JPS5958137A - 往復動ピストン型内燃機関用のピストン機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばディーゼル機関のような往復動ピスト
ン型内燃機関用のピストン機構であって、シリンダ内を
４！１ｊ方向に摺動するピストント、該ピストンをクラ
ンク機構と結合している連接棒とから成っておシ、ピス
トンがシール区分とガイド区分とから成っていて、両区
分が互いの１１４に自由な軸方向の遊びを互いに有し、
かつピストンピンを介して互いに枢着結合されておシ、
両区分のうちのシール区分が、ピストン機構の縦中心軸
線のまわシに同軸的に配置されていてピストンヘッドを
ピストン足部と結合しかつ該ピストン足部からピストン
ヘッドに向かって半径方向で広がっている支持体から形
成されており、この支持体がピストンヘッドにおいて１
，１旋ピストンヘツドに位１鋒しているが冬Ｄｉｌｉｔ
箇所を弁して、ピストンリングを保持しているリング保
持体に移行しておシ、シール区分及びガイド区分ｉ１に
ひに連接棒が、シール区分とガイド区分と連接棒とをピ
ストンピンを介して相互に支持するだめの支承部を％縦
中心軸線に対して対称的ＩＣ有している形式のものにＩ
Ａする。

汎用のすべての往復動ピストン型内燃俄関特にディーゼ
ル機関では、燃料・空気混合体（以下単に混合気と記す
）の燃焼によって生じる膨張圧はピストン機構を介して
クランク機構に伝達される。この場合燃焼開始自体は固
Ｍの規則性に、例えば燃焼室への直接又は間接的な燃料
噴射に従変って行なわれる。汎用のすべてのディーゼル
機関における燃焼方法では燃料の噴流又は既にシリンダ
室に達するカ１１に点火されるガス混合体の噴流は、ピ
ストンに設けられた燃焼室の壁に又はピストンヘッドに
向けられている。

熱伝４性の畠い材料例えはアルミニウムをピストン機料
として使用すると、熱に基づく柚神様様な部分的なｌ社
製、少なくとも作業ガスの者しい熱損失が生じる。この
ことは特に、ピストンの材料が多くの熱をシリンダにか
つシリンダから内燃機関の冷却媒体に専く場合にぎえる
。公知のピストン機構がこのような欠点を有しているこ
とに基づいて、大きな負荷をかけられるピストン機構で
は、ピストンは鋼とアルミニウムとから成るピストンと
して形成されている。しかしながらこのようなピストン
はその商いイ曲格に基づいて特殊な使用例に限定されて
いる。この構造形式によって確かに、高い負荷耐性の利
点のみならず同時にピストンの断熱Ｈｑ造がピストン材
料として鋼を使用することで達成され、かつアルミニウ
ムの使用によって重量の減少が達成される。しかしなが
ら重要なことはピストン特に乗用車用のピストンのため
に、重量と価格を著しく上昇させることなしに高い安定
性の利点と断熱性の利点とを経揖的に結合する構造形式
を見出すことである。

安定性並びに断熱性及び貞墳減少に対する認識を考慮し
て、従来のピストン機構は次のように構成されている。

すなわち、ピストン機構はガイド区分とシール区分とか
ら形成され、両区分はピストンピンによって連接棒と枢
着結合されている。両区分すなわち断熱性拐料製のシー
ル区分と、良好な滑シ特性を有する材料から成るガイド
区分とは、さらに互いに自由な遊びによって隔てられて
おり、シール区分には、ピストンリングのだめの塚状鉤
を有するリング保持体が設けられていて、このリング保
持体はピストンヘッドの範囲における終端箇所を介して
円錐形の支持体とピストンヘッドとに結合されている。

ピストンヘッドからピストン足部に移行する支持体は、
それ自体に有利には回転対称の燃焼室を有している。こ
の燃焼室は、ピストンヘッドの範囲にリング状に設けら
れている終端箇所を介してリング保持体に対して付加的
に断熱されている。ピストン足部はフォーク状に形成さ
れていて、そのフォークアームはピストン機構の縦中心
軸線に対して対称的に配置Ｈされ、ピストンピンを支承
するための支承箇所を有している。フォークアームに支
承部ＨＥが設けられているように、ガイド区分にもピス
トンピンのための支承部Ｄ「が設けられており、ピスト
ンピンのさらに別の支承箇所は連接棒の支承アイに配設
されている。燃焼室からピストン足部に伝わる混合気燃
焼熱をピストン足部から排出するため並びにガイド区分
及びシール区分の化フル箇所に潤滑剤を供給するだめに
、ガイド区分の内側には案内面が設けられている。この
案内面はガイド区分に、該案内面にかけられる冷却兼（
又は）欄清剤がピストン足部における枢着箇所のまわシ
に案内されるように、取付けられている。このようなピ
ストン機構は確かに安定性を有ししかも熱密に構成され
得るが、それでもなお商い負荷に際しては、ピストンピ
ンを剪断応力及び曲げ応力から十分に解放するためには
さらに別の処置を講する必要がある。このような剪断応
力及び曲は応力からピストンピンを解放することはまた
、ピストンピンに例えば２０００にり／　Ｃａ以上の面
圧を負荷できるようにするためにも望まれている（ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第２５４３４７８号明細書）
。

この最後の要求を考慮に入れて、同様にガイド区分とシ
ール区分とから成る別の公知のピストンではシール区分
が次のように構成されている。すなわち、シール区分の
支持体が円錐形の輪郭部形状を有し、支持体の周壁は、
該周壁の、ピストンヘッドに接続されている基部が、ピ
ストン直径の帆７倍の円である重力円の範囲においてピ
ストンヘッドに接続するように延びている。ピストンヘ
ッドに支持体周壁の基部をこのように接続することによ
って、ピストンヘッドにおいて生じる湾曲を回避するこ
と及び、作業ガスによる力を曲げモーメントを生ぜしめ
ることなしにピストンピンに導入することが試みられて
いる。実地において極めて良好であるこの構造は多くの
場合、特にピストン機構が大きな負荷を受ける場合、連
接棒におけるピストンピンの支持部において難点を生せ
しめる。２００パールに達する、場合によってはそれ以
上の圧力上昇及び２０００　ｋｇ／　ｔｒＩ以上の面負
荷を伴なった絶え間なく増大するピストン機構に対する
要求、特にピストン機構の静力学的な特性に関する要求
によって、ピストンピンが変形せシメられ、ひいてはピ
ストンピン及び収は）ガイド区分における支承部の損傷
及び破損が惹起されることがある（ドイツ連邦共オ■国
特許出願公開第２７１７０２８号明細書）。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の往復動ピス
トン型内燃機関用のピストン機構を改良して、熱による
負荷及び高い圧力にさらされても支持体、ピストンピン
及び（又は）連接棒の変形を生せしめることがなく、か
つこのような法外な要求にもかかわらず、同等な要求を
満たすために設計された汎用のピストン機構に比べて減
じられた重量でかつ廉価に構成されたピストン機４Ｗ７
を提供することである。

