JPH0666200A - Hybrid piston for high-temperature engine - Google Patents
Hybrid piston for high-temperature engineInfo
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- JPH0666200A JPH0666200A JP20048391A JP20048391A JPH0666200A JP H0666200 A JPH0666200 A JP H0666200A JP 20048391 A JP20048391 A JP 20048391A JP 20048391 A JP20048391 A JP 20048391A JP H0666200 A JPH0666200 A JP H0666200A
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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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、従来の液体潤滑剤に対
しては高すぎる温度で作動するエンジンのためのピスト
ンに関する。This invention relates to pistons for engines that operate at temperatures that are too high for conventional liquid lubricants.
【0002】[0002]
【従来の技術】内燃エンジンの作動温度を高くするのが
望ましい。何故ならば、一般に作動温度が高い程、燃料
の消費効率が高く、エミッションが減少し、水なしの非
冷却作動の可能性が生ずるからである。エンジンの高い
温度は、一般にエンジンの燃焼室の表面を断熱すること
により得られる。然しながら、もしもエンジンの作動温
度が約177 ℃(355°F)まで上昇すれば、従来の有機質の
液体潤滑剤は燃焼し始めてブレークダウンし、シリンダ
壁上とリングの溝にスラッジの堆積物を形成する。これ
らの堆積物は、シリンダ、ピストン及びピストンリング
上の摩耗を増大させ、ライナのこすりとリングの固着を
引き起こす。ポリエステルベースの液体潤滑剤は316 ℃
(600°F)までの温度に耐えることができるが、より高い
作動温度を得るのが望ましい。液体潤滑剤のブレークダ
ウンを最少にしながら高いエンジン作動温度を得る1つ
の方法は、第4図で示すように、ピストン頂部の温度が
ピストン底部の温度より常に高いという事実を利用する
ことである。その理由は、ピストンの頂部はシリンダ内
の燃焼室により直接に加熱され、他方、ピストンの底部
は、ピストンの中間部分により幾らか「断熱(絶縁)」
され、ピストンの底部にはねかかる油で冷却されるから
である。第3図に示すように、シリンダライナの軸線長
さに沿って頂部リング反転点(TRR点)から温度が急
速に低下する。従って、1つの解決法は、通常はピスト
ンの上部周囲に配置されるピストンリングを除去するこ
とである。このうよなピストンは第4図に示されてい
る。この解決法が有効に働くためには、ピストンの下部
周囲(下方リングパック)に油制御リングを設け、油が
ピストンの上部周囲に達しないようにしなければならな
い。この技術により、液体潤滑剤が熱いピストンの上部
周囲に達することが防止される。ピストンの上部周囲に
は液体潤滑剤が存在しないので、高温でエンジンを作動
することが可能である。理論上、頂部リング反転(TR
R)点(下降したピストンパック内)におけるピストン
リングの温度は、液体潤滑剤のブレークダウンを防ぐよ
うに十分に低い。然しながら、単に上方ピストンリング
を除去するだけでは他の問題が生ずる。即ち、ピストン
とシリンダとの間でピストンの上部周囲のまわりにより
大きい環状のエアギャップが形成されるという問題が生
ずる。このデッドエアスペースは、空気の利用を悪く
し、その結果、不十分なエミッションとブレーキ比燃料
消費量の不足をもたらす。より高い作動温度を達成する
もう1つの方法は、液体潤滑剤を完全に除去し、その代
わりに固体潤滑剤を用いることである。固体潤滑剤はよ
り高い温度に耐えることができ、ピストンリングの表面
上及びシリンダ壁の表面上に配置することができる。こ
のうよな固体潤滑剤の例として、高密度化された酸化ク
ロム、ステライト1及びステライト6(ゴセンのストウ
ーディ デロロ ステライト インコーポレーテッドか
ら入手)、ハステロイX綱(ウエスト ヴァージニア、
ハンティントンのインコ アロイズ インタナショナル
から入手)、トライボリ綱(ニューヨーク、ロングアイ
ドのメトコ インコーポレーテッドから入手)、モリブ
デン、酸化鉛又はチタンと合金された銅、及び銅又はモ
リブデンと合金にされた弗化リチウムが挙げられる。米
国特許第3675,738号は、シリンダ壁と係合する弗化カル
シウム製の固体潤滑剤円板を有するピストンを開示して
いる。米国特許第3,890,950 号は、グラファイト製のシ
リンダ係合表面を有するピストンを開示している。乾燥
潤滑剤の1つの利点は、油の消費から生ずる粒子の排出
物がなくなることである。このような固体潤滑剤の欠点
は、高い摩擦係数(0.20 〜0.50)を有することである。
これは、液体潤滑剤の摩擦係数(約0.04)よりはるかに
高い。もう1つの欠点は、固定潤滑剤単独の高い摩耗率
である。従って、液体潤滑剤の低摩擦と長寿命及び固体
潤滑剤の耐高温能力を同時に満足させるようなピストン
系統を得ることが望ましい。液体潤滑されるエンジンに
おいては、固体潤滑剤を燃焼室内へ導入して摩擦を更に
減少させることも知られている。米国特許第3,994,697
号は金属と二硫化モリブデンのような金属塩とからなる
ペレットを開示しており、このペレットは、ガスタンク
内に置かれるとき溶融して金属塩の固体潤滑剤を燃料系
統を通して燃焼室へ導入する。これは、金属成分の表面
の凹凸を満たして平滑にする固体潤滑剤により摩擦を減
少させるものと思われる。また液体潤滑剤と固体潤滑剤
を組み合わせて米国特許第4,127,491 号、第4,284,518
号、及び第4,349,444 号に開示されているような単一組
成物にすることも知られている。液体と固体の潤滑剤を
同時に使用すると或る場合には摩擦を減少させるかも知
れないけれども、これらの潤滑剤では、エンジン作動温
度を上述の限界以上に高めることはできない。最近、NA
SAのH.E.Sliney氏は固体潤滑材料(PS212) を開発し、こ
の材料がスターリングエンジンにおいてテストされた。
この"PS212" 材料は、ステライト6Bに対して摩擦するCr
C2のマトリックス内にAg、CaF2、及びBaF2を包合する。
(Journal of Vacuum Science and Technology 、Vol 4
