JP7453082B2

JP7453082B2 - 内燃機関のピストン

Info

Publication number: JP7453082B2
Application number: JP2020126303A
Authority: JP
Inventors: タラト・シェール
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN112443418B; DE102019122877A1; US11473522B2; KR20210025475A; JP2021032251A; CN112443418A; US20210062754A1; DE102019122877B4; EP3786438A1

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルまたは請求項６のプリアンブルに記載の内燃機関のピストンに関する。

特許文献１から、内燃機関のピストンであって、ピストンは、ピストン上側部分とピストン下側部分とを備え、それらピストン上側部分およびピストン下側部分は優先的には互いに螺合される、内燃機関のピストンが知られている。ピストン下側部分に、ピストンピンが取り付けられ、ピストンピンは、ピストンを内燃機関のコネクティングロッドに接続するように機能する。特許文献１に記載のピストンは、油冷式であり、ピストン上側部分とピストン下側部分との間に、一方では冷却油のための第１の内部冷却スペースが、他方では冷却油のための第２の外部冷却スペースが、形成され、内部冷却スペースは、少なくとも１つの移送ボアを介して外部冷却スペースに接続される。内部冷却スペース内に冷却油を導入するために、冷却油のための供給ボアが、この従来技術によるコネクティングロッドに統合され、コネクティングロッドから出てきた冷却油は、複数パーツの冷却油誘導スリーブの支援により、内部冷却スペース内に移送可能である。特許文献１によると、冷却油誘導スリーブの第１の首状部分は、ピストンのピストン下側部分に移動不可能に固定される。冷却油誘導スリーブの漏斗状可動部分は、冷却油誘導スリーブのこの固定された首状部分と、冷却油誘導スリーブの２つの部分の間に作用するばね要素がコネクティングロッドの小端部に滑り接触で冷却油誘導スリーブの漏斗状部分を弾性的に押し付けるように、相互作用する。コネクティングロッドのボアから出てきた冷却油を内部冷却スペース内に移送するためにこのようなばねで負荷をかけられた冷却油誘導スリーブを使用することは、このような冷却油誘導スリーブの組み立てが多大な費用をともなうので、不利である。さらに、別個のばね要素は、冷却油誘導スリーブとコネクティングロッドとの間に高い摩擦力を引き起こす。

特許文献２から、内燃機関のピストンであって、冷却油誘導スリーブが、スリットスリーブとして形成され、スリーブは、ガイド面により、ピストン下側部分の支持面をばね弾性的に押圧する、内燃機関のピストンが知られている。この従来技術によると、スリットスリーブとして設計されたピストンの冷却油誘導スリーブは、一パーツで形成され、かつピストン下側部分をばね弾性的に押圧するので、別個のばね要素がなくてもよい。

独国特許第３５１８７２１号明細書独国特許出願公開第１０２０１３００２２３２号明細書

内燃機関の冷却式ピストンの機能をさらに改善する必要がある。

これから出発して、本発明は、内燃機関の新しいタイプのピストンを創出するという課題に基づく。

本発明の第１の態様によると、この課題は、請求項１に記載のピストンによって解決される。したがって、周方向に広がる少なくとも１つの溝が、冷却油ガイドスリーブのガイド面に、および／またはピストン下側部分の支持面に、導入される。

本発明の第２の態様によると、この目的は、請求項６に記載のピストンによって解決される。したがって、周方向に区画された少なくとも１つの油ポケットが、冷却油誘導スリーブのガイド面に、および／またはピストン下側部分の支持面に、導入される。

本発明による双方の態様により、冷却油誘導スリーブのガイド面とピストン下側部分の支持面との間の領域に、規定された方法で潤滑のための油を導入することが可能である。これにより、ピストン下側部分および冷却油誘導スリーブの摩擦と摩擦起因の摩耗とは低減され、あるいはさらに完全に回避される。これは冷却式ピストンの機能を改善する。

本発明の第１または第２の態様の有利なさらなる発展によると、少なくとも１つの凹部、優先的には少なくとも２つの凹部が、径方向に延在しかつ冷却油誘導スリーブを貫通し、潤滑油が、凹部を介して、冷却油誘導スリーブとピストン下側部分との間の領域に供給されることができる。これは、周方向に広がる溝および／または周方向に区画された油ポケットへの潤滑油の特に有利な提供を可能にする。

本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項および下記の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これに限定されることなく、図面によってより詳細に説明される。

冷却油誘導スリーブの領域における本発明による第１のピストンの抜粋の形態の断面図を示す。冷却油誘導スリーブの領域における図１の詳細部ＩＩを示す。冷却油誘導スリーブの領域における本発明による第２のピストンの代替の詳細部を示す。図２または図３によるピストンの冷却油誘導スリーブのさらなる発展を示す。ピストンの代替の冷却油誘導スリーブを示す。

