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▶ キャタピラー モトーレン ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-02
(54)【発明の名称】内燃機関用のピストン
(51)【国際特許分類】
F02F 3/00 20060101AFI20230222BHJP
F01M 1/06 20060101ALI20230222BHJP
F16J 1/09 20060101ALI20230222BHJP
【ＦＩ】
F02F3/00 S
F02F3/00 M
F01M1/06 C
F16J1/09
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022539739
(86)(22)【出願日】2020-12-16
(85)【翻訳文提出日】2022-06-27
(86)【国際出願番号】 EP2020025585
(87)【国際公開番号】W WO2021129952
(87)【国際公開日】2021-07-01
(31)【優先権主張番号】1919377.0
(32)【優先日】2019-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522256934
【氏名又は名称】キャタピラー モトーレン ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】アブラハム、フォルカー
【テーマコード（参考）】
3G313
3J044
【Ｆターム（参考）】
3G313AA09
3G313AB05
3G313AB13
3G313AB16
3G313BD32
3J044AA12
3J044BA01
3J044CA18
3J044CA25
3J044CA40
(57)【要約】
本発明は、内燃機関（１０）、特にＶ型エンジン用のピストン（１６）に関する。ピストンは、ピストン（１６）のリングベルト（２６）とピストンスカート（２４）との間のピストン（１６）の外周面に設けられた油排出溝（５４）を備え、ピストンスカート（２４）は、ピストン（１６）の互いに対向する側に２つの凹状ピンボス部分（４２）を備えており、ピストンスカート（２４）は、ピストンスカート（２４）の外表面において２つの凹状ピンボス部分（４２）の間に配置され、且つ油排出溝（５４）を凹状ピンボス部分（４２）と流体連通的に接続するように構成された少なくとも１つの油排出ダクト（５６）をさらに備える。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関（１０）、特にＶ型エンジン用のピストン（１６）であって、前記ピストン（１６）のリングベルト（２６）とピストンスカート（２４）との間の前記ピストン（１６）の外周面に設けられた油排出溝（５４）を備え、前記ピストンスカート（２４）は、前記ピストン（１６）の互いに対向する側に２つの凹状ピンボス部分（４２）を備えており、前記ピストンスカート（２４）は、前記ピストンスカート（２４）の外表面において前記２つの凹状ピンボス部分（４２）の間に配置され、且つ前記油排出溝（５４）を前記凹状ピンボス部分（４２）と流体連通的に接続するように構成された少なくとも１つの油排出ダクト（５６）をさらに備える、ピストン（１６）。
【請求項2】
ピストンヘッド（２２）及び前記ピストンスカート（２４）が別個の部分を構成するマルチパート設計を有する、請求項１に記載のピストン。
【請求項3】
前記凹状ピンボス部分（４２）は、前記ピストン（１６）の外表面を形成する平面状外面（５２）を有する、請求項１又は２に記載のピストン。
【請求項4】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストン（１６）がエンジン（１０）内で動作する場合、前記油排出ダクト（５６）を通って、そして続いて前記凹状ピンボス部分（４２）の外面（５２）に沿ってオイルを案内するとき、オイルを前記油排出溝（５４）から前記エンジン（１０）のクランクケースの中に排出するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項5】