、No.6l、Nov/Dec 、1986参照)。It is desirable to increase the operating temperature of internal combustion engines. This is because, in general, the higher the operating temperature, the higher the fuel consumption efficiency, the less emission, and the possibility of non-cooling operation without water. High engine temperatures are generally obtained by insulating the surfaces of the engine combustion chambers. However, if the engine operating temperature rises to about 355 ° F (177 ° C), conventional organic liquid lubricants begin to burn and break down, forming sludge deposits on the cylinder walls and in the ring grooves. To do. These deposits increase wear on the cylinders, pistons and piston rings, causing liner rubbing and ring sticking. 316 ° C for polyester-based liquid lubricants
It can withstand temperatures up to (600 ° F), but it is desirable to obtain higher operating temperatures. One way to obtain high engine operating temperature while minimizing liquid lubricant breakdown is to take advantage of the fact that the piston top temperature is always higher than the piston bottom temperature, as shown in FIG. The reason is that the top of the piston is directly heated by the combustion chamber in the cylinder, while the bottom of the piston is somewhat "insulated" by the middle part of the piston.
This is because the oil is cooled by the oil splashing on the bottom of the piston. As shown in FIG. 3, the temperature drops rapidly along the axial length of the cylinder liner from the top ring reversal point (TRR point). Therefore, one solution is to remove the piston ring, which is usually located around the top of the piston. This undulating piston is shown in FIG. In order for this solution to work, an oil control ring must be provided around the lower part of the piston (lower ring pack) to prevent oil from reaching the upper part of the piston. This technique prevents liquid lubricant from reaching around the top of the hot piston. Since there is no liquid lubricant around the top of the piston, it is possible to operate the engine at high temperatures. In theory, top ring inversion (TR
The temperature of the piston ring at point R (in the lowered piston pack) is low enough to prevent breakdown of the liquid lubricant. However, simply removing the upper piston ring presents other problems. That is, a problem arises in that a larger annular air gap is formed between the piston and the cylinder around the upper circumference of the piston. This dead air space results in poor air utilization, resulting in poor emissions and lack of brake specific fuel consumption. Another way to achieve higher operating temperatures is to completely remove the liquid lubricant and replace it with a solid lubricant. Solid lubricants can withstand higher temperatures and can be placed on the surface of the piston ring and on the surface of the cylinder wall. Examples of such solid lubricants include densified chromium oxide, Stellite 1 and Stellite 6 (obtained from Goshen's Stoudi Deloro Stellite Inc.), Hastelloy X Class (West Virginia, West Virginia,
Huntington's Incoalloys International), Triboli (from Metco Incorporated, Longeye, NY), copper alloyed with molybdenum, lead oxide or titanium, and lithium fluoride alloyed with copper or molybdenum. Can be mentioned. U.S. Pat. No. 3,675,738 discloses a piston having a solid lubricant disc made of calcium fluoride which engages the cylinder wall. U.S. Pat. No. 3,890,950 discloses a piston having a cylinder-engaging surface made of graphite. One advantage of dry lubricants is the elimination of particulate emissions resulting from oil consumption. The disadvantage of such solid lubricants is that they have a high coefficient of friction (0.20 to 0.50).
