(57)【要約】本発明は、内燃エンジン用のピストン（１０）であって、ピストンヘッド（１１）およびピストンスカート（１８）と、ピストンヘッド（１１）に設けられかつピストンリングを収容するためのリング溝（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）を有する外周リングベルト（１５）と、ピストンヘッド（１１）におけるリングベルト（１５）の高さを延び、冷却オイルのための供給開口（２３ａ，２３ｂ）および排出開口（２６，２７）を有する冷却ダクト（１７）とを備えたピストン（１０）に関する。本発明によると、少なくとも冷却オイルのための供給開口（２３ａ，２３ｂ）の領域に、冷却ダクト（１７）に開口する冷却オイルを受けるための空洞（２４ａ，２４ｂ）が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン用のピストン（１０）であって、
ピストンヘッド（１１）およびピストンスカート（１８）と、
上記ピストンヘッド（１１）に設けられかつピストンリングを収容するためのリング溝（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）を有する外周リングベルト（１５）と、
上記ピストンヘッド（１１）における上記リングベルト（１５）の高さに設けられ、冷却オイルのための入口開口（２３ａ，２３ｂ）および出口開口（２６，２７）を有する外周冷却ダクト（１７）と、
少なくとも冷却オイルのための上記入口開口（２３ａ，２３ｂ）の領域に設けられ、上記冷却ダクト（１７）に開口する冷却オイルを受けるための空洞（２４ａ，２４ｂ）とを備えている
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１において、
少なくとも１つの上記空洞（２４ａ，２４ｂ）の高さ（Ｈ）と、上記冷却ダクト（１７）の高さ（ｈ）とは、５：２の比率で設計されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項１において、
少なくとも１つの上記空洞（２４ａ，２４ｂ）の断面積（Ｑ）と、上記冷却ダクト（１７）の断面積（ｑ）とは、４：１．２〜４：１．５の比率で設計されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項１において、
主スラスト面（ＤＳ）および副スラスト面（ＧＤＳ）を備え、
冷却オイルのための上記入口開口（２３ａ，２３ｂ）は、上記主スラスト面（ＤＳ）の領域および上記副スラスト面（ＧＤＳ）の領域に設けられている
ことを特徴とするピストン。
【請求項５】
請求項１において、
上記冷却ダクト（１７）は、該冷却ダクト（１７）に入る冷却オイルの滞留時間をコントロールするための貫通孔（２７）および／またはフィン（２８）を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項６】
請求項１において、
３０〜３５ｍｍのコンプレッションハイト（ＫＨ）を有する
ことを特徴とするピストン。
【請求項７】
請求項１において、
ボックス型ピストンとして構成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項８】
請求項７において、
上記ピストンスカート（１８）に設けられ、センターボア（２１）を有するピストンボス（１９）と、
上記ピストンボス（１９）の領域に設けられた補強リブ（３３）とを備えている
ことを特徴とするピストン。
【請求項９】
請求項１において、
アルミ系材料から作られている
ことを特徴とするピストン。
【請求項１０】
請求項１において、
ピストン上側部（３１）およびピストン下側部（３２）から形成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記ピストン上側部（３１）と上記ピストン下側部（３２）とは、耐熱性のエポキシまたはセラミック系接着剤により一体的に固定接続されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項１２】
請求項１０において、
上記外周リングベルト（１５）の第１リング溝（１６ａ）と第２リング溝（１６ｂ）との間に接合シーム（３４）がある
ことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン用ピストンであって、ピストンヘッドおよびピストンスカートと、ピストンヘッドに設けられかつピストンリングを収容するためのリング溝を有する外周リングベルトと、ピストンヘッドにおけるリングベルトの高さに設けられ、冷却オイルのための入口開口および出口開口を有する外周冷却ダクトとを備えた内燃エンジン用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なタイプのピストンが知られている。今日のピストンの特徴的な点はその小さな全体高さであり、それによりコンプレッションハイトが短くなる。このため、エンジン動作中に冷却オイルによってピストンを効率的に冷却することが一層困難になっている。なぜなら、機能的な冷却ダクトに利用可能なスペースがますます小さくなっているためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、一般的なタイプのピストンを、冷却オイルによる改善された冷却を実現できるように改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、少なくとも冷却オイルのための入口開口の領域に、冷却ダクトに開口する冷却オイルを受けるための空洞を設けることにより達成される。
【０００５】
本発明に係るピストンの特徴的な点は、少なくとも冷却オイルのための入口開口の領域において追加的なシェーカー効果が得られることである。なぜなら、冷却オイルは、本発明にしたがって設けられた空洞内で自由に動くことができ、エンジン動作中にはピストンの往復運動によって当該空洞内で上下に動くためである。これにより、ピストンヘッドからピストンスカートへの熱輸送が改善され、当該熱は大きな領域にわたって放散する。
【０００６】
有利な態様は、従属請求項から明らかになる。空洞の高さ（Ｈ）と、冷却ダクトの高さ（ｈ）とは、熱輸送の最適な改善を実現するために、５：２の比率で設計されることが好ましい。
【０００７】
別の有利な態様では、空洞の断面積（Ｑ）と、冷却ダクトの断面積（ｑ）とは、４：１．２〜４：１．５の比率で設計される。これにより、最適な熱輸送を実現することができる。
【０００８】
本発明に係るピストンは、有利には、主スラスト面（ＤＳ）および副スラスト面（ＧＤＳ）を備えており、冷却オイルのための入口開口は、主スラスト面（ＤＳ）の領域および副スラスト面（ＧＤＳ）の領域に設けられている。両方の入口開口の領域に本発明に係る空洞が設けられている場合、エンジン動作中に生じる熱をより一層効率的に放散させることができる。
【０００９】
冷却ダクトは、当該冷却ダクトに入る冷却オイルの滞留時間をコントロールするための追加的な貫通孔および／またはフィンを有していてもよい。
【００１０】
本発明に係るピストンのコンプレッションハイトＫＨは、３０〜３５ｍｍであることが好ましく、３２ｍｍであることがより好ましく、そのようなピストンは自動車レースでの使用に適する。
【００１１】
軽量化のために、本発明に係るピストンは、ボックス型ピストンとして構成されていることが好ましい。この場合、ピストンスカートに設けられてセンターボアを有するピストンボスに、ピストンの固有剛性を高めるために、補強リブが設けられる。
【００１２】
本発明に係るピストンは、エンジン動作中におけるピストンの移動質量をより小さくするために、アルミ系材料で作られていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るピストンは、エンジン動作におけるピストン負荷に適した材料選択を最適化するために、ピストン上側部およびピストン下側部から形成されていてもよい。この場合、ピストン上側部とピストン下側部とは、耐熱性のエポキシまたはセラミック系接着剤により一体的に固定接続されていることが好ましい。ピストン上側部とピストン下側部との間の接合シームは、リングベルトの第１リング溝と第２リング溝との間にあることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明に係るピストンの例示的な実施形態を示す断面図であって、図４におけるＩ−Ｉ線に沿った断面を示している。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、図１のピストンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１〜図４は、本発明に係るピストン１０の例示的な実施形態を示している。例示的な実施形態におけるピストン１０は、ボックス型ピストンである。ピストン１０は、ピストンクラウン１２、燃焼くぼみ１３、外周ピストントップランド１４、および外周リングベルト１５を有するピストンヘッド１１を備える。外周リングベルト１５は、ピストンリング（図示せず）を収容するためのリング溝１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有する。外周冷却ダクト１７は、リングベルトの高さに設けられている。
