JP3362859B2 - ディーゼル型の２行程クロスヘッド・エンジン用のピストン - Google Patents
ディーゼル型の２行程クロスヘッド・エンジン用のピストンInfo
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、２行程クロスヘッド・ディーゼルエンジン
のピストンであって、ピストンリング用の多数のリング
溝を有し、該リングは、リングと関係したリング溝の高
さよりも、ピストンの軸方向に低いリング高さを有し、
少なくとも幾つかのリングにて、ピストンは、ピストン
の外面でピストンリングの上方及び下方に配置された環
状の空間の間にガス流れ接続部を形成する圧力逃がし通
路を有し、該圧力逃がし通路の少なくとも一部分が、ピ
ストンに形成された、ピストンに関する。
のピストンであって、ピストンリング用の多数のリング
溝を有し、該リングは、リングと関係したリング溝の高
さよりも、ピストンの軸方向に低いリング高さを有し、
少なくとも幾つかのリングにて、ピストンは、ピストン
の外面でピストンリングの上方及び下方に配置された環
状の空間の間にガス流れ接続部を形成する圧力逃がし通
路を有し、該圧力逃がし通路の少なくとも一部分が、ピ
ストンに形成された、ピストンに関する。
英国特許2 104 621号及び日本国特許公開第２−48737
号には、ピストンリング用のリング溝を有するピストン
が記載されており、このピストンには、リング溝の間に
てピストン材料内に直線状の穴の形態をしたガス流路が
形成され、この直線状の穴は、リング溝内に配置された
リングの最内側の後方から開始して下方に且つ斜め外方
に伸長して、これらの穴は、下方のリング溝の上面の略
中間にて開放している。このことは、下方のリング溝内
におけるピストンリングは、漏洩ガスからの好ましくな
い熱の影響に露呈され、その結果、ピストン材料が損傷
し、また、リングの外面をライナーの内面と接触状態に
保つリングの応力が失われる虞れを伴うことを意味す
る。
号には、ピストンリング用のリング溝を有するピストン
が記載されており、このピストンには、リング溝の間に
てピストン材料内に直線状の穴の形態をしたガス流路が
形成され、この直線状の穴は、リング溝内に配置された
リングの最内側の後方から開始して下方に且つ斜め外方
に伸長して、これらの穴は、下方のリング溝の上面の略
中間にて開放している。このことは、下方のリング溝内
におけるピストンリングは、漏洩ガスからの好ましくな
い熱の影響に露呈され、その結果、ピストン材料が損傷
し、また、リングの外面をライナーの内面と接触状態に
保つリングの応力が失われる虞れを伴うことを意味す
る。
独国特許第195 14 918号には、４行程のトランクピス
トンエンジン用のピストンが記載されている。この既知
の発明は、ピストンリングがリング溝の上面に当接する
間に、クランクハウジングからの潤滑油がリング溝内に
集められるという問題点を軽減することを目的としてい
る。その結果、その後、リングの位置が変位してリング
溝の下面に接触するとき、潤滑油は燃焼チャンバに供給
される。前記リング溝は、１つの軸方向部分と、２つの
半径方向部分とを有する接続導管を通じて相互に接続さ
れている。独国特許公報の記載によれば、吸引行程中、
接続導管によって、ピストンリングは、リング溝の上面
と接触するよりも先に動いて、リング溝の下面と接触す
る。このことは、潤滑油がリング溝内に流れるのを遮断
し、潤滑油が燃焼チャンバ内に流れるのに抵抗する密封
動作が向上する。クロスヘッドエンジンにおいて、潤滑
油の搬送に伴う上記の問題点は存在せず、更に、２行程
エンジンは、何ら吸引行程を有しない。更に、接続導管
の軸方向部分を製造することは難しい。
トンエンジン用のピストンが記載されている。この既知
の発明は、ピストンリングがリング溝の上面に当接する
間に、クランクハウジングからの潤滑油がリング溝内に
集められるという問題点を軽減することを目的としてい
る。その結果、その後、リングの位置が変位してリング
溝の下面に接触するとき、潤滑油は燃焼チャンバに供給
される。前記リング溝は、１つの軸方向部分と、２つの
半径方向部分とを有する接続導管を通じて相互に接続さ
れている。独国特許公報の記載によれば、吸引行程中、
接続導管によって、ピストンリングは、リング溝の上面
と接触するよりも先に動いて、リング溝の下面と接触す
る。このことは、潤滑油がリング溝内に流れるのを遮断
し、潤滑油が燃焼チャンバ内に流れるのに抵抗する密封
動作が向上する。クロスヘッドエンジンにおいて、潤滑
油の搬送に伴う上記の問題点は存在せず、更に、２行程
エンジンは、何ら吸引行程を有しない。更に、接続導管
の軸方向部分を製造することは難しい。
リングにおける圧力降下を軽減し、これにより、リン
グの磨耗を少なくするため、ピストンリングを経てガス
の漏洩を生じさせる凹所が形成された、種々の例のピス
トンリングが公知である。例えば、国際出願第WO94/128
15号には、シリンダ壁に対するリングの接触面における
溝として形成された、すなわち、リングの上面から下面
まで伸長した漏洩路が記載されている。
グの磨耗を少なくするため、ピストンリングを経てガス
の漏洩を生じさせる凹所が形成された、種々の例のピス
トンリングが公知である。例えば、国際出願第WO94/128
15号には、シリンダ壁に対するリングの接触面における
溝として形成された、すなわち、リングの上面から下面
まで伸長した漏洩路が記載されている。
本発明の目的は、リングの磨耗を少なくするため、制
限された量の漏洩ガスが少なくとも１つのピストンリン
グを経て制御されて流れることを許容すると同時に、ピ
ストンリングを過剰な影響から保護するピストンを提供
することである。
限された量の漏洩ガスが少なくとも１つのピストンリン
グを経て制御されて流れることを許容すると同時に、ピ
ストンリングを過剰な影響から保護するピストンを提供
することである。
