(57)【要約】ピストンクラウン（１０ａ）およびピストンスカート（１０ｂ）を備え、当該ピストンスカート（１０ｂ）は、ボスボア（２５）を含む対向するピンボス（２４）と、手動面（２７）を含む対向するスカート壁（２６）とを有し、ピストン（１０）の下端部にはカバーが設けられている。本発明によると、カバーは、対向するスカート壁（２６）の自由端部に、スカート壁（２６）と一体的であって径方向内側に延びるベース部（３１，３２）として形成されている。【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であって、
ピストンクラウン（１０ａ）およびピストンスカート（１０ｂ）を備え、
上記ピストンスカート（１０ｂ）は、ボスボア（２５）を含む相互に対向するピンボス（２４）と、摺動面（２７）を含む互いに対向するスカート壁（２６）とを有し、
上記ピストン（１０）の下端部にカバーが設けられており、
上記カバーは、互いに対向する上記スカート壁（２６）の自由端部に、径方向内側に延びかつ上記スカート壁（２６）と一体成形されたベース部（３１，３２）として形成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項２】
請求項１において、
上記ベース部（３１，３２）が、上記スカート壁（２６）と一体的に鍛造されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項１において、
上記ベース部（３１，３２）が、上記スカート壁（２６）と直角または鋭角をなしている
ことを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項１において、
少なくとも１つの上記ベース部（３２）が、切欠き（３４）を有している
ことを特徴とするピストン。
【請求項５】
請求項４において、
上記ピストンクラウン（１０ａ）が、冷却オイルのための少なくとも１つの供給開口（１９）が設けられた環状冷却ダクト（１８）を有し、
上記切欠き（３４）が、上記少なくとも１つの供給開口（１９）と直線上に並べて形成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項６】
請求項１において、
少なくとも１つの上記ベース部（３１，３２）が、そのピストン内部に面する表面に少なくとも１つの凹部（３６，３７）を有している
ことを特徴とするピストン。
【請求項７】
請求項１において、
少なくとも１つの上記スカート壁（２６）と該スカート壁（２６）に対応する上記ベース部（３１，３２）との間に、少なくとも１つの孔（３８，３９）または少なくとも１つの径方向に延びる長孔が形成されている
ことを特徴とするピストン。
【請求項８】
内燃エンジン用のピストン（１０）であって、ピストンクラウン（１０ａ）およびピストンスカート（１０ｂ）を備え、該ピストンスカート（１０ｂ）は、ボスボア（２５）を含む相互に対向するピンボス（２４）と、摺動面（２７）を含む互いに対向するスカート壁（２６）とを有し、上記ピストン（１０）の下端部にカバーが設けられているピストンを製造するための方法であって、
少なくとも上記ピストンスカート（１０ｂ）を鍛造プロセスによって作ることと、
互いに対向する上記スカート壁（２６）に鍛造によって一体的にスカート壁延長部（２６’）を形成することと、
上記スカート壁延長部（２６’）を、径方向内側に延びるベース部（３１，３２）が作られるように径方向内側に曲げることとを含んでいる
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８において、
上記ピストン（１０）の外方を向いた上記ベース部（３１，３２）の下側面に、クランプ工具において上記ピストン（１０）を芯合わせして固定するための少なくとも１つの支持面（３５）を設けることを含んでいる
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン用のピストンであって、ピストンクラウンおよびピストンスカートを備え、ピストンスカートは、ボスボアを含む互いに対向するピンボスと、互いに対向して摺動面を含むスカート壁とを有し、ピストンの下端部にカバーが設けられているものに関する。
【背景技術】
【０００２】
問題とするタイプのピストンが特許文献１から知られている。既知のピストンは、その下端部に設けられた冷却オイルのための捕集トラフを有している。エンジンの作動中、冷却オイルはいわゆる「シェーカー効果」によって移動し、それが優れた冷却効果をもたらす。しかしながら、捕集トラフは、エンジンの作動中に分離してはいけないため、ピストンにしっかりと確実に固定されていなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第２５３９４７０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４１１０３０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、問題とするタイプのピストンを、ピストンの下端部に設けられたカバーが当該ピストンにしっかりと確実に固定される態様で、それでいて技術的に単純明快な態様において改良することである。本発明の別の目的は、そのようなピストンの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
