JP6130100B2 - Piston for reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は往復動内燃機関用、特に、独立請求項１の前段部分による大型２ストロークディーゼルエンジン用ピストンに関する。
The invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine, in particular a large two-stroke diesel engine according to the preceding stage of the
従来技術から知られる、それらのためだけではないが、例えば大型ディーゼルエンジン用のピストンは、一般に、それぞれのピストンリング溝に上下に配置された複数のピストンリングのセットを備えている。既知のピストンリングセットは典型的には、少なくとも２個のピストンリングを含むが、通常エンジンのサイズおよび／または出力に応じて、または、要求およびエンジンが作動する特別な運転条件に応じて、３個、４個、またはさらには５個のピストンリングを含む。この点において、傾向はますます、できる限り少ないピストンリングを有するピストンリングセットに向かっている。例えば、２個のピストンリングしか持たないピストンリングセットが今のところ有利に使用されている。非常に特殊な場合には、ピストンは単一のピストンリングだけを持つことさえ基本的に可能である。 For example, but not exclusively, pistons for large diesel engines, known from the prior art, generally comprise a set of piston rings arranged one above the other in each piston ring groove. Known piston ring sets typically include at least two piston rings, but usually depending on the size and / or power of the engine or depending on the requirements and the specific operating conditions under which the engine operates. Includes 4, 4 or even 5 piston rings. In this respect, the trend is increasingly towards piston ring sets with as few piston rings as possible. For example, a piston ring set having only two piston rings is currently used advantageously. In very special cases, it is basically possible for the piston to even have only a single piston ring.
例えば、シリンダ内のピストンの案内、シリンダの摺動面の潤滑剤の分配および／または掻き落とし、クランクケースに向かう燃焼室のシール等、異なる機能を満足するピストンリングは、運転状態において、相当な負担にさらされる。ピストンリングはしたがってシリンダ摺動面と摩擦接触にあり、燃焼圧力がピストンリングにより受け止められなければならないのでピストンリングは相当な熱的、機械的および化学的な負担にさらされる。 For example, piston rings that satisfy different functions such as guiding the piston in the cylinder, distributing and / or scraping off the lubricant on the sliding surface of the cylinder, and sealing the combustion chamber toward the crankcase, Exposed to a burden. The piston ring is therefore in frictional contact with the cylinder sliding surface and the piston ring is subjected to considerable thermal, mechanical and chemical burdens since the combustion pressure must be received by the piston ring.
この点において、ピストンリングセットは、頻繁に誤って想定されるのだが、シリンダ内のピストンのセンタリングを引き受けない。これはすなわち構造上の理由で全く不可能である。組み付けられていない状態のその外径が常にシリンダの内径よりやや大きく選択され、ピストンリングの直径は、ピストンリングが常に周方向に定義可能な圧力の下でシリンダ壁に向かって押し付けられるように、弾性的に可変であるので、ピストンリング自体は、シリンダの半径方向に関して中心に置かれた形態に明らかに常に自動的に案内される。それに対して、ピストンリングの内径は、ピストンリングがピストンに配置されるピストンにおけるピストンリング溝の外径より大きい。したがって、ピストンリングセットまたは個々のピストンリングは、ピストンまたはピストンリング溝に対して、「自由に浮動して」配置される。これはまた不可欠であり、そうでない場合にはピストンリングがシリンダ壁においてもはや理想的に案内されず、焼付きがシリンダ壁に生じ得るおよび／または恐れられているスカッフィングに及ぶ深刻な損傷が生じ得るので、可能な場合、ピストンリングはピストンリング溝と永久的な摩擦接触にされない。 In this respect, the piston ring set, which is often mistakenly assumed, does not take on the centering of the piston in the cylinder. This is absolutely impossible for structural reasons. Its outer diameter in the unassembled state is always chosen to be slightly larger than the inner diameter of the cylinder, and the piston ring diameter is such that the piston ring is always pressed against the cylinder wall under a circumferentially definable pressure. Being elastically variable, the piston ring itself is obviously always guided automatically into a centered configuration with respect to the radial direction of the cylinder. In contrast, the inner diameter of the piston ring is larger than the outer diameter of the piston ring groove in the piston where the piston ring is disposed on the piston. Thus, the piston ring set or individual piston rings are arranged “free floating” with respect to the piston or piston ring groove. This is also essential, otherwise the piston ring is no longer ideally guided in the cylinder wall and seizure can occur in the cylinder wall and / or serious damage can occur to the feared scuffing So, if possible, the piston ring is not in permanent frictional contact with the piston ring groove.
例えば、長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンに対して、ピストンリングセットの使用は、レシーバ空間に向けられたピストン下方側に対して燃焼室のシールのための２個乃至５個のピストンリングで構成される一般的な方法であり、掃気段階の開始時にこのレシーバ空間から新鮮な空気が掃気スリットを通ってシリンダの燃焼室に流入する。下方のピストンリングは、ピストンとシリンダ壁との間の環状の隙間に依存して多かれ少なかれ激しく応力を受ける。この点に関して、異なる種類の不安定が下方のピストンリングの間に生じ得、これは、特に、似たようなまたは同じ機能を有するピストンリングがあまりにも多く存在するので、例えば、ひいては運動しているピストンに不安定をもたらす圧力変動をもたらし得る。 For example, for a two-stroke large diesel engine that is scavenged in the longitudinal direction, the use of a piston ring set would result in two to five pistons for sealing the combustion chamber against the piston lower side directed to the receiver space It is a common method consisting of rings, and fresh air flows from this receiver space through the scavenging slit into the combustion chamber of the cylinder at the beginning of the scavenging phase. The lower piston ring is more or less severely stressed depending on the annular gap between the piston and the cylinder wall. In this regard, different types of instability can occur between the lower piston rings, especially because there are too many piston rings with similar or the same function, e.g. This can cause pressure fluctuations that cause instability in the piston.
