(57)【要約】  ３つのリング溝を有するリングベルトを含む空洞なしのピストンが提供される。各リング溝は、背壁によって互いに離間される最上壁および下壁によって形成される。一対のピンボスが上壁から垂下し、一対のスカートパネルがリングベルトから垂下しストラットによってピンボスに連結される。内側下方クラウン領域は、スカートパネルおよびストラットおよびピンボスに取り囲まれる。一対の外側ポケットが下方クラウン表面に沿って延在し、各外側ポケットは、リングベルトの一部およびピンボスのうちの１つおよび１つのピンボスをスカートパネルに連結するストラットに取り囲まれる。第３リング溝は、冷却オイルを伝えるために、背壁を貫通してピストンの外側ポケットまで延在するオイル排出スロットを含む。
2019508624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンであって、
前記ピストンの下側から露出する下方クラウン表面を含む上壁と、
前記上壁から垂下し、前記ピストンの中心軸の周りに周方向に延在するリングベルトとを備え、
前記リングベルトは、前記中心軸の周りに周方向に延在し、背壁によって互いに離間される最上壁および下壁によって各々形成される複数のリング溝を含み、前記ピストンはさらに、
前記上壁から垂下する一対のピンボスと、
前記リングベルトから垂下し、ストラットによって前記ピンボスに連結される一対のスカートパネルと、
前記下方クラウン表面に沿って延在し、前記スカートパネルおよび前記ストラットおよび前記ピンボスに取り囲まれる内側下方クラウン領域と、
前記下方クラウン表面に沿って延在する一対の外側ポケットとを備え、
各外側ポケットは、前記リングベルトの一部および前記ピンボスのうちの１つおよび１つの前記ピンボスを前記スカートパネルに連結する前記ストラットに取り囲まれ、
前記リング溝のうちの１つは、前記背壁を貫通して前記ピストンの前記外側ポケットのうちの少なくとも１つまで延在するオイル排出スロットを含む、ピストン。
【請求項２】
前記リングベルトの前記リング溝は、第１リング溝と、第２リング溝と、第３リング溝とを含み、前記第１リング溝および前記第２リング溝および前記第３リング溝のみが、前記リング溝として、前記ピストンに存在しており、前記第３リング溝は、前記オイル排出スロットを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの外周の少なくとも一部に沿って、前記リング溝から前記内側下方クラウン領域まで径方向に延在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの外周の少なくとも一部に沿って、前記ピンボスのうちの少なくとも１つおよび／または前記ストラットのうちの少なくとも１つまで径方向に延在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
前記オイル排出スロットは、前記リング溝から前記ピンボスの各々の両側まで径方向に延在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記オイル排出スロットを含む前記リング溝の前記下壁は、前記ピストンの外周にわたって４つの位置のみで前記背壁によって前記リング溝の前記最上壁に接続される、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの外周の一部に沿って前記リング溝から前記外側ポケットの両方まで径方向に延在し、前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記リング溝から前記内側下方クラウン領域まで径方向に延在し、前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記リング溝から前記ピンボスの各々の両側まで径方向に延在し前記オイル排出スロットを含む前記リング溝の前記下壁は、前記ピストンの前記外周にわたって４つの位置のみで前記背壁によって前記リング溝の前記最上壁に接続される、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
前記オイル排出スロットを含む前記リング溝の前記背壁は、前記最上壁から前記下壁まで延在する長さを有し、前記オイル排出スロットは、前記最上壁と前記下壁との間に延在する長さを有し、前記オイル排出スロットの前記長さは、前記背壁の前記長さの４０％〜１００％の範囲である、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
前記リング溝の前記背壁は、前記ピストンの前記中心軸に平行に延在し、前記リング溝の前記最上壁および前記下壁は、前記ピストンの前記中心軸に対して垂直にまたはある角度で延在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
