JPH0529781B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0529781B2 JPH0529781B2 JP12798885A JP12798885A JPH0529781B2 JP H0529781 B2 JPH0529781 B2 JP H0529781B2 JP 12798885 A JP12798885 A JP 12798885A JP 12798885 A JP12798885 A JP 12798885A JP H0529781 B2 JPH0529781 B2 JP H0529781B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- internal
- spool
- crown
- liner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- F02F3/20—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高出力デイーゼル機関のピストンに
関する。
関する。
最近の高性能デイーゼル機関は、低燃費化、高
出力化の傾向が著しい。このため一方では燃焼室
内の筒内圧力が上昇し、他方では燃焼室での発生
熱量の増大に伴つて温度分布が上昇する。すなわ
ち筒内圧力が増大するに伴つてガス圧による応力
が大きくなり、高サイクル疲労に耐えるためピス
トン主要部の板厚を厚くせざるを得ない。板厚を
厚くすればピストンの温度分布が高くなり、熱応
力が大きくなつて機関発、停に伴う熱疲労寿命が
充分でなかつたり、熱変形の過大および温度の高
さそのものに対するシリンダライナとの潤滑問題
が起つたりする。このためガス圧に対する板厚と
温度分布に対する板厚は相反する条件にある。最
近ではこれらの技術的問題を解決するため第３図
ａに示す外径支持形ピストンから第３図ｂの中支
え形ピストンまたは第３図ｃのポアクール形ピス
トンを採用するものである。
出力化の傾向が著しい。このため一方では燃焼室
内の筒内圧力が上昇し、他方では燃焼室での発生
熱量の増大に伴つて温度分布が上昇する。すなわ
ち筒内圧力が増大するに伴つてガス圧による応力
が大きくなり、高サイクル疲労に耐えるためピス
トン主要部の板厚を厚くせざるを得ない。板厚を
厚くすればピストンの温度分布が高くなり、熱応
力が大きくなつて機関発、停に伴う熱疲労寿命が
充分でなかつたり、熱変形の過大および温度の高
さそのものに対するシリンダライナとの潤滑問題
が起つたりする。このためガス圧に対する板厚と
温度分布に対する板厚は相反する条件にある。最
近ではこれらの技術的問題を解決するため第３図
ａに示す外径支持形ピストンから第３図ｂの中支
え形ピストンまたは第３図ｃのポアクール形ピス
トンを採用するものである。
ところが現在筒内圧は、最近の高性能エンジン
では110〜130Kg／cm2を採用しており、近い将来
180Kg／cm2にも達しようとしている。また大口径
エンジンであればある程、上記した技術的問題の
解決は困難であり、第３図ｂ，ｃに示すような構
造でも高級材料を使用せぬ限り成立が困難となつ
て来ている。
では110〜130Kg／cm2を採用しており、近い将来
180Kg／cm2にも達しようとしている。また大口径
エンジンであればある程、上記した技術的問題の
解決は困難であり、第３図ｂ，ｃに示すような構
造でも高級材料を使用せぬ限り成立が困難となつ
て来ている。
本発明の目的は前記従来装置の問題点を解消
し、近い将来出現が期待される高性能デイーゼル
機関に最適のピストンを提供するにある。
し、近い将来出現が期待される高性能デイーゼル
機関に最適のピストンを提供するにある。
本発明の内圧バランス形ピストンは、肉厚を出
来るだけ薄くしてピストンの熱負荷を低下させ、
ガス圧に耐えるピストンを実現するため、筒内圧
力とほぼバランスする内圧を自動的に作り出し
て、これをピストンクラウンの内側にかけるよう
な構造のピストンとした。この結果ピストンに作
用する爆発ガス圧力によりこのガス圧にほぼバラ
ンスする均等な液体圧がピストン内部に発生する
ため、ピストンを薄肉構造とすることができる。
