JP6254598B2 - ピストン - Google Patents
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Description
(a)ベータチタン合金を粉末に変換する段階と、
(b)その粉末形態のベータチタン合金を、涙滴形状の金型に注ぐ段階と、
(c)粉末状のベータチタン合金を、所要の形状に熱間等方圧プレス加工する段階と、
(d)プレス加工されたベータチタン合金を、冷間加工する段階と、
(e)所望の形状に旋削加工する段階と、を具備する。
(a)ベータチタン合金を粉末に変換する段階と、
(b)その粉末形態のベータチタン合金を、涙滴形状の金型に注ぐ段階と、
(c)粉末状のベータチタン合金を、所要の形状に熱間等方圧プレス加工する段階と、
(d)プレス加工されたベータチタン合金を、冷間加工する段階と、
(e)所望の形状に旋削加工する段階と、を具備する。
1)腐食耐性がある。
2)低ヤング率を有する。
3)高降伏強度を有する。
4)超弾性特性を有する。及び
5)約4%の最大歪みを有する。
上記の要素の全ては、この材料を、エネルギ蓄積ピストンのバネ要素としての使用のために理想的に適したものにしており、ピストンが効率的に作動可能であるように、その改善された撓み品質のためのより大きな場所を提供可能にする。
A.従来のピストンの圧力曲線であるが、しかし通常の圧縮比の2倍を有する。増大した圧縮比は、ピストンに作用する圧力を、従って、トルク及び動力出力増大させるので望ましい。実際には、それが「ノッキング起こす(ピンキング)」結果としてなるので、二倍の圧縮比は、実行不可能である。圧力曲線Cとの比較を提供するように、曲線が示される。
B.通常の圧縮比を有する従来のピストンの半スロットルにおける圧力曲線。
C.バネ調節式圧縮比を有する、ピストン1の半スロットルにおける圧力曲線。
D.クランク回転アーム。
E.通常の圧縮比を有する従来のピストンの半スロットルにおけるトルクを示す曲線。
F.バネ調節式圧縮比を有する、ピストン1の半スロットルにおけるトルクを示す曲線。
本発明の第一形態では、
バネ手段を組み込む、ピストンにおいて、
該ピストンが、前記ピストンと、関連するコネクティングロッドとの間において、使用時に、前記コネクティングロッドを前記ピストンのクラウンから離れるように付勢するように作動しており、
前記バネ手段は、実質的に前記ピストンのクラウンの領域に設置されており、
前記バネ手段は、前記ピストンのクラウンを前記コネクティングロッドに対して軸線方向に移動させるようなものである、ピストンにおいて、
前記バネ手段は、75GPaの以下のヤング率及び700MPa以上の引張弾性限界強度を有する材料から形成される、ピストンが提供される。
本発明の第二形態では、
前記バネの材料はベータチタン合金である、第一形態のピストンが提供される。
本発明の第三形態では、
前記ベータチタン合金はゴムメタルである、第一又は第二の形態のピストンが提供される。
本発明の第四形態では、
前記バネ手段は、超弾性材料から製作される、2つの涙滴形状の環状のバネにより構成される、第一〜第三の形態のピストンが提供される。
本発明の第五形態では、
前記バネの各々は、平坦面を介して内側の略半球縁部に向かって先細りする、外側の略半球縁部を有する、第四の形態のピストンが提供される。
本発明の第六形態では、
前記2つのバネの前記外側の略半球縁部は、互いに転がり係合しており、
前記内側の略半球縁部は、前記ピストンのクラウン内に設けられる、それぞれの第1の支持部材及び第2の支持部材と転がり係合する、第四の形態のピストンが提供される。
本発明の第七形態では、
前記ピストン内に配置される、キャリアを更に具備しており、
前記キャリアは、前記ピストンに対する軸線方向の動きのために、前記ピストン内に摺動可能に搭載され、そして前記バネ手段が、前記キャリアを、前記ピストンのクラウンに対して軸線方向に移動させるような状態で、前記コネクティングロッドに接続される、第一〜第六の形態のピストンが提供される。
本発明の第八形態では、
前記第1の支持部材は、前記ピストンのクラウンに圧入されており、前記第2の支持部材は、前記キャリアの一部を形成する、第一〜第六の形態のピストンに従属する第七形態のピストンが提供される。
本発明の第九形態では、
前記キャリアは、アルミニウム製である、第七又は第八の形態のピストンが提供される。
