(57)【要約】  低減された重量および低減された動作温度を有する空洞なしの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、ピンボアを各々有するピンボスと、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さらに含む。ピストンは、下方クラウン表面に沿って各々延在し、リングベルトの一部、ピンボスの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外側ポケットも含む。切欠きは、ピンボアの上方のピンボスに位置して下方クラウン表面の領域を増加し、ひいては冷却オイルが下方クラウン表面からより多くの熱を取り除くことを可能にする。
2019511666.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を備え、
前記ピンボスの各々は、ピンボアを有し、前記ピストンはさらに、
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、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、前記ピンボスの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ており、前記ピストンはさらに、
前記ピンボスの少なくとも１つにおける少なくとも１つの切欠きを備え、
前記少なくとも１つの切欠きは、前記ピンボアの少なくとも１つの上方に位置する、ピストン。
【請求項２】
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、前記ストラットとを含み、前記上壁は、上部燃焼表面を提示し、前記切欠きの各々は、前記本体の材料によって前記上部燃焼表面および前記ピンボスから離間される、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記切欠きの１つと前記外側ポケットの１つとの間において各ピンボアの上方に残る前記本体の材料の径方向幅は、前記ピストンの最大外径の少なくとも２．５％である、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記ピストンは、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５】
前記少なくとも１つの切欠きは、内側切欠きを含み、前記内側切欠きの各一は、前記内側下方クラウン領域へ開いている、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記少なくとも１つの切欠きは、２つの前記内側切欠きを含み、前記内側切欠きの各一は、前記中心軸から前記ピンボアの１つの上方の位置まで径方向外側に延在し、前記内側切欠きの各一は、前記ピンボアの上方に位置し前記ピストンの前記中心軸に面する凹状面を含み、前記下方クラウン表面は、前記中心軸から前記内側切欠きの各々の最上面まで径方向外側に延在し、前記内側切欠きの各一は、前記下方クラウン表面に面し前記凹状面から前記中心軸に向かって延在する基面を含み、前記切欠きの各一の前記凹状面は、前記本体の材料によって前記外側ポケットの１つから離間される、請求項５に記載のピストン。
【請求項７】
前記内側切欠きの各一は、前記本体の前記材料によって前記外側ポケットの１つから完全に離間される、請求項６に記載のピストン。
【請求項８】
前記内側切欠きの各一は、前記凹状面から前記外側ポケットの１つまで延在する穴をさらに含む、請求項６に記載のピストン。
【請求項９】
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下向きの角度で延在する、請求項８に記載のピストン。
【請求項１０】
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延在する、請求項８に記載のピストン。
【請求項１１】
前記外側の各一は、１０ｍｍ2と１５０ｍｍ2の間の断面積を有する、請求項８に記載のピストン。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの切欠きは、２つの外側切欠きをさらに含み、前記外側切欠きの各一は、前記外側ポケットの１つへ開いており、前記中心軸に向かって前記ピンボアの１つの上方の位置まで径方向に延在し、前記外側切欠きの各一は、前記ピンボアの上方に位置し前記外側ポケットの１つに面する凹状面を含み、前記外側ポケットに沿った前記下方クラウン表面は、前記外側切欠きの各々の最上面まで内側に延在し、前記外側切欠きの各一は、前記下方クラウン表面に面し前記凹状面から離れるように前記中心軸から延在する基面を含み、前記外側切欠きの各一の前記凹状面は、前記本体の前記材料によって前記内側下方クラウン領域から離間される、請求項６に記載のピストン。
【請求項１３】
前記ピンボスの各々は、前記内側切欠きから前記外側切欠きまで延在する穴を含む、請求項１２に記載のピストン。
【請求項１４】
前記穴は、前記内側切欠きから前記外側切欠きまで下向きの角度でまたは真っ直ぐに延在する、請求項１３に記載のピストン。
【請求項１５】
前記穴の各一は、１０ｍｍ2と１５０ｍｍ2の間の断面積を有する、請求項１３に記載のピストン。
【請求項１６】
前記穴の各一は、前記リング溝の１つの背壁を貫通して前記外側ポケットの１つの中へさらに延在する、請求項１３に記載のピストン。
【請求項１７】
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１８】
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、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ランドによって互いに離間される複数のリング溝を含み、
前記ピンボスは、前記リングベルトの内側に配置され、
前記ピンボアは、互いに横方向に離間され、ピンボア軸を取り囲み、
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、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、
