JPH08338304A - 往復動式内燃機関における液冷式ピストン - Google Patents
往復動式内燃機関における液冷式ピストンInfo
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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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より優れた冷却作用を伴う冷却装置を備えた
往復動式内燃機関における液冷式ピストンを提供する。 【解決手段】 液冷式ピストンは１つの供給路（３０、
３１、３２）及び複数の噴射ノズル１８を通って冷却室
１５に導入される冷媒の戻り流路６を備えた冷却室１５
を有する。戻り流路６はピストンロッド５内に延びると
共に、内部には通気管路１０が設けられる。通気管路１
０は冷却室１５内に延び、ピストンロッド５内におい
て、戻り流路６の一部に設けられている。通気管路１０
の戻り流路６内を延びる部分はピストンロッド５内に終
端を有し、戻り流路６と別個に空気と接することはな
い。戻り流路６内の気体が通気管路１０に流入した後、
通気管路１０を介し冷却室１５に流入する。冷却室１５
内の減圧が阻止され、冷媒が戻り流路６に流出すること
が回避される。
往復動式内燃機関における液冷式ピストンを提供する。 【解決手段】 液冷式ピストンは１つの供給路（３０、
３１、３２）及び複数の噴射ノズル１８を通って冷却室
１５に導入される冷媒の戻り流路６を備えた冷却室１５
を有する。戻り流路６はピストンロッド５内に延びると
共に、内部には通気管路１０が設けられる。通気管路１
０は冷却室１５内に延び、ピストンロッド５内におい
て、戻り流路６の一部に設けられている。通気管路１０
の戻り流路６内を延びる部分はピストンロッド５内に終
端を有し、戻り流路６と別個に空気と接することはな
い。戻り流路６内の気体が通気管路１０に流入した後、
通気管路１０を介し冷却室１５に流入する。冷却室１５
内の減圧が阻止され、冷媒が戻り流路６に流出すること
が回避される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンロッド内
に設けられた液体冷媒用戻り流路から成る冷却室を有す
る往復動式内燃機関における液冷式ピストンに関する。
に設けられた液体冷媒用戻り流路から成る冷却室を有す
る往復動式内燃機関における液冷式ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関におけるピストンの上部の摩耗
等の材料損失は、高温が主たる原因である。近年におけ
る往復動式内燃機関において、ピストンの不十分な冷却
は出力の限界をもたらす一要因となる。従って、ピスト
ン冷却装置における効率の向上は、最高の出力性能及び
使用信頼性を得るため、往復動式内燃機関において極め
て重要なものである。
等の材料損失は、高温が主たる原因である。近年におけ
る往復動式内燃機関において、ピストンの不十分な冷却
は出力の限界をもたらす一要因となる。従って、ピスト
ン冷却装置における効率の向上は、最高の出力性能及び
使用信頼性を得るため、往復動式内燃機関において極め
て重要なものである。
【０００３】ピストンロッド内に設けられた冷却液用戻
り流路から成る往復動式内燃機関冷却室を有する往復動
式内燃機関における液冷式ピストンは、実願平第４ー３
９３８４号に開示されている。該ピストンにおいて、燃
焼室側のピストン端面近傍においてピストン上部内に冷
却室が設けられ、噴射ノズルにより冷却室内に冷却用の
オイルを噴射してピストンを冷却する。噴射されたオイ
ルは、戻り流路を介し冷却室より排出される。戻り流路
はピストンロッドの内部全長にわたって延び、冷却室か
ら離間したピストンロッドの端部において、ピストンロ
ッドに接続されたクロスヘッド内に設けられた別個のオ
イル流出路内に開口している。ピストンロッドが冷却室
の下方において垂直に配置された状態で、戻り流路の勾
配により、冷却室に回収されたオイルの比重の作用に従
い、オイル戻り流が生じる。エンジン内の空気と冷却室
を接続する通気管路を通じ冷却室に空気を供給し、これ
によりオイルが冷却室より流出する。この装置におい
て、通気管路はオイル戻り流路内に設けられている。通
気管路の一端は冷却室内に突出し、冷却室から離間した
他端はクロスヘッド内においてオイル流出路と別個に設
けられたオイル流路と合流して、空気と接触する。
り流路から成る往復動式内燃機関冷却室を有する往復動
式内燃機関における液冷式ピストンは、実願平第４ー３
９３８４号に開示されている。該ピストンにおいて、燃
焼室側のピストン端面近傍においてピストン上部内に冷
却室が設けられ、噴射ノズルにより冷却室内に冷却用の
オイルを噴射してピストンを冷却する。噴射されたオイ
ルは、戻り流路を介し冷却室より排出される。戻り流路
