(57)【要約】燃焼機関のピストン（１）において、ピストン・ピン（５）を受け入れるように適合され、かつ、接続ロッド（６）上でピストンを回動可能に支持するための、ピストン冠（２）、ピストン・スカート（３）及び部分（４Ａ、４Ｂ、１３）が含まれ、ピストン冠の底面側の主要部をカバーする保護層（７）がピストン・ピン上で支持される。当該保護層は、ピストン・スカートの第１の内側部分と密封係合により装着され、ピストン冠の主要部との関連で連続するギャップを形成する。保護層の少なくとも一部分は、ピストン・スカートの第２の外側部分の内側で距離を隔てて提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関のピストン（１）であって、ピストン・ピン（５）を受け入れるように適合され、かつ、接続ロッド（６）上で前記ピストンを回動可能に支持するための、ピストン冠（２）、ピストン・スカート（３）及び部分（４Ａ、４Ｂ、１３）を有し、前記ピストンは、
ａ）  前記ピストン・ピン上で支持される保護層（７）であって、前記ピストン冠（２）の底面（２Ａ）に面し、かつ、側壁（１１）の第１の端部（１１Ａ）へ連続し、前記ピストン冠の底面（２Ａ）の少なくとも主要部を覆う、閉じられた頂部（１０）を有する保護層（７）を備え、
ｂ）  組み立てられた状態において前記ピストン冠の前記底面の少なくとも主要部との関係で形成される少なくとも実質的に連続したギャップ（１６）に高温オイルが侵入できないように、前記保護層は、前記ピストン・スカート（３）の第１の内側部分（３Ａ）に、前記ピストン・スカート（３）の該内側部分をシールするために密封係合により装着され、
ｃ）  前記保護層の少なくとも一部は、前記ピストン・スカートの前記第１の内側部分の外側に距離を隔てて配置される前記ピストン・スカートの第２の外側部分（３Ｂ）の内側で、距離を隔てて設けられている
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記保護層（７）は、直接隣接して提供される係合面（７Ｄ）を有する本質的に円形の外周（７Ｃ）を有し、前記係合面（７Ｄ）は、前記ピストン・スカート（３）の第１の内側部分（３Ａ）と密封係合するために前記ピストン冠（２）に向かって上向きに面していることを特徴とする請求項１に記載のピストン（１）。
【請求項３】
前記保護層（７）は、前記円形の最大の外周（７Ｃ）の領域内において、前記ピストン・スカート（３）の前記第２の外側部分（３Ｂ）の内径（Ｄ１）より明らかに小さな外径（Ｄ２）を有することを特徴とする請求項２に記載のピストン（１）。
【請求項４】
前記ピストン・スカート（３）の前記第１の内側部分（３Ａ）と前記第２の外側部分（３Ｂ）との間に、環状の開口した凹部（３Ｃ）が形成され、該環状の開口した凹部は、前記ピストン冠（２）から離れるように下向きに面し、上端において、少なくとも１つのピストン・リング（９）へオイルを供給するための油路（８）と接続していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のピストン（１）。
【請求項５】
前記保護層（７）は、前記ピストン・ピン（５）のためのジャーナル部（１３）を有し、該ジャーナル部（１３）は、装着状態において前記ピストン・ピンと密封係合し、該ピストン・ピンの部分を高温オイルによる影響から保護することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のピストン（１）。
【請求項６】
前記保護層（７）は、ほぼ円筒状の側壁（１１）の第２の端部（１１Ｂ）において、前記ピストン冠から外側に向かう開口した縁（１２）と連続していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のピストン（１）。
【請求項７】
前記保護層（７）の前記ピストン・ピン（５）のためのジャーナル部（１３）は、前記側壁（１１）の直径方向に相対する部分における開口（１３Ａ、１３Ｂ）から形成され、該保護層（７）と一体化された部分であることを特徴とする請求項５または６に記載のピストン（１）。
【請求項８】
前記保護層（７）は、制限された伝熱能力を有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のピストン（１）。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のピストン（１）のための保護層（７）であって、
前記保護層（７）は、互いに一体的に形成された、閉じられた頂部（１０）を有するほぼカップ型のフードと、実質的に円筒状の側壁（１１）と、環状の縁（１２）とで構成され、ピストン・ピン（５）のためのジャーナル部（１３）を有し、
前記ジャーナル部は、前記側壁内に一体化され、該側壁内に直径方向に互いに相対するように形成された開口（１３Ａ、１３Ｂ）からなることを特徴とする保護層（７）。
【請求項１０】