なおこの際の作動油には冷却油を兼ねさせている
ため、ピストンの冷却が十分行われピストンの焼
付を防止することができる。
来るだけ薄くしてピストンの熱負荷を低下させ、
ガス圧に耐えるピストンを実現するため、筒内圧
力とほぼバランスする内圧を自動的に作り出し
て、これをピストンクラウンの内側にかけるよう
な構造のピストンとした。この結果ピストンに作
用する爆発ガス圧力によりこのガス圧にほぼバラ
ンスする均等な液体圧がピストン内部に発生する
ため、ピストンを薄肉構造とすることができる。
なおこの際の作動油には冷却油を兼ねさせている
ため、ピストンの冷却が十分行われピストンの焼
付を防止することができる。
以下第１図〜第２図を参照して本発明の１実施
例につき説明すると、１はピストンクラウン、２
はピストン棒１２の上端に一体に形成された内部
ピストン、３はスプリング、４はリングランド、
５はピストンクラウン１の下端に固着された内部
ライナ、６は内部ピストンの内周に摺動自在に嵌
入されたスプール、７，８はスプール６及び内部
ピストン２に夫々穿設された冷却油流入ポート、
９，１０は内部ライナ５及び内部ピストン２の周
部に夫々形成された冷却油吐出ポート、１１は冷
却油吐出加減弁、１３はピストンクラウン１の内
部に形成された加圧流体室である。
例につき説明すると、１はピストンクラウン、２
はピストン棒１２の上端に一体に形成された内部
ピストン、３はスプリング、４はリングランド、
５はピストンクラウン１の下端に固着された内部
ライナ、６は内部ピストンの内周に摺動自在に嵌
入されたスプール、７，８はスプール６及び内部
ピストン２に夫々穿設された冷却油流入ポート、
９，１０は内部ライナ５及び内部ピストン２の周
部に夫々形成された冷却油吐出ポート、１１は冷
却油吐出加減弁、１３はピストンクラウン１の内
部に形成された加圧流体室である。
第１図において、ピストンクラウン１の外周に
は燃焼圧力Poが働き、ピストンクラウン１の内
側には内部ピストン２と内部ライナ５によつて作
られる内圧Piがあり、このPiは機関出力によつて
決まるPoとほぼバランスするようにしている。
PoとPiの差の分の強度は、ピストンクラウン１
およびスプリング３で補われることにより強度は
確保される。なおスプリング３を装着する一つの
目的は、Po，Piのバランスに何か異常が生じた
時の安全確保のため（Pi０のときを想定）であ
り、ピストンクラウン１とスプリング３、内部ピ
ストン２のみで機関出力の50〜70％以下の出力に
耐えるように設計されている。
は燃焼圧力Poが働き、ピストンクラウン１の内
側には内部ピストン２と内部ライナ５によつて作
られる内圧Piがあり、このPiは機関出力によつて
決まるPoとほぼバランスするようにしている。
PoとPiの差の分の強度は、ピストンクラウン１
およびスプリング３で補われることにより強度は
確保される。なおスプリング３を装着する一つの
目的は、Po，Piのバランスに何か異常が生じた
時の安全確保のため（Pi０のときを想定）であ
り、ピストンクラウン１とスプリング３、内部ピ
ストン２のみで機関出力の50〜70％以下の出力に
耐えるように設計されている。
機関の正常稼働時には、上述のバランスした
Po−Piのガス圧変動に耐えるだけの強度をピス
トンクラウン１とスプリング３に受持たせればよ
いので、ピストン主要部の板厚を極めて薄くする
ことが出来、熱負荷に対する耐久性にきわめて有
利である。また、このピストンにおいては、従来
のピストンに生じていた異常変形が無くなり、リ
ングおよびシリンダライナの異常摩耗やリングの
折損の原因となつていた前記異状変形が均等なピ
ストン内圧Piの作用によりなだらかな変形となる
ことにより、上記トラブルを解消させることがで
きる。
Po−Piのガス圧変動に耐えるだけの強度をピス
トンクラウン１とスプリング３に受持たせればよ
いので、ピストン主要部の板厚を極めて薄くする
ことが出来、熱負荷に対する耐久性にきわめて有
利である。また、このピストンにおいては、従来
のピストンに生じていた異常変形が無くなり、リ
ングおよびシリンダライナの異常摩耗やリングの
折損の原因となつていた前記異状変形が均等なピ
ストン内圧Piの作用によりなだらかな変形となる
