(57)【要約】  本発明は、シリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）内でガイドされるピストン（３３，２３３）の上死点位置におけるトップランドの領域（２１，２２１）でシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）の内径を狭めるための、内燃機関（３０，１３０，２３０）のシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）のためのインサート（１０，１１０）に関する。本発明によれば、インサート（１０，１１０）は、リング当接部（１１，１１１）を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングとして形成されており、インサート（１０，１１０）は、外向きに作用する半径方向力によって、かつ軸方向でシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）に設けられた凹部（２１，１２１，２２１）によって、半径方向面圧が周面に沿ってほぼ同じになるように保持されており、シリンダライナまたはシリンダの内径（Ｄ）に対するリング壁厚さ（ｄ）の比が、０．００１〜０．０２である。
2010513776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）内でガイドされるピストン（３３，２３３）の上死点位置におけるトップランドの領域（２１，２２１）でシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）の内径を狭めるための、内燃機関（３０，１３０，２３０）のシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）のためのインサート（１０，１１０）において、
インサート（１０，１１０）は、リング当接部（１１，１１１）を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングとして形成されており、インサート（１０，１１０）は、外向きに作用する半径方向力によって、かつ軸方向でシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）に設けられた凹部（２１，１２１，２２１）によって、半径方向面圧が周面に沿ってほぼ同じになるように保持されており、シリンダライナまたはシリンダの内径（Ｄ）に対するリング壁厚さ（ｄ）の比が、０．００１〜０．０２であることを特徴とする、内燃機関のシリンダライナまたはシリンダのためのインサート。
【請求項２】
シリンダライナまたはシリンダの内径（Ｄ）に対するリング壁厚さ（ｄ）の比は、有利には０．００３〜０．０１である、請求項１記載のインサート。
【請求項３】
リング当接部（１１，１１１）は、規定の当接遊び（Ｍ）を有している、請求項１または２記載のインサート。
【請求項４】
リング当接部（１１，１１１）の相対する当接端部（１２，１３；１１２，１１３）が、規定の角度（Ｗ）を成して互いに平行に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載のインサート。
【請求項５】
半径方向に延びる環状のフランジ（１１４）を備えている、請求項１から４までのいずれか１項記載のインサート。
【請求項６】
インサートの壁厚さ（ｄ）は、０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである、請求項１から５までのいずれか１項記載のインサート。
【請求項７】
金属薄板から製作されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のインサート。
【請求項８】
インサート（１０，１１０）を備えており、該インサート（１０，１１０）は、シリンダライナ（２０，１２０，２２０）内でガイドされるピストン（３３，２３３）の上死点位置の領域（２１，２２１）においてシリンダライナ（２０，１２０，２２０）の内径を狭めている、内燃機関（３０，１３０，２３０）のシリンダクランクケース（３１）のシリンダ孔のためのシリンダライナ（２０，１２０，２２０）において、
リング当接部（１１，１１１）を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングとして形成されたインサート（１０，１１０）は、半径方向面圧が周面に沿ってほぼ同じであるように保持されており、シリンダライナの内径（Ｄ）に対するリング壁厚さ（ｄ）の比が、０．００１〜０．０２であることを特徴とする、内燃機関のシリンダクランクケースのシリンダ孔のためのシリンダライナ。
【請求項９】
シリンダライナの内径（Ｄ）に対するリング壁厚さ（ｄ）の比が、有利には０．００３〜０．０．１である、請求項８記載のシリンダライナ。
【請求項１０】
リング当接部（１１，１１１）は、規定の当接遊び（Ｓ）を有している、請求項８記載の装置シリンダライナ。
【請求項１１】
リング当接部（１１，１１１）の当接端部（１２，１３；１１２，１１３）は、規定の角度（Ｗ）を成して互いに平行に延びている、請求項８から１０までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１２】
