JPH07111156B2

JPH07111156B2 - 往復ピストン機関

Info

Publication number: JPH07111156B2
Application number: JP62069275A
Authority: JP
Inventors: ヘリベルト・クービス; ヨーゼフ・ヴインター
Original assignee: エム・ア−・エヌ・ヌツツフア−ルツオイゲ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPS62271948A; FR2596458A1; SE467011B; DE3610147C2; GB2189853A; DE3610147A1; GB2189853B; GB8706837D0; SE8701069L; US4791891A; SE8701069D0; FR2596458B1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は１つのクランクケーシングと少なくとも１つの
シリンダヘツドと少なくとも１つの交換可能なシリンダ
ライナとを備えた往復ピストン機関であつて、各々のシ
リンダライナ内に１つの往復ピストンが摺動可能に配置
されておりかつ、シリンダヘツドとシリンダライナと往
復ピストンとによつて取り囲まれた燃焼室が配設されて
おり、この際に各シリンダライナがライナつばによつて
クランクケーシングに支持されており、当該のライナつ
ばのシリンダヘツド側端面の、燃焼室に隣接した範囲内
に耐火つばが配設されまた残りの範囲内には、シリンダ
ヘツドへの方向へ向けられた環状のウエブを備えかつ半
径方向外方へ開かれた切欠きが配設されており、この切
欠き内に、シリンダヘツドとクランクケーシングとの間
に位置しかつ内実の金属から成る平らなシリンダヘツド
・パツキンが係合又は載着されている形式のものに関す
る。

従来の技術交換可能な湿式のシリンダライナを有する往復ピストン
機関においては、該シリンダライナと所属のシリンダヘ
ツドとの間での燃焼ガスの流出を防ぐシールのために平
形のシリンダヘツド・パツキンを用いることが公知であ
る。この平形パツキンは一般的に金属によつて補強され
た軟質材料から成り、また燃焼室の範囲内ではＵ字形横
断面の金属製の縁枠によつて取り囲まれている。シリン
ダヘツドとクランクケーシングとをねじ留めする際には
平形パツキンの燃焼室囲みフランジ枠部分がシリンダラ
イナの緊定つば上に圧着され、この際に十分な燃焼室シ
ールを形成するために所定の最低圧着力の付与が必要と
される。前記のパツキンフランジの範囲においては、ク
ランクケーシングとシリンダヘツドとの間の水及びオイ
ル通過のシールを行なう残余パツキン面よりも強い圧着
力集中が必要とされ、それは一般的に、シリンダライナ
のパツキンフランジ載着面がクランクケーシング・パツ
キン面に対して可及的に少ない誤差の所定の突出寸法を
有することによつて形成されている。

この構造は以下のような欠点を有する。

特にライナつばがクランクケーシングの上面範囲内に
載着されている場合、クランクケーシング内の溝深さ及
びシリンダライナのつば高さに極めて小さな許容誤差が
必要とされ、従つてその製造が難しい。

パツキンフランジ及び残余シール面範囲内のシリンダ
ヘツド・パツキンの、しばしば複数の層から組合わされ
た厚さに、可及的に正確な許容誤差調整が必要とされ
る。

シリンダヘツドねじのプレロード力が可及的に小さな
許容誤差を以つて与えられなければならない。

各寸法及びねじ力の避け難く残る誤差によつて、特に
パツキンフランジ部分内の圧着力に強いばらつきが生じ
る。これによつて高い圧着作用が生じた場合、シリンダ
ライナのピストン走行面に変形が生じ、同時にクランク
ケーシング内の支持段部（ライナつばのため）が過負荷
を受け破壊の危険が生じ、他方で残余シール面範囲内の
圧着力が減少されて水及びオイルの非シール状態を生ぜ
しめ得る。反対に少ないねじ力と、クランクケーシング
に支持されたライナつばの誤差に基づく小さな突出部又
はへこみ部との誤差組合わせが存在する場合は、非気密
性が生ぜしめられ得る。

従つてこの公知構成によれば特に、必然的に生じる僅か
なシリンダヘツドねじ・プレロード力余剰を伴いかつ同
時に高い燃焼室圧力を有する、最近の軽量構造の高性能
機関においては、大きな欠点を伴う妥協のみが可能とな
つている。

