JPS62271948A - 往復ピストン機関 - 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】 ６　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
シリンダヘッドと少なくとも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って、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、シリンダヘッドとシリンダライナと往
復ピストンとによっ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げによって
クランクケーシングに支持されており、当該のライナつ
ばのシリンダヘッド側端面の、燃焼室に隣接した範囲内
に耐火っばが配設されまた残りの範囲内には、シリンダ
ヘッドへの方向へ向けられた環状のウェブを備えかつ半
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、シリンダヘッ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ッド
・パッキンが保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
ッドとの間での燃焼ガスの流出を防ぐシールのために平
形のシリンダヘッド・パッキンを用いることが公知であ
る。この平形パッキシは一般的に金属によって補強され
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って取り囲まれている。シリン
ダヘッドとクランクケーシングとをねじ留めする際には
平形パッキシ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底圧着力の付与が必要と
される。前記のパッキシ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ッドとの間の水及びオイ
ル通過のシールを行なう残余パッキシ面よりも強い圧着
力集中が必要とされ、それは一般的に、シリンダライナ
のパッキシフランジ載着面がクランクケーシング・パッ
キシ面に対して可及的に少ない誤差の所定の突出寸法を
有することによって形成されている。

この構造は以下のような欠点を有する。

Ｏ特にライナつばか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げ高さに極めて小さな許容誤差が
必要とされ、従ってその製造が難しい。

Ｏパッキシフランジ及び残余シール面範囲内のシリンダ
ヘッド・パッキンの、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
。

０シリンダヘツドねじのプレロードカが可及的に小さな
許容誤差を以って与えられなければならない。

０各寸法及びねじ力の避は難く残る誤差によって、特に
パッキン７ランゾ部分内の圧着力に強いばらつきが生じ
る。これによっ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桁面に変形が生じ、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
を受は破壊の危険が生じ、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。

従ってこの公知構成によれば特に、必然的に生じる僅か
なシリンダヘッドねじ・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
っている。

燃焼室パッキシ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ッド・パッキンの代りに同
じ厚さの内実のパッキシ板を用い、このパッキシ板がラ
イナパッキシ範囲内で、シリンダライナの突出したパッ
キシつげ上の、クランクケーシングに支持された環状つ
ニブによってシリンダへノー内の環状の溝内に−押し入
れられ、それによってライナパッキシつげ上への圧着性
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ッ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人されたエラストマ一
部材によって行なわれる。この構造によればそのパッキ
シ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へツｒねじ緊走
力によっ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
ッキシ支持部上に不都合に高い圧着力が生じ、それによ
っ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。更にシリンダヘッドの底
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ッド内の溝とを合致させる
ために、ライナ対するシリンダへノーの正確なセンタリ
ングを経費をかけて行なうことも必要とされる。残余パ
ッキシ面内でのシリンダヘッドの部分的な載着は、ねじ
締付けによるシリンダへツげの撓みの後に初めて行なわ
れ、従って残余パッキシ面内でのシリンダヘッド載着に
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 従っ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ッ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。

課題を解決するだめの手段 上記の課題は本発明によれば、シリンダライナのパッキ
シ側端面としての、切欠きの範囲内の環状のウェブのみ
がクランクケーシングの端面に対する突出寸法を有し、
このウェブが、所定の耐圧性を有するシリンダへツげ・
パッキシに適合形成されており、それによってクランク
ケーシング上へのシリンダヘッドのねじ留め時にシリン
ダヘッド・パッ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ェブに形状接続的に掛留めら
れ、更にこの際に残余パッキシ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
ラｒ・パッキシ内へのウェブの侵入が終了せしめられ、
しかもこのシリンダヘッド・パッキンの応力・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って解決された。

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
残余パッキシ範囲全体内のシリンダヘッド・パッキンが
シリンダヘッ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０シリンダライナのウェブに伝達される圧力は鋼製の
シリンダヘッドパッキシの、小さな許容誤差で製造可能
な所定の耐圧性によって規定され得、何故なら弾性限界
の超過後には金属パッキシ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
化する侵入深さくウェブ突出寸法）に関係なく実際的に
均一に保たれるからである。またシリンダヘッド・パッ
キンとシリンダライナのウェブとの掛留め結合によって
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とシリンダヘッド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
ッキシ５゜５ａによって冷却ジャケット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
クランク軸と結合されている。この際にピストン底部７
ａ内には図示すレテイナ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とシリンダヘッド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、シリンダヘッド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ャップが形成されてい
る。

ライナつば１１のシリンダヘッド側の面の、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はシリンダヘッド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内にシリンダヘッド・パッキン１６が配置さ
れている。

第２図にはシリンダヘッド２とシリンダライナ３又はク
ランクケーシング１との間の公知のパッキシ結合体が示
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ッド・パッキン１６が
用いられている。この際にシリンダライナ３のパッキン
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。