前記リング溝の各々の前記背壁は、前記最上壁から前記最下壁まで延在する長さを有し、前記背壁の前記長さは、前記ピストンの外周にわたって一定であり、前記リング溝の各々の前記背壁は、前記リングベルトの隣接するランドから径方向にある距離で位置し、前記距離は、前記ピストンの前記外周にわたって一定である、請求項１に記載のピストン。
【請求項１１】
鋼鉄の単一片で形成される本体を含み、前記本体は、前記上壁と、前記リングベルトと、前記ピンボスと、前記スカートパネルとを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１２】
前記下方クラウン表面は、囲まれたもしくは部分的に囲まれた冷却空洞、または流体を留めやすい他の構成によって画定されない、請求項１に記載のピストン。
【請求項１３】
前記内側下方クラウン領域は、前記中心軸に位置し、前記ピンボスおよび前記スカートパネルおよび前記ストラットに取り囲まれ、前記外側ポケットは、前記ピンボスの外側に位置する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１４】
鋼鉄の単一片で形成される本体を含み、
前記本体は、冷却空洞床、または冷却空洞を画定するもしくは部分的に画定する他の構成を有さず、
前記本体は、上部燃焼表面を提示する前記上壁を含み、
前記上部燃焼表面は、前記中心軸の周りの非平面の表面であり、
前記リングベルトは、前記ピストンの外周の周りに延在し、
前記リングベルトは、前記リング溝を互いに離間する複数のランドを含み、
前記ピンボスは、前記リングベルトの内側に配置され、ピンボア軸を取り囲む横方向に離間された一対のピンボアを提供し、前記下方クラウン表面から長手方向に離間され、
前記一対のスカートパネルは、互いに直径方向に対向して位置し、
前記下方クラウン表面は、前記リングベルトの径方向内側に配置され、
前記下方クラウン表面の第１部分は、前記内側下方クラウン領域によって提供され、前記下方クラウン表面の第２部分は、前記外側ポケットによって提供され、
前記内側下方クラウン領域は、前記中心軸に位置し、前記ピンボスおよび前記スカートパネルおよび前記ストラットに取り囲まれ、
前記内側下方クラウン領域に位置する前記下方クラウン表面は、前記ピストンの前記下側から見たときに凹状であり、
前記外側ポケットは、前記ピンボスの外側に位置し、
前記リング溝は、第１リング溝と、第２リング溝と、第３リング溝とを含み、
前記第１リング溝および前記第２リング溝および前記第３リング溝のみが、前記リング溝として、前記ピストンに存在し、
前記第１リング溝は、前記上部燃焼表面の最も近くに配置され、前記第３リング溝は、前記燃焼表面から最も遠くに配置され、
前記リング溝の前記背壁は、前記ピストンの前記中心軸に平行かつ前記中心軸に沿って長手方向に延在し、
前記リング溝の前記最上壁および前記下壁は、前記ピストンの前記中心軸に対して垂直にまたはある角度で延在し、
前記リング溝の各々の前記背壁は、前記最上壁から前記最下壁まで、かつ前記ピストンの前記中心軸に平行に延在し、
前記背壁の各々の前記長さは、前記ピストンの前記外周にわたって一定であり、
前記リング溝の各々の前記背壁は、前記隣接するランドから径方向にある距離に位置し、
前記距離は、前記ピストンの前記外周にわたって一定であり、
前記リングベルトの前記第３リング溝は、前記第３リング溝の前記背壁を貫通して前記外側ポケットの両方まで延在する前記オイル排出スロットを含み、
前記オイル排出スロットは、前記第３リング溝の前記最上壁と前記下壁との間に長手方向に延在する長さを有し、
前記オイル排出スロットの前記長さは、前記第３リング溝の前記背壁の前記長さの４０％〜１００％の範囲にあり、
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記第３リング溝から前記外側ポケットまで径方向に延在し、
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記第３リング溝から前記内側下方クラウン領域まで径方向に延在し、
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記第３リング溝から前記ピンボスの各々の両側まで径方向に延在する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１５】
ピストンを製造する方法であって、
上壁を含む本体を提供するステップを備え、前記上壁は、前記ピストンの下側から露出する下方クラウン表面を含み、リングベルトが前記上壁から垂下し前記ピストンの中心軸の周りに周方向に延在し、前記リングベルトは、前記中心軸の周りに周方向に延在し、背壁によって互いに離間される最上壁および下壁によって各々形成される複数のリング溝を含み、一対のピンボスが前記上壁から垂下し、一対のスカートパネルが前記リングベルトから垂下しストラットによって前記ピンボスに連結され、内側下方クラウン領域が前記下方クラウン表面に沿って延在し前記スカートパネルおよび前記ストラットおよび前記ピンボスに取り囲まれ、一対の外側ポケットが前記下方クラウン表面に沿って延在し、各外側ポケットは、前記リングベルトの一部および前記ピンボスのうちの１つおよび１つの前記ピンボスを前記スカートパネルに連結する前記ストラットに取り囲まれ、前記ピストンを製造する方法はさらに、
