(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン棒（３）を備えた少なくとも一つのピストン（２）を有し、前記ピストンが少なくとも一つの冷却室（８）を有し、該冷却室に熱伝達剤が包含され、該熱伝達剤が冷却剤を噴き付けられる冷却装置内で冷却可能とされて成るピストン式内燃機関、特に大型ディーゼルエンジンであって、
前記ピストン棒（３）の長手方向の少なくとも一部に凹所が設けられ、該凹所は、前記ピストン（２）の前記冷却室（８）に接続されて、該冷却室と共に閉鎖された中空システムを形成し、該中空システムには部分的に前記熱伝達剤が充填され、前記ピストン棒（３）が、前記冷却剤を噴き付けられる前記凹所に対応した冷却面を有することを特徴とするピストン式内燃機関。
【請求項２】
前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）が前記冷却室（８）から延出する、軸方向の止り穴として形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン式内燃機関。
【請求項３】
前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）は、前記ピストン（２）から離れた、前記ピストン棒（３）のクロスヘッド側の底部に到達していることを特徴とする請求項１又は２記載のピストン式内燃機関。
【請求項４】
前記ピストン棒（３）の前記凹所（９）のうち少なくともいくつかが、少なくともピストンから離れた端部領域において互いに結合されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項５】
互いに結合された凹所（９）のピストン側の流入口及び流出口に、逆方向の逆止弁（１７，１８）が設けられていることを特徴とする請求項４記載のピストン式内燃機関。
【請求項６】
前記凹所（９）が、前記ピストン棒（３）の軸に対して同心的な円弧上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項７】
前記凹所（９）が、前記ピストン棒（３）の外縁付近に設けられ、前記ピストン棒の外表面が冷却可能であることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項８】
前記ピストン棒（３）の長手方向の少なくとも一部が、噴射ノズル（１１）によって外部から冷却剤を噴き付けられることを特徴とする請求項７記載のピストン式内燃機関。
【請求項９】
前記ピストン棒（３）が挿通されるようエンジンフレームに形成された断面矩形の貫通路状のシャフトの四隅の領域に、それぞれ、多段に設けられた複数の噴射ノズル（１１）が配設されていることを特徴とする請求項８記載のピストン式内燃機関。
【請求項１０】
前記噴射ノズル（１１）が、前記エンジン側の潤滑油システムを介して潤滑油を噴き付けられることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項１１】
前記ピストン棒（３）に、前記熱伝達剤に対応する凹所（９）に近接し、冷却剤を噴き付けられる凹所（１９）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１０記載の何れかにピストン式内燃機関。
【請求項１２】
前記凹所（１９）が、前記ピストン棒（３）の軸に対して同心的な円弧上に設けられていることを特徴とする請求項１１記載のピストン式内燃機関。
【請求項１３】
前記凹所（１９）が、前記ピストン棒（３）のクロスヘッド側の端部から発する止り穴として形成されることを特徴とする請求項１１又は１２記載のピストン式内燃機関。
【請求項１４】
前記凹所（１９）が、前記ピストン棒（３）の長手方向に、該ピストン棒（３）のピストン側端部の少し手前まで貫通していることを特徴とする請求項１１ないし１４の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項１５】
前記凹所（１９）が、前記クロスヘッド（５）に設けられた潤滑油装置（７）を介して潤滑油を噴き付けられることを特徴とする請求項１１ないし１４の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項１６】
前記凹所（１９）が少なくともいくつかずつ、少なくともピストン側端部において互いに結合されていることを特徴とする請求項１１ないし１５の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項１７】
クロスヘッド側の流入口領域において互いに結合された凹所（１９）に逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１６記載のピストン式内燃機関。
