(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部燃焼エンジンのためのピストンアセンブリであって、
環状外壁および環状内壁によってともに接合される上部クラウンと下部クラウンとを有するピストンヘッドを備え、前記上部クラウンは、上部燃焼表面と前記上部クラウンの中に垂下する燃焼ボウルとを有し、下方クラウン表面は前記燃焼ボウルに対向して設けられ、前記下部クラウンは、上壁と、前記上壁から垂下する横方向に離間された一対のピンボスとを有し、前記ピンボスは、ピンボア軸に沿って互いに軸方向に整列されるピンボアと、前記上壁に形成されかつ前記ピンボス間に延在して前記ピンボアを備える連続するベアリング表面を形成するための凹形状のベアリング表面と、前記環状外壁と前記環状内壁との間で画定されるトロイド状の外側冷却ギャラリと、前記環状内壁によって画定される内側冷却ギャラリとを有し、前記上壁は、少なくとも一つのオイル注入口と、前記内側冷却ギャラリの中へ延在する少なくとも一つのオイル排出口とを有し、ピストンアセンブリは、
貫通孔を有するリストピンと、
前記リストピンとの共同の振動のために前記リストピンに固定される端部を有するコネクティングロッドとを備え、前記コネクティングロッドは、前記リストピンの前記貫通孔と前記オイル注入口との流体接続のために整列されて、前記コネクティングロッドを通って、前記リストピンを通って、および前記オイル注入口を通って、前記内側冷却ギャラリの中へ、および前記少なくとも一つのオイル排出口を通って前記内側冷却ギャラリから外側にオイルが流れることを可能にする、オイル通路を有する、ピストンアセンブリ。
【請求項２】
前記オイル通路は、前記貫通孔との不断の流体接続のために、および前記少なくとも一つのオイル注入口との断続的な流体接続のために構成される、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも一つのオイル排出口は、前記リストピンの外面上に直接オイルを導くために整列される、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも一つのオイル排出口は、前記リストピンの外面に実質的に接して整列される、請求項３に記載のピストンアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも一つのオイル排出口は、互いに前記ピンボア軸の対向する側上に形成される一対のオイル排出口を含む、請求項４に記載のピストンアセンブリ。
【請求項６】
一つの前記オイル注入口は、前記ピストンが往復する中心長手方向軸に沿って整列される、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項７】
前記外側冷却ギャラリ内に前記下方クラウン表面に沿って径方向に延在する複数の補強リブをさらに含む、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項８】
前記上壁は、前記内側冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成し、前記上壁は、前記外側冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項９】
前記貫通孔は第１長手方向軸に沿って延在し、前記通路は第２長手方向軸に沿って延在し、前記第１長手方向軸は前記第２長手方向軸対して傾けられる、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１０】
内部燃焼エンジンのためのピストンであって、
上部クラウンと下部クラウンとを有するピストンヘッドを備え、前記上部クラウンは、前記上部クラウンの中に垂下する燃焼ボウルを有する上部燃焼表面を含み、燃焼ボウルに対向する下方クラウン表面を備え、前記上部クラウンはさらに、環状上部外壁部と、前記下方クラウン表面から垂下する環状上部内壁部とを含み、前記上部内壁部は、前記上部外壁部から径方向内側に離間され、
前記下部クラウンは、前記上部クラウンから垂下し、リストピンの受容のために軸方向に整列されたピンボアを有する横方向に離間された一対のピンボスと、前記ピンボス間に延在する直径方向に対向する一対のスカート部とを含み、前記下部クラウンは、前記ピンボス間に延在する凹形状のサドルベアリング表面を有する上壁を含んで、前記ピンボアとの組み合わせで、連続するベアリング表面を提供し、前記下部クラウンは、環状下部外壁部と環状下部内壁部とを含み、前記環状下部外壁部および前記環状下部内壁部は、前記上壁から上方向に延在し、前記環状上部外壁部および前記環状下部外壁部は、互いに固定され、前記環状上部内壁部および前記環状下部内壁部は互いに固定され、内側冷却ギャラリを取り囲むトロイド状の外側冷却ギャラリを形成し、
前記サドルベアリング表面を通って前記内側冷却ギャラリの中へ延在する少なくとも一つのオイル注入口をさらに含み、
