特許 6640216 ピストン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6640216

(24)【登録日】2020年1月7日

(45)【発行日】2020年2月5日

(54)【発明の名称】ピストン

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/00 20060101AFI20200127BHJP

   F16J 1/16 20060101ALI20200127BHJP

   F16J 1/01 20060101ALI20200127BHJP

【ＦＩ】

   F02F3/00 R

   F16J1/16

   F16J1/01

【請求項の数】20

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-523490(P2017-523490)

(86)(22)【出願日】2015年10月30日

(65)【公表番号】特表2017-535714(P2017-535714A)

(43)【公表日】2017年11月30日

(86)【国際出願番号】US2015058294

(87)【国際公開番号】WO2016070031

(87)【国際公開日】20160506

【審査請求日】2018年9月18日

(31)【優先権主張番号】62/072,748

(32)【優先日】2014年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/928,033

(32)【優先日】2015年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518372567

【氏名又は名称】テネコ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴＥＮＮＥＣＯ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ミラー，アンドリュー・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】インウッド，ブルース

(72)【発明者】

【氏名】ブラント，マーク

【審査官】 首藤 崇聡

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５１１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７０４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２１６６０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ ３／００

Ｆ１６Ｊ １／００

Ｆ１６Ｊ １／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンであって、
鉄材から形成されるピストン本体およびピストンクラウンを備え、
前記ピストンクラウンは、運転中に、燃焼ガスに曝されるための上面および冷却油に曝されるための下方クラウン表面を提示するクラウン壁を含み、前記クラウン壁は、前記上面から前記下方クラウン表面に延在するクラウン壁厚さを有し、前記クラウン壁厚さは４ｍｍ未満であり、
前記ピストンクラウンは、前記クラウン壁に形成される少なくとも一つのバルブポケットを含み、
前記ピストンクラウンは、前記上面から延在するリングベルトを含み、前記リングベルトは複数のリング溝を含み、前記バルブポケットと前記リング溝の最上の一つとの間の軸方向隙間は１．５ｍｍ未満である、ピストン。

【請求項2】

前記ピストン本体は、前記ピストン本体の最大の外径であるボア径を提示し、前記リング溝は、ランドによって互いに離間しており、前記ランドは、前記上面から垂下し前記ボア径の３％未満の軸方向厚さを有する頂部ランドを含み、第二のランドは、前記リング溝の一つによって前記頂部ランドから離間し前記ボア径の３．５％未満の軸方向厚さを有する、請求項１に記載のピストン。

【請求項3】

前記ピストン本体は、前記ピストン本体の最大の外径であるボア径を提示し、前記下方クラウン表面は、総ピストンボア面積の４５％未満の投影された下方クラウン面積を提示し、前記総ピストンボア面積はπＢＤ²／４と等しく、ＢＤは前記ボア径である、請求項１に記載のピストン。

【請求項4】

前記ピストン本体は、前記ピストンクラウンから延在するピンボスの対を含み、前記ピンボスのそれぞれは、ピンボアを形成する内面を含み、前記ピンボアは、ピンボア軸を取り囲み、前記ピンボスのそれぞれは、前記ピンボアを形成する前記内面から１ｍｍで前記ピンボアと前記ピストンクラウンとの間で測定された前記ボア径の３．７％未満の軸方向厚さを有し、前記ピンボスのそれぞれは、前記ピンボアと前記ピンボスの下端との間で測定された前記ボア径の３％未満の径方向厚さを有する、請求項３に記載のピストン。

【請求項5】

ピストンであって、
鉄材から形成されるピストン本体およびピストンクラウンを備え、
前記ピストン本体は、前記ピストン本体の最大外径であるボア径を提示し、
前記ピストン本体は、前記ピストンクラウンから延在するピンボスの対を含み、前記ピンボスのそれぞれは、ピンボア軸を取り囲むピンボアを形成する内面を含み、
前記ピンボスのそれぞれは、前記ピンボアを形成する前記内面から１ｍｍで前記ピンボアと前記ピストンクラウンとの間で測定された前記ボア径の３．７％未満の軸方向厚さを有し、
前記ピンボスのそれぞれは、前記ピンボアと前記ピンボスの下端との間で測定された前記ボア径の３％未満の径方向厚さを有する、ピストン。

