(57)【要約】  改良された熱効率、燃料消費、およびエンジン性能を実現可能であるピストンの空洞なしピストンが提供される。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と、リングベルトと、ピンボスと、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含む。ピストンは、下方クラウン表面に沿って延在し、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内側下方クラウン領域を含む。ピストンは、下方クラウン表面に沿って延在し、リングベルトの一部、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各々取り囲まれる一対の外側ポケットも含む。各ピンボスは、冷却オイルを伝えるために、内側下方クラウン領域から外側ポケットのうちの１つまで延在する開口部を含む。開口部は、関係するピンボスのピンボアと下方クラウン表面との間に位置する。
2019507283.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１つを通って延在する開口部を備える、ピストン。
【請求項２】
前記開口部は、前記下方クラウン表面と前記ピンボスのピンボアとの間に配置される、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記開口部および前記ピンボスのピンボアは各々、前記ピストンが前記ピンボスに面する側からの断面で見られたとき、断面積を提示し、前記開口部の前記断面積は、前記ピンボアの前記断面積よりも小さい、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記開口部の前記断面積は、前記ピンボアの前記断面積の１０％〜５０％である、請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記開口部は、前記ピストンが前記ピンボスに面する側からの断面で見られたとき、断面積を提示し、前記開口部の前記断面積は、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットとの間で５０％以下で変化する、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記開口部は、前記下方クラウン表面から前記開口部の下面まで延在する長さと、前記開口部の対向する側面間に延在する幅とを有し、前記幅は前記長さよりも大きい、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記ピストンが前記ピンボスに面する方向における断面で見られたとき、前記下方クラウン表面は、前記開口部の中心に対して前記開口部に沿って上方向に湾曲している断面形状を提示し、前記開口部は、前記開口部の中心に対して前記開口部に沿って上方向に湾曲している下面を含み、前記開口部は、前記開口部の中心に対して凹状である側面を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
前記ピストンが前記ピンボスに面する方向における断面で見られたとき、前記下方クラウン表面は、前記開口部に沿って真っ直ぐである断面形状を提示し、前記開口部は、前記開口部に沿って真っ直ぐである下面を含み、前記開口部は、前記開口部の中心に対して凹状である側面を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
前記開口部を含む前記ピンボスは、ピンボアも含み、前記ピストンが前記ピンボアの幅に沿った断面で見られたとき、前記下方クラウン表面は、前記開口部の中心に対して前記開口部に沿って凸状であり、前記開口部の下面は、前記開口部に沿って真っ直ぐである、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
前記開口部を含む前記ピンボスは、ピンボアも含み、前記ピストンが前記ピンボアの幅に沿った断面で見られたとき、前記内側下方クラウン領域から延在する前記下方クラウン表面の第１部分は、前記開口部に沿って真っ直ぐであり、前記第１部分から前記外側ポケットまで延在する前記下方クラウン表面の第２部分は、前記開口部の中心に対して前記開口部に沿って凸状である、請求項１に記載のピストン。
【請求項１１】
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１２】
前記本体の前記材料は、鋼鉄で形成される、請求項１１に記載のピストン。
【請求項１３】
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１４】
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、鋼鉄で形成され、
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た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、囲まれたまたは部分的に囲まれた冷却空洞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、
前記ピンボスの前記開口部は、前記下方クラウン表面と前記ピンボスの前記ピンボアとの間に配置され、
前記ピンボスの前記開口部は、前記ピンボスの一部によって前記ピンボアから離間されており、
前記ピンボスの前記開口部および前記ピンボスの前記ピンボアは各々、前記ピストンが前記ピンボスに面する方向における断面で見らたれたとき、断面積を提示し、
前記開口部の前記断面積は、前記ピンボアの前記断面積の１０％〜５０％であり、
前記開口部の前記断面積は、前記内側下方クラウン領域と前記外側ポケットとの間で５０％以下で変化し、
前記開口部は、前記下方クラウン表面から下面まで延在し、側面が前記下方クラウン表面と前記下面とを接続し、
前記ピンボスの前記開口部は、前記下方クラウン表面から前記下面まで延在する長さと、前記長さよりも大きい対向する前記側面間に延在する幅とを有し、
前記ピンボスの両方が前記開口部を含む、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、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１つを通って延在する開口部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】
前記開口部を形成するステップは、前記ピンボスを通る前記開口部を加工することを含む、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】
