(57)【要約】  本発明は、内燃機関のピストン（１）であって、リングゾーン（１２）を有するピストンヘッド（１１）が設けられており、該ピストンヘッド（１１）には、内部形状（１０）を包囲するピストンスカート（２）が続いており、該ピストンスカート（２）は、ピストン（１）の外側輪郭に対して後退させられた、２つの対向して位置するボックス壁（４）と、ピストン（１）の外側輪郭に対して後退させられていない２つのスカート壁（１３）とを備えており、前記ボックス壁（４）は、ボス（６）を収容しており、前記ピストンスカート（２）は、前記ボス（６）に結合されたスカート支持部（３）を有しており、前記ボックス壁の幅（ｂ）は、ピン軸線（７）と、前記ボックス壁（４）を曲率を維持して接線方向に延在させた部分との交点である、内燃機関のピストン（１）、並びに内燃機関用のピストン（１）の製造方法に関する。
2016535191.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、リングゾーン（１２）を有するピストンヘッド（１１）が設けられており、該ピストンヘッド（１１）には、内部形状（１０）を包囲するピストンスカート（２）が続いており、該ピストンスカート（２）は、ピストン（１）の外側輪郭に対して後退させられた、２つの対向して位置するボックス壁（４）と、ピストン（１）の外側輪郭に対して後退させられていない２つのスカート壁（１３）とを備えており、前記ボックス壁（４）は、ボス（６）を収容しており、前記ピストンスカート（２）は、前記ボス（６）に結合されたスカート支持部（３）を有している、内燃機関のピストン（１）において、
前記ボックス壁の幅（ｂ）は、ピン軸線（７）と、前記ボックス壁（４）を曲率を維持して接線方向に延在させた部分との交点であることを特徴とする、内燃機関のピストン（１）。
【請求項２】
前記スカート支持部（３）は、ピストンボス軸線（８）を通り且つ前記ピン軸線（７）に対して垂直な平面に対して凹形状を有している、請求項１記載のピストン（１）。
【請求項３】
前記スカート支持部（３）の向きは、複数の交点（ａ２ｉ，ａ３ｉ，ａ２ａ，ａ３ａ）によって表され、点（ａ２ｉ，ａ２ａ）は、前記ボックス壁（４）を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、前記ピン軸線（７）の高さに位置する外側のボス半径（ｒ）との交点であり、点（ａ３ｉ，ａ３ａ）は、前記ボックス壁（４）を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、前記内部形状（１０）を接線方向に延在させた部分との交点である、請求項１又は２記載のピストン（１）。
【請求項４】
以下の幾何学的な特性、即ち：
ａ２ｉ／ａ３ｉ＝１．０５〜１．５
及び
ａ２ａ／ａ３ａ＝１．０５〜１．５
が与えられている、請求項３記載のピストン（１）。
【請求項５】
前記スカート支持部（３）は、スラスト側及び反スラスト側に関して同一に形成されているか、又はピストン（１）の各側面に関してａ２ｉ／ａ３ｉ及びａ２ａ／ａ３ａの比率が変えられる、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン（１）。
【請求項６】
前記ボックス壁（４）の幅（ｂ）は、以下のように、即ち：
ｂ＝（（ａ１＋Ａ））／２±１５％ｄｋ
と定義されている、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（１）を、鋳造法又は鍛造法で製造することを特徴とする、内燃機関用のピストン（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各独立請求項の上位概念にそれぞれ記載された特徴に基づく、内燃機関用のピストン及び製造方法に関する。
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００９０５９０５６号明細書は、内燃機関用のピストンであって、ピストンヘッドと、環状の火炎ウェブと、複数のリング溝を有する環状のリング部と、ピストンスカートとが設けられており、該ピストンスカートは、２つのスカート壁と、リング部に対して後退させられていてスカート壁を結合する２つのボックス壁とを有しており、これらのボックス壁の領域にはそれぞれ、リング部の露出した下面が形成されており、ボックス壁には、それぞれボス孔を有するピンボスが設けられている、内燃機関用のピストンに関する。リング部の露出した各下面と、リング部に対応配置されたボックス壁との間には、少なくとも１つの支持部材が配置されている。これらの支持部材は、ボスに設けられる、製造に手間のかかる傾斜したスカート支持部を形成している。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２００７０１８９３２号明細書は、内燃機関のピストンであって、リングゾーンを有するピストンヘッドが設けられており、該ピストンヘッドには、ピストン内室を包囲していて、２つの支持スカート壁部分と２つのピンボスとを備えるピストンスカートが続いている、内燃機関のピストンに関する。ボス孔を取り囲んでいる各ピンボスは、ボス支持部を介してボス基体に結合されている。つまり当該の独国特許出願公開第１０２００７０１８９３２号明細書は、ピン軸線方向に見て後退させられた、ボックス型ピストンの形式のスカートを有する、既存のピストン幾何学形状の一例である。この構成形式の場合、運転中に生じる負荷による変形が小さなことを保証するためには、大きな壁厚さ延いては多くの使用材料が必要とされる。
