JP6386048B2 - 内燃エンジン用のピストンと噴射ノズルとのサブアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ピストンと冷却オイル用の噴射ノズルとを備えた内燃エンジン用のサブアセンブリに関し、ピストンはピストンヘッドとピストンスカートとを有し、ピストンヘッドは、下面を持つピストン冠、周囲リング部、及び該周囲リング部において冷却オイル用の少なくとも１つの供給口を持つ周囲冷却チャネルを有し、噴射ノズルはピストンスカートの下方に設けられている。

通常タイプのサブアセンブリは、噴射冷却を伴うピストンであり、すなわち、ピストンが、冷却チャネル内の冷却オイル用の少なくとも１つの供給口の方向へのピストンスカート側の端部から冷却オイルの噴射によって冷却される。冷却オイルは、周囲冷却チャネル内に貫通し、それ自体知られているように、特に、ピストンヘッドの領域でピストンを冷却する。

現代のピストンにおいては、その高い熱負荷のために、「ドーム」として知られる、ピストン冠の下面も冷却することが要求されている。この目的のため、独国特許出願公開第１０２００６０５６０１１号明細書には、一方の噴射ノズルが冷却オイルを周囲冷却チャネルに供給するのに役立ち、他方の噴射ノズルがピストン冠の下面を冷却するのに役立つ２つの冷却オイル用噴射ノズルを設ける構成が提案されている。

本発明は、技術的に簡単で且つ信頼性が高い噴射冷却を実現できるような、通常タイプのピストンを創出することを目的とする。

上記の目的は、ピストンが、冷却オイル用の少なくとも１つの供給口に関して隣接したピストン冠の下面に冷却オイル用のジェット分割器を有しており、また、噴射ノズルが、該ジェット分割器の下方に配置され且つ該ジェット分割器に向けられているということによって実現される。

本発明により提供されるジェット分割器は、単一に設けられた噴射ノズルによって出射される冷却オイルジェットの一部を、ピストン冠の下面の方向を標的とするように少なくとも一時的に向けられる。これに対し、冷却オイルジェットの残部は、周囲冷却チャネルに入り込む。従って、本発明に係るサブアセンブリは、信頼性が高い噴射冷却のための技術的に簡単な解を示す。

有利な展開は、従属項から生じる。

噴射ノズルの中心軸がピストンの中心軸に対して平行に向いているならば、ジェット分割器は、エンジンの作動中の全行程動作中に周囲冷却チャネルに導かれる部分ジェットと、ピストン冠の下面に向けられる部分ジェットとに、冷却オイルジェットを分割する。

特に好ましい一つの展開は、噴射ノズルの中心軸がピストンの中心軸に対して鋭角をなすことである。この噴射ノズルの斜めの位置は、エンジンの作動中にピストンが上死点又は下死点に位置する場合に、冷却オイルジェットの全体を周囲冷却チャネルに導かせる。一方、冷却オイルジェットの分割は、ピストンの行程のほぼ中間領域で生じる。その結果、本発明により提供されるジェット分割器は、ピストンの上昇行程及び下降行程ごとにそれぞれ正確に１度だけ冷却オイルジェットを横切り、且つ、それぞれの場合に、周囲冷却チャネルに導かれるオイルジェットの一部と、ピストン冠の下面に向けられるオイルジェットの一部とに、冷却オイルジェットを分割する。

ジェット分割器は、好都合にも、周囲冷却チャネル方向に外側を向けて配置され、中心軸から始まる１つのエッジを持つ、実質的に断面Ｖ字状を有している。

本発明により提供されるジェット分割器は、ピストンヘッドと一品により構成されていてもよく、また、ピストンヘッドと固定して連結された分割部品として構成されていてもよい。

ジェット分割器は、特に好ましくは、第１ガイド面と第２ガイド面とを有している。第１ガイド面は、周囲冷却チャネルに割り当てられ、第２ガイド面は、ピストン冠の下面に割り当てられる。ここで、第１ガイド面が周囲冷却チャネルの内面と連続的に併合され、及び／又は第２ガイド面がピストン冠の下面と連続的に併合されるのであれば、特に有利である。このようにすれば、特に、ピストン冠の下面の冷却が信頼性良く実現される。

本発明に係るサブアセンブリは、全てのタイプのピストンに実現可能である。特に、単一部品ピストン、互いに連結された２つ又はそれ以上の部品からなるピストン、箱型ピストン、閉じた周囲冷却チャネルを持つピストン、及び底部に向かって開放され且つ閉鎖エレメントによって閉鎖された周囲冷却チャネルを持つピストン、特にピストンスカートと熱的に分離されたピストンである。

