JPH04276119A - 内燃機関のピストン - Google Patents

内燃機関のピストン

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JPH04276119A
JPH04276119A JP3352086A JP35208691A JPH04276119A JP H04276119 A JPH04276119 A JP H04276119A JP 3352086 A JP3352086 A JP 3352086A JP 35208691 A JP35208691 A JP 35208691A JP H04276119 A JPH04276119 A JP H04276119A
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JP
Japan
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piston
air storage
air
storage chamber
cooling
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JP3352086A
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Jordan Gentscheff
ヨルダン　ゲンチエフ
Wolfram Lochbichler
ウオルフラム　ロツホビクラー
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MAN B&W Diesel GmbH
Original Assignee
MAN B&W Diesel GmbH
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Publication date
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    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F3/00—Pistons 
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F01M2001/086—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating gudgeon pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、噴油冷却される内燃
機関のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】連接棒にピン結合されたピストン本体、
ピストン本体の連接棒と反対側の端面に取り付けられた
ピストンクラウン及び冷却油供給部を備え、この冷却油
供給部により冷却油が供給されピストンクラウンの内面
に吹き付けられるようにした内燃機関のピストンは、ド
イツ連邦共和国特許第４５８１５２号明細書から知られ
ている。そこに記載のピストンでは、冷却のために油が
クランク室へ向かって開いたピストンの底面に吹き付け
られる。種々の理由から今でもまだ実施されているこの
種のピストンクラウンの冷却方法はそれ自体不利なもの
ではないが、しかし要求されるますます高い内燃機関の
比出力を考慮するともはや十分ではない。
【０００３】アメリカ合衆国特許第１６８８０７６　号
明細書から、内部でピストンが動くシリンダの外からシ
リンダ壁の相応の孔を経て空気が、クランク室に向かう
側で開放されたピストンの内部へ導かれ、そしてピスト
ンクラウンに沿って導かれる温度上昇した空気が、ピス
トンの内部から相応の流路を経てシリンダの燃焼室へ導
かれることにより冷却されるような、内燃機関のピスト
ンが知られている。この種のピストン冷却の欠点は、ピ
ストンクラウンの冷却のために用いられる油と混合され
た空気がシリンダの燃焼室へ導かれ、そこでピストンに
著しくカーボンを付着させかつ燃焼排気ガスを著しく汚
染するのを促進することにある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、ピ
ストンクラウンの冷却を改善するように内燃機関のピス
トンを構成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、ピストンクラウンが空気貯蔵室を有し、この室の
壁面がピストンクラウンの冷却面であり、ピストン本体
が第１及び第２の部分内部空間を囲み、ピストン本体の
開放側に設けられた第２の部分内部空間が第１の部分内
部空間より大きい有効直径を有し、空気貯蔵室が少なく
とも一つの空気供給流路を介して第１の部分内部空間と
結合され、少なくとも一つの戻り流路を介して第２の部
分内部空間と結合されているピストンにより解決される
