JP2000503093A - 内燃機関、特に大型の舶用ディーゼルエンジン用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関、特に、大型の舶用ディーゼルエンジンであって、ピストンとピストンロッドとの間の動力伝達部材として、ピストンヘッドと一体の環状リブを有し、ピストンヘッドから下方を向き且つ外側のピストンリングが設けられた、ピストンの側壁間の環状領域内にリブ支持要素が設けられ、該リブ支持要素が円錐形壁にて終わっており、該円錐形壁には、ピストンの軸線と略平行に伸長する穴が貫通し、該穴を貫通して冷却オイルが流れ、ピストンの軸方向断面にて見たとき、円錐形壁が丸味を付けた側部分により側壁と接続されているエンジン用のピストンである。支持要素と側壁との間の遷移領域における動的応力の影響の受け易さを低下させる目的にて、側壁は、丸味を付けた壁部分にて薄い肉厚を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関、特に大型の舶用ディーゼルエンジン用ピストン 本発明は、内燃機関、特に、大型の舶用ディーゼルエンジンであって、ピスト ンとピストンロッドとの間の動力伝達部材として、ピストンヘッドと一体の環状 リブを有し、ピストンヘッドから下方を向き且つ外側のピストンリングが設けら れた、ピストンの側壁間の環状領域内にリブ支持要素が設けられ、該リブ支持要 素が円錐形壁にて終わっており、該円錐形壁には、ピストンの軸線と略平行に伸 長する穴が貫通し、該穴を貫通して冷却オイルが流れ、ピストンの軸方向断面に て見たとき、円錐形壁が丸味を付けた壁部分により側壁と接続されている型式の エンジン用のピストンに関する。 この型式のピストンは、低速２行程クロスヘッドディーゼルエンジンに接続し て使用されている。長年に亘って、有効平均圧力を増すことにより、これらエン ジンの出力を増大させることが可能であった。この出力が増大する結果、ピスト ンヘッド、従って、負荷をピストンロッドに伝達する機能を果たすピストンの部 分に対応する負荷が生じる。この負荷は極めて大きい動的負荷であるため、ピス トンの支持要素は亀裂の発生に耐えることのできる目的に合った構造としなけれ ばならない。また、この大きい負荷は、ピストンの冷却の必要性を増し、その理 由のため、露出した個所の肉厚を厚くするだけではピストンを補強することはで きない。特に露出する領域は、ピストンの側壁とピストンヘッドの外部領域から 力伝達リブまで力を伝達する支持要素との間の遷移領域である。 本発明の目的は、臨界的領域内での破損の虞れが軽減された、導入部分に記載 した型式のピストンを提供することである。 本発明によれば、この目的は、請求項１の発明特定事項を特徴とするピストン によって達成される。 驚くべきことに、臨界的領域内のピストンの側壁の肉厚が薄くなった構造の結 果、ピストンに加わる動的引っ張り負荷が小さくなるということが判明した。実 際には、この薄くなった肉厚は、その領域内の側壁のアンダーカット部分として 形成される。このアンダーカット部分にて、丸味を付けた支持要素は側壁に交わ る。このアンダーカット部分とすること、及び丸味を付けることは、構造体の動 的に最も大きい負荷が加わる領域を分離する結果となる。このことは、絶対負荷 (absolute load)は小さくならないにも拘わらず、破損の虞れが実質的に少なく なることにつながる。 本発明に従って、丸味を付けた壁部分が肉厚の薄い側壁領域の境界の１つを構 成することは、特に有利なことである。この設計により、丸味を付けた部分の半 径は、今日迄、公知の実施の形態に比べて増大させることができ、また、動的負 荷の影響を受け易いことも少なくなる。 従って、本発明により、負荷が加わる領域間を十分に分離させることができ、 これにより、丸味を付けた部分に沿った軸方向断面は、円の一部分の形状となる 。その円の中心は、冷却穴の各々に対してこの軸線から最も離れた位置にある母 線よりもピストンの軸線に対してより近くない位置に配置される。 本発明によれば、円錐形壁とピストンの軸線との間の角度は、30 乃至 60°の 範囲にあることが好ましい。かかる角度によれば、冷却穴は、動的に大きい負荷 が加わる領域間の適当な分離距離が最適に得られる円錐形面を有する略楕円形の 交差面が得られる。 本発明のこの配置は、頂部断面が大きいピストン、すなわちピストンリングが 配置される側壁部分が側壁の下端近くにあるピストンに特に適している。 本発明によれば、肉厚の薄い側壁の領域は、最上方のピストンリングの上方に あるピストンリングの高さの約１／２から丸味を付けた壁部分まで伸長すること が好ましい。 