(57)【要約】  エンジンの動作の間に低減された温度を有する空洞なしのピストンが提供される。当該ピストンは、露出した下方クラウン表面を有する上壁を含む。リングベルトおよびピンボスは上壁から垂下し、一対のスカートパネルは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。ピストンは、内側下方クラウン表面と、下方クラウン表面に沿って延在する外側ポケットとを含む。内側下方クラウン領域は、スカートパネル、ストラット、およびピンボスに取り囲まれる。各外側ポケットは、ピンボスのうちの１つ、リングベルトの一部、および１つのピンボスに隣接するストラットに取り囲まれる。複数の穴が、内側下方クラウン領域から外側ポケットのうちの１つまで、ピンボスおよび／またはストラットを通って延在して内側下方クラウン領域から外側ポケットまで冷却オイルを伝える。
2019506567.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、
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、前記ピンボスのうちの１つ、前記リングベルトの一部、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、
少なくとも１つの穴が、前記内側下方クラウン領域から前記外側ポケットのうちの１つまで、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つを通って延在する、ピストン。
【請求項２】
前記穴のうちの２つは、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットのうちの第１のものとの間に位置し、前記穴のうちの２つは、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットのうちの第２ものとの間に位置する、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
各穴は、第１開口部から第２開口部まで延在し、前記第１開口部は、前記スカートパネルとピンボスとの間の前記ストラットのうちの１つに隣接する前記内側下方クラウン領域に位置し、前記第２開口部は、前記ストラットに隣接する前記ピンボスの側部の前記外側ポケットに位置する、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記穴は、前記下方クラウン表面に隣接して位置する、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
前記ピンボスの各々は、ピンボア軸を取り囲むピンボアを提示し、前記穴は、前記中心軸に対しておよび前記ピンボア軸に対してある角度で配置される、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記穴のうちの４つを含み、前記穴のうちの２つは、ピンボアの両側の各ピンボスに位置し、前記穴は、前記リングベルトを画定する、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
前記穴は、円筒形であり、少なくとも４ｍｍの直径を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
前記穴は、５ｍｍ〜１０ｍｍまでの範囲にある直径を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
前記中心軸に向かっておよび／または前記穴に向かって冷却オイルを向けるためのデフレクタを含み、前記デフレクタは、少なくとも１つの凹部および／または少なくとも１つのリブを含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１１】
前記デフレクタは、前記ピンボス間に配置される２つのリブを含む、請求項１０に記載のピストン。
【請求項１２】
前記ピストンは、材料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１３】
前記本体の前記材料は、鋼鉄またはアルミニウムである、請求項１２に記載のピストン。
【請求項１４】
前記ピストンは、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含まない、請求項１に記載のピストン。
【請求項１５】
材料の単一片で形成される本体を含み、
前記本体の前記材料は、鋼鉄またはアルミニウム系であり、
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、頂部ランドと、前記中心軸の周りに周方向にかつ前記ピストンの外径に沿って延在する複数のリング溝とを含み、
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る一対のピンボアを提供し、
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ておらず、
前記下方クラウン表面の第１部分が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部分が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、前記ピストンの底部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、
複数の前記穴は、前記内側下方クラウン領域から前記外側ポケットまで、前記ピンボスおよび／または前記ストラットを通って延在し、
前記穴は、前記下方クラウン表面に隣接して位置し、
各穴は、第１開口部から第２開口部まで延在し、
前記第１開口部は、前記内側下方クラウン領域に位置し、前記第２開口部は、前記外側ポケットのうちの隣接するものに位置し、
