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JPH0526252Y2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0526252Y2
JPH0526252Y2 JP1985126525U JP12652585U JPH0526252Y2 JP H0526252 Y2 JPH0526252 Y2 JP H0526252Y2 JP 1985126525 U JP1985126525 U JP 1985126525U JP 12652585 U JP12652585 U JP 12652585U JP H0526252 Y2 JPH0526252 Y2 JP H0526252Y2
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JP
Japan
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cooling
piston
oil
chamber
air
Prior art date
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JP1985126525U
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Japanese (ja)
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JPS6236214U (en
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Publication of JPS6236214U publication Critical patent/JPS6236214U/ja
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関に使用される油冷式ピストン
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an oil-cooled piston used in an internal combustion engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

大口径の高出力の内燃機関用ピストン冠は高温
ガスにさらされることから、ピストンの焼付防止
のため積極的に冷却する必要のある部材である。
該ピストン冠の冷却手段としては水冷形と油冷形
に大別され、双方とも実用化されている。このう
ち油冷式ピストン冠は、冷却損失の低減や構造の
簡易化が可能なため、内燃機関用としての使用が
増加している。
Piston crowns for large-diameter, high-output internal combustion engines are exposed to high-temperature gas, and therefore require active cooling to prevent seizure of the pistons.
Cooling means for the piston crown are broadly classified into water-cooled types and oil-cooled types, and both types are in practical use. Among these, oil-cooled piston crowns are increasingly being used for internal combustion engines because they can reduce cooling loss and simplify the structure.

〔考案が解決しようとする課題〕[The problem that the idea attempts to solve]

ところが油冷式ピストン冠は、油の比重が軽く
かつ比熱が小さいため、その熱伝達率が同一の速
度条件では水の場合の約1/10となることから、冷
却効果の増加をはかる工夫をすることが必要とな
つている。この一例として油の流速を部分的に高
くしたスピード形のもの、あるいは油の噴流を冷
却部位の近傍へ噴出させる方式のものがある。し
かしこれらのものは構造面より制約を受ける場合
が多く、全部位に亘つて十分な冷却効果が得られ
るようにするのは、困難な現状にある。即ちピス
トン冠冷却油噴流ノズルa,bによつて冷却する
場合、第3図右半分に示すように、冷却室1a内
の油中に冷却油を噴出すると、油の抵抗が大きい
ため冷却油の噴流14が拡散してしまつて、冷却
面に到達する時にはその速度が低下し、十分な熱
伝達率が得られない欠点がある。
However, in oil-cooled piston crowns, the specific gravity of oil is light and the specific heat is small, so the heat transfer coefficient is about 1/10 that of water under the same speed conditions, so we devised ways to increase the cooling effect. It has become necessary to do so. Examples of this include a speed type in which the oil flow rate is partially increased, or a type in which a jet of oil is ejected near the cooling area. However, these devices are often subject to structural limitations, and it is currently difficult to obtain a sufficient cooling effect over all parts. That is, when cooling is performed using the piston crown cooling oil jet nozzles a and b, as shown in the right half of Fig. 3, when cooling oil is jetted into the oil in the cooling chamber 1a, the oil resistance is large and the cooling oil is This has the drawback that the jet stream 14 is diffused and its speed decreases when it reaches the cooling surface, making it impossible to obtain a sufficient heat transfer coefficient.

本考案の目的は前記従来装置の欠点を解消し、
油でピストン冠を冷却する際十分に大きい熱伝達
率が得られる油冷式ピストンを提供するにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional device,
To provide an oil-cooled piston capable of obtaining a sufficiently large heat transfer coefficient when cooling a piston crown with oil.

〔課題を解決するための手段〕 本考案に係る油冷ピストンは、冷却油をピスト
ン冠内の冷却室内に噴出させてピストン冠を冷却
するように構成されたピストンにおいて、一端が
ピストンアンダーサイド室に開口され他端が前記
冷却室に開口する空気通路が形成された空気導入
部材と、前記空気通路中に設けられピストンアン
ダーサイド室側から冷却室側へ向かう空気の流れ
のみを許容する逆止弁とを備えたことを特徴とし
ている。
[Means for Solving the Problems] The oil-cooled piston according to the present invention is configured to cool the piston crown by jetting cooling oil into the cooling chamber in the piston crown, and one end of the piston is connected to the piston underside chamber. an air introducing member formed with an air passage whose other end is open to the cooling chamber; and a non-return member provided in the air passage that allows air to flow only from the piston underside chamber side to the cooling chamber side. It is characterized by having a valve.

