(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンの冷却チャネルに入る冷却オイル噴射、及びピストンクラウンの下部に到達する部分的なオイル噴射への分割を定量化できる手段を提供する。【解決手段】内燃機関５のピストン４の冷却チャネル３にオイル２を供給するオイル供給要素１が、オイル排出要素８と側部開口部７とが設けられたチャネル６を備え、部分的なオイルの流れ９が、オイル排出要素及び側部開口部を介してピストンクラウン１１の下部１０、ハブ１６、及び／又はピストン内部２１に導かれる。ピストンクラウン、ハブ、及び／又はピストン内部の間において、より正確に定量化可能なオイルの分割が容易となり、送られるオイルの量が削減される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関(5)のピストン(4)の冷却チャネル(3)にオイル(2)を供給するためのオイル供給要素(1)であって、
前記オイル供給要素(1)は、オイル排出要素(8)を有する側部開口部(7)が設けられたチャネル(6)を備え、
部分的なオイルの流れ(9)が、前記オイル排出要素(8)及び前記側部開口部(7)を介してピストンクラウン(11)の下部(10)、ハブ(16)、及び／又はピストン内部(21)に導かれる
ことを特徴とするオイル供給要素。
【請求項２】
前記オイル供給要素(1)は、入口漏斗(14)を備えることを特徴とする請求項１に記載のオイル供給要素。
【請求項３】
前記オイル供給要素(1)は、前記チャネル(6)の領域で約４ｍｍの直径ｄ１を有し、前記入口漏斗(14)の領域で約１０ｍｍの直径ｄ２を有する
ことを特徴とする請求項２に記載のオイル供給要素。
【請求項４】
前記オイル供給要素(1)は、一体のシート状金属成形物として構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオイル供給要素。
【請求項５】
前記オイル排出要素(8)は、内側に押し込まれたオープンポケットとして構成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のオイル供給要素。
【請求項６】
冷却チャネル(3)と、ピストンクラウン(11)と、ハブ(16)と、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオイル供給要素(1)とを備えるピストン(4)であって、
前記オイル供給要素(1)に噴射されるオイル(2)が部分的に前記冷却チャネル(3)に、並びに部分的に前記ピストンクラウン(11)の前記下部(10)、前記ハブ(16)及び／又は前記ピストン内部(21)に導かれるように、前記オイル供給要素(1)が配置されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項７】
前記オイル供給要素(1)が固定される冷却チャネルカバー(19)を備える
ことを特徴とする請求項６に記載のピストン。
【請求項８】
前記冷却チャネル(3)は、前記オイル供給要素(1)が中へ延びる入口穴部／供給開口部を有し、
前記オイル供給要素(1)は、前記入口穴部／供給開口部の領域又はシャフト壁(20)の領域で、前記ピストン(4)に連結されている
ことを特徴とする請求項６に記載のピストン。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載のピストン(4)を備える内燃機関(5)であって、
オイル(2)を前記オイル供給要素(1)に噴射するオイル噴射ノズル(12)を更に備える
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の、内燃機関のピストンの冷却チャネルにオイルを供給するためのオイル供給要素に関する。更に、本発明は、冷却チャネル及びこの種のオイル供給要素を有するピストンに関し、また、少なくとも１つのこの種のピストンを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンの冷却は、通常、閉じた冷却チャネル又は開いた冷却チャネルとして構成された冷却チャネルを介して行われる。これが開いた冷却チャネルとして構成されている場合、オイルは通常、下方からオイル吸入ポートに噴射され、冷却チャネル内で円周方向に分配される。オイルはこの過程で熱を吸収し、ピストンを冷却する。この種の冷却チャネルは、通常、リング状に設計され、外側のリング部分と燃焼凹部の縁部との間に配置される。しかしながら、この燃焼凹部には、いわゆるピストンクラウンが更に設けられ、このピストンクラウンも冷却されるべきものである。従来から知られているピストンの場合、これは、例えば、冷却オイルの流れの分割を伴う場合がある。
