(57)【要約】ピストン（１００）は、ピストンボウル（１０２）を形成するクラウン（１０１）を有する。ピストンボウル（１０２）は、凸球形状を備えた中央部（１０６）と、中央部に隣接する凸円錐台形状を有する床部（１０８）と、床部を囲む凹状トロイダル形状を有するベース部（１１０）とを有する。ピストンボウル（１０２）はまた、中央部（１０６）を囲むベース部（１１０）から接線方向に延在する円筒壁（１１２）を有する。ピストン（１００）は、ピストンボウル（１０２）の縁部（１１５）に沿って、円筒壁（１１２）に垂直な頂面（１１４）を有する。ピストンボウル深さと円筒壁長さとの比率は４未満であり、かつ、ピストンボウル直径とピストンボウル深さとの比率は４．７である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウン中に形成されたピストンボウル（１０２）であり、
ピストン中心軸（１０４）を起点とする半径を備えた略凸球形状を有する中央部（１０６）と、
中央部に隣接し、ピストン中心軸の周りに対称的に配置された略凸円錐台形状を有する床部（１０８）と、
床部を囲む略凹トロイダル形状を有するベース部（１１０）と、
ピストン中心軸に沿って長さ（Ｌ）を有する円筒壁（１１２）であり、ベース部から接線方向に延在し、中央部の少なくとも一部を囲み、ピストンボウル直径（Ｄ２）を画定する円筒壁と
を含むピストンボウルと、
ピストンボウルの縁部（１１５）に沿って、円筒壁の周りに垂直に配置された平坦な環形状を有する頂面（１１４）と
を含む、クラウン（１０１）およびクラウン直径（Ｄ１）を有するピストン（１００）であって、
ピストンボウルが、ピストン中心軸に沿って、頂面と、ベース部および床部の間に配置された底端部（１２０）との間に画定された深さ（Ｄ）を有し、
ピストンボウルの深さと円筒壁の長さとの比率が４未満であり、
ピストンボウルの直径と深さとの比率は最大４．７である、
ピストン。
【請求項２】
クラウン直径とピストンボウル直径との比率が少なくとも１．３９である、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
円筒壁および頂面の両方に接する面取り部（１１６）をさらに含み、面取り部が面取り部半径（Ｒ３）を有し、クラウン直径と面取り部半径との比率が約１３０．８である、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
円筒壁および頂面の両方に接する面取り部（１１６）をさらに含み、面取り部が面取り部半径（Ｒ３）を有し、ピストンボウル直径と面取り部半径との比率が約９３．８である、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
クラウン直径と中央部の半径との比率が約１７である、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
ピストンボウル直径と中央部の半径との比率が約１２．２である、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
ピストン中心軸に沿って、頂部との間で頂点クリアランス（Ｅ）を画定する頂点（１２２）を中央部が有し、クラウン直径と頂点クリアランスとの比率が約８５である、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
ピストン中心軸に沿って、頂部との間で頂点クリアランス（Ｅ）を画定する頂点（１２２）を中央部が有し、ピストンボウル直径と頂点クリアランスとの比率が約６１である、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
クラウン直径と円筒壁の長さとの比率が約２１．０である、請求項１に記載のピストン。
【請求項１０】
ピストンボウル直径と円筒壁の長さとの比率が約１５．１である、請求項１に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許開示は、一般に内燃機関、より具体的には内燃機関で使用するためのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンが作動する時、エンジンは排気ガスの形でススおよび他の汚染物質を放出する。エンジンの排出量を低く保ち、その結果、よりクリーンに作動するエンジンを得ることが一般に望ましい。様々なエンジン設計ならびに、エンジンの圧縮、燃焼室形状、燃料噴射の噴霧パターンなどの動作変数、および他の変数のうちのいずれか１つを変えることにより、排出量に影響を与えることができる。燃焼室の形状を調整して、動作中のエンジンの排出量削減に役立てることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、一態様において、クラウンおよびクラウン直径を有するピストンについて記述する。ピストンは、クラウン中に形成された、中央部を有するピストンボウルを有する。中央部は、ピストン中心軸を起点とする半径を備えた略凸球形状を有する。ピストンボウルはまた、略凸円錐台形状を有する床部を有する。