燃焼室パツキンの漸進的な改良構造によれば、最初に述
べた組合わされたシリンダヘツド・パツキンの代りに同
じ厚さの内実のパツキン板を用い、このパツキン板がラ
イナパツキン範囲内で、シリンダライナの突出したパツ
キンつば上の、クランクケーシングに支持された環状ウ
エブによつてシリンダヘツド内の環状の溝内に押し入れ
られ、それによつてライナパツキンつば上への圧着性と
気密性とが改良され得る。これと同時に、冒頭に述べた
形式の構造においても基本的には可能なように、クラン
クケーシングとシリンダヘツドとの間の水及びオイル通
過のシールは更に有利にはそう入されたエラストマー部
材によつて行なわれる。この構造によればそのパツキン
部材の弾性に基いて水及びオイル通過の非シール性が回
避され、燃焼室シールが低いシリンダヘツドねじ緊定力
によつて既に確保され得る。

しかしこの構造の有する欠点は、最初に述べた構造の場
合と同様に、許容誤差に規定されてシリンダライナのパ
ツキン支持部上に不都合に高い圧着力が生じ、それによ
つてピストン走行面変形及びケーシングへの過負荷等の
前述の不都合な影響が生じる。更にシリンダヘツドの底
部内の溝は高価な回転加工を必要とする。またライナ上
の突出したつばとシリンダヘツド内の溝とを合致させる
ために、ライナに対するシリンダヘツドの正確なセンタ
リングを経費をかけて行なうことも必要とされる。残余
パツキン面内でのシリンダヘツドの部分的な載着は、ね
じ締付けによるシリンダヘツドの撓みの後に初めて行な
われ、従つて残余パツキン面内でのシリンダヘツド載着
には一義的に規定された状態が形成され得ない。

発明の課題従つて本発明の課題は冒頭に述べた形式の往復ピストン
機関を改良して、前述の各欠点を回避しかつ同時に、高
価で許容誤差を狭めるような手段を不要とすることであ
り、換言すれば大きな製造誤差、即ち協働すべき各部分
の寸法に関してまたシリンダヘツドのねじ締めに関して
の許容誤差のもとでも常に所定の確実な燃焼室シールを
保証可能とすることである。

課題を解決するための手段上記の課題は本発明によれば、シリンダライナのパツキ
ン側端面としての、切欠きの範囲内の環状のウエブのみ
がクランクケーシングの端面に対する突出寸法を有し、
このウエブが、所定の耐圧性を有するシリンダヘツド・
パツキンに適合形成されており、それによつてクランク
ケーシング上へのシリンダヘツドのねじ留め時にシリン
ダヘツド・パツキンが常に弾性限界を越えて負荷され
て、その塑性変形に基いてウエブに形状接続的に掛留め
られ、更にこの際に残余パツキン範囲がクランクケーシ
ングの端面上に接触せしめられると即座に前記シリンダ
ヘツド・パツキン内へのウエブの侵入が終了せしめら
れ、しかもこのシリンダヘツド・パツキンの応力・伸長
特性曲線が、弾性限界の超過後に可及的に大きくかつ水
平な変形範囲を有していることによつて解決された。

発明の作用及び効果本発明の構成によればシリンダライナ及びクランクケー
シングへの不都合に高い圧力の発生が回避され、しかも
残余パツキン範囲全体内のシリンダヘツド・パツキンが
シリンダヘツドの付加的な撓みなしにクランクケーシン
グの端面（シール面）上に規定通りに接触せしめられ得
る。シリンダライナのウエブに伝達される圧力は鋼製の
シリンダヘツドパツキンの、小さな許容誤差で製造可能
な所定の耐圧性によつて規定され得、何故なら弾性限界
の超過後には金属パツキンの耐圧性と延いてはシリンダ
ライナに伝達されるべき圧力とが、許容誤差に応じて変
化する侵入深さ（ウエブ突出寸法）に関係なく実際的に
均一に保たれるからである。またシリンダヘツド・パツ
キンとシリンダライナのウエブとの掛留め結合によつて
該ライナの付加的な軸線方向位置固定も達成される。

