JP6224111B2 - 圧縮高さを減少させたピストンおよびそれを有するピストンアセンブリならびにその構成方法 - Google Patents
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Description
この出願は、2012年9月27日に出願された米国仮出願連続番号第61/706,621号および2013年3月15日に出願された米国仮出願連続番号第61/794,216号の利益を主張し、それらの全体がここに引用により援用される。
1.技術分野
この発明は一般的に内燃機関に関し、より特定的にはピストンおよびその構成方法に関する。
エンジン製造者は、燃費の改善、燃料燃焼の改善、オイル消費量の削減、車両内で熱を継続使用するための排気の高温化、シリンダボア内の圧縮荷重および温度の上昇、軽量化およびエンジンの小型化を含むがこれらに限定されないエンジン効率および性能を改善すべきとの要求の高まりに直面している。これらの目標を達成するため、ピストンの大きさおよび圧縮高さを低減する必要がある。しかしながら、燃焼室内の温度および圧縮荷重の上昇により、ピストンを作動可能な熱的限界および荷重限界内に維持することが必要とされる。したがって、燃焼室内で温度および圧縮荷重を上昇させることが望ましいものの、これらの増大によって、圧縮高さおよびしたがって全体的なエンジンの大きさを低減できる度合が限定されてしまうという兼ね合いが存在する。さらに、ピストンに加わる温度および荷重需要の増大がそれらがスチール製であることを要件とするために、エンジン重量を低減できる度合が損なわれてしまう。
この発明に従って構成されるピストンはスチールから構成され、これにより、ピストンに、近代的な高性能エンジンで見られるものなどのシリンダボア内の増大した圧縮荷重に耐える向上した強度および耐久性を与える。さらに、ピストンの新規の構成により、ピストンの圧縮高さ(CH)および重量を最小化することができ、これによりピストンが配備されるエンジンをより小型化および軽量化することができる。
本発明の別の局面によれば、閉じられた冷却空洞は冷却液を含む。
本発明の別の局面によれば、囲まれた冷却空洞は冷却液を含むことができる。
発明のこれらおよび他の局面、特徴、および利点は、現在好ましい実施形態のおよび最良モードの以下の詳細な説明、添付の請求項、および添付の図面と関連して考慮されるとより容易に認められるであろう。
図面をより詳細に参照して、図1は、たとえばガスまたはディーゼルエンジンなどの近代的な小型高性能車両エンジンなどの内燃機関のシリンダボアまたはチャンバ(図示せず)中の往復運動のための、発明の1つの現在好ましい実施形態に従って構成される、ピストンおよびアセンブリ10と称される接続ロッドアセンブリの部分断面斜視図を図示する。アセンブリ10は、ピストン12、接続ロッド14、およびリストピン16を含む。接続ロッド14は、リストピン16と連帯振動するようにリストピン16に固定して取付けられることによって、ピストン12に動作可能に接続される。ピストン12は、まず別個の部品として作製され、その後何らかの形態の溶接接合(すなわち、誘導溶接、摩擦溶接、ろう付け接合、電荷担体光線、レーザ、抵抗など)にわたってヘッド領域内で互いに接合される少なくとも2つの別個の片からなる本体18を有する。2つの部品は、図2および図4において識別されるように、底部20および頂部22を備える。本明細書中での「頂」、「底」、「上」、および「下」の参照は、使用の際にピストン12が往復する鉛直長手方向中心ピストン軸Aに沿って向けられるピストンに対するものである。これは便宜上のものであり、限定するものではない。なぜなら、ピストン12は純粋に鉛直方向以外の傾斜で設置されて動作し得ることが可能だからである。ピストンの底部および頂部20,22の開いた構造により、底部および頂部20,22をスチールからニアネットシェイプに鋳造、機械加工、または鍛造することができる。底部および頂部20,22を構成するのに用いられる材料(すなわちスチール合金)は、意図されるエンジン適用例でのピストン12の要件に依存して、同じ(たとえばSAE1040グレード)であってもまたは異なってもよい。頂部22は鋳造されてもよく、原料から機械加工されてもよく、任意の数のプロセスで焼結され、鍛造され、または作られてもよい。スチールから構成される底部および頂部20,22は、ピストン12に、シリンダボア内の増大する温度および圧縮荷重に耐える改良された強度および耐久性を与え、それらの新規の構成により、リストピン16および接続ロッド14とともに、ピストン12の重量および圧縮高さCH(図2に識別される)を最小限にし、これによりピストン12が配備されるエンジンは、性能が向上し、より低重量を達成しより小型化され得る。
Claims (13)
- 内燃機関のためのピストンアセンブリであって、
上側燃焼壁を有するピストンヘッドを備え、下側冠面およびリングベルト領域が前記上側燃焼壁から垂下し、前記ピストンヘッドはさらに、上面および底面を有する床を有し、前記床は、前記リングベルト領域と径方向に整列されて前記上側燃焼壁の下方に離間され、実質的に囲まれた環状の冷却空洞が前記下側冠面および前記床と境界を接し、前記冷却空洞は、前記リングベルト領域から径方向内側に延在し、前記ピストンアセンブリはさらに、
