JP2007507642A

JP2007507642A - 内燃機関用のピストン

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Publication number: JP2007507642A
Application number: JP2006529627A
Authority: JP
Inventors: シャープライナー
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: US20090250033A1; EP1678417A1; KR101156912B1; WO2005035960A1; CN100445545C; EP1678417B1; BRPI0415222A; JP4422149B2; DE502004004982D1; KR20070020184A; DE10346822A1; BRPI0415222B1; ES2293351T3; CN1863999A; US7628134B2

Abstract

本発明は、内燃機関用のピストン（１）であって、ピストン頂部（４）の縁部領域に配置されたリング状の冷却通路（６）が設けられていて、該冷却通路（６）がスカート側において、半円形の２つの半割シェル（１７，１７′）から成るカバー（１７，１７′）によって閉鎖されていて、該カバーもしくは半割シェル（１７，１７′）が、ピストンに向けられた内側に環状の溝（１８）を有しており、この環状の溝（１８）を介して半割シェル（１７，１７′）が、ピストン外側に設けられた突出部（１６）に被せ嵌め可能である。さらに半割シェル（１７，１７′）はその突き合わせ面（２６，２６′，２８，２８′）の領域に係止結合部（２５，２５′）を有していて、該係止結合部（２５，２５′）を用いて、半割シェル（１７，１７′）が互いに簡単に結合可能である。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の内燃機関用のピストン、すなわち内燃機関用のピストンであって、ピストン頂部と、該ピストン頂部に一体成形されていて２つのピンボスを支持するために働くボス支持体とが設けられていて、該ボス支持体が、ピストン頂部の半径方向外側の縁部に対してピストン長手方向軸線に向かって後退させられて配置されており、さらに、ピンボスを結合する２つのスカートエレメントと、ピストン頂部の縁部領域に配置されたリング状の冷却通路とが設けられていて、該冷却通路の半径方向外側の画成部が、ピストン頂部に一体成形されたリング壁によって形成され、半径方向内側の画成部が一部はボス支持体によってかつ一部はピストン頂部に一体成形されたリングリブによって形成され、さらにスカート側の画成部が２部分から成るカバーによって形成される形式のものに関する。

ヨーロッパ特許公告第０７９９３７３号明細書には、ピストンヘッドの縁部領域に配置された冷却通路を備えたピストンが開示されており、この公知のピストンでは冷却通路は、スカート側において、機械的な応力下にある２部分から成るカバーリングによって閉鎖されている。この公知の構成には、カバーリングの取付けが極めて面倒であるという欠点がある。つまりカバーリングを取り付けるためには、まず初めにカバーリングの２つの半円形のエレメントを複雑化された特殊工具を用いて予負荷することが必要であり、その後で初めて両半円形のエレメントを予負荷をかけたままそのために設けられたピストンヘッドにおける支持部に挿入することができる。

従来技術におけるこのような欠点を回避することが、本発明の課題である。

この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式のピストンにおいて、請求項１の特徴部記載のように、すなわちピストン外側において冷却通路の近傍に、環状の突出部が一体成形されており、カバーが半円形の２つの半割シェルから成っていて、該半割シェルが、ピストンに向けられた内側に各１つの環状の溝を有していて、該溝は、半割シェルが各溝を介して突出部に被せ嵌め可能であるように、突出部の形状に対して相補する溝形状を備えており、半割シェルがピストン頂部側に各１つのエプロンを有していて、該エプロンを介して半割シェルがリング壁のスカート側の端面に接触しており、半割シェルがその突き合わせ面の領域に係止結合部を有していて、該係止結合部を用いて、突出部に被せ嵌められた半割シェルが互いに結合可能であるようにした。

本発明の別の有利な構成は請求項２以下に記載されている。

本発明のように構成されたピストンでは、冷却通路の、２つの半割シェルから成るカバーは、内方に向けられた溝を有しており、この溝を介して半割シェルを、取付けを目的として、ピストンの外側に溝形状に対して相補するように成形された突出部に、迅速かつ簡単に押し嵌めることができ、有利である。さらにまた、半割シェルがその突き合わせ面の領域に係止結合部を有しており、これらの係止結合部を用いて半割シェルは互いに迅速に結合可能である。

