(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向ピストンの端面により燃焼室を形成するように形作られた端面（２０６、３０６）を有するクラウン（２０３、３０３）を備えたピストン（２００、３００）と、
アンダークラウン（２０８、３０８）を含む前記クラウンと、
前記アンダークラウンと接続ロッド（２１０）の小端部（２１５）との間で前記ピストンに取り付けられた軸受（２１７）と、
リストピン（２２１）を含む前記軸受と、
前記リストピンを介して前記リストピンと軸受面との間の潤滑界面内に油を通過させるように配置された１つ以上のリストピン油出口通路（２２５）と流体連通する前記リストピンの油溜り（２２２）と、
前記油溜りと流体連通するリストピン油入口通路（２２４）、および
前記軸受の固定部（２１９ａ）および前記軸受の可動部（２２１）のうちの１つにおける少なくとも１つの冷却噴射口（２７０、２７５、２７８）と、
を含み、
前記冷却噴射口が前記油溜りと流体連通し、かつアンダークラウン部分に向けられ、
前記リストピンは前記接続ロッドの前記小端部に受容され、
前記軸受の前記可動部は、前記ピストンの運動に応答して前記アンダークラウンに対して回転揺動する前記リストピンを含み、かつ
前記冷却噴射口は前記リストピンに取り付けられたノズルを含む、
対向ピストンエンジン用のピストン冷却構成。
【請求項２】
前記軸受の前記固定部は、前記ピストンの運動に応答して前記アンダークラウンに対して回転揺動できるように前記リストピンを支持する軸受部材を含み、かつ
前記冷却噴射口は前記軸受部材における油出口通路を含む、
請求項１に記載のピストン冷却構成。
【請求項３】
前記接続ロッドは前記リストピン油入口通路と流体連通する油路を含み、
前記軸受部材における前記油出口通路は、前記リストピンと前記軸受面との間の前記界面からの加圧油を受け取る、
請求項２に記載のピストン冷却構成。
【請求項４】
前記リストピンおよび前記軸受面は揺動軸受を形成する、請求項３に記載のピストン冷却構成。
【請求項５】
前記リストピンおよび前記軸受面は二軸軸受を形成する、請求項３に記載のピストン冷却構成。
【請求項６】
前記接続ロッドは前記リストピン油入口通路と流体連通する油路を含む、請求項１に記載のピストン冷却構成。
【請求項７】
前記リストピンおよび前記軸受面は、揺動軸受または二軸軸受を形成する、請求項６に記載のピストン冷却構成。
【請求項８】
長手方向に間隔をおいて配置された排気ポートおよび吸気ポートを持つ少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダのボア内に相互に対向して配置された１対のピストンと、１対の接続ロッドとを含み、各ピストンが軸受によってそれぞれの接続ロッドに連結され、かつ少なくとも１つのピストンが請求項１〜７のいずれか一項に記載のピストン冷却構成を含む、対向ピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本願は、２０１４年３月６日に出願された米国特許出願第１４／１９９，８７７号による優先権を主張し、かつその一部継続出願である。
【０００２】
（関連出願）
本願は、米国特許出願公開第２０１２／００７３５２６号および米国特許公開第２０１４／０２３８３６０号の対象に関連する対象を含む。
【０００３】
分野
本分野は、内燃機関のピストン熱管理である。さらに詳しくは、本願は、アンダークラウン―燃焼が作用するクラウン端面の後ろまたは下に位置するピストンクラウンの部分―が、ピストンの軸受機構の油溜りから供給される潤滑油を１つ以上の噴射に用いることによって冷却される、対向ピストンエンジンのピストン冷却構成の実現に関する。
【背景技術】
【０００４】
背景