前記少なくとも１つの切欠きは、前記本体の前記鋼鉄によって前記燃焼表面からおよび前記ピンボアの１つから各々離間される複数の前記切欠きを含み、
前記少なくとも１つの切欠きは、内側切欠きを含み、
前記内側切欠きの各一は、前記ピンボアの１つの上方に配置され、前記内側下方クラウン領域へ開かれており、
前記内側切欠きの各一は、前記中心軸から前記ピンボアの１つの上方の位置まで径方向外側に延在し、
前記内側切欠きの各一は、前記ピンボアの上方に位置し前記ピストンの前記中心軸に面する凹状面を含み、
前記下方クラウン表面は、前記中心軸から前記内側切欠きの最上面まで径方向外側に延在し、
前記内側切欠きの各一は、前記下方クラウン表面に面し前記凹状面から前記中心軸に向かって延在する基面を含み、
前記内側切欠きの１つの前記凹状面と前記外側ポケットの隣接する１つとの間において各ピンボアの上方に残る前記本体の前記鋼鉄の径方向幅は、前記ピストンの最大外径の少なくとも２．５％である、請求項１に記載のピストン。
【請求項１９】
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、前記ピンボスの各々は、ピンボアを有し、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、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、前記ピンボスの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、前記方法はさらに、
前記ピンボアの少なくとも１つの上方において前記ピンボスの少なくとも１つに少なくとも１つの切欠きを形成するステップを備える、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み、前記切欠きは前記鋳造もしくは前記鍛造のステップの間に形成され、または、前記切欠きは機械加工もしくは切り込みによって前記鋳造もしくは前記鍛造のステップの間に形成される、請求項１９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８日に提出された米国仮特許出願第６２／３０５，４１９号、および２０１７年３月２日に提出された米国特許出願第１５／４４８，４２１号に対する優先権を主張し、参照によりその内容全体がここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、内燃機関用のピストン、およびピストンを製造する方法に関する。
【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。
【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。
【発明の概要】
【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、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を含むピストンを提供する。ピストンは、また、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と、上壁から垂下する一対のピンボスとを含み、ピンボスの各々は、ピンボアを有する。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する。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さらに含む。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、ピンボスの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。ピストンは、また、ピンボスの少なくとも１つに少なくとも１つの切欠きをさらに含み、少なくとも１つの切欠きは、ピンボアの少なくとも１つの上方に位置する。
【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、ピンボスの各々は、ピンボアを有し、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、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、ピンボスの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、ピンボアの少なくとも１つの上方においてピンボスの少なくとも１つに少なくとも１つの切欠き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付けて考慮されたとき、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、ピンボアの上方に切欠きを含み得る空洞なしのピストンの底面図である。
【図２】例示の実施形態に係る、ピンボアの上方に切欠きを含む空洞なしのピストンの側面断面図である。
【図３】ピンボアの上方に切欠きを含む空洞なしのピストンの側面断面図であって、各切欠きが別の例示の実施形態に係る内側下方クラウン領域から外側ポケットまで延在する穴を含むことを示す図である。
【図４】別の例示の実施形態に係る空洞なしのピストンの別の側面断面図であって、各切欠きが内側下方クラウン領域から外側ポケットまで延在する２つの穴を含み、穴の軸は断面の平面に対してある角度にあることを示す図である。
【図５】別の例示の実施形態に係る空洞なしのピストンの側面断面図であって、ピストンが各ピンボアの両側に切欠きを含むことを示す図である。
【図６】さらに別の例示の実施形態に係るピンボアの上方に切欠きを含む空洞なしのピストンの側面断面図であって、穴がリング溝、隣接する外側ポケットを貫通して、内側下方クラウン領域の中へ延在することを示す図である。
