(57)【要約】  本発明は、内燃機関のピストン（１）であって、複数のリング溝（３）を備えたピストンヘッド（２）と、該ピストンヘッド（２）に配置されたピストンスカート（４）とを有しており、該ピストンスカート（４）が、支持作用を有するピストンスカート壁部区分（５）を有していて、該ピストンスカート壁部区分（５）は、ピストン外径に対して引っ込んだ傾斜して延びる複数の接続壁（６）を介して互いに接続されており、前記接続壁（６）内に、ピストンピンを受容するためのピストンピンボス（７）が配置されている形式のものに関する。この場合、本発明によれば、前記接続壁（６）が、該接続壁（６）の下縁部（Ａ）から斜めに延びて、この下縁部（Ａ）よりも引っ込んだ中央領域（Ｂ）を経て、この中央領域（Ｂ）よりもさらに引っ込んだ端部領域（Ｃ）への途中で、前記ピストンヘッド（２）の下のピンボス支持領域（１３）に同一平面状に移行している。
2010532447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストン（１）であって、複数のリング溝（３）を備えたピストンヘッド（２）と、該ピストンヘッド（２）に配置されたピストンスカート（４）とを有しており、該ピストンスカート（４）が、支持作用を有するピストンスカート壁部区分（５）を有していて、該ピストンスカート壁部区分（５）は、ピストン外径に対して引っ込んだ傾斜して延びる複数の接続壁（６）を介して互いに接続されており、前記接続壁（６）内に、ピストンピンを受容するためのピストンピンボス（７）が配置されている形式のものにおいて、
前記接続壁（６）は、該接続壁（６）の下縁部（Ａ）から斜めに延びて、この下縁部（Ａ）よりも引っ込んだ中央領域（Ｂ）を経て、この中央領域（Ｂ）よりもさらに引っ込んだ端部領域（Ｃ）への途中で、前記ピストンヘッド（２）の下のピンボス支持領域（１３）に同一平面状に移行していることを特徴とする、内燃機関のピストン（１）。
【請求項２】
ピストン内部領域（９）にアンダカット部が形成されていない、請求項１記載のピストン（１）。
【請求項３】
支持作用を有する前記ピストンスカート壁区分（５）が、ピストンピン軸線（１２）を中心にして左右非対称に構成されていて、一方のピストンスカート壁部区分（５１）が、この一方のピストンスカート壁区分（５１）に対面する他方のピストンスカート壁区分（５２）よりも遅れて、前記引っ込んだ接続壁（６）に移行している、請求項１又は２記載のピストン。
【請求項４】
ピストンストローク軸線（１４）方向で見た前記ピストンヘッド（２）の厚さが、ピストンストローク軸線（１４）から半径方向で外方に向かって減少している、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストン。
【請求項５】
ピストンヘッド（２）の厚さ（Ｓ１）がピストンストローク軸線（１４）の領域において最大であり、前記リング溝（３）の後ろの領域への移行部における厚さ（Ｓ２）が最小である、請求項４記載のピストン（１）。
【請求項６】
前記リング溝（３）の後ろに、ピストン内部領域（９）内に達する開放領域（１０）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項７】
前記ピストンピンボス（７）内におけるピストンピン孔の表面が左右非対称に構成されており、特に左右非対称の球状に構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項８】
前記開放領域（１０）の傾斜が、ピストンストローク軸線に対して平行な軸線に対して３０゜よりも大きい、請求項１から７までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した内燃機関のピストンであって、複数のリング溝を備えたピストンヘッドと、該ピストンヘッドに配置されたピストンスカートとを有しており、該ピストンスカートが、支持作用を有するピストンスカート壁部区分を有していて、該ピストンスカート壁部区分は、ピストン外径に対して引っ込んだ傾斜して延びる複数の接続壁を介して互いに接続されており、前記接続壁内に、ピストンピンを受容するためのピストンピンボスが配置されている形式のものに関する。