前記穴は、前記ピストンの前記中心軸および前記ピンボア軸に対してある角度で配置され、
前記穴は、円筒形の形状であり、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある直径を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項１６】
前記スカートパネルのうちの１つの内面に沿っておよび／または前記下方クラウン表面に沿って、前記内側下方クラウン領域に配置される少なくとも１つのデフレクタをさらに備え、前記デフレクタは、少なくとも１つのリブを含み、前記少なくとも１つのリブは、一対の凹部間に配置され、前記少なくとも１つのリブは、前記ピンボスに平行に延在し、前記少なくとも１つのリブの両側の各凹部は、細長く、周方向に延在する、請求項１５に記載のピストン。
【請求項１７】
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含み、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、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、前記ピンボスのうちの１つおよび前記リングベルトの一部および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、前記方法はさらに、
前記内側下方クラウン領域から前記外側ポケットのうちの１つまで、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つを通る少なくとも１つの穴を形成するステップを備える、方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの穴を形成するステップは、前記内側下方クラウン領域から前記外側ポケットのうちの１つまで、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つを通る少なくとも１つの穴をあけることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記本体は、前記ピンボス間に配置される２つのリブを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
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１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記穴は、前記鍛造または前記鋳造のステップの間に形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの穴を形成するステップは、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットのうちの第１のものとの間に前記穴のうちの２つを形成することと、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットの第２のものとの間に前記穴のうち２つを形成することと含む、請求項１７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２月２３日に提出された米国仮特許出願第６２／２９８，９５２号、および２０１６年３月２３日に提出されたドイツ特許出願第１０  ２０１６  ２０４  ８３０．９号、および２０１７年２月２１日に提出された米国特許出願第１５／４３７，６３１号の優先権を主張し、参照によりその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。ピストンを好適な温度に維持し、十分な寿命を達成するために、ピストンは、冷却のための様々な構成、たとえばクランク軸の側からピストンにスプレーするための冷却チャネルおよび／または冷媒ノズルを有して設計され得る。
【０００５】
また、圧縮負荷および動作温度の上昇を達成することは、これらの望ましい「上昇」がピストン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。接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「冷却空洞を含む」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上昇に耐え得る。
【０００６】
しばしば、ピストンをできる限り軽量に保つことも望ましい。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より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エンジン不良を引き起こし得る、鋼鉄ピストンの上部燃焼表面の酸化および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】
【０００７】
本発明の概要
本発明の１つの局面は、内燃機関の動作の間に低減された温度を有し、ひいては向上された熱効率、燃料消費およびエンジンの性能に貢献する、空洞なしのピストンを提供する。十分な冷却を提供することに加えて、ピストンは重量も最適化される。ピストンは、下方クラウンに沿った閉じられた冷却空洞を有さず、したがって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するコストを有する。
【０００８】
