JPS6233426B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクロスヘツドタイプの内燃機関におけ
るピストンの冷却方法および装置に係るものであ
る。

内燃機関は、そのピストンとクランク軸との連
結構成により、ピストンとクランク軸を連接棒で
直接連結したトランクピストンタイプの内燃機関
と、ピストンと連接棒の間にピストン棒、クロス
ヘツドピンを介在させて、連接棒をクランク軸に
連結したクロスヘツドタイプの内燃機関とに分類
される。そして、一般に、前者は中小型の中高速
機関の構成となつており、後者は大型低速機関の
構成となつている。

いずれのタイプにおいても、設計上、最も注意
を要する所は、燃焼室まわりであり、特に、ピス
トンは、その頭部が燃焼室の触火面となり、熱負
荷を受けると同時に爆発圧力を受けるため、設計
上、運転管理上、最も注意を払うべき所である。

そこで、従来からピストン頭部の熱負荷を軽減
するため、ピストンの内部を清水又は油等を循環
させて冷却することにより、ピストン頭部の強度
を維持していた。

ところが、近年、内燃機関のコンパクト化が要
求されることに伴つて、単筒出力（１シリンダ当
りの馬力）が増大し、益々ピストンの熱負荷は厳
しくなり、従来の清水又は油のみを循環する方法
では不充分となつて来た。

即ち、冷却清水又は冷却油の増量は供給圧力増
大となり、内燃機関に特別なポンプを必要とし、
また、清水冷却の場合は、流量が増大すると、ピ
ストン内部の冷却径路は形状が複雑であるため、
流速が変化する場所でのキヤビテーシヨンやエロ
ージヨンを発生する。油冷の場所は、清水に比べ
て除去熱量が劣る。

以上のような欠点があるため、トランクピスト
ンタイプで、かつ、４サイクル機関では、冷却媒
体中に気体を混入して、その撹拌効果により、冷
却効果が向上することが認められている。

しかし、このように、シリンダ頭部に吸気弁を
持つた内燃機関では、ピストンより下部にガスが
到達しないので、ピストン内に冷却媒体と空気を
送り込む管を、ピストンの下面に直接取付けるこ
とが可能であるが、大型クロスヘツドタイプの内
燃機関では、ピストン下部が掃気室と連通してお
り、そのために、ピストン棒部をクランク室に合
流させないためのシールであるスタフイングボツ
クスが設けられているため、前記した方法と同一
の方法でピストン内部の冷却を実現することはで
きない。

なお、本発明の出願人会社では、クロスヘツド
タイプの内燃機関において、クロスヘツドピンと
ピストン棒の内部を通してピストン内部の冷却室
内に冷却油を送り込み、この冷却油に空気を混入
する場合に、クロスヘツドピンから送り出されて
来たピストン冷却済の冷却油の排出通路より、圧
縮空気を冷却油の流れに逆流させて送り込むこと
を行つたが、これでは、圧縮空気を混入させるの
が難しかつたし、冷却効果も充分ではなかつた。

本発明は、これらの欠点をなくすためのもので
あり、クロスヘツドタイプの内燃機関において、
ピストン棒内に、冷却油や冷却水などの冷却媒体
の通路と、空気などの気体を混入するための通路
を設けて、ピストン内の冷却室内で冷却媒体に気
体を混入させ、冷却媒体の撹拌性を増すことによ
り、冷却媒体を供給するポンプ系の圧力を増大さ
せることなく、冷却効果の増大を可能にしたもの
であり、その結果、高熱負荷を軽減させ、単筒出
力を増大させ、かつ、ピストンの寿命を増大させ
うるようにしたものである。

つぎに、図面に示した１実施例によつて、本発
明を説明する。

１はピストンヘツド、２はピストン台、３はピ
ストンスカート、４はピストン棒、５はピストン
ヘツド１とピストン台２によつて形成されたチヤ
ンバー６の仕切板、７はピストンヘツド１とピス
トン台２とピストン棒４を同時に連結するセツト
ボルトである。ピストンヘツド１とピストン台２
の間の中央部には冷却室８を設けた。ピストンヘ
ツド１とピストン台２等によつてピストン９が形
成されているので、冷却室８はピストン９の内部
に設けられていることになる。１０はピストン棒
４内に軸線方向に設けた穴で、ピストン棒４の上
端と下端間に貫通した穴である。この穴１０の中
には、外側から外周通路１１、中間通路１２およ
び中心通路１３の３個の通路を有するように、外
管１４と内管１５からなる２重管を配置し、この
２重管の外管１４の外周先端面を、ピストン棒４
の先端に取付けたピストン台２の内面に密着させ
た状態で、中間通路１２と中心部通路１３の先端
部をピストン９内部の冷却室８に解放して設け
た。外管１４の先端面は冷却室８の底面とほぼ一
致させ、内管１５の先端は冷却室８の内部まで伸
ばした状態にした。１６は外管１４と内管１５の
間において、円周方向に数箇所配したサポート、
１７は２重管の下端部に設けた固定リングであ
る。ピストン棒４の内部の外周通路１１の先端部
であるピストン９側は、ピストン台２に設けた数
個の穴１８を介してチヤンバー６の底部に連通さ
せ、チヤンバー６の仕切板５よりも内側を、数個
の穴１９によつて冷却室８の外周に連通させた。