前記ピストンは、前記ピストン（１６）の互いに対向する側にある前記２つの凹状ピンボス部分（４２）の間に配置された少なくとも２つの油排出ダクト（５６）を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項6】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストンスカート（２４）の前記外表面に設けられた凹部によって形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項7】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストン（１６）が前記エンジン（１０）に搭載されて動作する場合、前記油排出ダクト（５６）の流れ断面が前記油排出ダクト（５６）内のオイルの流れ方向（Ａ）に沿って先細りになるように設計されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項8】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストンスカート（２４）の前記外表面に配置され、且つ前記油排出ダクト（５６）が前記２つの凹状ピンボス部分（４２）のうちの少なくとも１つに開口するように前記２つの凹状ピンボス部分（４２）の間に延びる下縁（５８）を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項9】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストン（１６）の長手方向軸（Ｌ）に沿った前記ピストン（１６）の下方の移動方向において、前記下縁（５８）の中間セクション（６０）が前記下縁（５８）の２つの対向する端部セクション（６２）の前又はそれと同じレベルに配置されるように設計される、請求項１～８のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項10】
前記エンジン（１０）内の前記ピストン（１６）の搭載状態において、前記油排出ダクト（５６）は、前記エンジン（１０）の垂直軸（Ｚ）に沿って下方方向において、前記下縁（５８）の前記中間セクション（６０）が前記下縁（５８）の前記２つの対向する端部セクション（６２）の前又はそれと同じレベルに配置されるように設計される、請求項８又は９に記載のピストン。
【請求項11】
前記エンジン（１０）内の前記ピストン（１６）の前記搭載状態において、前記油排出ダクト（５６）は、その下縁（５８）が下方に湾曲するように、又は前記下縁（５８）の前記中間セクション（６０）を通って延びる水平面（Ｈ）に対して平行に延びるように設計されている、請求項７～１０のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項12】
前記油排出ダクト（５６）は、前記ピストンスカート（２４）の前記外表面に配置された２つの対向する横縁（６４）をさらに備え、その各々が前記油排出溝（５４）と前記凹状ピンボス部分（４２）のうちの１つとの間の前記ピストン（１６）の前記長手方向軸（Ｌ）に沿って延びる、請求項７～１１のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項13】
前記油排出ダクト（５６）の前記下縁（５８）は、放物線形状又はスプリント（ｓｐｌｉｎｔ）形状を有する、請求項７～１２のいずれか一項に記載のピストン。
【請求項14】
前記油排出ダクト（５６）の前記下縁（５８）の形状は、少なくとも部分的に、【数1】
【請求項15】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つのピストン（１６）を備える内燃機関（１０）、特にＶ型エンジン。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関に使用するためのピストン、及び少なくとも１つのそのようなピストンを備えた内燃機関、特にＶ型エンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関では、ピストンヘッド及びピストンスカートを備える構造構成のピストンを採用することが知られている。ピストンヘッドは、外側リングベルトをその円周方向外表面に含み、これは、ピストンが動作中に往復移動するエンジンのシリンダの内壁に当接する対応するピストンリングを収容するための、複数の円周方向に連続するリング溝を形成する。
【0003】
ピストンリングは、エンジンのクランクケースから燃焼室を密封する機能を有している。さらに、ピストンリングは、ピストンとシリンダ壁との間に適切な量のオイルを維持し、シリンダ壁からクランクケースに収容されたオイルサンプにオイルを掻き落して戻すことによってエンジンオイルの消費量を調整するように意図及び構成されている。
【0004】
そのようにするために、リング溝の最下部分、すなわちピストンスカートに最も近く配置されているものは、通常、いわゆるオイルスクレーパリング（ｏｉｌ ｓｃｒａｐｅｒ ｒｉｎｇ）を収容する。オイルスクレーパリングは、さらなるピストンリングを通過するオイルの量を制限及び調整するようにシリンダ壁からオイルを掻き落すように構成されている。このように、スクレーパリングは、オイルがピストンリングを通過して燃焼室に滑り込む、いわゆる「ブローバイ」効果を最小限に抑えることを目的としている。燃焼室内へのこの意図しないオイルの放出は、一般に「オイルスライド」とも呼ばれ、エンジン性能の低下、エンジン構成要素の寿命の低下、及びエンジンの望ましくない炭化水素排出につながる可能性がある。
