(57)【要約】内燃機関用のピストンは、外側円筒状壁を有しかつピストンの胴体部分より上で胴体部分に連結されたピストン冠部を含む。ピストンは、外側円筒状壁に形成され、ピストン冠部の外周のまわりに延びる少なくとも１つのピストンリングシール溝と、外側円筒状壁内で、少なくとも１つのピストンリングシール溝より下に形成され、ピストンの外周全体のまわりに、少なくとも１つのピストンリングシール溝に対して平行に延びる第１のオイル収集溝とを含む。第１のオイル収集溝は、ピストンの中心線に沿って測定した第１の幅を有する。第２のオイル収集溝は、外側円筒状壁内で、第１のオイル収集溝より下に形成され、ピストンの外周全体のまわりに、第１のオイル収集溝に対して平行に延び、第１のオイル収集溝の幅の少なくとも２倍の幅を有する。
2013509538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン（１００）であって、
ピストン（１００）の胴体部分（１０６）より上で胴体部分に連結され、外側円筒状壁（１１０）を画定するピストン（１００）冠部であって、胴体部分（１０６）が２つのピン穴（１０７）を形成する、ピストン（１００）冠部と、
外側円筒状壁（１１０）に形成され、ピストン（１００）冠部の外周のまわりに延びる少なくとも１つのピストン（１００）リングシール溝と、
外側円筒状壁（１１０）内で、少なくとも１つのピストン（１００）リングシール溝より下に形成され、ピストン（１００）の外周全体のまわりに、少なくとも１つのピストン（１００）リングシール溝に対して平行に延びる第１のオイル収集溝（１２２）であって、ピストン（１００）の中心線（１３０）に沿って測定した第１の幅を有する第１のオイル収集溝（１２２）と、
外側円筒状壁（１１０）内で、第１のオイル収集溝（１２２）より下に形成され、ピストン（１００）の外周全体のまわりに、第１のオイル収集溝（１２２）に対して平行に延び、第１のオイル収集溝（１２２）の幅の少なくとも２倍の幅を有する第２のオイル収集溝（３００、４００）と、
を含むピストン（１００）。
【請求項２】
外側円筒状壁（１１０）は第１の直径を有し、小直径ランド部（３０６）が、第２のオイル収集溝（３００、４００）内に配置されたピストン（１００）の環状部分によって画定され、小直径ランド部（３０６）は、外側円筒状壁（１１０）の直径よりも小さい直径を有する、請求項１に記載のピストン（１００）。
【請求項３】
環状部分は、第２のオイル収集溝（３００、４００）を、環状部分より上に配置された第１のチャネル（３０２）と、環状部分より下に配置された第２のチャネル（３０４）とに分割する、請求項２に記載のピストン（１００）。
【請求項４】
燃焼機関用のピストン（１００）であって、
少なくとも１つのリング溝を画定する第１の端部であって、前記少なくとも１つのリング溝が、その中にピストン（１００）リングを受け入れる大きさとされた第１の端部と、
胴体部分（１０６）を画定する第２の端部と、
ピストン（１００）の前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された重量釣り合わせセクションと、
を含み、
ピストン（１００）の前記重量釣り合わせセクションは、ピストン（１００）リングが入るのを防止するような大きさとされた陥凹部分を含む、ピストン（１００）。
【請求項５】
ピストン（１００）の外径は約１３６ｍｍであり、前記重量釣り合わせセクションの前記陥凹部分は、約５．３４ｍｍの深さ、および約９ｍｍの幅で画定される環状溝である、請求項４に記載のピストン（１００）。
【請求項６】
燃焼機関用のピストン（１００）であって、
ピストン（１００）リングを受け入れるように構造化および構成された少なくとも１つのリング溝を画定する第１の端部と、
スカート部を画定する第２の端部と、
前記少なくとも１つのリング溝とピストン（１００）の前記第２の端部との間に配置され、陥凹部分を画定する重量釣り合わせセクションと、