本明細書中の発明は、内燃機関の、特に、例えば船舶のディーゼル内燃機関のような、ディーゼルエンジンまたはガスエンジンまたはディーゼルガスエンジンとして具体化された内燃機関の、油冷式ピストンに関する。

このようなピストンは、トランクピストンとも称される。

図１および図２はそれぞれ、本発明による内燃機関の第１のピストン１２の異なる断面方向の断面図を示し、ピストン１２は、ピストン上側部分１０およびピストン下側部分１１を備える。ピストン上側部分１０およびピストン下側部分１１は、優先的には、軽金属、鋼または球状黒鉛鋳鉄から製造される。ピストン上側部分１０およびピストン下側部分１１は互いに支持し合い、かつ優先的には引張ねじとして具体化された固定手段を介して互いに接続される。

ピストン下側部分１１のボアに、ピストンピン（図示されず）が取り付けられ、ピストンピンは、ピストンを内燃機関のコネクティングロッド１３に接続するように機能する。コネクティングロッド１３の、いわゆる小端部１４が図２に示される。

ピストン上側部分１０とピストン下側部分１１との間に、一方では第１の内部冷却スペース１５が、他方では第２の外部冷却スペース１６が、冷却油のために形成され、図２によると、内部冷却スペース１５は、移送ボア１７を介して外部冷却スペース１６に接続される。

ピストン１２を冷却するように機能する冷却油は、ピストン１２に、すなわちピストン１２の第１の内部冷却スペース１５に、コネクティングロッド１３と小端部１４とを通って延在するボア１８を介して供給されることができる。ここで、冷却油誘導スリーブ１９は、コネクティングロッド１３またはコネクティングロッド１３の小端部１４と相互作用する。冷却油の流れは矢印２０によって可視化される。

冷却油誘導スリーブ１９は、スリットスリーブとして形成される。冷却油誘導スリーブ１９のスリット２１は、ピストンまたは冷却油誘導スリーブ１９の軸方向に延在する。

分解状態では、冷却油誘導スリーブ１９は、ピストン下側部分１１の凹部の内径よりも大きい外径を有し、冷却油誘導スリーブ１９が、ピストン下側部分１１の凹部内に挿入される。冷却油誘導スリーブ１９をピストン下側部分１１のこの凹部内に挿入するために、冷却油誘導スリーブ１９は、スリット２１のいわゆる口幅を減少させるように圧縮され、冷却油誘導スリーブ１９のピストン下側部分１１内への挿入後に、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２は、ピストン下側部分１１の対応する支持面２３をばね弾性的に押圧する。

冷却油誘導スリーブ１９は、別個のばね要素なしに、一部品または一パーツで具体化されかつピストン下側部分１１に取り付けられる。

優先的には、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２と、冷却油誘導スリーブ１９の第１のガイド面２２がばね弾性的に押圧するピストン下側部分１１の支持面２３と、は、円錐台のように輪郭が形成される。これにより、冷却油誘導スリーブ１９が、さらなるガイド面２４によりコネクティングロッド１３の小端部１４の支持面２５をさらにばね弾性的に押圧することが保証される。

冷却油誘導スリーブ１９の優先的には円錐台状のガイド面２２およびピストン下側部分１１の対応する支持面２３は、ピストンのまたは冷却油誘導スリーブ１９の軸方向に見ると、コネクティングロッド１３を向く冷却油誘導スリーブ１９の端部２６から出発して、コネクティングロッド１３から離れる方を向く冷却油誘導スリーブ１９の端部２７の方向へテーパとなっている。

既に説明したように、冷却油誘導スリーブ１９を、ピストン下側部分１１の対応する凹部へ組み立てた後、冷却油誘導スリーブ１９は、ガイド面２２によりピストン下側部分の支持面２３にばね弾性的に押し付けられる。

特に、コネクティングロッド１３が続いて取り付けられるとき、冷却油誘導スリーブ１９はさらに圧縮され、ガイド面２２および支持面２３の円錐台状に形成された輪郭の結果として、冷却油誘導スリーブ１９は、さらなるガイド面２４により、コネクティングロッド１３の小端部１４の対応する支持面２５をばね弾性的に押圧する。これにより、コネクティングロッド１３の小端部１４からの冷却油誘導スリーブ１９の浮き上がりが防止され、かつ、コネクティングロッド１３の小端部１４と冷却油誘導スリーブ１９との間の良好なシールが常に保証される。

