(57)【要約】  内燃エンジン用のピストン組立体は、上方燃焼面を有するクラウンを備えるピストンを含む。円筒形外面は、上方燃焼面から下方に延在する。一対のピンボスは、クラウンから一対のピンボアまで垂下する。一対のピンボアは、ピンボア軸に沿って整列された概ね円筒形軸受面を有する。ピンボアの頂端壁部は、ピンボスの間に延在している。頂端壁部は、ピンボアとともに連続の凹状軸受表面を形成する凹状軸受面を有する。別体のスカートは、相対運動をしないようにピストンに固定される。少なくとも１つのリブは、ピンボア軸の両側の頂端壁部から上方へクラウンの下方壁面まで延在する。この少なくとも１つのリブは、クラウンを頂端壁部に連結することによって、望ましくないたわみを生じないように頂端壁部に構造的支持を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン用のピストン組立体であって、
ピストンを含み、
前記ピストンは、上方燃焼面と前記上方燃焼面から下方に延在する円筒形外面を有する下方壁面とを含むクラウンと、前記クラウンから垂下し、一対のピンボアを形成するための一対のピンボスとを備え、前記一対のピンボアは、ピンボア軸に沿って整列された概ね円筒形軸受面を有し、その頂端壁部が前記ピンボスの間に延在し、前記頂端壁部は、前記ピンボアとともに連続の凹状軸受表面を形成凹状軸受面を有し、
スカートを含み、
前記スカートは、前記ピストンと別体の材料の部品として形成され、相対運動をしないように前記ピストンに固定され、円筒形の内面と外面とを有する円筒形壁を有し、
前記ピストンは、前記ピンボア軸の両側の頂端壁部から上方へ前記クラウンの前記下方壁面まで延在する少なくとも１つのリブを含み、
前記少なくとも１つのリブは、前記クラウンを前記頂端壁部に連結することによって、望ましくないたわみを生じないように前記頂端壁部に構造的支持を提供する、ピストン組立体。
【請求項２】
前記両側の各々に沿って延在する一対の前記リブをさらに含む、請求項１に記載のピストン組立体。
【請求項３】
前記各対のリブは、互いに平行に延在している、請求項２に記載のピストン組立体。
【請求項４】
前記各対のリブは、互いに非平行に延在している、請求項２に記載のピストン組立体。
【請求項５】
前記下方壁面は、前記上方燃焼面と対向する下方クラウン面であり、
前記ピストンは、前記ピンボスの間に延在する少なくとも１つの横延在ウェブをさらに含み、
前記少なくとも１つのリブは、前記少なくとも１つの横延在ウェブから上方へ前記クラウンの前記下方クラウン面まで延在する、請求項１に記載のピストン組立体。
【請求項６】
前記ピストンは、材料から形成された一体型部品である、請求項５記載のピストン組立体。
【請求項７】
前記少なくとも１つの横延在ウェブは、前記ピンボア軸を通る平面に沿って延在する、請求項５に記載のピストン組立体。
【請求項８】
前記少なくとも１つの横延在ウェブは、凸状外面を有する、請求項５に記載のピストン組立体。
【請求項９】
前記スカートの前記内面は、前記少なくとも１つの横延在ウェブの前記凸状外面に当接する、請求項８に記載のピストン組立体。
【請求項１０】
前記ピンボスは、前記少なくとも１つの横延在ウェブの前記凸状外面と滑らかな連続円筒形状を形成する円筒形の凸状外面を有する、請求項８に記載のピストン組立体。
【請求項１１】
前記スカートの前記内面は、前記少なくとも１つの横延在ウェブの前記凸状外面と、前記ピンボスの前記円筒形の凸状外面とに当接する、請求項９に記載のピストン組立体。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの横延在ウェブは、一対の横延在ウェブを含み、
前記一対の横延在ウェブは、前記ピンボア軸の両側に互いに正反対である、請求項１０に記載のピストン組立体。
【請求項１３】
前記一対の横延在ウェブの前記凸状外面は、前記ピンボスの前記円筒形の凸状外面と滑らかな連続円筒形状を形成する、請求項１２のピストン組立体。
【請求項１４】
前記スカートの前記内面は、前記一対の横延在ウェブの前記凸状外面と、前記ピンボスの前記円筒形の凸状外面とに当接する、請求項１３に記載のピストン組立体。
【請求項１５】
前記ピストンは、上部と下部とを含み、
前記上部と前記下部とは、別体の材料の部品として形成され、その後連結される、請求項１に記載のピストン組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年２月２０日に出願され、その全体が参照により本明細書に援用される米国仮出願シリアル番号第６１／６００９７５号に基づく優先権の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、内燃エンジンに関し、より具体的には内燃エンジン用のピストンに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