この課題全解決するために本発明の構成では、冒頭に述
べた形式のピストン機構において、ピストン機構の中央
縦断面図で見て、連接棒及びピストン足部の対称軸線に
よって部分される支承部のほぼ中心を貫いて延びている
線が、同支承部を越えてピストンヘッドに達するまで直
線的に延長されており、この線が少なくとも、ピストン
足の支承部からピストンヘッドに達するまでの区分にお
いて、ピストン機構の輪郭線と交わっておらず、この交
差全回避することによってピストン機構の湾曲及び（又
は）変形が阻止されている。

ピストン機構をこのように構成することによって、本発
明の課題が有利に解決されるのみならず、さらに、汎用
のピストンに比べて単位出力重量の減少という利点が得
られる。この利点は内燃機関の単位出力重量の増大につ
れて同時に、特にｔｒｉ噴射圧が上昇する場合には、例
えば小型の内燃機関においても単位出力消費における著
しい利点が得られる限シにおいて、意味がある。これに
加えて、現在アルミニウムピストンでは小型の内燃機関
（乗用車）に対しては約３５ＫＷ／ｌで、大型の内燃機
関（貨物用自動車）に対しては約２８ＫＷ／ｌで到達さ
れる出力限界は、本発明のピストン機構によってさらに
上昇させることができる。このことは、鋼によって補強
されかつ冷却通路等全備えたアルミニウム製ピストンで
はほとんど不可能である。たとえアルミニウム製ピスト
ンによってこのような出力上昇が可能であつ几としても
、その際には、内燃機関の冷却回路（例えばオイル回路
）への大きな熱緻の導入と鋼挿入又は陽榛酸化及びこれ
に類したものによるピストンの高価な補強とに起因する
大きな欠点を甘受しなくてはならない。このことは多く
の場合価格、手間及び出力に対してもはや割があわない
と言える。

ピストン機構を本発明のように構成して、ピストン機構
の輪郭線のいかなる交差金も回避することによって、ガ
ス圧に起因する力の導入はピストンヘッドから連接棒に
直線的に作用し、ピストン機構の材料及び各部分は著し
く均等にむらなく負荷され、この結果、ピストン機構部
分の部分的な過負荷は著しく阻止される。これによって
、特に、ピストン全形成している区分けほぼ完壁にひっ
かかりなしにシリング内を案内されるようになシ、ひい
ては、ピストン機構の滑ＤＩ擦の減少のみならず騒音の
減少も達成される。

本発明によるピストン機構の別の利点としては次のこと
が挙げられる。すなわち、ガイド区分と７一ル区分とを
別体に構成して、両区分が果すべき機能を完全に分割す
ることによって、両区分をそれぞれ固有の機能を果皮す
のに最適な材料で製作することが可能になる。例えばシ
ール区分の九めには鋼又は球状黒鉛鋳鉄を、ガイド区分
のためにはアルミニウム又は焼結金属を使用することが
できる。鋼ないしは球状黒鉛鋳鉄又は焼結金属のような
材料にはさらに、これらの材料によって高価なアルミニ
ウム特に補強されたアルミニウム製ピストンが一部分に
おいてしか用いられないという利点がある。ピストン機
構を本発明のように構成することによって、将来におけ
る高い出力要求においてもピストン機構の安定性が保た
れるので、特に過給式の内燃機関用のピストンにおいて
しばしば行なわれるように、アルミニウム製ピストンに
増増多ぐの鋼部分を組込むことによって出力上昇に対抗
する必要はなくなる。

ピストン機構によって引受けられる働きをはつきシと分
離すること及び、ピストンヘッド力）ら連接棒への直線
的な力の経過が得られるようにピストン機構を設計する
ことによって初めて、負荷されるピストン部分の高い出
力及び商い面圧のための基準となる、ピストン構造にお
ける新しい尺度が設定される。すなわち、／−ル区分に
設けられた燃焼室の熱損失は極めて僅かになシ、ピスト
ン機構部分は静力学的に極めて僅η１しか変化せず、シ
ール周壁ひいてはリング保持体のガス密性は極めて高く
なり、ガイド区分の摩擦及び騒音も極めて僅かになる。

この場合さらにまた、いかなる燃焼方法が選択されるか
は、つまシ、燃焼室における空気層の重力円の範囲に燃
焼区域及び燃焼室壁との接触なしに燃料全噴射する燃焼
方法が用いられるのか、又は、燃焼室壁への燃料の塗布
と該壁において気化する成分の離隔とを用いた燃焼方法
が用いられるのか、又は単純な形式で、半径方向で燃焼
室壁に向けられ之燃料噴流による同心的な多孔式噴射が
行なわれるのか、又はいわゆる渦巻き室？有する燃焼方
法が用いられるの〃）は、ピストン機構の働きにとって
はほとんどまったく問題にならないということが示され
ている。本発明によるピストン機構では上述のすべて？
暁方法において熱密性、静力学的な強度、ガス密性及び
滑り摩擦に関する既述の利点が得られる。すなわちこれ
によって簡単な手段で著しい進歩が達成されることにな
る。