前記外側冷却ギャラリは、少なくとも１つの外側オイル注入口と少なくとも１つの外側オイル排出口とを含み、前記少なくとも１つの外側オイル注入口と前記少なくとも１つの外側オイル排出口との双方は、いずれも、前記サドルベアリング表面から横方向に離間して配置されており、前記サドルベアリング表面に連通しておらず、且つ、前記一対のスカート部の内側に形成された空間に開いて連通している、ピストン。
【請求項１１】
前記サドルベアリング表面と概ね接する関係で前記上壁を通って延在して、オイルが前記内側冷却ギャラリから前記リストピン上へ外側に流れることを可能にする、少なくとも一つのオイル排出口をさらに含み、
前記少なくとも一つのオイル排出口は、互いに前記ピンボアのピンボア軸の対向する側上に形成される、一対のオイル排出口を含む、請求項１０に記載のピストン。
【請求項１２】
前記サドルベアリング表面と概ね接する関係で前記上壁を通って延在して、オイルが前記内側冷却ギャラリから前記リストピン上へ外側に流れることを可能にする、少なくとも一つのオイル排出口をさらに含み、
前記少なくとも一つのオイル注入口は、前記ピストンが往復する中心長手方向軸に沿って整列される、請求項１０に記載のピストン。
【請求項１３】
前記内側冷却ギャラリは封止されている、請求項１０に記載のピストン。
【請求項１４】
内部燃焼エンジンのためのピストンアセンブリを構成する方法であって、
上部クラウンと下部クラウンとを有するピストンヘッドを形成することと、
その中に垂下する燃焼ボウルを有する上部燃焼表面を有し、前記燃焼ボウルに対向する下方クラウン表面を備える、前記上部クラウンを形成することと、
前記下方クラウン表面から垂下する環状上部外壁部と環状上部内壁部とを形成することと、
前記下部クラウンの上壁から垂下し、リストピンの受容のための軸方向に整列されたピンボアを有する、横方向に離間された一対のピンボスを形成することと、
前記ピンボス間に延在する、直径方向に対向する一対のスカート部を形成することと、
前記下部クラウンの前記上壁に前記ピンボス間に延在する凹形状のサドルベアリング表面を形成することと、
前記サドルベアリング表面を通る少なくとも一つのオイル注入口を形成することと、
前記下部クラウンの前記上壁に少なくとも一つのオイル排出口を形成することと、
環状下部外壁部と、前記上壁から上方向に延在する環状下部内壁部とを有する、前記下部クラウンを形成することと、
前記環状上部外壁部と前記環状下部外壁部とを互いに固定し、前記環状上部内壁部と前記環状下部内壁部とを互いに固定し、内側冷却ギャラリを取り囲むトロイド状の外側冷却ギャラリを形成することと、
前記リストピンと共同の振動のために前記リストピンにコネクティングロッドの端部を固定し、前記コネクティングロッドのオイル通路を前記リストピンの貫通孔との流体接続へ持ち込むことと、
前記サドルベアリング表面に対する前記リストピンの往復の間に、前記上壁の前記少なくとも一つのオイル注入口との流体接続のために、前記リストピンの前記貫通孔を構成することと、
前記コネクティングロッドに、前記リストピンの前記貫通孔と前記オイル注入口との流体接続のために整列されて、前記コネクティングロッドを通って、前記リストピンを通って、および前記オイル注入口を通って、前記内側冷却ギャラリの中へ、および前記少なくとも一つのオイル排出口を通って前記内側冷却ギャラリから外側にオイルが流れることを可能にする、前記オイル通路を形成することとを備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１４年１２月３０日に提出された米国仮出願第６２／０９８，１８１号および２０１５年１２月２８日に提出された米国特許出願第１４／９８１，３１９号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、内部燃焼エンジンに関し、より明確には、ピストンおよびそれらの構成方法に関する。
【背景技術】
【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、燃料燃焼を向上させること、オイル消費を低減すること、車両内のその後の熱の使用のために排出温度を上昇させること、圧縮負荷およびシリンダボア内の温度を増加させること、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等の、エンジンの効率および性能を改良するための増加する要求に遭遇している。これらの目標を達成するために、ピストンの大きさおよび圧縮高さは、低減される必要がある。しかしながら、燃焼室内の増加された温度および圧力負荷は、動作可能な熱的制限および負荷制限内で維持されるために、強固なピストンを要求する。このように、燃焼室内の温度および圧縮負荷を増加させることが望ましいが、これらの増加が圧縮高さ、したがってエンジン全体の大きさが低減され得る程度を制限するという点で、トレードオフが存在する。さらに、エンジンの重量が低減され得る程度は、ピストン上に配置される増加された温度および負荷の要求が、ピストンが強固でかつ鋼鉄からなることを要求するという点で、妥協される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明に従って構成されるピストンは、開示を読み本明細書の図面を参照すれば当業者にとって明らかになるように、低減された圧縮高さおよび低減された重量を有すると同時に、上記に述べられた現代の性能の要求に耐えることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の要約