ピストンに固定された円筒形の連続スカートを有するピストンヘッドを備えたピストン組立体を二行程エンジン機械に設けることによって、ピストン全行程において、スカートの往復運動に応じて、吸排気ポートを必要によって開閉させることを可能にすることは、知られている。リストピンの両側のピストンスカートに与えられたスラスト力および反スラスト力が極端に大きいため、一般的に、ピストン組立体には、別体に製造された補強部品が取付けられている。補強部品が有効的であり得るが、これらの補強部品は一般的に鋼鉄で製造されるため、完成品のピストン組立体の重さを増加させる上、製造工程を複雑にし、よって、ピストンの製造に関連するコストを増大させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
本発明の一局面によれば、内燃エンジン用のピストン組立体が提供される。ピストン組立体は、ピストンを含む。ピストンは、上方燃焼面と、上方燃焼面と反対する下方クラウン面とを備える。下方クラウン面は、上方燃焼面から下方に延在する円筒形外面を有する。ピストンは、クラウンから垂下し、一対のピンボアを形成するための一対のピンボスをさらに備える。一対のピンボアは、ピンボア軸に沿って整列された概ね円筒形軸受面を有し、その頂端壁部がピンボスの間に延在している。頂端壁部は、ピンボアとともに連続の凹状軸受表面を形成する凹状軸受面を有する。さらに、ピストン組立体は、ピストンと別体の材料の部品として形成されたスカートを含む。スカートは、相対運動をしないようにピストンに固定され、円筒形の内面と外面とを有する円筒形壁を有する。ピストンは、ピンボア軸の両側の頂端壁部から上方へクラウンの下方壁面まで延在する少なくとも１つのリブを含む。少なくとも１つのリブは、クラウンを頂端壁部に連結することによって、望ましくないたわみを生じないように頂端壁部に構造的支持を提供する。
【０００５】
本発明の別の局面によれば、ピストンは、ピンボア軸の両側の各々に沿って延在する一対のリブをさらに含む。
【０００６】
本発明の別の局面によれば、ピストンは、ピンボスの間に延在する少なくとも１つの横延在ウェブをさらに含む。少なくとも１つのリブは、少なくとも１つの横延在ウェブから上方へクラウンの下方壁面まで延在する。
【０００７】
本発明の別の局面によれば、少なくとも１つの横延在ウェブは、ピンボア軸を通る平面に沿って延在する。
【０００８】
本発明の別の局面によれば、少なくとも１つの横延在ウェブは、凸状外面を有する。
本発明の別の局面によれば、スカートの内面は、少なくとも１つの横延在ウェブの凸状外面に当接する。
【０００９】
本発明の別の局面によれば、ピンボスは、少なくとも１つの横延在ウェブの凸状外面と円滑な連続円筒形状を形成する円筒形の凸状外面を有する。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、スカートの内面は、少なくとも１つの横延在ウェブの凸状外面と、ピンボスの円筒形の凸状外面とに当接する。
【００１１】
本発明の別の局面によれば、少なくとも１つの横延在ウェブは、一対の横延在ウェブを含み、一対の横延在ウェブは、ピンボア軸の両側に互いに正反対である。
【００１２】
本発明の別の局面によれば、一対の横延在ウェブの凸状外面は、ピンボスの円筒形の凸状外面と円滑な連続円筒形状を形成する。
【００１３】
本発明の別の局面によれば、スカートの内面は、一対の横延在ウェブの凸状外面と、ピンボスの円筒形の凸状外面とに当接する。
【００１４】
本発明の別の局面によれば、ピストンは、材料から形成された一体型部品である。
本発明の別の局面によれば、ピストンは、上部と下部とを含み、上部と下部とは、別体の材料の部品として形成され、その後連結される。
【００１５】
本発明の上記および他の局面、特徴および利点は、以下の現在好ましい実施形態および最良実施形態の詳細な説明、特許請求の範囲および添付図面に関連して考えれば、より簡単に理解できるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一局面に従って構成されたピストン組立体の断面斜視図である。
【図２】シリンダボア内に配置された図１のピストンのピンボア軸に概ね沿って切断した断面側面図である。
【図３】図１のピストンの部分断面図である。
【図４】図１のピストンを図２の線４−４に概ね沿って切断した部分断面図である。
【図５】図１のピストンを図２の線５−５に概ね沿って切断した部分断面図である。
