(57)【要約】  本発明は、内燃機関用のピストン（３）であって、上側部分（１）と、該上側部分に成形されたカラー（７）と、該カラーに配置されたリングリブ（１２）と、下側部分（２）とを備え、該下側部分は、壁（２０）と、該壁（２０）の半径方向内側に支持部（２５）を有し、摩擦溶接法を用いて上側部分（１）と下側部分（２）との結合時に、リングリブ（１２）、カラー（７）、壁（２０）及び支持部（２５）の端面（１６，１７，２３，２６）が摩擦溶接面を形成する。この際に冷却通路（９）と冷却室（１４）とが形成される。冷却通路（９）及び冷却室（１４）に冷却オイルを供給するために、リングリブ（１２）に、冷却通路（９）と冷却室（１４）とを接続する半径方向に位置する孔（１５）が設けられている。これによって、冷却通路（９）及び冷却室（１４）には、十分な残留量の冷却オイルが集められ、この冷却オイルは常に更新され、ピストン頂部（５）を良好に冷却する。
2013535617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン（３）であって、
上側がピストン頂部（５）を形成する上側部分（１）と、
前記ピストン頂部（５）の半径方向外側に一体成形されていて前記ピストン頂部（５）とは反対の方向に下方に向かって延びる環状のカラー（７）であって、半径方向外側にシールリング溝（１１）が配置されているカラー（７）と、
前記上側部分（１）の下側において前記カラー（７）の半径方向内側に配置された環状のリングリブ（１２）であって、前記カラー（７）の軸方向長さ（ａ）が、該リングリブ（１２）の下端面（１６）と前記ピストン頂部（５）との間の間隔（ｂ）よりも小さく設定されている、リングリブ（１２）と、
上方に向かって延びる環状の壁（２０）を半径方向外側に有する下側部分（２）であって、該下側部分（２）の環状の壁（２０）の半径方向外側にリング溝（２１，２２）が成形されていて、該下側部分（２）の上端面（２３）が、ピストン軸線（２４）から、前記カラー（７）の下端面（１７）と同じ半径方向間隔を有する、下側部分（２）と、
前記下側部分（２）に一体成形されていて上側に向かって延びていてかつ前記壁（２０）の半径方向内側に配置された環状の支持部（２５）と、を備えていて、
該支持部（２５）の上端面（２６）が、前記ピストン軸線（２４）から、前記リングリブ（１２）の前記下端面（１６）と同じ間隔を有し、かつ前記支持部（２５）の前記上端面（２６）が、前記壁（２０）の前記上端面（２３）によって規定された平面から、軸方向間隔を有し、該軸方向間隔は、前記リングリブ（１２）の前記下端面（１６）と前記ピストン頂部（５）との間の間隔（ｂ）と、前記カラー（７）の前記長さ（ａ）との間の差に相当し、その結果、摩擦溶接法を用いた前記上側部分（１）と前記下側部分（２）との結合時に、前記リングリブ（１２）、前記カラー（７）、前記壁（２０）及び前記支持部（２５）の端面（１６，１７，２３，２６）が、摩擦溶接面を形成し、この場合、半径方向外側において前記カラー（７）及び前記壁（２０）によってかつ半径方向内側において前記リングリブ（１２）及び前記支持部（２５）によって画定されていて閉鎖されたリング状の冷却通路（９）が形成されており、
前記支持部（２５）の間における領域は、真ん中に位置する開口（２９）を備えるウェブ（２８）によって形成され、該ウェブ（２８）は、真ん中に位置する冷却室（１４）の下側の画定部を形成し、前記冷却室（１４）は上側を前記ピストン頂部（５）によって画定され、かつ半径方向外側を前記支持部（２５）とリングリブ（１２）とによって画定され、
さらに、前記下側部分（２）の下側に、互いに向かい合って位置する２つのスカートエレメント（３６，３６′）が配置されていて、該スカートエレメント（３６，３６′）は、各１つのピン孔（３９，３９′）を備える互いに向かい合って位置する２つのピンボス（３７，３７′）を用いて、互いに結合されている、内燃機関用のピストン（３）において、