この発明の一つの観点に従って構成されるピストンは鋼鉄で構成される。これにより、現代の高性能のエンジンに見られるような、シリンダボア内の増加された圧縮負荷に耐えるための高められた強度および耐久性を有するピストンを提供する。ピストンの強度および堅牢さをさらに高めるために、トロイド状の外側冷却ギャラリは、下方クラウン表面に沿って延在する、周方向に離間された複数のリブを含み、リブは、外側リングベルト領域と外側冷却ギャラリの内壁との間で径方向に延在する。さらに、ピストンを冷却することを高めるために、外側冷却ギャラリに加えて、ピストンは、閉鎖された、または実質的に閉鎖された、中央の内側冷却ギャラリをさらに含む。これにより、ピストンが現代の高性能エンジンで遭遇される上昇された温度に耐えることを可能にする。さらに、ピストンの新規の形状のために、ピストンの圧縮高さ（compression height、ＣＨ）および重量は、最小化されることができる。これにより、よりコンパクトかつ軽量にされるためにピストンが配置されるエンジンを可能にする。
【０００６】
本発明の一つの観点に従えば、内部燃焼エンジンのためのピストンアセンブリが提供される。ピストンアセンブリは、リストピンを介してピストンヘッドに動作可能に結合されるコネクティングロッドを有するピストンヘッドを含む。ピストンヘッドは上部クラウンと下部クラウンとを有し、上部クラウンはその中に垂下する燃焼ボウルを有する上部燃焼表面を形成し、燃焼ボウルに対向して設けられる下方クラウン表面を有する。上部クラウンはさらに、少なくとも部分的にリングベルト領域を形成する周方向に連続する上部外壁部と、下方クラウン表面から垂下する周方向に連続する上部内壁部とを含む。上部内壁部は、上部外壁部と概ね同心の関係で、上部外壁部から径方向内側に離間される。下部クラウンは、上部クラウンから垂下して、リストピンの受容のために構成される軸方向に整列されたピンボアを有する、一対の横方向に離間されたピンボスを形成する。一対の直径方向に対向するスカート部は、ピンボス間に延在し、下部クラウンの上壁は、その中に形成される凹形状のサドルベアリング表面を有する。ベアリング表面は、ピンボス間に延在して、リストピンの全長に当接するピンボアとの組み合わせで、連続するベアリング表面を提供する。上壁は、少なくとも一つのオイル注入口と、少なくとも一つのオイル排出口とを有し、ピストンアセンブリを冷却することを容易にする。下部クラウンは、周方向に連続する下部外壁部と、周方向に連続する下部内壁部とを有し、両者は上壁から上方向に延在する。環状の上部外壁部および下部外壁部は互いに固定され、環状の上部内壁部および下部内壁部は互いに固定され、これにより、中央の内側冷却ギャラリを取り囲むトロイド状の外側冷却ギャラリを形成する。コネクティングロッドは、リストピンとの共同の振動のために、リストピンに固定される端部を有する。リストピンは、その長さに対して概ね横向きで延在する貫通孔を有する。コネクティングロッドは、貫通孔との流体接続のために整列されるオイル通路を有して、オイルがコネクティングロッドを通って、リストピンを通って、およびオイル注入口を通って、内側冷却ギャラリの中へ流れることを可能にする。オイルは、少なくとも一つのオイル排出口を通って内側冷却ギャラリから外側へ自由に流れる。
【０００７】
本発明の別の観点に従えば、オイル通路はリストピンの貫通孔との不断の流体接続のために、およびオイル注入口との断続的な流体接続のために設けられる。
【０００８】
本発明の別の観点に従えば、少なくとも一つのオイル排出口は、リストピンの外面上へ直接オイルを導くように整列される。
【０００９】
本発明の別の観点に従えば、少なくとも一つのオイル排出口は、リストピンの外面に実質的に接するように整列されて、リストピンを潤滑することを容易にする。
【００１０】
本発明の別の観点に従えば、少なくとも一つのオイル排出口は、互いにピンボア軸の両側上に形成される、一対のオイル排出口を含むように、設けられ得る。一対のオイル排出口のそれぞれは、リストピンの両側上へ直接オイルを導くように設けられて、リストピンボア内のリストピンの潤滑を高める。
【００１１】
本発明の別の観点に従えば、オイル注入口は、ピストンが往復する中心長手方向軸に沿って整列されて、リストピンが振動するときにリストピンの開口部と断続的な整列を提供することを容易にする。
【００１２】
本発明のさらなる観点に従えば、径方向に延在する複数の補強リブは、外側冷却ギャラリ内の下方クラウン表面に沿って延在するように設けられ得る。補強リブは、下部クラウンの上壁から離間される。
【００１３】
本発明の別の観点によれば、外側冷却ギャラリは、下方クラウン表面に沿って、補強リブを用いて、または補強リブなしで形成されることができる。
【００１４】