【図６】図１のピストンのクラウンの斜視図である。
【図７】図６と類似する別の斜視図である。
【図８】図１のピストンのスカートの部分断面斜視図である。
【図９】本発明の別の局面に従って構成されたピストン組立体の部分断面図である。
【図１０】本発明の一局面に従って構成され、図９のピストン組立体に使用されるピストンの底面図である。
【図１０Ａ】本発明の別の局面に従って構成され、図９のピストン組立体に使用されるピストンの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
現在好ましい実施形態の詳細な説明
２９  図面をより詳細に参照すると、図１〜５は、本発明の一実施形態に従って構成された内燃エンジン用のピストン組立体１０を示している。ピストン組立体１０は、二行程エンジンに理想的に適している。ピストン組立体１０は、互いに固定されたピストン１２とスカート１４とを含む。ピストン１２は、クラウン１６とも呼ばれるピストンヘッドを含む。ピストンヘッドは、頂面２０と呼ばれるピストン１２の上方燃焼面に形成された燃焼ボウル１８と、頂面２０から下方に延在し、リングベルト２２と呼ばれる概ね円筒形外面とを含む。リングベルト２２には、少なくとも１つ、複数として示された環状リング溝２４（図示には２本）が形成されている。環状リング溝２４には、関連するピストンリング２６を配置することができる。少なくとも１つのピンボス２８、例示の実施形態において一対として示されたピンボス２８は、クラウン１６から下方へ突出する。各ピンボス２８には、関連する開口が形成されている。この開口は、ピンボア３０と呼ばれ、ピストン１２を連接棒３４に連結するために、リストピン３２の端部を受入れる。ピンボア３０は、一対のピンボス２８の間に延在するピンボア軸線３５に沿って互いに整列される。
【００１８】
ピンボア３０は、円筒形の凹状上面を形成する上方セクタを有する。この円筒形の凹状上面は、クロスヘッドピストンの場合、クラウン１６の下側に形成された連続凹状、円筒形の頂端壁セクタまたは頂端壁部３６の滑らかな継続面として形成される。このようにして、ピンボア３０の上方セクタと頂端壁部３６とは、滑らかな連続凹面を形成し、ピンボス２８の径方向外側に対面する側面３８の間で、ピストン１２を亘って横方向に封閉される。図６および７で示されたように、側面３８は、拡大した円筒形外面を有する。この円筒形外面は、リングベルト２２の下方外面の下方にある、径方向内側の段差を有する下方段差部４０の延在部を形成する。ピンボス２８はさらに、リブ部またはウェブ部または横ウェブ４２と呼ばれ、ピンボス２８の側面３８の間に延在する横延在リブを含む。横ウェブ４２は、側面３８と下方段差部４０とによって形成された円筒面と滑らかな連続円筒形状を形成するように、円筒形の凸状外面４３を有する。ガセットまたは長手ウェブ４４と呼ばれる少なくとも２つの長手リブは、横ウェブ４２から軸方向の上方に延在している（図６および７には、正反対する横ウエブ４２の各々から延在し、２つのピンボス２８の中間で横ウエブ４２を二等分にする単一リブ４４として示されている）。また、２つの長手リブは、ガセットとして、ピンボス２８の頂端壁部３６とピストンクラウン１６の頂面２０と対向する下方クラウン面４５として示された下方壁面とを連結し、圧縮および燃焼時に生じた極端な力を受けるとき、望ましくないたわみを生じないように、ピンボス２８に増強した構造的支持を提供する。図５および７において最もよく示されるように、クラウン１６の領域における長手ウェブ４４の上部は、縮径または縮段領域４０から互いに横方向に離間された径方向内側に凹む縁４７まで径方向内側に延在する。このようにして、長手ウェブ４４は、径方向において互いに離間され、かつ、横方向においてリングベルト２２の内壁から離間され、ピストンクラウン１６の空間内において、運転中に冷却油を循環させるための窓４６と呼ばれる少なくとも１つの中央開口および窓４８と呼ばれる２つの側部開口を形成する。
【００１９】
図１〜７によって記載されおよび示されたピストン１２は、金属材料から形成された一体型部品である。ピストン１２は、たとえばＳＡＥ４１４０等級の鋼鉄から一体型部品として鋳造することができ、したがって、製造は、付加的な別体の部品を必要せず、経済的である。代替的に、ピストン１２は、アルミニウムまたは別の適切な材料から、鋳造または他の適切な手段、たとえば鍛造、粉末金属技術、ビレットから機械加工などによって単一の部品として製作することができる。
【００２０】