本発明の第十形態では、
前記キャリアは、減摩材料で被覆される、第九の形態のピストンが提供される。
本発明の第十一形態では、
前記減摩材料は、ケロライトである第十の形態のピストンが提供される。
本発明の第十二形態では、
前記キャリアは、実質的にその全長に亘って、前記ピストンの円筒壁内に摺動自在に搭載される、第七〜第十一の形態のピストンが提供される。
本発明の第十三形態では、
前記バネの材料は、所定の稼動条件の温度範囲内に維持されるようなものである、第一〜第十二の形態のピストンが提供される。
本発明の第十四形態では、
前記所定の温度範囲は、実質的に−25℃から少なくとも300℃までである、第十三の形態のピストンが提供される。
本発明の第十五形態では、
前記ベータチタン合金は、実質的に、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム及び酸素の混合物である、第二形態のピストン又は第二形態に従属する第三〜第十四の形態のピストンが提供される。
本発明の第十六形態では、
前記キャリアの外周部に形成された、垂直方向に離間する一対の油室を更に具備しており、
各油室は、前記キャリアの一部及び前記ピストンの内側円筒壁により形成されており、
前記油室は、前記キャリア内に形成された複数の孔により相互接続されており、
前記油室の一方は、前記バネが圧縮された時に最大容積を有し、前記バネが除圧された時に最小容積を有しており、
前記油室のもう一方は、前記バネ手段が圧縮された時に最小容積を有し、前記バネが除圧された時に最大容積を有しており、それにより、前記キャリアが前記ピストンのクラウンに対して上下に移動する際に、オイルは、前記一対の油室の間において圧送されて、前記ピストンの内部を潤滑する、第七形態のピストン又は第七形態に従属する第八〜第十五の形態のピストンが提供される。
本発明の第十七形態では、
前記各バネは、
(a)前記ベータチタン合金を粉末に変換する段階と、
(b)その粉末形態の前記ベータチタン合金を、涙滴形状の金型に注ぐ段階と、
(c)粉末状のベータチタン合金を、所要の形状に熱間等方圧プレス加工する段階と、
(d)前記熱間等方圧プレス加工されたベータチタン合金を、冷間加工する段階と、
(e)所望の形状に旋削加工する段階と、を具備する、方法により形成されている、第二形態のピストン又は第二形態に従属する第三〜第十六の形態のピストンが提供される。
本発明の第十八形態では、
冷間加工に続いて、前記各バネを熱処理する段階を更に具備する、第十七形態のピストンが提供される。
本発明の第十九形態では、
バネ手段を組み込む、ピストンにおいて、
該ピストンが、前記ピストンと、関連するコネクティングロッドとの間において、使用時に、前記コネクティングロッドを前記ピストンのクラウンから離れるように付勢するように作動しており、
前記バネ手段は、実質的に前記ピストンのクラウンの領域に設置されており、
前記バネ手段は、前記ピストンのクラウンを前記コネクティングロッドに対して軸線方向に移動させるようなものである、ピストンにおいて、
前記バネ手段は、ベータチタン合金から製作される、2つの涙滴形状の環状のバネにより構成される、ピストンが提供される。
本発明の第二十形態では、
実質的に、図面を参照して本明細書中において説明され、且つ図面により示されるようなものである、ピストンが提供される。
本発明の第二十一形態では、
第一〜第二十形態のいずれかの複数のピストンを有する、内燃機関が提供される。
本発明の第二十二形態では、
第二形態のピストン又は第二形態に従属する第三〜第二十の形態のピストンのためのバネを製造する方法において、
(a)前記ベータチタン合金を粉末に変換する段階と、
(b)その粉末形態の前記ベータチタン合金を、涙滴形状の金型に注ぐ段階と、
(c)粉末状のベータチタン合金を、所要の形状に熱間等方圧プレス加工する段階と、
(d)前記熱間等方圧プレス加工されたベータチタン合金を、冷間加工する段階と、
(e)所望の形状に旋削加工する段階と、を具備する方法が提供される。
本発明の第二十三形態では、
冷間加工に続いて、前記バネを熱処理する段階を更に具備する、第二十二の形態の方法が提供される。
Claims (10)
- 超弾性材料から製作される、2つの涙滴形状の環状のバネにより構成される、バネ手段(6)を組み込む、ピストン(1)であって、
