(57)【要約】  燃焼機関のピストン及び連結棒組立体（１）において、ピストン（２）は、ピストンクラウン（３）と、ピストンスカート（４）と、ピストンを連結棒（１７）で支持するために使用されるピストンピン（６）を収容するピストンクラウン及びピストンスカートのそれぞれの部分（１０、１４）とを含む。ピストンスカートは、閉じられた底部分（１５）を有し、ピストンスカートのピストンピンを収容する部分は、ピストンピンに対して密封される開口部（１６）を有する。ピストンスカートは、ピストンクラウンの底部分（１２）並びにピストンクラウンのピストンピンを収容する部分（１０）を取り囲む。連結棒はピストンに面する端部（１９）でフォーク形状を更に有する。そのような組立体で使用するためのピストン及び連結棒もそれぞれ提供される。
2014533338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関のピストン（２）及び連結棒（１７）の組立体（１）であって、
前記ピストン（２）は、
ピストンクラウン（３）と、
ピストンスカート（４）と、
前記ピストンクラウン（３）及び前記ピストンスカート（４）が前記連結棒（１７）上で回動可能に支持されるためのピストンピン（６）をそれぞれ収容する部分（１０、１４）と、
を含み、
ａ）前記ピストンスカート（４）は、完全に閉じられた底部分（１５）を有し、
ｂ）前記ピストンスカート（４）は、前記ピストンピン（６）を収容する部分（１４）で、前記ピストンピン（６）に対して密封される開口部（１６）を有する一方、前記ピストンクラウン（３）の底部分（１２）及び前記ピストンクラウン（３）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）を完全に取り囲み、
ｃ）前記連結棒（１７）の前記ピストン（２）に面する端部（１９）は、フォーク形状であることを特徴とする組立体。
【請求項２】
前記連結棒（１７）は、前記ピストンスカート（４）の前記閉じられた底部分（１５）と前記ピストンピン（６）に対して密封される部分（１４）とを、前記ピストン（２）に面するフォーク形状の端部（１９）の互いに離間したフォーク先端部（２１、２２）で、前記ピストンスカート（４）の両側から把持することを特徴とする請求項１記載の組立体。
【請求項３】
組み立てられた状態で、前記連結棒（１７）は、
前記ピストン（２）に面するフォーク形状の端部（１９）の互いに離間した前記フォーク先端部（２１、２２）で、
前記ピストンクラウン（３）の閉じられた前記底部分（１２）と前記ピストンピン（６）を収容する前記ピストンクラウン（３）の部分（１０）とを、さらに、前記ピストン（２）の両側から把持することと、
前記ピストンピン（６）は、前記ピストンクラウン（３）の前記部分（１０）と、前記ピストンスカート（４）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１４）とを貫通し、更に前記連結棒（１７）の前記フォーク形状の端部（１９）の互いに離間した前記フォーク先端部（２１、２２）の少なくとも一部を通るように延設されることを特徴とする請求項２記載の組立体。
【請求項４】
連続する断熱間隙（８）が、
前記ピストンクラウン（３）の上部分（９）と、前記ピストンクラウン（３）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）と、前記ピストンクラウン（３）の前記閉じられた底部分（１２）との外面と、
前記ピストンスカート（４）の上部分（１３）と、前記ピストンスカート（４）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１４）と、前記ピストンスカート（４）の前記閉じられた底部分（１５）との内面と、
の間に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項５】
前記ピストンクラウン（３）の外面に、前記ピストンクラウン（３）と前記ピストンスカート（４）との間の前記間隙（８）を密封するシール（７）が支持されることを特徴とする請求項４記載の組立体。
【請求項６】
前記ピストンクラウン（３）は、完全に閉じられた底部分（１２）を有し、
前記ピストンクラウン（３）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）は、前記部分（１０）を横方向に貫通し、且つ収容される前記ピストンピン（６）に対して密封される貫通孔（１１）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項７】
前記ピストンクラウン（３）は均質の形状であるか、あるいは底部分（１２）及び前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）で少なくとも部分的に中空に形成された形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の組立体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の組立体のピストン（２）であって、
