JP2008522085A - 内燃機関用のピストン - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用のピストン１であって、リング状の溝付補強体４が設けられており、この溝付補強体４がその内側に設けられた雌ねじ山１９で、ピストン頂部領域に配置されたカラー１２の雄ねじ山１３と螺合されており、溝付補強体４が、リング状の閉鎖された冷却通路２１を形成するための切欠き１４を閉鎖している形式のものに関する。カラー１２と溝付補強体４との間における螺合部に十分な強度を与えるために、カラー１２は半径方向外側にボス方向における屈曲部を有している。カラーはさらに弾性的に可撓性に形成されていて、この場合カラーは溝付補強体４の緊締螺合時にピストン頂部方向に屈曲し、これにより螺合部に対して予負荷を加えるようになっている。

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、ピストンベース体とリング状の溝付補強体とから成っており、ピストンベース体が、ピストン頂部と、ピストンのピストン頂部とは反対の側に配置されたピンボスと、ピンボスに一体成形されたピン孔と、ピンボスを互いに結合するスカートエレメントと、ピン頂部を起点として延び半径方向外側に配置され軸方向でボス方向に延びていて半径方向で後退させられた環状の領域とを有しており、該環状の領域が、ピストン頂部から僅かな軸方向間隔をおいて配置されていてピストンの半径方向外側に一体成形され半径方向外側に向かって張り出していて少なくともほぼ方形の横断面を有する環状のカラーを有していて、該環状のカラーが半径方向外側に環状の雄ねじ山を備えていて、該雄ねじ山の直径がピストン直径よりも小さく設定されており、環状の領域がさらに、環状のカラーのボス側に該カラーに接続している環状の切欠きを備えており、リング状の溝付補強体が、該溝付補強体の端面に接続していて半径方向内側に向かって張り出している環状の突出部を備えており、該突出部にはボス側に雌ねじ山が接続していて、該雌ねじ山を介して溝付補強体が、カラーの雄ねじ山に螺合しており、溝付補強体のボス側の支持面が、環状の領域のボス側に隣接した支持面に載設していて、ひいては切欠きを閉鎖して、閉鎖されたリング状の冷却通路を形成しており、さらに、ピストンのリング部分が一部は溝付補強体の半径方向外側に配置され、かつ一部は溝付補強体のボス側に接続しているピストンの半径方向外側に配置されている形式のものに関する。

ＤＤ１２３９６２に基づいて公知の内燃機関用のピストンは、ピストンベース体と、ピストン頂部の領域においてピストンベース体に螺合されたリング状の溝付補強体とから成っている。溝付補強体はこの場合、ピストンベース体に一体成形された切欠きを閉鎖し、これによってリング状の閉鎖された冷却通路を形成している。ピストンベース体の側部には、溝付補強体が螺合されるねじ山が設けられていて、このねじ山は、ピストン頂部の近傍においてピストンの外側に一体成形されたカラーの半径方向外側に配置されており、このカラーは短い半径方向寸法しか有していないので、弾性的な可撓性を備えていない。従って公知のピストンには、螺合部に対してこの螺合部を固定する予負荷を加えることができない。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のピストンを改良して、従来技術におけるこの欠点を排除することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の特徴部に記載したように、すなわち、カラーが半径方向外側においてボス方向に屈曲部を有し、かつ軸方向における弾性的な可撓性のために十分な半径方向の幅を有しているようにした。

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。

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、ピン長手方向軸線に沿って本発明によるピストンを断面した図であり、
図２は、図１の領域Ａを拡大して、本発明による溝付補強体を示す図であり、
図３は、ピン長手方向軸線に対して垂直に位置するラインに沿ってピストンを断面した図である。

図１に断面図で示されたピストン１は、ピストンベース体２と、ピストン頂部３の領域においてピストンベース体２に螺合されたリング状の溝付補強体（Nutbewehrung）４とから成っている。

ピストンベース体２はピストン頂部３とは反対の下側に、２つのピンボス５，６を有しており、両ピンボス５，６にはそれぞれ、図示されていないピストンピンを受容するためのピン孔７，８が設けられている。ピンボス５，６は、特に図３に示されているように、両側においてスカートエレメント９，１０と結合されており、両スカートエレメントのうちのスカートエレメント１０は、図１に平面図で示されている。

