JPH10325317A - ピストン式内燃機関 - Google Patents

ピストン式内燃機関

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JPH10325317A
JPH10325317A JP10072798A JP7279898A JPH10325317A JP H10325317 A JPH10325317 A JP H10325317A JP 10072798 A JP10072798 A JP 10072798A JP 7279898 A JP7279898 A JP 7279898A JP H10325317 A JPH10325317 A JP H10325317A
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piston rod
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combustion engine
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単で廉価な手段によって従来タイプの装置
を改良し、簡単で廉価な構造であっても高い信頼性と優
れた冷却効果が得られるピストン式内然機関を提供す
る。 【解決手段】 ピストン棒３を備えた少なくとも一つの
ピストン２を有するピストン式内燃機関、特に大型ディ
ーゼルエンジン。ピストンは少なくとも一つの冷却室８
を有し、冷却室には熱伝達剤が包含される。熱伝達剤は
冷却剤を噴き付けられる冷却装置内で冷却可能となって
いる。ピストン棒３の長手方向の少なくとも一部に凹所
９が設けられる。この凹所はピストン２の冷却室８に接
続され、冷却室と共に閉鎖された中空システムを形成す
る。この中空システムは、部分的に熱伝達剤で充填さ
れ、ピストン棒３が、凹所９に対応して、冷却剤を噴き
付けられる冷却面を有することにより、簡単な構造と優
れた冷却効果が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストン棒を備え
た少なくとも一つのピストンを有するピストン式内燃機
関、特に大型ディーゼルエンジンに関する。前記ピスト
ンは少なくとも一つの冷却室を有し、該冷却室には熱伝
達剤が包含される。この熱伝達剤は、冷却剤が噴き付け
られる冷却装置内で冷却可能である。
【０００２】
【従来の技術】同種の構成は欧州特許第 0 074 156 号
公開公報から周知となっている。この周知の構成におい
ては、冷却室下方を閉鎖する熱交換器がピストン内に設
けられる。従ってこの構成は製造に比較的大きな費用が
掛かり、付加的な部材も必要とされる。しかも、この構
成により得られる冷却面は比較的小さい。その上、前記
熱交換器は負荷が高いために破損する危険がある。従っ
て漏出が生じる恐れも大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、簡単で廉価な手段によって上記タイプの装置を改良
し、簡単で廉価な構造であっても高い信頼性と優れた冷
却効果が得られるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は本発明によ
り以下の如く解決される。すなわち、前記ピストン棒の
長手方向の少なくとも一部に凹所が設けられる。該凹所
はピストンの冷却室に接続され、該冷却室と共に閉鎖さ
れた中空システムを形成する。該中空システムには部分
的に前記熱伝達剤が充填される。さらに、ストン棒は、
前記凹所に対応し冷却剤が噴き付けられる冷却面を有し
ている。
【０００５】本発明では、ピストン棒が熱交換器として
好適に用いられる。従って付加的な部材を用いる必要が
ない。必要な凹所は簡単に形成することができる。同時
に高度な堅牢性と漏出に対する安全性が保証される。ま
た、該ピストン棒は比較的大きな熱移行面を有する。す
なわち該ピストン棒は比較的長く厚い構成部材となって
いる。本発明において前記熱伝達剤は、前記ピストン及
びピストン棒の前後運動によりカクテルシェーカーの原
理によって移動され、これによって良好な熱の移行が行
なわれ、熱の均一化が良好に行なわれ、ピストンが確実
に冷却される。上記の理由から、本発明によって、高度
な効率性及び優れた経済性が保証される。
【０００６】上位の請求項記載の手段の好適な構成及び
さらなる形成は下位請求項に記載される。このようにピ
