(57)【要約】  本発明、内燃機関用のピストン（１０）であって、ピストンヘッド（１１）とピストンスカート（２１）とを備え、ピストンヘッド（１１）は、ピストン頂面（１３）、環状のリング部分（１６）を有し、かつ該リング部分（１６）の領域に環状の閉鎖された冷却通路又は密閉された中空室（１８）を有しており、当該ピストン（１０）の内側面（１２）が、２つの下面（３４ａ，３４ｂ）を有し、該下面（３４ａ，３４ｂ）はピストン中心軸線（Ｍ）の領域において連続的に、湾曲面（３５）に移行しており、ピストンスカート（２１）は、ボス孔（２３）を備えたピストンボス（２２）を有しており、該ピストンボス（２２）は、摺動面（２４，２５）を介して互いに結合されていて、該摺動面（２４，２５）は、ピストン内部に向いた内面（３２ａ，３２ｂ）を有している、ピストン（１０）において、ピストンスカート（２１）の自由端部を起点として、ピストン内部においてスラスト側（ＤＳ）及び／又は反スラスト側（ＧＤＳ）で、摺動面（２４，２５）の内面（３２ａ，３２ｂ）が連続的に冷却媒体のための案内面（３３ａ，３３ｂ）に移行し、該案内面（３３ａ，３３ｂ）自体は連続的に下面（３４ａ，３４ｂ）に移行している。
2015526643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン（１０）であって、ピストンヘッド（１１）とピストンスカート（２１）とを備え、前記ピストンヘッド（１１）は、ピストン頂面（１３）、環状のリング部分（１６）を有し、かつ該リング部分（１６）の領域に環状の閉鎖された冷却通路又は密閉された中空室（１８）を有しており、当該ピストン（１０）の内側面（１２）が、２つの下面（３４ａ，３４ｂ）を有し、該下面（３４ａ，３４ｂ）はピストン中心軸線（Ｍ）の領域において連続的に、湾曲面（３５）に移行しており、前記ピストンスカート（２１）は、ボス孔（２３）を備えたピストンボス（２２）を有しており、該ピストンボス（２２）は、摺動面（２４，２５）を介して互いに結合されていて、該摺動面（２４，２５）は、ピストン内部に向いた内面（３２ａ，３２ｂ）を有している、ピストン（１０）において、
前記ピストンスカート（２１）の自由端部を起点として、ピストン内部においてスラスト側（ＤＳ）及び／又は反スラスト側（ＧＤＳ）で、摺動面（２４，２５）の内面（３２ａ，３２ｂ）が連続的に冷却媒体のための案内面（３３ａ，３３ｂ）に移行し、該案内面（３３ａ，３３ｂ）自体は連続的に下面（３４ａ，３４ｂ）に移行していることを特徴とする、内燃機関用のピストン（１０）。
【請求項２】
前記ピストンスカート（２１）の自由端部を起点として、ピストン内部においてスラスト側（ＤＳ）及び反スラスト側（ＧＤＳ）で、摺動面（２４，２５）の内面（３２ａ，３２ｂ）が連続的に冷却媒体のための案内面（３３ａ，３３ｂ）に移行し、該案内面（３３ａ，３３ｂ）自体は連続的に下面（３４ａ，３４ｂ）に移行している、請求項１記載のピストン。
【請求項３】
前記内側面（１２）の領域において前記ピストン中心軸線（Ｍ）に対して角度（δ）をおいて接触させられた接線（Ｔ）が、ピストン中心軸線（Ｍ）との間に角度（β）を成しており、前記下面（３４ａ，３４ｂ）はそれぞれ、ピストン中心軸線（Ｍ）との間に角度（α）を成していて、前記角度（β）は前記角度（α）以下である、請求項１記載のピストン。
【請求項４】
前記接線（Ｔ）は、前記案内面（３３ａ，３３ｂ）の領域において接触させられている、請求項３記載のピストン。
【請求項５】
１つの摺動面（２４，２５）とボス孔（２３）との間に配置されていて外方に向かって閉鎖された少なくとも１つの孔（２６）が設けられていて、該孔（２６）は、前記中空室（１８）に開口し、前記中空室（１８）及び前記少なくとも１つの孔（２６）は、低融点金属又は低融点合金である熱伝達剤（２７）を収容している、請求項１記載のピストン。