【０００４】
このような公知のボックス型ピストンには、内燃機関の運転中に、ガス圧及び点火圧よって、ピストンに変形が生じる可能性のある大きな力がピストンに作用する、という問題が生じる。この場合、特に不都合なのは、リングゾーンがスカート壁の領域においてのみ支持されており、ボックス壁の領域には、張り出して露出した下面が存在している点である。その結果、リングゾーンはボックス壁の領域において、クランクケースの方向へ著しく変形させられる恐れがある。これに対してスカート壁の領域のリングゾーンは、ボックス壁及びスカート壁の剛性構造に基づいて、僅かに変形されるに過ぎない。つまり、ボックス壁からスカート壁への移行領域では、剛性が飛躍的に変化している。このことと、ボックス壁の領域のリングゾーンの変形時に生じる曲げモーメントとに基づき、ボックス型ピストンに過剰な負荷を与える応力が発生することになる。
【０００５】
本発明の課題は、ピストンの製造を簡単にし、且つ安定性を向上させつつピストンの質量を低減することにある。
【０００６】
この課題は、各独立請求項に記載の特徴を有するピストンと方法とによって解決される。
【０００７】
本発明による解決手段は、内燃機関のピストンであって、リングゾーンを有するピストンヘッドが設けられており、該ピストンヘッドには、内部形状を包囲するピストンスカートが続いており、該ピストンスカートは、ピストンの外側輪郭に対して後退させられた、２つの対向して位置するボックス壁と、ピストンの外側輪郭に対して後退させられていない２つのスカート壁とを備えており、前記ボックス壁は、ボスを収容しており、前記ピストンスカートは、前記ボスに結合されたスカート支持部を有しており、前記ボックス壁の幅は、ピン軸線と、前記ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分との交点である、という点にある。
【０００８】
意外にも、ボックス壁の幅を、ピン軸線と、ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分との交点として設定することにより、材料延いてはピストン質量を削減することができる、ということが分かった。本発明に基づいてボックス壁を形成することにより、ボックス壁並びにスカート壁の材料厚さを、このような構成形式の従来公知のピストンに比べて減少させつつ、安定性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の改良では、スカート支持部は、ピストンボス軸線を通り且つピン軸線に対して垂直な平面に対して凹形状を有している。
【００１０】
スカート壁支持部に凹形状を付与することにより、より高い安定性が得られる。これによりピストン全体が、特に張り出したリングゾーンの領域において、より形状安定的になる。
【００１１】
本発明の改良では、スカート支持部の向きは、交点ａ２ｉ，ａ３ｉ，ａ２ａ，ａ３ａによって表され、この場合、点ａ２ｉ，ａ２ａは、ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、ピン軸線の高さに位置する外側のボス半径ｒとの交点であり、点ａ３ｉ，ａ３ａは、ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、内部形状を接線方向に延在させた部分との交点である。
【００１２】
本発明の改良では、以下の幾何学的な特性が当てはまる：
ａ２ｉ：ａ３ｉの比は、１．０５〜１．５（ａ２ｉ／ａ３ｉ＝１．０５〜１．５）
であり、且つ
ａ２ａ：ａ３ａの比は、１．０５〜１．５（ａ２ａ／ａ３ａ＝１．０５〜１．５）
である。
【００１３】
本発明の改良では、スカート支持部は、スラスト側及び反スラスト側に関して同一に形成されているか、又はピストンの各側面に関してａ２ｉ／ａ３ｉ及びａ２ａ／ａ３ａの比率が変化する。
【００１４】
本発明の改良では、ボックス壁の幅ｂは以下のように定義されている：
ｂ＝（（ａ１＋Ａ））／２±１５％ｄｋ
【００１５】
本発明による、内燃機関用のピストンの製造方法では、ピストンは、鋳造法又は鍛造法で製造される。
【００１６】
本発明では、ピストンは鋳造法又は鍛造法で製造される。ピストンの、本発明に基づいた形状付与は、鋳造法又は鍛造法での簡単な製造を可能にする。
【００１７】
換言すると、本発明では、ピストンをコネクティングロッドに結合するピストンピンを収容するボスと、ボスに結合されたスカート支持部とを備えたピストンスカートを有する、内燃機関用のピストンが想定されている。
【００１８】
ピストンボスに対して、構造、重量及び摩擦が最適化されたピストンスカート支持部の構成を達成することが課題である。この場合、スカート支持部は、ピストンボス軸線を通り且つピン軸線に対して垂直な平面に対して凹形状を有している。
【００１９】
スカート支持部は、スラスト側及び反スラスト側に関して同一に形成されているか、又は各ピストン側面に関して変えられてよい。
【００２０】
以下に説明する図面に基づき、本発明を更に明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるピストンの断面図である。