【０００２】
請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する本発明によるピストンは、ドイツ連邦共和国特許第１０１４５５８９号明細書により公知であるが、前記ドイツ連邦共和国特許第１０１４５５８９号明細書に記載されたピストンに対して、既にパラメータに関して改善されている。勿論、パラメータに関して改善されているにも拘わらず、このようなピストンは、内燃機関のシリンダ室内でのピストンの駆動に関連してさらなる改善が必要とされていることが分かっている。このような改善は、特に車両の内燃機関の運転において、環境影響（特に燃費及び有害物質排出を最小限にする必要がある）並びに、耐久性及び騒音発生に関連して、常に高い要求が課せられているために必要とされている。
【０００３】
そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式のピストンを改良して、内燃機関の運転中のパラメータ、特にその耐久性及び騒音発生が改善され、このようなピストンを内燃機関に使用することによって、内燃機関のパラメータがやはり燃費及び有害物質排出に関連して改善されるようにすることである。
【０００４】
この課題は請求項１に記載した特徴によって解決された。
【０００５】
本発明によれば、ピストン外径に対して引っ込んで構成され、かつピストンストローク軸線を通って延びる平面に対して傾斜した構成を有する接続壁は、該接続壁の下縁部から斜めに延びて、この下縁部よりも、ピストン外径に対して引っ込んだ中央領域を経て、この中央領域よりもさらに引っ込んだ端部領域への途中で、前記ピストンヘッドの下のピンボス支持領域に同一平面状に移行するように、傾斜して構成されている。本発明によれば、ピストンヘッド（ヘッドプレートとも称呼される）の下側の水平断面図で見たピストンのボックス壁（Kastenwaende）の湾曲、特に凸状又は凹状の湾曲と相俟って、及び特に湾曲されたピストンボス端面と相俟って、有利な形式でピストン内側の応力がさらに減少される。
【０００６】
ピストンストローク軸線を通って延在する平面に関連して、このようなボックス壁の、下から上に見た延在形状によって、接続壁の傾斜角度（ボックス傾斜角度とも称呼される）の勾配は著しく大きくなるので、接続壁（＝ボックス壁）とピストンピンボス支持部とは、ピストンピンボス支持部の上部領域において、少なくとも十分に、特に完全に同一面で接続されている。これによって、ピストンの重量は十分に減少され、従って有利な形式で騒音減少が得られる。
【０００７】
ピストンを本発明に従って構成したことによって、「Load capability；負荷容量」は著しく改善された。つまり、ピストンは、熱的な負荷若しくは機械的な負荷に関連した持続的な強度が改善され、ピストンの内燃機関に関する今日の要求に基づいて、この要求を良好に満たすことができる。
【０００８】
本発明の実施態様によれば、ピストン内部領域にアンダカット部（Hinterschnitte）が設けられていない。従って、有利な形式で、公知のピストンのための鋳造工具よりも簡単な構成の鋳造工具を使用することができる。しかも、アンダカット部が回避されたことによって、鋳造工具の集中的な冷却が可能であり、ひいては、内燃機関の運転中におけるピストンのピストンピンボス負荷容量が高められた。しかも、鋳造工具の形状がより簡単にすることができるので、製造費用を安価にすることができる。
【０００９】
本発明の別の実施態様によれば、支持作用を有する前記ピストンスカート壁区分が、ピストンピン軸線を中心にして左右非対称に構成されていて、一方のピストンスカート壁部区分が、この一方のピストンスカート壁区分に対面する他方のピストンスカート壁区分よりも遅れて、前記引っ込んだ接続壁に移行している。つまり、本発明によるピストンにおいては、左右非対称のピストンスカート巻き掛け中心角（Schaftumschlingungswinkel）が設けられている、ということである。このような左右非対称のピストンスカート巻き掛け中心角によって、有利な形式で摩擦及び重量の減少が得られるので、このような手段によって、内燃機関内のピストン運転時における騒音発生が著しく減少される。