該バネ手段(6)が、前記ピストンと、関連するコネクティングロッド(4)との間において、使用時に、前記コネクティングロッドを前記ピストンのクラウン(2)から離れるように付勢するように作動しており、
前記バネ手段は、実質的に前記ピストンのクラウンの領域に設置されており、
前記バネ手段は、前記ピストンのクラウンを前記コネクティングロッドに対して軸線方向に移動させるようなものであり、
前記バネ手段は、75GPaの以下のヤング率及び700MPa以上の引張弾性限界強度を有する材料から形成される、ピストンにおいて、
前記バネの材料は、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム及び酸素の合金であるゴムメタル(登録商標)である、ことを特徴とするピストン(1)。 - 前記バネ(6)の各々は、平坦面(6c)を介して内側の略半球縁部(6b)に向かって先細りする、外側の略半球縁部(6a)を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のピストン(1)。
- 前記2つのバネ(6)の前記外側の略半球縁部(6a)は、互いに転がり係合しており、
前記内側の略半球縁部(6b)は、前記ピストンのクラウン(2)内に設けられる、それぞれの第1の支持部材(7)及び第2の支持部材(8)と転がり係合する、ことを特徴とする請求項2に記載のピストン(1)。 - 前記ピストン内に配置される、キャリア(5)を更に具備しており、
前記キャリアは、前記ピストンに対する軸線方向の動きのために、前記ピストン内に摺動可能に搭載され、そして前記バネ手段が、前記キャリアを、前記ピストンのクラウン(2)に対して軸線方向に移動させるような状態で、前記コネクティングロッド(4)に接続される、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のピストン(1)。 - 前記第1の支持部材は、前記ピストンのクラウン(2)に圧入されており、前記第2の支持部材は、前記キャリア(5)の一部を形成する、ことを特徴とする請求項3に従属する請求項4に記載のピストン(1)。
- 前記キャリア(5)は、アルミニウム製である、ことを特徴とする請求項4又は5に記載のピストン(1)。
- 前記キャリア(5)は、減摩材料で被覆される、ことを特徴とする請求項6に記載のピストン(1)。
- 前記キャリア(5)は、実質的にその全長に亘って、前記ピストンの円筒壁内に摺動自在に搭載される、ことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載のピストン(1)。
- 前記キャリア(5)の外周部に形成された、垂直方向に離間する一対の油室(9、10)を更に具備しており、
各油室は、前記キャリアの一部及び前記ピストンの内側円筒壁により形成されており、
前記油室は、前記キャリア内に形成された複数の孔(11)により相互接続されており、
前記油室の一方は、前記バネ(6)が圧縮された時に最大容積を有し、前記バネが除圧された時に最小容積を有しており、
前記油室のもう一方は、前記バネ手段が圧縮された時に最小容積を有し、前記バネが除圧された時に最大容積を有しており、それにより、前記キャリアが前記ピストンのクラウン(2)に対して上下に移動する際に、オイルは、前記一対の油室の間において圧送されて、前記ピストンの内部を潤滑する、ことを特徴とする請求項4又は請求項4に従属する請求項5〜8のいずれか一項に記載のピストン(1)。 - バネ手段(6)を組み込む、ピストン(1)であって、
該バネ手段(6)が、前記ピストンと、関連するコネクティングロッドとの間において、使用時に、前記コネクティングロッド(4)を前記ピストンのクラウン(2)から離れるように付勢するように作動しており、
前記バネ手段は、実質的に前記ピストンのクラウンの領域に設置されており、
前記バネ手段は、前記ピストンのクラウンを前記コネクティングロッドに対して軸線方向に移動させるようなものである、ピストン(1)において、
前記バネ手段は、チタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム及び酸素の合金であるゴムメタル(登録商標)から製作される、2つの涙滴形状の環状のバネにより構成される、ことを特徴とするピストン(1)。
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