前記リング溝の１つの前記背壁を貫通して前記外側ポケットのうちの少なくとも１つまで延在するオイル排出スロットを形成するステップを備える、ピストンを製造する方法。
【請求項１６】
前記オイル排出スロットを形成するステップは、前記リングベルトの中へ加工するまたは切り込むことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記本体は、材料の単一片であり、前記本体を提供するステップは、前記本体を鍛造または鋳造することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記リングベルトの前記リング溝は、第１リング溝と、第２リング溝と、第３リング溝とを含み、前記第１リング溝および前記第２リング溝および前記第３リング溝のみが、前記リング溝として、前記ピストンに存在し、前記第３リング溝は、その前記背壁を通って延在する前記オイル排出スロットを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの外周の一部に沿って前記リング溝から前記外側ポケットの両方まで径方向に延在し、前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記リング溝から前記内側下方クラウン領域まで径方向に延在し、前記オイル排出スロットは、前記ピストンの前記外周の一部に沿って前記リング溝から前記ピンボスの各々の両側まで径方向に延在し、前記オイル排出スロットを含む前記リング溝の前記下壁は、前記ピストンの前記外周にわたって４つの位置のみで前記背壁によって前記リング溝の前記最上壁に接続される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記オイル排出スロットは、前記ピストンの外周の少なくとも一部に沿って前記リング溝から前記内側下方クラウン領域まで径方向に延在する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この米国特許出願は、２０１６年３月２日に提出された米国仮特許出願第６２／３０２，３９６号、および２０１７年２月２８日に提出された米国特許出願第１５／４４５，３１７号に対する優先権を主張し、参照により内容全体がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、内燃機関のためのピストン、およびピストンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
エンジン製造者は、限定されないが、燃料経済を向上させること、オイル消費を低減すること、燃料システムを向上させること、圧縮負荷およびシリンダボア内の動作温度を上昇させること、ピストンを通じた熱損失を低減すること、構成部品の潤滑を向上させること、エンジン重量を減らすこと、およびエンジンをよりコンパクトにすることと同時に、製造に関わるコストを減らすことなど、エンジンの効率および性能を向上させるための増加する要求に直面している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮負荷および燃焼室内の動作温度を上昇させることが望ましい一方、運転可能な限度内でピストンの温度を維持することは重要であり続ける。また、圧縮負荷および動作温度の上昇を実現することは、これらの望ましい「上昇」がピストンのコンプレッションハイト、ひいてはピストン全体の大きさおよび質量が減らされ得る程度を制限するという点において、トレードオフを伴う。これは、特に、ピストンの動作温度を低減するために閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を有する典型的なピストン構成で厄介である。結合継手に沿ってともに接合されて閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を形成する上部および下部を有するピストンを製造するためのコストは、一般に、上部と下部とをともに結合するために用いられる接合プロセスによって増加される。さらに、エンジン重量が低減され得る程度は、鋼鉄から前述の「冷却空洞」ピストンを作製する必要性によって与えられ、それらはピストン上に加えられる機械的および熱的な負荷の増加に耐え得る。
【０００５】