前記冷却空洞の前記床から直接垂下する一対のピンボアと、
前記ピンボア内に振動収容されるように構成された端部を有するピンと、
前記床の前記底面内の前記ピンボア内および前記ピンボア間に延在するピン軸受面と、
前記ピンと連帯振動するように前記ピンに固定された端部を有する接続ロッドとを備え、
前記ピストンヘッドは頂部および底部を含み、前記頂部は、前記上側燃焼面から垂下する環状の第1の上接合面と、前記ピストンの中心長手軸に沿って前記上側燃焼面から垂下する第2の上接合面とを有し、前記底部は、前記床から上方に延在する環状下接合面を含み、前記環状下接合面は、第1の接合継手において前記第1の上接合面に結合され、前記床の上面は、第2の接合継手において前記第2の上接合面に結合される、ピストンアセンブリ。 - 前記下側冠面と前記上面との間に前記ピストンヘッドの中心長手軸に沿って同軸上に延在する支持部材をさらに備える、請求項1に記載のピストンアセンブリ。
- 前記ピストンヘッドの中心長手軸から径方向外側に延在する複数の支持部材をさらに備え、
前記複数の支持部材は、前記下側冠面と前記上面との間に延在する、請求項1に記載のピストンアセンブリ。 - 前記床を通って延在する開口部をさらに含み、前記開口部は、前記ピストンヘッドの中心長手軸に沿って中心に位置する、請求項3に記載のピストンアセンブリ。
- 前記冷却空洞に延在する入口潤滑剤供給ポートと、前記ピンと正接した関係で前記冷却空洞から延在する出口潤滑剤供給ポートとをさらに含む、請求項1に記載のピストンアセンブリ。
- 前記ピンは貫通孔を有し、前記接続ロッドは、油が前記接続ロッドを通り、前記ピンの前記貫通孔を通って流れ、前記ピン軸受面に接触するように前記貫通孔と整列された油路を有する、請求項1に記載のピストンアセンブリ。
- 内燃機関のためのピストンであって、
上側燃焼壁を有するピストンヘッドを備え、下側冠面およびリングベルト領域が前記上側燃焼壁から垂下し、前記ピストンはさらに、上面および底面を有する床を有し、前記床は、前記リングベルト領域と径方向に整列されて前記上側燃焼壁の下方に離間され、実質的に囲まれた環状の冷却空洞が前記下側冠面および前記床と境界を接し、前記冷却空洞は、前記リングベルト領域から径方向内側に延在し、前記ピストンはさらに、
前記冷却空洞の前記床から直接垂下する一対のピンボアと、
前記床の前記底面内の前記ピンボア内および前記ピンボア間に延在するピン軸受面とを備え、
前記ピストンヘッドは頂部および底部を含み、前記頂部は、前記上側燃焼面から垂下する環状の第1の上接合面と、前記ピストンの中心長手軸に沿って前記上側燃焼面から垂下する第2の上接合面とを有し、前記底部は、前記床から上方に延在する環状下接合面を含み、前記環状下接合面は、第1の接合継手において前記第1の上接合面に結合され、前記床の上面は、第2の接合継手において前記第2の上接合面に結合される、ピストン。 - 前記下側冠面と前記上面との間に前記ピストンヘッドの中心長手軸に沿って同軸上に延在する支持部材をさらに備える、請求項7に記載のピストン。
- 前記ピストンヘッドの中心長手軸から径方向外側に延在する複数の支持部材をさらに備え、
前記複数の支持部材は、前記下側冠面と前記上面との間に延在する、請求項7に記載のピストン。 - 前記床を通って延在する開口部をさらに含み、前記開口部は、前記ピストンヘッドの中心長手軸に沿って中心に位置する、請求項9に記載のピストン。
- 内燃機関のためのピストンアセンブリを構成する方法であって、
上側燃焼壁を有するピストンヘッドの頂部を形成することを含み、下側冠面およびリングベルト領域が前記上側燃焼壁から垂下し、前記方法はさらに、
床を有する前記ピストンヘッドの底部と、前記床から直接垂下するピンボアを有する一対のピンボスとを形成することと、
前記リングベルト領域と径方向に整列されて前記上側燃焼壁の下方に離間された前記床とともに前記頂部を前記底部に接合することとを含み、実質的に囲まれた環状の冷却空洞が前記下側冠面および前記床と境界を接し、前記方法はさらに、
前記床の前記底面内の前記ピンボア内および前記ピンボア間に延在するピン軸受面を形成することと、
前記ピンボア内に振動収容されるようにピンを挿入することと、
接続ロッドの端部を、前記ピンと連帯振動するように前記ピンに直接固定することとを含む、方法。 - 前記下側冠面と前記上面との間に前記ピストンヘッドの中心長手軸に沿って同軸上に延在する支持部材を形成することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ピストンヘッドの中心長手軸から径方向外側に延在する複数の支持部材を形成することをさらに含み、
前記複数の支持部材は、前記下側冠面と前記上面との間に延在する、請求項11に記載の方法。
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