次に図面を参照しながら本発明の１実施例を説明する。

図１は、２つの半割シェルによって閉鎖された冷却通路を有する内燃機関用のピストンを、図２のＩ−Ｉ線に沿って断面して示す図であり、
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って断面してピストン全体を示す図であり、
図３は、図２もしくは図４のＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、
図４は、係止された２つの半割シェルを示す平面図であって、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って係止結合部の領域を部分的に断面して示す図であり、
図５は、係止された２つの半割シェルを示す斜視図であり、
図６は、図１の矢印ＶＩの方向から見たピストンの側面図であって、本発明による半割シェルによって閉鎖された冷却通路を備えたピストンを示す図である。

図１には、内燃機関用の一体的に形成されたピストン１が、図２におけるＬ字形のＩ−Ｉ線に沿った断面図で示されており、この断面図は２つの半部から成っていて、そのうちの左側半部は、ボス孔３の長手方向軸線２に沿ったピストン１の断面図であり、右側半部は、それに対して９０°ずらされたピストン１の縦断面図である。ピストン１は鋼から製造されていて、ピストン頂部４の領域に燃焼室凹部５を有している。ピストン頂部４の半径方向外側の位置する領域には、リング状に環状の冷却通路６が配置されており、この冷却通路６の半径方向外側の画成部は、ピストン頂部４に一体成形されたリング壁７によって形成され、かつ半径方向内側の画成部は、一部がリングリブ８によって、一部がボス支持体９，９′によってかつ一部がスカート結合部１０，１０′によって形成される。リング壁７はこの場合ピストンリング保持体として働く。

ボス支持体９，９′を介してピストン頂部４には、各１つのピストンピン孔３，３′を備えたピンボス１１，１１′が１つずつ一体成形されている。ピンボス１１，１１′の端面１２はリング壁７に対して、ピストン長手方向軸線１３に向かって後退させられて配置されている。ピンボス１１，１１′はスカートエレメント１４，１４′を介して互いに結合されており、スカートエレメント１４，１４′は各１つのスカート結合部１０，１０′を介してピストン頂部４に一体成形されている。スカートエレメント１４，１４′とリング壁７との間にピストン１は切欠き１５を有している。

ピンボス１１，１１′の半径方向外側及びスカート結合部１０，１０′には、環状の突出部１６が一体成形されており、この突出部１６はほぼ方形に成形された横断面を有しており、この突出部１６の機能は、２つの半割シェル１７，１７′のための保持レールとして働くことにあり、この場合両半割シェル１７，１７′によって冷却通路６が閉鎖され、かつ両半割シェル１７，１７′によってスカートエレメント１４，１４′の領域においてはさらに切欠き１５が覆われる。そのために半割シェル１７，１７′はその内側に各１つの環状の溝１８を有しており、この溝１８の内面は、突出部１６の外面に対する相補形状をもって形成されていて、半割シェル１７，１７′がその溝１８を介して突出部１６に被せ嵌められ得るようになっている。図示の実施例では半割シェル１７，１７′は耐熱性のプラスチックから成っていて、射出成形法によって製造されている。本発明の枠内において、半割シェル１７，１７′は、例えば鋼やアルミニウムのような他の材料から成っていてもよく、さらに半割シェル１７，１７′は鋳造品でも鍛造品でもよい。

