JP2005505715A - 連接棒の潤滑を有するクローズド・ギャラリーのピストン - Google Patents

Abstract

【解決手段】ディーゼルエンジンのためのピストン（１０）であって、クローズド・オイル・ギャラリー（４２）と、軸線方向に整列されたピン・ボア（５８）を備えてなる一対のピン・ボス（４４）とを有しているような、ピストン本体（１２）を含む。ピン・ボス（４４）の内面（４８）は、ピン・ボス（４４）間に介在する空間（５０）によって互いに隔てられ、この空間は連接棒（５２）の上端を受け入れて、連接棒は、ピン・ボス（４４）の内面（４８）に隣接した外面を有している。油通路（８６）は、ギャラリー（４２）から延びて、ピン・ボス（４４）の内面（４８）にて開いていて、内面（４８）に直接的な潤滑を提供する。
【選択図】図４

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはディーゼルエンジン用のピストンに関し、より詳しくは、ピストンの内部に冷却及び潤滑のためのクローズド・ギャラリーを有しているようなピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの用途においては、冷却油のためのクローズド・ギャラリーが形成されているピストンを提供することが一般的である。ギャラリーは代表的には、リングベルトのすぐ内側で燃焼ボウルの下方に形成されて、ピストンの上部領域を冷却する。冷却のためにギャラリーへ導かれた油は代表的に、ピストンの別の領域をさらに冷却及び／又は潤滑するために様々な通路を通してギャラリーから迂回させられるか、または、単に通路を通してピストンの内側キャビティに排出されて、クランクケースへと戻される。
代表的なピストン組立体においては、潤滑通路は、ピストン本体を連接棒の上端に結合しているピストン・ピンを潤滑するために、ピン・ボスにおける円筒形であるピン・ボア面へと導かれている。連接棒とピン・ボスとの側面にはなんら直接的な潤滑は提供されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、ディーゼルエンジン用のクローズド・ギャラリー式のピストンの潤滑を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態に従って構成された、ディーゼルエンジン用のピストンは、オイル・ギャラリーと、整列されたピン・ボアを備えたピン・ボスとを有してなるピストン本体から構成される。ピン・ボスは、軸方向内方へ向けられた内面を有していて、これらの内面はピン・ボアを取り巻いていると共に、ピン・ボス間に介在する空間によって互いに隔てられて、連接棒の上端を受け入れる。少なくともひとつの油通路が、ギャラリーから延びて、少なくともひとつの内面にて開口していて、かかる面に冷却油による直接的な潤滑を提供する。
【０００５】
本発明の利点は、対応する連接棒の外面と相互作用するピン・ボアの内面を直接的に潤滑するような、クローズド・ギャラリーのピストンを提供することである。これによって、かかる界面が直接的に且つ適切に潤滑されることを確保する。
本発明の他の利点は、製造工程においてわずかな段階を追加するだけで、ピン・ボスの内面における直接的な潤滑を容易に達成することができるので、従来のピストン製作工程から実質的に逸脱せずに、かかるピストンを製造することができることである。
本発明はさらに、エンジンの運転中に直接的な潤滑を行なうことで、ピストンや、ピストン・ピン、及び連接棒の運転寿命を長くできるという利点を有する。
【０００６】
本発明の上述の及びその他の特徴及び利点に関しては、以下の詳細な説明と添付図面とを考察することによって、容易に理解できるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１において、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたクローズド・ギャラリーのピストン組立体は、符号１０にて示されていて、このピストン組立体を構成しているピストン本体１２は、上面１６を備えた環状の上壁１４を有している。燃焼クレータないし燃焼ボウル１８は、上面１６から上壁１４の中へと延在している。上壁１４は、上面１６と反対側に、下面ないし下側面２２を有している。
【０００８】
ピストン本体１２は、環状であって上壁１４から下方へ延在してなる外壁ないしリングベルト２４を有している。外壁２４は、環状の周辺面２６を有していて、該面には複数のリング溝２８が形成されている。外壁２４は、外面２６から半径方向内方に間隔を隔てて、環状の内面３０を含んでいる。