現代のエンジンに要求される負荷の増大のため、ピストンの熱管理はピストンの完全性への継続課題を提起する。典型的なピストンにおいて、熱的損傷を特に受け易い４つの領域は、ピストンクラウン、リング溝、ピストン／リストピン界面、およびピストンアンダークラウンである。クラウン端面が感知する燃焼温度がクラウンの材料の酸化温度を超えると、酸化が発生し得る。クラウンは、酸化部位の応力／疲労によって機械的故障を生じ易くなる。ピストンのリング、リング溝、およびランドは、潤滑油がそのコークス化温度を超えて加熱されることによるカーボン堆積を呈することがある。高温のピン穴は結果的に、ピストン軸受の負荷容量を低下させるおそれがある。リング溝と同様に、ピストンアンダークラウンもまた油のコークス化を招く傾向がある。
【０００５】
対向ピストン燃焼室構造の一部の態様では、クラウンが凹凸の激しい端面を含み、それが複雑な乱流給気運動を生じさせ、それが空気と燃料の均一な混合を促進する、ピストンを利用することが好ましい。対向配置された同様の凹凸を持つピストン端面と共に燃焼室を形成する、凹凸の激しいピストン端面の一例は、特許文献１の図１１に示されている。燃焼はこれらのピストンに高い熱負荷をかける。それらの凹凸の激しい端面は、熱の集中（「ホットスポット」）を含む不均一な温度分布を形成し、それは非対称な熱応力、摩耗、およびピストンの破断を導くおそれがある。
【０００６】
典型的には、ピストン温度を管理するために３通りの手法が取られる。１つでは、ピストンクラウンの高い熱抵抗が、燃焼室からクラウン内への熱の通過を低減または遮断する。第２の手法は、クラウンからピストンのリング、リング溝、ランド、およびスカートを介するシリンダボアへの熱伝導に依存する。第３の手法は、液体冷却材の流動を利用してアンダークラウンから熱を除去する。現代のピストン構造は典型的には３通りの手法を全部含む。
【０００７】
液体冷却材は典型的には、ギャラリおよび／またはノズルによってアンダークラウンに施される。例えば特許文献２は、ピストンアンダークラウンを冷却するための油を受け取りかつ輸送する外側ギャラリを含むピストン冷却構造を教示している。外側ギャラリの底部に油出口が設けられる。油出口と流体連通する、外側ギャラリの床に取り付けられたノズルは、アンダークラウンに向けられる。油は、ピストンの上昇動作に応答して、ギャラリから油出口を介して慣性圧送される。圧送された油は、ピストンの上昇動作に応答して、ノズルからアンダークラウン上に噴霧される。
【０００８】
対向ピストンの文脈におけるアンダークラウン冷却の一例は、出願人の特許文献３の図５に示されており、ここで凹凸のある端面を持つピストンは、端面の下でクラウンの外周をたどる環状ギャラリ２５６をクラウン内に含む。環状ギャラリは、端面の中心部の下の中心ギャラリ２５７と流体連通する。ピストンから分離したノズル２６２は、環状ギャラリ２５６の開口に向けられる。ノズル２６２によって放出される油の高速噴射は、環状ギャラリ内に移動し、燃焼中に高い熱的負担を負う端面の隆起の下のクラウンの特定部分にぶつかる。噴射は衝突によって特定のクラウン部分を冷却する。次いで油は環状ギャラリおよび中央ギャラリ中を流動し、それによってアンダークラウンのさらなる部分を冷却する。油は中央ギャラリから流出し、ピストンから排出される。
【０００９】
特許文献２に記載されたノズルの冷却能力は、ピストンの上昇動作中に起きる慣性圧送動作によって制限される。その結果、アンダークラウンは、ピストンの動作サイクルの２分の１の間だけ油を噴霧することによって冷却される。さらに、噴霧される油は冷却ギャラリから得られるので、油はすでに加熱されており、それは、ノズルによって放出されたときにその冷却能力を制限する。特許文献３の冷却構造は、ピストン外部のノズルを介してピストン内に油を送り込む。アンダークラウンを冷却し、かつピストンロッド連結機構を潤滑するために、加圧された油を送り込む別々の輸送路が要求される。その結果、ピストンの動作サイクル中ずっと油が提供されるが、その代償として潤滑システムの複雑さおよびコストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２７１９３２号明細書
