(57)【要約】モノブロックピストンアセンブリはオイル冷却室を有するピストン本体を形成する互いに接合固定された少なくとも２つの部分を有する。オイル冷却室は、上方壁、下方壁、および半径方向に間隔をあけられた内側および外側の環状壁の対によって規定される。スカートは２つの部分の少なくとも１つと一体として同じ材料で形成され、一般に長手軸に沿って下方軸から垂れ下がる。ピンボスの対は長手軸から横方向に間隔をあけられ、一般に下方壁から垂れ下がる。少なくとも１つの細長い開口部が一般にピンボス間に延在し、開口部はピンボス間の距離の実質部分にわたることが好ましい。オイルは開口部を通じてオイル冷却室に出入りして流れる。
2006507441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノブロックピストンアセンブリであって、
上部壁、半径方向に間隔をあけられた一対の側壁、および底壁によって取囲まれるオイル冷却室を形成するように互いに接合される別々に製造された上方および下方のピストンクラウン部分と、
前記下方クラウン部分と一体として製造される一対のピンボスと、
前記下方クラウン部分と一体として製造されるピストンスカートと、
ある領域で底部に実質的に開口する前記オイル冷却室を与えるようなサイズの前記ピストンアセンブリの少なくとも１つの側の上で前記ピンボスの間に延在する前記底壁の前記領域に形成される少なくとも１つのオイル通路スロットとを含む、モノブロックピストンアセンブリ。
【請求項２】
前記オイル冷却室は、前記ピストンアセンブリの対向する側の前記ピンボス間で底部に実質的に開口する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記オイル冷却室は、前記ピンボスにわたって延在する領域で実質的に閉鎖される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記ピストンスカートは前記ピンボス間に延在し、前記少なくとも１つのオイル通路は前記ピストンスカートの半径方向内側に配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのオイル通路は、前記ピストンの半径方向での前記少なくとも１つのオイル通路の幅の少なくとも２倍のピストンアセンブリの周方向での長さを有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記オイル通路は前記ピンボス間に実質的に延在する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記ピストンアセンブリの半径方向に延在し、かつ前記オイル通路を少なくとも２つの隣接する部分に分割する少なくとも１つの補強ウェブを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記補強ウェブは実質的に前記ピンボスの共通の軸に垂直である、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記オイル通路は弓形の形状である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記上方および下方のクラウン部分はスチールで製造される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記下方壁は前記ピストンスカートと一体として製造される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ピストンアセンブリの対向する側の前記ピンボス間に互いに釣り合わされる前記オイル通路が設けられている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記対向するオイル通路は対称である、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記上方および下方のクラウン部分は溶接によって接合される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記上方および下方のクラウン部分は摩擦溶接によって接合される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記上方クラウン部分は複数のリング溝および燃焼ボウルを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記上方クラウン部分は複数のバルブポケットを含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記オイル通路は前記ピストンスカートを超えて延在しない、請求項１に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は、一般に、ディーゼルエンジン用途のモノブロックピストンに関し、特に、モノブロックピストン内のオイル冷却室の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