インサート（１０，１１０）は、当該シリンダライナ（２０，１２０）に設けられた凹部（２１）に保持されている、請求項８から１１までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１３】
インサート（１１０）は、半径方向に延びる環状のフランジ（１１４）を備えており、該フランジ（１１４）は、当該シリンダライナの端面または当該シリンダライナ（２０，２２０）の端面に設けられた溝（１２３，２２３）に設けられている、請求項８から１２までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１４】
インサート（１０，１１０）の壁厚（ｄ）は、０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである、請求項８から１３までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１５】
インサート（１０）は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの突出部分（Ｕｅ）を備えている、請求項８から１４までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１６】
インサート（１０，１１０）は、金属薄板から製作されている、請求項８から１５までのいずれか１項記載のシリンダライナ。
【請求項１７】
請求項８から１５までのいずれか１項記載の少なくとも１つのシリンダライナ（２０，１２０，２２０）を備えた、内燃機関（３０，１３０，２３０）のためのシリンダクランクケース（３１）。
【請求項１８】
シリンダクランクケース（３１）のシリンダ孔が、請求項８から１５までのいずれか１項記載の少なくとも１つのシリンダライナ（２０，１２０，２２０）を備えた、シリンダクランクケース（３１）を備えた内燃機関（３０，１３０，２３０）。
【請求項１９】
シリンダライナ（２２０）内に配置されたピストン（２３３）が、該ピストン（２３３）のトップランド（２３６）に沿って凹部（２３７）を備えており、該凹部（２３７）に、インサート（１１０）が突入している、請求項１７記載の内燃機関（２３０）。
【請求項２０】
商用車のためのディーゼルエンジンである、請求項１７または１８記載の内燃機関。
【請求項２１】
乗用車のエンジンである、請求項１７または１８記載の内燃機関。
【請求項２２】
小型エンジン、特に２サイクルエンジンである、請求項１７または１８記載の内燃機関。
【請求項２３】
シリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ内でガイドされるピストン（３３，２３３）の上死点位置におけるトップランドの領域（２１，２２１）でシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）の直径を狭めるための、内燃機関（３０，１３０，２３０）のシリンダライナ（２０，１２０，２２０）またはシリンダ（２２２）のためのインサート（１０，１１０）を製造する方法において、
金属薄板部分から成る規定幅を有するストリップを打ち抜いて、同じ作業過程または後続の作業過程において、リング当接部（１１，１１１）を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングに成形し、次いで該リングを、シリンダライナまたはシリンダに、半径方向の面圧が周面に沿ってほぼ同じであるように組み付け、シリンダライナの内径（Ｄ）に対するリング壁圧（ｄ）の０．００１〜０．０２の比が得られるようにすることを特徴とする、内燃機関のシリンダライナまたはシリンダのためのインサートを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダライナ内でガイドされるピストンの上死点位置におけるトップランドの領域でシリンダライナの直径を狭めるための、内燃機関のシリンダライナまたはシリンダのためのインサートに関する。
【０００２】
このようなインサートは、ピストンのトップランドに堆積するカーボンスラッジを掻き取り、シリンダライナもしくはシリンダの走行面とカーボンスラッジとの接触を防止するために用いられる。
【０００３】
このようなインサートは、たとえば米国特許第３４８９１３０号明細書において公知である。この刊行物には、内燃機関のためのピストンシリンダ構造が記載されており、ピストンシリンダ構造に、シリンダの内壁の狭められた区分を形成するために、リング状のインサートが対応配置されている。
【０００４】
シリンダヘッドのためのシールエレメントとカーボンスラッジスクレーパとから組み合わされた装置は、米国特許第４４７４１４７号明細書において開示されている。ここでは閉じたリングインサートがシリンダヘッドに向かって折り曲げて形成されている。
【０００５】
同様のインサートは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４３６６８号明細書において公知である。ここでは深絞り加工部分または切削加工部分として形成されたインサートは、半径方向のカラーによって保持され、カラーは、シリンダヘッドによって、シリンダクランクケースに押し付けられる。
