JP2006501392A - 内燃機関のための一体形の冷却通路ピストン - Google Patents

Abstract

内燃機関のための一体形の冷却通路ピストンであって、鋼から鍛造されたピストンヘッド（１）が設けられており、該ピストンヘッド（１）が、ピストンクラウン（２）における燃焼凹み（３）と、リング部分（１１）を備えたリング壁（４）と、リング部分（１１）の高さで環状に延びている閉じた冷却通路（７）とを有しており、ピストンスカート（９）が、ピストンヘッド（１）に掛着されたボス（１２）に結合されている冷却通路ピストンでは、ピストンの、改善された冷却と良好な形状安定性とを伴う安価な製作は、冷却通路（７）が、その周上に分配してピストンクラウン（２）に向けられた複数の孔（１４）を有しており、これらの孔（１４）が、相互に次のような間隔を有している、すなわち、これらの孔（１４）間に存在するピストン材料が、ピストンクラウン（２）のためのサポートリブ（８）を形成するような間隔を有していることによって達成されることになる。

Description

本発明は、内燃機関のための一体形の冷却通路ピストンであって、鋼から鍛造されたピストンヘッドが設けられており、該ピストンヘッドが、ピストンクラウンにおける燃焼凹み（燃焼キャビティ）と、リング部分を備えたリング壁と、リング部分の高さで環状に延びている閉じた冷却通路とを有しており、ピストンスカートが、ピストンヘッドに掛着されたボスに結合されている形式のものに関する。

上位概念による一体形の冷却通路ピストンは、例えばヨーロッパ特許第０７９９３７３号明細書またはドイツ連邦共和国特許第１００１３３９５号明細書に基づき公知である。これらに記載の冷却通路ピストンの場合、ピストン半加工品が鍛造によって製作され、リング状の切欠きと下向きに開放した冷却通路とが、切削加工によって加工成形され、次いで、ピストンの外側輪郭が仕上げ加工される。リング状の切欠きの軸方向高さは、ヨーロッパ特許第０７９９３７３号明細書の場合、少なくとも冷却通路の軸方向高さに相当する。このことが必要とされる理由は、下向きに開放した冷却通路を製作するには、フック状の旋削チゼル（Drehmeissel）が切欠き内に導入されなければならず、かつ軸方向および半径方向の相応の送りによって、冷却通路がその所望の形状で旋削成形されなければならないからである。

このピストンにおける欠点は、フック状の旋削チゼルの高さによって、達成すべき冷却通路高さとひいてはピストンクラウンから導出もしくは放散すべき熱量とが、大きい壁厚に基づいて決定されることにある。冷却通路高さを増大するためにもしくは冷却通路とピストンクラウンとの間の壁厚を減少させるために、旋削チゼルを導入するための前記切欠きは、増大されなければならないであろう。しかしながら、この切欠きは、ピストンの構成高さの、好ましくない増大を伴う恐れがある。

他方では、ピストン安定性は、減少された前記壁厚に基づいて低下する恐れがある。これにより、上述の前記製作方法もしくはピストン構造は、ピストンをその構成高さに関して、かつ現代のディーゼルエンジンにおいて生じるような高い点火圧力および温度に対するその安定性に関して改善するには、適していない。

したがって、本発明の課題は、より低いピストン構成高さの安価な製作が保証されており、かつ高いガス圧力および温度の影響に基づくピストン変形に対して有効に対抗作用することができる、一体形の冷却通路ピストンのための改善されたピストン構成を提供することである。

この課題は、特に、ピストンヘッドに加工成形された冷却通路が、その周上に分配してピストンクラウンに向けられた複数の孔を有しており、これらの孔が、相互に次のような間隔を有していることによって、すなわち、これらの孔間に存在するピストン材料が、ピストンクラウンのためのサポートリブを形成するような間隔を有していることによって、解決される。

