JP2016520759A - Piston of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

内燃機関のシリンダのためのピストン（２０）であって、定義された外径を有するピストン本体（２１）を有し、ピストン本体は軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）を有し、ピストンヘッドはシリンダの燃焼室を部分的に画定しており、ピストンヘッド（２２）は、ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、ピストン本体の壁厚の減少とともに、軸方向において後ろに向かって延びている。A piston (20) for a cylinder of an internal combustion engine, having a piston body (21) having a defined outer diameter, the piston body having a piston head (22) located forward in the axial direction; The piston head partially defines the combustion chamber of the cylinder, and the piston head (22) is rearward in the axial direction at the radially outer edge of the piston body (21) with decreasing wall thickness of the piston body. It extends towards.

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関のピストンに関する。   The present invention relates to a piston for an internal combustion engine as set forth in claim 1.

内燃機関のピストンは、ピストン上部分及びピストン下部分が組み合わされたいわゆる組立ピストンとして、もしくは、いわゆるモノブロックピストンとして実施することができる。特許文献１及び特許文献２より、ピストン上部分及びピストン下部分が組み合わされた組立ピストンが知られており、ピストン上部分は、軸方向において前に位置するピストンヘッド及び円筒状の外壁を有している。ピストンヘッドには、ピストンヘッドの半径方向内側の領域内にいわゆる燃焼室凹部を形成することができる。円筒状の外壁は、ピストンリングを収容するための溝を有している。内燃機関のそのようなピストンは、内燃機関のシリンダのシリンダライナ内に案内されており、特許文献３には、いわゆるフレームリングが割り当てられた、そのようなシリンダライナの基本的な構成が示されている。ピストンヘッドとピストンリング収容溝との間に延在するピストンの部分は、シリンダライナのフレームリングの領域内に案内されている。   The piston of the internal combustion engine can be implemented as a so-called assembled piston in which the upper part and the lower part of the piston are combined, or as a so-called monoblock piston. From Patent Document 1 and Patent Document 2, an assembly piston is known in which a piston upper part and a piston lower part are combined, and the piston upper part has a piston head and a cylindrical outer wall located in front in the axial direction. ing. In the piston head, a so-called combustion chamber recess can be formed in a radially inner region of the piston head. The cylindrical outer wall has a groove for receiving the piston ring. Such a piston of an internal combustion engine is guided in a cylinder liner of a cylinder of the internal combustion engine, and Patent Document 3 shows a basic configuration of such a cylinder liner to which a so-called frame ring is assigned. ing. The portion of the piston that extends between the piston head and the piston ring receiving groove is guided into the frame ring region of the cylinder liner.

図１には、従来技術より知られた内燃機関のピストン１０、及び、シリンダライナ１１に割り当てられたフレームリング１２が図示されており、ピストン１０は軸方向において前に位置するピストンヘッド１３を有しており、このピストンヘッド１３はそれぞれのシリンダの燃焼室１４を部分的に画定しており、また、ピストン１０の円筒状外壁１５には、図示されないピストンリングを収容するための溝１６が形成されている。図１に図示されたピストン１０はピストン１０を冷却するための冷却室１７を有している。   FIG. 1 shows a piston 10 of an internal combustion engine known from the prior art and a frame ring 12 assigned to a cylinder liner 11, which has a piston head 13 positioned in the front in the axial direction. The piston head 13 partially defines a combustion chamber 14 of each cylinder, and a groove 16 for receiving a piston ring (not shown) is formed in the cylindrical outer wall 15 of the piston 10. Has been. The piston 10 shown in FIG. 1 has a cooling chamber 17 for cooling the piston 10.

図１から理解できるように、ピストン１０の、軸方向において前に位置する部分１８は、ピストンヘッド１３と、軸方向において一番前にあるピストンリング収容溝１６と、の間に延在しており、この部分１８は、シリンダライナ１１のフレームリング１２内に案内されており、ピストンヘッド１３と一番前の溝１６との間の距離Ｚは、トップランド高さと呼ばれる。   As can be seen from FIG. 1, the axially forward portion 18 of the piston 10 extends between the piston head 13 and the piston ring receiving groove 16 which is axially forward. This portion 18 is guided in the frame ring 12 of the cylinder liner 11, and the distance Z between the piston head 13 and the foremost groove 16 is called the top land height.

