JP2003526755A - 液冷ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作製が容易であり、ピストン−ピンボス領域だけでなくリンク領域も効果的に冷却する液冷ピストンであって、ピストン上に要求される強度の要求を満たし続けるピストンを生成すること。 【解決手段】 内燃機関用の液冷ピストン（１０）であって、環状の形状を有する、あるいはいくつかの環状のセグメントからなる冷却ダクト（１６）を有しており、前記ダクトはその伸びに沿って実質的に一定の断面を有しており、前記ダクト（１６）は、軸ピストン（１８）の方向における少なくともあるセクションにいて波打つように伸びていることを特徴とする、液冷ピストン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明はクレーム１の前提部にかかる液冷ピストンに関する。

【０００２】 内燃機関のピストンは、燃焼チャンバ内で起こる燃焼のせいで、多大な熱スト
レスにさらされる。このため、特にディーゼルエンジンおよび過給機関において
は、ピストンのキャビティ内に冷却剤を導入することによってピストンを確実に
冷却することが勧められる。

【０００３】

【従来の技術】

クレーム１の前提部にかかるピストンは、ＤＥ−ＯＳ ３０ １９ ９５３か
ら知られている。このピストンは環状のダクトを有しており、それに、クランク
スペースへと伸びる開口孔が隣接しており、それを通して冷却オイルを流入させ
ることができる。オイルは、（上から見たときに）ピストンのほぼ中央部に位置
するアウトレット孔を通って、この公知のピストンから流出する。流れ出る冷却
剤を流入の完全に反対の位置に位置させることも可能である。この公知のピスト
ンにおいては、環状ダクト全体がピストンのある特定の高さに位置している。こ
れによって、燃焼チャンバの下の領域だけでなくファイヤランド（fire land）
領域、すなわちピストンリングの後ろの領域の有用な冷却が得られる。しかしな
がら、ピストン−ピン孔は、特に高速ディーゼルエンジンおよびこれらを囲む領
域においては多大なストレスにさらされるが、実質的には冷却されない。

【０００４】 この不都合は、ＤＥ １９５ ２２ ７５６ Ａ１によるピストンでもそうで
ある。これにおいて、ピストンリングの後ろの領域の冷却は、実質的にピストン
の軸の方向に伸びている孔によって達成される。

【０００５】 また、ＤＥ ３４ ４４ ６６１ Ａ１によるピストンでは、冷却ダクトは星
状に配置されており、燃焼チャンバ領域だけでなく、特にリングの後ろの領域を
冷却するように構成されている。ピストン−ピンボス領域の満足のいく冷却は、
完成したピストンから多大な労力によって取り除くことができるのみである複雑
なキャスティングコアを設けることによってのみ確実とすることができる。

【０００６】 ＤＥ １９６ １８ ６２５ Ｃ１によるピストンの冷却ダクトは、比較的簡
単に構成されている。しかしながら、ピストン−ピンボス領域から、適切な冷却
がピストン−ピンボス領域では達成され得ないほど離れて配置される。

【０００７】 環状の冷却ダクトを有するピストンであって、その頂部が非対称なランプを有
しており、底部が円周方向にずれているトラフを有しているピストンが、ＤＥ
１９８ １０ ９３７ Ｃ１から知られている。これは、先に公開されていなか
った。これによって、冷却ダクトを通じてのオイルの効率的な搬送が達成される
と思われる。

【０００８】 最後に、傾いている、あるいは水平に配置されたシリンダを有する内燃機関用
のピストンがＤＥ−ＰＳ １７ ５１ ３４２から知られている。これにおいて
は、傾いているピストンにおいても冷却ダクトの信頼性のあるデリバリーおよび
流れを達成するように、互いに対してずれている段差が冷却ダクトの内壁上に配
置されている。しかしながら、冷却ダクトは、このケースにおいてもピストン−
ピンボス領域から遠く離れすぎており、近代の高速ディーゼルエンジンでのこの
ゾーンにおける十分な冷却を確実にすることができない。さらに、この冷却ダク
トの複雑な内部設計が複雑なキャスティングコアを必要とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】

