JPS6347900B2 - - Google Patents
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- JPS6347900B2 JPS6347900B2 JP56026941A JP2694181A JPS6347900B2 JP S6347900 B2 JPS6347900 B2 JP S6347900B2 JP 56026941 A JP56026941 A JP 56026941A JP 2694181 A JP2694181 A JP 2694181A JP S6347900 B2 JPS6347900 B2 JP S6347900B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/16—Pistons having cooling means
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- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は往復動機関のシエーカ式液体冷却ピス
トンの改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in a shaker-type liquid-cooled piston for a reciprocating engine.
往復動機関特に内燃機関のピストンは、燃焼室
内の高いガス圧と燃焼温度に対して十分の強度を
保持する必要があり、その耐圧性と耐熱性の両面
からみてバランスの取れた設計が必要である。最
近の高出力機関用のピストンでは、この点に考慮
をはらつた発明が種々提案され、実用化されてい
る。 Pistons in reciprocating engines, especially internal combustion engines, must maintain sufficient strength to withstand the high gas pressure and combustion temperature within the combustion chamber, and require a well-balanced design in terms of both pressure resistance and heat resistance. be. In recent pistons for high-output engines, various inventions that take this point into consideration have been proposed and put into practical use.
その代表例の１つに放射状リブ付ピストンがあ
る（特許第890280号明細書を参照されたい）。 One typical example is a piston with radial ribs (see Patent No. 890280).
この形式のピストンは第１，２図に示すように
ピストンの内部に設けた液体冷却空間１０を分割
する６〜10個の放射状リブ３により、ピストン頂
面壁１を支えるとともに、半径方向の強度を増し
て、耐圧性を向上させ、ピストン頂面壁１の肉厚
を薄くして冷却効果を高めるものである。 As shown in Figures 1 and 2, this type of piston supports the top wall 1 of the piston and provides strength in the radial direction by 6 to 10 radial ribs 3 that divide a liquid cooling space 10 provided inside the piston. In addition, the pressure resistance is improved, and the thickness of the piston top wall 1 is reduced to enhance the cooling effect.
前記第１，２図のピストンは、放射状リブ３の
配置に対する基本的な考え方が、設計上、出来る
だけ少ないリブで最大の耐圧性向上効果を得る点
にあり、放射状リブ３、ピストン外側壁２および
円形リブ４により形成される液冷小室５の断面形
状が円形あるいは正方形に近い変形四辺形（角Ｒ
付）になるため、液冷小室５の半径方向の長さＬ
と円周方向の平均巾Bmとの比Ｌ／Bmが必然的
に1.0に近い値となつて、2.0を超えるものがな
い。なおこの形式のピストンには、円形リブ４の
ない変形例があるが、この場合もリブの内側端
（内径側）に円形リブを想定すると上記の設計法
に類似していることが判る。従つてこの形式のピ
ストンには次の欠点がある。 The basic concept of the arrangement of the radial ribs 3 in the pistons shown in FIGS. 1 and 2 is to obtain the maximum pressure resistance improvement effect with as few ribs as possible, and the radial ribs 3, piston outer wall 2 The cross-sectional shape of the liquid cooling chamber 5 formed by the circular ribs 4 is a circular or deformed quadrilateral close to a square (corner R
), so the radial length L of the liquid cooling chamber 5 is
The ratio L/Bm of the average width Bm in the circumferential direction is inevitably close to 1.0 and never exceeds 2.0. Note that there is a modification of this type of piston that does not have the circular rib 4, but if a circular rib is assumed at the inner end (inner diameter side) of the rib in this case as well, it can be seen that the design method is similar to the above-mentioned design method. This type of piston therefore has the following disadvantages:
(a) リブの数が高々10個程度以下の少数になる
（Ｌ／Bm≒1.0で、Ｌを比較的大きくとれば、
必然的にリブの数が少なくなる）ので、耐圧性
の向上に限界がある。(a) The number of ribs will be a small number, about 10 or less (L/Bm≒1.0, and if L is set relatively large,
(inevitably, the number of ribs decreases), there is a limit to the improvement in pressure resistance.
(b) 液冷小室に面するピストン内部壁面の面積
（冷却面々積）があまり大きくとれないので、
耐熱性向上におのずと限界がある。(b) Since the area of the inner wall surface of the piston facing the liquid cooling chamber (cooling surface area) cannot be made very large,
There is a natural limit to improving heat resistance.
(c) 液冷小室の内径側から外径側への広がり角θ
が大きいので、設計的にまとまりやすい内径側
からの冷却液供給の場合、冷却液の流動が不安
定になりやすい。(c) Spread angle θ from the inner diameter side to the outer diameter side of the liquid cooling chamber
is large, so if the coolant is supplied from the inner diameter side, which tends to bunch up due to design, the flow of the coolant tends to become unstable.
また前記ピストンの他の例としては、いわゆる
多孔式ピストン（あるいはボア冷却ピストン）が
ある（特公昭55−45742を参照されたい）。この形
式のピストンは、前述の放射状リブ付ピストンに
比較して一段とその耐圧性、耐熱性を向上させる
ことができるものであり、第３図及び第４図のＡ
またはＢに示すようにピストンの内部に多数の冷
却孔６または６′を有している。各冷却孔の断面
（ピストン軸線に対して直交する断面）形状は、
円形又は楕円形（円形の孔がピストン軸線に対し
て傾斜している場合）あるいは変形の四辺形、三
角形（角Ｒ付）である。この形式のピストンで
は、ピストン内部に多くの余肉７または７′を残
すことができるので、その耐圧性が著しく向上す
る。さらに多数の冷却孔６または６′の内面が冷
却面となるので、冷却面々積が増大して（冷却効
果が向上して）、耐熱性が向上するが、その反面、
次の欠点が残る。 Another example of the piston is a so-called multi-hole piston (or bore cooling piston) (see Japanese Patent Publication No. 55-45742). This type of piston can further improve its pressure resistance and heat resistance compared to the above-mentioned piston with radial ribs.