ことにより、上記トラブルを解消させることがで
きる。
又上記作動油は圧力バランス作用と共にピスト
ンの冷却用も兼ねさせており、図の矢印は油の流
れ方向を示す。内部ピストン２の下方延長部がピ
ストン棒１２と一体化され、図示しないクロスヘ
ツドを経てクランク軸に連結されている。この内
部ピストン２は中空となつており、この中空部を
通つた冷却油は、スプール６に形成された冷却油
流入ポート７と、これと外装して摺動している内
部ピストン２側の冷却油流入ポート８とが連通し
たタイミングのみピストンクラウン１の中に冷却
油が流入する。この冷却油は油圧Piを発生する作
用及び冷却媒体の作用を果たした後、内部ライナ
５の外周側〓間を通り、さらに冷却油吐出ポート
９および内部ピストン２側の冷却油吐出ポート１
０を通つて、冷却油吐出加減弁１１でコントロー
ルされた後、図示しない機関本体の潤滑油溜りに
戻り、再び潤滑油ポンプによりブーストをかけら
れ以上の循環を繰り返す。なお上記作動油として
は潤滑油を使用するのが妥当である。
ンの冷却用も兼ねさせており、図の矢印は油の流
れ方向を示す。内部ピストン２の下方延長部がピ
ストン棒１２と一体化され、図示しないクロスヘ
ツドを経てクランク軸に連結されている。この内
部ピストン２は中空となつており、この中空部を
通つた冷却油は、スプール６に形成された冷却油
流入ポート７と、これと外装して摺動している内
部ピストン２側の冷却油流入ポート８とが連通し
たタイミングのみピストンクラウン１の中に冷却
油が流入する。この冷却油は油圧Piを発生する作
用及び冷却媒体の作用を果たした後、内部ライナ
５の外周側〓間を通り、さらに冷却油吐出ポート
９および内部ピストン２側の冷却油吐出ポート１
０を通つて、冷却油吐出加減弁１１でコントロー
ルされた後、図示しない機関本体の潤滑油溜りに
戻り、再び潤滑油ポンプによりブーストをかけら
れ以上の循環を繰り返す。なお上記作動油として
は潤滑油を使用するのが妥当である。
次に上記実施例において冷却油流入ポート７，
８ならびに冷却吐出ポート９，１０の開閉タイミ
ングについて説明する。
８ならびに冷却吐出ポート９，１０の開閉タイミ
ングについて説明する。
第２図において、Ａはクランク角と筒内圧力
Poの関係線図である。ピストンがTDCを過ぎて
少し経過したとき燃料が燃焼して筒内圧Poは最
大となる。クランク角180°付近のBDCでは掃気ポ
ートが開くため、前記Poが掃気圧まで低下する。
Poの関係線図である。ピストンがTDCを過ぎて
少し経過したとき燃料が燃焼して筒内圧Poは最
大となる。クランク角180°付近のBDCでは掃気ポ
ートが開くため、前記Poが掃気圧まで低下する。
次にＢはスプール６に対する内部ピストン変位
を示したものである。第１図に示すように、ピス
トンクラウン１とスプリング３とが直列に設けら
れているので、この変位と筒内圧力Poとはほぼ
比例した値となる。又内部ピストン２の動きが冷
却油流入ポート７および８ならびに冷却油吐出ポ
ート９および１０の導通を決定することになる。
を示したものである。第１図に示すように、ピス
トンクラウン１とスプリング３とが直列に設けら
れているので、この変位と筒内圧力Poとはほぼ
比例した値となる。又内部ピストン２の動きが冷
却油流入ポート７および８ならびに冷却油吐出ポ
ート９および１０の導通を決定することになる。
このタイミングを示したのが第２図の横軸に平
行なハツチングを入れた直線であつて、横軸をク
ランク角、縦軸を内部ピストン変位として図示さ
れている。Ｄ〜Ｅは冷却油吐出ポート９，１０開
の範囲を示し、Ｄ〜Ｆは冷却油流入ポート７，８
開のタイミングを示す。安全のためここでは１例
として油流入ポート７，８の開のタイミングを幅
広くとつている。
行なハツチングを入れた直線であつて、横軸をク
ランク角、縦軸を内部ピストン変位として図示さ
れている。Ｄ〜Ｅは冷却油吐出ポート９，１０開
の範囲を示し、Ｄ〜Ｆは冷却油流入ポート７，８
開のタイミングを示す。安全のためここでは１例
として油流入ポート７，８の開のタイミングを幅
広くとつている。
尚、冷却油流入ポート７，８の位置では、冷却
油にブースト圧が掛けられている。
油にブースト圧が掛けられている。
