JP3691244B2 - Piston type internal combustion engine - Google Patents
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- F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン棒を備えた少なくとも一つのピストンを有するピストン式内燃機関、特に大型ディーゼルエンジンに関する。
前記ピストンは少なくとも一つの冷却室を有し、該冷却室には熱伝達剤が包含される。この熱伝達剤は、冷却剤が噴き付けられる冷却装置内で冷却可能である。
【0002】
【従来の技術】
同種の構成は欧州特許第 0 074 156 号公開公報から周知となっている。この周知の構成においては、冷却室下方を閉鎖する熱交換器がピストン内に設けられる。従ってこの構成は製造に比較的大きな費用が掛かり、付加的な部材も必要とされる。しかも、この構成により得られる冷却面は比較的小さい。その上、前記熱交換器は負荷が高いために破損する危険がある。従って漏出が生じる恐れも大きい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、簡単で廉価な手段によって上記タイプの装置を改良し、簡単で廉価な構造であっても高い信頼性と優れた冷却効果が得られるようにすることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は本発明により以下の如く解決される。すなわち、前記ピストン棒の長手方向の少なくとも一部に凹所が設けられる。該凹所はピストンの冷却室に接続され、該冷却室と共に閉鎖された中空システムを形成する。該中空システムには部分的に前記熱伝達剤が充填される。さらに、ストン棒は、前記凹所に対応し冷却剤が噴き付けられる冷却面を有している。
【0005】
本発明では、ピストン棒が熱交換器として好適に用いられる。従って付加的な部材を用いる必要がない。必要な凹所は簡単に形成することができる。同時に高度な堅牢性と漏出に対する安全性が保証される。また、該ピストン棒は比較的大きな熱移行面を有する。すなわち該ピストン棒は比較的長く厚い構成部材となっている。本発明において前記熱伝達剤は、前記ピストン及びピストン棒の前後運動によりカクテルシェーカーの原理によって移動され、これによって良好な熱の移行が行なわれ、熱の均一化が良好に行なわれ、ピストンが確実に冷却される。上記の理由から、本発明によって、高度な効率性及び優れた経済性が保証される。
【0006】
上位の請求項記載の手段の好適な構成及びさらなる形成は下位請求項に記載される。このようにピストン棒の前記凹所は、前記冷却室から発する軸方向の止り穴として好適に形成され、これらの凹所は、ピストンから離れた、ピストン棒のクロスロッド側の底部に達している。これによって凹所がピストン棒のほぼ全長にわたって貫通し、ピストン棒の移動方向に対して平行に延在する溝が好適な方法で形成される。これにより前記熱伝達剤の交換を良好に行なうことが保証される。さらに望ましいケーシングとしての被覆も自動的に設けられる。
【0007】
流れに方向性を与え、前記熱伝達剤の滞留時間を高める目的で、前記ピストン棒の凹所をいくつかずつ互いに結合して、一つの貫通した溝を形成することもできる。その場合は、その溝の、ピストン側の流入口及び流出口に、対向する逆止弁が設けられる。
【0008】
ピストン棒の前記凹所は前記ピストン棒の周縁付近に好適に設けられる。これによってピストン棒の比較的大きな円周面全体が熱放出面として機能する。
【0009】
さらなる好適な形成の一つとして、ピストン棒は、その長さ方向の少なくとも一部分が、噴射ノズルを介して外側から冷却剤を噴き付けられる。これにより、ピストン棒の外側の熱放出が促進され、熱伝達剤の確実な冷却が保証される。
【0010】
別の好適な手段として、ピストン棒に、前記熱伝達剤に対応する凹所に隣接して、冷却剤を噴き付けられる冷却溝が設けられる。これにより、内部の熱放出も好適に行なわれる。
【0011】
前記冷却溝は、前記ピストン棒のクロスヘッド側の端部から発する軸方向の止り穴として形成される。この止り穴にはクロスヘッド潤滑油システムによって潤滑油を噴き付けることができる。この手段によって、高度な冷却効果を有する特に簡単な実施が可能になる。
【0012】
流れに方向を与え、ピストン棒内部の冷却剤の滞留時間を高める目的で、冷却溝をいくつかずつ互いに結合し、一つの貫通する溝が形成されるが、その場合、クロスヘッド側の流入口及び流出口に対抗する逆止弁が設けられる。
【0013】
上位の請求項に記載された手段のその他の好適な構成及び目的に適ったさらなる形態は下位請求項に記載してある。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいていくつか詳しく説明する。図面に示すのは以下の通りである。
図1は、ピストン、ピストン棒、及びクロスヘッドから成る大型2サイクルディーゼルエンジンの構造体の垂直断面による第一の実施形態;
図2は、図1における線 II-II に沿った断面図;
図3は、複数部材から形成されるピストン棒の水平断面図;
図4は、図1に対応して示す本発明の第二の実施形態;
図5は図4における線 V-V に沿った断面図である。
【0015】
大型2サイクルディーゼルエンジンの構造と働き、船の駆動その他に用いられる方法は周知である。この種のエンジンは、対応するシリンダー1に設けられたピストン2をそれぞれ備えた複数の駆動装置を有している。前記ピストンは、ピストン棒3を介して、エンジンフレームにスライド式に軸受けされた、対応するクロスヘッド5に固定されている。ピストン棒3は、ピストン2の相反運動を前記クロスヘッド5に伝える。該クロスヘッドは、詳しく示されていない連接棒の駆動を介して前記エンジンフレーム4の下部領域に設けられた、図示しないクランク軸に結合されている。前記クロスヘッド5はエンジンフレーム4の垂直方向のガイド6上にスライドされるスライドシューを有す。該スライドシューは潤滑油装置7によって潤滑油を供給される。