ピストン棒４の下端部は固定リング１７を介在
してクロスヘツドピン２０に連結した。クロスヘ
ツドピン２０には、クランク軸と直角方向に冷却
媒体の注入口２１と排出口２２に設けられてい
る。冷却媒体の注入口２１は外周通路１１の下端
部と連通させ、中間通路１２の下端部はクロスヘ
ツドピン２０に設けた冷却媒体の排出口２２に連
通させた。図示した実施例においては、クロスヘ
ツドピン２０内の冷却媒体注入通路２３の一部は
クロスヘツドピン２０の外周面の一部に解放し、
冷却媒体として油を使用し、クロスヘツドピン２
０の外周回動部の潤滑も兼ねるようにした。ただ
し、これは、冷却媒体として清水を用いる場合
は、クロスヘツドピン２０内の冷却媒体注入通路
２３の一部をクロスヘツドピン２０の外周面に解
放しないようにした。内管１５内の中心部通路１
３の下端部は、クロスヘツドピン２０内に設けた
気体通路２４を介して気体入口２５に連通させ
た。冷却媒体の注入口２１は、図示していない固
定管と伸縮管を介して、冷却媒体供給に連結し
た。冷却媒体の排出口２２と気体入口２５は、開
口したままの状態でも良いし、図示していない固
定管と伸縮管を介して、それぞれ冷却媒体回収部
と気体供給源に連結しても良い。２６はシリンダ
である。

図において、冷却媒体の流れを実線の矢印で示
し、気体の流れを２点鎖線の矢印で示す。

このように構成された装置において、冷却油な
どの冷却媒体は注入口２１より供給され、外周通
路１１を通過して、ピストン台２に加工した穴１
８を通過し、ピストンヘツド１のチヤンバー６に
到達し、ここでピストン９の冷却を開始する。チ
ヤンバー６を径た冷却媒体は冷却室８内に達して
ピストンヘツド１の内側より除熱を行う。すなわ
ち、チヤンバー６と冷却室８でピストン９の頭部
の冷却を行う。冷却室８で冷却作用を行い、加熱
された冷却媒体は、中間通路１２を通り、固定リ
ング１７の開口部を通り、クロスヘツドピン２０
の排出口２２より排出される。冷却媒体が注入口
２１より供給され、ピストン棒４やピストン９内
を循環して、排出口２２に至る間には、ピストン
９およびピストン棒４は爆発作用をくり返し、上
下運動を行う。このため、注入口２１に供給され
た冷却媒体は図示していない伸縮管などによるポ
ンプ作用を受け、ピストン９が下方に向う時は冷
却媒体は正圧となり、ピストン９が上方に向う時
は、ピストン９内が真空となり、そのため冷却媒
体は負圧となる。この作用を利用すると、ピスト
ン９内の冷却室８内が負圧になつた時、気体注入
口２５より供給された気体が、中心部通路１３を
径て、冷却室８内に容易に供給され、冷却室８内
の冷却媒体内に混入する。この場合、冷却室８内
で冷却媒体に対して気体を噴出させ、かつ、冷却
室８内で中間通路１２内に向おうとしている冷却
媒体に対して、この流れと逆向させるような状態
で、中心部通路１３より気体を噴出させるので、
気体は冷却室８内で冷却媒体内に充分に混入さ
れ、冷却媒体は充分に撹拌される。そして、この
撹拌作用によつて、冷却室８内における冷却効果
は著しく向上し、ピストン９の頭部は充分に冷却
される。