つまシピストン機構を本発明のように構成することによ
って初めて、ピストン機構ひいては内燃機関の出力及び
ガス圧に関する新たな値に移行することが可能になる。

中間圧（ｐｍ）とピークａＥ（ｐｍａｘ　）との比は例
えば、乗用車及びこれに類した駆動機構において使用さ
れる小型の内炉機関では約ｌ：１２である。例えば空気
層の重力円の範囲に燃料全噴射する特殊な燃焼方法によ
って得られ名約１５パールの中間圧と約２０の圧縮比に
おいて、ピストン機構に作用するガス圧Ｖｉ１８０パー
ルにも達する。これに対して圧縮比を下げれば、ディー
ゼル機関の特性の降下によって、必然的に好ましくない
結果が生じる。例えば貨物用自動車の几めの内燃機関の
ような大型の内燃機関の場合にのみ、】：１７よりも僅
かな圧縮比に下げても中間圧（ｐｍ）とビーク田（ｐｎ
ｌａＸ’）との比１ｄｌ：１０に保たれる。

本発明の有利な実施態様によれば、幅狭箇所がピストン
ヘッドと、該ピストンヘッドに最も隣接しているピスト
ンリング用環状溝との間に位置しておシ、幅狭箇所の範
囲におけるピストンヘッドの直径が、ピストンリングを
保持しているリング保持体の直径よシも大であυ、幅狭
箇所がその僅かな材料集積に基づいて、ピストンヘッド
からリング保持体への熱の流れを阻止する絞りとして形
成されている。

このように構成されていると、燃焼室は既述の高いガス
圧に対してシールされ、ぎストン機構は、ピストンシー
ル周壁が第１のピストンリングの上において既に極めて
ガス密にシリンダに接触するように改善される。これま
で汎用の膨張間隙及びピストンのトップランドの代わり
に、本発明によるピストン機構の有利な実施態様によれ
ばピストンの滑り軌道が上部のピストンリングの上に設
けられている。これによって、損傷しやすい第１のピス
トンリングは静力学的な負荷及び熱による負荷を著しく
軽減される。

ピストンのこの滑シ軌道においてガス密に遮蔽されるオ
イルフィルムのための東件は、滑り軌しく越えないこと
である。つまりこのように構成されていると、ピストン
とシリンダとの相対的な膨張を受入れることはもはやで
きない。このピストンとシリンダとの相対的な膨張は、
アルミニウムの代わシに鉄ないしは球状黒鉛鋳鉄全使用
してこれによって燃焼室からリング保持体ひいてはピス
トンリングからシリンダへの熱流出を減じることによっ
て回避される。これに加えて、ピストンヘッドの範囲に
設けられ九幅狭箇所もまた同範囲において行なわれる熱
絞りとして働き、この結果ピストンリングは燃焼ガスに
基づく熱による負荷から解放される。

ピストンピンのいかなる変形も回避されることによって
、連接棒支承部において通常用いられている滑り軸受ブ
シュは不要となり、この結果ピストンピンはその表面硬
化にのみ基づいて滑り軸受ブノユを介することなしに支
承箇所に接触する。つまりこのようなピストンピンは支
承箇所において直接延びており、表面硬化を目的として
例えば硼素処理されていてもよい。

ピストン機構によって受容されねばならない所望の高い
中間圧及びピーク圧によって、当然ガイド区分もまた二
重の力でシリンダ壁に押付けけられる。この課題に関し
てはガイド区分は特に、同ガイド区分が純然たる滑ジン
ニーとして構成されている場合に良好に製作される。こ
のような場合ガイド区分には、揺れ軸を備えたピストン
又は汎用のピストンスカート、の場合とは異なった特性
が承認されねばならない。

本発明によるピストン機構を用いた実験によれば、ガイ
ド区分及びゾール区分はほとんど熱全シール区分に排出
しないということが判明している。燃焼熱を・燃焼室の
範囲から導出するためには、ガイド区分の案内面に沿っ
てピストンピンの支承アイのまわりにスプレオイル全案
内する自体公知のオイルスプレ形式が良好である。

このようにして支承箇所の冷却及び潤滑が行なわれ、こ
の結果シリンダの外側冷却は事実上はとんど無意味にな
る。このことは、ピストン機構の冷却及び潤滑の効果が
かけられる潤滑前（又は）冷却剤の歇及び（又は）案内
面の形状によって簡単に調節されることによって、さら
に助成される。この処置はまた、内燃機関全汎用の水冷
又は空冷からオイル冷却方式に変えること？可能にする
。このオイル冷却方式はまたシリンダヘッドノにツキン
全除去する几めの前提条件である。というのは、今日多
くの内燃機関で用いられている汎用のシリンダヘッドＡ
ツキンでガス圧に抗することは確かに無意味だからであ
る。

上述のピストン機構の構成は燃焼方法の形式とはほとん
ど無関係ではあるが、ピストン機構の利点は特に、燃料
が燃焼室全回転する空気層の重力円の節回に噴射される
燃焼方法が用いられる場合に完全に発揮され得る。この
ような燃焼方法では周知のように燃焼室壁への燃焼区域
の接触は、燃焼室壁に沿って同様に該燃焼室壁に沿って
回転する空気層が維持され、この回転する空気層が、空
気層の重力円内にある空気が燃焼区域によってとらえら
れた後で燃焼のために用いられることによって回避され
る。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

本発明によるピストン機構１は主として、ガイド区分２
とシール区分３と、両区分２，３を図面では略示されて
いるにすぎないクランクアーム４に支持する連接棒５と
から成っている。