大型ディーゼルエンジンはしばしば船舶用の駆動装置として、または、例えば電気エネルギを発生させるための大型発電機の駆動のために、定置運転で使用される。この場合、エンジンは一般に相当な期間に渡る持続的な運転で動作し、これは作動の安全性および稼働率に対して高い要求が課せられる。したがって、特に、長い点検間隔、低摩耗、並びに、燃料および運転材料の経済的な取扱いは、運転者にとって機械の稼動の主要な基準である。このような大きいボアの低速運転ディーゼルエンジンのピストンの動作挙動は、特に、点検期間の長さ、稼働率、および潤滑剤消費の点で直接運転コストにしたがって運転効率に対する決定要因である。したがって、それはますます重要になってもきているエンジンのシリンダ潤滑の複雑な問題だけではなく、特に大型ディーゼルエンジンにおいて、シリンダ潤滑は、往復動するピストン内の潤滑装置により行われるあるいはシリンダ壁に設けられた潤滑油ノズルにより実現される。 Large diesel engines are often used in stationary operation as marine drive devices or for driving large generators, for example, to generate electrical energy. In this case, the engine generally operates in sustained operation for a considerable period of time, which places high demands on operational safety and availability. Thus, in particular, long service intervals, low wear, and economical handling of fuel and operating materials are the main criteria for machine operation for the operator. The operating behavior of the pistons of such a large bore low speed operating diesel engine is a decisive factor for the operating efficiency according to the direct operating cost, especially in terms of the length of the inspection period, the operating rate and the lubricant consumption. Thus, it is not only a complex problem of engine cylinder lubrication that is becoming increasingly important, but especially in large diesel engines, cylinder lubrication is performed by a lubrication device in the reciprocating piston or on the cylinder wall. This is realized by the provided lubricating oil nozzle.
燃焼エンジンの運転において何度も問題を引き起こす点は、エンジン内の最も様々な場所に堆積され得る燃焼残渣である。中でも、頻繁に重油で運転される大型２ストロークディーゼルエンジンでは、使用された燃料、すなわち重油が、特にピストン、ピストンリング溝、とりわけピストンクラウンまたはシリンダ、特に上死点に近接しても堆積され得る、固体、液体、気体、あらゆる種類の燃焼残渣をもたらし得る多くの物質を含むので、燃焼残渣は大きな問題である。 A point that repeatedly causes problems in the operation of a combustion engine is the combustion residue that can be deposited in the most various locations within the engine. In particular, in large two-stroke diesel engines that are frequently operated with heavy oil, the fuel used, i.e. heavy oil, can be deposited even in the vicinity of the piston, piston ring groove, especially the piston crown or cylinder, especially top dead center. Combustion residues are a major problem because they contain many substances that can lead to solids , liquids, gases, all types of combustion residues.
例えばバルチラの２ストロークエンジンでは、ピストンクラウンから燃焼残渣のデポジットを掻き落とすために、シリンダライナの上部にいわゆるアンチポリッシングリングを設けることが特に知られている。このリングは、例えば、通常シリンダ自体の内側断面より小さい内側断面を有する長方形断面の薄肉ソケットとして作られ得る。掻き落とし効果は、ピストンクラウンのデポジットの掻き落としのための直径の絞りにより発生する。アンチポリッシングリングの内径は、この点に関してピストンクラウンの直径そして実際には特にエンジン運転中の最大直径に基づいている。したがって、既知のアンチポリッシングリングでは、ピストンクラウンとアンチポリッシングリングとの間の隙間ができる限り小さくなるが、ピストンクラウンはアンチポリッシングリングと機械的に直接接触しないように、内径をタイトに設計することが目標である。 For example, in the two-stroke engine of Wärtilla, it is particularly known to provide a so-called anti-polishing ring on the upper part of the cylinder liner in order to scrape combustion residue deposits from the piston crown. This ring can be made, for example, as a thin-walled socket of rectangular cross-section with an inner cross-section that is usually smaller than the inner cross-section of the cylinder itself. Scraping effect occurs by the diaphragm diameter for scraping the deposit piston crown. The inner diameter of the anti-polishing ring is in this respect based on the diameter of the piston crown and in particular the maximum diameter during engine operation. Thus, with known anti-polishing rings, the gap between the piston crown and anti-polishing ring is as small as possible, but the piston crown should be designed with a tight inside diameter so that it is not in direct mechanical contact with the anti-polishing ring. Is the goal.