【0005】
具体的には、オイルスクレーパリングは、ピストンのダウンストローク中に、シリンダ壁から掻き落されたオイルがその前方に蓄積されるように設計されている。したがって、オイルスクレーパリングの適切な機能を確保するには、リングの前方に蓄積されたオイルを適切に排出して、シリンダ壁から十分な量のオイルを掻き落すことができるようにする必要がある。したがって、既知のピストン構成は、ピストンのダウンストローク移動中にリングベルトの前方に蓄積されたオイルをクランクケースに案内するように、それによって戻すように設計された油排出経路が備えている。
【0006】
１つの既知のピストン構成では、オイルスクレーパリングを収容する最下リング溝は、ピストンスカートに設けられた限られた数の油排出孔に接続され、最下リング溝に蓄積されたオイルをピストンスカートの内側に案内するように構成される。次に、ピストンスカートの内側から、オイルは、ピストンスカートの開いた底部を介してクランクケースに逆に流れる。
【0007】
さらに、ピストン構成は、例えば米国特許第６，５５７，５１４Ｂ１号によって知られている。それによると、ピストンのダウンストローク移動中にリングベルトの前方に蓄積されたオイルは、最下ピストンリング溝に隣接して配置された円周方向の油排出溝に受容され、その後、クランクケースに排出されるようにピストンスカートの外表面を横切って案内される。具体的には、互いに対向する側において、ピストンスカートは、油排出溝に開口する凹状ピンボスを備えている。このような構成により、油排出溝に受容されたオイルは、凹状ピンボスの外表面を横切って案内されて、クランクケース内に下方に戻り、排出される。
【0008】
ただし、Ｖ型エンジンに既知のピストン構成を適用する場合、ピストンのアンギュレーションは、ピストンスカートを横切ったりピストンスカートを通過したりするオイルの流れに影響を与える可能性がある。このようにして、排出されるオイルは、ピストンによって形成されたオイルの戻り経路を通って流れるとき、増加した流動抵抗を受ける可能性がある。例えば、これは、オイルが飛散することにより又は重力に逆らってオイルを上方にそらすことによって引き起こされる可能性がある。その結果、リングベルトからピストンスカート内への十分に高いオイルの戻り流量が確保されない可能性があり、これにより、動作中に燃焼室内へのオイルスライドが起こり得る。
【発明の概要】
【0009】
先行技術から始めて、特にＶ型エンジンに適用される場合、エンジンの燃焼室内へのオイルスライドを効果的に防止する、内燃機関用の改良されたピストンを提供することが目的である。そのため、少なくとも１つのそのようなピストンを備えた内燃機関、特にＶ型エンジンを提供することが目的である。
【0010】
これらの目的は、独立請求項の主題によって解決される。好ましい実施形態は、本明細書、図面、ならびに従属請求項に記載されている。
【0011】
したがって、ピストンのリングベルトとピストンスカートとの間のピストンの外周面に設けられた油排出溝を備える内燃機関、特にＶ型エンジン用のピストンが提供される。ピストンスカートは、ピストンの互いに対向する側に２つの凹状のピンボス部分と、ピストンスカートの外表面において２つの凹状ピンボス部分の間に配置された少なくとも１つの油排出ダクトと、を備えている。油排出ダクトは、油排出溝を凹状ピンボス部分と流体連通的に接続するように構成されている。
【0012】
さらに、少なくとも１つの上記ピストンを備えた内燃機関、特にＶ型エンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本開示は、添付の図面に関連して検討される場合、以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解されるであろう。
【図1】内燃機関の概略断面図を示す。
【図5】別の構成によるピストンの概略斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下では、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図面では、同様の要素は同一の参照番号で示され、冗長性を回避するために、その繰り返しの説明は省略することができる。
【0015】
図１は、以降において「エンジン」とも称する内燃機関１０を概略的に示している。エンジンは、主又は補助エンジンとして、船舶又は建設車両などの車両に実装することができる。示される構成では、エンジン１０は、Ｖ型エンジンの形態で提供され、複数のシリンダ１２、例えば、８、１２、又は１８個のシリンダを備え、Ｖ字型に配置される。具体的には、図１から推測できるように、シリンダ１２は、エンジン１０のクランクシャフト１４に平行に２列に配置されている。シリンダ１２の各ラインは、シリンダバンクとも呼ばれる。「バンク角」とも呼ばれる、シリンダバンクの間の角度は、示されている構成では４０°であるが、これに限定されない。むしろ、エンジン１０は、任意の適切なバンク角、例えば、２０°～１２０°の範囲、具体的には５０°のバンク角を備えていてもよい。
