JP2022066724A - 液冷式ピストンおよびクロスヘッド式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増大させることなく、ピストンスカートから内部金物への伝熱を抑制する。【解決手段】ピストン３は、ピストン冠３１と、ピストン冠３１の下方に配置されるピストンスカート３２と、冷却室Ｓ１に通じる油路Ｃ１，Ｃ２を区画するピストン棒３３と、軸方向においてはピストン冠３１とピストン棒３３との間に配置されて該ピストン棒３３の端面３３ｄに当接する一方、径方向においてはピストンスカート３２の内周側に配置され、冷却室Ｓ１と油路Ｃ１，Ｃ２とを接続するスプレープレート３５と、ピストンスカート３２の内周面３２ａに設けられ、スプレープレート３５およびピストン棒３３の合わせ面Ｓ３に繋がった環状の傾斜面３２ｂと、合わせ面Ｓ３を封止するように傾斜面３２ｂに内接する第１シール部材３８と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、液冷式ピストン、および、それを備えるクロスヘッド式内燃機関に関する。

特許文献１には、往復動式内燃機関における液冷式ピストンの一例が開示されている。この液冷式ピストンは、その内部に冷却室が区画されたピストン冠（ピストン上部）と、ピストンスカートと、冷却室に通じる油路を区画するピストン棒（ピストンロッド）と、冷却室と油路とを中継する内部金物（噴射プレート）と、を備える。

ここで、前記特許文献１に開示されている内部金物は、液冷式ピストンの軸方向においてはピストン冠とピストン棒との間に配置される一方、径方向においてはピストンスカートの内周側に配置されており、ピストン棒の端面に当接した状態で固定されるようになっている。

特開平８－３３８３０４号公報

前記特許文献１に開示されているような液冷式ピストンの場合、その内部金物の外周面と、ピストンスカートの内周面と、が接触することになる。この場合、ピストンスカートから内部金物への伝熱が想定される。そのため、内部金物が過度に高温にならないようにするべく、その伝熱を可能な限り抑制することが求められる。

そうした要求に応えるためには、内部金物とピストンスカートとの間に断熱性を有する部材を介在させることも考えられるが、部品点数の増大は製造コストの増大を招くため不都合である。

本開示は、かかる点に鑑みてなされるものであり、その目的とするところは、部品点数を増大させることなく、ピストンスカートから内部金物への伝熱を抑制することにある。

本開示の第１の態様は、クロスヘッド式内燃機関における液冷式ピストンに係る。この液冷式ピストンは、ピストンの頂部を構成するとともに、その内部に冷却室を区画するピストン冠と、前記ピストン冠の下方に配置され、ピストンの裾部を構成する円筒状のピストンスカートと、前記ピストン冠および前記ピストンスカートを下方から支持するとともに、前記冷却室に通じる油路を区画するピストン棒と、軸方向においては前記ピストン冠と前記ピストン棒との間に配置されて該ピストン棒の端面に当接する一方、径方向においては前記ピストンスカートの内周側に配置され、前記冷却室と前記油路とを接続する内部金物と、前記内部金物の外周面、および、該外周面に接する前記ピストンスカートの内周面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記内部金物および前記ピストン棒の合わせ面に繋がった環状の切り欠き部と、前記合わせ面を封止するように前記切り欠き部に内接するシール部材と、を備える。

ここで、前記切り欠き部は、例えばピストンスカートの内周面に設けられる場合、内部金物の外周面、ピストン棒の端面等を介して合わせ面と繋がってもよいし、そうした外周面を介さずに合わせ面と繋がってもよい。

前記第１の態様のように、ピストン冠内に区画される冷却室と、ピストン棒に区画される油路とを内部金物によって接続する場合、オイルの漏れを防ぐために、内部金物およびピストン棒の合わせ面をシール部材によって封止する必要がある。従来、そうしたシール部材は、内部金物とピストン棒の間に挟持するのが通例であった。

一方、前記第１の態様によれば、内部金物の外周面およびピストンスカートの内周面のうちの少なくとも一方に、前記合わせ面に通じる切り欠き部を設けるとともに、その切り欠き部にシール部材を内接させることで、内部金物の外周面と、ピストンスカートの内周面と、の接触面積を削減することができる。これにより、ピストンスカートから内部金物への伝熱を抑制することができる。

さらに、部品を追加することなく、シール部材の配置に工夫を凝らすことによって接触面積を削減したため、前述のような伝熱を抑制しながらも、部品点数を抑制することができる。