【００１０】
本発明の実施態様によれば、ピストンストローク軸線方向で見た前記ピストンヘッドの厚さが、ピストンストローク軸線から半径方向で外方に向かって次第に減少している。ピストンしゅう動面方向におけるピストンヘッドの厚さを減少させたことによって、ピストン強度を損なうことなしに、ピストン重量の削減及びひいては、内燃機関のピストン運転時における騒音発生をさらに減少させることができる。
【００１１】
本発明の別の実施態様によれば、リング溝の後ろに、ピストン内部領域内に達する開放領域が設けられているので、それによって、重量削減用ポケットの領域でリング溝の拡大した鋳込み成形角度が得られる。このような構成によって、リング溝領域における熱の影響が最適化され、ひいてはピストン温度の減少が得られる。これによって、内燃機関の運転中におけるピストンの耐久性の改善が得られる。しかもこれによって、溝補強のための自由度が拡大される。
【００１２】
本発明の別の実施態様によれば、開放領域の傾斜が、ピストンストローク軸線に対して平行な軸線に対して３０゜よりも大きい。開放領域の傾斜角度は、従来では、ピストンストローク軸線に対して平行な軸線を基準にして３０゜を越えない角度に構成することが公知であった。何故ならば、開放領域の傾斜角度がピストン軸線に対して平行な軸線を基準にして３０゜を越えると、ピストンの強度に不都合な影響が及ぼされるか、若しくはピストン製造において困難があった。構造的な特徴、つまり接続壁が、該接続壁の下縁部から斜めに延びて、この下縁部よりも引っ込んだ中央領域を経て、この中央領域よりもさらに引っ込んだ端部領域の途中で、前記ピストンヘッドの下のピンボス支持領域に同一面を成して移行している、という構造的な特徴によって、製造技術的に、前記開放領域の傾斜を３０゜を越える角度にすることができる。従って、接続壁の傾斜は、同様にピストンストローク軸線に対して平行な軸線を基準にして、３０゜を越える角度をであってもよい。
【００１３】
本発明の実施態様によれば、ピストンスカートの表面、つまり支持作用を有するピストンスカート壁部区分の表面は、ピストンストローク軸線方向で、左右非対称に、特に左右非対称な球状に構成されている。これによって、ピストンスカート、正確にはピストンの運転中に内燃機関のシリンダ内室に支えられる支持作用を有するピストンスカート壁部区分の左右非対称性に基づいて、上下運動時にピストンの変形に適合させることができるので、これによって、摩擦力が減少される。内燃機関の運転中にピストンに作用する力によって（特に下方からの連接棒及びクランクシャフトによる力、及び上方からの燃焼圧による力及び熱的な変形によって）、ピストンが変形せしめられるので、左右非対称のピストンスカート形状が、ピストンの変形を補償して、互いに当接し合う面（一方では支持作用を有するピストン壁区分、他方ではシリンダ内周面）が完全に又はほぼ完全に互いに当接し合うので、互いに向き合う摩擦面が均一にされ、従来におけるように変形に基づいて互いに不均一に当接し合うことはない。これによって、当該の摩擦面間の、一様な減少された摩擦作用が得られる。その結果生じる、内燃機関のシリンダ内におけるピストンスカートが左右非対称な走行遊びによって、摩擦が減少され、ひいては燃料が節約され、最適なピストンの二次運動（Kolbensekundaerbewegungen）が得られ、これによって騒音が減少される。
【００１４】
単独でも、任意の組合せでも実現できる、前記本発明の手段に基づいて、ピストンの重量が減少され、ピストンピンボスの押圧力が高められ、内燃機関のシリンダ内でのピストンのピストンスカート摩擦は減少され、さらに、内燃機関のシリンダ内にピストンを挿入した場合に、温度の低下及び騒音の減少が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるピストンの概略的な縦断面図である。