Or, as shown in B, the piston has a large number of cooling holes 6 or 6' inside. The cross-sectional shape of each cooling hole (cross-section perpendicular to the piston axis) is as follows:
It can be circular or oval (if the circular hole is inclined with respect to the piston axis) or modified quadrilateral or triangular (with rounded corners). In this type of piston, a large amount of extra wall 7 or 7' can be left inside the piston, so that its pressure resistance is significantly improved. Furthermore, since the inner surfaces of the many cooling holes 6 or 6' serve as cooling surfaces, the cooling surface area increases (cooling effect improves) and heat resistance improves, but on the other hand,
The following shortcomings remain.
(i) 冷却孔６または６′の断面が円形に近いので、
その半径方向の長さＬと円周方向の平均巾Bm
との比Ｌ／Bmが1.0に近く、その最下部におけ
る冷却液の入口と出口の区分が困難で、冷却孔
６または６′の先端部まで新しい低温の冷却液
を供給することが不可能となり、そのための冷
却面積当りの冷却効果が低下する。特に冷却孔
の深さｈがBmに対して大きい場合には、この
低下量が無視できなくなる。(i) Since the cross section of cooling hole 6 or 6' is close to circular,
Its radial length L and circumferential average width Bm
The ratio L/Bm is close to 1.0, and it is difficult to separate the coolant inlet and outlet at the bottom, making it impossible to supply new low-temperature coolant to the tip of the cooling hole 6 or 6'. Therefore, the cooling effect per cooling area decreases. Especially when the depth h of the cooling hole is larger than Bm, this amount of decrease cannot be ignored.
(j) 冷却孔の数が非常に多いので、成形、加工費
が高くなる。また各冷却孔に対して冷却液供給
ノズル等を設ける場合には、加工費がさらに高
くなる。(j) Since the number of cooling holes is very large, molding and processing costs will be high. Furthermore, if a cooling liquid supply nozzle or the like is provided for each cooling hole, the processing cost will further increase.
本発明は前記の問題点に対処するもので、ピス
トンの内部に冷却用液体のシエーカ式流動空間部
を有する往復動機関のシエーカ式液体冷却ピスト
ンにおいて、前記ピストンの頂壁内部または同頂
壁内部から側壁内部に亘り形成されて入口端が下
方に開口した複数個の液冷小室を具え、同各液冷
小室のピストン軸線に直交した断面形状が液冷小
室の円周方向巾の中心を通る線の長さをＬ、円周
方向巾の中心を通る線に直交した方向の平均巾を
Bmとするとその比Ｌ／Bmが２以上になるよう
に形成されていることを特徴とした往復動機関の
シエーカ式液体冷却ピストンに係り、その目的と
する処は、従来の放射状リブ付ピストンおよび多
孔式ピストンの長所を残し、欠点を補つて、繰合
的にバランスのとれたシエーカ式液体冷却ピスト
ンを供する点にある。 The present invention addresses the above-mentioned problems, and provides a shaker-type liquid cooling piston for a reciprocating engine having a shaker-type flow space for cooling liquid inside the piston. A plurality of liquid cooling chambers are formed extending from the inside of the side wall and having an inlet end opening downward, and the cross-sectional shape of each liquid cooling chamber perpendicular to the piston axis passes through the center of the circumferential width of the liquid cooling chamber. The length of the line is L, and the average width in the direction perpendicular to the line passing through the center of the circumferential width is
This relates to a shaker-type liquid cooling piston for a reciprocating engine, characterized in that the ratio L/Bm is formed to be 2 or more when Bm. The purpose of this invention is to maintain the advantages of the multi-hole piston while compensating for its disadvantages, thereby providing a shaker-type liquid-cooled piston that is combinantly balanced.
次に本発明のシエーカ式液体冷却ピストンを第
５，６図に示す一実施例により説明すると、１０
０がピストン、１０１が同ピストン１００の内周
部頂壁、１０２が同ピストン１００の外周部頂
壁、１０３がピストン側壁、１０７が同ピストン
１００の内周側に設けた複数個の内側液冷小室、
１０８が同ピストン１００の外周側に設けた複数
個の外側液冷小室で、これらの液冷小室１０７，
１０８はピストンの下方あるいは内側に向つて開
口している。また１０４が各内側液冷小室１０７
間に形成された内側リブ、１０５が各外側液冷小
室１０８間に形成された外側リブ、１０６が各内
側液冷小室１０７と各外側液冷小室１０８との間
に形成された円形リブ、１２０が上記ピストン１
００の内部下方に挿入した内部金物で、これには
冷却液供給溜り１２１、冷却液内側溜り１２２、
冷却液集合口１２３および冷却液排出口１２４が
設けられ、冷却液供給溜り１２１には、外側液冷
小室１０８の内周側に向つて、複数個の冷却液１
次供給口１２５が開口している。また外側液冷小
室１０８の下部と冷却液内側溜り１２２とは、複
数個の冷却液もどし孔１２６を介して連通してい
る。また冷却液内側溜り１２２には、内側液冷小
室１０７に向つて環状あるいは複数個のスリツト
状の冷却液２次供給口１２７が開口している。ま
た冷却液集合口１２３は、ピストン１００内部を
内側液冷小室１０７の中心部下方に開口するとと
もに冷却液排出口１２４へ連通している。また外
側液冷小室１０８の半径方向の長さＬと円周方向
の巾Ｂの平均値Bmとは、Ｌ／Bm＞２の関係に
ある。また上記円周方向の巾Ｂは半径方向に大き
な変化はなく、その拡り角θは30゜以下である
（Ｂ一定も可能）。また内側液冷小室１０７の半径
方向の長さｌと円周方向の巾ｂの平均値または代
表値bmとの比もまたｌ／bm＞２の関係にあり、
第６図の場合ｂは一定である（その拡り角が30゜
以下で変化しても可）。 Next, the shaker type liquid cooling piston of the present invention will be explained with reference to an embodiment shown in FIGS. 5 and 6.