このことに鑑みて、本発明によるピストンは、ピスト
ンリングの上方の環状の空間から下方の環状の空間まで
流れる高温のガスに対する圧力逃がし通路の出口開口部
が、該出口開口部を通る伸長部にて、通路の軸線がピス
トンリングを打撃するのを回避するような位置及び方位
を有し、Ｄがmm単位で表したシリンダの直径、Atotがmm
2単位で表した面積であるとき、これらの圧力逃がし通
路の総断面積AtotがD2/68000乃至D2/10000の範囲内にあ
ることとを特徴とする。
ンリングの上方の環状の空間から下方の環状の空間まで
流れる高温のガスに対する圧力逃がし通路の出口開口部
が、該出口開口部を通る伸長部にて、通路の軸線がピス
トンリングを打撃するのを回避するような位置及び方位
を有し、Ｄがmm単位で表したシリンダの直径、Atotがmm
2単位で表した面積であるとき、これらの圧力逃がし通
路の総断面積AtotがD2/68000乃至D2/10000の範囲内にあ
ることとを特徴とする。
高温の漏洩ガスが圧力逃がし通路から流れ出るとき、
この漏洩ガスは、これらガスが打撃する材料を極めて集
中的に点加熱する高温ガスの集中ジェットの形態にて流
れる。それは、その打撃点にて、何ら有意義な厚さの、
熱から保護する境界層を全く維持することができないか
らである。この本発明による設計は、高負荷が加わった
ピストンリングを出口ジェットの点加熱から保護し、燃
焼チャンバ内の高圧がピストンの下方に侵入するのを防
止するというリングのその主たる機能を一層良く果たす
ことができる。このことは、極めて高いシリンダ出力を
有する近代の２行程クロスヘッドエンジンにおいて、特
に、有利なことである。
この漏洩ガスは、これらガスが打撃する材料を極めて集
中的に点加熱する高温ガスの集中ジェットの形態にて流
れる。それは、その打撃点にて、何ら有意義な厚さの、
熱から保護する境界層を全く維持することができないか
らである。この本発明による設計は、高負荷が加わった
ピストンリングを出口ジェットの点加熱から保護し、燃
焼チャンバ内の高圧がピストンの下方に侵入するのを防
止するというリングのその主たる機能を一層良く果たす
ことができる。このことは、極めて高いシリンダ出力を
有する近代の２行程クロスヘッドエンジンにおいて、特
に、有利なことである。
シリンダの燃料消費量を適宜に最小化し、またシリン
ダの構成要素を長寿命にするという相反する希望の双方
を考慮したぎりぎりの範囲内にてリングの磨耗が制御さ
れることは、クロスヘッドエンジンの作動にとって、必
須のものである。面積がD2/68000以下となるとき、ピス
トンリングにおける差圧は、不利益な程に大きくなり、
これに伴ってリングが著しく磨耗する。D2/10000の面積
の上限値は、リングの磨耗を実質的に軽減することと、
燃焼状態の劣化を防止し、従って、特定の燃料消費とな
るようにすることとの適度な妥協点を示す。上述した範
囲は、エンジンの全体として良好な作動状態と組み合わ
さって、有利な程に長いリング寿命を実現する。また、
この面積の上限値は、排気弁を開放した後、ピストンリ
ングの下方の圧力が極めて迅速に逃げるのを防止し、こ
のため、ピストンリングは、リング溝内を上方に動くこ
とはない。
ダの構成要素を長寿命にするという相反する希望の双方
を考慮したぎりぎりの範囲内にてリングの磨耗が制御さ
れることは、クロスヘッドエンジンの作動にとって、必
須のものである。面積がD2/68000以下となるとき、ピス
トンリングにおける差圧は、不利益な程に大きくなり、
これに伴ってリングが著しく磨耗する。D2/10000の面積
の上限値は、リングの磨耗を実質的に軽減することと、
燃焼状態の劣化を防止し、従って、特定の燃料消費とな
るようにすることとの適度な妥協点を示す。上述した範
囲は、エンジンの全体として良好な作動状態と組み合わ
さって、有利な程に長いリング寿命を実現する。また、
この面積の上限値は、排気弁を開放した後、ピストンリ
ングの下方の圧力が極めて迅速に逃げるのを防止し、こ
のため、ピストンリングは、リング溝内を上方に動くこ
とはない。
側面に漏洩路が設けられた公知のピストンリングと比
較すると、本発明によるピストンの場合、リングの外面
の全体又は一部分に機械加工した漏洩路によって物理的
に弱体化しないピストンリングを使用することが可能で
ある。リングにおける応力レベルは、外面にて高であ
り、また、凹所を有する僅かな面積であっても、外面に
おける材料内に不利な応力集中箇所を生じさせるから、
このことは、顕著な利点である。
較すると、本発明によるピストンの場合、リングの外面
の全体又は一部分に機械加工した漏洩路によって物理的
に弱体化しないピストンリングを使用することが可能で
ある。リングにおける応力レベルは、外面にて高であ
り、また、凹所を有する僅かな面積であっても、外面に
おける材料内に不利な応力集中箇所を生じさせるから、
このことは、顕著な利点である。
１つの実施の形態において、圧力逃がし通路の開口部
は、ピストンリングの後面の内側にて、半径方向に配置
されており、圧力逃がし通路は、ピストンの軸方向に対
して平行に伸長している。全てのリング溝に交差する一
回の穿孔工程により、ピストンの下面から頂部リングの
溝までの全距離に亙って、これらの圧力逃がし通路を横
列状に穿孔することができる。多数の穴部分を使用する
ことを望まないならば、これらの穴部分には栓をするこ
とができる。穿孔した通路はピストンリングの後方にて
リング溝の底部に配置されるため、漏洩ガスの出口ジェ
ットは、ピストンリング内を直接、打撃することが防止
される。この実施の形態は、ピストンを有利な程に簡単
に製造することを可能にする。
は、ピストンリングの後面の内側にて、半径方向に配置
されており、圧力逃がし通路は、ピストンの軸方向に対
して平行に伸長している。全てのリング溝に交差する一
回の穿孔工程により、ピストンの下面から頂部リングの
溝までの全距離に亙って、これらの圧力逃がし通路を横