ガイド区分２及びシール区分は共通のピストンピン６を
介して連接棒５と枢着結合されており。

この枢着結合のために連接棒５には支承アイ７が設けら
れている。ピストンピン６はこの支承アイ７と、ガイド
区分２及びシール区分３に設けられた支承箇所８，９と
を貫いて案内されている。この実施例ではリング保持体
１０として形成されているシール区分３は、ピストンヘ
ッド１１を支持する支持体１２を南しており、この支持
体１２はピストンヘッド１１の範囲において、ピストン
ヘッド１１の範囲に位置している幅狭箇所１３を介して
一方ではリング保持体１０に移行し、他方ではピストン
足部１４全介して該ピストン足部の、ピストン機構１の
縦中心軸線Ｘに対して対称的に配置さｎた２つのフオー
クアーム１５．１６に移行している。ピストン足部１４
のフォークアーム１５．１６には支承アイ１７が設けら
れており、これらの支承アイ１７はビア、トンピン６の
ための支承箇所１８．１９を有している。図示の実施例
ではリング状のスリーブか又はＩ字形のアームとして形
成され得るガイド区分２は横孔２ｏを有しておシ、この
栴孔２０にはピストンピン６のための支承部Ｐｌ′？２
１．２２が設けられている。ガイド区分２及びシール区
分３と同様連接棒５にもピスト／ピン６のための支承ア
イ７が設けられていて、仁の支承アイ７はピストンピン
６のために支承箇所２３を有している。連接棒５に設け
られた支承アイ７はＶ字形に形成されていて、縦中心軸
ｉＸＫ対して対称的に異なった幅の接触面金有している
。連接棒６の支承アイ７は特にその縦中心区分において
Ｖ字形の輪郭形状を有しており、このＶ字の底部は連接
棒５の延長さｎ、たシャフトに位置していて、Ｖ字の尖
端はピストン足部１４に向けられている。支承アイ７の
Ｖ字形の輪郭形状同様フォークアーム１５゜１６もシー
ル区分３のピストン足部１４において支承アイ７の輪郭
形状に適合さｎておジ、この結果支承アイ７に隣接する
フォークアーム壁面は僅かな遊びをもって支承アイ７の
壁面に対して平行に延びている。フォルファーム１５の
。

シリンダ２４に幻して半径方向に向いている面は、有利
にはシリンダ２４に対して平行に延びていてもよい。こ
のようになっていると、ガイド区分２において比較的簡
単に規定することのできる支承箇所２１．２２が保証さ
れ得る。円錐形の支持体１２を壱するシール区分３は、
該ソール区分が支持体１２の外周壁２５内部に縦中心軸
線Ｘに対して対称的に又は非対称的に配置された燃焼室
２６を有しているように形成されていても工い、このよ
うな燃焼室２６は第１図〜第４図及び第６図に示さｉ″
Ｌ、ｆｃ輪郭形状又は別の輪郭形状を有していてもよい
。ピストンヘッド１１の範囲において支持体１２は大き
な支持幅を有し、同範囲においてピストンヘッド１１と
解離不能に結合されている。支持体１２及びピストンヘ
ラ）’１１にリング保持体１ｏを弾性的に枢着させるた
めに、支持体１２の外周壁２５は幅広の湾曲部に移行し
ている。この湾曲部は。

該湾曲部がピスト／ヘッドエ１とリング保持体１１との
間のピストンヘッド範囲におりる幅狭箇所１３に移行す
るように案内されている。この移行箇所において幅狭箇
Ｑｒ１３は、ピスト／ヘッド１１への壁厚と、シール周
壁へのすなわちリング保持体１０の渭り軌道２７への壁
厚との比が約１　：　１．５になるように設けられてい
る。

また、この幅狭箇Ｗｒ１３はり／グ保持体１０の拐料区
分内に切込んでいるので、リング保持体１０の滑ジ軌道
２７のために残っている壁区分は％　ピストンリング８
８を保持する壁区分よりも薄い。第１図〜第６図の実施
例ではリングスリーブとして、第８図〜第１３図の実施
例では１字形アームとして形成さｎているガイド区分２
はその内壁に少なくとも１つの案内面２８を均しており
、この案内面２８は湾曲されていて、ピストンピン６の
枢着箇所の近くまで延びているので、この案内面２８に
向かってクランク室２９からかけられる冷却兼（又は）
潤滑剤３０はピストンピン６のまわりに変向される。こ
１１によって、支持体１２のピストン足部１４に燃焼室
２６から伝わる混合気燃焼熱は、ピストンビ／６ないし
はピストン足部１４から連行されて冷却オイルに排出さ
扛、混合気燃焼室がピストンピン６及びガイド区分２ケ
介して内燃機関のシリンダ２４に達することは回避され
る。この熱連行、ひいては燃焼室２６からの極めて良好
な熱排出と共に、ピスト／ヘッド１１はリング保持体１
０に対して幅狭箇所１３を介して熱密に隔絶さｎている
ので、熱は幅狭箇所１３を介してリング保持体１０に、
特にピストンヘッド１１と第１のピストンリング８８と
の間の滑り軌道２７に伝わることはほとんどない。これ
によって、リング保持体１０ひいては該リング保持体の
ピストンリング８８は熱による負荷及びガス圧による負
荷を著しく軽減されるので、リング保持体１ｏは滑ジ軌
道２７でシリンダ壁２４に接触することができる。この
ために滑り軌道２７の範囲におけるピストンの直径は、
ピリング保持体１０の、滑ジ軌道２７の下に位置してい
る区分は、ピストンヘラｌ−″１１の直径Ｄエフも僅か
な直径ｄを有しているので、この区分はピストンリング
８８を介してのみシリンダ壁２４に支持され、リング保
持体１ｏの滑シ軌道２７の下ではリング保持体１ｏはシ
リンダ壁２４に接触していない、シール区分３のピスト
ン足部１４における。ピストンピン６のための支承ｆｓ
ＰＪｉ１８，１９と、ガイド区分２における支承箇所２
１．２２と、連接棒５における支承箇所２３とは、縦中
心軸線Ｘに対して対称的に位置している支承箇所２３，
１８．１９の中心３１．３２を貫いて延びている線３３
が、連接棒５のシャフト３４における支承部Ｑｒ２３か
らピスト／ビン１４における支承箇所１８．１９を介し
てピストンヘッド１１に直線的に延びるように設定され
ている。この場合この線３３は。

