(57)【要約】【課題】冷却ダクトにおいて供給ホッパのより柔軟な設計および配置を可能とする。【解決手段】本発明は、ピストンヘッド（３）およびピストンスカート（４）と、ピストンヘッド（３）内を環状に延びる冷却ダクト（７）と、ピストンピンを受けるボス（８）と、冷却ダクト（７）に冷却オイルを供給する供給ホッパ（９）とを備える内燃エンジン（２）のピストン（１）に関する。本発明の本質は、供給ホッパ（９）が、物質的結合により、締結結合により、および／または嵌合結合により、ピストン（１）に供給ホッパ（９）を固定するための保持突出部（１０）を有することにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン（２）のピストン（１）であって、
ピストンヘッド（３）およびピストンスカート（４）と、
上記ピストンヘッド（３）内を環状に延びる冷却ダクト（７）と、
ピストンピンを受けるためのボス（８）と、
上記冷却ダクト（７）に冷却オイルを供給するための供給ホッパ（９）とを備え、
上記供給ホッパ（９）は、物質的結合により、締結結合により、および／または嵌合結合により、上記ピストン（１）に上記供給ホッパ（９）を固定するための保持突出部（１０）を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１において、
上記供給ホッパ（９）は、上記ピストンスカート（４）の内面（１１）または上記ボス（８）に対して、上記保持突出部（１０）を介して固定されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項１において、
上記ピストン（１）は、スリッパスカート壁をさらに備え、
上記供給ホッパ（９）は、上記スリッパスカート壁に対して、上記保持突出部（１０）を介して固定されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記保持突出部（１０）は、Ｌ字状であり、その１つのＬ字状脚部が上記ピストン（１）の周方向に延びており、
および／または、
上記保持突出部（１０）は、上記供給ホッパ（９）と一体形成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記冷却ダクト（７）は、上記供給ホッパ（９）が突き出す供給開口（１２）を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記供給ホッパ（９）が突き出す供給開口（１２）を有する冷却ダクトカバー（１３）をさらに備える
ことを特徴とするピストン。
【請求項７】
請求項６において、
上記供給ホッパ（９）は、上記冷却ダクトカバー（１３）と接触していない
ことを特徴とするピストン。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項において、
上記供給ホッパ（９）と上記供給開口（１２）の縁部との間のギャップ（１８）の少なくとも一部を塞ぐシール要素（１７、１９、２０）をさらに備える
ことを特徴とするピストン。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記供給ホッパ（９）は、該供給ホッパ（９）内に噴射される冷却オイルの向きを上記冷却ダクト（７）の周方向に変える方向転換装置（１６）を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
上記供給ホッパ（９）は、溝付きの金属シート状に構成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のピストン（１）を少なくとも１つ備える内燃エンジン（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に係るピストンスカートおよびピストンヘッドを備える内燃エンジンのピストンに関する。さらに、本発明は、そのようなピストンを少なくとも１つ備える内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、冷却ダクトカバーによって下方が、すなわちピストンスカート側が覆われ、ピストンヘッド内を環状に延びる冷却ダクトを備えたピストンが知られている。冷却ダクト内に冷却オイルを供給する供給ホッパ（漏斗）は、冷却ダクトカバーの供給開口から突き出している。ここで、供給ホッパは、冷却ダクトカバーに保持されている。
【０００３】
特許文献２からも、内燃エンジンの一般的なピストンが知られている。このピストンには、供給ホッパが保持された供給孔を有する冷却ダクトが設けられている。
【０００４】