図８において最もよく示されるように、スカート１４は、下端部５２と上端部５３との間に延在する概ね円筒形構造である。上端部５３は、ピンボス２８の上方およびその周りに、かつ、クラウン１６下方の縮径段差部４０の周りに配置されている。スカート１４は、好ましくは、上方に押付けられ、リングベルト２２の下側と当接するまたは密接な関係になる上方自由端４９を有する。スカート１４は、リングベルト２２（両者ともに概ね円筒形である）の下方段差部４０の外面と完全に一致するまた非常に近似のサイズでフィットする内径を有する内面５１を有し、よって、スカート１４の上端部５３は、リングベルト２２の下方段差部４０の周りに密接にフィットし、密封フィットを形成する。この密封フィットは、上方自由端４９に隣接するＯリングとして示された密封部材によって促進され得る。よって、下方段差部４０の直径が側面３８の間の直径寸法および横ウェブ４２の間の直径寸法とは概ね同じである場合、スカート１４の内面５１とこれらの表面３８，４２との間に密接フィットも形成される。スカート１４の外面５５の外径は、リングベルト２２（両者ともに概ね円筒形である）の外径と対応している。よって、クラウン１６に取り付けられたときに、スカート１４の外面５５は、リングベルト２２の外表面の滑らかな円筒形延長部を形成する。上述したように、ピンボス２８の側面３８および横ウエブ４２の外側寸法がピストンスカート１４（両者ともに概ね円筒形である）の内面５１の内側寸法と一致するため、スカート１４の内面５１は、ピストン１２に取付けられたときに、スラストおよび反スラスト方向に沿って、ピストン１２の側面３８および横ウエブ４２と係合する。このようにして、クラウン１６の下方には、大きなオイルギャラリが形成される。このオイルギャラリは、ピストン１２が上述した接触領域においてピストンスカート１４と接触するときに閉合される。スカート１４は、ピストン１２と同じまたは異なる材料から製作されてもよい。スカート１４は、ピストン１２と別体の材料の一部品として作られ、２つの部品１２，１４は、互いに連結され、動作中において１つの構造として固定される。
【００２１】
スカート１４の下端部５２の外面５５は、関連するリング５６が配置される１つ以上の環状リング溝５４を形成することができる。溝５４およびリング５６は、構造上、ピストン１２の溝２４およびリング２６と同じまたは類似であってもよい。最も低い溝５４には、排出孔５７を形成することができる。排出孔５７は、スカート１４の内部まで開けられており、最も低い溝に蓄積したオイルをスカート１４の内部に流入させまたは排出させ、クランク室に戻せることを可能にする。下端部５２は、スカート１４の残りの部分に対し、径方向に増加した肉厚を有してもよい（すなわち、下端部５２は、ピンボス領域２８を被覆している上端部５３の上方にある領域よりも厚いスカート帯状領域を含んでもよい）。下端部５２の増加した肉厚は、下端部５２におけるリング溝５４の形成を可能にする。下方のリングセット５６は、上方のリングセット２６から離間しており、リングセット５６と２６との間に延在するスカート１４の壁構造には開口が存在しないことが分かるであろう。このようにして、ピストン組立体がピストンシリンダボア内、たとえば内燃エンジン６０のシリンダライナー５８内に設置されると、リングセット２６，５６がシリンダライナー５８の内面６１と係合することによって、シリンダライナ５８内のピストン組立体１０の往復運動中において、オイルおよびガスにより密封された領域がリングセット２６，５６の間に形成される。
【００２２】
スカート１４の下端部５２は、突出部６２とも呼ばれる１つ以上の取付けフランジを含むことができる。一対の突出部６２は、対であって、下端部５２の内面５１から径方向内側に突出するように示されている。取付け突出部６２は、ピンボス２８の底面６４と適合するような寸法に設計され、スカート１４に設置される。突出部６２は、１つ以上の開口６６を形成することができる。これらの開口６６は、ピンボス２８の底面６４内に延在するねじ付き開口６８と整列しており、例として示されたねじ付きボルト７０のような関連する取付ファスナを受入れることによって、スカート１４をピストン１２上に移動不能に固定する。上記のように、スカート１４をねじ付きファスナによってピストン１２に固定することができるが、スカート１４をピストン１２に固定する他の方法としては、溶接、摩擦溶接、ろう付け、ねじ止め、接着、ピン止めを含む方法も考えられるが、これらに限定されない。
【００２３】