本発明のさらなる観点に従えば、上壁は、中央の冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成して、ピストンの圧縮高さを低減することを容易にする。
【００１５】
本発明のさらなる観点に従えば、上壁は、環状の外側冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成して、ピストンの圧縮高さを低減することを容易にする。
【００１６】
本発明の別の観点に従えば、上部クラウンおよび下部クラウンは、摩擦溶接または誘導溶接を介して、互いに結合され得る。
【００１７】
本発明の別の観点に従えば、上部クラウンおよび下部クラウンは、キャスト工程で材料の一体片として形成されることができる。
【００１８】
本発明の別の観点に従えば、内部燃焼エンジンのためのピストンが提供される。ピストンは、上部クラウンと下部クラウンとを有する、ピストンヘッドを含む。上部クラウンは、その中に垂下する燃焼ボウルを有する上部燃焼表面を形成し、燃焼ボウルに対向する下方クラウン表面を有する。上部クラウンはさらに、周方向に連続する上部外壁部を含む。上部外壁部は、少なくとも部分的にリングベルト領域を形成し、さらに下方クラウン表面から垂下する周方向に連続する上部内壁部を含む。上部内壁部は、上部外壁部と概ね同心の関係で上部外壁部から径方向内側に離間される。下部クラウンは、上部クラウンから垂下して、リストピンの受容のための軸方向に整列されたピンボアを有する、一対の横方向に離間されたピンボスを形成する。一対の直径方向に対向するスカート部は、ピンボス間に延在し、下部クラウンの上壁は、リストピンの全長に当接するように構成されるピンボアとの組み合わせで、連続するベアリング表面を提供するために、ピンボス間に延在する、凹形状のサドルベアリング表面を有する。下部クラウンは、周方向に連続する環状の下部外壁部と、周方向に連続する環状の下部内壁部とを有し、両者は下部クラウンの上壁から上方向に延在する。上部外側環状壁部および下部外側環状壁部は互いに固定され、上部内側環状壁部および下部内側環状壁部は互いに固定され、これにより、内側冷却ギャラリを取り囲むトロイド状外側冷却ギャラリを形成する。少なくとも一つのオイル注入口は、使用中にリストピンによって実質的に覆われるように、内側冷却ギャラリの中へサドルベアリング表面を通って延在する。少なくとも一つのオイル排出口は、内側冷却ギャラリからのオイルが中央の冷却ギャラリからリストピン上へ外側に流れることを可能にするように、サドルベアリング表面と概ね接する関係で、上壁を通って延在する。
【００１９】
本発明のさらなる観点に従えば、少なくとも一つのオイル排出口は、互いにピンボア軸の両側上に形成される、一対のオイル排出口を含んで、サドルベアリング表面を潤滑することを容易にする。
【００２０】
本発明のさらなる観点に従えば、少なくとも一つのオイル注入口は、ピストンが往復する中心長手方向軸に沿って整列される。
【００２１】
本発明のさらなる観点に従えば、ピストンは、外側冷却ギャラリ内に下方クラウン表面に沿って径方向に延在する、複数の補強リブをさらに含み得る。
【００２２】
本発明のさらなる観点に従えば、上部クラウンと下部クラウンとは、溶接継ぎ手によって互いに接合され得る。
【００２３】
本発明のさらなる観点に従えば、上部クラウンと下部クラウンとは、キャスト工程で材料の一体片として形成され得る。
【００２４】
本発明のさらなる観点に従えば、上壁は、中央の冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成して、ピストンの圧縮高さを低減することを容易にする。
【００２５】
本発明のさらなる観点に従えば、上壁は、環状の外側冷却ギャラリに実質的に平坦な床を形成して、ピストンの圧縮高さを低減することを容易にする。
【００２６】
本発明の別の観点に従えば、内部燃焼エンジンのためのピストンアセンブリを構成する方法が提供される。その方法は、ピストンヘッドを形成することと、リストピンを介してピストンヘッドにコネクティングロッドを動作可能に結合することとを含む。その方法は、上部クラウンと下部クラウンとを有する、ピストンヘッドを形成することを含み、上部クラウンは、その中に垂下する燃焼ボウルを有する上部燃焼表面を形成し、燃焼ボウルに対向する下方クラウン表面を有する。その方法は、少なくとも部分的にリングベルト領域を形成する周方向に連続する上部外壁部と、下方クラウン表面から垂下する周方向に連続する上部内壁部とを形成することを含む。その方法はさらに、上部クラウンから垂下する下部クラウンを形成して、リストピンの受容のために軸方向に整列される凹形状のピンボアを有する、一対の横方向に離間されたピンボスを形成することを含む。さらに、ピンボス間に延在する一対の直径方向に対向するスカート部と、ピンボス間に延在する凹形状のサドルベアリング表面を有する上壁とを形成して、リストピンの全長に当接するピンボアとの組み合わせで、連続するベアリング表面を設ける。さらに、サドルベアリング表面を通る、少なくとも一つのオイル注入口の開口と、少なくとも一つのオイル排出口の開口とを形成する。さらに、周方向に連続する下部外壁部と周方向に連続する下部内壁部とを有し、両者は上壁から上方向に延在する、下部クラウンを形成し、上部外側環状壁部と下部外側環状壁部とを互いに固定し、上部内側環状壁部と下部内側環状壁部とを互いに固定する。これにより、内側冷却ギャラリを取り囲むトロイド状の外側冷却ギャラリを形成する。さらに、リストピンとの共同の振動のために、コネクティングロッドの端部をリストピンに固定し、リストピンの貫通孔との流体接続するコネクティングロッドにオイル通路を設ける。リストピンの貫通孔は、サドルベアリング表面に対するリストピンの潤滑の間に、上壁の少なくとも一つのオイル注入口との流体接続に持ち込まれる。