This is much higher than the coefficient of friction of liquid lubricants (about 0.04). Another drawback is the high wear rate of fixed lubricants alone. Therefore, it is desirable to have a piston system that simultaneously satisfies the low friction and long life of a liquid lubricant and the high temperature resistance of a solid lubricant. In liquid lubricated engines, it is also known to introduce a solid lubricant into the combustion chamber to further reduce friction. U.S. Pat.No. 3,994,697
U.S. Pat. No. 4,968,961 discloses a pellet consisting of a metal and a metal salt such as molybdenum disulfide, which pellet melts when placed in a gas tank to introduce a solid lubricant of the metal salt into the combustion chamber through the fuel system. . This is believed to reduce friction with a solid lubricant that fills the surface irregularities of the metal component and smoothes it. In addition, liquid lubricants and solid lubricants have been combined to form U.S. Pat. Nos. 4,127,491 and 4,284,518.
No. 4,349,444, and it is also known to make a single composition. Although the use of liquid and solid lubricants at the same time may reduce friction in some cases, these lubricants do not allow the engine operating temperature to be raised above the above limits. Recently NA
SA HESliney has developed a solid lubricant material (PS212) that has been tested in a Stirling engine.
This "PS212" material rubs against Stellite 6B Cr
Ag, CaF 2 , and BaF 2 are included in the C 2 matrix.
(Journal of Vacuum Science and Technology, Vol 4
, No. 6l, Nov / Dec, 1986).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的
は、ピストンのトップリング反転(TRR)点における
温度がポリエステルベースの液体潤滑剤のブレークダウ
ン温度(約316 ℃(600°F)) より高いようなピストンを
提供することである。本発明のもう1つの目的は、固体
潤滑剤の摩擦係数より小さくかつ液体潤滑剤の摩擦係数
に匹敵しうる摩擦係数を有するシリンダ係合表面を備え
たピストンを提供することである。本発明のもう1つの
目的は、トップピストンリングの上方におけるピストン
の周りの環状のデッドエアスペースを最少にするピスト
ンを提供することである。本発明のもう1つの目的は、
固体潤滑剤と液体潤滑剤の両方を利用しうるエンジンを
提供することである。本発明のもう1つの目的は、トッ
プピストンライナー部分に乾燥した潤滑剤の領域を設け
て、油の燃焼による微粒子排出物を最少にすることであ
る。本発明の他の目的と利点は、好ましい実施態様につ
いての以下の説明から当業者に明らかになるであろう。SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is that the temperature at the piston top ring reversal (TRR) point is less than the breakdown temperature of polyester based liquid lubricants (about 316 ° C (600 ° F)). To provide a piston that is expensive. Another object of the present invention is to provide a piston with a cylinder engaging surface that has a coefficient of friction less than that of a solid lubricant and comparable to that of a liquid lubricant. Another object of the invention is to provide a piston that minimizes the annular dead air space around the piston above the top piston ring. Another object of the present invention is to
An object is to provide an engine that can utilize both solid and liquid lubricants. Another object of the present invention is to provide a region of dry lubricant in the top piston liner section to minimize particulate emissions from oil combustion. Other objects and advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following description of the preferred embodiments.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、上方部分と下
方部分とを有するピストンを包合する。上方部分は、固
体潤滑材料からなる(ピストンリングのような)シリン
ダ係合表面を備えている。下方部分は、液体潤滑剤制御
手段からなるシリンダ係合表面を備えている。上方と下
方のシリンダ係合表面の間の距離は、通常のエンジン運
転中少なくとも93℃(200°F)の温度差を与えるのに十分
な大きさである。これは、トップリング反転点における
シリンダライナの温度が液体潤滑剤のブレークダウン温
度以上の温度にあるとき、ボトムリング反転(BRR)
点におけるシリンダの温度を液体潤滑剤のブレークダウ
ン温度以下の温度に維持するのに適当である。所望の温
度差は、ピストンの頂部乾燥領域と下方湿潤領域との間
の絶縁(断熱)の程度により設計することができる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes a piston having an upper portion and a lower portion. The upper portion comprises a cylinder engaging surface (such as a piston ring) made of solid lubricating material. The lower portion is provided with a cylinder engaging surface which comprises liquid lubricant control means. The distance between the upper and lower cylinder engaging surfaces is large enough to provide a temperature difference of at least 200 ° F (93 ° C) during normal engine operation. This is the bottom ring reversal (BRR) when the temperature of the cylinder liner at the top ring reversal point is above the breakdown temperature of the liquid lubricant.