図９は、本発明の別の局面に従って構成されたピストン組立体８０を示す。ピストン組立体８０は、図１〜８に示された上記ピストン組立体１０の構造および動作と類似しており、ピストン８２と別体のスカート８４とを含むが、ピストン８２がピストン８０のクラウン８６内に形成された少なくとも１つの冷却ギャラリを有する点で異なる。図面から分かるように、まず、ピストン８２のクラウン８６は、材料からクラウン８６の上部８８および下部９０を含む２つの別体の材料からなる一部品として形成され、次いで一体に連結される。２つの別体の部分８８，９０が一体に連結されると、図示されるように、少なくとも１つの、２つのギャラリーまたは中空領域９２，９４がその部分の間に形成される。これらのギャラリー９２，９４は、ピストン８２の動作中に、冷却油と流体連通することができ、動作中においてピストン８２の冷却を促進する。ピストンの最も熱い領域（たとえば、燃焼ボウルの縁部）からの熱の移送を向上させるために、ギャラリー９２，９４の一方または両方は、密封されてもよく、内部に密封された冷却媒体を含んでもよい。部分８８，９０は、鋳造または鍛造されてもよく、部分８８，９０が連結されるときにギャラリー９２，９４を形成する特徴を含むようにさらに機械加工されてもよい。複数の部品からピストンを構成する方法が多く存在し、よって２つ以上の部品を連結すると、ピストン構造内部において１つ以上の冷却ギャラリーが形成されることは、当業者にとって理解されるであろう。例示のピストン８２は、鋼鉄から（鋳造、鍛造、粉末金属またはそれらの組合せによって）製造され、その上下部８８，９０は、摩擦溶接により連結される。その部分を連結する他の技術としては、他の溶接技術（抵抗溶接、誘導溶接など）、ろう付け、はんだ付け、接着、ネジ止め、ボルト止めを含む技術を用いてもよい。図示の内側および外側のギャラリー９４，９２は、環状内壁９６によって隔てられ、ピストン８２の燃焼ボウル１００を設けることができる頂部燃焼壁９８と、底部壁１０２とを含む。オイルをギャラリー９２，９４に流入させるまたはギャラリー９２，９４から流出させるために、開口１０４，１０６が内側および外側ギャラリー９２，９４の底部壁１０２に設けられる。追加の開口１０８が、ギャラリー９２とギャラリー９４との間に流体連通を形成するために、内壁９６に設けられる。外側ギャラリー９２は、径方向外側において外壁またはリングベルト１１０によって囲まれる。リングベルト１１０には、対応する複数の関連するピストンリング１１４を収容するために、複数のリング１１２を設けてもよい。
【００２４】
リングベルト１１０は、下端において縮径を有する段差部１１６を有する。上記において、ピストン１２およびスカート１４に関連して説明したように、スカート８４の上端は、段差部１１６とフィットする。よって、さらなる論述は必要としない。上述したリング溝５４と同様に、スカート８４の下端部１１８は、対応するリング１２２を収容する複数のリング溝１２０を含む。下部１１８は、第１実施形態の下部５２と同様に形成される。その記載は、参照により本実施形態に組込まれる。（突出部６２と同様に）ボルト１２６の固定によってピンボス１２８の底部に取付けられた突出部１２４も、第１実施形態と同様に形成される。図１０において最もよく示されるように、ピストン８２は、ピンボス１２８の頂端壁部１３２からクラウンの下部９０の底部または下壁まで軸方向に沿って上方に延在し、ガセットまたは長手ウェブ１３０と呼ばれる一対の長手リブを含み、圧縮および燃焼時に生じた極端な力を受けるとき、望ましくないたわみを生じないように、ピンボス１２８に増強した構造的支持を提供する。図１０の実施形態において、ピンボア軸の両側にある長手ウェブ１３０の各対の長手ウェブ１３０の各々は、概ね非平行で、互いに斜めに形成されていることが分かる。対照的に、図１０Ａに示すように、本発明の別の実施形態によれば、ピンボア軸の両側にある長手ウェブ１３０の別の対の長手ウェブ１３０の各々は、概ね互いに平行であるように形成されている。上述した構造上相違を除いて、ピストン８２の動作は、オイルギャラリの追加を除く、第１実施形態のピストン組立体１０と同様である。
【００２５】
上述は、本質的な限定ではなく例示的なものである。開示された実施形態に対する変更および変形は、当業者にとって明らかであり、本発明の範囲内に包含される。本発明は、最終的に許可された請求項の範囲によって定義され、限定される。
【００２６】
上記の教示に照らして本発明に対し多くの修正および変形が可能である。したがって、本発明を具体的に説明した方法と別の方法で実施することができることを理解すべきである。
【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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【図１０Ａ】
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【国際調査報告】
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