このように製作されたピストンでは、冷却通路の少なくとも一部は、より近くでピストンクラウンもしくは燃焼凹みの方向に成形されることができるにもかかわらず、僅かなピストン構成高さで抜群の形状安定性を有している。さらに、前記サポートリブの配置によって、冷却チャンバ内に一種のチャンバ形成、すなわちシェーカ室（Shaker-Raeumen）の形成が行われる。このことによって、冷却オイルの滞留時間の延長と、ひいては冷却すべきピストン領域の、改善された熱導出もしくは熱放散とが達成される。特に、冷却通路の、燃焼ビーム（Brennstrahlen）がピストンクラウンに当たる領域における、増大された孔数によって、冷却作用をさらに改善することができる。

有利な実施態様は従属請求項に記載してある。

以下に、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。

本発明による一体形の冷却通路ピストンは、鋼または鍛造可能なＡｌ（アルミニウム）合金から鍛造されたピストンヘッド１を有している。このピストンヘッド１は、そのピストンクラウン２における燃焼凹み３と、リング部分１１を備えたリング壁と、リング部分１１の高さで環状に延びている閉じた冷却通路７とを備えている。この場合、ピストンスカート９は、ピストンヘッド１に掛着されたボス１２に結合されている。ピストンの製作はヨーロッパ特許第０７９９３７３号明細書に従って行われる。この場合、冷却通路７をカバー１３によって閉鎖する前に、本発明によれば冷却通路７に複数の孔１４が設けられる。これらの孔１７は周上に対称に分配して配置されていて、ピストンクラウン２の方向に、すなわち、ピストン長手方向軸線Ｋに対して平行に、加工成形されている。孔１４の深さｈ_Ｂは、最大で冷却通路７の全高Ｈの４分の１である。これにより、妨害されない冷却オイル循環が保証された状態に保たれる。この構造によって、冷却オイルのためのシェーカが形成され、このシェーカ室は冷却作用を高める。

冷却オイル流入部５および冷却オイル流出部１０は、２分割されたばねエレメントから成っている冷却通路カバー１３において、互いに反対の側に位置する箇所に配置されている。冷却通路カバー１３によって、冷却通路７の、ピストンスカート９に向かって開放し端部における閉鎖が行われる。

図３および図４に示してあるように、孔１４間に示した材料領域は、サポートリブ８を形成している。このサポートリブ８の幅は、孔１４同士の間隔によって決定される。孔１４は冷却通路７において外周側に、前記間隔が少なくとも孔１４の直径（この場合、この孔直径は全て同一である）の半分に相当するように、相互に間隔を置いて配置されている。種々異なる孔直径を使用することも、当然のことながら当業者の裁量に任されている。この場合、前記間隔は、エンジン運転中のピストン変形に対抗作用するために、最大孔直径の半分に相当するようにするべきであろう。

孔１４およびひいてはサポートリブ８は、図４に示してあるように、半径方向対称に冷却通路７の全周にわたって分配して配置されている。別の実施例（図示せず）では、孔１４の数およびまたはサポートリブ８の分配は、次のように構成されていてよい。すなわち、圧力−対抗圧力方向Ｄ；ＧＤに、この圧力−対抗圧力方向Ｄ；ＧＤに対して横方向よりも多数のサポートリブ８が配置されるように構成されていてよく、すなわち、冷却通路７において外周側の非対称な分配が行われるように構成されていてよい。したがって、冷却通路７における孔１４およびひいてはサポートリブ８の分配は、前記冷却通路７が、ピストン主軸線Ｋ_Ｈによって形成された四分円Ｉ−ＩＶに応じて特徴付けられる場合、次のようになっていてよい。すなわち、１つの四分円内で対称な分配（図４）または非対称もしくは部分対称な分配（図６）が予定されるようになっていてよいか、または分配が、ピストンクラウンにおける局部的な温度分布に依存するようになっていてよい。特に、冷却通路７の、点火された燃料の燃焼ビームがピストンクラウン２へ当たる領域における、増大された孔数によって、冷却作用をさらに改善することができる。このことによって、負荷事例では、ピストンに生じる応力負荷に、より良好に対処することもできる。