現在では、冷却空洞を有しない単一片の鋼鉄ピストンが開発されており、「空洞なしの」ピストンとも呼ばれ得る。このようなピストンは、低減された重量、低減された製造コスト、および低減されたコンプレッションハイトを提供する。空洞なしのピストンは、冷却オイルノズルによってスプレー冷却される、潤滑のみのために軽くスプレーされる、またはいかなるオイルでもスプレーされない。冷却空洞がないことによって、このようなピストンは、典型的には、従来の冷却空洞を有するピストンよりも高い温度を経験する。高い温度は、その後連続的なピストンクラッキングおよび可能性のあるエンジン不良を引き起し得る、鋼鉄ピストンの上部燃焼表面の酸化または過熱を引き起こし得る。高い温度は、たとえば冷却オイルまたは潤滑油がスプレーされる燃焼ボウルの下で、ピストンの下方クラウン領域に沿ったオイル変質も引き起こし得る。高い温度によって生じる別の起こり得る問題は、冷却オイルまたは潤滑油がピストン下方クラウンに接触する領域において冷却オイルが炭素の厚い層を生成し得るということである。この炭素層は、起こり得るクラッキングおよびエンジン不良を伴うピストンの過熱を引き起こし得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
本発明の１つの局面は、空洞なしであり得、低減された重量を提供することができ、低減された温度で動作することができるピストンを提供し、改良された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献する。ピストンは、ピストンの下側から露出する下方クラウン表面を含む上壁を備え、リングベルトが上壁から垂下しピストンの中心軸の周りに周方向に延在する。リングベルトは、中心軸の周りに周方向に延在し、背壁によって互いに離間される最上壁および下壁によって各々形成される複数のリング溝を含む。ピストンは、上壁から垂下する一対のピンボスと、リングベルトから垂下しストラットによってピンボスに連結される一対のスカートパネルとをさらに含む。内側下方クラウン領域は、下方クラウン表面に沿って延在し、スカートパネルおよびストラットおよびピンボスに取り囲まれる。一対の外側ポケットが下方クラウン表面に沿って延在し、各外側ポケットは、リングベルトの一部およびピンボスのうちの１つおよび１つのピンボスをスカートパネルに連結するストラットに取り囲まれる。リング溝のうちの１つは、そこを通して冷却オイルを伝達するために、背壁を貫通してピストンの外側ポケットのうちの１つまで延在するオイル排出スロットを含む。
【０００７】
本発明の別の局面は、ピストンを製造する方法を提供する。当該方法は、上壁を含む本体を提供することを含み、上壁はピストンの下側から露出する下方クラウン表面を含み、リングベルトが上壁から垂下しピストンの中心軸の周りに周方向に延在し、リングベルトは、中心軸の周りに周方向に延在し背壁によって互いに離間される最上壁および下壁によって各々形成される複数のリング溝を含み、一対のピンボスが上壁から垂下し、一対のスカートパネルがリングベルトから垂下しストラットによってピンボスに連結され、内側下方クラウン領域が下方クラウン表面に沿って延在しスカートパネルおよびストラットおよびピンボスに取り囲まれ、一対の外側ポケットが下方クラウン表面に沿って延在し、各外側ポケットは、リングベルトの一部およびピンボスのうちの１つおよび１つのピンボスをスカートパネルに連結するストラットに取り囲まれる。当該方法は、リング溝の１つの背壁を貫通して外側ポケットのうちの少なくとも１つまで延在するオイル排出スロットを形成することをさらに含む。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の局面、構成ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付の図面と結びつけて考慮されたときにより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示の実施形態に係るオイル排出スロットを含み得る空洞なしピストンの底面図である。
【図２】例示の実施形態に係る第３のリング溝におけるオイル排出スロットを含む空洞なしのピストンの側面図である。
【図３】図２の空洞なしピストンの別の側面図である。
【図４】別の例示の実施形態に係る第３リング溝におけるオイル排出スロットを含む空洞なしのピストンの側面断面図である。
【図４Ａ】図４のリングベルトの拡大図である。
【図５】図４の空洞なしのピストンの別の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示の実施形態の詳細な説明
図１〜図５は、たとえば現代のコンパクトな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）における往復運動のための、本発明の例示の実施形態に従って構築されるピストン１０の図を示す。ピストン１０は、低減された重量を有し、低減された温度で動作し、改良された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献する。