従来技術においては、フレームリング１２に案内された、ピストン１０の前の部分１８とフレームリング１２との間にいわゆる空所１９が形成され、この中に、燃焼室１４内での燃焼において燃焼されなかった、又は、完全に燃焼されなかった燃料がたまるという問題がある。それにより内燃機関の効率が制限される。   In the prior art, a so-called cavity 19 is formed between the front part 18 of the piston 10 guided by the frame ring 12 and the frame ring 12, in which is burned in the combustion in the combustion chamber 14. There is a problem that fuel that has not been or has not been completely burned is accumulated. This limits the efficiency of the internal combustion engine.

独国特許第３５１８７２１号明細書German Patent No. 3518721 独国特許第１０２００５０１３０８７号明細書German Patent No. 102005013087 独国特許第１０１２１８５２号明細書German Patent No. 10121852

これに鑑みて、本発明には、内燃機関の新規のピストンを提供するという課題がある。   In view of this, the present invention has a problem of providing a new piston for an internal combustion engine.

この課題は、請求項１に記載のピストンにより解決される。本発明によると、ピストンヘッドは、ピストン本体の半径方向外側の縁においてピストンヘッド壁厚の減少とともに軸方向において後ろに向かって延びている。   This problem is solved by the piston according to claim 1. According to the invention, the piston head extends rearward in the axial direction with decreasing piston head wall thickness at the radially outer edge of the piston body.

半径方向外側の縁においてピストンヘッドが軸方向において後ろに向かって延びていることにより、多くの長所を実現することができる。それによりフレームリングとピストンとの間に広がる空所を減少させることができる。それにより内燃機関の効率を高めることができる。また、半径方向外側の縁の領域においてピストンヘッドが軸方向において後ろに向かって延びていることにより、この領域におけるピストン本体の壁厚が減少し、それにより、この領域においてピストンを効率的に冷却することができる。ここでホットスポットとも呼ばれるピストンの局所的な過熱を回避することができる。   Many advantages can be realized by the piston head extending rearward in the axial direction at the radially outer edge. As a result, the space extending between the frame ring and the piston can be reduced. Thereby, the efficiency of the internal combustion engine can be increased. Also, the piston head extends axially rearward in the region of the radially outer edge, thereby reducing the wall thickness of the piston body in this region, thereby efficiently cooling the piston in this region. can do. Here, local overheating of the piston, also called a hot spot, can be avoided.

本発明の好適な発展形によると、ピストンヘッドはピストン本体の半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセスを形成しながら、軸方向において後ろに向かって延びている。ピストンヘッドが半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセスを形成しながら軸方向において後ろに向かって延びている場合、上記の長所は特に顕著となる。その場合、ピストンヘッドの外側縁からの熱を効率的に取り除き、また、ピストンとフレームリングとの間の空所を、特に効率的に減少させることができる。   According to a preferred development of the invention, the piston head extends rearward in the axial direction, forming a circumferentially surrounding material recess at the radially outer edge of the piston body. The advantages described above are particularly significant when the piston head extends rearward in the axial direction while forming a circumferentially surrounding material recess at the radially outer edge. In that case, heat from the outer edge of the piston head can be removed efficiently and the space between the piston and the frame ring can be reduced particularly efficiently.

本発明のさらなる好適な発展形によると、材料リセスは、ピストン本体の半径方向外側の縁から第１寸法Ｙだけ半径方向内側に延在する。材料リセスはまた、ピストン本体の前のピストンヘッドから、軸方向において第２寸法Ｘだけ後方に延在する。材料リセスがこのように構成されていることにより、ピストンが特に効率的に冷却され、また、空所も特に効率的に減少する。   According to a further preferred development of the invention, the material recess extends radially inward by a first dimension Y from the radially outer edge of the piston body. The material recess also extends backward from the piston head in front of the piston body by a second dimension X in the axial direction. This arrangement of the material recesses cools the piston particularly efficiently and also reduces the voids particularly efficiently.

本発明の望ましい発展形は、従属請求項及び以下の詳細な説明から理解できる。本発明の実施例について図を用いて詳述するが、これに限定されるわけではない。   Preferred developments of the invention can be understood from the dependent claims and the following detailed description. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but are not limited thereto.

シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、従来技術より知られるピストンの断面図である。1 is a sectional view of a piston known from the prior art with a frame ring assigned to a cylinder liner. シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第１のピストンの断面図である。2 is a cross-sectional view of a first piston of the present invention with a frame ring assigned to a cylinder liner. FIG. 図２の部分図である。FIG. 3 is a partial view of FIG. 2. シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第２のピストンの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a second piston of the present invention with a frame ring assigned to a cylinder liner. シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第３のピストンの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a third piston of the present invention with a frame ring assigned to a cylinder liner. シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明のさらなるピストンの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a further piston of the present invention with a frame ring assigned to the cylinder liner.