【請求項６】
前記摺動面（２４，２５）の領域における前記中空室（１８）の最大高さ（ｈ１）は、前記ピストンボス（２２）の領域における前記中空室（１８）の最大高さ（ｈ２）よりも高い、請求項５記載のピストン。
【請求項７】
前記リング部分（１６）の内部に、溝高さ（ｈ３）を備えた最下位のリング溝（１７ｃ）が設けられており、該最下位のリング溝（１７ｃ）の下面と前記中空室（１８）の最下位箇所との間に、前記溝高さ（ｈ３）以上の値を有する間隔（ａ）が存在している、請求項５記載のピストン。
【請求項８】
前記中空室（１８）の、前記リング部分（１６）に向いた外壁（３６）が、前記ピストン頂面（１３）の方向で少なくとも部分的に前記ピストン中心軸線（Ｍ）に向かって傾いて形成されている、請求項５記載のピストン。
【請求項９】
前記中空室（１８）の前記傾いた外壁（３６）は、前記ピストン中心軸線（Ｍ）に対して軸平行な線（Ａ）との間に、１°〜１０°の角度（γ）を成している、請求項８記載のピストン。
【請求項１０】
前記熱伝達剤（２７）の充填量は、前記中空室（１８）及び前記少なくとも１つの孔（２６）の全容積の５％〜１０％である、請求項５記載のピストン。
【請求項１１】
前記低融点金属として、ナトリウム又はカリウムが含有されている、請求項５記載のピストン。
【請求項１２】
低融点合金が、ガリンスタン（商標）合金、低融点のビスマス合金及びナトリウムカリウム合金を含むグループから選択されている、請求項５記載のピストン。
【請求項１３】
１つの摺動面（２４，２５）とボス孔（２３）との間に配置された４つの孔（２６）が設けられている、請求項５記載のピストン。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの孔（２６）は、閉鎖エレメント（４１，４２）を用いて閉鎖されている、請求項５記載のピストン。
【請求項１５】
前記閉鎖エレメント（４１）は、前記ピストンスカート（２１）の自由端部に配置されている、請求項１４記載のピストン。
【請求項１６】
前記閉鎖エレメント（４２）は、前記ピストン頂面（１３）に配置されている、請求項１４記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストンであって、ピストンヘッドとピストンスカートとを備え、ピストンヘッドは、ピストン頂面、環状のリング部分を有し、かつ該リング部分の領域に環状の閉鎖された冷却通路又は密閉された中空室を有しており、当該ピストンの内側面が、２つの下面を有し、該下面はピストン中心軸線の領域において連続的に、湾曲面に移行しており、ピストンスカートは、ボス孔を備えたピストンボスを有しており、該ピストンボスは、摺動面を介して互いに結合されていて、該摺動面は、ピストン内部に向いた内面を有している、ピストンに関する。
【０００２】
このようなピストンは、噴射冷却機構を備えたピストンであり、つまりピストンの冷却は、ピストンスカート側の端部から冷却媒体を噴射もしくは吹き付けることによって行われる。特に、低い圧縮高さを有するピストンでは、冷却媒体噴流はほとんど直接、衝突箇所から戻されてしまうことが判明している。その結果、当該箇所においては確かに顕著な冷却効果が得られるが、他の箇所においては十分な冷却が得られない。従って、このようなピストンでは、ピストンが、機関運転時に高負荷時に極めて高温になり、長期にわたる負荷に耐えられないことが観察される。
【０００３】
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べたピストンを改良して、より均一な噴射冷却効果が得られるピストンを提供することである。
【０００４】