本発明の第１の態様によると、周方向に広がる少なくとも１つの溝が、優先的には円錐台のようにテーパに輪郭が形成された、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２に、および／または対応するように輪郭が形成された、ピストン下側部分１１の支持面２３に、導入される。図１および図２は、このような溝２８が、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２のみに導入された例示的な実施形態を示す。周方向に広がるこの溝２８は、特に、スリット冷却油誘導スリーブ１９のスリット２１を介して、潤滑油を提供されることができ、潤滑油は、スリット２１を通過しかつ冷却油誘導スリーブ１９の溝２８に入り込む。これにより、冷却油誘導スリーブ１９とピストン下側部分１１との間の接触領域は、そこでの摩擦および摩耗を低減するために、規定された方法で潤滑されることができる。

図３は、本発明の第１の態様の第２の例示的な実施形態によるピストンの詳細部を示し、この実施形態では、周方向に広がる溝２９がピストン下側部分１１の支持面２３に導入される。この溝２９もまた、スリット２１を介して潤滑油を提供されることができる。

図１および図２の例示的な実施形態の溝２８への、または図３の例示的な実施形態の溝２９への、潤滑油の提供を改善するために、図４の例示的な実施形態では、径方向に延在しかつ冷却油誘導スリーブ１９を貫通する少なくとも１つの凹部３０が、冷却油誘導スリーブ１９に導入される。

図４では、少なくとも２つのこのような凹部３０が、冷却油誘導スリーブ１９に導入される。これらの凹部３０により、冷却油誘導スリーブ１９とピストン下側部分１１との間の領域は、潤滑油を提供されることができ、特に、この潤滑油は、それぞれの凹部３０を介してそれぞれの溝２８、溝２９に供給されることができる。

ここで、溝２８が冷却油誘導スリーブ１９へ、また同時に溝２９もピストン下側部分１１へ、双方とも導入されることができることが指摘される。この場合、油は、凹部３０を介して双方の溝２８、溝２９に供給されることができる。

本明細書中の発明の第２の態様によると、優先的には円錐台のように輪郭が形成された、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２、および／またはピストン下側部分１１の支持面２３に、周方向に区画された少なくとも１つの油ポケット３１が導入されることが規定される。図５は、本発明の第２の態様による冷却油誘導スリーブ１９の側面図を示し、図５では、周方向に区画された複数の油ポケット３１が、冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２に導入される。

図示されていないが、このように周方向に区画された油ポケット３１は、付加的にまたは代替的に、ピストン下側部分１１の支持面２３にも導入されることができる。

さらに、本発明の第１の態様と第２の態様とを互いに組み合わせることが可能であり、すなわち、周方向に広がる溝２８および／または溝２９は、油ポケット３１と組み合わせられて双方利用することが可能である。ここでは、任意の組み合わせが考えられる。

したがって、周方向溝２８が冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２に導入されることができ、かつ、複数の油ポケットがピストン下側部分１１の支持面２３に導入されることができる。また、周方向に区画された複数の油ポケット３１を冷却油誘導スリーブ１９のガイド面２２に導入し、かつ、周方向溝２９をピストン下側部分１１の支持面２３に導入することも可能である。

さらに、図５では、次に、径方向に延在しかつ冷却油誘導スリーブ１９を貫通する少なくとも１つの、優先的には少なくとも２つの凹部３０が、冷却油誘導スリーブ１９に導入されることが可能であり、特に、潤滑油がそれぞれの凹部３０を介してそれぞれの油ポケット３１に供給されることができるように、潤滑油が凹部３０を介して冷却油誘導スリーブ１９とピストン下側部分１１との間の領域に供給されることができる。

本発明により、冷却油誘導スリーブ１９とピストン下側部分１１との間の摩擦および摩耗を最小化する、あるいはさらに完全に回避するために、冷却油誘導スリーブ１９とピストン下側部分１１との間の接触領域に、規定された方法で潤滑油を提供することが可能である。

本発明は、特に、船舶用途のディーゼルエンジンまたはガスエンジンまたはディーゼルガスエンジンのような大型エンジンのピストンに採用され、ピストンの外径は、特に、１００ｍｍと６００ｍｍとの間の範囲にある。

１０ピストン上側部分
１１ピストン下側部分
１２ピストン
１３コネクティングロッド
１４小端部
１５冷却スペース
１６冷却スペース
１７移送ボア
１８ボア
１９冷却油誘導スリーブ
２０冷却油流れ
２１スリット
２２ガイド面
２３支持面
２４ガイド面
２５支持面
２６端部
２７端部
２８溝
２９溝
３０凹部
３１油ポケット