肉厚の薄い領域が丸味を付けた壁部分と円錐形面とにより画成されるならば、 肉厚の薄い領域は切削により簡単な方法にて形成される。ピストンの軸線と円錐 形面のガイドとの間の角度は５乃至25°である。 次に、添付図面を参照しつつ、以下に本発明を詳細に説明する。添付図面にお いて、 図１は、本発明によるピストンの頂部分の第一の実施の形態の軸方向半断面図 である。 図２は、本発明によるピストンの頂部分の第二の実施の形態の軸方向半断面図 である。 図１に図示したピストンの頂部分は、下方を向いた環状リブ２と一体のピスト ンヘッド１を備えている。該環状リブは、その下向きの端面３にて、穴４内に挿 入される多数のボルトによりピストンロッドのフランジに締結し得るようにされ ている。このように、環状リブ２は、ピストンヘッドに作用する力をピストンロ ッドまで伝達する目的を果たす。更に、下向きの側壁５がピストンヘッド１と一 体とされている。該下向きの側壁は、その高さの一部にてピストンリングを受け 入れる多数の溝６が形成されている。側壁５の下端面７には多数のねじ付きボル ト穴８が形成されている。該ボルト穴は、ピストンの下側部を構成する底部分を 締結する目的を果たす。該底部分は、その底部にて、ピストンの中空の内部スペ ースを閉じる。側壁５とリング壁２との間の領域にて周方向の内部スペース９が 提供されている。該周方向内部スペースは、その頂部にて円形の穴１０により長 くなっている。該穴１０は、導管１２によりリング壁２の内部スペース１１と接 続されている。ピストンロッド内の導管を通じて中央の中空スペース１１内まで 運ばれる冷却オイルを導管１２を通って穴１０内に注入することができ、該穴か ら、オイルは、内部スペース９を通ってピストンロッド内の戻り導管内に運ばれ る。 穴１０の間にて、壁１３が提供される。この壁１３は、側壁５と環状リブ２と の間の支持要素として機能する。該壁１３は、円錐形壁１４の底部にて終わって いる。該円錐形壁は、柔軟な丸味を付けた部分１５にて環状リブ２と合体する。 円錐形壁は、上端にて、丸味を付けた部分１６により側壁５と合体し、該丸味を 付けた部分は、肉厚の薄い側壁５の一部分１７の上方境界部を設定する。部分１ ７は、底部にて円錐形壁１８により画成されている。丸味を付けた部分１５は、 軸方向から見たとき、ピストンの直径に対応して５乃至 24ｍｍの範囲の半径の 円形プロフィールを有することが好ましい。この円の中心は、ピストンの軸線か ら最も離れた位置にある穴１０に対するガイドの伸長部の上に又はその外側に配 置されることが好ましい。肉厚の薄い側壁５の領域は、円錐形壁１４の間の遷移 領域と、壁１３と円錐形壁１４との間の遷移領域とにおける、動的に最も大きい 負荷が加わる領域を除去する働きをする。側壁５は肉厚の薄い領域内にて弱体と なるが、臨界的領域内での破損の虞れが最小となる程度に、動的負荷を低減する ことが可能となる。その１つの理由は、構造の可撓性が増すためであり、また最 も大きい負荷が加わる領域を互いに対して、より適正に配置するためである。本 発明による実施の形態は、頂部分が大きいピストン、すなわちピストンリングが ピストンヘッド１から遠方に配置されるピストンに特に適したものである。肉厚 の薄い部分とピストンリングを有する側壁の残りの部分との間の遷移領域１９は 、上方のピストンリング溝６の上方にてリングの高さの約１／２に配置されるこ とが好ましい。ピストンの軸線と円錐形壁１８との間の角度は、５乃至 25°で あることが好ましい。円錐形壁１４とピストンの軸線との間の角度は、通常、３ ０乃至60°である。 図２には、穴１０に代えて、周方向中空スペース２０が形成された、別の型式 のピストンが図示されている。該中空のスペース２０は、その底部にて円錐形壁 １４を有する支持壁１３´により画成されている。該支持壁１３´には、隔てた 穴１０が形成されている。導管１２を介して中空スペース２０内に流れる冷却オ イルが該隔てた穴を通ってピストンロッド内の戻り導管内に戻ることができる。 図２に図示したピストンは、肉厚の薄い側壁５の一部分１７が設けられ、図１ によるピストンと同様である。図２において、同様の部品に対し図１で使用した 参照番号と同一の参照番号が使用されており、これら部品については更に説明す る必要はない。この部分は、同一の方法にて、ピストンを軸方向に見たとき、略 円形の断面を有する丸味を付けた部分により上方に画成されている。該丸味を付 けた部分は、半径方向に見たとき、穴１３´に対する最外側ガイドの伸長部の半 径方向外方に且つ好ましくは側壁５の内面に対するガイドの上、若しくはその外 側に配置された曲率半径の中心を有している。