このように、前記第１の態様によれば、部品点数を増大させることなく、ピストンスカートから内部金物への伝熱を抑制することが可能になる。

また、本開示の第２の態様によると、前記切り欠き部は、前記ピストンスカートの内周面に設けられ、前記シール部材は、前記内部金物における軸方向に沿って延びる外周面と、前記ピストン棒における径方向に沿って延びる端面と、前記ピストンスカートの内周面を切り欠いてなり、軸方向に沿って前記内部金物から前記ピストン棒に向かうに従って、径方向において前記内部金物から前記ピストンスカートへ向かうように傾斜した傾斜面としての前記切り欠き部と、に密着する、としてもよい。

前記第２の態様によれば、シール部材は、内部金物の外周面に外嵌されることになる。この場合、内部金物とピストン棒を分解せずとも、内部金物からシール部材を引き抜くことで、このシール部材を交換することが可能になる。これにより、液冷式ピストンのメンテナンス性を向上させることが可能になる。

また、本開示の第３の態様によると、液冷式ピストンは、前記ピストン棒と前記ピストンスカートを締結する締結具を備え、前記締結具は、前記内部金物から前記ピストン棒へ向かう方向に沿って前記シール部材を押圧する、としてもよい。

前記第３の態様によれば、シール部材は、軸方向においては内部金物からピストン棒へ向かって押圧されると同時に、切り欠き部の傾斜方向にしたがって、径方向においては内側に向かって押圧されることになる。これにより、シール部材と、内部金物の外周面およびピストン棒の端面と、をより強固に密着させ、ひいては、シール性を向上させる上で有利になる。

また、本開示の第４の態様によると、前記内部金物における前記シール部材よりも先端側の外周面には、該外周面と、前記ピストン冠の内周面と、の間を封止する第２のシール部材が嵌入され、前記第２のシール部材は、前記シール部材に比して、径方向の内側に配置される、としてもよい。

前記第４の態様によれば、内部金物からシール部材を引き抜こうとしたときに、該シール部材と、第２のシール部材と、の干渉が抑制される。これにより、液冷式ピストンのメンテナンス性を向上させる上で有利になる。

また、本開示の第５の態様によると、前記合わせ面は、前記ピストン棒の端面と面一に配置される、としてもよい。

また、本開示の第６の態様によると、前記油路は、前記ピストン棒から前記冷却室に向かって相対的に高圧のオイルが流れる第１油路と、前記冷却室から前記ピストン棒に向かって相対的に低圧のオイルが流れる第２油路と、を有し、前記内部金物は、前記第１油路と前記冷却室とを中継する中継室を区画し、前記中継室は、前記合わせ面に繋がっている、としてもよい。

また、本開示の第７の態様は、前記液冷式ピストンを備えるクロスヘッド式内燃機関に係る。

以上説明下ように、本開示によれば、部品点数を増大させることなく、ピストンスカートから内部金物への伝熱を抑制することができる。

図１は、クロスヘッド式内燃機関の構成を例示する概略図である。 図２は、液冷式ピストンの構成を例示する縦断面図である。 図３は、液冷式ピストンの上端部を図２とは異なる縦断面で示す図である。 図４は、液冷式ピストンのシール構造を拡大して示す縦断面図である。 図５は、シール構造の従来例を示す図４対応図である。 図６は、シール構造の変形例を示す図４対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
図１は、クロスヘッド式内燃機関（以下、単に「エンジン１」ともいう）の構成を例示する概略図である。

エンジン１は、複数のシリンダを備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。

エンジン１の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することで、その出力がプロペラに伝達されて船舶が推進するようになっている。

本実施形態に係るエンジン１は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式内燃機関として構成されている。すなわち、図１に示すように、このエンジン１においては、下方からピストン３の頂部（ピストン冠３１）を支持するピストン棒３３と、クランクシャフト２２に連接される連接棒２５と、がクロスヘッド２７により連結されている。

（１）主要構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるシリンダジャケット１３と、を備えている。台板１１、架構１２およびシリンダジャケット１３は、上下方向に延在する複数のタイボルトおよびナットにより締結されている。

シリンダジャケット１３内には、シリンダライナ１４が配置されている。シリンダライナ１４の内部には、ピストン冠３１、ピストンスカート３２およびピストン棒３３等を組み合わせてなるピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダライナ１４の内壁に沿って上下方向に往復動する。また、シリンダライナ１４の上部にはシリンダカバー１５が固定されている。シリンダカバー１５には燃料噴射弁１６と排気弁１７とが設けられている。排気弁１７は、シリンダライナ１４、ピストン冠３１の頂面３１ａおよびシリンダカバー１５とともに燃焼室１８を区画する（図２も参照）。排気弁１７は、燃焼室１８と排気管１９との間を開閉するものである。