そこで本発明は、このような問題を解決することを目的とする。

【００１０】 本発明の目的は、作製が容易であり、ピストン−ピンボス領域だけでなくリン
ク領域も効果的に冷却する液冷ピストンであって、ピストン上に要求される強度
の要求を満たし続けるピストンを生成することである。

【００１１】 この目的は、特許請求項１の特徴によって解決される。

【００１２】 結果として、本発明によるピストンの冷却ダクトは、上から全体として見たと
きに、環状の形状を有し、あるいは、ピストンの軸方向において波打つように設
計されたいくつかの環状のセグメントからなる。ここで、冷却ダクトは、冷却ダ
クトの全長にわたって基本的に同じままであり、例えば、ＤＥ−ＰＳ １７ ５
１ ３４２によるピストンとは対照的に、冷却ダクト設計の不必要な複雑さは必
要なくなる。

【００１３】 冷却ダクトは、ピストンの側面図で見たときに、実質的に一定の断面を有して
波打つように伸びており、ピストンリングの後ろの領域から、公知のピストンの
場合におけるより、ある部分においてピストン−ピンボスにより近く伸びる。こ
のようにして、これらの両方の領域の信頼することのできる冷却が達成され得る
。さらに、波打つような設計は、冷却ダクトがトータルでより長くなり、したが
って従来の冷却ダクトとは対照的に、より大きな冷却面積を有し、冷却性能を増
加させることができるというさらなる利点を与える。また、冷却ダクトの波打つ
ような形状によって、冷却ダクトおよび環状サポートの間のより小さい距離が可
能となる。これは、波の谷間のそれぞれにおける環状のサポートの後ろに十分な
材料が残っており、したがって強度への要求は全体として満たされるからである
。

【００１４】 冷却ダクトの波打つような形状はまた、一つのレベルのままである公知の冷却
ダクトとは対照的に、冷却オイルがまっすぐに流れず、より長いドウェル時間冷
却ダクト内にとどまり、したがってより多くの熱を吸収することができることを
確実にする。最後に、従来の冷却ダクトとは対照的に、冷却ダクトを囲む領域の
冷却は、一方の側でのみ起こるのではない。ある程度、冷却ダクトがそれを取り
囲む領域を冷却するだけでなく、波の谷間に関して、冷却は波の谷間からだけで
なく、その波の谷間の方向における両側の波の山からも起こる。このモードのア
クションも冷却性能を向上させる。

【００１５】 本発明の好ましい改良は、さらなる請求項に述べられている。

【００１６】 テストにおいては、波の谷間と山との間の距離が冷却ダクトの断面よりも１．
５倍大きいという冷却ダクトの一つの設計が特に有利であることがわかった。言
い換えると、波の谷間の最低点と波の山の最高点との間の軸ピストンの方向に伸
びる計測された距離が、波の谷間における冷却ダクトの最高点と波の谷間の最低
点との間の距離の少なくとも１．５倍であり、これは冷却ダクトの断面に相当す
る。

【００１７】 本発明による手段によって、冷却ダクトと環状サポートとの間の壁の厚さを０
〜１０ｍｍまで、好ましくは０〜５ｍｍまで、特に０〜２ｍｍまで減らすことが
可能である。冷却を向上させるために、冷却ダクトは、これによって、環状サポ
ートに特に近づいたり、環状サポートの内側表面が冷却ダクトに断続的に接触す
るように環状サポートに接触さえする。適切な安定性を与えるのに十分な壁の厚
さは、ここでは、波の谷間における波状の前進のせいで残っている。

【００１８】 波状の冷却ダクトの設計は、好ましくは、冷却ダクトの環状の伸びの一方の半
分において、奇数個の完全な波を有する。言い換えると、奇数個の波の山は、波
の山がピストン−ピン孔の上方に位置するように冷却ダクトを通して仮想的な断
面図で見ることができる。奇数個があれば、波の谷間は、ある状況では波の谷間
とピストン−ピン孔との間に不十分な材料厚があるように、ここに配置される。
ピストンにおけるこのような望ましくない弱さは、波の山がピストン−ピン孔の
上方に位置するように波の数が奇数であれば確実に避けることができる。これは
、形状の観点から、ピストン−ピン孔の上半分の構成に特によく適合する。