ディーゼルエンジン用途では、いわゆるモノブロックピストンアセンブリまたは連接ピストンアセンブリが典型的には使用される。連接ピストンは、ピストンのストロークにわたってピストンヘッドに対して自由に旋回する別のスカートを備えたピストンヘッドを有し、モノブロックピストンは、スカートがヘッドに対して動かないように、スカートと一体化されたピストンヘッドを有する。ディーゼルエンジン用途で生成される激しい熱のため、連接構造またはモノブロック構造が使用されるかにかかわらず、ピストンヘッドの冷却を容易にするために、典型的にはオイル冷却室がピストンヘッドに設けられる。
【０００３】
連接ピストン構造では、「底部が開口した」構造を有するオイル冷却室が典型的には設けられる。底部が開口した構造は、ピストンのストロークにわたって広範囲の角度からオイルが自由にオイル冷却室に入ることができる点で有利である。このことによって、オイルはオイル室のさまざまな部分に当り、それによってピストンヘッドに対する冷却効率が向上する。そのため、底部が開口した室では、室に向かってオイルを注入するオイル噴流の方向は重要な問題ではない。典型的には、オイル噴流は、ピストンアセンブリの長手軸に対してある角度で配置され、オイル室に向かっておよびオイル室へと向けられるオイルの広範囲の角度またはパターンが実現されるようにする。
【０００４】
底部が開口した室を有する連接構造に対して、モノブロック構造は、典型的には、そこから一体化されたスカートが垂れ下がる底壁を組込み、底壁は実質的にオイル室を包囲する。底壁は、ピストンアセンブリの寿命を低減し得る一体化されたスカートの望まれないたわみを防止するのに所望な構造的な一体性を提供する。実質的に閉鎖されたオイル室に出入りするオイルの流れを実現するため、典型的には一般に円形の開口部が底壁に設けられる。一般に円形の開口部を有する結果として、オイル噴流の方向は、好ましくはピストンのストロークのわたってオイルがオイル室に入ることができるように向けられなければならない。このことは、オイル噴流が一般に垂直に、またはピストンの長手軸に対して平行に方向付けられて、オイルが底壁にある一般に円形の開口部へと直接注入されるようにすることを必要とする。
【０００５】
上述の２つの異なるオイル室の構造間の差の結果として、特にオイル室へのオイルの注入に関して、２つの異なる構造は大きくは互いに互換性がない。そのため、運用中、連接ピストンは連接ピストンで置換し、モノブロックピストンはモノブロックピストンで置換する必要がある。上述の構造を備えたモノブロックピストンが上述の構造を備えた連接ピストンで交換された場合、モノブロックピストンのオイル室に不適切なオイルの流れが生じる。これは２つの異なる構造でのオイル噴流の配置のためである。連接ピストンの用途で使用される既存の角度を付けられたオイル噴流は、モノブロックピストンの一般に円形の開口部にオイルを向けることができず、モノブロックピストンはシリンダボア内でオーバーヒートして動かなくなる。一方、連接ピストンがモノブロックピストンの用途に組込まれる場合、有利な広範なオイルのパターンは、垂直に配置されたオイル噴流を有するために失われる。このことも連接ピストンアセンブリの寿命の低減に繋がり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の概要
一般にピンボスの対の間に延在する少なくとも１つの細長い開口部を有するモノブロックピストンが提供され、この開口部はピンボス間の距離の実質部分にわたり、開口部を通じたオイル冷却室に出入りするオイルの流れを可能にする。モノブロックピストンアセンブリは、長手軸に沿って延在するピストン本体を形成する互いに接合固定された少なくとも２つの部分を有する。上方壁は２つの部分の少なくとも１つによって構成され、上面および下面を有し、上面に燃焼ボウルが形成されている。２つの部分の少なくとも１つによって構成される下方壁は、長手軸に沿って上方壁から間隔をあけられる。ピンボスの対は長手軸から横方向に間隔をあけられ、一般に下方壁から長手軸に平行に垂れ下がる。スカートは、２つの部分の少なくとも１つと一体として同じ材料で形成され、一般に下方壁から垂れ下がる。２つの部品の少なくとも１つは、外側環状壁および内側環状壁を形成する。内側環状壁は外側環状壁から半径方向内側に間隔をあけられ、下方壁および上方壁は、内側および外側の環状壁を接合して、長手軸について一般に同心円状にオイル冷却室を規定する。
【０００７】
この発明の１つの利点は、ピストンアセンブリの長手軸に対して傾けられた角度で下方壁にある開口部を通じたオイルの流れを実現する下方壁を備えたオイル冷却室を有するモノブロックピストンアセンブリが構成される点である。
【０００８】
この発明の別の利点は、モノブロックピストンアセンブリが、ピストンのストロークにわたって傾けられたオイル噴流から向けられるオイル室に出入りするオイルの流れを実現しつつ、ピストンアセンブリの寿命を向上するためにスカート壁の望ましい剛性を維持する点である。この発明の別の利点は、モノブロックピストンアセンブリの好ましい構造は傾けられたオイル噴流を有するディーゼルエンジンと交換可能である点である。
【０００９】
この発明のさらに別の利点は、モノブロックピストンアセンブリの製造が比較的容易かつ経済的である点である。
【００１０】