鎖線３３がピストン足部１４からピストンヘッド１１Ｖ
Ｃ達するまでの全長にわたってピストンの輪郭線と交わ
らないように延ひている。線３３がこのように延びてい
るのと同様に、この線３３はまた。シール区分３におい
て特に縦中心軸線Ｘのまわシに対称的に燃焼室２６が配
置さｎている場合、燃焼室２６の内壁３５とも支持体１
２の外周壁２５の、ピストン足部１４からピストンヘッ
ド１１への延長された区分とも又わらない工うに、配置
されている。この線３３ひいてはピストンヘッド１１か
ら連接棒５への力の伝達経路を損なわないようにするた
めに、縦中心軸、％！　ｘ　ＶＣ対して対称的に切欠き
３６．３７を有しているピストンピン６は、該切欠き３
６．３７の食込んでいる内壁が同様に線３３と交わらな
いように、切欠き３６．３７を有している。第１図、第
３図及び第５図に示されたピストン機構１では、ピスト
／ビン６は一方では縦中心軸線Ｘに対して対称的に２つ
のＶ字形の切欠き３６を有し、他方では同様に縦中心＠
憇Ｘに対して対称的に２つのＵ字形の９Ｊ欠き３７を有
している。これらの切欠き３６．：う７は図面かられか
るように線３３とは交わっておらず、切欠き３６゜３７
の内壁は線３３と交わる直前でとまっている。ピストン
ピン６が切欠き３６又は３７を有していない場合には、
線３３の父わシはあまシ問題にｌらないが、ピストンピ
ン６にある程度の弾性度ケ与えるために、上に述べた切
欠き３６゜３７を有するピストンピン６を出発点とした
方が本発明にとって有利である。ピストンピン６のため
の、ガイド区分２に設けられた叉承勤所２１．２２の、
縦中心軸線Ｘに対して対称的に配置された中心は、有利
にはピストンヘッド１１の重カ円（８ｃｈｗｅｒｋｒｅ
ｉｓ）　Ｓのなかに位置している。この電力用Ｓは、ピ
ストンヘッド直径の０．７倍にほぼ相当する円である。

ガイド区分２においてピストンピン６のための支承箇所
２１゜２２をこのように配置することによって、ガイド
区分２におけるピストンピン６の最適な支持が保証され
、この結果この場合においても、例えばピストンピン６
がこのようなガイド区分２において外側で支承されてい
る場合に生じるような、ピストンピン６に通常性じる湾
曲は阻止される。第７図に示された横断面図かられかる
ように、連接棒５のシャフト３４はダブル丁字形に形成
されていてもよい。連接棒５がこのように形成されてい
ると、力はシール区分３及びガイド区分２から連接棒縁
部における１字形のウェブ３９に沿って案内されて、同
ウェブ３９を介してクランク１１＋４１のクランクピン
４０に導入さ扛る。

ピストンビ／６の寸法はＪ　ピストンピン６の長さがほ
ぼ電力用Ｓの直径に相当していると有利である。また、
ピストンピン６が切欠キ３６又は３７を有している場合
、切欠き３６又は３７の深さと、該切欠きのｍ］に位置
している中心区分４２との比が約３：４だと有利である
。

線３３がピストン機構の輪郭線と交わらないという本発
明による提案は、用いられる燃焼方法及び燃焼室２６の
配置形式とは無関係にすべてのピストン機構１に対して
通用する０例えば燃焼室２６は縦中心軸線Ｘに対して同
軸的に延びている内壁３５を備えた形状（第１図〜第４
図参照）を有していてもよいし、又は、ピストン機構１
がシール区分；うの外部に燃焼室４３を有するように設
計されていてもよい。後者の場合、第５図に示されてい
るよ！１５にピストンヘッド１１は閉鎖されている。ま
た、シール区分３に設けられた燃焼室４４はε１１，６
図に示さｎたタプルリング形形状を有していてもよい。

この場合燃′ＩＩＮＦは燃焼室４４に半径方向で中心か
ら壁４５に向かって噴射される。第６図の実施例では燃
焼室４４は縦中心＋ｌ＋ｌｌ＋線ＸＫ灼して非対称的に
配置されて卦り、この場合［，１５−いても燃焼室４４
は、線３３が輪郭線特にシール区分３の輪郭線と交わら
ないように配設されている。燃料４６を噴射するための
ノズル４７は自体公知のように単口噴射ノズルとして構
成さｎてぃても多口噴射ノズルとして構成されていても
よい。

第８図〜第１３図に示されたガイド区分２の実施例では
ガイド区分２はＩ字形に形成されていて、熱負荷及び熱
伝導率に対するシール区分３の適合においてガイド区分
２をもこれらの負荷に適応せしめるために、有利には、
鉄合金体として形成されている。第１図〜第６図に示さ
ｎｆｃガイド区分２の汎用の円筒形の構成におけると同
様、この１字形の構成においてもガイド区分２には案内
面２８が設けられており、この案内面２８はこの実施例
では場合によってはガイド区分２に弾性的に又は割注に
取付けられている。

ガイド区分２の、シリンダ２４に沿って案内されるＩｎ
２面はこの場合ハンマ状に構成されているか又はセグメ
ント状に構成されている。ガイド区分２の、製作技術上
簡単でかつ有利な形状はセグメント形状であｐｌ　この
場合ガイド区分２のセグメント湾曲部４８は両端におい
て突出していて、突出した縁部４９からガイに区分２の
中心５０に延びている直線５１がガイド区分２の縦中心
軸線Ｙと角度βｆ！：なしてお凱この角度βは、ガイド
区分２の周壁５３における支え５２を貫いて延ひている
直ａ５４が縦中心軸線Ｙとなす角度α工９も大きくなっ
ている。

第１０図に示されているガイド区分２では、半分かハン
マ状に半分がセグメント状に形成さ扛ている。このガイ
ド区分２はハンマ状の構成部分（上半部）において案内
面２８金有しており、この案内面２８は他の実施例同様
ピストンヘッド６の支承箇所８の近くまで延ひている。

第１２図及び第１３図に示されたガイド区分２はセグメ
ント状の構成に関して上述の実施例七異なっている。す
なわちこのガイド区分２は金属薄板部分５５．５６から
成形されていて、そのうチの一方の金桐薄板５５はビズ
トンピン６のための支承箇所８と案内面２８とを形成し
、他方の金ＩＰｆ４薄枦部分５６はセグメント湾曲部４
８を形成している。

８Ｉ！１４図〜第１６図に示さｊ、た線図からさらに本
発明に輌づいて得られる結果として次のことがわかる。

すなわち、内燃機関の行程容積を旨めること及び内燃機
関の圧縮比金工げないことが望まれている場合には、従
来のピストン機構を、ガス圧及びピストン出力に対して
新たな値を有する本発明による１ストン機構に交換しな
くてはならない。