【特許文献２】米国特許第８４３００７０号明細書
【特許文献３】米国特許公開第２０１２／００７３５２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、潤滑のために油をピストンに輸送するシステムの複雑さおよびコストを増大することなく、ピストンの動作サイクル中ずっと潤滑油の流動を維持するやり方でアンダークラウンを冷却するように、潤滑油をピストンに送達する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
概要
潤滑のために油をピストンに輸送するシステムの複雑さおよびコストを増大することなく、ピストンの動作サイクル中ずっと加圧潤滑油によりピストンのアンダークラウンを冷却するために、油は、ピストンの軸受にある軸受の潤滑用の油溜りに圧送される。油溜りから、加圧油はまた、軸受に設けられかつアンダークラウンに向けられた１つ以上の冷却噴射口にも提供される。
【００１３】
一部の態様では、油溜りはピストン軸受のリストピンに存在する。一部のさらなる態様では、油溜りは接続ロッドの小端部に取り付けられたピストン軸受リストピンに存在する。
【００１４】
一部の態様では、軸受油溜りと流体連通する固定冷却噴射口が、ピストンアンダークラウンの特定の大きい領域を標的とする油の噴射を放出するように配置される。固定冷却噴射口はアンダークラウンに対して動かない軸受部に配置することができる。一部の態様では、軸受部は、エンジン動作中にアンダークラウンに対する揺動運動のためにリストピンを支持する。
【００１５】
一部の態様では、冷却噴射口は軸受油溜りと流体連通する可動ノズルを含む。ノズルは、ピストンアンダークラウンの特定の大きい領域を標的とする油の噴射を放出するように配置される。ノズルは、領域に噴射を掃射するためにピストンが移動するにつれて、アンダークラウンに対して移動するピストン部分に取り付けることができる。一部の他の態様では、この部分は、ピストン運動の各サイクルで噴射が連続的に領域を掃射するように、ピストン運動に応答してピストンスカート内で揺動する。さらなる他の態様では、ノズルは、エンジン動作中にアンダークラウンに対して揺動または振動する接続ロッドの要素に取り付けられる。
【００１６】
さらなる態様では、冷却噴射口は、揺動運動のためにリストピンを受容しかつ支持する軸受面を含む軸受支持部材に穿孔または形成された通路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、圧送油ギャラリを備えた先行技術の対向ピストンエンジンの略図である。
【００１８】
【図２】図２は、ピストンが第１端面構造を有する２サイクル対向ピストンエンジン用のピストン／接続ロッド組立体の側面斜視図である。
【００１９】
【図３】図３は、図２の線Ａ‐Ａに沿って切ったピストンクラウンおよびスカートの断面図である。
【００２０】
【図４】図４は、軸受構成の要素を示す図２のピストン／接続ロッド組立体の分解組立図である。
【００２１】
【図５Ａ】図５Ａは、第１冷却噴射口構造を示す、図２の線Ａ‐Ａに沿って切ったピストン／接続ロッド組立体の断面図である。
【００２２】
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２冷却噴射口構造を示す、図２の線Ｂ‐Ｂに沿って切ったピストン／接続ロッド組立体の断面図である。
【００２３】
【図６】図６は、第２端面構造を有するピストンのクラウンおよびスカートの断面図である。
【００２４】
【図７Ａ】図７Ａは、第１冷却噴射口構造の第１変形例を持つ軸受に組み付けられた図６のピストンを示す断面図である。
【００２５】
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２冷却噴射口構造の変形例を持つ軸受に組み付けられた図６のピストンを示す断面図である。
【００２６】
