JP2014533805A - 抗炭素堆積被覆を有するピストンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.技術分野
本発明は、内燃エンジンに関し、より具体的には、ピストンおよびその製造方法に関する。
エンジン製造業者は、ますます増加している、エンジン効率およびエンジン性能を向上させる要求に直面している。エンジン効率およびエンジン性能の向上は、燃費の向上、燃料燃焼の改善、エンジンオイル消耗の低減、および排気温度を増加しその熱を車両内で再利用することを含むがこれらに限定されない。これらの目標を達成するために、燃焼室内のエンジン運転温度を高くする必要がある。しかしながら、燃焼室内の温度を上昇させることが望ましいが、ピストンを動作可能な温度に維持する必要がある。よって、両方が開放されまたは密閉された外側冷却ギャラリおよび内側冷却ギャラリをピストンヘッド内に組込み、その中でエンジンオイルを循環させることによってピストンヘッドの動作温度を低下させることは知られている。通常、外側冷却ギャラリは、リング溝領域を含むピストンの上方ランドを中心に周設される。通常、内側冷却ギャラリは、一般的に下方クラウンと呼ばれ、凹状の燃焼ボウルを含むピストンヘッドの上側燃焼面の下方に設けられる。したがって、リングベルト領域および燃焼面の両方は、循環オイルに冷却される。しかしながら、高温表面に接触した結果、循環油が経時的に分解し酸化し始め、よって上方ランドと下方クラウンとの内表面に炭素堆積物が形成される。炭素の蓄積が継続すると、各表面上に絶縁層が形成される。よって、循環オイルの冷却効果が低下し、その結果、表面の酸化および腐食ならびに上方ランドおよび燃焼表面領域の過度焼き戻しを引起す。よって、ピストン材料の機械性質が低下し、特に燃焼ボウル周縁などの応力高い領域に亀裂が形成され得る。
本発明の一局面によれば、内燃機関用のピストンが提供される。ピストンは、シリンダボア内の燃焼ガスに直接暴露されるように構成された上方燃焼面と、上方燃焼面の下方に位置する下方クラウン面とを有するピストン本体を含む。ピストン本体は、上方燃焼面に隣接しかつ少なくとも1つのピストンリングを受入れるように構成されたリングベルト領域と、リングベルト領域の半径方向の内側に位置しかつリングベルト領域と実質的に半径方向に整列するように構成された冷却ギャラリとをさらに含む。ピストンは、下方クラウン面と冷却ギャラリの少なくとも一部とのうち少なくとも一方に付着された非粘着性被覆材料をさらに含む。非粘着性被覆材料は、その上面における炭素堆積物の蓄積を抑制する。
図面をより詳細に参照すると、図1および図2は、本発明の1つの現在好ましい実施形態に従って構築され、たとえば小型乗用車のディーゼルエンジン、中型のディーゼルエンジン、大型大口径のディーゼルエンジン、およびガスエンジンなどの内燃機関(図示せず)のシリンダボアまたはシリンダ室内で往復運動するピストン組立体を示している。以下、単にピストン10と称する。ピストン10は、ピストン本体12を備える。一例として、ピストン本体12は、鋳造材料の単一かつ一体型部品として示されまたは鍛造材料もしくはビレット材料から形成され、中心長手軸14に沿って延在する。ピストン10は、この中心長手軸14に沿ってシリンダボア内で往復運動する。ピストン本体12は、上方燃焼壁を含むように形成されている。上方燃焼壁は、一方側でシリンダボア内の燃焼ガスに直接暴露されるように構成された上方燃焼面16と、他方側で上方燃焼面16の軸方向の直下に位置する下方クラウン面18とを備える。また、ピストン本体12は、上方燃焼面16に隣接するリングベルト領域20を有するように形成されている。リングベルト領域20は、少なくとも1つのピストンリング(図示せず)を受入れるように構成されている。さらに、ピストン本体12は、一例として密閉または実質的に密閉された冷却ギャラリ22として示される冷却ギャラリを含むように形成されている。冷却ギャラリ22は、リングベルト領域20の半径方向の内側に位置しかつリングベルト領域20と実質的に半径方向に整列するように構成されている。ピストン10は、中央ギャラリ内の下方クラウン面18と冷却ギャラリ22の少なくとも一部とのうち少なくとも一方に付着された非粘着性被覆材料24をさらに含む。非粘着性被覆材料24は、その上面における炭素堆積物の蓄積を抑制する。よって、循環オイル由来の炭素堆積物を含む絶縁層の蓄積が、非粘着性被覆材料24を備える表面上に形成することは防止されるため、冷却ギャラリ22を通って循環するオイルおよび下方クラウン面18の反対側で循環するオイルは、冷却機能を行うことができ、その結果、ピストン10の性能を高め、耐用年数を延長させる。
