(57)【要約】閉鎖オイルギャラリピストン（１０）は、ピストン本体（１２）を有し、このピストン本体は、一部がピストン本体（１２）の底壁（３６）及び外壁により構成された冷却用油のための閉鎖オイルギャラリ（４２）を有している。冷却用油の流れをオイルギャラリ（４２）内に導入する少なくとも１つの油穴（８０）が底壁（３６）に形成されている。底壁（３６）は、油穴（８０）に隣接した領域が、油穴（８０）の付近の底壁（３６）を補強するよう油穴ボス（８２）で局所的に厚くされている。油穴ボス（８２）は好ましくは、外壁と結合して油穴（８０）の近くの外壁と底壁（３６）の接合部のところでピストン本体（１２）のところに追加の構造的一体性をもたらしている。
2005503510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン用閉鎖オイルギャラリピストンであって、
頂壁、リング溝を備えた外壁、前記外壁から半径方向内方に間隔をおいて設けられた内壁及び前記外壁と前記内壁を相互に連結している底壁を備えたピストン本体を有し、
前記壁は、前記ピストン本体内部に設けられた冷却用油のための密閉環状オイルギャラリを構成し、
前記閉鎖オイルギャラリピストンは、互いに整列したピストンボアを備えるピンボス部分と、前記底壁に設けられた少なくとも１つの油穴と、前記少なくとも１つの油穴に隣接した前記底壁の局所厚肉部分により構成された油穴ボスとを更に有して、
いることを特徴とする閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項２】
前記油穴ボスは、前記油穴ボスに隣接した前記底壁の上方床面の上方に延びている、
ことを特徴とする請求項１記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項３】
前記油穴ボスは、前記外壁内へ延びている、
ことを特徴とする請求項２記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項４】
前記油穴ボスは、平面図で見て非円形である、
ことを特徴とする請求項３記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項５】
前記油穴ボスは、前記外壁に連結された全体として３角形の突出部を有している、
ことを特徴とする請求項３記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項６】
前記ピンボスと一体品として形成されたピストンスカートを更に有している、
ことを特徴とする請求項１記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項７】
前記ピストン本体は、少なくとも１つの継手により互いに接合された少なくとも２つの部品で形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項８】
前記継手は、摩擦溶接継手である、
ことを特徴とする請求項７記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項９】
前記部品のうち少なくとも一方は、インベストメント鋳造されている、
ことを特徴とする請求項７記載の閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項１０】
ディーゼルエンジン用閉鎖オイルギャラリピストンであって、
冷却用油のための環状閉鎖オイルギャラリを備えると共に外壁、内壁及び前記外壁と前記内壁との間に延び且つこれらを相互に連結した底壁を備えるピストン本体と、整列状態にあるピンボアを備えたピンボス部分と、前記底壁に設けられた少なくとも１つの油穴と、前記少なくとも１つの油穴に隣接した前記底壁の局所厚肉部分によって構成されていて、前記外壁に接合された油穴ボスとを有している、
ことを特徴とする閉鎖オイルギャラリピストン。
【請求項１１】
ディーゼルエンジン用閉鎖オイルギャラリピストンの製造方法であって、
一部がリング溝を備えた外壁により構成される冷却用油のための密閉オイルギャラリと、外壁から半径方向内方に間隔をおいて設けられた状態で外壁に連結された内壁と、互いに整列状態にあるピンボアを備えたピンボスとを有するピストン本体を製作する工程と、底壁に少なくとも１つの油穴を形成する工程と、底壁の少なくとも１つの局所厚肉部分を形成して少なくとも１つの油穴に隣接して位置する少なくとも１つの関連の油穴ボスをもたらす工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの油穴ボスを延長させて少なくとも１つの油穴の付近で外壁に接合させる工程を更に有している、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
