(57)【要約】  内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーにおいて、ピストンが、ピストンリングバンドのレベルにおいて、ピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所とを有しており、ピストンシャフトが、ピストンクラウンに懸吊されたピストンハブと結合されている。このようなピストンにおいて、冷却チャネルカバーの簡単な組立ては、断面がＵ字形の、円周に沿った半径方向に傾斜させられた外側シャンク及び内側シャンクを有する一体形のプラスチックリングが、リングの円周に沿って延びた少なくとも１つのフィルムヒンジを有することによって達成される。フィルムヒンジはシャンクの内の少なくとも一方の少なくとも１つの半径方向撓みを提供し、冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクは、冷却チャネルの内縁部における段状の円錐形の凹所に係合する。
2007507653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーにおいて、ピストンが、ピストンリングバンドのレベルにおいて、ピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所とを有しており、ピストンシャフトが、ピストンクラウンに懸吊されたピストンハブと結合されており、冷却チャネルが、以下の特徴を有する一体形のプラスチックリングを含み：
Ｕ字形の断面と；
リングの円周に沿って配置された半径方向に傾斜させられた外側シャンク及び内側シャンクと；
リングの円周に沿って延びた少なくとも１つのフィルムヒンジとが設けられており、フィルムヒンジが、シャンクの少なくとも一方の少なくとも１つの半径方向撓みを提供し、冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクが、冷却チャネルの内縁部における段状の円錐形の凹所に係合するようになっていることを特徴とする、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバー。
【請求項２】
少なくとも１つのフィルムヒンジが、Ｕ字形リングの半径方向外側シャンク又は半径方向内側シャンクに配置されており、フィルムヒンジが、リング底部からのシャンクの角度における材料の弱化によって形成されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
【請求項３】
リング底部まで延びたスリットが、半径方向外側シャンク及び半径方向内側シャンクに形成されており、前記スリットが、種々異なるリッジ長さを有する複数のシャンクを生ぜしめるために、円周に亘って不均一に分配されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
【請求項４】
前記スリットが２〜３ｍｍの幅を有し、スリットの間のリッジ長さが１５〜２０ｍｍである、請求項３記載の冷却チャネルカバー。
【請求項５】
Ｕ字形リングが、開口幅が形成されるように半径方向で分割されており、前記開口幅が冷却チャネルのための冷却オイル入口又は冷却オイル出口を形成している、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
【請求項６】
Ｕ字形のリングが、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又はポリイミド（ＰＩ）から形成されている、請求項１記載の冷却チャネルカバー。
【請求項７】
内燃機関の一体形のピストンにおいて、
ピストンクラウンと、
ピストンリングバンドのレベルにおいてピストンクラウンの内側に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、
ピストンクラウンに懸吊されたハブを介してピストンクラウンと結合されたピストンシャフトと、
ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所と、
以下の特徴を有する一体形プラスチックリングから成る冷却チャネルカバーとが設けられており；
Ｕ字形の断面と；
リングの円周に沿った半径方向に傾斜させられた外側シャンク及び内側シャンクと、
リングの円周に沿って延びた少なくとも１つのフィルムヒンジとが設けられており、フィルムヒンジが、シャンクの少なくとも一方の少なくとも１つの半径方向撓みを提供し、冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクが、冷却チャネルの内縁部における段状の円錐形の凹所に係合するようになっていることを特徴とする、内燃機関の一体形のピストン。
【請求項８】
少なくとも１つのフィルムヒンジが、Ｕ字形リングの半径方向外側シャンク又は半径方向内側シャンクに配置されており、フィルムヒンジが、リング底部からのシャンクの角度における材料の弱化によって形成されている、請求項７記載のピストン。
【請求項９】
凹所が、ピストン軸線方向で円錐形に成形された壁部を形成しており、該壁部に対して、半径方向外側シャンク及び半径方向内側シャンクが、Ｕ字形リングの組み立てられた状態において、僅かなバイアスの下で、当接するようになっている、請求項７記載のピストン。