床部はピストン中心軸に関して対称で、中央部に隣接する。ピストンボウルはまた、床部を囲む略凹トロイダル形状を備えたベース部と、ピストン中心軸に沿った長さを有する円筒壁とを有する。円筒壁は、ベース部から接線方向に延在し、中央部の少なくとも一部を囲む。円筒壁は、ピストンボウルの直径を画定する。ピストンはまた、円筒壁に垂直で、ピストンボウルの縁部に沿った平坦な環形状を備えた頂面を有する。ピストンボウルは、頂面と底端部との間に画定された深さを有する。底端部は、ピストン中心軸に沿って、ベース部と床部との間にある。ピストンボウルの深さと円筒壁の長さとの比率は４未満であり、ピストンボウルの直径とピストンボウルの深さとの比率は最大４．７である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示によるピストンの断面図である。
【図２】ピストンの寸法を示す、図１のピストンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本開示は、内燃機関で使用するためのクラウン１０１を備えたピストン１００に関する。エンジンは、燃料の噴煙を燃焼室へ導入するための燃料噴射器を有し、各燃料室は少なくとも部分的にピストンボウル１０２によって形成されている。ピストンボウル１０２を備えた開示したピストン１００は、スス酸化を改善し、円筒内の流れ場に良い影響を及ぼし、結果的に、燃焼室中の燃料と空気とを混合するエネルギーを増加させることにより、燃焼段階の後半に、酸素の巻き込みがより高まる。
【０００６】
図１に示すように、ピストンボウル１０２は、ピストンクラウン１０１内に形成された、上向きの空胴である。ピストンクラウン１０１およびピストンボウル１０２の両方は、円形状を有し、ピストン中心軸１０４に関して対称である。ピストンボウル１０２はピストンクラウン１０１中に形成され、燃料と空気との混合を向上させるいくつかの特徴を有する。そのような特徴の１つは、略球形状を有する中央部１０６と、図で示す方向においてピストンボウル１０２の上部へ向かって上方を向いている頂点１２２である。中央部１０６を形成する球体は、ピストン中心軸１０４を起点とする半径Ｒ１を有する。ピストンボウル１０２を形成する別の特徴は、略凸円錐台形状を有する床部１０８である。床部１０８は中央部１０６に隣接し、途切れのない表面を提供する略接線方向の移行によって中央部１０６に連結される。円錐台形の床部１０８は中央を囲み、ピストン中心軸１０４に関して対称である。床部１０８は、中央部１０６から離れて下方へ傾斜し、ベース部１１０の略接線方向に移行している。ベース部１１０は、略凹トロイダル形状を有して、床部１０８を囲み、ピストン中心軸１０４から離れて一定のベース部半径Ｒ２で湾曲している。
【０００７】
ベース部１１０の外端部は別の略接線方向に移行し、その一部は円筒壁１１２を画定する。円筒壁１１２はベース部１１０から離れて上方に延在する。円筒壁１１２はピストン中心軸１０４に沿って測定される長さＬを有し、中央部１０６の少なくとも一部を囲む。中央部１０６、床部１０８、ベース部１１０および円筒壁１１２は、１つの表面から次の表面まで滑らかに接線方向に移行し、ピストンボウル１０２の平滑面を形成する。
【０００８】
ピストンクラウン１０１はまた、平坦な環形状を備えた頂面１１４を有する。頂面１１４は円筒壁１１２に垂直で、かつその周りに延在する。円筒壁１１２は、ピストンボウル１０２の縁部１１５に沿って頂面１１４に交わる。縁部１１５は、円筒壁１１２および頂面１１４の両方へ接線方向に延在する、面取り部半径Ｒ３を備えた面取り部１１６を有する。頂面１１４の最外端部は、外側縁部１２４を通って滑らかにピストン外壁１１８へ移行する。ピストン外壁１１８は、円筒壁１１２と同心の円筒面を形成する。ピストン外壁１１８の直径は、図２に示すようにピストンクラウン１０１の直径Ｄ１を画定する。
【０００９】
ピストンクラウン１０１およびピストンボウル１０２の様々な幾何学的パラメータは、エンジンの燃焼室の性能に影響を及ぼす。図２に最も良く示すように、そのような１つのパラメータはピストンボウル１０２の直径Ｄ２である。ピストンボウル１０２の直径Ｄ２は、円筒壁１１２の直径として画定される。ピストンボウル１０２の深さＤは、ピストン中心軸１０４に沿って、頂面１１４とベース部１１０の底端部１２０との間に画定される。底端部１２０は、ベース部１１０上の最下点であり、ピストン中心軸１０４の周りに円を形成している。他のピストンクラウン１０１のパラメータは、頂面１１４と平行な面と床部１０８との間の床部角度Ａ、ピストン中心軸１０４に沿って、中央部１０６の頂点１２２と頂面との間に画定された頂点クリアランスＥ、ピストン中心軸に沿って、中央部の頂点と底端部１２０との間に画定された頂点高さＦ、および、底端部１２０によって形成された円の直径Ｄ３である。中央部１０６を形成する球体は半径Ｒ１を有し、ベース部１１０を形成する曲線はベース部半径Ｒ２を有する。
【００１０】
以下の比率が、ピストン１００の特定のパラメータを定義する。
（ａ）比率Ｄ／Ｌは４未満である。
（ｂ）比率Ｄ１／Ｄ２は少なくとも１．３９である。
