JP2002534635A - 往復動ピストンエンジン - Google Patents
往復動ピストンエンジンInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
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Abstract
Description
ルエンジンに関するものである。この往復動ピストンエンジンは、少なくとも1
つのシリンダを有し、このシリンダのシリンダライニングには、対応したピスト
ンと対向する走行面の領域にオイルポケットを形成するような少なくとも1つの
溝が設けられているものである。
る。この公知のものでは、各対応した溝の断面と一致する1つあるいは複数のオ
イルポケットの断面が、シリンダライニング内面に形成されている。これら溝の
深さは、シリンダライニングの漸進的な摩耗とともに減少する。これら溝自体に
よって形成されたオイルポケットの深さもまた、公知のものでは同程度減少する
。したがってその結果、コンディションが経年劣化する。一方、公知のもののさ
らなる最大の欠点は、たとえば熱腐食などの結果として、シリンダライニングか
ら離脱した材料粒子が、公知の構造の溝内で定着性を有しないという点である。
したがって、材料粒子がシリンダライニングとピストンとの間に位置し、かつそ
こで砕かれたり押しつぶされたりして、損傷や極端な局所加熱を与えて、その結
果熱腐食および/または焼き付きを促進してしまうおそれがある。このように、
公知の構造のものは、運転中の信頼性が不十分であることがわかる。
けつつ、高い運転信頼性が長期間にわたって達成されるように上述したタイプの
装置を簡単かつ費用のかからない方法で改善することである。
有する溝に充填材が結合されており、かつ前記溝の前記充填材を形成する材料は
、前記シリンダライニングの基本材料よりも早く摩耗するものであることを特徴
とする本発明により達成される。
したがってその結果、機械加工するのに容易な、滑らかかつ形状に特徴のない表
面となる。一方、慣らし運転段階時の早い時期と同様、充填材材料が基本材料よ
りも早く摩耗するという事実は、所望のオイルポケットの形成に導くものであり
、他方において、オイルポケットの深さが溝の深さよりも小さくかつシリンダラ
イニングの摩耗の進行に応じてこれらの深さも小さくなる。これは溝の深さを減
少させるにもかかわらず、長期間にわたってオイルポケットの断面に対して実質
的に均一の状態を保ち、長期間にわたってシリンダライニングの関連した領域に
信頼性のある潤滑を保証し、その結果、熱腐食および焼き付きを確実に防止する
ものである。1つあるいは複数の進行中のオイルポケットの深さは、摩耗の強度
と相関関係がある。摩耗が多ければ多いほど、オイルポケットは深くなる。すな
わち、より集中的な潤滑が必要となる。その逆のことも言える。したがって、そ
の結果はほとんど自己調整型となる。したがって、オイル消費量を減らすことも
可能である。一方、本発明による方策の特に有利な点は、避けられない摩耗の結
果としてシリンダライニングから離脱した材料粒子が、比較的柔らかい充填材材
料内に押し込まれ、かつその充填材材料の中に固定されるということである。よ
って、材料粒子の自由な移動は溝に設けられた充填材によって阻止される。本発
明により設けられた充填材を備える溝はまた、非常に効果的なストップ溝として
も機能するものである。したがって、本発明による方策はまた、シリンダライニ
ングから離脱した材料粒子、たとえばより促進した熱腐食および焼き付きに導く
融解および/または固まった材料によって引き起こされるかもしれない損傷や傷
害を効果的に防止するものでもある。ゆえに本発明による方策によって、長い運
用寿命が有利に保証される。
て、溝の充填材を形成する材料は好適に、シリンダライニングの基本材料よりも
大きい熱膨張を有している。それによって、過熱された場合に充填材が基本材料
よりもより急速に膨張して、その結果ピストンを安定させかついわゆる焼き付き
を防止するといった効果が得られる。このような有利な点は、充填材材料が好適
に乾式潤滑性能を有すればさらに高められる。
ニウムおよび/またはアルミニウム青銅および/または黒鉛を含むことができ、
好適にアルミニウム青銅は、9−11%のアルミニウム、0.5−2%の鉄、お