本発明は内燃機関、とりわけディーゼルエンジン、ガスエンジン、又はデュアルフューエル・エンジンとして実施された、たとえば船舶ディーゼル内燃機関などの内燃機関のピストンに関する。そのようなピストンはプランジャピストンとも呼ばれる。   The invention relates to an internal combustion engine, in particular a piston of an internal combustion engine, such as a marine diesel internal combustion engine, implemented as a diesel engine, a gas engine or a dual fuel engine. Such a piston is also called a plunger piston.

図２及び図３には、本発明の第１の実施例による本発明のピストン２０の部分図が図示されている。ピストン２０は、ピストン上部分とピストン下部分とが組み合わされた、もしくは組立てられたピストン、又は代替的にいわゆるモノブロックピストンとすることができる。   2 and 3 show partial views of the piston 20 of the present invention according to a first embodiment of the present invention. The piston 20 can be a combined piston or an assembled piston upper part and lower piston part, or alternatively a so-called monoblock piston.

組立ピストンである場合、図２及び図３に図示されたピストン本体２１は、組立ピストン２０のピストン上部分である。   In the case of an assembly piston, the piston body 21 shown in FIGS. 2 and 3 is an upper part of the piston of the assembly piston 20.

ピストン２０のピストン本体２１は、組立ピストンにおいてはそのピストンのピストン上部分であり、軸方向に見て前にピストンヘッド２２を有しており、これは、内燃機関のシリンダの燃焼室２３を部分的に画定している。   The piston body 21 of the piston 20 is an upper part of the piston of the assembled piston, and has a piston head 22 in front of the piston when viewed in the axial direction. Is defined.

ピストン本体２１の円筒状外壁２４には、図示されないピストンリング収容溝２５が形成されている。ピストン２０は、ピストンを油冷却するための冷却室２６を有している。   A piston ring receiving groove 25 (not shown) is formed in the cylindrical outer wall 24 of the piston main body 21. The piston 20 has a cooling chamber 26 for oil-cooling the piston.

ピストン２０のピストン本体２１、組立ピストンにおいてはそのピストンのピストン上部分は、ピストンヘッド２２と、軸方向に見て一番前に位置するピストンリング収容溝２５との間に延在する、軸方向において前の部分２７と、を有しており、これは、シリンダライナ２９のフレームリング２８内に案内されている。   In the piston main body 21 of the piston 20 and the assembly piston, the piston upper portion of the piston extends between the piston head 22 and the piston ring receiving groove 25 positioned at the foremost in the axial direction. And a front portion 27, which is guided in the frame ring 28 of the cylinder liner 29.

本発明において、ピストンヘッド２２は、ピストン本体２１の半径方向外側の縁もしくは円筒状外壁２４において、ピストン本体２１の壁厚が減少するとともに、望ましくは周方向において取り囲む材料リセス３０が形成されるとともに、軸方向において後ろに向かって延びている。   In the present invention, the piston head 22 is formed on the radially outer edge of the piston main body 21 or the cylindrical outer wall 24 with the wall thickness of the piston main body 21 being reduced, and preferably with a material recess 30 surrounding in the circumferential direction. , Extending rearward in the axial direction.

それにより、図１と図２との比較からわかるように、ピストン本体２１の壁厚がピストンヘッド２２の外側縁において減少し、それにより一方では、ピストン２０がこの部分において効率的に冷却でき、また、他方では、ピストン２０とフレームリング２８との間の空所３１が減少する。それにより、ピストンの局所的な過熱を回避して、内燃機関の効率を高めることができる。   Thereby, as can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 2, the wall thickness of the piston body 21 is reduced at the outer edge of the piston head 22 so that the piston 20 can be efficiently cooled in this part, On the other hand, the space 31 between the piston 20 and the frame ring 28 is reduced. Thereby, local overheating of the piston can be avoided and the efficiency of the internal combustion engine can be increased.