It is suitable to maintain the temperature of the cylinder at the point below the breakdown temperature of the liquid lubricant. The desired temperature difference can be designed by the degree of insulation (insulation) between the top dry area and the lower wet area of the piston.
【0005】[0005]
【実施例】図1図参照すると、シリンダ11(シリンダラ
イラ12を含む)と、往復動ピストン13とシリンダヘッド
14と、弁フェース15とを備えたエンジンの燃焼室が開示
されている。この実施態様に適当なエンジンは、130.22
mm(5.125インチ) のボアと、165.1mm(6.5 インチ) のス
トロークと、2.2 リットル(134.1立方インチ) の変位量
と、16.5対1の圧縮比とを有する公知の1Y73カタピラで
ある。燃焼室の全部又はその一部は、米国特許第4,852,
542 号に開示されているような耐火性酸化物被覆を用い
て断熱するのがよい。ピストン13は、第5図に示すよう
なアーティキュレーテッド ピストンであるのが好まし
く、窒化珪素、チタン又は他の低熱伝導性材料で作られ
たピストンクラウン16と鋳鉄製ピストンスカート17とか
ら構成されていて、これらは耐熱合金製のボルト18、ナ
ット20及び皿ばね座金19で連結されている。セラミック
ファイバ製のガスケット21、22は、ピストンクラウン16
をピストン スカート17からシールし絶縁(断熱)して
いる。第1図に示すピストンはそのストロークの頂部に
あり、シリンダ11内でのトップリング反転(TRR)点
は25として指示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, a cylinder 11 (including a cylinder liner 12), a reciprocating piston 13 and a cylinder head.
A combustion chamber of an engine is disclosed that includes 14 and a valve face 15. A suitable engine for this embodiment is 130.22.
A well-known 1Y73 caterpillar with a bore of mm (5.125 inches), a stroke of 165.1 mm (6.5 inches), a displacement of 2.2 liters (134.1 cubic inches), and a compression ratio of 16.5 to 1. All or part of the combustion chamber is described in U.S. Pat.
Insulation may be provided using a refractory oxide coating as disclosed in 542. The piston 13 is preferably an articulated piston as shown in FIG. 5 and comprises a piston crown 16 made of silicon nitride, titanium or other low thermal conductivity material and a cast iron piston skirt 17. However, these are connected by a bolt 18, a nut 20 and a disc spring washer 19 made of a heat resistant alloy. Ceramic fiber gaskets 21 and 22 are used for piston crown 16
Is sealed (insulated) from the piston skirt 17. The piston shown in FIG. 1 is at the top of its stroke and the top ring reversal (TRR) point in cylinder 11 is designated as 25.
【0006】ピストン13の上方部分、即ちピストンクラ
ウン16は、一対の圧縮リング23、24を備えている。これ
らのピストンリングはM2綱製であって、シリンダライナ
12と係合する固体潤滑剤外側被覆を有する。固体潤滑剤
は、上述の固体潤滑剤の何れでもよく、周知の技術を用
いて適用することができる。ピストン13の下方部分は、
シリンダライナ12の表面と係合する油制御手段(即ち、
油制御ピストンリング26、27)を備えている。従来の油
ポンプ(図示せず)のような液体潤滑手段が、シリンダ
の下方領域29を経てピストン13の下方部分と連通してい
る。下方リング26のボトムリング反転(BRR)点は28
として指示されている。The upper portion of the piston 13, namely the piston crown 16, is provided with a pair of compression rings 23, 24. These piston rings are made of M2 steel and have a cylinder liner.
It has a solid lubricant outer coating that engages 12. The solid lubricant can be any of the solid lubricants described above and can be applied using well known techniques. The lower part of the piston 13
Oil control means that engage the surface of the cylinder liner 12 (i.e.,
Equipped with oil control piston rings 26, 27). Liquid lubrication means, such as a conventional oil pump (not shown), communicates with the lower portion of piston 13 via the lower region 29 of the cylinder. The bottom ring reversal (BRR) point of the lower ring 26 is 28.
As instructed.