はピストンロッドの内部全長にわたって延び、冷却室か
ら離間したピストンロッドの端部において、ピストンロ
ッドに接続されたクロスヘッド内に設けられた別個のオ
イル流出路内に開口している。ピストンロッドが冷却室
の下方において垂直に配置された状態で、戻り流路の勾
配により、冷却室に回収されたオイルの比重の作用に従
い、オイル戻り流が生じる。エンジン内の空気と冷却室
を接続する通気管路を通じ冷却室に空気を供給し、これ
によりオイルが冷却室より流出する。この装置におい
て、通気管路はオイル戻り流路内に設けられている。通
気管路の一端は冷却室内に突出し、冷却室から離間した
他端はクロスヘッド内においてオイル流出路と別個に設
けられたオイル流路と合流して、空気と接触する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記装置によるピスト
ン冷却における液体冷媒の最大流入量は過度に制限さ
れ、更に高い性能を目指す内燃機関の開発に限界をもた
らすものであることが明らかにされている。
ン冷却における液体冷媒の最大流入量は過度に制限さ
れ、更に高い性能を目指す内燃機関の開発に限界をもた
らすものであることが明らかにされている。
【０００５】本発明の目的は、より優れた冷却作用を伴
う冷却装置を備えた往復動式内燃機関における液冷式ピ
ストンを提供することにある。
う冷却装置を備えた往復動式内燃機関における液冷式ピ
ストンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を本発明の装置
により達成する。本発明の装置は、ピストン側でピスト
ン冷却室内に突出する戻り流路内に通気管路が設けら
れ、この通気管路がピストンロッド内において戻り流路
の一部に収容されているという特徴を有する。請求項２
以下は本発明において有効に作用する更なる特徴に関す
る。
により達成する。本発明の装置は、ピストン側でピスト
ン冷却室内に突出する戻り流路内に通気管路が設けら
れ、この通気管路がピストンロッド内において戻り流路
の一部に収容されているという特徴を有する。請求項２
以下は本発明において有効に作用する更なる特徴に関す
る。
【０００７】本発明の液冷式ピストンは、冷却室に導入
された冷媒のための戻り流路を備えた冷却室を有する。
戻り流路はピストンロッド内に設けられており、戻り流
路内に通気管路が設けられている。通気管路はピストン
端部において冷却室に延び、ピストンロッド内において
戻り流路の一部に設けられている。通気管路において、
戻り流路内に延びる部分はピストンロッド内に終端を有
する。即ち、通気管路はクロスヘッド内に開口すること
なく、戻り流路とは別個に空気と接触することはない。
戻り流路内の冷媒の流れは、通気管路の機能に影響を受
ける。即ち、戻り流路内の気体が通気管路に流入し、更
に通気管路を介し冷却室に流入する。これにより冷却室
内圧力低下は阻止され、冷媒が戻り流路に流出すること
が回避される。
された冷媒のための戻り流路を備えた冷却室を有する。
戻り流路はピストンロッド内に設けられており、戻り流
路内に通気管路が設けられている。通気管路はピストン
端部において冷却室に延び、ピストンロッド内において
戻り流路の一部に設けられている。通気管路において、
戻り流路内に延びる部分はピストンロッド内に終端を有
する。即ち、通気管路はクロスヘッド内に開口すること
なく、戻り流路とは別個に空気と接触することはない。
戻り流路内の冷媒の流れは、通気管路の機能に影響を受
ける。即ち、戻り流路内の気体が通気管路に流入し、更
に通気管路を介し冷却室に流入する。これにより冷却室
内圧力低下は阻止され、冷媒が戻り流路に流出すること
が回避される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明を図１を参照して説明す
る。本発明のピストンの一実施の形態を図１に示す。ピ
ストンの主要な要素は、ピストン上部１、噴射プレート
４及びピストンスカート３である。ピストン上部１は、
内燃機関における燃焼室に面するピストンの上端部２５
を有する。ピストンは軸線５０を挟んで対称となる形状
を有する。ピストン上部１及び噴射プレート４は共に、
ピストン冷却室１５に隣接する。ピストン上部１、ピス
トンスカート３及び噴射プレート４は、各々の周縁部に
おいてピストンロッド５に接続されている。ピストン上
部１には上端が塞閉された複数の冷却孔１７が形成さ
れ、各冷却孔１７は冷却室１５からピストン表面２５の
方向、即ちピストン表面２５に指向している。ピストン
ロッド５は、ピストンから離間した端部においてクロス
ヘッド８に連結されている。
る。本発明のピストンの一実施の形態を図１に示す。ピ
ストンの主要な要素は、ピストン上部１、噴射プレート
４及びピストンスカート３である。ピストン上部１は、
内燃機関における燃焼室に面するピストンの上端部２５
を有する。ピストンは軸線５０を挟んで対称となる形状