〔作用〕[Effect]

ピストン冠内冷却室へ空気導入部材内の空気通
路及び逆止弁を介してピストンアンダーサイド室
内の空気が導入され、目標冷却面に空気層を滞留
させる。これにより、ピストン冠のノズルよりの
噴出された冷却油は油中に噴出されることなく空
気中に噴出する。これにより、冷却油の初速が途
中で消失することなく目標冷却面に直進できるた
め、十分な大きい熱伝達率が得られる。
Air in the piston underside chamber is introduced into the piston crown cooling chamber through the air passage in the air introduction member and the check valve, and an air layer is retained on the target cooling surface. Thereby, the cooling oil ejected from the nozzle of the piston crown is ejected into the air without being ejected into oil. Thereby, the initial velocity of the cooling oil is not lost on the way and the cooling oil can go straight to the target cooling surface, so a sufficiently large heat transfer coefficient can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下第1図〜第3図を参照して本考案の一実施
例につき説明すると、1はピストン冠、2はピス
トンスカート、3はピストン棒でボルトによりピ
ストン冠1及びピストンスカートに結合されてい
る。1aはピストン冠1の内部に形成された冷却
室、1bはピストン冠1に多数穿設された冷却
孔、4は冷却油入口金物、7は冷却油入口管、1
8は冷却油入口通路、19は冷却油出口管、20
は冷却油溜めである。aは冷却孔1b内に冷却油
を噴出するためのノズル、bはピストン冠1の冷
却面に向けて冷却油を噴出するためのノズルであ
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a piston crown, 2 is a piston skirt, and 3 is a piston rod which is connected to the piston crown 1 and the piston skirt by bolts. . 1a is a cooling chamber formed inside the piston crown 1, 1b is a cooling hole formed in a large number in the piston crown 1, 4 is a cooling oil inlet fitting, 7 is a cooling oil inlet pipe, 1
8 is a cooling oil inlet passage, 19 is a cooling oil outlet pipe, 20
is the cooling oil sump. A is a nozzle for spouting cooling oil into the cooling hole 1b, and b is a nozzle for spouting cooling oil toward the cooling surface of the piston crown 1.