前記少なくとも１つの溝と、前記重量釣り合わせセクションの前記陥凹部分との間に配置された隔壁と、
を含み、
前記隔壁は、その中に配置されたリングを保持するように構造化および構成される、ピストン（１００）。
【請求項７】
前記重量釣り合わせセクションの前記陥凹部分は、約５．３４ｍｍの深さで画定される環状溝であり、少なくとも１つの溝は、約４ｍｍの幅で画定され、隔壁は、約４ｍｍの幅で画定される、請求項６に記載のピストン（１００）。
【請求項８】
燃焼機関用のピストン（１００）を製造する方法であって、ピストン（１００）は、少なくとも１つのリング溝を画定する第１の端部と、スカート部を画定する第２の端部と、ピストン（１００）の第１の端部と概ね同じ直径である、第１の端部と第２の端部との間の中間セクションとを有し、改良点には、
ピストン（１００）に形成されたピストン（１００）リング溝の幅の少なくとも２倍の大きさである幅を有するオイル収集溝を形成し、オイル収集溝は、本開示に概略的に説明されたのと同様に大きさを決められ、ピストン（１００）に配置されることが含まれる方法。
【請求項９】
エンジン内の基準ピストン（１８）を、改良したピストン（２００）で改造する方法であって、
端部にある冠部およびリング溝ランド部を画定する第１の端部と、スカート部を画定する第２の端部と、ピストン（１００）の第１の端部と概ね同じ直径である、第１の端部と第２の端部との間の中間セクションとを有するピストンブランク（２０）を選択し、前記冠部は、基準ピストン（１８）のボウルと実質的に同様の寸法を有するボウルを含み、前記リング溝ランド部は、基準ピストン（１００）のリング溝と実質的に同様な寸法を有し、実質的に同様に配置された複数のリング溝を含むことと、
前記中間セクションに陥凹部分を機械加工し、重量を釣り合わせたピストン（１００）の重量は、基準ピストン（１８）の重量と実質的に同様であることと、
を含む方法。
【請求項１０】
エンジンに搭載した場合のコンピュータによるシミュレーション試験を通じて、改良したピストン（２００）を動作させるエンジンの性能特性を、基準ピストン（１８）を動作させるエンジンの対応する性能特性と比較することで、重量を釣り合わせたピストン（１００）の設計を検証すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許開示は、概略的には内燃機関に関し、より詳細には、エンジンボア（ｅｎｇｉｎｅ  ｂｏｒｅ）内で動作するピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、公知のように、連接棒によってクランクシャフトに相互連結された１つまたは複数のピストンを含み、通常、クランクケース内に形成されたボア内で往復運動するように配置される。典型的なピストンは、各ボア内で燃焼室を少なくとも部分的に画定するヘッド部分と、通常ピン開口を含むスカート部と、エンジンの連接棒に接続するための他の支持構造体とを含む。一般的に、ピストンは概ねカップ状形状を有して形成され、ピストンヘッドはベース部を形成し、スカート部はベース部に連結され、ピストンの閉じた回廊を囲む。通常の場合では、作動時に、エンジンからの潤滑油がピストンの回廊内に供給されて、ピストンの様々な部分を対流によって冷却し、かつ潤滑する。
【０００３】
典型的なピストンヘッドはまた、円周方向に連続する１つまたは複数の溝が形成された外側円筒状壁を含む。これらの溝は通常、互いに対して平行に延び、溝内に封止リングを収容する適切な大きさとされる。これらの封止リングは、各ピストンとクランクケースボアとの間に摺動シールを形成し、ピストンは、クランクケースボア内で動作する。通常、ピストンのスカート部に最も近接して配置された溝はスクラッパリングを収容し、スクラッパリングは、ピストンの下方へのストローク時に、ピストンボアの壁に付着したオイルをこすり落とすように構成される。ピストンの下方へのストローク後、ボアの壁を濡らしたまま残り得るオイルは、エンジンの動作時に燃焼室に流入して燃焼することがある。
【０００４】