以下に詳しく述べるように、半割シェル１７，１７′の横断面形状は、該半割シェル１７，１７′がピンボス１１，１１′の端面１２の領域において冷却通路６を覆う（図１の左半部参照）か又はスカートエレメント１４，１４′の領域において冷却通路６を覆う（図１の右半部参照）かに関連して変化する。ピンボス１１，１１′の端面１２の領域において半割シェル１７，１７′は上方にピストン頂部４の方向にだけ向けられたエプロン１９を有しており、これらのエプロン１９はリング壁７のスカート側の端面２０に接触しており、これに対してエプロン１９は、端面１２の方向では接触可能性がないために一体成形部を有していない。従って、図１の右半部に示されているように、半割シェル１７，１７′はスカートエレメント１４，１４′の領域においてピストン頂部側のエプロン１９の他に、スカート側のエプロン２１を有しており（図５も参照）、このスカート側のエプロン２１は、スカートエレメント１４，１４′のピストン頂部側の段部２２に接触する。

両方のエプロン１９，２１，２１′の機能は次のこと、すなわち半割シェル１７，１７′を特にピストンの迅速な往復運動時に一部はリング壁７のスカート側の端面２０において支持し、かつ一部はスカートエレメント１４，１４′のピストン頂部側の段部２２において支持し、ひいては軸方向において確実に固定することにある。さらに半割シェル１７，１７′は、該半割シェルが鋼から成っている場合には、リング壁７の支持ひいてはピストン頂部４の縁部のための支持を形成し、これによってピストン１に大きな負荷が加えられた場合に、ピンボス１１，１１′に向かってピストン頂部の縁部が屈曲することが回避される。

図２にはピストン１及び両半割シェル１７，１７′が図１のＡ−Ａ線もしくはＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図で示されており、この図２から分かるように、図１の右半部に示された半割シェル１７，１７′の断面は、半割シェル１７，１７′の突き合わせ面（２６，２８′；２６′，２８）の間における間隙２３を通って延びているので、図１の右半部には半割シェル１７′の突き合わせ面２６が平面図で示され、該半割シェル１７′の係止アーム２４が断面図で示されている。

ピストン１に関しては図２において、ボス支持体９，９′とスカート結合部１０，１０′とが断面図で示されている。さらに半割シェル１７，１７′のボス側のエプロン２１，２１′の三次元的な分布が示されており、このエプロン２１，２１′は、向かい合って位置する側にそれぞれ、半割シェル１７，１７′によって形成された円の４分の１にわたって存在し、図１に示されているようにもっぱらスカートエレメント１４，１４′の領域に配置されている。特に図２から分かるように係止結合部２５，２５′を用いて、両半割シェル１７，１７′はまとめられ、ひいてはピストン１に固定される。この場合、ピストン本体に一体成形された環状の突出部１６であって、半割シェル１７，１７′がその環状の溝１１８で被せ嵌められる突出部１６は、軸方向における半割シェル１７，１７′の固定のために働き、係止結合部２５，２５′は半径方向における半割シェル１７，１７′の固定のために働く。

係止結合部２５，２５′はそれぞれ、半割シェル１７，１７′の一方の突き合わせ面２８，２８′の領域において該突き合わせ面の外側に設けられたアンダカット部２７，２７′と、各半割シェル１７，１７′の他方の突き合わせ面２６，２６′の領域に一体成形された係止アーム２４，２４′とから成っており、この係止アーム２４，２４′には、内方に向かって延びた係止フック２９，２９′が設けられていて、この係止フック２９，２９′は、両半割シェル１７，１７′の組合せ時にそれぞれ他方の半割シェル１７′，１７のアンダカット部２７，２７′に係合する。突き合わせ面２８，２８′の領域には保持ヨーク３０，３０′（図５も参照）が設けられていて、この場合保持ヨーク３０，３０′は次のように、すなわち半割シェル１７′，１７の組合せ時に係止アーム２４，２４′が保持ヨーク３０，３０′によって形成されたループ内に導入され得るように、突き合わせ面２８，２８′の領域に設けられている。保持ヨーク３０，３０′は半割シェル１７，１７′の組立てを容易にする。それというのはこの場合保持ヨーク３０，３０′は係止アーム２４，２４′のためのガイドを形成するからである。他方において保持ヨーク３０，３０′は、ピストン１における極端な負荷時に係止結合部２５，２５′が不都合に解離することを確実に防止する。