ピストン頂部３は、平らに形成された燃焼凹部１１を有している。ピストン頂部側の領域において、ピストン１の半径方向外側には、半径方向外側に向かって張り出していてほぼ方形の横断面を有する環状のカラー１２が一体成形されており、このカラー１２は半径方向外側に環状のねじ山１３を有しており、カラー１２にはボス側に環状の切欠き１４が接続している。ボス側において切欠き１４には、半径方向外側に向かって張り出している環状の突出部１５が接続していて、この突出部１５にはピストン頂部側に、切欠き１４の一部が成形されており、突出部１５は半径方向外側においてリング部分１６の下側部分を有しており、突出部１５はさらに、ボス側に、ピンボス５，６に向かって開放した冷却通路１７を有している。

カラー１２のねじ山１３には、図２にも示されているように、リング状の溝付補強体４が、該溝付補強体４において半径方向内側に位置しているねじ山１９を介して螺合されている。溝付補強体４はピストン頂部側に、半径方向内側に向かって張り出していてノーズ状の横断面を有する環状の突出部２０を有しており、この突起２０の下側は溝付補強体４の螺合時にピストン１に直接的に接触するか、又は、後で詳しく述べるように、シールエレメント２７を介してカラー１２の上側面に接触する。この場合燃焼凹部１１の半径方向外側の画成部は、軸方向においてピストン頂部３を超えて突出している、突出部２０の上側部分によって形成される。

さらに、ピストン１に螺合された溝付補強体４は切欠き１４を閉鎖していて、これによって閉鎖された冷却通路２１を形成しており、この冷却通路２１は後で詳しく述べる供給開口及び排出開口３３を介して、ピストン１の内部領域と接続されている。

半径方向外側において溝付補強体４には、圧縮リング溝２２が一体成形されている。溝付補強体４はボス側に、リング状の平らな載設面２３を有しており、この載設面２３は、ピストン１への溝付補強体４の螺合時に、同様に成形されていて突出部１５のピストン頂部側に配置されているリング状の載設面２４に接触する。

ピストンベース体２は、最大で１５％のケイ素を含有した、アルミニウム・ケイ素合金から成っており、この場合ピストンベース体２は鍛造法又は鋳造法を用いて製造される。溝付補強体４はアルミニウム合金から成っており、このアルミニウム合金は、耐摩耗性を高めるために１５％〜２６％のケイ素を含有し、エンジン運転中における変形に対する耐性を改善するために２.５％〜７％の銅を含有している。合金にケイ素・カーバイド粒子が添加されると、溝付補強体４の耐摩耗性をさらに高めることができる。溝付補強体４は鋳造法を用いて製造され、その後で溝付補強体４はその多孔度を減じるために、ひいては機械的な特性を最適化するために、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）の方法でさらに圧縮される。

図２には、図１においてマーキングされた領域Ａが拡大されて示されており、この図２には、溝付補強体４がピストンに堅固に螺合された組立て状態を示している。弛緩された状態におけるカラー１２の形状、つまり溝付補強体４がカラー１２にまだ堅く螺合されていない場合におけるカラー１２の形状は、図２に破線で示されている。この図２の破線から分かるように、カラー１２はこの場合半径方向外側にボス方向への屈曲部を有している。溝付補強体４がカラー１２にしっかりと螺合されると、カラー１２は矢印２５，２６によって示されているように、ピストン頂部３に向かって戻し曲げられて予負荷され、その結果カラー１２からはカラー１２と溝付補強体４との間における螺合部に対して予負荷が加えられ、この予負荷によって当該螺合部の十分な強度が保証される。

溝付補強体４の半径方向内側に位置する突出部２０とカラー１２との間には、ばね鋼製のリング状のシールエレメント２７が配置されており、このシールエレメント２７は冷却通路２１を、ピストン頂部３に対して作用する燃焼ガスに対してシールしており、皿の縁のような形状を有している。ピストン１の組み立てられた状態を示す図２には、シールエレメント２７は予負荷された状態で示されている。弛緩された状態においてシールエレメント２７は横断面図で見て大きな波形を有しているが、しかしながらカラー１２における溝付補強体４の螺合時には、図２に示された形状にまで圧縮されて扁平にさせられる。

図３には、ピン長手方向軸線２８に対して垂直に位置するライン２９に沿ってピストン１を断面した図が示されている。この図３にはオイル供給開口３０が示されており、このオイル供給開口３０を介して、噴射ノズル３１から噴射されたオイルが閉鎖された冷却通路２１に導入される。噴射ノズル３１はオイル供給管路３２に固定されており、このオイル供給管路３２はシリンダブロックに定置に配置されており、ピストンがエンジン運転においてその下死点に達した時にはいつも、ピストン１に対して図３に示されたポジションを占める。そしてこの時にだけ、オイルはオイル供給開口３０を介して冷却通路２１内に導入されることができる。さらに図３にはオイル排出開口３３が示されており、このオイル排出開口３３を介してオイルはピストン１の冷却後に冷却通路２１から再び排出される。