よび残りが銅のものを使用することができる。この種の材料は前述した所望の特
性を顕著に備えたものである。一方、たとえば好ましくは15−25%の黒鉛お
よび75−85%のアルミニウム青銅を含む黒鉛合金を使用することもできる。
この材料はまた所望の性質を大いに備えるものでもある。
ライニングのより広い領域にわたってオイルの、特に良好な分配および特に良好
な運搬を導くものであり、これにより信頼性がかなり向上される。
填材は溶接コーティングあるいは溶射コーティングの形態をとることができる。
簡単な方法において、これは基本材料への確実な付着を有する孔自由な(pore-f
ree)充填材を保証している。
かつ図面に基づく以下の実施形態の説明から明らかである。
速の大型2ストロークディーゼルエンジンの形態を有するものに用いられるもの
である。このような装置の構造および運転形態は公知のものであるのでここでの
さらなる説明は省略する。
イニング2を備えている。このシリンダライニング2には入口スロット1が形成
されており、またシリンダライニング2の上部にはシリンダヘッド3が取り付け
られている。ここでシリンダヘッド3は詳細に示していない出口装置を備えてい
る。シリンダライニング2の内側は走行面4として構成されており、外周面に複
数本のピストンリング5を有するピストン6が走行面4上を往復動する。走行面
4には、潤滑油供給ライン7を介して潤滑油が供給される。
4の上部領域)への潤滑油の良好な供給を達成するため、走行面4には図1に簡
単に示す適切な複数のオイルポケット8が設けられている。
くとも1つの刻み込まれた溝9が設けられている。この溝9内に、対応したオイ
ルポケット8が形成されている。溝9はシリンダライニングの基本材料よりも摩
耗しやすい材料からなる充填材10を有している。シリンダライニングは通常、
鋳鋼から作られている。充填材10を形成させるのに有利なものとして、アルミ
ニウム青銅を使用することができる。経験的に実証されているように、このアル
ミニウム青銅は、少なくとも2−20%、好適に9−11%のアルミニウム(Al
)、0.5−8%、好適に0.5−2%の鉄(Fe)、および後の残りが銅(Cu)
からなるものである。特有の組成は、各個々の場合の与えられた環境に適応され
る。ここで、鉄の割合が高くなればなるほど、材料の硬さが増す。大型2ストロ
ークディーゼルエンジンのシリンダライニングの場合、以下の組成物を含むアル
ミニウム青銅で良好な結果が達成される。 2−20%、好適に9−11%のアルミニウム; 0.5−8%、好適に0.5−2%の鉄; 0.1−8%のマンガン(Mn); 0.1−2%のケイ素(Si); 0.1−1%のニッケル(Ni); 0.1−2%の炭素(C); 多くても5−20%の、アンチモン(Sb)、コバルト(Co)、ベリリウム(Be
)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)の少
なくとも1つを含む組成物; 後の残りが銅。
またはアルミニウム青銅・黒鉛など、それぞれの場合において5−60%、好適
に15−25%の黒鉛と、40−95%、好適に75−85%のその他の要素を
含むような黒鉛合金を使用することも考えることができる。アルミニウム青銅・
黒鉛合金では、特に良好な耐腐食性および焼き付き防止性能が達成され得る。ア
ルミニウム青銅の組成は、上述した組成と一致させることができる。
ーク溶射技法によって与えられた溶射コーティングとして予め形成された溝9内
に導かれ得るものである。もちろん、溝9の充填材10は溶接コーティングとし
て形成させることもできる。9−11%のアルミニウム、1−3%の鉄、4−6
%のニッケル、1−2%のマンガン、および残りが銅からなるアルミニウム青銅
は、前記目的のために特に適したものである。
果たす。また、走行面4は全体にわたって機械加工、たとえば砥石で研がれるよ
うにすることもできる。なぜならば、慣らし運転段階の早い時期と同様に、充填
材10の摩耗がシリンダライニング2の摩耗よりも多くなるからである。充填材
10を形成する材料は、シリンダライニング2の基本材料よりも摩耗しやすく、
摩滅した材料は、潤滑油によって洗い流される。したがってその結果、シリンダ
ライニング2の運用寿命の全体にわたって所望のオイルポケット8が維持される
こととなる。
ング2の摩耗厚さと一致し、好適にはシリンダライニング2の摩耗厚さよりもわ