【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空洞なしのピストン１０，１１０の図を示す。ピストン１０，１１０は、低減された重量を有し、内燃機関において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１０，１１０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１０，１１０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１０，１１０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。したがって、ピストン１０，１１０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コストを有する。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１０の断面側面図が図２に示される。図１〜図６は、他の例示の実施形態に係る空洞なしのピストン１０，１１０の側面断面図である。
【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。本体を構築するため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１０，１１０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１０，１１０が空洞なしであることによって、ピストン１０，１１０の重量およびコンプレッションハイトが最小化され、これによりピストン１０，１１０が配置されるエンジンが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、ピストン１０が空洞なしであったとしても、ピストン１０，１１０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１０，１１０の本体部分は、上壁１２，１１２を提供する上頭部または頂部セクションを有する。上壁１２，１１２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１４，１１４を含む。例示の実施形態では、上部燃焼表面１４，１１４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１６，１１６は、上壁１２，１１２から垂下し、ピストン１０，１１０の外径に沿って周方向に延在する。リングベルト１６，１１６は、リング溝２０，１２０によって互いに分離される複数のランド１８，１１８を含む。例示の実施形態のピストン１０，１１０は３つのリング溝２０，１２０を含むが、ピストン１０，１１０は代替的には別の数のリング溝２０，１２０を含んでもよい。
【００１５】
ピストン１０，１１０は、リングベルト１６，１１６の内側に、概ね下方クラウン表面３２，１３２から垂下する一対のピンボス２４，１２４をさらに含む。ピンボス２４，１２４は、下方クラウン表面３２，１３２から垂直方向に離間される、横方向に離間された一対のピンボア２６，１２６を提供する。ピストン１０，１１０は、リングベルト１６，１１６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２８，１２８も含む。スカートパネル２８，１２８は、ストラット３０，１３０によってピンボス２４，１２４に連結される。
【００１６】
ピストン１０，１１０の下方クラウン表面３２，１３２は、上部燃焼表面１４，１１４の正反対かつリングベルト１６，１１６の径方向内側に、上壁１２，１１２の下側に形成される。下方クラウン表面３２，１３２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３２，１３２は、ここで、ピストン１０，１１０を底部からまっすぐ観察したときに、ピンボア２６，１２６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３２，１３２は、上部燃焼表面１４，１１４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３２，１３２は、また、ピストン１０，１１０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３２，１３２付近にオイルもしくは冷却流体を留めやすい他の構成によって画定されていない。
【００１７】
ピストン１０，１１０の下方クラウン表面３２，１３２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、大きな総表面エリア（表面の外形に沿う３次元エリア）および大きな投影された表面エリア（平面図で見たとき、２次元エリア、平面）を有する。ピストン１０，１１０の下側に沿ったこの開かれた領域は、下方クラウン表面３２，１３２の真上へクランク室内から飛散するまたは吹きかけら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３２，１３２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１０，１１０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１０，１１０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３２，１３２の最適な冷却およびピンボア２６，１２６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１０，１１０は、延長された使用にわてって「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。
【００１８】