目的は、カバーが、互いに対向するスカート壁の自由端部に、径方向内側に延びかつスカート壁と一体成形されたベース部として形成されていることにより達成される。
【０００６】
本発明に係る方法では、少なくともピストンスカートを鍛造プロセスによって作り、互いに対向するスカート壁に鍛造によって一体的にスカート壁延長部を形成し、スカート壁延長部を、径方向内側に延びるベース部が作られるように径方向内側に曲げる。
【０００７】
本発明にしたがって設けられるベース部は、好ましくは鍛造プロセスによって、ピストンに一体的に、すなわち分離不能に接続されている。このことは、本発明に係るピストンを製造するための技術的に単純明快な方法を構成する。
【０００８】
本発明にしたがって設けられるベース部は、流れ戻る冷却オイルを捕集してそのクランクシャフトの方への流出を遅らせる。冷却オイルは、ベース部の上方のピストン内部にオイル噴射ノズルによって直接的に案内され得るか、あるいは冷却ダクトが存在する場合、当該冷却ダクトからピストン内部へ流れ出得る。エンジンの作動中に生じるシェーカー効果により、ベース部によって捕集された冷却オイルはボスボアおよびピストンクラウンの方向において高い振動数で往復運動する。これにより、冷却効果が高まる。
【０００９】
測定において、ピストンクラウン、環状溝、およびボスボアの動作温度が大幅に低下することが確認された。従来技術に係るピストンにおける２００〜２２０℃の動作温度に比べて、本発明に係るピストンにおける動作温度は３０％低下した。
【００１０】
本発明にしたがって設けられるベース部は、捕集された冷却オイルがスカート壁の領域に集まって、シェーカー効果により生み出される向上した冷却効果がスカート壁の領域において強い態様で生じるため、スカート壁の向上した冷却をさらに可能とする。
【００１１】
ベース部の外形は、原則として任意に選択されてもよく、ピストンの内部形状に適合し得る。最適に改善された冷却効果を得るために、ベース部は、しかしながら、ピストンの下側面の可能な限り広い領域を覆っているべきである。エンジンの作動中におけるコネクティングロッドの運動のために利用可能な十分なスペースを確保することにだけ配慮すべきである。
【００１２】
本発明に係る方法は、本発明に係るピストンの技術的に特に単純明快な製造を可能とする。シンプルな鍛造プロセスにより、延長されたスカート壁を有するブランクが加工プロセスにおいて作られる。スカート壁の突出領域は、本発明に係るベース部が作られるように、シンプルな曲げプロセスによりスカート壁延長部として径方向内側に曲げられる。
【００１３】
有利な展開は従属請求項から現れる。
【００１４】
本発明にしたがって設けられるベース部は、スカート壁と直角または鋭角をなしていてもよい。後者の場合には、大量の冷却オイルが捕集され、したがって冷却効果がさらに高められる。
【００１５】
本発明に係るピストンが噴射冷却式のエンジンにおいて使用される場合、少なくとも１つのベース部が、好適には、切欠きを有している。
【００１６】
本発明に係るピストンに、冷却オイルのための少なくとも１つの供給開口が設けられた環状冷却ダクトがさらに設けられている場合、切欠きが少なくとも１つの供給開口と直線上に並べて形成されていることが有利である。この場合、冷却ダクトにはオイル噴射ノズルによって冷却オイルが供給されてもよい。
【００１７】
少なくとも１つのベース部は、有利には、そのピストン内部に面する表面に少なくとも１つの凹部を有しており、当該凹部はオイル捕集容器として機能し、したがって冷却効果が高まる。
【００１８】
好ましくは、少なくとも１つのスカート壁と当該スカート壁に対応するベース部との間に、少なくとも１つの孔または少なくとも１つの径方向に延びる長孔が形成されている。したがって、ピストンスカートの剛性が高まることが防止され、このためエンジンの作動中におけるピストンのひどい摩耗または潰れが回避される。
【００１９】
本発明に係る方法の好ましい展開では、ピストンの外方を向いたベース部の下側面に、クランプ工具においてピストンを芯合わせして固定するための少なくとも１つの支持面が設けられる。その結果として、本発明に係るピストンのおそらく必要な最終処理、特に最終的な機械加工が簡易化される。
【００２０】
本発明は、特に、低いコンプレッションハイトを有するピストンに適している。これらは、冷却ダクトを有するあるいは有さない鋼製または軽金属製のピストンであってもよい。好ましい利用分野は、例えば、特許文献２に記載されているように、冷却ダクトの無いアルミベース材料でできたピストンに関する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、径方向内側に曲げられたスカート壁延長部を有する本発明に係るピストンの代表的な実施形態を示す図である。
【図２】図２は、図１における矢印Ａの方向から見た、図１に係るピストンを示す図である。
【図３】図３は、軸方向スカート壁延長部を有する、図１に係るピストンのためのブランクを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の代表的な実施形態について詳細に説明する。図面の縮尺は正確ではない。
【００２３】