さらに半割シェル１７，１７′は断面図で見て半円形の切欠き３１，３１′を有しており、この場合一方の切欠き３１′は、断面図で見て同様に半円形をしていて突出部１６の領域においてピストン外側に設けられた切欠き４０と対応し、ひいては円形断面の開口３２を形成している。図２にはさらに、半割シェル１７，１７′に一体成形された突子３５〜３８が示されており、これらの突子３５〜３８の形状及び機能については以下において詳しく述べる。

次に、図２もしくは図４のＤ−Ｄ線に沿った断面図である図３を参照しながら、一部は突出部１６にかつ一部は半割シェル１７′に一体成形された開口３２の機能について述べると、この開口３２は軸方向に方向付けられていて、スカート結合部１０′に設けられた開口３３を介してピストン内室３４にまで延長されている。開口３２，３３から形成された通路の機能は、軸方向においてピストン内室３４特に開口３３に向かって噴射される冷却オイルを冷却通路６に導くことにある。さらに図３には、図４及び図５にも示されたピストン頂部側において開口３２を画成するカラー３９が示されている。

図４には半割シェル１７，１７′が平面図で示されており、この場合係止結合部２５の領域は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って部分的に断面されて示されている。

図５にはまとめられた半割シェル１７，１７′が斜視図で示されており、この図５には、ピストン頂部側のエプロン１９及びスカート側のエプロン２１，２１′の配置形式が示されている。さらにまた図５から分かるように、突子３５〜３８はスカート側のエプロン２１，２１′の縁部に設けられていて、つまりこれらの突子３５〜３８は、特に図６におけるピストン１の（図１の矢印ＶＩの方向から見た）側面図から分かるように、スカートエレメント１４，１４′の側部を超えて張り出しており、半割シェル１７，１７′のスカート側のエプロン２１，２１′はピストン頂部側の端面４１，４１′においてスカートエレメント１４，１４′に載設されている。これによってピストン１に対する半割シェル１７，１７′のポジションが一義的に固定可能である。

２つの半割シェルによって閉鎖された冷却通路を有する内燃機関用のピストンを、図２のＩ−Ｉ線に沿って断面して示す図である。図１のＡ−Ａ線に沿って断面してピストン全体を示す図である。図２もしくは図４のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。係止された２つの半割シェルを示す平面図であって、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って係止結合部の領域を部分的に断面して示す図である。係止された２つの半割シェルを示す斜視図である。図１の矢印ＶＩの方向から見たピストンの側面図であって、本発明による半割シェルによって閉鎖された冷却通路を備えたピストンを示す図である。

符号の説明

１ピストン、２長手方向軸線、３，３′ ピストンピン孔、４ピストン頂部、５燃焼室凹部、６冷却通路、７リング壁、８リングリブ、９，９′ ボス支持体、１０，１０′ スカート結合部、１１，１１′ ピンボス、１２ピンボス１１，１１′の端面、１３ピストン長手方向軸線、１４，１４′ スカートエレメント、１５切欠き、１６突出部、１７，１７′ 半割シェル、１８半割シェル１７，１７′における溝、１９半割シェル１７，１７′のピストン頂部側のエプロン、２０リング壁７のスカート側の端面、２１，２１′ 半割シェル１７，１７′のスカート側のエプロン、２２スカートエレメント１４，１４′の段部、２３間隙、２４，２４′ 係止アーム、２５，２５′ 係止結合部、２６，２６′ 突き合わせ面、２７，２７′ アンダカット部、２８，２８′ 突き合わせ面、２９，２９′ 係止フック、３０，３０′ 保持ヨーク、３１，３１′ 切欠き、３２開口、３３開口、３４ピストン内室、３５〜３８突子、３９カラー、４０突出部１６における切欠き、４１，４１′ スカートエレメント１４，１４′の端面