0 is a piston, 101 is a top wall of the inner circumference of the piston 100, 102 is a top wall of the outer circumference of the piston 100, 103 is a side wall of the piston, and 107 is a plurality of inner liquid cooling units provided on the inner circumference side of the piston 100. Komuro,
108 is a plurality of outer liquid cooling chambers provided on the outer peripheral side of the piston 100, and these liquid cooling chambers 107,
108 opens toward the bottom or inside of the piston. In addition, 104 is each inner liquid cooling chamber 107.
105 is an outer rib formed between each outer liquid cooling compartment 108; 106 is a circular rib formed between each inner liquid cooling compartment 107 and each outer liquid cooling compartment 108; 120; is the above piston 1
This is an internal hardware inserted into the lower part of the inside of 00, which includes a coolant supply reservoir 121, a coolant inner reservoir 122,
A coolant collection port 123 and a coolant discharge port 124 are provided, and the coolant supply reservoir 121 has a plurality of coolant 1s flowing toward the inner circumferential side of the outer liquid cooling chamber 108.
The next supply port 125 is open. Further, the lower part of the outer liquid cooling chamber 108 and the coolant inner reservoir 122 communicate with each other via a plurality of coolant return holes 126 . Further, in the coolant inner reservoir 122, a ring-shaped or plural slit-shaped coolant secondary supply port 127 opens toward the inner liquid cooling chamber 107. The coolant collection port 123 opens the inside of the piston 100 below the center of the inner liquid cooling chamber 107 and communicates with the coolant discharge port 124 . Further, the average value Bm of the radial length L and the circumferential width B of the outer liquid cooling chamber 108 has a relationship of L/Bm>2. Further, the width B in the circumferential direction does not change significantly in the radial direction, and its divergence angle θ is 30° or less (B constant is also possible). Further, the ratio between the radial length l and the circumferential width b of the inner liquid cooling chamber 107 is also in the relationship l/bm>2,
In the case of Figure 6, b is constant (the divergence angle may vary by less than 30°).
次に前記シエーカ式液体冷却ピストンの作用を
説明する。多数配置された外側リブ１０５と内側
リブ１０４および円形リブ１０６は、ピストン外
周頂壁１０２および同内周頂壁１０１を強力に支
えるので、前記各頂壁の肉厚をうすくしても耐圧
性を必要かつ十分に保持でき、各液冷小室１０
７，１０８をピストン頂壁外面に近づけることが
できて、冷却作用が向上する。冷却液はまず冷却
液供給溜り１２１より各外側液冷小室１０８に対
応して設けた冷却液１次供給口１２５を経て各外
側液冷小室１０８の内周側へ供給され、同小室１
０８内を複雑な動きをしながら全体的には第５図
矢印の方向へ流れ、同室１０８の壁面を強力に冷
却した後、同室１０８の下方から、冷却液もどし
口１２６を経て冷却液内側溜り１２２へ集まる。
次いで冷却液２次供給口１２７から各内側液冷小
室１０７へ供給され、同室１０７の壁面を冷却し
た後に、同室１０７中心部下方に開口する冷却液
集合口１２３に集められ、下方の冷却液排出口１
２４から排出される。 Next, the operation of the shaker type liquid cooling piston will be explained. The outer ribs 105, inner ribs 104, and circular ribs 106, which are arranged in large numbers, strongly support the piston outer circumferential top wall 102 and the inner circumferential top wall 101, so even if the wall thickness of each of the top walls is thinned, pressure resistance is still required. Each liquid cooling compartment can hold 10
7, 108 can be brought close to the outer surface of the piston top wall, improving the cooling effect. The coolant is first supplied from the coolant supply reservoir 121 to the inner peripheral side of each outer liquid cooling chamber 108 through the coolant primary supply port 125 provided corresponding to each outer liquid cooling chamber 108 .
The overall flow flows in the direction of the arrow in Figure 5 while making complicated movements inside the chamber 108, and after powerfully cooling the wall surface of the chamber 108, the coolant flows from the bottom of the chamber 108 through the coolant return port 126 to the inner pool of the coolant. Gather at 122.
Next, the coolant is supplied from the secondary supply port 127 to each inner liquid cooling chamber 107, and after cooling the wall surface of the same chamber 107, it is collected in the coolant collection port 123 that opens below the center of the same chamber 107, and is discharged to the lower coolant drain. Exit 1
It is discharged from 24.
次に本発明でＬ／Bm≧２にした理由を具体的
に説明する。 Next, the reason for setting L/Bm≧2 in the present invention will be specifically explained.
第９図は、液冷小室のピストン軸線に直交した
断面の代表的変化例を示したもので、ここでの断
面は、説明を単純化するために近似の台形にして
いる。同第９図において、ハツチング部が給液側
（例えば冷却液の主たる流れが紙面に直交した上
向きになる給液側）を示し、非ハツチング部が排
液側（例えば冷却液の主たる流れが紙面に直交し
た下向きになる排液側）を示している。 FIG. 9 shows a typical variation of the cross section of the liquid cooling chamber perpendicular to the piston axis, and the cross section here is approximated as a trapezoid to simplify the explanation. In FIG. 9, the hatched part indicates the liquid supply side (for example, the liquid supply side where the main flow of the coolant is upward perpendicular to the paper surface), and the non-hatched part indicates the liquid discharge side (for example, the main flow of the coolant is the upward direction perpendicular to the paper surface). (the drain side facing downward perpendicular to the drain) is shown.