特許文献３より、環状冷却ダクトを有する内燃エンジンのピストンが知られている。この環状冷却ダクトの流入口には、ＥＭＰＴ（電磁パルス技術）法によりオイル収集管が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０５６９２２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１１０６３７９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１６２０００８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術より公知のピストンの欠点は、冷却ダクトカバーに供給ホッパが設けられており、この場合、当該冷却ダクトカバーが、供給ホッパの付加的な慣性力の吸収に寄与しなければならない点、または、供給ホッパがピストンの供給開口に直接的に設けられており、この場合、当該供給開口が所定の位置に設けられることから、供給ホッパの配置の柔軟性に明確な制限が生じる点である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、一般的なピストンに対して、改良されたまたは少なくとも従来のものに代わる実施形態であって、特に、冷却ダクトにおける供給ホッパのより柔軟な設計および配置を可能とする実施形態を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、この目的は、独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属項の主題である。
【０００９】
このように知られる内燃エンジンのピストンにおいて、本発明は、まず、保持突出部を有し、冷却ダクトに冷却オイルを供給するための供給ホッパを設けるという基本思想に基づく。本発明は、さらに、当該保持突出部を介して、物質的結合（例えば、溶接、ろう付け、または接着など）により、締結結合（例えば、ねじ止めまたはリベット止めなど）により、および／または嵌合結合（例えば、突起−溝結合または蟻継ぎなど）により、供給ホッパをピストンに直接的に固定するという基本思想に基づく。本発明に係るピストンは、ピストンスカートおよびピストンヘッドと、ピストンヘッド内を環状に延びる冷却ダクトとを備える。さらに、本発明に係るピストンは、ピストンピンを受けかつコネクティングロッドを接続するためのボスを備える。冷却オイルは、上記供給ホッパを介して冷却ダクトに供給され得る。本発明によると、供給ホッパの保持突出部を介したピストンへの当該供給ホッパの取付けにより、従来なされていた冷却ダクトカバーへの取付けが不要になる。それにより、冷却ダクトカバーによって供給ホッパの質量に起因する慣性力を吸収する必要がなくなるので、冷却ダクトカバー自体を、より薄くかつより軟らかく設計することができる。より薄い、よってより軽い冷却ダクトカバーの使用により、そのようなピストンを備える内燃エンジンのコストを下げることができる。また、本発明に係る供給ホッパにより、冷却ダクトカバーが存在しても、冷却ダクトカバーの接続領域に供給ホッパを配置する必要がなくなり、供給ホッパの配置を実質的に自由に選択することができる。その結果、例えば、冷却ダクトカバーやその接続位置によらず、特に直立管を有し、全体としてより大きくかつより重たい供給ホッパを用いることもできる。
【００１０】
本発明に係る解決策の有利な実施形態では、供給ホッパは、その保持突出部を介して、ピストンに対してろう付け、溶接、ねじ留め、または接着される。接着、溶接、またはろう付けは、供給ホッパの保持突出部に関して、またはピストンに関して、さらなる作業工程を行う必要なくして、特に十分に（あるいは、完全に）自動化された接続を可能とする。純粋に理論的には、ネジ止めも考えられ、供給ホッパの取外し容易性に関して大きな利点となり得る。
【００１１】
本発明に係る解決策の別の有利な態様では、供給ホッパは、その保持突出部を介してピストンスカートの内面またはボスに取り付けられる。ここで、ピストンスカートの内面には、特に保持突出部を取り付けるための多くのスペースがある。この場合の保持突出部は、ピストンスカートの内壁に対して相補的に設計された形状を有しており、したがって好ましくは、当該内壁に対して平面的に当接する。例えば、ここでは、当該内壁からスリッパスカート壁までの移行部を選ぶこともでき、その場合、保持突出部は、例えば鋭く曲がっていてもよい。
【００１２】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、冷却ダクトは、そこから供給ホッパが突き出す供給開口（あるいは、供給隙間）を有する。ここで、供給ホッパが突き出す供給開口を有する冷却ダクトカバー、例えば冷却ダクト金属シートを設けることが考えられる。この場合、供給ホッパが、冷却ダクトカバーと接触しなくてもよい。本発明に係るピストンにおいて、供給ホッパが冷却ダクトカバーに保持されないことにより、供給開口を冷却ダクトカバーの接続と無関係に配置することができる。この冷却ダクトカバーは、通常２つの部品からなり、結果としてその柔軟性がはっきりと向上する。