【請求項１８】
前記ピストン棒（３）の前記凹所（９又は１９）の少なくとも一部が、軸方向の貫通穴として形成されることを特徴とする請求項１ないし１７の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【請求項１９】
前記ピストン棒（３）が、内部コア（１４）及び該内部コアを囲む少なくとも一つのスリーブ（１５）から成り、前記ピストン棒（３）の前記凹所（９又は１９）の少なくとも一部が、前記内部コアの外面又は前記スリーブの内面に形成された溝によって形成されることを特徴とする請求項１ないし１８の何れかに記載のピストン式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン棒を備えた少なくとも一つのピストンを有するピストン式内燃機関、特に大型ディーゼルエンジンに関する。
前記ピストンは少なくとも一つの冷却室を有し、該冷却室には熱伝達剤が包含される。この熱伝達剤は、冷却剤が噴き付けられる冷却装置内で冷却可能である。
【０００２】
【従来の技術】
同種の構成は欧州特許第 0 074 156 号公開公報から周知となっている。この周知の構成においては、冷却室下方を閉鎖する熱交換器がピストン内に設けられる。従ってこの構成は製造に比較的大きな費用が掛かり、付加的な部材も必要とされる。しかも、この構成により得られる冷却面は比較的小さい。その上、前記熱交換器は負荷が高いために破損する危険がある。従って漏出が生じる恐れも大きい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、簡単で廉価な手段によって上記タイプの装置を改良し、簡単で廉価な構造であっても高い信頼性と優れた冷却効果が得られるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は本発明により以下の如く解決される。すなわち、前記ピストン棒の長手方向の少なくとも一部に凹所が設けられる。該凹所はピストンの冷却室に接続され、該冷却室と共に閉鎖された中空システムを形成する。該中空システムには部分的に前記熱伝達剤が充填される。さらに、ストン棒は、前記凹所に対応し冷却剤が噴き付けられる冷却面を有している。
【０００５】
本発明では、ピストン棒が熱交換器として好適に用いられる。従って付加的な部材を用いる必要がない。必要な凹所は簡単に形成することができる。同時に高度な堅牢性と漏出に対する安全性が保証される。また、該ピストン棒は比較的大きな熱移行面を有する。すなわち該ピストン棒は比較的長く厚い構成部材となっている。本発明において前記熱伝達剤は、前記ピストン及びピストン棒の前後運動によりカクテルシェーカーの原理によって移動され、これによって良好な熱の移行が行なわれ、熱の均一化が良好に行なわれ、ピストンが確実に冷却される。上記の理由から、本発明によって、高度な効率性及び優れた経済性が保証される。
【０００６】
上位の請求項記載の手段の好適な構成及びさらなる形成は下位請求項に記載される。このようにピストン棒の前記凹所は、前記冷却室から発する軸方向の止り穴として好適に形成され、これらの凹所は、ピストンから離れた、ピストン棒のクロスロッド側の底部に達している。これによって凹所がピストン棒のほぼ全長にわたって貫通し、ピストン棒の移動方向に対して平行に延在する溝が好適な方法で形成される。これにより前記熱伝達剤の交換を良好に行なうことが保証される。さらに望ましいケーシングとしての被覆も自動的に設けられる。
【０００７】
流れに方向性を与え、前記熱伝達剤の滞留時間を高める目的で、前記ピストン棒の凹所をいくつかずつ互いに結合して、一つの貫通した溝を形成することもできる。その場合は、その溝の、ピストン側の流入口及び流出口に、対向する逆止弁が設けられる。
【０００８】
ピストン棒の前記凹所は前記ピストン棒の周縁付近に好適に設けられる。これによってピストン棒の比較的大きな円周面全体が熱放出面として機能する。
【０００９】
さらなる好適な形成の一つとして、ピストン棒は、その長さ方向の少なくとも一部分が、噴射ノズルを介して外側から冷却剤を噴き付けられる。これにより、ピストン棒の外側の熱放出が促進され、熱伝達剤の確実な冷却が保証される。
【００１０】
別の好適な手段として、ピストン棒に、前記熱伝達剤に対応する凹所に隣接して、冷却剤を噴き付けられる冷却溝が設けられる。これにより、内部の熱放出も好適に行なわれる。
【００１１】
前記冷却溝は、前記ピストン棒のクロスヘッド側の端部から発する軸方向の止り穴として形成される。この止り穴にはクロスヘッド潤滑油システムによって潤滑油を噴き付けることができる。この手段によって、高度な冷却効果を有する特に簡単な実施が可能になる。
