JPS5987252A - ピストン - 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、ピストンであって、金属のピストン軸部を有
していて、しかも収縮結合により該ピストン軸部と連結
され燃規呈に向かい合っていて場合によっては副燃焼室
ケ有しているピストン底部を（＋ｉ＋ｉえてお９、該ピ
スト７１氏部が部分安定化した酸化ジルコニウム製のピ
ストン構成部材を有している形式のものに関する。」二
記の金属の軸部は対のピストンピンボスを有しているか
あるいは連接棒を固定するだめの別の可能性を有してい
てもよい。

ワラカー（Ｗ２（ｋｅｒ）及びサンダー（Ｓａｎｄｅｒ
）著の文献「高撚）互圧力のためと冷却剤への排熱を減
少させるだめのピストン設計（Ｐｉｓｔｏｎ　１）ｃｓ
ｉｇｎｆｏｒ　Ｉ−ｒｉｇｈ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　
Ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ｒｅｄｕｃｅｄｌ−１ｅ
ａｔ几ｅｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｏ　０ｏｏｌａｎｔ　）　
Ｊから既に、部分安定化した酸化ジルコニウム（１）　
Ｓ　Ｚ　）から成りピストン底部の一部を形成している
ピストン構成部材を有しているピストンが公知になって
いる。その場合記載されているビスｉ・ン輔部との結合
部はスチールリングを備えておシ、該スチールリングは
酸化ジルコニウム構成部材上に収縮嵌めされていてかつ
ねじ結合によりアルミニウム製のピストン軸部と結合さ
れている。そこで示されたピストンではピストン底部が
態位室側で部分的にしか酸化ジルコニウム８１　ＤＪｔ
、　１４１１材から成ってはおらず、スチールリングが
熱を導出する橋を形成していることが不利である。しか
しながら酸化ジルコニウムの特性に基いて熱により誘起
される高い応力が発生させられてｒ液化ジルコニウム製
の構成部材の破損につながることが決定的な欠点として
述べられる。

ウツズ（Ｗｏｏｄｓ）及びオダ（Ｏｄａ）著の文献「断
ｉ棲の梶関ｉ、、：Ｉ：成裂素用の１）　Ｓ　Ｚセラミ
ックス（１）ＳＺＰ二ｒａｍｉｃｓ　ｆｏｒ　Ａｄｉａ
ｂａｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃ！ｏｍｐｏｎｃｎｔｓ）
Ｊでは酸化ジルコニウム製の構成部材を有する別のピス
トンが記述されている。副燃焼室を有しているＩＩ’：
ｅ化ジルコニウムイア↓ｆ成部材はカラーｆ有しており
、該カラーは縁イ則で、鉄から成っているピストン軸部
内に収縮嵌めされている。このビ゛ストン軸部はカラー
と同一平面を成しており、従ってこの場合にも完全に断
熱されない欠点が乙１じる。何故ならばピストン軸部の
縁範囲が熱庖通す橋を形成しているからである。このピ
ストンの別の欠点は、ピストン軸部を製造するだめの層
側として主として鉄だけが問題になることにある。何故
ならば鉄の熱膨張にｊ：はぼ酸化ジルコニウムの熱膨張
に相応しているからである。

それに対してたいていの鋼及び多くの場合に使用される
アルミニウムは適していない。何故ならばそれらはより
高い熱膨張を有しているからである。

前記のカラーの下方に位置している酸化ジルコニウム構
成部側範囲と金属のピストン軸部との間の収縮結合部と
酸化ジルコニウム構成部材のカラーによる金属のピスト
ン軸部のカバーとによってこの提案を再構成することは
確かに完全な断熱を提供するようになるのではあるが、
そのような収縮結合部は酸化ジルコニウム格成部材のゆ
るみに対する最低の安全性しか期待させない。

本発明の課題は、金属のピストン軸部及び部分安定化し
た酸化ジルコニウム製のピストン構成部材を有している
ピストンにおいて燃焼室に対する断熱を改善することで
ある。さらに本発明によシ金属のピストン軸部と部分安
定化した酸化ジルコニウム製のピストン構成部材との間
で機能的に確実で堅い結合部を提供ししかもこの場合個
々のピストン構成部材において熱により誘起される応力
き裂を除くようにしたい。本発明の別の課題は容易に組
立可能なピストンを提供することである。