第１４図の線図では行程容Ｓ（りあたジの出力（ＫＷ）
が縦軸にとらｎ１横軸にはピストン直径（φ）が単位闘
でとられている。この線図において一番下の線５７は、
内燃機関ないしはディーゼル機関が吸込み式機関として
構成されている場合に、相応なピストン直径のアルミニ
ウム製ピストンによって得られる出力の値を示している
。線５７の上に位置しているｆ１Ｍ５Ｂは。

スグレ剤によって冷却されかつ過給式内燃機関用に設計
されたアルミニウム製ピストンの特性を示している。さ
らにその上に位置している線５９は、同様に過給式内燃
機関用ではあるが冷却通路を備えたアルεニウム製ピス
トンの特性を示している。一番上に位置している線６ｏ
は、同様に過給式内燃機関において本発明によるピスト
ン＠構１を用いた場合に得られる値を示している。第１
４図の線図がら容易にわかるよりに、内燃機関特に過給
式ディーゼル機関では、本発明によるピストン機構１を
使用することによって、著しく改善された際立った出力
をイ１４ることかできる。本発明のピストン機構ＩＫよ
って鞠らｎる際立った出力、っま＃）例えば、小型の内
燃機関（乗用車用のディーゼル機関）のためのピスト／
機構では４７　ＫＷ＃の出力及び。

大型の内燃機関（貨物用自動車用のディーゼル機関）の
ためのピストン機構では３７ＫＷ／Ｚの出力は、公知の
アルミニウム製のピスト／機構によってはほとんど得る
ことができない。本発ｒ！Ａによるピストン機構１の断
熱特性及び商い安定性は、このような法外な要求に削し
て本発明によるヒストン機構１を特に際立たせている。

第１５図の線図にはピストン機Ｗｔ１の型缶と、ピスト
ン機構１の出力及びサイズとの関係が示さｔ”ｔでいる
。この場合垂蓋（？／ＫＷ）は縦軸に、ピストン直径（
φ）は単位龍で横軸にとられている。線６１が吸込み式
機関におけるアルミニウム製のピストン機構の特性を示
しているのに対して、線６２は過給式内燃機関における
アルミニウム製のピストン機構の特性を示している。

画線６１．６２の下に位置している線６３は。

過給式内燃機関においても使用することのできる本発明
によるピストン機構１の特性を示している。この線しＩ
から容易にわかるよりに本発明によるピストン機構１の
単位出力型ｉ１１は、断熱性も不良でかつ動的な負荷に
対する耐性もあまり高くない既述のアルεニウム製ピス
トン機構の単位出力型針に比べて著しく有利である。

公知のピストン機構の負荷剛性及び本発明によるピスト
ン機構１の負荷耐性については第１６図の線図かられか
る。この場合縦軸にはピストンピン６における支承負荷
がＫＰ／、ｆｆ１（キロホント毎平方センナメートルに
おける強度）で２０００ＫＰ／−の圧力までとってあｐ
ｌ　こｎに対して横軸には９０〜１８０パールのピーク
圧、７．５〜１５パールの乗用車用ディーゼル機関のた
めの中間圧及び９〜１８パールの貨物用自動車のための
中間圧がとられている。この場合線６４は吸込み式機関
のための値ないしは支承負荷を示し、線６５は予燃室を
備えた過給式ディーゼル内燃機関のための支承負荷全示
し、線６６は直接噴射型の過給式ディーゼル機関のため
の支承負荷を示し、かつ線６７は本発明によるピストン
機構を備えた高出力ディーゼル機関のための支承負荷ケ
示しており、この場合すべてにおいて圧縮比１７の貨物
用自動車用機関のためのピストン機構が用いられている
。貨物用自動車用機関のための曲線６８かられかるよう
に、支承ブシュを備えたアルミニウム製ピストン機構の
負荷ｍ性の限界６９は遅くとも１２００Ｋ　Ｐ　／ｌＪ
　　において到達されるが、これに対して支承ブシュを
捷ったく必要としない本発明によるピストン機構１は１
４００　ＫＰ／ｌｒｉ以上の負荷耐性限界を有してお夕
、このために圧縮比を下げる必要がないので、本発明に
よるピストン機構１の負荷耐性限界は１８０パールのピ
ーク圧に相当する。

線図には貨物用自動用機関のための曲線６８同様乗川車
用機関のための曲線７ｏが示されており、この曲線７０
かられかるように、アルミニウム製ピストンに比べて本
発明によるピストン機構ＩＫは事実上限界はなく、本発
明によるピストン機構１の負荷ｍ性は２０００ＫＰ／ｃ
ｎに達し、この２０００　ＫＰ／ｒｙｌ　　という値は
圧縮比２０の場合に生ぜしめら扛る。

少なくとも１つの案内面２８を取付けらｎたガイド区分
２の実施例に補足すると、このような案内面２８をシー
ル区分３のピストン足部１４に取付けること及び案内面
２８を、該案内面がピストンピン６の支承箇所８の範囲
からガイド区分２の内周壁にほぼ達するような大きさに
構成することが可能である。この可能性ないしは液比実
施例は特に、ガイド区分２が金属粉末の焼結によって製
造される場合ＶＣ，ピストン機構１の製造において利点
をもたらす。

＋８Ｊ　ｍにピストンピン６の実施例に補足すると、既
に規定された長さを有するピストンピン６において該ピ
ストンピンの直径が、連接棒５のシャフト３４の範囲に
おける連接棒５の支承箇所２３の幅に約１：１の比でほ
ぼ相当していると有利だということが判明している。

さらに渭り軌道２７に関して言うと、滑り軌道２７の、
第１のシールリング８８からピストンヘッド１１に向か
って先細になっている区分が、外部冷却装置を有してい
ない内燃機関では第１のピストンリングの高さにおいて
ピ゛ストンと、十分だと酊うことが判明しており、これ
に苅してオイル冷却式のシリンダ２４ではこの値であり
、水冷式のシリンダ２４金備えた内燃機関では同様に同
じ高さにおいてピストン直径の