を有する。ピストン上部１及び噴射プレート４は共に、
ピストン冷却室１５に隣接する。ピストン上部１、ピス
トンスカート３及び噴射プレート４は、各々の周縁部に
おいてピストンロッド５に接続されている。ピストン上
部１には上端が塞閉された複数の冷却孔１７が形成さ
れ、各冷却孔１７は冷却室１５からピストン表面２５の
方向、即ちピストン表面２５に指向している。ピストン
ロッド５は、ピストンから離間した端部においてクロス
ヘッド８に連結されている。
【０００９】内燃機関の稼動中、ピストンは上部１がピ
ストンロッド５の上部にある状態で、好ましくは地表に
ほぼ直交して延びる軸線５０に沿って運動する。冷却室
１５は冷却液回路の一部を成す。例えば、オイル、水等
の冷却液は噴射装置により冷却室１５に流入する。冷却
液はクロスヘッド８側においてピストンロッド５内に設
けられた管路３０に流入する。次に、冷媒は管路３０よ
り、断面視において環状を成す通路３１を通過し、噴射
プレート４とピストンロッド５の間の空洞３２に至り、
噴射プレート４にて支持された複数のノズル１８より噴
射される。ピストン上部１においてピストン表面２５に
最も近接する領域は、内燃機関稼動時に最も強い熱負荷
を受ける。ノズル１８は、噴射された冷却液が領域に到
達するように配置されることが望ましい。特に効果の高
い冷却作用は、噴射冷却により、即ち冷却孔１７の壁、
または冷却室１５の壁に冷却液を噴射することにより得
られる。管路３０、通路３１、空洞３２、ノズル１８に
より本発明の噴射装置が構成されている。
ストンロッド５の上部にある状態で、好ましくは地表に
ほぼ直交して延びる軸線５０に沿って運動する。冷却室
１５は冷却液回路の一部を成す。例えば、オイル、水等
の冷却液は噴射装置により冷却室１５に流入する。冷却
液はクロスヘッド８側においてピストンロッド５内に設
けられた管路３０に流入する。次に、冷媒は管路３０よ
り、断面視において環状を成す通路３１を通過し、噴射
プレート４とピストンロッド５の間の空洞３２に至り、
噴射プレート４にて支持された複数のノズル１８より噴
射される。ピストン上部１においてピストン表面２５に
最も近接する領域は、内燃機関稼動時に最も強い熱負荷
を受ける。ノズル１８は、噴射された冷却液が領域に到
達するように配置されることが望ましい。特に効果の高
い冷却作用は、噴射冷却により、即ち冷却孔１７の壁、
または冷却室１５の壁に冷却液を噴射することにより得
られる。管路３０、通路３１、空洞３２、ノズル１８に
より本発明の噴射装置が構成されている。
【００１０】前記した噴射は二通りに機能する。一機能
として、冷却すべき面が冷媒と接触する。冷媒の温度は
冷媒回路内の液温に一致し、冷媒は噴射のため乱流とな
る。これにより、冷却すべき面と冷媒間の熱伝導が最適
な状態に向上される。その他の機能として、ピストン端
面に冷媒を噴射することにより、多くの場合はクリーニ
ング効果が得られる。例えば、冷媒用オイルは、稼動時
にピストンが一定温度に達すると、ピストン端面に凝着
する残留物を容易に形成する。残留物は端面と冷却液間
の熱伝導率を低下させ、これによりさらにピストンの温
度が上昇され、オイル残留物堆積作用が急速に促進され
る。冷却孔１７内における残留物堆積作用は特に不具合
を生ずる。この堆積物を除去するためには、複雑にして
費用を要する作業が必要になる。しかしながら、冷却す
べき端面に冷媒を噴射すれば、残留物の堆積を阻止する
ことができる。
として、冷却すべき面が冷媒と接触する。冷媒の温度は
冷媒回路内の液温に一致し、冷媒は噴射のため乱流とな
る。これにより、冷却すべき面と冷媒間の熱伝導が最適
な状態に向上される。その他の機能として、ピストン端
面に冷媒を噴射することにより、多くの場合はクリーニ
ング効果が得られる。例えば、冷媒用オイルは、稼動時
にピストンが一定温度に達すると、ピストン端面に凝着
する残留物を容易に形成する。残留物は端面と冷却液間
の熱伝導率を低下させ、これによりさらにピストンの温
度が上昇され、オイル残留物堆積作用が急速に促進され
る。冷却孔１７内における残留物堆積作用は特に不具合
を生ずる。この堆積物を除去するためには、複雑にして
費用を要する作業が必要になる。しかしながら、冷却す
べき端面に冷媒を噴射すれば、残留物の堆積を阻止する
ことができる。
【００１１】冷媒用戻り流路（以下、「戻り流路」とい
う）６は冷却室１５から冷媒を流出させるために設けら
れている。好ましくは、戻り流路６はピストンロッド５
の中心軸線５０に沿って延び、冷却室１５内及び噴射プ
レート４の開口部２１に開口し、クロスヘッド８側で冷
媒回路の戻り管路に接続される。戻り流路６への冷媒の
流入を最も効率よく行うため、噴射プレート４は冷却室
１５側において開口部２１に向かって傾斜している。更
に、冷却室１５への開口部２１近傍において、戻り流路
６は冷却室１５から離間するほど小径になるように設計
されている。製造を簡単にする上で、戻り流路６は平断
