JPH0336148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリンダ及びシリンダ内に導入され、
シリンダリングを有するピストンの内燃エンジン
におけるシリンダ、ピストン及びピストンリング
がそれぞれセラミツクから構成されるセラミツク
エンジンのピストンリング組立体に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

通常の内燃エンジンのピストンリングはピスト
ンからピストン壁への熱伝導を伝播し、エンジン
の油量を調整し、燃焼室をクランク駆動室に対し
て、密閉していることは良く知られている。これ
に対してピストンリングがシリンダ壁の周囲に密
着し、シリンダ壁の側面とピストンみぞの側面が
突き合わせになつている。ピストンリングの半径
方向の装置はピストンリングに固有なバネの力に
よつて作動を生じ、バネの力はピストンリングの
後方に生じるガスの圧力によつて支えられてい
る。ピストンリングの軸方向の装置はガスの圧力
と加速力によつて決定され、そのためにリングの
側面の上部、下部の間で変化している。

この問題についてより良い適応性を目的とし
て、通常分離されたピストンリングは所謂圧力リ
ングと、所謂オイルリングとがその断面を異にし
て使用されている。現在、軽量構造として構成さ
れるエンジンのシリンダの遅延は特に可撓性のオ
イルリングを使用することを要求している。この
可撓性のオイルリングは一般に小断面を有し、そ
のため僅少な抵抗モーメントを有し、オイルリン
グの圧力は後方に置かれるバネにより支えられ、
そのバネはピストンのみぞの底部に支えられてい
る。ルージン著「自動車技術ハンドブツク」１巻
18版1965年258頁を参照。

エンジンのシリンダとピストンとはセラミツク
から製造されセラミツクの行程性質からそのよう
なエンジンの油量を調整すること及びピストンか
らシリンダ壁への熱伝導を伝播させるということ
は問題にならない。そのようなエンジンでは、燃
焼室が所望する圧縮を達成するように密着させる
だけであり、オイルリングの使用を無くすことが
できる。その結果、所謂圧力リングのみを使用す
るということは極めて重要なことである。

そのようなセラミツクエンジンにおいて互いに
滑らかに接触するすべての部品が同じ材料から構
成されねばならないので、ピストンリングもセラ
ミツクから製造される。しかしセラミツクから製
造されたピストンリングは弾力性が非常に小さ
く、セラミツクは本質的にピストンリングとして
従来技術において使用される金属製のピストンリ
ングよりも脆い。

それ故、そのようなピストンは出来る限りピス
トンのストロークの縦方向に一直線に導かれねば
ならない。そのために所謂シヤフトガイドが役立
つている。例えば、ドイツ特許公報920758に記載
され、図示されている。それについてセラミツク
から製造されたピストンはピストンリングのみぞ
のなかにピストンリングを収容するためにピスト
ンリングの弾力性がそれに対して十分でないので
ピストンリングをピストンの表面の上に平滑にす
るために２つの部品として構成されている。その
ようなピストンはピストンの表面を有するピスト
ン部分及びピストンヘツドを有するピストン部分
包含し、それは完全に平滑で互いに向かい合う正
面の間に外方に向かつている開口部と断面が長方
形のリング状のみぞを設けなければならない。さ
らに両ピストン部品は一列同心的な開口部をスリ
ープの収容のために設けなければならない。その
なかに断面がＴ形の支持物が係合し、同中心的な
下方の穴からピストンをピストン棒に固定するよ
うに貫通させている。構成部品が多数になるとそ
の製造費も高くなり組立及び保守を困難にする。
ピストンリングそれ自身シリンダの内側円周面に
関して設計上必要な一定の弾力性を持たせるため
にスリツトを設けなければならない。このときス
リツトは部分的なみぞとして構成され、そのなか
に垂直に導かれるピンが２サイクルエンジンでは
ピストンリングの捻れを阻止するために食い込ま
せてある。

この構成によるピストンリングは比較的に製造
に費用がかかり、特に組立時にセラミツクの脆さ
により壊れ易い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は新しいピストンリング組立体と
くに新しいピストンリングの設計を行い、ピスト
ンリングがエンジンのセラミツク製ピストンと協
働的に結合して、ピストンがその際多数の部品か
ら構成されることなく、構成できる。