なお、冷却媒体が正圧になつた場合は、中心部
通路１３や中間通路１２等に冷却媒体が流れよう
とするが、冷却媒体として、クランク室内で用い
る潤滑油と同一のものを用いた場合は、冷却媒体
が中心部通路１３等を逆流しても何らさしつかえ
はない。ただし、図示していない伸縮管のストロ
ーク、管径の関係で中心部通路１３内に気体を充
分吸入できないことがあるので、この場合は、気
体入口２５のすぐ前に気体吸込み方向に向けてチ
エツクバルブを設ければ良い。なお、ピストン冷
却媒体をクランクケース内に混入させないために
は、このチエツクバルブは必ず設けておく必要が
ある。また、気体混入量を、自己ポンプ作用によ
るものより増量しなければならない場合は、気体
供給用のポンプ等により、気体入口25部から気体
を強制的に混入させることもできる。

なお、前記した実施例においては、ピストン棒
４内に２重管を設けたが、これは、丸管に限るこ
とはない。例えば、穴１０の中に小径の管を２個
平行させて設けてもよいし、穴１０を仕切板で３
つに分割するようにしても良い。いずれにして
も、ピストン棒の中には、冷却室８を介して連通
されている２個の冷却媒体用の通路と、冷却室内
に解放されている気体供給用の他の通路を設けて
おけば良い。なお、外周通路１１と中心部通路１
３を冷却媒体通路とし、中間通路１２を気体供給
用の通路として、冷却室８内における冷却媒体の
撹拌をより増大させることもできる。

このように、本発明においては、特許請求の範
囲に記載したような構成にし、ピストン棒内に、
冷却媒体の通路と気体供給用の通路を設け、ピス
トン内の冷却室内で冷却媒体に気体を混入させ、
冷却媒体を撹拌させるようにしたので、ピストン
冷却部において冷却媒体を極めて容易にかつ充分
に撹拌することができる。したがつて、この撹拌
作用によつて、ピストンの加熱部と冷却媒体との
接触回数や接触面積を増大させ、冷却効果を増大
させることができるとともに、冷却媒体を供給す
るポンプ系の圧力を高めることもなく、ピストン
の頭部の冷却を充分に行うことができる。また、
その結果、高熱負荷を軽減させ、単筒出力を増大
させ、かつ、ピストンの寿命を長びかせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法を実施する装置の１実施例
を示すもので、第１図は縦断面図、第２図は第１
図の―線断面図である。 １…ピストンヘツド、２…ピストン台、４…ピ
ストン棒、８…冷却室、９…ピストン、１０…
穴、１１…外周通路、１２…中間通路、１３…中
心部通路、１４…外管、１５…内管、２０…クロ
スヘツドピン、２１…冷却媒体の注入口、２２…
排出口、２５…気体入口、２６…シリンダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストン内部の冷却室内において、クロスヘ
   ツドピンとピストン棒の内部を通してこの冷却室
   内まで送られて来た冷却媒体に、クロスヘツドピ
   ンとピストン棒の内部を通して別途送られて来た
   気体を混入させ、ピストン内部の冷却室内で冷却
   媒体を撹拌させるようにした内燃機関におけるピ
   ストンの冷却方法。 ２ クロスヘツドピンとピストン間に取付けたピ
   ストン棒の内部に軸線方向の３個の通路を設け、
   この通路のうちの２個の通路をピストン内の冷却
   室を介して連通させるとともに、この２個の通路
   の端部をそれぞれクロスヘツドピンに設けた冷却
   媒体の注入口と排出口に連通させ、前記３個の通
   路のうちの他の１個の通路の先端部をピストン内
   の冷却室内に解放するとともに、この通路の他端
   部をクロスヘツドピンに設けた気体入口に連通さ
   せ、ピストン内部の冷却室において冷却媒体に気
   体を混入させて冷却媒体を撹拌させうるようにし
   た内燃機関におけるピストンの冷却装置。 ３ クロスヘツドピンに取付けたピストン棒の内
   部に軸線方向の穴を設け、この穴の中に、外周通
   路、中間通路、中心部通路の３個の通路を有する
   ように２重管を配置し、この２重管の外管の外周
   先端面をピストン棒の先端に取付けたピストンの
   内面に密着させた状態で、前記中間通路と中心部
   通路の先端部をピストン内部の冷却室に解放して
   設け、ピストン棒の内部の前記外周通路のピスト
   ン側の端部をピストン内部の冷却室と連通させ、
   前記外周通路と中間通路の他端部をそれぞれクロ
   スヘツドピンに設けた冷却媒体の注入口と排出口
   に連通させ、前記中心部通路の他端部をクロスヘ
   ツドピンに設けた気体入口に連通させた特許請求
   の範囲第２項記載の内燃機関におけるピストンの
   冷却装置。