実施態様第１図には、クランクケーシング１とシリンダヘツド２
とシリンダライナ３とを備えた往復ピストン機関が示さ
れている。このライナ３はクランクケーシング１の滑り
ばめ4,4a内にセンタリング保持されており、更にパツキ
ン5,5aによつて冷却ジヤケツト６に対してシールされて
いる。シリンダライナ３内にはピストン７が摺動可能に
配置されており、このピストン７が一般的な方法で図示
されていない連接棒を介して図示されていないクランク
軸と係合されている。この際にピストン底部7a内には図
示されていない燃焼室槽が形成されており、この槽内に
一般的な方法で図示されていない噴射ノズルを介して燃
料が噴射される。この際に図示の弁8,9は当該の往復ピ
ストン機関の制御のために働く。またピストン底部7aと
シリンダヘツド２とシリンダライナ３の、その都度の対
応範囲との間で図示されていない燃焼室が制限形成され
ている。

シリンダライナ３の、シリンダヘツド２に向いた面には
ライナつば11が配設されており、このつば11はクランク
ケーシング１内の溝13の半径方向面12上に軸線方向で緊
定載着されている。ライナつば11の外面と溝13の対応す
る内面との間にはギヤツプが形成されている。

ライナつば11のシリンダヘツド側の面の、燃焼室に隣接
した範囲内には耐火つば14が配設されており、このつば
14はシリンダヘツド２に対して僅かな遊びのみを有す
る。このつば14に半径方向外側で続く部分には開かれた
リング形状の切欠き15が形成されており、この切欠き15
内にシリンダヘツド・パツキン16が配置されている。

第２図にはシリンダヘツド２とシリンダライナ３又はク
ランクケーシング１との間の公知のパツキン結合体が示
されている。この場合、均一厚さを有しかつ内実の金属
薄板（鋼板）から成るシリンダヘツド・パツキン16が用
いられている。この際にシリンダライナ３のパツキン支
持面17全体、即ちライナつば11の切欠き15の範囲がクラ
ンクケーシング端面1aよりも突出している。パツキン支
持面17上には、シリンダヘツド２内の環状溝19に対して
同心的に位置する環状ウエブ18が配置されている。図面
から分るように、シリンダヘツドねじの締付け時にはシ
リンダヘツドパツキン16がシリンダヘツド２内の溝19の
範囲内で環状ウエブ18を越えて、該パツキン16がパツキ
ン支持面17に接触するまで曲げられている。このような
構造においては残りパツキン範囲、即ちライナつば11の
外側のパツキン部分内（又は換言すればクランクケーシ
ング１とシリンダヘツド２との間のパツキン部分）での
シリンダヘツドの部分的な支持が、ねじ締めによるシリ
ンダヘツド２の撓みの後に初めて達成可能である。従つ
て残りパツキン面範囲内のシリンダヘツド支持部の状態
は一様ではない。クランクケーシング１とシリンダヘツ
ド２との間の水及びオイル通路20の適切なシールのため
に図面には公知のエラストマー部材21が示されており、
この際に非圧着状態における該部材21も鎖線で示されて
いる。

本発明によるパツキン結合体は第３図に示されている。
このパツキン結合体は、自らの取付けつばの下面で支持
されたシリンダライナ３を有する構造の機関において特
に有利なので、図面の本発明はこの構造のためのものと
して記されている。

第３図には第２図と同様に、シリンダヘツド・パツキン
16として形成された均一厚さの内実な金属薄板が示され
ている。これは鋼薄板又は同様の特性を有する他の材料
から成る。しかし第２図の例と異なり、ライナつば11上
の環状ウエブ18のみがクランクケーシング端面1aに対す
る突出寸法Ｘを有している。シリンダヘツドねじの締付
け時にウエブ18が、パツキン16の残り面（即ちクランク
ケーシング１とシリンダヘツド２との間のシール部分）
がクランクケーシング端面1aに接触するまで（即ちパツ
キン16は切欠き15の底面範囲には接触しない）鋼薄板16
内に適切に侵入する。この場合に鋼薄板16は、突出寸法
Ｘ及びシール厚さの製造誤差に関係なくいずれにせよ、
自らの弾性限度を越えて塑性変形される。本発明によれ
ばライナつば11のウエブ18への作用圧力は、鋼薄板が弾
性限度を越えて限界強度に達つするように設定されてお
り、この際にその圧力は応力・伸長線図（第５図参照）
の材料特性曲線31の水平な履歴部分30内にある。弾性限
界を越えた後は鋼薄板16の圧縮強さと延いてはライナ３
へ伝達される圧力とが、誤差に応じてばらつきのあり得
る侵入深さＸに関係なく実際的に一定に留まるので、ウ
エブ18を介して伝達される圧方は鋼薄板16の所定の、狭
い許容誤差内で経済的に製造可能な圧縮強さによつて規
定されることになる。鋼薄板16の圧縮強さはシールウエ
ブ18に比べて小さく、また該ウエブの幅は、発生する面
圧着力が最大のシリンダ内圧の数倍の値になるように設
定されており、これは燃焼室の十分な気密性のために必
要である。同時にクランクケーシング１内で、シリンダ
ライナ３がウエブ18によつてつめ掛け式に横方向位置固
定される。