【０００６】
このようなインサートは、ドイツ連邦共和国特許公開第１０３２１０３４号明細書において公知である。この刊行物において、シリンダヘッドと、スリーブを有するシリンダクランクケースとを備えた往復ピストン式内燃機関が記載されており、スリーブに、リング状のインサートが対応配置されている。インサートは、スリーブから、シリンダヘッド側の端部で突出していて、スリーブとシリンダヘッドと間で、有利には遊びなく挿入されている。インサートは、シリンダヘッドを取り付けたあとで、圧力負荷を掛けられ、そうしてスリーブ内で保持される。
【０００７】
同様のインサートは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４３６６８号明細書において公知である。ここでは深絞り加工部分または切削加工部分として形成されたインサートは、半径方向のカラーによって保持され、カラーは、シリンダヘッドによって、シリンダクランクケースに押し付けられる。このようなインサートは、製造および取付の際の狭いトレランスに基づいて、製造およびスリーブへの嵌め込みが困難であり、したがって大量生産には向いていない。
【０００８】
別のインサートは、ドイツ連邦共和国特許第１０３２１０４３号明細書およびドイツ連邦共和国特許第１９８１１７８０号明細書において公知である。
【０００９】
前掲刊行物に記載した全てのインサートは、その共通点として、常に閉じたリングから形成される。
【００１０】
したがって本発明の課題は、内燃機関のシリンダライナまたはシリンダのためのインサートを改良して、簡単かつ経済的に製造可能かつ取付可能であり、確実な作用が得られ、多様に使用可能であるものを提供することである。
【００１１】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有するインサートによって解決される。本発明によれば、インサートは、リング当接部を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングとして形成されており、リングは、プレロードの掛けられた状態で、つまりシリンダライナまたはシリンダに嵌め込まれた状態で、半径方向で、外向きに作用する半径方向力によって、かつ軸方向で、シリンダライナまたはシリンダに形成された凹部によって保持される。
【００１２】
シリンダライナまたはシリンダの内径（Ｄ）に対するリング壁厚（ｄ）の比は、０．０００１〜０．０２である。プレロードの掛けられていないリングの形状は、半径方向面圧が周面に沿って、シリンダまたはシリンダライナに嵌め込まれた状態でほぼ同じであるようになっている。
【００１３】
さらに本発明の対象は、シリンダライナであって、リング当接部を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングとして形成されたインサートを備えており、インサートは、半径方向外向きに作用する半径方向力によって、かつ軸方向でシリンダライナに設けられた凹部に位置することによって保持されている。
【００１４】
本発明によるインサートは、最初はプレロードの掛けられた開いたリングとして形成されており、リングは、シリンダライナ内で、専ら半径方向外向きに作用する力によって保持されるように成形され、かつ寸法設定されている。このために本発明によるインサートの外径は、次のように寸法設定されていて、つまり、インサートが、インサートを取り付けようとするシリンダライナの領域において、周方向でほぼ同じ半径方向面圧でシリンダライナの内面に押し付けられ、かつ軸方向で凹部内においてガイドされるように寸法設定されている。本発明によるインサートの構成では、直径Ｄに対する壁厚さｄの比が、０．０００３〜０．０１である。
【００１５】
本発明による構造原理によって、本発明によるインサートに関して、従来実現されていたよりも著しく小さな構成スペースが許容される。特にインサートの壁厚さは、背景技術に対して大幅に低減することができる。シリンダライナの安定性は、維持される。なぜならばシリンダライナの壁がオーバーサイズの深い溝によって弱くならないからである。本発明によるインサートの、低減された構成スペースによって、商用車用の比較的大きなディーゼルエンジンだけでなく、実際に、乗用車用エンジンと２サイクルエンジンのような小型エンジンとを含むあらゆるエンジンタイプに用いることができる。本発明によるインサートは、安価で簡単に製造することができ、快適に取り付けることができ、この場合トレランスは、大量生産を実現し、経済的に設定されている。
【００１６】
本発明によるインサートは、特に同様に本発明の対象である方法で製造することができる。本発明による方法によれば、金属薄板から成る規定幅を有するストリップを打ち抜いて、同じ作業過程または後続の作業過程で、リング当接部を備えた、プレロードの掛けられた開いたリングに成形し、次いでリングを、シリンダライナまたはシリンダに、半径方向の面圧が周面に沿ってほぼ同じであるように取り付け、この場合シリンダライナの内径に対するリング壁厚さの０．００１〜０．０２の比が得られるようにする。
【００１７】
この方法は、特に簡単かつ経済的に大量生産で用いられる。
【００１８】