列状に穿孔することができる。多数の穴部分を使用する
ことを望まないならば、これらの穴部分には栓をするこ
とができる。穿孔した通路はピストンリングの後方にて
リング溝の底部に配置されるため、漏洩ガスの出口ジェ
ットは、ピストンリング内を直接、打撃することが防止
される。この実施の形態は、ピストンを有利な程に簡単
に製造することを可能にする。
１つの代替的な実施の形態において、圧力逃がし通路
の開口部は、ピストンの周面に配置されており、このた
め、漏洩ガスの出口ジェットは、シリンダライナーの内
面を打撃する。ピストンは、ライナー内を動くため、出
口ジェットは、常時、新たな領域に作用し、このこと
は、過熱を防止する。ピストンリングと異なり、ライナ
ーは、また、漏洩ガスにより運ばれた熱を除去する冷却
液によっても直接、冷却される。
の開口部は、ピストンの周面に配置されており、このた
め、漏洩ガスの出口ジェットは、シリンダライナーの内
面を打撃する。ピストンは、ライナー内を動くため、出
口ジェットは、常時、新たな領域に作用し、このこと
は、過熱を防止する。ピストンリングと異なり、ライナ
ーは、また、漏洩ガスにより運ばれた熱を除去する冷却
液によっても直接、冷却される。
リング溝及びピストンリングを完全に漏洩路が存在し
ない状態に保つことが望まれるならば、圧力逃がし通路
の各々は、少なくとも２つの通路部分を備えることがで
きる。これらの通路部分は、ピストンの円筒状の外面か
らピストンの内方に伸長し、好ましくは、直線状の収束
経路を備えて、交点である接続点にて交わる部分を介し
てピストン内にて相互に流れ連通している。
ない状態に保つことが望まれるならば、圧力逃がし通路
の各々は、少なくとも２つの通路部分を備えることがで
きる。これらの通路部分は、ピストンの円筒状の外面か
らピストンの内方に伸長し、好ましくは、直線状の収束
経路を備えて、交点である接続点にて交わる部分を介し
てピストン内にて相互に流れ連通している。
圧力逃がし通路の少なくとも一部分が、リング溝の上
面又は下面に対して実質的に平行に、リング溝の凹所か
ら伸長し、また、ピストンの周面にて開放するようにす
ることにより、通路の製造がより容易となる。その理由
は、工具は、製造時に、ピストンの半径方向に前進する
からである。
面又は下面に対して実質的に平行に、リング溝の凹所か
ら伸長し、また、ピストンの周面にて開放するようにす
ることにより、通路の製造がより容易となる。その理由
は、工具は、製造時に、ピストンの半径方向に前進する
からである。
１つの好適な実施の形態において、圧力逃がし通路
は、リング溝の凹所内に取り外し可能に挿入されたピス
トン部分内を伸長する。リング溝の各々には、取り外し
可能なピストン部分があるようにすることができる。該
ピストン部分は、リング溝内に取り付けるとき、ピスト
ンの全体部分に組み付けられる多数の部品部分から形成
することができる。別個のピストン部分は、ピストンの
全体よりも実質的に小さく、このため、圧力逃がし通路
の製造時に取り扱うことがより容易である。更に、ピス
トン部分は、ピストンの他の部分から独立的に、置換す
ることができ、このことは、圧力逃がし通路周囲の材料
は、腐食する傾向があるため、有利なことである。
は、リング溝の凹所内に取り外し可能に挿入されたピス
トン部分内を伸長する。リング溝の各々には、取り外し
可能なピストン部分があるようにすることができる。該
ピストン部分は、リング溝内に取り付けるとき、ピスト
ンの全体部分に組み付けられる多数の部品部分から形成
することができる。別個のピストン部分は、ピストンの
全体よりも実質的に小さく、このため、圧力逃がし通路
の製造時に取り扱うことがより容易である。更に、ピス
トン部分は、ピストンの他の部分から独立的に、置換す
ることができ、このことは、圧力逃がし通路周囲の材料
は、腐食する傾向があるため、有利なことである。
リング溝の下面に、ピストンの基材料よりも硬い、ク
ロムのような材料のコーティングを付与することが好ま
しい。圧力逃がし通路は、リング溝の下面において、上
方に開放した通路である。圧力逃がし通路は、より硬い
材料のコーティングの厚さよりもピストンの軸方向によ
り高い高さを有している。上方に開放した通路内の漏洩
ガスからの圧力は、上方への力にてピストンリングの下
面に作用する。この上方への力は、ピストンが作用行程
の終点にあるとき、ピストンリングがリング溝の下面か
ら迅速に持ち上がることに寄与する。リング溝内にてピ
ストンリングの上方及び下方への動きを伴う、この持ち
上がりは、リング溝がコークの形成物を含まない状態を
保つために重要である。このため、通路は、より硬い材
料の厚さよりも深くすることが有利であり、それは、そ
の下方の基材料よりも熱に対してより影響を受け易いか
らである。通路がより硬い材料を通って全行程に亙って
進むことを許容されるとき、より硬い材料の極めて僅か
な部分のみが漏洩ガスによる熱の影響に露呈される。
ロムのような材料のコーティングを付与することが好ま
しい。圧力逃がし通路は、リング溝の下面において、上
方に開放した通路である。圧力逃がし通路は、より硬い
材料のコーティングの厚さよりもピストンの軸方向によ
り高い高さを有している。上方に開放した通路内の漏洩
ガスからの圧力は、上方への力にてピストンリングの下
面に作用する。この上方への力は、ピストンが作用行程
の終点にあるとき、ピストンリングがリング溝の下面か
ら迅速に持ち上がることに寄与する。リング溝内にてピ
ストンリングの上方及び下方への動きを伴う、この持ち
上がりは、リング溝がコークの形成物を含まない状態を
保つために重要である。このため、通路は、より硬い材
料の厚さよりも深くすることが有利であり、それは、そ
の下方の基材料よりも熱に対してより影響を受け易いか
らである。通路がより硬い材料を通って全行程に亙って
進むことを許容されるとき、より硬い材料の極めて僅か
な部分のみが漏洩ガスによる熱の影響に露呈される。