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る。リングベルトは、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。一対のピンボスは上壁から垂下し、一対のスカートパネルはリングベルトから垂下し、スカートパネルは、ストラットによってピンボスに連結される。ピストンは、内側下方クラウン領域と、下方クラウン表面に沿って延在する外側ポケットとを含む。内側下方クラウン領域は、スカートパネル、ストラット、およびピンボスに取り囲まれる。各外側ポケットは、ピンボスのうちの１つ、リングベルトの一部、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。少なくとも１つの穴が、内側下方クラウン領域から外側ポケットのうちの１つまで、ピンボスのうちの少なくとも１つおよび／またはストラットのうちの少なくとも１つを通って延在する。穴は、オイルが内側下方クラウン領域から外側ポケットのうちの少なくとも１つまで通過することを可能にし、少なくとも１つの外側ポケットの冷却を向上し、ひいてはピストンの全体の温度を低減する。
【０００９】
本発明の別の局面は、内燃機関における動作の間に低減された温度を有し、ひいては向上された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献する、重量が最適化された空洞なしの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ステップを含み、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、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、ピンボスのうちの１つ、リングベルトの一部、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、内側下方クラウン領域から外側ポケットのうちの１つまで、ピンボスのうちの少なくとも１つおよび／またはストラットのうちの少なくとも１つを通る少なくとも１つの穴を形成することをさらに含む。
【００１０】
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るとき、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示の実施形態に従って構築される空洞なしのピストンの前面図である。
【図２】内側下方クラウン領域および外側ポケットの下方クラウン表面を示す、図１の空洞なしのピストンの底面図である。
【図３】内側下方クラウン領域から外側ポケットまでピンボスを通って延在する穴を示す、図１のピストンの斜視図である。
【図４】図１のピストンの底面図である。
【図５】図１のピストンの別の斜視図である。
【図６】別の例示の実施形態に係るピストンのピンボスを通って延在する穴のうちの１つの拡大図である。
【図７】本発明の例示の実施形態に従って構築される空洞ピストンの断面図である。
【図８】本発明の別の例示の実施形態に従って構築される空洞なしのピストンのピンボア軸を通る断面図である。
【図９】ピンボア軸の方向における、図８の空洞なしのピストンの前面図である。
【図１０】デフレクタを示す、図８のピストンの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示の実施形態の詳細な説明
図１〜図１０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、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンにおいても用いられ得る。ピストン１０は、低減された温度で動作するように、したがって向上された熱効率、燃料消費、およびエンジンの性能に貢献するように設計される。
【００１３】
ピストン１０は、鋼鉄またはアルミニウム系材料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。
【００１４】
鋼鉄、アルミニウム、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上昇し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低減された重量を達成し、よりコンパクトにされることを可能にする。さらに、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。
【００１５】
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を有する。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。頂部ランド１８と、続く複数のリング溝２０とを提供するリングベルト１６は、上壁１２から垂下し、中心軸Ａの周りに周方向に、かつピストン１０の外径に沿って延在する。図１の例示の実施形態では、湾曲したプロファイルを有する少なくとも１つのバルブポケット２２がピストン１０の上壁１２に形成される。
【００１６】
図に示されるように、ピストン１０は、概ね上壁１２からリングベルト１６の内側に垂下し、横方向に離間される一対のピンボア２６を提供する、一対のピンボス２４をさらに含む。ピンボア２６は、ピンボア軸Ｂを取り囲む。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は、また、上部燃焼表面１４の正反対かつリングベルト１６の径方向内側に、上壁１２の下側に形成される下方クラウン表面３２を含む。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に位置し、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として規定される。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、またはオイルもしくは冷却流体を下方クラウン表面３２付近に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（平面図で示されるような、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も可能にし、さらに、ピストン１０の重量を大幅に低減させる。