JPH0587672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関、特にドイツ連邦共和国特
許第920758号明細書に記述され図示されているよ
うな、二つの向い合つて同時作用するようになつ
ているピストンの直進運動が滑動式クランク機構
によつて回転に変えられる形式の内燃機関用であ
つて両ピストンと堅く結合したピストンロツドを
有する多部片から成る往復動ピストンに関する。

多くの部品から組立てられている内燃機関往復
動ピストンは、いわゆるハイパワーエンジン構造
において多くの実施形態が公知である。多部片か
ら成る作動ピストンはその中において、久しい以
前から用いられてきている。それはエンジンピス
トンが受ける種々の負荷に基づくものである。例
えば、燃焼ランドを有するピストンヘツドは交互
の熱的応力及び静的圧力を受ける。更にピストン
は全体として高い力学的な加速及び減速の力の影
響を受ける。滑動式クランク装置を有するエンジ
ン、特にシヨートストロークエンジンの場合に
は、高い法線方向圧力によつてピストンスカート
に大きな曲げ力がかかるものである。

セラミツクが最近エンジン構造における材料と
しても採用されており、このようないわゆるセラ
ミツクエンジンにおいては相互にスライド接触す
るすべての部分は同じ材料で成つていなければな
らず、即ち必須のピストンリングもセラミツクか
ら作らなければならないので、そのようなピスト
ンリングの組立の問題が生ずるのである。経験か
ら知られるように、そのようなピストンリングの
弾性は、該リングをピストンのピストンリング溝
に導入するためピストンスカートを越えて該リン
グをはめ込むには充分ではない。

それ故に、本発明の課題は、この観点におい
て、セラミツク材から成り、その材質からして破
壊することなく拡張することができないピストン
リングの、ピストンヘツドの燃焼ランドにピスト
ンリングのために設けられたピストンリング溝の
中への取付け乃至配設を容易になしうるように、
往復動ピストンの多数の部片を正しく整列して構
成することにある。更に案出される多数の部片
は、そのようなピストンにおける熱的かつ力学的
負荷能力に関係した要求を考慮に入れるべきであ
り、駆動特性と耐用期間をも改善すべきである。

この課題は本発明に依り、特許請求の範囲第１
項に記載の特徴により解決される。

本発明の他の態様は、特許請求の範囲第２項以
下に記載された特徴によりなされる。

本発明による往復動ピストンの構造は、その主
要部片の組立に先だつて、ピストンヘツドの燃焼
ランドにおけるピストンリングのために設けられ
たピストンリング溝内へのピストンリングの配設
を容易に可能とする。セラミツク材から成るピス
トンスカートと燃焼ランドを有するセラミツク材
から作られているピストンヘツドとは良好な滑動
性能を示し、高い耐用期間を有している。基礎プ
レートを有する金属材料から成る中央部片と同じ
材料から成る中央ボスを有する上部密閉カバーと
は、ピストンロツドの端部に往復動ピストンを心
合せするだけではなく、またピストンの主要部片
の確実な相互の締めつけを保証する。それは金属
材料の弾性が交替する持続的負荷の発生にうまく
対応するからである。加えて、燃焼過程中にピス
トンヘツドに生ずる多くの熱量は熱伝導によつて
すみやかにピストンロツドへ導かれるので、その
結果ピストン内の熱滞留が避けられることにな
る。

本発明によるピストンの構成と記述のピストン
の配列とは、また滑動クランク機構の法線方向圧
力がクロスヘツドキヤリツジによつて吸収される
ようなレシプロエンジンにも適用することがで
き、それによつてピストンスカートの負担が軽減
される。このようなレシプロエンジンは例えば、
いわゆるバイオガスエンジンとして提案されてい
る。