【請求項１０】
外側シャンクが、ピストンクラウンの外周に配置されておりかつ、ピストンの横方向軸線に関して半径方向外向きに傾斜させられており、内側シャンクが、ピストンクラウンの内周に配置されておりかつ、ピストンの横方向軸線に関して半径方向内向きに傾斜させられている、請求項７記載のピストン。
【請求項１１】
リング底部まで延びたスリットが、半径方向外側シャンク及び半径方向内側シャンクに形成されており、前記スリットが、種々異なるリッジ長さを有する複数のシャンクを生ぜしめるために、リングの円周に亘って不均一に分配されている、請求項１０記載のピストン。
【請求項１２】
前記スリットが２〜３ｍｍの幅を有しており、前記リッジ長さが１５〜２０ｍｍである、請求項１１記載のピストン。
【請求項１３】
Ｕ字形のリングが、開口幅が形成されるように半径方向で分割されており、前記開口幅が、冷却チャネルのための冷却オイル入口又は冷却オイル出口を形成している、請求項７記載のピストン。
【請求項１４】
Ｕ字形のリングが、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又はポリイミド（ＰＩ）から形成されている、請求項７記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーに関し、ピストンは、ピストンリングバンドのレベルにおいて、ピストンクラウンの内周に沿って延びた閉鎖された冷却チャネルと、ピストンリングバンドとピストンシャフトとの間に設けられた環状の凹所とを有する。ピストンシャフトは、ピストンクラウンに懸吊されたピストンハブと結合されている。
【０００２】
従来技術
ピストンヘッドの縁部領域に配置された冷却チャネルを有する、マルチパート冷却ピストンがドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３９７５１号明細書に記載されており、このチャネルは、実質的にカップスプリングのように構成された薄板金リングでカバーされている。この薄板金リングは、一片で構成されており、ピストンは２つの部分から構成されているのでピストンに容易に組み付けられることができる。これに関して、上側ピストン部分が下側ピストン部分に結合される前に薄板金リングを上側ピストン部分にまず組み付けることが必要である。
【０００３】
さらに、ピストンは、ドイツ民主共和国特許出願公開第２５２６３８号明細書及びドイツ連邦共和国第４１３４５３０号明細書に記載されており、この場合、底部へ開放した冷却チャネルをカバーし、リング状に円周に沿って延びた壁部は、開放薄板金リングとして構成されており、このリングは、溝において、ピストンリングゾーンの内周に対して、及び燃焼室壁部の外周に対して、Seegerリング原理による塑性変形を利用して、すなわち半径方向にバイアスされて、それぞれ当接している。
【０００４】
さらに、ドイツ連邦共和国特許第４２０８０３７号明細書に記載された冷却チャネルを有するマルチパートピストンにおいて、底部へ開放した冷却チャネルはバイアスされたカップスプリングによってカバーされており、カップスプリングは、円周において少なくとも２つの部分に分割されており、軸方向では向き合った側に対して、半径方向では内側と外側において、自由に支持体に当接している。
【０００５】
最後に、ピストンヘッドの縁部領域に配置された冷却チャネルを有する一体形冷却チャネルピストンは、欧州特許第０５６１８７１号明細書及び欧州特許第０７９９３７３号明細書から公知であり、チャネルは、カップスプリングのように構成されたカバーリング、又はカップスプリングのように構成されておりかつカラーが設けられたカバーリングによって閉鎖されている。
【０００６】
前記実施形態の欠点は、カバーリング又はカップスプリングが、組み立てられることができるために、２つの部分に構成されなければならないということである。さらに、組立て時に、２つの半円形のリング半部のそれぞれは個々にピストンクラウンにおける対応する支持部内に、バイアスされた状態で導入されなければならない。
【０００７】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、内燃機関の一体形ピストンのための冷却チャネルカバーを提供することであり、このカバーは、簡単かつ迅速に装着されることができ、従来技術と比べてピストン重量を低減することができる。
【０００８】
この目的は、円周に沿って、半径方向に傾斜させられた外側及び内側のシャンクが設けられた、一体形のＵ字形プラスチックリングによって達成される。リングは、円周に沿った少なくとも１つのフィルムヒンジを有しており、このフィルムヒンジは、シャンクの少なくとも一方の少なくとも１つの半径方向撓みを提供し、冷却チャネルを閉鎖するために、シャンクが、冷却チャネルの内縁部における段状の円錐形の凹所に係合する。フィルムヒンジは好適には、Ｕ字形リングの半径方向外側又は半径方向内側のシャンクに配置されており、リング底部からのシャンクの角度における材料の弱化によって形成されている。リングは好適にはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又はポリイミド（ＰＩ）から形成されている。