【００１９】 最後に、冷却ダクトの断面の形状に関しては、好ましくは外側に傾いている長
円形の設計が特に有利であることがわかっている。言い換えると、断面図におい
て、長円形状の冷却ダクトの上側の部分は、下側の部分よりもピストンの外壁に
近づいている。

【００２０】 このような目的を達成するために、本発明の第１の形態の内燃機関用の液冷ピ
ストンによれば、環状の形状を有する、あるいはいくつかの環状のセグメントか
らなる冷却ダクトを有しており、前記ダクトはその伸びに沿って実質的に一定の
断面を有しており、

【００２１】 前記ダクトは、軸ピストンの方向における少なくともあるセクションにいて波
打つように伸びていることを特徴とする、液冷ピストンを用いることを特徴とす
る。

【００２２】 波の谷間と波の山との間の距離は平均で前記軸ピストンの方向に伸びている前
記冷却ダクトの寸法の１．５倍より大きいことを特徴としてもよい。

【００２３】 前記冷却ダクトと環状サポートとの間の壁の厚さは、０〜１０ｍｍまで減らさ
れており、好ましくは０〜５ｍｍであり、特に０〜２ｍｍであることが好ましい
。

【００２４】 また、波の山がピストン−ピン孔の上方に設けられるように前記冷却ダクトの
一方の半分には奇数個の完全な波があってもよい。

【００２５】 さらに、前記冷却ダクトの断面は基本的に長円形であり、好ましくは外に向か
って傾いていてもよい。

【００２６】

【本発明の実施の形態】

図１では、本発明によるピストン１０が、ピストン−ピンボス１２の方向にお
ける側面図で示されている。図示されているピストン１０は、その上側のセクシ
ョンにおいて環状サポート１４を有している。環状サポート１４領域およびピス
トン−ピンボス１２を取り囲む領域の冷却は特に信頼性を有していなければなら
ない。実質的に環状（上から見たときに）の冷却ダクト１６は、ピストンの円周
に平行に走っているが、この目的のために設けられている。

【００２７】 環状サポート１４領域およびピストン−ピンボス１２を取り囲む領域の信頼で
きる冷却を組み合わせるために、本発明による冷却ダクト１６は、これらの領域
の間を伸びるように波打つようにピストン軸１８に向けて走っている。図示され
ている実施形態では、波の山２０がピストン−ピンボス１２の上方に特に有利に
配置されており、さらなる波の山と一緒に、環状サポート１４領域の信頼性のあ
る冷却を確実にする。波の山２０と環状サポート１４との間の壁の厚さは比較的
薄いが、環状サポート１４の後ろの壁の厚さは波の谷間２２領域におけるほど劇
的に減少しないので、強度は全体に維持されている。

【００２８】 波の谷間２２によって、冷却ダクト１６は、これらのセクションにおいてピス
トン−ピンボス１２に特に近づいて、ピストン−ピンボスを取り囲む領域も適切
に冷却され得るように走っている。図１に示されている好ましい手段によれば冷
却ダクトの一方の半分において奇数個の完全な波の山があるが、これのおかげで
、図１に示されている例からわかるように、波の山はピストン−ピンボス１２の
上方に位置することができ、その結果この領域においてもまだ十分な壁の厚みが
ある。

【００２９】 この領域は、図２に詳細を示される実施形態では異なって設計される。しかし
ながら、この実施形態においては、波打ち状の冷却ダクト１６の実用的な設計の
おかげで、ピストン−ピン孔１２の上方の領域において十分な材料の厚さが得ら
れる。波の山領域において比較的冷却ダクト１６が近づいている環状サポート１
４は、図２の左側の部分で詳しく見ることができる。図２の部分からも見ること
ができるように、与えられた例における冷却ダクト１６は、軸ピストン１８の方
向に伸び、外側にわずかに傾いている長円形の形状に設計されている。また、図
２は、波の谷間２２の最低点から波の山２０の最高点までの距離が、図２の側面
図からわかるように冷却ダクトの断面のほぼ２倍であることを示している。