ピストンの下方へのストローク時の、ボア壁上のオイルの除去を改善する１つの公知の問題解決策は、参照によりその全体を本明細書に援用する（特許文献１）に見ることができる。（特許文献１）は、リングベルトによって部分的に画定される外側壁を有し、内部に画定されるオイル回廊を含むピストンを開示している。オイル排出溝が、２つのピストンリングシール溝より下で、ピストンヘッドの円筒状側壁にあるリングベルトの外側面に機械加工される。オイル排出溝は、ピストンの円周のまわりに延びるが、オイル溝に集積したオイルが下方に流れてエンジンのクランクケースに戻ることができるように途切れた底部壁によって部分的に画定される。オイル排出溝の上側壁は、ピストンの胴体部の円周のまわりに延びる。（特許文献１）に開示されているように、上側リング溝はピストンリングを収容し、一方、最底部の溝はピストンリングがなく、ピストンが下方にストロークされるときにオイルを収集するように構成される。
【０００５】
（特許文献１）に開示されたオイル収集溝は、ピストンが下方にストロークされた後、シリンダ壁に残るオイルの量を低減するのに少なくとも部分的に有効である。
【０００６】
上記を背景として、成熟したエンジン設計、特に、すでに消費者に販売されたエンジン設計は、市場でのより大きい成功をエンジンにもたらす、性能、コスト、または部品の調達の改善を必要とすることが時にはある。エンジンに対するそのような製品改良は、元のエンジン部品の代わりに使用される新たな部品の逆互換性が維持される場合に、エンジン製造業者にとって特に価値がある。それにもかかわらず、従来から、エンジンピストンは、特定のエンジンの製品寿命サイクルの途中で再設計される得る部品とみなされていなかったというのが事実であった。
【０００７】
既存のエンジンに合うように再設計でき、既存の基準ピストン設計に取って代わり得る部品としてエンジンピストンが不適合である主な理由は、多くの場合、ピストンに対して行われた設計変更により、他のエンジン部品の連鎖的な一連の変更が必要になるからである。例えば、ピストンの設計更新により、重量釣り合わせ、性能、および／またはピストンの他の任意の機能上の特性が変化することがあり、ひいては、クランクシャフトの釣り合いおもりの変更、または連接棒およびエンジンキャリブレーションの変更が必要になる。さらに、エンジンオーバーホール業者が、一部のピストンを交換するが、単独で摩耗または損傷が少ない他のピストンをそのまま残すことがあると考えられ、交換したピストンの重量が元のピストンと比較して異なる場合に深刻な性能問題を引き起こす。エンジン部品のあらゆるかかる設計変更は、ピストンなどの特定の部品の後導入を現生産エンジンにとって事実上不適切なものにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，５５７，５１４号明細書
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】下記に基準ピストンと称される、マーレ（Ｍａｈｌｅ）によって製造される公知のモノサーム（ｍｏｎｏｔｈｅｒｍ）（登録商標）型ピストンの断面図である。
【図２】下記にピストンブランクと称される、フェデラルモーグル（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｍｏｇｕｌ）によって製造される公知のモノスチール（ｍｏｎｏｓｔｅｅｌ（登録商標）型ピストンの断面図である。
【図３】本開示によるピストンの第１の実施形態の外観図である。
【図４】図１に示すピストンの様々な図である。
【図５】図１に示すピストンの様々な図である。
【図６】図１に示すピストンの様々な図である。
【図７】図１に示すピストンの様々な図である。
【図８】本開示によるピストンの第２の実施形態の外観図である。
【図９】図６に示すピストンの様々な図である。
【図１０】図６に示すピストンの様々な図である。
【図１１】図６に示すピストンの様々な図である。