面視において円形であることが好ましい。しかしなが
ら、平断面視においていかなる形状のものであっても、
戻り流路６の機能は確実に保証される。
う）６は冷却室１５から冷媒を流出させるために設けら
れている。好ましくは、戻り流路６はピストンロッド５
の中心軸線５０に沿って延び、冷却室１５内及び噴射プ
レート４の開口部２１に開口し、クロスヘッド８側で冷
媒回路の戻り管路に接続される。戻り流路６への冷媒の
流入を最も効率よく行うため、噴射プレート４は冷却室
１５側において開口部２１に向かって傾斜している。更
に、冷却室１５への開口部２１近傍において、戻り流路
６は冷却室１５から離間するほど小径になるように設計
されている。製造を簡単にする上で、戻り流路６は平断
面視において円形であることが好ましい。しかしなが
ら、平断面視においていかなる形状のものであっても、
戻り流路６の機能は確実に保証される。
【００１２】冷却室１５内における冷媒は、基本的に２
つの冷却効果を発揮する。冷却効果の一つは、冷媒がノ
ズル１８から冷却すべき面に対して直接に噴射される噴
射冷却の効果である。その他の冷却効果を及ぼすはねか
け冷却は、噴射後に冷却室１５に回収された液体冷媒
を、内燃機関稼動時にピストンの移動方向に沿って周囲
にはねかけることにより行われる。冷却作用を最適化す
るには、一方では、可能な限り大量の冷媒が冷却室１５
を通過するようにしなければならない。また他方では、
冷却すべき面と冷媒との間の熱伝導を可能な限り良好に
保持する必要がある。冷却室１５に過量の冷媒が存在す
ると、冷却作用の低下を招来する。例えば、噴射ノズル
１８が冷媒で覆われると、冷媒の噴射効率が低下し、噴
射作用、即ちスプレー冷却作用も低下する。更に、冷却
室１５において冷媒の含有容積が過剰になると、はねか
け冷却作用が低下することが知られている。はねかけ冷
却は、冷却室１５内に最小量の冷却液が回収された場合
にのみ可能である。最適な冷却を行うべく、冷却室１５
に部分的に回収される冷媒の量が所定の最大許容値及び
最小許容値間の範囲から逸脱しないように、冷却室１５
を通過する冷媒の流通を制御するように本発明のピスト
ンは設計されている。従って、冷却室１５から流出する
単位時間当たりの冷媒流量が規制され、最良の冷却を行
うために適する量の冷媒が、前記した諸条件下で冷却室
１５に噴射される。
つの冷却効果を発揮する。冷却効果の一つは、冷媒がノ
ズル１８から冷却すべき面に対して直接に噴射される噴
射冷却の効果である。その他の冷却効果を及ぼすはねか
け冷却は、噴射後に冷却室１５に回収された液体冷媒
を、内燃機関稼動時にピストンの移動方向に沿って周囲
にはねかけることにより行われる。冷却作用を最適化す
るには、一方では、可能な限り大量の冷媒が冷却室１５
を通過するようにしなければならない。また他方では、
冷却すべき面と冷媒との間の熱伝導を可能な限り良好に
保持する必要がある。冷却室１５に過量の冷媒が存在す
ると、冷却作用の低下を招来する。例えば、噴射ノズル
１８が冷媒で覆われると、冷媒の噴射効率が低下し、噴
射作用、即ちスプレー冷却作用も低下する。更に、冷却
室１５において冷媒の含有容積が過剰になると、はねか
け冷却作用が低下することが知られている。はねかけ冷
却は、冷却室１５内に最小量の冷却液が回収された場合
にのみ可能である。最適な冷却を行うべく、冷却室１５
に部分的に回収される冷媒の量が所定の最大許容値及び
最小許容値間の範囲から逸脱しないように、冷却室１５
を通過する冷媒の流通を制御するように本発明のピスト
ンは設計されている。従って、冷却室１５から流出する
単位時間当たりの冷媒流量が規制され、最良の冷却を行
うために適する量の冷媒が、前記した諸条件下で冷却室
１５に噴射される。
【００１３】金属板支持部材４０及び４１により、戻り
流路６に対して所定位置に固定されている通気管路１０
の設計は、冷却室１５から流出する冷媒の単位時間当た
り流量を決定する重要な要素である。
流路６に対して所定位置に固定されている通気管路１０
の設計は、冷却室１５から流出する冷媒の単位時間当た
り流量を決定する重要な要素である。
【００１４】本発明において、戻り流路６は通気管路１
０と共に冷媒の流出を制御する。この制御は、冷却室１
５及び戻り流路６、及びクロスヘッド８内で戻り流路６
と隣接する冷媒回路の戻り管路内における気体の圧力を
均等化することにより行われる。戻り流路６の容積を最
適にするため、通気管路１０を設計する際に、個々のパ
ラメータに相関して、互いに逆の傾向を示す種々の効果
を考慮し、これら逆の効果を相殺させないように最適な
妥協的結論を選択する必要がある。
０と共に冷媒の流出を制御する。この制御は、冷却室１
５及び戻り流路６、及びクロスヘッド８内で戻り流路６
と隣接する冷媒回路の戻り管路内における気体の圧力を
均等化することにより行われる。戻り流路６の容積を最
適にするため、通気管路１０を設計する際に、個々のパ
ラメータに相関して、互いに逆の傾向を示す種々の効果