【００１２】
流れに方向を与え、ピストン棒内部の冷却剤の滞留時間を高める目的で、冷却溝をいくつかずつ互いに結合し、一つの貫通する溝が形成されるが、その場合、クロスヘッド側の流入口及び流出口に対抗する逆止弁が設けられる。
【００１３】
上位の請求項に記載された手段のその他の好適な構成及び目的に適ったさらなる形態は下位請求項に記載してある。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいていくつか詳しく説明する。図面に示すのは以下の通りである。
図１は、ピストン、ピストン棒、及びクロスヘッドから成る大型２サイクルディーゼルエンジンの構造体の垂直断面による第一の実施形態；
図２は、図１における線 II-II に沿った断面図；
図３は、複数部材から形成されるピストン棒の水平断面図；
図４は、図１に対応して示す本発明の第二の実施形態；
図５は図４における線 V-V に沿った断面図である。
【００１５】
大型２サイクルディーゼルエンジンの構造と働き、船の駆動その他に用いられる方法は周知である。この種のエンジンは、対応するシリンダー１に設けられたピストン２をそれぞれ備えた複数の駆動装置を有している。前記ピストンは、ピストン棒３を介して、エンジンフレームにスライド式に軸受けされた、対応するクロスヘッド５に固定されている。ピストン棒３は、ピストン２の相反運動を前記クロスヘッド５に伝える。該クロスヘッドは、詳しく示されていない連接棒の駆動を介して前記エンジンフレーム４の下部領域に設けられた、図示しないクランク軸に結合されている。前記クロスヘッド５はエンジンフレーム４の垂直方向のガイド６上にスライドされるスライドシューを有す。該スライドシューは潤滑油装置７によって潤滑油を供給される。
【００１６】
前記ピストン棒３の頭部は前記ピストン２にボルトで固定されている。ピストン棒３の底部は、前記スライドシューを架橋するクロスヘッド５の横部材（ヨッホ）にボルトにて固定されている。前記ピストン２は、その上側において燃焼室を規定しており、内側が冷却されるため比較的薄い壁厚が実現される。さらにピストン２は、上部を前記ピストンの底部により、また下部を前記ピストン棒３の頭部により規定内部冷却室８を有している。該内部冷却室からピストン棒３に軸方向に設けられた凹所９により形成された分岐管が出ている。分岐管は、この場合、ピストン棒３のほぼ全長にわたって貫通し、ピストン棒の底部で終結する軸方向の止り穴として形成される。この軸方向の止り穴は、図２に示すように、同一の角度配分で、ピストン棒の軸に対して同心的な円弧上に設けられる。図示例では、それぞれ４５°ずつ互いにずらされた８つの凹所９が設けられている。これら凹所は１５〜５０mm、好ましくは２５mm という僅かな直径を有する。
【００１７】
前記冷却室８及び前記凹所９は、外部に対して閉塞された中空システムを形成する。該中空システム内には、水準線１０によって示されるように、部分的にのみ充填され、優れた熱伝達特性を有する水又はグリコールなどの熱伝達剤が含まれている。前記水準線１０によって示される充填水準は、この中空システムの容積の６０〜９０％となる。エンジンの稼働中には、ピストン２及びピストン棒３の前後運動により、カクテルシェーカーにみられるのと同様の効果が生じる。従って、前記冷却室８に含まれる熱伝達剤の交換が恒常的に行なわれる。前記熱伝達剤はピストン２の領域で熱を供給され、その熱をピストン棒３の領域で再び放出し、これによりピストン２は確実に冷却される。
【００１８】
前記ピストン棒３は非常に長く、比較的厚みのある構成部材であるので、比較的大きな外表面が生じる。この外表面を介して、前記熱伝達剤から放出される熱は周囲に逃がされる。図１ないし図３はこの種の実施に基づいている。この場合、ピストン棒３の前記凹所９は僅かな壁厚を設けてピストン棒３の外縁領域に設けられている。従って対応する円弧も外縁付近に延在する。ピストン棒３の円周面は熱の放出を高めるために外部から冷却剤を噴き付けられる。冷却剤としては、該内然機関に本来的に使用される潤滑剤をそのまま使用することができる。
【００１９】
そのために、図１から分かるように、潤滑油などの冷却剤を噴き付けられる噴射ノズル１１が多数重ねて設けられ、これら噴射ノズルによって、対応するクロスヘッド５のガイド６の領域にあるピストン棒３の領域に前記冷却剤が噴き付けられ、これによって外部から冷却が行なわれる。
【００２０】
