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DE3873183T2 - Waermeisolierter kolbenaufbau. - Google Patents

Waermeisolierter kolbenaufbau.

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Publication number
DE3873183T2
DE3873183T2 DE8888304741T DE3873183T DE3873183T2 DE 3873183 T2 DE3873183 T2 DE 3873183T2 DE 8888304741 T DE8888304741 T DE 8888304741T DE 3873183 T DE3873183 T DE 3873183T DE 3873183 T2 DE3873183 T2 DE 3873183T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
heat
insulating
structure according
ring
Prior art date
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DE8888304741T
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DE3873183D1 (de
Inventor
Hideo Kawamura
Hiroshi Matsuoka
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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Priority claimed from JP15022087A external-priority patent/JPH0674770B2/ja
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Publication of DE3873183D1 publication Critical patent/DE3873183D1/de
Publication of DE3873183T2 publication Critical patent/DE3873183T2/de
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Description

    Hintergrund der Erfindung: Gebiet der Erfindung:
  • Die Erfindung betrifft eine wärmeisolierende Kolbenstruktur für einen wärmeisolierenden Verbrennungsmotor.
    • Beschreibung des Stands der Technik:
  • Ein herkömmlicher Motorteil eines wärmeisolierenden Kolbens, bei dem ein Keramikmaterial als wärmeisolierendes und hitzebeständiges Material verwendet wird, ist z. B. in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 113557/1984 sowie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 93161/1985 beschrieben.
  • Zunächst wird der Aufbau des in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 113557/1984 offenbarten Kolbens unter Bezugnahme auf Fig. 3 kurz beschrieben. Fig. 3 zeigt einen Kolben 30. Bei diesem Kolben 30 sind ein Deckelteil 31 aus Keramik und ein metallischer Mantelteil 32 durch einen Bolzen 36 dergestalt miteinander verbunden, daß ein abgeschlossener Raum 33 zwischen der unteren Fläche des Deckelteils 31 aus Keramik, der in seiner oberen Fläche einen Brennraum 39 und in seiner äußeren Umfangsfläche eine Nut 37 für einen Kolbenring aufweist, und der oberen Fläche des metallischen Mantelteils 32 gebildet wird, welcher in seiner äußeren Umfangsfläche Nuten 38 für weitere Kolbenringe aufweist, und ein Dichtungsteil 35 ist dergestalt vorgesehen, daß er gegen einen Abschlußteil einer Kolbenbolzen-Aufnahmebohrung 34 angelegt werden kann, die sich in die äußere Umfangsfläche des metallischen Mantelteils 32 öffnet. Bei dieser Kolbenstruktur weist der aus einem Keramikmaterial bestehende Deckelteil eine äußerst große Dicke auf, und daher wird seine erforderliche Wärmekapazität sehr hoch. Da der Brennraum 39 im Deckelteil 31 ausgebildet ist, wird es notwendig, daß der Deckelteil 31 mit großer Dicke geformt wird, um die konstruktiven Kennwerte und eine genügende Festigkeit desselben aufrechtzuerhalten.
  • Der Aufbau des in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 93161/1985 offenbarten wärmeisolierenden Kolbens wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 kurz beschrieben. Fig. 4 zeigt einen wärmeisolierenden Kolben, der allgemein durch die Bezugszahl 40 bezeichnet ist. Bei diesem wärmeisolierenden Kolben 40 ist eine Deckel-Einsatzbohrung 43 in der oberen Abschlußwand 52 eines Kolbenkörpers 50 vorgesehen, welcher einen Kolbenmantelteil 42 mit Kolbenring-Einsatznuten 49 und einer Kolbenbolzen-Aufnahmebohrung 51 umfaßt, und ein an einem Deckel 41 angeformter Vorsprung 44 wird in die Bohrung 43 eingesetzt, wobei der Teil des Kolbenkörpers 50, welcher die Bohrung 43 umgibt, thermisch gepreßt wird, um den Kolbenkörper 50 und den Deckel 41 miteinander zu verbinden. Der Kolbenkörper 50 ist aus Aluminium oder aus schmiedbarem Gußeisen geformt, und der Deckel 41 aus einem Keramikmaterial wie Siliziumnitrid. Der Vorsprung 44 des Deckels 41 ist mit einem innerhalb desselben ausgebildeten Brennraum 47 versehen, und ein kleinerer Vorsprung 45 ist am äußeren Umfangsteil des Deckels 41 angeformt. Ein aus Keramikfasern oder rostfreiem Stahlmaschengeflecht bestehendes wärmeisolierendes Material 46, das in einem zwischen den Vorsprüngen 44, 45 gebildeten Hohlraum 48 angeordnet ist, ist sandwichartig zwischen den entsprechenden Teilen des Deckels 41 und der oberen Abschlußwand 52 des Kolbenkörpers 50 befestigt. Die im Hinblick auf den Brennraum 47 gezeigten wärmeisolierenden Eigenschaften dieses wärmeisolierenden Materials 46 sind nicht befriedigend. Außerdem ist die Dicke des aus einem Keramikmaterial bestehenden Deckels 41 sehr groß, ähnlich dem Deckelteil 31 des zuvor beschriebenen Kolbens 30, und der Deckel 41 ist derart ausgebildet, daß der Deckel 41 direkt der Hitze im Brennraum 47 ausgesetzt ist. Dies verursacht eine Erhöhung der erforderlichen Wärmekapazität des Kolbens.
