JP2012513571A - 第2のリング溝に延在する通路を有するピストンアセンブリ - Google Patents
第2のリング溝に延在する通路を有するピストンアセンブリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012513571A JP2012513571A JP2011542479A JP2011542479A JP2012513571A JP 2012513571 A JP2012513571 A JP 2012513571A JP 2011542479 A JP2011542479 A JP 2011542479A JP 2011542479 A JP2011542479 A JP 2011542479A JP 2012513571 A JP2012513571 A JP 2012513571A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring groove
- piston
- ring
- passage
- piston assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/09—Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
内燃機関のシリンダ内で往復するように構成されたピストンアセンブリを開示する。ピストンアセンブリは、頂面、円筒壁、第1のリング、第2のリング、および少なくとも1つの通路を備える。円筒壁は、頂面から延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、および第1のリング溝と第2のリング溝との間の第1のランドを含む。第1のリングは、第1のリング溝内に受容される。第2のリングは、第2のリング溝内に受容される。第2のリングは、シリンダに係合するように構成された外側表面と、外側表面に対向する内側表面とを含む。少なくとも1つの通路は、外側表面が曝されている第1の容積部を、内側表面が曝されている第2の容積部に流体連結する。
Description
本開示は、ピストンアセンブリに関し、より詳細には、内燃機関用のピストンアセンブリに関する。
往復式内燃機関は、一般に、シリンダ内で往復することで、燃焼プロセス中に放出されたエネルギーを有用な回転エネルギーに変換するピストンアセンブリを利用している。この変換を遂行するため、ピストンアセンブリは、一般に、シリンダライナ(またはエンジンブロックにおけるシリンダ)およびヘッドと協働して、容積を変更可能な燃焼室を形成する。燃焼プロセス中に放出されたエネルギーにより、燃焼室内に著しい圧力が生じ、ピストンアセンブリをシリンダ内で運動させる。ピストンアセンブリは、ピストンアセンブリの直線運動がクランク軸の回転運動に変換されるように、クランク軸に連結されている。従って、燃焼圧がピストンアセンブリをシリンダ内で運動させる際、ピストンアセンブリもクランク軸を回転させる。燃焼室内の圧力が大きいほど、より大きい力がピストン、最終的にはクランク軸に加えられる。従って、ピストンアセンブリを通るガスの漏洩を最小化することで、最大の圧力がピストンアセンブリに作用することを保証することが有益である。また、ピストンアセンブリがシリンダ内で往復する際にピストンアセンブリを十分に潤滑することで、ピストンアセンブリの適正な機能を保証することを助けることも望ましい。しかし、オイルがピストンアセンブリを通過し、燃焼室に進入して燃焼プロセス中に燃焼させないことが、ますます重要になりつつあり、それは、オイルの消費が最小化されるためだけでなく、煤煙やNOx等の規制対象排出成分を最低レベルに保つことが助けられるためでもある。排出規制により特定の排気成分の許容レベルが低下され続けているため、一般に燃料の燃焼よりも規制対象排出成分のレベルを高める結果となる燃焼プロセス中に燃焼されるオイルの量を最小化することは、規制対象排出成分の発生を最小化することを助ける1つの方法である。
ピストンアセンブリを通って漏洩または移動することが可能な加圧ガスおよび潤滑剤の量を低減するため、多くの現代のピストンアセンブリは、ピストンリングの組を含んでいる。ピストンリングの数および構成は変化し得るが、1つの一般的な構成は、上ピストンリング、中間ピストンリング、および下ピストンリングの3つのピストンリングを有する。上ピストンリングの主たる目的は、ピストンアセンブリを通る燃焼ガスの漏洩を最小化することである。下ピストンリングの主たる目的は、シリンダ壁上に存在し得る余剰オイルを掻き落とすことである。中間ピストンリングは、通常、追加のガスシールを提供することにより上ピストンリングを支援し、かつシリンダ壁上の残留油膜を掻き落とすことにより下ピストンリングを支援する役に立つ。一般に、ピストンリングは、共に作働することで所望される封止作用を果たす。1つのリングが適正に機能しなければ、大抵、適切な封止作用が達成されないだろう。
