JP2018505341A - 封止された冷却ギャラリを備えるピストンおよびその構成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2015年1月30日に提出された米国仮出願第62/110,191号および2016年2月2日に提出された米国特許出願第15/011,852号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
1.技術分野
この発明は、一般に、内部燃焼エンジンに関し、より明確には、ピストンおよびそれらの構成方法に関する。
エンジン製造業者は、限定されないが、燃料経済を向上させること、燃料燃焼を向上させること、オイル消費を低減すること、車両内のその後の熱の使用のために排出温度を上昇させることなどの、エンジンの効率および性能を改良するための増加する要求に遭遇している。これらの目標を達成するために、燃焼チャンバ内のエンジンの運転温度は上昇される必要がある。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一方で、動作可能温度でピストンを維持することが必要なままである。このように、エンジンオイルが循環されるピストンヘッド内で、開放および閉鎖の両方の、外部冷却ギャラリと内部冷却ギャラリとを合体させて、ピストンヘッドの動作温度を低下させることが知られる。外部冷却ギャラリは、通常、リング溝領域を含むピストンの上部ランドの周りを循環する。一方、内部冷却ギャラリは、通常、ピストンヘッドの上部燃焼表面の下にある。ピストンヘッドの上部燃焼表面は一般に下方クラウンと呼ばれ、下方クラウンは凹んだ燃焼ボウルを一般に含む。このようにして、リングベルト領域および燃焼表面の両者は、循環されるオイルの冷却作用から利益を得る。閉鎖された冷却ギャラリが設けられるところでは、閉鎖された冷却ギャラリをキャストすることが知られる。しかしながら、製造プロセスは高額である傾向がある。
本発明の1つの観点に従えば、内部燃焼エンジンのためのピストンが提供される。ピストンは、上部と下部とを含むピストン本体を含む。上部は、シリンダボア内の燃焼ガスに対する直接的な曝露のために構成される上部燃焼表面を有し、上部燃焼表面の下に下方クラウン表面を備える。本体は、上部燃焼表面に隣接する少なくとも1つのピストンリングの受容のために構成されるリングベルト領域を有し、リングベルト領域から径方向内側に構成される環状冷却ギャラリを備える。冷却ギャラリは床を有し、床は少なくとも1つの貫通孔を有する。冷媒は冷却ギャラリの中に配置され、封止部材は少なくとも1つの貫通孔の中に配置されて冷却ギャラリの中の冷媒を封止する。
本発明の別の観点に従えば、封止部材は、ねじ式の封止部材である。
本発明の別の観点に従えば、封止部材は、床の貫通孔を塞ぐ可塑的に拡張された部分を有する。
本発明の別の観点に従えば、密封材料は、封止部材の外周の周りに配置され得る。
本発明の別の観点に従えば、内部燃焼エンジンのためのピストンを構成する方法が提供される。本方法は、シリンダボア内の燃焼ガスに対する直接的な曝露のために構成される上部燃焼表面と、上部燃焼表面の下に下方クラウン表面とを有する、ピストン本体を形成することと、上部燃焼表面に隣接する少なくとも1つのピストンリングの受容のために構成されるリングベルト領域を形成することと、リングベルト領域から径方向内側に環状冷却ギャラリを形成することと、冷却ギャラリの床に貫通孔を形成することと、貫通孔を通って冷却ギャラリの中に冷媒を配置することと、貫通孔に封止部材を配置して、貫通孔を塞ぎ、冷却ギャラリの中の冷媒を封止することとを含む。
図面をより詳細に参照すると、図1および図2は、以下単純にピストン10とも呼ばれる、ピストンアセンブリを図示する。ピストン10は、本発明の1つの現在好ましい実施形態に従って構成され、たとえば軽量車両ディーゼルエンジン、中型ディーゼルエンジン、大型で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、内部燃焼エンジン(図示せず)のシリンダボアまたはチャンバにおける往復運動のためのものである。ピストン10は、ピストン10がシリンダボア内で往復する中心長手方向軸14に沿って延在する、ピストン本体12を有する。本体12は、一方の側上に、シリンダボア内の燃焼ガスに対する直接的な曝露のために構成される上部燃焼表面16と、対向する側に、上部燃焼表面16の下に直接的かつ軸方向に配置される下方クラウン表面18とを有する、上部燃焼壁を含んで形成される。ピストン本体12はまた、上部燃焼表面16に隣接する、上部燃焼表面16から垂下するリングベルト領域20を有して形成される。リングベルト領域20は、知られるように、少なくとも1つのピストンリング(図示せず)の受容のために構成される。さらに、ピストン本体12は、環状の閉鎖され、封止された冷却ギャラリ22を有して構成され、ピストン10の寿命のために冷却ギャラリ22の中に封止される冷媒24を備える。冷却ギャラリ22は、トロイド状のものとして示され、径方向内側に、リングベルト領域20と実質的に径方向に整列して構成されるが、これは例であって限定ではない。冷却ギャラリ22内に冷媒24を配置する際には、冷却ギャラリ22は、封止部材26によって密閉して封止された冷却ギャラリとして、封止され維持される。これによって、冷媒24が冷却ギャラリ22内に包含され、封止部材26を超えて冷却ギャラリ22から外側へ漏れることが防がれることを保証する。
