JP2016520759A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

内燃機関のシリンダのためのピストン（２０）であって、定義された外径を有するピストン本体（２１）を有し、ピストン本体は軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）を有し、ピストンヘッドはシリンダの燃焼室を部分的に画定しており、ピストンヘッド（２２）は、ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、ピストン本体の壁厚の減少とともに、軸方向において後ろに向かって延びている。

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関のピストンに関する。

内燃機関のピストンは、ピストン上部分及びピストン下部分が組み合わされたいわゆる組立ピストンとして、もしくは、いわゆるモノブロックピストンとして実施することができる。特許文献１及び特許文献２より、ピストン上部分及びピストン下部分が組み合わされた組立ピストンが知られており、ピストン上部分は、軸方向において前に位置するピストンヘッド及び円筒状の外壁を有している。ピストンヘッドには、ピストンヘッドの半径方向内側の領域内にいわゆる燃焼室凹部を形成することができる。円筒状の外壁は、ピストンリングを収容するための溝を有している。内燃機関のそのようなピストンは、内燃機関のシリンダのシリンダライナ内に案内されており、特許文献３には、いわゆるフレームリングが割り当てられた、そのようなシリンダライナの基本的な構成が示されている。ピストンヘッドとピストンリング収容溝との間に延在するピストンの部分は、シリンダライナのフレームリングの領域内に案内されている。

図１には、従来技術より知られた内燃機関のピストン１０、及び、シリンダライナ１１に割り当てられたフレームリング１２が図示されており、ピストン１０は軸方向において前に位置するピストンヘッド１３を有しており、このピストンヘッド１３はそれぞれのシリンダの燃焼室１４を部分的に画定しており、また、ピストン１０の円筒状外壁１５には、図示されないピストンリングを収容するための溝１６が形成されている。図１に図示されたピストン１０はピストン１０を冷却するための冷却室１７を有している。

図１から理解できるように、ピストン１０の、軸方向において前に位置する部分１８は、ピストンヘッド１３と、軸方向において一番前にあるピストンリング収容溝１６と、の間に延在しており、この部分１８は、シリンダライナ１１のフレームリング１２内に案内されており、ピストンヘッド１３と一番前の溝１６との間の距離Ｚは、トップランド高さと呼ばれる。

従来技術においては、フレームリング１２に案内された、ピストン１０の前の部分１８とフレームリング１２との間にいわゆる空所１９が形成され、この中に、燃焼室１４内での燃焼において燃焼されなかった、又は、完全に燃焼されなかった燃料がたまるという問題がある。それにより内燃機関の効率が制限される。

独国特許第３５１８７２１号明細書 独国特許第１０２００５０１３０８７号明細書 独国特許第１０１２１８５２号明細書

これに鑑みて、本発明には、内燃機関の新規のピストンを提供するという課題がある。

この課題は、請求項１に記載のピストンにより解決される。本発明によると、ピストンヘッドは、ピストン本体の半径方向外側の縁においてピストンヘッド壁厚の減少とともに軸方向において後ろに向かって延びている。

半径方向外側の縁においてピストンヘッドが軸方向において後ろに向かって延びていることにより、多くの長所を実現することができる。それによりフレームリングとピストンとの間に広がる空所を減少させることができる。それにより内燃機関の効率を高めることができる。また、半径方向外側の縁の領域においてピストンヘッドが軸方向において後ろに向かって延びていることにより、この領域におけるピストン本体の壁厚が減少し、それにより、この領域においてピストンを効率的に冷却することができる。ここでホットスポットとも呼ばれるピストンの局所的な過熱を回避することができる。

本発明の好適な発展形によると、ピストンヘッドはピストン本体の半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセスを形成しながら、軸方向において後ろに向かって延びている。ピストンヘッドが半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセスを形成しながら軸方向において後ろに向かって延びている場合、上記の長所は特に顕著となる。その場合、ピストンヘッドの外側縁からの熱を効率的に取り除き、また、ピストンとフレームリングとの間の空所を、特に効率的に減少させることができる。