【０００３】
特許文献１は、ピストンと、オイルを冷却するための噴射ノズルとを含む構造ユニットを開示している。このピストンは、ピストンヘッド及びピストンシャフトを備える。このピストンヘッドは、下部を有するピストンクラウンと、円周リング部と、このリング部の領域に設けられ、冷却オイル用の少なくとも１つの供給開口部を有する円周冷却チャネルとを有する。噴射ノズルは、ピストンシャフトの下側に配置され、ピストンに冷却オイルを供給する。ピストンクラウンの下部の冷却も達成され得るように、冷却チャネルへの冷却オイルの噴射に加え、ピストンには、冷却オイル用の少なくとも１つの供給開口部に隣接するピストンクラウンの下部に冷却オイルのためのジェットスプリッタが設けられており、このジェットスプリッタに噴射ノズルから冷却オイルが噴射される。この過程で、冷却オイルの噴射は、上死点と下死点との間のピストンの位置に応じて、下部と冷却チャネルとの間で異なって分割される。
【０００４】
特許文献２も同様に、ピストンと冷却オイルの噴射ノズルとを備えた構造ユニットを開示している。このピストンは、冷却オイル用の少なくとも１つの供給開口部を有する円周冷却チャネルを有する。この場合、冷却オイルを冷却チャネル及びピストンクラウンの下部の両方に噴射できるように、２つのオイル噴射ノズルが設けられている。このように、特にピストンクラウンの下部の冷却の増強の要請がある。
【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１０２０１３０１３９６２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１４００５３６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、先行技術における解決策の欠点は、冷却オイル噴射の、冷却チャネルに入る冷却オイル噴射、及びピストンクラウンの下部に到達する部分的なオイル噴射への分割を定量化できない又は定量化するのが難しいことである。供給不足について心配する必要がないように、通常、必要以上に多くのオイルが噴射される；しかしながら、これにはより大きなポンプ容量が必要であり、燃料消費量が増加する。
【０００７】
本発明はまた、一般的な種類のオイル供給要素の改良又は少なくとも代替としての実施形態を明確にし、従来技術の欠点を特に克服する、という問題を扱う。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この問題は、本発明によれば、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、従属請求項の主題である。
【０００９】
本発明は、冷却オイル噴射の、ピストンの冷却チャネルに入る部分的な冷却オイル噴射、及び、ピストンクラウンの下部、ハブ、又はピストン内部に噴射される部分的な冷却オイル噴射への、確実な且つ定量化可能な分割を達成するという基本的な考え方に基づいている。この分割は、例えば２つの異なるオイル噴射ノズル又はピストンに組み込まれたジェットスプリッタなどによっては達成されず、特別に設計されたオイル供給要素により達成される。内燃機関のピストンの冷却チャネルにオイルを供給するための、本発明に係るオイル供給要素は、この場合ピストンの冷却チャネルにオイルを供給するための、チャネルを備え、このチャネルには、オイル排出要素を有する側部開口部が設けられ、部分的なオイルの流れは、このオイル排出要素及び側部開口部を介してピストンクラウンの下部、ハブ、又はピストン内部に導かれる。従って、本発明に係るオイル供給要素によれば、ピストン自体に組み込まれたジェットスプリッタと同様に、ピストンクラウンの下部に噴霧するためにこれまで必要であった第２のオイル噴射ノズルを省くことができる。この種のオイル供給要素は、この場合費用対効果の高い方法で製造でき、対応する冷却チャネルを有する事実上すべての種類のピストンと組み合わせることができる。
【００１０】
本発明による解決策の有利な発展形態では、オイル供給要素は入口漏斗を備える。この種の漏斗形状又はトランペット形状は、冷却オイル噴射の捕捉を改善し、同時に集中させ、従って、狭い断面でのオイル噴射の安定した流れをもたらす。好ましい実施形態では、正確に決められた部分量のオイルが排出されるように、チャネルの断面は、少なくともオイル排出要素の直前の部分では、冷却オイルでほぼ完全に満たされる。このようにして、オイル排出要素を介して排出される部分的なオイルの流れを、特に量と流速に関して、より正確に決定することが特に可能になる。この種の入口漏斗を使用することにより、オイル噴射ノズルの製造のばらつき及びアライメントのばらつきを埋め合わせることもできる。
【００１１】