次に第１〜２図を参照し順を追つて説明する。
第２図Ｂ−の領域で第１Ａ図により説明する
と、クランク角0°（TDC）を過ぎPoが最大に達す
ると、内部ピストンは最も大きく変位し、流入ポ
ート７，８及び吐出ポート９，１０共に閉じられ
る（油の圧縮性とスプリング３の弾性に対応）。
この時にPiも又最大となりPoとPiとは外で内で
ほぼバランスする。このためピストンクラウン１
の主要部肉厚は薄く、このため温度分布も充分低
く妥当な温度にコントロールできる。次にD1〜
E1にクランク角が来た時の第２図の領域で第
１Ｂ図により説明すると、ここでは冷却油吐出ポ
ート９，１０が一致して開き、流体室１３内の油
が加減弁１１のコントロールを経て吐出される。
即ち、ピストンクラウン１の冷却を終つた油が排
出される。同時に冷却油流入ポート７，８も開と
なつており、冷却油ブースト圧とクラウンとスプ
リングの復元に伴う容積増大により低温の冷却油
がピストンクラウン１内に流入する。次にE1〜
E2、即ち第２図の領域で第１図により説明す
ると、ここでは冷却油吐出ポート９，１０は閉じ
る一方、流入ポート７，８はまだ開いており、
Poの低下に伴つてピストンクラウン１とスプリ
ング３の復元に伴うクラウン内容積の変化分だけ
低温の油が流入し続ける。
と、クランク角0°（TDC）を過ぎPoが最大に達す
ると、内部ピストンは最も大きく変位し、流入ポ
ート７，８及び吐出ポート９，１０共に閉じられ
る（油の圧縮性とスプリング３の弾性に対応）。
この時にPiも又最大となりPoとPiとは外で内で
ほぼバランスする。このためピストンクラウン１
の主要部肉厚は薄く、このため温度分布も充分低
く妥当な温度にコントロールできる。次にD1〜
E1にクランク角が来た時の第２図の領域で第
１Ｂ図により説明すると、ここでは冷却油吐出ポ
ート９，１０が一致して開き、流体室１３内の油
が加減弁１１のコントロールを経て吐出される。
即ち、ピストンクラウン１の冷却を終つた油が排
出される。同時に冷却油流入ポート７，８も開と
なつており、冷却油ブースト圧とクラウンとスプ
リングの復元に伴う容積増大により低温の冷却油
がピストンクラウン１内に流入する。次にE1〜
E2、即ち第２図の領域で第１図により説明す
ると、ここでは冷却油吐出ポート９，１０は閉じ
る一方、流入ポート７，８はまだ開いており、
Poの低下に伴つてピストンクラウン１とスプリ
ング３の復元に伴うクラウン内容積の変化分だけ
低温の油が流入し続ける。
次に第２図E2〜D2即ち同図の領域で第１Ｂ
図により説明すると、ここではピストンが上昇行
程となり、掃気ポートが閉じて筒内圧が上昇して
内部ピストン２の位置がE2まで来たときには、
流入ポート７，８は依然として開いているが吐出
ポート９，１０も開いていて、流体室１３の容積
が小さくなる分だけ高温の油が排出される。
図により説明すると、ここではピストンが上昇行
程となり、掃気ポートが閉じて筒内圧が上昇して
内部ピストン２の位置がE2まで来たときには、
流入ポート７，８は依然として開いているが吐出
ポート９，１０も開いていて、流体室１３の容積
が小さくなる分だけ高温の油が排出される。
次に、さらにクランク角が進み第２図D2に来
たとき、即ち同図の領域で第１Ａ図により説明
すると、ここでは、流入ポート７，８、吐出ポー
ト９，１０が共に閉じ、それ以後はクランク角が
進むに従つて内部ピストン２の変位が増加して、
加圧流体室１３内に閉じ込められた油は負荷で決
まるPoに対する内圧Piを発生し内圧バランスピ
ストンとして作動する。
たとき、即ち同図の領域で第１Ａ図により説明
すると、ここでは、流入ポート７，８、吐出ポー
ト９，１０が共に閉じ、それ以後はクランク角が
進むに従つて内部ピストン２の変位が増加して、
加圧流体室１３内に閉じ込められた油は負荷で決
まるPoに対する内圧Piを発生し内圧バランスピ
ストンとして作動する。
以上のように、本発明の内圧バランス形ピスト
ンは、外圧を内圧でバランスさせる機構を設けて
いるので、高性能デイーゼル機関に最適の、肉厚
が薄くて重量が軽く、かつ熱応力も小さい高性能
のピストンを提供することができる。
ンは、外圧を内圧でバランスさせる機構を設けて