【図１２】図６に示すピストンの様々な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、内燃機関、特に、直噴圧縮点火エンジンで使用するピストンに関する。特に、本開示は、すでに使用されている基準ピストンを有するエンジンと逆互換性のあるピストンを設計する方法を提供する。本明細書において、逆互換性とは、他のエンジン部品の変更を必要とすることなく、元の、または基準のピストンと、ツールで仕上げたピストンブランクを利用する後導入ピストンとを交換可能に使用する能力を指す。したがって、そのような後導入または再設計ピストンは、新たなエンジン構築時に使用することができるし、または使用中の基準ピストンに代えて使用することさえできる。さらに、後導入ピストンは、既存のエンジンの性能を改善するためにアフターマーケット用部品として用意することができる。
【００１１】
２つの例の、または先行技術のピストン１０、２０がそれぞれ図１および図２に提示されている。図１に示すピストン１８はモノサーム（登録商標）型であり、以下で基準ピストンと称されることがある。図２に示すピストン２０はモノスチール（登録商標）型であり、以下でピストンブランクと称されることがある。簡単にするために、続いて本明細書に開示される改良ピストン１００、２００の特徴部と同じか、または同様である基準ピストン１８およびピストンブランク２０の特徴部が、図解の様々な図を通して同じ参照符号によって表される。
【００１２】
図１に示す基準ピストン１８は、その設計に独自の様々な特徴を含む。特に、基準ピストン１８は、単一の金属塊から鍛造プロセスによって作製される。基準ピストン１８は、そのヘッド部分１０４を胴体部分１０６から隔てる首下部分１２を含む。閉じたオイル冷却回廊１０２はヘッド部分１０４内に形成され、環状突起１４によって閉じられている。本開示において、基準ピストン１８は、特定のエンジン用途に適し、顧客に販売されたエンジンにすでに取り付けられ、現場で作動している基準部品とみなされる。部品コスト、アフターマーケット用部品またはサービス部品の可用性、または望ましいエンジン性能の改善などの様々な理由から、エンジン製造業者は、基準ピストン１８を改良ピストンと交換するが、クランクシャフトなど、ピストンに関連する他のエンジン部品をさらに交換する必要がないことを望む。
【００１３】
サービス、またはオーバーホールでの部品交換に関して、ピストンなどの特定の部品は、一定のサービス間隔で交換されるか、または、少なくとも点検され、摩耗が過度の場合に交換されるようにスケジュールを組むことができる。ピストンおよびピストンリングは通常、オーバーホールで交換されるが、クランクシャフトおよびカムシャフトなどの他のものは、可能なら通常交換されない。そのようなサービスイベント時にピストンが交換される場合、適切な性能および排気ガス制御を保証するために、基準ピストンの特定の態様は維持されるべきであり、交換ピストンの特定の態様は、基準ピストンと実質的に異なってはならない。交換ピストンは、「重量の釣り合いをとられる」べきである、すなわち、基準ピストンと概ね同じ重量であるべきである。適切な性能および排気ガス制御を保証するために、交換ピストンは、基準ピストンと実質的に同様の燃焼ボウル有するべきであり、リング溝の形状および配置も同様でなければならない。
【００１４】
ピストンブランク２０が図２に示されている。ピストンブランク２０は、すでにその設計に盛り込まれた多くの望ましい特徴を有するが、その重量などの特定の態様において不完全である、ピストン製造業者がすでに入手できるピストンとすることができる。基準ピストン１８の特徴部、または図３〜１２に示されているような改良ピストン１００、２００の特徴部と同じか、または同様であるピストンブランク２０の特徴部は、簡単にするために同じ参照符号によって表されている。一実施形態では、ピストンブランク２０は、少しの量、例えば、１グラム程度だけ、またはより大きい量、例えば、１０５グラム以上、基準ピストン１８よりも重くすることができる。
【００１５】