ずかに大きいことが望ましい。一方、この深い溝9にはシリンダライニング2の
摩耗に応じて同様に摩耗する充填材10が設けられている。充填材10の摩耗は
シリンダライニング2の摩耗よりもわずかに早い。その結果、オイルポケット8
の断面形状は、シリンダライニング2の運用寿命の全体にわたって実質的に均一
であるとともに、溝9自身の断面積とは異なる。
イニングの基本材料よりも大きく膨張する性質を有する材料を使用することがで
きる。前述した材料はこの性質を有している。したがって、局所的な加熱がある
場合、充填材10は図2に不連続な膨張線11で示すように、シリンダライニン
グ2の基本材料よりも大きく膨張することになる。その結果として、ピストン6
は安定させられ得る。上述した充填材10用の材料はまた、良好な乾式潤滑性能
を有するものであっても良い。この乾式潤滑性能は、特に過熱の場合において有
用な利点である。一方、充填材材料を、良好な乾式潤滑性能を有する別の材料と
一体および/または良好な乾式潤滑性能を有する別の材料を充填材材料の中に埋
め込むようにすることもできる。
位置に配置されている。その所定位置では今までの経験によると不十分な潤滑お
よびそれによる熱腐食などの危険性がある。このことはとりわけ、走行面4の上
部領域についていうことができる。図1で、上死点の位置にあるピストン6の第
1ピストンリング5および第2ピストンリング5によって制限された走行面4の
領域には、対応するオイルポケット8を有する円周方向に延在する溝が設けられ
ている。関連したオイルポケット8を有するさらなる溝が、一番下に位置するピ
ストンリング5のすぐ下の領域に設けられている。また同じ深さで配置されたさ
らなる複数のオイルポケット8を図示した実施形態に示している。
向に形成された溝の形態をとるようにすることもできる。一方、関連したオイル
ポケット8を有する1つまたは2つ以上の螺旋状に延在する溝9をさらに、ある
いは別に設けることもできる。この螺旋状の溝は、走行面の全体長さ(ストロー
ク長)の領域にわたってあるいはその全体長さよりも長く延在させることができ
る。
ド(進み)は、走行面4の直径D(図1参照)の1.5%−20%の長さとする
ことができる。リードPは溝の全体長さにわたって一定とすることができる。一
方リードは、特に脆弱な領域により多くオイルポケットが配置されるように可変
リードとすることもできる。すでに前述した溝9の深さdは、その領域で適切な
ものとなるように、直径Dの0.1%−0.4%の間に設定される。最初の幅w
は好適に直径Dの1%−2%である。
を有している。これは、摩耗の割合が時間が経つにつれ増加していくということ
を考慮したものである。図2において溝9は、この溝9の底面に対して傾斜した
両側面を有する略U字形状の断面を有している。符号αで示す両側壁の傾斜角度
は、30゜−60゜の範囲とすることができる。溝の底面から溝の両側面に移行
する部分にはそれぞれ、その半径に相当する矢印で示すように、適切な丸みがつ
けられている。
態のものにも適用することができる。図3は、オイルポケット8を備える関連し
た充填材10を有する断面V字形状の溝9を示している。図4の基礎を形成する
溝9は、断面が円の切片の形状を有するものである。ここでもまた、溝9の断面
は内側に向かって狭くなっており、その結果、溝内に形成された充填材10およ
びオイルポケット8の幅も内側に向かって減少していく。
あって、一部分が断面図とされた図である。
を拡大した一部拡大図である。
シリンダライニング(2)の基本材料よりも高い熱膨張を示すものであることを
特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。
潤滑性能を有するものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に
記載の往復動ピストンエンジン。
前記アルミニウム青銅は、少なくともアルミニウム、鉄、および銅を含むことを
特徴とする請求項1に記載の往復動ピストンエンジン。
前記アルミニウム青銅は少なくとも、2−20%、好適に9−11%のアルミニ
ウムと、0.5%−8%、好適に0.5−2%の鉄と、残りが銅からなる合金組
成物を備えていることを特徴とする請求項6に記載の往復動ピストンエンジン。
前記アルミニウム青銅は、2−20%、好適に9−11%のアルミニウム;0.