アンチポリッシングリングの設計が非常に多くの妥協に従わなければならないことは明らかである。低負荷および低温ピストンクラウンでは、ピストンクラウンとアンチポリッシングリングとの間の隙間であるクリアランスは、単純に熱膨張の効果により、高負荷でのものより大きい。この点に関して、シリンダ摺動面、ピストン、特にピストンリング、ピストンリング溝、さらにピストンクラウンなどのシリンダ内の異なる構成部分が一般に、動作した運転時間に依存して周方向および長手方向の両方の異なる磨耗を有し、したがって確固として定義される直径を有さないこともさらに考慮されなければならない。 Obviously, the design of the anti-polishing ring must follow a great many compromises. In low load and low temperature piston crowns, the clearance, which is the gap between the piston crown and the anti-polishing ring, is larger than that at high loads, simply due to the effects of thermal expansion. In this regard, different components within the cylinder, such as cylinder sliding surfaces, pistons, particularly piston rings, piston ring grooves, and even piston crowns, generally differ both in the circumferential and longitudinal directions depending on the operating time of operation. It must also be taken into account that it has wear and therefore does not have a diameter defined as firm.
したがって、アンチポリッシングリングおよびピストンクラウンが、全ての運転条件下でおよび従来技術から知られるエンジンの関係する構成部品の全耐用年数に渡って理想的に協働することができないことは明らかである。 It is therefore clear that the anti-polishing ring and the piston crown cannot cooperate ideally under all operating conditions and over the entire service life of the relevant components of the engine known from the prior art.
アンチポリッシングリングとピストンクラウンとの間の理想的なシール効果はとりわけ、両者が上死点の近傍でシールする方法で実際に協働する場合、全ての条件下で保証されない。燃焼残渣の掻き落としに加えて、すなわちアンチポリッシングリング／ピストンクラウンの組み合わせの主な目的は、圧縮行程によりまたは混合気の点火により高められた、シリンダ内のピストンの上死点近傍の燃焼室内のピストンの下側に対する、したがって主にピストンクラウンの下に配置されたピストンリングセットに対する、膨大なガス圧力をシールすることである。 The ideal sealing effect between the anti-polishing ring and the piston crown is not guaranteed under all conditions, especially when they actually cooperate in a way that seals near top dead center. In addition to scraping off combustion residues, that is, the main purpose of the anti-polishing ring / piston crown combination is enhanced by the compression stroke or by ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber near the top dead center of the piston in the cylinder. It is to seal the enormous gas pressure against the underside of the piston and thus against the piston ring set located mainly under the piston crown.
上死点近傍の燃焼室内で発生する圧力エネルギを出来るだけ完全に利用可能にし、シリンダの下部内へおよびレシーバ空間へ流入するガス流の形態でピストンを越して使用されない部分が流出しないことが特に保証されるべきである。加えて、アンチポリッシングリングとピストンクラウンとの間の不十分なシールに対して、個々の粒子が、ピストンを越して下方へ流れるガス流によって、燃焼残渣のデポジットから制御不能に剥ぎ取られるので、例えばシリンダ摺動面におけるシリンダに付着し、シリンダ潤滑油が少なからず汚染され得るとともに、最悪の場合には、恐れられているスカッフィング等の損傷を生じ得るという恐れが常に存在する。 The pressure energy generated in the combustion chamber in the vicinity of the top dead center should be made fully available as much as possible, especially when the unused part of the gas flow into the lower part of the cylinder and into the receiver space does not flow over the piston. Should be guaranteed. In addition, due to an inadequate seal between the anti-polishing ring and the piston crown, individual particles are uncontrollably stripped from the combustion residue deposit by the gas flow flowing down past the piston, For example, there is always the danger that the cylinder lubricant will adhere to the cylinder on the sliding surface of the cylinder and may be contaminated, and in the worst case, damage such as feared scuffing may occur.
上述の損傷を与えるデポジットは、この点に関してピストンクラウンに問題をもたらすだけではない。あらゆる種類の汚染およびデポジットもまた、ピストンリングセットの領域およびピストンスカートの領域のピストンの残りの周面に損傷させる効果をもたらし得る。 The above-mentioned damaging deposits not only cause problems for the piston crown in this regard. Any kind of contamination and deposits can also have the effect of damaging the remaining circumferential surface of the piston in the area of the piston ring set and in the area of the piston skirt.
ピストンの周面のこれらのデポジットの回避が次第に重要になっている理由は、特に、これまでより高い性能レベルが燃料消費および潤滑剤消費の同時削減に求められるとともに、さらに、とりわけ排出基準もまた常に厳しくなっているという事実のためである。 The avoidance of these deposits on the circumferential surface of the piston is becoming increasingly important, especially when higher performance levels are required for the simultaneous reduction of fuel consumption and lubricant consumption, and in particular, emission standards are also This is due to the fact that it is always getting strict.
ピストンの周面だけではない、汚れまたはさびのデポジット或いは他のデポジットは、より多くの燃料消費および潤滑剤消費をもたらすとともに、もちろんピストン、ピストンリングおよびシリンダ壁における汚染に誘発された磨耗をもたらし、排出値の悪化をもたらす。 Dirt or rust deposits or other deposits, not just the peripheral surface of the piston, result in more fuel and lubricant consumption, and of course, contamination-induced wear in the piston, piston rings and cylinder walls, This will cause the emission value to deteriorate.