【００１１】
図に示されるように、ピストン１０は、鋼鉄などの金属材料の単一片から形成される一体の本体を有する。一体の本体は、機械加工、鍛造または鋳造によって、構築を完了するために必要であればその後行われる可能な仕上げ加工を伴って形成され得る。したがって、ピストン１０は、冷却空洞床によって画定されるまたは部分的に画定される囲まれたまたは部分的に囲まれた冷却空洞を有するピストンでは当たり前である、互いに接合される上部および下部などの、ともに接合される複数の部品を有しない。対照的に、ピストン１０は、冷却空洞床、または冷却空洞を画定するもしくは部分的に画定する他の構成を有しないという点で、「空洞なし」である。空洞なしのピストン１０の底面図が図１に示され、別の実施形態に係る空洞なしのピストンの側面図が図２および図３に示され、さらに別の実施形態に係る空洞なしのピストンの断面図が図４および図５に示される。
【００１２】
鋼鉄または別の金属で作製される本体部分は、高性能要求、すなわち現代の高性能内燃機関の増加された温度および圧縮負荷を満たすために、強固かつ丈夫である。本体を構築するのに用いられる鋼鉄材料は、特定のエンジン用途におけるピストン１０の要求に応じて、ＳＡＥ４１４０級などの合金であってもよく、異なってもよい。ピストン１０が空洞なしであることにより、ピストン１０の重量およびコンプレッションハイトは最小化され、これによりピストン１０が配置されるエンジンが冷却空洞を含むピストンに対して低減された重量を実現し、よりコンパクトにされることを可能にする。さらには、ピストン１０が空洞なしであったとしても、ピストン１０は、使用の間に十分に冷却されて最も過酷な動作温度に耐えることができる。
【００１３】
ピストン１０の本体部分は、上壁１２を提供する上頭部または頂部セクションを有する。上壁１２は、内燃機関のシリンダボア内の燃焼ガスに直接曝される上部燃焼表面１４を含む。例示の実施形態では、上部燃焼表面１４は、中心軸Ａの周りに、燃焼ボウル、または非平面の、凹状のもしくは波状の表面を形成する。
【００１４】
リングベルト１６は、上壁１２から垂下し、ピストン１０の外周にわたってかつ外径に沿って延在する。リングベルト１６は、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって互いに分離される複数のランド１８を含む。例示の実施形態では、ピストン１０は、第１リング溝２０ａ、第２リング溝２０ｂ、および第３リング溝２０ｃを含む、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３つのみを含む。リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃのすべてのうち、第１リング溝２０ａは上部燃焼表面１４の最も近くに配置され、第３リング溝は上部燃焼表面から最も遠くに配置される。
【００１５】
図４Ａに最もよく示されるように、各リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、背壁２５によって互いに離間される最上壁２１と下壁２３との間に形成される。背壁２５は、概ねピストン１０の中心軸Ａに平行にまたは中心軸Ａに沿って長手方向に延在し、最上壁２１および下壁２３は、中心軸Ａに対して垂直にまたはある角度で延在する。リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、様々な異なる寸法を有してもよいが、例示の実施形態では、各リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの背壁は、最上壁２１から下壁２３までピストン１０の中心軸Ａに平行に延在する長さｌを有し、各リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの背壁２５は、隣接するランド１８から径方向に延在する距離ｄに位置する。ピストン１０の隣接するランド１８からの背壁２５の長さおよび距離は、典型的には、ピストン１０の外周全体にわたって一定である。例示の実施形態のピストン１０は３つのリング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃを含むが、ピストン１０は、代替的には、別の数のリング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃを含んでもよい。
【００１６】
ピストン１０は、リングベルト１６の内側に、概ね下方クラウン表面３２から垂下する一対のピンボス２４をさらに含む。ピンボス２４は、下方クラウン表面３２から長手方向に離間する、離間する一対のピンボア２６を提供している。ピストン１０は、リングベルト１６から垂下し、互いに直径方向に対向して位置する一対のスカートパネル２８も含む。スカートパネル２８は、ストラット３０によってピンボス２４に連結される。