。
【０００６】
【実施例】次にこの発明に基づくピストンの一実施例を
示す図面により、この発明を詳細に説明する。
【０００７】図１は、内燃機関のピストンのこの発明に
基づく一実施例を示す。ピストン本体１及びピストンク
ラウン２から組み立てられピストン長手軸線３を有する
ピストンは、それ自体公知の方法で連接棒４にピン結合
されている。連接棒４は冷却油流路５を備え、この流路
はピストン長手軸線３にほぼ平行に延び、この流路を通
ってピストンクラウン２の冷却のために必要な冷却油が
ピストンクラウン２のピストン内部に向いた内側冷却面
６へ供給される。この冷却油流路５は連接棒４のピスト
ンクラウン２へ向いた端部で孔７となって開口する。ピ
ストン本体１のピストンクラウン２を支持する部分８の
中には管状片９が配置され、管状片９はピストン長手軸
線３に対しほぼ同心に延び、管状片の連接棒４に向かう
端部１０は釣鐘形に構成されている。管状片９のこの釣
鐘形端部１０は孔７を囲む。更に管状片９は滑り接触で
連接棒４に結合されている。こうして管状片９は作用上
では冷却油流路５の延長部であり、この流路を通って供
給される冷却油は、連接棒４に対するピストン本体１の
運転に基づく相対的傾動とは無関係に常に管状片９中へ
到達し、そしてピストンクラウン２の内側冷却面６に向
かって吹き付けられる。冷却油の排出はそれ自体公知の
方法でピストンクラウン２内に配置された流路１１〜１
４を経て行われる。
【０００８】ピストンクラウン２の内側冷却面６及びピ
ストン本体１のピストンクラウン２に向かう表面１５は
、これらの面がピストン組立後に第１の空気貯蔵室１６
を囲むように構成されている。更に冷却油排出に用いら
れる流路１３、１４は同時に第２の空気貯蔵室１７を形
成するように寸法を選択されている。両空気貯蔵室１６
、１７は冷却油排出流路１１、１２を介して相互に結合
されている。
【０００９】この実施例では外側冷却面４０を有する第
２の空気貯蔵室１７がトロイド状に第１の空気貯蔵室１
６を囲んで配置されている。第２の空気貯蔵室１７の代
わりに、それぞれ相応の流路を介して第１の空気貯蔵室
１６と結合された複数の個々の空気貯蔵室を設けること
もできる。第１の空気貯蔵室と第２及び第３の空気貯蔵
室との直列接続、又は第１の空気貯蔵室１６とそれぞれ
二つ以上の別の空気貯蔵室との直列接続、又は第１の空
気貯蔵室１６と複数の別の空気貯蔵室との個々の場合に
合目的的な他のすべての接続を考えることができる。し
かしピストンは唯一の冷却面を有する唯一の空気貯蔵室
だけを有することもできる。
【００１０】ピストン本体１の部分８にはピストン軸線
３に対し平行に延び第１の空気貯蔵室１６に注ぐ冷却空
気供給路１８、１９が配置され、一方では空気貯蔵室１
６に供給すべき空気をピストン本体１の内部空間から最
小断面積の個所又はこの個所のできるだけ近くで取り出
すことができるように、また他方では管状片９から流出
する冷却油を冷却空気供給流路１８、１９から流出する
空気によりできるだけ早く捕らえ内側冷却面６に吹き付
けるように、管状片９に対する冷却空気供給路１８、１
９の横方向距離ができるだけ小さく選ばれている。
【００１１】ピストン本体１により囲まれた内部空間は
、ピストン部分８に隣接し主としてピストンアーチとも
呼ばれるピストン本体１の内部空間の部分である第１の
部分内部空間２０と、それに続く第２の部分内部空間２
１とが生じるように構成されている。その際第２の部分
内部空間２１の円筒形部分の直径はピストンアーチの最
大直径より大きい（図１においては第１の部分内部空間
２０の円筒形部分の直径より大きい）ので、両方の部分
内部空間２０と２１との間の移行部にはピストン長手軸
線３に対しほぼ直角に延びる移行表面２２が生じる。
【００１２】ピストン本体１中にはピストン長手軸線３
に対しほぼ平行に延びる戻り流路２３、２４が設けられ
ている。戻り流路２３、２４のそれぞれ一方の端部は第
２の空気貯蔵室１７に開口し、それぞれ他方の端部は移
行表面２２に開口し、従って第２の空気貯蔵室１７を第
２の部分内部空間２１と結合する。唯一の空気貯蔵室を
有するピストンの場合には、戻り流路２３、２４のそれ
ぞれ一方の端部が直接この空気貯蔵室に開口するように
する。
【００１３】内燃機関の前記のように構成されたピスト
ンのピストンクラウンで得られる冷却作用は下記のよう
にして実現される。すなわち以下で単に「下降運動」と
呼ばれる上死点から下死点へのピストン運動の場合には
、ピストンとシリンダライナーの間の相対運動に基づき
部分内部空間２０の上端部に、従って管状片９の釣鐘形
端部１０が突入するピストンアーチ部分に動圧が生じる
。この範囲の外では従って部分内部空間２１内では、内
燃機関の図示されていないクランク室内と同じ圧力が生
じる。動圧は中速エンジンの場合に約０．５ｂａｒであ
り、せき止められた空気がピストンアーチから空気供給
流路１８、１９を通り抜けて第１の空気貯蔵室１６へ流