【００２２】
図１には、本発明によるピストン１が示されている。このピストン１は、スカート支持部３を備えたピストンスカート２を有している。ピストン１では、ピストンスカート２の２つの向かい合った壁が、ピストン１の外側輪郭に比べ、後退させられて設けられている。後退させられた壁はボックス壁４と呼ばれ、後退させられていない別の２つの壁は、スカート壁１３と呼ばれ且つピストンスカート２の本来の摺動面を有している。ボックス壁４には、ボス孔を有するボス６が統合されている。ボックス壁４とスカート壁１３とは、ピストンヘッド１１の下面に結合されている。
【００２３】
ボックス壁４は、幅ｂと、直径ｄと、壁厚さｓとを有している。更にピストン１は、ボックス壁弧状部５を有している。更にボス６を、ピン軸線７が通っている。スカート支持部３は、ピストンボス軸線８を通り且つピン軸線７に対して垂直な平面に対して、凹形状を有している。外側のボス半径は、ｒで表されている。Ａは、位置固定リング溝９のピン方向に見た軸方向間隔を表しており、ａ１は、ピン軸線７の方向に見た支持長さ開始部の軸方向間隔を表している。
【００２４】
点ａ２ａ，ａ２ｉは、ボックス壁４を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、ピン軸線７の高さに位置する外側のボス半径ｒとの交点を形成するものである。点ａ３ａ，ａ３ｉは、ボックス壁４を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、内部形状１０を接線方向に延在させた部分との交点をなすものである。内部形状１０は、ピストンヘッド１１の下面の一部を形成している。ピストンヘッド１１の外周には、環状のリングゾーン１２が配置されている。リングゾーン１２は、特にスカート壁１３によって支持されている。
【００２５】
ピストン１は、以下の特徴を有している。
【００２６】
ボックス壁４の幅ｂは、ピン軸線７と、ボックス壁４を曲率を維持して接線方向に延在させた部分との交点の間隔であり、次のように定義される：
ｂKastenwand＝（（ａ１＋Ａ））／２±１５％ｄｋ
この場合、ｄｋはピストン直径を、Ａは位置固定リング溝９のピン方向に見た軸方向間隔を、ａ１はピン軸線７の方向に見た支持長さ開始部の軸方向間隔を、それぞれ表している。
【００２７】
ボックス壁４の幅ｂは、ボックス壁弧状部５とピン軸線７との交点の間隔に等しい。
【００２８】
スカート支持部３の向きは、点ａ２ｉ，ａ３ｉ，ａ２ａ，ａ３ａによって表され、この場合、点ａ２ｉ，ａ２ａは、ボックス壁４を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、ピン軸線７の高さに位置する外側のボス半径ｒとの交点であり、点ａ３ｉ，ａ３ａは、ボックス壁４を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、内部形状１０を接線方向に延在させた部分との交点である。
【００２９】
以下の幾何学的な特性が設定されている：
ａ２ｉ／ａ３ｉ＝１．０５・・・１．５及び
ａ２ａ／ａ３ａ＝１．０５・・・１．５
この場合、Ｒｍｉｎ≧０．９ｄｋの最小半径が設定されている。
【００３０】
どの半径の組合せ（スプライン、延在半径、直線と半径との組合せ）も前記範囲内であり、本発明に含まれている。
【００３１】
スカート支持部３は、スラスト側と反スラスト側とに関して同一に形成され得るか、又はピストンの各側面に関してａ２ｉ／ａ３ｉ及びａ２ａ／ａ３ａの比率が変えられてよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ピストン
２  ピストンスカート
３  スカート支持部
４  ボックス壁
５  ボックス壁弧状部
６  ボス
７  ピン軸線
８  ピストンボス軸線
９  位置固定溝
１０  内部形状
１１  ピストンヘッド
１２  リングゾーン
１３  スカート壁
Ａ  ピン軸線方向に見た位置固定リング溝の軸方向間隔
ａ１  ピン軸線方向に見た支持長さ開始部の軸方向間隔
ａ２ａ  ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、ピン軸線高さに位置する外側のボス半径との交点
ａ２ｉ  ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、ピン軸線高さに位置する外側のボス半径との交点
ａ３ａ  ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、内部形状を接線方向に延在させた部分との交点
ａ３ｉ  ボックス壁を曲率を維持して接線方向に延在させた部分と、内部形状を接線方向に延在させた部分との交点
ｂ  ボックス壁の幅
ｄ  ボックス壁の直径
ｄｋ  ピストン直径
ｒ  外側のボス半径
ｓ  壁厚さ
Ｒｍｉｎ  半径
【図１】
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【国際調査報告】
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2016535191.tif 000005
2016535191.tif 000006
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