この点において重要な問題は、シリンダ内でピストンスカートにより実質的に案内されるピストンが必ずしもシリンダ内で正確に中心に位置合わせされず、ピストンはむしろ僅かに傾いてまたは僅かに偏心した方法で動くので、このような動作状態では周方向のピストンの周面は常にワイパリングにより一様におよび完全に清掃されないことをもたらす。これは、既に上で説明したように、ピストンの外形が、特にピストンスカートの領域でのピストンの直径も、全ての点においてシリンダの内径より小さいので、ピストンリングがシリンダ内にピストンを中心に合わせることができること、ピストンクラウンの領域、ピストンリングセットの領域またはピストンスカートの領域のピストンのジャケットの表面により可能であることがいずれもないという事実に起因する。 An important problem in this respect is that the piston, which is substantially guided by the piston skirt in the cylinder, is not necessarily exactly centered in the cylinder, but rather the piston moves in a slightly tilted or slightly eccentric manner Therefore, in such an operating state, the circumferential surface of the piston in the circumferential direction is not always uniformly and completely cleaned by the wiper ring. This is because, as already explained above, the piston ring is centered on the piston in the cylinder, since the piston outer diameter is also smaller than the cylinder inner diameter in all respects, especially in the area of the piston skirt. This is due to the fact that there is nothing possible with the surface of the piston jacket in the area of the piston crown, in the area of the piston ring set or in the area of the piston skirt.
青銅等一般に比較的軟らかい材料から製造されピストンスカートに設けられる案内バンドは、確かにシリンダ内でピストンを案内する役目を果たすが、少しも中心に合わせる機能を有さない。案内バンドは確かにピストンスカート自体よりもやや大きい外形を有する。しかし、案内バンドとシリンダの摺動面との間にミリメートル領域の相当な隙間が依然としてある。理想的な場合、案内バンドはすなわち、シリンダの摺動面と全く接触すべきでない。青銅案内バンドは、例えばピストンの傾きにより、ピストンスカートの比較的硬い材料がシリンダ摺動面に接触し損傷を与えることを防ぐ安全対策に過ぎない。したがって、ピストンの望まない傾きが発生した場合、比較的軟らかい青銅で作られた案内バンドのみがシリンダ摺動面に接触するので、シリンダ摺動面の損傷が大部分は避けられ得る。 The guide band, which is generally made of a relatively soft material such as bronze and is provided on the piston skirt, certainly serves to guide the piston within the cylinder, but does not have any function of centering. The guide band certainly has a slightly larger profile than the piston skirt itself. However, there is still a considerable gap in the millimeter range between the guide band and the sliding surface of the cylinder. In an ideal case, the guide band should thus not make any contact with the sliding surface of the cylinder. The bronze guide band is only a safety measure to prevent the relatively hard material of the piston skirt from contacting and damaging the cylinder sliding surface due to, for example, the inclination of the piston. Therefore, when an undesired tilt of the piston occurs, most of the damage to the cylinder sliding surface can be avoided because only the guide band made of relatively soft bronze contacts the cylinder sliding surface.
実際、大型ディーゼルエンジンではピストンとシリンダとの間に平均約１ｍｍから１．５ｍｍの環状のクリアランスがあり、それによりピストンがシリンダ内で焼きつくことが回避されるべきである。 In fact, in large diesel engines, there should be an average annular clearance between the piston and cylinder of about 1 mm to 1.5 mm, which should avoid piston burning in the cylinder.
理想的な場合には、運転状態においてピストンクラウンに生じるデポジットは、アンチポリッシングリングによりきれいに除去される。しかし、例えば、エンジンが低負荷から高負荷に運転される場合、例えば熱の影響によりピストンクラウンの直径はシリンダの内径より増大し得る。これは、ピストンのデポジットがシリンダの摺動面に接触し得るという結果を有し、これは摺動面への損傷をもたらし最悪の場合には恐れられているスカッフィングもたらし得る。さらに、ピストンはアンチポリッシングリングに衝突してはいけないので、如何なる運転状態に対しても十分であるアンチポリッシングリングとピストンクラウンとの間の隙間が保証されなければならず、たとえば、ピストンクラウンの直径がエンジンの負荷の減少により、アンチポリッシングリングの内径より小さくなる、またはシリンダの内径を超えて減少する場合、これはアンチポリッシングリングの効果の顕著な減少をもたらす。 In the ideal case, deposits that occur on the piston crown in the operating state are removed cleanly by the anti-polishing ring. However, for example, when the engine is operated from a low load to a high load, the diameter of the piston crown can be larger than the inner diameter of the cylinder due to, for example, the influence of heat. This has the result that the piston deposits can come into contact with the sliding surface of the cylinder, which can cause damage to the sliding surface and, in the worst case, scare scuffing. Furthermore, since the piston must not collide with the anti-polishing ring, a gap between the anti-polishing ring and the piston crown that is sufficient for any operating condition must be ensured, for example the diameter of the piston crown This results in a significant reduction in the effectiveness of the anti-polishing ring if it is smaller than the inner diameter of the anti-polishing ring or decreases beyond the inner diameter of the cylinder due to a reduction in engine load.
したがって、アンチポリッシングリングのよりよい効果を保証するために、ピストンとシリンダ壁との間またはピストンとアンチポリッシングリングとの間の隙間をできる限り減らすことが基本的に望まれる。しかし、これは、例えば、エンジンの高負荷または高回転速度に向かう運転状態の変化において、ピストン外径がシリンダまたはアンチポリッシングリングの内径を超えて増大する場合に、何としてでも避けるべきである、ピストンがシリンダ内で焼き付くまたはピストンクラウンがアンチポリッシングリングに接触するというリスクをもたらす。 Therefore, in order to ensure a better effect of the anti-polishing ring, it is basically desirable to reduce as much as possible the gap between the piston and the cylinder wall or between the piston and the anti-polishing ring. However, this should be avoided in any way if the piston outer diameter increases beyond the inner diameter of the cylinder or anti-polishing ring, for example, in a change in operating conditions towards high engine loads or high rotational speeds. There is a risk that the piston will seize in the cylinder or the piston crown will contact the anti-polishing ring.