炭素繊維を含む繊維複合体で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の保護層（７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関用ピストンに関し、具体的には、高温での動作に適したピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室および燃焼機関用ピストンの設計は、１つの観点では、主に実シリンダおよび、ピストン・リング、オイル・リング及び内部で動作するピストン・ピンと関連するピストンの負荷を低減することに焦点を当てている。これは、当該部品から効果的に熱を導くために異なる冷却装置を使用することで、それらの作動温度を低下させることによってしばしば行われている。その目的は、当該部品における実際の温度負荷を軽減するとともに、相対的に稼動、協働する異なる部品、すなわち主にピストン／ピストン・リングとシリンダー・ボアとの間の熱膨張度の違いによって生じる問題を低減することである。
【０００３】
少し異なる観点では、超高温においても悪影響を受けずに燃焼動作が実施されるように燃焼機関の燃焼室とピストンとを構成するための努力がなされてきた。その目的は、熱損失を低減することによってエンジン効率を向上させ、燃焼を改善し、それによって燃料消費量を低下させ、ある程度まで汚染を低減することである。そのような昇温は、熱膨張現象の結果として、実ピストン及びピストン・リング（通常はガス・シール・リング及び油かきリングの形態）に損傷を与える可能性がある。これらの問題を回避するための努力として、例えば、このような接続において、最高温度に曝されるピストン冠部とピストン・リングを支持するピストン・スカートとの間に断熱ギャップを有する、分割されたピストン構成を提供することが提案されてきた。ピストン部とその内部に設けられた特別なシールとの間のギャップによって、ピストン冠部とスカート部との間の異なる熱膨張の影響を排除または少なくとも抑制することができる。例えば、ピストン冠部は鋼製でピストン・スカートはアルミ合金製であるといったように、しばしば、これらの部品には異なる素材が使われている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は一般的に上述の問題を解決または少なくとも低減する燃焼機関用ピストンを提供することである。
【０００５】
本発明のより具体的な目的は、高い動作温度に適合された燃焼機関用の改良されたピストンを提供することにある。
【０００６】
本発明の別の特定の目的は、ピストン面と油路のコーキングを防止する、燃焼機関用ピストンの保護層を提供することである。
【０００７】
これらおよび他の目的は、添付の請求項によって定義される本発明によって達成される。
【０００８】
本発明は、一般に燃焼機関用ピストンに関連し、当該ピストンは、ピストン冠、ピストン・スカート及び、接続ロッド内でピストンをジャーナルするピストン・ピンを収容する部分を有する。ピストンの底部側、特にピストン・リングを冷却するための油路における最適な条件を得るため、本発明の基本的な考え方は、ピストン・ピンに支持され、ピストン冠底部側の主要部分を覆う保護層を採用することである。保護層は、ピストン・スカート内側部分と密封係合する。組み立てられた状態では、保護層はピストン冠に向かってギャップを形成し、当該ギャップは少なくとも部分的にピストン・スカート外側部分の内側に配置されている。それにより、ピストン上でのオイル燃焼の問題を回避することができ、そして油路のコーキングおよび目詰まりの問題を回避することができる。
【０００９】
本発明の別の側面としては、適切な保護層が燃焼機関用ピストンに提供される。この保護層は、互いに一体的に形成されたドーム状の頂部、円筒状の側壁、縁を有するとともに、側壁と一体的に形成され、互いに側壁において直径方向に相対する開口部から成るジャーナル部を持つピストン・ピン用のジャーナルを有するフードである。このような構成により、そのようなピストンに対する非常に有利で効果的なコーキング保護が、非常に費用効率の高い方法で得られる。
【００１０】
本発明と実施形態のさらなる発展は、その従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明の他の利点は、本発明の実施形態の以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明及びそのさらなる目的および利点は、添付の図面と共に以下の説明を参照することによってよく理解されるであろう。
【図１】本発明に係るピストンの実施形態の分解図
【図２】図３に示す第１平面Ａ−Ａに沿った、図１で表されるような本発明のピストンの縦断面図
【図３】図１で表される本発明に係るピストンの実施形態の下から見た平面図
【図４】同様に図３に示す面Ｂ−Ｂに沿い図２に対して垂直な、図１で表されるピストンの、ピストン・スカートおよびピストン・ピンを取り除いた縦断面図
【図５】本発明に係るピストンに提供された保護の斜視図
