(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられるピストン（１０）であって、ピストンヘッド（１１）とピストンスカート（１６）とが設けられており、該ピストンスカート（１６）が、ピストンボス（１７）を備えており、該ピストンボス（１７）が、それぞれピストンピンを収容するためのボス孔（１８）を備えており、ピストンボス（１７）は、下方に向かうにつれて内面（１９）が外側に向けて広がるように形成され、ピストンボス（１７）の内面（１９）が、ピストン中心軸線（Ｍ）に対して鋭角（α）を成し、各ボス孔（１８）が、成形孔として形成されており、該成形孔が、少なくともその内側の領域で拡幅されている形式のものにおいて、拡幅が、段状に経過しかつボス孔（１８）の内側の端部（１８’’）の方向に、ボス孔（１８）の周面（１８’）にファセット（１２０，２２０）を形成して増加させられており、該ファセット（１２０，２２０）が、ピストン中心軸線（Ｍ）に対して鋭角（α，β）を成していることを特徴とする、内燃機関に用いられるピストン。
【請求項２】
ファセット（１２）が、ピストンボス（１７）の内面（１９）に対して平行に延びている、請求項１記載のピストン。
【請求項３】
ファセット（２２０）が、扇形に延びている、請求項１記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられるピストンであって、ピストンヘッドとピストンスカートとが設けられており、該ピストンスカートが、一体化されたピストンボスを備えており、該ピストンボスが、それぞれピストンピンを収容するためのボス孔を備えており、ピストンボスが、台形支持部の形状を有しているかまたは段状の支持部の形状を有しており、ピストンボスの内面が、ピストン中心軸線に対して鋭角を成している形式のものに関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４３１９９０号明細書に基づき、高負荷される内燃機関に用いられる軽金属ピストンが公知である。この公知の軽金属ピストンでは、特に点火圧による高いピストン負荷時のピストンピンの撓みに基づくボス亀裂を回避するために、ピストンピンボスが、いわゆる「成形孔」として形成されている。この目的のためには、ボス孔がその端部の領域で拡幅されて形成されており、これによって、ピストンピンとボス孔との間の摩擦および圧力負荷が十分に排除されている。
【０００３】
（平滑な内面だけでなく段状の内面も備えた）台形結合部を備えたピストンの場合には、このような拡幅が問題となる。なぜならば、この拡幅がボス孔の下側の領域で過度に僅かに形成されていて、かつ／またはボス孔の上側の領域に過度に大きな段部ひいては過度に粗い段部を有しているからである。これは、ピストンの極めて高い負荷および著しい撓みの場合にピストンピンとボス孔との間の極めて高い点状の負荷に繋がり、これによって、拡幅にもかかわらず、ボス亀裂が生ぜしめられ得る。
【０００４】
本発明の課題は、（平滑な内面だけでなく段状の内面も備えた）台形結合部を備えたピストンを改良して、ピストンの高負荷時でも、ピストンピンの損傷だけでなく、ボス孔の損傷も生ぜしめられ得ないようにすることである。
【０００５】
この課題を解決するための本発明の構成では、各ボス孔が、成形孔として形成されており、該成形孔が、少なくともその内側の領域で拡幅されており、拡幅が、ボス孔の内側の端部の方向に、ボス孔の周面にファセットを形成して増加させられており、該ファセットが、ピストン中心軸線に対して鋭角を成しているようにした。
【０００６】
本発明の有利な構成によれば、ファセットが、ピストンボスの内面に対して平行に延びている。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、ファセットが、扇形に延びている。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、拡幅が、段状に経過している。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、拡幅が、なだらかに経過している。
【００１０】