5%−8%、好適に0.5−2%の鉄;0.1−8%のマンガン;0.1−2%
のケイ素;0.1−1%のニッケル;0.1−2%の炭素;多くても5−20%
の、アンチモン(Sb)、コバルト(Co)、ベリリウム(Be)、クロム(Cr)、ス
ズ(Sn)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)の少なくとも1つを含む組
成物;後の残りが銅からなる合金組成物を備えていることを特徴とする請求項6 または7 に記載の往復動ピストンエンジン。
60%、好適に15−25%の黒鉛と、40−95%、好適に75−85%のア
ルミニウムおよび/またはアルミニウム青銅および/またはニッケルおよび/ま
たはシリコンを含むものであることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項 に記載の往復動ピストンエンジン。
を特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。
少なくとも1つの溝(9)が設けられていることを特徴とする請求項1から10 のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。
も第1ピストンリング(5)および第2ピストンリング(5)によって制限され
た前記走行面(4)の領域に、少なくとも1つの溝(9)が設けられていること
を特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン
。
も一番下に位置するピストンリング(5)よりも下方の領域に、少なくとも1つ
の溝(9)が設けられていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項
に記載の往復動ピストンエンジン。
さにわたって連続的に延在していることを特徴とする請求項1から13のいずれ
か1項に記載の往復動ピストンエンジン。
1.5%−20%であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記
載の往復動ピストンエンジン。
%−0.4%であることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の
往復動ピストンエンジン。
%−2%であることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の往復
動ピストンエンジン。
ることを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の往復動ピストンエ
ンジン。
あるいは溶射コーティングの形態をとるものであることを特徴とする請求項1か
ら18のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。
ルエンジンに関するものである。この往復動ピストンエンジンは、少なくとも1
つのシリンダを有し、このシリンダのシリンダライニングには、ピストンと対向 する走行面の領域に、少なくとも1つの溝が設けられている。この溝にはそれぞ れ充填材が設けられている。溝の充填材を形成する材料は、オイルポケットを形 成する目的のためのものであり、シリンダライニングの基本材料よりも摩耗しや すいものである。
を形成するような溝を備えた往復動ピストン内燃機関が開示されている。しかし ながら、この文献に開示されている溝は、充填材を備えたものではない。溝の深 さすなわち溝に形成されたオイルポケットの断面は、シリンダライニングの漸進 的な摩耗とともに減少する。したがって、時が経つにつれて潤滑状態が悪化する ことになる。シリンダライニングから離脱した粒子を固定することは、すでに述 べた欠点に導くおそれのある従来の構成では不可能である。したがって、従来の 構成のものは不十分な運転信頼性しか有していないのである。
て、溝の充填材を形成する材料は好適に、シリンダライニングの基本材料よりも
大きい熱膨張を有している。それによって、過熱された場合に充填材が基本材料
よりもより急速に膨張して、その結果ピストンを安定させかついわゆる焼き付き
を防止するといった効果が得られる。このような有利な点は、充填材材料が好適
に乾式潤滑性能を有すればさらに高められる。
ウム青銅を含む黒鉛合金を使用することもできる。この材料はまた所望の性質を
大いに備えるものでもある。
ライニングのより広い領域にわたってオイルの、特に良好な分配および特に良好
な運搬を導くものであり、これにより信頼性がかなり向上されるという結果にな る。
Claims (18)
- 【請求項1】 少なくとも1つのシリンダを有し、該シリンダのシリンダラ
イニング(2)には、対応したピストン(6)に面する走行面(4)の領域にオ
イルポケット(8)を形成するような少なくとも1つの溝(9)が設けられてい
る往復動ピストンエンジン、特に大型の2ストロークディーゼルエンジンにおい
て、 少なくとも前記シリンダライニング(2)の最大摩耗厚さと一致する深さを有
する前記溝(9)に充填材(10)が結合されており、 かつ前記溝(9)の前記充填材(10)を形成する材料は、前記シリンダライ
ニング(2)の基本材料よりも早く摩耗するものであることを特徴とする往復動
ピストンエンジン。 - 【請求項2】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成する材料は、前記
シリンダライニング(2)の基本材料よりも高い熱膨張を示すものであることを
特徴とする請求項1に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項3】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成する材料は、乾式