【０００９】
冷却チャネルにおける凹所は好適には、ピストン軸線方向で円錐状に成形された壁部を形成しており、この壁部に対して、半径方向外側及び内側のシャンクが、Ｕ字形リングの組み立てられた状態において、僅かなバイアスの下で、当接する。外側シャンクは好適には、ピストンクラウンの外周に配置されており、ピストンの横方向軸線に関して半径方向外向きに傾斜させられており、内側シャンクは好適には、ピストンクラウンの内周に配置されており、ピストンの横方向軸線に関して半径方向内向きに傾斜させられている。
【００１０】
好適な実施形態において、リング底部まで延びたスリットが、外側及び内側の両シャンクに形成されている。種々異なるリッジ長さを有する複数のシャンク生ぜしめるために、スリットはリングの円周に亘って不均一に分配されている。スリットは好適には２〜３ｍｍの幅を有しており、スリットの間のリッジ長さは１５〜２０ｍｍである。
【００１１】
Ｕ字形リングは好適には、半径方向で分割されており、これにより、開口幅が形成されており、冷却チャネルのための冷却オイル入口又は冷却オイル出口を形成している。
【００１２】
図面の簡単な説明
本発明のその他の目的及び特徴は、添付図面に関連した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は単なる例として示されているのであって、発明の範囲を規定するものとして示されているわけではない。
【００１３】
図面において、同一の参照符号は複数の図面を通じて同じエレメントを表す。
【００１４】
図１は、２つの半部から成る、断面図で示された本発明によるＵ字形のリングによって閉鎖された冷却チャネルを有する、内燃機関のための一体形ピストンを示しており、９０゜ずらされた、ピストンの２つの縦断面を示している。
図２は、９０゜回転させられた、図１のピストンを示している。
図３は、図１の細部Ｘによるピストンの部分詳細図を示している。
図４は、Ｕ字形のリングの上面図を示している。
図５は、図４によるＵ字形リングの、Ａ−Ａ線に沿った断面図を示している。
図６は、図４によるＵ字形リングの、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を示している。
【００１５】
好適な実施形態の詳細な説明
ここで図面を参照すると、図１は、内燃機関のための一体形に形成されたピストン１を、半分に分けられた断面図で示している。左半分は、ピストンの長手方向軸線２に沿った、ピストン１の断面図を示している。右半分は、左半分から９０゜ずらされた、ピストン１の長手方向軸線を示している。
【００１６】
ピストン１は鋼から形成されており、ピストンクラウン９を有している。ピストンクラウン９は、ピストンリングバンド７と、燃焼空間凹所５を有するピストンヘッド４とを有している。ピストンシャフト１０は、ピストンクラウン９に懸吊されたピストンハブ３に結合されている。ピストンリングバンド７のレベルにおいて、リング状に円周に沿って延びた、閉鎖された冷却チャネル６が、ピストンクラウン９に配置されている。冷却チャネルの半径方向外側の境界と、半径方向内側の境界とは、ピストンヘッド４に成形されたリング壁部と、ピストンハブ３が懸吊されたピストンクラウン領域とによって規定されている。冷却チャネルの内側は、リング壁部側において凹所１４．２を、ピストンクラウン側において凹所１４．１を有している。冷却チャネルの壁部領域は、軸方向で、ピストンヘッド４に向かって円錐状に狭まった形状を成している。それぞれの例において、傾斜は、ピストンの軸線２．１と、凹所壁部の傾斜との間の角度によって決定され、この角度は約３０゜である。凹所１４．１及び１４．２は、段部１５．１及び１５．２によって制限されており、それぞれの例において、これらの段部も、ピストンシャフト１０に向かって円錐状に狭まった形状を形成している。この形状の前記の規定された角度は、約２０〜３０゜である。
【００１７】
ピストンリングバンド７とピストンシャフト１０との間に環状の凹所１１が設けられており、この凹所を通じて、断面がＵ字形の一体形のプラスチックリング８によって冷却チャネル６の閉鎖のための組立てが行われる。本発明によれば、この目的のために、弾性的なプラスチック、特に、ポリフェニレンスルフィド（短縮形：ＰＰＳ）のグループからの、例えばRyton R4 （Ｒ） が使用される。本発明の別の実施形態において、高温ポリイミド（短縮形：ＰＩ）のグループからのプラスチック、例えばDuPont社のVESPEL （Ｒ） 又はMitsui Chemicals Inc. のAURUM （Ｒ） 等がこの目的のために使用されることもできる。このような弾性的なプラスチックは、長期動作において２００〜４００゜超の高温、すなわち熱に対する耐性を特徴とする。さらに、これらのプラスチックは繊維強化されていることもできる。短縮形は、１９９７年の国際規格ＩＳＯ１０４３−１に対応する。
【００１８】
図４によれば、Ｕ字形のプラスチックリング８は、リング底部８．３から傾斜した半径方向外側のシャンク８．１と、リング底部８．３から傾斜した半径方向内側のシャンク８．２とを有している。これらのシャンクは、円周に亘って不均一に分配されたスリット１３によって分割されているので、種々異なる長さのシャンクセグメントＬが形成されている。スリットは、プラスチックリング８の底部８．３まで形成されており、僅かにＶ字形を有しており、２〜３ｍｍのスリット幅を有している。前記の半径方向のスリット形成は、好適には１５〜２５゜の角度範囲ごとにリングの円周に亘って分配されている。