【0016】
前記ピストン棒3の頭部は前記ピストン2にボルトで固定されている。ピストン棒3の底部は、前記スライドシューを架橋するクロスヘッド5の横部材(ヨッホ)にボルトにて固定されている。前記ピストン2は、その上側において燃焼室を規定しており、内側が冷却されるため比較的薄い壁厚が実現される。さらにピストン2は、上部を前記ピストンの底部により、また下部を前記ピストン棒3の頭部により規定内部冷却室8を有している。該内部冷却室からピストン棒3に軸方向に設けられた凹所9により形成された分岐管が出ている。分岐管は、この場合、ピストン棒3のほぼ全長にわたって貫通し、ピストン棒の底部で終結する軸方向の止り穴として形成される。この軸方向の止り穴は、図2に示すように、同一の角度配分で、ピストン棒の軸に対して同心的な円弧上に設けられる。図示例では、それぞれ45°ずつ互いにずらされた8つの凹所9が設けられている。これら凹所は15〜50mm、好ましくは25mm という僅かな直径を有する。
【0017】
前記冷却室8及び前記凹所9は、外部に対して閉塞された中空システムを形成する。該中空システム内には、水準線10によって示されるように、部分的にのみ充填され、優れた熱伝達特性を有する水又はグリコールなどの熱伝達剤が含まれている。前記水準線10によって示される充填水準は、この中空システムの容積の60〜90%となる。エンジンの稼働中には、ピストン2及びピストン棒3の前後運動により、カクテルシェーカーにみられるのと同様の効果が生じる。従って、前記冷却室8に含まれる熱伝達剤の交換が恒常的に行なわれる。前記熱伝達剤はピストン2の領域で熱を供給され、その熱をピストン棒3の領域で再び放出し、これによりピストン2は確実に冷却される。
【0018】
前記ピストン棒3は非常に長く、比較的厚みのある構成部材であるので、比較的大きな外表面が生じる。この外表面を介して、前記熱伝達剤から放出される熱は周囲に逃がされる。図1ないし図3はこの種の実施に基づいている。この場合、ピストン棒3の前記凹所9は僅かな壁厚を設けてピストン棒3の外縁領域に設けられている。従って対応する円弧も外縁付近に延在する。ピストン棒3の円周面は熱の放出を高めるために外部から冷却剤を噴き付けられる。冷却剤としては、該内然機関に本来的に使用される潤滑剤をそのまま使用することができる。
【0019】
そのために、図1から分かるように、潤滑油などの冷却剤を噴き付けられる噴射ノズル11が多数重ねて設けられ、これら噴射ノズルによって、対応するクロスヘッド5のガイド6の領域にあるピストン棒3の領域に前記冷却剤が噴き付けられ、これによって外部から冷却が行なわれる。
【0020】
噴射ノズル11は、円周側でいくつかずつが互いに向き合うように設けるのが好適である。図示例では、図2から分かるように、前記ガイド6が両側に設けられ、ピストン棒が貫通するシャフトの四隅の全ての領域に、複数の重ねて設けられた噴射ノズル11を有するノズル桟が設けられている。その結果、ピストン棒3の円周全体及び比較的大きな長さにわたって冷却材が均一に噴き付けられる。前記噴射ノズル11は、対応する供給ライン12を介して、対応するクロスヘッドの潤滑油装置7に接続され、それによって簡単な方法で冷却液の供給が行なわれる。ピストン棒3を冷却するために該ピストン棒に噴射されるオイルは容易にクランク室に排出される。簡単な構成では、ここでピストン棒3に冷却空気を当てるだけで十分である。
【0021】
前記凹所9は単に止り穴として形成される。この製造方法はピストン棒3を一体的に形成する場合には問題となる。図3による実施の形態では、前記ピストン棒3が内部コア14から成り、該内部コアはスリーブ15によって囲まれている。前記内部コア14及び/又は前記スリーブ15には、この場合、それらの外周面あるいは内周面の領域において、前記凹所を形成するために溝が設けられている。該溝は鋳造の段階から設けて、その後仕上げ切削加工されるか、全面的に切削によって形成される。
【0022】
別の方法としては、図1に符号16の破線で示すように、ピストン棒3の凹所のいくつかあるいは全てが、それぞれ、下方のピストンから離れた末端領域において互いに結合される。これにより、進行及び逆行用の分岐を有する貫通溝が設けられる。該貫通溝流入口あるいは流出口の領域には、図1にさらに破線で示すように逆方向の逆止弁17又は18が設けられる。これら逆止弁は、流入方向のみ、あるいは流出方向のみに開放される。こうすることにより、流れに方向付けが行なわれる。複数の凹所を結合して一つのまとまった溝を設けることによっても、ピストン棒3領域における前記熱伝達剤の滞留時間は長くなり、それによって冷却効果は全体として改善される。さらに、前記のような実施の形態においては、冷却室8及び凹所9から成る閉じたシステムの充填水準は比較的大きくなる。
【0023】
図4及び図5に基づく実施の形態では、ピストン棒3が内部冷却される。そのために、前記冷却室8から発する前記ピストン棒3の凹所9に隣接する凹所19が設けられる。これら凹所19は、潤滑油などの冷却剤を噴き付けられる冷却溝として機能する。これら凹所19は、図5から分かるように、前記凹所9の円弧に対して同心的な円弧上に設けられる。図示の実施形態では、前記冷却室8から発する凹所9は内側の円弧上に設けられ、前記冷却溝を形成する凹所19は外側の円弧上に設けられる。
【0024】