【図８】図８は、１つ以上の冷却噴射をピストンの中央ギャラリに送達するための冷却噴射口構造を示す、図２の線Ａ‐Ａに沿って切ったピストン／接続ロッド組立体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
詳細な説明
２サイクルエンジン（ｔｗｏ−ｓｔｒｏｋｅ  ｃｙｃｌｅ  ｅｎｇｉｎｅ）は、クランクシャフトの完全な１回転およびクランクシャフトに接続されたピストンの２行程によりパワーサイクルが完了する内燃機関である。２サイクルエンジンの一例は、１対のピストンがシリンダのボア内に対向して配置される対向ピストンエンジンである。エンジンの動作中に、ピストンの端面間に形成される燃焼室で燃焼が起こる。
【００２８】
図１に示される通り、対向ピストンエンジン４９は、少なくとも１つのポート付きシリンダ５０を有する。例えば、エンジンは１つのポート付きシリンダ、２つのポート付きシリンダ、３つのポート付きシリンダ、または４つ以上のポート付きシリンダを有することができる。例証として、エンジン４９は、複数のポート付きシリンダを有すると想定されている。各シリンダ５０はボア５２を有する。排気ポート５４が吸気ポート５６から長手方向に間隔をおいて配置されるように、シリンダのそれぞれの端部に排気および吸気ポート５４および５６が形成される。排気および吸気ポート５４および５６の各々は、１つ以上の周方向の開口配列を含む。排気および給気ピストン６０および６２は、それらの端面６１および６３が相互に対向する状態で、ボア５２内に摺動自在に配置される。排気ピストン６０はクランクシャフト７１に連結され、給気ピストンはクランクシャフト７２に連結される。ピストンは各々、軸受７４および接続ロッド７６によってその関連クランクシャフトに連結される。
【００２９】
エンジン４９の可動部を潤滑するために油を供給する潤滑システムは油溜り８０を含み、そこから加圧油がポンプ８２によって主ギャラリ８４に圧送される。主ギャラリは、典型的には主軸受（図示せず）の穿孔８６を介して、加圧油をクランクシャフト７１および７２に供給する。主軸受の溝から、加圧油は接続ロッド７６の大端軸受の溝に提供される。そこから加圧油は接続ロッドの穿孔７７を介して軸受７４へ流動する。
【００３０】
限定することを意図しない一部の態様では、エンジン４９はスーパーチャージャ１１０およびターボチャージャ１２０を含む空気管理システム５１を備える。ターボチャージャは、共通シャフト１２３上で回転するタービン１２１およびコンプレッサ１２２を含む。タービン１２１は排気サブシステムに連結され、コンプレッサ２２は給気サブシステムに連結される。排気ポート５４から導管１２５内に流れ込む排ガスは、タービン２１を回転させる。これはコンプレッサ１２２を回転させ、コンプレッサは吸気を圧縮することによって給気を発生させる。コンプレッサ１２２によって出力される給気は導管１２６内を流れ、そこからスーパーチャージャ１１０によって吸気ポート５６の開口に圧送される。
【００３１】
対向ピストンエンジンの動作サイクルはよく理解されている。それらの端面６１、６３の間で発生する燃焼に応答して、対向ピストン６０、６２はシリンダ内のそれぞれの上死点（ＴＣ）位置から遠ざかる。ＴＣから移動しながら、ピストンは、それぞれの下死点（ＢＣ）位置に接近するまで、それらの関連ポートを閉じたまま維持する。ピストンは、排気および吸気ポート５４、５６が同調して開閉するように同期して移動することができる。代替的に、一方のピストンは他方のピストンより位相が進むことができ、その場合、吸気および排気ポートは異なる開閉時間を有する。ピストンがそれらのＢＣ位置を通過すると、排気ポート５４から流出する排出物は、吸気ポート５６を介してシリンダ内に流入する給気に取って代わられる。ＢＣに到達後、ピストンは方向を逆転し、ポートはピストンによって再び閉じられる。ピストンがＴＣに向かって移動し続ける間、シリンダ５０内の給気は端面６１および６３の間で圧縮される。ピストンがシリンダボア内でそれぞれのＴＣ位置に進むにつれて、燃料がノズル１００を介して給気中に噴射され、給気と燃料の混合物は、ピストン６０および６２の端面６１および６３の間に形成される燃焼室で圧縮される。混合物が点火温度に達すると、燃料は発火する。燃焼が起き、ピストンをそれぞれのＢＣ位置に向かって離隔駆動させる。
