JPS60182342A - 内燃機関用流体冷却形複合ピストン - Google Patents

内燃機関用流体冷却形複合ピストン

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JPS60182342A
JPS60182342A JP60019178A JP1917885A JPS60182342A JP S60182342 A JPS60182342 A JP S60182342A JP 60019178 A JP60019178 A JP 60019178A JP 1917885 A JP1917885 A JP 1917885A JP S60182342 A JPS60182342 A JP S60182342A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジン等の内燃機関用流体冷却形
複合ピストンに関する。
〔従来の技術〕
この種のピストンとして、例えばアルミニウム合金から
なるピストン下部材と、このピストン下部材にねじによ
り結合された例えば鉄材料からなるピストン上部材と、
このピストン−上部材の内側にこのピストン上部材に対
して同心状に設けられた環状リブと、上記ピストン上部
材のトップランドおよび少なくともリング地帯の一部の
背後に設けられかつ上記ピストン上部材と上記ピストン
下部材との間の接合平面に開口した環状冷却用通路と、
上記環状リブとこれに対向する上記ピストン下部材の面
との間に挟持された環状フランジ部材と、上記環状冷却
用通路内に突出した状態で上記環状フランジ部月に設け
られた舌片部とをそれぞれ具備し、上記環状リブが上記
環状冷却用通路の径方向の内側境界を構成するとともに
、径方向の冷媒用孔を通じて上記環状冷却用通路と連通
しかつ上記ピストン上部材と上記ピストン下部材との間
の上記接合平面に開口して上記ピストン上部材内に設け
られた中央冷却室を上記環状リブが規定し、この環状リ
ブにねじ土用のねじ穴が設けられていて、上記環状冷却
用通路と上記中央冷却室とが冷媒の循環系に連通してい
る内燃機関用流体冷却形複合ピストンが知られている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2723619号明細
書により公知のこの種のピストンはハイパワーエンジン
や重油機関、中速ディーセルエンジン等で用いるのに特
に好適である。冷却は強制循環冷却または噴射冷却によ
って行われ、冷却用オイルは径方向の外側から内側にま
たはその逆方向に流される。このようなピストン構造の
設計は、標準構造のシェーカー室を有する強制循環冷却
式または噴射冷却式の複合ピストンにおいては、燃焼室
に面した凹部がその凹部の傾斜した縁部においてピスト
ンヘッドに350〜400℃を超える最高温度が現われ
るような形状であることに基づいている。この現象は、
噴射燃料のノズルジェットが形成されるために生ずる。
冷却用オイルと接触する外側冷却用通路の内面のうち上
記範囲に対向した範囲に240〜270℃の温度が現わ
れることがある。この温度はピストン上部材の鋼表面に
黄色ないし紺色の焼戻し色を生じることで認めることが
でき、市販のディーゼルエンジン用冷却オイルの引火点
近傍またはそれより上の温度である。
このようなピストンの運転経験から、外側冷却用通路の
上記範囲で冷却用オイルのコークス化がきわめて早く進
行して断熱性の残留炭素層を生じ、これが冷却効果を低
下させて、冷却用通路の燃焼室側の壁部の温度が著しく
高まり、ピストン材料の強度が低下し、クリープ抵抗が
弱まり、熱変形が大きくなるとの推測が確認されてきた
。この結果、永久ひずみを生じる場合もしばしば観察さ
れできた。しかしこれらの欠点は、ピストンの上部材と
下部材との間に環状フランジ部材を挟持させ、この環状
フランジ部材に外側冷却用通路内に突出した舌片部を設
けてオイル案内リングを構成し、このリングにより、冷
却用通路に流入した冷却用 。
オイルが冷却用通路の周囲に沿って流れるようにするこ
とで克服することができる。こうして冷却用オイルの滞
留時間が長くなり、ピストン材料の表面に対する冷却用
オイルの相対速度が大きくなるために、また冷却用通路