【請求項6】

前記ピンボアはそれぞれ前記ピンボア軸から上向きに延在する上半面を有し、前記上半面は総ピストンボア面積の１０％未満の投影されたピンボア面積を提示し、前記総ピストンボア面積はπＢＤ²／４であり、ＢＤは前記ボア径である、請求項５に記載のピストン。

【請求項7】

前記ピンボアを形成する前記内面は、真っ直ぐなプロファイルを有する、請求項６に記載のピストン。

【請求項8】

前記ピストンクラウンは、運転中、燃焼ガスに曝されるための上面および冷却油に曝されるための下方クラウン表面を提示するクラウン壁を含み、前記ピンボスのそれぞれは、前記ピンボアと前記下方クラウン表面との間に上部を含み、前記上部は、中空領域によって前記下方クラウン表面から離間する、請求項５に記載のピストン。

【請求項9】

前記中空領域は、前記下方クラウン表面の２ｍｍ以内にまで延在する、請求項８に記載のピストン。

【請求項10】

前記中空領域は、冷却油のための流路を提供するために前記ピンボスを貫通して延在する、請求項８に記載のピストン。

【請求項11】

前記中空領域のそれぞれはピンボスピアの対によって橋渡されており、かつ、前記ピンボスピアのそれぞれは前記ボア径の９．５％未満の厚さを有する、請求項１０に記載のピストン。

【請求項12】

前記ピストンクラウンは、運転中、燃焼ガスに曝されるための上面および冷却油に曝されるための下方クラウン表面を提示するクラウン壁を含み、前記ピストンは、前記ピンボア軸から前記ボア径の３０％未満の前記上面まで測定された圧縮高さを有する、請求項５に記載のピストン。

【請求項13】

前記ピストンクラウンから垂下し前記ピンボスによって互いに離間するスカートの対を含み、前記スカートのそれぞれは投影されたスカート面積を提供する外面を有し、前記スカートの結合された投影されたスカート面積は総ピストンボア面積の４０％未満であり、前記総ピストンボア面積はπＢＤ²／４であり、ＢＤは前記ボア径である、請求項５に記載のピストン。

【請求項14】

前記結合された投影されたスカート面積は、前記総ピストンボア面積の２７％〜３４％である、請求項１３に記載のピストン。

【請求項15】

前記スカートのそれぞれは前記ボア径の３０％〜６０％のコード幅を含み、前記スカートは前記コード幅から前記ピストンクラウンまでの幅を増加させ、前記スカートは前記コード幅から前記スカートの下端までの幅を増加させる、請求項１３に記載のピストン。

【請求項16】

前記スカートは、面から内側または外側に少なくとも０．７ｍｍ曲げられるパネル、および前記パネルを超えて１ｍｍよりも大きく突き出すスカートウイングを含む、請求項１３に記載のピストン。

【請求項17】

前記ピストンクラウンのクラウンのない表面および／または前記スカートの一つに沿って配置された少なくとも一つの補剛リブを含む、請求項１３に記載のピストン。

【請求項18】

前記ピストンクラウンは、運転中、燃焼ガスに曝されるための上面および冷却油に曝されるための下方クラウン表面を提示するクラウン壁を含み、前記クラウン壁は、前記上面から前記下方クラウン表面に延在するクラウン壁厚さを有し、前記クラウン壁は４ｍｍ未満の厚さであり、
前記ピストンクラウンは、前記クラウン壁内に形成された少なくとも一つのバルブポケットを含み、
前記ピストンクラウンは前記上面から延在するリングベルトを含み、前記リングベルトは複数のリング溝を含み、前記バルブポケットと前記リング溝のうちの最上のものとの間の軸方向隙間は１．５ｍｍ未満である、請求項５に記載のピストン。

【請求項19】

前記下方クラウン表面は、総ピストンボア面積の４５％未満の投影された下方クラウン面積を提示し、前記総ピストンボア面積はπＢＤ²／４であり、ＢＤは前記ボア径であり、
前記ピンボアはそれぞれ前記ピンボア軸から上向きに延在する上半面を有し、前記上半面は前記総ピストンボア面積の１０％と等しいまたは前記総ピストンボア面積の１０％未満の投影されたピンボア面積を提示し、
前記ピンボスの前記ピンボアを形成する前記内面は、真っ直ぐなプロファイルを有し、
前記ピンボスのそれぞれは、中空領域によって前記下方クラウン表面から離間する上部を含み、
前記ピストンは、前記ピンボア軸から前記ボア径の３０％未満の前記ピストンクラウンの前記上面まで測定された圧縮高さを有し、
前記ピストンは、前記ピストンクラウンから延在し前記ピンボスによって互いに離間するスカートの対をさらに含み、前記スカートのそれぞれは、投影されたスカート面積を提供する外面を有し、前記スカートの結合された投影されたスカート面積は前記総ピストンボア面積の４０％未満である、請求項１８に記載のピストン。