第９図は、最も代表的な断面例を示し、液冷
小室の長さＬが基準値L0、液冷小室の巾Bmが基
準値Bmoで、L0＝Bmoになつている場合である。
本断面のＬ／Bmは２、即ち、Ｌ／Bm＝２であ
る。 Figure 9 shows the most typical cross-sectional example, where the length L of the liquid cooling chamber is the standard value L 0 , the width Bm of the liquid cooling chamber is the standard value Bmo, and L 0 =Bmo. .
L/Bm of this cross section is 2, that is, L/Bm=2.
第９図は、Ｌがと同じL0であるが、Bmが
の２倍、即ち、Bm＝2Bmoになつている場合
である。本断面のＬ／Bmは１、即ち、Ｌ／Bm
＝１である。 FIG. 9 shows the case where L is the same as L 0 , but Bm is twice that, that is, Bm=2Bmo. L/Bm of this cross section is 1, that is, L/Bm
=1.
第９図は、Ｌが，と同じL0であるが、
Bmがの1/2、即ち、Bm＝1/2Bmoになつてい
る場合である。本断面のＬ／Bmは４、即ち、
Ｌ／Bm＝４である。 In Figure 9, L is L 0 , which is the same as , but
This is a case where Bm is 1/2, that is, Bm=1/2Bmo. L/Bm of this cross section is 4, that is,
L/Bm=4.
第９図は、Ｌが1/2L0、BmがBmoになつて
いる場合である。本断面のＬ／Bmは１である。 FIG. 9 shows the case where L is 1/2L 0 and Bm is Bmo. L/Bm of this cross section is 1.
第９図は、Ｌが3/2、BmがBmoになつてい
る場合である。本断面のＬ／Bmは３である。 Figure 9 shows the case where L is 3/2 and Bm is Bmo. L/Bm of this cross section is 3.
上記第９図〜では、給液側（ハツチング
部）の長さをL1、同給液側の断面積をA1、残り
の排液側（非ハツチング部）の断面積をA2、給
液側の流速をV1、排液側の流速をV2とすると、
冷却液は、非圧縮性であり、給液量と排液量とは
時間平均値に等しいから、
A1V1＝A2V2 ……
になる。また冷却液の新液をできるだけ液冷小室
の深部、即ち、ピストンの頂面（例えば１０２）
近くへ到達させるためには、V1がV2より少なく
とも小さくないことが必要で、
V1≧V2 ……
になる。従つて上記式及び上記式より、
A1A2よりも大きくないことが必要で、
A1≦A2 ……
になる。 In Figures 9 and above, the length of the liquid supply side (hatched part) is L1 , the cross-sectional area of the liquid supply side is A1, the cross-sectional area of the remaining liquid drain side (non-hatched part) is A2 , and the cross-sectional area of the liquid supply side (non-hatched part) is A2 . If the flow velocity on the liquid side is V 1 and the flow velocity on the drain side is V 2 , then
Since the cooling liquid is incompressible and the amount of liquid supplied and the amount of liquid drained are equal to the time average values, A 1 V 1 = A 2 V 2 .... In addition, the new coolant should be as deep as possible in the liquid cooling chamber, i.e., on the top surface of the piston (for example, 102).
In order to reach it close to each other, V 1 must be at least not smaller than V 2 , so V 1 ≧V 2 . . . . Therefore, from the above formula and the above formula,
It is necessary that it is not larger than A 1 A 2 , so A 1 ≦A 2 ....
またこの給液側断面の形状は、その給液がもつ
運動エネルギーの損失をできるだけ小さくするた
めには、円形に近いことが望ましく、少なくとも
その断面係数（長さ／巾）は、１〜２である必要
がある。 In addition, in order to minimize the loss of kinetic energy of the supplied liquid, it is desirable that the cross-sectional shape of this liquid supply side be close to a circle, and at least its section modulus (length/width) should be between 1 and 2. There needs to be.
即ち、給液側断面の長さをL1、巾をBmにより
表すと、
１≦L1／Bm≦２ ……
になる。 That is, if the length of the cross section on the liquid supply side is expressed by L 1 and the width by Bm, then 1≦L 1 /Bm≦2 . . . .
その理由は、L1／Bmが１よりも小さい場合
（第９図に相当）、給液側断面A1に対する給液
側と排液側との境界線（辺）の長さａの比が過大
になり、この境界線（辺）（実際の空間では面）
を通して給液側から排液側へ新液の短絡が生じた
り、排液側から給液側への逆戻り流が生じたりし
て、給液の運転エネルギーが相殺されて、給液の
貫通力が減少する度合が大きくなる。 The reason is that when L 1 /Bm is smaller than 1 (corresponding to Figure 9), the ratio of the length a of the boundary line (side) between the liquid supply side and the liquid drain side to the cross section A 1 on the liquid supply side is Excessive, this boundary line (side) (surface in real space)
This may cause a short circuit of the new liquid from the supply side to the drain side, or a reverse flow from the drain side to the supply side, canceling out the operating energy of the liquid supply and reducing the penetration force of the liquid supply. The degree of decrease becomes greater.