  • Es ist sehr schwierig, einen wärmeisolierenden Kolbenteil mit befriedigenden wärmeisolierenden Eigenschaften zu liefern, der das oben erwähnte Keramikmaterial als wärmeisolierendes Material oder als hitzebeständiges Material verwendet. Da das Keramikmaterial der hohen Temperatur im Brennraum ausgesetzt ist, erleidet es einen Wärmestoß. Daher ist es erforderlich, daß der aus einem Keramikmaterial bestehende Teil mit einer vorzüglichen Festigkeit geformt wird. Wenn die Dicke des die Wandung des Deckels bildenden Keramikmaterials zum Zweck der Wärmeisolierung erhöht wird, wird die Wärmekapazität der Wandung groß. Folglich erhält bei einem Ansaughub die Ansaugluft eine große Wärmemenge vom Brennraum, wodurch die Temperatur der Ansaugluft erhöht wird, so daß diese Wärme den Luftansaugvorgang negativ beeinflußt. Demzufolge nimmt der Ansaugwirkungsgrad ab, und der Luftansaugvorgang hört auf. Außerdem ist es erforderlich, daß die wärmeisolierenden Eigenschaften des aus einem Keramikmaterial bestehenden Teils im Hinblick auf die bei einem Auspuffhub auftretende Hitze verbessert werden.
  • Die Erfindung ist bestrebt, eine wärmeisolierende Kolbenstruktur zu schaffen, die in der Lage ist, die oben erwähnten Probleme zu lösen, die hervorragende wärmeisolierende Eigenschaften und einen äußerst hohen Wärmewiderstand aufweist, die in der Lage ist, die Wärmekapazität desjenigen Oberflächenteils des Kolbendeckels, welcher dem Brennraum zugewandt ist, in welchem die Temperatur infolge der Verbrennungsgase hoch wird, denen der Brennraum ausgesetzt ist, auf einen möglichst niedrigen Wert zu bringen, und die in der Lage ist, den Ansaugwirkungsgrad und den Wirkungsgrad des Arbeitszyklus zu verbessern.
  • Gemäß der Erfindung wird eine wärmeisolierende Kolbenstruktur geschaffen, welche umfaßt:
  • einen Kolbenmantel, welcher für die Hin- und Herbewegung innerhalb einer Zylinderbüchse ausgelegt ist und eine obere Abschlußwand aufweist; und
  • einen Kolbendeckel mit einem Befestigungsteil, durch den der Kolbendeckel an der oberen Abschlußwand des Kolbenmantels befestigt ist, wobei der Kolbendeckel aus einem Material gebildet ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen der gleiche ist wie der eines Keramikmaterials; dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring, der aus einem Keramikmaterial besteht, an einer oberen Fläche des Kolbenmantels befestigt und derart ausgelegt ist, daß er beim Befestigen des Kolbendeckels am Kolbenmantel in einem zusammengepreßten Zustand mit demselben verbunden ist;
  • daß ein dünner Plattenteil von geringer Dicke, der aus einem Keramikmaterial besteht, an seinem äußeren Umfangsteil mit dem Ring verbunden ist und einen dem Verbrennungsgas auszusetzenden Oberflächenteil darstellt;
  • und daß ein wärmeisolierender Teil in einen Hohlraum eingeschlossen ist, welcher durch eine obere Fläche des Kolbendeckels, eine untere Fläche des dünnen Plattenteils und einen Teil einer inneren Umfangsfläche des Rings umgrenzt ist.