12は空気導入部材でピストン冠1とピストン
棒3との締付ボルトと兼用している。13は空気
導入部材12内に組み込まれた逆止弁で弁座2
1、弁体22、ばね23より成る。25は空気通
路である。前記逆止弁13の出口は通路26及び
噴出孔17を経てピストン冠の冷却室1aに連通
されている。このように、本考案においては、図
示しない過給機から圧送された掃気(掃除空気)
が溜められた掃気室(図示せず)と連通するピス
トンアンダーサイド室Aから空気導入部材12内
の空気通路25、逆止弁13、通路26、噴出孔
17を経て冷却室1aに至る空気通路が形成され
ることとなる。このように構成されたピストンに
おいて、ピストン冠1の冷却面は、ピストン冠1
内に設けられたノズルa及び油溜りケーシング8
に設けられたノズルbより噴出させた冷却油によ
り冷却されている。又、ピストンの往復動による
慣性力によつて或る時期、冷却室1a内の油もピ
ストン冠の冷却面に衝突し該冷却面を冷却する。
この時冷却室1aに冷却油が充満しているとノズ
ルa,bよりの噴流及びピストンの慣性による油
の上昇流は行手を妨げられ、ピストン冠の冷却面
に到達し難くなる。このように、冷却油が冷却室
1a内に溜らないようにするため、ピストンアン
ダサイド室A内の空気即ち掃気を逆止弁13を内
蔵した空気導入部材12を介してピストン冠1の
冷却室1aに供給する。前記逆止弁13のばね2
3は低圧力にて開弁するように設定されている。
従つて、ピストンアンダーサイド室A内の圧力
P1が冷却室1a内の圧力P2よりも高いときは、
掃気が逆止弁13の弁体22を押し開き冷却室1
a内に流出して冷却面近傍に空気層を形成する。
逆にP2>P1のときは逆止弁13が閉じて冷却室
1aからピストンアンダーサイド室Aへの冷却油
の逆流を阻止する。この結果、ノズルa,bから
噴出される冷却油は、空気中に噴流されることと
なり、冷却油の初速が途中で消失することはな
い。上記の作用を更に詳しく説明すると、ピスト
ンの往復動中、冷却室1a内の冷却油は、それ自
身の慣性のため、出口管19より連続的には流出
せず断続的な流出となる。すなわち、ピストン下
降行程時においては、冷却室1a内の冷却油は流
出されにくく、逆に上昇行程時には流出されやす
くなる。この結果、ピストン冠1内へ一定流量の
冷却油を供給しても、冷却室1a内の圧力は大き
く変動する。その変動圧力は大型デイーゼル機関
の場合、機関回転数の高い時で供給圧力3Kg/cm2
程度に対し最大±1Kg/cm2程度に達することが確
認されている。
Reference numeral 12 denotes an air introduction member which also serves as a tightening bolt between the piston crown 1 and the piston rod 3. 13 is a check valve built into the air introduction member 12 and the valve seat 2
1, a valve body 22, and a spring 23. 25 is an air passage. The outlet of the check valve 13 is communicated with the cooling chamber 1a of the piston crown via a passage 26 and a jet hole 17. In this way, in the present invention, scavenging air (cleaning air) pumped from a supercharger (not shown) is used.
An air passage leading from the piston underside chamber A, which communicates with a scavenging chamber (not shown) in which is stored, to the cooling chamber 1a via the air passage 25 in the air introduction member 12, the check valve 13, the passage 26, and the jet hole 17. will be formed. In the piston configured in this way, the cooling surface of the piston crown 1 is
Nozzle a and oil sump casing 8 provided inside
It is cooled by cooling oil jetted from a nozzle b provided in the. Furthermore, due to the inertial force caused by the reciprocating motion of the piston, the oil in the cooling chamber 1a also collides with the cooling surface of the piston crown at a certain time, thereby cooling the cooling surface.
At this time, if the cooling chamber 1a is filled with cooling oil, the jets from the nozzles a and b and the upward flow of oil due to the inertia of the piston are blocked and difficult to reach the cooling surface of the piston crown. In this way, in order to prevent cooling oil from accumulating in the cooling chamber 1a, the air in the piston underside chamber A, that is, the scavenging air, is transferred to the cooling chamber of the piston crown 1 through the air introduction member 12 having a built-in check valve 13. 1a. Spring 2 of the check valve 13
3 is set to open at low pressure.
Therefore, the pressure in the piston underside chamber A
When P 1 is higher than the pressure P 2 in the cooling chamber 1a,
The scavenging air pushes open the valve body 22 of the check valve 13 and opens the cooling chamber 1.
a and forms an air layer near the cooling surface.
Conversely, when P 2 >P 1 , the check valve 13 closes to prevent the cooling oil from flowing back from the cooling chamber 1a to the piston underside chamber A. As a result, the cooling oil ejected from the nozzles a and b is jetted into the air, and the initial velocity of the cooling oil does not disappear midway. To explain the above operation in more detail, during the reciprocation of the piston, the cooling oil in the cooling chamber 1a does not flow out continuously from the outlet pipe 19 due to its own inertia, but flows out intermittently. That is, during the downward stroke of the piston, the cooling oil in the cooling chamber 1a is less likely to flow out, and conversely, during the upward stroke, the cooling oil is more likely to flow out. As a result, even if a constant flow rate of cooling oil is supplied into the piston crown 1, the pressure within the cooling chamber 1a varies greatly. In the case of large diesel engines, the supply pressure is 3 kg/cm 2 at high engine speeds.
It has been confirmed that it reaches a maximum of about ±1Kg/cm 2 .