【００１７】
ピストン１０の下方クラウン表面３２は、上壁１２の下側に、上部燃焼表面１４の正反対に、かつリングベルト１６の径方向内側に形成される。下方クラウン表面３２は、好ましくは燃焼ボウルから最小距離で位置し、実質的に燃焼ボウルから正反対側の表面である。下方クラウン表面３２は、ここで、ピストン１０を底部からまっすぐ観察したときにピンボア２６を除いて見える表面であると規定される。下方クラウン表面３２は、上部燃焼表面１４の燃焼ボウルに対して概ねぴったり合っている。下方クラウン表面３２は、また、ピストン１０の下側から見ると開かれて露出しており、囲まれたもしくは部分的に囲まれた冷却空洞、または下方クラウン表面３２付近にオイルもしくは冷却流体を留めやすい任意の他の構成によって画定されていない。
【００１８】
ピストン１０の下方クラウン表面３２は、閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を有する比較対象のピストンよりも、より大きな総表面エリア（表面の外形に従う３次元エリア）およびより大きな投影された表面エリア（平面図で見られるような、２次元エリア、平面）を有する。ピストン１０の下側に沿ったこの開口領域は、下方クラウン表面３２の真上へクランク室内から飛散するまたはスプレーされるオイルに対し直接のアクセスを提供し、これにより下方クラウン表面３２全体がクランク室内からのオイルによって直接吹きかけられることを可能にするとともに、オイルがリストピン（図示せず）の周りに自由に飛散することを可能にし、さらに、ピストン１０の重量を大幅に低減する。したがって、空洞なしのピストン１０の概ね開いた構成は、典型的な閉じられたまたは部分的に閉じられた冷却空洞を有しないが、下方クラウン表面３２の最適な冷却およびピンボア２６内のリストピン接合に対する潤滑を可能にすると同時に、ある体積のオイルが表面上に留まる時間である、燃焼ボウル付近の表面上のオイル残留時間を低減する。低減された残留時間は、閉じられたまたは実質的に閉じられた冷却空洞を有するピストンにおいて生じ得るような、コークス化されたオイルの望ましくない蓄積を低減し得る。このように、ピストン１０は、延長された使用にわたって「きれい」であり続けることができ、これによりそれが実質的に蓄積されないままであることを可能にする。
【００１９】
例示の実施形態のピストン１０の下方クラウン表面３２は、図１に最もよく示される内側下方クラウン領域３４および外側ポケット３６を含む、ピストン１０のいくつかの領域によって提供される。中心軸Ａに位置する下方クラウン表面３２の第１部分は、内側下方クラウン領域３４によって提供される。内側下方クラウン領域３４は、ピンボス２４、スカートパネル２８、およびストラット３０に取り囲まれる。内側下方クラウン領域３４によって提供される下方クラウン表面３２の２次元および３次元の表面エリアは典型的には最大化されるため、露出面に対してクランク室から上方向に飛散するまたはスプレーされるオイルによって生じる冷却が強化され得、これによりピストン１０の優れた冷却を与える。例示の実施形態では、底部から見たとき、内側下方クラウン領域３４の下方クラウン表面３２は凹状であるため、オイルはピストン１０の往復の間、ピストン１０の片側からピストン１０の反対側まで流され得、これによりピストン１０の冷却をさらに強化するようにはたらく。
【００２０】
下方クラウン表面３２の第２領域は、ピンボス２４の外側に位置する外側ポケット３６によって提供される。各外側ポケット３６は、リングベルト１６の一部、ピンボス２４のうちの１つ、および１つのピンボス２４を隣接するスカートパネル２８に連結するストラット３０に取り囲まれる。
【００２１】
外側ポケット３６の冷却、ひいては動作の間のピストン１０の全体の温度を改良するために、オイル排出スロット３８が、図２〜図５に示されるように、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちの１つの背壁２５を貫通して延在する。オイル排出スロット３８は、典型的には、たとえば機械加工によって、ピストン１０の外周全体にわたってリング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの中へ切り込まれる。例示の実施形態では、オイル排出スロット３８は、ピストン１０の頂部から３番目に位置する第３リング溝２０ｃに形成される。代替的には、オイル排出スロット３８は、リング溝２０ａまたは２０ｂのうちの別の１つに形成されてもよい。オイル排出スロット３８は、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの最上壁２１と下壁２３との間に長手方向に延在する長さＬを有し、オイル排出スロット３８は、典型的には、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃの背壁２５の長さｌ（すなわち、軸方向の幅または垂直方向の高さ）の４０〜１００％の範囲である長さＬを有し、排出している。例示の実施形態では、オイル排出スロット３８の長さＬおよび距離Ｄは、ピストン１０の外周全体にわたって一定である。しかしながら、オイル排出スロット３８の寸法は変化してもよい。