圧力逃がし通路は、ピストンリングを貫通してその上
面からその下面まで伸長する幾つかの通路部分を備える
ようにすることが可能である。ピストンリングの下面に
おける通路部分は、リング溝の下面に形成された少なく
とも１つの上方に開放した環状通路内に開放し、また、
該通路部分は、半径方向外方に伸長する通路部分を介し
てピストンリングの下方の環状の空間と連通している。
この実施の形態において、高温ガスの主要部分は、ピス
トンリングの後方のリング溝内のキャビティを通過する
ことを回避し、ピストンリングの正面が背面から適当な
距離にてピストンリングを貫通して下方に伸長し、該通
路部分から、ガスはピストンリングの下方を外方に流れ
る。環状の上方に開放した通路部分は、ピストンリング
の下面にてガスの力の作用を分配し、この結果、リング
は有利な程、均一な作用を受ける。
面からその下面まで伸長する幾つかの通路部分を備える
ようにすることが可能である。ピストンリングの下面に
おける通路部分は、リング溝の下面に形成された少なく
とも１つの上方に開放した環状通路内に開放し、また、
該通路部分は、半径方向外方に伸長する通路部分を介し
てピストンリングの下方の環状の空間と連通している。
この実施の形態において、高温ガスの主要部分は、ピス
トンリングの後方のリング溝内のキャビティを通過する
ことを回避し、ピストンリングの正面が背面から適当な
距離にてピストンリングを貫通して下方に伸長し、該通
路部分から、ガスはピストンリングの下方を外方に流れ
る。環状の上方に開放した通路部分は、ピストンリング
の下面にてガスの力の作用を分配し、この結果、リング
は有利な程、均一な作用を受ける。
ピストンリングの各々に対して、少なくとも４個、好
ましくは７個乃至16個の作用可能な圧力逃がし通路が、
ピストンの周面に沿って実質的に均一に配分されるよう
にすることが便宜である。この通路の数が多ければ多い
ほど、熱負荷は圧力逃がし通路の周りの材料に一層均一
に分配される。この熱分配を別にして、最適な通路の数
が決定されるとき、例えば、リング溝内にコークが沈着
する虞れといった、その他の状況も考慮に入れることが
できる。漏洩ガスは、ピストンにおける幾つかのピスト
ンリングを経て下方に流動し、圧力逃がし通路が異なる
リング溝の間にて周方向に相互に変位されるならば、ガ
スはピストンの周方向に向けて流れ、リング溝の漏洩路
から下方のピストンリングの漏洩路まで流れるようにし
なければならない。このガスは、オイルの残留物及び該
ガスによる燃焼の残留物を吸引する可能性があり、ガス
の流路が長ければ長い程、詰まる虞れのある残留材料が
付着する危険性は一層大きくなる。ピストンリングの後
方にある環状の空間内にてコークの沈着を防止すること
を考慮すれば、ピストンリングはその下面に８個乃至16
個の漏洩路を有することが好ましい。
ましくは７個乃至16個の作用可能な圧力逃がし通路が、
ピストンの周面に沿って実質的に均一に配分されるよう
にすることが便宜である。この通路の数が多ければ多い
ほど、熱負荷は圧力逃がし通路の周りの材料に一層均一
に分配される。この熱分配を別にして、最適な通路の数
が決定されるとき、例えば、リング溝内にコークが沈着
する虞れといった、その他の状況も考慮に入れることが
できる。漏洩ガスは、ピストンにおける幾つかのピスト
ンリングを経て下方に流動し、圧力逃がし通路が異なる
リング溝の間にて周方向に相互に変位されるならば、ガ
スはピストンの周方向に向けて流れ、リング溝の漏洩路
から下方のピストンリングの漏洩路まで流れるようにし
なければならない。このガスは、オイルの残留物及び該
ガスによる燃焼の残留物を吸引する可能性があり、ガス
の流路が長ければ長い程、詰まる虞れのある残留材料が
付着する危険性は一層大きくなる。ピストンリングの後
方にある環状の空間内にてコークの沈着を防止すること
を考慮すれば、ピストンリングはその下面に８個乃至16
個の漏洩路を有することが好ましい。
次に、概略図を参照しつつ、本発明の実施の形態に関
して、以下に、更に、詳細に説明する。添付図面におい
て、 図１は、ピストンリング用のリング溝を有するピスト
ンの側面図である。
して、以下に、更に、詳細に説明する。添付図面におい
て、 図１は、ピストンリング用のリング溝を有するピスト
ンの側面図である。
図2a及び図2bは、ピストン内のリング溝における圧力
逃がし通路の第１の実施形態における長手方向断面図及
び断面の外形図である。
逃がし通路の第１の実施形態における長手方向断面図及
び断面の外形図である。
図3a及び図3bは、圧力逃がし通路の第２の実施形態に
おけるリング溝に沿った、それぞれ、側面図及び縦断面
図である。
おけるリング溝に沿った、それぞれ、側面図及び縦断面
図である。
図4aは、第３の実施形態の断面図である。
図4b及び図4cは、第３の実施形態における２つの改変
例の側面図である。
例の側面図である。
図5a及び図5bは、圧力逃がし通路の第４の実施形態に
おけるリング溝の断面図及び側面図であり、図5bはより
大きい縮尺で示した図である。
おけるリング溝の断面図及び側面図であり、図5bはより
大きい縮尺で示した図である。
図6aは、第５の実施形態の断面図である。
図6b、図6c、図6d及び図6eは、第５の実施形態の別の
異なる改変例の側面図である。
異なる改変例の側面図である。
図7a及び図7bは、圧力逃がし通路の第６の実施形態に
おけるリング溝のそれぞれ、断面図及び側面図である。
おけるリング溝のそれぞれ、断面図及び側面図である。
図１には、ディーゼル型の大型２行程クロスヘッド・
エンジン用のピストン１が図示されている。図示しな
い、ピストンロッド、クロスヘッド及び接続ロッドによ
って、ピストンは、クランク軸に接続されている。エン
ジンの寸法に対応して、ピストンは、例えば240乃至100
0mmの範囲の直径とすることができる。ピストンは、軸
方向に分離した多数のリング溝２乃至４を有し、ピスト