インベストメント鋳造法により底壁及び少なくとも１つの油穴ボスを形成する工程を更に有して、
いることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、ディーゼルエンジン用途のピストンに関し、詳細には閉鎖オイルギャラリを備えたピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、ピストン本体が冷却用油のための閉鎖オイルギャラリを備えたピストンを使用することが知られている。油は、オイルギャラリを通って循環し、燃焼熱からの損傷を受けやすいピストンの部品を冷却する。このような冷却用オイルギャラリは、全体として環状又はリングの形をしており、ピストン本体の頂壁に隣接してリングベルトの直ぐ内側に設けられている。オイルギャラリは、内壁によって境界付けられ、底壁により底部が閉鎖されている。典型的には、油がオイルギャラリに出入りすることができるようにするための複数の接近開口部が底壁に設けられている。かかる油穴は典型的には、底壁に穴あけされる。かかる穴はオイルギャラリへの油の出入りを可能にするために必要であるが、このような穴は、オイルギャラリの底部構造の急激な不連続部となる。閉鎖オイルギャラリ構造によると、シリンダ圧力によりピストンの頂壁に加わる力は、内壁を介してピストンのピンボスに伝えられるだけでなく、外側リングベルト及び底壁を介してピンボスにも伝えられる。構造的且つ荷重支持部材である底壁に油穴を設けることにより、荷重がピストンの外側リングベルト及び底壁領域を介して伝えられているときに応力集中点が形成される。現状では、ピストンクラウンの底壁及びリングベルト部分を応力を受け止めるのに十分な厚さにする必要があり、もしそうしなければ、このような応力により破損が起こる場合がある。このような材料は、必要ではあるが、ピストンに費用及び重量を追加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上述の従来型ピストンの欠点を解決し又は大幅に軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に従って構成されたディーゼルエンジン用閉鎖オイルギャラリピストンは、頂壁、リング溝を備えた外壁、外壁から半径方向内方に間隔をおいて設けられた内壁及び外壁と内壁を相互に連結している底壁を備えたピストン本体を有し、上記壁は、ピストン本体内部に設けられた冷却用油のための密閉環状オイルギャラリを構成している。互いに整列したピストンボアを備える１対のピンボス部分が設けられている。少なくとも１つの油穴が底壁に形成されている。底壁の局所厚肉部分により構成された油穴ボスが油穴に隣接している。
【０００５】
本発明の利点は、構造的一体性を油穴の付近にもたらす補強油穴構造を閉鎖オイルギャラリピストンに設け、それにより底壁に穴を設けたことにより生じる局所応力集中を相殺するようにしたことにある。
【０００６】
本発明の別の利点は、オイルギャラリの底壁の局所厚肉領域により補強用油穴ボスを形成したので油穴を設けたことにより引き起こされる局所応力を補償する必要がもはや無く、従って底壁の残部の厚さを減少させることができるということにある。油穴に隣接して局所厚肉部分を設けたに過ぎず、これに対応して底壁の残部の厚さの減少が得られるので全体の材料の量が減少し、かくしてピストンの重量及び費用が減少する。
【０００７】
本発明の別の利点は、ピストンの製造業者が油穴ボスの寸法形状をうまく設定して底壁及び穴に隣接した周囲構造の全体的な厚さを最小限に抑えながら、穴の応力集中効果を相殺するのに必要な構造的支持体を提供できるということにある。
【０００８】
本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すると容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の現時点において好ましい実施形態に従って構成された閉鎖オイルギャラリピストン組立体が、図１において全体を符号１０で示されており、この閉鎖オイルギャラリピストン組立体は、上面１６を備えた環状頂壁１４を有するピストン本体１２を備えている。燃焼窪み即ちボウル１８が、上面１６から頂壁１４内へ延びている。頂壁１４は、上面１６と反対側の下面即ち裏面２２を有している。
