JP2011530669A - 内燃機関用のピストン - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用のピストン（１０）であって、ピストン頂部（１１）とトップランド（１２）と、リング溝（１４）を有する環状のリング部分（１３）と、ピストンスカート（１５）とが設けられており、該ピストンスカート（１５）は、スラスト側（ＤＳ）と反スラスト側（ＧＤＳ）とに配置された２つのスカート壁（１６，１７）と、両スカート壁（１６，１７）を互いに結合する２つのボックス壁（１８，１９）とを有しており、両ボックス壁（１８，１９）は、ボス孔（２０）を有するピンボス（２１）を備えており、スラスト側（ＤＳ）に配置されたスカート壁（１６）はピストン（１０）の周方向で見て、反スラスト側（ＧＤＳ）に配置されたスカート壁（１７）に比べて、短く形成されている形式のものに関する。このような形式のピストンにおいて本発明の構成では、ピストンの負荷を減じるために、スラスト側のボックス壁（１８）は直線的にかつ斜めに延びていて、該スラスト側のボックス壁（１８）相互の間隔が、ピンボス（２１）の領域において、スラスト側のスカート壁（１６）の領域におけるよりも大きい。

Description

本発明は、内燃機関用のピストンであって、ピストン頂部とトップランドと、リング溝を有する環状のリング部分と、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、スラスト側と反スラスト側とに配置された２つのスカート壁と、両スカート壁を互いに結合する２つのボックス壁とを有しており、両ボックス壁は、ボス孔を有するピンボスを備えており、スラスト側に配置されたスカート壁はピストンの周方向で見て、反スラスト側に配置されたスカート壁に比べて、短く形成されている形式のものに関する。

このような形式のピストンでは、コンロッドが傾斜していることによって点火圧下において横力の負荷が生ぜしめられ、この横力の負荷はボックス壁とスカートとを介してシリンダ壁に加えられる。さらに点火圧は、ボス孔のオフセットもしくは偏心率と相俟って、旋回モーメントを生ぜしめ、この旋回モーメントによって横力の負荷は高められる。両方のメカニズムに起因して、ピストンは下部領域で、スカートとボックス壁との結合部の、ピストン頂部とは反対側の自由縁部の近傍において、高負荷を受けることになる。クランク駆動機構がオフセットされていない（ungeschraenkt）場合、つまりクランク回転軸がシリンダ中心軸上に位置しているクランク駆動機構の場合、最大負荷は、点火圧最大時又はその直後にピストンのスラスト側において生じる。この場合ピストンの反スラスト側におけるスカートとボックス壁との結合部は、比較的低い負荷しか受けない。これに対して、スラスト側にオフセットされているクランク駆動機構の場合には、反スラスト側におけるスカートとボックス壁との結合部の負荷が高まる。

ゆえに本発明の課題は、スラスト側及び反スラスト側におけるスカートとボックス壁との結合部の、ピストン頂部とは反対側の領域、つまり高負荷を受ける領域の負荷を、減じることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式のピストンにおいて、スラスト側のボックス壁は直線的にかつ斜めに延びていて、該スラスト側のボックス壁相互の間隔が、ピンボスの領域において、スラスト側のスカート壁の領域におけるよりも大きく形成されている。

本発明の有利な構成では、スラスト側のボックス壁の厚さが、ピンボスを起点としてスカート壁に向かって直線的に増大しており、スラスト側及び反スラスト側のボックス壁の厚さが、ピストン頂部とは反対側の自由縁部を起点としてピストン頂部に向かって減少している。このように構成されていると、スラスト側及び反スラスト側におけるスカートとボックス壁との結合部の、ピストン頂部とは反対側の高負荷される領域に対する負荷を、さらに減じることができる。

スカートとボックス壁との結合部の横力負荷がどのように減じられるかは、簡単なバーモデル（Balkenmodell）を用いて述べることができ、この場合スカート及びボックス壁は、面状の支持構造として示される。そして横力負荷は、スカートとボックス壁との結合部の自由縁部の近くにおいて集中させられて導入される。

このことから分かるように、可能な限り大きな傾斜を有していてボス外縁部に結合されている理想的に真っ直ぐなボックス壁は、横力の負荷作用点の現実的な選択時に、最も僅かな負荷しか受けない。この場合ボックス壁の傾斜は主にスカート壁の幅によって制限されており、このスカート壁の幅は、スカートを介してピストンを確実に案内できるようにするのに、十分な大きさを有している必要がある。従ってスカート壁はその下縁部の領域において直線的に形成され、かつ傾斜させられている。そして大きな傾斜を得るために、ボックス壁はボス外縁部に結合されている。

スカートとボックス壁との結合部の下部領域における構造を均一に負荷するために、壁厚さは負荷に相応して設計されねばならない。これによって同時に、強度の点で不要な剛性を低減すること及び重量を減じることができる。