【請求項20】

前記リング溝はランドによって互いに離間しており、前記ランドは、前記上面から垂下し前記ボア径の３％未満の軸方向厚さを有する頂部ランド、および、前記リング溝の１つによって前記頂部ランドから離間し前記ボア径の３．５％未満の軸方向厚さを有する第二のランドを含み、
前記中空領域は冷却油のための流路を提供するために前記ピンボスを通って延在し、前記中空領域は前記下方クラウン表面の２ｍｍ以内に延在し、
前記中空領域のそれぞれはピンボスピアの対によって橋渡しされ、前記ピンボスピアのそれぞれは前記ボア径の９．５％未満の厚さを有し、
前記投影されたスカート面積は前記総ピストンボア面積の２７％〜３４％であり、
前記スカートのそれぞれは、前記ボア径の３０％〜６０％のコード幅を含み、前記スカートは前記コード幅から前記ピストンクラウンまでの幅を増加させ、かつ、前記スカートは前記コード幅から前記スカートの下端までの幅を増加させ、
前記スカートは面から内側または外側に少なくとも０．７ｍｍ曲げられており、スカートウイングは前記パネルを超えて１ｍｍよりも多く突き出しており、
前記スカートは、前記ピストンクラウンのクラウンのない表面および／または前記スカートのうちの一つに沿って配置された少なくとも一つの補剛リブをさらに含み、
前記ピンボアを形成する前記ピンボスの前記内面上に配置されるリン酸マンガンで形成されるコーティングを備える、請求項１９に記載のピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願に対する相互参照
本米国特許出願は、２０１４年１０月３０日に提出された米国仮出願第６２／０７２７４８、および２０１５年１０月３０日に提出された米国特許出願第１４／９２８，０３３の利益を主張する。参照することにより、本明細書で開示された全内容を援用する。

【0002】

本発明の背景
１．本発明の分野
本発明は、内部燃焼エンジンのためのピストンに関し、特に鉄材で作られるものに関する。

【背景技術】

【0003】

２．関連する技術
乗用および軽および中型トラック用途に用いられるガソリンエンジンのためのピストンは、通常、アルミニウムで作られる。アルミニウムは軽く、比較的キャストをするのが容易で、大量使用のために製造するのに比較的費用がかからない。車両製造は、同じまたはより小さいサイズのエンジンから、より多くの電力および改良された燃料効率を必要としている。現在、標準のアルミニウムのピストンで達成され得ることに限界があるため、このような要求は、ピストン製造に対する挑戦を提示する。例えば、アルミニウムのピストンは、より多くの電力および高い燃料効率を得るために用いられる発展した技術によって生じる上昇した温度および圧力の下で、適切に機能することができないかもしれない。上昇した燃焼温度および圧力の下で、耐久し機能するために、一部のピストン製造者はスチールのピストンを用いている。このようなスチールのピストンは、燃焼チャンバの高温および高圧に直接曝される上部のクラウンを冷却するための冷却油を保持するための、一つまたは複数の閉ざされた冷却ギャラリーをしばしば含む。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の概要
内部燃焼エンジンのためのピストンは、鉄材で作製され、ピストンが、ガソリン動力のエンジンを利用する乗用車および軽／中型トラックにおける増加する需要に対応し上回ることを可能にする、ある寸法の関係を有する。ピストンの寸法は、改良された性能と同様、質量および費用の全体的な低減を提供する。ピストンはまた、閉ざされた冷却ギャラリーなしに製造され、このことは質量および費用のさらなる低減を提供する。

【0005】

一つの観点によると、ピストンは、ピストン本体の最大の外径長さと一致するボア径ＢＤ、およびピストンスカート部の対を有する。スカート部はそれぞれ、ピストンのピンボア軸と垂直な面におけるそれぞれのスカート部の投影された表面と一致する、投影されたスカート面積を有する。スカートの結合された投影された面積は、ＳＡ＜４０％πＢＤ²／４であり、πＢＤ²／４は総ピストンボア面積である。この比較的小さいピストンスカート面積ＳＡは、同じボア径ＢＤの既知のアルミニウムのピストンのそれよりも小さく、低減された摩擦および質量で鉄製のピストンのための必要とされたガイダンスを提供する。