【0007】本発明の重要な特徴は、上方リング23、24
がピストン13の中間部分31により下方リング26、27から
隔てられ、内燃エンジンに用いられたときこの中間部分
31が約93℃(200°F)の温度差を与えるのに十分な手段を
提供することである。この温度差のため、トップリング
23のTRR点におけるシリンダライナ12の温度が液体潤
滑剤のブレークダウン温度以上の温度にあるとき、BR
R点28におけるシリンダライナ12の温度を液体潤滑剤の
ブレークダウン温度以下の温度に維持することができ
る。An important feature of the present invention is that the upper rings 23, 24 are
Is separated from the lower rings 26, 27 by an intermediate portion 31 of the piston 13, which intermediate portion when used in an internal combustion engine.
31 is to provide sufficient means to provide a temperature difference of about 93 ° C (200 ° F). Due to this temperature difference, the top ring
When the temperature of the cylinder liner 12 at the TRR point of 23 is above the breakdown temperature of the liquid lubricant, BR
The temperature of the cylinder liner 12 at the R point 28 can be maintained below the breakdown temperature of the liquid lubricant.
【0008】もう1つのピストン設計は、第5図に示す
アーティキュレーテッドピストンである。熱いピストン
クラウン71がリストピン72に取付けられ、この同じリス
トピン72により冷たいピストンスカート73が取付けられ
ている。アーティキュレーテッドピストンの設計は、サ
イドスラストをもたず、従って上方ピストンリング76、
77への負荷を最少にする。このサイドスラストは下方の
ピストンスカート73で支持される。或るステンレス鋼、
チタニウム又はセラミックのような熱伝導性の低いリス
トピンを用いて、下方スカートを熱いピストンクラウン
から全く効果的に絶縁(断熱)し、上方ピストンリング
76、77と下方ピストンリング78、79との間に著しい温度
差を生じさせることができる。オイルデフレクタを用い
て、ピストンクラウン71の隙間とピストンスカート73と
の間のシリンダライナ上に油がかかるのを防ぐことがで
きる。Another piston design is the articulated piston shown in FIG. A hot piston crown 71 is attached to the wrist pin 72, with this same wrist pin 72 attaching a cold piston skirt 73. The articulated piston design has no side thrust and therefore the upper piston ring 76,
Minimize the load on 77. This side thrust is supported by the lower piston skirt 73. Some stainless steel,
A low thermal conductivity wrist pin such as titanium or ceramic is used to completely insulate (insulate) the lower skirt from the hot piston crown and the upper piston ring
Significant temperature differences can be created between 76, 77 and lower piston rings 78, 79. An oil deflector can be used to prevent oil from splashing on the cylinder liner between the piston crown 71 gap and the piston skirt 73.
【0009】図2は、シリンダ内の頂部41と底部40のデ
ッドセンタ位置にある本発明のピストンを示す合成図で
ある。これらの位置の間の距離は、シリンダ内でのピス
トンのストロークである。シリンダ内のトップリング移
動領域は42として示され、ボトムリング移動領域は43と
して示されている。ボトムリング26、27のみが液体潤滑
剤で潤滑されるので、43で示すシリンダの部分は油膜を
有し、他方44で示す部分はほぼ乾燥したままである。ほ
ぼ乾燥した領域44は、少量の油が下方領域43から掻き入
れられる下方部分46を有する。この潤滑剤の膜は熱い乾
燥した領域44内で焼かれ、高温エンジン作動中、(液体
潤滑剤に比較して)低い摩擦の膜を形成する。FIG. 2 is a composite view showing the piston of the present invention in the dead center position of the top 41 and bottom 40 within the cylinder. The distance between these positions is the stroke of the piston in the cylinder. The top ring movement area in the cylinder is shown as 42 and the bottom ring movement area is shown as 43. Since only the bottom rings 26, 27 are lubricated with a liquid lubricant, the part of the cylinder indicated by 43 has an oil film, while the part indicated by 44 remains substantially dry. The substantially dry region 44 has a lower portion 46 in which a small amount of oil is scraped from the lower region 43. This lubricant film is baked in the hot, dry region 44 to form a low friction film (compared to liquid lubricants) during high temperature engine operation.