ピストンクラウン（３）と、
ピストンスカート（４）と、
前記ピストンクラウン（３）及び前記ピストンスカート（４）を連結棒（１７）上で回動可能に支持するためのピストンピン（６）を収容する部分（１０、１４）と、
を有し、
ａ）前記ピストン（２）の前記ピストンスカート（４）は、完全に閉じられた底部分（１５）を有し、
ｂ）前記ピストンスカート（４）の前記閉じられた底部分（１５）は、
前記ピストンスカート（４）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１４）まで途切れることなく連続し、
前記ピストンピン（６）に対して密封される開口部（１６）を有し、
前記ピストンクラウン（３）の底部分（１２）及び前記ピストンクラウン（３）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）を完全に取り囲むことを特徴とするピストン。
【請求項９】
前記ピストンクラウン（３）は、完全に閉じられた前記底部分（１２）を有し、前記底部分（１２）は、前記ピストンクラウン（３）の前記ピストンピン（６）を収容する部分（１０）まで連続し、
前記部分（１０）は、前記部分（１０）を横方向に貫通し、かつ前記部分（１０）に収容される前記ピストンピン（６）に対して密封される貫通孔（１１）を有することを特徴とする請求項８記載のピストン。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載の組立体（１）の連結棒（１７）であって、
前記連結棒（１７）は、組み立てられた状態で、前記ピストン（２）に面する前記端部（１９）で、前記ピストン（２）の一部（１０、１２、１４、１５）を両側から把持する互いに離間したフォーク先端部（２１、２２）を備えるフォーク形状を有することを特徴とする連結棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に燃焼機関に関し、特にピストン及び連結棒から構成され、且つ高温での動作に適するように構成された組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機関の燃焼室及びピストンの設計は、ある面で、実際のシリンダと、シリンダの中で運動し、関連するピストンリング、オイルリング及びピストンピンを含むピストンとに加わる負荷を減少させることに集中していた。多くの場合、これらの部品から発生される熱を効果的に排除することによって部品の動作温度を低下させる種々の冷却構造によって、上記負荷を減少させてきた。設計の目的は、部品が受ける実際の温度を低下させること、及び相対的に運動し、協働する種々の部品の熱膨張率の差、すなわち主にピストンまたはピストンリングとシリンダ孔との熱膨張率の差によって起こる問題を軽減することであった。
【０００３】
別の面では、非常に高い温度で不都合な結果を引き起こすことなく燃焼動作を実現できるように、燃焼機関の燃焼室及びピストンを構成するための努力もなされてきた。その目的は、熱損失を減少させることによりエンジンの効率を向上し、且つ燃焼を改善することにより燃料消費を減少させると共に、ある程度まで汚染物質を減少させることであった。非常に高い温度の場合、何らかの措置を講じないと、熱膨張現象の結果、ピストン及びピストンリングが損傷してしまう場合がある。そのような問題を回避するために、例えばピストンクラウンを形成し、最高温度にさらされる部品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間隙を設けた分割型ピストン構成が示唆された。それらのピストン部品の間で間隙を使用し、且つその間隙に特別のシールを配置することにより、ピストンクラウン部分とピストンスカート部分との熱膨張率の差の影響を排除するか、または少なくとも軽減することが可能である。多くの場合、それらの部品にはそれぞれ異なる材料が使用される。例えば、ピストンクラウン部分は鋼から、ピストンスカート部分はアルミニウム合金から製造される。
【発明の概要】
【０００４】
従って、本発明の全般的な目的は、上記の問題を排除するか、または少なくとも軽減することである。
【０００５】
本発明の更に特定された目的は、高い動作温度に適する燃焼機関の改善された燃焼機関のピストン及び連結棒組立体を提供することである。
【０００６】
本発明の他の特定の目的は、そのような燃焼機関のピストン及び連結棒組立体で使用するためのピストン及び連結棒をそれぞれ提供することである。
【０００７】
上記の目的及び他の目的は、添付の特許請求の範囲により規定される発明により達成される。
【０００８】