いるので、高性能デイーゼル機関に最適の、肉厚
が薄くて重量が軽く、かつ熱応力も小さい高性能
のピストンを提供することができる。
第１図は本発明に係る内圧バランスピストンの
要部断面図、第１Ａ図、第１Ｂ図は作用説明図、
第２図は同ピストンの各種ポートの作用説明図、
第３図ａ〜ｃは従来形式のピストンクラウンの断
面図である。 １……ピストンクラウン、２……内部ピスト
ン、３……スプリング、５……内部ライナ、６…
…スプール、７，８……冷却油流入ポート、９，
１０……冷却油吐出ポート、１３……加圧流体
室。
要部断面図、第１Ａ図、第１Ｂ図は作用説明図、
第２図は同ピストンの各種ポートの作用説明図、
第３図ａ〜ｃは従来形式のピストンクラウンの断
面図である。 １……ピストンクラウン、２……内部ピスト
ン、３……スプリング、５……内部ライナ、６…
…スプール、７，８……冷却油流入ポート、９，
１０……冷却油吐出ポート、１３……加圧流体
室。
Claims (1)
- １ クロスヘツド型のピストン油冷却式エンジン
において；ピストンクラウン１のスカート部と一
体に形成された内部ライナ５と；このライナの内
周に嵌合しピストン棒と一体に形成された内部ピ
ストン２と、該内部ピストンの油路を兼ねたセン
タ穴に嵌入され上面がピストンクラウンの天井に
当接したスプール６と；このスプールに外嵌し底
面が内部ピストン２に、上面がピストンクラウン
天井部と当接して設けられた皿形のスプリング３
と；前記ピストンクラウン１、内部ライナ５、内
部ピストン２、スプール６により形成された加圧
流体室１３と；スプール６と内部ピストン２にそ
れぞれ設けられた冷却油流入ポート７，８と；内
部ピストン２と内部ライナ５にそれぞれ設けられ
た冷却水吐出ポート９，１０とを有してなる内圧
バランス形ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12798885A JPS61286555A (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 内圧バランス形ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12798885A JPS61286555A (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 内圧バランス形ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61286555A JPS61286555A (ja) | 1986-12-17 |
| JPH0529781B2 true JPH0529781B2 (ja) | 1993-05-06 |
Family
ID=14973669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12798885A Granted JPS61286555A (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 内圧バランス形ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61286555A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10022035A1 (de) | 2000-05-05 | 2001-11-08 | Mahle Gmbh | Verbrennungsmotor mit einem gebauten Kolben |
| JP4624373B2 (ja) * | 2007-03-20 | 2011-02-02 | 三井造船株式会社 | 内燃機関のピストン冷却金物 |
-
1985
- 1985-06-14 JP JP12798885A patent/JPS61286555A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61286555A (ja) | 1986-12-17 |
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