例示の実施形態のピストン１０，１１０の下方クラウン表面３２，１３２は、図１に最もよく示される内側下方クラウン領域３４，１３４および外側ポケット３６，１３６を含む、ピストン１０，１１０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３２，１３２の第１部分は、内側下方クラウン領域３４，１３４によって提供される。内側下方クラウン領域３４，１３４は、ピンボス２４，１２４、スカートパネル２８，１２８、およびストラット３０，１３０に取り囲まれる。内側下方クラウン領域３４，１３４によって提供される下方クラウン表面３２，１３２の２次元表面エリアおよび３次元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向きに飛散するまたは吹きかけら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１０，１１０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３４，１３４の下方クラウン表面３２，１３２は、底部から見たときに凹状であるため、オイルはピストン１０，１１０の往復の間にピストン１０，１１０の片側からピストン１０，１１０の反対側まで流れされることができ、これによりピストン１０，１１０の冷却をさらに強化するようにはたらく。
【００１９】
下方クラウン表面３２，１３２の第２領域は、ピンボス２４，１２４の外側に位置する外側ポケット３６，１３６によって提供される。各外側ポケット３６，１３６は、ピンボス２４，１２４の１つ、１つのピンボス２４，１２４をスカートパネル２８，１２８に連結するストラット３０，１３０の一部、およびリングベルト１６，１１６の一部に取り囲まれる。
【００２０】
他の設計を有する空洞なしのピストンと比較して、空洞なしのピストン１０，１１０の重量をさらに低減し、冷却を向上させるために、ピストン１０，１１０は、ピンボア２６，１２６の少なくとも１つの上方に位置する少なくとも１つの切欠き３８，１３８，１３８’を含み、好ましくは両方のピンボア２６，１２６の上方に切欠き３８，１３８，１３８’を含む。各切欠き３８，１３８，１３８’は、鋼鉄の本体部分の一部によって、燃焼表面１４，１１４からおよびピンボア２６，１２６から離間される。ピストン１０，１１０の質量が低減することに加えて、切欠きはまた、下方クラウン表面３２，１３２の領域を増加するため、冷却オイルが内燃機関における動作の間に下方クラウン表面３２，１３２からより多くの熱を取り除くことを可能にする。
【００２１】
図２〜図４の実施形態では、ピストン１０は２つの切欠き３８を含み、切欠き３８の１つは各ピンボス２６の上方に位置する。この実施形態では、切欠き３８は、内側切欠きとも呼ばれ、内側下方クラウン領域３４へ開いている。この実施形態の各内側切欠き３８は、中心軸Ａから外側ポケット３６の１つから離間されるピンボア２６の上方の位置まで径方向外側に延在する。内側切欠き３８の形状は、ピストン１０の形状に応じて異なってもよい。図２〜図４の例示の実施形態では、各内側切欠き３８は、ピンボア２６の上方に位置しピストン１０の中心軸Ａに面する凹状面４０を含む。ピストン１０の下方クラウン表面３２は、中心軸Ａから切欠き３８の最上面まで外側に延在する。したがって、内側切欠き３８は、ピストン１０からより多くの熱を取り除くために、冷却オイルによってアクセス可能である表面エリアを増加させる。切欠き３８は、下方クラウン表面３２に面し、凹状面４０から中心軸Ａに向かって延在し、概ねピンボア２６に平行な基面４２も含む。
【００２２】
図２の実施形態では、内側切欠き３８にもかかわらず、内側下方クラウン領域３４は依然としてピンボア２６の上方に位置する鋼鉄材料によってピストン１０の外側ポケット３６から分離される。しかしながら、図３および図４の例示の実施形態では、各内側切欠き３８は、凹状面４０から内側下方クラウン領域３４に沿って外側ポケット３６の１つまで延在する、少なくとも１つの穴４４、たとえば２つの穴４４をさらに含む。穴４４は、オイルが内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで通ることを可能にし、ひいては動作の間に外側ポケット３６の冷却を向上する。穴４４は、様々な異なる形状を有してもよく、図３および図４に示されるように、たとえば各穴４４が内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６までわずかに下向きの角度で延在する円筒形状を有してもよい。別の実施形態によれば、穴４４は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６までわずかに下向きの角度で延在する。さらに別の実施形態によれば、穴４４は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで真っ直ぐに（中心軸Ａに対して垂直に）延在する。
【００２３】
切欠き３８，１３８，１３８’によって、ピストン１０，１１０は、ピンボア２６，１２６の上方に低減された量の材料を含む。図２〜図４の例示の実施形態では、各内側切欠き３８の凹状面４０と隣接する外側ポケット３６との間において各ピンボア２６の上方に残る材料の径方向幅ｗは、ピストン１０の最大外径の少なくとも２．５％、またはピストン１０の最大外径の少なくとも３％である。各内側切欠き３８の体積は、ピストン１０の体積によって、および隣接する外側ポケット３６を冷却オイルが通ることを可能にする穴４４を内側切欠き３８が含むかどうかによって異なる。図２の例示の実施形態では、穴４４を有さず、各内側切欠き３８は、ピンボア２６と燃焼表面１４との間に位置する鋼鉄の本体部分の体積の一部を除去することによって形成される。穴４４は、内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで上向きの角度に、または同様に内側下方クラウン領域３４から外側ポケット３６まで下向きの角度にあってもよい。
【００２４】
図３および図４の例示の実施形態では、穴４４を有し、各内側切欠き３８は、ピンボア２６と燃焼表面１４との間に位置する鋼鉄の本体部分の体積のより多くの部分を除去することによって形成される。穴４４の体積は、内側切欠き３８全体の体積の一部である。例示の実施形態では、各穴の断面積は、１０ｍｍ2と１５０ｍｍ2の間である。
【００２５】
別の例示の実施形態によれば、図５および図６に示されるように、ピンボス１２４の両側に切欠き１３８，１３８’を提供することによって、ピストン１１０の低減された温度および質量が達成される。内側切欠き１３８は、図２〜図４の実施形態のように、内側下方クラウン領域１３４に沿って材料を除去することによって形成される。外側切欠き１３８’は、外側ポケット１３６に沿って材料を除去することによって、各ピンボア１２６の上方に形成される。したがって、各外側切欠き１３８’は、外側ポケット１３６の１つに開かれており、ピストン１１０の中心軸Ａに向かって径方向に延在する。ピンボア１２４の両側から材料を除去することによって、残りの材料がピンボア１２６の上方に戦略的に配置され得る。