したがって、本発明による思想は、ボス孔の拡幅に繋がるファセットが、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第４４３１９９０号明細書のようにピストン中心軸線に対して平行に延びていないことにある。むしろ、ファセットはピストン中心軸線に対して鋭角を成して、すなわち、ある程度「斜めに」または「傾けられて」延びている。
【００１１】
ピストンのボス孔のこのような形式の本発明による構成は、運転の間の負荷時に撓められるピストンピンが、ボス孔の下側の領域（天底）だけでなく、ボス孔の上側の領域（天頂）でも（ファセットの幅に相応の）面範囲ごとにボス孔の周面で転動させられるという利点を有している。個々のファセットはボス孔の周面に押圧点を形成している。この押圧点では、運転の間に撓むピストンピンがボス孔の周面に支持されている。この場合、個々の押圧点が均一に分配されて連続しているのに対して、公知先行技術では、押圧点はボス孔の天底に密集して相並んで位置しており、不利な事例では、ボス孔の内側の縁部にさえ位置している一方、天頂では、過度に大きな段部が成形孔に生ぜしめられている。本発明による構成によって、ボス孔の上側の領域だけでなく下側の領域にも最適な構造を付与することが可能となる。このことは、ボス孔およびボス結合部への、生ぜしめられた負荷力の均一な分配を結果的に招く。このことは、たとえばボス亀裂を十分に回避する。したがって、慣性力下での耐荷量が感じ取れるほどに改善されている。
【００１２】
有利な構成は従属請求項から明らかである。
【００１３】
本発明による思想は、ピストンボスの内面に対して平行に延びるファセットだけでなく、扇形に延びるファセットによっても満たされる。この場合、構成は個々の事例の要求に依存している。したがって、ボス孔の拡幅をその下側の領域、すなわち、天底だけでなく、その上側の領域、すなわち、天頂でも、その都度の要求に相応して個別に形成することができる。
【００１４】
別の有利な構成は、拡幅が段状にも、なだらかにも形成されていてよいことにある。なだらかな経過の場合には、個々のファセットの幅が無限小に小さく設定されている。この場合、ピストンピンの撓み時には、このピストンピンの表面が連続的にボス孔の周面で転動させられるようになっている。したがって、この構成でも、ボス孔の拡幅の個別の構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】公知先行技術によるピストンを正面から見た部分的な断面図であり、この場合、左半分に公知先行技術の第１の変化形態Ａが示してあり、右半分に公知先行技術の第２の変化形態Ｂが示してある。
【図２】本発明によるピストンの１つの実施例の一部を正面から見た部分的な断面図である。
【図３】本発明によるピストンの別の実施例の一部の部分的な断面図である。
【図４】図３によるファセットの配置および構成の拡大図である。
【００１６】
本発明の実施例を以下に添付の図面につき説明する。この図面は、寸法に忠実でない概略図で示してある。
【００１７】
図１には、公知先行技術によるピストン１０が示してある。図１の実施例で一体のピストン１０はピストンヘッド１１を有している。このピストンヘッド１１は、ピストン頂面１２と、全周にわたって延びるトップランド１３と、ピストンリングのためのリング溝１５を備えた全周にわたって延びるリング部分１４とを備えている。ピストンヘッド１１の下方には、ピストンスカート１６と、ピストンピン（図示せず）を収容するためのボス孔１８を備えたピストンボス１７とが設けられている。このピストンボス１７の内面１９はピストン中心軸線Ｍと共に鋭角αを成していて、したがって、コネクティングロッド（図示せず）に対する台形支持部を形成している。ボス孔１８は成形孔として形成されている。この成形孔は、図１の本実施例では、ボス孔１８の内側の端部１８’’の方向に、すなわち、ピストン中心軸線Ｍに向かって拡幅されていて、しかも、ボス孔１８の周面１８’にファセット２０を形成して拡幅されている。このファセット２０はピストン中心軸線Ｍに対して平行に延びている。ピストン１０は、任意の金属材料、たとえば鋼または軽金属合金から成っている。図１の左半分から、ピストンボス１７の上側の部分がファセット２０を備えていて、ピストンボス１７の下側の部分がファセットを有していない変化形態Ａが明らかである。図１の右半分から、ピストンボス１７の下側の部分がファセット２０を備えていて、ピストンボス１７の上側の部分が、周面１８’に設けられた拡大された段部を有している変化形態Ｂが明らかである。
【００１８】