したがって、本発明の目的は、特にピストンでのデポジットの排除に関する問題がもはや生じず、したがって、大型２ストロークディーゼルエンジンのより経済的な運転、より長い点検間隔、および最終的に、それぞれの構成部品および大型ディーゼルエンジンのより長い耐用年数が保証されるように、前述の従来の欠点が回避された改良されたピストンを提案することである。 The object of the present invention is therefore no longer a problem, in particular with regard to the elimination of deposits at the piston, so that more economical operation of a large two-stroke diesel engine, longer service intervals, and finally the respective components And to provide an improved piston which avoids the above-mentioned conventional drawbacks so that a longer service life of large diesel engines is guaranteed.
これらの目的を満足する本発明の主題は、独立請求項１の特徴により特徴付けられる。
The subject matter of the present invention that satisfies these objectives is characterized by the features of
従属請求項は、本発明の特に好適な実施形態に関連する。 The dependent claims relate to particularly preferred embodiments of the present invention.
したがって、本発明は、往復動内燃機関用、特に、大型２ストロークディーゼルエンジン用ピストンに関し、少なくとも１つのシリンダを有し、シリンダ内において、ピストンが設置された状態においてシリンダ軸に沿って上死点と下死点との間を軸方向に往復動可能に配置されるとともに、ピストンはジャケット面において少なくとも１つのピストンリングを含むピストンリングセットを含み、このピストンリングセットは、トップランドを有するピストンクラウンとピストンスカートとの間に配置され、このピストンスカートがピストンの燃焼室表面から離れたピストンの下部を形成する。本発明によれば、センタリング手段がピストンにシリンダ内でのピストンの半径方向のセンタリング（中心化、心出し）のために設けられる。 Therefore, the present invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine, particularly a large two-stroke diesel engine, and has at least one cylinder, and the top dead center along the cylinder axis in a state where the piston is installed in the cylinder. And a piston ring set including at least one piston ring on a jacket surface, the piston ring set including a piston land having a top land. Between the piston skirt and the piston skirt, which forms the lower part of the piston remote from the piston combustion chamber surface. According to the invention, centering means are provided on the piston for radial centering (centering, centering) of the piston within the cylinder.
ピストンでの本発明によるセンタリング手段の使用により、基本的にシリンダ内でピストンスカートを通じて案内されるピストンが、今やセンタリング手段によりシリンダ内で常に正確にセンタリングされることも初めて保証される。すなわち、ピストンは事実上もはや作動状態において軸方向に関して如何なる傾きも有さず、ほぼ完全に心出しされた方法で動く。その結果、ピストンとシリンダとの間の環状クリアランスをはるかに小さく選ぶことが初めて可能になる。例えば、本発明により、大型２ストロークディーゼルエンジンに対して、１．５ｍｍ未満、特にさらに１ｍｍ未満またはさらに０．５ｍｍ未満の環状のクリアランスを選択することが可能となり、ピストンがシリンダ内で焼付く恐れは全くない。 The use of the centering means according to the invention in the piston ensures for the first time that the piston guided essentially through the piston skirt in the cylinder is now always accurately centered in the cylinder by the centering means. That is, the piston virtually no longer has any inclination with respect to the axial direction in the actuated state and moves in an almost perfectly centered manner. As a result, it becomes possible for the first time to select a much smaller annular clearance between the piston and the cylinder. For example, the present invention makes it possible to select an annular clearance of less than 1.5 mm, in particular less than 1 mm or even less than 0.5 mm for large two-stroke diesel engines, and the piston may seize in the cylinder. There is no.
運転状態においてピストンクラウンに形成されるデポジットはしたがって、往復動内燃機関の全運転状態においてアンチポリッシングリングによりきれいに除去される。例えば、エンジンが低負荷から高負荷に運転されるとともに、ピストンクラウンの直径が、例えば熱の効果によりシリンダの内径を超えて増大したときでさえ。これはもはや、本発明に起因するとともに従来技術に反して、本発明によるピストンはもはや傾かず、ほぼ理想的にセンタリングされた方法で案内されるので、ピストンのデポジットがシリンダの摺動面に接触し得、これが摺動面への損傷をもたらし最悪の場合には恐れられているスカッフィングもたらし得るという結果を有さない。 Deposits formed on the piston crown in the operating state are therefore removed cleanly by the anti-polishing ring in all operating states of the reciprocating internal combustion engine. For example, even when the engine is operated from low load to high load, the diameter of the piston crown increases, for example, beyond the inner diameter of the cylinder due to the effect of heat. This is no longer attributable to the present invention and, contrary to the prior art, the piston according to the present invention is no longer tilted and is guided in an almost ideally centered manner, so that the piston deposit contacts the sliding surface of the cylinder. It can have the consequence that this can cause damage to the sliding surface and in the worst case can result in feared scuffing.