を考慮し、これら逆の効果を相殺させないように最適な
妥協的結論を選択する必要がある。
【００１５】戻り流路６内を延びる通気管路１０の長さ
の好適な範囲は、以下の互いに反する両作用を考慮して
求める。その作用の一つは、通気管路１０の長さを増加
させると戻り流路６の流体抵抗が増大するという作用で
ある。即ち、冷媒は、主として通気管路１０の外周面と
戻り流路６の内周面との間を通って流出し、通気管路１
０の外周面との間の摩擦が生ずる。逆に、極端な例とし
て通気管路１０が設けられていないと仮定すると、冷媒
たまりが形成され噴射プレート４の開口部２１全域が覆
われることになる。冷媒たまりが形成されると、戻り流
路６から冷却室１５に気体が流入しなくなるため、冷却
室１５と戻り流路６の圧力均等化が困難になる。この冷
媒流出量を減少させる効果は、戻り流路６内を延びる通
気管路１０の長さを増加させることにより減少し、更に
開口部２１を覆って閉塞する冷媒たまりの形成も阻止さ
れる。通気管路１０は、クロスヘッド８と、冷却室１５
から離間した通気管路１０の端部との間を流れる戻り流
路６内の冷媒の流れを、気体の透過性を保証するよう決
定する。両者を考慮して、戻り流路６内を延びる通気管
路１０の長さについて最適な範囲を決定する。本願出願
人は、実験の結果、以下の数値を得た。即ち、戻り流路
６における通気管路１０の長さの最適範囲は、戻り流路
６の長さの１０％から９０％までであり、好ましくは戻
り流路６の長さの１５％から５０％までである。詳細な
数値は通気管路１０の断面積または形状等、その他のパ
ラメータに影響を受ける。
の好適な範囲は、以下の互いに反する両作用を考慮して
求める。その作用の一つは、通気管路１０の長さを増加
させると戻り流路６の流体抵抗が増大するという作用で
ある。即ち、冷媒は、主として通気管路１０の外周面と
戻り流路６の内周面との間を通って流出し、通気管路１
０の外周面との間の摩擦が生ずる。逆に、極端な例とし
て通気管路１０が設けられていないと仮定すると、冷媒
たまりが形成され噴射プレート４の開口部２１全域が覆
われることになる。冷媒たまりが形成されると、戻り流
路６から冷却室１５に気体が流入しなくなるため、冷却
室１５と戻り流路６の圧力均等化が困難になる。この冷
媒流出量を減少させる効果は、戻り流路６内を延びる通
気管路１０の長さを増加させることにより減少し、更に
開口部２１を覆って閉塞する冷媒たまりの形成も阻止さ
れる。通気管路１０は、クロスヘッド８と、冷却室１５
から離間した通気管路１０の端部との間を流れる戻り流
路６内の冷媒の流れを、気体の透過性を保証するよう決
定する。両者を考慮して、戻り流路６内を延びる通気管
路１０の長さについて最適な範囲を決定する。本願出願
人は、実験の結果、以下の数値を得た。即ち、戻り流路
６における通気管路１０の長さの最適範囲は、戻り流路
６の長さの１０％から９０％までであり、好ましくは戻
り流路６の長さの１５％から５０％までである。詳細な
数値は通気管路１０の断面積または形状等、その他のパ
ラメータに影響を受ける。
【００１６】通気管路１０の断面積の理想範囲は、以下
の両要件を考慮して決定する。即ち、第１の要件とし
て、冷媒流出のために通気管路１０の外壁面と戻り流路
６の内壁面との間の空間を可能な限り大きくすべく、通
気管路１０の断面積を可能な限り小さくする必要があ
る。第２の要件として、冷却室１５への気体の流入効率
を向上させるべく該断面積を可能な限り大きくする必要
がある。これら二要件を考慮して、通気管路１０の断面
積が決定される。これについても、本願出願人は、実験
の結果、通気管路１０の最適な断面積は戻り流路６の断
面積の２０％から７０％までの範囲であり、好ましくは
戻り流路６の断面積の２５％から６０％までの範囲であ
るという結論を得た。詳細な数値は通気管路１０の長さ
または形状等、その他のパラメータに影響を受ける。
の両要件を考慮して決定する。即ち、第１の要件とし
て、冷媒流出のために通気管路１０の外壁面と戻り流路
６の内壁面との間の空間を可能な限り大きくすべく、通
気管路１０の断面積を可能な限り小さくする必要があ
る。第２の要件として、冷却室１５への気体の流入効率
を向上させるべく該断面積を可能な限り大きくする必要
がある。これら二要件を考慮して、通気管路１０の断面
積が決定される。これについても、本願出願人は、実験
の結果、通気管路１０の最適な断面積は戻り流路６の断
面積の２０％から７０％までの範囲であり、好ましくは
戻り流路６の断面積の２５％から６０％までの範囲であ
るという結論を得た。詳細な数値は通気管路１０の長さ
または形状等、その他のパラメータに影響を受ける。
【００１７】冷却室１５内に突出する通気管路１０の長
さの好適な範囲は、以下の二つの要件を考慮して決定す
る。即ち、第１の要件として、通気管路１０の冷却室１
５に突出した部分が短か過ぎる場合は、かなりの割合の
冷媒が通気管路１０を介し流出し、これにより冷却室１