本発明は、一般に、燃焼機関のピストン及び連結棒から構成される組立体に関する。燃焼機関のピストン及び連結棒の組立体であって、前記ピストンは、ピストンクラウンと、ピストンスカートと、前記ピストンクラウン及び前記ピストンスカートが前記連結棒上で回動可能に支持されるためのピストンピンをそれぞれ収容する部分とを含み、前記ピストンスカートは、完全に閉じられた底部分を有し、前記ピストンスカートは、前記ピストンピンを収容する部分に、前記ピストンピンに対して密封される開口部を有する一方、前記ピストンスカートは、前記ピストンクラウンの底部分及び前記ピストンクラウンの前記ピストンピンを収容する部分を完全に取り囲み、前記連結棒の前記ピストンに面する端部は、フォーク形状である。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、本発明は、本発明に係る燃焼機関のピストン及び連結棒組立体で使用するのに適切なピストン及び連結棒をそれぞれ提供する。
【００１０】
本発明に係るピストン及び連結棒の組立体の基本構成は、
・ピストンクラウンと高温のエンジンオイルとの間の熱伝達を減少させ、それにより
・エンジンオイルの耐用年数を延長し、
・ピストン下面におけるコーキング現象を減少させ、
・更に完全な燃焼を可能にすることにより燃料消費を減少させ、
・組立体の構成部品の数が少ない
という利点を提供する。
【００１１】
本発明の更なる発展形態及び実施形態は、従属特許請求の範囲において提示される。
【００１２】
本発明の他の利点は、以下の本発明の実施形態の詳細な説明を読むことにより容易に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明並びにその更なる目的及び利点は、添付の図面と共に以下の説明を参照することにより最もよく理解されるだろう。
【図１】図１は、本発明に係る連結棒を備えるピストンの一実施形態を示す側面図である。
【図２】図２は、図１に示される第１の線Ａ‐Ａに沿った図１に示される本発明に係る連結棒を備えるピストンの縦断面図である。
【図３】図３は、図１の連結棒を通る第２の線Ｂ‐Ｂに沿った図１または図２に示される本発明に係る連結棒を備えるピストンの実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、図１から図３に示されるピストンのピストンクラウンを下から見た概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
燃焼機関のピストン及び連結棒の組立体並びにそのような組立体のピストンまたは連結棒の例示的な実施形態を参照して、以下に本発明及びその原理を説明する。実施形態は、添付の図面の図１から図４に一部概略的に示され、以前より基本構成が知られている燃焼機関の２分割型ピストンへの本発明に係る解決法の基本原理の適用に関する。図示される構成はそのような適用の一例として提示されるので、その例示の唯一の目的は好適な実施形態を開示することであることが強調されるべきである。従って、図示される実施形態は、特定の用途または図面に示される詳細に本発明を限定することを意図しない。
【００１５】
冒頭の説明に戻ると、高温で動作することが意図されるエンジンにおいて起こる問題の多くは、熱膨張現象、コーキングの問題及びその結果として現れる影響によるものである。本発明は、熱及びコーキングに関する問題をまったく新しい方法で排除できる新規なピストンと連結棒との組み合わせを示唆することにより、それらの問題を解決する方法を見出すことを目的とする。基本的には、本発明の解決法は、ピストンの最も高温になる部分、すなわちピストンクラウン、特にその下面をエンジンのオイルと接触しないように保護することを含む。本発明の解決法の基本的な特徴は、ピストンクラウンの下面を効果的に保護するように底部分を閉鎖したピストンスカートの下面の特別の構成である。
【００１６】
前述のように、添付の図面は、ピストン２及び連結棒１７から構成される燃焼機関のピストン及び連結棒の組立体１を示す。ピストン２は２分割型であり、ピストンクラウン３及びピストンスカート４はそれぞれ別の部品から構成される。ピストンクラウン３及びピストンスカート４は、図面に概略的に示されるピストンピン６を収容する支持部分１０及び１４をそれぞれ有する。ピストンピン６によって、ピストンクラウン３及びピストンスカート４は、図面に一部示す連結棒１７に対して回動可能に支持される。このようなピストン２は動作温度が高いエンジンで使用するのに特に適している。これは、一つには最高温度にさらされるピストンクラウン３と、図示されてない従来通りのピストンリングを収容する溝５を外周面に有するピストンスカート４とに、特に高温に適合するそれぞれ異なる材料を使用できるからである。先に指示した通り、種々の部品に使用される異なる材料としては、例えばクラウン３には鋼、スカート４にはアルミニウム合金を適用してもよい。異なる部分の間にあり、適切な密封装置７によって密封される間隙８も、組立体１の温度耐性を向上するのを助ける。密封された間隙８は、最高温度にさらされるピストンクラウン３の熱膨張がピストンスカート４へ伝達されないように保証する。これは、ピストンリングの過負荷を防止するためには重要である。温度によるピストンクラウン３の膨張を間隙８で吸収することにより、エンジンのエンジンシリンダ壁（図示せず）と密封係合するピストンリングがこのシリンダ壁に対して動かなくなるか、または故障するのを防止することが可能である。