ピストンはまた、ピストンとシリンダとの間の例えば１ｍｍ未満の非常に小さい環状クリアランスをもたらす、ピストンのより増大した直径にもかかわらず、アンチポリッシングリングに衝突せず、アンチポリッシングリングとピストンクラウンとの間の十分な隙間が全ての運転状態において保証される。アンチポリッシングリングとピストンクラウンとの間の環状クリアランスは、従来技術と比べて本発明によるピストンの使用によりかなり小さく選択され得るので、アンチポリッシングリングのクリーニング効果は、たとえピストンクラウンの直径が、負荷のまたはエンジンの回転速度の減少により、アンチポリッシングリングの内径より減少しても、またはシリンダの内径を超えて減少しても、非常に改善される。 The piston also does not collide with the anti-polishing ring, despite the larger diameter of the piston, resulting in a very small annular clearance between the piston and the cylinder, for example less than 1 mm, and the anti-polishing ring and piston crown A sufficient gap between is guaranteed in all operating conditions. Since the annular clearance between the anti-polishing ring and the piston crown can be selected to be considerably smaller by the use of the piston according to the invention compared to the prior art, the cleaning effect of the anti-polishing ring is that even if the piston crown diameter is Or, by reducing the rotational speed of the engine, it is greatly improved whether it is smaller than the inner diameter of the anti-polishing ring or exceeding the inner diameter of the cylinder.
特に実施に好適な実施形態では、センタリング手段はピストンスカートに設けられ、もちろん、センタリング手段をピストンの異なる領域、例えば、ピストンクラウンまたはピストンリングセットの領域に設けることも可能である。 In a particularly preferred embodiment, the centering means is provided in the piston skirt, and of course, the centering means can be provided in different areas of the piston, for example in the area of the piston crown or piston ring set.
この点に関して、本発明のセンタリング手段は、例えばピストンの半径方向のすぐ外側にあるとともに、完全に必須では無いが、特に好ましくは、ピストンとシリンダとの間の変化する半径方向の間隔が定義可能な限度内に補償され得るように、半径方向に作用するばね要素により加重がかけられ得る、ガイドシューであり得る。半径方向に移動可能なガイドシューがこの点に関して半径方向に実行するなでること（ｓｔｒｏｋｅ）は、ガイドシューがシリンダ壁に高すぎる力を及ぼさないように選択されるとともに制限されるので、シリンダ壁および油膜に対して危険はない。ばね要素によるガイドシューの加重のかわりに、ガイドシューはまた、液圧または空気圧により、同時にまたは代替的に支持され得ることが理解される。 In this regard, the centering means of the present invention is, for example, just outside the radial direction of the piston and is not absolutely essential, but it is particularly preferred that a variable radial spacing between the piston and the cylinder can be defined. It can be a guide shoe that can be loaded by a radially acting spring element so that it can be compensated within limits. The stroking of the radially movable guide shoe in this respect is chosen and limited so that the guide shoe does not exert too high a force on the cylinder wall, so that the cylinder wall and There is no danger to the oil film. It will be appreciated that instead of loading the guide shoe with a spring element, the guide shoe may also be supported simultaneously or alternatively by hydraulic or pneumatic pressure.
シリンダ内のピストンの確実な案内およびセンタリングのために、複数のガイドシュー、好ましくは２個、４個または５個のガイドシューが、（周方向に関して）互いに定義可能な間隔で実際にピストンに配置される。この点に関して、２つのガイドシューがピストンに互いに軸方向に関してずれて（オフセットして）配置されることもでき、これによりピストンの傾きをさらに良く防ぐことができる。 For reliable guidance and centering of the piston in the cylinder, a plurality of guide shoes, preferably 2, 4 or 5 guide shoes, are actually arranged on the piston at a definable distance (relative to the circumferential direction) Is done. In this regard, two guide shoes are displaced with respect to each other in the axial direction on the piston (offset) can be placed, thereby the inclination of the piston can be prevented even better.
他の実施形態では、本発明のセンタリング手段はガイドリングであり、ガイドリングは特に有利にリング様ガイドばねにより加重をかけられることができるまたは油圧でまたは空気圧で支持されることもできる。特に、複数のガイドリング、好ましくは２個または３個のガイドリングが、軸方向に互いに定義可能な間隔でピストンに配置されることができ、これによりピストンの傾きを特に簡単に防ぐことができる。 In other embodiments, the centering means of the present invention is a guide ring, which can be particularly advantageously loaded by a ring-like guide spring or can be supported hydraulically or pneumatically. In particular, a plurality of guide ring, preferably two or three guide ring can be arranged in the piston definable distance from one another in the axial direction, it can be prevented thereby the inclination of the piston in a particularly simple manner .
別の実施形態も可能であり、センタリング手段は周方向に延びるガイドウェブを有するガイドバンドであり、当然同様に複数のガイドバンド、好ましくは２個または３個のガイドバンドが、軸方向に互いに定義可能な間隔でピストンに配置されることができ、同様にピストンの傾きに対するさらに向上した安定化を保証することができる。この点に関して、それ自体知られているとともにいずれにしてもピストンにしばしば存在する青銅のバンドもまた、例えば、より厚く作ることができるとともに、青銅バンドの周囲の溝により形成されたウェブとともに設計されることができる。軸方向に非常に狭いガイドバンドのウェブは、その後シリンダ壁に沿ってスライドし、したがってピストンをシリンダ内で中心化する方法で案内する。青銅バンドの全表面ではなく、むしろ非常に狭いガイドウェブのみがシリンダの表面をスライドするので、シリンダの摺動面に損傷がないとともにシリンダの手動面の潤滑油膜の損傷もない。 Other embodiments are possible, the centering means being a guide band with a circumferentially extending guide web, of course also a plurality of guide bands, preferably two or three guide bands, are defined axially relative to one another It can be arranged on the piston at possible intervals, as well as a further improved stabilization against the tilt of the piston can be ensured. In this regard, the bronze band known per se and often present in the piston anyway can also be made, for example, thicker and designed with a web formed by grooves around the bronze band. Can. The guide band web that is very narrow in the axial direction then slides along the cylinder wall, thus guiding the piston in a way that centers it in the cylinder. Since only a very narrow guide web slides on the surface of the cylinder, rather than the entire surface of the bronze band, there is no damage to the sliding surface of the cylinder and no damage to the lubricant film on the manual surface of the cylinder.