ピン長手方向軸線に沿って本発明によるピストンを断面した図である。 図１の領域Ａを拡大して、本発明による溝付補強体を示す図である。 ピン長手方向軸線に対して垂直に位置するラインに沿ってピストンを断面した図である。

符号の説明

A 領域、 １ ピストン、 ２ ピストンベース体、 ３ ピストン頂部、 ４ 溝付補強体、 ５，６ ピンボス、 ７，８ ピン孔、 ９，１０ スカートエレメント、 １１ 燃焼凹部、 １２ カラー、 １３ ねじ山（雄ねじ山）、 １４ 切欠き、 １５ 突出部、 １６ リング部分、 １７ 開放した冷却通路、 １９ ねじ山（雌ねじ山）、 ２０ 突出部、 ２１ 閉鎖された冷却通路、 ２２ 圧縮リング溝、 ２３，２４ 載設面、 ２５，２６ 矢印、 ２７ シールエレメント、 ２８ ピン長手方向軸線、 ２９ ライン、 ３０ オイル供給開口、３１ 噴射ノズル、 ３２ オイル供給管路、 ３３ オイル排出開口、 ３４ 領域

Claims (6)

1. 内燃機関用のピストン（１）であって、
   ピストンベース体（２）とリング状の溝付補強体（４）とから成っており、
   ピストンベース体（２）が、ピストン頂部（３）と、
   ピストン（１）のピストン頂部（３）とは反対の側に配置されたピンボス（５，６）と、
   ピンボス（５，６）に一体成形されたピン孔（７，８）と、
   ピンボス（５，６）を互いに結合するスカートエレメント（９，１０）と、
   ピン頂部（３）を起点として延び半径方向外側に配置され軸方向でボス方向に延びていて半径方向で後退させられた環状の領域（３４）とを有しており、
   該環状の領域（３４）が、ピストン頂部（３）から僅かな軸方向間隔をおいて配置されていてピストン（１）の半径方向外側に一体成形され半径方向外側に向かって張り出していて少なくともほぼ方形の横断面を有する環状のカラー（１２）を有していて、該環状のカラー（１２）が半径方向外側に環状の雄ねじ山（１３）を備えていて、該雄ねじ山（１３）の直径がピストン直径よりも小さく設定されており、
   環状の領域（３４）がさらに、環状のカラー（１２）のボス側に該カラー（１２）に接続している環状の切欠き（１４）を備えており、
   リング状の溝付補強体（４）が、該溝付補強体（４）の端面に接続していて半径方向内側に向かって張り出している環状の突出部（２０）を備えており、該突出部（２０）にはボス側に雌ねじ山（１９）が接続していて、該雌ねじ山（１９）を介して溝付補強体（４）が、カラー（１２）の雄ねじ山（１３）に螺合しており、溝付補強体（４）のボス側の支持面（２３）が、環状の領域（３４）のボス側に隣接した支持面（２４）に載設していて、ひいては切欠き（１４）を閉鎖して、閉鎖されたリング状の冷却通路（２１）を形成しており、さらに、ピストン（１）のリング部分（１６）が一部は溝付補強体（４）の半径方向外側に配置され、かつ一部は溝付補強体（４）のボス側に接続しているピストン（１）の半径方向外側に配置されている形式のものにおいて、
   カラー（１２）が半径方向外側においてボス方向に屈曲部を有し、かつ軸方向における弾性的な可撓性のために十分な半径方向の幅を有していることを特徴とする、内燃機関用のピストン（１）。
2. 溝付補強体（４）が軸方向においてピストン頂部（３）を超えて突出しており、これにより燃焼凹部（１１）の半径方向外側における画成部を形成している、請求項１記載のピストン（１）。
3. 溝付補強体（４）の突出部（２０）とカラー（１２）との間に、ばね鋼から成っていて弾性的に可撓性のリング状のシールエレメント（２７）が配置されており、該シールエレメント（２７）が皿の縁のような形状を有している、請求項１又は２記載のピストン（１）。
4. ピストンベース体（２）が、最大で１５％のケイ素を含有しているアルミニウム・ケイ素合金から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン（１）。
5. 溝付補強体（４）が、１５％〜２６％のケイ素と２.５〜７％の銅を含有するアルミニウム合金から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン（１）。
6. アルミニウム合金に、ケイ素・カーバイド粒子が添加されている、請求項５記載のピストン（１）。

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