この課題を解決するために、本発明に係るピストンでは、ピストンスカートの自由端部を起点として、ピストン内部においてスラスト側及び／又は反スラスト側で、摺動面の内面が連続的に冷却媒体もしくは冷却オイルのための案内面に移行し、該案内面自体は連続的に下面に移行している。
【０００５】
本発明に係るピストンは、噴射された冷却媒体が衝突箇所から直接戻されないことによって傑出している。冷却媒体噴流は、ほぼ接線方向で摺動面に衝突し、下面を介して湾曲面に向かって流れるように案内される。つまり冷却媒体は、かなりの時間をかけてゆっくりとクランク軸に流れ戻る。その結果、一方では、ピストンの内面の著しく大きな面積が湿らされて冷却され、かつ他方では冷却媒体は、ピストンの内側面において著しく長い滞在時間を有することになる。これによって全体として、極めて強くかつ均一な冷却作用がピストンの内側面において生ぜしめられる。そして機関運転時に、ピストン頂面の側からピストンの内側面に向かって伝達される熱は、極めて効果的に導出される。
【０００６】
本発明の好適な態様は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
最適な態様では、冷却媒体は案内面から次のように、すなわち冷却媒体が下面から湾曲面に向かって、さらに向かい合って位置する下面及び案内面を介してクランク軸に向かって流れるように案内される。従って、本発明に係る構成がスラスト側及び反スラスト側に案内面を備えていると好適である。
【０００８】
好適な態様では、内側面の領域においてピストン中心軸線に対して角度δをおいて接触させられた接線が、ピストン中心軸線との間に角度βを成しており、下面はそれぞれ、ピストン中心軸線との間に角度αを成していて、角度βは角度α以下である。これによって得られる案内面及び下面のジオメトリにより、噴射された冷却媒体の、案内面から下面への特に効果的な働きと、流れに対して特に好都合の冷却媒体流とが可能になる。
【０００９】
本発明の特に好適な態様では、１つの摺動面とボス孔との間に配置されていて外方に向かって閉鎖された少なくとも１つの孔が設けられていて、該孔は、中空室に開口し、中空室及び少なくとも１つの孔は、低融点金属又は低融点合金である熱伝達剤を収容している。金属製の熱伝達剤は、ピストンヘッドの特に効果的な冷却と特に効果的な熱分布とを生ぜしめる。
【００１０】
このようなピストンでは、通常冷却オイルを収容する「冷却通路」は完全に閉鎖されており、つまり冷却媒体のための入口開口も出口開口も存在しない。従って以下においては、このようなピストンとの関連において、冷却通路とは呼ばずに、密閉された中空室又は単に中空室と呼ぶ。
【００１１】
このような金属製の熱伝達剤を充填されたピストンでは、熱伝達剤が中空室から流出することはあり得ない。機関運転時に熱伝達剤によってピストン頂面の側から吸収された熱は、直接周囲に、特にリング部分の領域及び中空室の領域に放出される。従って、ピストンの内側面の本発明に係る構成は、このようなピストンとの関連において特に有利である。熱伝達剤によって吸収された熱は、ピストンの内側面に向かって伝達され、噴射された冷却媒体によって特に効果的に運び出される。
【００１２】
このようなピストンでは、摺動面の領域における中空室の最大高さは、好ましくは、ピストンボスの領域における中空室の最大高さよりも高い。このように構成されていると、摺動面の領域において、熱伝達剤からピストンの内側面に伝達される熱を、噴射された冷却媒体によって特に効果的に運び出すことができる。摺動面の領域において、ピストンの内側面の壁厚さは、効果的な熱伝達が行われるほど僅かであるが、ピストンの安定性が損なわれない程度である。冷却通路の対称的に変化する横断面によって、さらに、本発明に係るピストンは、機関運転時にシリンダ内においてより良好にバランスされ、ひいてはより良好に案内される。本発明に係るピストンでは、従来技術に比べてより僅かな摩擦損失が確認された。
