JP5977671B2 - クラウン冷却ジェットを備えたピストン - Google Patents
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Description
本願は、2009年4月10日に出願されその開示全体がこの明細書中に引用により援用される米国仮特許出願第61/168,291号の優先権を主張する。
発明の分野
この発明は概して、内燃機関のためのピストンに関し、より特定的には、内部オイル冷却機能を有するディーゼルピストンに関する。
ディーゼルエンジンのための中空ピストン構造は、冷却能力の向上をもたらすことで知られており、これによりさらには排ガスの改善および耐用寿命の延長がもたらされることが多い。これらの用途において、ピストンの熱いヘッドまたは具体的にはアンダークラウン領域およびピストンの外側リングベルト領域を(対流的に)冷却するのを助けるために、通常のエンジン潤滑オイルが用いられる。中空ピストン構成の中には、リングベルト領域付近の単一の外側冷却ギャラリー、またはクラウン領域の下の中心オイルギャラリー、または開放幾何学的配置と閉鎖幾何学的配置とのさまざまな組合せで対になった2つのギャラリー(デュアルギャラリー)が用いられているものもある。デュアルギャラリーピストンは典型的に、上側クラウン部と下側クラウン部との間に形成された、環状で径方向に外側の冷却ギャラリーと、開放中心冷却ギャラリーとを有する。外側ギャラリーと中心ギャラリーとは、互いから隔離されているか、介在リブを貫通する多数のオイル通路を介して相対的に開放流体連通して配置されているかのいずれかであり得る。加えて、ギャラリーの一方または両方からリストピンまで延在するピン潤滑剤通路を設けることが知られている。この潤滑剤通路は、たとえばピンボスのリストピン穴の中へおよび/または横方向に間隔をおいて配置されたピンボス間に延在し得る。外側ギャラリーは、単一ギャラリー構造として形成されたものであれデュアルギャラリー構成として形成されたものであれ、ピストンのリングベルト領域を冷却するのにとりわけ適している。中心ギャラリーが存在する場合、中心ギャラリーは、熱い燃焼ガスに直接さらされる燃焼ボウル壁またはドームによって部分的に形成される中心クラウン領域を冷却するのにとりわけ適している。
図面を参照して、図中、同様の番号は同様または対応する部品をいくつかの図面に亘って示しており、図1には、この発明の1つの実施例に従って構築されたデュアルギャラリー型ディーゼルピストン10が説明されている。ピストン10は、シリンダボア(図示せず)内のピストン10の往復経路と概ね一致する中心軸14に沿って延在するピストン本体12を有する。ピストン本体12は、上側クラウン部16を含む。この上側クラウン部は、これに限定されないが例示的にここでは凹んだ燃焼ボウル20を有するものとして表わす上側燃焼壁またはドーム18を有する。燃焼力は、シリンダボア内でこの上側燃焼壁に対して直接作用し、これにより、極度の熱生成ための場所が与えられる。アンダークラウン60は、上側燃焼壁18の反対側、燃焼ボウル20の下に形成されている。好ましくは、上側クラウン部16は、別個のまたはばらの1点として形成され、その後ピストン10の一部として組立てられる。上側クラウン部16は、その初期のばらの状態において、少なくとも1つの、ここでは一対のものとして示される環状上側リブ22、24を有する。以後、これらのリブを上側内側リブ22および上側外側リブ24と称する。各リブは、上側燃焼壁18からそれぞれの自由端部(組立前の状態において)まで垂下している。
Claims (25)
- 内燃機関のためのピストン(10,10′)であって、
アンダークラウン面(60,60′)を含む上側クラウン部(16,16′)と、
前記上側クラウン部(16,16′)と接合される下側クラウン部(26,26′)と、
前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)との間に形成された外側冷却ギャラリー(31,31′)と、
前記外側冷却ギャラリー(31,31′)と直接連通し、オイルを前記外側冷却ギャラリー(31,31′)の中に導くためのオイル入口(50,50′)と、
前記オイル入口(50,50′)から間隔をおいて配置され、前記外側冷却ギャラリー(31,31′)と直接連通し、前記オイルを前記外側冷却ギャラリー(31,31′)から外へ導くためのオイル出口(52,52′)と、
前記オイル出口(52,52′)と直接連通し、前記ピストン(10,10′)の上向きの運動に応じて前記外側冷却ギャラリー(31,31′)から出て行く前記オイルのうち少なくとも一部分を前記オイル出口(52,52′)を通して前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって噴射するための、内径が概ね均一である管状のオイルジェット(54,54′)とを備える、ピストン。 - 前記外側冷却ギャラリー(31,31′)は、床(48,48′)を有し、前記オイル出口(52,52′)は、前記床(48,48′)に配置されており、
前記オイルジェット(54,54′)は、前記オイル出口(52,52′)と隣接する一方の端部(68,68′)と、前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって前記オイルを吐出するように向けられた対向する端部(70,70′)との間に延在する、請求項1に記載のピストン。 - 前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は、前記外側冷却ギャラリー(31,31′)の前記床(48,48’)よりも上方に位置する、請求項2に記載のピストン。