前記冷却溝を形成する凹所19は、ピストン棒3のクロスヘッド側の端部から発する止り穴として形成される。該止り穴は、前記ピストン棒3の頭部に到達し、該ピストン棒の頭部において冷却室8を規定するピストン棒の端面の下方で終結する。前記凹所19は前記凹所9のように止り穴として形成することもできるが、図3に示すように形成することも考えられる。その場合は二つの外被が必要になると思われる。冷却溝として機能する前記凹所19に潤滑油を供給するために、前記凹所は、対応する前記クロスヘッド5の前記潤滑油装置7に簡単に接続される。そのために、前記クロスヘッド5には、クロスヘッド側が開放された前記凹所19に通じる分岐管が設けられる。
【0025】
前記潤滑油の滞留時間を延長し、流れに方向性を与えるために、いくつかずつ、あるいは全ての冷却溝を互いに結合し、クロスヘッド側の流入口及び流出口が形成されるようにすることも可能である。同じことは逆に前記冷却室8から発する前記凹所9についても該当する。図1に関して既に詳述したように、前記凹所はピストン側の流入口及び流出口がそれぞれ設けられるように、互いに結合することができ、流入口及び流出口に対して図1の17及び18に示すように、逆方向の逆止弁が設けられる。互いに結合された凹所19によって形成された溝の領域では、既に油圧によって方向づけられた流れがあるので、逆止弁が一つでも足りるか、逆止弁を用いないでも済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一実施形態による大型2サイクルディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図2】 図1の II-II 線に沿った断面図である。
【図3】 複数の部材から形成される本発明に係るピストン棒の水平断面図である。
【図4】 本発明の第二実施形態による大型2サイクルディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図5】 図4における V-V 線に沿った断面図である。
【符号の説明】
2 ピストン
3 ピストン棒
5 クロスヘッド
8 冷却室
9,19 凹所
11 噴射ノズル
14 内部コア
15 スリーブ
17,18 逆止弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston-type internal combustion engine having at least one piston provided with a piston rod, in particular a large diesel engine.
The piston has at least one cooling chamber, and the cooling chamber includes a heat transfer agent. This heat transfer agent can be cooled in a cooling device to which the coolant is sprayed.
[0002]
[Prior art]
A similar arrangement is known from EP 0 074 156. In this known configuration, a heat exchanger that closes the cooling chamber is provided in the piston. This arrangement is therefore relatively expensive to manufacture and requires additional components. Moreover, the cooling surface obtained by this configuration is relatively small. In addition, the heat exchanger has a risk of breaking due to high load. Therefore, there is a great risk of leakage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention is to improve the above-mentioned type of apparatus by simple and inexpensive means so that high reliability and excellent cooling effect can be obtained even with a simple and inexpensive structure.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The above problems are solved by the present invention as follows. That is, a recess is provided in at least a part of the piston rod in the longitudinal direction. The recess is connected to the cooling chamber of the piston and forms a closed hollow system with the cooling chamber. The hollow system is partially filled with the heat transfer agent. Furthermore, the stone bar has a cooling surface on which coolant is sprayed corresponding to the recess.