【００１３】
本発明に係るピストンの別の好適な態様では、リング部分の内部に、溝高さｈ３を備えた最下位のリング溝が設けられており、該最下位のリング溝の下面と中空室の最下位箇所との間に、溝高さｈ３以上の値を有する間隔ａが存在している。この溝高さと間隔との間の差が大きければ大きいほど、中空室の最大高さは大きくなり、中空室内に収容された熱伝達剤からピストンの内側面への熱伝達がより効果的になる。さらに、リング溝の下面と中空室の最深箇所との間における間隔が大きくなればなるほど、機関運転時に最下位のリング溝の領域に伝達される熱が僅かになり、その結果、当該領域における炭化のおそれが大幅に減じられるかもしくは完全に回避される。
【００１４】
好ましくは、中空室の、リング部分に向いた外壁が、ピストン頂面の方向で少なくとも部分的にピストン中心軸線に向かって傾いて形成されている。このように構成されていると、中空室内に収容された熱伝達剤の、機関運転時のピストン行程中におけるいわゆる「シェーカ効果」によって生ぜしめられる運動が最適になる。さらに、過度に加熱された熱伝達剤が外壁と接触すること、及びリング部分を過剰に加熱することが回避され、その結果、リング溝の領域における炭化のおそれは回避される。
【００１５】
好ましくは、中空室の傾いた外壁は、ピストン中心軸線に対して軸平行な線との間に、１°〜１０°の角度を成している。これによって、中空室が過度に狭くなることが、追加的に阻止され、効果的な熱伝達効果が維持される。
【００１６】
好ましくは、熱伝達剤の充填量は、中空室及び少なくとも１つの孔の全容積の５％〜１０％である。このような構成には有利な作用効果があり、金属製の熱伝達剤は、ピストンスカートに向かって中空室の下側領域に、熱をより効果的に運ぶことができ、その結果リング部分に向かってはより僅かな熱しか放出されなくなる。
【００１７】
このようなピストン型式では、中空室の、リング部分に向いた外壁が、ピストン頂面の方向で少なくとも部分的にピストン中心軸線に向かって傾けられて形成されていると、特に有利であり、これにより、このようなピストン型式においてさもないと見られるような、過剰な加熱を回避することができる。
【００１８】
熱伝達剤として使用するのに適した低融点金属は、特にナトリウム又はカリウムである。低融点合金としては特に、ガリンスタン（商標）合金、低融点のビスマス合金及びナトリウムカリウム合金を使用することができる。
【００１９】
ガリウム、インジウム及びスズから成る合金系が、ガリンスタン（商標）合金と呼ばれ、この合金は室温で液体である。この合金は、６５質量％〜９５質量％のガリウム、５質量％〜２６質量％のインジウム及び０質量％〜１６質量％のスズから成っている。好適な合金は、例えば６８質量％〜６９質量％のガリウム、２１質量％〜２２質量％のインジウム及び９.５質量％〜１０.５質量％のスズを有する合金（融点−１９℃）、６２質量％のガリウム、２２質量％のインジウム及び１６質量％のスズを有する合金（融点１０.７℃）及び５９.６質量％のガリウム、２６質量％のインジウム及び１４.４質量％のスズを揺する合金（３成分共晶、融点１１℃）である。
【００２０】
低融点のビスマス合金は、多数知られている。このような合金としては例えば以下に記載の合金がある。ＬＢＥ（鉛ビスマス共晶合金、融点１２４℃）、ローズ合金（５０質量％のビスマス、２８質量％の鉛及び２２質量％のスズ、融点９８℃）、オリオン合金（４２質量％のビスマス、４２質量％の鉛及び１６質量％のスズ、融点１０８℃）、迅速ろう材（５２質量％のビスマス、３２質量％の鉛及び１６質量％のスズ、融点９６℃）、ダルセー合金（５０質量％のビスマス、２５質量％の鉛及び２５質量％のスズ）、ウッド合金（５０質量％のビスマス、２５質量％の鉛、１２.５質量％のスズ及び１２.