  • Der dünne Plattenteil des sich in der Zylinderbüchse hin und her bewegenden Kolbens, der aus Keramikmaterial besteht und dem Verbrennungsgas ausgesetzt ist, wird mit der kleinstmöglichen Dicke ausgeführt, um die Wärmekapazität dieses Teils zu reduzieren. Folglich ändert sich die Temperatur der Wand des Brennraums leicht in Übereinstimmung mit derjenigen des Verbrennungsgases. In anderen Worten, wenn die Wanddicke des Brennraums gering ist, wird die Differenz zwischen der Wandtemperatur, die gemessen wird, wenn die Temperatur im Brennraum hoch ist, und der Temperatur dieser Wand, die gemessen wird, wenn die Temperatur im Brennraum niedrig ist, größer als die Differenz in dem Fall, in welchem die Wanddicke des Brennraums groß ist. Demzufolge wird die Differenz zwischen der Temperatur des dünnen Plattenteils aus Keramikmaterial und derjenigen des Verbrennungsgases kurzzeitig klein, und das Ausmaß der Wärmeübertragung nimmt ab. Dies bringt eine Abnahme der Wärmemenge mit sich, welche die Ansaugluft von der Wandoberfläche des Brennraums aufnimmt, wodurch die Ansaugluft ruhig in den Brennraum eintritt, ohne darin zu expandieren. Dies ermöglicht eine Verbesserung des Ansaugwirkungsgrads sowie des Wirkungsgrads des Arbeitszyklus.
  • Der dünne Plattenteil aus Keramikmaterial kann aus Siliziumnitrid und Silizium bestehen und an der oberen horizontalen Fläche des Kolbendeckels über ein wärmeisolierendes Material befestigt sein, wobei der dünne Plattenteil, der Kolbendekkel und der Kolbenmantel sehr fest und stabil miteinander verbunden sind, da die Kolbenstruktur derart ausgelegt ist, daß der dünne Plattenteil vorzugsweise den während eines Expansionshubs an ihm angreifenden Druck aufnimmt, ohne ein Problem bezüglich der Festigkeit des dünnen Plattenteils aufzuwerfen, selbst wenn er einen Wärmestoß erhält, und derart, daß der Kolben hervorragende Wärmeisolierungs-Eigenschaften und einen hohen Wärmewiderstand sowie hohe Korrosionsfestigkeit und Formbeständigkeit aufweist.
  • Außerdem ist die Erfindung bestrebt, eine wärmeisolierende Kolbenstruktur zu schaffen, bei welcher die Wärmeausdehnungskoeffizienten des dünnen Plattenteils aus Keramikmaterial und des Kolbendeckels aus Cermet im wesentlichen gleich sind, wobei der Kolbendeckel und der Kolbenmantel aufgrund der hohen Steifheit des Kolbendeckels problemlos miteinander verbunden werden, da sich Kolbendeckel und Kolbenmantel in einem stabil zusammengesetzten Zustand befinden und selbst dann nicht leicht verformbar sind, wenn ein hoher Druck auf sie einwirkt, wobei der Gasdichtungs-Effekt eines Grenzbereichs zwischen dem Kolbendeckel und dem Kolbenmantel stabil gehalten wird, um die Dichtfähigkeit der Kolbenstruktur zu verbessern.
