(57)【要約】【課題】ピストンスカートおよび／またはライナにスカッフィングを発生させる虞れがある従来技術の欠点を解消できるディーゼルエンジン用モノブロックピストンを提供すること。【解決手段】本発明によるディーゼルエンジン用鋼製モノブロックピストンのピストンスカートは比較的短く、その下縁部は、ピストンのピンボア軸線より下方でかつピンボアの最下接点の位置またはこれより上方に位置している。好ましくは、ピストンボディに閉じられたオイル冷却ギャラリを設け、スカートの上端部を、複数のリング溝が形成されたピストンの外側壁に接合する。
2005501197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン用ピストンであって、
鋼で製造されたピストンボディであって、外側壁および閉じられたオイルギャラリを備えているピストンボディと、
ピンボアが形成されている１対のピンボスであって、共通ピンボア軸線および最下接点を備えているピンボスと、
ピンボスと一体部材として形成されたスカートであって、上端部が前記外側壁に連結されているスカートと、を備え、
前記ピストンスカートは、前記ピンボア軸線より下方でかつ前記ピンボアの前記最下接点の位置またはこれより上方に配置された下縁部を備えている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン用ピストン。
【請求項２】
前記ピストンボディは下記のような寸法比、すなわち、
（Ｈ／Ｄ）＝０．５〜０．７５
（Ａ／Ｄ）＝０．３〜０．６
（Ａ／Ｈ）＝０．７〜１．２
を有し、ここで、
Ｈは、ピストンの頂部とピンボアの軸線との間のピストンボディの短縮高さ、
Ｄは、ピストン直径、
Ａは、最下方のリング溝とピストンスカートの下縁部との間の軸線方向長さである、
ことを特徴とする請求項１記載のピストン。
【請求項３】
前記ピストンボディは、少なくとも１つの接合部を介して連結される少なくとも２つの
別体部品で製造されている、
ことを特徴とする請求項１記載のピストン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの接合部は摩擦溶接接合部である、
ことを特徴とする請求項３記載のピストン。
【請求項５】
ディーゼルエンジン用ピストンであって
鋼で製造されたピストンボディと、
整合したピンボアを備えた１対のピンボスであって、前記ピンボアがピンボア軸線の回りに配置されかつピンボアの最下接点を備えたピンボスと、
ピンボアとの一体部材として形成されたスカートであって、前記ピンボア軸線より下方でかつ前記ピンボアの前記最下接点の位置またはこれより上方に配置された下縁部を有するスカートと、を備えている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン用ピストン。
【請求項６】
ディーゼルエンジンであって、
少なくとも１つのシリンダボアを備えたエンジンブロックと、
前記シリンダボア内に配置されたモノブロックピストンとを有し、該モノブロックピストンは鋼で製造されたピストンボディと、整合したピンボアを備えた１対のピンボスとを有し、ピンボアはピンボア軸線の回りに配置されかつピンボアの最下接点を備え、
前記ピンボスとの一体部材として形成されたピストンスカートを有し、該ピストンスカートは、前記ピンボア軸線より下方でかつ前記ピンボアの前記接点の位置またはこれより上方に配置された下縁部を備えている、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記ピストンボディは下記のような寸法比、すなわち、
（Ｈ／Ｄ）＝０．５〜０．７５
（Ａ／Ｄ）＝０．３〜０．６
（Ａ／Ｈ）＝０．７〜１．２
を有し、ここで、
Ｈは、ピストンの頂部とピンボアの軸線との間のピストンボディの短縮高さ、
Ｄは、ピストン直径、
Ａは、最下方のリング溝とピストンスカートの下縁部との間の軸線方向長さである、
ことを特徴とする請求項６記載のディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記シリンダは下縁部を有し、前記ピストンがシリンダ内の最下移動位置にあるときに、前記ピストンスカートの前記下縁部がシリンダの前記下縁部の位置またはこれより上方に配置される、