【００２７】
本発明の別の観点に従えば、その方法は、リストピンの貫通孔との不断の流体接続において、上壁の少なくとも一つのオイル注入口との断続的な流体接続のために、コネクティングロッドにオイル通路を構成することを含み得る。
【００２８】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、リストピンの外面上にオイルを直接導くための、少なくとも一つのオイル排出口を整列することを含み得る。
【００２９】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、リストピンの外面に実質的に接する関係で、少なくとも一つのオイル排出口を整列することを含み得る。
【００３０】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、互いにピンボア軸の両側上に一対のオイル排出口として、少なくとも一つのオイル排出口を形成することを含み得る。
【００３１】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、ピストンが往復する中心長手方向軸に沿って、少なくとも一つのオイル排出口を整列することを含み得る。
【００３２】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、外側冷却ギャラリ内に下方クラウン表面に沿って径方向に延在する複数の補強リブを形成することを含み得、補強リブは下部クラウンの上壁から離間される。
【００３３】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、下方クラウン表面に沿って補強リブを用いて、または補強リブなしで、内側冷却ギャラリを形成することを含み得る。
【００３４】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、摩擦溶接または誘導溶接を介して、上部クラウンと下部クラウンとを互いに接合することを含み得る。
【００３５】
本発明の別の観点に従えば、その方法はさらに、キャスト工程で材料の一体片として、上部クラウンおよび下部クラウンを形成することを含み得る。
【００３６】
これらの観点および他の観点、特徴ならびに本発明の利点は、現在好ましい実施形態および最良の形態の以下の詳細な説明、ならびに添付された請求項および添付の図面と結び付けて考慮されるとき、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ピストンのピンボア軸に概ね沿って取られた側部断面図であり、本発明の一つの観点に従って構成されるコネクティングロッドアセンブリを示す図である。
【図２】ピストンのピンボア軸に対して概ね横方向に取られた側部断面図であり、図１のコネクティングロッドアセンブリを示す図である。
【図３】ピンボア軸に概ね沿って取られた、図１のピストンの側部断面図である。
【図４】ピンボア軸に対して概ね横方向に取られた、図１のピストンの側部断面図である。
【図５】ピンボア軸を概ね通って取られた、図１のピストンの下部断面図である。
【図６】本発明の別の観点に従って構成されるピストンの図３に類似の図である。
【図７】ピンボア軸に対して概ね横方向に取られた、図６のピストンの側部断面図である。
【図８】本発明のさらに別の観点に従って構成されるピストンの図３に類似の図である。
【図９】ピンボア軸に対して概ね横方向に取られた、図８のピストンの側部断面図である。
【図１０】ピンボア軸を概ね通って取られた、図８のピストンの下部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
現在好ましい実施形態の詳細な説明