【００１０】
ピストン本体１２は、環状であり、頂壁１４から下方に延びる外壁即ちリングベルト２４を有している。外壁２４は、複数のリング溝２８を備えた環状の外周面２６を有している。外壁２４は、外面２６から半径方向内方に間隔を置いて位置した環状内面３０を有している。
【００１１】
ピストン本体１２は、燃焼ボウル１８から下方に突き出た内壁３２を有し、この内壁は、外壁２４の内面３０から半径方向内方に間隔を置いて設けられた半径方向外方に向いている表面３４を有する。
【００１２】
ピストン本体１２は、頂壁１４から間隔を置いて位置し、外壁２４と内壁３２との間に延び且つ外壁２４と内壁３２をこれらの下端部に隣接したところで相互に連結する環状底壁３６を有している。底壁３６は、上方床面３８及び下面４０を有している。
【００１３】
壁１４，２４，３２，３６は一緒になって、ピストン本体１２内にこれらの壁によって閉鎖された内部の環状をなしたリング状のキャビティ即ちオイルギャラリ４２を構成している。図２〜図４に示すように、オイルギャラリ４２は、ピストン本体１２の周りにぐるりと延びていて、頂部、底部、外周部、内周部がそれぞれ頂壁１４、底壁３６、外壁２４、内壁３２により境界付けられている。「閉鎖」という用語は、オイルギャラリ４２が底部のところで、外壁２４と内壁３２との間に延びるだけでなく、外壁２４及び内壁３２の下端部を相互に接合するピストン本体１２の構造部材、即ち底壁３６により閉鎖されていることを意味している。以下に更に説明するように、冷却用油が循環してオイルギャラリ４２に出入りすることができるようにする種々の開口部及び通路が設けられており、「閉鎖」という用語は、オイルギャラリ４２を通って冷却用油の流れを受け入れるためにかかる開口部及び通路を設けることを意図している。また、当業者であれば、壁を説明する際に用いられる「頂」、「底」、「内」及び「外」という用語は、オイルギャラリ４２を包囲する周囲壁構造の部分を表すことを意図しているのでそのように解されるべきであり、図示の例示の実施形態に基づいて厳密に解されるべきではない。というのは、オイルギャラリ４２の特定の寸法形状は、特定の用途に必要な特定の冷却要件に応じてピストン毎に変わる可能性が多分にあるからである。
【００１４】
ピストン本体１２は、１対のピンボス部分４４を更に備えており、これらピンボス部分４４は、内壁３２及び底壁３６と一体品として鋼から形成され、好ましくはインベストメント鋳造される。ピンボス４４は、互いに遠ざかる方向に向いた外側フェース４６及び互いに近づく方向に向いた内側フェース４８を有している。内側フェース４８は各々全体として平らであり、好ましくはピンボス４４の底部に向かって末広がりであり、内側フェース４８相互間には、連接棒５２（図４）を受け入れる空間５０が形成されている。ドーム即ちキャビティ５４が、燃焼ボウル１８を冷却するために図示のように空間５０の上方に延びるのがよい。キャビティ５４を形成する表面は、ピンボス４４の内側フェース４８から延びているが、その平面からは外れており、図示の実施形態では、一部が内壁３２の内面５６によって提供されている。ピンボス４４は、軸方向に整列したピンボア５８を備え、これらピンボアは、実質的に円筒形であり、ピンボア軸線Ａ（図３）を中心に整列したピンボア表面６０を有している。外側フェース４６及び内側フェース４８は、ピンボア５８を包囲している。ピンボア５８は、ピストン本体１２と連接棒５２を相互に連結するリストピン（図示せず）を受け入れている。ピンボア表面６０は、好ましくはブッシュの助けを借りないでリストピンの支持体となり、したがってピンボア５８には好ましくはブッシュが設けられていない。ピンボア５８は各々、リストピン（図示せず）を通常の仕方でピンボア５８内に固定するスナップリングを受け入れる環状スナップリング溝６２を有している。
【００１５】
ピストン本体１２は、ピストンスカート６４を更に有している。ピストンスカート６４は、好ましくはピストンボス４４と単一品として鋳造され、関節連結スカートではなく一体形ピストン構造を提供している。しかしながら、スカートをピストン本体１２とは別個の構造部品として形成し、ピストン本体１２の閉鎖オイルギャラリ構造を保持した状態でリストピン（図示せず）を介してピンボス４４に関節連結の仕方で接合してもよいが、一体形構造が好ましい。ピストンスカート６４は、ピストンボス４４相互間に延びていて、外壁２４の外面２６と実質的に一線をなし、その延長部となる外面６６を有している。外面６６は、スカート６４がピンボス４４を互いに接合する凹んだ側フェース６８を形成するようピンボア５８により中断されている。ピストンスカート６４の内面７０は、ピンボア５８に隣接して位置していて、スカート６４によって包囲された空間７２を形成している。