ストン棒の前記凹所は、前記冷却室から発する軸方向の
止り穴として好適に形成され、これらの凹所は、ピスト
ンから離れた、ピストン棒のクロスロッド側の底部に達
している。これによって凹所がピストン棒のほぼ全長に
わたって貫通し、ピストン棒の移動方向に対して平行に
延在する溝が好適な方法で形成される。これにより前記
熱伝達剤の交換を良好に行なうことが保証される。さら
に望ましいケーシングとしての被覆も自動的に設けられ
る。
【０００７】流れに方向性を与え、前記熱伝達剤の滞留
時間を高める目的で、前記ピストン棒の凹所をいくつか
ずつ互いに結合して、一つの貫通した溝を形成すること
もできる。その場合は、その溝の、ピストン側の流入口
及び流出口に、対向する逆止弁が設けられる。
【０００８】ピストン棒の前記凹所は前記ピストン棒の
周縁付近に好適に設けられる。これによってピストン棒
の比較的大きな円周面全体が熱放出面として機能する。
【０００９】さらなる好適な形成の一つとして、ピスト
ン棒は、その長さ方向の少なくとも一部分が、噴射ノズ
ルを介して外側から冷却剤を噴き付けられる。これによ
り、ピストン棒の外側の熱放出が促進され、熱伝達剤の
確実な冷却が保証される。
【００１０】別の好適な手段として、ピストン棒に、前
記熱伝達剤に対応する凹所に隣接して、冷却剤を噴き付
けられる冷却溝が設けられる。これにより、内部の熱放
出も好適に行なわれる。
【００１１】前記冷却溝は、前記ピストン棒のクロスヘ
ッド側の端部から発する軸方向の止り穴として形成され
る。この止り穴にはクロスヘッド潤滑油システムによっ
て潤滑油を噴き付けることができる。この手段によっ
て、高度な冷却効果を有する特に簡単な実施が可能にな
る。
【００１２】流れに方向を与え、ピストン棒内部の冷却
剤の滞留時間を高める目的で、冷却溝をいくつかずつ互
いに結合し、一つの貫通する溝が形成されるが、その場
合、クロスヘッド側の流入口及び流出口に対抗する逆止
弁が設けられる。
【００１３】上位の請求項に記載された手段のその他の
好適な構成及び目的に適ったさらなる形態は下位請求項
に記載してある。以下、図面を参照して本発明の実施形
態について説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいていくつか詳しく説明する。図面に示すのは以
下の通りである。図１は、ピストン、ピストン棒、及び
クロスヘッドから成る大型２サイクルディーゼルエンジ
ンの構造体の垂直断面による第一の実施形態；図２は、
図１における線 II-II に沿った断面図；図３は、複数
部材から形成されるピストン棒の水平断面図；図４は、
図１に対応して示す本発明の第二の実施形態；図５は図
４における線 V-V に沿った断面図である。
【００１５】大型２サイクルディーゼルエンジンの構造
と働き、船の駆動その他に用いられる方法は周知であ
る。この種のエンジンは、対応するシリンダー１に設け
られたピストン２をそれぞれ備えた複数の駆動装置を有
している。前記ピストンは、ピストン棒３を介して、エ
ンジンフレームにスライド式に軸受けされた、対応する
クロスヘッド５に固定されている。ピストン棒３は、ピ
ストン２の相反運動を前記クロスヘッド５に伝える。該
クロスヘッドは、詳しく示されていない連接棒の駆動を
介して前記エンジンフレーム４の下部領域に設けられ
た、図示しないクランク軸に結合されている。前記クロ
スヘッド５はエンジンフレーム４の垂直方向のガイド６
上にスライドされるスライドシューを有す。該スライド
シューは潤滑油装置７によって潤滑油を供給される。
【００１６】前記ピストン棒３の頭部は前記ピストン２
にボルトで固定されている。ピストン棒３の底部は、前
記スライドシューを架橋するクロスヘッド５の横部材
（ヨッホ）にボルトにて固定されている。前記ピストン
２は、その上側において燃焼室を規定しており、内側が
冷却されるため比較的薄い壁厚が実現される。さらにピ
ストン２は、上部を前記ピストンの底部により、また下
部を前記ピストン棒３の頭部により規定内部冷却室８を
有している。該内部冷却室からピストン棒３に軸方向に
設けられた凹所９により形成された分岐管が出ている。
分岐管は、この場合、ピストン棒３のほぼ全長にわたっ
て貫通し、ピストン棒の底部で終結する軸方向の止り穴
として形成される。この軸方向の止り穴は、図２に示す
ように、同一の角度配分で、ピストン棒の軸に対して同
心的な円弧上に設けられる。図示例では、それぞれ４５
