(57)【要約】一体鋳造ピストン（１０）はピストンヘッド（１２）を有し、ピストンヘッドは、その上面（１６）に形成された燃焼ボウル（２８）と、リングベルト（１４）の外面（２６）に形成された複数のリング溝（２０、２２、２４）とを有する。油冷却通路（３２）がピストンヘッド（１２）に形成され、燃焼ボウル（２８）の壁およびリングベルト（１４）によって部分的に規定されている。ピストン（１０）は、一体化された、動かないピストンスカート（４６）を有し、ピストンスカートはピンボス（３８）と一体として形成され、その上端でリングベルト（１４）に固定されている。ピストンリング（５８、６０、６２）がリング溝（２０、２２、２４）の各々に配置され、ピストンヘッド（１２）にはさらに、最も低い位置にあるリング溝（６２）の下に配置される油排出溝（５２）が形成される。
2005520082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体鋳造ピストンアセンブリであって、
ピストンヘッドを含み、前記ピストンヘッドは、その上面に形成された燃焼ボウルと、複数のリング溝が外面に形成されたリングベルトとを有しており、前記一体鋳造ピストンアセンブリはさらに、
前記リング溝に配置される複数のピストンリングと、
前記燃焼ボウルおよび前記リングベルトに隣接して、前記ピストンヘッドに形成される油冷却通路と、
前記ピストンヘッドから延び、軸方向に整列されたピン穴を有して形成され、軸方向に相対して面する外面を有する、１対のピンボスと、
前記ピンボスと動かない一体として形成され、その上端で前記リングベルトに一体化されているピストンスカートと、
前記ピストンヘッドに、前記リング溝の下の位置に形成された油排出溝とを含み、前記油排出溝にはピストンリングがなく、前記油排出溝は前記ピンボスの前記外面へ開放されている、一体鋳造ピストンアセンブリ。
【請求項２】
前記油排出溝は、前記ピンボス同士の間で実質的に円周方向に連続して延び、前記ピンボスの前記外面によって中断されている底壁を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記油冷却通路は底壁を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記油排出溝は、前記油冷却通路の前記底壁と半径方向に整列されている、請求項３の記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記油排出溝は、前記油冷却通路に対し、および前記スカートの内部に対して閉鎖されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記油排出溝は、前記ピストンヘッドのまわりを円周方向に連続している上壁を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記油排出溝は、前記ピン穴の上部に間隔を置かれて配置された底壁床面を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記油排出溝は、前記リングベルトおよび前記スカートと連続している、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
一体鋳造ピストンを作製する方法であって、
上面に燃焼ボウルを有するピストンヘッドを形成し、リングベルトの外面に複数のリング溝を形成するステップと、
ピストンヘッドに油冷却通路を形成し、ピストンヘッドから燃焼チャンバの反対側に延びる１対のピンボスにピン穴を設けるステップと、
リングベルトの外面から内側にへこんだ外側の側面をピンボス上に形成するステップと、
ピストン本体およびピンボスに対して一体の動かない構造として、ピストンスカートを形成するステップと、
ピンボス同士の間では連続し、ピンボスの側面にわたっては連続せずに開放されている油排出溝を、ピストンヘッドに形成するステップと、
ピストンリングをリング溝に配置し、一方、油排出溝にはピストンリングがないままにしておくステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、２００１年１０月２３日に出願された仮特許出願第６０／３５５，６９３号を援用しており、その優先権が本願のために主張される。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
この発明は一般に、ピストンヘッドが内部の油冷却通路を有して形成されて、ピンボスおよびヘッドのリングベルトに固定されたピストンスカートを含んでいる、ディーゼルエンジン用途のための一体鋳造ピストンに関し、より特定的には、ピストンの動作中にエンジンのシリンダ壁から掻き落とされた潤滑油の処理に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
ディーゼルエンジンはしばしば、ピストンヘッドとスカートとが一体化されてスカートがヘッドに対して動かないようになっている、いわゆる一体鋳造ピストンを採用している。ピストンヘッドには、動作中にヘッドを冷却するよう冷却油が中を循環する内部冷却通路が形成されている。