入するということをもたらす。そしてそこから空気は流
路１１、１２を経て第２の空気貯蔵室１７へ流れ、続い
て戻り流路２３、２４を通って第２の部分内部空間２１
へ従ってクランク室へ戻る。
【００１４】ピストンアーチの中にせき止められた空気
の流入により第１の空気貯蔵室１６及び第２の空気貯蔵
室１７中の空気圧力が上昇し、遂には（一般にエンジン
の数回転後に既に）クランク室内に生じている空気圧力
を超えピストンの運動方向とはほぼ無関係である空気圧
力値に落ち着く。同時に絶えずかつピストンの運動方向
とは無関係に、戻り流路２３、２４から平均速度を中心
として脈動しつつ空気が流出する（容器の強制充填と自
由排出の原理）。ピストン運動により維持されるこの空
気流は複数の観点で有利に働く。すなわち一方では空気
流は熱放散によりピストン冷却を促進する。なぜならば
両空気貯蔵室１６、１７に流入する空気質量がそこで温
度上昇し、吸収した熱を第２の部分内部空間２１へ還流
後に再び放出するからである。他方では第１の空気貯蔵
室１６及び第２の空気貯蔵室１７へ流入する空気質量が
両空気貯蔵室１６、１７へ流入する油を加速し、さもな
ければ過熱により生じる内側冷却面６及び外側冷却面４
０上での油の炭化を防止する。最後に空気・油混合体の
加速及びそれにより生じる旋回により、ピストンクラウ
ン２の内側冷却面６及び外側冷却面４０の浄化の向上特
にオイルカーボン堆積物の洗浄が達成される。この連続
的な洗浄過程は長い目で見てピストンクラウンの伝熱性
又は放熱性の低下を防ぐ。
【００１５】第１の空気貯蔵室１６へそして第２の空気
貯蔵室１７へ流入する空気質量の速度に基づく空気循環
の前記作動原理を保証するために、この発明に基づくピ
ストンの構成に際しては少なくとも二つの原則を顧慮す
べきである。すなわち第一にはこの発明に基づく空気循
環は、第１及び第２の空気貯蔵室１６、１７がそれぞれ
十分に大きい貯蔵容積を有するときにだけ発生し得るこ
とであり、第二には空気貯蔵室１６、１７の容積及び冷
却空気供給流路１８、１９、流路１１、１２及び戻り流
路２３、２４の断面積は相互に一定の比率内になければ
ならないことである。
【００１６】空気貯蔵室が設けられないか又は空気貯蔵
室が過小に寸法を選択されると、空気はピストンの下降
運動の間だけピストンクラウンを経て流れる。図２はこ
のことを著しく模式化しかつ円形断面に関連づけて示す
。ピストンの下降運動の際に、ピストン本体１の内部空
間が直径Ｄ１　を有する第１の部分内部空間２０と第２
の部分内部空間２１との間の移行部に、圧力Ｐ１　が生
じる。更に空気はピストン速度Ｗ１　により、ピストン
クラウンを貫通し入口３２及び出口３３を有する流路３
１の中へ押し込まれる。流路３１の入口３２の著しく小
さい直径ｄｅ　に基づき、空気の速度は値Ｗ１　より著
しく大きい値Ｗｅ　を取る。流路３１の出口３３の直径
ｄａ　は流路３１の入口３２の直径ｄｅ　と等しく、か
つ流路３１はその全長にわたり一定の断面積を有するの
で、またここでの考察に対しては流路３１の中で摩擦の
無い流れを仮定できるので、流出速度Ｗａ　は流出速度
Ｗｅ　に等しく、空気は出口３３で部分内部空間２１へ
流入する。続いてのピストンの上昇運動の際には、入口
３２及び出口３３の前の圧力がほぼ部分内部空間２１中
に生じる空気圧力Ｐに等しいので、ピストンの上昇運動
中には入口３２からも出口３３からも空気が流路３１中
へ流れない。
【００１７】空気貯蔵室が十分に大きく寸法を選択され
ていないときには、空気の運動は生じるがその正確な経
過はそのつどの瞬間的な圧力状態に関係する。
【００１８】この発明に基づき構成されたピストンの場
合には、図３に著しく模式化し図２と同一の符号を用い
て示された状態が生じる。空気貯蔵室１６、１７の貯蔵
容積の大きさとは無関係に、瞬間的な圧力状態に基づく
空気貯蔵室の充填は基本的に流路１８、１９又は１１、
１２だけを経て行われることを顧慮すべきである。しか
しながら放出過程は別の瞬間的な圧力状態に基づき同時
に供給流路１８、１９又は１１、１２及び戻り流路２３
、２４を経て行われる。この物理的状態にかんがみてこ
の発明に基づく作動原理を実現できるために、充填過程
が放出過程とは異なる物理的法則に従う別の物理的状態
を利用する。一方では空気貯蔵室１６の貯蔵容積と供給
流路１８、１９及び流路１１、１２の断面積との比、ま
た他方では空気貯蔵室１７の貯蔵容積と流路１１、１２
及び戻り流路２３、２４の断面積との比の適当な選択に
より、ピストンのそれぞれの瞬間的な運動方向とは無関
係に一方向にのみ行われピストンを通るこの発明の空気
循環が効率的に生じることが保証される。その際空気流
が流路２３、２４から脈動する従って変化する速度を有
する空気流として流出することは、この発明により得ら
れる効果にとっては問題にならない。
【００１９】複数の又は唯一の空気貯蔵室の形及び寸法
選択はピストンに対する個々に考慮すべき要求に関係す
る。ピストンクラウン２の内側冷却面６及び外側冷却面