【００１９】
図６の断面図に示したように、外側のシャンク８．１は、リング底部８．３の外周に配置されており、リング底部８．３から、ピストンの横方向軸線２．２に関して半径方向外向きに傾斜させられており、内側のシャンク８．２は、半径方向内向きに傾斜させられており、ピストン底部８．３の内周に配置されている。円周に沿ったいわゆるフィルムヒンジ１２．１及び１２．２はリング底部８．３のシャンク１４．１及び１．４２の内部角度に形成されており、これらのヒンジはプラスチックリング８の円周に沿った材料の弱化によって形成されている。本発明の別の実施形態によれば、このようなフィルムヒンジは、Ｕ字形プラスチックリング８の半径方向外側シャンク８．１又は半径方向内側シャンク８．２だけに配置されることもできる。
【００２０】
図４から分かるように、開口幅Ｍを備えた開放部１７が形成されるように、Ｕ字形のプラスチックリング８は半径方向で分割されている。この開放部に対して１８０゜の方向で向き合って、ほぼ同じ幅を有するＵ字形の開放部１６が設けられている。両方の開放部１６，１７は、リング８の組み立てられた状態において、冷却チャネル６にオイルを供給するために、それぞれオイル入口及びオイル出口として働く。
【００２１】
リング８の組立ては簡単に行うことができ、リングは、半分に、その平面から、凹所１１の軸方向高さに対応するレベルまで曲げられ、凹所１１に導入され、ピストンクラウン９に懸吊されたハブ領域に押し被せ嵌められる。この仮の組立て状態では、リングのリング底部８．３がピストンヘッド４に向けられている。比較的非弾性的な材料の使用にもかかわらず、リングを半分に、図４による図平面から曲げることは、破損を生じることなく可能となる。なぜならば、リング８の曲げは、開放部１６において又はその上方において、ひいては減じられたリング材料幅において行われるからである。ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）又は高温ポリイミド（ＰＩ）から形成されたプラスチックの使用に関して、材料の弾性により、組立て上の問題はない。
【００２２】
冷却チャネル６を閉鎖するために、リング８は続いて段部１５．１及び１５．２に押し込まれ、リングの外側シャンク８．１及び内側シャンク８．２が凹所１４．１及び１４．２に当接する。シャンクの面は段部において支持される。シャンク８．１及び８．２の半径方向撓みは、本発明によれば、第２のフィルムヒンジ１２．１及び１２．２によって可能にされる。例えば円周に配置された、円周において突出した、外側シャンク８．１と向き合った、図示されていない冷却チャネルにおける１つ又は２つの凹所と係合する、１つ又は２つの突出部１３．１は、Ｕ字形のリングが所定の位置から回転することを阻止する。
【００２３】
したがって、本発明の幾つかの実施形態だけが示され説明されているが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更が加えられることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】２つの半部から成る、断面図で示された本発明によるＵ字形のリングによって閉鎖された冷却チャネルを有する、内燃機関のための一体形ピストンを示しており、９０゜ずらされた、ピストンの２つの縦断面を示している。
【図２】９０゜回転させられた、図１に示されたピストンを示している。
【図３】図１の細部Ａによるピストンの部分詳細図を示している。
【図４】Ｕ字形のリングの上面図を示している。
【図５】図４によるＵ字形リングの、Ｖ−Ｖ線に沿った断面図を示している。
【図６】図４によるＵ字形リングの、ＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図を示している。
【符号の説明】
【００２５】
１  ピストン、  ２．１  長手方向ピストン軸線、  ２．２  横方向ピストン軸線、  ３  ハブ、  ４  ピストンヘッド、  ５  燃焼空間凹所、  ６  冷却チャネル、  ７  ピストンリングバンド、  ８  Ｕ字形のリング、  ８．１  外側シャンク、  ８．２  内側シャンク、  ８．３  リング底部、  ９  ピストンクラウン、  １０  シャフト、  １１  リング状凹所、  １２  フィルムヒンジ、  １２．１  半径方向外側のシャンクのフィルムヒンジ、  １２．２  半径方向内側のシャンクのフィルムヒンジ、  １３  スリット、  １３．１  突出部、  １４．１，１４．２  円周凹所、  １５．１，１５．２  段部、  １６  冷却オイル入口、  １７  冷却オイル出口、  Ｄ  第２の半径方向分割部、  Ｅ  位置平面、  Ｌ  リッジ長さ、  Ｍ  開口幅
【図１】
2007507653.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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