【図２】本発明によるピストンの概略的な横断面図である。
【図３】本発明によるピストンの別の概略的な横断面図である。
【図４】本発明によるピストンの別の概略的な縦断面図である。
【図５】本発明によるピストンの別の概略的な斜視図である。
【００１６】
図１及び図２では、それぞれの断面図で内燃機関のピストン１が示されており、該ピストン１は、リング溝３を備えたピストンヘッド２と、該ピストンヘッド２に配置されたピストンスカート部４とを有している。ピストンスカート部４は、支持作用を有するピストンスカート壁部区分５を有している。この場合、支持作用を有する複数のピストンスカート壁部区分５は、ピストン外径に対して引っ込んでいる接続壁６を介して互いに結合されており、接続壁６内に、図示していないピストンピンを受容するためのピストンピンボス７が配置されている。図１及び図２に示したピストン１の構造は、支持作用を有するピストンスカート壁部区分５が互いに向き合っていて、互いに向き合う２つのピストンスカート区分間に、やはり互いに向き合い、かつピストン外径に対して引っ込んでいて、傾斜している２つの接続壁６が設けられている点で同じである。ピストンヘッド２の下側の下縁部８は、ピストン内部領域９に移行しており、この場合、ピストンヘッド２の下縁部８からピストン内部領域９への移行部で、リング溝の後ろに開放領域１０が設けられており、この開放領域１０は仕切り壁１１を有している。符号１２によってピストンピン軸線が示されている。接続壁６は、下縁部Ａから、この下縁部Ａに対して引っ込んだ中間領域Ｂを通って、さらにこの中間領域Ｂに対して引っ込んだ端部領域Ｃの途中で、ピストンヘッド２の下の位置においてピンボス支持領域１３に同一平面状に移行している。この場合、この実施例において、開放領域１０は、下縁部Ａから端部領域Ｃへ延在する接続壁６がピンボス支持領域１３を介して開放領域１０の頂点に開口し、ここで仕切り壁１１を介してピストンヘッド２の下縁部８へ向かってさらに延在するように、構成されている。この開放領域及び、接続壁６の延在形状は、ピストン外径に対して引っ込んでいて、支持作用を有するピストンスカート壁部区分５に移行しており、このピストンスカート壁部区分５はほぼピストン外径に相当する。この場合、ピストンスカート壁部区分５は、内燃機関のシリンダ室内でピストン１を支持しているので、ピストン１はこの支持作用を有するピストンスカート壁部区分５を介して内燃機関のシリンダ内壁に支持され、それによってシリンダ内壁でガイドされる。
【００１７】
図１には特に、開放領域１０が、ピストンストローク軸線１４に対して平行な軸線１５に対して３０°以上の傾斜角度を有していることが示されている。従来では、この傾斜角度は、同様にピストンストローク軸線１４に対して平行な軸線１５に対して３０°を越えてはいなかった。何故ならば、この傾斜角度が３０°を越えると、ピストンの強度に悪影響が及ぼされるか、若しくはピストン製造が困難となるからである。これは図１に、従来の開放領域１６（破線で示されている）及び、その軸線１７が示されていることによって分かる。従来の開放領域１６を通って延在し、従来の開放領域１６の縦軸線をほぼ形成する従来の軸線１７は、これまで、ピストンストローク軸線１４に対して平行な軸線１５に対して３０°を越えない傾斜角度を有していた。このような構造的な特徴、つまり接続壁６が、その下縁部から、この接続壁６に対して引っ込んでいる中間領域を介して、この中間領域に対してさらに引っ込んでいる端部領域が、ピストンヘッドの下側のピストンボス支持領域に同一平面状に移行している構造的な特徴に関連して、前記開放領域の傾斜を３０°よりも大きくすることも、製造技術的に実現することができる。従って、接続壁６が、ピストンストローク軸線に対して平行な軸線に対して３０°を越える傾斜角度を有していてもよい。これは、ほぼ開放領域１０の縦軸線を成す軸線１８によって示されており、この場合、有利な形式で、この新たな軸線１８は、ピストンストローク軸線１４に対して平行な軸線１５を基準として３０°以上の角度を成している。
【００１８】