上述の目的、特徴および利点の列挙は、包括的に列挙したものではなく、当業者はこの開示の全体を見れば、他の目的、特徴および利点を容易に理解するであろう。
【００１１】
この発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付の図面とともに考察すれば、さらに容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明によって構成されたモノブロックピストンアセンブリの好ましい実施例は、図１〜図３および図５で一般に１０に示される。モノブロックピストンアセンブリ１０は、ここでは上方クラウン１２および下方クラウン１４として示される少なくとも２つの部分を有し、これらはともに接合固定されて長手軸１８に沿って延在するピストン本体１６を形成する。オイル冷却室２０は、上方クラウン１２を下方クラウン１４に接合して構成される。少なくとも１つの細長い開口部および好ましくは複数の細長い開口部２２、２４がオイル冷却室２０に入り、オイル冷却室２０に出入りするオイルの流れを実現する。細長い開口部２２、２４は、アセンブリ１０のオイル冷却室２０に向かって直接的にまたは一般的にそこに向かってオイルを向ける垂直または傾けられたオイル噴流を有する内燃エンジンの用途にアセンブリ１０を組込むのを可能にする。
【００１３】
図１および図２に最もよく示されるように、上方クラウン１２は、好ましくは上方燃焼壁２６から垂れ下がり、かつそれぞれ端部２９、３１で終了する内側環状壁２８および外側環状壁３０を有する上方燃焼壁２６を有する。上方燃焼壁２６は、上面３２および下面３４を有する。上面３２は燃焼ボウル３６を形成するように構成される。外側環状壁３０は、ピストンリング（図示せず）を受取るための環状溝４２の対を好ましくは有するリングベルト４０を少なくとも部分的に規定する一般に円筒形の外面３８を有する。図３に示されるように、リングベルト４０は、ここでは直径Ａとして表わされる寸法を有するように構成され、シリンダボア（図示せず）内で長手軸１８に沿った滑り嵌めを実現する。
【００１４】
下方クラウン１４は、端部４６で終了する一般に円筒形の外側環状壁４４を有する。端部４６は、上方クラウン１２の外側環状壁３０の端部３１に固着されるように配置されることが好ましい。端部４９で終了する内側環状壁４８は、外側環状壁４４から半径方向内側に間隔をあけられることが好ましい。端部４９は、上方クラウン１２の内側環状壁２８の端部２９に固着されるように配置されることが好ましい。下方壁５０は外側環状壁４４を内側環状壁４８に接合する。外側環状壁４４は、シリンダボア内での封止連結のためにそこにシール（図示せず）を受取るように構成される環状溝５１を有することが好ましい。外側壁４４は、ここでは上方クラウン１２の直径Ａと実質的に類似の直径として表わされる寸法を有するように構成されることが好ましく、それによってリングベルト４０を少なくとも部分的に規定する。
【００１５】
下方クラウン１４は、下方壁５０から垂れ下がるピンボス５２の対を有する。ピンボス５２は、各々、外面５４およびそこにリストピン（図示せず）を受取るための開口部５６を有する。スカート５８はピンボス５２と一体として同じ材料で形成され、かつピンボス５２の外面５４から半径方向外側に延在することが好ましい。
【００１６】
図３および図４に最もよく示されるように、スカート５８は対向する壁６０、６２の対を有し、各壁が外面６４、６６をそれぞれ有することが好ましい。外面６４、６６は、リングベルト４０の直径Ａと類似の直径としてここでは表わされる寸法を有するように形作られることが好ましい。壁６０、６２は、各々、壁６０、６２をピンボス５２に接続する脚部分６８、７０をそれぞれ有する。
【００１７】
アセンブリでは、上方クラウン１２は好ましくは摩擦溶接によって下方クラウン１４に固着される。しかしながら、上方クラウン１２を下方クラウン１４に固着するために他の溶接またはろう付け技術、接着剤、ボルト等の他の接合手段と同様に他の溶接技術も使用可能であり、そのようなものはこの発明によって企図されることを理解されたい。２つの部分を互いに接合すると、上方クラウン１２の外側環状壁３０および下方クラウン１４の外側環状壁４４は、それらのそれぞれの端部３１、４６で互いに接合固定される。同時に、上方クラウン１２の内側環状壁２８および下方クラウン１４の内側環状壁４８は、それらのそれぞれの端部２９、４９で互いに接合固定される。結果として、オイル冷却室２０は、上方壁２６、外側環状壁３０、４４、内側環状壁２８、４８、および下方壁５０によって規定される。
【００１８】
開口部２２、２４が下方壁５０のスカート壁６０、６２の半径方向内側で、かつ一般にピンボス５２の間に形成される。開口部２２、２４は、スカート壁６０、６２および脚部分６８、７０によって包囲される領域でピンボス５２の間に延在し、ピンボス５２が装着される下方壁５０の領域内には延在しない。各開口部２２、２４はそれぞれリブ７２、７４を有し、リブ７２、７４は各開口部２２、２４を２つの等しいサイズの開口部に二分することが好ましい。
【００１９】
開口部２２、２４を二分するリブ７２、７４は、下方クラウン１４の外側環状壁４４お