ンリングを該リング溝内に取り付けることができる。典
型的に、４つのピストンリングがピストンに取り付けら
れているが、勿論、２乃至８つのピストンリングといっ
たその他の数とすることも可能である。
エンジン用のピストン１が図示されている。図示しな
い、ピストンロッド、クロスヘッド及び接続ロッドによ
って、ピストンは、クランク軸に接続されている。エン
ジンの寸法に対応して、ピストンは、例えば240乃至100
0mmの範囲の直径とすることができる。ピストンは、軸
方向に分離した多数のリング溝２乃至４を有し、ピスト
ンリングを該リング溝内に取り付けることができる。典
型的に、４つのピストンリングがピストンに取り付けら
れているが、勿論、２乃至８つのピストンリングといっ
たその他の数とすることも可能である。
次の説明において、異なる実施の形態にて使用した参
照番号は、同一型式の要素に対して同一である。
照番号は、同一型式の要素に対して同一である。
図１に図示したピストンは、頂部ピストンリング用と
してのリング溝の上方に配置された、いわゆる上方頂部
ランド部５である、比較的長いピストン部分を有してい
る。このピストン部分は、頂部ピストンリングに対して
所定の保護を提供する。それは、高温の燃焼ガスが、ピ
ストンリングに達する前に、最初に、シリンダの内面と
上方頂部ランド部との間の環状の空間を通らなければな
らないからである。この上方頂部ランド部５は、例え
ば、次のような軸方向長さを有することができる。すな
わち、頂部ピストンリングが、該ピストンにおける最上
方点の下方にあるピストンリングの高さの５倍以上、好
ましくは、10倍以上高い位置に配置されるような長さと
する。また、ピストンは、図２に図示するように形成す
ることもでき、この場合、頂部ピストンリング用のリン
グ溝２は、ピストンの最上方点に近い位置にある。
してのリング溝の上方に配置された、いわゆる上方頂部
ランド部５である、比較的長いピストン部分を有してい
る。このピストン部分は、頂部ピストンリングに対して
所定の保護を提供する。それは、高温の燃焼ガスが、ピ
ストンリングに達する前に、最初に、シリンダの内面と
上方頂部ランド部との間の環状の空間を通らなければな
らないからである。この上方頂部ランド部５は、例え
ば、次のような軸方向長さを有することができる。すな
わち、頂部ピストンリングが、該ピストンにおける最上
方点の下方にあるピストンリングの高さの５倍以上、好
ましくは、10倍以上高い位置に配置されるような長さと
する。また、ピストンは、図２に図示するように形成す
ることもでき、この場合、頂部ピストンリング用のリン
グ溝２は、ピストンの最上方点に近い位置にある。
より多数の圧力逃がし通路６がリング溝２の底部に配
置されており、該リング溝の底部をその下方のリング溝
３に接続する。これに対応して、リング溝３は、その下
方のリング溝と接続される等して、底部のリング溝４に
至る。圧力逃がし通路６は、該通路をリング溝の底部に
配置する半径にてピストンの中心軸線７に対して平行に
穿孔することができ、これにより、通路が図示しないピ
ストンリングの後面の内側にて半径方向に開放し、この
ため、流れ出す漏洩ガスがピストンリングを直接、打撃
しないようにすることができる。底部リング溝４の下方
に配置された穴部分10は、栓８で栓をし、溶接、又はガ
スが部分10を通ってピストンの下方に流れるのを防止す
る、任意の他の方法により充填し、閉じることができ
る。ガスがその下方のリング溝まで下方に流れる前に、
ガスがリング溝の周方向に流れるようにすることが望ま
しいならば、逃がし通路の数よりも多数の穴を穿孔する
ことができる。そして、穴の幾つかを１つのリング溝に
て閉じて、その他の穴は別のリング溝にて閉じるように
する。
置されており、該リング溝の底部をその下方のリング溝
３に接続する。これに対応して、リング溝３は、その下
方のリング溝と接続される等して、底部のリング溝４に
至る。圧力逃がし通路６は、該通路をリング溝の底部に
配置する半径にてピストンの中心軸線７に対して平行に
穿孔することができ、これにより、通路が図示しないピ
ストンリングの後面の内側にて半径方向に開放し、この
ため、流れ出す漏洩ガスがピストンリングを直接、打撃
しないようにすることができる。底部リング溝４の下方
に配置された穴部分10は、栓８で栓をし、溶接、又はガ
スが部分10を通ってピストンの下方に流れるのを防止す
る、任意の他の方法により充填し、閉じることができ
る。ガスがその下方のリング溝まで下方に流れる前に、
ガスがリング溝の周方向に流れるようにすることが望ま
しいならば、逃がし通路の数よりも多数の穴を穿孔する
ことができる。そして、穴の幾つかを１つのリング溝に
て閉じて、その他の穴は別のリング溝にて閉じるように
する。
第２の実施の形態において、圧力逃がし通路11の各々
は、ピストンリング14がその内部に取り付けられる、関
係したリング溝（２又は３）から完全に分離した位置に
配置された２つの通路部分12、13として製造される。ピ
ストンリング14内の応力は、そのリング外面15をシリン
ダ壁又はシリンダライナー17の内面16と接触した状態に
保つ。通路部分12は、リング溝の上方の領域内にてピス
トンの円筒状外面18から斜め下方にピストン内に穿孔さ
れており、通路部分13は、リング溝の下方の領域内にて
外面18から斜め上方にピストン内に穿孔され、このた
め、通路部分12、13は、収束経路を通って、交点19であ
る接続点にて互いに交差する。該交点19は、リング溝の
内側にて半径方向に配置されることが便宜である。
は、ピストンリング14がその内部に取り付けられる、関
係したリング溝（２又は３）から完全に分離した位置に
配置された２つの通路部分12、13として製造される。ピ
ストンリング14内の応力は、そのリング外面15をシリン
ダ壁又はシリンダライナー17の内面16と接触した状態に
保つ。通路部分12は、リング溝の上方の領域内にてピス