本発明に係る１つの例示的な実施形態は、添付の図面を用いた以下の本文により詳細に説明される。ここで、図面は縮尺を表さない概略図である。

図１は本発明の一例示的実施形態に係るサブアセンブリのためのピストンを示す断面図である。 図２は図１の矢印Ｐの方向におけるピストンの下側を示す底面図である。 図３ａはエンジン作動中のピストンの行程において、図１に示すピストンを伴った本発明の一例示的実施形態に係るサブアセンブリを示す図である。 図３ｂはエンジン作動中のピストンの行程において、図１に示すピストンを伴った本発明の一例示的実施形態に係るサブアセンブリを示す図である。 図３ｃはエンジン作動中のピストンの行程において、図１に示すピストンを伴った本発明の一例示的実施形態に係るサブアセンブリを示す図である。 図４は図３ｂに示す一行程動作中の図１によるピストンを示す部分断面図である。

図１及び図２は、本発明におけるサブアセンブリ１００のための一例示的実施形態に係るピストン１０を表している。ピストン１０は、単一部品のキャスト若しくは鍛造ピストンでもよく、又は複数部品を組み立てた組立ピストンでもよい。ピストン１０は、鉄系材料及び／又は軽合金材料から製造されてもよい。

図１及び図２は、周囲冷却チャネル１７を有する単一部品箱型ピストン１０を例として表している。周囲冷却チャネル１７は、底部に向かって開放され、且つ、分離閉鎖エレメント１８によってその一部が閉鎖され、また、ピストンスカート２１とは、熱的に分離されている。

ピストン１０は、燃焼ボウル１４、周囲燃焼ランド１５、及びピストンリング（図示せず）を収容するリング溝を伴う周囲リング部１６を持つピストン冠１３を含むピストンヘッド１１を有している。周囲冷却チャネル１７は、周囲リング部１６と同等の高さに設けられており、該周囲冷却チャネル１７は、底部に向かって開放され、且つ、冷却オイルのための少なくとも１つの供給口１９を持つ分離閉鎖エレメント１８によって閉鎖されている。

さらに、本例示的実施形態に係るピストン１０は、ガジオンピン（図示せず）を収容するピストンボス２２及びボス孔２３を持つ、熱的に分離されたピストンスカート２１を有している。ピストンボス２２は、ピストンヘッド１１に対するボスアタッチメントを介して、それ自体知られるように連結されている。ピストンボス２２は、滑り面２４ａ、２４ｂを介して互いに連結されている。

ピストン１０の内部において、ピストン冠１３は、ジェット分割器２５と共に本発明により提供される下面１３ａを有している。ジェット分割器２５は、冷却オイルのための少なくとも１つの供給口１９に近接して配設されており、本例示的実施形態においては、実質的に断面Ｖ字状を有している。ジェット分割器２５のエッジ２５ａは、ピストン１０における中心軸Ｍから開始して、周囲冷却チャネル１７の方向の外側に向けて配置されている。

本例示的実施形態において、ジェット分割器２５は、ピストン冠１３の下面１３ａと共に１個の部品で構成されており、且つ、冷却オイルのための第１ガイド面２６及び第２ガイド面２７を有している。本例示的実施形態においては、第１ガイド面２６は、周囲冷却チャネル１７の内壁１７ａと実質的に連続して併合されている。また、本例示的実施形態においては、第２ガイド面２７は、ピストン冠１３の下面１３ａと実質的に連続して併合されている。

図３ａ〜図３ｃ及び図４は、図１及び図２に示したピストン１０と、冷却オイルジェット３１が出る冷却オイル用の噴射ノズル３０とを伴ったエンジンの作動中の異なるステージにおける、本発明に係るサブアセンブリ１００を表している。ここで、図３ａは上死点での状況を示し、一方、図３ｃは下死点での状況を示している。図３ｂは、上死点と下死点との間の中間の行程位置における状況を表している。噴射ノズル３０は、ジェット分割器２５に向けられるように、クランクケース内に固定して配設されている。

本例示的実施形態において、噴射ノズル３０の中心軸は、ピストン１０の中心軸に対して鋭角αをなすように配置される。その結果、ピストン１０は、上死点から下死点まで及びその逆も同様、１回の行程動作中ごとに１度だけ、冷却オイルジェット３１を横切る。冷却オイルジェット３１は、上死点の場合と下死点の場合とに周囲冷却チャネル１７に直接に入る。該冷却オイルジェット３１は、通り過ぎたジェット分割器２５により導かれる。冷却オイルジェット３１は、上死点と下死点との比較的に中間の行程位置において、ジェット分割器２５に当たる。その結果、図４の部分拡大図に示すように、冷却オイルジェット３１の一部３１ａは、ピストン冠１３の下面１３ａの方向、すなわちドームとして知られる方向に向けられ、一方、冷却オイルジェット３１の残部３１ｂは、周囲冷却チャネル１７に入り続ける。このように、ピストン冠１３の下面１３ａの冷却が最適化される。