（ｃ）比率Ｄ２／Ｄは最大４．７である。
（ｄ）比率Ｄ１／Ｄ３は少なくとも約２．０である。
（ｅ）比率Ｄ２／Ｄ３は少なくとも約１．４である。
（ｆ）比率Ｄ１／Ｒ１は約１７である。
（ｇ）比率Ｄ２／Ｒ１は約１２．２である。
（ｈ）比率Ｄ１／Ｒ２は約９．３である。
（ｉ）比率Ｄ２／Ｒ２は約６．７である。
（ｊ）比率Ｄ１／Ｒ３は約１３０．８である。
（ｋ）比率Ｄ２／Ｒ３は約９３．８である。
（ｌ）比率Ｄ１／Ｅは最大約８５である。
（ｍ）比率Ｄ２／Ｅは最大約６１である。
（ｎ）比率Ｄ１／Ｌは約２１．０である。
（ｏ）比率Ｄ２／Ｌは約１５．１である。
【００１１】
これらの比率を満たすピストン１００の寸法は、特定の利点を与える。具体的には、ピストンボウル１０２の直径Ｄ２はピストンボウルの体積に影響を及ぼすため、目標圧縮比を与えると、他の寸法が制約される。直径がより小さければ、ピストンボウル１０２は同じ目標圧縮比に対して、より大きい深さＤを有することができる。ピストンクラウン１０１の直径Ｄ１とピストンボウル１０２の直径Ｄ２との開示した比率Ｄ１／Ｄ２は、微粒子の交換を改善する。開示した面取り部１１６の半径Ｒ３およびその比率は、燃料／空気の混合を増加し、燃焼室の流れ場を変化させ、その結果、スス酸化を改善する。円筒壁１１２の開示した長さＬおよびその比率はまた、エンジン燃焼室の流れ場に良い影響を与え、結果的に、混合エネルギーを増加させることにより燃焼における、後半での酸素の巻き込みがより高くなる。中央部１０６の頂点１２２と頂面１１４との間の開示した頂点クリアランスＥ、およびその比率によって、従来の設計の場合よりも中央部をより高くすることができ、これにより、ピストンボウル１０２の深さＤをより深くし、床部角度Ａをより急にすることができる。さらに、ピストンボウル１０２の直径Ｄ２とピストンボウルの深さＤとの比率Ｄ２／Ｄは、一定の圧縮比を維持しながら、より深いピストンボウルを可能にする。これらのピストン１００の特徴は、ほとんど微粒子が大気へ逃げないため、よりクリーンな燃焼エンジンをもたらし、汚染物質の排出を削減する。例えば、下に挙げた１．３である開示した面取り部１１６の半径Ｒ３は、微粒子の排出量を約１５％改善する。
【００１２】
以下の表は、本開示の一実施形態に対して上で定義されたパラメータの特定の値を含む。これらのパラメータについて、本開示と一致する他の値を使用してもよい。
【００１３】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００１４】
本明細書で記述するような円筒壁を備えたピストンの産業上の利用は、先の記載から容易に理解されるべきである。本開示は、内燃機関によって動力が供給される任意の機械に適用できる。本開示は、大口径ディーゼルエンジンによって動力が供給される機械に特に役立つ。燃料をよりクリーンに、かつ効率的に燃焼させるが、特定の機械を運転するのに望ましい性能を提供するエンジンを構築する必要性は引き続きある。
【００１５】
したがって、本開示は様々な機械および環境に適用可能である。本開示のピストンは、特定の排出基準下で規制された機械に一例示的に使用される。米国の環境保護局は、ディーゼルエンジンに対して、ますます厳しい排出基準を導入している。本開示のピストンは、少なくともＴｉｅｒ  ４ｉの排出基準を満たす大型ディーゼルエンジンに少なくとも適している。
【００１６】
先の記述は開示したシステムおよび技術の例を提供することが理解されるであろう。しかしながら、本開示の他の実施は、詳細には先の例と異なってもよいと考えられる。本開示または本開示の例への全ての参照は、その時点で検討される特定の例を参照するように意図されており、より一般的には本開示の範囲に関していかなる限定も意味するようには意図されていない。特定の特徴に関する区別および批判についての全ての文言は、それらの特徴に対する好みの欠如を示すように意図されているが、特記される場合を除き、それらを本開示の範囲から完全に排除するようには意図されていない。
【００１７】
本明細書における値域の記述は、特記される場合を除き、その範囲に入る個別の各値を個々に参照する簡単な方法として役立つように意図されているだけである。個別の各値は、それが本明細書では個々に記述されているものとして明細書内に組み込まれている。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書内で特記される場合を除き、または文脈に明確に矛盾する場合を除き、任意の適切な順で行うことができる。
【００１８】
したがって、本開示は、適用法令により許容されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された主題の全ての修正形態および等価物を含む。さらに、上記要素の全ての可能な変形例における上記要素の任意の組合せは、本明細書内で特記される場合を除き、または文脈に明確に矛盾する場合を除き、本開示により包含される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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