より詳細に図面を参照すると、図１は、以下アセンブリ１０と呼ばれる、ピストンおよびコネクティングロッドアセンブリを図示する。コネクティングロッドアセンブリは、本発明の一つの現在好ましい実施形態に従って構成され、たとえばガスエンジンまたはディーゼルエンジン等の現代のコンパクトな高性能の車両エンジンのような、内部燃焼エンジン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ものである。アセンブリ１０は、ピストン１２と、コネクティングロッド１４と、リストピン１６とを含む。コネクティングロッド１４は、ねじ部品またはファスナを介する等、リストピン１６との共同の振動のために、リストピン１６への固定された取り付けを介して、ピストン１２に動作可能に結合されるが、これは例であって限定ではない。ピストン１２は本体１８を有する。本体１８は、図１〜４に示されるように、初めは別個の部品として製造されて、後に溶接継ぎ手（たとえば、誘導溶接、摩擦溶接、ろう付け接合、電荷キャリア光線、レーザー、抵抗等）のなんらかの形態にわたって、ヘッド領域内で互いに接合される、二つの別片からなる。二つの部分は、底部２０とも呼ばれる下部クラウンと、頂部２２とも呼ばれる上部クラウンとを備える。本明細書における「頂部」、「底部」、「上部」、および「下部」への参照は、ピストン１２に対するものであり、ピストン１２は使用中にピストン１２が往復する垂直長手方向中心ピストン軸Ａに沿って方向付けられる。これは、便宜のためであり、ピストン１２は純粋に垂直である以外の傾きで取り付けられ、動作し得ることが可能であるため、限定されるものであるべきではない。底部２０および頂部２２を構成するために用いられる材料（すなわち合金鋼）は、意図されたエンジン用途におけるピストン１２の要求に応じて、同じであってもよいし（たとえばＳＡＥ１０４０級）、異なっていてもよい。頂部２２は、キャストされてもよく、在庫から製造されてもよく、焼結され、鍛造され、または任意の数の工程によって作成されてもよい。鋼鉄から構成される底部２０および頂部２２は、高められた強度および耐久性を有するピストン１２を提供して、シリンダボア内で上昇された温度および圧縮負荷に耐え、それらの新規の形状のために、リストピン１６およびコネクティングロッド１４とともに、ピストン１２の重量および圧縮高さＣＨ（ピンボア軸Ｂと上部燃焼表面２４との間に延在する距離として図１で特定される）を最小化する。これにより、ピストン１２が配置されるエンジンが、高められた性能を達成し、低減された重量を獲得し、よりコンパクトにされることを可能にする。
【００３９】
ピストン１２のヘッド領域は、上部燃焼表面２４とも呼ばれる環状の頂部壁を有し、その中から垂下する中央燃焼ボウル２６を備える。燃焼ボウル２６は、厚さ（ｔ、図３上で示される）を有する壁２８によって分離される。厚さ（ｔ）は、上部燃焼表面２４と壁２８の下方クラウン表面３０との間に延在する。燃焼ボウル２６の外形は、上部頂点または中心ピーク３２を提供するようにかたどられるように形成される。上部頂点または中心ピーク３２は、ピストン１２の中心軸Ａに沿って同軸的に位置し得る、またはピストン中心軸Ａに対して径方向にずれ得る。燃焼ボウル壁２８の外形は、ピーク３２を取り囲む環状谷部３４も提供し、ピーク３２に対して同心であり、燃焼ボウル２６の最下部を形成するように示される。燃焼ボウル２６の壁２８は、谷部３４から上方向に延在して、通常、使用中に最大の熱が発生される燃焼ボウル縁３３を形成する。
【００４０】
ピストン１０の頂部２２はさらに、少なくとも部分的にリングベルト３８を形成する、周方向に連続する環状の上部外壁部３６をさらに含む。ピストン１０の頂部２２はさらに、周方向に連続する環状の上部内壁部を含み、周方向に連続する環状の上部内壁部は、上部内側リング４０とも呼ばれ、下方クラウン３０から垂下する。上部内側リング４０は、上部外壁部３６と概ね同心の関係で、上部外壁部３６から径方向内側に離間される。リングベルト３８は、ピストンリング（図示せず）が受けられる複数のリング溝を有する。
【００４１】
底部２０は、上部２２から垂下して、横方向に離間された複数のピンボス４２を形成する。複数のピンボス４２は、ピンボア軸Ｂに沿って整列される、軸方向に整列される凹形状のピンボア４４を有する。ピンボア軸Ｂは、リストピン１６の受容のための中心長手方向軸Ａに対して横方向に延在する。一対の直径方向に対向するスカート部４６はピンボス４２間に延在する。下部クラウン２０の平面のまたは実質的に平面の上壁４８は、弓状で凹形状でサドル形状のベアリング表面を有し、弓状で凹形状でサドル形状のベアリング表面はサドルベアリング表面５０とも呼ばれ、ピンボス４２間に延在し、ピンボア４４との組み合わせで、連続するベアリング表面を提供する。結合されたベアリング表面は、リストピン１６の全長に当接する。底部２０の上壁４８は、平坦なまたは実質的に平坦な上面５２を形成し、平坦なまたは実質的に平坦な上面５２は床５２とも呼ばれ（図３）、底部２０の上部領域にわたって延在する。底部２０は、周方向に連続する環状の下部外壁部５４と、周方向に連続する環状の下部内壁部５６とを有し、両者は互いに概ね同心の関係で上面５２から上方向に延在する。
【００４２】
ピストン１２を冷却することおよびリストピン１６を潤滑することを容易にするために、上壁４８は、少なくとも一つの開口部を有し、複数の開口部として示され、ポートまたは開口部５８とも呼ばれる少なくとも一つのオイル注入口、および、オイル排出口、ポートまたは開口部６０とも呼ばれる少なくとも一つの排液開口部を有するように示される。オイル注入口５８は、中心軸Ａに沿って延在するように示され、オイル排出口６０は、リストピン１６の外面とサドルベアリング表面５０とに接してまたは実質的に接して延在するように示される。オイル排出口６０は、リストピン１６の長さに沿って他の場所へずらされまたは形成され得、好ましくはリストピン１６と接しているまたは実質的に接しているままであると考えられるが、オイル注入口５８とオイル排出口６０とはリストピン１６の幅にわたって互いに整列されるように示される。したがって、オイル排出口６０を通ってオイルが流れることは、リストピン１６および連続するサドルベアリング表面５０およびピンボア４４を冷却し、潤滑する。