上記のような位置固定が望まれていない場合は変化形と
して第４図に示されたように、シリンダライナ範囲内の
燃焼室シールが、残余面パツキン23から分離されたパツ
キンリング22によつて行なわれる。両方のパツキン部分
22,23は種々異なる材料から成つている。また種々異な
る厚さを有していてもよい。

クランクケーシング１内に、自らの取付けつばの下面で
半径方向面12上に支持されかつ緊定されたシリンダライ
ナ３を有する機関構造の利点は、シリンダヘツド・パツ
キン16を介して導入された圧力による許容不可能な変形
発生への傾向が、製造誤差に基いた高い圧力発生の本発
明による回避によつて防がれることである。これによつ
て良好な燃焼室シール性の他にもピストン走行路の十分
な所謂「真円性」が維持保証される。

ガス圧によるパツキン結合体への動的な負荷において、
そのシリンダヘツド２の離動傾向に基いてシールウエブ
18及びライナつば12上への圧着力が減少し、それによつ
てシリンダヘツド２の位置固定及びシール性が不都合な
影響を受けてしまい得る。取付けつばの下面で支持され
たライナの極めて一般的な別の利点は、該ライナ３の弾
性緊定された部分が大きめの長さ24を有することに基い
て、動的な圧着力減少が、取付けつばの上面で支持され
たライナよりも著しく小さくなり、何故なら大きめの長
さに亘つて弾性緊定されたライナ３がシリンダヘツド２
の離動傾向に対して、短い部分のみを弾性緊定されたも
のよりも極めて良好に追従補償可能だからである。

しかしシリンダヘツド２の離動傾向によつてパツキン結
合体内に生じる圧着性減少の他にも付加的にかつ局部的
に、ねじによつて点状に押えられているシリンダヘツド
２に脈動的に球欠状の撓みが生じること（呼吸）によつ
て圧着性減少が発生し得る。シリンダヘツド２自体のこ
の撓みによつて生ぜしめられる局部的な圧着力減少（脈
動的な各燃焼室圧力頂点に基づく）には長さ24を以つて
弾性緊定されたライナ３のみでは追従できない。従つて
環状のウエブ18の高さ25と鋼薄板16の厚さとが、その取
付け後に、前記不都合な局部的圧着力減少を弾性的な追
従撓みによつて回避するのに十分である弾性緊定された
シール高さ26を形成するように設計されている。

第５図には圧力のための応力・伸長線図が示されてい
る。この際に縦座標には圧縮力N/mm²が示され、横座標
にはすえ込み量がパーセントで示されている。この際に
使用されているシリンダヘツド・金属パツキン（所定の
特性を有する鋼パツキン又は同じ特性を有する他のパツ
キン材料）にはある所定の材料特性曲線31が形成され
る。この線図から明らかなように、範囲27（圧力上昇に
応じて大きく上昇する圧縮力範囲）には小さなすえ込み
量範囲28のみが対応している。これに対して弾性限度を
越えた後には小さな圧縮力相違29のみが生じ、即ち材料
変形、換言すれば変形範囲30は極めて大きい。この際に
材料特性曲線31の水平履歴部分30によつて実際的に、シ
リンダライナ３上への一定の圧力が保証される。

本発明によるパツキン結合体は特に、最新の高圧機関
（高い過給とシリンダ圧力とを有する機関）に適した燃
焼室シールとして働きかつ同時に、ピストン走行面に、
確実な長時間運転のために特に重要な、良好な所謂「真
円性」を保証する。

