JP6466510B2 - 冷却通路を有するスチールピストン - Google Patents
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Description
この出願は、2009年11月6日に出願された米国仮出願連続番号第61/258,956号の利益を主張し、その全体がここに引用により援用される。
1.技術分野
この発明は一般的に内燃機関に関し、より特定的にはピストンおよびその構成方法に関する。
エンジン製造者は、燃費の改良、オイル消費の低減、燃料系の改良、シリンダボア内の圧縮荷重の増大、ピストンを通して失われる熱の低減、摩擦損失の低減、エンジン重量の低減、およびエンジンのさらなる小型化を含むがそれらに限定されない、エンジンの効率および性能を改良するという増大する要求に遭遇している。これらの目標を達成するため、ピストンの大きさおよびそれらの圧縮高さを低減する必要がある。しかしながら、燃焼室内の圧縮荷重を増大させることが望ましい一方で、ピストンを作動可能限界前に維持することが依然として必要である。したがって、燃焼室内で圧縮荷重を増大することが望ましいものの、これらの「増大」によって、圧縮高さおよびしたがって全体的なエンジンの大きさを低減できる度合が限定されてしまうという兼ね合いが存在する。さらに、ピストンに加わる機械的および熱的荷重の増大がそれらがスチール製であることを要件とするために、エンジン重量を低減できる度合が損なわれてしまう。
外径の約38%から45%の範囲に亘る。
図面をより詳細に参照して、図1は、たとえば近代的な小型高性能車両エンジンなどの内燃機関のシリンダボアまたはチャンバ(図示せず)中の往復運動のための、発明の1つの現在好ましい実施形態に従って構成されるピストン10の部分断面斜視図を図示する。ピストン10はまず別個の部品として作製され、その後何らかの形態の溶接接合(すなわち、誘導溶接、摩擦溶接、ろう付け接合、電荷担体光線、レーザ、抵抗など)にわたってヘッド領域14内で互いに接合される少なくとも2つの別個の片からなる本体12を有する。2つの部品は底部16および頂部18を備える。本明細書中での「頂」、「底」、「上」、および「下」の参照は、使用の際にピストン10が往復する鉛直長手方向中心ピストン軸Aに沿って向けられるピストンに対するものである。これは便宜上のものであり、限定するものではない。なぜなら、ピストンはある角度または純粋に鉛直方向以外に設置されて動作し得ることが可能だからである。ピストン10の少なくとも底部16はインベストメント鋳造プロセスなどでスチールからニアネットシェイプに鋳造される。ピストン10の頂部18も底部16とは別個の片としてスチールから作製されてもよい。底部および頂部16、18を構成するのに用いられる材料(すなわちスチール合金)は、特定のエンジン適用例でのピストン10の要件に依存して、同じ(たとえばSAE4140グレード)であってもまたは異なってもよい。頂部は鋳造されてもよく、原料から機械加工され
てもよく、任意の数のプロセスで焼結され、鍛造され、または作られてもよい。スチールから構成される底部および頂部16、18は、ピストン10に、シリンダボア内の増大する圧縮荷重に耐える改良された強度および耐久性を与え、それらの新規の構成により、ピストン10の重量および圧縮高さ(CH)を最小限にし、これによりピストン10が配備されるエンジンはより低重量を達成しより小型化され得る。
能であるかまたはその全体が底部16内に形成可能であり、最上リング溝45はコンプレッションリング(図示せず)を受けるように設けられる。さらに、最上リング溝45下の1対の下側リング溝45が示され、1対の下側リング溝45は、中間ワイパーリングおよび最下方オイルリング(いずれも図示せず)を受けるなど、好ましくは底部16中に形成される。またさらに、底部(第4の)環状溝または凹部45′が最下方オイルリング溝45の下に形成され、環状凹部45′は主に重量低減特徴として「鋳放し」で形成される。
ストン210の重量を低減するためであり、非同心構成の理由は燃焼皿222の壁224に対称に均一な一定の周方向厚みを与えるためである。このように、冷却は燃焼皿222の周りで均一にされる。
Claims (9)
- 内燃機関のためのピストンであって、
上側ピストン部と、
下側ピストン部とを備え、少なくとも前記下側ピストン部は鉄ベースの材料で作られており、前記下側ピストン部は、前記ピストンが往復する中心長手方向軸を横断して延在するピンボア軸に沿って整列された関連のピンボアが形成された1対のピンボスを有し、前記下側ピストン部は、同じ材料の前記ピンボスと一体で形成された一対のスカート部をさらに含み、
前記上側ピストン部と前記下側ピストン部は、各々、互いに径方向に間隔を空けられた外側環状壁と内側環状壁を含み、
前記下側ピストン部は燃焼皿を境界確定する燃焼皿壁を有し、前記燃焼皿壁は第1の床を含み、前記第1の床は、上側頂点と前記上側頂点を取囲む環状の谷部とを有し、
前記上側ピストン部の前記内側環状壁と前記外側環状壁とは、内側溶接接合部と外側溶接接合部とにわたって、前記下側ピストン部の対応する前記内側環状壁と前記外側環状壁とに永続的に接合されて、互いに接合された前記内側環状壁と前記外側環状壁とによって提供される2つの側壁を有する環状冷却通路をそれらの間に規定しており、
底部壁は前記下側ピストン部によって形成されており、前記底部壁は前記環状冷却通路の第2の床を形成しており、前記第2の床は、前記ピンボア軸の両サイドに沿って延在する同じ深さを保持する低い部分の間において前記中心長手方向軸に対して起伏しており、かつ、前記ピンボスにわたって延在する高い部分に向けて滑らかに高くなっており、前記第2の床の最上部は、前記環状の谷部にある前記第1の床の上面の最下部よりも高い、ピストン。 - 前記上側ピストン部と前記下側ピストン部とは、スチールで作られている、請求項1に記載のピストン。
- 前記内側溶接接合部と前記外側溶接接合部とは、摩擦溶接接合部である、請求項1または請求項2に記載のピストン。
- 前記上側ピストン部及び前記下側ピストン部の前記外側環状壁の外側表面には複数のリング溝が形成されており、前記環状冷却通路は前記複数のリング溝の上方と下方とに延在している、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記ピンボスの間の空間は、前記環状冷却通路の前記底部壁の上方と、互いに接合された前記内側環状壁の内側表面によって部分的に規定される前記燃焼皿の最下領域の上方とに延在している、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記環状冷却通路の下方の角部は、前記環状冷却通路の上方かつ径方向に最も内側の角部を越えて径方向内側に延在している、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のピストン。
- 前記燃焼皿の径方向の最も外側の領域は、径方向において、前記環状冷却通路の前記下方の角部と前記環状冷却通路の上方の角部との間にある、請求項6に記載のピストン。
- 前記内側溶接接合部は、前記環状冷却通路の前記上方の角部と前記下方の角部との間にある、請求項7に記載のピストン。
- 前記環状冷却通路への冷却オイルの導入と前記環状冷却通路からの前記冷却オイルの除去のために前記環状冷却通路へ開かれた通路を提供するために、前記底部壁に一対の開口を含む、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のピストン。
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