(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン支持装置であって、
互いにしっかりと取り付けられた上部分及び下部分を少なくとも有するピストンと、
前記ピストンの上部分と下部分との間に取り付けられ、かつ、前記ピストンに回転可能に軸支されるピストンピン手段を備えた上端部を有する接続ロッドと、を含み、
前記接続ロッドの前記上端部が、前記ピストンの前記上部分の内面と回転可能に係合する第一支持面を備え、
前記ピストンピン手段が、前記接続ロッドの両側に配置される第二及び第三支持面であり、前記第一支持面に対し該ピストンピン手段の反対側に位置付けられる第二及び第三支持面を含み、
前記第一支持面、前記第二支持面、及び前記第三支持面が、実質的に半円筒形状を有し、
前記第一支持面の曲率半径が、前記第二及び第三支持面のものよりも実質的に大きい、
ことを特徴とするピストン支持装置。
【請求項２】
前記第一支持面の曲率半径は、少なくとも６０％だけ、前記第二及び第三支持面の曲率半径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のピストン支持装置。
【請求項３】
前記第一支持面、前記第二支持面、及び前記第三支持面は、前記接続ロッドの前記上端部の回転中心でもある同じ曲率中心を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン支持装置。
【請求項４】
前記ピストンピン手段は、前記接続ロッドの前記上端部に挿入される独立したピストンピンを含み、
前記第二及び第三支持面は、前記ピストンピン手段の軸方向において前記第一支持面と部分的に重複する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のピストン支持装置。
【請求項５】
前記ピストンピン手段は、前記接続ロッドの前記上端部との一体部品として構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のピストン支持装置。
【請求項６】
前記ピストンピン手段は、前記第二及び第三支持面の位置のところで、該ピストンピン手段の軸に対して前記第二及び第三支持面の反対側に、レリーフを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のピストン支持装置。
【請求項７】
前記ピストンの前記上部分及び前記下部分は、前記第一支持面、前記第二支持面、及び前記第三支持面の位置のところに個別の支持シェル要素を備え、
前記支持シェル要素は、前記上部分と前記下部分とを一緒にボルト留めすることによって、前記ピストンの前記上部分及び前記下部分のそれぞれにおける支持座部に押し付けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のピストン支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文にしたがった、互いにしっかりと固定される上部分と下部分とを少なくとも備えるピストンと、（ピストンの間に取り付けられ、）ピストンに回転可能に軸支されるピストンピン手段を備える上端部を有する接続ロッドとを含む内燃機関のピストン支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における典型的な従来技術による装置を示す添付の図１ａ及び図１ｂを参照すると、ピストン１’とクランクシャフト（図示せず。）との間の力の伝達は、接続ロッド２’を用いて行われ、この文脈では下端部と呼ぶその一端が回転可能にクランクシャフトに取り付けられ、上端部２’ａと呼ぶその他端がピストンピン３’を用いて回転可能にピストン１’に取り付けられる。その装置は、接続ロッドの上端部２’ａとピストンピン３’との間に支持面１０’を含み、また、ピストンピン３’とピストン１’との間に支持面１１’を含む。図１ｂにおいて矢印で示すように、ピストンピン３’にかかる曲げ荷重のほとんどは、シリンダ内のガスによる力に由来し、慣性力、及び、クランク機構からの横力にはほとんど由来しない。より高いシリンダ出力及びより高いシリンダ最大圧力に対する必要性が増大するにつれて、より大きな曲げ力に適合するより大きな支持面積に対する要求がある。より大きなシリンダ圧力は、支持面の上半分に最も影響を及ぼす。しかしながら、下半分にかかる支持荷重は、シリンダ圧力の増大とともに増大することはなく、ピストン重量及びエンジン速度が大きくなるにつれて増大する。