【0010】シリンダの乾燥領域44は乾燥したままであ
るので、液体潤滑剤のブレーキダウン点以上の温度に耐
えることができる。上方リング23、24は固体潤滑剤のみ
を用いるので、これらの温度に耐えることができ、それ
故ピストンの頂部の近くに配置してデッドエアスペース
を最少にすると共に乾燥状態で作動することができ、従
って、空気の利用、排出特性及びブレーキの比燃料消費
量を改善することができる。ボトムリング26、27に対す
る液体潤滑剤の使用により、トップリングとボトムリン
グの両方に固体潤滑剤のみを用いる場合と比較して、エ
ンジンに対する摩擦係数を減少させることができる。Since the dry area 44 of the cylinder remains dry, it can withstand temperatures above the brake down point of the liquid lubricant. Since the upper rings 23, 24 use only solid lubricants, they can withstand these temperatures and therefore can be placed near the top of the piston to minimize dead air space and operate dry. Therefore, the utilization of air, the exhaust characteristics and the specific fuel consumption of the brake can be improved. The use of liquid lubricant for the bottom rings 26, 27 can reduce the coefficient of friction for the engine compared to using only solid lubricant for both the top and bottom rings.
【0011】本発明の基礎にある考え方は、図3を参照
して理解することができる。図3は、燃焼室の頂部から
の種々の距離において図2に44として示した領域におけ
る絶縁されたシリンダライナの予期されるピーク温度を
示すグラフである。シリンダ表面において測定された燃
焼室の温度は一定でない。この温度は、燃焼が起こるシ
リンダ頂部において、より熱い。この温度は、シリンダ
の頂部からの距離が増大するにつれて急速に低下する。The idea underlying the present invention can be understood with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the expected peak temperature of the insulated cylinder liner in the region shown as 44 in FIG. 2 at various distances from the top of the combustion chamber. The combustion chamber temperature measured at the cylinder surface is not constant. This temperature is hotter at the top of the cylinder where combustion occurs. This temperature drops rapidly as the distance from the top of the cylinder increases.
【0012】線51は、TRR点において1300°F(704
℃) のピーク温度を達成するように断熱されたエンジン
に対する温度を示し、線52は、TRR点において1100°
F(593℃) のピーク温度を達成するように断熱されたエ
ンジンに対する温度を示す。本発明に従って修正された
1Y73カタピラエンジンにあっては、TRR点はシリンダ
頂部から0.788 インチ(20mm)の所にあり、BRR点はシ
リンダ(図3に示されていない)頂部から5.906 インチ
(150mm) の所にある。図3から明らかなように、ポリエ
ステルベースの液体潤滑剤のブレークダウン温度600 °
F(316 ℃) は、シリンダの頂部から約3.5 インチ(89mm)
の所にある。然しながら、この位置はBRR点(図2の
領域43の頂部) の上方約2.4 インチ(61mm)にあり、この
位置では油膜が生じ、従って油は、潤滑剤のブレークダ
ウンを引き起こすほど十分に高い温度にさらされない。Line 51 is 1300 ° F (704) at the TRR point.
Temperature for an engine insulated to achieve a peak temperature of (° C.), Line 52 is 1100 ° at the TRR point.
The temperature is given for an engine that is insulated to achieve a peak temperature of F (593 ° C). Modified according to the invention
For the 1Y73 Cataplar engine, the TRR point is 0.788 inches (20mm) from the top of the cylinder and the BRR point is 5.906 inches from the top of the cylinder (not shown in Figure 3).
It is located at (150 mm). As can be seen from Fig. 3, the breakdown temperature of the polyester-based liquid lubricant is 600 °.
F (316 ° C) is approximately 3.5 inches (89 mm) from the top of the cylinder
It is in place. However, this location is about 2.4 inches (61 mm) above the BRR point (top of region 43 in FIG. 2), where an oil slick develops, so that the oil is at a temperature high enough to cause lubricant breakdown. Not exposed to
【0013】図3の右手部分から明らかなように、シリ
ンダブロック11とシリンダライナ12の温度は、シリンダ
の頂部からの距離が増大するにつれて、そしてシリンダ
表面からの距離が増大するにつれて低下する。As is apparent from the right hand portion of FIG. 3, the temperature of the cylinder block 11 and the cylinder liner 12 decreases with increasing distance from the top of the cylinder and with increasing distance from the cylinder surface.
【0014】上述の構成に多くの変更を施すことがで
き、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発
明の種々の実施態様を作ることができる。例えば、本発
明は、アーティキュレーテッドピストン又は複合ピスト
ンの何れにおいても用いることができ、乾燥潤滑剤で被
覆された上述のピストンリングを、米国特許第3,675,73
8 号に開示されているような固体潤滑剤の円板で置き換
えることができる。更にシリンダの表面を乾燥潤滑剤で
被覆することもできる。従って、上述の説明中に含まれ
又は添付図面に示されたすべての事項は、本発明の例示
として解釈されるべきであって限定を意味するものでな
いことが意図される。Many modifications may be made to the above configuration to make various embodiments of the invention without departing from the spirit or scope of the invention. For example, the present invention can be used in either an articulated piston or a compound piston and is described in U.S. Pat.
