JP2010509529A - ねじられたスカートパネルを有するピストン - Google Patents

Abstract

ピストンアセンブリが開示される。ピストンアセンブリは、一体的に形成され、一体型であり、中心長手軸に中心合わせされる。ピストンアセンブリは、複数の環状溝を有する環状ベルトを有するヘッドを含む。ピストンアセンブリは、第１のスカートおよび第２のスカートも含み、各々は上端縁と上端縁よりも径方向に狭い下端縁とを有する。スカートは、第１の側方端縁および第２の側方端縁も有する。ピストンアセンブリは、環状ベルトから径方向内側に離間されて短ピン支持配置を規定する第１のピンボスおよび第２のピンボスも含む。ピンボスは、中心長手軸に垂直なピンボア軸上に軸方向に位置合わせされた第１のピンボアおよび第２のピンボアをそれぞれ有する。ピストンアセンブリは、各々がピンボスの一方とスカートの一方との間に延在する複数のパネルも含む。パネルの各々は、ヘッドに最も近く離間された上部と、ヘッドから最も遠く離間された下部と、上部および下部から実質的に等しく離間された中間部とを含む。パネルの上部とピンボア軸に垂直な第１の面との間の第１の距離によって下部と第１の面との間の第２の距離に対して規定される比率が当該長さの少なくとも一部に沿って増大するように、パネルの各々がその長さに沿ってねじれる。

Description

関連出願との相互参照
本願は、２００７年１１月８日出願のPISTON HAVING TWISTED SKIRT PANELSについての米国仮特許出願番号第６０／８６４，８２７号の恩典を主張し、その全体をここに引用によって援用する。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、概して内燃機関用ピストンに関し、特にスカートパネルによってピンボスに連結された一体型ピストンスカートを有するピストンに関する。

２．関連する先行技術の説明
内燃機関用ピストンはさまざまな金属からなり、アルミニウムまたはアルミニウムの合金などの軽金属からダイカストされることが多い。このようなピストンは、ピストンリングを収容するための複数の環状溝を有するピストンヘッドを含み、一対のピンボスがピストンヘッドから下方に突出し、リストピンを受入れるために軸方向に位置合わせされたピンボアを有し、関連付けられたエンジンのコネクティングロッドにピストンを連結させる。このようなピストンは、一対のスカート部をさらに含み、各々は、典型的にプレーナ形または湾曲した形状である関連付けられたスカートパネルによってピンボスに接合される。

発明の概要
要約すると、本発明はピストンアセンブリである。ピストンアセンブリは、一体的に形成され、一体型であり、中心長手軸に中心合わせされる。ピストンアセンブリは、複数の環状溝を有する環状ベルトを有するヘッドを含む。ピストンアセンブリは、第１のスカートおよび第２のスカートも含み、各々は上端縁と上端縁よりも径方向に狭い下端縁とを有する。スカートは、第１の側方端縁および第２の側方端縁も有する。ピストンアセンブリは、環状ベルトから径方向内側に離間されて短ピン支持配置を規定する第１のピンボスおよび第２のピンボスも含む。ピンボスは、中心長手軸に垂直なピンボア軸上に軸方向に位置合わせされた第１のピンボアおよび第２のピンボアをそれぞれ有する。ピストンアセンブリは、各々がピンボスの一方とスカートの一方との間に延在する複数のパネルも含む。パネルの各々は、ヘッドに最も近く離間された上部と、ヘッドから最も遠く離間された下部と、上部および下部から実質的に等しく離間されて配置された中間部とを有する。パネルの上部とピンボア軸に垂直な第１の面との間の第１の距離によってパネルの下部と第１の面との間の第２の距離に対して規定される比率が当該長さの少なくとも一部に沿って増大するように、パネルの各々がその長さに沿ってねじれる。

パネルのねじりは、可変幅ピストンを収容しかつ適切に支持しながら、ピンボスを近接して離間させることができるという利点を有する。特定の利点によれば、寸法および重量を節約するべくピンボスを比較的狭く保持することができ、スカートの幅をスカートの下部よりも上部において大幅に大きく形成することができる。さらなる利点によれば、スカートの端縁を湾曲させることができ、パネルはスカートの端縁の全体または一部に沿って合体し輪郭に従うことができ、他方端において、概ね垂直な配向でまたは互いに向かって若干内側に傾斜してピンボスに接合される。パネルを長手方向にねじることによって、パネルは、ピンボスとの接続部における配向からスカートの端縁における可変幅および湾曲
した配向へと移行することができる。