【００１６】
ピストン本体１２の閉鎖オイルギャラリ構造は好ましくは、少なくとも２つの別々の部品を１又は複数の継手７４により接合し、いったん接合されると、一体のワンピース本体構造を効果的に生じさせることによりピストン本体１２を形成することによって達成される。かかる別々の部品を互いに接合する多くの方法があるが（これらは、全て本発明の範囲に含まれる）、好ましい手法は、別々に形成された部品を図３及び図４に示すように摩擦溶接継手７４により接合することである。かかる場合、継手７４の上方に位置する頂部部品７６は、継手７４の反対側で底部部品７８とは別個に形成され、次に、別々に形成された部品７６，７８を継手７４により互いに摩擦溶接して図示のような一体構造をする。本発明の範囲に含まれる他の接合方法の幾つかの例としては、他の溶接、結合、ろう付け、ねじ締結手段や別々の部品を互いに結合してピストン本体１２の閉鎖オイルギャラリ構造を生じさせる他の機械的及び冶金学的手段が挙げられる。
【００１７】
本発明の更に好ましい特徴によれば、少なくとも底部部品７８が鋼からインベストメント鋳造され、これと同様に頂部部品７６を鋼からインベストメント鋳造し、又は他の方法、例えば鍛造又は他の鋳造法により形成するのがよい。
【００１８】
次に特に図２及び図５〜図７を参照すると、ピストン本体１２の底壁３６は、少なくとも１つ、好ましくは２つの油アクセス穴８０を備え、この油アクセス穴８０は、空間７２内で底壁３６の底面４０からオイルギャラリ４２内に延びている。油穴８０は好ましくは、冷却用油をオイルギャラリ４２内へ導入する入口ポートである。ピストン１０をディーゼルエンジン内に設置すると、油穴８０は、これと関連した油噴射ノズル（図示せず）と連通し、これら油噴射ノズルは、冷却用油の流れを空間７２内に下から上へ差し向け、そして穴８０を介してオイルギャラリ４２内へ差し向ける。いったんオイルギャラリ４２内に導入されると、冷却用油は、ピストン本体１２の上方部分を冷却するのに役立ち、油がオイルギャラリ４２内を動き回ると、ピストン１０の往復動中、「カクテルシェーカー」のような動作で熱を壁から取り出す。
【００１９】
ピストン本体１２の閉鎖オイルギャラリ構造によって、頂壁１４に加えられ、ピストン１０をシリンダ内で下方に押しやる燃焼力は、内壁３２を介してだけでなく外壁２４及び相互連結底壁３６を介してピンボス４４に伝えられる。したがって、外壁２４及び底壁３６は、燃焼の力に耐え、故障無くかかる荷重をピンボス４４に伝えなければならないピストンの構造的荷重支持部分となる。油穴８０及び底壁３６は、底壁構造の急激な不連続部となり、応力集中および潜在的な故障の部位となる可能性がある。本発明は、油穴８０の付近のピストン本体構造を補強し、油穴８０を底壁３６に設けることにより生じる応力集中効果を相殺することによりこの問題を解決している。本発明によれば、ピストン本体１２は、油穴８０を境界付ける油穴ボス８２を備えており、これらは図２、図６及び図７に最もよく示されている。油穴ボス８２は、油穴８０を包囲する領域の底壁３６に追加の構造的一体性を与えるために油穴８０の直ぐ隣りに位置する底壁３６の局所厚肉部分により構成されている。図６及び図７に最も明確に示されているように、油穴ボス８２は、上方床面３８の上方に延び、したがって油穴ボス８２の直ぐ隣りの底壁３６の厚さは、油穴ボス８２を構成する底壁３６の部分の厚さよりも薄くなっている。油穴ボス８２は好ましくは、外壁２４中へ延びてこれと一体品として形成されていて、油穴８０の付近の外壁２４と底壁３６の移行領域に追加の構造的一体性を提供している。応力集中を減少させるために、油穴ボス８２のコーナ部は全て図６及び図７に示すように丸くなっていることが好ましい。
【００２０】
図２及び図６に最もよく示されているように、油穴ボスは、平面図で上から見ると、非円形の形をしており、好ましくは全体として３角形の領域即ち部分８４を有し、ここで油穴ボス８２が外壁２４と接合する。油穴ボス８２の特定の寸法形状は、油穴８０が設けられていることにより生じる応力集中を相殺するのに必要な構造で大きく左右されることは理解されよう。底部部品７８をインベストメント鋳造した場合の１つの利点は、油穴ボス８２を穴８０の応力集中に対し所望の反作用構造を提供するのに必要なネット（正味）又はニヤネットの形状に合わせてそのとおりに形成できるということにある。