【００３２】
場合によっては、対向端面６１および６３は同一に構成され、かつピストン６０および６２は、それらが配置されたシリンダの軸に対して回転対称に配置される。例えば出願人の米国特許公開第２０１１／０２７１９３２号明細書および米国特許公開第２０１３／０２１３３４２号明細書に記載されかつ図示されたピストン端面構造を参照されたい。他の場合によっては、対向端面６１および６３は、回転対向を必要としない相補的構造を有する。例えば出願人の国際公開第２０１２／１５８７５６号および関連米国出願第１４／０２６，９３１号明細書に記載されかつ図示されたピストン端面構造を参照されたい。
【００３３】
図１に示すエンジン４９のような対向ピストンエンジンのピストンの熱的設計に、アンダークラウン冷却を含めることが好ましい。したがって、本明細書に記載されかつ図示されたアンダークラウン冷却の実施形態は、効果的なピストンの熱性能を実現するために、ピストンの熱管理の他の態様と組み合わせることができる。アンダークラウンの冷却および他の目的は、対向ピストンエンジンのピストン軸受に加圧潤滑油を蓄積することによって、かつ蓄積された油を１つ以上の噴射によって軸受を潤滑するためかつピストンのアンダークラウンを冷却するためにも軸受から一定量を供給することによって、達成される。
【００３４】
第１端面の構造
図２は、ピストンが同一端面を有する対向ピストンエンジンで使用されるピストン組立体の斜視図である。この場合、説明は単一のピストンに向けられているが、それは対向する相手ピストンにも適用されることを理解されたい。ピストン組立体はピストン２００およびその関連接続ロッド２１０を含む。ピストン２００はクラウン２０３およびスカート２０５を有する。クラウンの端面２０６は、同一形状の対向するピストンの端面と協働して燃焼室を形成するように構成される。クラウンの側壁にはランドおよびリング溝２０７が設けられる。図２、図３、および図４を参照すると、ピストンは、燃焼が作用する端面２０６の後ろまたは下に位置するピストンクラウン２０３の部分であるアンダークラウン２０８を含む。接続ロッド２１０は、クランクシャフト（図示せず）のクランクスローに連結するための大端部２１１を有する。大端部２１１の軸受面に油溝２１２が形成される。油送達通路２１３（図５Ｂに最もよく示される）は、油溝２１２から小端部２１５まで接続ロッド２１０に長手方向に延びる。
【００３５】
図２および図３の通り、端面２０６の輪郭は、バルク空気運動成分と相互作用して燃焼室における給気乱流を増強する窪み２１４を含む複雑な湾曲面によって形成される隆起２０９を含む。燃焼中に、隆起２０９および／または窪み２１４を含むクラウンの部分に１つ以上のホットスポットが発生することがある。
【００３６】
ピストン軸受の構造および潤滑
図４、図５Ａ、および図５Ｂに関連して、ピストン２００は、アンダークラウン２０８に固定されかつスカート２０５によって囲まれた空間に配置された軸受２１７を含む。図４および図５Ｂの通り、軸受構造は軸受支持部材２１９ａおよび２１９ｂを含む。軸受支持部材２１９ａは、ねじ式締結具によって小端部２１５に取り付けられたリストピン２２１（「ジャーナル」または「ガジオンピン」とも呼ばれる）を受容する軸受面２２０を含む。場合によっては、軸受支持部材２１９ａおよび２１９ｂはリストピン２２１を中心に接合され、アンダークラウン２０８の内部構造に螺合着座する締結具２１８によってアンダークラウンに固定される。図４に示す通り、軸受支持部材２１９ｂの開口２２３は接続ロッド２１０を受容する。組み立てられたときに、軸受支持部材２１９ａ、２１９ｂは、開口２２３内の接続ロッド２１０の円弧状揺動によって引き起こされる軸受面２２０上での揺動ができるようにリストピン２２１を保持する。
【００３７】