図２には、本発明によるピストン１００の第１の実施例が示してある。この場合、図１による冒頭で述べた形式のピストン１０と同じ構成部材には、同じ符号が付してある。ピストン１００は、原理的に、ピストン１０と同様に形成されていて、したがって、部分的にしか図示していない。冒頭で述べた形式のピストン１０と本発明によるピストン１００との間の顕著な違いは、成形孔として形成されたボス孔１８を拡幅するために、このボス孔１８の周面１８’に沿ってファセット１２０が形成されていることにある。このファセット１２０はピストンボス１７の内面１９に対して平行にひいては互いに平行に延びていて、ピストン中心軸線Ｍに対して鋭角αを成している。
【００１９】
図３には、本発明によるピストン２００の第２の実施例が示してある。このピストン２００は、原理的に、すでに記載した図２によるピストン１００と同様に形成されている。成形孔として形成されたボス孔１８を拡幅するためには、このボス孔１８の周面１８’に沿ってファセット２２０が形成されている。このファセット１２０は扇形に延びている。これは、ファセット２２０相互の間隔がボス孔１８の天底でボス孔１８の天頂よりも小さく寸法設定されていることを意味している。したがって、各ファセット２２０もピストン中心軸線Ｍに対して鋭角を成している。角度量は各ファセット２２０に対して異なっている。したがって、図３には、ただ１つの角度βしか例示していない。
【００２０】
図４には、図３によるボス孔１８の部分拡大図が示してある。図４に明確に認めることができるように、個々のファセット２２０はボス孔１８の周面１８’に押圧点２２１を形成している。この押圧点２２１には、運転の間に撓むピストンピンがボス孔１８の周面１８’で支持されている。個々の押圧点２２１はほぼ均一な間隔を置いて、すなわち、均一に分配されて連続している。これは、運転の間の負荷時に撓むピストンピンがボス孔１８の天底だけでなく天頂でも（ファセットの幅に相応の）面領域ごとにボス孔１８の周面１８’で転動させられることを意味している。この考えは、当然ながら、ピストンボス１７の内面１９に対して平行に配置された、図２に示したようなファセット１２０にも当てはまる。
【００２１】
図２〜図４による本発明による実施形態と図１による構成との比較時に明確に認めることができるように、ピストン中心軸線Ｍに対して平行に方向付けられたファセットの場合には、ボス孔の天頂に大きな段部が形成されるのに対して、天底には縁部が形成されている。この縁部には、ピストンピンが点状に支持されている。全体的には、ファセットが天頂で極端にボス孔１８の内部に配置されていて、天底でボス孔１８の内側の端部１８’’の過度に近くに配置されている。これは、ボス孔１８が、運転中に撓められるピストンピンによって極端に不均一に負荷されることを意味している。これに対して、ピストン中心軸線Ｍに対して鋭角を成したファセット１２０，２２０の本発明による構成および配置によって、ボス孔１８にわたるファセットの均一な分配が可能となる。この場合、この分配は、ピストン形成時の個別の要求に極めて良好に適合させることができる。これによって、運転中に生ぜしめられる力がボス孔１８ひいてはピストンボス１７全体にわたって極めて均一に分配され、これによって、ボス孔とピストンピンとに対する被害が十分に回避される。
【００２２】
実施例に示したボス孔１８の拡幅は常に段状に図示してある。当然ながら、この拡幅はなだらかに形成されていてもよい。この場合、個々のファセットの幅は無限小に小さくなる。この場合、ピストンピンの撓み時には、このピストンピンの表面がボス孔１８の周面１８’’で連続的に転動させられる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ピストン
１１  ピストンヘッド
１２  ピストン頂面
１３  トップランド
１４  リング部分
１５  リング溝
１６  ピストンスカート
１７  ピストンボス
１８  ボス孔
１８’  周面
１８’’  端部
１９  内面
２０  ファセット
１００  ピストン
１２０  ファセット
２００  ピストン
２２０  ファセット
２２１  押圧点
Ｍ  ピストン中心軸線
α  角度
β  角度
【図１】
0005404410.tif 000002
【図２】
0005404410.tif 000003
【図３】
0005404410.tif 000004
【図４】
0005404410.tif 000005