ことを特徴とする請求項６記載のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、ピストンスカートがピストンボディと一体部材（ワンピース）として形成されたディーゼルエンジン用モノブロックピストンに関し、詳細には、ピストンスカートの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンスカートが、ピストンボディに関節連結されておらず、ピストンボディの一体部分として形成されている構成のディーゼルエンジン用モノブロックピストンが知られている。このようなピストンでは、下縁部がピンボスの下端部より充分下方に位置するような長さを有し且つ位置決めされたピストンスカートを有し、ピストンがエンジンのシリンダ内で往復運動するときにピストンの適切に支持および案内されるようにしていることが知られている。しかしながら、このような低配置スカートは、ピストンが下死点位置にくるとシリンダライナの外方に位置することがあり、ピストンがシリンダ内で上方に戻る際の荷重および方向の急変により、ピストンスカートおよび／またはライナにスカッフィングを発生させる虞れがある。また、低配置スカートは冷却オイルをピストンに向けて上向きに吹きかけるオイル噴射ノズルと干渉するため、スカートのノズルと干渉する領域にノッチを形成してクリアランスを付与する必要がある。このようなモノブロックピストンが、米国特許第４，１６１，１６５号明細書、米国特許第４，２８６，５０５号明細書、国際公開ＷＯ９６２０３４０号公報に開示されている。この国際公開公報に開示されたピストンは短い低配置ピストンスカートを有し、ピストンスカートでは、リングベルトから分離されており、かつリングベルトの下端とスカートの頂部との間に幅広ギャップが設けられ且つスカートが下方に離れて配置されているので、ピストン案内機能の一部がリングランド部に転化される。このため、効率が低下しかつリングランド部に損傷が生じ並びにピストンの性能が低下してしまう。
【０００３】
米国特許第４，７０４，９５０号明細書には、全体がアルミニウムで製造されている、本発明が関係する高圧縮ディーゼルエンジン用には適さない、ガソリン自動車エンジン用の高性能ピストンが開示されている。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術のピストンの欠点を解消しまたは大幅に低減させるディーゼルエンジン用モノブロックピストンを提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい実施例に従って構成されたディーゼルエンジン用ピストンは、外側壁および閉じられたオイルギャラリを備えた鋼製ピストンボディを備えている。１対のピンボスが、軸線方向に整合したピンボアと、ピンボアの最下接点とを有している。ピストンボディは、ピンボスとの一体部材として形成されたスカートを有し、スカートの上端部は外側壁の連続延長部を形成すべく外側壁に連結されている。ピストンスカートは、ピンボア軸線より下方でかつピンボアの最下接点と同じ高さまたはこれより上方に位置する下縁部を備えている。
【０００６】
本発明はまた、少なくとも１つのシリンダボアを備えたエンジンブロックと、シリンダボア内に配置されたモノブロックピストンとを有し、モノブロックピストンは鋼で製造されたピストンボディと、整合したピンボアを備えた１対のピンボスとを有し、ピンボアはピンボア軸線を中心に配置されかつピンボアの最下接点を備えている構成のディーゼルエンジンをも考慮している。ピストンスカートは、ピンボスとの一体部材として形成されており、かつピンボア軸線より下方でかつピンボアの最下接点と同じ高さ又はこれより上方に配置された下縁部を備えている。
【０００７】
本発明の長所は、ピンボアに対するその高さ位置によってシリンダ内での往復運動中にピストンを効率的に案内しリングランド部に作用する荷重を低減させるような、ピストンボディの残部に対するサイズおよび位置を有しかつ同じ鋼材で作られた短いスカートが設けられたディーゼルエンジン用鋼製モノブロックピストンを提供することにある。スカートの下縁部の高さ位置は、ピストンの下死点でスカートがシリンダボアの底から出ることを防止し、これにより、ピストンが上方に戻るときに荷重またはピストンの方向が急激に変化することにより引起こされるスカートのスカッフィングを無くすか最小にすることができる。また、スカートの下縁部のこの相対高さ位置はオイルジェットノズルに対して大きいクリアランスを付与するため、スカートの下縁部にクリアランスノッチを設ける必要がない。このため、ノッチ型スカートより強度が高くかつ製造が容易な、スカートの非干渉型連続下縁部を得ることができる。