よって、燃焼室１８に対して燃料とガスとが供給されると、燃焼室１８内で燃焼が生じる。この燃焼で発生したエネルギーによってピストン３がピストン軸方向に往復動する。このとき、排気弁１７が作動して燃焼室１８が開放されると、燃焼によって生じた排気管１９に押し出される一方、不図示の掃気ポートを介して燃焼室１８にガスが導入される。

一方、ピストン冠３１の下端部には、該ピストン冠３１とは別体のピストンスカート３２を介してピストン棒３３の上端部が連結されている。台板１１は、いわゆるクランクケースを構成しており、不図示の軸受によって回転自在に支持されたクランクシャフト２２を収容している。クランクシャフト２２には、連接棒２５の下端部が、クランク２４を介して回動自在に連結されている。

架構１２の内部には、上下方向に沿って設けられる一対のガイド板２６が、所定の間隔を空けて互いに向い合うように配置されている。一対のガイド板２６の間には、前述のクロスヘッド２７が上下動自在に配置されている。クロスヘッド２７は、図２に例示されるピストン棒３３の下端部３３ｂと、連接棒２５の上端部とを連結しており、その上下動は、ガイド板２６によって案内される。クロスヘッド２７は、ピストン棒３３に対しては一体的に上下動するように接続されている一方、連接棒２５に対しては、該連接棒２５の上端部を始点として、これを回動させるように接続されている。

よって、ピストン３が上下方向に沿って往復移動をすると、そのピストン冠３１とともにピストン棒３３が上下に往復移動をする。これにより、ピストン棒３３に連結されたクロスヘッド２７は、ガイド板２６に沿って上下方向に往復移動をする。クロスヘッド２７はまた、連接棒２５の回動を許容する。そして、連接棒２５の下端部に接続されるクランク２４がクランク運動し、クランクシャフト２２を回転させる。

（２）ピストンの主要構成
以下、ピストン３の主要構成について詳細に説明する。

図２は、液冷式ピストンとしてのピストン３の構成を例示する縦断面図である。また、図３は、ピストン３の上端部を図２とは異なる縦断面（図２のI－I断面）で示す図であり、図４は、ピストン３のシール構造を拡大して示す縦断面図である。

なお、以下の説明においては、図２に例示されるピストン３の中心軸Ａに沿う方向を「軸方向」と定義し、この中心軸Ａから放射状に延びる方向を「径方向」と定義する。

軸方向は、前述したピストン３の移動方向に等しく、「上下方向」と言い換えることもできる。また、軸方向に沿ってピストン棒３３からピストン冠３１側に向かう方向を「上方向」と呼称し、その反対方向を「下方向」と呼称する場合もある。

径方向は、ピストン３の移動方向に直交する。また、径方向において中心軸Ａに近接する一側を「内側」と呼称し、中心軸Ａから離間する他側を「外側」と呼称する場合もある。

本実施形態に係るピストン３は、いわゆる液冷式ピストンである。すなわち、このピストン３は、その内部に区画された冷却室Ｓ１にオイルを噴射することで、ピストン３の頂部周辺を冷却するように構成されている。

図２に示すように、ピストン３は、主たる構成要素として、ピストン冠３１と、ピストンスカート３２と、ピストン棒３３と、内筒としてのオイルチューブ３４と、内部金物としてのスプレープレート３５と、噴射ノズル３６と、を備えている。

－ピストン冠３１－
このうち、ピストン冠３１は、ピストン３の頂部を構成する部材であり、その内部に冷却室Ｓ１を区画している。ピストン冠３１は、有底円筒状に形成されており、その開口端を下方に向けた姿勢で配置されている。ピストン冠３１の頂面（上方に面する外面）３１ａは、下方に向かって窪んだ凹状に形成されている。この頂面３１ａは、排気弁１７、シリンダライナ１４およびシリンダカバー１５とともに燃焼室１８を区画している。

また、ピストン冠３１の内面（下方に面する内面）３１ｂは、上方に向かって膨出したドーム状に形成されている。この内面３１ｂは、スプレープレート３５とともに冷却室Ｓ１を区画している。具体的に、本実施形態に係るピストン冠３１の内面３１ｂは、冷却室Ｓ１の天井面および側壁面を区画するように構成されている。

また、ピストン冠３１の内面３１ｂには、複数の冷却穴３１ｃが開口している。各冷却穴３１ｃは、上方に向かって略ストレートに延びており、ピストン冠３１の頂面３１ａ付近、かつ該頂面３１ａを貫かない程度の寸法とされている。各冷却穴３１ｃには、噴射ノズル３６の先端部が挿入されている。