噴射ノズル１１は、円周側でいくつかずつが互いに向き合うように設けるのが好適である。図示例では、図２から分かるように、前記ガイド６が両側に設けられ、ピストン棒が貫通するシャフトの四隅の全ての領域に、複数の重ねて設けられた噴射ノズル１１を有するノズル桟が設けられている。その結果、ピストン棒３の円周全体及び比較的大きな長さにわたって冷却材が均一に噴き付けられる。前記噴射ノズル１１は、対応する供給ライン１２を介して、対応するクロスヘッドの潤滑油装置７に接続され、それによって簡単な方法で冷却液の供給が行なわれる。ピストン棒３を冷却するために該ピストン棒に噴射されるオイルは容易にクランク室に排出される。簡単な構成では、ここでピストン棒３に冷却空気を当てるだけで十分である。
【００２１】
前記凹所９は単に止り穴として形成される。この製造方法はピストン棒３を一体的に形成する場合には問題となる。図３による実施の形態では、前記ピストン棒３が内部コア１４から成り、該内部コアはスリーブ１５によって囲まれている。前記内部コア１４及び／又は前記スリーブ１５には、この場合、それらの外周面あるいは内周面の領域において、前記凹所を形成するために溝が設けられている。該溝は鋳造の段階から設けて、その後仕上げ切削加工されるか、全面的に切削によって形成される。
【００２２】
別の方法としては、図１に符号１６の破線で示すように、ピストン棒３の凹所のいくつかあるいは全てが、それぞれ、下方のピストンから離れた末端領域において互いに結合される。これにより、進行及び逆行用の分岐を有する貫通溝が設けられる。該貫通溝流入口あるいは流出口の領域には、図１にさらに破線で示すように逆方向の逆止弁１７又は１８が設けられる。これら逆止弁は、流入方向のみ、あるいは流出方向のみに開放される。こうすることにより、流れに方向付けが行なわれる。複数の凹所を結合して一つのまとまった溝を設けることによっても、ピストン棒３領域における前記熱伝達剤の滞留時間は長くなり、それによって冷却効果は全体として改善される。さらに、前記のような実施の形態においては、冷却室８及び凹所９から成る閉じたシステムの充填水準は比較的大きくなる。
【００２３】
図４及び図５に基づく実施の形態では、ピストン棒３が内部冷却される。そのために、前記冷却室８から発する前記ピストン棒３の凹所９に隣接する凹所１９が設けられる。これら凹所１９は、潤滑油などの冷却剤を噴き付けられる冷却溝として機能する。これら凹所１９は、図５から分かるように、前記凹所９の円弧に対して同心的な円弧上に設けられる。図示の実施形態では、前記冷却室８から発する凹所９は内側の円弧上に設けられ、前記冷却溝を形成する凹所１９は外側の円弧上に設けられる。
【００２４】
前記冷却溝を形成する凹所１９は、ピストン棒３のクロスヘッド側の端部から発する止り穴として形成される。該止り穴は、前記ピストン棒３の頭部に到達し、該ピストン棒の頭部において冷却室８を規定するピストン棒の端面の下方で終結する。前記凹所１９は前記凹所９のように止り穴として形成することもできるが、図３に示すように形成することも考えられる。その場合は二つの外被が必要になると思われる。冷却溝として機能する前記凹所１９に潤滑油を供給するために、前記凹所は、対応する前記クロスヘッド５の前記潤滑油装置７に簡単に接続される。そのために、前記クロスヘッド５には、クロスヘッド側が開放された前記凹所１９に通じる分岐管が設けられる。
【００２５】
前記潤滑油の滞留時間を延長し、流れに方向性を与えるために、いくつかずつ、あるいは全ての冷却溝を互いに結合し、クロスヘッド側の流入口及び流出口が形成されるようにすることも可能である。同じことは逆に前記冷却室８から発する前記凹所９についても該当する。図１に関して既に詳述したように、前記凹所はピストン側の流入口及び流出口がそれぞれ設けられるように、互いに結合することができ、流入口及び流出口に対して図１の１７及び１８に示すように、逆方向の逆止弁が設けられる。互いに結合された凹所１９によって形成された溝の領域では、既に油圧によって方向づけられた流れがあるので、逆止弁が一つでも足りるか、逆止弁を用いないでも済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施形態による大型２サイクルディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図２】  図１の II-II 線に沿った断面図である。
【図３】  複数の部材から形成される本発明に係るピストン棒の水平断面図である。
【図４】  本発明の第二実施形態による大型２サイクルディーゼルエンジンの構造体の縦断面図である。
【図５】  図４における V-V 線に沿った断面図である。
【符号の説明】
２  ピストン
３  ピストン棒
５  クロスヘッド
８  冷却室
９，１９  凹所
１１  噴射ノズル
１４  内部コア
１５  スリーブ
１７，１８  逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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