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3S級舶用機関整備士指導書

 事業名 舶用機関整備士の資格検定事業
 団体名 日本舶用機関整備協会 注目度注目度5


2.2 エンジン運動部
 エンジンの運動部分は、ピストン、連接棒、クランク軸、主軸受、ハズミ車、ダンパ、及び、その付属部品で構成されている。
 
1)ピストン
 ピストンは、シリンダライナ内を往復運動して、燃焼室内で発生した燃焼圧力を、頂面で受け、連接棒を介してクランク軸に回転力を与えるとともに、クランク軸の回転力により連接棒を介してシリンダ内の燃焼ガスの排出、新しい空気の吸入、並びにシリンダ内の空気を圧縮する役目をしている。
 ピストンは、燃焼室の一部を形成するピストン頂部と、リングが装着されるリングランド部、ピストンピンを支持するピストンピンボス部、ピストンにかかる側圧を支えるスカート部によって構成されている。
 ピストン頂面は、高い爆発圧力と高熱にさらされるとともにシリンダ内を高速で往復運動するため、軽くて高温強度に優れ、且つ熱膨張が少なく熱伝導の良い材料が要求される。
 小形高速ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンでは、アルミニウムを母体とした比較的熱膨張係数の小さいY合金やローエッキス合金を金型鋳造して造られる。中大型ディーゼルエンジンでは、2・57図に示す如く従来は鋳鉄一体形で造られていたが、最近では機関の高出力化に伴い、熱膨張係数が小さく、耐熱強度、保油性、なじみ性に優れたダクタイル鋳鉄(球状黒鉛鋳鉄)の一体形ピストンが使用されている他、頂部を耐熱強度に優れた鍛鋼で造りスカート部を鋳鉄等別の材料で造って、ボルトで締め付けた組み合わせ形が採用されている。
 
(拡大画面:85KB)
(A)一体形
 
(拡大画面:63KB)
(B)組合せ形
2・57図 中大形ディーゼルエンジンのピストンの断面形状
 
 ピストン頂面の温度は、高過給機関ほど高くなり、この温度が材料の耐熱限度を越えると、亀裂発生等の事故を起こすので、潤滑油によりピストンの裏面を、強制的に冷却する必要がありディーゼルエンジンでは冷却形ピストンが使用されている。その代表例を2・58図および2・59図に示す。
 
(拡大画面:26KB)
2・58図 中低速ディーゼルエンジンのピストン冷却方式
 
2・59図 空洞付ピストンの固定ノズルによるジェット冷却方式
 
 最近の高速高出力ディーゼルエンジンは、2・59図に示すように、シリンダブロックに設けた固定ノズルによってジェット冷却する方式が主流となっている。又ディーゼルエンジンはアルミピストンのトップリング溝部には、耐摩環(リングトレーガ)を鋳込みリング溝の摩耗に対処している。
 4サイクルガソリンエンジンのピストン冷却部は、2・60図に示すようにシリンダブロックに設けたオイルジェットからピストン内側にオイルを吹き付ける方法及びコンロッド大端部のオイルジェットからピストン内部にオイルを吹き付ける方法が採られている。
2・60図 ピストン冷却
 
 ピストンの形状は、高熱を受ける頂部外径は、熱膨張を考慮して、スカート部に比べ幾分小さく加工されている。また、ピストンピンボス部は、ピン方向の膨張量が大きいため、ピストンピン方向を短径とし、その直角方向を長径とした楕円形に仕上げ、機関運転時熱を受けた時点で真円となるように作られている。また、4サイクルガソリンエンジンのピストンには熱歪みを少なくするなどの工夫をした次のようなピストンがある。
(1)スリッパ・ピストン
 ピストンのピンボス方向のスカート部を2・61図のように切り欠いたもので、質量が軽く、摺動面積が小さくなるのでピストン速度の大きい高速機関に用いられる。
 
 
2・61図 スリッパ・ピストン
 
2・62図 スリットピストン
 
(2)スリット・ピストン(割スカート形)
 スカート部分にTまたはV形のスリット(割れ目)を作り弾性を持たせて熱膨張及び側圧を逃がしているので、シリンダ壁との間隙を小さくすることが出来る。しかし、繰り返し応力が作用するので強度的には劣る。(2・62図)
(3)オート・サーミック・ピストン(インバ・ストラット)
 熱膨張率の小さいインバ鋼のリングをスカートの上部に、プレートをボス部に一体鋳造したピストンである。これにより、アルミ合金ピストンの熱膨張を積極的に止め、各使用温度において常に最良のピストンクリアランスを得られるようにしており、運転音が静かで寿命も長くなる特徴がある。なお、安価に造るために、インバ鋼の代わりに鋼を用いたものもある。(2・63図)
(4)オフセット・ピストン
 ピストンが作動中、ピストンクリアランスのための左右に位置を変える。この時、ライナ壁に衝撃を加えて音を発するので、ピストンの位置をスラスト側に1.5〜3mm偏心させると、左右にピストンが位置を変えるとき、衝撃の大きさが変わり、ピストンスラップを減少させることが出来る。(2・64図)
 
2・63図 インバ・ストラット・ピストン
 
2・64図 オフセット・ピストン
 
 またピストン頂面は、燃焼室の一部を形成しているため燃焼方式により、ディーゼルエンジンは2・65図に又ガソリンエンジンは2・66図に示すような形状に加工されている。
 
直接噴射式
 
予燃焼室式
 
渦流室式
2・65図 ディーゼルエンジンのピストンの頂部の形状
 
2・66図 ガソリンエンジンのピストン頂部の形状







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