JPS61232366A - 内燃機関用の多部片から成る往復動ピストン - 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、内燃機関、特にドイツ連邦共和国特許第９２
０７５８号明細書に記述され図示されているような、二
つの向い合って同時作用するようになっているピストン
の並進運動が滑動式クランク機構によって回転に変えら
れる形式の内燃機関用であって両ピストンと堅く結合し
たピストンロッドを有した多部分から成る往復動ピスト
ン乃至リフティングピストンに関する。

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。多部分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。

それは工　　　　・ンジンピストンが受ける種々の負荷
に依るものである。例えば、燃焼ウェブを有したピスト
ン底部は交互の熱的応力及び静止的圧力を受ける。

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したエンジ
ン、特にシコートストロークエンジンの場合には、高い
ノーマル圧によっ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。

セラミッ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ックエンジン
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
材料で成っていなければならず、即ち必須のピストンリ
ングもセラミッ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リング溝に導くためにピ
ストンスカートを介して該リングをこすらせるには充分
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ッ
ク材から成るピストンリングの組立乃至配設を、ピスト
ン底部の、言い換えればその材質からして破壊すること
なく拡大することはできないピストンリングの燃焼ウェ
ブにおけるピストンリングに備えられたリング溝内で容
易になしうるように往復動ピストンを構成する多数の部
分を正しく並べる或いは調整することにある。更に案出
される多数の部分は、そのようなピストンになされる熱
的力学的負荷能力に関係した要求に応するべきであり、
駆動特性と耐用期間とを改善すべきである。

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

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

本発明による往復動ピストンの構造は、その主要部分の
組立に先だって、ピストン底部の燃焼ウェブにおけるピ
ストンリングに備えられたリング溝内でのピストンリン
グの配設を容易に可能とする。セラミック材から成るピ
ストンスカートと燃焼ウェブを有したセラミック材から
作られているピストン底部とは良好な滑動能力を示し高
い耐用期間を有している。基礎プレートを有した金属材
料から成る中央部片と同じ材料から成る中央ボスを有し
た上部遮断カバーとは、ピストンロッドの端部に往復動
ピストンを６立することのみならず、ピストンの主要部
分の確実な相互引っ張り或いは締めっけを保証しない。

それは金属材料の弾性が生じた交替の持続的負荷を増長
するからである。加えて、燃焼過程中にピストン底部に
生ずる多くの熱量は熱流によってすみやかにピストンロ
ッドへ移るので、その結果ピストン内の熱滞留が減じる
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設と
は、また滑動クランク機構のナーマル圧がクロスヘッド
往復台によって吸収されるようなピストン機関乃至往復
運動エンジンにも適用することができ、それによってピ
ストンスカートが軽くされる。このようなピストン機関
は例えば、いわゆるバイオガス機関として提案されてい
る。

図面において本発明の詳細な説明する。

第１図で明らかなように、往復動ピストンは主として、
ピストンスカート底部２を有したピストンスカートｌと
、燃焼ウェブ４を有したピストン底部３と、前述した両
方のピストン主要部分１，２と３．４の半径方向の固定
のための中央スリーブ５と、燃焼ウェブ４のリング溝６
内に在るピストンリング７と、基礎プレート９を有した
中央部片８と、中央ボス１１を有した遮断カバー１０と
からなっている。

ピストンロッド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ッドＩ２と堅く結合している。こ
の結合は、例えばピストンロッド１２内にねじ込まれる
ヘッドねじ１３−個によってそれぞれなされる。ピスト
ンロッド１２に対する往復動ピストンの半径方向の固定
は基礎プレート９のプレスばめ１４によってピストンロ
ッド１２になされる。基礎プレート９は自己の側でその
中央部片８によって遮断カバー１０の中央ボス１１と固
定している。

双方の部分８．９と１０，１１はプレスピン１５によっ
てねじりが防がれている。該プレスピン１５はその内側
端部がピストンロッド１２内に突出している。プレスピ
ン１５は同時にヘッドねじ１３に対する安全部材を構成
している。

ピストンスカート底部２を有したピストンスカート１と
、燃焼ウェブ４を有したピストン底部３と、拡張スリッ
ト１６を有した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したセラミック材料から作られてい
る。

拡張スリット１６に接してピストンリング７は、該リン
グ７のふらつきを防ぐための旋回ピン１８の設置のため
のアーチ形の丸み部位１７を備えている。

ピストンスカートｌとその底部２との移行部分において
、中空頚部１９が内壁に設けられている。燃焼ウェブ４
への移行部分においても、ピストン底部３にノツチ応力
（Ｋｅｒｂｓｐａｎｎｕｎｇｅｎ）を回避するために中
空頚部２０が設けられている。