【０００８】
また、スカートの高さの全体的短縮は、鍛造鋼製ピストンの製造を容易にできるという長所を有している。長さが短縮されるほど、ピストンスカートの鍛造を可能にする必要抜き勾配により一般的に厚くなってしまう長い鍛造スカートに比べて、より薄くかつ均一な厚さのスカートの製造が可能になる。
本発明のこれらおよび他の特徴および長所は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより一層容易に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図３には本発明に従って構成されたピストンの全体が参照番号１０で示されており、図４にはディーゼルエンジン１２に取付けられた状態が示されている。
ピストン１０は頂壁１６を備えたピストンボディ１４を有し、頂壁１６には、頂壁の頂面２０から下方に延びる燃焼ボウルすなわちクレータ１８が形成されている。
【００１０】
ピストンボディ１４は、外面２４を備えた環状外側壁すなわちリングベルト２２を有し、外面２４には、ピストンリング（図示せず）を受入れる複数のリング溝２６が形成されている。外側壁２２は、ピストンボディ１４の半径方向内方を向き、外面２４と反対を向く環状内面２８を有している。
【００１１】
ピストンボディ１４は燃焼ボウル１８から下方に延びている環状内側壁３０を有し、該環状内側壁３０は、半径方向外方に向かい外側壁２２の内面２８から半径方向内方に離れた環状面３２を備えている。
【００１２】
ピストンボディ１４は、頂壁１６から離れ、外側壁２２および内側壁３０の下端領域の間に延び且つこれらを相互連結する底壁３４を有しているのが好ましい。頂壁１６、外側壁２２および内側壁３０は、冷却オイルを受入れるための環状冷却チャンバすなわちギャラリ３６を形成し、ギャラリ３６の底は、底壁３４により閉じられるのが好ましい。「閉じられる」とは、ギャラリ３６が完全に閉鎖されていることを意味するものではなく、オイルをギャラリ内に導入しかつギャラリから排出するための開口および通路が設けられた状態も含む。図３には、代表的なオイル入口開口３８および代表的な対流によるオイル排出通路４０が示されている。底壁３４は、外側壁２２および内側壁３０の下方領域と一体的に形成され、かつギャラリ３６を閉じることに加え、外側壁２２と内側壁３０との間の構造的ウェブすなわちブリッジとして機能する。
【００１３】
ピストンボディ１４は１対のピンボス４２を有している。ピンボス４２は内側壁３０と一体的に形成され、底壁３４から下方に延び、かつ外側壁２２の外面２４から半径方向内方に配置されているのが好ましい。ピンボス４２にはピンボア４４が形成されており、ピンボア４４には、ピストン１０をエンジン１２のコネクティングロッド（図示せず）に連結するためのリストピン（図示せず）が通される。両ピンボア４４は共通ピンボア軸線Ａの回を中心として整合しており、ピンボア軸線Ａは、ピストンボディ１４の長手方向軸線Ｂに対するピンボアの中心線を表す。ピンボア１４は、ピンボア４４の長手方向最下部分を表す最下接点４６を有し、接点４６は、図２に示すように、ピンボア４４のピンボア面４８の最下点を含むピストンボディ１４を通り長手方向軸線Ｂに垂直な平面Ｐを通すことにより決定される。
【００１４】
ピストンボディ１４は、ピンボア４４と一体的に形成されたピストンスカート５０を有し、これにより、ピストンボディ１４は、リストピン（図示せず）によりピンボスに関節連結される別体スカートではなく、固定スカートを備えたモノブロック構造を有している。またスカート５０は、上端領域５２を外側壁２２に直接連結することにより形成され、これによりピストンスカート５０が底壁３４の下で外側壁２２の連続した下方延長部として形成されるのが好ましい。このようにピストンスカート５０は、図３に最も良く示すように、底壁３４との一体的に相互連結されている。
【００１５】
ピストンスカート５０は、ピストンボディ１４の長手方向で見てスカート５０の最下部分を形成する自由下縁部５４を有している。本発明によれば、下縁部５４の位置は、従来のピストンスカートと比較してかなり短いピストンスカート５０を形成する位置である。より詳しくは、ピストンスカート５０の下縁部５４は、ピンボア軸線Ａのレベルより下方の位置であるがピンボア４４の最下接点４６と同じ又はこれより上方の位置、より好ましくは最下接点４６より上方の位置に配置される。