【図６】図５の保護を別方向から見た平面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の原理を、添付の図面に示されている本発明の例示的な実施形態を参照して説明する。図面に示された本発明の実施形態は、既知の種類の燃焼機関用ピストンへの本発明の基本原理の適用例を示す。しかしながら、図示の実施形態は、本発明に係るピストンの現在好ましい構成を示すというただ１つの目的のために与えられているのであって、図面に示された詳細に本発明を限定することを意図しているものではない。
【００１４】
上述したように、添付の図面は、ピストン冠２およびピストン・スカート３が個々の部品で構成される、ツーパート・ピストン１の一種を示す。ピストン冠２およびピストン・スカート３は両方ともに、図面内に模式的にのみ描かれ、図２のみに示された接続ロッド６と順に回動自在に接続されるピストン・ピン５上で、回動自在に支持されるために、ジャーナル部４Ａ、４Ｂを有する。このようなピストンは高い動作温度を有するエンジンで使用するのに特に適している。これは、最高温度にさらされるピストン冠２と、ピストン・リング９を擁するスカート３に異なる特定の適合材料の使用を可能にするという事実に部分的によっている。適切なシール１５によって封止されている、異なる部品間のギャップ１７は、さらに寄与する。一例では、異なる材料は、ピストン冠２では鋼、スカート３ではアルミニウムであってもよい。次に、封止されたギャップ１７は、最高温度にさらされるピストン冠２の熱膨張がピストン・スカート３に伝達されないことを保証する。これは、ピストン・リング９の過負荷を避けるために重要である。ギャップ１７でピストン冠２の熱伝導を防ぐことで、図示されていないエンジンのシリンダ壁を密封するピストン・リング９が、過熱して動かなくなったり、このシリンダ壁に対してつまったりすることを防ぐことが可能となる。
【００１５】
ピストン・スカート３は、第１の内側部分の外側で距離を隔てて提供される第１の内側部分３Ａと第２の外側部分３Ｂを有するほぼ円筒状の形状を有し、該部分は直径方向に相対する接続領域３Ｄ、３Ｅ（図３参照）で、ともに接合される。これらの接続領域３Ｄ、３Ｅは、ピストン・スカート３の外周の制限された部分にまで及び、かつ、ピストン・スカート３の高さの制限された部分またはその全体の高さに及んでもよい。ピストン・ピン５用のジャーナル部４Ｂは、これらの接続領域３Ｄ、３Ｅを通じて延びている。当該ジャーナル部４Ｂは、ピストン・スカート３の接続領域３Ｄ、３Ｅを通じて、互いに直径方向に相対する開口部として形成される。その他の表現として、ピストン冠２から下方に離れるように開口した環状の凹部３Ｃは、ピストン・スカート３の第１の内側部分３Ａおよび第２の外側部分３Ｂの間で形成される。凹部３Ｃは、接続領域３Ｄ、３Ｅを除くピストン・スカート３の外周全体にわたって延びている。上端において、凹部３Ｃは、ピストン・リング９内の（具体的に説明されない）少なくとも１つの油潤滑されたオイル・リングへオイルを供給するために、分離された多数の油路８と接続している。
【００１６】
ピストン冠２は、一般的なディスク形状であって、好適に部分的に湾曲した底面側２Ａと、ディスク形状から下方に延び、互いに直径方向に相対する支持部２Ｂ、２Ｃとを有する（図１および図４参照）。支持部２Ｂ、２Ｃには、ピストン・ピン５用のジャーナル部４Ａが形成される。この場合にも、当該ジャーナル部４Ａは、開口部として、互いに直径方向に相対するように提供される。
【００１７】
本発明に係るピストン１はさらに、ピストン・ピン５に支持されて、少なくともピストン冠２の下面または底面２Ａの主要部分を覆っている保護層もしくは防護層７とともに提供される。保護層７の目的は、“コーキング”、すなわちそこでのオイルの燃焼からピストン１、より具体的には、ピストン冠２の底面２Ａを保護することである。そのようなコーキングは、オイルがその目的を果たすべき場所に到達しないような、油路の目詰まりすら引き起こしかねない。最悪の場合、このような目詰まりは、エンジンの過熱による動作停止、もしくは故障の結果をもたらすかもしれない。保護層７は、ピストン冠２の底面２Ａの曲率に対して好適に適合された曲率のドーム上部の形状をした頂部１０を有する、全体的にカップ型もしくは帽子型のフードからなる。さらに保護層７は、本質的には円筒状の側壁１１および環状で下方への開口した縁１２を有する。保護層７のすべての部分が好適に互いに一体的に製造される。側壁１１には、ピストン・ピン５のためのジャーナル部１３が提供され、当該ジャーナル部は側壁１１と一体的であり、この場合にはまた、基本的には互いに直径方向に相対するように側壁１１内に形成される開口１３Ａ、１３Ｂによって形成される。
【００１８】