【0016】
各シリンダ１２は、シリンダ１２内の燃焼室１８を区切るヘッド部分を有するピストン１６を収容する。具体的には、ピストン１６は、シリンダ１２内で往復移動及び軸方向移動するように構成され、コネクティングロッド２０を介してエンジン１０のクランクシャフト１４に接続される。
【0017】
エンジン１０は、空気燃料混合物を燃焼室１８に選択的に供給するための吸気システム（図示せず）の作動を制御する制御装置（図示せず）と、燃焼室１８内に受容された空気燃料混合物を選択的に点火するための点火システム（図示せず）と、燃焼室１８から燃焼ガスを選択的に排出するための排出システム（図示せず）と、をさらに備える。
【0018】
そのような構成によって、すなわち、燃焼室１８内で空気燃料混合物に点火すると、高温高圧ガスが燃焼室１８内で生成され、ピストン１６に力を加えてそれを軸方向に動かし、それによってクランクシャフト１８を回転させる。このようにして、化学エネルギーは機械エネルギーに変換される。
【0019】
エンジン１０及びその構成要素の基本的な構造及び動作モードは、当業者に周知されていて、したがって、さらに特定されていない。むしろ、本発明と相互に関連するエンジン１０で採用されるピストン１６の特性は、以下で扱われる。
【0020】
図２は、搭載状態、すなわち、エンジン１０のシリンダ１２に搭載された状態のピストン１６の拡大図を示している。そのため、図３及び図４は、図１及び図２に示されたピストン１６の非搭載状態、すなわちエンジン１０から該ピストンが分解された状態を示している。
【0021】
ピストン１６は、好ましくは、マルチパート設計、例えば、ピストンヘッド２２及びピストンスカート２４がピストン１６の別個の部分を構成する２パート設計を有する。代替的に、ピストン１６は、一体型設計を備えていてもよく、モノブロック構成体又はモノブロックピストンとも呼ばれ、ここで、ピストン１６は、単一の部品からなる鋳造品である。
【0022】
ピストンヘッド２２は、その円周方向外表面において、シリンダ１２の燃焼室１８を区切るピストンヘッド２２の前面から離間して配置された円筒状リングベルト２６を備えている。リングベルト２６は、リングベルト２６の外表面に設けられた複数のピストンリング溝２８、３０、３２で形成されており、その各々は、図２から推測できるように、オイルコントロールリングとも呼ばれる、ピストンリング３４、３６、及び３８を収容するように設計されている。具体的には、ピストンリング３４～３８は、燃焼室１８をエンジン１０のクランクケースから密封し、同時に、エンジン１０の動作中にピストン１６とシリンダ壁４０との間に適切な量のオイルを維持するように構成される。そのため、ピストンリング３４～８８は、以下に記載するように、シリンダ壁４０からオイルを掻き落すことにより、クランクケースに収容されたオイルサンプに戻すようにエンジンオイルの消費量を制限及び調整する。
【0023】
具体的には、そうするために、最下ピストンリング３８、すなわち最下リング溝３２に収容されたものが、いわゆるオイルスクレーパリングの形態で提供される。そのような構成により、最下リング溝３２に収容されたピストンリング３８は、シリンダ１２内のピストン１６のダウンストローク移動時にシリンダ壁４０からオイルを掻き落すように構成される。
【0024】
本開示の文脈において、「最下ピストンリング」３８という用語は、ピストンスカート２４に最も近く配置された複数のピストンリング３４～３８のうちの１つを指す。
【0025】
ピストンヘッド２２は、動作中にピストン１６、すなわちそのヘッド部分を冷却するために冷却オイルが循環する内部冷却ギャレー（図示せず）をさらに備えている。そのような内部冷却ギャレーの基本的な構造及び動作は当業者によく知られており、したがってさらに特定されていない。
【0026】
ピストンスカート２４は、ピストンスカート２４の互いに対向する側に配置された２つの凹状ピンボス部分４２を備える。言換すれば、ピンボス部分４２は、ピストン１６の長手方向軸Ｌに対して互いに対向して配置されている。
【0027】
本開示の文脈において、「長手方向軸」Ｌという用語は、シリンダ１２内のピストンの往復移動の方向に平行であるピストン１６の軸を指す。
【0028】
凹状ピンボス部分４２のそれぞれは、ピストン１６をコネクティングロッド２０に枢動可能に結合するためにリストピン（ｗｒｉｓｔ ｐｉｎ）４６を受容するピンボス４４を備えている。そのような構成により、リストピン４６は、ピストンスカート２４の内部を通って延び、ピンボス４４に形成されたピンボア４８に結合されている。したがって、ピンボア４８は、ピストンのピンボア軸Ｐに沿って整列されている。