【００１７】
ピストンクラウン３は、基本的にはピストンピン６を収容する部分１０の中まで連続するほぼ円板形の上部分９から構成され、この上部分９は完全に閉じた底部分１２まで下方へ中断されることなく連続している。ピストンクラウンの部分１０は部分１０を横方向に貫通する貫通孔１１によって、この部分１０に収容されるピストンピン６に密封支持されるのが好ましい。温度差によって引き起こされ且つ支持面の隙間から成る問題を回避するために、ピストンクラウン３は例えばプレスフィット結合によりピストンピン６に結合される。更に、図示される実施例では、ピストンクラウン３のピストンピン６を収容する部分１０は、基本的に上部の円板形部分９の直径より小さい直径を有するほぼ円筒形状を有するように形成されることも、特に図２から図４から明らかである。この円筒形状の両側の一部が取り除かれることで、円筒形状の外周に対応する丸形の短い辺を有する断面矩形の部分となり、ピストンクラウン３のピストンピン６を収容する部分１０になる。貫通孔１１は、部分１０を横方向に貫通するように形成され且つ円筒形状の取り除かれた部分により形成される面で開放されている。
【００１８】
ピストンスカート４は、基本的に上向きに完全に開いている上部分１３から構成され、上部分１３はほぼ円筒形の形状を有し且つ外周部にピストンリング溝５を有する。上部分１３は、ピストンスカート４のピストンピン６を収容する部分１４まで中断されずに連続しており、その後下向きに完全に閉じられる底部１５に続く。ピストンスカート４の構成部分のすべて、並びに先に説明したピストンクラウン３の構成部分のすべては、１つの部材として形成されるのが好ましい。ピストンピン６を支持する部分１４は、ピストンスカート４の外壁を貫通してピストンピン６に対して密封され且つ互いに正反対の位置に配置された開口部１６を有するように構成される。ピストンスカート４におけるピストンピン６の支持またはジャーナルは、当業者には周知である何らかの従来の方法により構成され、その周囲を取り囲む不図示のシリンダの中でエンジンオイルに対して外側シールを確保する。従って、これは図面の図には特定して示されていない。ピストンクラウン３の場合と同様に、ピストンスカート４のピストンピン６を収容する部分１４は、基本的に、この場合には上部分１３と同一であるほぼ円筒形の形状を有するように形成される。この場合にも、円筒形の形状の両側の一部がそれぞれ取り除かれることで、ピストンピン６を収容する部分１４は、円筒形の形状の外周に対応する丸形の短い辺を有する断面矩形の形状を有する。
【００１９】
更に、ピストンスカート４は、ピストンピン６を収容する部分１４及び閉じられた底部分１５と共に、ピストンクラウン３の底部分１２並びにピストンクラウン３のピストンピン６を収容する部分１０を完全に取り囲む。従って、エンジンから出たオイルが、ピストンクラウン３の種々の部品及び部分と接触し、それらの部分によって過熱されるような事態は効果的に防止される。詳細には、ピストンスカート４の上部分１３、底部分１５及び部分１４は、対応するピストンクラウン３の上部分９、底部分１２及び部分１０の形状に適応する形状である。ピストンクラウン３及びピストンスカート４がピストンピン６に取り付けられた場合、ピストンクラウン３とピストンスカート４との間には、ほぼ中断されないまたは連続する断熱間隙８が形成される。間隙８は、ピストンクラウン３の上部分９、ピストンクラウン３のピストンピン６を収容する部分１０及び閉じられた底部分１２の外面と、ピストンスカート４の上部分１３、ピストンスカート４のピストンピン６を収容する部分１４及び閉じられた底部分１５の内面との間に形成される。従って、間隙８は、通常はピストン２で最も高温の面であるピストンクラウン３の底面に対する断熱を促進する。これにより、ピストンクラウン３とピストンスカート４との間の熱伝達は起こらなくなるか、または少なくとも大幅に減少されると考えられる。
【００２０】
ピストンスカート４の上部分１３の上面領域において、ピストンクラウン３とピストンスカート４との間の間隙８は、ピストンクラウン３のピストンピン６を収容する部分１０の外面にある溝の中に支持されるシール７によって密封されるのが好ましい。ピストンクラウン３とピストンスカート４との間の間隙８は、図には特定の幅を有するものとして例示されるが、用途に応じてこの間隙８が図示される幅より広い幅または狭い幅を有するように構成されてもよいことは明らかだろう。例えば、幅の広い間隙は動作温度が非常に高い場合に、ピストンクラウン３からピストンスカート４への熱伝達を効果的に阻止するために使用されてもよい。これに対し、狭い間隙は、ピストン２で利用可能なスペースが限られている場合にピストンクラウン３とピストンスカート４との間の望ましくない運動を減少させるという目的のためにも使用可能だろう。いずれの場合も、間隙８は、ピストンクラウン３の上部分とピストンスカート４の上部分との間の上部で、その下方の部分より幅が狭いのが適切だろう。