図面において本発明の実施例を説明する。

第１図で明らかなように、往復動ピストンは主
として、ピストンスカート頭部２を有するピスト
ンスカート１と、燃焼ランド４を有するピストン
ヘツド３と、前述した両方のピストン主要部分
１，２と３，４の半径方向の位置決めのための中
央スリーブ５と、燃焼ランド４のピストンリング
溝６内に存るピストンリング７と、基礎プレート
９を有する中央部片８と、中央ボス１１を有する
密閉カバー１０とからなつている。

ピストンロツド１２の両端部にそれぞれ一個の
往復動ピストンがあり（第２の往復動ピストンは
図示せず）、それらは双方ピストンロツド１２と
堅く結合している。この結合は、例えばピストン
ロツド１２内にねじ込まれる一個の頭付きねじ１
３によつてそれぞれなされる。ピストンロツド１
２に対する往復動ピストンの半径方向の位置決め
はピストンロツド１２上への基礎プレート９の滑
合部１４の嵌合によつてなされる。基礎プレート
９はそれ自体その中央部片８によつて密閉カバー
１０の中央ボス１１に位置決めされている。双方
の部分８，９と１０，１１は滑合ピン１５によつ
て回動が防止されている。該滑合ピン１５はその
内側端部がピストンロツド１２内に突出してい
る。滑合ピン１５は同時に頭付きねじ１３のため
の締付け保証部材を構成している。

ピストンスカート頭部２を有するピストンスカ
ート１と、燃焼ランド４を有するピストンヘツド
３と、伸縮スリツト１６を有するそれ自体弾力的
なピストンリング７と、中央スリーブ５とは、す
べて、熱的に高い負荷に耐え良好なスライド特性
を有するセラミツク材料から作られている。伸縮
スリツト１６に接してピストンリング７は、該リ
ング７の変移を防ぐための旋回ピン１８の設置の
ためのアーチ形の丸み凹部１７を備えている。

ピストンスカート１とその頭部２との間の移行
部分において、リング状溝１９が内壁に設けられ
ている。燃焼ランド４への移行部分においても、
ピストンヘツド３にノツチ応力（Kerb−
Spannungen）を回避するためにリング状溝２０
が設けられている。

中央ボス１１と中央スリーブ５との間並びに密
閉カバー１０の外周と燃焼ランド４との間には、
それぞれ半径方向膨張間隙２１，２２が設けられ
ている。

頭付きねじ１３を締めつける場合、ピストンス
カート頭部２とピストンヘツド３とは基礎プレー
ト９と密閉カバー１０との間でプレストレス
（Vorspannung）で相互に圧縮される。これを可
能にするために、中央部片８と中央ボス１１との
間に軸方向間隙２３が設けられている。

シリンダー壁に対する密封を強めるために、燃
焼ランド４は半径方向外方に旋回溝２４の形状を
したラビリンス密封部（Labyrinthabdich−
tung）を備えてもよい（第２図）。

ピストンスカート、ピストンリング及びピスト
ンヘツドはセラミツクから作られている。例えば
酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素（特
にケイ素の侵入した炭化ケイ素、即ちSi−SiC）
などが用いられる。窒化ケイ素と炭化ケイ素とか
ら成る形成物は均衡のとれた圧縮過程によつて作
られる。ピストンヘツドはまたアルミニウムチタ
ン酸塩から作ることもできる。

