピストンヘッド（４）とは反対の側の下面に、雄ねじ山（３２）を備えてピストン軸線（１２）に対して同軸的に位置する、円筒形のピン（３１）が配置されており、
   ‐当該ピストンが下側部分（３）を有しており、該下側部分の下面に、ピン穴（１０，１０′）を備えたピンボス（９，９′）及びこれらのピンボス（９，９′）を互いに結合するスカート部材（１３，１３′）が配置されており、
   ‐前記下側部分（３）がピストンヘッド側に、ピストン軸線（１２）に対して同軸的に位置する開口（２７）を有しており、該開口に前記ピン（３１）が挿入されており、
   ‐前記上側部分（２）と下側部分（３）とが、ピン（３１）の雄ねじ山（３２）にねじ嵌められたナット（２９）によって互いに結合されている形式のものにおいて、
   ‐下側部分（３）が、弾性的に撓む上底部（２５）を有しており、該上底部が、オイル供給開口及びオイル流出開口（３４，３５）を備えてピストン軸線（１２）に対して同軸的に配置された、閉鎖された環状の冷却通路（２４）のスカート側を制限しており、該冷却通路のピストンヘッド側は上側部分（２）によって制限されており、
   ‐前記上底部（２５）の半径方向内側に、ピストン軸線（１２）に対して同軸的に配置されて上方に向けられた、軸方向弾性の伸長スリーブ（２６）が一体成形されており、該伸長スリーブが、前記冷却通路（２４）の半径方向内側の制限部を形成しており且つピストンヘッド側の端部に開口（２７）を有しており、
   ‐該開口（２７）が、半径方向内側に向けられたカラー（２８）を備えており、
   ‐前記ナット（２９）のピストンヘッド側に、ピストン軸線（１２）に対して同軸的に位置する、軸方向弾性の圧縮スリーブ（３０）が一体成形されており、該圧縮スリーブがピストンヘッド側で前記カラー（２８）に当接していることを特徴とする、内燃機関用の２部分から成るピストン。
2. 雄ねじ山（３２）が、ピン（３１）の外周面のピストンヘッドとは反対の側の端部域に付与されており、雄ねじ山（３２）とピストンヘッド（４）との間のピン（３１）の領域が、前記雄ねじ山（３２）よりも小さな半径方向直径を有している、請求項１記載のピストン。
3. ナット（２９）が下面に少なくとも２つの穴（３９，４０，４１）を有しており、これらの穴に、ほぼ円筒形のスパナの一方の端面に配置された複数のピンが嵌合する、請求項１又は２記載のピストン。
4. ピン（３１）の雄ねじ山（３２）に、ピン（３１）と圧縮スリーブ（３０）との間の冷却室（３３）内にあるオイルを導出するための、少なくとも１つの流出通路（３７，３７′，３７″）が成形されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン。
5. 圧縮スリーブ（３０）とカラー（２８）との間にワッシャ（４４）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
6. カラー（２８′）の、圧縮スリーブ（３０′）と接触する面（４５）と、圧縮スリーブ（３０′）の、カラー（２８′）と接触する面（４６）とが、ピストンヘッド（４）の方向でピストン軸線（１２）に向かって間隔を狭めるように形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
7. カラー（２８′）の、圧縮スリーブ（３０′）と接触する面（４５）と、圧縮スリーブ（３０′）の、カラー（２８′）と接触する面（４６）とが、ピストンヘッド（４）の方向でピストン軸線（１２）に向かって円錐形に間隔を狭めるように形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
8. カラー（２８′）の、圧縮スリーブ（３０′）と接触する面（４５）と、圧縮スリーブ（３０′）の、カラー（２８′）と接触する面（４６）とが、球形を有しており且つピストンヘッド（４）の方向でピストン軸線（１２）に向かって間隔を狭めるように形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
9. カラー（２８′）の面（４５）と、圧縮スリーブ（３０′）の面（４６）との間にワッシャ（４４）が配置されている、請求項６から８までのいずれか１項記載のピストン。

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