[0005]
In the present invention, the piston rod is preferably used as a heat exchanger. Therefore, it is not necessary to use an additional member. The necessary recess can be easily formed. At the same time, a high degree of robustness and safety against leakage is guaranteed. The piston rod also has a relatively large heat transfer surface. That is, the piston rod is a relatively long and thick component. In the present invention, the heat transfer agent is moved according to the principle of a cocktail shaker by the back-and-forth movement of the piston and the piston rod, thereby achieving a good heat transfer, good heat uniformity, and reliable piston. To be cooled. For the above reasons, the present invention guarantees high efficiency and excellent economic efficiency.
[0006]
Preferred configurations and further formations of the means of the upper claim are set forth in the subclaims. Thus, the recesses of the piston rod are preferably formed as axial blind holes emanating from the cooling chamber, and these recesses reach the bottom of the piston rod on the cross rod side, away from the piston. . As a result, the recess penetrates substantially the entire length of the piston rod, and a groove is formed in a suitable manner extending parallel to the direction of movement of the piston rod. This ensures good exchange of the heat transfer agent. In addition, a coating as a desirable casing is automatically provided.
[0007]
For the purpose of giving direction to the flow and increasing the residence time of the heat transfer agent, the recesses of the piston rods may be joined to each other to form a single through groove. In that case, opposing check valves are provided at the inlet and the outlet on the piston side of the groove.
[0008]
The recess of the piston rod is preferably provided in the vicinity of the periphery of the piston rod. As a result, the entire relatively large circumferential surface of the piston rod functions as a heat release surface.
[0009]
As a further preferred form, at least a part of the length of the piston rod is sprayed with coolant from the outside via an injection nozzle. This promotes heat release outside the piston rod and ensures reliable cooling of the heat transfer agent.
[0010]
As another preferred means, the piston rod is provided with a cooling groove on which a coolant is sprayed adjacent to the recess corresponding to the heat transfer agent. Thereby, internal heat release is also suitably performed.
[0011]
The cooling groove is formed as an axial blind hole emanating from the end of the piston rod on the crosshead side. Lubricating oil can be sprayed into the blind hole by a crosshead lubricating oil system. This measure allows a particularly simple implementation with a high cooling effect.
[0012]
For the purpose of giving direction to the flow and increasing the residence time of the coolant inside the piston rod, several cooling grooves are connected to each other to form a single through groove. And a check valve that opposes the outlet.
[0013]
Other suitable configurations for the means described in the upper claims and further forms suitable for the purpose are described in the subclaims. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Several embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings show the following.
FIG. 1 shows a first embodiment according to a vertical section of the structure of a large two-stroke diesel engine consisting of a piston, a piston rod and a crosshead;
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of a piston rod formed from a plurality of members;
FIG. 4 shows a second embodiment of the invention shown corresponding to FIG.
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
[0015]
The structure and working of a large two-cycle diesel engine and the methods used to drive ships and others are well known. This type of engine has a plurality of driving devices each provided with a
[0016]
The head of the
[0017]
The cooling
[0018]
Since the
[0019]
For this purpose, as can be seen from FIG. 1, a large number of
[0020]
It is preferable that the
[0021]
The
[0022]
Alternatively, some or all of the recesses in the
[0023]
In the embodiment according to FIGS. 4 and 5, the
[0024]
The
[0025]
In order to extend the residence time of the lubricating oil and to give direction to the flow, several or all of the cooling grooves are connected to each other so that an inlet and an outlet on the crosshead side are formed. Is also possible. The same applies to the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a structure of a large two-cycle diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of a piston rod according to the present invention formed from a plurality of members.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a structure of a large two-cycle diesel engine according to a second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
[Explanation of symbols]
2
Claims (19)
前記ピストン棒(3)の長手方向の少なくとも一部に凹所が設けられ、該凹所は、前記ピストン(2)の前記冷却室(8)に接続されて、該冷却室と共に閉鎖された中空システムを形成し、該中空システムには部分的に前記熱伝達剤が充填され、前記ピストン棒(3)が、前記冷却剤を噴き付けられる前記凹所に対応した冷却面を有することを特徴とするピストン式内燃機関。At least one piston (2) with a piston rod (3), said piston having at least one cooling chamber (8), a heat transfer agent being contained in the cooling chamber, the heat transfer agent being A piston-type internal combustion engine, particularly a large diesel engine, capable of being cooled in a cooling device to which a coolant is sprayed,
A recess is provided in at least a part of the longitudinal direction of the piston rod (3), and the recess is connected to the cooling chamber (8) of the piston (2) and closed together with the cooling chamber. Forming a system, the hollow system being partially filled with the heat transfer agent, the piston rod (3) having a cooling surface corresponding to the recess into which the coolant is sprayed Piston type internal combustion engine.
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1998
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