中央ボス１１と中央スリーブ５との間並びに遮断カバー
ＩＯの外周と燃焼ウェブ４との間においてそれぞれ半径
方向拡張間隙２１と２２が設けられている。

ヘッドねじ１３を締めつける場合、ピストンスカート底
部２とピストン底部３とは基礎プレート９と遮断カバー
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との間に軸方向隔たり空所２３が設
けられている。

シリンダー壁に対する緊塞を強めるために、燃焼ウェブ
４は半径方向外方に旋回溝２４の形状をしたラビリンス
緊塞部（Ｌａｂｙｒｉｎｔｈａｂｄｉｃｈｔｕｎｇ）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底部は
セラミッ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　−３ｉＣ）などが用いられている。

窒化ケイ素と炭化ケイ素とから成る成形物は均衡のとれ
た圧縮過程によって作られる。ピストン底部はまたアル
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、セラミッ
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ァイトがある。ピス
トンスカート（１）とピストン底部（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
底部（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、ピストンロッドの一部と往復動ピストンの縦
断面図、第２図は第１図の燃焼ウェブ４と旋回溝２４と
を有したピストン底部３の部分拡大図、第３図はピスト
ンリングスリットを有したピストンリングの部分平面図
である。 ｌ・・・ピストンスカート ２・・・ピストンスカート底部 ３・・・ピストン底部　４・・・燃焼ウェブ５・・・中
央スリーブ　６・・・リング溝７・・・ピストンリング
　８・・・中央部片９・・・基礎プレート ＩＯ・・・遮断カバー　１１・・・中央ボス１２・・・
ピストンロッド １３・・・ヘッドねじ　１４・・・ブレスばめ２３・・
・空所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内燃機関、特に二つの向い合って同時作用するよ
   うになっているピストンの並進 運動が滑動式クランク機構によって回転に 変えられる形式の内燃機関用であって両ピ ストンと堅く結合したピストンロッドを有 した多部分から成る往復動ピストンにおい て、 ピストンスカート底部（２）を有したセラ ミック材から成るピストンスカート（１） と、セラミック材から成りスリットのある ピストンリング（７）の収容のためのリン グ溝（６）を備え燃焼ウェブ（４）を有し たセラミック材から作られているピストン 底部（３）とがあって、その際ピストン底 部（３）はピストンスカート底部（２）上 に相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底部（２）を有したピ
   ストンスカート（１）と、燃焼 ウェブ（４）を有したピストン底部（３） とは、同様にセラミック材から成る共通の 中央スリーブ（５）によって放射状或いは 半径方向上で固定されていること、 更にプレスばめ（１４）を有したピストン ロッド（１２）上に固定され合金を包む金 属、特にアルミニウム合金から作られてい る基礎プレート（９）を有した中央部片（８）があって
   、この上にはピストンスカート底 部（２）が位置していること、 基礎プレート（９）を有した中央部片（８）と同じ材料
   から作られピストン底部（３）上 に位置しその燃焼ウェブ（４）まで半径方 向に延びていて中央ボス（１１）を有した 遮断カバー（１０）があって、該中央ボス （１１）は中央部片（８）に対し半径方向 に固定されていて、二つの部分、即ち中央 部片（８）と中央ボス（１１）との間に軸 方向隔たり空所（２３）があること、その 際ピストンスカート底部（２）とピストン 底部（３）とは遮断カバー（１０）と基礎 プレート（９）との間で、ピストンロッド （１２）に取り付けられたヘッドねじ乃至 連結ねじ（１３）によって軸方向に相互に 圧縮されていることを特徴とする往復動ピ ストン。 （２）遮断カバー（１０）の中央ボス（１１）と中央ス
   リーブ（５）との間並びに遮断カ バー（１０）の外周とピストン底部（３） の燃焼ウェブ（４）の内周との間において それぞれ半径方向拡張間隙（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
   底部（２）との移行部分におい て、その内壁にノッチ応力の減少のための リング状中空頚部（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）ピストン底部（３）上でその燃焼ウェブ（４）の
   内側放射状或いは半径方向上に、即ち遮断カバー（１０
   ）の外周領域におい てリング状中空頚部（２０）が、特に熱的 な不均一によって生じるノッチ応力の減少 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）が遮断カバー（１０）或いは
   その中央ボス（１１）と共にピ ストンロッド（１２）に対してねじれるこ とを回避するために、プレスピン（１５） が一方において基礎プレート（９）を貫通 してピストンロッド（１２）に固定され、 他方において遮断カバー（１０）の中央ボ ス（１１）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）ピストン底部（３）がその燃焼ウェブ（４）の外
   周にラビリンス緊塞部、特に旋 回溝（２４）の形状をしたものを設けるこ 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）が拡張スリット乃至ジョイ
   ント部（１６）の領域において 旋回ピン乃至固定ピン（１８）の設置のた めにアーチ形の丸み部位（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。