５に供給される気体の量が減少する点が挙げられる。第
二の要件は、通気管路１０の冷却室１５に突出した部分
が長過ぎ、冷却室１５近傍の通気管路１０の端部が冷却
室１５の壁に接近し過ぎる場合は、通気管路１０への冷
媒の流入は明らかに阻止されるが、冷却室１５への気体
の流入もまた制限されることである。本願出願人は、実
験の結果、以下の結果を得た。即ち、冷却室１５の壁か
らの通気管路１０の冷却室１５側端部までの間の最適な
長さ”ａ”は、冷却室１５内で通気管路１０の長さ方向
における距離”ｈ”の１０％から９０％までの範囲であ
り、好ましくは”ｈ”の１５％から６５％までの範囲で
ある。
さの好適な範囲は、以下の二つの要件を考慮して決定す
る。即ち、第１の要件として、通気管路１０の冷却室１
５に突出した部分が短か過ぎる場合は、かなりの割合の
冷媒が通気管路１０を介し流出し、これにより冷却室１
５に供給される気体の量が減少する点が挙げられる。第
二の要件は、通気管路１０の冷却室１５に突出した部分
が長過ぎ、冷却室１５近傍の通気管路１０の端部が冷却
室１５の壁に接近し過ぎる場合は、通気管路１０への冷
媒の流入は明らかに阻止されるが、冷却室１５への気体
の流入もまた制限されることである。本願出願人は、実
験の結果、以下の結果を得た。即ち、冷却室１５の壁か
らの通気管路１０の冷却室１５側端部までの間の最適な
長さ”ａ”は、冷却室１５内で通気管路１０の長さ方向
における距離”ｈ”の１０％から９０％までの範囲であ
り、好ましくは”ｈ”の１５％から６５％までの範囲で
ある。
【００１８】戻り流路６を介して流出する冷媒の最大量
は、上記のパラメータ以外にも、内燃機関稼動時に、ピ
ストンのピストンロッド５の軸方向における運動周波数
に影響を受ける。冷媒たまりがピストンロッド５の軸方
向の周囲にはねかけるため、一定のピストン運動期間
中、冷媒は専ら戻り流路６を介し流出する。本願出願人
は、実験の結果、以下のことを発見した。即ち、冷却室
１５からの冷媒流出量はピストンの運動のため明らかに
減少する一方で、ピストンの運動に伴う戻り流路６の容
量は、ピストンが静止している場合と比較してより敏感
に通気管路１０の寸法に影響される。従って、ピストン
の運動を鑑みて、通気管路１０を最適な状態に設計する
ことは重要である。通気管路１０の寸法について前記し
た最適な範囲は、ピストンの運動に適合する。
は、上記のパラメータ以外にも、内燃機関稼動時に、ピ
ストンのピストンロッド５の軸方向における運動周波数
に影響を受ける。冷媒たまりがピストンロッド５の軸方
向の周囲にはねかけるため、一定のピストン運動期間
中、冷媒は専ら戻り流路６を介し流出する。本願出願人
は、実験の結果、以下のことを発見した。即ち、冷却室
１５からの冷媒流出量はピストンの運動のため明らかに
減少する一方で、ピストンの運動に伴う戻り流路６の容
量は、ピストンが静止している場合と比較してより敏感
に通気管路１０の寸法に影響される。従って、ピストン
の運動を鑑みて、通気管路１０を最適な状態に設計する
ことは重要である。通気管路１０の寸法について前記し
た最適な範囲は、ピストンの運動に適合する。
【００１９】通気管路１０の形状は本発明において重要
ではなく、例えば通気管路１０の断面はあらゆる所望の
形状、即ち輪郭を有し得る。断面が円形状を成す通気管
路１０は、単に好適な実施の形態である。前記の管路１
０は殆どの場合入手可能であり、特に製造する必要はな
い。また、前記管路１０は円形の流出路を備えたピスト
ンに採用することにも適している。戻り流路６と同心状
を成すように搭載された円形の通気管路１０は特に有効
である。このように装置を戻り流路６と同心状に搭載す
る方法は、軸線５０を中心として対称的形状を成す冷却
室１５内における冷媒の流れの形状に適合している。な
お、通気管路１０の断面の形状は一定でなくてよい。
ではなく、例えば通気管路１０の断面はあらゆる所望の
形状、即ち輪郭を有し得る。断面が円形状を成す通気管
路１０は、単に好適な実施の形態である。前記の管路１
０は殆どの場合入手可能であり、特に製造する必要はな
い。また、前記管路１０は円形の流出路を備えたピスト
ンに採用することにも適している。戻り流路６と同心状
を成すように搭載された円形の通気管路１０は特に有効
である。このように装置を戻り流路６と同心状に搭載す
る方法は、軸線５０を中心として対称的形状を成す冷却
室１５内における冷媒の流れの形状に適合している。な
お、通気管路１０の断面の形状は一定でなくてよい。
【００２０】以上、説明したように、本発明の液冷式ピ
ストンは供給経路３０、３１、３２及びノズル１８を介
して冷却室１５に導入される冷媒のための戻り流路６を
備えた冷却室１５を有する。戻り流路６はピストンロッ
ド５内を延び、通気管路１０が戻り流路６内に設けられ
ていることを特徴とする。通気管路１０はピストン側に
おいてピストン冷却室１５内部に突出し、ピストンロッ
ド５内において戻り流路６の一部のみに設けられてい