これらの課題を解決するために本発明の構成では、ピス
トンであって、金属のピストン軸部を肩していて、かつ
収縮結合により該ピストン軸部と連結され燃焼室に向か
い合っていて場合によっては副燃焼室を有しているビス
Ｉ・ン底部を備えてお沙、該ピストン底部が部分安定化
した酸化ジルコニウム製のピストン構成部材を有してい
る形式のものにおいて、 （イ）上記の燃焼室を制限している、ピストン底部の上
方範囲が全体の横断面にわたって部分安定化した１駕化
ジルコニウム製のピストン＋１１う成部材から成ってお
シ、 （ロ）　」二記ピストン底部の下方範囲ではピストン構
成部材が円錐台状に構成されておシ、しかも金属の軸部
とピストン構成部Ａ２の接触範囲を形成している、ピス
トン副成コＩＳ材の下方の底面がピストン構成部材の上
方範囲の移行範囲における円銘ニ台の直径よりも大きい
直径を有しており、 （ハ）　上記の金属の軸部がその上方範囲において円錐
台状に構成されており、シかも接触範囲を形成している
面がピストン構成部材の下方の底面と同じ直径を有して
おり、円錐台状に構成されている上記上方範囲に続く、
軸部の下方範囲でｈｌ＋部が円筒形に構成されており、
しかも上方範囲から下方範囲への移行範囲における直径
が上記ピストン構成部材の下方の底■１の直径よシも小
さくなっておシ、に）　上記のピストン構成部材の円錐
台状に構成されている下方範囲及び金属の軸部の円側台
状に構成された上方範囲が、ピストンの縦軸線の方向で
２つに分割されピストン構成部材の下方範囲及びピスト
ン軸部の上方範囲の円錐台状の構造に相応した内輪郭を
有しているリング状構成部材により抱き付かれておシ、
（ホ）　上記のリング状構成部材が収縮嵌めされた外側
リングによって保持されていることが定められている。

それに伴なって本発明によって、燃焼室側で完全に断熱
されていて個々の構成部材の簡単な組立を可能にするピ
ストンが提供されておシ、しかもこの場合個々の構成部
材が運転条件下で絶対に確実で不動の取付部を有してい
る。当該ピストンもしくはその構成）′１ｉ５材の構成
にＪ：つて酸化ジルコニウム構成部材の円錐台範囲が圧
縮応力を受けており、そのことによって熱負荷により誘
起される接線方向の軍人な引張応力とは反対方向の作用
を受けることに別の利点がある。

特別の利点は、プレロードが応力分析によって円錐角度
を介して変化させられ得ることでるる。

部分安定化した酸化ジルコニウムの特性を考慮して発展
させられた、ピストンの構造は有利には、ピストン軸部
荀製造するだめの拐料としてを アルミニウムを使用することも可能にする。それによっ
て、部分安定化した酸化ジルコニウム製の構成部材を有
している従来公知のピストンＶＣ対して重＝敏が軽減さ
れる利点が生じる。ｊ角造的々観点で特に有利な１実施
例において本発明によるピストンは、外側リングの外壁
にピストンリング溝が設けられていることによって’ｙ
ｌＪ’ｌ　４である。有利な１実施例によれば」二記外
１＋１１１　’Ｊソング銅から成っている。

適しだ１実施例では前記のリング状構成部材も鋼から成
っているのではあるが、特に有利な実施例ではリング状
構成部材が同様に部分安定化した酸化ジルコニウムから
成っている。

有利な実施例では前６己ピストンがアルミニウムから成
っている細部を有している。

勾配角度αが７０°と８５°との間に位１置していて、
有利には７５°と８２°との間に位置している酸化ジル
コニウム製ピストン構成部材が適した引張応力を生ぜし
めるために特に適していることが判明している。

熱により誘起される応力を＋１′イ造的な観点で逆方向
に作用させるためには、本発明の特に有利な別の１実施
例において、リング状構成部利の内輪郭が前記ピストン
構成部材の円砺′台状の構成に上方範囲から下方範囲へ
の、該ピストン構成部材の移行範囲で完全に適合ぜぜら
れてばいんいことが定められている。有利な実施例では
上記のリング状構成部材がこの’ＩＱ）回内で丸し３部
又は面取り部を有している。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