図４に示すように、噴射ノズル３０の中心軸Ａが、ピストン１０の中心軸Ｍと平行となるように配設されてもよいことは言うまでもない。この場合、冷却オイルジェット３１は、ピストン１０の行程動作のフェーズごとに、２つの部分ジェット３１ａ、３１ｂに分割される。部分ジェット３１ａは、ピストン冠１３の下面１３ａに向けられ、部分ジェット３１ｂは、周囲冷却チャネル１７に向けられる。

Claims (12)

1. ピストン（１０）と、冷却オイルジェット（３１）を噴射する冷却オイル用の噴射ノズル（３０）とを備えた内燃エンジン用のサブアセンブリ（１００）であって、
   前記ピストン（１０）は、ピストンヘッド（１１）と、ピストンスカート（２１）とを有し、前記ピストンヘッド（１１）は、下面（１３ａ）を持つピストン冠（１３）、周囲リング部（１６）、及び該周囲リング部（１６）において冷却オイル用の少なくとも１つの供給口（１９）を持つ周囲冷却チャネル（１７）を有しており、
   前記ピストン（１０）は、冷却オイル用の少なくとも１つの供給口（１９）に関して隣接した前記ピストン冠（１３）の下面（１３ａ）に冷却オイル用のジェット分割器（２５）を有し、
   前記噴射ノズル（３０）は、前記ジェット分割器（２５）の下方に配置され且つ該ジェット分割器（２５）に向けられており、
   前記ジェット分割器（２５）は、前記周囲冷却チャネル（１７）の方向に外側を向けて配置され、中心軸（Ｍ）から始まる１つのエッジ（２５ａ）を持つ、実質的に断面Ｖ字状を有しており、
   前記噴射ノズル（３０）の中心軸（Ａ）は、前記ピストン（１０）の中心軸（Ｍ）に対して鋭角（α）をなし、
   前記ピストン（１０）の前記ジェット分割器（２５）は、上死点から下死点まで及びその逆も同様に、１回の行程動作中ごとに１度だけ、前記冷却オイルジェット（３１）を横切り、
   前記ジェット分割器（２５）は、前記冷却オイルジェット（３１）を、１回の行程動作中ごとに、前記冷却オイルジェット３１のうち、前記周囲冷却チャネル（１７）に導かれる部分（３１ｂ）と、前記ピストン冠（１３）の下面（１３ａ）に導かれる部分（３１ａ）とに分割し、
   前記冷却オイルジェット（３１）は、上死点の場合と下死点の場合とに、通過したジェット分割器（２５）により導かれて、周囲冷却チャネル（１７）に直接に入り、
   上死点と下死点との間の中間の行程位置において、前記冷却オイルジェット（３１）は、前記ジェット分割器（２５）に当たることを特徴とするサブアセンブリ。
2. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ジェット分割器（２５）は、前記ピストンヘッド（１１）と一部品により構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
3. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ジェット分割器（２５）は、前記ピストンヘッド（１１）と固定して連結された分割部品として構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
4. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ジェット分割器（２５）は、第１ガイド面（２６）と第２ガイド面（２７）とを有しており、
   前記第１ガイド面（２６）は、前記周囲冷却チャネル（１７）に割り当てられ、且つ、前記第２ガイド面（２７）は、前記ピストン冠（１３）の前記下面（１３ａ）に割り当てられていることを特徴とするサブアセンブリ。
5. 請求項４に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記第１ガイド面（２６）は、前記周囲冷却チャネル（１７）の内面（１７ａ）と連続的に併合されていることを特徴とするサブアセンブリ。
6. 請求項４に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記第２ガイド面（２７）は、前記ピストン冠（１３）の前記下面（１３ａ）と連続的に併合されていることを特徴とするサブアセンブリ。
7. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ピストン（１０）は、単一部品ピストンとして構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
8. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ピストン（１０）は、互いに連結された２つ又はそれ以上の部品から構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
9. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
   前記ピストン（１０）は、箱型ピストンとして構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
10. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
    前記ピストン（１０）の前記周囲冷却チャネル（１７）は、閉鎖された冷却チャネルとして構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
11. 請求項１に記載のサブアセンブリにおいて、
    前記ピストン（１０）の前記周囲冷却チャネル（１７）は、底部に向かって開放され、且つ、閉鎖エレメント（１８）によって閉鎖された冷却チャネルとして構成されていることを特徴とするサブアセンブリ。
12. 請求項１１に記載のサブアセンブリにおいて、
    前記ピストン（１０）は、前記ピストンスカート（２１）と熱的に分離されていることを特徴とするサブアセンブリ。

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