後導入に適した改良ピストンの２つの実施形態が本明細書に開示される。各改良ピストンは、基準ピストンの重量と一致させるためにピストンブランクに対して行われる重量釣り合わせ作業を示している。例えば、（図３〜７に示すような）ピストン１００からよりも（図８〜１２に示すような）ピストン２００から多くの重量が取り除かれている。改良ピストン１００、２００の重量低減は、下記にさらに説明するように、補助的なオイル収集チャネルを含む重量低減領域に集中している。さらに、特定のエンジン用途に対してピストンの設計を最適化する方法も開示される。開示する実施形態はともに、基本ピストン設計またはピストンブランクに対する修正の結果を示している。以下の説明では、同じか、または同様である、基準ピストン１８（図１）、ピストンブランク２０（図２）、改良ピストン１００の第１の実施形態（図３〜７）、および改良ピストン２００の第２の実施形態（図８〜１２）の構造上の特徴部が図解で示され、簡単にするために同じ参照符号を使用して図面に記載されている。それでも、本明細書に示し、説明するものと異なる特徴部または構造部を有するピストンを使用することができるのは当然のことである。
【００１６】
図１および図２は、それぞれ基準ピストン１８およびピストンブランク２０を示している。図３〜７はピストン１００の第１の実施形態を示している。図６〜１０はピストン２００の第２の実施形態を示している。図示したように、ピストン１００、２００は、ヘッドまたは冠部分１０４とピンまたは胴体部分１０６との間に画定された、閉じた冷却回廊１０２を有するモノスチール（登録商標）型のピストンである。図示したように、ピストン１００、２００は、それぞれが、基準ピストン１８（図１）などの対応する基準ピストンの重量と一致し、それぞれが、それらの基準となる対応物と比較して実質的に同様のリング溝および燃焼ボウル形状を有するようにピストンブランク２０から作製されたものである。
【００１７】
各ピストンにおいて、胴体部分１０６は２つのピン穴１０７を形成している。ピストン１００、２００のヘッド部分１０４および胴体部分１０６は、継ぎ目１０８に沿って互いに摩擦溶接することができる。それぞれのピストン１００またはピストン２００は、図７または図１２の詳細な断面図に最もよく示されているように、ヘッド部分１０４および胴体部分１０６にわたって延びる外側円筒状壁１１０を画定する。ヘッド部分１０４は燃焼ボウル１１４を画定し、燃焼ボウルは、ヘッド部分１０４に形成され、ヘッド部分の概ね中心部分に広がる窪みである。燃焼ボウル１１４は、図示した実施形態では、外側円筒状壁１１０と垂直に交差する上面１１６によって囲まれている。燃焼ボウル１１４は、縁１１７に沿って上面１１６と交差している。公知のように、燃焼ボウル１１４の形状は、エンジンの動作時に所望の燃焼特性が得られるように最適化することができる。
【００１８】
外側円筒状壁１１０の外周部分にわたって互いに平行に延びる複数のリング溝は、上面１１６に最も近接して配置された上側ピストンリング溝１１８と、図示したように、上側ピストン溝１１８より下に配置された下側ピストンリング溝１２０と、下側ピストンリング溝１２０より下に配置された第１のオイル収集溝１２２とを含む。上側ピストンリング溝１１８および下側ピストンリング溝１２０、さらには第１のオイル収集溝１２２は、外側円筒状壁１１０を複数の「ランド部」、または、別の言い方をすれば、溝１１８、１２０、１２２を分離し、それらを離間させる帯状の円筒状壁面に分割する。より詳細には、第１のまたは上側のランド部１２４は、上側ピストンリング溝１１８と上面１１６への移行部との間で画定され、第２のランド部１２６は、上側ピストンリング溝１１８と下側ピストンリング溝１２０との間で画定され、第３のランド部１２８は、下側ピストンリング溝１２０と第１のオイル収集溝１２２との間で画定されるが、他の構成、または他の数量のピストンリングおよびオイル収集溝を使用することもできる。
【００１９】