したがって、空洞なしのピストン１０の概ね開かれた構成は、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残留す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起こり得るような、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、これによりそれが実質的に蓄積し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２および図１０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、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るように最大化され、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、内側下方クラウン領域３４に位置する下方クラウン表面３２は、底部から見たときに凹状であるため、オイルがピストン１０の片側からピストン１０の反対側までのピストン１０の往復の間に流され得、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、ピンボス２４のうちの１つ、リングベルト１６の一部、および１つのピンボス２４をスカートパネル２８に連結するストラット３０に取り囲まれる。外側ポケット３６は、底部、クランク軸の側部、および下方クラウン表面３２の方向における頭部から、リングベルト１６の内面まで延在する中空部を含む。図８〜図１０の例示の実施形態では、外側ポケット３６は、中心軸Ａの方向において、リングベルト１６の高さの少なくとも５０％にわたって広がる。好都合なことに、外側ポケット３６はピストン１０の重量を省く。
【００２１】
冷却オイルが、典型的にはオイルジェットが冷却オイルをスプレーする内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで通過することを可能にするために、少なくとも１つの穴３８、好ましくは複数の穴３８が、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで、ピンボス２４および／またはストラット３０を通って延在する。図３〜図６、図９および図１０は、ピンボス２４および／またはストラット３０を通って外側ポケット３６まで延在する穴３８の例を示す。穴３８を介して外側ポケット３６に提供される冷却オイルの供給は、外側ポケット３６の冷却を向上し、ひいてはピストン１０の全体の温度を低減する。穴３８の存在によって、典型的な冷却チャネルは必要とされない。典型的には、冷却オイルは、リストピンに隣接するエリアにおいてピストン１０の底部で注入され、穴３８を通って外側ポケット３６まで向けられ、通過して大きなエリアにわたって所望の冷却を達成する。
【００２２】
穴３８は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６までの接続を提供するために、下方クラウン表面３２、ピンボス２４、および／またはストラット３０に沿って様々な異なる位置に配置され得る。例示の実施形態では、穴３８は、たとえば下方クラウン表面３２に隣接して、ピストン１０の頂部付近またはより高くに位置する。図１〜図７に示される実施形態では、２つの穴３８が内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６のうちの第１のものとの間に位置し、２つの穴３８が内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６の第２のものとの間に位置する。図３に最もよく示されるように、各穴３８は、第１開口部４０から第２開口部４２まで延在する。第１開口部４０は、スカートパネル２８とピンボス２４との間の、ストラット３０のうちの１つに隣接する内側下方クラウン領域３４に位置する。第２開口部４２は、ストラット３０に隣接する、ピンボス２４の側部の外側ポケット３６に位置する。あるクランク角度でオイルジェットからスプレーする冷却オイルが第１開口部４０の中へかつ穴３８を通って外側ポケット３６へ向けられるように、穴３８は、ピストン１０の中心軸Ａに対しておよびピンボア軸Ｂに対してある角度で配置され得る。穴３８の各々の角度は、特定のエンジン設計、オイルジェットの位置、およびクランク角度に依拠する。１つの実施形態によれば、穴３８は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで上方向に傾けられる。
【００２３】
図８〜図１０の例示の実施形態では、ピストン１０の下側からスプレーされる冷却オイルが外側ポケット３６にアクセスすることを可能にするために、２つの穴３８は、ピンボア２６の両側の各ピンボス２４に、かつリングベルト１６を画定する上部エリアに位置する。代替的には、隣接するピンボス２４の両側の各ストラット３０に、１つの穴３８が位置してもよい。穴３８は、冷却オイルの良好な流れを可能にするために、外側ポケット３６の方向に延在する。この実施形態のピストン１０は、実質的に接線の態様で全体的に延在する、計４つの穴を含む。図１０では、２つの左の穴３８は、本質的に、スカートパネル２８に向かって周方向に延在するそれぞれの外側ポケット３６の範囲にある。
【００２４】
穴３８は、様々な異なる形状および大きさを備えてもよい。例示の実施形態では、穴３８は、円筒形であり、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある直径を有する。しかしながら、穴３８の直径は、４ｍｍほど小さく、設計が許す限り大きくてもよい。図７は、内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６とを接続するためのピンボス２４に隣接するストラット３０に形成されるより大きな穴３８を有する別の例示の実施形態に係るピストン１０を示す。