本発明による解決策の有利な発展形態では、オイル供給要素は、チャネルの領域で約４ｍｍの直径ｄ１を有し、入口領域、言い換えれば入口漏斗の領域で約１０ｍｍの直径ｄ２を有する。このようにして、特に最適化された流れをチャネルに、又はオイル排出要素を介してピストンクラウン、ハブ、若しくはピストン内部に強制的に導くことができる。入口漏斗と冷却チャネルの方向に向かって小さくなるオイル供給要素の断面とによって、ピストンの確実な冷却に必要なオイル量を減少できることが、この場合特に有利である。その結果、この目的に必要なオイルポンプの出力、及び、少なくとも間接的にこれに関連する燃料消費量を少なくできる。
【００１２】
本発明による解決策の有利な発展形態では、オイル供給要素は、一体のシート状金属成形物として構成され、その結果として、このオイル供給要素は、製造の費用対効果が高いだけでなく、高水準の品質のものを製造できる。この種のシート状金属要素は、例えば、最初に平坦なシート状金属片から打ち抜かれて、次いで成形されてもよい。リング状に形成されたオイル供給要素の両端は、この場合、互いに接着、はんだ付け、若しくは溶接されてもよく、又は他の方法で結合されてもよい。純粋に理論的には、２つの端部が互いに結合されていないことも考えられる。この場合、オイル供給要素のチャネルの直径は、冷却チャネルのオイルの供給開口部よりも少なくともわずかに大きくし、オイル供給要素を圧縮して冷却チャネルのオイルの供給開口部に挿入し、次いで解放することにより締め付けられるようにしてもよい。これは、オイル供給要素を固定する、特に費用対効果の高い方法である。
【００１３】
本発明による解決策の更に有利な実施形態では、オイル排出要素は、内側に押し込まれたオープンポケットとして構成されている。この種の内側に押し込まれたオープンポケットは、比較的簡単に製造でき、しかも製造の観点からは非常に正確なものとなる。これは、例えば、シート状金属成形物として構成されるオイル供給要素を打ち抜いた後、それに続く成形の際に、同時に形成してもよい。
【００１４】
本発明は、更に、冷却チャネル及びピストンクラウンを有するピストンにこの種のオイル供給要素を設け、これを、オイル供給ノズルによってオイル供給要素に噴射されるオイルが、部分的に冷却チャネルに、及び部分的にピストンクラウンの下部、ハブ又はピストン内部に導かれるように、配置する、という基本的な考え方に基づく。この場合の主なオイルの流れは、チャネルを通過して冷却チャネルに達する一方、一部のオイルの流れは、オイル排出要素を介してチャネルから排出され、ピストンクラウンの下部、ハブ、及び／又はピストン内部へ送られることが好ましい。この種のピストンにより、その確実な冷却、及び、送られるオイルの量の削減を同時に実現できる。このようにして、この種のピストンを備えた内燃機関の燃料消費量を、特に削減できる。
【００１５】
オイル供給要素が固定される冷却チャネルカバーが有利に提供される。この場合のピストンの冷却チャネルは、例えば、下方に向かって、言い換えれば、シャフトに向かって開口し、対応する冷却チャネルカバーによって覆われた冷却チャネルとして構成されていてもよい。この種の冷却チャネルカバーは、例えば部分円形部として構成されている。例えば、オイル供給要素に配置された対応するウイングを使用して、前記オイル供給要素を、２つの隣接する冷却チャネルカバーの２つの縁にはめて留めてもよい。或いは、これに代えて、冷却チャネルが入口穴部又は供給開口部を有し、ピストンの材料によって閉じられることも当然考えられる。この場合、オイル供給要素は、入口穴部の中へ延び、前記穴部の領域又はシャフト壁の領域で、ピストンに連結され、特にそれに固定される。当然、この場合、冷却チャネルには排出穴部又は排出開口部も設けられる。入口穴部においてオイル供給部要素を固定することは、例えば、これをスプリングクランプ（spring-clamping）によって、又は、接着、はんだ付け、若しくは溶接することによっても達成できる。
【００１６】
本発明は、前述のようなピストンを、内燃機関に設けるという基本的な考え方に更に基づく。この内燃機関は、オイルをオイル供給要素に噴射するオイル噴射ノズルを備え、それ故、これに設けられたピストンを、冷却チャネルの領域、並びにピストンクラウンの下部、ハブ、及び／又はピストン内部の領域の両方で確実に冷却する。
【００１７】
本発明の更なる重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に関連する説明からわかる。
【００１８】
前述の特徴及び以下で説明される特徴は、各場合に指定された組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせ又は単独で使用できることは明らかである。
【００１９】