  • Es kann eine wärmeisolierende Luftschicht zwischen dem Kolbendeckel und dem Kolbenmantel vorgesehen werden, wobei der wärmeisolierende Teil z. B. aus Kaliumtitanat-Whisker, Zirkonerde-Faser oder aus einer Mischung dieser Werkstoffe und Glasfaser besteht, so daß er eine hervorragende wärmeisolierende Leistung bezüglich des Brennraums aufweist, wodurch die Wärmeenergie innerhalb des Brennraums gehalten werden kann und keine Wärmeenergie durch die Kolbenteile aus demselben entweicht.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich als Beispiele anhand der beigefügten Figuren beschrieben, worin:
  • Fig. 1 ein Schnitt durch eine Ausführungsform der wärmeisolierenden Kolbenstruktur gemäß der Erfindung ist;
  • Fig. 2 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der wärmeisolierenden Kolbenstruktur gemäß der Erfindung ist;
  • Fig. 3 ein Schnitt durch ein Beispiel eines herkömmlichen Kolbens ist;
  • Fig. 4 ein Schnitt durch ein Beispiel eines herkömmlichen wärmeisolierenden Kolbens ist.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der wärmeisolierenden Kolbenstruktur gemäß der Erfindung, die allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Dieser wärmeisolierte Kolben 10 ist für die Hin- und Herbewegung in einer Zylinderbüchse ausgelegt und besteht hauptsächlich aus einem Kolbendeckel 1, einem metallischen Kolbenmantel 2, einem wärmeisolierenden Material 3, einem dünnen Plattenteil 5, der aus einem Keramikmaterial zusammengesetzt ist, und einem Ring 6. Der Kolbendeckel 1 weist an seinem Mittelteil einen Vorsprung 4 auf, der einen Befestigungsteil bildet, an welchem der Kolbenmantel 2 befestigt ist, und er besteht aus einem Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie derjenige eines Keramikmaterials, einer hohen Festigkeit und einem vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul, z. B. aus Cermet und einem Metall. Der Kolbendeckel 1 ist nicht mit einem Brennraum versehen, und die Oberfläche des Kolbendeckels l, die auf der Seite des Brennraums 15 liegt, ist flach ausgebildet. Der Kolbenmantel 2 ist an seinem Mittelteil mit einer Befestigungsbohrung 12 versehen, in welche der Befestigungsvorsprung 4 des Kolbendeckels 1 eingepaßt wird. Der Kolbendeckel 1 wird in zwangsläufig eingedrücktem Zustand im Kolbenmantel 2 festgesetzt, indem der Befestigungsvorsprung 4 des Kolbendeckels , in die mittlere Befestigungsbohrung 12 im Kolbenmantel 2 eingepaßt und ein Metallring 11 in einem verformten Zustand sowohl in eine Ringnut 14 in der äußeren Umfangsfläche des Vorsprungs 4 als auch in eine Ringnut 13 in der inneren Umfangsfläche der mittleren Befestigungsbohrung 12 eingesetzt wird. Ein aus einer wärmeisolierenden Dichtung bestehender Pufferteil 8 ist in komprimiertem Zustand zwischen den Teil des Kolbendeckels 1, der sich in der Nähe des Befestigungsvorsprungs 4 befindet, und den Teil des Kolbenmantels 2, der sich in der Nähe der mittleren Befestigungsbohrung 12 befindet, eingesetzt, wobei dieser Pufferteil 8 auch eine wärmeisolierende Funktion ausübt. Ein durch die untere Fläche des Kolbendeckels 1, die obere Fläche einer oberen Abschlußwand 24 des Kolbenmantels 2 und einen Teil der inneren Umfangsfläche des Rings 6 begrenzter Raum wirkt als eine Schicht 9 von wärmeisolierender Luft.