更に、肉厚の薄い部分に対する寸 法は、図１に関して説明した通りである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年９月１４日（１９９８．９．１４） 【補正内容】 （１）明細書の翻訳文第１頁２１行乃至第２頁第１２行の記載内容（原文第２頁 第２行乃至第３頁第１行に対応する箇所）を次文の通り補正する。 「本発明の目的は、臨界的領域内での破損の虞れが軽減された、導入部分に記 載した型式のピストンを提供することである。 本発明によれば、この目的は、請求項１の発明特定事項を特徴とするピストン によって達成される。 驚くべきことに、臨界的領域内のピストンの側壁の肉厚が薄くなった構造の結 果、ピストンに加わる動的引っ張り負荷が小さくなるということが判明した。実 際には、この薄くなった肉厚は、その領域内の側壁のアンダーカット部分として 形成される。このアンダーカット部分にて、丸味を付けた支持要素は側壁に交わ る。このアンダーカット部分とすること、及び丸味を付けることは、構造体の動 的に最も大きい負荷が加わる領域を分離する結果となる。このことは、絶対負荷 (absolute load)は小さくならないにも拘わらず、破損の虞れが実質的に少なく なることにつながる。 本発明に従って、丸味を付けた壁部分が肉厚の薄い側壁領域の境界の１つを構 成することは、特に有利なことである。この設計により、丸味を付けた部分の半 径は、今日迄、公知の実施の形態に比べて増大させることができ、また、動的負 荷の影響を受け易いことも少なくなる。 ピストンの側壁と、丸味を付けた部分に沿った軸方向断面が略円形状となる円 錐壁との間の、最も負荷が加わる臨界領域を分離するために、該円の中心を、冷 却穴のどの部分よりもピストンの軸線から離れるように位置決めする。」 （２）請求の範囲を次文の通り補正する。 「１．内燃機関、特に、大型の舶用ディーゼルエンであって、ピストンとピスト ンロッドとの間の動力伝達部材としてピストンヘッドと一体の環状リブを有し、 該環状リブと、ピストンヘッドから下方を向き且つ外側のピストンリングが設け られたピストンの側壁との間の環状領域内に、リブ支持要素が設けられ、該リブ 支持要素の終端が、円錐形壁の下方にあり、該円錐形壁には、冷却オイルを流す ためにピストンの軸線と略平行に伸長する穴が貫通し、該円錐形壁は、ピストン の軸方向断面にて見たとき、丸味を付けた壁部分により側壁と接続され、該丸味 を付けた壁部分を貫通して軸方向部分が、実質上円形状を有し、丸味を付けた壁 部分が、肉厚の薄い側壁の一部分内に伸長する、それ自体公知の伸長部を有し、 該伸長部が、冷却穴のどの部分よりもピストンの軸線からラジアル方向に最も遠 方になるように前記円の中心を配置することを可能にすることを特徴とするピス トン。 ２．請求項１に記載のピストンにおいて、 側壁の薄い肉厚を有する領域が、ピストンリングよりもピストンヘッドにより 近い位置に配置されることを特徴とするピストン。 ３．請求項２に記載のピストンにおいて、 肉厚の薄い側壁の領域が、最上方ピストンリングの上方におけるピストンリン グの高さの約１／２から丸味を付けた壁部分まで伸長することを特徴とするピス トン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関、特に、大型の舶用ディーゼルエンであって、ピストンとピスト ンロッドとの間の動力伝達部材として、ピストンヘッドと一体の環状リブと、ピ ストンヘッドから下方を向き且つ外側のピストンリングが設けられたピストンの 側壁との間の環状領域内にてリブ支持要素が設けられ、該リブ支持要素が円錐形 壁にて下方に終わっており、該円錐形壁には、冷却オイルが流れるため、ピスト ンの軸線と略平行に伸長する穴が貫通し、該円錐形壁は、ピストンの軸方向断面 にて見たとき、丸味を付けた壁部分により側壁と接続され、該丸味を付けた壁部 分を貫通して軸方向部分が略円の形状を有するピストンにおいて、 丸味を付けた壁部分が、肉厚の薄い側壁の一部分内に伸長する、それ自体公知 の伸長部を有し、該伸長部が、丸味を付けた部分に沿った軸方向部分が円の一部 の形状を有し、冷却穴の各々に対してこの軸線から最も遠方に配置された母線よ りもピストンの軸線に対して近くない位置に前記円の中心を配置することを可能 にすることを特徴とするピストン。 ２．請求項１に記載のピストンにおいて、 側壁の薄い肉厚を有する領域が、ピストンリングよりもピストンヘッドにより 近い位置に配置されることを特徴とするピストン。 ３．請求項２に記載のピストンにおいて、 肉厚の薄い側壁の領域が、最上方ピストンリングの上方におけるピストンリン グの高さの約１／２から丸味を付けた壁部分まで伸長することを特徴とするピス トン。