－ピストンスカート３２－
ピストンスカート３２は、ピストン冠３１の下方に配置されており、ピストン３の裾部を構成している。ピストンスカート３２は、略円筒状に形勢されており、ピストン冠３１と同軸（中心軸Ａと同軸）に配置されている。ピストンスカート３２は、ピストン冠３１の外壁と一体的に、シリンダライナ１４の内壁に沿って摺動する。

ピストンスカート３２の上面には、ピストン冠３１の下面が当接する一方、ピストンスカート３２の下面には、ピストン棒３３の上面が当接する。すなわち、本実施形態に係るピストンスカート３２は、図２に示すように、ピストン冠３１とピストン棒３３によって挟持されるように構成されている。

また、ピストンスカート３２の中央部に設けられた円形の開口部には、スプレープレート３５が嵌入されている。後述のように、冷却用のオイルは、このスプレープレート３５を介して冷却室Ｓ１とピストン棒３３との間を出入りするようになっている。

－ピストン棒３３－
ピストン棒３３は、ピストン冠３１およびピストンスカート３２を下方から支持するとともに、ピストン冠３１およびピストンスカート３２とクロスヘッド２７とを連結するように延設されている。

具体的に、本実施形態に係るピストン棒３３は、軸方向に沿って延びる棒状に形成されている。ピストン棒３３の上端部３３ａは、下方から一対のボルト３７Ｕ，３７Ｕを挿入して締結することで、ピストン冠３１およびピストンスカート３２と一体的に接続されている。

一方、ピストン棒３３の下端部３３ｂは、上方から一対のボルト３７Ｄ，３７Ｄを挿入して締結することで、クロスヘッド２７と一体的に連結されている。

ピストン棒３３は、その長手方向（軸方向）の両端を開口させた貫通孔３３ｃを有する。この貫通孔３３ｃは、断面円形状に形成されており、軸方向に沿って延設されている。貫通孔３３ｃにおける下端側の開口端は、上端側の開口端に比して小径に形成されている。

また、貫通孔３３ｃにおける下端側の部位において、前述の小径に形成した部分よりも若干上側に位置する部分には、下方に向かって斜めストレートに延びる２つの分岐孔３３ｅが形成されている。２つの分岐孔３３ｅと、貫通孔３３ｃにおける下端側の開口端とは、双方とも、クロスヘッド２７の内部に設けた油路（不図示）に連通している。

また、貫通孔３３ｃは、後述のオイルチューブ３４とともに、冷却室Ｓ１に通じる油路（第１油路Ｃ１および第２油路Ｃ２）を区画するように構成されている。

図２に示すように、冷却室Ｓ１に通じる油路のうち、外周側に配置される第１油路Ｃ１は、ピストン棒３３から冷却室Ｓ１に向かって相対的に高圧のオイルが流れる往路側の油路に相当する。第１油路Ｃ１は、前述の分岐孔３３ｅから貫通孔３３ｃにおける上端側の開口端まで延びており、この上端側の開口端を介して冷却室Ｓ１に繋がっている。

一方、冷却室Ｓ１に通じる油路のうち、内周側に配置される第２油路Ｃ２は、冷却室Ｓ１からピストン棒３３に向かって相対的に低圧のオイルが流れる復路側の油路に相当する。第２油路Ｃ２は、貫通孔３３ｃにおける上端側の開口端から下端側の開口端に至るまで延設されており、この下端側の開口端を介してクロスヘッド２７内の油路に繋がっている。

また、図３に示すように、ピストン棒３３の上端部３３ａは、上方から一対のボルト３７Ｉ，３７Ｉを挿入して締結することで、ピストンスカート３２と一体的に接続される。各ボルト３７Ｉは、ピストン棒３３、ピストン冠３１およびピストンスカート３２を一体的に接続するためのボルト３７Ｕよりも早いタイミングで挿入されて締結されるようになっている。

詳しくは、図３に示すように、ピストン３を組み立てる際には、まず、ピストン棒３３の上にピストンスカート３２を載置した上で各ボルト３７Ｉを挿入することで、ピストン棒３３にピストンスカート３２が締結される。その後、図２に示すように、ピストンスカート３２の上にピストン冠３１を載置した上で各ボルト３７Ｕを挿入することで、ピストン冠３１、ピストンスカート３２およびピストン棒３３が相互に締結される。また、各部品が締結される際には、適宜、オイルチューブ３４、噴射ノズル３６等の部品が組み付けられるようになっている。各ボルト３７Ｉは、本実施形態における「締結具」の例示である。