前記リングリブ（１２）内に、全周にわたって分配されて半径方向に位置する複数の孔（１５）が設けられていて、該孔（１５）は、前記冷却通路（９）を前記冷却室（１４）に接続しており、前記孔（１５）は、前記リングリブ（１２）の前記下端面（１６）から間隔をおいて位置していて、前記孔（１５）と前記リングリブ（１２）の端面（１６）との間に、摩擦溶接時に形成される溶接ビードのための十分なスペースが存在しており、かつ前記孔（１５）は、前記カラー（７）の前記下端面（１７）によって規定された平面から軸方向に間隔をおいて位置しており、
前記ウェブ（２８）は、上方に向かって円錐形に延びる形状を有し、
前記冷却通路（９）と前記ピストン内室（３５）との間に、少なくとも１つのオイル供給開口（３４）が配置されていることを特徴とする、内燃機関用のピストン（３）。
【請求項２】
前記ウェブ（２８）の前記開口（２９）は、真ん中に位置する開口（３１）を備える上方に向かって湾曲したディスク（３０）によって閉鎖され、該ディスク（３０）は係止結合部を介して前記ウェブ（２８）と結合されている、請求項１記載のピストン（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストンであって、上側がピストン頂部を形成する上側部分と、前記ピストン頂部の半径方向外側に一体成形されていて前記ピストン頂部とは反対の方向に下方に向かって延びる環状のカラーであって、半径方向外側にシールリング溝が配置されているカラーと、前記上側部分の下側において前記カラーの半径方向内側に配置された環状のリングリブであって、前記カラーの軸方向長さが、該リングリブの下端面と前記ピストン頂部との間の間隔よりも小さく設定されている、リングリブと、上方に向かって延びる環状の壁を半径方向外側に有する下側部分であって、該下側部分の前記環状の壁の半径方向外側にリング溝が成形されていて、該下側部分の上端面が、ピストン軸線から、前記カラーの下端面と同じ半径方向間隔を有する、下側部分と、前記下側部分に一体成形されていて上側に向かって延びていてかつ前記壁の半径方向内側に配置された環状の支持部と、を備えていて、該支持部の上端面が、前記ピストン軸線から、前記リングリブの前記下端面と同じ間隔を有し、かつ前記支持部の前記上端面が、前記壁の前記上端面によって規定された平面から、軸方向間隔を有し、該軸方向間隔は、前記リングリブの前記下端面と前記ピストン頂部との間の間隔と、前記カラーの前記長さとの間の差に相当し、その結果、摩擦溶接法を用いた前記上側部分と前記下側部分との結合時に、前記リングリブ、前記カラー、前記壁及び前記支持部の端面が、摩擦溶接面を形成し、この場合、半径方向外側において前記カラー及び前記壁によってかつ半径方向内側において前記リングリブ及び前記支持部によって画定されていて閉鎖されたリング状の冷却通路が形成されており、前記支持部の間における領域は、真ん中に位置する開口を備えるウェブによって形成され、該ウェブは、真ん中に位置する冷却室の下側の画定部を形成し、前記冷却室は上側を前記ピストン頂部によって画定され、かつ半径方向外側を前記支持部とリングリブとによって画定され、さらに、前記下側部分の下側に、互いに向かい合って位置する２つのスカートエレメントが配置されていて、該スカートエレメントは、各１つのピン孔を備える互いに向かい合って位置する２つのピンボスを用いて、互いに結合されている、内燃機関用のピストンに関する。
【０００２】
