JP2014532137A

JP2014532137A - 内燃機関に用いられるピストン

Info

Publication number: JP2014532137A
Application number: JP2014532245A
Authority: JP
Inventors: アレクサンダーヒアシュマークス
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US9243583B2; BR112014007441A2; DE102011115639A1; US20140238333A1; WO2013044897A1; EP2783096A1; CN103890362A

Abstract

内燃機関に用いられるピストン（１）は、スカートエレメント（８，９）を有しており、このスカートエレメント（８，９）は、内側の面（１７，１８）と外側の面（１４，１９）とを有しており、内側の面（１７，１８）は、スカートエレメント（８，９）がピストン直径「Ｄ」の７％よりも肉薄であるスカートエレメント（８，９）の領域に相当しており、外側の面（１４，１９）は、周方向で見てピン孔軸線（１５）の両側に位置する４０?よりも多くの角度範囲（２０，２０’）外に位置するスカートエレメント（８，９）の領域を半径方向外側で画定している。この場合、外側の面（１４，１９）の面積の比に対する内側の面（１７，１８）の面積の比が、６０％よりも多く設定されている。これによって、スカートエレメントが弾性的に可撓性となる。このことは、ピストンスカートの半径方向の熱膨張時に、スカートエレメントがシリンダ内壁に加える押圧力を減少させる。これによって、本発明に係るピストンの摩擦出力損失ひいてはピストンを備えた機関のＣＯ２排出量が減じられる。

Description

本発明は、内燃機関に用いられるピストンであって、該ピストンが、ピストン頂面を備えており、該ピストン頂面に半径方向外側でリング部分とピストンスカートとが続いており、該ピストンスカートが、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメントから成っており、両スカートエレメントが、それぞれ１つのピン孔を備えたピンボスに隣接している、内燃機関に用いられるピストンに関する。

冒頭に記載したようなピストンは、独国特許出願公開第４３２６９７８号明細書に基づき公知である。この公知のピストンでは、スカートエレメントがリング部分の領域で極めて中実に形成されており、これによって、ピストンの半径方向の熱膨張時に、シリンダ壁とピストンスカートとの間に、シリンダ内壁に加えられるスカートエレメントの押圧力を増加させる応力が生じ、これによって、摩擦出力損失が増大し、その結果、公知のピストンを備えた機関のＣＯ_２排出量が増加してしまうことが欠点である。

本発明の課題は、公知先行技術のこの欠点を回避し、ＣＯ_２排出量が減じられたピストンを提供することである。

この課題は、スカートエレメントが、内側の面を有しており、該内側の面は、スカートエレメントがピストン直径「Ｄ」の７％よりも肉薄であるスカートエレメントの領域を半径方向内側で画定しており、スカートエレメントが、外側の面を有しており、該外側の面は、周方向で見てピン孔軸線の両側に位置する角度範囲外に位置するスカートエレメントの領域を半径方向外側で画定しており、角度範囲が、ピン孔軸線と、ピストン軸線に対して垂直に延び、ピン孔軸線に交差し、周方向で見てピン孔軸線の両側に位置し、かつピン孔軸線とそれぞれ４０°よりも多くの角度を成す直線とによって画定されるようになっており、外側の面の面積の比に対する内側の面の面積の比が、６０％よりも多く設定されていることによって解決される。

これによって、スカートエレメントが弾性的に可撓性に形成されていて、ピストンの半径方向の熱膨張時に撓むことが達成される。これによって、シリンダ内壁に加えられるスカートエレメントの押圧力、機関運転中の摩擦出力損失ひいては本発明に係るピストンを備えた機関のＣＯ_２排出量が減じられる。

本発明の有利な態様は、従属請求項の対象である。

ディーゼル機関に用いられる本発明に係るピストンの斜視図である。ピン孔軸線に対して垂直にかつピストン軸線に位置する１つの平面に沿った図１に示したピストンの断面図である。一方のスカートエレメントの外側の面を示すピストンの側面図である。スカートエレメントの内面図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１および図２には、ディーゼル機関に用いられるアルミニウム製のピストン１が示してある。このピストン１のピストン頂面２には、１つの燃焼キャビティ３と、４つのバルブリセス４，４’，４’’，４’’’とが成形加工されている。半径方向外側において、ピストン頂面２には、トップランド５と、リング部分６と、ピストンスカート７とが続いている。このピストンスカート７は、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメント８，９から成っている。両スカートエレメント８，９は、それぞれ１つのピン孔１２，１３を備えたピンボス１０，１１に隣接している。図１には、スカートエレメント８の外側の面１４を良好に認めることができる。

図１には、補助線として役立つ直線２１，２１’が記入してある。両直線２１，２１’は、ピストン軸線１６に対して垂直に延びていて、ピン孔軸線１５に交差していて、周方向で見て、ピン孔軸線１５の両側に配置されていて、このピン孔軸線１５の両側に位置する角度範囲２０，２０’を画定している。両角度範囲２０，２０’は４０°よりも大きく設定されていて、ピンボス１０，１１の、スカートエレメント８，９の範囲外に位置する領域に相当している。

図２には、ピストン１が、ピン孔軸線１５に対して垂直にかつピストン軸線１６に位置する１つの平面に沿った断面図で示してある。この断面図に示したスカートエレメント８，９は、ピストン頂面と反対の側の下側の端部に向かって減少する半径方向の直径（つまり、厚さ）を有する横断面を有している。スカートエレメント８，９の長さ「Ｈ」に相当する軸方向の最大の長さを有する内側の面１７，１８の上側の端部では（図４参照）、スカートエレメント８，９の厚さ「Ｓ」がピストン直径「Ｄ」の７％に設定されていて、下向きに連続的に減少している。内側の面１７，１８の領域におけるスカートエレメント８，９の最大の厚さ「Ｓ」は、ピストン直径「Ｄ」の７％よりも小さく設定されていなければならない。