－オイルチューブ３４－
オイルチューブ３４は、ピストン棒３３の貫通孔３３ｃに挿入されている。オイルチューブ３４は、貫通孔３３ｃよりも小径に形成されており、この貫通孔３３ｃと同軸に配置される。貫通孔３３ｃ内には、前述した第１油路Ｃ１と第２油路Ｃ２とが区画されている。

－スプレープレート３５－
スプレープレート３５は、軸方向においてはピストン冠３１とピストン棒３３との間に配置されており、図４に示すピストン棒３３の端面３３ｄに当接している。また、スプレープレート３５は、径方向においてはピストンスカート３２の内周側に配置されており、冷却室Ｓ１と第１および第２油路Ｃ１，Ｃ２を接続するように構成されている。

詳しくは、図３に示すように、スプレープレート３５は、その中央部を開口させた円板状に形成されている。具体的に、スプレープレート３５の中央部には、オイルチューブ３４の内周面と略同径の内径側貫通孔３５ａが形成されている。この内径側貫通孔３５ａは、冷却室Ｓ１と第２油路Ｃ２とを中継している。

また、スプレープレート３５には、該スプレープレート３５を厚み方向に貫く複数の外径側貫通孔３５ｂが設けられている。各外径側貫通孔３５ｂは、内径側貫通孔３５ａを取り囲むように配置される。

また、スプレープレート３５の下面３５ｄのうちの少なくとも一部は、前述のようにピストン棒３３の端面３３ｄと当接している。一方、この下面３５ｄのうちの他部には、下方に向かって開口した凹部３５ｃが設けられている。この凹部３５ｃは、前述の外径側貫通孔３５ｂと繋がっている。凹部３５ｃは、ピストン棒３３の端面３３ｄとともに、冷却室Ｓ１と第１油路Ｃ１を中継する中継室Ｓ２を区画している。

－噴射ノズル３６－
噴射ノズル３６は、ピストン棒３３からスプレープレート３５を介して供給されたオイルを噴射することで、そのオイルを冷却室Ｓ１の室内に供給するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る噴射ノズル３６は、略管状に形成されており、スプレープレート３５の外周側に設けた外径側貫通孔３５ｂに挿入されている。各噴射ノズル３６は、上方に向かって延設されており、その上端部は、ピストン冠３１の冷却穴３１ｃ内に開口している。

－オイルの流れについて－
クロスヘッド２７から供給されたオイルは、ピストン棒３３に設けた分岐孔３３ｅから第１油路Ｃ１に流入し、該第１油路Ｃ１に沿って上方に流れる。上方に向かって流れたオイルは、スプレープレート３５およびピストン棒３３によって構成された中継室Ｓ２に流入し、該中継室Ｓ２から噴射ノズル３６を介して冷却室Ｓ１内に噴射される。

冷却室Ｓ１内に噴射されたオイルは、ピストン冠３１の冷却穴３１ｃを伝って流れた後、スプレープレート３５に設けた内径側貫通孔３５ａを介して第２油路Ｃ２に流入する。第２油路Ｃ２に流入したオイルは、該第２油路Ｃ２に沿って下方に流れた後、その下端部３３ｂ側の開口端からクロスヘッド２７に戻る。

（３）ピストンのシール構造
－本実施形態に係るシール構造－
前述のようにオイルが流れる場合、ピストン３内からのオイルの漏れを防ぐためには、少なくとも、ピストン棒３３とスプレープレート３５との間を封止することが求められる。

そうした要求に応えるべく、本実施形態に係るピストン３は、スプレープレート３５およびピストン棒３３の合わせ面Ｓ３に繋がった環状の切り欠き部と、この合わせ面Ｓ３を封止するように切り欠き部に内接する第１シール部材３８と、を備える。第１シール部材３８は、本実施形態における「シール部材」の例示である。

ここで、切り欠き部は、スプレープレート３５の外周面３５ｅおよびピストンスカート３２の内周面３２ａのうちの少なくとも一方に設けることができる。特に、本実施形態に係る切り欠き部は、ピストンスカート３２の内周面３２ａに設けられており、図４に示す傾斜面３２ｂによって構成されている。

詳しくは、本実施形態では、第１シール部材３８は、スプレープレート３５における軸方向に沿って延びる外周面３５ｅと、ピストン棒３３における径方向に沿って延びる端面３３ｄと、ピストンスカート３２の内周面３２ａを切り欠いてなる、切り欠き部としての傾斜面３２ｂと、に密着するようになっている。スプレープレート３５の外周面３５ｅ、ピストン棒３３の端面３３ｄおよび傾斜面３２ｂは、第１シール部材３８の収容空間Ｓ４を区画している。このように、本実施形態に係る切り欠き部は、ピストンスカート３２の内周面３２ａを切り欠いてなる。