このような形式のピストンは、ＰＣＴ出願ＷＯ０２／３３２９１に基づいて公知である。このピストンは、冷却室及び冷却通路の底部近傍に配置されたオイル通路を有し、このオイル通路は、冷却室と冷却通路とを接続しており、特に冷却室においてオイル溜の形成を阻止し、ひいては熱的な高負荷を受けるピストン頂部の冷却を悪化させる。なぜならば、この公知のピストンでは、冷却室におけるオイルはオイル通路を介して冷却通路内に戻り流れることがあり、冷却通路におけるオイルのオイルレベルが冷却室におけるオイルのレベルよりも高い場合にしか、オイルは冷却通路から冷却室に流入しないからである。これによってさらに、冷却通路から冷却室を介してオイル流出開口へのオイルの貫流が阻止され、その結果、冷却オイルの補充流が減じられ、ピストン頂部の冷却作用をさらに劣化させることになる。
【０００３】
ゆえに本発明の課題は、従来技術の欠点を回避して、高い熱負荷を受けるピストン頂部の冷却を改善することである。
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた内燃機関用のピストンにおいて、リングリブ内に、全周にわたって均一に分配されて半径方向に位置する複数の孔が設けられていて、該孔は、冷却通路を冷却室に接続しており、孔は、リングリブの下端面から間隔をおいて位置していて、孔とリングリブの端面との間に、摩擦溶接時に形成される溶接ビードのための十分なスペースが存在しており、かつ孔は、カラーの下端面によって規定された平面から軸方向に間隔をおいて位置しており、ウェブは、上方に向かって円錐形に延びる形状を有し、冷却通路とピストン内室との間に、少なくとも１つのオイル供給開口が配置されているようにした。
【０００５】
このように構成されていると、冷却通路と冷却室との間における孔を、冷却室の底部から間隔をおいて位置させることができ、冷却室の下側制限部を形成するウェブの、上方に向かって円錐形に延びる形を可能にし、かつ冷却室の半径方向外側の領域に、オイル溜を形成することができ、このオイル溜は、エンジン運転時にピストンが迅速に往復動した際に、オイル溜のオイルが規則的な間隔をおいてピストン頂部の下側に向かって加速されることによって、高い熱負荷を受けるピストン頂部を良好に冷却する（シェーカ作用）。さらに、冷却通路におけるオイルのレベルが冷却通路と冷却室との間の孔に達した場合には、オイルは冷却通路から孔を介して冷却室内に導かれ、これによってオイルの貫流が、ひいては高い熱負荷を受けるピストン頂部の冷却が改善される。
【０００６】
本発明の好適な態様では、ウェブの開口は、真ん中に位置する開口を備える上方に向かって湾曲したディスクによって閉鎖され、該ディスクは係止結合部を介してウェブと結合されている。このように構成されていると、ピストンの組立てが簡単になる。
【０００７】
次に図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関用の２部分から成るピストンの上側部分と下側部分とを、組立て前の状態で示す断面図である。
【図２】ピストンを２つの半部から成る断面で示す図であって、左半部はピン孔軸線に沿った断面図であり、右半部はピン孔軸線に対して垂直な断面図である。
【０００９】
図１及び図２には、上側部分１と下側部分２とから成る、内燃機関用のピストン３が断面図で示されており、この場合断面図はそれぞれ２つの半部から成っている。断面図の左半部は、ピン孔軸線４に沿って断面した図であり、断面図の右半部は、ピン孔軸線４に対して垂直に断面した図である。
【００１０】
鋼から成る上側部分１は、その上側に、燃焼室凹部６を備えるピストン頂部５を有している。ピストン頂部５において半径方向外側には、下方に向かって延びる環状のカラー７が一体成形されており、このカラー７は、環状の凹部８の半径方向外側を画定しており、この凹部８は、図２に示す完成したピストン３において、ピストン頂部近傍において半径方向外側に位置する環状の冷却通路９の上側部分を形成する。カラー７はその半径方向外側において、トップランド（Feuersteg）１０とシールリング溝１１とのためのスペースを提供している。
【００１１】