【0006】

他の観点によると、ピンボアの投影された面積ＰＢＡは、総ピストンボア面積の１０％よりも小さい。言い換えれば、ＰＢＡ＜πＢＤ²／４の１０％である。ＰＢＡは、ピンボア軸を含む面上に投影されたピンボア表面の上半分の面積であり、ピストンの中心軸に垂直である。総ピストンボア面積のサイズに関連する、比較的小さな投影された面積ＰＢＡは、ピストンの低摩擦、低質量、および低パッケージに寄与する。

【0007】

他の観点によると、ピストンは、４ｍｍ未満である壁厚さを有するクラウンを有する。同程度のアルミニウムのピストンのクラウン厚さは、４．５ｍｍよりも大きい。主題の鉄のピストンの比較的薄いクラウンは、ピストンの質量の全体的な低減および改良された性能に寄与する。

【0008】

他の観点によると、ピストンは、πＢＤ²／４の＞４５％であるクラウン表面から４ｍｍ未満で測定された投影された下方クラウン面積ＵＡを有する。

【0009】

他の観点によると、ピストンは、ピンボスの下部に薄い壁区域を有する。特に、ピンボスの下部で測定されるピンボスの径方向厚さは、ボア径ＢＤの３％未満である。比較的薄いピンボス下部壁領域は、質量の低減および、ピストンの全体の高さの低減にも寄与する。

【0010】

他の観点によると、ピンボスは、あらゆる金属のベアリングインサート（またはシェル）を有さず、ピンボスの頂部で軸方向内端部領域は、負荷がかかったときにピンボスの屈曲を許容するために十分に薄くなる。ピストン力学は、運転中に、ピンボスの下部よりも上部が大きな負荷を受けるようになる。ピストンまたはピンを過度に圧迫または損傷することがないように、上側領域内のピンボア表面が、負荷がかかったときにリストピンの屈曲を収容するために軸方向に形取られることは、珍しくない。本観点によると、鉄製のピストンの上部ピンボス壁の薄化は、高額で手間がかかるピンボアの形成加工の必要性を好都合に除くことができる。特に、保持クリップ溝および標準の面取り部から離れた軸方向の形成を持たない真っ直ぐなボアは、ピンボスの軸方向内面から内側に１ｍｍの距離において測定されたピンボスの頂部の内端部領域の径方向厚さが、ボア径ＢＤの＜３．７％であるときに、利用されることができる。

【0011】

他の観点によると、ピンボアと下方クラウンとの間のピンボスの上部は、くり抜かれる。コアは、深い凹部または十分に開いたウインドウの形状を取り得る。くり抜かれた形態は、ピストン質量の低減および性能の向上に寄与し、十分に開いたウインドウまたは通路の提供は、ピンボス間の中心の下方クラウン空間から、ピンボスの２つの横方向の下方クラウン空間の外側（outboard）に、冷却油を流すための通路を提供するという、さらなる利益を有する。これらの外側領域への補足的な冷却は、不十分な冷却を懸念することなく、これらの領域のサイズを大きくすることができる。

【0012】

他の観点によると、前述の深い凹部の形状にくり抜くことは、ピンボスの内面で開始して２ｍｍよりも大きい深さである。

【0013】

他の観点によると、前述の十分に開いたウインドウの形にくり抜くことは、それぞれがボア径ＢＤの＜９．５％となる厚さを有するピンボスピアの対を有する各ピンボスを提示する。このような相対的に薄いピア区域は、鉄材で可能となり、ピストンの質量の低減に貢献する。

【0014】

他の観点によると、くり抜かれたパネルウインドウは、ピストンの下方クラウン表面と同一平面の少なくとも２ｍｍ以内に及ぶ、その上端を有する。このような高いウインドウは、曝露された下方クラウン表面を最大化し、熱を保持し得る下方クラウンに隣接する薄い区域を最小化する。