図３には、ピストン１の横断面図が示されており、この場合、ピストンスカート部４の領域はピストンヘッド２の下縁部８の下にある。この実施例では、支持作用を有するピストンスカート壁部区分５は、ピストンピン軸線１２を中心にして左右非対称に構成されていて、一方のピストンスカート壁部区分５１の半径方向の延在部が、このピストンスカート壁部区分５１に対面する他方のピストンスカート壁部区分５２よりも後で、引っ込んでいる接続壁６に移行している。このような手段によって、つまり左右非対称のピストンスカート巻き掛け中心角が実現され、それによって、α１＞α２の式があてはまる。２つの角度範囲α１及びα２は、ピストンピン軸線１２に対して垂直な軸線から出発して、支持作用を有するピストンスカート壁部区分５が引っ込んでいる接続壁６に移行する領域まで測定される。
【００１９】
図３の符号「ＧＤＳ」は圧力側、つまり燃焼サイクルにおいてピストンシリンダに当接するピストンスカート側を示す。
【００２０】
図４には、ピストンヘッド２の厚さが、ピストンストローク軸線１４から外方に向かって減少する構成が示されている。この実施例では、ピストンヘッド２の厚さＳ１はピストンストローク軸線１４が延在する位置において最大であって、リング溝３の後ろ（つまりピストンヘッドの半径方向で内側であり、図４で見てリング溝３の底部の右側の位置）の位置で最小（Ｓ２で示されている）である。この延在形状は、内から外に向かって連続的に小さくなり、この場合、ピストンヘッド２の上側面は通常は面平行であって、ピストンストローク軸線１４に対して直角に配置されており、これに対して、ピストンヘッド２の下側面は内から外に向かって連続的に減少しているので、Ｓ１＞Ｓ２の式が成り立つ。
【００２１】
これによって、ピストンヘッドの上側面の前記構造は、ピストンヘッドの上側面に任意の形状を与えることができるか、若しくは内側面を、ピストンヘッドの厚さが連続的に内から（中央にはピストンストローク軸線が存在する）外に向かって減少するように構成することができる、一般的な形状を有している。
【００２２】
次いで、前記本発明の個別の手段（接続壁の傾斜を大きくする、ピストン内側形状におけるアンダカットを避ける、非対称のピストンスカート巻き掛け中心角、ピストンヘッドの厚さをしゅう動面方向で減少させる、重量削減用ポケットの領域におけるリング溝鋳込み角度を拡大する、ピストンピン孔を左右非対称の球状構造にする）は、それぞれ単独で１つのピストンにおいて実現され得るだけではなく、複数の手段又はすべての手段を１つのピストンに実現することもできる。これらの手段によって、単独でも又は互いに組み合わせても、重量削減、騒音低減、疲れ限度、摩擦減少、コスト削減に関連した利点、及びこれに付随する、ピストンを内燃機関に使用した場合の利点が得られる。その他の利点は、有害物質排出の最小化、内燃機関の燃費の減少が挙げられる。
【００２３】
図５は、本発明によるピストン１の概略的な斜視図が示されており、この図５には、接続壁６の傾斜が示されている。
【符号の説明】
【００２４】
１  ピストン、  ２  ピストンヘッド、  ３  リング溝、  ４  ピストンスカート部、  ５  支持作用を有するピストンスカート壁部区分、  ６  引っ込んでいる接続壁、  ７  ピストンピンボス、  ８  下縁部、  ９  ピストン内部領域、  １０  開放領域、  １１  仕切り壁、  １２  ピストンピン軸線、  １３  ピンボス支持領域、  １４  ピストンストローク軸線、  １５  軸線、  １６  公知の開放領域、  １７  古い軸線、  １８  新しい軸線、  ５１，５２  ピストンスカート壁部区分、  Ａ  下縁部、  Ｂ  中間領域、  Ｃ  端部領域
【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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【国際調査報告】
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