本発明の好ましい例示的な実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。同一の参照番号は、同一の又は類似の又は機能的に同一の構成要素と関連する。
【００２０】
以下の各図面は模式的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るオイル供給要素の断面図である。
【図２】本発明に係るオイル供給要素の、A−A線に沿った断面図である。
【図３】この種のオイル供給要素を備えた本発明に係るピストンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１及び図３に示すように、内燃機関５のピストン４の冷却チャネル３にオイル２を供給するための、本発明に係るオイル供給要素１は、冷却チャネル３にオイル２を供給するためのチャネル６を備える。このチャネル６には、排出要素８を有する側部開口部７が設けられており、部分的なオイル噴射９を、オイル排出要素８及び側部開口部７を介して、ピストンクラウン１１の下部１０、ハブ１６及び／又はピストン４のピストン内部２１に導くことができる。従って、本発明に係るオイル供給要素１を使用すると、２つの別個のオイル噴射ノズル１２又はピストン４に直接取り付けられたジェットスプリッタを設けることなく、オイル２を、ピストンクラウン１１を冷却する部分オイル噴射９と、冷却チャネル３に入るオイル噴射１３とに分割することが、初めて可能になる。
【００２３】
図３では、明確にするために、オイル供給要素１を拡大して示している。このオイル供給要素１は、好ましくは、オイル供給要素１に漏斗形状又はトランペット形状を提供する入口漏斗１４を備える。この場合、オイル供給要素１は、チャネル６の領域において、約４ｍｍの直径ｄ１を有し、入口領域１５において、言い換えれば入口漏斗１４の自由端において、約１０ｍｍの直径ｄ２を有する。このようにして、オイル２の大幅に改良された捕捉が可能になるため、製造のばらつきも比較的簡単に埋め合わせできる。このオイル供給要素１は、好ましくは、一体のシート状金属成形物として構成され、それにより、例えば、対応する形状に打ち抜き、続いて漏斗形状に圧延又は成形することにより、良好な費用対効果で製造できる。
【００２４】
この場合の部分的なオイル噴射９は、追加的に又は代替的に、ハブ１６又はピストン４の内部を全体的に冷却する働きをすることができる。例えば、ピストン４と一体となったジェットスプリッタと比較すると、本発明に係るオイル供給要素１は、実質的により正確な定量化及び排出可能な部分的なオイルの流れ９の決定が可能であるという大きな利点を更に提供する。その結果、その不正確さのためにこれまで必要だった過剰なオイル量を減らすことができ、それがオイルポンプのポンプ容量の減少につながり、従って内燃機関５の燃料消費量の削減にもつながる。
【００２５】
特に、図２を参照して、オイル排出要素８を詳しく見ると、これは、内側に押し込まれ、入口漏斗１４に向かって開口したオープンポケットとして構成されていることがわかる。この種のポケットは、最初に、チャネル６に対して、オイル供給要素１の側面に、その軸１７と垂直な切り込みを入れ、次にポケット、つまりオイル排出要素８を押し込むだけでよいので、比較的に簡単に製造できる。また、本発明に係るオイル供給要素１の場合に非常に有利な点は、実質的な変更を必要とすることなく、従来技術でこれまで知られているピストンと共に使用できることである。
【００２６】
図３に示されているピストン４は、内燃機関５の一部であり、外側リング部と燃焼凹部１８との間を通る冷却チャネル３を有する。これは、冷却チャネルカバー１９によって下方が覆われている。ここで、オイル供給要素１は、冷却チャネルカバー１９に、特にそのオイルの供給開口部の領域に配置されている。冷却チャネルカバー１９へのオイル供給要素１の固定は、例えば、接着、コーキング、クランプ、はんだ付け、又は溶接によって行ってもよい。当然、純粋に理論的な観点から、オイル供給要素１を、ピストン４自体、例えばそのシャフト壁２０に、不図示の対応するラグ（lug）を介して取り付けることも考えられる。
【００２７】
全体として、本発明に係るオイル供給要素１及びそれが設けられたピストン４を用いることにより、例えばハブ１６又はピストンクラウン１１の下部１０の冷却を大幅に改善できる。また、本発明によれば、オイル排出要素８によりオイル供給要素１から排出される部分的なオイルの流れ９を極めて正確に定量化できるので、特に資源が節約される。従って、これまで必要であった余剰量の供給は、もはや必要ない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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