【0029】
本開示の文脈において、「ピンボア軸」Ｐという用語は、ピストン１６の長手方向軸Ｌに垂直であり、リストピン４６の長手方向軸に平行であるピストン１６の軸を指す。
【0030】
示されている構成では、凹状ピンボス部分４２は、ピストンスカート２４の円筒状部分５０に隣接して配置されている。凹状ピンボス部分４２は、円筒状部分５０とともに、ピストンスカート２４のシェル表面、すなわち外表面を構成する。
【0031】
より具体的には、ピストンスカート２４は、ピストン１６の搭載状態において、ピストンスカート２４の円筒状部分５０の外面が、シリンダ壁４０隣接して実質的にその形状に追従するように配置されているように提供され、ここで、凹状ピンボス部分４２の外面５２は、シリンダ壁４０から離間している。言換すれば、ピンボス部分４２の領域では、ピストンスカート２４のシェル表面の一部が、円筒状のシェル表面と比較して意図的に凹んでいる一方、円筒状部分５０によって形成されるピストンスカートのシェル表面の他の部分は、円筒状のシェル表面に実質的に追従するように設計されている。このようにして、シリンダ１２内に受容される場合、ギャップは、すなわち半径方向において、凹状ピンボス部分４２とシリンダ壁４０との間に形成される。このギャップは、ピストンスカート２４の円筒状部５０とシリンダ壁４０との間に形成されるギャップと比較して実質的に大きい。
【0032】
図１～図４に示されるピストン１６の構成において、ピストン１６の外表面を形成する、凹状ピンボス部分４２の外面５２は平面形状である。代替的に、外面５２は、特にピンボア４８の周りの領域において、図５及び図６に示されるピストン１６のさらなる構成に示されるように、半径方向内向き方向に延びる複数の凹部を備えてもよい。
【0033】
さらに、ピストン１６は、リングベルト２６とピストン１６のピストンスカート２４との間のピストンの外周面に設けられた油排出溝５４を備える。示の構成では、油排出溝５４は、ピストン２４の外表面、すなわちシェル表面において円周方向連続リング溝を構成する。油排出溝５４は、ピストンヘッド２２及びピストンスカート２４を互いから分離させる。換言すれば、ピストン２６の下方に又はダウンストローク移動方向に、すなわち長手方向軸Ｌに沿って、リングベルト２６、油排出溝５４及びピストンスカート２４が連続して、すなわち次から次へと配置される。
【0034】
本開示の文脈において、ピストン１６の「下方に又はダウンストローク移動方向」という用語は、その長手方向軸Ｌに沿ったピストン１６の移動方向を指し、これは、ピストン１６の搭載状態において、エンジン１０のクランクシャフト１４又はクランクケースに面する。
【0035】
油排出溝５４は、ピストン１６の動作中にリングベルト２６の前方又は正面に蓄積されたオイルを受容し、収集するように構成される。要するに、上記のように、最下リング溝３２に収容された最下ピストンリング３８は、シリンダ１２内のピストン１６のダウンストローク移動時にシリンダ壁４０からオイルを掻き落すように構成される。換言すれば、シリンダ１２内で下方にピストン１６を軸方向に、すなわちダウンストローク移動方向に移動させるとき、最下リング溝３２は、次いで油排出溝５４に受容されるオイルをシリンダ壁４０から掻き落す。
【0036】
さらに、ピストン１６は、油排出溝５４に収集されたオイルをクランクケースに排出するように設計及び構成された２つの油排出ダクト５６を備える。具体的には、ピストンスカート２４は、油排出ダクト５６をその外表面に備え、それにより油排出ダクト５６のそれぞれが、凹状ピンボス部分４２の間に配置される。換言すれば、ピストン１６の円周方向において、すなわちその長手方向軸Ｌの周りで、油排出ダクト５６のそれぞれは、凹状ピンボス部分４２の間に配置される。油排出ダクト５６は、油排出溝５４を凹状ピンボス部分４２と流体連通的に接続するように構成されている。より具体的には、油排出ダクト５６は、ピストン１６の作動時に、油排出溝５４に受容されたオイルを、凹状ピンボス部分４２、すなわち、凹状ピンボス部分４２とシリンダ壁４０との間に形成されたギャップに向かって案内するように設計及び構成されている。言換すれば、油排出ダクト５６は、油排出ダクト５６を通って、続いて、クランクケースに排出される前に、凹状ピンボス部分４２の外面５２に沿って、油排出溝５４に収集されたオイルを案内するとき、オイルを油排出溝５４からエンジン１０のクランクケースに排出するように構成及び設計される。
【0037】
油排出ダクト５６を備えることにより、提案されたピストン１６は、ベルトリング２６の前方に収集されたオイルをクランクケースに排出するための流路の流れ断面が流路全体に沿って十分に高いことを確実にし、これによりリングベルト２４からのオイルの適切な除去を確実にする。このようにして、リングベルト２６の前方に収集されたオイルは、高い流動抵抗にさらされるのを防ぎ、したがって、燃焼室１８内へのオイルスライドを起こし得る過度の圧力にさらされるのを防ぐ。