図３、つまり、ピストン１の側面図には、スカートエレメント８の外側の面１４が示してあるのに対して、図４には、スカートエレメント８の内側の面１７が示してある。内側の面１７とは、スカートエレメント８の、ピストン直径「Ｄ」の７％よりも肉薄である領域と同義である。面１４の面積に対する面１７の面積の比は、６０％よりも多く、好ましくは６５％〜７８％である。このことは、スカートエレメント９の外側の面１９の面積に対する内側の面１８の面積の比にも当てはまる。したがって、スカートエレメント８，９の外側の面１４，１９に対する内側の面１７，１８の本発明におけるサイズ比を、スラスト側のスカートエレメントならびに反スラスト側のスカートエレメントもしくは両スカートエレメントにおいて見いだすことができる。

機関運転中には、特にスカートエレメント８，９の外側の面１４，１９が、内燃機関のシリンダライナの壁に接触する。機関運転中には、ピストン１の半径方向の熱膨張が、鉄材料から成るシリンダライナの半径方向の熱膨張に比べて大きいため、スカートエレメント８，９に接触力が生じ、これによって、加熱の増大時に力の増加を伴って、スカートエレメント８，９がその外側の面１４，１９にわたってシリンダライナの内面に向かって押圧される。このことは、機関運転中のピストン１の摩擦出力損失ひいては機関のＣＯ_２排出量も増加させる。

この力ひいては摩擦出力損失および機関のＣＯ_２排出量を減らすために、スカートエレメントは、上述したように寸法設定されている。これによって、スカートエレメントが弾性的に形成されているので、ピストンの熱膨張時にスカートエレメントが撓むようになっている。これによって、スカートエレメントをシリンダ内面に向かって押圧する力ひいては機関運転中の摩擦出力損失ひいては最終的に内燃機関のＣＯ_２排出量も減じられる。

この場合、シリンダ内でのピストンのガイドに悪影響が与えられないように注意しなければならない。したがって、スカートエレメントの、上述した寸法設定に基づき提供される弾性的に可撓性の領域は、過度に大きく形成されていない。

一般的に、ピストン形状は、ピストンが熱膨張する際に、ピストン直径の７％よりも大きな厚さを有する硬質のスカート部分の領域が、ピストンとシリンダとの間の接触を介して直接的な圧縮応力を受けないようにするのに十分であるほど多くの遊びが、硬質のスカート部分に許容されるように形成される。

さらに、シリンダ内でのピストンのガイドを保証するためには、軟質のスカート部分がスカート全体の少なくとも６０％に設定されていなければならない。

Ｈ，Ｄ，Ｓ寸法
１ピストン
２ピストン頂面
３燃焼キャビティ
４，４’，４’’，４’’’ バルブリセス
５トップランド
６リング部分
７ピストンスカート
８，９スカートエレメント
１０，１１ピンボス
１２，１３ピン孔
１４スカートエレメント８の外側の面
１５ピン孔軸線
１６ピン軸線
１７スカートエレメント８の内側の面
１８スカートエレメント９の内側の面
１９スカートエレメント９の外側の面
２０，２０’ 角度範囲
２１，２１’ 直線

Claims

内燃機関に用いられるピストン（１）であって、該ピストン（１）が、ピストン頂面（２）を備えており、該ピストン頂面（２）に半径方向外側でリング部分（６）とピストンスカート（７）とが続いており、該ピストンスカート（７）が、互いに反対の側に位置する２つのスカートエレメント（８，９）から成っており、両スカートエレメント（８，９）が、それぞれ１つのピン孔（１２，１３）を備えたピンボス（１０，１１）に隣接している、内燃機関に用いられるピストンにおいて、
スカートエレメント（８，９）が、内側の面（１７，１８）を有しており、該内側の面（１７，１８）は、スカートエレメント（８，９）がピストン直径「Ｄ」の７％よりも肉薄であるスカートエレメント（８，９）の領域を半径方向内側で画定しており、スカートエレメント（８，９）が、外側の面（１４，１９）を有しており、該外側の面（１４，１９）は、周方向で見てピン孔軸線（１５）の両側に位置する角度範囲（２０，２０’）外に位置するスカートエレメント（８，９）の領域を半径方向外側で画定しており、角度範囲（２０，２０’）が、ピン孔軸線（１５）と、ピストン軸線（１６）に対して垂直に延び、ピン孔軸線（１５）に交差し、周方向で見てピン孔軸線（１５）の両側に位置し、かつピン孔軸線（１５）とそれぞれ４０°よりも大きな角度を成す直線（２１，２１’）とによって画定されるようになっており、外側の面（１４，１９）の面積に対する内側の面（１７，１８）の面積の比が、６０％よりも多く設定されていることを特徴とする、内燃機関に用いられるピストン。
外側の面（１４，１９）の面積に対する内側の面（１７，１８）の面積の比が、６５％よりも多く設定されている、請求項１記載のピストン。
外側の面（１４，１９）の面積に対する内側の面（１７，１８）の面積の比が、７２％よりも多く設定されている、請求項１記載のピストン。
外側の面（１４，１９）の面積に対する内側の面（１７，１８）の面積の比が、７８％よりも多く設定されている、請求項１記載のピストン。
ピストン（１）が、アルミニウムから成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン。
シリンダの直径に対するピストンピンの直径の比が０．２５よりも大きく、シリンダの直径に対するコンプレッションハイトの比が０．４５〜０．７にあるディーゼル機関への請求項１から５までのいずれか１項記載のピストンの使用。