  • Die wärmeisolierende Kolbenstruktur gemäß der Erfindung besitzt besondere Merkmale bezüglich der folgenden Anordnung der Teile. Der dünne Plattenteil 5 aus Keramikmaterial, der mit einer extrem geringen Dicke ausgeführt ist, um die Wärmekapazität der Fläche des wärmeisolierenden Kolbens 10, die auf der Seite des Brennraums 15 liegt, d. h. der dem Verbrennungsgas ausgesetzten Fläche des Kolbens 10 zu reduzieren, ist am Kolbendeckel 1 über dem wärmeisolierenden Teil 3 angebracht, so daß der dünne Plattenteil 5 dem Brennraum 15 zugewandt ist. Dieser dünne Plattenteil 5 ist aus einem Keramikmaterial wie z. B. Siliziumnitrid auf eine Dicke von ungefähr bzw. nicht mehr als 1 mm ausgebildet. Der Keramikring 6, dessen Material das gleiche ist wie dasjenige des dünnen Plattenteils 5, ist um den äußeren Umfangsteil des dünnen Plattenteils 5 herumgelegt, und der dünne Plattenteil 5 und der Ring 6 sind z. B. in einem durch die Bezugszahl 18 bezeichneten Berührungsbereich durch chemische Aufdampfung miteinander verbunden. Ein abgestufter Teil 16 ist am mittleren Abschnitt der inneren Umfangsfläche des Rings 6 ausgebildet. Der äußere Umfangsteil 17 des Kolbendeckels 1 ist in den Ring 6 dergestalt eingepaßt, daß er den abgestuften Teil 16 des Rings 6 berührt. Der wärmeisolierende Teil 3 ist in einen durch die untere Fläche des dünnen Plattenteils 5, einen Teil der inneren Fläche des Rings 6 und die obere Fläche des Kolbendeckels 1 abgegrenzten Raum dicht eingeschlossen. Dieser aus Kaliumtitanat-Whisker oder Zirkonerde- Faser bestehende wärmeisolierende Teil 3 wirkt nicht nur als wärmeisolierender Teil, sondern auch als Strukturbauteil für die Aufnahme eines auf den dünnen Plattenteil 5 während des Ausdehnungshubs ausgeübten Drucks. Da der Kolbendeckel 1 in den Kolbenmantel 2 in einem gedrückten Zustand eingesetzt ist, wird der äußere Umfangsteil 17 des Kolbendeckels 1 gegen den abgestuften Teil 16 des Rings 6 und der Ring 6 gegen den Umfangsteil der oberen Abschlußwand 24 des Kolbenmantels 2 gepreßt. Die Dicke des oberen Abschlußteils des Rings 6, welcher einen dem Verbrennungsgas ausgesetzten Teil 25 bildet, ist vorzugsweise auf einen möglichst niedrigen Wert angesetzt. Bei dieser Ausführungsform ist eine aus einem Kohlenring bestehende Dichtung 7 zum Abdichten der Kolbenstruktur zwischen den unteren Abschlußbereich des Rings 6 und den oberen Abschlußbereich des Kolbenmantels 2 eingesetzt. Eine axiale Abdichtkraft wird auf die Kohlenringdichtung 7 dadurch ausgeübt, daß der Kolbendeckel 1 in einem gedrückten Zustand auf den Kolbenmantel 2 gesetzt ist. Bei dieser wärmeisolierenden Kolbenstruktur ist es erforderlich, daß eine aufgrund der Explosion des Gasgemischs auftretende Kompressionskraft von dem wärmeisolierenden Teil 3 gleichmäßig aufgenommen wird, welcher als hitzebeständiges Material von hoher Porosität dient und aus Kaliumtitanat-Whisker oder Zirkonerde-Faser besteht. Diejenige Fläche des Kolbendeckels 1, welche sich auf der Seite des Brennraums, d. h. auf der Seite des dünnen Plattenteils befindet, sowie beide Flächen des dünnen Plattenteils 5 sind vorzugsweise flach ausgebildet. Unter Bezugnahme auf die Figuren bezeichnet die Bezugszahl 21 eine Bohrung, in welche ein Kolbenbolzen eingesetzt ist, und 22 bezeichnet Nuten, in welche Kolbenringe einzusetzen sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der wärmeisolierenden Kolbenstruktur gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Der Aufbau und die Funktion der Teile mit Ausnahme eines dünnen Plattenteils und einer Schicht von wärmeisolierender Luft sind bei dieser Ausführungsform die gleichen wie die der entsprechenden Teile der zuvor mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen wärmeisolierenden Kolbenstruktur. Demzufolge sind diejenigen Teile der Ausführungsform von Fig. 2, die den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion aufweisen wie diejenigen der Ausführungsform von Fig. 1, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, welche in Fig. 1 verwendet werden, und die Beschreibung dieser Teile entfällt. Der dünne Plattenteil 