本発明のさらなる好適な発展形によると、材料リセスは、ピストン本体の半径方向外側の縁から第１寸法Ｙだけ半径方向内側に延在する。材料リセスはまた、ピストン本体の前のピストンヘッドから、軸方向において第２寸法Ｘだけ後方に延在する。材料リセスがこのように構成されていることにより、ピストンが特に効率的に冷却され、また、空所も特に効率的に減少する。

本発明の望ましい発展形は、従属請求項及び以下の詳細な説明から理解できる。本発明の実施例について図を用いて詳述するが、これに限定されるわけではない。

シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、従来技術より知られるピストンの断面図である。 シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第１のピストンの断面図である。 図２の部分図である。 シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第２のピストンの断面図である。 シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明の第３のピストンの断面図である。 シリンダライナに割り当てられたフレームリングを備える、本発明のさらなるピストンの断面図である。

本発明は内燃機関、とりわけディーゼルエンジン、ガスエンジン、又はデュアルフューエル・エンジンとして実施された、たとえば船舶ディーゼル内燃機関などの内燃機関のピストンに関する。そのようなピストンはプランジャピストンとも呼ばれる。

図２及び図３には、本発明の第１の実施例による本発明のピストン２０の部分図が図示されている。ピストン２０は、ピストン上部分とピストン下部分とが組み合わされた、もしくは組立てられたピストン、又は代替的にいわゆるモノブロックピストンとすることができる。

組立ピストンである場合、図２及び図３に図示されたピストン本体２１は、組立ピストン２０のピストン上部分である。

ピストン２０のピストン本体２１は、組立ピストンにおいてはそのピストンのピストン上部分であり、軸方向に見て前にピストンヘッド２２を有しており、これは、内燃機関のシリンダの燃焼室２３を部分的に画定している。

ピストン本体２１の円筒状外壁２４には、図示されないピストンリング収容溝２５が形成されている。ピストン２０は、ピストンを油冷却するための冷却室２６を有している。

ピストン２０のピストン本体２１、組立ピストンにおいてはそのピストンのピストン上部分は、ピストンヘッド２２と、軸方向に見て一番前に位置するピストンリング収容溝２５との間に延在する、軸方向において前の部分２７と、を有しており、これは、シリンダライナ２９のフレームリング２８内に案内されている。

本発明において、ピストンヘッド２２は、ピストン本体２１の半径方向外側の縁もしくは円筒状外壁２４において、ピストン本体２１の壁厚が減少するとともに、望ましくは周方向において取り囲む材料リセス３０が形成されるとともに、軸方向において後ろに向かって延びている。

それにより、図１と図２との比較からわかるように、ピストン本体２１の壁厚がピストンヘッド２２の外側縁において減少し、それにより一方では、ピストン２０がこの部分において効率的に冷却でき、また、他方では、ピストン２０とフレームリング２８との間の空所３１が減少する。それにより、ピストンの局所的な過熱を回避して、内燃機関の効率を高めることができる。

図３に図示されるように、材料リセス３０は、ピストン本体２１の外側縁もしくは円筒状外壁２４から始まって、第１の寸法Ｙだけ半径方向内側に延在しており、この材料リセス３０はさらに、ピストンヘッド２２の軸方向において前にある、軸方向において後ろに向かって延びていない部分から始まって、軸方向において後ろに第２の寸法Ｘだけ延在している。これら２つの寸法Ｘ及びＹは同一とすることもできるが、これらの寸法Ｘ及びＹは互いに異なることが望ましい。

半径方向に延びる第１の寸法Ｙは、望ましくは、ピストン２０もしくはピストン本体２１の外径の少なくとも２％であり、望ましくは、この寸法Ｙはこの外径の２％から１０％である。

軸方向に延びる第２の寸法Ｘも同様に、ピストン２０もしくはピストン本体２１の外径の少なくとも２％であり、望ましくはこの第２の寸法Ｘは、この外径の２％から６％である。