図３に図示されるように、材料リセス３０は、ピストン本体２１の外側縁もしくは円筒状外壁２４から始まって、第１の寸法Ｙだけ半径方向内側に延在しており、この材料リセス３０はさらに、ピストンヘッド２２の軸方向において前にある、軸方向において後ろに向かって延びていない部分から始まって、軸方向において後ろに第２の寸法Ｘだけ延在している。これら２つの寸法Ｘ及びＹは同一とすることもできるが、これらの寸法Ｘ及びＹは互いに異なることが望ましい。   As shown in FIG. 3, the material recess 30 starts at the outer edge of the piston body 21 or the cylindrical outer wall 24 and extends radially inward by a first dimension Y, the material recess 30 being Furthermore, starting from the portion that is forward in the axial direction of the piston head 22 and does not extend rearward in the axial direction, it extends rearward in the axial direction by the second dimension X. Although these two dimensions X and Y can be the same, it is desirable that these dimensions X and Y are different from each other.

半径方向に延びる第１の寸法Ｙは、望ましくは、ピストン２０もしくはピストン本体２１の外径の少なくとも２％であり、望ましくは、この寸法Ｙはこの外径の２％から１０％である。   The first dimension Y extending in the radial direction is preferably at least 2% of the outer diameter of the piston 20 or the piston body 21, and preferably this dimension Y is 2% to 10% of the outer diameter.

軸方向に延びる第２の寸法Ｘも同様に、ピストン２０もしくはピストン本体２１の外径の少なくとも２％であり、望ましくはこの第２の寸法Ｘは、この外径の２％から６％である。   The second dimension X extending in the axial direction is likewise at least 2% of the outer diameter of the piston 20 or the piston body 21, and preferably this second dimension X is 2% to 6% of this outer diameter. .

ピストンヘッド２２の外側縁における材料リセス３０は、ピストンヘッド２２の半径方向内側の部分に追加的に形成できる燃焼室凹部とは異なる。   The material recess 30 at the outer edge of the piston head 22 is different from a combustion chamber recess that can be additionally formed in a radially inner portion of the piston head 22.

本発明は望ましくは大型エンジン、例えば、ディーゼルエンジン又はガスエンジン又はデュアルフューエル・エンジンとして実施される船舶エンジンで、そのピストン２０の外径が少なくとも１６０ｍｍであるものに用いられる。   The invention is preferably used for large engines, for example marine engines implemented as diesel engines or gas engines or dual fuel engines, whose piston 20 has an outer diameter of at least 160 mm.

図２から図６には、ピストンヘッドの外側縁における材料リセス３０では、ピストンヘッド２２の輪郭はさまざまであることが示されている。図３においてピストンヘッド２２は材料リセス３０の領域において湾曲した輪郭になっており、この湾曲は変曲点３２において変化している。図６においてもピストンヘッド２２は材料リセス３０の領域において湾曲した輪郭になっているが、湾曲度は異なる。図４では、ピストンヘッド２２は、材料リセス３０の領域においてランプ状の輪郭をしている。図５では、ランプ状の輪郭が半径方向内側において丸みを形成しながら、軸方向において後ろに向かって延びていないピストンヘッド２２の部分に移行している。   2 to 6 show that the contour of the piston head 22 varies with the material recess 30 at the outer edge of the piston head. In FIG. 3, the piston head 22 has a curved contour in the region of the material recess 30, and this curvature changes at the inflection point 32. Also in FIG. 6, the piston head 22 has a curved contour in the region of the material recess 30, but the degree of curvature is different. In FIG. 4, the piston head 22 has a ramp-like contour in the region of the material recess 30. In FIG. 5, the ramp-like contour is rounded on the radially inner side, but has shifted to the portion of the piston head 22 that does not extend rearward in the axial direction.

したがって、本発明においては、内燃機関のピストンのピストン本体の軸方向において前に位置するピストンヘッドが、半径方向外側の縁において、ピストン本体の壁厚が減少して材料リセスが形成されるとともに、この領域において軸方向において後ろに向かって延びており、それにより、ピストンがこの領域において効率的に冷却され、それにより、内燃機関の効率を高めながら、いわゆる空所を減少させることができる。   Therefore, in the present invention, the piston head positioned forward in the axial direction of the piston body of the piston of the internal combustion engine has a material recess formed by reducing the wall thickness of the piston body at the radially outer edge, In this region, it extends rearward in the axial direction, so that the piston is efficiently cooled in this region, thereby reducing the so-called voids while increasing the efficiency of the internal combustion engine.