５質量％のカドミウム、融点７１℃）、リポウィッツ合金（５０質量％のビスマス、２７質量％の鉛、１３質量％のスズ及び１０質量％のカドミウム、融点７０℃）、ハーパー合金（４４質量％のビスマス、２５質量％の鉛、２５質量％のスズ及び６質量％のカドミウム、融点７５℃）、Ｃｅｒｒｏｌｏｗ１１７（４４.７質量％のビスマス、２２.６質量％の鉛、１９.１質量％のインジウム、８.３質量％のスズ及び５.３質量％のカドミウム、融点４７℃）、Ｃｅｒｒｏｌｏｗ１７４（５７質量％のビスマス、２６質量％のインジウム、１７質量％のスズ、融点７８.９℃）、フィールズ合金（３２質量％のビスマス、５１質量％のインジウム、１７質量％のスズ、融点６２℃）並びにウォーカー合金（４５質量％のビスマス、２８質量％の鉛、２２質量％のスズ及び５質量％のアンチモン）。
【００２１】
適宜なナトリウムカリウム合金は、４０質量％〜９０質量％のカリウムを含有していてよい。７８質量％のカリウム及び２２質量％のナトリウムを有する共晶合金ＮａＫ（融点−１２.６℃）が、特に適宜である。
【００２２】
熱伝達剤は追加的に、リチウム及び／又は窒化リチウムを含有することができる。充填時に窒素が保護ガスとして使用される場合、窒素はリチウムと反応させられて窒化リチウムを形成し、このようにして中空室から除去することができる。
【００２３】
さらに熱伝達剤は、充填中に場合によっては存在する乾燥空気が熱伝達剤と反応した場合には、酸化ナトリウム及び／又は酸化カリウムを含有することができる。
【００２４】
ピストンにおける特に均一な温度分布を達成するために、好ましくは４つの孔が設けられており、これらの孔は、摺動面とボス孔との間に配置されている。
【００２５】
熱伝達剤が進出することを回避するために、少なくとも１つの孔は、好ましくは、閉鎖エレメントを用いて閉鎖されている。この閉鎖エレメントは、ピストンスカートの自由端部に設けられていてよい。好ましくは、閉鎖エレメントは、ピストン頂面に配置されている。このように構成されていると、中空室及び少なくとも１つの孔を特に快適に充填することができる。
【００２６】
次に図面を参照しながら本発明の１つの実施の形態を詳説する。なお図面は寸法忠実ではなく概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るピストンの１つの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示したピストンを断面して示す斜視図である。
【図３】図１に示したピストンを、対角線方向で互いに向かい合って位置する２つの孔を通る面で断面して示す断面図である。
【００２８】
図１〜図３には、本発明に係るピストン１０の１つの実施の形態が示されている。ピストン１０は、一体型の鋳造されたピストンであっても又は複数部分から成る接合されたピストンであってもよい。ピストン１０は、鉄をベースとする材料及び／又は軽合金材料から製造することができる。図１〜図３に示した実施の形態によるピストン１０は、上において述べたような金属製の熱伝達剤によって満たされている。室温において固体でかつ可塑化可能な熱伝達剤は、好ましくは、例えばナトリウムである。
【００２９】
図１〜図３には、例えば２部分から成る接合されたボックス形ピストン１０が示されている。ピストン１０は、燃焼キャビティ１４を有するピストン頂面１３と、環状のトップランド１５と、ピストンリング（図示せず）を収容するためのリング溝１７ａ，１７ｂ，１７ｃを有する環状のリング部分１６とを備えた、ピストンヘッド１１を有している。リング部分１６の高さには、環状の密閉された中空室１８が設けられており、この中空室１８は、入口開口又は出口開口を有していない。
【００３０】