トンの円筒状外面18から斜め下方にピストン内に穿孔さ
れており、通路部分13は、リング溝の下方の領域内にて
外面18から斜め上方にピストン内に穿孔され、このた
め、通路部分12、13は、収束経路を通って、交点19であ
る接続点にて互いに交差する。該交点19は、リング溝の
内側にて半径方向に配置されることが便宜である。
この実施の形態は、各通路に対して幾つかの通路部分
を含むことにより改変することができる。ピストン１に
は、例えば、リング溝の内側に配置された内側の環状キ
ャビティを形成することができる。この環状キャビティ
は、各通路内の一部分を構成し、これらの部分をピスト
ンの外面から内側の環状キャビティ内に単に穿孔するこ
とにより形成することが出来る。第一に、このことは、
穴を交点である接続点に達するように穿孔しないため、
穴をより低精度にて予め形成し得ることを意味する。第
二に、漏洩ガスを、環状キャビティを介して幾つかの通
路間にて分配することができることを意味する。かかる
分配が望ましくないならば、内側キャビティは、圧力逃
がし通路の各々の間にて仕切ることができる。
を含むことにより改変することができる。ピストン１に
は、例えば、リング溝の内側に配置された内側の環状キ
ャビティを形成することができる。この環状キャビティ
は、各通路内の一部分を構成し、これらの部分をピスト
ンの外面から内側の環状キャビティ内に単に穿孔するこ
とにより形成することが出来る。第一に、このことは、
穴を交点である接続点に達するように穿孔しないため、
穴をより低精度にて予め形成し得ることを意味する。第
二に、漏洩ガスを、環状キャビティを介して幾つかの通
路間にて分配することができることを意味する。かかる
分配が望ましくないならば、内側キャビティは、圧力逃
がし通路の各々の間にて仕切ることができる。
ピストン上方の燃焼チャンバ内にて燃焼する間、高温
の漏洩ガスがピストンリングの上方通路部分12内に流れ
込み、ピストンリングの下方の通路部分13の開口部20か
ら外に出る。
の漏洩ガスがピストンリングの上方通路部分12内に流れ
込み、ピストンリングの下方の通路部分13の開口部20か
ら外に出る。
この第３の実施の形態は、底部から第二のリング溝３
と接続した状態で図4aに示してある。圧力逃がし通路21
は、ピストンリングの背面22の後方にて環状空の間３′
の底部から伸長し、また、ピストンリング14の下方のピ
ストンの外面18から斜め下方に伸長する。作動行程の
間、ピストンリング14は、下方に押圧されて、リング溝
の下面23と密封接触する。ピストンリングは、リング溝
の高さよりも低いリング高さを有するため、ピストンリ
ングの上面とリング溝の上面24との間には顕著な隙間が
存在し、この隙間は、ピストンリングの後方の環状の空
間３′に対し、ピストンの外面にてピストンリングの上
方における環状の空間25と略等しい圧力が加わるように
する。
と接続した状態で図4aに示してある。圧力逃がし通路21
は、ピストンリングの背面22の後方にて環状空の間３′
の底部から伸長し、また、ピストンリング14の下方のピ
ストンの外面18から斜め下方に伸長する。作動行程の
間、ピストンリング14は、下方に押圧されて、リング溝
の下面23と密封接触する。ピストンリングは、リング溝
の高さよりも低いリング高さを有するため、ピストンリ
ングの上面とリング溝の上面24との間には顕著な隙間が
存在し、この隙間は、ピストンリングの後方の環状の空
間３′に対し、ピストンの外面にてピストンリングの上
方における環状の空間25と略等しい圧力が加わるように
する。
高温の漏洩ガスは、環状の空間３′から通路21を通り
且つ開口部20から出て、そこからガスジェットは、ピス
トンリングの下方の環状の空間26を横断して進み、シリ
ンダライナーの内面16を打撃すると同時に、漏洩ガスの
流入のため、環状の空間26内に圧力が蓄積する。出口開
口部20は、ピストンの外面に配置されており、このた
め、内面16に対して連続的に移動し、その結果、該内面
16が熱による損傷を受けることはない。環状の空間３′
には、漏洩ガスの流出量に対応した高温ガスが供給され
るが、この供給は、リング上面と上面24との間の隙間を
通じて行われることは明らかである。この隙間の流動面
積は、通路21の断面積よりも何倍も大きく、従って、ガ
スの流れは、より遅く且つより静かである。
且つ開口部20から出て、そこからガスジェットは、ピス
トンリングの下方の環状の空間26を横断して進み、シリ
ンダライナーの内面16を打撃すると同時に、漏洩ガスの
流入のため、環状の空間26内に圧力が蓄積する。出口開
口部20は、ピストンの外面に配置されており、このた
め、内面16に対して連続的に移動し、その結果、該内面
16が熱による損傷を受けることはない。環状の空間３′
には、漏洩ガスの流出量に対応した高温ガスが供給され
るが、この供給は、リング上面と上面24との間の隙間を
通じて行われることは明らかである。この隙間の流動面
積は、通路21の断面積よりも何倍も大きく、従って、ガ
スの流れは、より遅く且つより静かである。
通路21は、例えば、図4bに図示するような、簡単な円
形の断面、又は図4cに図示するような、細長い断面とい
った異なる断面形状を有することが可能である。細長い
断面は、通路当たりの面積が大きく、その結果、特定の
漏洩面積を得るためのリング溝当たりの通路が少なくて
よい。同一のリング溝と組み合わせて、異なる断面形状
の通路を使用することも可能である。
形の断面、又は図4cに図示するような、細長い断面とい
った異なる断面形状を有することが可能である。細長い
断面は、通路当たりの面積が大きく、その結果、特定の
漏洩面積を得るためのリング溝当たりの通路が少なくて
よい。同一のリング溝と組み合わせて、異なる断面形状
の通路を使用することも可能である。
第４の実施の形態において、圧力逃がし通路30は、ピ
ストンリングの後方の環状の空間３′の底部からリング
溝の下面23に対して平行に且つ外面18の開口部20まで半