よびスカート５８の壁６０、６２のたわみを制限することにより、スカート５８の剛性を向上する。このことは、スカート５８とシリンダボアとの間で極度の負荷が典型的には生じる高荷重のディーゼルエンジン用途で特に望ましい。同時に、リブ７２、７４は開口部２２、２４に出入りする適切なオイルの流れを実現する。各開口部２２、２４を二分する１つのリブ７２、７４が示されるが、いくつのリブを設けてもよく、または図４の代替の実施例に示されるように、連続した開口部の対を実現してリブをすべて排除してもよいことを理解されたい。
【００２０】
細長い開口部２２、２４は室２０へのオイルの流れを実現し、そこでオイルは軸１８に対して傾けられた角度から開口部２２、２４に向かって、または開口部２２、２４に向かって垂直に注入される。したがって、モノブロックピストンアセンブリ１０は、オイル注入の噴流が軸１８に対して傾けられているかまたは垂直の配向である用途で使用可能である。そのため、モノブロックピストンアセンブリ１０は、図５に最もよく示されるように、シリンダボア（図示せず）内でモノブロックピストンアセンブリ１０のストロークにわたって、軸１８に対して傾けられたオイル噴射器から室２０内でオイルを受取ることができる。
【００２１】
図５を特に参照すると、この発明によって構成されたモノブロックピストン１０が、ピストン１０の軸に対してある角度で固定されたオイル噴流から下方から注入されるピストン１０のストロークの実質的な部分にわたるオイル冷却室へのオイルの流れをどのように受取ることができるかがわかる。通常、角度を付けられたオイル噴流を必要とする用途には、底部で完全に開口した冷却室を有する連接スタイルのピストンが備えられる。この発明のモノブロックピストン１０は、改善されたオイル冷却通路２２、２４で変更され、元々の装備として、または角度を付けられたオイル噴流を有する連接ピストンを以前に備えられたエンジンに後付することができる。大半のモノブロックピストンは、ピストンのストローク軸に平行な噴流によって下方から運ばれる冷却オイルを受取るために比較的小さな円形の開口部を有する。そのようなモノブロックピストンは、オイル噴流が角度を付けられている環境では不十分な冷却を被ることになる。なぜなら、冷却オイルが（フルストロークの経路の２つの点にある）小さな開口部に入る機会が非常に少ないからである。
【００２２】
ピストン１０のストロークのさまざまな段階が図５に示される。図示の第１の位置は０°のクランク角度を表わし、ピストン１０はそのストロークの上死点に位置付けられる。噴流から運ばれるオイルの流れ（破線の矢印によって示される）が下方から来て、スカート５８の内側に当り、それが開口部２４を通って少なくとも部分的に室２０へと偏向されて、燃焼の熱にさらされるピストン１０の上部に冷却を提供することがわかるであろう。９０°のクランク角度では、オイルの流れはリブ７４に当り、ここでも開口部２４を通って少なくとも部分的に室２０へと偏向される。ピストンが１２０°のクランク角度の位置に動くと、オイルの流れは開口部２４を通って冷却室２０に直接当る。この直接当る状態は１８０°のクランク角度まで続き、ここでスカート５８の外側がオイルの経路を遮断し始める。この位置はピストン１０の下死点を表わし、ここでそれはオイルからの冷却の必要性が最も低く、スカート５８からの遮断または部分的な遮断はピストンの適切な冷却に大きな問題を提示しない。この位置は、ピストン１０のピンボア５６に注油するための機会を作るため、有利である。ピストン１０が１８０°の位置を超えて３６０°のクランク位置に向かって進むと（１回転して上死点に戻ると）、ピストンは図５に示される逆の経路を取り、同じ冷却サイクルが行なわれるが、上述の０°〜１８０°とは逆の順序で行なわれる。
【００２３】
細長い開口部２２、２４は、ピンボス５２の間の距離の実質部分にわたるが、冷却室２０の少なくとも一部分はピンボス５２が下方壁５０から垂れ下がるところで閉鎖される。そのため、オイルは室２０内に少なくとも一時的に維持されて、特にリングベルト４０の
領域でモノブロックピストンアセンブリ１０の冷却が向上される。
【００２４】
上述の教示に照らしてこの発明の多くの変形例および変更例が可能であることは明らかである。したがって、特許請求の範囲内で、この発明は具体的に説明された以外の態様で実現可能であることを理解されたい。この発明は請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明を実現するモノブロックピストンアセンブリの好ましい実施例を表わす部分的な断面斜視図である。
【図２】図１の矢印２の方向で見た図１に類似の図である。
【図３】図１のモノブロックピストンアセンブリを表わす底面図である。
【図４】この発明の好ましい構造を実現するモノブロックピストンアセンブリの代替の実施例の底面図である。
【図５】ピストンアセンブリの完全なストロークサイクル中に傾けられたオイルジェットから注入されるオイルの流れの管理を表わすこの発明の好ましい構造を実現するモノブロックピストンの一連の等角図である。
【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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【国際調査報告】
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