さらに詳しくは、切り欠き部としての傾斜面３２ｂは、軸方向に沿ってスプレープレート３５からピストン棒３３に向かうに従って、径方向においてスプレープレート３５からピストンスカート３２へ向かうように傾斜している。換言すれば、傾斜面３２ｂは、軸方向に沿って下方へ向かうに従って、径方向において外側へ向かって傾斜している。本実施形態では、切り欠き部としての傾斜面３２ｂは、スプレープレート３５の外周面３５ｅおよびピストン棒３３の端面３３ｄを介して合わせ面Ｓ３に繋がっている。

一方、第１シール部材３８もまた、傾斜面３２ｂと同様に傾斜した傾斜面３８ａを有しており、この傾斜面３８ａを介してピストンスカート３２の傾斜面３２ｂに密着するようになっている。

また、第１シール部材３８によって封止される合わせ面Ｓ３は、ピストン棒３３の端面３３ｄと面一に配置されている。具体的に、本実施形態に係る合わせ面Ｓ３は、ピストン棒３３の端面３３ｄそれ自身と、スプレープレート３５の下面３５ｄと、によって構成されている。

すなわち、ピストン棒３３の端面３３ｄは、径方向の中心付近に位置しかつスプレープレート３５の下面３５ｄに設けた凹部３５ｃとともに中継室Ｓ２と区画する部位と、中継室Ｓ２を区画する部位よりも外側に位置しかつ合わせ面Ｓ３を構成する部位と、合わせ面Ｓ３を構成する部位よりも外側に位置しかつ収容空間Ｓ４を区画する部位と、を有している。そして、中継室Ｓ２と収容空間Ｓ４とは、合わせ面Ｓ３を介して繋がるようになっている。中継室Ｓ２は第１油路Ｃ１に接続されていることから、本実施形態に係る収容空間Ｓ４は、合わせ面Ｓ３と中継室Ｓ２を介して第１油路Ｃ１に接続されるようになっている。

また、ピストン棒３３とピストンスカート３２を締結するボルト３７Ｉは、図４の矢印Ｆ１に示すように、ピストンスカート３２からピストン棒３３へ向かう方向（下方向）に沿って第１シール部材３８を押圧する。ボルト３７Ｉが第１シール部材３８に及ぼす下向きの力は、図４の矢印Ｆ２に示すように、傾斜面３８ａの傾斜方向に従って内向きの力に変換される。下向きの力（矢印Ｆ１）は、ピストン棒３３の端面３３ｄに第１シール部材３８を押し付けるように作用する一方、内向きの力（矢印Ｆ２）は、スプレープレート３５の外周面３５ｅに第１シール部材３８を押し付けるように作用する。これら２つの作用によって、第１シール部材３８は合わせ面Ｓ３を封止する。

また、本実施形態に係るピストン３は、ピストン棒３３とスプレープレート３５との間を封止するための第１シール部材３８に加え、ピストン冠３１とスプレープレート３５との間を封止するための第２シール部材３９を備えている。第２シール部材３９は、本実施形態における「第２のシール部材」の例示である。

具体的に、第２シール部材３９は、図４に示すように、スプレープレート３５における第１シール部材３８よりも先端側（上端側）の外周面３５ｅに嵌入されている。この第２シール部材３９は、前述した先端側（上端側）の外周面３５ｅと、ピストン冠３１の内周面３１ｄと、の間を封止することができる。また、本実施形態に係る第２シール部材３９は、第１シール部材３８に比して、径方向の内側に配置されている。なお、ここでいうピストン冠３１の内周面３１ｄとは、ピストン冠３１の内面３１ｂのうち、特に冷却室Ｓ１の側壁面を区画する部位をいう。

－従来のシール構造との対比－
図５は、シール構造の従来例を示す図４対応図である。図５に示すように、従来例に係るピストン１０３は、本実施形態と同様に、ピストン冠１３１、ピストンスカート１３２、ピストン棒１３３、スプレープレート１３５、噴射ノズル１３６、ボルト１３７Ｉ、第１シール部材１３８および第２シール部材１３９を備えた構成とされている。

ここで、第２シール部材１３９については、本実施形態と同様に、ピストン冠１３１の内周面１３１ｄと、スプレープレート１３５の外周面１３５ｅと、の間に嵌入されており、ピストン冠１３１とスプレープレート１３５との間を封止するように構成されている。