保護層７は、制限された熱伝導率を有する材料からなり、好ましくは炭素繊維を含有する繊維複合材から適切に形成されてもよい。あるいは、保護層７はアルミニウムから一体的に形成されてもよい。保護層７の一部は、ピストン冠２の形状にさらに適合されている。保護層がピストン・ピン５に取り付けられることで、ピストン冠２の底面２Ａの少なくとも主要部、すなわちピストン１の最高温度の表面との関連で、実質的に途切れない、もしくは連続したギャップ１６が形成される。それゆえ、ピストン冠２の材料と保護層７の材料との間の熱伝達は、回避されるか、さもなくば少なくとも大幅に低減されてよい。保護層７とピストン冠２との間のギャップ１６は所定の幅を有するように図示されているが、用途に応じて、ギャップ１６は図示したものより主に大きい幅、もしくは小さい幅を有するように形成されてよいことは明らかである。例えば非常に高い作動温度においては、ピストン冠２から保護層７への熱伝達を効果的に防ぐために、より大きなギャップが用いられてよい。また、ピストン内で利用可能な空間が制限されている場合、より狭いギャップが考慮されてもよい。
【００１９】
このような保護層が装着されている場合、ピストン１の作動温度は上昇してもよく、改善された燃焼およびより低燃費を提供する。保護層７が適切な位置にあれば、保護層７がピストン１の最高温度の部分、即ちピストン冠２をカバーするので、エンジンオイルで当該部分を冷却する必要がない。このようにして、エンジンオイルは長い動作時間中でも、その品質を保つことができる。ピストン１内でジャーナル構造となっているピストン・ピン５とその部分が、高温のオイルによる影響から保護されるように、保護層７は、組み立てられた状態でピストン・ピン５と密封結合するジャーナル部１３によってピストン・ピン５に取り付けられる。組み立てられた状態でピストン・スカート３の第１の内側部分３Ａと密封係合するように、保護層７の部分もまた、ピストン・スカート３の形状に適合されている。その目的は、保護層７とピストン冠２の下部もしくは底面２Ａとの間のギャップ１６に高温のオイルが侵入しないよう、高精度にピストン・スカート３の内側部分３Ａに対して密封することである。さらに、保護層７の少なくとも一部、好ましくは主要部分は、ピストン・スカート３の第２の外側部分３Ｂ内で適切な距離を置いて提供される。これにより、エンジンから凹部３Ｃ、そしてさらにはオイル・リング９を潤滑化するための油路８上へのオイルの誘導を支援する。
【００２０】
図示された構成において、保護層７は、閉じられた構造の頂部１０を有し、当該頂部１０は組み立てられた状態においてピストン冠２に面し、ほぼ円筒状の側壁１１の第１の端部１１Ａへと連続する。当該第１の端部１１Ａは、ピストン冠２の底面２Ａから外側へ向かう、下方への開口した縁１２へ第２の端部１１Ｂにて連続する。
【００２１】
縁１２との関連で、保護層７は本質的に円形の最大の外周７Ｃを有する。そのすぐ近隣に、ピストン冠２へ向けて斜め上方に面した係合面７Ｄが提供される。この係合面７Ｄは、ピストン・スカート３の第１の内側部分３Ａの下方端縁部において面を高精度に密封係合するように意図されている。最大外周７Ｃの領域において、保護層７はピストン・スカート３の第２の外側部分３Ｂの内径Ｄ１より明らかに小さい外径Ｄ２を有し、これにより凹部３Ｃおよび油路８への自由なオイルの連絡が確保される。
【００２２】
また、本発明の特に説明されない実施形態に開示された部品の変更または改良を実施形態は本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。とりわけ、本発明は、図示および説明したように、ツーパート・ピストンの概略的設計に限定されない。それは、現在、本発明は、昇温もしくはより高い温度で動作することを意図し、その理由で別個のピストン冠とピストン・スカートを有するように設計されるエンジンにおける応用を主要な領域として有するであろうと想定され得るが、最も広範な本発明は、上述したものと同様の基本的機能および利点を提供する性質的特性のピストンの変更および改良もまた範囲とする。
【００２３】
本発明は、大型車両用の４気筒エンジンのために特別に意図された応用を具体的に参照して説明および図示してきたが、本発明は決してそのような特定の応用例に限定されるものではない。本発明の基本原理は、このように他の種類のエンジンおよび他のタイプの車両に適用されてよい。
【００２４】
本発明は、現在最も実用的かつ適切であると考えられる実施形態に関して説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されるべきである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な改良および等価の構成を包含することを意図している。
【図１】
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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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【図６】
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【国際調査報告】
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