径方向外方に伸長している。リング溝の下面及び上面に
は、クロムのような硬い材料のコーティング31が施され
ている。該圧力逃がし通路30は、上方に開放した通路で
あり、コーティング31の厚さｔよりも深い通路深さｄを
有している。このことは、このコーティングが高温の漏
洩ガスによって僅かな程度の影響しか受けないという有
利な点をもたらす。当然、通路30は、通路21に関して説
明したものと異なる断面積にて形成することができる。
ストンリングの後方の環状の空間３′の底部からリング
溝の下面23に対して平行に且つ外面18の開口部20まで半
径方向外方に伸長している。リング溝の下面及び上面に
は、クロムのような硬い材料のコーティング31が施され
ている。該圧力逃がし通路30は、上方に開放した通路で
あり、コーティング31の厚さｔよりも深い通路深さｄを
有している。このことは、このコーティングが高温の漏
洩ガスによって僅かな程度の影響しか受けないという有
利な点をもたらす。当然、通路30は、通路21に関して説
明したものと異なる断面積にて形成することができる。
第５の実施の形態において、圧力逃がし通路32が別個
のピストン部分33に設けられ、ピストンリング14に対す
るリング溝の下方境界を構成する。該ピストン部分は、
リング溝の底部における凹所と係合するように配置され
たフランジ部分34を有しており、これにより、該ピスト
ン部分は、ピストンの他の部分に締結される。ピストン
部分33は、温度に対してより敏感である。通常のピスト
ン材料、すなわち鋳鉄よりも、通常、少なくとも450℃
の実質的に高温度による影響に長期間に亙って耐えるこ
とのできる鋳鋼にて製造することができる。更に、別個
で且つ交換可能なピストン部分33に、圧力逃がし通路を
形成するという実質的に有利な点がもたらされる。すな
わち、そのピストンが取り付けられるエンジンについて
選択された実際の動力の出力に従って、異なるピストン
部分を同一のピストン基部に取り付けることができる。
例えば、リング溝における最適な漏洩面積は、特に、特
定のエンジンの最高圧力によって決まり、また、ピスト
ン部分を適当に選択することにより、ピストン基部をエ
ンジンの実際の作動パラメータに対応し得るようにする
ことができる。
のピストン部分33に設けられ、ピストンリング14に対す
るリング溝の下方境界を構成する。該ピストン部分は、
リング溝の底部における凹所と係合するように配置され
たフランジ部分34を有しており、これにより、該ピスト
ン部分は、ピストンの他の部分に締結される。ピストン
部分33は、温度に対してより敏感である。通常のピスト
ン材料、すなわち鋳鉄よりも、通常、少なくとも450℃
の実質的に高温度による影響に長期間に亙って耐えるこ
とのできる鋳鋼にて製造することができる。更に、別個
で且つ交換可能なピストン部分33に、圧力逃がし通路を
形成するという実質的に有利な点がもたらされる。すな
わち、そのピストンが取り付けられるエンジンについて
選択された実際の動力の出力に従って、異なるピストン
部分を同一のピストン基部に取り付けることができる。
例えば、リング溝における最適な漏洩面積は、特に、特
定のエンジンの最高圧力によって決まり、また、ピスト
ン部分を適当に選択することにより、ピストン基部をエ
ンジンの実際の作動パラメータに対応し得るようにする
ことができる。
本明細書に記載した色々な実施の形態において、１つ
の共通の特徴は、個々のピストンリングと関係した圧力
逃がし通路の総断面積Atotが、D2/68000乃至D2/10000の
範囲内にあり、好ましくは、D2/30000乃至D2/20000の範
囲内にあることである。典型的な２行程クロスヘッドエ
ンジンの場合、ピストン直径Ｄは、約600mmであり、A
totは、5.29乃至36mm2の範囲、好ましくは、12乃至18mm
2の範囲内にある。ピストン直径Ｄが約1000mmの極めて
大型のエンジンの場合、面積Atotは、14.7乃至100mm2の
範囲、好ましくは、33.3乃至50mm2の範囲内にある。
の共通の特徴は、個々のピストンリングと関係した圧力
逃がし通路の総断面積Atotが、D2/68000乃至D2/10000の
範囲内にあり、好ましくは、D2/30000乃至D2/20000の範
囲内にあることである。典型的な２行程クロスヘッドエ
ンジンの場合、ピストン直径Ｄは、約600mmであり、A
totは、5.29乃至36mm2の範囲、好ましくは、12乃至18mm
2の範囲内にある。ピストン直径Ｄが約1000mmの極めて
大型のエンジンの場合、面積Atotは、14.7乃至100mm2の
範囲、好ましくは、33.3乃至50mm2の範囲内にある。
図6b及び図6cから、圧力逃がし通路32は異なる断面形
状及び寸法を有し、また、図6dは、図5bに図示した実施
の形態に対応するピストン部分33の頂部における通路の
位置を示すことが理解される。更に、図6eに図示するよ
うに、通路32は、ピストン部分33の下面に配置すること
ができるが、このことは好適な実施の形態ではない。
状及び寸法を有し、また、図6dは、図5bに図示した実施
の形態に対応するピストン部分33の頂部における通路の
位置を示すことが理解される。更に、図6eに図示するよ
うに、通路32は、ピストン部分33の下面に配置すること
ができるが、このことは好適な実施の形態ではない。
図7a、図7bに図示した第６の実施の形態において、圧
力逃が通路は、通路部分35を備えており、該通路部分
は、環状の空間25から環状通路部分36（リング溝の上面
23に上方に開放した凹所として形成された部分）迄、好
ましくは斜め下方にピストンリング14を貫通して伸長す
る。通路部分36から、漏洩ガスは、半径方向に伸長する
通路部分37を介して出口開口部20まで流れ、該出口開口
部からガスはライナーの内面16を打撃し、速度が遅くな
り且つ環状の空間26内の圧力を上昇させる。
力逃が通路は、通路部分35を備えており、該通路部分