【００４３】
別個に作られたピストン１２の頂部２２と底部２０とを接合する外側溶接継ぎ手部６２は、底部２０の下部外壁部５４の表面の環状の第１下部接合表面と、頂部２２の上部外壁部３６の上部の第１結接合表面との間に形成される。さらに、内側溶接継ぎ手部６４は、底部２０の下部内壁部５６の第２上部接合表面と、頂部２２の上部内壁部４０の第２上部接合表面との間に形成される。第１溶接継ぎ手部６２は、外壁部３６と下部外壁部５４のそれぞれの長さを変化させることによって、リングベルト３８内の他の位置に形成され得ることが認識されるべきである。さらに、図６および図７の代替の実施形態に示されるように、本発明の別の観点に従って構成されるピストン１２’は、互いに別個の部品を接合する必要なく、材料の一体片として、キャスト工程で構成され得る。実質的にピストン１２のために既に議論されたものと同様の特徴は、図６および図７に示され、したがって、さらなる議論は必要ないと考えられる。
【００４４】
底部２０および頂部２２を互いに固定する際には、実質的に閉鎖されたトロイド状の外側冷却ギャラリ６６がリングベルト３８に隣接して形成される。オイル注入口または開口部６８（図２、４および５）は、底部２０の上壁４８を通って外側冷却ギャラリ６６の中へ延在して、オイルジェットを介する等、オイルがその中に吹きかけられることを可能にするが、これは例であり限定ではない。また、オイル排出口または開口部７０は、わずかにずれるが概ねピストンの直径方向に対向する側上に、底部２０の上壁４８を通って延在して、オイルが外側冷却ギャラリ６６から出ることを可能にする。加えて、内側の中央冷却ギャラリ７２は、外側冷却ギャラリ６６から径方向内側に形成される。内側冷却ギャラリ７２は、下方クラウン表面３０によって形成されるアーチ形天井の概ね円錐形の上面と、底部上部壁４８の上面５２によって形成される平坦な平面の床とを有する。内側冷却ギャラリ７２は、実質的に閉鎖された冷却ギャラリとして形成され得、注入開口部５８および外側開口部６０のみを有する。別の方法では、図８〜１０の代替的な実施形態に示されるように、本発明の別の観点に従って構成されるピストン１２’’は、完全に閉鎖された、封止された内側冷却ギャラリ７２’’を有して形成され得る。封止された冷却ギャラリとして構成された場合、例であり限定ではないが、金属を包含する冷却剤組成物の形態等の冷却剤が冷却がギャラリ７２’’内で封止され得る。金属を包含する組成として設けられた場合、冷却剤の材料は、固体、液体、または固体粒子と液体との混合物の形態で、冷却ギャラリ７２’’の中へ分散され得る。その中に封止される冷媒を包含する内側冷却ギャラリ７２’’によって、リングベルト領域のピストンによって発生される熱は、冷媒上の熱的効果を有しない。したがって、外側冷却ギャラリ６６を通って循環するオイル冷却剤がリングベルト領域をより効率的に冷却することができると同時に、封止された冷媒は上部燃焼表面２４上に増加された冷却効果を与えることができる。別の方法では、封止された内側冷却ギャラリ７２’’には空気の他に、冷媒はまったくなくてもよい。封止された空気が絶縁体として作用することを理解されるべきである。これにより、下にあるサドルベアリング表面およびリストピンを過熱から遠ざける。
【００４５】
本発明のさらなる観点に従えば、頂部２２は、径方向に延在するリブ７４を有して形成され得る。リブ７４は、内壁部４０と外壁部３６との間に延在する。リブ７４は、所望の数で設けられ得、好ましくはピストンの円周の周り互いに等距離に離間される。これにより、軸Ａから径方向外側に離れて延在する「述べられたような」外観を形成する。一実施形態では、リブ７４は、互いに６０度離間される。これにより、他の配置および数またはリブが本明細書で考えられるが、６つのリブを有する。リブ７４は、下方クラウン表面３０から下方向に延在し、底部２０の上面５２までは至らないように示される。これにより、オイルがリブ７４の下を自由に流れることを可能にする。したがって、リブ７４は、実質的に、オイルの流れが、注入開口部６８と排出開口部７０との間で外側冷却ギャラリ６６を通り抜けて循環することを妨げない。リブ７４の存在は、相対的に短く強固だが、ピストンによって耐えられることが可能な圧縮負荷を大いに増加させる。テストは、耐えられることが可能な圧縮負荷の量が約４０パーセントまたはそれ以上増加することを示した。一つの例示的なテストでは、ピストンの圧縮負荷は、ピストンの圧縮負荷は約１８０ｂａｒ（リブ７４なし）〜約２５０ｂａｒ（リブ７４あり）に増加した。
【００４６】