〔問題点を解決するために手段〕

本発明によればこの目的は、シリンダとシリン
ダのなかに導入され少なくとも１つのピストンリ
ングを有するピストンを有し、その際ピストンリ
ングは２つの部品から構成されセラミツク材料か
ら製造され、ピストンリングを収容するためピス
トンのなかにみぞをピストンリングの幅よりも深
く構成し、ピストンリングの内側円周面とそれに
向き合うピストン側のみぞの基底面との間にピス
トンリング部品を半径方向に作動させる円形のバ
ネを収容する間〓を有する内燃エンジン用ピスト
ンリング組立体において、シリンダ及びピストン
がセラミツク材料から製造され、バネ２２が第１
のピストンリングよりも直径が小さくセラミツク
から製造されたピストンリングであり、その２つ
のピストンリングの接合面が第１のピストンリン
グの接合面に対して約90゜変位して配置されたピ
ストンリング組立体によつて解決される。

本発明の第１のピストンリングは定格寸法が約
２／１００mmの外径で残留応力をもつて製造され、第
２ピストンリングは第１のピストンリングの定格
内径に対して4/100mmの外径で残留応力をもつて
製造されている。

ピストンリング部品の接合面はそれぞれ傾斜し
た接合継目を構成している。

ピストンリング幅は直径の0.02から0.04倍であ
り、その厚さはピストンリングの直径の0.02から
0.04倍である。接合継目がピストンリングの直径
の0.01倍になるときに本発明のピストンリング組
立体の特徴が特に有利になる。

本発明によるピストンリングの構成は好ましく
はそれぞれ傾斜を持つた接合継目を有する２つの
部分からなるピストンリングであり、互いに向き
合う側から通常の方法でピストンリングのみぞの
なかにはめ込まれる。ピストンリングの内側内周
面に関係する円状のバネは個々のリング部品の半
径方向の外側へ押しつけ、その結果、ピストンリ
ングはピストンに関係するシリンダの内側内周面
に保持される。ピストンリングの分割は公知のよ
うに、内燃エンジンの運転の間完全な圧縮を受け
ないし、いかなる欠陥も持つていない。ピストン
リングに作用する力は多くは不均一にその周囲に
分配されている。分割されたピストンリングはそ
れ故にこの作用力の影響の下でピストンリングが
シリンダの内側内周面において分割されていない
ピストンリングよりも有利に取り付けできる。２
つに分割されたピストンリングはスリツトを有す
る一部品からなるピストンリングよりも壊れ易く
ないという利点がある。

次に本発明のピストンリング組立体を図面を参
照して実施例について詳しく説明する。

〔実施例〕

所謂セラミツクエンジンのピストンヘツド１０
及びピストン外面１１からなるピストン１２は第
１図に示されている。ピストン及びここに図示さ
れていないシリンダはセラミツク材料から製造さ
れている。直線運動を回転に運動に転換するため
図示されていないクランクガイドの一部分があ
り、一部分だけを図示しているピストン棒１４の
収容及び固定のためにピストンヘツド１０のなか
に中央に開けられた開口部１３が設けてある。

ピストン外面１１の領域においてピストン１２
には断面が長方形のみぞ１６を設けてある。みぞ
１６の奥行Ｔは第２図に示すようにピストンリン
グの内側内周面１９とみぞ１６のピストン側に面
する基底面２０との間にバネを配置する間〓があ
る。

第３図にはセラミツクから製造されたピストン
リング１８は長方形状の断面を有する２つの同一
の半リング１８ａと１８ｂとから構成されてい
る。その半径方向に対して互いに向き合つている
接合面２４と２５とは角度αの傾斜した面を持つ
ている。ピストンの幅Ｂは直径の0.02から0.04倍
であり、その厚さＤは直径の0.02から0.04倍であ
る。接合継目TFはピストンリングの直径の0.01
倍であり、傾斜角αは第２図を参照して40゜から
80゜の間である。

第１図から第３図の実施例ではバネとしてバネ
鋼から構成された波形バネ２２が役立つている。
波形バネの直径がピストンリング１８とみぞ１６
の基底面２０との間に間隔があるように選択され
ている。波形バネはピストンリング１８を構成す
るピストンリング部分１８ａと１８ｂを半径方向
の外側に動かす働きをしている。ここに示してい
ないシリンダの内側面によつてピストンの挿入位
置にピストンリングを阻止している。