ピストン１０はさらに、ピストンボス２２と、ピストンピン（図示せず）を収容するためのボス孔２３とを備えたピストンスカート２１を有している。ピストンボス２２は、自体公知の形式でボス結合部を介してピストンヘッド１１に結合されている。ピストンボス２２は、摺動面２４，２５を介して互いに結合されている。
【００３１】
図示の実施の形態では、ピストン１０はピストンベース体１０ａとピストンリングエレメント１ｂとから成っており、このピストンベース体１０ａとピストンリングエレメント１ｂとは、自体公知の形式で、鍛造又は鋳造によって製造され、予備加工され、かつ溶接法、特にレーザ溶接法を用いて互いに接合され、その結果、環状の溶接シーム１０ｃ，１０ｄが生ぜしめられる。ピストン１０は、例えばもちろん自体公知の形式で、ピストンヘッド１１を有するピストン上側部分と、ピストンスカート２１を有するピストン下側部分とから接合により形成することもできる。またピストン１０を一体のピストンとして形成することも可能であり、このようなピストンは、自体公知の形式で鋳造され、このとき例えば、中空室１８及び孔２６（下記参照）を形成するために塩中子が使用される。
【００３２】
ピストン１０は、図示の実施の形態では４つの孔２６を有している（特に図２及び図３参照）。孔２６は図示の実施の形態では、ほぼ軸方向に、かつピストン中心軸線Ｍに対して平行に延びている。しかしながらまた孔２６は、ピストン中心軸線Ｍに対して角度を成して斜めに延びていてもよい（図示せず）。孔２６は、摺動面２４，２５とボス孔２３との間に配置されている。孔２６は、中空室１８に開口している。冷却室である中空室１８及び孔２６は、金属製の熱伝達剤２７、図示の実施の形態ではナトリウムによって満たされている。
【００３３】
孔２６のサイズ及び熱伝達剤２７の充填量は、ピストン１０のサイズ及び材料に応じて設定される。冷却出力は、供給された熱伝達剤２７の量によって、該熱伝達剤２７の熱伝導率を考慮して制御することができる。充填量は、好ましくは、中空室１８及び孔２６の全容積の５％〜１０％である。このとき、運転中に、自体公知のシェーカ効果を、ピストン１０における特に効果的な熱分布のために追加的に使用することができる。最高３５０℃の運転時温度を有する、熱伝達剤２７としてのナトリウムに対しては、３５０ｋＷ／ｍ2の冷却出力時に、約２６０℃のピストン１０の最高表面温度が生ぜしめられる。
【００３４】
本発明に係るピストン１０の内側面１２は、機関運転時に噴射冷却を用いて冷却される。そのために機関においては、自体公知の形式で、冷却オイルのような冷却媒体のための噴射ノズル３０が設けられており（図１参照）、この噴射ノズル３０は、例えばクランクケースに位置固定に設けられている。
【００３５】
本発明に係るピストンは、もちろん、冷却オイル用の入口開口及び出口開口を備えた、冷却オイル用の汎用の冷却通路を有することもできる。このようなピストンにおいても、ピストン１０の内側面１２の本発明に係る構成によって、内側面１２の領域における改善された噴射冷却が達成される。
【００３６】
噴射冷却の冷却作用を改善するために、図示の実施の形態では、摺動面２４，２５の領域における中空室１８の最大高さｈ１は、ピストンボス２２の領域における中空室１８の最大高さｈ２よりも大きく構成されている（図２参照）。これによって、熱伝達剤２７は摺動面２４，２５の領域において、ピストン頂面１３の側から中空室１８を介して伝えられた熱を、特に効果的に、ピストン１０の内側面１２に向かって導出することができる。摺動面２４，２５の領域において、中空室１８とピストン内部との間における壁領域３１の壁厚さは、ピストン１０の安定性を損なうことなしに、ピストン１０の内側面１２への効果的な熱伝達が行われるように僅かである。中空室１８の、対称的に変化する横断面によってさらに、本発明に係るピストン１０は機関運転時にシリンダ内において、より良好にバランスされ、ひいてはより良好に案内される。本発明に係るピストンでは、従来の技術に比べて僅かな摩擦損失しか確認されない。