る。通気管路１０の戻り流路６内に設けられた部分は、
ピストンロッド５内に収容されており、戻り流路６とは
別個に空気と接触することはない。戻り流路６内の気体
が通気管路１０に流入し通気管路１０を介して冷却室１
５に流入すると冷却室１５内の圧力が低下し、戻り流路
６からの冷却液流出が阻止され得る。このような圧力低
下を回避すべく、通気管路１０により戻り流路６内の冷
媒の流れを制御する。通気管路１０は、冷却室１５を経
て流れる冷媒の流量を最適化すべく機能する。
ストンは供給経路３０、３１、３２及びノズル１８を介
して冷却室１５に導入される冷媒のための戻り流路６を
備えた冷却室１５を有する。戻り流路６はピストンロッ
ド５内を延び、通気管路１０が戻り流路６内に設けられ
ていることを特徴とする。通気管路１０はピストン側に
おいてピストン冷却室１５内部に突出し、ピストンロッ
ド５内において戻り流路６の一部のみに設けられてい
る。通気管路１０の戻り流路６内に設けられた部分は、
ピストンロッド５内に収容されており、戻り流路６とは
別個に空気と接触することはない。戻り流路６内の気体
が通気管路１０に流入し通気管路１０を介して冷却室１
５に流入すると冷却室１５内の圧力が低下し、戻り流路
６からの冷却液流出が阻止され得る。このような圧力低
下を回避すべく、通気管路１０により戻り流路６内の冷
媒の流れを制御する。通気管路１０は、冷却室１５を経
て流れる冷媒の流量を最適化すべく機能する。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明のピストンによれ
ば、戻り流路内の気体が通気管路に流入し、更に通気管
路を介し冷却室に流入すことによって、冷却室内圧力低
下が阻止され、冷媒が戻り流路に流出することが回避さ
れる。その結果、冷却装置における冷媒の流量を増加さ
せて、同装置における冷却作用を向上させることができ
るとともに、その構成を簡単にすることができるという
効果を奏する。
ば、戻り流路内の気体が通気管路に流入し、更に通気管
路を介し冷却室に流入すことによって、冷却室内圧力低
下が阻止され、冷媒が戻り流路に流出することが回避さ
れる。その結果、冷却装置における冷媒の流量を増加さ
せて、同装置における冷却作用を向上させることができ
るとともに、その構成を簡単にすることができるという
効果を奏する。
【図１】冷却室、液体冷媒噴射装置、戻り流路及び通気
管路を有するピストンの断面図。
管路を有するピストンの断面図。
５…ピストンロッド、６…冷媒用戻り通路、１０…通気
管路、１５…冷却室、１７…冷却孔、１８…ノズル、３
０…管路、３１…通路、３２…空洞（１８、３０〜３２
により噴射装置が構成される）。
管路、１５…冷却室、１７…冷却孔、１８…ノズル、３
０…管路、３１…通路、３２…空洞（１８、３０〜３２
により噴射装置が構成される）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｐ 3/10 Ｆ０１Ｐ 3/10 Ａ Ｆ１６Ｊ 1/08 Ｆ１６Ｊ 1/08 1/09 1/09 1/12 1/12 (72)発明者 マルク シュパーニ スイス国 ツェーハー−8400 ヴィンター ツール ジェネラル ギサン−シュトラー セ 41
Claims (10)
- 【請求項１】 ピストンロッド（５）中に冷媒用戻り流
路（６）有するピストン往復式内燃機関のための冷却室
（１５）を備えた液冷式ピストンであって、前記戻り流
路（６）内には、ピストン側に突出して同ピストンの冷
却室（１５）内に延び、かつピストンロッド（５）内に
おいて戻り流路（６）の一部にわたって延びる通気管路
（１０）を備えたことを特徴とする液冷式ピストン。 - 【請求項２】前記通気管路（１０）において戻り流路
（６）内に延びる部分の長さは戻り流路（１）の長さの
１０％〜９０％であり、好ましくは戻り流路（１）の長
さの１５％〜５０％であることを特徴とする請求項１に
記載のピストン。 - 【請求項３】 前記通気管路（１０）の断面積は戻り流
路（６）の断面積の２０％〜７０％であり、好ましくは
戻り流路（６）の断面積の２５％〜６０％であることを
特徴とする請求項１又は２に記載のピストン。 - 【請求項４】 前記通気管路（１０）の冷却室（１５）
側の端と冷却室（１５）との間隔は、通気管路（１０）
の長さ方向において冷却室（１５）が延びる距離の１０
％〜９０％であり、好ましくは通気管路（１０）の長さ
方向において冷却室（１５）が延びる距離の１５％〜６
５％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載のピストン。 - 【請求項５】 前記戻り管路（６）は冷却室（１５）内
に延びる開口部（２１）を有し、戻り管路（６）は冷却
室（１５）から遠ざかると小径になることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピストン。 - 【請求項６】 前記通気管路（１０）は戻り流路（６）