【０００４】
ピストンヘッドは、円周方向に連続する多数のリング溝が形成された外側リングベルトを含む。リング溝は、動作中にピストンシリンダの壁に対して乗る対応するピストンリングを周知の態様で収容する。通常、一番下のリング溝は油掻きリングを収容し、油掻きリングは、シリンダの壁から油を掻き落として、残りの圧縮リングを通過する油の量を制限し、エンジンの「ブローバイ」、そしてひいては炭化水素の放出を最低限に抑える役割を果たす。最善の努力にもかかわらず、ある量の油が圧縮リングを通り抜ける。ダウンストローク中、壁から掻き落とされた油はリングの前に蓄積し、ピストンの壁とシリンダとの間に閉じ込められる。したがって、捕らえられた油の流体力学膜が油掻きリングとの間の内面に蓄積し、高い接触圧力にもかかわらず、リングを越えて漏出するようになる、と考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、シリンダ壁から掻き落とされた油のより良好な処理を提供することにより、そのような一体鋳造ピストンを改良して、そのようなピストンのブローバイ、そしてひいては炭化水素の放出を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要および利点
この発明の現在好ましい実施例に従って構築された一体鋳造ピストンは、ピストンヘッドを含み、ピストンヘッドは、ヘッドの上面に形成された燃焼ボウルと、複数のリング溝が外面に形成された外側リングベルトとを有する。リングベルトによって少なくとも部分的に設けられた外壁を有する冷却通路が、ピストンヘッドに形成されている。１対のピンボスがピストンヘッドから燃焼ボウルの反対側へ延びており、軸方向に整列されたピン穴を有して形成されている。ピンボスは、リングベルトの外面の内側に横方向に間隔を置かれた外側側面を有する。ピストンスカートはその上端でリングベルトに固定されており、ピンボスと一体となって形成されている。この発明によれば、一番下のリング溝の下に、ピストンリングがなくピンボスの外面へ開放された少なくとも１つの油排出溝が形成されている。この発明はまた、そのような特徴を有する一体鋳造ピストンを形成する方法も意
図している。
【０００７】
この発明は、一体鋳造ピストンに、油掻き落とし処理の改良、より特定的にはピストンの壁から掻き落とされた油の排出の改良を提供して、リングを越えた漏出を最小限に抑える。油排出の改良により、ピストンのダウンストローク中の油掻きリング前での油の蓄積および背圧が低減され、より多くの油が壁から掻き落とされ、リングを通って漏出する油がより少なくなって、そのようなディーゼルエンジンからの炭化水素の放出の削減が認められる。
【０００８】
この発明のこれらのおよびその他の特徴と利点とは、以下の詳細な説明および添付図面と一緒に考慮すると、より容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
詳細な説明
図１−３は、この発明の現在好ましい一実施例に従って構築された、全体的に１０で示される、通路が閉鎖された一体鋳造ピストンを示す。ピストン１０は、上側のヘッド部またはピストンヘッド１２を含み、ヘッド部１２は、ヘッド部１２の上面または上側表面１６と上面１６から間隔を置かれた下側領域１８との間に延びる、概して円筒形の外側リングベルト１４を有する。リングベルト１４には、複数のピストンリング溝２０、２２および２４が、リングベルト１４の外面２６に機械加工されて形成されている。外面２６は、図２および図３で穴の直径として示されている、予め定められた直径ＢＤを有する。図３に最良に示されるように、リングベルト１４の壁は、ＲＢＷで示される、リング溝２０、２２および２４の底面から内側のリングベルト壁の厚さに相当する予め定められた厚さまたは幅を有する。
【００１０】
ヘッド部１２には燃焼ボウル２８が形成されている。燃焼ボウル２８は、ヘッド１２の上面１６に、リングベルト１４から半径方向に内側に機械加工されており、ある輪郭を持つ燃焼ボウル壁３０を提示している。図２に示すように、ヘッド部１２は、ＴＬＨで示される、上部リング溝２０の上端と上面１６との間で測定される予め定められた上部平坦面高さを有する。
【００１１】
ピストン１０は内部の環状の油通路３２を有しており、油通路３２は、リングベルト１４によって部分的に規定される外壁と、燃焼ボウル壁３０によって規定される上壁とを有する。油通路３２は内部の環状の支持壁３４によってさらに境界づけられており、支持壁３４は、リングベルト１４から半径方向に内側に間隔を置いて配置され、燃焼ボウル壁３０と下側の円周方向に延びる壁３６との間に延びている。壁３６はさらに、燃焼ボウル壁３０と間隔を置いて内部支持壁３４とリングベルト１４との間に延びており、油通路３２の底を閉鎖する。図２に示すように、内部支持壁３４は、ＩＳＷで示される予め定められた内部支持壁幅を有しており、ＩＳＭＤで示される、予め定められた寸法の内部支持平均径を規定している。油通路３２の上端は、上部リング溝２０の上端から、図３にＧＲＰで示される予め定められた距離だけ延びている。油通路３２は、図３にＧＶで示される予め定められた通路体積を有する。