リストピン１６は、少なくとも一つのねじ式開口部を有し、リストピン１６にコネクティングロッド１４を固定するためのファスナ（図示せず）の受容のための、一対のねじ式開口部７６として示される。したがって、リストピン１６とコネクティングロッド１４とは、互いに相対的な動きに対して固定される。リストピン１６はさらに、その中に延在するポケットまたはリセス８２を有する両端部７８，８０を含む。したがって、ピストンアセンブリ１０の重量、および使用中のその慣性モーメントをさらに低減する。さらに、重量低減に対して貢献するものは、貫通孔８４とも呼ばれるオイル孔である。オイル孔は、オイルがそこを通って流れることを可能にするねじ式開口部７６の間の幅方向の中ほどに沿って延在し、したがって、使用中のリストピン１６の冷却および潤滑を高めることを可能にする。さらに、ピンボア４４とサドルベアリング表面５０とに当接するリストピン１６の全長によって、リストピン１６がその全長にわたって支持され、圧縮工程または排気工程の間に片持ち状でないときに、リストピン１６の直径は実質的に低減され得る。したがって、リストピン１６の直径の低減は、アセンブリ１０の重量をさらに低減し、同時に、従来の片持ち状のリストピンの設計に対する増加された燃焼熱に耐えることが可能である。
【００４７】
コネクティングロッド１４は、クランクシャフト（図示せず）のジャーナルに結合するために構成される大端部（図示せず）と、リストピン１６への固定された取り付けのために構成される対向する小端部８６との間の長さにわたって延在する。端部８６は、リストピン１６のねじ式開口部７６との整列のために構成される一対の貫通開口部８８を備えるフランジを有する。ねじ式開口部７６と整列される貫通開口部８８によって、ファスナは貫通開口部８８を通って挿入され、ねじ式開口部７６の中へ通されてリストピン１６にコネクティングロッド１４を固定する。コネクティングロッド１４は、その長さにわたって延在するオイル通路９０を有し、大端部（図示せず）の邪魔になることを回避するために、オイル通路９０はコネクティングロッド１４の長手方向中心軸に対して傾けられる。したがって、オイル通路９０および貫通開口部８４は、リストピン１６の貫通開口部８４との流体接続のために構成されるが、互いに対して傾けられる。したがって、オイル通路９０はリストピン１６の貫通孔８４と整列され、このように、オイルが、コネクティングロッド１４を通って、リストピン１６を通って、注入開口部５８を通って、中央冷却ギャラリ７２の中へ自由に流れることを可能にする。オイルは、排出開口部６０を通って中央冷却ギャラリ７２から自由に排出され得る。このように、リストピン１６は、冷却され潤滑され、同時に中央冷却ギャラリ７２を介して燃焼ボウル壁２８も冷却する。
【００４８】
ピストン１０は、軽い、現代の高性能の車両ディーゼルエンジン用途における使用のために適用される。鋼鉄からなるが、ピストン１０は、その薄壁の設計によって、アルミニウムのピストンアセンブリに用いられる、アルミニウムのピストンおよび結合された挿入ピンボアブッシング等の質量を考慮に入れるとき、そのアルミニウムの対象物よりもより軽くないとして、同じくらい軽い。鋼鉄のピストン１０はまた、はるかに小さい圧縮高さＣＨを有する。比較可能な重量およびより小さいＣＨは、エンジンがより小さく、よりコンパクトにされることを可能にする。大きく低減されたＣＨは、低減された直径のリストピン１６、リストピン１６が振動することに対するサドル形状の最上リストピンのサドルベアリング表面５０の持ち上げられた位置、冷却ギャラリ６６，７２の相対的に低い外観の形状、部分的に平坦または実質的に平坦な床表面５２によるもの、リストピン１６を包む必要のないリストピン１６への直接のコネクティングロッドの端部８６の固定等の、相乗的な特徴によって可能とされる。
【００４９】
低減されたＣＨおよびピストン１２の全体的な囲い込みの結果、コネクティングロッド１４の全長は、ＣＨの低減と同様の長さまたはほぼ同様の長さに延ばされ得る。しかしながら、必要があれば、標準のコネクティングロッドの同様の中心間の関係は、クランクとデッキ面との間の高さを低減することによって達成され得る。これにより、エンジンブロックの重量およびエンジンの囲い込みを低減させる。それ以外の方法では、コネクティングロッド１４の長さが延ばされ得、次に、フルストロークにわたる振動の低減された直角度をもたらす。したがって、スカートパネル４６上に与えられるスラスト荷重を低減する。これは、ライナーの片側から他方の側までピストンの並進運動から生じる衝撃損失の低減をもたらす。これにより、ライナーの空洞化を低減する。さらに、コネクティングロッドの長さが増加されることによって、燃焼の間に、上死点（top-dead-center、ＴＤＣ）近くでのピストン１２によって費やされるクランク角度ごとの追加された滞留時間のために、熱効率の向上が達成される。これにより、制動力への燃焼効率が増加される。
【００５０】
明らかに、多くの改良および本発明の変更が上記の教示に照らして可能である。したがって、添付された請求項の範囲内で、本発明が具体的に説明された以外の方法で実施され得ることを理解されるべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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