以下の詳細な説明および図面と合せて考慮されると、発明のこれらおよび他の特徴および利点が当業者により良く理解されるであろう。

図面の簡単な説明
発明の一実施形態に従って構成されたピストンの底面斜視図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 パネルの長手方向に変化する形状を示す、概ね矢印Ａ方向における図１のピストンの断面図である。 図１のピストンのピンボア軸に沿った断面図である。 図１０の図に概ね垂直なスカートを概ね通る断面図である。 図１の概ね矢印Ｂ方向における断面図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
図中の１０においてピストンアセンブリを大まかに示し、１セットのピストンリング（図示せず）を収容するための複数の環状溝１６が設けられる円環状ベルト部分１４を有して形成されたピストンヘッド１２を含む。

図１から図１１に最もよく示されるように、ピストン１０は、同じ材料からなるヘッド１２と一体として形成された一対のピンボス１８を含む。ピンボス１８は、ヘッド１２の下側から下方に延在し、間隙２２にわたって互いに横方向に離間された内面２０を有する。ピンボス１８は、リストピン（図示せず）を受入れて、下から間隙２２に延在するコネクティングロッド（図示せず）の小端にピストン１０を連結するために軸方向に位置合わせされたピンボア２４を有して形成される。内面２０は、コネクティングロッドの小端の形状に合致するように図示のようにまっすぐまたは先細りであり得る。ピンボス１８は、内面２０と反対側に外面２６を有し、外面２６はピストンアセンブリ１０の環状ベルト１４の径方向内側に位置する。ピンボス１８の外壁面２８は、内面２０と外面２６との間に延在する。

ピストン１０は、ピストン１０と一体として作成された一対のピストンスカート３０を含む。スカート３０は、ピストンヘッド１２に隣接する上端縁３２から下自由端縁３４に下方に延在する。スカート３０は、スカートの上端縁３２と下端縁３４との間に延在する両側端縁３６および３８の間に周方向に延在する。図示のように、スカート３０は下端縁３４よりも上端縁３２の方が径方向に幅広く、スカート３０は概ね台形形状を示し、上端
縁および下端縁は概ね平行であり、側面は非平行である。スカートの側方端縁３６および３８は、ピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に対して湾曲もしくは屈曲し得る、または真っ直ぐであり得る。

ピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に垂直ないくつかの異なる直線幅を規定することができる。第１の直線幅は、ピンボア２４の軸４６に垂直な軸に沿った上端縁３２におけるスカート３０の径方向外側面同士の間に規定することができる。第２の直線幅は、ピンボア軸４６に沿ったピンボア１８の外面２６同士の間に規定することができる。この第１の直線幅は、第２の直線幅よりも大きい。ピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に対する法線面における端縁３４の両端間の直線距離は、外面２６同士の間の第２の直線幅よりも小さい。しかし、ピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に対する法線面における上端縁３２の両端間の直線距離は、外面２６同士の間の第２の直線幅よりも大きい。

ピストン１０は、スカート３０をピンボス１８に接合するスカートパネル４０を含む。パネルは、ピンボス１８およびスカート３０と一体として同じ材料で製造され、環状ベルト１４の径方向内側に離間される。上記のピンボス１８およびスカート３０の形状に鑑み、各パネル４０は、一方側でピンボス１８と他方側でスカート３０との両方に一体的に合体するように、ピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に対してねじられる。

発明の例示的な実施形態において、特に図１を参照し、パネル４０は、ヘッド３２に隣接する第１の上部角４８と、第１の上部角４８の反対側の第１の下部角５０とにおいて、ピンボア１８から離れて延在する。パネル４０は、ヘッド３２に隣接する第２の上部角５２と、第２の下部角５４とに延在する。図２から図９は、パネル４０のねじりを示す一連の図である。これらの図の各々は斜視図であり、パネル４０を通るピストンアセンブリ１０の断面を示す。図２から図９の断面の各々は、中心長手軸４４から外側に漸進的に配置された面において得られる。たとえば、図２に示される断面は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から離間された第１の面にある。図３に示される断面は、軸４４に対して平行でありかつ第１の面よりも軸４４から遠く離間された第２の面にある。これらの図において、一貫した基準ソースを提供するために、２本の基準軸５６、５８および角度６０が加えられている。特に、軸５６は特定の断面の面に延在し、パネル４０の厚さに沿って実質的に中心合わせされる。軸５８も特定の断面の面に延在し、中心長手軸４４に平行であり、２つの対向するパネル４０の間に実質的に中心合わせされる。角度６０は、軸５６と５８との間の角度である。

図２は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から第１の距離離間された第１の面における断面を示す。図２の第１の面は、実質的に、ピンボア１８に近接した角４８、５０を通って得られる。角度６０は比較的小さく、軸５６と５８との交点は視界の外側にある。発明の代替的な実施形態において、軸５６および５８は第１の近接面において平行であり得る。