【0038】
図１～図６に示されるピストン１６の２つの構成において、ピストン１６は、２つの凹状ピンボス部分４２の間に配置された２つの油排出ダクト５６を備える。代替的に、ピストン１６は、２つより多い又は少ない油排出ダクト５６を備えることができる。代替的に又は付加的に、示された油排出ダクト５６は、各油排出ダクト５６がピストン１６の円周方向に沿って互いから離間し得る２つの別個の油排出ダクトに分割されるように分離され得る。
【0039】
図２から推測できるように、２つの油排出ダクト５６は、ピストン１６の互いに対向する側に配置されている。具体的には、２つの油排出ダクト５６は、長手方向軸Ｌ及びピストン１６のピンボア軸Ｐの両方に関して、互いに対向して配置されている。
【0040】
油排出ダクト５６のそれぞれは、ピストンスカート２４の外表面に設けられた凹部によって形成されている。言換すれば、油排出ダクト５６は、ピストンスカート２４の外表面に、特にピストンスカート２４の凹状ピンボス部分４２に隣接して配置された円筒状部分５０に機械加工され、特に切り込まれる。
【0041】
油排出ダクト５６は、その流れ断面が油排出ダクト５６内のオイルの流れ方向に沿って先細りになるように設計されている。図２～図６では、油排出ダクト５６を通って案内されるオイルの流れ方向は、矢印Ａで示されている。示された流れ方向から推測できるように、油排出ダクト５６を通って案内されるオイルの流路は下方に、すなわち下方の移動方向の方向にスムーズにそらすことができる。
【0042】
要するに、ピストン１６の提案された構成において、ピストンスカートの外表面に沿って排出されるオイルの流れ方向は、油排出ダクト５６を通って流れるとき、スムーズに下方にそらされる。具体的には、油排出ダクト５６を凹状ピンボス部分４２の間に配置することによって、油排出ダクト５６は、油排出ダクト５６を通過する場合にオイルの流れをスムーズにそらすことに寄与することができる或る特定の長さを備え、それによって、特にＶ型エンジンにピストン１６を採用する場合にオイルの戻り流れを改善する。
【0043】
具体的には、油排出ダクト５６の適切な長さを確保するために、油排出ダクト５６は、ピストンスカート２４の円筒状部分５０の全円周長さに沿って延びる。
【0044】
以下では、油排出ダクト５６の構造的配置及び特性をさらに規定する。
【0045】
図２～図４に示すように、油排出ダクト５６のそれぞれは、ピストンスカート２４の外表面に配置された下縁５８を備える。下縁５８は、２つの凹状ピンボス部分４２の間に延び、それによって、その関連付けられた油排出ダクト５６は、凹状ピンボス部分４２に開口する。図２から推測できるように、下縁５８は、油排出ダクト５６を通って案内されるオイルの流れ方向において、下縁５８が、下方に、すなわち下方の移動方向に、湾曲しているように、すなわちスムーズに湾曲しているように設計されている。
【0046】
具体的には、図３及び図４から推測できるように、油排出ダクト５６は、下方の移動方向に、すなわちピストン１６の長手方向軸Ｌに平行に、クランクシャフト１４に向かって誘導されて、下縁５８の中間セクション６０が、下縁５８の２つの対向する端部セクション６２の前に配置されるように設計されている。言換すれば、下方の移動方向から見た場合、中間セクション６０は、２つの対向する端部セクションの前に配置される。
【0047】
より具体的には、図２から推測できるように、油排出ダクト５６のそれぞれは、エンジン１０におけるピストン１６の搭載状態において、下縁５８の中間セクション６０がエンジン１０の垂直軸Ｚに沿って下方方向から見た場合に下縁５８の２つの対向する端部セクション６２の前に配置されるように設計されている。言換すれば、排出ダクト５６は、エンジン１０内のピストン１６の搭載状態において、下縁５８の端部セクション６２は、下縁５８の中間セクション６０の下に配置されるように設計されている。この構造的配置の例示の目的のために、水平面Ｈは、図２に破線で示されている。
【0048】
代替的に、油排出ダクト５６は、エンジン１０の垂直軸Ｚに沿って下方方向から見たとき、下縁５８の中間セクション６０が下縁５８の２つの対向する端部セクション６２と同じレベルに配置されるように設計され得る。さらに、搭載状態においては、油排出ダクト５６のそれぞれは、下縁５８が水平面Ｈに対して下方に湾曲するように設計されている。代替的に、油排出ダクト５６は、下縁５８が水平面Ｈに平行に配置され、且つ延びるように設計され得る。
【0049】
油排出ダクト５６を備えることにより、Ｖ型エンジン内のピストン１６の構造的配置及び搭載条件が、提案されたピストン構成によって考慮に入れられる。具体的には、ピストン１６がエンジン１０の垂直軸Ｚに対して傾斜して配置されていても、すなわちＶ型エンジンのバンク角に起因して、提案された油排出ダクト５６は、油排出溝５４からクランクケースの中に排出されるオイルが、ピストンスカート２４の外表面を横切って案内される場合、下縁５８によって、上方に、すなわち重力に逆らって上方にそらされるのを回避し得る。