４０は、供給される冷却空気による噴射冷却油の旋回が
最適となり、それにより冷却油から冷却空気へのできる
だけ大きい熱放出が可能となるばかりでなく、内側冷却
面６及び外側冷却面４０のオイルカーボン堆積物の最善
の洗浄も達成されるように、また冷却面６、４０上の境
界層乱流の増大により一層高い熱伝達係数を得られるよ
うに、構成されるのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に基づくピストンの一実施例の軸線方
向断面図である。
【図２】空気貯蔵室の無いピストンの空気流説明図であ
る。
【図３】図１に示すピストンの空気流説明図である。
【符号の説明】
１　　ピストン本体 ２　　ピストンクラウン ３　　長手軸線 ４　　連接棒 ５　　冷却油流路 ６、４０　　冷却面 ８　　ピストン部分 ９　　管状片 １１、１２　　冷却油排出流路 １６、１７　　空気貯蔵室 １８、１９　　空気供給流路 ２０、２１　　部分内部空間 ２２　　移行表面 ２３、２４　　戻り流路 ３０　　範囲

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　連接棒（４）にピン結合されたピスト
    ン本体（１）、ピストン本体（１）の連接棒（４）と反
    対側の端面に取り付けられたピストンクラウン（２）及
    び冷却油供給部（５、９）を備え、この冷却油供給部に
    より冷却油が供給されピストンクラウン（２）の内面（
    ６）に吹き付けられるようにした内燃機関のピストンに
    おいて、ピストンクラウン（２）が空気貯蔵室（１６、
    １７）を有し、この室の壁面がピストンクラウン（２）
    の冷却面（６、４０）でありピストン本体（１）が第１
    及び第２の部分内部空間（２０、２１）を囲み、ピスト
    ン本体（１）の開放側に設けられた第２の部分内部空間
    （２１）が第１の部分内部空間（２０）より大きい有効
    直径を有し、空気貯蔵室（１６、１７）が少なくとも一
    つの空気供給流路（１８、１９）を介して第１の部分内
    部空間（２０）と結合され、少なくとも一つの戻り流路
    （２３、２４）を介して第２の部分内部空間（２１）と
    結合されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
  2. 【請求項２】　　ピストンクラウン（２）が第１及び第
    ２の空気貯蔵室（１６、１７）を有することを特徴とす
    る請求項１記載のピストン。
  3. 【請求項３】　　第２の空気貯蔵室（１７）が一体に構
    成され、トロイド状に第１の空気貯蔵室（１６）を囲ん
    で配置されていることを特徴とする請求項２記載のピス
    トン。
  4. 【請求項４】　　第１の空気貯蔵室（１６）と第２の空
    気貯蔵室（１７）とが流路（１１、１２）を介して相互
    に結合されていることを特徴とする請求項２又は３記載
    のピストン。
  5. 【請求項５】　　冷却油供給部（５、９）が管状片（９
    ）を有し、この管状片がピストン長手軸線（３）を有す
    るピストン本体（１）のピストンクラウン（２）を支持
    する部分（８）中にピストン長手軸線（３）に対しほぼ
    同心に配置され、少なくとも一つの空気供給流路（１８
    、１９）がピストン長手軸線（３）に対しほぼ平行に延
    び、管状片（９）に対しできるだけ小さい横方向距離を
    置いて配置されていることを特徴とする請求項１ないし
    ４の一つに記載のピストン。
  6. 【請求項６】　　少なくとも一つの空気供給流路（１８
    、１９）が最大の空気圧力の発生する範囲（３０）で部
    分内部空間（２０）と結合されていることを特徴とする
    請求項１ないし５の一つに記載のピストン。
  7. 【請求項７】　　ピストン本体（１）の両部分内部空間
    （２０、２１）の間の移行部が、ピストン長手軸線（３
    ）に対しほぼ直角に延びる移行表面（２２）として形成
    されていることを特徴とする請求項１ないし６の一つに
    記載のピストン。
  8. 【請求項８】　　ピストン本体（１）中に配置された少
    なくとも一つの戻り流路（２３、２４）がピストン長手
    軸線（３）に対しほぼ平行に延びて配置され、この少な
    くとも一つの戻り流路（２３、２４）の一方の端部が第
    ２の空気貯蔵室（１７）又は唯一の空気貯蔵室（１６）
    に開口し、他方の端部が移行表面（２２）に開口するこ
    とを特徴とする請求項１ないし７の一つに記載のピスト
    ン。
JP3352086A 1990-12-19 1991-12-13 内燃機関のピストン Pending JPH04276119A (ja)

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