°ずつ互いにずらされた８つの凹所９が設けられてい
る。これら凹所は１５〜５０mm、好ましくは２５mm と
いう僅かな直径を有する。
【００１７】前記冷却室８及び前記凹所９は、外部に対
して閉塞された中空システムを形成する。該中空システ
ム内には、水準線１０によって示されるように、部分的
にのみ充填され、優れた熱伝達特性を有する水又はグリ
コールなどの熱伝達剤が含まれている。前記水準線１０
によって示される充填水準は、この中空システムの容積
の６０〜９０％となる。エンジンの稼働中には、ピスト
ン２及びピストン棒３の前後運動により、カクテルシェ
ーカーにみられるのと同様の効果が生じる。従って、前
記冷却室８に含まれる熱伝達剤の交換が恒常的に行なわ
れる。前記熱伝達剤はピストン２の領域で熱を供給さ
れ、その熱をピストン棒３の領域で再び放出し、これに
よりピストン２は確実に冷却される。
【００１８】前記ピストン棒３は非常に長く、比較的厚
みのある構成部材であるので、比較的大きな外表面が生
じる。この外表面を介して、前記熱伝達剤から放出され
る熱は周囲に逃がされる。図１ないし図３はこの種の実
施に基づいている。この場合、ピストン棒３の前記凹所
９は僅かな壁厚を設けてピストン棒３の外縁領域に設け
られている。従って対応する円弧も外縁付近に延在す
る。ピストン棒３の円周面は熱の放出を高めるために外
部から冷却剤を噴き付けられる。冷却剤としては、該内
然機関に本来的に使用される潤滑剤をそのまま使用する
ことができる。
【００１９】そのために、図１から分かるように、潤滑
油などの冷却剤を噴き付けられる噴射ノズル１１が多数
重ねて設けられ、これら噴射ノズルによって、対応する
クロスヘッド５のガイド６の領域にあるピストン棒３の
領域に前記冷却剤が噴き付けられ、これによって外部か
ら冷却が行なわれる。
【００２０】噴射ノズル１１は、円周側でいくつかずつ
が互いに向き合うように設けるのが好適である。図示例
では、図２から分かるように、前記ガイド６が両側に設
けられ、ピストン棒が貫通するシャフトの四隅の全ての
領域に、複数の重ねて設けられた噴射ノズル１１を有す
るノズル桟が設けられている。その結果、ピストン棒３
の円周全体及び比較的大きな長さにわたって冷却材が均
一に噴き付けられる。前記噴射ノズル１１は、対応する
供給ライン１２を介して、対応するクロスヘッドの潤滑
油装置７に接続され、それによって簡単な方法で冷却液
の供給が行なわれる。ピストン棒３を冷却するために該
ピストン棒に噴射されるオイルは容易にクランク室に排
出される。簡単な構成では、ここでピストン棒３に冷却
空気を当てるだけで十分である。
【００２１】前記凹所９は単に止り穴として形成され
る。この製造方法はピストン棒３を一体的に形成する場
合には問題となる。図３による実施の形態では、前記ピ
ストン棒３が内部コア１４から成り、該内部コアはスリ
ーブ１５によって囲まれている。前記内部コア１４及び
／又は前記スリーブ１５には、この場合、それらの外周
面あるいは内周面の領域において、前記凹所を形成する
ために溝が設けられている。該溝は鋳造の段階から設け
て、その後仕上げ切削加工されるか、全面的に切削によ
って形成される。
【００２２】別の方法としては、図１に符号１６の破線
で示すように、ピストン棒３の凹所のいくつかあるいは
全てが、それぞれ、下方のピストンから離れた末端領域
において互いに結合される。これにより、進行及び逆行
用の分岐を有する貫通溝が設けられる。該貫通溝流入口
あるいは流出口の領域には、図１にさらに破線で示すよ
うに逆方向の逆止弁１７又は１８が設けられる。これら
逆止弁は、流入方向のみ、あるいは流出方向のみに開放
される。こうすることにより、流れに方向付けが行なわ
れる。複数の凹所を結合して一つのまとまった溝を設け
ることによっても、ピストン棒３領域における前記熱伝
達剤の滞留時間は長くなり、それによって冷却効果は全
体として改善される。さらに、前記のような実施の形態
においては、冷却室８及び凹所９から成る閉じたシステ
ムの充填水準は比較的大きくなる。
【００２３】図４及び図５に基づく実施の形態では、ピ
ストン棒３が内部冷却される。そのために、前記冷却室
８から発する前記ピストン棒３の凹所９に隣接する凹所
１９が設けられる。これら凹所１９は、潤滑油などの冷
却剤を噴き付けられる冷却溝として機能する。これら凹
所１９は、図５から分かるように、前記凹所９の円弧に
対して同心的な円弧上に設けられる。図示の実施形態で
は、前記冷却室８から発する凹所９は内側の円弧上に設