一方、ピストンアンダーサイド室に供給される
掃気の圧力は舶用大型デイーゼル機関の場合、約
2Kg/cm2程度で、またピストンの上下動に対する
圧力変動は、前記ピストン冠の冷却室内圧力の変
動に比べ非常に小さい。
On the other hand, the pressure of the scavenging air supplied to the piston underside chamber is approximately 2 kg/cm 2 in the case of large marine diesel engines, and the pressure fluctuation due to the vertical movement of the piston is compared to the fluctuation of the pressure in the cooling chamber of the piston crown. Very small.

よつて、ピストン冷却油のピストン冠冷却室1
aまでの圧力損失を考慮すると、ピストン冠の冷
却室1a内圧力よりも、掃気室と連通するピスト
ンアンダーサイド室の圧力が、ピストン上昇行程
時には高くなる。その結果、ピストンアンダーサ
イド室A内の空気が空気導入部材12の逆止弁1
3を押し開いて冷却室1a内い導入される。ピス
トン冠1を冷却した後の冷却油は冷却油出口管1
9内を通りクランクケースB内に排出される。
Therefore, piston crown cooling chamber 1 for piston cooling oil
Considering the pressure loss up to a, the pressure in the piston underside chamber communicating with the scavenging chamber becomes higher than the pressure in the piston crown cooling chamber 1a during the piston upward stroke. As a result, the air in the piston underside chamber A flows into the check valve 1 of the air introduction member 12.
3 is pushed open and introduced into the cooling chamber 1a. After cooling the piston crown 1, the cooling oil flows through the cooling oil outlet pipe 1.
9 and is discharged into the crankcase B.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

内燃機関のピストン冠は大口径になればなる程
熱負荷が大きくなるため、有効な冷却手段が必要
となる。本考案の油冷却ピストンは、冷却油噴出
用ノズルより噴出した冷却油を油中へではなく空
気中へ噴出して、冷却油の初速を途中で消失させ
ることなく目標冷却面に直進させることができ、
冷却面において十分な熱伝達率が得られる。これ
により、ピストン冠の冷却効率が向上し、ピスト
ン冠頂面の焼損、ピストン、ライナのスカフイン
グ等の事故の発生を未然に防止できる効果は極め
て大きい。
The larger the diameter of the piston crown of an internal combustion engine, the greater the heat load, so effective cooling means are required. The oil-cooled piston of the present invention jets the cooling oil spouted from the cooling oil jet nozzle into the air instead of into the oil, making it possible for the cooling oil to travel straight to the target cooling surface without losing its initial velocity on the way. I can do it,
Sufficient heat transfer coefficient can be obtained on the cooling surface. This improves the cooling efficiency of the piston crown, and is extremely effective in preventing accidents such as burnout of the piston crown top surface and scuffing of the piston and liner.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本考案に係る油冷ピストンの構造説明
図、第2図は第1図X部拡大断面図、第3図は本
考案に係る油冷ピストンの作用説明図である。 1……ピストン冠、12……空気導入部材、1
3……逆止弁、17……噴出孔、1a……冷却
室、a,b……油噴出ノズル、A……ピストンア
ンダーサイド室。
FIG. 1 is a structural explanatory diagram of an oil-cooled piston according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of section X in FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the oil-cooled piston according to the present invention. 1... Piston crown, 12... Air introduction member, 1
3...Check valve, 17...Blowout hole, 1a...Cooling chamber, a, b...Oil spout nozzle, A...Piston underside chamber.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 冷却油をピストン冠内の冷却室内に噴出させて
ピストン冠を冷却するように構成されたピストン
において、掃気室と連通するピストンアンダーサ
イド室に一端が開口され他端が前記冷却室に開口
する空気通路が形成された空気導入部材と、前記
空気通路中に設けられ前記ピストンアンダーサイ
ド室から冷却室側へ向かう空気の流れのみを許容
する逆止弁とを備えたことを特徴とする油冷ピス
トン。
In a piston configured to cool the piston crown by jetting cooling oil into a cooling chamber within the piston crown, air having one end opened to a piston underside chamber communicating with a scavenging chamber and the other end opened to the cooling chamber. An oil-cooled piston comprising: an air introducing member having a passage formed therein; and a check valve provided in the air passage and allowing only air to flow from the piston underside chamber toward the cooling chamber side. .
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JP2006200479A (en) * 2005-01-21 2006-08-03 Toyota Industries Corp Piston of internal combustion engine
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