図から分かるように、第１のランド部１２４、第２のランド部１２６、および第３のランド部１２８は、外側円筒状壁１１０と概ね一列に整列している。言い換えると、第１のランド部１２４、第２のランド部１２６、および第３のランド部１２８上の各点はすべて、ピストン内に存在し得る任意の抜き勾配、または外側円筒状壁１１０の円筒形状に対する他の変形に関係なく、ピストン１００またはピストン２００の中心線１３０からほぼ同じ半径方向距離にある。
【００２０】
エンジン内に取り付けられる場合、それぞれのピストン１００またはピストン２００は、シリンダボア（図示せず）内に配置され、燃焼リングシール（図示せず）を含み、燃焼リングシールは、ピストン１００またはピストン２００とシリンダボアとの間で封止した形で接触して、第１の、または上側のピストンリング溝１１８内に配置される。燃焼リングシールは、シリンダ内でピストンより上にある燃焼副産物および燃焼可能な混合物を流体的に分離するように機能する。オイルスクラッパリング（図示せず）は、下側または第２のピストンリング溝１２０内に配置することができる。スクラッパリングは、前述したように、ピストンの下方へのストローク時に、シリンダの壁に付着したオイルをこすり落とすように機能することができる。スクラッパリングによって収集されたオイルは、ピストンを下方に流れてエンジンのクランクケース（図示せず）に戻る前に、少なくとも一時的に、第１のオイル収集溝１２２内に収集することができる。図示した実施形態では、１つまたは複数の排出開口１３２が、第１のオイル収集溝１２２を閉じた冷却回廊１０２と流体的に接続し、溝１２２内に収集されたオイルがピストンを通ってエンジンのクランクケースに流れ込むのを可能にする。
【００２１】
ここまでの記述は、図示した実施形態で使用された基準ピストン１８（図１）およびピストンブランク２０（図２）に通常見られ、以下で説明するように、エンジンの基準性能特性を明確にすることができるピストン１００、２００の特徴を説明した。一方、それぞれのピストン１００またはピストン２００は、特定のエンジン用途に対して、ピストンブランクの重量を最適化し、ピストンの下方へのストローク時に収集されたオイルを効率的に除去するピストンの能力を改善するために、ピストンブランク２０に追加された特徴も含む。一実施形態では、ピストンブランクは、ピストンブランクから重量を除去して、本明細書で開示する改良されたピストンが基準ピストン設計の重量に一致するように、ピストンブランクをツールで仕上げるなどして修正することができる。そのような場合に、ピストンブランクから材料を除去することで、基準ピストンの重量に一致させ、それと同時に、補助的なオイル収集溝および本明細書で説明する他の改良特徴部の形成も可能にする十分な重量低減を達成することができる。一般的に、当然のことながら、エンジン内の往復ピストンの重量を低減することで、エンジンの慣性モーメントが改善され、ひいては、エンジンの利用可能な動力出力が増える。さらに、ピストンの下方へのストローク時に、シリンダ壁から収集されたオイルをより容易に除去するピストンの能力により、エンジンオイルの消費および排気ガスを減らすことができる。本明細書に提示した各２つの実施形態の独自の特徴を以下にさらに詳細に説明する。
【００２２】
ピストン１００は、図７に最もよく示されているさらなる、または第２のオイル収集溝３００を含む。第１のオイル収集溝１２２と異なり、第２のオイル収集溝３００は、大幅に幅広であり、第１のチャネル３０２、第２のチャネル３０４、および第１のチャネル３０２と第２のチャネル３０４との間に配置された小直径のランド部分３０６を画定する。図示した実施形態では、第１のチャネル３０２は、小直径のランド部３０６を画定する環状突起３０８のすぐ上でピストン１００の外周のまわりに延びている。第２のチャネル３０４は、ピストン１００の外周全体のまわりに部分的に形成されているが、図５に最もよく示されるように、ピン穴１０７を収容している胴体部分１０６の小直径部分にわたって途切れている。面取り部３１０は、第２のチャネル３０４の底部とピストン１００の胴体部分１０６との間の境界に沿って形成されている。