さらに本発明の対象は、本発明によるインサートを備えたシリンダライナの設けられたシリンダクランクケースおよび内燃機関である。
【００１９】
有利な形態は、従属請求項から解される。
【００２０】
さらにリングは、有利には適切なリング当接遊びを有して形成され、これによって内燃機関の運転時に、熱膨張に基づく当接面の接触が回避される。
【００２１】
リング当接部の相対する当接端部は、有利には、規定の角度（Ｗ）を成して互いに平行に延びている。この形態では、リング当接部の領域でも、カーボンスラッジができるだけ完全にピストンのトップランドから除去されるよう保証される。
【００２２】
本発明によるインサートは、特に比較的大きなシリンダ直径では、半径方向に延びる環状のフランジを備えており、これによって安定性および半径方向に作用する力が更に高められる。フランジは、組付状態で、シリンダライナの端面に、またはシリンダライナの端面に設けられた凹部に位置する。
【００２３】
本発明によるインサートの壁厚さは、たとえば０．５ｍｍ〜０．８ｍｍであってよい。本発明によるインサートがシリンダライナに設けられた凹部に保持されている場合、シリンダライナにおける、インサートに必要な設置面（突出部分を引いた壁厚さ、たとえば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ）が大幅に低減されるので、シリンダライナの壁は、過度に弱められることはない。その代わりにシリンダライナ内に配置されたピストンも、トップランドに沿って凹部を有してよく、凹部にインサートが突入する。
【００２４】
本発明によるインサートは、特に金属薄板から製造することができる。
【００２５】
以下に、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図面は、概略的に示したものであり、正確な縮尺を有していない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるインサートの第１形態を示す図である。
【図２】図１に示したインサートを、図１の矢印Ｐ方向でみて示す図である。
【図３】本発明によるインサートの別の形態を示す図である。
【図４】図３に示したインサートを、図３の矢印Ｐ方向でみて示す図である。
【図５】シリンダライナに設けられた凹部と共に、図１に示したインサートを組込状態で示す部分拡大断面図である。
【図６】シリンダライナに設けられた凹部と共に、図３に示したインサートを組込状態で示す部分拡大断面図である。
【図７】トップランドにおける凹部を有するピストンと共に、図３に示したインサートを組込状態で示す部分拡大断面図である。
【図８】シリンダに設けられた凹部と共に、図１に示したインサートをシリンダに組み込んだ状態で示す部分拡大断面図である。
【図９】シリンダに設けられた凹部と共に、図３に示したインサートをシリンダに組み込んだ状態で示す部分拡大断面図である。
【００２７】
図１および図２には、本発明によるインサート１０の第１形態を示した。符号１０ａで、プレロードの掛けられていない、緊張していないリングを示した。インサート１０は、本形態では、０．４ｍｍ〜０．７ｍｍの金属薄板厚さｄを有する鋼板から成る打ち抜き加工部分である。インサート１０は、本形態では、１３０ｍｍの内径を有するシリンダライナ（シリンダスリーブ）２０に関して製作されている。インサート１０は、金属薄板ストリップとして打ち抜き加工されていて、同じ作業工程または後続の作業工程で、プレロードの掛けられた開いたリング１０に成形される。完成したインサート１０は、突き合わせ端部１２，１３によって規定されたリング突き合わせ部１１を備えている。組付状態で、リング当接部Ｓは、完全には閉じられておらず、ある程度の突き合わせ遊びが残存する寸法を有しており、その結果インサート１０の突き合わせ端部１２，１３は運転時の熱膨張時にも接触しない。リング突き合わせ部１１の相対する突き合わせ端部１２，１３は、規定の角度（Ｗ）を成して互いに平行に延びている（図２参照）。これによってインサート１０の閉じた輪郭が得られるので、シリンダライナ２０内でガイドされるピストンのトップランドは、できるだけ外側面全体にわたってカーボンスラッジから解放されるようになる。インサート１０は、シリンダライナ２０の内面で、または図８に示したシリンダ内で、外向きに作用する半径方向力によって保持されており、軸方向では、インサート１０は、シリンダライナまたはシリンダに設けられた凹部によって固定される。有利には、０．００３〜０．０１の、リング壁厚さｄとシリンダライナの内径Ｄとの比が所望される（図１０参照）。
【００２８】
１３０ｍｍの定格直径を有するシリンダに関して、インサートは、０．８ｍｍの壁厚さを有する金属薄板から形成される。シリンダに組み付けたあとでインサートに十分なプレロードを掛けるために、プレロードの掛けられていないインサートに２０ｍｍの開き幅Ｍが調節される。外形は、組み付けられたインサートの周にわたって均等な面圧が生じるように形成されている。
【００２９】