当然ながら類似の問題を有する他のパツキン結合体も本
発明によるパツキン機構によつて解決される。また環状
ウエブ18をライナ３の上ではなくシリンダヘツド２上に
配設することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シリンダライナと所属のシリンダヘツドとこ
の両者間の適切なパツキン構造とを有するシリンダ範囲
を示す縦断面図、第２図は第１図の区分IIに相応する拡
大図であつて、シリンダヘツドの装着状態におけるシリ
ンダヘツドとシリンダライナ又はクランクケーシングと
の間の公知のパツキン結合体において、シリンダライナ
の突出したパツキン結合体上の環状ウエブによつてパツ
キンがシリンダヘツドのリング溝内に押し入れられてい
る公知構造を示す図、第３図は取付けつばの下面で支持
されたシリンダライナと結合された本発明によるパツキ
ン結合体を第２図に類似して示す図、第４図は第３図の
パツキン構造体の変化形を示す部分図、第５図は第３図
及び第４図で用いられているシリンダヘツド・パツキン
の圧縮力とすえ込み量との関係を示す線図である。１……クランクケーシング、1a……端面、２……シリン
ダヘツド、３……シリンダライナ、4,4a……滑りばめ、
5,5a……パツキン、６……冷却ジヤケツト、７……ピス
トン、7a……ピストン底部、8,9……弁、10……内壁、1
1……ライナつば、12……半径方向面、13……溝、14…
…耐火つば、15……切欠き、16……シリンダヘツド・パ
ツキン（鋼薄板）、17……パツキン支持面、18……ウエ
ブ、19……環状溝、20……水及びオイル通路、21……エ
ラストマー部材、22……パツキンリング、23……残余面
パツキン、24……長さ、25……高さ、26……パツキン高
さ、27……範囲、28……すえ込み範囲、29……圧縮力相
違、30……変形範囲、31……材料特性曲線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのクランクケーシングと少なくとも１
つのシリンダヘツドと少なくとも１つの交換可能なシリ
ンダライナとを備えた往復ピストン機関であつて、各々
のシリンダライナ内に１つの往復ピストンが摺動可能に
配置されておりかつ、シリンダヘツドとシリンダライナ
と往復ピストンとによつて取り囲まれた燃焼室が配設さ
れており、この際に各シリンダライナがライナつばによ
つてクランクケーシングに支持されており、当該のライ
ナつばのシリンダヘツド側端面の、燃焼室に隣接した範
囲内に耐火つばが配設されまた残りの範囲内には、シリ
ンダヘツドへの方向へ向けられた環状のウエブを備えか
つ半径方向外方へ開かれた切欠きが配設されており、こ
の切欠き内に、シリンダヘツドとクランクケーシングと
の間に位置しかつ内実の金属から成る平らなシリンダヘ
ツド・パツキンが係合又は載着されている形式のものに
おいて、シリンダライナ（３）のパツキン側端面として
の、切欠き（15）範囲内の環状のウエブ（18）のみがク
ランクケーシング（１）の端面（1a）に対する突出寸法
（Ｘ）を有し、このウエブ（18）が、所定の耐圧性を有
するシリンダヘツド・パツキン（16）に適合形成されて
おり、それによつてクランクケーシング（１）上へのシ
リンダヘツド（２）のねじ留め時にシリンダヘツド・パ
ツキシ（16）が常に弾性限界を越えて負荷されて、その
塑性変形に基いてウエブ（18）に形状接続的に掛留めら
れ、更にこの際に残余パツキン範囲がクランクケーシン
グ（１）の端面（1a）上に接触せしめられると即座に前
記シリンダヘツド・パツキン（16）内へのウエブ（18）
の侵入が終了せしめられ、しかもこのシリンダヘツド・
パツキン（16）の応力・伸長特性曲線（31）が、弾性限
界の超過後に可及的に大きくかつ水平な変形範囲（30）
を有していることを特徴とする、往復ピストン機関。
【請求項２】環状のウエブ（18）の高さ（25）と金属パ
ツキン（16）の厚さとが適切に設定されており、それに
よつてその取付け後に形成される弾性緊定されたパツキ
ン高さ（26）が、弾性的な後撓みによる不都合な極部的
圧着減少を回避するために十分なものとなつている、特
許請求の範囲第１項記載の往復ピストン機関。
【請求項３】シリンダヘツド・パツキン（16）が特にシ
リンダライナ範囲内の気密性のためのパツキンリング
（22）とクランクケーシング範囲のためのパツキン部分
（23）とに分けられており、この際に該パツキンリング
（22）とパツキン部分（23）とがその材料及び厚さにお
いて相異なつて形成されている、特許請求の範囲第１項
又は第２項記載の往復ピストン機関。