【0050】
上記のように、代替構成では、油排出ダクト５６のそれぞれは、２つの別個の油排出ダクトに分離又は分割され得る。そのような構成では、排出ダクトは、凹状ピンボス部分４２に開口するように第１の端部セクションと、油排出溝５４に開口するように第２の端部セクションと、を有する下縁を有し得る。この構成において、中間セクション６０に関連して本開示に記載されている、技術的特徴は、特に構造的配置に関して、内外側端部にも適用され得、それ故に開示されている。それに応じて、端部セクション６２に関連して上記した技術的特徴は、第２の端部セクションにも適用され得、それ故に開示される。
【0051】
さらに、油排出ダクト５６のそれぞれは、２つの対向する横縁６４を備え、これらは、下縁５８と共に、油排出ダクト５６を通るオイルの流路を区切っている。横縁６４は、ピストンスカート２４の外表面に配置される。具体的には、横縁６４のそれぞれは、油排出溝５４と凹状ピンボス部分４２のうちの１つとの間のピストン１６の長手方向軸Ｌに沿って延びる。このようにして、油排出ダクト５６の流れ断面は、油排出ダクト５６を通るオイルの流れ方向Ａに先細りになる。
【0052】
示されている構成において、下縁５８は、放物線形状をしている。代替的に、下縁５８は、スプリント（ｓｐｌｉｎｔ）形状を有することができる。そのため、下縁５８は、全体的に平面に配置され得る。
【0053】
具体的には、油排出ダクト６４の下縁５８の形状は、以下の等式によってパラメータ化される：
ここで、ｘはピンボス軸Ｐに沿った位置を表し；ｙはピンボックス軸Ｐを横切る横軸に沿った位置を表し；ｚはピンボックス軸Ｐ及び横軸を横切るピストン１６の中心長手方向軸Ｌに沿った位置を表し；ｒはピストン１６の中心長手方向軸Ｌの周りのピストンスカートの外周面、すなわち円筒状部分５０の半径を表し；ｂはピンボス軸Ｐに対する下縁５８の中間セクション６０の高さ位置を示すパラメータであり；ｃは係数を表す。
【数1】
【0054】
これらの実施形態及びアイテムは、複数の可能性を描写している単なる例であることが、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書に示されている実施形態は、これらの特徴及び構成の制限を形成すると理解されるべきではない。記載された特徴の任意の可能な組み合わせ及び構成は、本発明の範囲に従って選択することができる。
【0055】
これは特に、技術的に実現可能な任意の組み合わせで前述した実施形態、アイテム、及び／又は特徴の一部又は全部を組み合わせることができる以下の任意選択の特徴に関して当てはまる。
【0056】
ピストンのリングベルトとピストンスカートとの間のピストンの外周面に設けられた油排出溝を備える、内燃機関、特にＶ型エンジン用のピストンが提供され得、ピストンスカートは、ピストンの互いに対向する側に２つの凹状ピンボス部分を備えており、ピストンスカートは、ピストンスカートの外表面において２つの凹状ピンボス部分の間に配置され、且つ油排出溝を凹状ピンボス部分と流体連通的に接続するように構成された少なくとも１つの油排出ダクトをさらに備える。
【0057】
換言すると、そのような構成によれば、提案される油排出ダクトは、好ましくは、ピストンがエンジン内で動作する場合、油排出ダクトを通って、そして続いて凹状ピンボス部分の外面に沿ってオイルを案内するとき、オイルを油排出溝からエンジンのクランクケースの中に排出するように構成される。
【0058】
提案された油排出ダクトを備えることにより、リングベルトからクランクケース内へのオイルの適切な戻りが確実にされ得る。具体的には、提案された構成により、油排出ダクトに、オイルの流路を画定するための適切な長さを提供することが可能になり、そのオイルは、流路を通って流れるとき、例えば、オイルの飛散を低減することによって、又は重力に逆らってオイルを上方にそらすことを回避することによって、比較的低い流動抵抗を受ける可能性がある。
【0059】
提案されたピストンは、車両、船舶、又は発電所の主又は補助エンジンとして機能する、任意の適切な内燃機関、特に往復動エンジンで使用することを目的として構成されている。具体的には、提案されたピストンは、Ｖ型エンジンで使用することができるが、この用途に限定されない。そのようなエンジンは、ディーゼルやガソリンなどの液体燃料、又はガス燃料で動作し得る。
【0060】
提案されたピストンは、マルチパート設計、例えばリングベルトを収容するピストンヘッド及びピストンスカートが別個の部分を構成する２パート設計を備えていてもよい。代替的に、ピストンは、一体型設計を備えていてもよく。ここで、ピストンは、単一の部品からなる鋳造品である。