ピストンリング用に更に優れた材料としては、
セラミツク（例えば酸化ジルコニウムや炭化ケイ
素）で被覆加工したスチールやケイ素侵入のグラ
フアイトがある。ピストンスカート１とピストン
ヘツド３が同じ材料から作られているか、ピスト
ンスカート１とピストンヘツド３とピストンリン
グ７と中央スリーブ５とが同じ材料から作られて
いることが望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ピストンロツドの一部と往復動ピス
トンの縦断面図、第２図は第１図の燃焼ランド４
と旋回溝２４とを有するピストンヘツド３の部分
拡大図、第３図は伸縮スリツトを有するピストン
リングの部分平面図である。 １……ピストンスカート、２……ピストンスカ
ート頭部、３……ピストンヘツド、４……燃焼ラ
ンド、５……中央スリーブ、６……ピストンリン
グ溝、７……ピストンリング、８……中央部片、
９……基礎プレート、１０……密閉カバー、１１
……中央ボス、１２……ピストンロツド、１３…
…頭付きねじ、１４……滑合部、２３……軸方向
間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関、特にに二つの向い合つて同時作用
   するようになつているピストンの直進運動が滑動
   式クランク機構によつて回転に変えられる形式の
   内燃機関用であつて両ピストンと堅く結合したピ
   ストンロツドを有する多部片から成る往復動ピス
   トンにおいて、 ピストンスカート頭部２を有するセラミツク材
   から成るピストンスカート１と、セラミツク材か
   ら成りスリツトのあるピストンリング７の収容の
   ためのリング溝６を備えた燃焼ランド４を有する
   セラミツク材から作られているピストンヘツド３
   とを有し、その際ピストンヘツド３はピストンス
   カート頭部２上に対応して位置していて、両方の
   ピストン主要部分、即ちピストンスカート頭部２
   を有するピストンスカート１と、燃焼ランド４を
   有するピストンヘツド３とは、同様にセラミツク
   材から成る共通の中央スリーブ５によつて半径方
   向で位置決めされていること、更に、滑合部１４
   によつてピストンロツド１２上に位置決めされ、
   金属、特にアルミニウム合金から作られててい
   る、基礎プレート９を有する中央部片８を有し、
   この基礎プレート９の上にはピストンスカート頭
   部２が位置していること、また、基礎プレート９
   を有する中央部片８と同じ材料から作られピスト
   ンヘツド３上に位置しその燃焼ランド４まで半径
   方向に延びており、かつ中央ボス１１を有する密
   閉カバー１０を有し、該中央ボス１１は中央部片
   ８に対し半径方向に位置決めされていて、二つの
   部分、即ち中央部片８と中央ボス１１との間に軸
   方向間隙２３があること、その際ピストンスカー
   ト頭部２とピストンヘツド３とは密閉カバー１０
   と基礎プレート９との間で、ピストンロツド１２
   に取り付けられたねじ１３によつて軸方向に相互
   に固定されていることを特徴とする往復動ピスト
   ン。 ２ 密閉カバー１０の中央ボス１１と中央スリー
   ブ５との間並びに密閉カバー１０の外周とピスト
   ンヘツド３の燃焼ランド４の内周との間に、それ
   ぞれ半径方向膨張間隙（２１及び２２）が設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の往復動ピストン。 ３ ピストンスカート１とそのピストンスカート
   頭部２との移行部分において、その内壁にノツチ
   応力の減少のためのリング状溝１９が設けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項のいずれか１項に記載の往復動ピストン。 ４ ピストンヘツド３上でその燃焼ランド４の半
   径方向内側に、即ち密閉カバー１０の外周領域に
   リング状溝２０が、特に熱的な不均一によつて生
   じるノツチ応力の減少のために設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のうち
   いずれか１項に記載の往復動ピストン。 ５ 基礎プレート９が密閉カバー１０即ちその中
   央ボス１１と共にピストンロツド１２に対して回
   動することを回避するために、滑合ピン１５が一
   方において基礎プレート９を貫通してピストンロ
   ツド１２の中に挿入され、他方において密閉カバ
   ー１０の中央ボス１１の中に突出するように設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜４項のうちいずれか１項に記載の往復動ピスト
   ン。 ６ ピストンヘツド３がその燃焼ランド４の外周
   にラビリンス密封部、特に旋回溝２４の形状をし
   たものを有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜５項のうちいずれか１項に記載の往復動ピ
   ストン。 ７ ピストンリング７が伸縮スリツト１６の領域
   において位置決め用の旋回ピン１８の設置のため
   にアーチ形の丸み凹部１７を備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜６項のうちいずれ
   か１項に記載の往復動ピストン。