さらに上側部分１は、ピストン頂部５とは反対側の下側に環状のリングリブ１２を有しており、このリングリブ１２は冷却通路９の上側部分の半径方向内側の画定部と、真ん中に位置する冷却室１４の上側部分１３の半径方向外側の画定部とを形成している。リングリブ１２には、全周にわたって均一に分配されていて半径方向に位置する孔１５が設けられており、これらの孔１５は、図２に示すような組立て終わったピストン３では、冷却通路９を冷却室１４に接続している。図示の実施形態では、ピストン３は４つの孔１５を有している。これらの孔１５は、内側及び外側に向かって拡大する成形孔の形を有することができる。
【００１２】
孔１５をピストン３の組立て前に問題なく、半径方向外側からリングリブ１２内に形成することができるようにするために、カラー７の軸方向長さ「ａ」は、リングリブ１２の下端面１６とピストン頂部５との間の間隔「ｂ」よりも、特定の寸法だけ、すなわち孔１５の直径「ｄ」と、リングリブ１２の下端面１６からの孔１５の間隔「ｓ」と、カラー７の下端面１７からの孔１５の軸方向間隔「ｃ」とから成る寸法だけ、小さい。この場合間隔「ｃ」は、穿孔機が孔１５の形成時にカラー７に対して十分なスペースを有することを、保証するような値であることが望ましい。リングリブ１２の下端面１６からの孔１５の間隔「ｓ」は、溶接ビード１８の軸方向寸法に相当しており、この溶接ビード１８は、上側部分１と下側部分２とが摩擦溶接によって互いに結合される場合に、形成される。間隔「ｓ」によって、溶接ビード１８が上側部分１と下側部分２との溶接時に孔１５の領域に達し、ひいては孔１５を通る冷却オイルの貫流を阻止することが、回避されるようになっている。
【００１３】
ピストン３の同様に鋼から成る下側部分２は、底エレメント１９から成っており、この底エレメント１９の、ピストン頂部に向けられた上側には、半径方向外側に、環状の壁２０が配置されており、この壁２０には半径方向外側にリング溝２１，２２が成形されている。壁２０の上端面２３は、ピストン軸線２４から、カラー７の下端面１７と同じ間隔を有しており、その結果、両方の端面１７，２３は、上側部分１と下側部分２との溶接時に摩擦溶接面を形成する。
【００１４】
壁２０の半径方向内側には、環状の支持部２５が接続しており、この支持部２５は、ピストン軸線２４から、リングリブ１２と同じ間隔を有しており、かつ支持部２５の上端面２６は、壁２０の端面２３によって形成された平面から、値（ｃ＋ｄ＋ｓ）に相当する軸方向間隔を有しており、この値だけ、ピストン頂部５からのカラー７の端面１７の間隔「ａ」は、ピストン頂部５からのリングリブ１２の端面１６の間隔「ｂ」よりも僅かである。これによって、上側部分１と下側部分２との溶接時に、端面１７，２３のみならず、端面１６，２６も摩擦溶接面を形成する。
【００１５】
支持部２５と壁２０との間において底エレメント１９内には、環状の凹部２７が成形されており、この凹部２７は、図２に示すようにピストン３が完全に組み立てられた場合に、冷却通路９の下側部分を形成する。支持部２５の半径方向内側において、底エレメント１９は、上方に向かって円錐形に延びる環状のウェブ２８として形成されており、このウェブ２８は、真ん中に位置している円形の開口２９を有しており、この場合ウェブ２８と支持部２５との間の領域３８は、上方に向かって開放する環状の溝として形成されている。これによって冷却室１４は、上側をピストン頂部５によって、半径方向外側をリングリブ１２と支持部２５によって、かつ下側をウェブ２８によって画定されている。
【００１６】
半径方向内側において、ウェブ２８の開口２９の縁部３２（図１）は、断面図で見て、半径方向内側に向かって開放する「Ｖ」の形を有しており、これによって、上方に向かって湾曲したシェル形のディスク３０を、係止結合によって開口２９内に固定することが可能になり、この場合ディスク３０は、真ん中に位置する開口３１と、開口２９の内寸に相当する外寸と、開口２９の縁部３２に対して相補形状をもって形成された半径方向外側の縁部とを備えている。ディスク３０の縁部が、前記係止結合のために必要な可撓性を有するようにするために、縁部には、半径方向に位置するスリット３３が加工されており、これらのスリット３３の間において、ディスク３０の縁部は、弾性的に可撓性の金属薄板舌片として形成されている。そしてこれにより、ピストン３の完成後にディスク３０を、下からウェブ２８の開口２９内に押し込むこと、並びに、得られた係止結合部によって固定することが可能である。