【0015】

他の観点によると、薄いピストンクラウン区域、ピストンスカート、および／またはパネルは、全体のクラウン、パネル、および／またはスカートの厚さを増加させることなしに必要とされる場合および時に、追加された強さおよび剛性を提供するために局在化されるリブを有し得る。クラウンの補剛リブは、存在するときに、ボア径ＢＤの＜４％となる厚さを有する。

【0016】

他の観点によると、ピストンのクラウンは、最上のリング溝の上方でその中に形成されたバルブポケットを含む。バルブポケットと最上リング溝との間の軸方向隙間は、約１．５ｍｍ以下であり、コンパクトなピストン構成を引き起こす。

【0017】

他の観点によると、頂部ランドは、ボア径ＢＤの＜３％となる軸方向厚さを有し、ピストンのコンパクトな構成にも寄与する。

【0018】

他の観点によると、ピストンは、第一のリング溝と第二のリング溝とを隔てる第二のランドを含み、これはボア径ＢＤの＜３．５％となる軸方向厚さを有し、ピストンのコンパクトな構成にも寄与する。

【0019】

他の観点によると、主題となる鉄のピストンの圧縮高さＣＨは、比較的小さい。特に、圧縮高さＣＨは、ボア径ＢＤの＜３０％である。このように小さな圧縮高さは、ピストン質量の低減に寄与し、コンパクトなピストン構成にも寄与する。

【0020】

他の観点によると、リングベルトとの境界面におけるスカートのコード幅は、ボア径ＢＤの３０％から６０％であるべきである。このようなスカートコード幅の関係は、リングランドが低いリング溝の波形ひずみおよび低質量で支えられており、そのどちらもがピストン性能に有利である。

【0021】

他の観点によると、ピストンは、ピンボスとスカートとの間で延在し、ピンボスとスカートを橋渡すスカートパネルを含む。スカートパネルは、薄く、摩擦の低減、質量の低減および性能の改良を与えるように対応している。各パネルは、２．２ｍｍ未満の厚さを有し、一方、対応するアルミニウムのピストンは２．５ｍｍよりも大きなパネル厚さを有するであろう。スカートパネルは、好ましくは、パネルがピン軸と平行であるとみなされるとき、パネルが内側または外側にたわむように、平面の外側に０．７ｍｍよりも大きいところに内側または外側に好適に曲げられる。その曲げられたパネルは、パネルに剛性を与え、付随の質量の低減を可能にするピストン構造に支持を与える。

【0022】

他の観点によると、スカートのそれぞれは、ピンボア軸のレベルで１ｍｍよりも大きく、スカートパネルの横方向外側に突き出すウイング部を有する。この大きさのウイング部は、スカート端部の負荷を低減するのに有益である。

【0023】

例示の実施形態は、図で図示され、以下の添付の詳細な説明で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】例示の実施形態によるピストンの上部斜視図である。

【図2】図１のピストンの下部斜視図である。

【図3】ピンボア軸を通った図１のピストンの断面図である。

【図4】図３に類似の断面図であるが、スカートパネルを通る図である。

【図5】ピンボア軸に沿った図１のピストンの断面図である。

【図6】図１のピストンの別の断面図である。

【図7】図１のピストンのさらに別の断面図である。

【図8】図１のピストンの立面図である。

【図9】図２に類似の下部斜視図である。

【図10】図５に類似の下部断面図であるが、斜視による図である。

【図11】図１のピストンの立面図である。

【図12】別の例示の実施形態によるピストンの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本明細書に添付された図面に関連して考慮されたとき、以下の詳細な説明を参照することにより、同じことがよりよく理解されるように、本発明の他の利点が容易に認識されるであろう。

【0026】

詳細な説明
本発明の実施形態によるピストンは、図１および図２において１０で図示され、鉄材からの単一片として作製されたピストン本体１２を含む。スチールは、ＳＡＥ４１４０合金鋼などの好ましい鉄材である。ピストン１０は、粉末金属をキャスト、鍛造されたものであってもよく、または鋼片から機械加工されたものであってもよい。