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるピスト／機構の一部を中央縦断面
図で示す略示図、第２図は第１図に示されたピストン機
構を９０°だけ旋回させたピストン機構の中央縦断面図
、第３図は個個の空気層の重力円の範囲に燃料を噴射す
る燃焼方法用のピストン機構のガイド区分及びシール区
分と連接棒との枢着箇所の範囲を示す中央縦断面図、第
４図は燃料を燃焼室壁に塗布する燃焼方法用のピストン
ピン禍のカイト区分及びシール区分を第３図に対して９
０°だけ旋回させて示す中央縦断面図、第５図（ｒｉシ
ール区分の外に配置さｎた燃焼室（予燃呈）を有するピ
ストン機構用のガイド区分及びシール区分の中央縦断面
図、第６図はシール区分に非対称的に配置された燃焼￥
と、半径方向で燃焼室壁に向けらｆした多孔式噴射ノズ
ルとを倫えたピスト／機構のガイド区分及びシール区分
の中火縦断面図、第７図は第２図の■−■線に治ったピ
スト／機構の横断面図、第８図は工学形に形成されたガ
イド区分を右半部を平面図で左半部を横断面図で示す図
、第９図は第８図に示されたガイド区分の側面図、第１
０図はピストンピンの支承部に向かって延びている案内
面を備えた工学形のガイド区分の横断面図、第１１図は
第１Ｏ図に示されたガイド区分を上半部を断面図で下半
部をｆｌ＋！１面図で示す図、第１２図は金属薄板から
成る工学形のガイド区分子、ｉ１３図のＸｌ−Ｘ１ｌ　
　線に治って断面した図、第１３図は第１２図に示さｆ
′したガイド区分の平面図、第１４図は汎用のピストン
機構の特性と本発明によるピスト／機構の特性とをピス
トン直径と固有の出力との門係において比較する線図、
第１５図は汎用のピストン機構のピストン京蓋と本発明
によるピストン機構のピストン重量とをピストン直径と
ピストン出力との関係において比較する線図、第１６図
は汎用のピストン機構の負荷耐性と本発明によるピスト
ン機構の負荷耐性とを示す線図である。 １・・・ビ′ストン機構、２・・・ガイド区分、３・・
・シール区分、４・・・クランクアーム、５・・・連接
棒。 ６・・・ピストンピン、７．１７・・・支承アイ、８゜
９．１８，１９，２１，２２．２３・・・支承箇所。 １０・・・リング保持体、１１・・・ピストンヘッド、
１２・・・支持体、１３・・・幅狭箇所、１４・・・ピ
ストン足部、１５．１６・・・フォークアーム、２０・
・・横孔、２４・・・シリンダ、２５・・・外周壁、２
６゛・・＠焼室％　２７・・・滑り軌道、２８・・・案
内面、２９・・・クランク室、３０・・・冷却兼（又Ｖ
ｉ＞潤滑剤。 ３１．３２・・・中心、３３・・・線、３４・・・シャ
フト。 ３５・・・内９，３６．３７・・・切欠さ、３９・・・
ウェス、４０・・・クランクビ／、４１・・・クランク
１ＩＱｉ＋　１４２・・・中心区分、４３．４４・・・
燃焼至、４５・・・壁、４６・・・燃料、４７・・・ノ
ズル、４８・・・セグメン）Ｍ曲部、４９・・・縁部、
５０・・・中心、５１・・・直線、５２・・・支え％　
５３・・・周４ｉＩ￥、５４・・・直線、５５．５６・
・・金属薄板部分、５７〜６７．６８゜７０・・・曲線
、６９・・・限界、８８・・・ピストンリング、Ｘ、Ｙ
、Ｚ・・・縦中心ｌ１ＩＩＩＩ線＆　　Ｄｌｄ・・・直
径、ＦＩＧ、　８　　　　　　　　　　ＦＩＧ、９９　
　　　１ノ　　　　１’）　　　　　Ｉｔｌ　　　−”
−１，＋１許庁長官殿 １、・ｌＩｆ”ｌのノく示　昭和５８年特許願第４８０
４９号２、発明の名称 往復動ピストン型内燃機関用のピストン機描３　補１１
−をする者 ４、復Ｉｆ、）　Ｂν人 ６・補正のに、ｌ象 （リ　願書、の発明者欄（！＋）宣誓書（２）委任状 （３）図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　往復動ピストン型内燃機関用のピストン機構であ
   って、シリンダ内を軸方向に摺動するピストンと、該ピ
   ストンをクランク機構と結合している連接棒とから成っ
   ており、ピストンがシール区分とガイド区分とから成っ
   ていて、両区外が互いの間に自由な軸方向の遊びを互い
   に有し、かつピストンピンを介して互いに枢着結合され
   ておシ、両（ｚ０分のうちのシール区分が、ピストン機
   構の縦中心軸線のまわりに同軸的に配置されていてピス
   トンヘッドをピストン足部と結合しかつ該ピストン足部
   からピストンヘッドに向かって半径方向で広がっている
   支持体から形成されており、この支持体がピストンヘッ
   ドにおいて、該ピストンヘッドに位１ｄシている終端箇
   所を介して、ピストンリングを保持しているリング保持
   体に移行して゛おシ、シール区分及びガイド区分並びに
   連接棒が、シール区分とガイド区分と連接棒とをピスト
   ンピンを介して相互に支持するための支承部を、縦中心
   軸線に対して対称的に有している形式のものにおいて、
   ピストン機構（１）の中央網＠面図で見て、連接棒（５
   ）及びピストン足部（１４）の支承部（２３；１８．１
   ９）のほぼ中心（３１，３２）を貝いて延びている線（
   ３３）が、同支承部（２３：１８゜１９）を越えてピス
   トンヘッド（１０）に達するまで直線的に延長されてお
   り、この線（３３）が少なくとも、ピストン足部（１４
   ）における支承部（１８）からピストンヘッド（１１）
   に達する壕での区分において、ピストンの輪郭線と父わ
   ってないことをｔＦ！ｆＱ＜とする、往偵動ピストン型
   内燃機関用のピストン機Ｑｊ　。 ２、　ピストンピン（６）が、該ピストンピンの縦中心
   軸＃（Ｚ）に対して同軸的にかつピストン機構（１）の
   縦中心軸＃ｉ　（Ｚ）に対して対称的に各１つの切欠き
   （３６又は３７）を有しておシ、各切欠きの内周壁の輪