It can be replaced by a disk of solid lubricant as disclosed in No. 8. Further, the surface of the cylinder can be coated with a dry lubricant. Therefore, it is intended that all matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings shall be interpreted as illustrative of the invention and not in limitation.
【図1】本発明のピストンを示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view showing a piston of the present invention.
【図2】シリンダ内の頂部デッドセンタ位置と底部デッ
ドセンタ位置にある本発明のピストンを示す部分断面図
である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the piston of the present invention in a top dead center position and a bottom dead center position within the cylinder.
【図3】燃焼室の頂部からの種々の深さと距離における
断熱されたシリンダライナの計算上のピーク温度を示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing calculated peak temperature of an insulated cylinder liner at various depths and distances from the top of the combustion chamber.
【図4】従来技術のピストンの断面図で、高温エンジン
内で用いたならばピストンクラウン内の温度分布がどう
なるかを示す。FIG. 4 is a cross-sectional view of a prior art piston showing what the temperature distribution in a piston crown would be if used in a high temperature engine.
【図5】サイドスラストを最少にするように設計された
本発明によるアーティキュレーテッド2ピースピストン
の他の実施態様を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of an articulated two-piece piston according to the present invention designed to minimize side thrust.
13 ピストン 16 上方部分(ピストンクラウン) 17 下方部分(ピストンスカート) 12 シリンダライナ 25 トップリング反転点 28 ボトムリング反転点 13 Piston 16 Upper part (piston crown) 17 Lower part (piston skirt) 12 Cylinder liner 25 Top ring reversal point 28 Bottom ring reversal point
Claims (10)
本体を備え、前記上方部分は固体潤滑剤材料からなるシ
リンダ係合表面を備え、前記下方ピストン部分は液体油
滑剤制御手段を含むシリンダ係合表面を備えたこと、を
特徴とするピストン。1. A cylinder engagement surface comprising a piston body having an upper portion and a lower portion, the upper portion comprising a cylinder engaging surface of solid lubricant material, the lower piston portion including liquid oil lubricant control means. A piston characterized by having a surface.
面と下方ピストン部分のシリンダ係合表面とは、内燃エ
ンジン内で用いるとき少なくとも93℃(200°F)の温度差
を与えるのに十分な距離だけ隔てられていることを特徴
とする請求項1に記載のピストン。2. The cylinder engaging surface of the upper piston portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion are a distance sufficient to provide a temperature difference of at least 200 ° F. (93 ° C.) when used in an internal combustion engine. The piston of claim 1, wherein the pistons are spaced apart.
面と下方ピストン部分のシリンダ係合表面とは、トップ
リング反転点におけるシリンダの温度が液体潤滑剤のブ
レークダウン温度以上の温度にあるとき、ボトムリング
反転点におけるシリンダの温度を液体潤滑剤のブレーク
ダウン温度以下の温度に維持するのに十分な距離だけ隔
てられていること、を特徴とする請求項項1記載のピス
トン。3. The cylinder engaging surface of the upper piston portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion have a bottom when the temperature of the cylinder at the top ring reversal point is equal to or higher than the breakdown temperature of the liquid lubricant. A piston according to claim 1, wherein the pistons are separated by a distance sufficient to maintain the temperature of the cylinders at the ring reversal point below the breakdown temperature of the liquid lubricant.
ダ内でストロークする往復動ピストンとを備えたエンジ
ンであって、前記ピストンは上方部分と下方部分とを有
し、前記上方ピストン部分は固体潤滑剤材料からなるシ
リンダ係合表面を有し、前記下方ピストン部分は液体潤
滑剤制御手段を備えたシリンダ係合表面を有し、前記エ
ンジンは、前記ピストンの下方部分と連通する液体潤滑
装置を備えていること、を特徴とするエンジン。4. An engine having a combustion chamber having a cylinder and a reciprocating piston that strokes in the cylinder, the piston having an upper portion and a lower portion, the upper piston portion being solid. A cylinder engaging surface made of a lubricant material, the lower piston portion having a cylinder engaging surface with liquid lubricant control means, the engine comprising a liquid lubrication device in communication with the lower portion of the piston. An engine characterized by being equipped.
面と前記下方ピストン部分のシリンダ係合表面とは、内
燃エンジン内で用いられたとき少なくとも93℃(200°F)
の温度差を与えるのに十分な距離だけ隔てられているこ
と、を特徴とする請求項4に記載のエンジン。5. The cylinder engaging surface of the upper piston portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion are at least 93 ° C. (200 ° F.) when used in an internal combustion engine.