図１および図２は、本発明に係るピストン１０の代表的な実施形態を示している。ピストン１０は、鋼材料または軽金属材料、特にアルミベース合金から作られ得る。ピストン１０は、好ましくは、低いコンプレッションハイトＫＨを有していて（例えばＫＨ／Ｄ＝０．２７〜０．４０）、冷却ダクト無しで形成されている。代表的な実施形態では、ピストン１０はピストンクラウン要素１１と主ピストン本体２１とからなる一体型フルスリッパスカートピストンであり、ピストンクラウン要素１１と主ピストン本体２１とは例えば溶接プロセスにより互いに分離不能に接続されている。ピストンクラウン要素１１は、ピストンヘッド１２、燃焼くぼみ１３の壁領域１４、環状ファイアランド１５、および環状部１６の最上環状溝１７を有している。主ピストン本体２１は、燃焼くぼみ１３のベース領域２２、環状部１６の２つの下側環状溝２３、およびピストンピン（図示せず）を収容するためのボスボア２５を含む互いに対向するピストンボス２４を有している。ピストンボス２４は、摺動面２７を有して互いに対向するスカート壁２６を介して、それ自体知られた態様で互いに接続されている。ピストンクラウン要素１１と主ピストン本体２１とは、環状部１６の高さに配置されかつ冷却オイルのための少なくとも１つの供給開口１９を有する外側環状冷却ダクト１８を共に形成している。ピストンクラウン要素１１と主ピストン本体２１とは、ピストン１０のピストンクラウン１０ａを共に形成しており、一方、ピストン１０のピストンスカート１０ｂは主ピストン本体２１のみによって形成されている。
【００２４】
ピストン１０の下側領域、すなわち摺動面２７の下端部２８とほぼ同じ高さ位置には、ピストン内部１０’のカバーを形成する２つのベース部３１，３２が設けられている。ベース部３１，３２は、代表的な実施形態では鍛造または曲げプロセスにより、スカート壁２６の自由端部に一体的に形成されている。ベース部３１，３２は、ピストン中心軸Ｍに向かって径方向内側に延びていて、スカート壁２６と直角をなしている。しかしながら、ベース部３１，３２は、図１に破線で示すように、スカート壁２６と鋭角をなすようにピストン内部１０’の方へ曲げられていてもよい。ベース部３１，３２の外形は任意に選択され得る。最適に向上した冷却効果を実現するために、ベース部３１，３２は、しかしながら、ピストン１０の下側部のより広い範囲を覆っているべきであり、ここでコネクティングロッドのための十分な大きさの通路開口３３が維持されなければならない。
【００２５】
本発明に係るピストン１０に噴射冷却が設けられることが意図される場合、オイル噴射ノズルから出てくる冷却オイルジェットのための通路として機能する切欠き３４が一方のベース部、代表的な実施形態ではベース部３２に設けられる。代表的な実施形態では、切欠き３４は、供給開口１９に冷却オイルが供給され得るように、冷却ダクト１８の冷却開口１９と実質的に直線上に並べて形成されている。
【００２６】
本発明にしたがって設けられたベース部３１，３２は、ピストンに一体的に、すなわち分離不能に接続されていて、流れ戻る冷却オイルを捕らえてそのクランクシャフトの方への流出を遅らせる。エンジンの作動中に生じるシェーカー効果により、ベース部３１，３２によって捕集された冷却オイルはボスボア２５およびピストンクラウン１０ａの方向において高い振動数で往復運動する。これにより、捕集された冷却オイルがスカート壁２６の領域に集まるため、特にスカート壁２６の領域において冷却効果が向上する。
【００２７】
本発明に係る方法では、少なくともピストン１０のピストンスカート１０ｂが鍛造プロセスによって作られる。代表的な実施形態では、主ピストン本体２１が鍛造プロセスによって作られる。図３に示すように、スカート壁延長部２６’が鍛造の間にスカート壁２６に一体的に形成される。本発明にしたがって提供される鍛造方法によると、コネクティングロッドのための通路開口３３および必要に応じて冷却オイルの入口のための切欠き３４が完成したピストン１０において別の処理工程なくして作られるように、スカート壁延長部２６’の外形を規定することがまた可能である。
【００２８】
その後、スカート壁延長部２６’は、それらが図１および図２に係る径方向内側に延びるベース部３１，３２ならびに通路開口３３および必要に応じて切欠き３４を形成するように、適当な曲げプロセスによってピストン中心軸Ｍに向かって径方向内側に曲げられる。
【００２９】
ベース部３１，３２を曲げる前に、例えば鍛造の間にまたは打ち抜きプロセスによって、ピストン内部に面する１つのベース部または２つのベース部３１，３２の表面に少なくとも１つの凹部３６，３７を形成することが可能であり、当該凹部はオイル捕集容器として機能し、したがって冷却効果を高める。
【００３０】
さらに、ベース部３１，３２を曲げた後に、別の処理工程、特にピストン１０の最終的な機械加工のためのクランプ装置におけるピストン１０の支持を提供するために、ベース部３１，３２の少なくとも一方のピストンの外方を向いた下側面に少なくとも１つの支持面３５を設けてもよい。当該支持面３５はピストン１０の最終処理の後に再び除去される。支持面３５は、例えば、スカート壁延長部２６’の鍛造の間にまたは特に凹部３６，３７の形成の間におけるベース部３１，３２の部分打ち抜きによる曲げの後に設けられてもよい。
【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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