Claims

内燃機関のピストン（１２）であって、
ピストン上側部分（１０）と、
前記ピストン上側部分（１０）に接続されたピストン下側部分（１１）と、
前記ピストン下側部分（１１）に取り付けられ、かつ前記ピストンを前記内燃機関のコネクティングロッド（１３）に接続するように機能するピストンピンと、
前記ピストンを冷却するための冷却油のための、前記ピストン上側部分（１０）と前記ピストン下側部分（１１）との間に形成された第１の冷却スペース（１５）であって、前記第１の冷却スペース（１５）は、前記ピストン上側部分（１０）と前記ピストン下側部分（１１）との間に形成された第２の冷却スペース（１６）に少なくとも１つの移送ボア（１７）を介して接続される、第１の冷却スペース（１５）と、
冷却油誘導スリーブ（１９）であって、前記冷却油誘導スリーブ（１９）は、前記第１の冷却スペース（１５）の方向に前記コネクティングロッド（１３）のボア（１８）を通って誘導される冷却油を誘導するように機能し、前記冷却油誘導スリーブ（１９）のガイド面（２２）が前記ピストン下側部分（１１）の支持面（２３）に隣接する、冷却油誘導スリーブ（１９）と、を有するピストンにおいて、
周方向に広がる少なくとも１つの溝（２８、２９）が、前記冷却油誘導スリーブ（１９）の前記ガイド面（２２）に、および／または前記ピストン下側部分（１１）の前記支持面（２３）に、導入され、
前記冷却油誘導スリーブ（１９）には、径方向又は軸方向に前記溝（２８、２９）と連通する流路が形成されており、潤滑油が、前記流路を介して、前記冷却油誘導スリーブ（１９）と前記ピストン下側部分（１１）との間の領域に供給されることを特徴とするピストン。
前記流路が、前記冷却油誘導スリーブ（１９）に形成されたスリット（２１）であり、前記スリット（２１）は、軸方向に延在し、前記冷却油誘導スリーブ（１９）は、前記ガイド面（２２）により前記ピストン下側部分（１１）の前記支持面（２３）をばね弾性的に押圧することを特徴とする請求項１に記載のピストン。
前記流路が、径方向に延在しかつ前記冷却油誘導スリーブ（１９）を貫通する少なくとも１つの凹部（３０）であることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン。
前記潤滑油が、それぞれの前記凹部（３０）を介して、前記冷却油誘導スリーブ（１９）および／または前記ピストン下側部分（１１）のそれぞれの前記溝（２８、２９）に供給されることができることを特徴とする請求項３に記載のピストン。
前記冷却油誘導スリーブ（１９）の前記ガイド面（２２）に、および／または前記ピストン下側部分（１１）の前記支持面（２３）に、周方向に区画された少なくとも１つの油ポケット（３１）が導入されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のピストン。
内燃機関のピストン（１２）であって、
ピストン上側部分（１０）と、
前記ピストン上側部分（１０）に接続されたピストン下側部分（１１）と、
前記ピストン下側部分（１１）に取り付けられ、かつ前記ピストンを前記内燃機関のコネクティングロッド（１３）に接続するように機能するピストンピンと、
前記ピストンを冷却するための冷却油のための、前記ピストン上側部分（１０）と前記ピストン下側部分（１１）との間に形成された第１の冷却スペース（１５）であって、前記第１の冷却スペース（１５）は、前記ピストン上側部分（１０）と前記ピストン下側部分（１１）との間に形成された第２の冷却スペース（１６）に少なくとも１つの移送ボア（１７）を介して接続される、第１の冷却スペース（１５）と、
冷却油誘導スリーブ（１９）であって、前記冷却油誘導スリーブ（１９）は、前記第１の冷却スペース（１５）の方向に前記コネクティングロッド（１３）のボア（１８）を通って誘導される冷却油を誘導するように機能し、前記冷却油誘導スリーブ（１９）のガイド面（２２）が前記ピストン下側部分（１１）の支持面（２３）に隣接する、冷却油誘導スリーブ（１９）と、を有するピストンにおいて、
前記冷却油誘導スリーブ（１９）の前記ガイド面（２２）に、および／または前記ピストン下側部分（１１）の前記支持面（２３）に、周方向に区画された少なくとも１つの油ポケット（３１）が導入されることを特徴とするピストン。
径方向に延在しかつ前記冷却油誘導スリーブ（１９）を貫通する少なくとも１つの凹部（３０）が、前記冷却油誘導スリーブ（１９）に導入され、潤滑油が、前記凹部（３０）を介して、前記冷却油誘導スリーブ（１９）と前記ピストン下側部分（１１）との間の領域に供給されることができることを特徴とする請求項６に記載のピストン。
潤滑油が、それぞれの前記凹部（３０）を介して、前記冷却油誘導スリーブ（１９）および／または前記ピストン下側部分（１１）のそれぞれの前記油ポケット（３１）に供給されることができることを特徴とする請求項７に記載のピストン。
前記冷却油誘導スリーブ（１９）が、スリット（２１）を有するスリットスリーブとして形成され、前記スリット（２１）は、軸方向に延在し、前記冷却油誘導スリーブ（１９）は、前記ガイド面（２２）により前記ピストン下側部分（１１）の前記支持面（２３）をばね弾性的に押圧することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のピストン。