【００１６】
ピンボア４４に対するピストンスカート５０の下縁部５４の長手方向関係に加え、ピストンボディ１４は次のような寸法比、すなわち、Ｈ／Ｄ＝０．５〜０．７５、Ａ／Ｄ＝０．３〜０．６、およびＡ／Ｈ＝０．７〜１．２を有しており、図２に最も良く示すように、Ｈはピストンボディの頂面２０とピストンボア４４の軸線Ａとの間で測定したピストンボディ１４の短縮高さ（compression height）であり、Ｄはピストン直径に等しく、Ａは最下方のリング溝２６とピストンスカート５０の下縁部５４との間の軸線方向長さに等しい。
【００１７】
図１および図２に最も良く示すように、ピストンスカート５０の下縁部５４は比較的滑らかかつ連続的であり、オイルノズル等のためのいかなるクリアランスノッチも設けられていない。
【００１８】
ピストンボディ１４は、別々に形成され部品は単一または複数の接合部５６により互いに接合される少なくとも２つの別体部品で製造するのが好ましい。部品は単一または複数の接合部５６により互いに接合される。図示の実施例では、ピストンボディ１４は上方部分５８および下方部分６０を有し、これらの部分５８、６０は、一体に接合されたときに囲まれた冷却ギャラリ３６を形成する。好ましい実施例の接合部５６は、摩擦溶接により形成するのが好ましい。しかしながら、本発明は、別体に形成されたピストン部品を接合する他のアプローチ、例えば別体に形成された部品を単一一体構造として一体化し、ピストンボディ１４として機能させる接着、ロウ付、ボルト止め、結合ねじ等を考えることができる。この実施例では、下方部分６０はピンボス４２、ピストンスカート５０、底壁３４、外側壁２４および内側壁３０を有し、摩擦溶接接合部５６は外側壁２２および内側壁３０に設けられる。下方部分６０は、鋼から鍛造するのが好ましい。上方部分６０は、頂壁１６、ボウル１８、および構造を一体化すべく接合部５６を介して外側壁２２および内側壁３０の下方部分に接合される前記両壁２２および３０の上方部分を有している。
【００１９】
図４は、ディーゼルエンジン１２の少なくとも１つの関連シリンダ６２内で往復運動するようにディーゼルエンジン内に取付けられた上記ピストン１０を示すものである。ピストン１４は、該ピストンがシリンダ６２内で移動する最下位置である下死点にあるところが示されている。ピストンスカート５０はシリンダ６２内に収容されており、従って、スカート５０の下縁部５２がシリンダ６２の下縁部６４より下方に出ないことがわかる。
【００２０】
上記教示を考慮に入れるならば、種々の変更が可能であることは明白である。従って、本発明は、本願で特に説明したもの以外でも、特許請求の範囲内で実施できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従って構成されたピストンを下方から見た斜視図である。
【図２】図１のピストンの側面図である。
【図３】本発明のピストンの一部を破断した図２と同様な側面図である。
【図４】図１〜図３のピストンが設けられたディーゼルエンジンの一部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ピストン
１４  ピストンボディ
１６  頂壁
２２  環状外側壁
３０  環状内側壁
３４  底壁
３６  環状冷却チャンバ（ギャラリ）
４４  ピンボア
５０  ピストンスカート
５８  ピストンボディの上方部分
６０  ピストンボディの下方部分
【国際公開パンフレット】
2005501197.tif 000003
2005501197.tif 000004
2005501197.tif 000005
2005501197.tif 000006
2005501197.tif 000007
2005501197.tif 000008
2005501197.tif 000009
2005501197.tif 000010
2005501197.tif 000011
2005501197.tif 000012
2005501197.tif 000013
2005501197.tif 000014
2005501197.tif 000015
2005501197.tif 000016
2005501197.tif 000017
【国際調査報告】
2005501197.tif 000018