パッキシ支持面１７上には、シリンダヘッド２内の環状
溝１９に対して同心的に位置する環状ウェブ１８が配置
されている。

図面から分るように、シリンダヘッドねじの締付は時に
はシリンダヘッドパッキシ１６がシリンダへツー２内の
＠１９の範囲内で環状ウェブ１８を越えて、該パッキシ
１６がパッキシ支持面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ッキシ範囲、即ち
ライナつば１１の外側のパッキシ部分内（又は換言すれ
ばクランクケーシング１とシリンダヘッド２との間のパ
ッキシ部分）でのシリンダヘッドの部分的な支持が、ね
じ締めによるシリンダヘッド２の撓みの後に初めて達成
可能である。

従って残りパッキシ面範囲内のシリンダヘッド支持部の
状態は一様ではない。クランクケーシング１とシリンダ
ヘッド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一部材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。

本発明によるパッキシ結合体は第６図に示されている。

このパッキシ結合体は、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だめのものと
して記されている。

第３図には第２図と同様に、シリンダヘッド・パッキン
１６．とじ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上の環状ウェブ１８のみがクランクケーシング端面
１ａに対する突出す法Ｘを有している。シリンダへツに
ねじの締付は時にウェブ１８が、パッキシ１６の残り面
（即ちクランクケーシング１とシリンダヘッド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（即ちパッキシ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のウェブ１
８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、ウェブ１８を介−し
て伝達される圧力は鋼薄板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って規定されるこ
とになる。鋼薄板１６の圧縮強さはシールウェブ１８に
比べて小さく、また該ウェブの幅は、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がウェブ１８によってうめ掛は式に横方向位置固定さ
れる。　　　　　（ゝ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、残余面パッキシ
２３から分離されたパッキシリング２２によって行なわ
れる。両方のパッキシ部分２２゜２３は種々異なる材料
から成っている。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、シリンダヘッド・パ
ッキン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って防がれることである。

これによっ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。

ガス圧によるパッキシ結合体への動的な負荷において、
そのシリンダヘッド２の離動傾向に基いてシールウェブ
１８及びライナつば１２上への圧着力が減少し、それに
よってシリンダヘッド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
０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
めの長さに亘って弾性緊定されたライナ３がシリンダヘ
ッド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
。

しかしシリンダヘッド２の離動傾向によってパッキシ結
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、ねじによって点状に押えられているシリンダヘッド
２に脈動的に球欠状の撓みが生じること（呼吸）によっ
て圧着性減少が発生し得る。シリンダヘッド２自体のこ
の撓みによって生ぜしめられる局部的な圧着力減少く脈
動的な各燃焼室圧力頂点に基づく）には長さ２４を以っ
て弾性緊定されたライナ３のみでは追従補できない。従
って環状のウエプ１８の高さ２５と鋼薄板１６の厚さと
が、その取付は後に、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っ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　／　ｙ、ｒｉ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ッド・金属パッキシ
（所定の特性を有する鋼パッキシ又は同じ特性を有する
他のパッキシ材料）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
によって実際的に、シリンダライナ３上への一定の圧力
が保証される。

本発明によるパッキシ結合体は特に、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ッキシ結合体も本
発明によるパッキシ機構によって解決される。また環状
ウェブ１８をライナ３の上ではなくシリンダヘッド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ッドとこ
の両者間の適切なパッキシ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Ｈに相応する拡
大図であって、シリンダヘッドの装着状態におけるシリ
ンダヘッドとシリンダライナ又はクランクケーシングと
の間の公知のパッキシ結合体において、シリンダライナ
の突出したパッキシ結合体上の環状ウェブによってパッ
キシがシリンダヘッ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６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ッキ
シ結合体を第２図に類似して示す図、第４図は第６図の
パッキシ構造体の変化形を示す部分図、第５図は第６図
及び第４図で用いられているシリンダヘッド・パッキン
の圧縮力とすえ込み量との関係を示す線図である。　　
□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１つのクランクケーシングと少なくとも１つのシリ
   ンダヘッドと少なくとも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、シリンダヘッ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
   シリンダヘッド側端面の、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、シリンダヘッ
   ドへの方向へ向けられた環状のウェ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、シリンダヘッ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ッド・パ
   ッ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）のパッキシ側端面としての、切欠
   き（１５）範囲内の環状のウェブ（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、このウェブ（１８）が、所定の耐圧性を有
   するシリンダヘッド・パッキン（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
   シリンダヘッド（２）のねじ留め時にシリンダヘッド・
   パッキシ（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ェブ（１８）に形状接続的に掛
   留められ、更にこの際に残余パッ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ッド・パッキン（１６）内へのウ
   ェブ（１８）の侵入が終了せしめられ、しかもこのシリ
   ンダヘッド・パッキン（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。 ２、環状のウェブ（１８）の高さ（２５）と金属パッキ
   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ッキン
   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。 ３、シリンダヘッド・パッキン（１６）が特にシリンダ
   ライナ範囲内の気密性のためのパッキンリング（２２）
   とクランクケーシング範囲のためのパッキン部分（２３
   ）とに分けられており、この際に該パッキンリング（２
   ２）とパッキン部分（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。