【００２１】
本発明の別の特徴によれば、少なくとも１つ、好ましくは１対の通路８６がオイルギャラリ４２からピンボス４４の内側フェース４８まで直接延びていて、ピンボス４４と連接棒５２との間で内側フェース４８に直接的な循環作用をもたらすようになっている。通路８６は、図４及び図５に最もよく示されている。図示の実施形態では、かかる通路８６が４つあり、２つがピンボア軸線Ａの反対側でピンボス４４の各内側フェース４８をそれぞれ受け持っている。通路８６は、ドーム５４を形成する壁から間隔を置いて位置し、内側フェース４８に直接開口してピンボス４４と連接棒５２との間の隙間内に直接潤滑作用をもたらすようになっている。
【００２２】
本発明の更に別の特徴によれば、図１及び図３に最もよく示されているように、ピンボア５８は、軸方向凹部即ちポケット８８を備え、かかる凹部即ちポケット８８は、ピンボア５８の軸線Ａの方向に軸方向に延びていて、円筒形ピンボア表面６０に不連続部を形成している。凹部８８は好ましくは凹状であり、少なくとも一部がピンボアの中心線である軸線Ａの上方に位置している。凹部８８は、ピンボア５８の幅全体にわたって軸方向に延び、ピンボス４４の外側フェース４６と内側フェース４８との間でピンボア表面６０の幅と同一の広がりを持っている。凹部８８は、互いに軸方向に整列しており、ピンボア表面６０の場合と同様、ピンボス４４の内側フェース４８相互間の空間５０によって中断されている。凹部８８は、ピンボア軸線Ａの方向で見て、断面がドームの形をしており、又は凹状である。油通路９０が、オイルギャラリ４２から延びていて、直接凹部８８の各々に開口しており、それによりピストン１０の作動中、ピンボア５８の幅全体にわたり油を凹部８８に供給するようになっている。油通路９０は好ましくは、ピストンの一運動サイクル全体を通じ、一定量の油をピンボア５８に供給するようオイルギャラリ４２の最も下に位置する部分から始まっている。関連の凹部８８への各油通路９０の入り込みは、油の一様な分布を促進するようピンボス４４の外側フェース４６と内側フェース４８との間のほぼ中間に位置している。凹部８８は、油のリザーバ即ち保持ポケットとして役立ち、これら凹部は、常時一様な潤滑をもたらすようピストン１０の１ストローク全体を通じ、油をピストンボア表面６０に供給し続ける。
【００２３】
上記教示に照らして本発明の多くの改造例及び変形例を想到できることは明らかである。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属する限り、本発明を具体的に記載した形態以外の形態で実施できることは理解されるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の現時点において好ましい実施形態に従って構成されたピストンの側面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った平面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った部分断面平面図であり、ピストン組立体全体を示している。
【図４】図２の４−４線に沿った断面側面図であり、ピストン組立体全体を示している。
【図５】図１のピストンの下から見た部分斜視図である。
【図６】図２の場合のようにピストンの頂部を省いた状態の上から見た部分斜視図である。
【図７】図６の７−７線に沿った部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
2005503510.tif 000003
2005503510.tif 000004
2005503510.tif 000005
2005503510.tif 000006
2005503510.tif 000007
2005503510.tif 000008
2005503510.tif 000009
2005503510.tif 000010
2005503510.tif 000011
2005503510.tif 000012
2005503510.tif 000013
2005503510.tif 000014
2005503510.tif 000015
2005503510.tif 000016
2005503510.tif 000017
2005503510.tif 000018
2005503510.tif 000019
2005503510.tif 000020
2005503510.tif 000021
【国際調査報告】
2005503510.tif 000022