図４および５Ｂの通り、リストピン２２１は、リストピン２２１に穿孔された油入口通路２２４およびリストピン２２１に穿孔された１つ以上の油出口通路２２５と流体連通する内部油溜り２２２を含む。油出口通路２２５と整列し連通する軸受面２２０に周方向給油溝２２７が形成される。図４に最もよく示された一部の態様では、油溜り２２２は、対向端およびリストピン２２１の揺動軸線に対応する軸線を持つ環状凹部として構成することができる。この場合、円筒状シャフト２５０はリストピン２２１の円筒状内面２２８に受容される。フランジ２５２はシャフト２５０の一端に固定され、シャフトの反対側の端部は、シャフト２５０をリストピン２２１の円筒状内面２２８と同軸上に整列して保持するように、別のフランジ２５４に螺着される。図４および図５Ｂに示す通り、シャフト２５２の小さい直径は結果的に、それ自体と内面２２８との間に環状空間を形成する。他の場合、油溜りは、リストピン２２１のキャップドまたはストッパードドリリング（ｃａｐｐｅｄ  ｏｒ  ｓｔｏｐｐｅｒｅｄ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ、キャップまたは留め具のドリルによる孔あけ）によって形成することができる。
【００３８】
図５Ｂに関連して、加圧油は、図１の輸送路８０、８２、８４、８６によって示されるように大端油溝２１２に輸送される。油溝２１２から、加圧油は油溜り入口通路２２４を介して油溜り２２２に送達される。油溜り２２２に受容された加圧油は出口通路２２５を介して複数の流れで給油溝２２７に提供され、そこから軸受面２２０とリストピン２２１との間の軸受界面を潤滑するように流れる。
【００３９】
一部の態様では、必須ではないが、軸受２１７は揺動ジャーナル軸受（「二軸」軸受とも呼ばれる）として構成することができる。そのような軸受は出願人の米国特許出願第１３／７７６，６５６号明細書に記載されている。この場合、軸受面２２０は、軸線方向に間隔をおいて偏心配置された複数の表面セグメントを含み、リストピン２２１は、対応する軸線方向に間隔をおいて偏心配置された複数のリストピンセグメントを含む。そのような場合、軸受面２２０は、第１中心線を共有する２つの側方表面セグメントと、２つの側方表面セグメントを分離しかつ第１中心線から偏位した第２中心線を有する中央表面セグメントとを備えた、半円筒形状を有することができる。そのような場合、周方向給油溝２２７は、軸受面２２０の中央表面セグメントと側方表面セグメントとの間の境界に形成される。場合によっては、リストピン２２１の外面に、間隔をおいて配置された周方向溝２２６を有することができ（図４に最もよく示される）、かつ軸受界面の潤滑を増強するために、１つ以上の周方向に間隔をおいて配置された軸線方向の給油溝（図示せず）を軸受面２２０に形成することもできる。
【００４０】
ギャラリ冷却：
図３、図４、および図５Ａに最もよく示される通り、アンダークラウン２０８は、クラ
ウン２０３の内部の１つ以上のギャラリを流れる潤滑油によって冷却される。好ましくは、ギャラリは、軸受支持部材２１９ａの上面に床が設けられた、アンダークラウン２０８内の畏敬空間を含む。例えば、環状ギャラリ２５６はクラウン２０３の外周をたどり、中央ギャラリ２５７を取り囲む。環状ギャラリ２５６は穴２５８を介して中央ギャラリ２５７と連通する。環状ギャラリ２５６は、隆起２０９の下で２６０のように立ち上がる非対称なプロファイルを有する。中央ギャラリ２５７は端面２０６の最深部に当接する。アンダークラウンを冷却するための潤滑油は、加圧油の高速噴射を介してギャラリに提供される。噴射は環状ギャラリの内面の最高位置２６０にぶつかり、隆起２０９の下のアンダークラウン２０８の部分を衝突により冷却する。噴射によって運ばれた油はそこから環状ギャラリ２５６全体に流れる。環状ギャラリ２５６から潤滑油は中央ギャラリ２５７内に流入し、そこで隆起２０９の内側に沿ってアンダークラウンの中央部分に連続的に灌注する。