【0027】

ピストン１０は、ピストン１０の頂部であるピストンクラウン１４を含む。図３に示されるように、ピストンクラウン１４は、運転中、燃焼ガスに曝される上面１６を有する中実のクラウン壁１５、および、運転中、冷却油に曝される反対側のより下側または下方クラウン表面１８を含む。クラウン壁１５は、バルブポケット１９のような特性を含むように形取られ得る。この実施形態では、図３にさらに図示されるように、クラウン壁１５は、非常に薄くなるようにかつ全体的にほとんど均一に厚くなるように設計される。クラウン壁厚さｔ_cは、４ｍｍ未満であることが好ましい。このような薄いクラウン壁１５は、ピストン１０の質量を低減し、下方クラウン表面１８に対して冷却油が飛び散る際に、上面１６から下方クラウン１８への燃焼の熱の迅速かつ比較的均一な伝導および放散を提供する。

【0028】

ピストン１０は、ボア径ＢＤを有し、図１に図示されるように、ピストン本体１２の最大外径長さに対応する。図示された実施形態では、ピストン１０は、９２．５ｍｍのボア径ＢＤを有する。このようなボア径ＢＤは、自動乗用車および軽および中型ピックアップトラックに代表的である。

【0029】

ピストンクラウン１４は、上側のクラウン表面１６を囲み、上側のクラウン表面１６から下向きに突き出す金属の結合の形状でリングベルト２０を含む。リングベルト２０は、ピストン本体１２で一片として作製され、第一のまたは最上のリング溝２２、第二のまたは中間のリング溝２４、および第三のまたは下部のリング溝２６を含む。上側２つのリング溝２２，２４は、圧縮リング（示されていない）を受けるように構成され、一方、下部のリング溝２６は、オイルコントロールリング（示されていない）を受けるように構成される。リングベルト２０の頂部ランド２８は、上側のクラウン表面１６から第一のリング溝２２を隔てる。第二のランド３０は、第一および第二のリング溝２２，２４を隔てる。一方、第三のランド３２は、第二および第三のリング溝２４，２６を隔てる。下部のランド３４は、下側のリング溝２６のための下部支持壁を形成する。図示された実施形態では、頂部ランド２８は、ピストン１０のボア径ＢＤの３％未満の軸方向厚さｔ_L1を有する。一方、第二のランド３０は、ボア径ＢＤの＜３．５％の軸方向厚さｔ_L2を有する。このような小さなランド寸法は、コンパクトで（短い）ピストン設計、ならびに、これにより質量の低減および性能の向上に寄与する。

【0030】

図１、図２および図８に最もよく示されるように、バルブポケット１９は、クラウン１４に提供され得る。バルブポケット１９が存在するとき、バルブポケット１９と最上リング溝２２との間の軸方向隙間Ｃは、＜１．５ｍｍである。このようなピストンクラウン１４へのバルブポケット１９の深い侵入は、質量の低減および性能の向上と同様、ピストン１０の全体のコンパクトな設計に寄与する。

【0031】

ピストン１０は、ピストン本体１２とともに一片として形成されるピンボス３６の対を含む。ピンボス３６は、ピストン１０の下方クラウン表面１８から下向きに突き出てており、ピストン本体１２の中心長手方向軸Ｂに対して垂直に配置されるピンボア軸Ａに沿って軸方向に一直線に並べられるピンボア３８で形成される。ピンボア３８はベアリングを有しない走行表面を提示しており、これはボア３８が金属製のベアリングスリーブを有しないことを意味する。ピンボア３８は、好ましくは、ピストン１０の運転中にリストピン（示されていない）を受けて支持するために、リン酸マンガンなどの低摩擦、親油性のコーティング材料で覆われる。コーティングされ得るまたはコーティングされ得ないリング溝２２，２４，２６を除き、ピストン１０の表面全体がリン酸マンガンで覆われていることが好ましい。ピンボス３６は、内部ピンボス表面４０を有する。内部ピンボス表面４０は、既知の手法においてリストピンとの接続のための下方クラウン領域に隣接するコネクティングロッド（示されていない）を受けるために、互いに面し、十分に離れて配置される。図１０で最もよく示されるように、ピンボア３８は、πＢＤ²／４である、総ピストンボア面積の＜１０％である投影されたピンボア面積ＰＢＡを有する上半面（ピンボア軸Ａの上方）を有する。投影されたピンボア面積ＰＢＡは、ピンボア軸Ａを含む面にあり、長手方向軸Ｂに対し垂直である。対応するリストピンが小さい径であるため、このような小さなピンボアの投影された面積ＰＢＡは、全体のピストンアセンブリの質量と同様、ピストン１０の質量を低減する。