第４図と第５図は本発明の実施例のピストンリ
ング組立体を示している。前述した構成部品と同
一の構成部品には同一の符号を付してある。

第４図及び第５図に示したピストンリング組立
体は波形バネの代わりに２つに分割されたリング
２８がセラミツク材料から製造され、みぞの基底
部に収容され、２つの分割されたピストンリング
１８は相当する残留圧力をもつてここには示され
ていないシリンダ壁に圧力を加えている。ピスト
ンリング部品１８ａと１８ｂとはその際定格寸法
で約2/100mmの外径で残留応力をもつて製造され
るべきである。かくして、２つのリングの半分
は、そのように製造されたピストンリングの半分
であり、たとえば第１のピストンリングの定格内
径に対して4/100mmの外径で残留応力をもつて製
造されるべきである。第５図に示すようにピスト
ンリング２８ａ，２８ｂはピストンリング１８
ａ，１８ｂを半径方向の外側へ圧力を加えてい
る。

ピストンリング部品はそのとき約90゜だけその
下にバネとして作用するピストンリング部品２８
ａ及び２８ｂが置かれている。外側のピストンリ
ングはみぞの基底部のなかでピン２９により回転
に対して固定される。ここには示されていないピ
ンにより安全にするかまたはそれによつてピスト
ンリングの半分の１つに接する突出部により安全
にするために外側のピストンリングの半分は図面
の平面に対して垂直に配置されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるピストンリングを有する
セラミツクエンジンのピストンの断面図、第２図
は第１図の断面図で示したピストンリングのみぞ
の拡大図、第３図は第１図の−線による断面
図、第４図は第１図のピストンリング１８に対し
てバネとしてピストンリング２８を配置した第３
図と同じ第１図の−線による断面に相当する
断面図、第５図は膨張した位置を示す第４図によ
るピストンリングの断面図である。 １０……ピストンヘツド、１１……ピストン外
面、１２……ピストン、１３……開口部、１４…
…ピストン棒、１６……みぞ、１８，２８……ピ
ストンリング、１８ａ，１８ｂ……ピストンリン
グ１８の半部分、１９……内側円周面、２０……
基底面、２２……波形バネ、２４，２５……接合
面、２９……ピン、Ｂ……幅、Ｔ……奥行、TF
……傾斜を有する継目。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダとシリンダのなかに導入され少なく
   とも１つのピストンリングを有するピストンを有
   し、ピストンリング１８は２つの部品１８ａ，１
   ８ｂから構成され、セラミツク材料から製造さ
   れ、ピストンリングを収容するためピストンのな
   かにみぞ１６をピストンリング１８幅よりも深く
   構成し、ピストンリング１８の内側円周面１９と
   それに向き合うピストン側のみぞ１６の基底面２
   ０との間にピストンリング部品１８ａ，１８ｂを
   半径方向に作動させる円形のバネ２２を収容する
   間〓を有する内燃エンジン用ピストンリング組立
   体において、前記シリンダ及びピストンがセラミ
   ツク材料から製造され、前記ばね２２が第１のピ
   ストンリング１８よりも直径が小さくセラミツク
   から製造されたピストンリング２８であり、その
   ２つのピストンリングの接合面２４，２５が第１
   のピストンリングの接合面に対して約90゜変位し
   て配置されることを特徴とするピストンリング組
   立体。 ２ 前記第１のピストンリング１８は定形寸法で
   約2/100mmの外径で残留応力をもつて、前記第２
   のピストンリング２８は前記第１のピストンリン
   グの定格内径に対して4/100mmの外径で残留応力
   をもつて製造されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項によるピストンリング組立体。 ３ 前記ピストンリング１８，２８の接合面２
   ４，２５が角度αを有する傾斜した接合継目
   （TF）を形成していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項及び第２項記載のいずれか１つによ
   るピストンリング組立体。 ４ 前記ピストンリングの幅(B)が直径の0.02から
   0.04倍であり、そのピストンリングの厚さ(D)が前
   記ピストンリングの直径の0.02から0.04倍であ
   り、接合継目（TF）が前記ピストンリングの直
   径の0.01倍であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第３項記載のいずれか１つによるピ
   ストンリング組立体。