5 des wärmeisolierenden Kolbens 20 ist an seiner unteren Fläche mit Krallen 19 versehen, welche Stützen bilden, die gegen die obere Fläche des Kolbendeckels 1 anlegbar sind. Um einen Metallring 11 in einem verformten Zustand gleichzeitig in eine Ringnut 14 im Kolbendeckel 1 und in eine Ringnut 13 im Kolbenmantel 2 einzusetzen, d. h. diesen Metallring 11 in diesen Nuten 14, 13 unter Ausnützung des Metallflusses derselben festzusetzen, wird der Metallring 11 nach dem Einpassen des Befestigungsvorsprungs 4 des Kolbendeckels 1 in die mittlere Befestigungsbohrung 12 im Kolbenmantel 2 in verformtem Zustand mit Preßsitz in die Nuten 14, 13 in Richtung der Pfeile P in der Zeichnung unter Verwendung einer Presse eingesetzt. Im Verlauf dieses Einpreßvorgangs tritt im dünnen Plattenteil 5 und im Kolbendeckel 1 eine extrem hohe Beanspruchung durch die Kompressionskraft der Presse auf. Da diese Verformungsbelastung an den Krallen 19 abgefangen wird, kann die Zerstörung der dünnen Platte 5 vermieden werden. Eine metallische Wabenstruktur 23, die einen Stützteil bildet, ist in einen Hohlraum eingesetzt, welcher als Schicht von wärmeisolierender Luft wirkt und durch die untere Fläche des Kolbendeckels 1, die obere Fläche einer oberen Abschlußwand 24 des Kolbenmantels 2 und einen Teil der inneren Umfangsfläche des Rings 6 begrenzt ist. Diese metallische Wabenstruktur 23 besteht aus einem Metallmaterial wie rostfreiem Stahl oder aus Aluminium. Die bei einem Expansionshub des Motors auf tretende Kompressionskraft wird von einem zwischen dem Kolbendekkel 1 und dem Kolbenmantel 2 vorgesehenen Pufferteil 8 und einem an der inneren Umfangsfläche des Rings 6 ausgebildeten abgestuften Teil 16 aufgenommen. Da die metallische Wabenstruktur 23 in der Schicht 9 von wärmeisolierender Luft untergebracht ist, wird ein Teil der Kompressionskraft durch dieselbe abgefangen. Daher kann diese Ausführungsform vorzugsweise im Hinblick auf deren Festigkeit ausgebildet werden.

Claims (23)

1. Wärmeisolierende Kolbenstruktur, welche aufweist:
einen Kolbenmantel (2), der zur Hin- und Herbewegung in einer Zylinderbüchse ausgelegt ist und eine obere Abschlußwand (24) aufweist; und
einen Kolbendeckel (1) mit einem Befestigungsteil, durch welchen der Kolbendeckel (1) an der oberen Abschlußwand (24) des Kolbenmantels (2) befestigt ist, wobei der Kolbendeckel (1) aus einem Material gebildet ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige eines Keramikmaterials;
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (6), der aus einem Keramikmaterial besteht, an einer oberen Fläche des Kolbenmantels (2) befestigt und derart ausgelegt ist, daß er beim Befestigen des Kolbendeckels (1) am Kolbenmantel (2) in einem zusammengepreßten Zustand an demselben befestigt ist;
daß ein dünner Plattenteil (5) von geringer Dicke, welcher aus Keramikmaterial besteht, an seinem äußeren Umfangsteil mit dem Ring (6) verbunden ist und einen dem Verbrennungsgas auszusetzenden Oberflächenteil darstellt;
und daß ein wärmeisolierender Teil (3) in einen Hohlraum eingeschlossen ist, welcher durch eine obere Fläche des Kolbendeckels (1), eine untere Fläche des dünnen Plattenteils (5) und einen Teil einer inneren Umfangsfläche des Rings (6) gebildet ist.
2. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach Anspruch 1, wobei ein äußerer Umfangsteil des dünnen Plattenteils (5) und ein Teil im Bereich eines oberen Endes des Rings (6) durch chemische's Aufdampfen eines Keramikmaterials (18) miteinander verbunden sind.
3. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dünne Plattenteil (5) mit möglichst geringer Dicke ausgebildet ist, um dessen Wärmekapazität auf ein Minimum zu reduzieren.
4. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke des dünnen Plattenteils (5) ungefähr bzw. nicht mehr als 1 mm beträgt.
5. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Rings (6) in seinem mit dem; dünnen Plattenteil (5) verbundenen Bereich auf den kleinstmöglichen Wert gebracht wird, um die Wärmekapazität des dem Verbrennungsgas ausgesetzten Rings (6) auf ein Minimum zu reduzieren.
6. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere, dem Verbrennungsgas ausgesetzte Fläche des dünnen Plattenteils (5) flach ausgebildet ist.
7. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der dünne Plattenteil (5) an seiner unteren Fläche mit Abstützungen (19) versehen ist, welche sich gegen die obere Fläche des Kolbendeckels (1) anlegen.
8. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Fläche des Kolbendeckels (1) eben ist.
9. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wärmeisolierende Teil (3) als Strukturbestandteil zur Aufnahme eines auf den dünnen Plattenteil (5) ausgeübten Drucks wirkt.
10. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der dünne Plattenteil (5) und der Ring (6) aus Siliziumnitrid gebildet sind.
11. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der dünne Plattenteil (5) und der Ring (6) aus Siliziumkarbid gebildet sind.
12. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ring (6) an seiner inneren Umfangsfläche mit einem abgestuften Teil (16) versehen ist, in welchen ein äußerer Umfangsteil (17) des Kolbendeckels (1) eingepaßt ist, und wobei der untere Abflußteil des Rings (6) in zusammengepreßtem Zustand gegen die obere Abschlußfläche des Kolbenmantels (2) durch festes Aufsetzen des Kolbendeckels (1) auf den Kolbenmantel (2) angelegt ist.
13. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach Anspruch 12, wobei eine Kohlenstoffdichtung (13) zwischen die sich berührenden Flächen des unteren Abschlußteils des Rings (6) und des oberen Abschlußteils des Kolbenmantels (2) eingesetzt ist.
14. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsteil des Kolbendeckels (1) ein Befestigungsvorsprung (4) ist, welcher mittig am Kolbendeckel (1) ausgebildet ist, und wobei der Befestigungsvorsprung (4) in eine mittlere Befestigungsbohrung (12) im Kolbenmantel (2) eingepaßt ist.
15. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach Anspruch 14, wobei der Kolbendeckel (1) und der Kolbenmantel (2) durch einen Metallring (11) miteinander verbunden sind, welcher in verformtem Zustand sowohl in eine in der äußeren Umfangsfläche des Befestigungsvorsprungs (4) ausgebildete Ringnut (14) als in eine in der inneren Umfangsfläche der mittleren Befestigungsbohrung (12) ausgebildete Ringnut (13) eingesetzt ist.
16. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Teil des Kolbendeckels (1), welcher den Befestigungsvorsprung (4) umgibt, und der Teil des Kolbenmantels (2), welcher die mittlere Befestigungsbohrung (12) umgibt, in zusammengepreßtem Zustand über einen Pufferteil (8) gegeneinander angelegt sind, welcher eine wärmeisolierende Funktion ausübt.
17. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Schicht (9) von wärmeisolierender Luft in einem Hohlraum vorhanden ist, welcher durch eine untere Fläche des Kolbendeckels (1), die obere Fläche der oberen Abschlußwand (24) des Kolbenmantels (2) und einen Teil der inneren Umfangsfläche des Rings (6) begrenzt ist.
18. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach Anspruch 17, wobei eine Metallwabenstruktur (23) in diesem Hohlraum zur Aufnahme der Druckkräfte vorhanden ist, welche auf den Kolbendeckel (1) durch die obere Abschlußwand (24) ausgeübt werden.
19. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Material, welches den Kolbendeckel (1) bildet und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige eines Keramikmaterials, aus Cermet besteht.
20. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Material, welches den Kolbendeckel (1) bildet und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen der gleiche ist wie derjenige eines Keramikmaterials, ein metallisches Material mit hoher Festigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul ist.
21. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wärmeisolierende Teil (3) aus einem hitzebeständigen Material besteht, welches eine hohe Porosität aufweist und aus Kaliumtitanat- Whisker zusammengesetzt ist.
22. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der wärmeisolierende Teil (3) aus einem hitzebeständigen Material besteht, welches eine hohe Porosität aufweist und aus Zirkonerde-Faser zusammengesetzt ist.
23. Wärmeisolierende Kolbenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kolbenmantel (2) mit Nuten (22) zur Aufnahme von Kolbenringen in seiner äußeren Umfangsfläche versehen ist, und daß eine Bohrung (21) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens in Richtung seines Durchmessers verläuft.
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