また以上とは逆に、L1／Bmが２を越えるよう
な場合（第９図（）に相当）、液冷小室の給液
側断面A1に対する壁面（ａ＋ｃ＋ｄ）の割合が
過大になり、この壁面の摩擦係数の増大により、
給液の運動エネルギー損失が次第に増大してゆ
く。この運動エネルギー損失の増大傾向は、
L1／Bmが１よりも小さい場合の前記境界面ａで
の損失の増加割合よりも大きく、L1／Bmの変化
（0.25〜10）までの給液の運動エネルギー損失比
の変化（単位給液当たり）が第１０図のようにな
る。同第１０図から明らかなように給液の運動エ
ネルギー損失を小さくするためには、L1／Bm
１であればよいことになる。但しL1／Bmをやた
らに大きくしても、その損失軽減の割合は、さほ
ど大きくならず、一般にL1は、ピストンの半径
により制約される。一方、Bmを小さくすること
は、必然的に液冷小室の数を増すことになり、構
造の複雑化、コスト高を招いて、実用的にL1／
Bmを２以上にする利点が生じない。特にL1／
Bm＜１になり、給液の運動エネルギー損失が過
大になれば、同一量の冷却液を供給、排出するた
めのポンプ仕事が過大になり、また同一ポンプ仕
事量であれば、供給可能な冷却液量が減少するこ
とになる。 Contrary to the above, when L 1 /Bm exceeds 2 (corresponding to FIG. 9 ()), the ratio of the wall surface (a + c + d) to the liquid supply side cross section A 1 of the liquid cooling chamber becomes excessive, Due to this increase in the coefficient of friction on the wall,
The kinetic energy loss of the feed liquid gradually increases. This increasing tendency of kinetic energy loss is
The change in the kinetic energy loss ratio of the feed liquid (unit feed per liquid) as shown in Figure 10. As is clear from Fig. 10, in order to reduce the kinetic energy loss of the supplied liquid, L 1 /Bm
If it is 1, it is good. However, even if L 1 /Bm is excessively increased, the rate of loss reduction will not be very large, and L 1 is generally limited by the radius of the piston. On the other hand, reducing Bm inevitably increases the number of liquid cooling chambers, which complicates the structure and increases costs .
There is no advantage of increasing Bm to 2 or more. Especially L 1 /
If Bm < 1 and the kinetic energy loss of the supplied liquid becomes excessive, the pump work to supply and discharge the same amount of cooling liquid becomes excessive, and if the pump work is the same, the cooling that can be supplied becomes excessive. The amount of liquid will decrease.
以上により、各液冷小室の断面形状は、上記
式及び式を満たすことが望ましいことが判る。 From the above, it can be seen that it is desirable that the cross-sectional shape of each liquid cooling chamber satisfies the above formulas and formulas.
第９図〜中、第９図のＬ＝L0、Bm＝
Bmo、L1＝Bmoの場合、かろうじて上記式及
び上記式の条件を満たしていること判り、第９
図，のＬ／Bm＝１の場合、明らかにL1／
Bm＜１なつて、上記式の条件を満足していな
い。また第９図，のＬ／Bm＝２の場合、明
らかに上記式及び上記式の条件を満足してい
る。特に第９図の場合は、比較的大形の液冷小
室で、Ｌ／Bm＝３程度であつても、液冷小室断
面の中央部に給液用ノズルを挿入して、その両側
を排液側断面に使用することが可能になる（後に
述べる第７，８図の場合は、第９図に対応して
いる）。 Figure 9 ~ middle, L = L 0 , Bm = in Figure 9
In the case of Bmo, L 1 = Bmo, it is found that the above formula and the conditions of the above formula are barely satisfied, and the 9th
When L/Bm=1 in the figure, it is clear that L 1 /
Since Bm<1, the condition of the above formula is not satisfied. Furthermore, in the case of L/Bm=2 in FIG. 9, the above equation and the conditions of the above equation are clearly satisfied. In particular, in the case of Fig. 9, even if the liquid cooling chamber is relatively large and L/Bm = about 3, the liquid supply nozzle is inserted into the center of the cross section of the liquid cooling chamber, and both sides are drained. It becomes possible to use it for the liquid side cross section (the cases of FIGS. 7 and 8, which will be described later, correspond to FIG. 9).
以上、Ｌに沿つて巾Ｂが変化する場合を示した
が、この拡がり角度は、実用的には、30゜以下で
あつて、第９図〜は、この範囲にある。拡が
り角度が30゜以上になると、給液側から排液側へ
の拡がり流れによる運動エネルギー損失が急激に
増大して、速度エネルギー相当分以上が損失にな
る。 Although the case where the width B changes along L has been shown above, this spreading angle is practically 30 degrees or less, and FIGS. 9 to 9 are within this range. When the spreading angle exceeds 30°, the kinetic energy loss due to the spreading flow from the liquid supply side to the liquid discharge side increases rapidly, and the loss is equal to or more than the velocity energy.
またＬに沿つて巾Ｂが一定の場合についても、
同様で、Ｌ／Bm＝２の優位性が確保される。 Also, when the width B is constant along L,
Similarly, the superiority of L/Bm=2 is ensured.
前記の説明を要約すれば次のようになる。 The above explanation can be summarized as follows.
(ア) 給液の運動エネルギー損失を過大にしないこ
とを考慮した場合の実用的給液側断面係数は、
L1／Bm＝１〜２である。(a) The practical section modulus of the liquid supply side when considering not to excessively increase the kinetic energy loss of the liquid supply is:
L 1 /Bm=1 to 2.
(イ) 給液の運動エネルギーロスが最小になるの
は、Ｌ／Bm＝１のとき（給液側断面形状が正
方形のとき）である。(a) The kinetic energy loss of the liquid supply is minimized when L/Bm = 1 (when the cross-sectional shape of the liquid supply side is square).
(ウ) 上記(ア)及び上記(イ)を同時に満足しさせる液冷
小室断面形状は、Ｌ／Bm≧２の場合だけであ
る。即ち、Ｌ／Bm＜２の場合、A1≦A2にし
ようとすれば、L1／Bm≧１にならず、L1／
Bm≧１にしようとすれば、A1≦A2にならな
い（第９図，参照）。(c) The cross-sectional shape of the liquid-cooled chamber that simultaneously satisfies the above (a) and (b) is only when L/Bm≧2. That is, in the case of L/Bm<2, if we try to make A 1 ≦A 2 , L 1 /Bm≧1 will not hold, and L 1 /
If we try to make Bm≧1, A 1 ≦A 2 will not hold (see Figure 9).
