JP2000501815A - ピストン・シリンダ構成ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スカート無しピストン（１）を備えたピストン・シリンダ構成ユニットでは、コネクティングロッドの側方ガイドおよび縁部摩耗を改善し、かつ燃焼経過における支障による食込み傾向を減じるべきである。このために、ピストン（１）が、ボス（３）に形状結合的に装嵌された少なくとも１つの支持リング（９）を有しており、該支持リングがピストンヘッドと一緒に前記ピストン（１）をシリンダ内でガイドする。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストン・シリンダ構成ユニット 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式のピストン・シリンダ構成ユニッ トに関する。 このような形式のピストン・シリンダ構成ユニットは、「MAHLE-Kolloquium（ マーレ社・コロキウム）」（１９７３年）における「Pendelschaftkolben（揺動 式スカートピストン）」の説明会で公開された。この説明会で用いられた図２に は、それぞれ１１１．１ｍｍ、８２ｍｍおよび７５ｍｍの直径を有する、スカー ト無しの複数のピストンが紹介されており、これらのピストンは機関内実験によ ってテストされた。付属のテキストには実験結果として、このようなピストンの リング区域だけが完全にガイドされ、しかもこの際、著しく狭められたリング区 域あそびを達成することができる、という点が報告されている。続く説明から明 らかなように、スカート無しのピストンは、コネクティングロッドの側方ガイド が十分に保証されていないという作動条件に基づき、大量生産については考慮さ れていない。 このような形式のピストンの別の欠点が、支持面の激しい摩耗、特に縁部摩耗 である。 このような構造において可能な必要不可欠な狭いあ そびも、特性曲線に調整された燃焼経過における支障が生じない限りにおいての み有利である。しかしながらこのことは、これまでの経験から判断すると、保証 されていない。燃焼経過における支障が生じ、かつピストンヘッドにおける温度 レベルが上昇した場合には、ピストン食込みが生じる恐れがある。 従って、本発明の課題は、スカート無しのピストンを大量生産に適するように 構成し、かつ、前記欠点を回避することである。 このような課題は、本発明によるピストンが、請求項１の特徴部に記載の構成 を有していることによって解決される。また、本発明のさらに有利な構成が、請 求項２項以下に記載されている。 ボスに装嵌された１つ、場合によっては２つの支持リングの、十分な安定性を 保証するために必要不可欠な最小限の高さを機関内実験によって規定することが でき、この場合、最小限の高さはまず第一にピストン重量、ピストン直径および ピストン速度に基づいており、このような支持リングによるピストンのガイドは 、コネクティングロッドの十分な側方ガイドを保証し、かつ縁部摩耗を顕著に減 じる。ピストンを、リングユニットの領域でも支持リングの領域でもガイドする ことによって、不都合な作動条件、もしくは予定外の作動条件でもピストン食込 みを生ぜしめることのないあそびをピストンのリングユニットの領域に設けるこ とができる。 スカートを備えたピストン、特に揺動式スカートを備えたピストンと比較する と、スカートを省略することによって、重量およびコストに関する顕著な利点が 得られる。ただしこれらの利点は、ヒンジ構造形式によって得られた利点が失わ れる、という欠点を代償として得られるものである。 ピストンに設けられる支持リングは、例えば米国特許第２９６６３８２号明細 書により公知ではあるものの、この支持リングは、スカートも有しているピスト ンと協働しているに過ぎない。この際、支持リングは大抵の場合、鉄材料もしく は鋼材料から成っており、アルミニウム材料から成るスカートを摩耗から保護し ようとするものである。ボスに直接に装嵌される支持リングは公知ではない。 原理的に本発明は揺動式スカートピストンの上方部分に基づいており、この際 、ピストンにヒンジ結合された揺動式スカートの代わりに、簡単な支持リングが 、有利にはピン軸線の高さもしくはピン軸線の領域で、ボスに装着されている。 さらなる安定化のために、（必要ならば）第２の支持リングをボスに装着する ことができる。 支持リングは２部分から構成されていてもよい。 必要ならば、支持リングは、ピストンにおいて汎用の摺動層（Laufschicht） によって被覆されていてもよ い。 ピストンヘッド内に冷却通路を有するピストンの場合には、この冷却通路の下 方の制限壁が、２部分から成る円環状の薄板によって形成され（この薄板の内径 部分がボス支持部の溝内に設けられており）、前記薄板の外径部分における固定 が、有利には、支持リングと薄板との間に締め付けられたスペーサスリーブによ って行われる。このスペーサスリーブは、支持リングの内径にほぼ相当する内径 を有している。スペーサスリーブの所望の緊締は、請求項２記載の支持リングの 構成によって行うことができる。 支持リングをほぼピン軸線の高さに固定する場合には、この支持リングは、従 来技術において公知のプラスチック製の複数のキノコ形固定装置（Pilzsicherun g）を用いて、ピン固定リングの機能を果たすことも可能であり、これらのキノ コ形固定装置は端面側でピンに差し込まれ、支持リングに当接することができる 。 