内の乱流で層状境界層が破壊されることにより、冷却効
果は向上する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一方、硫黄分の多い燃焼の燃焼時に発生するSO3が凝
縮すると亜硫酸を生じるが、特に部分負荷運転や無負荷
運転の運転時間が長くなってもこの亜硫酸の露点温度を
下まわることがなく、従ってピストンおよびピストンリ
ングのいわゆる湿食を生しないような温度(約150°
C)に、少なくとも最上のピストンリング溝の領域を保
つのに、上述した構造では冷却用オイルの吸収熱が一般
に十分でないことが判明した。
そこで本発明の目的は、冒頭に述べた種類のピストンに
おいて、冷却用オイルの流量をできるだけ低減して、外
側冷却用通路の燃焼室側の壁部の温度をできるだけ低い
レベルに保つと同時に少なくとも最上のピストンリング
溝近傍の温度をピストンおよびピストンリングの湿食が
生しえないようなレベルに保つことである。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は、本発明により、例えばオイル案内用リング
である舌片部と環状冷却用通路の燃焼室に近い壁部とに
よって比較的狭い環状隙間を形成することにより達成さ
れる。
〔実施例〕
冷却用オイルが舌片部と環状用通路の燃焼室側壁部との
間の環状隙間を通過するときに得られる絞り効果によっ
て冷却用オイルの圧力が低下し、流速が著しく増加して
、燃焼室側の環状冷却用通路壁から、比較的薄い冷却用
オイルの油膜により単位時間当り排出される熱量は先行
技術のものと比較して著しく多くなり、これに応じてこ
の領域での温度は低下する。環状隙間に続く拡大部にお
いては乱流が生じる。絞り効果によって流量が減少した
冷却用オイルは、環状冷却用通路の容積が比較的大きい
のでリング地帯、特に最上のピストンリング溝の領域で
シェーカー効果および冷却効果が低減され、トップラン
ドから下方に熱が伝達されてこの領域の温度が高まり、
ピストンリング溝での温度は140〜160℃となる。
部分負荷運転や無負荷運転のときでもこの温度によりピ
ストンおよびピストンリングの湿食が防がれる。
本発明の好ましい実施態様においては、舌片部を外方へ
湾曲させ、その内面と燃焼室側の環状冷却用通路壁とで
比較的長い環状隙間を形成して発熱量の吸収を一層高め
ることができる。
また、環状フランジ部材と舌片部とを異なる材料から作
ることができる。特に舌片部は感温性バイメタルから構
成するか、または同様の働きをする例えばサーモスタッ
ト等の制御装置により制御可能に構成することができ、
負荷に左右されることなく、サーモスタット等の働きに
よって、最適なピストン温度に一定に保つために舌片部
と燃焼室側の環状冷却用通路壁との間に形成された環状
隙間の高さを、排出熱量に応じて自動的に増減すること
かできる。無負荷運転の時およびピストン温度が低い時
、冷却用オイルの流量はパイロットトランスファーを除
いて完全に遮断することかできる。
次に、本発明の実施例によるピストンを図面を参照して
説明する。
第1図にその一部を示したピストンは、アルミニウムー
シリコン共融合金またはノジェラー鋳鉄から製造したピ
ストン下部材1と鋼製のピストン上部材2とからなり、
両者は図示省略したタイロッドを介して互いに結合され
ている。ピストン3の内面には同心状の環状リブ4が配
されており、その径方向外壁によって、トップランド5
およびリング地帯6の後方に設けられた外側冷却用通路
7の径方向内側の隔壁が構成されている。そしてこの環
状リブ4によって中央冷却室8が包囲されている。環状
リブ4とこれに対向したピストン下部材1の支持面との
間には環状フランジ部材9が挟持されている。そしてこ
の環状フランジ部材9の冷却通路側末端には舌片部10
が冷却用通路7内に突出した状態で設けられている。こ
の舌片部10の内側面と冷却用通路7の燃焼室側の壁部
との間に比較的狭い環状隙間11が形成されている。
冷却用オイルは冷媒入路12から冷却室8に流入し、環
状リブ4内に放射状に設けられた径方向孔13を通って
冷却室8から冷却用通路7に流入する。この時、舌片部
10が設けられているために冷却用オイルはこの舌片部
10の側壁面と冷却用通路7の燃焼室側の壁部との間に