環状ギャラリ２５６全体を流れる潤滑油は、ランドおよびリング溝２０７に当接するアンダークラウン２０８の環状部分を洗浄かつ冷却する。ピストンの往復運動は潤滑油を撹拌し、それは潤滑油を環状ギャラリ２５６内で循環させる。撹拌およびピストン運動に応答して、油は環状ギャラリ２５６から中央ギャラリ２５７内へも流入する。ピストンの往復運動はまた、中央ギャラリ２５７に集まりまたは蓄積した油をも撹拌して、端面２０６の中央部分の下のアンダークラウン２０８を冷却する。油は、中央ギャラリ２５７の底部から軸受構造内の１つ以上の通路を介して、スカート２０５の内部に流入する。そこから油はスカート２０５の開口端から外に流れ出る。
【００４１】
出願人の米国特許公開第２０１２／００７３５２６号明細書に記載された先行技術のギャラリ冷却構造では、アンダークラウンを冷却するための潤滑油の噴射は、ピストンから分離しピストンの外部にありピストンに対して固定されたノズルから、ピストンギャラリに提供される。これから説明する実施形態では、油噴射はピストン自体の要素から供給され、ピストン軸受の油溜りから供給される。
【００４２】
冷却噴射構造
これまで記載したピストン潤滑構造に関連して、潤滑のために軸受油溜りに送達される加圧油は同時に、対向ピストンエンジンのアンダークラウンの冷却に使用することができる。一部の態様では、軸受油溜りから得られる加圧油は、ピストンアンダークラウンを冷却するために高速の流れまたは噴射の形で提供される。以下、そのような噴射を便宜上かつ簡潔を期すために、「冷却噴射」と呼ぶ。冷却噴射は、軸受油溜りと流体連通した冷却噴射口から提供される。受け取った加圧潤滑油から構成される少なくとも１つの冷却噴射は、衝突によってアンダークラウンの一部分を冷却するように、各ピストン軸受から提供される。噴射された油は、アンダークラウンの残部を衝突によって冷却する冷却材が絶えず補充されるように、アンダークラウン部分からピストン冷却ギャラリ内に流入する。冷却噴射は固定することができ、あるいは揺動運動により掃射することができる。
【００４３】
図４、図５Ａ、および図５Ｂは、２つの冷却噴射の実施形態を示す。両方の実施形態が１つ以上の図に一緒に示されているが、これは便宜上かつ簡潔を期すためである。実際、これらの実施形態は選択肢として提案されている。すなわち、ピストンは、設計上の考慮事項およびコストによる要求に従ってどちらか一方を装備することができる。
【００４４】
第１実施形態
引き続き図４および図５Ａに示す例示的ピストン構造に関連して、第１冷却噴射口の実施形態は、軸受支持部材２１９ａに穿孔または形成された通路２７０から構成される。通路２７０の一端は、給油溝２２７を介して油溜り２２２と連通する。油溜りで受け取った加圧油が給油溝２２７に入ると、油の一部分は通路２７０内に流入し、そこから油は冷却材噴射２７２の形で放出される。通路２７０は、アンダークラウン部分２６０を標的にするように配置されかつ方向付けられる。その結果、冷却材噴射２７２は、隆起２０９に関連付けられるクラウン２０３におけるホットスポットに方向付けられる。図から明らかな通り、軸受支持部材２１９ａはアンダークラウンに固定される。部材２１９ａとアンダークラウン２０８との間の相対運動がないので、噴射２７２はアンダークラウン２０８に対して固定的である。
【００４５】
第２実施形態
代替的な冷却材噴射出口は図４および図５Ｂに最もよく示されており、ここでノズル２７８は、油出口２８０を介して油溜り２２２と流体連通するようにリストピン２２１に取り付けられている。図示される実施例では、油出口２８０はフランジ２５２に形成され、ノズル２７８は油出口に受容されたエルボ継手２８１によってこのフランジに取り付けられる。ノズル２７８は環状ギャラリ２５６内に延び、アンダークラウン部分２６０に向けられる。油溜り２２２に受け取られた加圧油は、油出口２８０およびエルボ継手２８１を介してノズル内に流入する。ノズル２７８から、加圧油は冷却材噴射２８４の形で放出される。図から明らかな通り、リストピン２２１はアンダークラウン２０８に対して揺動運動を受ける。その結果、冷却材噴射２８４はアンダークラウン部分２６０全体を往復して掃射する。