内において同戻り流路（６）と同心状に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
のピストン。 - 【請求項７】 前記冷却室（１５）に冷媒を噴射するた
めの噴射装置（３０，３１，３２，１８）を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピ
ストン。 - 【請求項８】 前記冷却室（１５）は少なくとも１個の
冷却孔（１７）を備えることを特徴とする請求項１乃至
７のいずれか１項に記載のピストン。 - 【請求項９】 前記噴射装置（３０，３１，３２，１
８）は冷却孔（１７）及び冷却室（１５）の壁の少なく
ともいずれかに冷媒を噴射する少なくともとも１個のノ
ズルを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の
ピストン。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載
したピストンを備えてなる内燃機関。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE95810373-1 | 1995-06-07 | ||
| EP95810373A EP0747591B1 (de) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Flüssigkeitsgekühlter Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08338304A true JPH08338304A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3859769B2 JP3859769B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=8221750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14277996A Expired - Fee Related JP3859769B2 (ja) | 1995-06-07 | 1996-06-05 | 往復動式内燃機関における液冷式ピストン |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0747591B1 (ja) |
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| CN (1) | CN1077214C (ja) |
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| DK (1) | DK0747591T3 (ja) |
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| KR20220051806A (ko) | 2020-10-19 | 2022-04-26 | 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀 | 액랭식 피스톤 및 크로스헤드식 내연기관 |
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| DE102004019630A1 (de) | 2004-04-22 | 2005-11-17 | Wacker Construction Equipment Ag | Ölversorgung für einen Verbrennungsmotor |
| US7156056B2 (en) | 2004-06-10 | 2007-01-02 | Achates Power, Llc | Two-cycle, opposed-piston internal combustion engine |
| DE102005048981B4 (de) * | 2005-10-13 | 2010-04-29 | Man B & W Diesel A/S | Kolben für einen Kreuzkopfmotor |
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- 1995-06-07 DK DK95810373T patent/DK0747591T3/da active
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- 1996-05-31 KR KR1019960018920A patent/KR100408136B1/ko not_active Expired - Fee Related
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