けられ、前記冷却溝を形成する凹所１９は外側の円弧上
に設けられる。
【００２４】前記冷却溝を形成する凹所１９は、ピスト
ン棒３のクロスヘッド側の端部から発する止り穴として
形成される。該止り穴は、前記ピストン棒３の頭部に到
達し、該ピストン棒の頭部において冷却室８を規定する
ピストン棒の端面の下方で終結する。前記凹所１９は前
記凹所９のように止り穴として形成することもできる
が、図３に示すように形成することも考えられる。その
場合は二つの外被が必要になると思われる。冷却溝とし
て機能する前記凹所１９に潤滑油を供給するために、前
記凹所は、対応する前記クロスヘッド５の前記潤滑油装
置７に簡単に接続される。そのために、前記クロスヘッ
ド５には、クロスヘッド側が開放された前記凹所１９に
通じる分岐管が設けられる。
【００２５】前記潤滑油の滞留時間を延長し、流れに方
向性を与えるために、いくつかずつ、あるいは全ての冷
却溝を互いに結合し、クロスヘッド側の流入口及び流出
口が形成されるようにすることも可能である。同じこと
は逆に前記冷却室８から発する前記凹所９についても該
当する。図１に関して既に詳述したように、前記凹所は
ピストン側の流入口及び流出口がそれぞれ設けられるよ
うに、互いに結合することができ、流入口及び流出口に
対して図１の１７及び１８に示すように、逆方向の逆止
弁が設けられる。互いに結合された凹所１９によって形
成された溝の領域では、既に油圧によって方向づけられ
た流れがあるので、逆止弁が一つでも足りるか、逆止弁
を用いないでも済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態による大型２サイクル
ディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図２】 図１の II-II 線に沿った断面図である。
【図３】 複数の部材から形成される本発明に係るピス
トン棒の水平断面図である。
【図４】 本発明の第二実施形態による大型２サイクル
ディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図５】 図４における V-V 線に沿った断面図であ
る。
【符号の説明】
２ ピストン ３ ピストン棒 ５ クロスヘッド ８ 冷却室 ９，１９ 凹所 １１ 噴射ノズル １４ 内部コア １５ スリーブ １７，１８ 逆止弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｃ 5/00 Ｆ１６Ｃ 5/00

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン棒（３）を備えた少なくとも一
    つのピストン（２）を有し、前記ピストンが少なくとも
    一つの冷却室（８）を有し、該冷却室に熱伝達剤が包含
    され、該熱伝達剤が冷却剤を噴き付けられる冷却装置内
    で冷却可能とされて成るピストン式内燃機関、特に大型
    ディーゼルエンジンであって、 前記ピストン棒（３）の長手方向の少なくとも一部に凹
    所が設けられ、該凹所は、前記ピストン（２）の前記冷
    却室（８）に接続されて、該冷却室と共に閉鎖された中
    空システムを形成し、該中空システムには部分的に前記
    熱伝達剤が充填され、前記ピストン棒（３）が、前記冷
    却剤を噴き付けられる前記凹所に対応した冷却面を有す
    ることを特徴とするピストン式内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）
    が前記冷却室（８）から延出する、軸方向の止り穴とし
    て形成されていることを特徴とする請求項１記載のピス
    トン式内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）
    は、前記ピストン（２）から離れた、前記ピストン棒
    （３）のクロスヘッド側の底部に到達していることを特
    徴とする請求項１又は２記載のピストン式内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）
    のうち少なくともいくつかが、少なくともピストンから
    離れた端部領域において互いに結合されていることを特
    徴とする前記請求項の何れかに記載のピストン式内燃機
    関。
  5. 【請求項５】 互いに結合された凹所（９）のピストン