ピストンヘッド２２の外側縁における材料リセス３０は、ピストンヘッド２２の半径方向内側の部分に追加的に形成できる燃焼室凹部とは異なる。

本発明は望ましくは大型エンジン、例えば、ディーゼルエンジン又はガスエンジン又はデュアルフューエル・エンジンとして実施される船舶エンジンで、そのピストン２０の外径が少なくとも１６０ｍｍであるものに用いられる。

図２から図６には、ピストンヘッドの外側縁における材料リセス３０では、ピストンヘッド２２の輪郭はさまざまであることが示されている。図３においてピストンヘッド２２は材料リセス３０の領域において湾曲した輪郭になっており、この湾曲は変曲点３２において変化している。図６においてもピストンヘッド２２は材料リセス３０の領域において湾曲した輪郭になっているが、湾曲度は異なる。図４では、ピストンヘッド２２は、材料リセス３０の領域においてランプ状の輪郭をしている。図５では、ランプ状の輪郭が半径方向内側において丸みを形成しながら、軸方向において後ろに向かって延びていないピストンヘッド２２の部分に移行している。

したがって、本発明においては、内燃機関のピストンのピストン本体の軸方向において前に位置するピストンヘッドが、半径方向外側の縁において、ピストン本体の壁厚が減少して材料リセスが形成されるとともに、この領域において軸方向において後ろに向かって延びており、それにより、ピストンがこの領域において効率的に冷却され、それにより、内燃機関の効率を高めながら、いわゆる空所を減少させることができる。

１０ ピストン
１１ シリンダライナ
１２ フレームリング
１３ ピストンヘッド
１４ 燃焼室
１５ 外壁
１６ 溝
１７ 冷却室
１８ 部分
１９ 空所
２０ ピストン
２１ ピストン本体／ピストン上部分
２２ ピストンヘッド
２３ 燃焼室
２４ 外壁
２５ 溝
２６ 冷却室
２７ 部分
２８ フレームリング
２９ シリンダライナ
３０ 材料リセス
３１ 空所
３２ 変曲点

Claims (10)

1. 内燃機関のシリンダのためのピストンであって、定義された外径を有するピストン本体 （２１）を有し、該ピストン本体は軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）を有し、該ピストンヘッドは前記シリンダの燃焼室を部分的に画定している、ピストンにおいて、前記ピストンヘッド（２２）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、前記ピストン本体の壁厚の減少とともに、軸方向において後ろに向かって延びていることを特徴とする、ピストン。
2. 前記ピストンヘッド（２２）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁において、周方向において取り囲む材料リセス（３０）が形成されるとともに、軸方向において後ろに向かって延びていることを特徴とする、請求項１に記載のピストン。
3. 前記材料リセス（３０）が、前記ピストン本体（２１）の半径方向外側の縁から、第１の寸法（Ｙ）だけ半径方向内側に延在していることを特徴とする、請求項２に記載のピストン。
4. 前記第１の寸法（Ｙ）が、前記ピストン本体（２１）の外径の少なくとも２％であり、望ましくは前記ピストン本体（２１）の外径の２％から１０％であることを特徴とする、請求項３に記載のピストン。
5. 前記材料リセス（３０）が、前記ピストン本体（２１）の、前記軸方向において前に位置するピストンヘッド（２２）の、軸方向において後ろに向かって延びていない部分から、第２の寸法（Ｘ）だけ軸方向において後ろに延在していることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のピストン。
6. 前記第２の寸法（Ｘ）が、前記ピストン本体（２１）の外径の少なくとも２％であり、望ましくは前記ピストン本体（２１）の外径の２％から６％であることを特徴とする、請求項５に記載のピストン。
7. ピストンの外径が少なくとも１６０ｍｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のピストン。
8. ピストンが、ピストン上部分及びピストン下部分を持つ組立ピストンとして構成されており、前記ピストンヘッド（２２）を有する前記ピストン本体（２１）は、ピストン上部分であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のピストン。
9. ピストンが、モノブロックピストンとして構成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のピストン。
10. 前記ピストンヘッド（２２）が、半径方向内側の部分において燃焼室凹部を画定することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のピストン。

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