4ストロークエンジンサイクル内の異なる点において、3つのピストンリングの各々は、異なる圧力に曝されるかもしれず、特定のピストンリングの異なる部分は、異なる圧力に曝されるかもしれず、各ピストンリングは、それぞれのリング溝内で軸方向と径方向との両方において異なる位置に移動するかもしれない。これらの圧力および位置は、他の可能性のある要因の中でも、ピストンアセンブリが4ストロークサイクル内でどこにあるか、ピストンアセンブリの加速または減速、燃焼圧、およびピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦レベルに依存するであろう。
いくつかの環境下では、中間ピストンリングが、そのリング溝の上部に対して押圧され(これにより、中間ピストンリングの表面が上ピストンリングと中間ピストンリングとの間の圧力に曝され、中間ピストンリングの裏側(または径方向内側)が下ピストンリングと中間ピストンリングとの間の圧力に曝されるという状況が生じる)、リングの表面とリングの裏側との間の圧力差が、中間ピストンリングを「潰れさせる」または本質的にシリンダ壁から離れるように移動させるために十分なものである、という状況を経験し得る。これが起こると、中間ピストンリングは、そのオイル掻き落とし機能を行うことが不可能であり、オイルが中間ピストンリングを通過して燃焼プロセス中に消費されてしまうかもしれない。これにより、オイルが消費されるだけでなく、望まれないエンジン排出物を増加させる傾向がある。
開示のピストンアセンブリは、上記の問題の1つ以上または他の問題を克服することを対象とするものである。
一例示的実施形態によれば、内燃機関のシリンダ内で往復するように構成されたピストンは、頂面および円筒壁を備える。円筒壁は、頂面から離れるように延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、第3のリング溝、第1のランド、第2のランド、および第3のランドを含む。第1のリング溝は、第1のリングを受容するように構成されている。第2のリング溝は、第2のリングを受容するように構成されている。第3のリング溝は、第3のリングを受容するように構成されている。第1のランドは、頂面と第1のリング溝との間にある。第2のランドは、第1のリング溝と第2のリング溝との間にある。第3のランドは、第2のリング溝と第3のリング溝との間にある。少なくとも1つの通路が、第2のランドと第2のリング溝との間に延在する。少なくとも1つの通路は、第2のリング溝を第2のランドを取り囲む容積部に流体連結するように構成されている。
別の例示的実施形態によれば、内燃機関のシリンダ内で往復するように構成されたピストンアセンブリは、頂面、円筒壁、第1のリング、第2のリング、および少なくとも1つの通路を備える。円筒壁は、頂面から延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、および第1のリング溝と第2のリング溝との間の第1のランドを含む。第1のリングは、第1のリング溝内に受容される。第2のリングは、第2のリング溝内に受容される。第2のリングは、シリンダに係合するように構成された外側表面と、外側表面に対向する内側表面とを含む。少なくとも1つの通路は、外側表面が曝されている第1の容積部を、内側表面が曝されている第2の容積部に流体連結する。
別の例示的実施形態によれば、内燃機関は、ブロック、シリンダヘッド、クランク軸、およびピストンアセンブリを備える。ブロックは、第1の端部および第2の端部を有する少なくとも1つの円筒状ボアを含む。シリンダヘッドは、ブロックに連結され、かつ円筒状ボアの第1の端部を実質的に包囲する。クランク軸は、ブロック内に回転可能に受容される。ピストンアセンブリは、円筒状ボア内に受容され、かつ円筒状ボア内で往復するように構成されている。ピストンアセンブリは、クランク軸に連結され、かつピストンが円筒状ボア内で往復する際にクランク軸を回転させるように構成されている。ピストンアセンブリは、頂面、円筒壁、第1の圧縮リング、第2の圧縮リング、およびオイルリングアセンブリを含む。円筒壁は、頂面から離れるように延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、第3のリング溝、第1のリング溝と第2のリング溝との間の第1のランド、および第1のランドと第2のリング溝との間に延在する少なくとも1つの通路を含む。第1の圧縮リングは、第1のリング溝内に受容される。第2の圧縮リングは、第2のリング溝内に受容される。オイルリングアセンブリは、第3のリング溝内に受容される。少なくとも1つの通路は、第2のリング溝を、第1のランドを取り囲む容積部に流体連結するように構成されている。