【００１３】
供給開口の縁部と供給ホッパとの間の環状ギャップを介して、冷却ダクトからオイルが不意にまたは過度に排出されるのを阻止するために、適切なシール要素によって、全体的にまたは部分的に当該ギャップを閉じることが好ましい。これは、供給ホッパの適切な幾何学的形状によって、例えば、径方向外側に向いたフランジの形態によって実現できる。シール要素は、供給ホッパと一体的に構成される代わりに、付加的な構成部品として、例えば供給ホッパを囲むリング状のゴム製ガスケットとして構成されてもよい。同様に、シール要素は、環状ギャップを塞ぐまたは少なくとも小さくするシール材によって形成されてもよい。
【００１４】
供給ホッパは、好ましくは、当該供給ホッパ内に噴射される冷却オイルの向き（あるいは、流れ方向）を、冷却ダクトの周方向に変えて分散させる方向転換装置を有する。これにより、冷却効果がはっきりと改善され得る。なぜなら、供給ホッパを介して冷却ダクト内に噴射された冷却オイルが、供給開口を介して冷却オイルから逆流する望ましくない現象が好ましくは回避され、当該冷却オイルが排出開口に到達するまで冷却ダクトを流れるためである。
【００１５】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、供給ホッパは、溝付きの金属シート状に構成される。これにより、供給ホッパが、安価に生産できるのみでなく、十分に自動化され、したがって高精度に生産できるという格別の効果が得られる。さらに、そのような溝付き金属シート状の形状を有する供給ホッパは、安価にかつ比較的薄いシート状に製造できる。なぜなら、供給ホッパは、冷却ダクト内へ冷却オイルを供給できれば足りるためである。その結果、供給ホッパの質量に起因する慣性力を比較的小さくすることができる。これにより、供給ホッパの保持突出部とピストンとの間に要求される保持力または結合力をも小さくすることができる。
【００１６】
本発明に係る別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。
【００１７】
上述したまたは後述する特徴は、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明にしたがって保持突出部を介して配置された供給ホッパを備える本発明に係る内燃エンジンのピストンを示す断面図である。
【図２】図２は、図１と同様の図であるが、別の角度から見たものである。
【図３】図３は、図１の本発明に係るピストンの断面図であって、別の角度から見たものである。
【図４】図４は、本発明に係るピストンの供給ホッパを示す下面図である。
【図５】図５は、供給ホッパと、冷却ダクトカバーと、これらの間の環状ギャップを閉じるシール要素とを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、同一の参照符号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。
【００２０】
図１〜図４に示すように、本発明に係る内燃エンジン２のピストン１は、ピストンヘッド３と、ピストンスカート４とを備える。ピストンヘッド３は、公知のように、燃焼室に面するくぼみ５と、ピストンリング（図示せず）を受ける複数の溝を含む環状部６とを有する。また、本発明に係るピストン１は、ピストンヘッド３内を環状に延びる冷却ダクト７と、ピストンピン（図示せず）を受けるボス８とを備える。ピストン１は、このピストンピンを介して、内燃エンジン２のコネクティングロッド（図示せず）に接続される。加えて、ピストン１には、冷却ダクト７に冷却オイルを供給する供給ホッパ９が設けられている。ここで、本発明によると、供給ホッパ９は、保持突出部１０を有しており、当該保持突出部１０は、特に、供給ホッパ９と一体に形成されている。供給ホッパ９は、物質的結合により、締結結合により、および／または嵌合結合により、保持突出部１０を介してピストン１に取り付けられている。
【００２１】
ここで、保持突出部１０は、好ましくは、供給ホッパ９が取り付けられる場合に保持突出部１０が当接するピストン１の領域に対して相補的な形状を有する。これにより、供給ホッパ９は、保持突出部１０を介してピストン１に平面的に当接することが可能となる。保持突出部１０は、例えば、接着、溶接、ろう付け、ねじ止め、またはリベット止めにより、ピストン１に接続されてもよい。
【００２２】
保持突出部１０をより詳細に説明すると、当該保持突出部１０は、Ｌ字状になっており、Ｌ字状脚部の下部がピストン１の周方向に延びる一方、Ｌ字状脚部の縦部がピストン軸に対して略平行に延びていることがわかる。これにより、供給ホッパ９をピストン１に対して、とりわけ堅牢かつ良好に固定することができる。
【００２３】