ピストン本体１２は、燃焼ボウル１８から下方へ突出した内壁３２を含んでいて、該内壁は、外壁２４の内面３０から半径方向内方へ間隔を隔てて、半径方向外方へ向いた面３４を有している。
ピストン本体１２は、上壁１４から間隔を隔てて、環状の底壁３６を有していて、該底壁は、外壁２４と内壁３２と下端において両者の間に延在して両者を相互に結合している。底壁３６は、上床面３８と下面４０とを有している。
【０００９】
壁１４，２４，３２，及び３６とが集合になって、内部の環状のリング状の空洞ないしギャラリー４２をピストン本体１２の中に形成していて、ギャラリー４２はこれらの壁によって閉じられている。図２〜図４に示すように、ギャラリー４２はピストン本体１２のまわり全体に延在していて、その上部は上壁１４にて、底部は底壁３６にて、外周は外壁２４にて、内周は内壁３２にて、それぞれ区画されている。“クローズド”とは、ギャラリー４２がその底部において、ピストン本体１２の構成要素つまり底壁３６によって閉じられているという意味であって、該底壁は、単に外壁２４と内壁３２との下端の間に延在しているだけでなく、これらの下端を結合している。詳しくは後述するように、冷却油がギャラリー４２に出入り循環できるように、様々な開口及び通路が提供されているので、“クローズド”という用語は、冷却油をギャラリー４２に流すための、そうした開口及び通路を提供することを想定した用語である。また、壁を説明するために用いている“上”、“底”、“内”、“外”の用語は、ギャラリー４２を囲んで取り巻いている壁構造の各部分を表わす意味に解釈されるべきであって、図面に示した実施形態に基づいて厳格に解釈されるべきではなく、ギャラリー４２の具体的な形状及びサイズは、個別のピストンに応じて、また、特定の用途のために必要とされる特定の冷却条件に応じて、変更されることを当業者は認識するだろう。
【００１０】
ピストン本体１２には、さらに一対のピン・ボス部分４４が形成されていて、これらは好ましくはインベストメント鋳造（焼流し精密鋳造）によって、内壁３２及び底壁３６と共に一体的に鋼から形成される。ピン・ボス４４は、互いに反対に向いた外面４６と、互いに向かい合った内面４８とを有している。それぞれの内面４８は略平坦であって、好ましくはピン・ボス４４の底部へ向けて広がっていて、内面４８の間には連接棒５２（図４参照）を収容するための空間５０が形成されている。空間５０の上方には、図示の如く、ドームないし空洞５４が延在していて、燃焼ボウル１８を冷却する。空洞５４を形成している面は、ピン・ボス４４の内面４８の平面から逸れつつも、該平面から延びていて、図示の実施形態においては、その一部は内壁３２の内面５６によって提供されている。ピン・ボス４４には、軸線方向に整列されたピン・ボア５８が形成されていて、該ピン・ボアは、実質的に円筒形であってピン・ボアの軸線Ａ（図３参照）を中心として整列された、ピン・ボア面６０を有している。外面４６と内面４８とはピン・ボア５８を取り巻いている。ピン・ボア５８はピストン・ピン（図示せず）を受け入れて、ピストン本体１２と連接棒５２とを相互に結合する。ピン・ボアの面６０はピストン・ピンに対する支持を提供し、好ましくはなんらブッシングを使用せずに、ピン・ボア５８はブッシング・レス構造にすることが好ましい。それぞれのピン・ボア５８は、環状のスナップ・リング溝６２を含んでいて、一般的なやり方にて、ピン・ボア５８の中にピストン・ピン（図示せず）を固定するためのスナップ・リングを受け入れる。
【００１１】
ピストン本体１２は、ピストン・スカート６４を含んでいる。ピストン・スカート６４は好ましくはピン・ボスと一体的に鋳造されていて、関節連結スカートではなくて、モノブロックのピストン構造を提供している。しかしながら、スカートは、ピストン本体１２とは別個の構成要素として形成しても良く、ピストン・ピン（図示せず）を介して関節的にピン・ボス４４に結合しても、ピストン本体１２のクローズド・ギャラリーの構造を維持することができるけれども、やはりモノブロックの構造が好ましい。ピストン・スカート６４の外面６６は、ピン・ボス４４の間に延在していて、実質的に直列状になっていて、外壁２４における外面２６の延長部分を形成している。外面６６は、ピン・ボア５８を横切る箇所では中断されていて、窪んだ側面６８を提供し、この箇所でスカート６４はピン・ボス４４に結合されている。ピストン・スカート６４の内面７０は、ピン・ボア５８に隣接した空間７２を形成していて、スカート６４によって隔てられている。
【００１２】