(エ) L1／Bm＜１の場合、即ち、Ｌ／Bm＜２の
場合は、給液の運動エネルギー損失が過大にな
り、且つ給液側から排液側への短絡流れが増加
して、冷却能力が低下する。(d) When L 1 /Bm<1, that is, when L/Bm<2, the kinetic energy loss of the liquid supply becomes excessive, and the short-circuit flow from the liquid supply side to the drain side increases. , cooling capacity decreases.
本発明は前記(ウ)にしたことにより、次の効果を
達成できる。 The present invention can achieve the following effects by doing the above (c).
(i) 従来の放射状リブ付ピストンに比べると、リ
ブの数を増すことができて、耐圧性が著しく向
上する。またこれらのリブが冷却フインの役目
をするため、多孔式ピストンに匹敵する程度ま
でピストン内部の冷却面積を増大できる。(i) Compared to conventional pistons with radial ribs, the number of ribs can be increased, resulting in significantly improved pressure resistance. Furthermore, since these ribs act as cooling fins, the cooling area inside the piston can be increased to an extent comparable to that of a multi-hole piston.
(ii) 各液冷小室の断面形状が半径方向に細長くな
る（Ｌ≫Bm）ので、冷却液の出入口を区分し
やすくなる。また各液冷小室の内径側から外径
側への拡り角θも充分小さくなるので、各液冷
小室内での冷却液の半径方向の流動が安定化し
て、冷却作用が向上する。(ii) Since the cross-sectional shape of each liquid cooling chamber becomes elongated in the radial direction (L>>Bm), it becomes easier to distinguish the entrance and exit of the cooling liquid. Furthermore, since the divergence angle θ from the inner diameter side to the outer diameter side of each liquid cooling chamber becomes sufficiently small, the flow of the cooling liquid in the radial direction within each liquid cooling chamber is stabilized, and the cooling effect is improved.
(iii) 冷却液の出入口の区分が多孔式ピストンに比
べると著しく容易になるので、低温の冷却液を
各小室の深部（ピストン頂壁１０１，１０２に
近い所）まで供給できて、高温になつた冷却液
（旧液）の交換率が著しく向上する。従つてピ
ストン全体の耐熱性が格段に向上する。(iii) Since the inlet and outlet of the coolant are markedly easier to separate than in a multi-hole piston, the low-temperature coolant can be supplied deep into each chamber (near the piston top walls 101 and 102), allowing the coolant to reach high temperatures. The replacement rate of coolant (old liquid) is significantly improved. Therefore, the heat resistance of the entire piston is significantly improved.
(iv) 多孔式ピストンの冷却孔の数に比べると本発
明では液冷小室の数がかなり少くなるので、冷
却液供給排出機構を設置できる。また液冷小室
の数が少くなるので、製作費を低減できる。(iv) Compared to the number of cooling holes in a multi-hole piston, the number of liquid cooling chambers in the present invention is considerably smaller, so a cooling liquid supply and discharge mechanism can be installed. Furthermore, since the number of liquid cooling chambers is reduced, manufacturing costs can be reduced.
また第７，８図は、各液冷小室をピストンの外
周側のみに配置して同各液冷小室をボア（bore）
加工により形成可能にし、さらに冷却液もどし孔
を円形リブに設けることにより各液冷小室内の液
面を確実に保つように考慮したもので、ピストン
の内部に冷却用液体の流動空間部を有する往復動
機関の液体冷却式ピストンにおいて、前記ピスト
ンの外周側に形成されて入口端が下方に開口した
複数個の液冷小室を具え、同各液冷小室のピスト
ン軸線に直交した断面形状が液冷小室の円周方向
巾の中心を通る線の長さをＬ、円周方向巾の中心
を通る線に直交した方向の平均巾をBmとすると
その比Ｌ／Bmが２以上になるように形成され、
同各液冷小室と同各液冷小室よりもピストン中央
部側に設けた冷却液の流動空間部とが冷却液戻り
通路により連通されていることを特徴とした液体
冷却式ピストンを要旨とするものである。 In addition, in Figures 7 and 8, each liquid cooling chamber is arranged only on the outer circumferential side of the piston, and each liquid cooling chamber is placed in a bore.
It can be formed by machining, and it is designed to ensure that the liquid level in each liquid cooling chamber is maintained by providing cooling liquid return holes in the circular ribs, and has a cooling liquid flow space inside the piston. A liquid-cooled piston for a reciprocating engine includes a plurality of liquid-cooled chambers formed on the outer periphery of the piston and whose inlet ends open downward, and each liquid-cooled chamber has a cross-sectional shape perpendicular to the piston axis. Let L be the length of the line passing through the center of the circumferential width of the cooling chamber, and Bm be the average width in the direction perpendicular to the line passing through the center of the circumferential width, so that the ratio L/Bm is 2 or more. formed,
The gist of the liquid-cooled piston is that each of the liquid-cooled chambers is communicated with a coolant flow space provided closer to the center of the piston than the liquid-cooled chambers through a coolant return passage. It is something.