5. The engine of claim 4, separated by a distance sufficient to provide a temperature difference of
面と下方ピストン部分のシリンダ係合表面とは、トップ
リング反転点におけるシリンダの温度が液体潤滑剤のブ
レークダウン温度以上の温度にあるとき、ボトムリング
反転点におけるシリンダの温度を液体潤滑剤のブレーク
ダウン温度以下の温度に維持するのに十分な距離だけ隔
てられていること、を特徴とする請求項4に記載のエン
ジン。6. The cylinder engaging surface of the upper piston portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion have a bottom when the temperature of the cylinder at the top ring reversal point is equal to or higher than the breakdown temperature of the liquid lubricant. The engine of claim 4, wherein the cylinders are separated by a distance sufficient to maintain the temperature of the cylinders at the ring reversal point below the breakdown temperature of the liquid lubricant.
れていること、を特徴とする請求項4に記載のエンジ
ン。7. The engine according to claim 4, wherein at least a part of the combustion chamber is thermally insulated.
ストンを内設したシリンダを備えた内燃エンジンの作動
方法において;前記上方ピストン部分に固体潤滑剤から
なるシリンダ係合表面を設ける段階と;前記下方ピスト
ン部分に液体潤滑剤制御手段からなるシリンダ係合表面
を設ける段階と;を含むことを特徴とする内燃エンジン
の作動方法。8. A method of operating an internal combustion engine comprising a cylinder having a reciprocating piston therein having an upper portion and a lower portion; providing a cylinder engaging surface of solid lubricant in the upper piston portion. Providing the lower piston portion with a cylinder engagement surface comprising liquid lubricant control means.
面と下方ピストンの部分のシリンダ係合表面とは、内燃
エンジン内で用いられたとき、少なくとも93℃(200°F)
の温度差を与えるのに十分な断熱手段により隔てられて
いること、を特徴とする請求項8に記載の内燃エンジン
の作動方法。9. The cylinder engaging surface of the upper piston portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion are at least 93 ° C. (200 ° F.) when used in an internal combustion engine.
9. A method of operating an internal combustion engine according to claim 8, characterized in that they are separated by an insulating means sufficient to provide a temperature difference of
方ピストン部分のシリンダ係合表面とは、トップリング
反転点におけるシリンダの温度が液体潤滑剤のブレーク
ダウン温度以上の温度にあるとき、ボトムリング反転点
におけるシリンダライナの温度を液体潤滑剤のブレーク
ダウン温度以下の温度に維持するのに十分な距離だけ隔
てられていることを特徴とする請求項8に記載の作動方
法。10. The cylinder engaging surface of the upper portion and the cylinder engaging surface of the lower piston portion have a bottom ring when the temperature of the cylinder at the top ring reversal point is equal to or higher than the breakdown temperature of the liquid lubricant. 9. The operating method of claim 8 wherein the cylinder liners at the inversion point are separated by a distance sufficient to maintain the temperature below the breakdown temperature of the liquid lubricant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20048391A JPH0666200A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Hybrid piston for high-temperature engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20048391A JPH0666200A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Hybrid piston for high-temperature engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0666200A true JPH0666200A (en) | 1994-03-08 |
Family
ID=16425067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20048391A Pending JPH0666200A (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Hybrid piston for high-temperature engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666200A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100341099B1 (en) * | 1998-04-13 | 2002-08-22 | 삼성광주전자 주식회사 | Piston Pin Fastening Structure of Compressor |
| JP2010502887A (en) * | 2006-09-08 | 2010-01-28 | ナジ アミン アタラ | Apparatus and method for improving the efficiency of an internal combustion engine |
| CN102510963A (en) * | 2009-08-06 | 2012-06-20 | 费德罗-莫格尔公司 | Low thermal conductivity piston and method of construction thereof |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP20048391A patent/JPH0666200A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2015222079A (en) * | 2006-09-08 | 2015-12-10 | ナジ アミン アタラ | Apparatus and method for improving the efficiency of an internal combustion engine |
| US10036336B2 (en) | 2006-09-08 | 2018-07-31 | Hawar Technologies Limited | Apparatus to improve the efficiency of internal combustion engines, and method therefor |
| CN102510963A (en) * | 2009-08-06 | 2012-06-20 | 费德罗-莫格尔公司 | Low thermal conductivity piston and method of construction thereof |
| JP2013501193A (en) * | 2009-08-06 | 2013-01-10 | フェデラル−モーグル コーポレイション | Low thermal conductivity piston and its construction method |
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