ピストン本体１２のクローズド・ギャラリーの構造を達成するためには、ピストン本体１２を少なくとも２つの別個の部品から形成し、これらを１又は複数の結合部７４にわたって結合することで、合体した単一体の構造を効果的に得ることが好ましい。そうした別個の構成要素を結合するためには多数の方法が存在するけれども、本発明はそれらのすべてを想定するものであって、図３及び図４に示す如く、摩擦溶接７４によって、別個に形成された構成要素を結合することは好ましいやり方である。この場合には、結合部７４の上方にある上部分７６は、結合部７４の反対側にある底部分７８とは別個に形成して、それから、別個に形成された部分７６と７８とを結合部７４にわたって互いに摩擦溶接することで、図示のような合体した構造を得る。想定されるその他の結合技術のいくつかの例には、他の溶接手段や、接着、鑞付ける、ネジ結合、及び、その他の機械的な及び冶金的な手段であって、別個の構成要素を互いに合体させて、ピストン本体１２にクローズド・ギャラリーの構造を作れるような手段が含まれる。
【００１３】
本発明のさらに好ましい観点においては、少なくとも底部７８は、鋼からインベストメント鋳造（焼流し精密鋳造）され、上部７６については、同様に鋼からインベストメント鋳造（焼流し精密鋳造）されるか、または、鍛造などの別の技術やその他の鋳造技術によって形成される。
【００１４】
次に図２及び図５〜図７を参照すると、ピストン本体１２の底壁３６には、少なくともひとつの、好ましくは２つの、油アクセス孔８０が形成されていて、該孔は、空間７２の内部にて、底壁３６の下面４０からオイル・ギャラリー４２へと延在している。油孔８０は好ましくは、冷却油をギャラリー４２へ導入するための入口ポートである。ピストン１０がディーゼルエンジンに据付けられたとき、油孔８０は関連する油注入ノズル（図示せず）に連通して、冷却油の流れを、下から上方の空間７２へ、さらに孔８０を通してギャラリー４２の中へと導く。いったんギャラリー４２の中に入った冷却油は、ピストン１０の往復運動中の“カクテルシェイク”の如き動作によって、ギャラリー４２内を動きまわって、壁から熱を奪い取って、ピストン本体１２の上部分を冷却する。
【００１５】
ピストン本体１２がクローズド・ギャラリーの構造になっているため、上壁１４に作用してピストン１０をシリンダ内の下方に駆動する燃焼圧力は、内壁３２を介してのみならず、外壁２４と相互に結合された底壁３６をも介して、ピン・ボス４４に伝達される。そして、外壁２４と外壁３６とは、ピストンにおける構造的な荷重支持部分として働いて、破損せずに、燃焼圧力に耐えると共に、かかる荷重をピン・ボス４４に伝達することが必要である。油孔８０と底壁３６とは、底壁の構造において不連続部分を呈しているので、潜在的な応力集中箇所となって、破損する可能性がある。本発明ではかかる問題点を解決するために、油孔８０の付近におけるピストン本体の構造を補強して、底壁３６に油孔８０を設けたことに起因する、応力集中効果を打ち消している。本発明によれば、図２、図６、及び図７に示す如く、ピストン本体１２に、油孔８０を縁取るような油孔ボス８２を形成している。油孔ボス８２は、底壁３６における局所的に厚い部分として形成されて、油孔８０を縁取っていて、底壁３６のうち油孔８０を取り巻いている領域に、構造的な完全性を追加している。図６及び図７に明瞭に示されているように、油孔ボス８２は上床面３８の上方へ延びていて、油孔ボス８２に隣接した底壁３６の部分の厚みは、油孔ボス８２を構成している底壁３６の部分に比べて薄くなっている。油孔ボス８２は好ましくは、外壁２４と一体的に形成されて該外壁へ延びていて、油孔８０の付近における外壁２４と底壁３６との間の遷移領域に、構造的な完全性を追加している。図６及び図７に示すように、油孔ボス８２のすべての角部を丸めておいて、応力集中を低減させることが好ましい。
【００１６】
図２及び図６に良く示されているように、油孔ボスを上から見たとき、これは円形以外の形状、好ましくは略三角形の領域ないし部分８４を含んでいて、この箇所にて油孔ボス８２は外壁２４に結合している。油孔ボス８２の具体的なサイズと形状については、油孔８０が存在するために生じる応力集中を打ち消すために必要となる構造によって、主として決定される。底部７８をインベストメント鋳造（焼流し精密鋳造）することによる利点のひとつは、油孔ボス８２を精密に形成し、孔８０の応力集中を打ち消すために求められる構造を提供するために必要とされる正味の形状ないしほぼ正味の形状を形成できることである。
【００１７】