前記開口部は、前記鍛造または鋳造のステップの間に形成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記開口部は、前記下方クラウン表面と前記ピンボスのピンボアとの間に形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記開口部および前記ピンボスのピンボアは各々、前記ピストンが前記ピンボスに面する側からの断面で見られたとき、断面積を提示し、前記開口部の前記断面積は、前記ピンボアの前記断面積の１０％〜５０％である、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１日に提出された米国仮特許出願第６２／３０２，０４０号、２０１７年２月２４日に提出された米国特許出願第１５／４４１，６５９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、改良された熱効率、燃料消費、およびエンジン性能を提供することを可能にする、内燃機関のためのピストンを提供する。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含む。ピストンは、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リングベルトも含む。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、下方クラウン表面に沿って延在し、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。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つのピンボスを隣接するスカートパネルに連結するストラットに取り囲まれる。ピストンは、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１つを通って延在する開口部をさらに含む。
【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、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つのピンボスを隣接する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１つを通って延在する開口部を形成することをさらに備える。
【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】本発明の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含み得る空洞なしのピストンの底面図である。
【図２】本発明の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含む空洞なしピストンの側面断面図である。
【図２Ａ】図２のピストンの開口部の拡大図であって、開口部の長さおよび幅が特定される図である。
【図３】別の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含む空洞なしのピストンの側面断面図である。
【図４】さらに別の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含む空洞なしのピストンの側面断面図である。
【図５】別の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含む空洞なしのピストンの側面断面図である。
【図５Ａ】内燃機関における動作の間の、図５のピストンの中の冷却オイルの動きを示す図である。
【図６】さらに別の例示の実施形態に従う、ピンボスにおける開口部を含む空洞内のピストンの側面断面図である。
【図６Ａ】内燃機関における動作の間の、図６のピストンの中の冷却オイルの動きを示す図である。
【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６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、空洞なしであり、したがって冷却空洞を有するピストンと比較して低減された重量または質量を有する。ピストン１０は、また、他の空洞なしのピストンと比較して、内燃機関の動作の間、低減された温度で動作し得る。ピストン１０は、改良された熱効率、燃料消費およびエンジンの性能にも貢献する。
【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、空洞なしのピストンの断面図が図２〜図６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。頂部ランド１８、続いて複数のリング溝２０を提供するリングベルト１６が、上壁１２から垂下し、ピストン１０の外径に沿って周方向に延在する。
【００１４】
ピストン１０は、リングベルト１６の内側に、概ね上壁１２および下方クラウン表面３４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から垂直方向に離間される、横方向に離間される一対のピンボア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。
【００１５】
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の径方向内側に位置する。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、囲まれたまたは部分的に囲まれた冷却空洞によって画定されていない。
【００１６】
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。
【００１７】
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および図４〜図６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。図２〜図４の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。
【００１８】
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、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の部分、およびリングベルト１６の一部に取り囲まれる。
【００１９】
動作の間、ピストン１０の重量および温度を低減するために、ピンボス２４のうちの少なくとも１つ、好ましくは両方のピンボス２４は、内側下方クラウン領域３４を隣接する外側ポケット３６に接続するための開口部３８を含む。開口部３８または一対の開口部３８は、好ましくは、下方クラウン表面３２に沿って配置されて冷却オイルで吹きかけられ得る下方クラウン表面３２の表面エリアを増加させる。開口部３８は、冷却オイルが内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで通ることも可能にし、したがって外側ポケット３６の冷却を向上させ、動作の間にピストン１０の温度を低減する。開口部３８は、また、ピストン１０の質量を低減し、冷却オイルがより多くの熱を除去し、ひいてはピストン１０の温度を低減することができるように、下方クラウン表面３２の表面エリアを増加させる。
【００２０】
例示の実施形態では、各ピンボア２６の上方に１つの開口部３８があり、各開口部３８は、下方クラウン表面３２と関係するピンボア２６との間に、関係するピンボア２６の真上の方に位置する。したがって、開口部３８は、ピストン１０の側から断面で見たとき、ピンボア２６と長手方向に位置合わせされる。好ましくは、開口部３８の中心は、ピンボア２６の中心と長手方向に位置合わせされる。開口部３８は、また、ピンボス２４の一部によってピンボア２６から離間される。両方の開口部３８について、図２および図３に示されるように、ピストン１０がピンボス２４に面する側からの断面で見られたとき、開口部３８の断面積は隣接するピンボア２６の断面積よりも小さい。典型的には、開口部３８の断面積は、ピンボア２６の断面積の１０％〜５０％である。また、開口部３８の断面積は、典型的には、内側下方クラウン領域３４と外側ポケット３６との間で５０％以下で変化する。開口部３８は、ピストン１０の本体部分とともに鋳造されてもよく、ピストン１０の鋳造された本体部分に加工されてもよい。