一方、従来例に係る第１シール部材１３８は、本実施形態とは異なり、ピストン棒１３３の端面１３３ｄと、スプレープレート１３５の下面１３５ｄと、の間に挟持されるように構成されている。このように構成した場合、スプレープレート１３５とピストン棒１３３の間を封止することで、中継室Ｓ２からのオイルの漏れを抑制することが仮にできたとしても、スプレープレート１３５とピストンスカート１３２との接触面積が本実施形態に比して相対的に大きくなるってしまう。

そのため、従来例に係るピストン１０３の場合、ピストンスカート１３２からスプレープレート１３５へのへの伝熱が相対的に大きくなると想定される。そのため、スプレープレートが過度に高温にならないようにするべく、その伝熱を可能な限り抑制するような工夫が求められていた。

一方、本実施形態によれば、図４に示したように、内部金物としてのスプレープレート３５の外周面３５ｅと、ピストンスカート３２の内周面３２ａと、の少なくとも一方に切り欠き部としての傾斜面３２ｂを設けるとともに、その傾斜面３２ｂに第１シール部材３８を内接させることで、スプレープレート３５の外周面３５ｅと、ピストンスカート３２の内周面３２ａと、の接触面積を削減することができる。これにより、スプレープレート３５からピストンスカート３２への伝熱を抑制することができる。

さらに、部品を追加することなく、第１シール部材３８の配置に工夫を凝らすことによって接触面積を削減したため、前述のような伝熱を抑制しながらも、部品点数を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、部品点数を増大させることなく、ピストンスカート３２からスプレープレート３５への伝熱を抑制することが可能になる。

特に本実施形態では、図４に示したように、第１シール部材３８は、スプレープレート３５の外周面３５ｅに外嵌されることになる。この場合、スプレープレート３５とピストン棒３３を分解せずとも、スプレープレート３５から第１シール部材３８を引き抜くことで、この第１シール部材３８を交換することが可能になる。これにより、ピストン３のメンテナンス性を向上させることが可能になる。

また、図４に示したように、ピストン棒３３とピストンスカート３２を締結するボルト３７Ｉは、ピストンスカート３２からピストン棒３３へ向かう方向（下方向）に沿ってシール部材を押圧する。ボルト３７Ｉによって押圧される第１シール部材３８は、軸方向においてはピストンスカート３２からピストン棒３３へ向かって押圧される（図４の矢印Ｆ１参照）と同時に、傾斜面３２ｂの傾斜方向に従って、径方向においては内側に向かって押圧される（図４の矢印Ｆ２参照）ことになる。これにより、第１シール部材３８と、スプレープレート３５の外周面３５ｅおよびピストン棒３３の端面３３ｄと、をより強固に密着させ、ひいては、シール性を向上させる上で有利になる。

また、図４に示したように、第２シール部材３９は、第１シール部材３８に比して、径方向の内側に配置される。このように配置した場合、スプレープレート３５から第１シール部材３８を引き抜こうとしたときに、該シール部材と、第２のシール部材と、の干渉が抑制される。これにより、ピストン３のメンテナンス性を向上させる上で有利になる。

《他の実施形態》
前記実施形態では、切り欠き部は、ピストンスカート３２の内周面３２ａに設けられるように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。スプレープレート３５の外周面３５ｅに切り欠き部を設けてもよい。

図６は、シール構造の変形例を示す図４対応図である。図６に示すように、変形例に係るピストン３’は、本実施形態と同様に、ピストン冠３１、ピストンスカート３２’、ピストン棒３３、スプレープレート３５’、噴射ノズル３６、ボルト３７Ｉ、第１シール部材３８’および第２シール部材３９を備えている。

この変形例においては、前記実施形態と同様に、ピストン棒３３の端面３３ｄと、スプレープレート３５の下面３５ｄ’と、によって中継室Ｓ２に通じる合わせ面Ｓ３が構成されている。

そして、変形例に係る切り欠き部は、ピストンスカート３２’の内周面３２ａ’ではなくスプレープレート３５’の外周面３５ｅ’に設けられており、図６に示す傾斜面３５ｆ’によって構成されている。

詳しくは、この変形例では、第１シール部材３８’は、ピストンスカート３２’における軸方向に沿って延びる内周面３２ａ’と、ピストン棒３３における径方向に沿って延びる端面３３ｄと、スプレープレート３５’の外周面３５ｅ’を切り欠いてなる、切り欠き部としての傾斜面３５ｆ’と、に密着するようになっている。ピストンスカート３２’の内周面３２ａ’、ピストン棒３３の端面３３ｄおよび傾斜面３５ｆ’は、変形例に係る収容空間Ｓ４を区画している。