は、環状の空間25から環状通路部分36（リング溝の上面
23に上方に開放した凹所として形成された部分）迄、好
ましくは斜め下方にピストンリング14を貫通して伸長す
る。通路部分36から、漏洩ガスは、半径方向に伸長する
通路部分37を介して出口開口部20まで流れ、該出口開口
部からガスはライナーの内面16を打撃し、速度が遅くな
り且つ環状の空間26内の圧力を上昇させる。
異なる実施の形態を組み合わせて新たな実施の形態と
することができ、また、上記の実施の形態の細部を組み
合わせることもできる。
することができ、また、上記の実施の形態の細部を組み
合わせることもできる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−158351（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−167850（ＪＰ，Ａ)
実開 昭51−118806（ＪＰ，Ｕ)
独国特許出願公開19514918（ＤＥ，Ａ
１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02F 3/24
F02F 3/00
F02F 5/00
F16J 1/06
F16J 9/00
Claims (11)
- 【請求項１】２行程クロスヘッド・ディーゼルエンジン
用のピストン（１）であって、ピストンリング（14）用
の多数のリング溝（２−４）を有し、該リングは、リン
グと関係したリング溝の高さよりも、ピストンの軸方向
に低いリング高さを有し、少なくとも幾つかのリングに
て、ピストンは、ピストンの外面（18）で、ピストンリ
ングの上方及び下方に配置された環状の空間（25、26）
の間にガス流れ接続部を形成する圧力逃がし通路（６、
11、21、30、32、35−37）を有し、該圧力逃がし通路
の、少なくとも一部分が、ピストンに形成された、ピス
トン（１）において、 ピストンリング（14）の上方の環状の空間（25）から下
方の環状の空間（26）まで流れる高温のガスに対する圧
力逃がし通路（６、11、21、30、32、35、36、37）の出
口開口部（20）が、該出口開口部（20）を通る伸長部に
て、前記圧力逃がし通路の軸線がピストンリング（14）
を打撃するのを回避するような位置及び方位を有し、Ｄ
がmm単位で表したシリンダの直径で、またAtotがmm2単
位で表した面積であるとき、これらの圧力逃がし通路の
総断面積Atotが、D2/68000乃至D2/10000の範囲内にある
こととを特徴とする、ピストン。 - 【請求項２】請求項１に記載のピストンにおいて、圧力
逃がし通路（６）の開口部（20）が、ピストンリング
（14）の後面の内側にて半径方向に配置され、圧力逃が
し通路（６）が、ピストンの軸方向に対して平行に伸長
することとを特徴とする、ピストン。 - 【請求項３】請求項１に記載のピストンにおいて、圧力
逃がし通路（11、21、30、32、37）の開口部（20）が、
ピストンの周面（18）に配置されることを特徴とする、
ピストン。 - 【請求項４】請求項３に記載のピストンにおいて、圧力
逃がし通路（11）の各々が、少なくとも２つの通路部分
（12、13）を備え、これらの通路部分が、ピストン
（１）の円筒状の外面（18）から内方に伸長し、好まし
くは、直線状の収束経路を備え、交点（19）である接続
点にて交わる部分を介して、ピストン内にて相互に流れ
連通することを特徴とする、ピストン。 - 【請求項５】請求項１に記載のピストンにおいて、圧力
逃がし通路（30、32、36、37）の少なくとも一部分が、
リング溝の上面又は下面（23）に対して実質的に平行
に、リング溝の凹所から伸長すると共に、ピストンの周
面にて開放することを特徴とする、ピストン。 - 【請求項６】請求項５に記載のピストンにおいて、圧力
逃がし通路（32）が、リング溝（２、３）の凹所内に取
り外し可能に挿入されたピストン部分（33）内を伸長す
ることを特徴とする、ピストン。 - 【請求項７】請求項５に記載のピストンにおいて、リン
グ溝の下面（23）には、ピストン（１）の基材料よりも
硬い、クロムのような材料のコーティング（31）が付与
され、圧力逃がし通路が、リング溝の下面における上方
に開放した通路（30、37）であり、圧力逃がし通路が、
より硬い材料のコーティングの厚さよりもピストンの軸
方向により高い高さを有することとを特徴とする、ピス
トン。 - 【請求項８】請求項１乃至７の何れかに記載のピストン
において、圧力逃がし通路が、ピストンリング（14）を
貫通してその上面からその下面まで伸長する通路部分
（35）を備え、ピストンリングにおける通路部分が、リ
ング溝の下面に形成されて上方に開放する少なくとも１
つの環状通路部分（36）内に開放し、該通路部分が、半
径方向外方に伸長する通路部分（37）を介してピストン
リングの下方の環状の空間（26）と連通することとを特
徴とする、ピストン。 - 【請求項９】請求項１乃至８の何れかに記載のピストン
において、個々のピストンリング（14）に対して、少な
くとも４個の作用可能な圧力逃がし通路（６、11、21、
30、32、35、36、37）が、ピストンの周面に沿って実質
的に均一に配分されることを特徴とする、ピストン。 - 【請求項１０】請求項１乃至８の何れかに記載のピスト
ンにおいて、個々のピストンリング（14）に対して、７
個乃至16個の作用可能な圧力逃がし通路（６、11、21、
30、32、35、36、37）が、ピストンの周面に沿って実質
的に均一に配分されることを特徴とする、ピストン。 - 【請求項１１】請求項１乃至10の何れかに記載のピスト
ンにおいて、前記圧力逃がし通路の総断面積AtotがD2/3
0000乃至D2/20000の範囲内にあることを特徴とする、ピ
ストン。
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