- 前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)とは、中心往復軸(14,14′)に沿って延在する単体のピストン本体(12,12′)として接合され、
前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は、概ね前記中心往復軸(14,14′)に向けて方向付けられている、請求項2または3に記載のピストン。 - 前記中心往復軸(14,14′)付近の前記アンダークラウン面(60,60′)に直接オイルを噴射することができるように、前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって内方へかつ上向きに配される、請求項4に記載のピストン。
- 前記オイルジェット(54,54′)の前記一方の端部(68,68′)と前記外側冷却ギャラリー(31,31′)の前記床(48,48′)との間に連結相互接続部(69,69′)をさらに含む、請求項2から5のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記アンダークラウン面(60,60′)の少なくとも一部分の直下に中心冷却ギャラリー(33)をさらに含む、請求項1から6のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記中心冷却ギャラリー(33)は、中心開口部の開いている内側ギャラリー床(32)を含み、
前記オイルジェット(54,54′)は、前記中心開口部を通って前記中心冷却ギャラリー(33)の中へ延在する、請求項7に記載のピストン。 - 前記中心冷却ギャラリー(33)は、前記内側ギャラリー床(32)と前記中心開口部とを分離する環状フランジ(34)を含む、請求項8に記載のピストン。
- 前記外側冷却ギャラリー(31,31′)は、床(48,48′)と、内側環状壁(22,22′,28,28′)と、外側環状壁(24,24′,30,30′)と、天井とを有し、
前記アンダークラウン面(60,60′)は、前記外側冷却ギャラリー(31,31′)に対して概ね同心状に配置されており、
前記中心開口部は、前記内側環状壁(22,22′,28,28′)内に概ね同心状に配置されており、
前記オイルジェット(54,54′)は、前記中心開口部を通って延在する、請求項8または9に記載のピストン。 - 前記下側クラウン部(26,26′)は、1対の間隔をおいて離れて配置されたピンボス(36,38)を含み、前記ピンボス(36,38)は、ピン穴軸(44,44′)に沿って互いに位置合せされたピン穴(40,42)を有する、請求項1から10のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)とは、中心往復軸(14,14′)に沿って延在する単体のピストン本体(12,12′)として接合されている、請求項1から3のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記アンダークラウン面(60,60′)の直下にかつ前記外側冷却ギャラリー(31,31′)に対して概ね同心状に配置された中心冷却ギャラリー(33)と、
前記中心冷却ギャラリー(33)と前記外側冷却ギャラリー(31,31′)とを分離する内側環状壁(22,22′,28,28′)と、
前記内側環状壁(22,22′,28,28′)を通って前記外側冷却ギャラリー(31,31′)と前記中心冷却ギャラリー(33)との間に延在する補助オイル通路(66)とをさらに含む、請求項1から9及び12のいずれか1項に記載のピストン。 - 前記外側冷却ギャラリー(31,31′)は、前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)との間に包含されている、請求項1から13のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記上側クラウン部(16,16′)は、概ね環状の凹んだ燃焼ボウル(20,20′)を有する上側燃焼壁(18,18′)を含む、請求項1から14のいずれか1項に記載のピストン。
- 圧縮点火内燃機関のためのピストン(10,10′)であって、
アンダークラウン面(60,60′)を含む上側クラウン部(16,16′)と、
下側クラウン部(26,26′)とを備え、
前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)とは、中心往復軸(14,14′)に沿って延在する単体のピストン本体(12,12′)として接合されており、
前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)との間に包含される外側オイルギャラリー(31,31′)をさらに備え、前記外側オイルギャラリー(31,31′)は、床(48,48′)と、内側環状壁(22,22′,28,28′)と、外側環状壁(24,24′,30,30′)と、天井とを有し、
前記外側オイルギャラリー(31,31′)と直接連通し、オイルを前記外側オイルギャラリー(31,31′)の中に導くためのオイル入口(50,50′)と、
前記オイル入口(50,50′)から間隔をおいて配置され、前記外側オイルギャラリー(31,31′)と直接連通し、前記オイルを前記外側オイルギャラリー(31,31′)から外へ導くためのオイル出口(52,52′)と、