【００２６】
図５および図６の実施形態では、各切欠き１３８，１３８’はまた、ピンボス１２６の上方に位置する凹状面１４０，１４０’を含む。内側切欠き１３８の凹状面１４０はピストン１１０の中心軸Ａに面し、外側切欠き１３８’の凹状面１４１’は外側ポケット１３８およびピストン１１０のリングベルト１１６に面する。内側下方クラウン領域１３４におけるピストン１１０の下方クラウン表面１３２は、中心軸Ａから内側切欠き１３８の最上面まで外側に延在し、外側ポケット１３８’におけるピストン１１０の下方クラウン表面１３２は、中心軸Ａに向かって外側切欠き１３８’の最上面へ内側に延在する。したがって、内側切欠き１３８および外側切欠き１３８’は、ピストン１０からより多くの熱を取り除くために、冷却オイルによってアクセス可能な表面エリアを増加する。各切欠き１３８，１３８’は、下方クラウン表面１３２に面する基面１４２，１４２’も含み得る。内側切欠き１３８の基面１４２は、凹状面１４０から中心軸Ａに向かって延在する。外側切欠き１３８’の基面１４２’は、中心軸Ａから離れるように凹状面１４０’から延在する。
【００２７】
図５の実施形態では、切欠き１３８，１３８’にもかかわらず、内側下方クラウン領域１３４は、依然としてピンボア１２６の上方に位置する鋼鉄材料によってピストン１１０の外側ポケット１３６から分離される。しかしながら、図６の例示の実施形態では、ピストン１１０の各ピンボス１２６は、内側下方クラウン領域１３４および内側切欠き１３８から外側ポケット１３６および外側切欠き１３８’まで延在する穴１４４の１つを含む。穴１４４は、オイルが内側下方クラウン領域１３４から外側ポケット１３６まで通ることを可能にし、ひいては動作の間に外側ポケット１３６の冷却を向上させる。
【００２８】
図６に示される例示の実施形態の穴１４４は、様々な形状を有してもよい。たとえば、各穴１４４は、内側下方クラウン領域１３４から外側ポケット１３６までわずかに下向きの角度で、内側下方クラウン領域１３４から外側ポケット１３６までわずかに上向きの角度で、または内側下方クラウン領域１３４から外側ポケット１３６まで真っ直ぐに（中心軸Ａに対して垂直に）延在する円筒形状を有してもよい。好ましくは、各穴１４４は、内側下方クラウン１３４から隣接する外側ポケット１３６まで下向きの角度で延在する。
【００２９】
また、図６の実施形態では、穴１４４は、リングベルト１１６の第３リング溝１２０の背壁を貫通して、外側ポケット１３６を通って、内側下方クラウン領域１３４の中へ延在する。この場合、リングベルト１１６を貫通して延在する穴１４４の一部は、オイル排出機構として機能し、ピンボス１２４の上方に位置する穴１４４の一部は、内側下方クラウン領域１３４から外側ポケット１３６までのオイルの通路として機能する。
【００３０】
穴１４４を含み得る切欠き１３８，１３８’によって、ピストン１１０は、ピンボア１２６の上方に低減された量の材料を含む。図５および図６の例示の実施形態では、内側切欠き１３８の凹状面１４０と外側切欠き１３８’との間において各ピンボア１２６の上方に残る材料の径方向幅ｗは、ピストン１１０の最大外径の少なくとも２．５％、またはピストン１１０の最大直径の少なくとも３％であり、各穴の断面積は１０ｍｍ2と１５０ｍｍ2の間である。
【００３１】
本発明に従って設計されるピストン１０，１１０は、切欠き３８，１３８，１３８’のない空洞なしのピストンと比較して、内燃機関における動作の間の低減された温度、および低減された質量を実現可能である。外側ポケット３６，１３６の冷却は、オイルが内側下方クラウン領域３４，１３４から外側ポケット３６，１３６まで進むことを可能にする穴４４，１４４によってさらに向上されることができる。
【００３２】
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１０，１１０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１０，１１０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１０，１１０の本体部分は、様々な異なる設計を備えてもよく、例示の設計が図１〜図６に示される。
【００３３】
当該方法は、少なくとも１つの切欠き３８，１３８，１３８’、好ましくは各ピンボア２６，１２６の上方の少なくとも１つの切欠き３８，１３８，１３８’を有するピストン１０，１１０を提供することをさらに含む。切欠き３８，１３８，１３８’は、ピストン１０，１１０の一体の本体部分を鋳造または別の方法で形成するプロセスの間に形成され得る。代替的には、切欠き３８，１３８，１３８’は、ピストン１０，１１０の一体の本体部分を鋳造または別の方法で形成した後に、本体部分の中へ加工するまたは切り込むことによって形成されてもよい。穴４４，１４４は、鋳造ステップの間、または別のステップ中などに、切欠き３８，１３８，１３８’の残りと同時に形成されてもよい。たとえば、穴４４，１４４は、本体部分を鋳造した後に、本体の中へ開けられて、内側下方クラウン領域３４，１３４を外側ポケット３６，１３６へ接続し得る。図６の実施形態では、穴１４４は、リングベルト１１６の第３リング溝１２０を貫通して、外側ポケット１３６を通って、ピストン１１０の内側下方クラウン領域１３４の中へ開けられる。
【００３４】
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、本発明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得ることも理解される。
【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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【国際調査報告】
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