【００３７】
さらに本実施の形態では、最下位のリング溝１７ｃは溝高さｈ３を有していて、この溝高さｈ３は、最下位のリング溝１７ｃの下面と中空室１８の最深箇所との間における間隔ａよりも小さいか又は同じである。この溝高さｈ３と間隔ａとの間の差が大きければ大きいほど、中空室１８の最大高さｈ１は大きくなり、中空室１８内に収容された熱伝達剤２７からピストン１０の内側面１２への熱伝達がより効果的になる。さらにリング溝１７ｃの下面と中空室１８の最深箇所との間における間隔ａが大きければ大きいほど、機関運転時における最下位のリング溝１７ｃの領域への熱の伝達はより僅かになり、この領域における炭化のおそれは、大幅に減じられるかもしくは完全に回避される。
【００３８】
さらに本発明によれば、ピストンスカート２１の自由端部を起点として、ピストン内部においてスラスト側ＤＳ及び／又は反スラスト側ＧＤＳで、摺動面２４の第１の内面３２ａが、連続的に冷却媒体のための第１の案内面３３ａに移行しており、この第１の案内面３３ａ自体は連続的に第１の下面３４ａに移行している。この第１の下面３４ａ自体は、連続的に、ピストン中心軸線Ｍの領域に配置されている湾曲面３５に移行している。
【００３９】
図示の実施の形態では、さらに、湾曲面３５はさらに連続的に第２の下面３４ｂに移行し、この第２の下面３４ｂ自体は、冷却媒体のための第２の案内面３３ｂに移行し、この第２の案内面３３ｂは、連続的に摺動面２５の第２の内面３２ｂに移行している。
【００４０】
両方の内面３２ａ，３２ｂ、両方の案内面３３ａ，３３ｂ、両方の下面３４ａ，３４ｂ及び湾曲面３５は、ピストン１０の内側面１２を形成している。
【００４１】
この本発明に係る構成によって、噴射された冷却媒体は、衝突箇所から直ぐに戻されることがなくなる。むしろ冷却媒体噴流は、ほぼ接線方向で案内面３３ａに衝突し、冷却媒体が下面３４ａを介して湾曲面３５に向かって流れるように導かれる。最適な場合、冷却媒体は湾曲面３５から下面３４ｂ、案内面３３ｂ及び内面３２ｂを介してクランク軸に向かって流れ戻る。
【００４２】
つまり冷却媒体は、かなり長い時間をかけてクランク軸に向かって流れ戻る。その結果、一方では、ピストン１０の内側面１２における極めて大きな面積が冷却媒体によって湿されて冷却され、かつ他方では、冷却媒体はピストン１０の内側面１２において極めて長い滞在時間を有することになる。これによって、ピストン１０の内側面１２における、明らかにより強くかつより均一な冷却作用が得られる。そしてピストン頂面１３の側から中空室１８及び燃焼キャビティ１４を介してピストン１０の内側面１２の方向に運ばれた熱は、極めて効果的に導出される。
【００４３】
図示の実施の形態はさらに次のことによって、すなわち内側面１２の領域においてピストン中心軸線Ｍに対して角度δをおいて接触させられた接線Ｔは、ピストン中心軸線Ｍとの間に角度βを成していることによって、傑出している。さらに各下面３４ａ，３４ｂは、ピストン中心軸線Ｍとの間に角度αを成している。このとき角度βは角度α以下である。これによって生ぜしめられる、案内面３３ａ，３３ｂ及び下面３４ａ，３４ｂのジオメトリによって、案内面３３ａから下面３４ａへの、噴射された冷却媒体の特に効果的な作用と、特に好適に流れる冷却媒体流とを得ることができる。
【００４４】