【００２５】
穴３８は、様々な異なる方法によって形成され得る。１つの実施形態では、穴３８は、ピストンの一体の本体の中へ鋳造または鍛造される。別の実施形態では、穴３８は、一体の本体が形成された後に、内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６との間にあけられる。
【００２６】
図８〜図１０の実施形態によれば、ピストン１０は、冷却オイルを向けるために、内側下方クラウン領域３４に配置される少なくとも１つのデフレクタ４４を含む。デフレクタ４４は、スカートパネル２８のうちの１つの内面に沿っておよび／または下方クラウン表面３２に沿って位置し得る。デフレクタ４４は、１つ以上の凹部４６および／または１つ以上のリブ４８を含むように設計されてもよい。例示の実施形態では、デフレクタは、たとえば一対の凹部４６間に配置される少なくとも１つのリブ４８、またはより特定的には、一対の凹部４８間に配置される２つのリブ４８などのリブ形状の隆起を含む。加えて、別の凹部４６がリブ４８に対向して下方クラウン表面３２に沿って位置してもよい。図１０に示される例示の実施形態では、ピストン１０の右側に位置する単一の凹部４６の長さは、ピストン１０の左側のリブ４８と凹部４６との長さにほぼ等しい。冷却オイルが凹部４６の中へスプレーされる場合、オイルは適切な方向に集められ向けられ得る。１つの実施形態によれば、穴３８の方向に冷却オイルを向けるために、各凹部４６は細長く、大部分においてピストン１０の周方向に延在する。代替的に、または追加的に、凹部４６のうちの１つが、図１０に示されるように、大部分において２つの隆起されたリブ４８間に径方向に延在してもよく、冷却オイルビームスプリッタとしてはたらくため、冷却オイルはピンボス２４間で中心軸Ａへ向かって、少なくともある範囲へ向けられる。また、リブ４８は、スプレーされた冷媒の一部を１つより多い方向に向けるための冷却オイルビームスプリッタとしてはたらき得る。図１０の例示の実施形態では、一対のリブ４８がスカートパネル２８のうちの１つに沿ってピンボス２４間の中心点に、位置し、リブ４８は、ピンボス２４に平行に延在して冷却オイルをピンボス２４間に下方クラウン表面３２の中心軸Ａに向かって向ける。この実施形態では、１つの凹部４６がリブ４８間に位置し、２つの他の凹部４６がストラット３０に隣接してリブ４８の両側に位置する。より特定的には、図１０のこの実施形態では、デフレクタ４４は左の穴３８を通って、かつ外側ポケット３６のうちの１つまたは両方の中へ、かつピンボス２４間のピストン１０の中心軸Ａに向かって、冷却オイルを向ける。この場合、好都合なことに冷却オイルはある角度でスプレーされ得るため、ピストン２０が下死点にあるとき、冷却オイルは１つの凹部４６に向けられるであろう。ピストン２０が下死点から上死点に上がるにつれて、冷却オイルの標的位置は、２つのリブ４８に対向する第２の凹部４６に向かって、ピストン１０にわたって移るであろう。プロセスにおいて、スプレーされたオイルのビームは、２つのリブ４８を横切り、上記に概説された効果を示すであろう。最終的には、ピストン１０が上死点に達したとき、冷却オイルは２つのリブ４８に対向する凹部４６に向けられるであろう。
【００２７】
代替的には、凹部４６が２つのリブ４８の代わりに設けられてもよく、または凹部４６が２つのリブ４８間のみに設けられてもよい。各凹部４６は好ましくはストラット３０のうちの１つを画定するため、凹部４６は、好都合なことに、凹部４６にアクセスする冷却オイルがピンボス２４またはストラット３０における少なくとも１つの穴３８の方向に、したがって外側ポケット３６の中へ流れるであろうことを保証し得る。少なくとも１つのデフレクタ４４を用いるとき、ピストン１０をピストンの中心軸Ａに対して斜めの角度で冷却オイルをスプレーする冷媒ノズル（図示せず）と結合することが好ましい。これにより、ピストン１０の位置に応じて、ピストン１０の異なるエリアがそのストロークに沿って冷却されることができる。
【００２８】
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。典型的には鋼鉄またはアルミニウム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、様々な異なる設計も備えてもよく、設計の例示は図１〜図６に示される。
【００２９】
当該方法は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで延在するピストン１０の穴３８を提供することをさらに含む。このステップは、一体の本体を鋳造もしくは鍛造するプロセスの間に穴３８を鋳造すること、または一体の本体を提供した後に穴３８をあけることなどの他の好適な加工を含んでもよい。穴３８は、典型的には、ピンボス２４および／またはストラット３０を通って延在する。穴３８は、下方クラウン表面３２の小さな部分を通って延在してもよい。デフレクタ４４は、鋳造もしくは鍛造プロセスの間、または好適な加工を通じて形成されてもよい。
【００３０】
本発明の多くの修正および変形が、上記の教示に照らせば可能であり、以下の請求項の範囲内で特定的に記載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は、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でき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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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