【0032】

ピンボス３６はそれぞれ、周囲に連続的な壁を有し、その内面４０がピンボア３８を形成する。図３に最もよく図示されるように、少なくとも、内面４０に隣接するピンボス壁の最上側部分４２は、燃焼サイクルの一部の間、運転中におけるリストピンの負荷時に壁部４２の弾性屈曲または曲げを可能にするために十分に薄いことが好ましい。内面４０から内側に１ｍｍの距離において測定される壁部４２の軸方向厚さｔ_aは、ボア径ＢＤの＜３．７％である。薄い壁部４２は、好ましくは、ピンボア３８の真っ直ぐなボアプロファイルに付随する。同じ領域では通常、ピンボア３８は、リストピンの屈曲のための緩衝域を提供するように軸方向に形取られるであろう。本実施形態による薄くされた部分４２は、緩衝域の特別な機械加工のための必要性を除き、代わりに、リストピンで真っ直ぐなボアおよび壁部４２の屈曲を可能にする。このようなことは、ピストンを製造する過程を単純化し、コストを低減する。それは、質量の低減にも寄与する。

【0033】

図３でも最もよく示されるように、ピンボス壁（ピンボスの下部領域）の下側部分４４も、薄く、好ましくはボア径ＢＤの＜３％となる径方向厚さｔ_rを有する。このような薄い下側部分４４は、ピストン１０の質量および全体の高さの低減に寄与する。

【0034】

図２、図３、図４、図６、図７、図９、図１０、および図１２に図示されるように、ピンボス３６の上側部分４２は、下側のクラウン表面１８から離間する。結果として得られた空間４６は、ピンボス３６の内部表面４０で始まり、軸方向外側に少なくとも２ｍｍのところに延在し、ピンボス３６の上方かつ下方クラウン表面１８の下方に中空領域４６を提示する。このような中空領域４６は、材料をくり抜くことによってピストン１０の質量を低減し、熱を保持する材料質量を取り除くことによってピストン１０の冷却も向上させる。中空領域４６は、ピンボス３６の幅を十分に通って延在し得、これにより、ピンボア３８の上方にピンボス３６を通って流路を提供する十分に開いたウインドウの形状となる。図１２は、下を切り落とされた中空領域４６’を示す。一方、残りの図は、十分に開いたウインドウとして空間を示す。ウインドウ４６は、さらにより多くの材料が取り除かれるという点において有利であるが、ピンボス３６間で下から下方クラウン領域に導入される冷却油は、ピンボス３６の外側である軸方向外側の下方クラウン表面４８に対し、冷却油の直接の流入を提供するためのウインドウ４６を通って、ピンボス３６を超えることもできる。ウインドウ４６がないと、このような外側の下方クラウン領域４８は、ピンボス３６によって冷却油の直接の流入かブロックされてしまうであろう。ウインドウ４６上の上端は、下方クラウン表面１８の２ｍｍ以内に及び、高さならびに改良された油の流れおよび低減された質量のための開口の面積を最大化するために、下方クラウン表面１８と同一平面であることが理想的である。

【0035】

図２、図９、および図１０で最もよく示されるように、ウインドウ４６はそれぞれ、断面で比較的薄いピンボスピア５０の対によって橋渡される。ピンボスピア５０は、ピンボス３６と下方クラウン１８との間で軸方向に配置される。好ましくは、各ピンボスピア５０は、ボア径ＢＤの＜９．５％となる厚さを有し、質量の低減に寄与する一方で、ピストン１０の内部と外部の下方クラウン領域との間に、最大の油の流れを提供する。

【0036】

ピストン１０は、長手方向（高さ）において非常にコンパクトである。図３で最もよく図示されるように、圧縮高さＣＨは、ピンボア軸Ａからリングベルト２０に隣接する上側のクラウン表面１６まで測定され、ボア径ＢＤの＜３０％である。このようなことは、少なくとも２０％の圧縮高さの低減を表し、同様のガソリンエンジンに適した同様のボア径ＢＤのアルミニウムピストンと比較される。ＣＨの最小の低減でさえ、産業において重要であると考えられる。これは、エンジンの全体の高さが低減されることができることを意味するからである。また、スチールであるピストン１０を用いることによって、ピストン１０は延長された時間の間、より高い圧縮負荷下で運転することができるため、ＣＨの低減は改良された性能の追加された利益に付随するものである。言い換えれば、より小さいサイズ、増加された動力および向上された燃料効率は、本ピストン１０によって認識される。