従ってボックス壁の厚さは、ボスを起点としてスカート壁に向かって連続的に増大し、これに対してスカート壁の厚さはピストン頂部とは反対側の端部を起点としてピストン頂部に向かって減少する。さらにボックス壁厚さの減少は、ボックス壁の内輪郭が該ボックス壁の外輪郭よりも強く傾斜していることによって、実現される。さらに、有利な二次効果としては、ボックス壁の傾斜が緩やかに増大していることが挙げられる。

スカートとボックス壁との結合部は単にその下部領域において高い横力負荷を受けるので、該結合部の厚さは、ピストン重量を小さく保つために、ボス孔中心に至るまでしか減じられない。

上に述べた本発明によるスカートとボックス壁との結合部は、通常、スラスト側において構成することができる。オフセットされたクランク駆動機構によって反スラスト側が、スラスト側に比べて大きな負荷を受けるようになっている場合には、上記構造原理は反スラスト側において適用される。この場合スカートとボックス壁との結合部の、小さな負荷を受ける側は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７０２０４４７．９号明細書において反スラスト側として記載されているように、構成される。

次に図面を参照しながら本発明の１実施形態を説明する。

本発明によるピストンを図２のＡ−Ａ線に沿って断面した図である。 図１に示したピストンを数度傾けて、図１の矢印Ｂの方向から見た図である。 図１に示したピストンを矢印Ｂの方向から見た図である。

図１〜図３には本発明によるピストン１０の１実施形態が示されており、このピストン１０は特に、高負荷されるオット機関において使用するために適している。ピストン１０はピストン頂部１１と環状のファイアランドもしくはトップランド（Feuersteg）１２と、リング溝１４を備えた環状のリング部分１３とを有している。

ピストン１０はピストン頂部とは反対の側に、ピストンスカート１５を有しており、このピストンスカート１５は、スラスト側（ＤＳ）におけるスカート壁１６と反スラスト側（ＧＤＳ）におけるスカート壁１７とから成っており、両スカート壁１６，１７はボックス壁１８，１９を介して互いに結合されている。ボックス壁１８，１９はそれぞれ、各１つのボス孔２０を備えたピンボス２１を有している。

そしてスラスト側（ＤＳ）におけるスカート壁１６は周方向で見て、反スラスト側（ＧＤＳ）におけるスカート壁１７に比べて、短く形成されている。従って両スカート壁１６，１７は非対称に形成されている。

図２から明らかなように、スラスト側のボックス壁１８は直線的に形成されていて、傾斜している。この傾斜は０と同じか又は０よりも大きくて良い角度αによって示されている。これによって、ボックス壁１８相互の間隔は、ピンボス２１の領域において、スラスト側のスカート壁１６の領域におけるよりも大きい。

さらにスラスト側のボックス壁１８の厚さｄは、ピンボス２１を起点としてスカート壁１６に向かって直線的に増大している（図２参照）。さらにまた、ボックス壁１８，１９の厚さｂは、両ボックス壁１８，１９の、ピストン頂部とは反対側の自由縁部を起点として、ピストン頂部１１に向かって減少している（図１参照）。

１０ ピストン、 １１ ピストン頂部、 １２ トップランド、 １３ リング部分、 １４ リング溝、 １５ ピストンスカート、 １６ スラスト側のスカート壁、 １７ 反スラスト側のスカート壁、 １８ スラスト側のボックス壁、 １９ 反スラスト側のボックス壁、 ２０ ボス孔、 ２１ ピンボス

Claims (3)

1. 内燃機関用のピストン（１０）であって、ピストン頂部（１１）とトップランド（１２）と、リング溝（１４）を有する環状のリング部分（１３）と、ピストンスカート（１５）とが設けられており、該ピストンスカート（１５）は、スラスト側（ＤＳ）と反スラスト側（ＧＤＳ）とに配置された２つのスカート壁（１６，１７）と、両スカート壁（１６，１７）を互いに結合する２つのボックス壁（１８，１９）とを有しており、両ボックス壁（１８，１９）は、ボス孔（２０）を有するピンボス（２１）を備えており、スラスト側（ＤＳ）に配置されたスカート壁（１６）はピストン（１０）の周方向で見て、反スラスト側（ＧＤＳ）に配置されたスカート壁（１７）に比べて、短く形成されている形式のものにおいて、スラスト側のボックス壁（１８）は直線的にかつ斜めに延びていて、該スラスト側のボックス壁（１８）相互の間隔が、ピンボス（２１）の領域において、スラスト側のスカート壁（１６）の領域におけるよりも大きいことを特徴とする、内燃機関用のピストン。
2. スラスト側のボックス壁（１８）の厚さが、ピンボス（２１）を起点としてスカート壁（１６）に向かって直線的に増大している、請求項１記載のピストン。
3. スラスト側及び反スラスト側のボックス壁（１８，１９）の厚さが、ピストン頂部とは反対側の自由縁部を起点としてピストン頂部（１１）に向かって減少している、請求項１記載のピストン。

Images