２）ｔ’ｙ　、図で示したピストンＪでｆｄ：　？ｆ号
３で部分安定化した酸化ジルコニウム製のピストンに成
都利が図示されている。図示されていない燃焼室を制限
している。ピストン！戊部の上方範囲５は直径（」ｌを
有する全面にわたって部分安定化した酸化ジルコニウム
から製造きれたピストン：１’ｉ　Ｉ区部利：うから成
っている。移行Ｉｚ氾囲ｉＪ］でピストンＡ、−；成部
材３はα−８０°の勾配角度を有している円錐台に移行
しており、この場合円錐台の直径６３回、移行範１．！
１１　Ｕ　］でピピストノン４：、、）′１１≦利３の
頁径（１２よりも小さくなっており、この［１径ｄ２は
金属の軸部７とピストン１１１成部ＡＡ３の接触ｆ：屯
囲Ｂ勿形成するために役立つ。勾号７で上方範囲］０に
おいて円錐台状に構成されているアルミニウム軸部が図
示されており、該アルミニウム軸部７の、ピストン柚成
部材３との接／！ｌ！Ｉ！ル１Σ囲１３を形成している
面９はピストン構成部ＡＡ３の下方底面８と同じ１α径
（１２を有し７ている。

円錐台状に構成されている」二方←１囲］、ＯＫ続く下
方範囲１］で軸部７は円筒形に構成されており、この場
合」二方範囲］０から下方範囲］１への移行範囲■Ｊ２
において直径ｄ４は前記直径（１２よりも小さくなって
いる。

ピストンの軸方向で２つの部分に分割されていて部分安
定化した酸化ジルコニウムから成っているリング状構成
部材１３ば、その内輪郭Ｊ４が前記ピストン構成部材３
の円錐台状に構成された下方範囲６とアルミニウムｉ！
１ｌｉ１部７の円錬：台状に構成された上方範囲１０と
に相応しており、アルミニウム軸部７及び眩化ジルコニ
ウム製ピストン溝成部材３のこれらの範囲に抱き伺いて
いる。４００℃以上に加熱された後でリング状栴成↑１
１≦材１３及び軸部７上にかぶせ嵌められた鋼製の外側
リング１５によって、該外側リング１５の冷却後にピス
トン構成部材３、金属の軸部７及びリング状構成部（瓢
］３が堅く連結されている。外側リング１５はその内径
で’ＩＩＩＩＩ　？ｆｊＳ　７の外径に相応している。

彷〜ＱＪ８でピストン底部の」こ方１イ・（Ｊ、＋！Ｈ
５内に設けられている副）然焼室が図示されている。外
側リング１５は図示されていないピストンリングを受容
するために該外側リングの外壁１７に設けられたピスト
ンリング溝１６を有している。

外側リング１５は対のピストノビ０ンボス４の上部で終
わっている。しかしながら図示されてい安い実施例によ
れば外側リング１５は軸部７の全体の下方範囲１１を取
り巻くように１１す成されていてもよい。

第２図で図示しだリング状榴成：ＪｊｌＳ　’ｆ’：’
Ｉ’　］、　３では、ビス１−ン＋１゛つ成部材３の円
部。台状にＩＳｆ　ｂＸされた下方範囲６とアルミニウ
ム軸部７の円錐台状に構成された上方抱囲１０とに抱き
付くだめの内輪郭が符号Ｊ４で図示されている。ピスト
ンｌの縦ｔｉ４１諌Ｌ３を通っている線Ｌ　］−、Ｌ　
２に沿ってリング状構成部材】３が２つに分割されてい
る。

第３図では部分的にしか図示されていないリング状構成
部材１３が断面図で図示されておシ、該リング状槁成部
材１３の鋭い」二線が範囲Ｓ内で面Ｊ９を形成するよう
に面取りされている。