スリットの設けられた一体構造的な支持リングを使用する場合には、キノコ形 固定装置を、このキノコ部分に（、ウェブによって分割された）２つの溝を設け ることによって、支持リングのための回動防止機構としても構成することができ 、両溝のそれぞれが、支持リングの当接部端部を収容する。この際、ウェブはリ ング当接部に位置している。同時に、このような固定によって、両溝内に支持リ ング両端部を軸方向に十分 に密接に嵌合させることによって、支持リングの、リング当接部の領域における 摺動状態が安定化する。 ピストン・コネクティングロッド結合部の組立ては、組立て完了されたコネク ティングロッドのスモールエンドを介して支持リングを押し込むことによって行 われる。次いで、コネクティングロッドがピンによってピストンと結合される。 その後、支持リングがボス上に固定されるか、もしくは内方に向かって締付け作 用を生ぜしめる支持リングの場合には、ボスに旋削加工された溝内に装嵌される 。 ピストンおよび支持リング材料として、汎用の全てのピストン材料が考慮され る。支持リングは、片状黒鉛鋳鉄（GGL）または球状黒鉛鋳鉄（GGG）から製造さ れていると有利である。 支持リングは、方形または台形状の横断面を有しているか、もしくはＵ字形成 形体またはＴ字形成形体であってよい。 支持リングは、有利には（アダプタ片を介在せずに）直接に、ボス上に設けら れているか、もしくはボスに旋削加工された溝内に設けられている。しかしなが ら、必要ならば、アダプタ片を使用することもできる。 以下に、図示の実施例に基づき本発明を説明する。 第１図は、支持リングを備えた本発明によるピストンの左側を、第２図に基づ いて断面した図であり、 第２図は、本発明によるピストンを、支持リングの下方で横断面した図である 。 スカートを有していないピストン１が、ピストンヘッド２と、このピストンヘ ッド２から延びる複数のボス３と、ピストンヘッド２に半径方向に刻み込まれた 、それぞれピストンリングを収容するための複数のリング溝４，５，６とから構 成されている。ボス３は、ピストンピンを収容するための孔７を有している。ボ ス３に、ピストン１の周方向でピン軸線の高さで、溝８が刻み込まれており、こ の場合、溝８は、僅かな角度にわたってのみ、すなわちボスの、刻込みされるボ ス面ごとに、約１５〜３０゜の角度にわたってのみ延びている。 両ボス３はそれぞれスラスト側と反スラスト側とに刻込みされるので、溝８は 、全４面にわたって合わせて約６０〜１２０゜の角度範囲を有している。溝８内 には（ボス３に直接に）、内方へ向かってばね弾性的に、Ｔ字形の横断面を有す る支持リング９が設けられており、この支持リング９はシリンダ内壁と滑動する ように接触しており、こうしてリングユニットと一緒にピストンをシリンダ内で ガイドする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関用のピストン・シリンダ構成ユニットであって、スカート無しの ピストンが設けられており、該ピストンが、ピストンリングを収容するためのリ ングユニットを有するピストンヘッドと、該ピストンヘッドから延びる複数のボ スとから成っており、ボスが、ピストンピンを収容するためのボス孔を備えてお り、また、シリンダが設けられており、該シリンダ内に前記ピストンが滑り摺動 可能に配置されている形式のものにおいて、 少なくとも１つの支持リング（９）がボス（３）に装嵌されて、ピストンヘッ ド（２）と一緒にピストン（１）をシリンダ内でガイドすることを特徴とする、 ピストン・シリンダ構成ユニット。 ２．支持リング（９）が雌ねじ山を有していて、ボス（３）が雄ねじ山を有し ており、支持リング（９）が前記ボス（３）に螺合されている、請求項１記載の ピストン・シリンダ構成ユニット。 ３．支持リング（９）が複数のねじによってボス（３）にねじ締結されている 、請求項１記載のピストン・シリンダ構成ユニット。 ４．支持リング（９）がボス（３）に焼ばめされている、請求項１記載のピス トン・シリンダ構成ユニット。 ５．支持リング（９）が、内方に向かって締付け作用を生ぜしめるように、ボ ス（３）に設けられた溝（８）内に位置している、請求項１記載のピストン・シ リンダ構成ユニット。 ６．支持リング（９）がボス（３）によって補強されている、請求項１記載の ピストン・シリンダ構成ユニット。 ７．支持リング（９）がボス（３）に溶接されている、請求項１記載のピスト ン・シリンダ構成ユニット。 ８．支持リング（９）がＴ字形の横断面を有している、請求項１から７までの いずれか１項記載のピストン・シリンダ構成ユニット。 ９．支持リング（９）の重心が、該支持リング（９）の支持面に対して垂直に 位置する平面上に設けられており、前記支持面がシリンダ直径の最大１５％で、 ピン軸平面の下方または上方に配置されている、請求項１から８までのいずれか １項記載のピストン・シリンダ構成ユニット。 １０．支持リング（９）の高さがボス孔（７）の直径より小さくなっている、 請求項１から９までのいずれか１項記載のピストン・シリンダ構成ユニット。 １１．支持リング（９）の高さがボス孔（７）の半径より小さくなっている、 請求項１から１０までのいずれか１項記載のピストン・シリンダ構成ユニット。 １２．支持リング（９）の高さがボス孔（７）の直径の２０％より小さくなっ ている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のピストン・シリンダ構成ユ ニット。 １３．支持リング（９）とボス（３）との間にアダプタ片が設けられている、 請求項１から１２までのいずれか１項記載のピストン・シリンダ構成ユニット。