図３および図４には、本発明によるインサート１１０の第２形態を示した。インサート１１０は、図１および図２に示したインサート１０と概ね同じであり、インサート１１０は、同様に１３０ｍｍの内径を有するシリンダライナに関して、０．７ｍｍの金属薄板厚さｄを有する鋼板から成る打ち抜き部分である。インサート１１０を製作するために、同様に金属薄板ストリップが打ち抜き加工され、その長手方向縁部はフランジ１１４に縁曲げされる。次いで金属薄板ストリップは、プレロードの掛けられた開いたリングに成形される。完成したインサート１１０は、同様にリング突き合わせ部１１１を有しており、リング突き合わせ部１１１は、組付状態で、ある程度の突き合わせ遊びを形成する。リング突き合わせ部１１の、相対する突き合わせ端部１１２，１１３は、規定の角度（Ｗ）を成して互いに平行に延びている（図４参照）。これによってインサート１１０でも、閉じた輪郭が得られるので、シリンダライナ内でガイドされるピストンのトップランドは、できるだけ外側面全体にわたってカーボンスラッジから解放されるようになる。
【００３０】
図５には、シリンダクランクケース３１とシリンダヘッド３２とを備えた内燃機関３０の一部を断面図で示した。シリンダクランクケース３１とシリンダヘッド３２との間に、シリンダヘッドシール３５が挿入されている。シリンダクランクケース３１のシリンダ孔に、シリンダライナ２０が収容されており、シリンダライナ２０の内室２２内で、ピストン３３がガイドされている。これと同様に、ピストン３３は、図８〜図１０に示したように、シリンダ内でガイドすることもできる。ピストン３３は、ピストンリング３４を備えており、ピストンリング３４は、燃焼室（図示していない）をシールする。ピストンリング３４の上方に、ピストン３３の、環状に延びるトップランド３６が設けられている。
【００３１】
シリンダライナ２０の凹部２１に、図１および図２に示した第１形態に基づくインサート１０が収容されている。本形態では、凹部２１の深さに相当する、インサート１０のための設置面は、０．４ｍｍである。これの意味するところによれば、０．７ｍｍの金属薄板厚さでは、インサート１０は、０．３ｍｍの突出部分（Ｕｅ）で、シリンダライナ２０の内室２２に突入する。インサート１０は、ピストン３３の上死点の範囲において、つまり運転状態のピストン３３の運動方向転換範囲において、シリンダライナ２０に収容されている。これによって、ピストン３３が運転中に移動すると、トップランド３６の領域全体が、インサート１０に沿って擦過する。したがって、堆積されたカーボンスラッジは、完全かつ確実にトップランド３６から除去されるよう保証されている。
【００３２】
図６には、内燃機関１３０の別の１形態を部分的に断面図で示しており、内燃機関１３０は、概ね図５に示した内燃機関３０と同様に形成されている。したがって対応する構成部材には、同じ符号を付した。シリンダライナ１２０の凹部１２１に、図３および図４に示した第２形態に基づくインサート１１０が収容されている。追加的にシリンダライナ１２０は、シリンダヘッド３２に向いた側の上位端面で、環状に延びる凹部１２３を備えており、凹部１２３に、インサート１１０の、環状に延びるフランジ１１４が収容されている。本形態では、凹部１２１の深さに相当する、インサート１１０のための設置面は、０．４ｍｍである。これの意味するところによれば、０．７ｍｍの金属薄板厚さでは、インサート１１０は、０．３ｍｍの突出部分（Ｕｅ）で、シリンダライナ１２０の内室１２２に突入する。インサート１１０は、ピストン３３の上死点の範囲において、つまり運転状態のピストン３３の運動方向転換範囲において、シリンダライナ１２０に収容されている。これによって、ピストン３３が運転中に移動すると、トップランド３６の上位領域全体（上位領域は、内燃室の最も近くに位置していて、したがって多くの場合カーボンスラッジの堆積にさらされている）が、インサート１０に沿って擦過する。したがって、堆積されたカーボンスラッジは、完全かつ確実にトップランド３６から除去されるよう保証されている。
【００３３】
図７には、図３および図４に示した第２形態に基づくインサート１１０を内燃機関２３０に収容できる、別の形態を示した。対応する構成部材には、ここでも同じ符号を付した。インサート１１０は、フランジ１１４で、環状に延びる溝２２３に収容されており、溝２２３は、シリンダライナ２２０の、シリンダヘッド３２に向いた側の上位端面に設けられている。インサート１１０は、ピストン２３３のトップランド２３６に設けられた凹部２３７に突入する。本形態では、凹部２３７の深さは、０．４ｍｍである。インサート１１０は、同様にピストン２３３の上死点位置の領域２２１において、つまり運転中のピストン３３の運動方向転換領域において、シリンダライナ２２０内に配置されている。これによって、ピストン２３３が運転中に移動すると、トップランド２３６に設けられた凹部２３７の領域全体（この領域は、内燃室の最も近くに位置していて、したがって多くの場合カーボンスラッジの堆積にさらされている）が、インサート１１０に沿って擦過する。したがって、堆積されたカーボンスラッジは、完全かつ確実にトップランド２３６から除去されるよう保証されている。
【００３４】
図８、図９および図１０には、シリンダライナ２０，１２０，２２０の省略された形態を示しているが、ここでは、内燃機関のシリンダに関する、図５〜図７についての説明に応じた前述の同じ条件が当てはまる。
【図１】
2010513776.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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