【００２１】
組立体１は、ピストン２に面する端部１９でフォーク形状を有する特別に構成された連結棒１７を使用することが図１から図３から明らかである。このフォーク形状は、図面には一部が示される連結棒１７の本体部分２０から始まる２つの互いに離間したフォーク先端部２１、２２により形成される。本体部分２０の反対側の端部は図示されないが、同様に図示されないクランク軸に軸支されるまったく従来通りの構造を有する。本実施例では、フォーク先端部２１、２２は、ピストンピン６を支持するほぼ中央の孔１８をそれぞれ有する２つの離間した耳状部分から構成される。組み立てられた状態で、フォーク先端部（耳状部分）２１、２２は、ピストンスカート４の閉じられた底部分１５及びピストンスカート４のピストンピン６を収容して、且つピストンピン６に対して密封された部分１４を両側から把持する。この状態で、連結棒１７は、ピストン２に面するフォーク形状の端部１９、すなわち互いに離間したフォーク先端部（耳状部分）２１、２２を有する端部によって、ピストンクラウン３の閉じられた底部分１２及びピストンクラウン３のピストンピン６を収容し、且つピストンピン６に対して密封された部分１０を同様に両側から把持する。ピストンピン６は、ピストンクラウン３及びピストンスカート４の整列された孔１１、１６をそれぞれ完全に貫通し且つフォーク形状の端部１９の離間したフォーク先端部２１、２２の孔１８の少なくとも一部を通る。
【００２２】
ピストン２の部品の材料は、一つには所望の用途に応じて選択されるが、先に述べた通り、ピストンクラウン３は一般に鋼または別の耐熱材料から製造されるべきであり、ピストンスカート４はアルミニウムなどの軽量の材料を含むのが好都合だろう。更に、図示される実施形態の場合のように、ピストンクラウン３は均質であってもよい。軽量化が望まれる用途では、ピストンクラウン３、特にピストンクラウン３の部分１０及びある程度までの底部分１２の一部は、均質ではなく中空の形状であってもよい。
【００２３】
このような本発明に係る燃焼機関の組立体１において、前述の目標は達成される。すなわち、ピストン２、特にピストンクラウン３の底側は「コーキング」、すなわちオイルがその部分に到達し、燃焼する現象から保護される。この構成によれば、ピストン２の動作温度を上昇させることができるので、燃焼は改善され且つ燃料消費が減少する。エンジンのオイルは、ピストン２の最高温度の部分となるピストンクラウン３を冷却することがないので、動作時間が長くなっても、エンジンオイルは品質を保つことができる。組み立てられた状態で、ピストンピン６をピストンスカート４に密封結合する支持部分１４によって、ピストンスカート４はピストンピン６に嵌合される。こうすることにより、特に実際のピストンクラウン３及びピストンスカート４で支持される部分は、高温のオイルの影響から保護されるだろう。その目的は、同様に、ピストンスカート４とピストンクラウン３の底側との間の間隙８に高温のオイルが侵入できないように効果的な密封を実現することである。
【００２４】
特定して例示されない本発明の代替実施形態において、本発明の範囲から逸脱することなく、例示される種々の部分の変形または変更が使用されてもよい。特に、本発明は、図示され且つ説明される２分割型ピストンの概略的な構造に限定されない。本発明の主な適用分野は、特に高温で動作することが意図されるエンジンであると現時点では想定できるだろうが、最も広い範囲では、本発明は、特徴的な構造が先に説明したのと同一の機能及び利点を提供するようなピストンの変形及び変更をも含む。その一例は、ピストンクラウン及びピストンスカートの相補形の互いに嵌合する部分の別の構成であってもよい。
【００２５】
特に大型重量車両の相対的に低速の４ストロークエンジンを意図した用途に特定して本発明を開示したが、本発明はそのような特定の用途に制限されるべきではない。本発明の基本原理は、他の種類のエンジン及び他の種類の車両にも適用可能である。
【００２６】
現時点で最も実用的且つ適切であると考えられる実施形態に関連して本発明を説明したが、開示された実施形態に本発明が限定されないことを理解すべきである。本発明は、図示され且つ、または本明細書において説明される特徴構造の実際に実現可能なあらゆる組み合わせをも含み、従って、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲の中に含まれる種々の変形及び同等の構造を含むことを意図する。
【図１】
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【図２】
2014533338.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2014533338.tif 000007
2014533338.tif 000008
2014533338.tif 000009
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