図１〜図４に示すように、供給ホッパ９は、ピストンスカート４の内面１１に、保持突出部１０を介して取り付けられている。当然ながら、これに代えて、保持突出部１０をボス８またはスリッパスカート壁（図示せず）に取り付けることも考えられる。後者の場合、ピストン１は、スリッパスカートピストンの形態を取る。
【００２４】
この例では、全ての実施形態において、冷却ダクト７は、開放冷却ダクトの形態を取っていて、供給ホッパ９が突き出す供給開口１２を有する。冷却ダクト７は、供給開口１２が設けられた冷却ダクトカバー１３により、ピストンスカート４側で閉じられている。ここで、供給ホッパ９は、好ましくは、供給開口１２の縁部と接触することなく、非接触の態様で当該供給開口１２を通過して冷却ダクト７内に至る。
【００２５】
本発明に係る解決策の別の有利な実施形態において、供給ホッパ９は、当該供給ホッパ９内に噴射される冷却オイルの向きを冷却ダクト７の周方向に変える方向転換装置１６を有する。それにより、冷却ダクト７において冷却オイルが均一に分散され得る。その結果、ピストン１を均一かつ効率的に冷却できる。さらに、供給ホッパ９は、溝付きまたはスロット付きの金属シート状であってもよく、それにより、当該供給ホッパ９は、安価にかつ十分に自動化されて製造され得る。このため、供給ホッパ９が高品質化される。ここで、溝付きの実施形態は、供給ホッパ９における溝（または、スロット）１４から判別できる。
【００２６】
図１〜図３をさらに考慮すると、供給ホッパ９は、ピストンスカート４の内面１１に対し、例えば２箇所の溶接ポイント１５を介して、接続されていることがわかる。当然ながら、これに代えて、図示されている円は、ろう付けポイント１５’または接着ポイント１５”を表してもよい。もちろん、供給ホッパ９の保持突出部１０を、ピストンスカート４の内面１１に対して、全体的にろう付けまたは接着することも考えられる。保持突出部１０とピストン１の接続をできるだけ安定させられるように、保持突出部１０は、これが取り付けられるピストン１の領域に対して相補的な形状を有する。図４によると、保持突出部１０は、例えば、ピストンスカート４の内面１１に対応する湾曲形状を有する。
【００２７】
純粋に理論的には、供給ホッパ９は、実際の漏斗形状を有する必要はなく、偏向板の形態を取ってもよい。したがって、供給ホッパ９は、円錐状でなくてもよく、単純に斜めに傾くか、または屈曲したパイプ、または金属シートの形態を取ってもよい。本発明に係る保持突出部１０によって、このような幾何学的な形状の部材の固定は、比較的容易にもなる。さらに、本発明に係るピストン１によると、より大きくかつより重たい供給ホッパ９を設けることも可能となる。なぜなら、供給ホッパ９が、これまでのように冷却ダクトカバー１３に固定されず、かつ冷却ダクトカバー１３に接触もせず、よって当該カバー１３が供給ホッパ９の質量に起因する慣性力を吸収する必要がなく、それにより冷却ダクトカバー１３をより薄く、したがってより軽く設計することができるためである。
【００２８】
図５には、シール要素１７が示されている。当該シール要素１７により、供給開口１２と供給ホッパ９との間に存在する隙間（環状ギャップ）１８を介した冷却ダクト７からの制御不能なオイルの流出を阻止できる。このシール要素１７は、環状ギャップ１８を全体的にまたは部分的に閉じてもよい。これは、供給ホッパ９の適切な幾何学的形状により、例えば、径方向外側を向いたフランジの形態において、すなわち供給ホッパ９と一体形成されたシール要素１７によって実現されてもよい。これに代えて、シール要素１７は、付加的な構成部品として、例えば、供給ホッパ９を囲むリング状のゴム製ガスケット１９として実現されてもよい。同様に、シール要素１７は、環状ギャップ１８を塞ぐまたは少なくとも環状ギャップ１８を小さくするシール材２０によって形成されてもよい。
【００２９】
概して、本発明に係るピストン１および本発明に係る供給ホッパ９に関して、例えば、冷却ダクトカバー１３を構成する２つの冷却ダクトカバー金属シートの継ぎ目に、当該供給ホッパ９を独立に適合させることも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ピストン
２    内燃エンジン
３    ピストンヘッド
４    ピストンスカート
７    冷却ダクト
８    ボス
９    供給ホッパ
１０    保持突出部
１１    内面
１２    供給開口
１３    冷却ダクトカバー
１６    方向転換装置
１７    シール要素
１８    ギャップ
１９    ガスケット（シール要素）
２０    シール材（シール要素）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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