１０ ピストン
１１ シリンダライナ
１２ フレームリング
１３ ピストンヘッド
１４ 燃焼室
１５ 外壁
１６ 溝
１７ 冷却室
１８ 部分
１９ 空所
２０ ピストン
２１ ピストン本体／ピストン上部分
２２ ピストンヘッド
２３ 燃焼室
２４ 外壁
２５ 溝
２６ 冷却室
２７ 部分
２８ フレームリング
２９ シリンダライナ
３０ 材料リセス
３１ 空所
３２ 変曲点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piston 11 Cylinder liner 12 Frame ring 13 Piston head 14 Combustion chamber 15 Outer wall 16 Groove 17 Cooling chamber 18 Part 19 Cavity 20 Piston 21 Piston main body / Piston upper part 22 Piston head 23 Combustion chamber 24 Outer wall 25 Groove 26 Cooling chamber 27 Part 28 Frame ring 29 Cylinder liner 30 Material recess 31 Void 32 Inflection point

Claims (10)

内燃機関のシリンダのためのピストンであって、定義された外径を有するピストン本体 （２１）を有し、該ピストン本体は軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）を有し、該ピストンヘッドは前記シリンダの燃焼室を部分的に画定している、ピストンにおいて、前記ピストンヘッド（２２）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、前記ピストン本体の壁厚の減少とともに、軸方向において後ろに向かって延びていることを特徴とする、ピストン。   A piston for a cylinder of an internal combustion engine, having a piston body (21) having a defined outer diameter, the piston body having a piston head (22) positioned forward in the axial direction, the piston A head partially defines a combustion chamber of the cylinder, wherein the piston head (22) is at a radially outer edge of the piston body (21) with a decrease in wall thickness of the piston body. The piston extends rearward in the axial direction. 前記ピストンヘッド（２２）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセス（３０）が形成されるとともに、軸方向において後ろに向かって延びていることを特徴とする、請求項１に記載のピストン。   The piston head (22) is formed with a material recess (30) surrounding in the circumferential direction at a radially outer edge of the piston body (21), and extends rearward in the axial direction. The piston according to claim 1. 前記材料リセス（３０）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁から、第１の寸法（Ｙ）だけ半径方向内側に延在していることを特徴とする、請求項２に記載のピストン。   3. The material recess (30) according to claim 2, characterized in that it extends radially inward by a first dimension (Y) from a radially outer edge of the piston body (21). Piston. 前記第１の寸法（Ｙ）が、前記ピストン本体（２１）の外径の少なくとも２％であり、望ましくは前記ピストン本体（２１）の外径の２％から１０％であることを特徴とする、請求項３に記載のピストン。   The first dimension (Y) is at least 2% of the outer diameter of the piston body (21), preferably 2% to 10% of the outer diameter of the piston body (21). The piston according to claim 3. 前記材料リセス（３０）が、前記ピストン本体（２１）の、前記軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）の、軸方向において後ろに向かって延びていない部分から、第２の寸法（Ｘ）だけ軸方向において後ろに延在していることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のピストン。   The material recess (30) has a second dimension (X) from a portion of the piston body (21) that does not extend rearward in the axial direction of the piston head (22) positioned forward in the axial direction. 5) The piston according to any one of claims 2 to 4, characterized in that it extends rearward in the axial direction only. 前記第２の寸法（Ｘ）が、前記ピストン本体（２１）の外径の少なくとも２％であり、望ましくは前記ピストン本体（２１）の外径の２％から６％であることを特徴とする、請求項５に記載のピストン。   The second dimension (X) is at least 2% of the outer diameter of the piston body (21), preferably 2% to 6% of the outer diameter of the piston body (21). The piston according to claim 5. ピストンの外径が少なくとも１６０ｍｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のピストン。   The piston according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the outer diameter of the piston is at least 160 mm. ピストンが、ピストン上部分及びピストン下部分を持つ組立ピストンとして構成されており、前記ピストンヘッド（２２）を有する前記ピストン本体（２１）は、ピストン上部分であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のピストン。   2. A piston according to claim 1, characterized in that the piston is configured as an assembly piston with a piston upper part and a piston lower part, and the piston body (21) with the piston head (22) is the piston upper part. The piston according to any one of 7 to 7. ピストンが、モノブロックピストンとして構成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のピストン。   The piston according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the piston is configured as a monoblock piston. 前記ピストンヘッド（２２）が、半径方向内側の部分において燃焼室凹部を画定することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のピストン。   10. Piston according to any one of the preceding claims, characterized in that the piston head (22) defines a combustion chamber recess in a radially inner part.
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