【0037】

図面に図示されるように、ピストン１０は、曲げられた外面および内面５６、５８および反対側のスカート端６０、６２を有するピストンスカート５２の対を含む。スカート５２は、ピストン本体１２および外面５４で、一片として形成され、頂部で、リングベルト２０の第四のランド３４に併合する。外面５４は、πＢＤ²／４の＜４０％（すなわち、総ピストンボア面積の４０％未満）である結合された投影されたスカート面積ＳＡを共に提供する。スカート５２の一つのための投影されたスカート面積Ａ₁は、図２に図示され、ピンボア軸Ａに平行でピストン１０の長手方向軸Ｂに対して垂直である平面上に投影された外面５４の面積である。このような投影された小さなスカート面積ＳＡは、ピストン１０の全体的に小さいサイズ、質量の低減および改良された性能に寄与する。それは、摩擦も低減させる。さらにより好ましくは、その結合された投影されたスカート面積ＳＡは、総ピストンボア面積πＢＤ²／４の２７〜３４％である。図１１に最もよく図示されるように、スカート５２は、スカートがちょうど広がり始めるコード幅ｗ_c、および、ボア径ＢＤの３０％から６０％であるリングベルト２０への推移を有する。このような小さいくびれたスカート５２は、低いリング溝波のための十分な支持を提供する一方、低摩擦に寄与する。

【0038】

スカート５２はそれぞれ、スカートパネル６４によって、ピンボス３６に直接結合される。パネル６４は、ピンボス３６およびスカート５２と一片として形成され、ピンボス３６の軸方向の外面の内側に配置される。各パネル６４は、２．２ｍｍ未満の厚さｔ_pnを有する一方、対応するアルミニウムピストンは、２．５ｍｍよりも大きいパネル厚さを有するであろう。

【0039】

パネル６４は、ピンボス３６と共に、下方クラウン表面１８を内側領域と下側クラウン表面１８の外側領域とに区分する。内側領域は、パネル６４の内面、ピンボス３６の内面およびスカート５２／リングベルト２０の内面によって囲まれている。下方クラウン表面１８の外側領域は、ピンボス３６の外部であり、ピンボス３６の外面、パネル６４およびリングベルト２０の内表面によって囲まれている。前述のウインドウ４６は、内側および外側の下方クラウン領域を結合し、その間の冷却油の移動を可能にする。図９に最もよく図示されるように、結合された下方クラウン領域は、総ピストンボア面積πＢＤ²／４の＞４５％である下方クラウン表面１８から４ｍｍ未満で測定される投影された下方クラウン面積ＵＡを提供する。領域の突起は、ピンボア軸Ａに平行でありピストン軸Ｂに垂直である面の上にある。このような大きい下方クラウン面積ＵＡは、ピストン１０の強化された冷却を提供し、質量を最小化する。

【0040】

図４で最もよく示されるように、パネル６４は、少なくとも０．７ｍｍ（内側または外側）面から内側または外側に曲げられており、必要であれば、パネル６４およびひいてはスカート５２に剛性を提供する。

【0041】

図５および図１０で最もよく示されるように、各スカート５２は、１ｍｍよりも大きくパネル６４の向こう側に突き出るスカートウイング６６の対を有する。このようなサイズのウイングは、ピストン１０の運転中、スカート端の負荷を低減する。

【0042】

下方クラウン表面１８、ピストンスカート５２およびスカートパネル６４は、ボア径ＢＤの＜４％となる厚さｔ_rを有する一つまたは複数の補剛リブ６８を有しれ得る。リブ６８は、クラウン１４全体、スカート５２、またはパネル６４の厚さを増加させることなく、必要な場合に、追加の強度および剛性を提供する。リブ６８は、図５、図７および図１０に最もよく示される。例示の実施形態では、ピストンボアピア５０のそれぞれから径方向外側に延在する。リブ６８は、クラウン１４に硬さを提供するために用いられることができ、ピンボス３６から下方クラウン表面１８に負荷を広げ、ランド２８，３０，３２，３４が垂れるのを防ぐ。

【0043】

明らかに、上記の教示に照らせば、本発明の多くの改良および変更が可能であり、添付の請求項の範囲内に具体的に説明されること以外に実施され得る。加えて、請求項中の参照数字は、単に便宜上のもので、制限されるようにあらゆる方法で読まれてはならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】