    側の流入口及び流出口に、逆方向の逆止弁（１７，１
    ８）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の
    ピストン式内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記凹所（９）が、前記ピストン棒
    （３）の軸に対して同心的な円弧上に設けられているこ
    とを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のピス
    トン式内燃機関。
  7. 【請求項７】 前記凹所（９）が、前記ピストン棒
    （３）の外縁付近に設けられ、前記ピストン棒の外表面
    が冷却可能であることを特徴とする請求項１ないし６の
    何れかに記載のピストン式内燃機関。
  8. 【請求項８】 前記ピストン棒（３）の長手方向の少な
    くとも一部が、噴射ノズル（１１）によって外部から冷
    却剤を噴き付けられることを特徴とする請求項７記載の
    ピストン式内燃機関。
  9. 【請求項９】 前記ピストン棒（３）にそれぞれ対応す
    るシャフトの隅の領域に、それぞれ、多段に設けられた
    複数の噴射ノズル（１１）が配設されていることを特徴
    とする請求項８記載のピストン式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 前記噴射ノズル（１１）が、前記エン
    ジン側の潤滑油システムを介して潤滑油を噴き付けられ
    ることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の
    ピストン式内燃機関。
  11. 【請求項１１】 前記ピストン棒（３）に、前記熱伝達
    剤に対応する凹所（９）に隣接し、冷却剤を噴き付けら
    れる凹所（１９）が設けられていることを特徴とする請
    求項１ないし１０記載のピストン式内燃機関。
  12. 【請求項１２】 前記凹所（１９）が、前記ピストン棒
    （３）の軸に対して同心的な円弧上に設けられているこ
    とを特徴とする請求項１１記載のピストン式内燃機関。
  13. 【請求項１３】 前記凹所（１９）が、前記ピストン棒
    （３）のクロスヘッド側の端部から発する止り穴として
    形成されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の
    ピストン式内燃機関。
  14. 【請求項１４】 前記凹所（１９）が、前記ピストン棒
    （３）の長手方向に、該ピストン棒（３）のピストン側
    端部の少し手前まで貫通していることを特徴とする請求
    項１１ないし１４の何れかに記載のピストン式内燃機
    関。
  15. 【請求項１５】 前記凹所（１９）が、前記クロスヘッ
    ド（５）に設けられた潤滑油装置（７）を介して潤滑油
    を噴き付けられることを特徴とする請求項１１ないし４
    の何れかに記載のピストン式内燃機関。
  16. 【請求項１６】 前記凹所（１９）が少なくともいくつ
    かずつ、少なくともピストン側端部において互いに結合
    されていることを特徴とする請求項１１ないし１５の何
    れかに記載のピストン式内燃機関。
  17. 【請求項１７】 クロスヘッド側の流入口領域において
    互いに結合された凹所（１９）に逆止弁が設けられてい
    ることを特徴とする請求項１６記載のピストン式内燃機
    関。
  18. 【請求項１８】 前記ピストン棒（３）の前記凹所（９
    又は１９）の少なくとも一部が、軸方向の貫通穴として
    形成されることを特徴とする請求項１ないし１７の何れ
    かに記載のピストン式内燃機関。
  19. 【請求項１９】 前記ピストン棒（３）が、内部コア
    （１４）及び該内部コアを囲む少なくとも一つのスリー
    ブ（１５）から成り、前記ピストン棒（３）の前記凹所
    （９又は１９）の少なくとも一部が、前記内部コア（１
    ４）及び／又は前記スリーブ（１５）の円周側の凹所と
    して形成されることを特徴とする請求項１ないし１８の
    何れかに記載のピストン式内燃機関。
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