前記オイルを前記外側オイルギャラリー(31,31′)から受けるための前記オイル出口(52,52′)と直接連通する一方の端部(68,68′)を有するとともに前記ピストン(10,10′)の上向きの運動に応じて前記オイルを前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって噴射する、内径が概ね均一である管状のオイルジェット(54,54′)とをさらに備え、前記オイルジェット(54,54′)は、前記一方の端部(68,68′)を前記外側オイルギャラリー(31,31′)の前記床(48,48′)に相互接続する連結部(69,69′)を含む、ピストン。 - 前記オイルジェット(54,54′)は、前記一方の端部(68,68′)と、前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって前記オイルを吐出するように向けられた対向する端部(70,70′)との間に延在し、
前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は、前記外側オイルギャラリー(31,31′)の前記床(48,48’)よりも上方に位置する、請求項16に記載のピストン。 - 前記ピストンが往復運動する前記中心往復軸(14,14′)付近の前記アンダークラウン面(60,60′)に直接オイルを噴射することができるように、前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって内方へかつ上向きに配される、請求項17に記載のピストン。
- 内燃機関において往復ピストンをオイルで冷却する方法であって、
燃焼力が作用する上側燃焼壁(18,18′)と、内部の外側オイルギャラリー(31,31′)と、前記上側燃焼壁(18,18′)の直下かつ前記外側オイルギャラリー(31,31′)に対して概ね同心状に配置されたアンダークラウン面(60,60′)とを有するピストン(10,10′)を設けるステップと、
前記ピストン(10,10′)を前記内燃機関において中心往復軸(14,14′)に概ね沿って往復直線運動させるステップと、
前記往復直線運動させるステップと同時にオイル流を前記外側オイルギャラリー(31,31′)の中に導くステップと、
前記オイルを前記外側オイルギャラリー(31,31′)からオイル出口(52,52′)を通して排出させるステップと、
前記往復直線運動させるステップにおける前記ピストン(10,10′)の上向きの運動に応じて、前記外側オイルギャラリー(31,31′)から排出された前記オイルを、内径が概ね均一である管状の形状であるオイルジェット(54,54′)を通して直接前記アンダークラウン面(60,60′)に噴射するステップとを備える、方法。 - 前記外側オイルギャラリー(31,31′)は、床(48,48′)を有し、前記オイル出口(52,52′)は、前記床(48,48′)に配置されており、
前記オイルジェット(54,54′)は、前記オイル出口(52,52′)と隣接する一方の端部(68,68′)と、前記アンダークラウン面(60,60′)に向かってオイルを吐出するように向けられた対向する端部(70,70′)との間に延在し、
前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は、前記外側オイルギャラリー(31,31′)の前記床(48,48’)よりも上方に位置する、請求項19に記載の方法。 - 前記噴射するステップは、冷却する前記オイルを前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)から、前記中心往復軸(14,14′)と交差するように概ね方向付けられたベクトルに沿って吐出するステップを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記中心往復軸(14,14′)付近の前記アンダークラウン面(60,60′)に直接オイルを噴射することができるように、前記オイルジェット(54,54′)の前記対向する端部(70,70′)は前記アンダークラウン面(60,60′)に向かって内方へかつ上向きに配される、請求項20または21に記載の方法。
- 前記排出させるステップおよび前記噴射するステップは、前記往復直線運動させるステップに直接応答していることによって、前記ピストン(10,10′)の前記中心往復軸(14,14′)に沿った往復直線運動により、前記オイルが前記オイルジェット(54,54′)を通して移動する、請求項19から22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ピストン(10,10′)を設けるステップは、上側クラウン部(16,16′)と下側クラウン部(26,26′)とを別個のばらの部材として予め形成するステップと、その後前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)とを単体ピストン本体(12,12′)として接合するステップとを含む、請求項19から23のいずれか1項に記載の方法。
- その後前記上側クラウン部(16,16′)と前記下側クラウン部(26,26′)とを接合する前記ステップは、溶接するステップを含む、請求項24に記載の方法。
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