【００２３】
図３〜７に示すピストン１００の特定の実施形態では、第２のオイル収集溝３００は、全体幅が約９．５ｍｍである。第１のチャネル３０２および第２のチャネル３０４のそれぞれは、ピストン１００の長手方向に画定された約２．５ｍｍの幅と、約５．３４ｍｍの深さで形成することができる。小直径ランド部３０６（図７）は、第１のチャネル３０２と第２のチャネル３０４との間に配置され、約４．５ｍｍの幅を有し、外側円筒状壁１１０の表面から半径方向に約１．３４ｍｍで配置されている、言い換えると、小直径ランド部３０６は、ピストン１００に対して半径方向に約４ｍｍの高さを有する。面取り部３１０（図７）は、約２０°の角度で、第２のチャネル３０４の下側縁部より下、約１．５ｍｍに延びている。さらに、上側縁部、すなわちピストン１００の燃焼ボウル１１４に最も近い縁部が、上面１１６より下、約３３ｍｍに配置されている。
【００２４】
ピストン１００と同様に、図８〜１２に示すピストン２００は、図１２に最もよく示されているさらなる、または第２のオイル収集溝４００を含む。第１のオイル収集溝１２２と異なり、第２のオイル収集溝４００は、ピストン２００に形成された他の溝の任意のものよりも大幅に幅広である。図示した実施形態では、第２のオイル収集溝４００は、ピストン２００の外周のまわりに延びているが、図１０に最もよく示されるように、ピン穴１０７を収容している胴体部分１０６の小直径部分にわたって途切れている。面取り部３１０は、第２のオイル収集溝４００の底部とピストン２００の胴体部分１０６との間の境界に沿って形成されている。
【００２５】
図８〜１２に示すピストン２００の特定の実施形態では、第２のオイル収集溝４００は、ピストン２００の長手方向に画定される約９ｍｍの幅と、約５．３４ｍｍの深さで形成することができる。面取り部３１０（図１２）は、約２０°の角度で、第２のオイル収集溝４００の下側縁部より下、約１．５ｍｍに延びている。さらに、上側縁部、すなわちピストン１００の燃焼ボウル１１４に最も近い縁部が、上面１１６より下、約３２．５ｍｍに配置されている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
ピストン１００、２００の開示した実施形態のエンジン搭載性能を評価し、その前に同じエンジンで使用された基準ピストン１８の性能と比較した。この比較の結果は、エンジンの動作効率に影響を及ぼすことができる特定のエンジン動作パラメータ、ならびにエンジンの信頼性および寿命に影響を及ぼす特定のパラメータに関して、エンジンの動作における予期せぬ改善を示した。要約すると、さらなるオイル収集溝、例えば、ピストン１００の第２のオイル収集溝３００（例えば、図７を参照のこと）、および第２のオイル収集溝４００（例えば、図１２を参照のこと）には、ピストンの特定の領域のピーク動作温度を下げ、さらには、ピストンが動作するエンジンのオイル消費を有意にかつ大幅に減らすといった予期せぬプラスの効果があったと考えられる。さらに、同じ試験サイクルのもとで動作する基準ピストンで観察されたオイル付着に比較して、オイル付着の大幅な減少が、第１のランド部およびピストン１００、２００の第１のピストンリングシール溝内で認められた。これらの性能改善について以下に簡単に説明する。
【００２７】
ピストン１００、２００の動作の予期せぬ改善の第１の部分は、燃焼ボウル１１４の縁１１７（例えば、図５および図１０を参照のこと）に沿って観測されるピーク温度に関し、このピーク温度は、動作時のピストンのピーク温度でもある。基準設計では、試験したエンジンの場合約９００ｈｐである定格出力にて１８００回転毎分（ｒｐｍ）で動作するエンジンの燃焼ボウルの縁での定常温度は、約５０４セ氏温度（℃）であった。エンジンが、同じエンジン回転数および出力条件のもとで動作する同じエンジン用途において、ピストン１００では、燃焼ボウル１１４の縁１１７での定常温度が約４２７℃であった。この領域でのピストンの温度のこの低下は、試験の前に予期しなかった約１５．３％の改善に相当する。改良ピストン１００、２００の他の領域も、同じエンジン、同じ条件下で動作する基準ピストンの対応する領域に比べて、動作温度が同様に改善された。