本発明の別の観点によれば、少なくともひとつの、好ましくは一対の通路８６が、ギャラリー４２からピン・ボス４４の内面４８へと直接的に延びていて、ピン・ボス４４と連接棒５２との間に直接的な潤滑を提供する。図４及び図５には、通路８６が明瞭に示されている。図示の実施形態においては、そうした４本の通路８６が設けられていて、２本の通路は、ピン・ボア軸線Ａの反対側にある、ピン・ボス４４のそれぞれの内面４８のために働く。通路８６は、ドーム５４を形成している壁から間隔を隔てて、内面４８に対して直接的に開かれていて、ピン・ボス４４と連接棒５２との間の隙間に直接的な潤滑を提供する。
【００１８】
本発明のさらに別の観点によれば、図１及び図３に明瞭に示されているように、ピン・ボア５８には、軸線方向の凹部ないしポケット８８が形成されて、該凹部ないしポケットはピン・ボア５８の軸線Ａの方向に延在していて、円筒形であるピン・ボア面６０に不連続部分を与えている。凹部８８は好ましくは凹面であって、少なくともその一部分は、ピン・ボアの中心軸線Ａよりも上方に配置されている。凹部８８は、ピン・ボア５８の全幅にわたって軸線方向に延在していて、ピン・ボア面６０におけるピン・ボス４４の外面４６と内面４８との間の幅と、同じ広がりを有している。凹部８８同士は互いに軸線方向に整列されていて、ピン・ボア面６０と同様に、ピン・ボス４４における内面４８の間にある空間５０によって中断されている。凹部８８は、ピン・ボアの軸線Ａの方向から見ると、ドーム形状ないし凹面の断面形状になっている。油通路９０は、ギャラリー４２から延びて、それぞれの凹部８８に直接的に開かれていて、ピストン１０の運転中に、ピン・ボア５８の全幅にわたらせるように、凹部８８に油を供給する。油通路９０は好ましくは、ギャラリー４２の最下端を起点にしていて、ピストンのすべての動作サイクル中に、ピン・ボア５８に定常的な油の供給を提供する。油通路９０が凹部８８へ入る入口については、ピン・ボス４４における外面４６と内面４８との中間付近として、均一な油の分布を促進することが好ましい。凹部８８は、油のためのリザーバないし保持ポケットとして働いて、ピストン１０の全ストロークにかけてピン・ボア面６０への油の供給を続けて、常時、均一な潤滑を提供する。
【００１９】
以上の教示に基づけば、本発明の多くの変更及び応用が可能であることは明らかである。従って本発明は、特許請求の範囲の範囲内において、明確に説明したのとは異なったやり方で実施できることを理解されたい。発明の範囲は特許請求の範囲によって定められている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたピストンを示した立面図である。
【図２】図２は、図１の線２−２に沿った横断面図である。
【図３】図３は、図２の線３−３に沿った一部破断図であって、ピストン組立体の全体について示している。
【図４】図４は、図２の線４−４に沿った断面についての立面図であって、ピストン組立体の全体について示している。
【図５】図５は、図１のピストンの一部分を示した底部斜視図である。
【図６】図６は、図２と同様にピストンの上部部分を除去して示した、部分的な上部斜視図である。
【図７】図７は、図６の線７−７に沿った部分的な断面図である。

Claims (9)

1. ディーゼルエンジン用のピストンであって、このピストンが、
   オイル・ギャラリーを備えたピストン本体と、
   ピン・ボアの軸線を中心として整列されたピン・ボアを備えると共に連接棒の上端を受け入れるために前記ピン・ボアを取り巻き且つ前記ピン・ボス間に介在する空間によって互いに離間した軸方向内方へ向けられた内面を備えた一対のピン・ボスと、
   冷却油による直接的な潤滑を提供するように、前記オイル・ギャラリーから少なくともひとつの前記ピン・ボスの前記内面へと延在した少なくともひとつの油通路と、
   を有することを特徴とするピストン。
2. 前記オイル・ギャラリーから前記ピン・ボスのそれぞれの前記内面へと延在してなる、前記油通路を少なくともひとつ含んでいる請求項１記載のピストン。
3. 前記オイル・ギャラリーから前記ピン・ボスのそれぞれの前記内面へと延在してなる、前記油通路が２つ設けられている請求項１記載のピストン。
4. それぞれの前記内面に関連した前記油通路は、前記ピン・ボアの軸線のそれぞれ反対側に配置されている請求項３記載のピストン。
5. 前記内面は略平坦である請求項１記載のピストン。
6. 前記内面は非平行になっている請求項５記載のピストン。
7. 前記内面は、前記オイル・ギャラリーから遠ざかる方向に広がっている請求項６記載のピストン。
8. 前記ピストン本体は少なくとも２つの別個の部品から製造されていて、これらが少なくともひとつの結合部にわたって結合されて、前記オイル・ギャラリーを形成している請求項１記載のピストン。
9. 前記結合部は、摩擦溶接結合から構成されている請求項８記載のピストン。