【００１７】
オイル供給開口３４を介して、冷却通路９はピストン内室３５に接続されている。さらに底エレメント１９の下側には、互いに向かい合って位置する２つのスカートエレメント３６，３６′が配置されており、両スカートエレメント３６，３６′は、それぞれ１つのピン孔３９，３９′を備えていて互いに向かい合って位置する２つのピンボス３７，３７′を介して、互いに結合されている。
【００１８】
エンジン運転時に、オイル供給開口３４を介して、冷却オイルが冷却通路９内に導入され、この冷却オイルは、ピストン３の迅速な往復動に基づいて、ピストン頂部５の半径方向外側の領域の下側と、ピストン３の、壁２０とカラー７とによって形成された部分とに加速され、これによって冷却作用を発揮する（シェーカ効果）。オイルの一部はこの場合孔１５を介して冷却室１４内に達し、この場合冷却室１４の半径方向外側の領域３８には、オイル溜が形成され、このオイル溜は、孔１５が、底エレメント１９から間隔をおいて位置していることに基づいて、冷却室１４内に留まり、熱による高負荷を受ける燃焼室凹部６の領域におけるピストン頂部５の下側に加速され、そこで冷却作用を発揮する。次いでこのオイルの一部は、ディスク３０の開口３１を介してピストン内室３５内に達する。
【００１９】
これによって、孔１５が底エレメント１９から間隔をおいて位置することの利点、並びに、ウェブ２８とディスク３０とが半球状に形成され、ひいては冷却室１４の半径方向外側の領域３８にオイル溜が形成され得ることの利点として、冷却通路９及び冷却室１４を通るオイル流の加速が生ぜしめられ、ひいてはピストン３の冷却が改善される。なぜならば、冷却通路９内におけるオイルのレベルが孔１５に達した場合に、オイルはもっぱら冷却通路９から冷却室１４に、さらにこの冷却室１４からディスク３０の開口３１を介してピストン内室３５内に流れるからである。
【符号の説明】
【００２０】
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｓ  間隔
１  ピストン３の上側部分
２  ピストン３の下側部分
３  ピストン
４  ピン孔軸線
５  ピストン頂部
６  燃焼室凹部
７  カラー
８  凹部
９  冷却通路
１０  トップランド
１１  シールリング溝
１２  リングリブ
１３  冷却室１４の上側部分
１４  冷却室
１５  孔
１６  リングリブ１２の下端面
１７  カラー７の下端面
１８  溶接ビード
１９  底エレメント
２０  壁
２１，２２  リング溝
２３  壁２０の端面
２４  ピストン軸線
２５  支持部
２６  支持部２５の上端面
２７  凹部
２８  ウェブ
２９  ウェブ２８の開口
３０  ディスク
３１  ディスク３０の開口
３２  開口２９の縁部
３３  スリット
３４  オイル供給開口
３５  ピストン内室
３６，３６′  スカートエレメント
３７，３７′  ピンボス
３８  冷却室１４の外側領域、溝
３９，３９′  ピン孔
【図１】
2013535617.tif 000003
【図２】
2013535617.tif 000004
【国際調査報告】
2013535617.tif 000005
2013535617.tif 000006
2013535617.tif 000007
2013535617.tif 000008
2013535617.tif 000009
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