Claims (21)
- 内部燃焼エンジンのためのピストンであって、
上部と、環状冷却ギャラリを画定する下部とを含むピストン本体を備え、前記上部は、シリンダボア内の燃焼ガスに対する直接的な曝露のために構成される上部燃焼表面と、前記上部燃焼表面の下に下方クラウン表面とを有し、前記環状冷却ギャラリから径方向外側にリングベルト領域を有し、前記下部は、前記環状冷却ギャラリの床と、前記床から垂下する一対のピンボスとを提供し、前記ピンボスは、軸方向に整列されたピンボアを有し、前記床は貫通孔を有し、前記ピストンはさらに、
前記環状冷却ギャラリの中に配置される冷媒と、
前記貫通孔を封止し、前記冷却ギャラリの中の前記冷媒を封止する封止部材とを備える、ピストン。 - 前記封止部材は、前記封止部材の可塑的に拡張された部分または摩擦溶接継手のうちの一方を介して、前記床に固定される、請求項1に記載のピストン。
- 前記封止部材は、前記摩擦溶接継手を介して、前記床の下側に摩擦溶接される、請求項2に記載のピストン。
- 前記封止部材は、前記床の前記下側に摩擦溶接される円錐形の表面を有する、請求項3に記載のピストン。
- 前記封止部材は拡張されたリベットである、請求項2に記載のピストン。
- 前記封止部材の外周の周りに配置される密閉材料をさらに含む、請求項1に記載のピストン。
- 前記貫通孔は前記ピストン本体の非スラスト側上に形成される、請求項1に記載のピストン。
- 前記貫通孔は概ね前記ピストンボス間に形成される、請求項7に記載のピストン。
- 前記封止部材は前記貫通孔の中へ挿通されるねじ式シャンクを有する、請求項1に記載のピストン。
- 前記ねじ式シャンクはテーパ状で、前記貫通孔はテーパ状である、請求項9に記載のピストン。
- 前記ねじ式シャンクの外周の周りに配置される密閉材料をさらに含む、請求項9に記載のピストン。
- 内部燃焼エンジンのためのピストンを構成する方法であって、
シリンダボア内の燃焼ガスに対する直接的な曝露のために構成される上部燃焼表面と、前記上部燃焼表面の下に下方クラウン表面とを有するピストン本体を形成することと、
前記上部燃焼表面に隣接する少なくとも1つのピストンリングの受容のために構成されるリングベルト領域を形成することと、
前記リングベルト領域から径方向内側に環状冷却ギャラリを形成することとを備え、前記環状冷却ギャラリは床を有し、前記方法は、
前記冷却ギャラリの前記床に貫通孔を形成することと、
前記貫通孔を通って前記冷却ギャラリの中に冷媒を配置することと、
前記貫通孔に封止部材を配置して、前記冷却ギャラリの中の前記冷媒を封止することとを備える、方法。 - 前記封止部材を前記冷却ギャラリの前記床の下側に摩擦溶接することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 円錐形のテーパ状の表面を有する前記封止部材を提供することと、前記円錐形のテーパ状の表面を前記床の前記下側に摩擦溶接することとをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- リベットとして前記封止部材を設けることと、前記貫通孔に前記リベットを拡張させることとをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 栓として前記封止部材を設けることと、前記貫通孔に前記栓を圧入することとをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記貫通孔に前記栓を圧入する前に、前記栓の外周の周りに密閉材料を配置することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記ピストン本体の非スラスト側上に前記貫通孔を形成することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- ねじ式シャンクを有する前記封止部材を設けることと、前記ねじ式シャンクを前記貫通孔に挿通することとをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- テーパ状のねじ式シャンクを有する前記封止部材を提供することと、前記ねじ式シャンクに対して適合するテーパを有する前記貫通孔を形成することと、前記テーパ状のねじ式シャンクを前記テーパ状の貫通孔の中へ挿通することとをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記ねじ式シャンクを前記貫通孔に挿通する前に、前記ねじ式シャンクの外周の周りに密閉材料を配置することをさらに含む、請求項20に記載の方法。
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