本実施の形態においてはさらに、中空室１８の、リング部分１６に向いている外壁３６が、ピストン頂面１３に向かって少なくとも部分的にピストン中心軸線Ｍに対して傾いて形成されている。このとき中空室１８の傾いた外壁３６は、ピストン中心軸線Ｍに対して軸平行な線Ａとの間に、好ましくは１°〜１０°の角度γを成している。このように構成されていると、リング部分１６が過剰に加熱されることはなく、リング溝における炭化のおそれは回避される。この効果は、主として下記のメカニズムに基づく。機関運転時におけるシェーカ効果によって、ピストン頂面１３の側から加熱された熱伝達剤２７は、ピストン１３の上昇行程中にほぼ鉛直方向で下方に向かって移動させられる。その結果、中空室１８の外壁３６と高温の熱伝達剤２７との接触が十分に回避される。これによって熱伝達剤２７は、その熱の大部分を、中空室１８の噴射冷却される部分への最初の衝突時に、ピストン１０の内側面１２に向かって放出する。今や比較的低温の熱伝達剤２７は、リング部分１６を過度に強く加熱することなしに、後続の下降行程時に中空室１８の外壁３６に沿ってピストン頂面１３に向かって流動する。さらに、リング部分１６の領域において中空室１８の外壁３６は肉厚に形成されているので、リング部分１６に向かっての熱伝達は追加的に減じられている。
【００４５】
ピストン１０を製造するために、自体公知の形式で、ピストンベース体１０ａとピストンリングエレメント１ｂとが、鍛造又は鋳造によって製造されて予備加工される。次いで、室温において固体で可塑性の金属製の熱伝達剤２７が、完成したピストン１０において中空室１８の一部を形成するピストンベース体１０ａの領域内に装入される（図１参照）。次に、ピストンベース体１０ａとピストンリングエレメント１ｂとはまとめられ、溶接法、例えばレーザ溶接によって接合されて、互いに堅固に結合され、これにより環状の溶接シーム１０ｃ，１０ｄが生ぜしめられる。
【００４６】
一体のピストンを製造したい場合、又は室温において液体の金属製の熱伝達剤が使用される場合には、充填開口３７，３８を設ける必要がある。この充填開口は、ピストンスカート２１の自由端部に設ける（図２の充填開口３７）か、又はピストン頂面１３に設ける（図３の充填開口３８）ことができる。充填開口は、熱伝達剤の充填後に、閉鎖エレメント（図２の閉鎖エレメント４１もしくは図３の閉鎖エレメント４２）を用いて密に閉鎖される。閉鎖エレメント４１，４２は、例えば、圧入された鋼球として形成されていても、溶接された蓋として形成されていても、又は圧入されたキャップとして形成されていてもよい。
【００４７】
液体の熱伝達剤をピストン１０に充填するために、充填開口３７，３８を通してランスが導入され、窒素又は他の適宜な不活性ガス、又は乾燥空気を用いて掃気される。熱伝達剤２７はその導入のために、保護ガス（窒素、不活性ガス又は乾燥空気）の下で充填開口３７，３８を通して導かれ、これによって熱伝達剤２７は、孔２６もしくは中空室１８内に収容される。
【００４８】
ピストン１０を充填するための別の方法は、下記のことによって傑出している。すなわちこの場合、窒素、不活性ガス又は乾燥空気による掃気後に、孔２６及び中空室１８は排気され、熱伝達剤２７は真空内において装入される。これによって熱伝達剤２７は、存在する保護ガスによって運動を阻止されないので、中空室１８内及び孔２６内において容易に往復動することができる。
【００４９】
中空室１８もしくは孔２６から保護ガスを除去する別の可能性としては、窒素又は乾燥空気（つまり主として窒素と酸素とから成る混合物）を保護ガスとして使用し、熱伝達剤２７に少量のリチウムを添加するということが挙げられる。リチウムの量は、経験的に、１ｃｍ3のガス室（つまり中空室１８の容積＋孔２６の容積）当たり約１.８ｍｇ〜２.０ｍｇである。例えばナトリウム及びカリウムが酸素と反応して酸化物を形成するのに対して、リチウムは窒素と反応して窒化リチウムを形成する。これによって保護ガスは、事実上完全に熱伝達剤２７において固体として結合される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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