【００２８】
ピストン１００またはピストン２００が取り付けられて動作するエンジンの動作における予期せぬ改善の別の部分は、エンジンが「消費する」オイルに関する。公知のように、エンジンの動作時のエンジンオイルの消費は、様々な要因に起因すると考えることができ、それらの要因には、オイルがエンジンクランクケース内で気化し、クランクケースの換気システムを介して除去されることと、オイルがピストンのシールを通り抜け、燃焼シリンダに流入することと、他の任意の要因とを含む。改良されたピストン１００またはピストン２００は、基準ピストンと比較してエンジンオイル消費を５０％以上削減することが判明した。例えば、約２５０時間にわたって定格条件で動作するエンジンは、基準ピストンを用いて、１馬力・時の仕事当たりオイル約０．０００５ポンド（約０．００２ｋｇ）の割合でオイルを消費する。同じ期間にわたって同じ条件下で動作するが、改良ピストン１００かまたは改良ピストン２００のいずれかが取り付けられた同じエンジンを使用した試験では、１馬力・時ごとにオイル約０．０００２４ポンド（約０．０００９ｋｇ）のオイル消費率となり、これは、基準ピストン設計と比べて、約５２％のエンジンオイル消費率の低下に相当する。
【００２９】
ピストン１００またはピストン２００を使用する改良されたエンジン動作のさらなる例を観測した。基準ピストンを含む試験エンジン、および改良したピストン１００またはピストン２００を含むエンジンを解体後、ピストン１００、２００の第１のまたは上側のピストンリング溝１１８内および第２のランド部１２６（例えば、図７および図１２を参照のこと）上に蓄積されたオイル付着量が、基準ピストンと比べてかなり低減されたことが認められた。この結果も予期しなかった。
【００３０】
前述に基づいて、（図７および図１２にそれぞれ示す）第２のオイル収集溝３００または第２のオイル収集溝４００の幅が、ピストンの他の溝の幅よりも大幅に大きいことが分かる。例えば、第１のオイル収集溝１２２（図７および図１２）は、エンジンピストンには一般的である約４ｍｍの幅を有する。さらに、ピストンリングシール溝１１８、１２０も同様の幅である。これは、それぞれのピストン１００またはピストン２００の第２のオイル収集溝３００または第２のオイル収集溝４００が、エンジンピストン、例えば、約１３６ｍｍの公称または外側ボア径を有するピストンに見られる典型的な溝の幅の２倍よりも大きいことを意味する。実際問題として、第２のオイル収集溝と本明細書で開示したピストンに含まれる他の溝との間の幅のこの違いにより、特に、自動組立方式を使用する場合に、オイル収集溝内にピストンリングを取り付けるなどの特定の組立誤りが回避される。ロボット式のピストンリング取付装置は、例えば、特定のリングシールをどの溝に取り付けるべきかを判断する場合に、幅の広い方の第２のオイル収集溝を識別するように構築および構成することができる。
【００３１】
当然ながら、前述の説明は、開示したシステムおよび技術の例を示している。一方、開示内容の他の実施については、前述の例と細部で異なっていてもよいと考えられる。本開示または本開示の例についての言及はすべて、その時点で説明される特定の例について言及することを意図されており、より一般的に、本開示の範囲に関するいかなる限定も含むよう意図されるものではない。特定の特徴に対する区別および軽視の言葉はすべて、これらの特徴を選好しないことを示すよう意図されているが、別途に示されていない限り、本開示の範囲からそのようなものを完全に除外することを意図されるものではない。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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