リング状栴成部材１３のこの（イヴ成によって、１ζ１
［立の際に、同様に部分円にしか図示されてい々いピス
トン構成部材３の外輪郭２に移行範囲１」１の下方で空
所］２が残る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるピストンの一実施例イｒ丁示したも
のであって、第１図はピストンの一実施例の縦１１７？
面図、第２図（ｄ　Ｉ）ング状朽成部利の斜視図、第３
図は第１図に一点鎖線で示した部分範囲Ｓの部分的拡大
断面図である。 ■・・・ピストン、２・・外輪郭、：３・−ピストン構
成部利、４・　ピストンピンポス、５・・・上方範囲、
６・・・下方範囲、７　・アルミニウム１部、８・底面
、９・・・面、１０−上方範囲、１１・・下方範囲、拐 １２・・空所、１３・・リング状構成部、１４　内輪郭
、］５・外側リング、１６　ピストンリング溝、１７・
・外壁、］８・副燃焼室、Ｊ９　・面、（１：１．　　
　、　　　（１２、ｄ　　　３　　、　　　ｄ　　　４
　　・・　ｉＩＭ　　径　、　　Ｕ　１　　、　　【〕
　２　　・移行範囲、］、　］、　、　Ｌ　２・線、Ｌ
　３−縦１１ｉｌｉ１　ｉ陣、１３・接触範囲、α　勾
配角度、Ｓ　範囲 −ＪΦｆ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ピストンであって、金属のピストン軸部を有してい
   てかつ収縮結合により該ピストン軸部と連結され燃焼室
   を制限しているピストン底部を備えており、該ピストン
   底部が部分安だ 定化しｒＦ化ジルコニウム製のピストン構成部材を有し
   ている形式のものにおいて、 （イ）上記の燃焼室を制限している、ピストン底部の上
   方範囲（５）が全体の横断面（（ｌ　＋　）にわたって
   部分安定化した順化ジルコニウム製のピストン構成部材
   （３）から成っておシ、 （ロ）　上記ピストン底部の下方範囲（６）ではピスト
   ン構成部利（３）が円錐台状に構成されておシ、シかも
   金属の軸部（７）とピストン構成部材（３）の接触範囲
   （■３）を形成している、ピストン構成部利（３）の下
   方の底面（８）がピストン構成部材（３）の上方範囲（
   ５）の移行範囲（Ｕｌ）における円錐台の直径（ｄ３）
   よりも大きい直径（ｄ２）を有しておシ、 （ハ）上記の金属の軸部（７）がその上方範囲（１０）
   において円錐台状にｈｎ成されており、しかも接触範囲
   （１３）を形成している面（９）がピストン構成部材（
   ３）の下方の底面（８）と同じ１１１−径（ｄ２）を有
   してお・す、円イ）１１台状に構成されている上記上方
   範囲（］０）に続く、軸部（７）の下方範囲（Ｊｌ）で
   １ｌＩｉ部（７）が円筒形に構成されており、しかも下
   方範囲（］０）から下方範囲（１１）への移行範囲（Ｕ
   ２）における直径（ｄ４）が上記ピストン構成部材の下
   方の底面の直径（＋ｌ　２　）よりも小さくなっておシ
   、 に）　上記のピストン構成部材（３）の円錐台状に構成
   されている下方範囲（６）及び金属の１ＩＩ１１１部（
   ７）の円錐台状に構成された上方範囲（］０）が、ピス
   トン（］）の縦！１グｉ１ｗ、（］、　３　）の方向で
   ２つに分割されピストン構成部材（３）の下方範囲（６
   ）及びピストン軸部（７）の上方範囲（１０）の円錐台
   状の構造に相応しだ内輪郭（］４）を有しているリング
   状構成部材（１３）により抱き付かれており、（ホ）　
   上記のリング状構成部材（１３）が収縮嵌めされた外側
   リング（１５）によって保持されている ことを特徴とするピストン。 ２　前記外側リング（１５）の外壁（１７）にピストン
   リング溝（１６）が設けられている特許請求の範囲第１
   項記載のピストン。 ３　前記外側リング（１５）が銅から成っている特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載のピスト　ン　。 ４　前記のリング状構成部材（１３）が銅から成ってい
   る特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１つの項に記載
   のピストン。 ５　前記のリング状構成部材（］３）が部分安定化した
   酸化ジルコニウムから成っている特許請求の範囲第１〜
   ３項のいずれか１つの項に記載のピストン。 ６　前記の金属の軸部（７）がアルミニウムから成って
   いる特Ｆｔ’請求の範囲第１〜５項のいずれか１つの項
   に記載のピストン。 ７　前記ピストン構成部層（３）の勾配角度αが７００
   〜８５°である特許請求の範囲８ｇ　１〜６項のいずれ
   か１つの項に記載のピストン。 ８　前記のリング状構成部利（１３）の内輪郭（］／Ｉ
   ）がその範囲（Ｓ）で丸味部又は佃取部を有している特
   許請求の範囲第１〜７項のいずれか１つの項に記載のピ
   ストン。