【００２２】
オイル排出スロット３８は、ピストン１０の周方向の一部または部分に沿って、リングベルト１６の隣接するランド１８から外側ポケット３６のうちの少なくとも１つまで、径方向に連続的に延在する。オイル排出スロット３８は、また、ピストン１０の外周の少なくとも一部分に沿って、リングベルト１６の隣接するランド１８から内側下方クラウン領域３４まで連続的に延在する。したがって、オイル排出スロット３８は、外側ポケット３６までおよび内側下方クラウン領域３４までの開口を提供し、オイルがリング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃから、およびオイル排出スロット３８から外側ポケット３６まで排出されることを可能にする。
【００２３】
しかしながら、オイル排出スロット３８は、ピストン１０の外周全体にわたって外側ポケット３６および内側下方クラウン領域３４まで延在しない。オイル排出スロット３８は、隣接するランド１８および第３リング溝２０ｃからピンボス２４まで、またはピンボス２４とスカートパネル２８との間に位置するストラット３０まで、ピストン１０の外周の一部に沿って延在する。例示の実施形態では、オイル排出スロット３８は、ピストン１０の外周の一部に沿って第３リング溝２０ｃから内側下方クラウン領域３４まで径方向に延在し、第３リング溝２０ｃからピンボス２４の各々の両側まで径方向に延在し、各ピンボス２４の両側に係合する。したがって、例示の実施形態では、オイル排出スロット３８を有する第３リング溝２０ｃの下壁２３は、ピストン１０の外周にわたって４つの位置のみで、背壁２５によって、第３リング溝２０ｃの最上壁２１およびリングベルト１６の残りのものに接続される。
【００２４】
本発明に従って設計されるピストン１０は、リングベルト１６にオイル排出スロット３８を有しない空洞なしのピストンと比較して、改良された外側ポケット３６の冷却を実現することが可能であり、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃから外側ポケット３６の中へのオイルの排出の増大を可能にする。
【００２５】
空洞なしの鋼鉄のピストン１０は、低減された質量および内燃機関における動作の間の低減された温度も有し、改良された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献する。したがって、ピストン１０は下方クラウン表面３２に沿った閉じられた冷却空洞を有しないため、ピストン１０は、閉じられた冷却空洞を含むピストンに対して、低減された重量および関連費用を有する。空洞なしの設計および鋼鉄材料の組み合わせは、オイル排出スロット３８を比較対象のピストンにおいて用いられるオイル排出構成よりも大きくすることができ、他のピストン設計と比較してオイル排出を改良することをもたらす。さらに、外側ポケット３６に提供される追加の冷却オイルは、外側ポケット３６の冷却を助け、ひいてはピストン１０の全体温度を低減する。
【００２６】
本発明の別の局面は、内燃機関における使用のための空洞なしのピストン１０を製造する方法を提供する。典型的には鋼鉄で形成されるピストン１０の本体部分は、鍛造または鋳造などの様々な異なる方法に従って製造され得る。空洞なしのピストン１０の本体部分は、様々な異なる設計を備えてもよく、可能な設計の例は図１〜図５に示される。
【００２７】
当該方法は、リング溝２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちの１つの背壁２５を貫通して延在するピストン１０のリングベルト１６におけるオイル排出スロット３８を提供することをさらに含む。オイル排出スロット３８は、ピストン１０の一体の本体部分を鍛造または鋳造した後、リングベルト１６を加工するまたは切り込むことによって形成され得る。しかしながら、オイル排出スロット３８は、他の方法によって形成されてもよい。
【００２８】
本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、請求項の範囲内に特定的に説明された以外の方法で実施され得る。すべての請求項のおよびすべての実施形態のすべての構成が、そのような組み合わせが互いに矛盾しない限り、互いに組み合わせられることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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