図３は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から第１の距離より大きい第２の距離離間された第２の面における断面を示す。角度６０は図２から実質的に変化しておらず、パネル４０が第１の面と第２の面との間で実質的に真っ直ぐかつねじれずに延在していることを表わす。発明の代替的な実施形態において、面４０はその全長にわたってねじれ、真っ直ぐな部分を含まない場合もある。

図４は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から第２の距離より大きい第３の距離離間された第３の面における断面を示す。角度６０は図３から増大しており、第２の面と第３の面との間でパネル４０がねじれ始めていることを表わす。ねじりは、パネル４０の上部が比較的短いピン型配置のピンボア１８から緩やかに延在して比較的幅広い上部スカー
ト３０の上端縁３２と交差し、かつ同時に、パネル４０の下部が緩やかに延在してスカート３０の比較的狭い下端縁３４と交差するように行われる。

パネル４０のねじりは、いくつかの異なるやり方で規定することができる。例示的なパネル４０は、軸５６に沿って設けられる上方点６２、中間点６４および下方点６６を含む。図４において、上方点６２は軸５８から距離６８にあり、中間点６４は軸５８から距離７０にあり、下方点６６は軸５８から距離７２にある。ねじりの一例において、パネル４０が第１の面から第３の面に外側に延在するにつれて距離６８が増大するようにパネル４０を形成することができる。ねじりは、パネル４０が軸４４から外側に離れて延在するにつれて同時に距離６８を増大させ距離７２を減少させることによって規定することもできる。代替的に、ねじりは、パネル４０が外側に延在するにつれて距離７２を一定に維持し、距離６８および７０を同時に増大させることによって規定することができる。代替的に、パネル４０が軸４４から離れて延在するにつれて、距離６８、７０および７２のすべてを合せて変化させることができ、すべて異なる比率で増大または減少するである。

図５は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から第３の距離より大きい第４の距離離間された第４の面における断面を示す。角度６０は図４から増大しており、パネル４０がさらにねじれていることを表わす。発明の例示的な実施形態において、図５は上方点６２が環状ベルト１４と合体することも示す。図２から図４において、環状ベルト１４とパネル４０との間に凹部７４が示される。図５は、凹部７４が第４の面において排除されていることを示す。上記のように、パネル４０の上方点６２が基準面において軸５８から離れて移動するため、または単に、基準面が軸４４からさらに離間されるにつれて円環状ベルト１４の径方向外側端縁が軸５８により近く離間されるため、環状ベルト１４およびパネル４０の合体が生じ得る。

図６は、軸４４に対して平行でありかつ軸４４から第４の距離より大きい第５の距離離間された第５の面における断面を示す。角度６０は図５から増大しており、パネル４０がさらにねじれていることを表わす。また、パネル４０の上部は環状ベルト１４の径方向外側面により近く移動している。図７から図９は、それぞれ第６から第８の面における断面を示し、各々は互いに平行かつ離間されている。これらの図は、スカート３０の端縁３６と合体するパネルの連続的なねじりを示す。

１つのパネル４０は、各ピンボス１８の各側面から延在し、他方側において、スカート３０の関連付けられた側方端縁３６、３８に接合される。したがって、各スカート３０は、それに関連付けられた一対のスカートパネル４０を有する。パネル４０は、その外壁面２８において、ピンボス１８の下端に対して内面２０と外面２６との間のほぼ中間の場所（図示のように先細りのピンボスの場合は、ピンボス１８の最も狭い部分）においてピンボス１８と交差する。

パネル４０は、ピンボス１８と交差する場所においてピストンアセンブリ１０の中心長手軸４４に対して概ね平行であるかまたは若干内側に傾斜している。これは図２に最もよく見られる。しかし、パネルはスカート４０の側方端縁３６および３８に向かって長手方向に延在するため、他方端においてスカート端縁３６および３８の形状および位置と一致するように、当初の面からパネル４０を移動させる必要があり得る。

図３から図９の一連の断面図によって示されるように、パネル４０はピンボス１８およびスカート３０における接続箇所の形状および配向と一致するように長手方向にねじられる。ピストンの下部において、パネル４０は内側にねじられ、スカートの下端３４に隣接するスカート３０の側方端縁３６および３８と合体することができる。ピンボス１８におけるパネル４０の間隔よりも間隔が狭い。ピストン１０の上部において、パネル４０は外
側にねじられ、スカート３０の上端縁３２において、スカート３０のより幅広く外側に角度が付けられた外側端縁３６および３８と合体することができる。したがって、パネル４０の表面は、ねじれたプレーナ形状または複曲率の曲線によって表わされ、パネル４０はパネル４０の縦方向とピストンの上下方向（図１２も参照）との両方にねじられている。もちろん、パネル４０の厳密なねじり構造は特定のピストンの要件に必然的に依存し、したがって図示された形状は１つの例示的な実施形態にすぎない。