形成された環状隙間11を通って冷却用通路7の外側部
に流入し、そこから出路14を通って排出される。
第2図に示したピストンの変形例では、冷却用オイルは
供給路15と冷却用通路7内に張り出した状態の環状フ
ランジ部材17とを通って冷却用通路7の内側部に流入
する。外方へ湾曲した舌片0 部18は冷却用i11路7内に突出し、この舌片部18
の内側面と冷却用通路7の燃焼室側の壁部との間に環状
隙間19が形成されている。この環状隙間19から流入
した冷却用オイルは環状フランジ17に放射状に設けら
れた径方向隙間20を通って冷却用通路7から冷却室8
に流入し、そこから出路21を通ってクランク室に流出
する。
〔発明の効果〕
本発明により得られる利点は、特に、燃焼室側の環状冷
却用通路壁との間で環状隙間を形成する舌片部を適宜に
設計および/または制御することによりピストン上部に
とって望ましい温度調節が可能となることである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるピストンの要部断面図
、第2図は変形例によるピストンの要部断面図である。 なお図面に用いた符号において、 ]−−一−−−−−−−−−−−ピストン下部材2−−
−−−−−−−・−ピストン上部材1 4−−−−−−−−−−−−−−−環状リプアー=−・
−=−−−−−一冷却用通路9.17−−−−−−−−
−環状フランジ部材10.18−−−−−−−−〜−−
舌片部11 、19−−−−−−−−−一環状隙間であ
る。 代理人 土星 勝 密包 芳男 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ピストン下部材と、このピストン下部材にねじによ
    り結合されたピストン上部材と、このピストン上部材の
    内側にこのピストン上部材に対して同心状に設けられた
    環状リブと、上記ピストン上部材のトップランドおよび
    少なくともリング地帯の一部の背後に設けられかつ上記
    ピストン上部材と上記ピストン下部材との間の接合平面
    に開口した環状冷却用通路と、上記環状リブとこれに対
    向する上記ピストン下部材の面との間に挟持された環状
    フランジ部材と、上記環状冷却用通路内に突出した状態
    で上記環状フランジ部材に設けられた舌片部とをそれぞ
    れ具備し、上記環状リブが上記環状冷却用通路の径方向
    の内側境界を構成するとともに、径方向の冷媒用孔を通
    じて上記環状冷却用通路と連通しかつ上記ピストン−上
    部材と上記ピストン下部材との間の上記接合平面に開口
    して上記ピストン上部材内に設けられた中央冷却室を上
    記環状リブが規定し、この環状リブにねじ土用のねし穴
    が設けられていて、上記環状冷却用通路と上記中央冷却
    室とが冷媒の循環系に連通している内燃機関用流体冷却
    形複合ピストンにおいて、上記舌片部と上記環状冷却用
    通路の燃焼室に近い壁部との間が実質的に狭い環状隙間
    に構成されていることを特徴とするピストン。 2、ディーゼルエンジン用のピストンであって、ピスト
    ン下部材がアルミニウム合金から構成され、ピストン上
    部材が鉄材料から構成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載のピストン。 3、舌片部を外方へ湾曲した状態に構成し、その内面と
    環状冷却用通路の燃焼室側の壁との間に実質的に長い環
    状隙間を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第2項に記載のピストン。 4、舌片部が感温性バイメタルから構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか
    1項に記載のピストン。 5゜サーモスタットにより舌片部が制御可能であるよう
    に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第
    3項のいずれか1項に記載のピストン。
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