次にこの液体冷却式ピストンを具体的に説明す
ると、中央冷却室１３０給液ノズル１３１を追加
している。また液冷小室はピストン外周側のみに
外側液冷小室１０８が複数個設けられており、こ
れらの外側液冷小室１０８がピストン軸線と平行
あるいはこれに交差した軸線を有するボア加工に
より形成され、各小室毎のボア加工は内径d8のボ
アが相互にオーバラツプするようにして連通して
いる。従つて各小室の断面はオーバラツプしたボ
ア加工の余肉部（突起）Ｓを有している。 Next, to specifically explain this liquid-cooled piston, a central cooling chamber 130 and a liquid supply nozzle 131 are added. In addition, the liquid cooling chambers are provided with a plurality of outer liquid cooling chambers 108 only on the outer peripheral side of the piston, and these outer liquid cooling chambers 108 are formed by bore machining having an axis parallel to or intersecting the piston axis. The bores of each chamber are connected so that the bores with an inner diameter of d8 overlap each other. Therefore, the cross section of each small chamber has an overlapping bore portion (protrusion) S.
ピストン１００の中心部は熱的負荷が比較的軽
いので、第５，６図の内側液冷小室が省略され
て、単純な形状の中央冷却室１３０になつてい
る。各外側液冷小室１０８には、それぞれ内部金
物１２０から突出した給液ノズル１３１が設けら
れ、その先端部に冷却液１次供給口１２５が形成
されている（前記給液ノズル１３１は内部金物１
２０と別体に加工したものを組立てて結合するこ
とができる）。冷却液もどし孔１２６は、ピスト
ン１００の円形リブ１０６に形成され、各外側液
冷小室１０８と冷却液内側溜り１２２を連通させ
ており、冷却液２次供給孔１２７は内部金物１２
０の中央上部外周部と円形リブ１０６の内周部と
の間に形成されている。（但し本発明は、冷却液
内側溜り１２２、冷却液２次供給口１２７および
中央冷却室１３０の明確な区別を求めるものでは
ない）。前記冷却液もどし孔１２６もまたボア加
工により形成することができる。 Since the center of the piston 100 has a relatively light thermal load, the inner liquid cooling chamber shown in FIGS. 5 and 6 is omitted, resulting in a central cooling chamber 130 having a simple shape. Each outer liquid cooling chamber 108 is provided with a liquid supply nozzle 131 that protrudes from the internal hardware 120, and a cooling liquid primary supply port 125 is formed at the tip thereof (the liquid supply nozzle 131 is connected to the internal hardware 120).
20 and those processed separately can be assembled and combined). The coolant return hole 126 is formed in the circular rib 106 of the piston 100, and communicates each outer liquid cooling chamber 108 with the coolant inner reservoir 122, and the coolant secondary supply hole 127 is formed in the inner metal fitting 12.
0 and the inner circumference of the circular rib 106. (However, the present invention does not require a clear distinction between the coolant inner reservoir 122, the coolant secondary supply port 127, and the central cooling chamber 130). The coolant return hole 126 can also be formed by boring.
次に前記シエーカ式液体冷却ピストンの作用を
説明する。冷却液は、外側液冷小室１０８の比較
的高い位置（ピストンの外周頂壁近く）に開口す
る冷却液１次供給口１２５よりジエツト状にピス
トン外周頂壁１０２あるいはピストン側壁１０３
の内面側へ分布するように噴射されて、１次的に
ジエツト冷却効果を発揮するとともに、低温の冷
却液を常に液冷小室１０８の上部に確保する。一
方、冷却液もどし孔１２６は液冷小室１０８の全
体の高さ（または深さ）に対して最も適当な位置
に設置されているので、液冷小室１０８内に冷却
液を充満させる。ここで冷却液もどし孔１２６の
本実施例による配置は、上記のように液冷小室１
０８内の冷却液充てん量の確保に重要な作用を行
なうが、さらにその設置高さや通路面積のとり方
に加えて内部金物１２０の中央頂面の高さとの相
対関係を選べば、前記冷却液の充てん量を自由に
調整できる。その他の冷却液の主要な流動は第
５，６図のものに準ずる。各外側液冷小室１０８
のピストン軸線の直交する断面において、その半
径方向の長さＬと、円周方向の平均巾Bmとの比
Ｌ／Bmが２以上にとられているのは第５，６図
のものと同様である。なお本実施例では、各小室
のボア加工の内径dBを一定にしたものを示してい
るが、この内径dBはピストンの中心から外周側に
変化させることも、一部円周方向にオーバラツプ
させることもできる。また前述の各液冷小室の断
面（第８図）にみられる突起Ｓは、それ自体冷却
フインの作用をなして、冷却効果の向上に寄与す
るが、特に機械的応力や熱的応力の条件が厳しい
場合は、き裂発生の起点になることがあるので、
このような場合は前記突起Ｓを削除するか丸め
る。 Next, the operation of the shaker type liquid cooling piston will be explained. The coolant is supplied to the piston outer circumferential top wall 102 or the piston side wall 103 in a jet form from a coolant primary supply port 125 that opens at a relatively high position (near the outer circumferential top wall of the piston) of the outer liquid cooling chamber 108.
The liquid is injected so as to be distributed toward the inner surface of the liquid cooling chamber 108, thereby exerting a primary jet cooling effect and always ensuring low-temperature cooling liquid in the upper part of the liquid cooling chamber 108. On the other hand, since the coolant return hole 126 is installed at the most appropriate position relative to the overall height (or depth) of the liquid cooling chamber 108, the liquid cooling chamber 108 is filled with the cooling liquid. Here, the arrangement of the coolant return hole 126 according to this embodiment is as described above in the liquid cooling compartment 1.
It plays an important role in securing the amount of coolant filled in the internal metal fitting 120, but if the relative relationship with the height of the central top surface of the internal hardware 120 is selected in addition to the installation height and passage area, the amount of the coolant can be increased. You can freely adjust the filling amount. Other main flows of the coolant are similar to those in Figures 5 and 6. Each outer liquid cooling compartment 108
The ratio L/Bm of the length L in the radial direction and the average width Bm in the circumferential direction is set to 2 or more in the cross section perpendicular to the piston axis, as in Figures 5 and 6. It is. In this example, the inner diameter d B of the bore machining of each small chamber is shown to be constant, but this inner diameter d B may be varied from the center of the piston to the outer circumference, or may overlap partially in the circumferential direction. You can also do so. In addition, the protrusions S seen in the cross section of each liquid cooling chamber (Fig. 8) mentioned above act as cooling fins themselves and contribute to improving the cooling effect, but especially under the conditions of mechanical stress and thermal stress. If the conditions are severe, it may become a starting point for cracks.