孔１４は、図４および図６に示してあるように円形孔によって実現することができるか、または長い方の側がピストン中央から半径方向外側へピストン壁に向かう方向に向けられている長穴形孔（図示せず）によって実現することができる。孔配置の前記それぞれの実施例によって、これらの孔が種々異なる間隔を有し、かつひいてはサポートリブ８として形成された材料が増大されることが達成される。孔同士の間隔にとって基準となるのは、孔軸線と孔軸線との間隔が外周側において、使用される最大孔直径の少なくとも半分に相当することである。

燃焼凹み３からの熱導出にさらに影響を与えるために、孔１４の先端は丸く構成されていてよいかまたは、図１に示してあるように、角度を成して構成されていてよい。

孔１４の軸線は、図１に示してあるように、ピストン長手方向軸線Ｋに対して平行に配置されていてよくかつ／または、すなわちこのような配置と組み合わされて、前記ピストン長手方向軸線Ｋに対して鋭角を成して配置されていてよく、この場合、孔は有利にはピストンクラウン２もしくは燃焼凹み３の方向に向けられている。

本発明によるピストンを、ピン方向に断面して横断面図で示す。 本発明によるピストンを、図１によるＩＩ−ＩＩ線に沿って断面して下方から示す。 本発明によるピストンを、ピストンピン方向に対して横方向に断面して横断面図で示す。 本発明によるピストンを、図１によるＩＶ−ＩＶ線に沿って断面して示す。 本発明によるピストンを斜視図で示す。 本発明によるピストンの別の実施例を、図１によるＩＶ−ＩＶ線に沿って断面して示す。

符号の説明

１ ピストンヘッド、 ２ ピストンクラウン、 ３ 燃焼凹み、 ４ リング壁、 ５ 冷却オイル流入部、 ７ 冷却通路、 ８ サポートリブ、 ９ ピストンスカート、 １０ 冷却オイル流出部、 １１ リング部分、 １２ ボス、 １３ 冷却通路カバー １４ 孔、 Ｋ ピストン長手方向軸線、 Ｋ_Ｈ ピストン主軸線、 Ｈ 冷却通路高さ、 ｈ_Ｂ 孔１４の深さ

Claims (8)

1. 内燃機関のための一体形の冷却通路ピストンであって、鋼から鍛造されたピストンヘット（１）が設けられており、該ピストンヘッド（１）が、ピストンクラウン（２）における燃焼凹み（３）と、リング部分（１１）を備えたリング壁（４）と、リング部分（１１）の高さで環状に延びている閉じた冷却通路（７）とを有しており、ピストンスカート（９）が、ピストンヘッド（１）に掛着されたボス（１２）に結合されている形式のものにおいて、
   冷却通路（７）が、その周上に分配してピストンクラウン（２）に向けられた複数の孔（１４）を有しており、これらの孔（１４）が、相互に次のような間隔を有している、すなわち、これらの孔（１４）間に存在するピストン材料が、ピストンクラウン（２）のためのサポートリブ（８）を形成するような間隔を有していることを特徴とする、内燃機関のための一体形の冷却通路ピストン。
2. 前記孔（１４）が、半径方向対称および／または非対称に冷却通路（７）の全周にわたって分配して配置されている、請求項１記載のピストン。
3. 冷却通路（７）の周における前記孔（１４）同士の相互間隔が、少なくとも該孔（１４）の直径の半分である、請求項１または２記載のピストン。
4. 前記孔（１４）が、同じ直径を有している、請求項３記載のピストン。
5. 前記孔（１４）が、最大で冷却通路（７）の全高（Ｈ）の４分の１である深さ（ｈ_Ｂ）を有している、請求項１または２記載のピストン。
6. 前記孔（１４）の軸線の少なくとも一部が、ピストン長手方向軸線（Ｋ）に対して平行に延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストン。
7. 前記孔（１４）の軸線が、ピストン長手方向軸線（Ｋ）に対して鋭角を成して延びている、請求項１記載のピストン。
8. 前記孔（１４）が、円筒形または長穴形の形状を有している、請求項１記載のピストン。

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