本発明の別の特別な実施形態では、センタリング手段は半径方向に弾性効果を有するガイド面であり、ピストンスカートに配置されるとともに、軸方向にピストンスカートから離れて延びる。シリンダ内のピストンの確実な案内および信頼性の高いセンタリングのために、複数のガイド面、好ましくは２個、３個、４個または５個のガイド面が、この点に関して概して周方向に関して互いに定義可能な間隔で実際にピストンに配置される。 In another particular embodiment of the invention, the centering means is a radially elastic guide surface which is arranged on the piston skirt and extends axially away from the piston skirt. For reliable guidance and reliable centering of the pistons in the cylinder, a plurality of guide surfaces, preferably 2, 3, 4 or 5 guide surfaces, are defined with respect to each other in this respect, generally in the circumferential direction. It is actually placed on the piston at possible intervals.
この出願に記載された本発明によるピストンの実施形態の例が代表的な例と理解されるべきであるとともに、特に示された実施形態の全ての適切な組み合わせが本発明により包含されることは自明である。 The examples of embodiments of the piston according to the invention described in this application are to be understood as representative examples, and that all suitable combinations of the embodiments specifically indicated are encompassed by the present invention. It is self-explanatory.
本発明は、図面を参照して以下に詳細に説明される。 The invention is described in detail below with reference to the drawings .
ばねにより加重をかけられたガイドシュー８、８１を有する本発明によるピストン１の第１実施形態が概略的な方法で図１ａに示される。図１ｂは、より良く理解するために、図１ａのピストン１の図Ｉ−Ｉ線に沿った断面を示す。
A first embodiment of a
図１ａまたは図１ｂの本発明によるピストン１は、概して複数のシリンダ２を持つ大型２ストロークディーゼルエンジンのためのピストン１である。ピストン１が、設置された状態で示されるとともに、シリンダ軸Ａに沿ったシリンダ軸方向に上死点と下死点との間でそれ自体知られた方法で往復動可能に配置される。示された特定の例では、２つのピストンリング３１、３２を含むピストンリングセット３が、ジャケット面１００に設けられるとともに、トップランド５を有するピストンクラウン４とピストンスカート６との間に配置される。ピストンスカート６は、それ自体知られているように、ピストン１の燃焼室表面７から遠く離れたピストン１の下方部分を形成する。本発明によれば、この点に関して、ばね要素８０１により加重をかけられたガイドシュー８１の形態の計４個のセンタリング手段８、８１が、ピストン１のピストンスカート６においてシリンダ２内でピストン１の半径方向のセンタリングのために、ピストン１に設けられる。例えば、ピストン１とシリンダ壁との間の環状クリアランスは既知のピストンの使用で不可欠なものよりはるかに小さく選択されるが、ピストン１がその運動中にアンチポリッシングリングまたはシリンダ壁に接触すること無しに、明確化のために示されていない、アンチポリッシングリングが全てのデポジットをピストンクラウン４から最適に除去できるように、ピストン１が大型ディーゼルエンジンの全ての運転状態においてシリンダ２内で確実およびきれいに案内されることを、４個のガイドシュー８１が保証する。この点に関して、例えば４個より少ない、場合により３個のみのガイドシュー、或いは、４個をさらに超えるガイドシューもまた設けられ得ることは自明である。
The
本発明の第２実施形態によるピストン１を通る断面が図２を参照して概略的に示され、センタリング手段８はここではガイドばね８０２により加重をかけられたガイドリング８２である。ガイドリング８２はこの点に関して、外径がシリンダ２の内径よりごく僅かに小さくなるように設計される。ピストン１はその結果ガイドばね８０２によりガイドリング８２に対して中心化された方法で保持される。これはピストンリング３１、３２との明白な違いである。ピストンリング３１、３２は、ピストンリング溝内に自由に浮動して支持され、これはピストンリング３１、３２が一般にシリンダ２内でピストン１を中心にする位置にないという結果を有する。このシリンダ２内でピストン１を中心にすることはガイドリング８２の使用に関してガイドスプリング８０２によりもたらされる。
A section through the
図３は、固定位置ガイドシュー８３の形態のセンタリング手段８、８３を有する第３実施形態を示す。この固定位置ガイドシュー８３は、ばねによりまたは空気圧によりまたは液圧により荷重をかけられず、ここに例示の目的でピストンクラウン４に配置される。例えば、３個の固定位置ガイドシューがピストン１の外周に関して等しい間隔で配置され得る固定位置ガイドシューは、この点に関して、ガイドシュー８３全てがシリンダ壁を同時にスライドし、したがってピストン１をセンタリングした方法で保持するような半径方向の大きさが選択されるように設計される。シリンダ壁に接触するガイドシュー８３の表面は、この点に関してシリンダ壁またはシリンダ壁上の潤滑油膜がガイドシュー８３により傷つけられないように、非常に小さく選択されるとともに設計される。
FIG. 3 shows a third embodiment with centering means 8, 83 in the form of a fixed position guide shoe 83. This fixed position guide shoe 83 is not loaded by a spring, pneumatically or hydraulically, and is disposed on the piston crown 4 here for illustrative purposes. For example, a fixed position guide shoe in which three fixed position guide shoes can be arranged at equal intervals with respect to the outer periphery of the
図４は、ガイドウェブ８０４を備えるガイドバンド８４を有する第４実施形態を示し、ガイドバンド８４は、本例においてガイドバンド８４内にねじの形態で提供される非常に狭いガイドウェブ８０４のみがシリンダ壁に接触し、したがってピストン１を確実にシリンダ２内でセンタリングする方法で案内するように設計される。シリンダ２のシリンダ壁に接触するガイドウェブ８０４の表面は、この点に関してシリンダ壁またはシリンダ壁上の潤滑油膜がガイドウェブ８０４により傷つけられないように、非常に小さく選択されるとともに設計される。
FIG. 4 shows a fourth embodiment having a guide band 84 with a