潤滑性能を有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の往復動
ピストンエンジン。 - 【請求項4】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成する材料は、少な
くとも部分的にアルミニウムおよび/またはアルミニウム青銅および/または黒
鉛を含んでいることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の往復動
ピストンエンジン。 - 【請求項5】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成するのに使用した
前記アルミニウム青銅は、少なくともアルミニウム、鉄、および銅を含むことを
特徴とする請求項4に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項6】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成するのに使用した
前記アルミニウム青銅は少なくとも、2−20%、好適に9−11%のアルミニ
ウムと、0.5%−8%、好適に0.5−2%の鉄と、残りが銅からなる合金組
成物を備えていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の往復
動ピストンエンジン。 - 【請求項7】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成するのに使用した
前記アルミニウム青銅は少なくとも、2−20%、好適に9−11%のアルミニ
ウム;0.5%−8%、好適に0.5−2%の鉄;0.1−8%のマンガン;0
.1−2%のケイ素;0.1−1%のニッケル;0.1−2%の炭素;多くても
5−20%の、アンチモン(Sb)、コバルト(Co)、ベリリウム(Be)、クロム
(Cr)、スズ(Sn)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)の少なくとも1
つを含む組成物;後の残りが銅からなる合金組成物を備えていることを特徴とす
る請求項5または6に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項8】 前記溝(9)の前記充填材(10)を形成する材料は、5−
60%、好適に15−25%の黒鉛と、40−95%、好適に75−85%のア
ルミニウムおよび/またはアルミニウム青銅および/またはニッケルおよび/ま
たはシリコンを含むものであることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項
に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項9】 少なくとも1つの螺旋状の溝(9)が設けられていることを
特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項10】 少なくとも前記シリンダライニング(4)の上部領域に、
少なくとも1つの溝(9)が設けられていることを特徴とする請求項1から9の
いずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項11】 前記ピストン(6)が上死点に位置する場合に、少なくと
も第1ピストンリング(5)および第2ピストンリング(5)によって制限され
た前記走行面(4)の領域に、少なくとも1つの溝(9)が設けられていること
を特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン
。 - 【請求項12】 前記ピストン(6)が上死点に位置する場合に、少なくと
も一番下に位置するピストンリング(5)よりも下方の領域に、少なくとも1つ
の溝(9)が設けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項
に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項13】 少なくとも1つの溝(9)が、前記走行面(4)の案内長
さにわたって連続的に延在していることを特徴とする請求項1から12のいずれ
か1項に記載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項14】 螺旋状の溝(9)のリードは、前記走行面(4)の直径の
1.5%−20%であることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記
載の往復動ピストンエンジン。 - 【請求項15】 前記溝(9)の深さは、前記走行面(4)の直径の0.1
%−0.4%であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の
往復動ピストンエンジン。 - 【請求項16】 前記溝(9)の当初の幅は、前記走行面(4)の直径の1
%−2%であることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の往復
動ピストンエンジン。 - 【請求項17】 前記溝(9)は内側に向かって先細となる断面形状を有す
ることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の往復動ピストンエ
ンジン。 - 【請求項18】 前記溝(9)の前記充填材(10)は、溶接コーティング
あるいは溶射コーティングの形態をとるものであることを特徴とする請求項1か
ら17のいずれか1項に記載の往復動ピストンエンジン。
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