【００１２】
図２に最良に示されるように、１対のピンボス３８は、ヘッド部１２から下向きに延び、内面４０を有している。内面４０は互いから軸方向に間隔を置いて配置されており、接続ロッドの上端をその中に受けるための空間４２を規定している。ピンボス３８には、ピン穴軸Ａに沿って軸方向に整列されたピン穴４２が形成されている。ピン穴４４は、ピストン１０を接続ロッド（図示せず）に結合するリストピン（図示せず）を受ける。ピストン１０は、図２にＣＨで示される、ピン穴軸Ａとヘッド部１２の上面１６との間で測定される予め定められた圧縮高さを有する。
【００１３】
ピストン１０には、一体化されたピストンスカート４６が形成される。スカート４６はヘッド部１２のリングベルト１４から下向きに延びており、ピストンの両側でピンボス３８の各々と動かないように結合または一体化されている。ピストンスカート４６は、下面４８と上面５０との間で延びている。図３に示すように、スカート４６は、ＳＬで示される、スカートの下面４８と上面５０との間で測定される予め定められたスカート長さを有する。油排出溝５２が、リングベルト１４の外面２６に、その下部領域１８に隣接して機械加工され、リングベルトの外面２６をスカート４６の外面５４から分離してスカート４６の上面５０を規定する。溝５２は、通路３２へもスカート４６の内部へも貫通するよう延びてはおらず、好ましくは、通路３２の底壁３６と半径方向に整列される。油溝５２の底壁５３は、ピンボス３８同士の間で、ピストン１０のまわりを円周方向に延びているが、ピンボス３８の領域にかけては中断されて、図２に示すようなピンボス３８のへこんだ外側平坦面５６に油溝５０が開放されるようになっており、油溝５２内に集められたいかなる油も下向きに排出されて、外面５６の領域にわたるクランクケースに戻されるようになる。油排出溝５２の上壁５５は、好ましくは、ピストン本体１２の周囲で連続している。図３に示すように、ピストンリング５８、６２および６４はそれぞれリング溝２０、２２および２４に収容され、一方、油溝５２にはピストンリングがない。
【００１４】
ピン穴同士間の空間４２は、燃焼ボウル壁３０へ向けて開いている。このため、燃焼ボウル壁３０の下には、内部支持壁３４によって半径方向に境界付けられた空間６４が、ピン穴同士間の空間４２へ向けて開いている。油通路３２には、図３に６６で図示される１つ以上の油注入口が形成されており、それはピストンの動作中に１つ以上の対応する油噴射口（図示せず）と連通し、冷却油を油通路３２内へ方向付けて、動作中のピストン１０の往復運動の結果としての油の公知の「カクテルシェーカー」作用を用いて、通路３２のまわりの壁を冷却する。油通路３２に導入された油は、図３に６８で図示される１つ以上の排出口を通って内部空間６４へ漏出し、クランクケース（図示せず）に排出されて戻るようになっている。
【００１５】
閉鎖された油通路３２を形成するには、ピストン１０は、まず、油通路の形状構成が機械加工された２つ以上の構成要素部品を、その後互いに接合し、その後の接合操作で閉鎖された通路３２を形成するようにして、形成されてもよい。図示された実施例では、ピストン１０は、図２に示す分割線７０にわたって、好ましくは摩擦溶接によって接合される別個の上部冠状部および下部冠状部から形成される。もちろん、冠状部を溶接、ろう付け、または固定する他の形態（たとえばボルト締め）がこの発明により考えられている。
【００１６】
ピストン１０はスチールで作製され、ピストンが３００バール近傍の高いシリンダ圧の下でうまく動作できるようにする以下の寸法関係を有する。もちろん、これは単に例示的な一実施例であり、油排出溝５２は、以下の寸法基準を満たさない他の一体鋳造ピストン構成を用いて使用され得る。
【００１７】
ＩＳＭＤ＝ＢＤの４２−５５％
ＩＳＷ＝ＢＤの３−８％
ＣＨ＞ＢＤの５３％
ＴＬＨ＞ＢＤの４％
ＧＲＰ＞０
ＳＬ＝ＢＤの３０−８０％
ＳＷ＝ＢＤの２．５−６．５％
ＧＶ＝ＢＤ2の１５０−２５０％およびＢＤ2×ＣＨの５−２０％
明らかに、この発明の多くの変更および変形が、上述の教示に鑑みて可能である。したがって、添付された特許請求の範囲内において、この発明が具体的に説明されたもの以外
の方法で実践されてもよいことが理解されるべきである。この発明は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の現在好ましい一実施例に従って構築されたピストンの斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、図１のピストンの断面図である。
【図３】図１の線３−３に沿った、図１のピストンの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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