【０００３】
支持面積を増大させるための従来の解決策は、接続ロッドの上端部において球状支持面を利用することである。この解決策の欠点は、接続ロッドの上端部の重量の増大であり、そのため、接続ロッドは補強されなければならず、エンジンの平衡度が高められなければならない。また、球状支持面の製造は、従来の円筒状支持面より困難でもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題及び他の問題を解決する新規なピストン支持装置を提供することである。また、本発明の目的は、内燃機関、特に大きなディーゼルエンジンで利用されるより高いシリンダ圧力及び速度に対処するための信頼性の高い解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、実質的には、請求項１、及び、本発明の様々な実施例のさらなる詳細を提示する他の請求項に記載されるように実現され得る。
【０００６】
本発明の基本的な考えは、個々のケースにおける力の方向に応じて、力が伝達される経路を分離することである。これにより、様々な荷重要件のそれぞれにより良く適合し、荷重条件に合わせて構造全体が最適化されるように、様々な支持径及び支持面積が利用され得る。
【０００７】
本発明によると、接続ロッドの上端部は、ピストンの上部分の内面と回転可能に係合する第一支持面を備える。また、ピストンピン手段は、接続ロッドの両側に配置される第二及び第三支持面を含み、第二及び第三支持面は、第一支持面に対してピストンピン手段の反対側に位置付けられる。これにより、第一支持面は、対象となるシリンダにおける燃焼プロセスから生じる荷重を引き受けるために使用され、一方、第二及び第三支持面は、ピストンの移動方向において上向きに作用する力を引き受ける。下向きの力が直接的に接続ロッドに伝達されるため、ピストンピンにおける曲げ荷重は存在しない。
【０００８】
それら支持面は、実質的には、製造を容易にする半円筒形状を有する。また、第一支持面の曲率半径は、有利には、第二及び第三支持面の曲率半径よりも実質的に大きくなるように作られる。これにより、荷重の差は、個々に異なる支持面積によって検討され、比較的大きな支持面積を有するように第一支持面が設計されるようにする。
【０００９】
実際には、第一支持面の曲率半径は、有利には、少なくとも６０〜７０％、第二及び第三支持面の半径よりも大きい。
【００１０】
さらに、それら支持面は、好適には接続ロッドの上端部の回転中心でもある、同じ曲率中心を有する。
【００１１】
実際の実施例の一つでは、ピストンピン手段は、接続ロッドの上端部に挿入される独立したピストンピンを含む。そのとき、第二及び第三支持面は、有利には、ピストンピン手段の軸方向において第一支持面と部分的に重複し、その結果、それら支持面の面積も増大し得る。
【００１２】
別の実施例では、ピストンピン手段は、接続ロッドの上端部の一体部品として構成される。この場合、接続ロッドの上端部の機械加工はより複雑なものとなり得るが、一方で、接続ロッドの上端部に穴を開けることによって生じる曲げ荷重又は引張荷重が存在しない。
【００１３】
ピストンピン手段は、第二及び第三支持面の位置のところでピストンピン手段の軸に対して第二及び第三支持面の反対側にレリーフを備える。ピストンピン手段のこの部分は力の引き受けに関係がなく、それ故に支持面を備えないので、有利には、重量を低減させるために機械加工によって材料が取り除かれ得る。
【００１４】
ピストンの上部分及び下部分は、有利には、支持面の位置のところに個別の支持シェル要素を備え、それら支持シェル要素は、ピストンの上部分及び下部分を一緒にボルト留めすることによって、ピストンの上部分及び下部分における各支持座部に押し付けられる。
【００１５】
以下において、本発明は、単なる一例として添付の概略的な図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】典型的な従来技術のピストン支持装置を示す図である。
【図１ｂ】典型的な従来技術のピストン支持装置を示す図である。
【図２】本発明にしたがったピストン支持装置における接続ロッドの上端部とそれに作用する力とを概略的に示す図である。
【図３】本発明にしたがったピストン支持装置を示す断面図である。
【図４】接続ロッドの上端部のいくつかの詳細を示す図である。