【００２１】
開口部３８は、様々な異なる態様で外側ポケット３６の冷却を向上させるために、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６までの冷却オイルの通過を可能にするための様々な異なる構成を有してもよい。
【００２２】
図２の例示の実施形態によれば、下方クラウン表面３２によって提示される断面形状は、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、開口部３８の中心に対して、開口部３８に沿って上方向に湾曲または傾斜している。開口部３８は、また、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、開口部３８の中心に対して上方向に湾曲または傾斜している下面４０によって規定される。言い換えれば、開口部３８の中心に対して、下方クラウン表面３２は凹状であり、下面４０は凸状である。下方クラウン表面３２および開口部３８に沿った下面４０の両方が、ピンボア２６の最も上側の表面と同じ方向に湾曲している。開口部３８は、下方クラウン表面３２と下面４０とを接続する側面４２によっても規定される。側面４２は、下方クラウン表面３２と下面４０との間で湾曲している。側面４２は、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、開口部３８の中心に対して凹状である。また、図２の例示の実施形態では、開口部３８は各々、下方クラウン表面３２から下面４０まで延在する長さｌと、長さｌよりも大きい対向する側面４２間に延在する幅ｗとを有する。長さｌおよび幅は、図２Ａで特定される。
【００２３】
図３の例示の実施形態では、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、下方クラウン表面３２の断面形状は、開口部３８に沿って真っ直ぐである。この実施形態では、下面４０は、下方クラウン表面３２と位置合わせされており、２つの面３２，４０は、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、ピストン１０の中心軸Ａに対して垂直に延在する。しかしながら、開口部３８の側面４２は、ピンボス２４に面する方向におけるピストン１０の側から見たとき、下方クラウン表面３２と下面４０との間で湾曲している。側面４２は、開口部３８の中心に対して凹状である。また、図３の例示の実施形態では、開口部３８は各々、下方クラウン表面３２から下面４０まで延在する長さと、長さよりも大きい対向する側面４２間に延在する幅とを有する。
【００２４】
図４のピストン１０は、図２および図３のピストン１０と比較して、その中心軸Ａを中心として９０度回転される。この場合、ピストン１０は、ピンボア２６の幅に沿った断面で見られる。ピンボア２６の幅は内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで径方向に延在することが留意される。この実施形態では、下方クラウン表面３２は、開口部３８の中心に対して凸状であるように、湾曲または傾斜している。開口部３８の下面４０は、ピストン１０の中心軸Ａに垂直に延在するように、真っ直ぐである。
【００２５】
図５のピストン１０は、また、図２および図３のピストン１０と比較して、その中心軸Ａを中心として９０度回転される。この場合、ピストン１０は、ピンボア２６の幅に沿った断面で見られる。図５の実施形態では、下方クラウン表面３２は、開口部３８に沿ってごくわずかに湾曲しており、開口部３８の下面４０は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで真っ直ぐ延在する。この場合、下面４０は、ピストン１０の中心軸Ａに垂直に延在する。
【００２６】
図６のピストン１０は、また、図２および図３のピストン１０と比較して、その中心軸Ａを中心として９０度回転される。この場合、ピストン１０は、ピンボア２６の幅に沿った断面で見られる。図６の実施形態では、下方クラウン表面３２は、開口部３８の第１部分に沿って内側下方クラウン領域３４から真っ直ぐに延在し、開口部３８の第２部分に沿って開口部３８の中心に対して凸形状を提示するように内側に湾曲している。凸形状を有する第２部分は、真っ直ぐな第１部分から外側ポケット３６まで延在する。開口部３８の下面４０は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６までわずかに湾曲して開口部３８の中心に対して凹形状を提示する。
【００２７】
図２〜図６に示される実施形態の各々において、ポケット３６に沿って位置する下方クラウン表面３２は、ピストン１０の底部から見たときに凹状面を提示するように、開口部３８からリングベルト１６まで上方向に湾曲または傾斜している。
【００２８】
本発明に従って設計されるピストン１０は、ピンボア２６の上方の開口部３８のない空洞なしのピストンと比較して、外側ポケット３６の改良された冷却を実現することが可能である。たとえば、図５の実施形態では、ピストン１０が下降すると、オイルは、図５Ａの位置Ａで示されるように、下方クラウン表面３２に向かって移動し、開口部３８を通って外側ポケット３６まで下方クラウン表面３２の湾曲に沿う。図６の実施形態では、ピストン１０が下降すると、オイルは、図６Ａの位置Ａで示されるように、下方クラウン表面３２に向かって移動し、下方クラウン表面３２に沿って広がる。図６のピストン１０が上昇すると、オイルは、図６Ａの位置Ｂに示されるように、ピストン１０の底部に向かって、開口部３８を通って、ピンボス２４の外側に移動する。図６のピストン１０が再び下降すると、オイルは、図６Ａの位置Ｃに示されるように、再び下方クラウン表面３２に向かって移動し、外側ポケット３６に入る。
【００２９】
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６に示される。
【００３０】
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のピンボスに開口部３８を提供することをさらに含む。このステップは、一体の本体を鋳造するプロセスの間に穴３８を形成すること、一体の本体を鍛造するプロセスの間に穴３８を形成すること、または一体の本体を提供した後に開口部３８を加工することを含んでもよい。
【００３１】
上述されるように、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コストを有し、他の空洞なしのピストンに対して内燃機関における動作の間に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。
【００３２】
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２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【国際調査報告】
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