さらに詳しくは、変形例に係る切り欠き部としての傾斜面３５ｆ’は、軸方向に沿ってスプレープレート３５’からピストン棒３３に向かうに従って、径方向においてピストンスカート３２’からスプレープレート３５’へ向かうように傾斜している。換言すれば、傾斜面３５ｆ’は、軸方向に沿って下方へ向かうに従って、径方向において内側へ向かって傾斜している。

一方、変形例に係る第１シール部材３８’もまた、傾斜面３５ｆ’と同様に傾斜した傾斜面３８ａ’を有しており、この傾斜面３８ａ’を介してスプレープレート３５’の傾斜面３５ｆ’に密着するようになっている。変形例に係る第１シール部材３８’は、前記実施形態と同様に、合わせ面Ｓ３を良好に封止することができる。

１ エンジン（クロスヘッド式内燃機関）
３ ピストン（液冷式ピストン）
３１ ピストン冠
３１ｄ ピストン冠の内周面
３２ ピストンスカート
３２ａ ピストンスカートの内周面
３２ｂ 傾斜面（切り欠き部）
３３ ピストン棒
３３ｄ ピストン棒の端面
３５ スプレープレート（内部金物）
３５ｅ スプレープレートの外周面（内部金物の外周面）
３７Ｉ ボルト（締結具）
３８ 第１シール部材（シール部材）
３９ 第２シール部材（第２のシール部材）
Ｃ１ 油路（第１油路）
Ｃ２ 油路（第２油路）
Ｓ１ 冷却室
Ｓ２ 中継室
Ｓ３ 合わせ面
Ｓ４ 収容空間

Claims (7)

1. クロスヘッド式内燃機関における液冷式ピストンであって、
   ピストンの頂部を構成するとともに、その内部に冷却室を区画するピストン冠と、
   前記ピストン冠の下方に配置され、ピストンの裾部を構成する円筒状のピストンスカートと、
   前記ピストン冠および前記ピストンスカートを下方から支持するとともに、前記冷却室に通じる油路を区画するピストン棒と、
   軸方向においては前記ピストン冠と前記ピストン棒との間に配置されて該ピストン棒の端面に当接する一方、径方向においては前記ピストンスカートの内周側に配置され、前記冷却室と前記油路とを接続する内部金物と、
   前記内部金物の外周面、および、該外周面に接する前記ピストンスカートの内周面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記内部金物および前記ピストン棒の合わせ面に繋がった環状の切り欠き部と、
   前記合わせ面を封止するように前記切り欠き部に内接するシール部材と、を備える
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
2. 請求項１に記載された液冷式ピストンにおいて、
   前記切り欠き部は、前記ピストンスカートの内周面に設けられ、
   前記シール部材は、
   前記内部金物における軸方向に沿って延びる外周面と、
   前記ピストン棒における径方向に沿って延びる端面と、
   前記ピストンスカートの内周面を切り欠いてなり、軸方向に沿って前記内部金物から前記ピストン棒に向かうに従って、径方向において前記内部金物から前記ピストンスカートへ向かうように傾斜した傾斜面としての前記切り欠き部と、
   に密着する
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
3. 請求項２に記載された液冷式ピストンにおいて、
   前記ピストン棒と前記ピストンスカートを締結する締結具を備え、
   前記締結具は、前記内部金物から前記ピストン棒へ向かう方向に沿って前記シール部材を押圧する
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
4. 請求項２または３に記載された液冷式ピストンにおいて、
   前記内部金物における前記シール部材よりも先端側の外周面には、該外周面と、前記ピストン冠の内周面と、の間を封止する第２のシール部材が嵌入され、
   前記第２のシール部材は、前記シール部材に比して、径方向の内側に配置される
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された液冷式ピストンにおいて、
   前記合わせ面は、前記ピストン棒の端面と面一に配置される
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された液冷式ピストンにおいて、
   前記油路は、
   前記ピストン棒から前記冷却室に向かって相対的に高圧のオイルが流れる第１油路と、
   前記冷却室から前記ピストン棒に向かって相対的に低圧のオイルが流れる第２油路と、を有し、
   前記内部金物は、前記第１油路と前記冷却室とを中継する中継室を区画し、
   前記中継室は、前記合わせ面に繋がっている
   ことを特徴とする液冷式ピストン。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載された液冷式ピストンを備える
   ことを特徴とするクロスヘッド式内燃機関。

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