In such a case, the protrusion S is removed or rounded.
以上第７，８図のものには、第５，６図のもの
の効果(i)〜(iii)に加えて、次の効果がある。 The devices shown in FIGS. 7 and 8 have the following effects in addition to the effects (i) to (iii) of the devices shown in FIGS. 5 and 6.
(iv) 各液冷小室１０８および冷却液もどし孔１２
６を単純なボア加工で形成できるので、加工が
容易になる。(iv) Each liquid cooling chamber 108 and cooling liquid return hole 12
6 can be formed by simple bore machining, making machining easier.
(v) 冷却液もどし孔１２６の設置条件の改善によ
り、各液冷小室１０８内の冷却液充てん量を適
切に確保できて、冷却作用の安定性が著しく向
上する。(v) By improving the installation conditions of the coolant return hole 126, an appropriate amount of coolant can be filled in each liquid cooling chamber 108, and the stability of the cooling effect is significantly improved.
以上本発明を実施例について説明したが、勿論
本発明はこのような実施例にだけ局限されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で
種々の設計の改変を施しうるものである。 Although the present invention has been described above with reference to embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments, and that various design modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
第１図は従来の放射状付ピストンの第２図矢視
−線に沿う縦断側面図、第２図は第１図矢視
−線に沿う横断底面図、第３図は従来の多孔
式ピストンを示す縦断側面図、第４図は第３図矢
視−線に沿う横断底面図、第５図は本発明に
係るシエーカ式液体冷却ピストンの一実施例の第
６図矢視−線に沿う縦断側面図、第６図は第
５図矢視−線に沿う横断底面図、第７図は本
発明に係るシエーカ式液体冷却ピストンの他の実
施例の第８図矢視−線に沿う縦断側面図、第
８図は第７図矢視−線に沿う横断底面図、第
９図は液冷小室断面の変化例を示す説明図、第１
０図はL1／Bmと給液の運動エネルギー損失比と
の関係を示す説明図である。
１００……ピストン、１０１……内周部頂壁、
１０２……外周部頂壁、１０３……側壁、１０
７，１０８……液冷小室、１２０……側壁内側の
部材、１２６……冷却液戻り通路、１３０，１３
１……冷却液の流動空間部。
Figure 1 is a longitudinal cross-sectional side view taken along the arrow line in Figure 2 of a conventional radial piston, Figure 2 is a cross-sectional bottom view taken along the arrow line in Figure 1, and Figure 3 is a conventional multi-hole piston. FIG. 4 is a cross-sectional bottom view taken along the arrow line in FIG. 3, and FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view taken along the arrow line in FIG. 6 is a cross-sectional bottom view taken along the arrow line in FIG. 5, and FIG. 7 is a vertical cross-sectional side view taken along the arrow line in FIG. Figure 8 is a cross-sectional bottom view along the arrow line in Figure 7, Figure 9 is an explanatory diagram showing an example of a change in the cross section of the liquid cooling compartment,
Figure 0 is an explanatory diagram showing the relationship between L 1 /Bm and the kinetic energy loss ratio of the supplied liquid. 100... Piston, 101... Inner circumference top wall,
102... Outer circumference top wall, 103... Side wall, 10
7,108...Liquid cooling chamber, 120...Member inside side wall, 126...Cooling liquid return passage, 130,13
1...Cooling fluid flow space.
Claims (1)
動空間部を有する往復動機関のシエーカ式液体冷
却ピストンにおいて、前記ピストンの頂壁内部ま
たは同頂壁内部から側壁内部に亘り形成されて入
口端が下方に開口した複数個の液冷小室を具え、
同各液冷小室のピストン軸線に直交した断面形状
が液冷小室の円周方向巾の中心を通る線の長さを
Ｌ、円周方向巾の中心を通る線に直交した方向の
平均巾をBmとするとその比Ｌ／Bmが２以上に
なるように形成されていることを特徴とした往復
動機関のシエーカ式液体冷却ピストン。1. In a shaker type liquid cooling piston for a reciprocating engine having a shaker type flow space for cooling liquid inside the piston, the piston is formed inside the top wall of the piston or from the inside of the top wall to the inside of the side wall, and the inlet end is downward. Equipped with multiple liquid cooling chambers opened to
The cross-sectional shape of each liquid cooling chamber perpendicular to the piston axis line is the length of the line passing through the center of the circumferential width of the liquid cooling chamber, and the average width in the direction perpendicular to the line passing through the center of the circumferential width. A shaker type liquid cooling piston for a reciprocating engine, characterized in that the ratio L/Bm is formed to be 2 or more, where Bm is taken.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2694181A JPS57143145A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Liquid cooled piston |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2694181A JPS57143145A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Liquid cooled piston |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57143145A JPS57143145A (en) | 1982-09-04 |
| JPS6347900B2 true JPS6347900B2 (en) | 1988-09-26 |
Family
ID=12207170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2694181A Granted JPS57143145A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Liquid cooled piston |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57143145A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6210456A (en) * | 1985-07-05 | 1987-01-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Piston of reciprocating type engine |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4917694U (en) * | 1972-05-17 | 1974-02-14 |
-
1981
- 1981-02-27 JP JP2694181A patent/JPS57143145A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4917694U (en) * | 1972-05-17 | 1974-02-14 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57143145A (en) | 1982-09-04 |
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