最後に、本発明の第５実施形態が図５を参照して概略的に示される。この中で、半径方向に弾性的に作用するガイド面８５が、ピストンスカート６に設けられ、ピストンスカート６から離れて軸方向に延び、複数のガイド面８５、好ましくは２個、３個、４個または５個のガイド面８５は、ピストン１の周方向に関して互いに定義可能な間隔で配置され得る。ガイド面８５の領域におけるピストン１の外径は、この点に関して、シリンダ２の内径よりほんのわずかに大きく選択される。ガイド面８５が半径方向に弾性的に設計されるので、ピストン１は、ガイド面８５を介してシリンダ２内でセンタリングされた位置に常に確実に案内される。シリンダ２のシリンダ壁に接触するガイド面８５の表面およびガイド面８５を通じてシリンダ壁に半径方向に作用する力の大きさは、この点に関して、シリンダ壁またはシリンダ壁上の潤滑油膜がガイド面８５により傷つけられないように、選択されるとともに設計される。
Finally, the fifth embodiment is shown schematically with reference to Figure 5 of the present invention. Among these, a guide surface 85 that acts elastically in the radial direction is provided on the
要約すると、ピストンとシリンダ壁との間またはピストンとアンチポリッシングリングとの間の隙間を大いに減少させることが本発明により初めて可能になるので、アンチポリッシングリングの大幅に改善された効果が保証される。また、例えば、高負荷または高回転速度に向かうエンジンの運転状態が変化し、外側ピストン直径がシリンダまたはアンチポリッシングリングの内径を超えて増大する場合に、ピストンがシリンダ内で焼き付くあるいはピストンクラウンがアンチポリッシングリングに接触するというリスクがなく、これは本発明によるピストンの使用により確実に回避される。
In summary, the present invention makes it possible for the first time to greatly reduce the gap between the piston and the cylinder wall or between the piston and the anti-polishing ring, thus guaranteeing a greatly improved effect of the anti-polishing ring. . Further, for example, high-load or operating state of the high rotational speed towards the engine is changed, when the outer piston diameter increases beyond the inner diameter of the cylinder or anti polishing ring, piston seizing in the cylinder or the piston crown anti There is no risk of contacting the polishing ring, which is reliably avoided by the use of the piston according to the invention.
Claims (7)
センタリング手段が前記ピストンに前記シリンダ内での前記ピストンの半径方向のセンタリングのために設けられ、
前記センタリング手段は、前記半径方向に弾性的に作用し、前記ピストンスカートに配置されるとともに前記軸方向に前記ピストンスカートから離れて延びる、ガイド面である、ことを特徴とする、
ピストン。 Piston for a large two-stroke diesel engine having at least one cylinder, the axial direction between the top dead center and the bottom dead center along the cylinder axis when the piston is installed in the cylinder The piston includes a piston ring set including at least one piston ring on a jacket surface, the piston ring set being disposed between a piston crown having a top land and a piston skirt, In the piston, the piston skirt forms a lower portion of the piston away from the combustion chamber surface of the piston,
Centering means is provided on the piston for radial centering of the piston within the cylinder;
The centering means is a guide surface that acts elastically in the radial direction and is disposed on the piston skirt and extends away from the piston skirt in the axial direction.
piston.
請求項１に記載のピストン。 The guide surface forms a diameter around the piston that is larger than a diameter of the cylinder;
The piston according to claim 1.
請求項１または２に記載のピストン。 The plurality of guide surfaces are arranged at predetermined intervals with respect to the circumferential direction of the piston.
The piston according to claim 1 or 2.
請求項１または２に記載のピストン。 The two guide surfaces are arranged at a predetermined distance from each other in the circumferential direction on the piston.
The piston according to claim 1 or 2.
請求項１または２に記載のピストン。 The three guide surfaces are arranged at predetermined intervals with respect to the circumferential direction of the piston.
The piston according to claim 1 or 2.
請求項１または２に記載のピストン。 Four guide surfaces are arranged at predetermined intervals with respect to the circumferential direction of the piston.
The piston according to claim 1 or 2.
請求項１または２に記載のピストン。 Five guide surfaces are arranged at predetermined intervals with respect to the circumferential direction of the piston.
The piston according to claim 1 or 2.
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