【００４６】
第２ピストン構造
一部の態様では、図２のピストンより複雑な輪郭を有する端面構造のピストンのアンダークラウンに対し２つ以上の冷却噴射を提供することが望ましい。例えば、出願人の国際公開第２０１２／１５８７５６号に記載されかつ図示された対向ピストンエンジン用の第１燃焼室構造は、各々が関連ホットスポットを持つ２つの対向する隆起を備えたピストン端面を含む。そのようなピストンを図６に示す。そこでピストン３００は、端面３０６およびアンダークラウン３０８を備えたクラウン３０３を有する。端面は、対向する隆起３０９の間に画定される、ピストン３００の直径方向に延びる細長い割れ目３０７を含む。図７Ａおよび図７Ｂに最もよく示される通り、アンダークラウン３０８は環状および中央冷却ギャラリを含み、ピストンは、第１および第２冷却噴射実施形態が各々２つの噴射出口を含み各冷却噴射口がアンダークラウンのそれぞれのホットスポット部分に向けられることを除いては、軸受２１７の構造と同一の軸受構造を含む。
【００４７】
中央ギャラリ冷却
図３および図８を参照して、一部の態様では、ピストン２００のアンダークラウン２０８を、潤滑油の中央ギャラリ２５７への流れおよび中央ギャラリ内の流れによって冷却することが望ましい。そのような場合、冷却噴射口の実施形態は、軸受支持部材２１９ａに穿孔または形成された通路２７５から構成される。通路２７５の一端は給油溝２２７を介して油溜りと流体連通する。油溜りに受け取られた加圧油が給油溝２２７に入ると、その一部分は通路２７５内に流入し、そこから冷却材噴射の形で放出される。通路２７５は、中央ギャラリ２５７を標的にするように配置され、かつ方向付けられる。その結果、冷却材噴射は、窪み２１４の最深部に関連付けられるクラウン２０３の部分に方向付けられる。部材２１９ａとアンダークラウン２０８との間の相対運動がないので、通路から放出される噴射はアンダークラウン２０８に対し固定的である。一部の態様では、２つ以上の冷却材噴射を中央ギャラリ２５７に向けることが望ましい。これは、図８に点線で示す第２通路２７５によって達成される。図６および図７Ａに関連して、割れ目３０７の最深部の下にある下面部に液体冷却材を送達するクラウン３０３の中央冷却ギャラリ内に、潤滑油の１つ以上の冷却噴射を注入できるように、ピストン３００に同じ装備を設けることができることは明らかである。
【００４８】
対向ピストンエンジンの動作方法
図に関連して、エンジン４９のような対向ピストンエンジンは、少なくとも１つのシリンダ５０と、本書に記載した軸受構造を備えた１対のピストン２００とを含む。ピストンはシリンダのボア５２内に相互に対向して配置され、各ピストンは軸受２１７によってそれぞれの接続ロッド２１０に接続される。エンジンは、各軸受２１７に加圧油の流れを提供することを含む方法によって動作する。各軸受２１７への加圧油の流れは、軸受のリストピン２２２に受け取られる。リストピンにおける加圧油に応答して、受け取られた加圧油の各リストピンからの複数の流れは、それぞれの軸受界面を潤滑するために提供され、受け取られた加圧油の少なくとも１つの噴射は各軸受の固定部および運動部の１つから提供され、各噴射はそれぞれのピストンアンダークラウン部分を標的とする。この方法では、加圧油の流れはリストピンの油溜りに受け取られる。この方法で、各軸受の可動部から噴射を提供することは、リストピンから噴射を提供することを含む。この方法で、各軸受の可動部から噴射を提供することは、それぞれのピストンアンダークラウン部分全体に噴射を掃射することを含む。
【００４９】
本書に記載した冷却構造の実施形態、ならびにそれらを実現する装置および方法は例証であって、限定を意図するものではない。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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