Claims

内燃機関用のピストン（１）であって、
ピストン頂部（４）と、
該ピストン頂部（４）に一体成形されていて２つのピンボス（１１，１１′）を支持するために働くボス支持体（９，９′）とが設けられていて、該ボス支持体（９，９′）が、ピストン頂部（４）の半径方向外側の縁部に対してピストン長手方向軸線（１３）に向かって後退させられて配置されており、
さらに、ピンボス（１１，１１′）を結合する２つのスカートエレメント（１４，１４′）と、
ピストン頂部（４）の縁部領域に配置されたリング状の冷却通路（６）とが設けられていて、該冷却通路（６）の半径方向外側の画成部が、ピストン頂部（４）に一体成形されたリング壁（７）によって形成され、半径方向内側の画成部が一部はボス支持体（９，９′）によってかつ一部はピストン頂部（４）に一体成形されたリングリブ（８）によって形成され、さらにスカート側の画成部が２部分から成るカバー（１７，１７′）によって形成される形式のものにおいて、
ピストン外側において冷却通路（６）の近傍に、環状の突出部（１６）が一体成形されており、
カバーが半円形の２つの半割シェル（１７，１７′）から成っていて、該半割シェル（１７，１７′）が、ピストンに向けられた内側に各１つの環状の溝（１８）を有していて、該溝（１８）は、半割シェル（１７，１７′）が各溝（１８）を介して突出部（１６）に被せ嵌め可能であるように、突出部（１６）の形状に対して相補する溝形状を備えており、
半割シェル（１７，１７′）がピストン頂部側に各１つのエプロン（１９）を有していて、該エプロン（１９）を介して半割シェル（１７，１７′）がリング壁（７）のスカート側の端面（２０）に接触しており、
半割シェル（１７，１７′）がその突き合わせ面（２６，２６′，２８，２８′）の領域に係止結合部（２５，２５′）を有していて、該係止結合部（２５，２５′）を用いて、突出部（１６）に被せ嵌められた半割シェル（１７，１７′）が互いに結合可能であることを特徴とする、内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）が耐熱性のプラスチックから成っている、請求項１記載の内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）が鋼から成っている、請求項１記載の内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）がアルミニウムから成っている、請求項１記載の内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）がスカートエレメント（１４，１４′）の領域にスカート側のエプロン（２１，２１′）を有していて、該スカート側のエプロン（２１，２１′）が、スカートエレメント（１４，１４′）のピストン頂部側の段部（２２）に載設されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関用のピストン（１）。
係止結合部（２５，２５′）が、半割シェル（１７，１７′）の一方の突き合わせ面（２８，２８′）の領域において該突き合わせ面（２８，２８′）の外側に設けられていて内方に向けられたアンダカット部（２７，２７′）と、各半割シェル（１７，１７′）の他方の突き合わせ面（２６，２６′）の領域に一体成形された係止アーム（２４，２４′）とから成っていて、該係止アーム（２４，２４′）が、内方に向かって延びていてアンダカット部（２７，２７′）に係止可能な係止フック（２９，２９′）を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）がその内側に断面半円形の切欠き（３１，３１′）を有しており、該切欠き（３１，３１′）が少なくとも部分的に、断面半円形で突出部（１６）の外側に一体成形された切欠き（４０）と対応していて、ひいては軸方向に方向付けられた断面円形の開口（３２）を形成しており、該開口（３２）が一方では冷却通路（６）に開口し、かつ他方ではスカート結合部に形成された開口（３３）を介してピストン内室（３４）に開口している、請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関用のピストン（１）。
半割シェル（１７，１７′）が、アンダカット部（２７，２７′）と突き合わせ面（２８，２８′）との間で該突き合わせ面の外側にピストン長手方向軸線（１３）の方向に方向付けられた保持ヨーク（３０，３０′）を有しており、該保持ヨーク（３０，３０′）によってループが形成され、該ループに、半割シェル（１７，１７′）の組立て時に係止アーム（２４，２４′）が導入可能である、請求項６又は７記載の内燃機関用のピストン（１）。