【図５】接続ロッドの上端部のいくつかの詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２〜図５において、参照番号１は、テンションボルト８によって一緒に固定される上部分１ａ及び下部分１ｂを有する内燃機関のピストンを示す。接続ロッド２の上端部２ａは、回転可能にピストン１に取り付けられる。この目的のために、ピストンの上部分１ａの内面にある支持座部１ａ１に取り付けられる支持シェル要素４を用いてピストンの上部分１ａに回転可能にかみ合わされる第一支持面２ａ１を備える。さらに、接続ロッド２の上端部２ａは、ピストン１の下部分１ｂにある支持座部１ｂ１に配置される支持シェル要素５と協働するように配置される第二及び第三支持面３ａを有するピストンピン手段３を備える。
【００１８】
特に図２から明らかなように、支持面２ａ１及び３ａは円筒状に形成され、また、円筒面を有する支持シェル要素４及び５とも協働する。矢印６は、図示しない内燃機関のシリンダからの荷重を表す。この荷重は、接続ロッドの上端部２ａによって直接的に引き受けられ、そのために、図１に示す従来の装置によるピストン１’に配置された支持面積１０’と比較して、かなり大きな支持面積２ａ１を備える。結果として、矢印６によって示されるより大きな荷重であり、主にシリンダ圧力に由来する荷重が、通常よりも大きな支持面積で接続ロッドの上端部に直接的に作用するので、ピストンピンの如何なる曲げをも回避する。
【００１９】
一方、ピストンが上に動く場合には、図２の矢印７で表される、ピストンピン手段３の下面に作用するピストンの重量に応じた慣性力のみが存在する。したがって、これらの支持面３ａは、従来のピストンピン設計と同じように設計され得る。
【００２０】
図４から明らかなように、支持面２ａ１の曲率半径Ｒ１は、支持面３ａの曲率半径Ｒ２よりも実質的に大きい。半径Ｒ１が大きいほど、支持面２ａ１の面積は大きくなり、より大きな荷重を引き受けることができるようになる。一方、半径Ｒ１の増大とともに、接続ロッドの上端部２ａの重量も増大し、それにより、接続ロッドは、追加的な重量のために補強されなければならず、エンジンの再バランスが必要となる。明らかなように、それら支持面は、有利にも、同じ曲率中心を有する。なお、曲率中心は、接続ロッドの上端部２ａの回転中心でもある。
【００２１】
図５は、ピストンピン手段３を実施する二つのオプションの方法を示す。それは、接続ロッド２の上端部２ａに係止される独立したピストンピンであってもよい。この場合、破線で示されるようにより多くの材料が接続ロッドから機械加工により取り除かれ、追加的な支持面３ｂをもたらす。それにより、より大きな荷重が必要に応じてそれぞれで引き受けられるようになる。図５から明らかなように、結合した支持面３ａ及び３ｂは、ピストンピンの軸方向において支持面２ａ１と僅かに重複するが、これは、何らの悪影響をも及ぼすことはない。これらの支持面は、接続ロッド及びピストンのそれぞれ異なる移動方向において機能するためである。
【００２２】
或いは、ピストンピン手段３は、接続ロッド２の上端部２ａとの一体部品として実現されてもよい。この場合、上端部２ａの機械加工はより複雑であり、下部支持面３ａは比較的小さいままとなる。しかしながら、ピストンピンのための穴を作るために接続ロッドの上端部２ａに穴を開けることによって生じる曲げ荷重がこれによって回避され得る点で有利である。さらに、図４の破線９で示されるような従来の曲げ荷重が生じることもない。
【００２３】
ピストンピン手段３の何れが実施されたとしても、本発明による装置は、レリーフ３ａ２（図５参照。）を作ることを可能にする。上からの荷重の全てを引き受ける支持面２ａ１のおかげでその部分に何れの材料も必要としないためである。これにより、接続ロッドは、より軽く製造され得る。独立したピストンピンの場合、支持面３ａ及び５（図２及び図３参照。）が互いに位置合わせされたままとなるよう接続ロッドに対するピストンピンの回転を防止するために適切な係止手段が利用される。
【００２４】
本発明が上述の例に限定されることはなく、本発明のアイデアの範囲内にある多くの他の様々な実施例で実現され得ることは明らかである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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