【００３０】 冷却ダクト１６の内部の斜視図が図３に示されている。本発明によるピストン
１０のキャスティングに導入されるキャスティングコアは、ある程度、図３に示
されている設計にほぼ相当する。図示から、この示されている例における冷却ダ
クト１６は互いに全く反対に置かれている２つのインレット／アウトレット領域
２６を有しており、断面は冷却ダクト１６の断面積のサイズのほぼ２倍であるこ
とがわかる。それぞれのインレット／アウトレット領域２６から始まって、冷却
ダクト１６は全体として、頂部から見たときにそれぞれが大まかには半円形状で
ある２つのセグメントによって構成されている。冷却ダクト１６の実質的に環状
の設計は、これによって、インレット／アウトレット領域２６と一緒に見ること
ができる。それぞれのインレット／アウトレット領域２６から始まって、冷却ダ
クトはまずピストンヘッドの方向において第１の波の山２０ａに伸びている。冷
却ダクトが波の山２０ｅを介して反対のインレット／アウトレット領域２６に向
けて開く前に、波の谷間２２ａおよび３つの完全な波の山２０ｂ、２０ｃおよび
２０ｄがこの第１の波の山２０ａに続く。環状の冷却ダクト１６の他の半分は同
様に設計される。

【００３１】 図１を参照して既に示されたように、上述した冷却ダクト１６の半分における
奇数個の、この場合では５つの完全な波は、図示においては２０ｃで示されてい
る波の山となり、これがピストン−ピン孔の上方に位置する。これによって、既
に述べたように、壁の必要な厚さが確保され、それによりピストン−ピン孔を取
り囲む領域の信頼できる冷却が、特に隣りの波の谷間２２ｂおよび２２ｃによっ
て達成される。

【００３２】 波の山２０によって、内部が図３に示されている冷却ダクトは、ピストンのリ
ングサポートも信頼性高く冷却されるように、特にリングサポートに近づいて走
っている。さらに、冷却性能が増えるように、常に同じレベルのままである冷却
ダクトの形状と比べて、冷却オイルのドウェル時間の長さだけでなく冷却ダクト
のより大きな内面積が生じる。図３からもわかるように、冷却ダクト１６の内部
の設計は全体として「冠状の」構成となる。

【００３３】 以上発明の実施の形態を説明したが、本出願に係る発明の技術的範囲は上記の
実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に種々の変更を加えて、
特許請求の範囲に記載の発明を実施することができる。そのような発明が本出願
に係る発明の技術的範囲に属することもまた、特許請求の範囲の記載から明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるピストンの概略側面図である。

【図２】 本発明によるピストンのパート区間を有する側面図である。

【図３】 本発明によるピストンの冷却ダクトの内部の斜視図である。

【符号の説明】 １０ ピストン、１２ ピストン−ピンボス、１４ 環状
サポート、１６ 冷却ダクト、１８ ピストン軸、２２ 谷間。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用の液冷ピストン（１０）であって、環状の形状
   を有する、あるいはいくつかの環状のセグメントからなる冷却ダクト（１６）を
   有しており、前記ダクトはその伸びに沿って実質的に一定の断面を有しており、 前記ダクト（１６）は、軸ピストン（１８）の方向における少なくともあるセ
   クションにいて波打つように伸びていることを特徴とする、液冷ピストン。
2. 【請求項２】 波の谷間（２２）と波の山との間の距離は平均で前記軸ピス
   トン（１８）の方向に伸びている前記冷却ダクトの寸法の１．５倍より大きいこ
   とを特徴とする、請求項１に記載のピストン。
3. 【請求項３】 前記冷却ダクト（１６）と環状サポート（１４）との間の壁
   の厚さは、０〜１０ｍｍまで減らされており、好ましくは０〜５ｍｍであり、特
   に０〜２ｍｍ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。
4. 【請求項４】 波の山（２０ｃ）がピストン−ピン孔（１２）の上方に設け
   られるように前記冷却ダクト（１６）の一方の半分には奇数個の完全な波がある
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載のピストン。
5. 【請求項５】 前記冷却ダクト（１６）の断面は基本的に長円形であり、好
   ましくは外に向かって傾いていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか
   １つに記載のピストン。