   郭線が支承部（２３：１８゜１９）を貫いて延びる線（
   ３３）と交わらない特許請求の範囲第１項記載のピスト
   ン機構。 ３、　シール区分に燃焼室が設けられていて、該燃焼室
   がシール区分における切欠きとして形成されており、燃
   焼室（２６）の内壁（３５）の輪郭が、支承部（２３：
   １８，１９）を介してピストンヘッド（１１）まで延長
   された線（３３）と交わらない特許請求の範囲第１項記
   載のピスト　ン（幾構。 ４　ガイド区分がピストン機構の縦中心軸線に対して対
   称的にピストンピンのための支承部を有しておシ、該支
   承部（２１，２２）の少なくとも中心が、ピストン機構
   （１）の車力円（Ｓ）のなかに位置している特許請求の
   範囲第２項記載のピストン（幾４ｈ　。 ５　ピストンピン（６）が表面を硬化されておシーピス
   トンピン（６）の直径と、ピストンピン（６）のだめの
   連接棒（５）における支承面（２３）との比が約１＝１
   であシ、同支承Ｉ！１ＩＩ（２３）と、ピストンピン（
   ６）のだめのピストン足部（１４）おける支承面（１８
   ，１９）との比が同様に約ｌ：ｌである特許請求の範囲
   第４項記載のピストン機構。 ６　ピストンピン（６）の長さが重力円ＣＢ’）の直径
   にほぼ相当している特許請求の範囲第４項ｄ己載のピス
   トン機構。 ７、　幅狭箇所（１３）がそれ自体とピストンヘッド（
   １１）との間及びそれ自体とリング保持体（１０）との
   間において異なった壁厚を有しており、幅狭箇所（１３
   ）とピスト／ヘッド（１１）との間の壁厚と、幅狭箇所
   （１３）とリング保持体（１０）との間の壁厚との比が
   少なくともほぼ１：ｌ、５である特許Ｎ＋１求の範囲第
   １項記載のピストン機構。 ８、ｌ１ｌｉｖｉ狭箇所がピストンヘッドと、該ピスト
   ンヘッドに最も隣接しているピストンリング用環状溝と
   の間に位置しておシ、ピストンヘッド（１１）の範囲に
   おけるピストンの直径（Ｉ））が、ピストンリング（８
   ８）’ｅ保持しているリング保持体（１０）の直径（ｄ
   ）よりも犬であシ、幅狭箇Ｐ９ｒ（１３）がその僅かな
   材料集積に基づいて、ピストンヘッド（１１）からリン
   グ保持体（１０）への熱の流れを阻止する熱絞シとして
   形成されており、外冷却装置を有していない内燃機関で
   は、上方のぎストンリング（８８）の上に位置している
   滑シ軌道（２７）がピスト式のシリンダ（２４）を備え
   た内燃機関ではる範囲にある特許請求の範囲第７項記載
   のピストン機構。 ９、リング保持体（１０）における第１のピストンリン
   グ（ＳＳ）とピストンヘッド（１１）との間に滑り軌道
   （２７）が設けられており、該滑り軌道（２７）がその
   全長にわたって第１のピストンリング（８８）からピス
   トンヘッド（１１）に向かって連続的に先細に形成され
   ていて、０００ である特許請求の範囲第８項記載のピストン機構。 １０、　　冷却兼（又は）潤滑材のだめの案内面（２８
   ）が設けられておシ、該案内面がガイド区分（２）の範
   囲からピストン足部（１４）の近くまでほとんど接触す
   ることなしに延びている特許請求の範囲第４項記載のピ
   ストン機構。 １１　　ピストンピン（６）が支承ブシュを介すること
   なしに直接該ピストンピンの支承部に支持されている特
   許請求の範囲第５項記載のピストン機構。 １２、案内面がガイド区分に取付けられておシ、ガイド
   区分（２）に取付けられた少なくとも１つの案内面（２
   ８）を備えたガイド区分（２）の壁厚及び形状が、多線
   の冷却兼（又は）潤滑剤（３０）をピストンピン（６）
   のまわ９に供給しかつ多量の熱をシリンダ（２４）から
   奪うように設定されている特ｌＩ−，ｉｈ求の範囲第１
   ０項ｉ己載のピストン千幾構。 １３、ガイド区分（２）が工学形に形成されていて、該
   ガイド区分の支承部（２１，２２）の縦中心軸線（Ｚ）
   に対して対称的に配置された２つのセグメント（４８）
   を有しておシ、少なくとも一方のセグメントに案内面（
   ２８）が設けられている特許請求の範囲第１０項記載の
   ピストン機構。 １４、　　シール区分（３）とガイド区分（２）とから
   成るピストンが著しく低い熱伝導率を有しておｔ）、ｚ
   ｙ、、トンの冷却のために１つのオイルスプしたけで十
   分である特許請求の範囲第１項記載のピストン機構。 １５、　　ピストンに、接続しているオイル冷却装置が
   設けられている４＋許請求の範囲第１４項内ｃ載のピス
   トン機構。 １６　　ピストンピン（６）において該ピストンピンの
   ｓＲ中心軸線（Ｚ）に対して同軸的に配置された切欠き
   （３Ｇ又は３７）の間に、中実材料区分（４２）が設け
   られておシ、該中実材料区分（４２）の長さと各切欠き
   （３６又は３７ンの深さ２項記載・のピストン機構。 １７　各セグメント湾曲部（４８）を支承箇所（８）に
   対して支持している支え（５２）が縦中心軸線（Ｙ）に
   対して鋭角をなしている特許請求の範囲第１３項記載の
   ピストン機構。 １８、　　ガイド区分（２〕のセグメント湾曲部（４８
   ）が支え（５２）を越えて突出している特許請求の範囲
   第１７項記載のピストン機構。 １９、案内面（２８）がガイド区分（２）と弾性的に結
   合されている特許請求の範囲第１０項記載のピストン機
   構。 ２０　　案内面（２８）がピストン足部（１４）に取付
   けられていて、ピストンピン（６）の支承箇所（８）の
   範囲からｌデはガイ　ド区分（２ンの内周壁にまで達し
   ている特許請求の範１７１）第１０項記載のピストン機
   構に０