【００１７】
ピストン１０は、ピストンスカート１８をさらに備える。このピストンスカート１８には、当該技術分野で公知の態様で、ピストンピン（図示せず）を収容するためのセンターボア２１が形成されたピストンボス１９が設けられている。ピストンボス１９は、支持面２２ａ，２２ｂを介して互いに接続している。
【００１８】
本発明の例示的な実施形態に係るピストン１０は、その内部空間１０ａにおいて、各面、すなわち主スラスト面ＤＳおよび副スラスト面ＧＤＳに空洞２４ａ，２４ｂを備える。主スラスト面ＤＳおよび副スラスト面ＧＤＳは、ピストン１０の軸受面２２ａ，２２ｂによって規定される。各空洞２４ａ，２４ｂには、冷却オイルのための入口開口２３ａ，２３ｂが設けられている（図１を参照）。各空洞２４ａ，２４ｂは、ピストンボス１９に向かってピストン１０の内部空間１０ａ内を延びていて、ピストンヘッド１１の領域において外周冷却ダクト１７に開口している。各空洞２４ａ，２４ｂの外壁と、当該外壁に対応する支持面２２ａ，２２ｂの内壁とは、冷却オイルのための入口通路２５，２５ｂを形成している。入口通路２５ａ，２５ｂは、対応する入口開口２３ａ，２３ｂを介して各空洞２４ａ，２４ｂに開口している（図１を参照）。
【００１９】
本発明によると、空洞２４ａ，２４ｂはシェーカー空洞として機能し、その内部で冷却オイルが、当該技術分野で公知の態様で、エンジン動作中に上下に移動する（いわゆる「カクテルシェーカー効果」）。本発明によると、これによりピストンヘッド１１の領域からピストンスカート１８への熱移動が改善され、当該熱は支持面２２ａ，２２ｂを介して放散する。
【００２０】
例示的な実施形態では、各空洞２４ａ，２４ｂの高さＨと、冷却ダクト１７の高さｈとは、例えば、５：２の比率で設計されることが好ましい。例示的な実施形態では、各空洞２４ａ，２４ｂの断面積Ｑと、冷却ダクト１７の断面積ｑとは、例えば、４：１．３５の比率で設計される。
【００２１】
当該技術分野で公知の態様で、本発明の例示的な実施形態に係るピストンの冷却ダクト１７は、冷却オイルのための出口開口２６を有する。この出口開口２６を介して、冷却オイルがピストン１０の内部空間１０ａに向かって送られる。これにより、エンジン動作中において、一方では、ピストンクラウン１２の下面１２ａが追加的に冷却され、他方では、センターボア２１およびこれに収容されるピストンピンが追加的に潤滑される。
【００２２】
当該技術分野で公知の態様で、本発明の例示的な実施形態に係るピストン１０の冷却ダクト１７は、エンジン動作中に当該冷却ダクト１７に入る冷却オイルの滞留時間をコントロールするための追加的な貫通孔２７およびフィン２８をさらに有する。
【００２３】
図示された本発明の例示的な実施形態に係るピストン１０は、ピストン上側部３１およびピストン下側部３２から形成されている。これらは、好ましくは、アルミ系材料から形成されていて、耐熱性の（３００℃程度まで）エポキシ樹脂接着剤またはセラミック系接着剤によって一体的に固定接続されている。例示的な実施形態では、ピストン上側部３１とピストン下側部３２との間の接合シーム３４は、第１リング溝１６ａと第２リング溝１６ｂとの間にある。
【００２４】
例示的な実施形態では、ピストン１０は、３２ｍｍのコンプレッションハイトＫＨを有していて、この設計において自動車レースでの使用に適する。
【００２５】
ピストン１０のさらなる安定化および補強のために、ピストンボス１９は、センターボア２１の領域に補強リブ３３を有する。補強リブ３３は、リングベルト１５の下側の領域においてピストンヘッド１１をピストンボス１９に対して固定し、それによりエンジン動作中にリングベルト１５の領域においてピストンヘッド１１が変形するリスクが少なくとも低減される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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