図は、パネル４０が広がってスカート３０の端３６または３８と合体し得ることも示す。特に、中心長手軸４４に沿って測定されるパネル４０の高さは、スカート３０の高さ（上端縁３２と端縁３４との間の軸４４に沿った距離）よりも小さいことがある。発明のこのような実施形態において、端縁３６または３８の全長がパネル４０によって支持されるように、パネル４０の下部は下方に広がることがある。

パネル４０、スカート３０およびヘッド１２の下側の形状は、ピンボス１８のいずれかの側面上の内部空間を規定し、図９に最もよく見られるように、パネル４０がスカートの端縁３６および３８に接合するスカート３０の上端縁３２付近にアンダーカット領域４２を有する。

ピストンは、アルミニウム、鋼などのいずれかの選択された材料から全体的に一体として鋳造され、上記のとおりねじられたパネル４０を組込む。

いずれの特定のピストンの設計も、質量および強度を含むいくつかの要因の釣合わせを伴う。発明におけるパネルのねじりの配向によって、直径が異なるある範囲のピストンに短ピン構造を組込むことが可能となる。すなわち、パネルの上部がある面からさらに離間されるように、パネル４０をねじる。

同じ機能を実現する発明の他の実施形態がいずれかの最終的に許可される特許請求項の範囲においてここに組込まれると理解される。

Claims (4)

1. ピストンアセンブリであって、
   一体的に形成された一体型環状ベルトを含むヘッドを備え、環状ベルトは、複数の環状溝を有しかつ中心長手軸上に中心合わせされ、さらに、
   一体化的に形成され、前記ヘッドと一体型であり、かつ前記軸に沿って延在する第１のスカートおよび第２のスカートを備え、前記第１のスカートおよび前記第２のスカートの各々は、前記環状ベルトに隣接した上端縁と、前記軸に沿って前記上端縁から離間されかつ前記上端縁よりも径方向に狭い下端縁と、第１の側方端縁および第２の側方端縁とを有し、さらに、
   一体的に形成され、前記ヘッドと一体型であり、かつ前記軸に沿って延在する第１のピンボスおよび第２のピンボスを備え、前記第１のピンボスおよび前記第２のピンボスは、前記軸にわたって互いに左右対称であり、前記環状ベルトから径方向内側に離間されて短ピン支持配置を規定し、前記中心長手軸に垂直なピンボア軸上に軸方向に位置合わせされた第１のピンボアおよび第２のピンボアをそれぞれ有して形成され、さらに、
   一体的に形成され、前記ヘッドと一体型であり、かつ各々が前記第１のピンボスおよび第２のピンボスの一方と前記第１のスカートおよび第２のスカートの一方との間に延在する複数のパネルを備え、前記複数のパネルは、前記中心長手軸を含み前記ピンボア軸に垂直な第１の面にわたって互いに左右対称である第１のパネルおよび第２のパネルを含み、前記第１の面にわたって互いに左右対称である第３のパネルおよび第４のパネルも含み、前記第１のパネルおよび前記第３のパネルは、前記中心長手軸および前記ピンボア軸の両方を含む第２の面にわたって互いに左右対称であり、前記第２のパネルおよび前記第４のパネルは、第２の面にわたって互いに左右対称であり、前記パネルの各々は、前記ヘッドに最も近く離間された上部と、前記ヘッドから最も遠く離間された下部と、前記上部および前記下部から実質的に等しく離間された中間部とを有し、前記パネルの各々は、前記第２の面に垂直な方向において、直線長さにわたって前記ピンボスの１つから離れて延在して前記スカートの１つと合体し、前記パネルの前記上部と前記第１の面との間の第１の距離によって前記パネルの前記下部と前記第１の面との間の第２の距離に対して規定される比率が前記長さの少なくとも一部に沿って増大するように、前記パネルの各々が前記長さに沿ってねじれる、ピストンアセンブリ。
2. 前記第１の距離が前記長さの少なくとも一部にわたって増大し、前記第２の距離は前記長さにわたって実質的に一定のままであるため、前記比率は増大する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
3. 前記第１の距離が前記長さの少なくとも一部にわたって増大し、前記第２の距離が前記長さの少なくとも一部にわたって減少するため、前記比率は増大する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
4. 前記第１の距離が前記長さの少なくとも一部にわたって第１の比率で増大し、前記第２の距離が前記第１の比率より小さい第２の比率で前記長さの少なくとも一部にわたって増大するため、前記比率は増大する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。

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