【0061】
上記のように、ピストンスカートは、ピストンスカートの互いに対向する側に配置された凹状ピンボス部分を備える。したがって、凹状ピンボス部分は、ピストンスカートのシェル表面を形成する。さらに、ピストンスカートは、２つの対向する円筒状部分を備え、それらの各々は、凹状ピンボス部分に隣接して、それらの間に配置されている。ピストンスカートの凹状ピンボス部分と円筒状部分とを比較する場合、ピストンの直径、すなわち、その長手方向軸を横切り、凹状ピンボス部分の間に延びる直径は、円筒状部分の間に延びる直径と比較して小さい。このようにして、エンジンのシリンダに受容される場合、ピンボス部分とシリンダ壁との間にギャップが形成され、その中に油排出ダクトが開口し、それを介して油排出ダクトを通って流れるオイルが、エンジンのクランクケースの中に案内される。
【0062】
具体的には、ピストンスカートの外表面を形成する、ピンボス部分の外面は、プレーナ形状であってもよい。代替的又は追加的に、ピンボス部分の外面は、ピストンの半径方向に、すなわち、その長手方向軸を横切って、平面を超えて延びないように提供され得る。平面は、すなわち、長手方向軸に平行に配置され得、且つ架空の平面であり得る。そのような構成において、外面は、ピストンの半径方向とは反対の方向に延びる１つ以上の凹部を備えていてもよい。
【0063】
ピストンスカートには、少なくとも１つの油排出ダクトを備えていてもよい。さらなる発展において、ピストンスカートは、ピストンの互いに対向する側に２つの凹状ピンボス部分の間に配置された少なくとも２つの油排出ダクトを備えてもよい。
【0064】
具体的には、少なくとも１つの油排出ダクトは、ピストンスカートの外表面に設けられた凹部によって形成され得る。換言すれば、少なくとも１つの油排出ダクトがピストンスカートの外表面に切り込まれ得る。
【0065】
さらなる発展において、油排出ダクトは、ピストンがエンジンに搭載されて動作する場合、油排出ダクトの流れ断面が、油排出ダクト内のオイルの流れ方向に沿って先細りになるように設計され得る。
【0066】
さらに、油排出ダクトは、ピストンスカートの外表面に配置され、且つ油排出ダクトが２つの凹状ピンボス部分のうちの少なくとも１つに開口するように２つの凹状ピンボス部分の間に延びる下縁を備え得る。
【0067】
例えば、油排出ダクトは、ピストンの長手方向軸に沿ったピストンの下方の移動方向において、下縁の中間セクションが下縁の２つの対向する端部セクションの前又はそれと同じレベルに配置されるように設計され得る。
【0068】
さらなる発展では、エンジン、特にＶ型エンジン内のピストンの搭載状態において、油排出ダクトは、エンジンの垂直軸に沿って下方方向において、下縁の中間セクションが下縁の２つの対向する端部セクションの前又はそれと同じレベルに配置されるように設計され得る。
【0069】
追加的又は代替的に、エンジン、特にＶ型エンジン内のピストンの搭載状態において、油排出ダクトは、その下縁が下方に湾曲するように、又は下縁の中間セクションを通って延びる水平面に対して平行に延びるように設計され得る。
【0070】
さらなる発展において、油排出ダクトは、ピストンスカートの外表面に配置された２つの対向する横縁をさらに備え得、その各々が油排出溝と凹状ピンボス部分のうちの１つとの間のピストンの長手方向軸に沿って延びる。
【0071】
追加的又は代替的に、油排出ダクトの下縁は、放物線形状又はスプリント形状を有し得る。
【0072】
具体的には、油排出ダクトの下縁の形状は、少なくとも部分的に、
によってパラメータ化され得、ここで、ｘはピンボス軸に沿った位置を表し；ｙはピンボックス軸を横切る横軸に沿った位置を表し；ｚはピストンの中心長手方向軸に沿った位置を表し；ｒはピストンの中心長手方向軸の周りのピストンスカートの外周面の半径を表し；ｂはピンボス軸に対する下縁の中間セクションの高さ位置を示すパラメータであり；ｃは係数を表し；ｉは自然数として提供されるインデックスを表す。具体的には、インデックスｉは２、又は任意の他の適切な値、例えば１～８、例えば３又は４などであり得る。
【数2】
【0073】
さらに、上記のように少なくとも１つのピストンを備える内燃機関、特にＶ型エンジンを提供することができる。
【0074】
提案された内燃機関は、上記のようにピストンを備えているので、上記のピストンに関連して説明された技術的特徴はまた、提案された内燃機関に関連し、且つ適用され得、逆もまた同様である。
【産業上の利用可能性】
【0075】
図面及び図面に付随する説明を参照して、内燃機関用のピストン、及びそのようなピストンを備えた内燃機関、特にＶ型エンジンが提案される。提案されたピストンは、従来のピストンを置き換える可能性があり、交換部品又はオフライン取付け部品として機能する可能性がある。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】