Claims (16)
- 内燃機関用のピストンであって、
シリンダボア内の燃焼ガスに直接暴露されるように構成された上方燃焼面と、前記上方燃焼面の下方に位置する下方クラウン面と、前記上方燃焼面に隣接しかつ少なくとも1つのピストンリングを受入れるように構成されたリングベルト領域と、前記リングベルト領域の半径方向の内側に位置しかつ前記リングベルト領域と実質的に半径方向に整列するように構成された冷却ギャラリとを有するピストン本体と、
前記下方クラウン面と前記冷却ギャラリの少なくとも一部とのうち少なくとも一方に付着された非粘着性被覆材料とを含み、
前記非粘着性被覆材料は、その上面における炭素堆積物の蓄積に対する抵抗性を有する、ピストン。 - 前記被覆は、前記下方クラウン面と前記冷却ギャラリの少なくとも一部とに付着される、請求項1に記載のピストン。
- 前記ピストン本体は、材料から一体型部品として製造される、請求項1に記載のピストン。
- 前記冷却ギャラリは、密閉式のギャラリである、請求項3に記載のピストン。
- 前記非粘着性被覆材料は、クロム、クロム−ダイヤモンド、ニッケル、ダイヤモンド状被覆材料およびクロム窒化物からなる群から選択される、請求項1に記載のピストン。
- 前記ピストン本体は、第1材料から製造される上方クラウンと、第2材料から製造され、前記上方クラウンと別体の下方クラウンとを含み、
前記上方クラウンは、前記下方クラウンに固定され、
前記非粘着性被覆材料は、前記上方クラウンと前記下方クラウンとのうち少なくとも一方に付着される、請求項1に記載のピストン。 - 前記非粘着性被覆材料は、前記下方クラウンに付着されない、請求項6に記載のピストン。
- 前記非粘着性被覆材料は、前記下方クラウン面と前記冷却ギャラリの少なくとも一部とに付着される、請求項7に記載のピストン。
- 前記冷却ギャラリは、密閉式のギャラリである、請求項8に記載のピストン。
- 前記非粘着性被覆材料は、前記上方クラウンと前記下方クラウンとに付着される、請求項6に記載のピストン。
- 内燃機関用のピストンを製造する方法であって、
シリンダボア内の燃焼ガスに直接暴露されるように構成された上方燃焼面と前記上方燃焼面の下方に位置する下方クラウン面とを有するピストン本体を形成する工程と、
前記上方燃焼面に隣接しかつ少なくとも1つのピストンリングを受入れるように構成されたリングベルト領域を形成する工程と、
前記リングベルト領域の半径方向の内側に位置しかつ前記リングベルト領域と実質的に半径方向に整列するように構成された冷却ギャラリとを形成する工程と、
前記下方クラウン面と前記冷却ギャラリの少なくとも一部とのうち少なくとも一方に非粘着性被覆材料を付着させる工程とを含み、
前記非粘着性被覆材料は、その上面における炭素堆積物の蓄積に対する抵抗性を有する、方法。 - 前記方法は、材料から一体型部品として前記ピストン本体を製造する工程をさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記方法は、前記冷却ギャラリを密閉式のギャラリとして形成する工程と、前記冷却ギャラリに前記非粘着性被覆材料を付着させる工程とをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記方法は、上方クラウンおよび下方クラウンを異なる材料から別々に製造し、前記上方クラウンを前記下方クラウンに固定することにより、前記ピストン本体を形成する工程をさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記方法は、前記下方クラウンに前記非粘着性被覆材料を付着させないように維持する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記非粘着性被覆材料を前記下方クラウン面と前記冷却ギャラリの少なくとも一部とに付着させる工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
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