図面は本開示の例示的な実施形態または特長を示すが、図面は必ずしも縮尺通りではなく、より良好な図示および説明を提供するため特定の特長が誇張されているかもしれない。本明細書に記載の例示は、例示的な実施形態または特長を示し、かかる例示は、本発明の範囲を何ら制限するものではないと解釈すべきである。
以下、特定の実施形態または特長を詳細に参照し、それらの例を添付図面において示す。一般に、同じまたは対応する部品を参照する際は、同じまたは対応する参照番号を、図面を通して用いる。用語「上部」、「下部」、「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、および配向に関わる他の用語は、物体を図面に示す際にそれらの説明を容易化するためにのみ用いられているものと理解すべきであり、本説明の範囲をこれらの用語の各々に関連付けられた配向に制限するものと解するべきではない。
図1を全体的に参照すると、一例示的実施形態による内燃機関10が示されている。エンジン10は、化学エネルギー(ディーゼル燃料、バイオディーゼル、ガソリン等の燃料からのもの)を回転機械エネルギーに変換し、かつ車両、機関車、機械等の多くの異なる用途において動力源として用いられ得る装置である。一例示的実施形態によれば、エンジン10は、ブロック12、ヘッドアセンブリ16、ピストンアセンブリ18、連接棒20、およびクランク軸22を含む。
ブロック12は、ヘッドアセンブリ16、ピストンアセンブリ18、連接棒20、およびクランク軸22を受容および支持するように構成された略剛性の構造体またはハウジングである。一例示的実施形態によれば、ブロック12は、クランク軸22を受容する略円筒状のチャンバ24と、チャンバ24から径方向外方に延在する1つ以上の円筒状ボア26とを画成している。円筒状ボア26の各々は、ピストンアセンブリ18を直接受容するように構成してもよいし、または、シリンダライナ28を受容するように構成し、かかるシリンダライナ28を、次いで、ピストンアセンブリ18を直接受容するように構成してもよい。各シリンダライナ28は、円筒状ボア26内に受容され、かつピストンアセンブリ18が往復する際に沿うピストンボア34を画成する略筒状の部材である。ブロック12は、また、ヘッドアセンブリ16のブロック12への連結を容易化するように構成された、各円筒状ボア26の遠端に配置された略平坦面30を画成している。
ヘッドアセンブリ16は、シリンダライナ28、ブロック12、およびピストンアセンブリ18と協働して実質的に包囲された燃焼室32を画成し、かつ燃焼室32に対する空気および他のガスの流出入と燃焼室32への燃料の噴射とを制御する機構を含むコンポーネントのアセンブリである。一例示的実施形態によれば、ヘッドアセンブリ16は、ヘッドアセンブリ16の全体構造を形成し、かつヘッドアセンブリ16のその他のコンポーネントを受容および支持するように構成されたハウジング35を含む。ハウジング35は、ブロック12の平坦面30に対して接合することでヘッドアセンブリ16とブロック12との間に略封止された界面を形成する下面を含む。ブロック12に連結されると、ハウジング35は、ピストンボア34の各々を覆うまたは包囲するために役立つ。ハウジング35は、また、燃焼室32に空気を方向付ける吸気ポート36と、燃焼室32から出るように排気を方向付ける排気ポート40と、燃料を対応する燃焼室32に噴射する燃料噴射器46を受容するように各々が構成されたボア44(通常、燃焼室32につき1つ)とを含む。ヘッドアセンブリ16は、また、吸気ポート36に対応しかつ各燃焼室32への空気の流入を制御するために役立つ吸気バルブ34と、排気ポート40に対応しかつ各燃焼室32からの排気の流出を制御するために役立つ排気バルブ42とを含む。様々な代替的および例示的な実施形態によれば、ヘッドアセンブリは、種々の異なる構成の1つを取ってもよく、吸気バルブ38および排気バルブ42の作動を制御する様々な機構(例えば、カム、ロッカーアーム、エンジンブレーキ、可変バルブ作動システム等)等の他の様々なコンポーネントを含んでもよく、ヘッドアセンブリのハウジングは、共に連結された1つ以上の個々の部分で提供されてもよく、ヘッドアセンブリは、当該技術において既知の種々の他の実施形態の1つを取ってもよい。
以下でより詳細に説明するピストンアセンブリ18は、ピストンボア34内に受容され(各ピストンボア34に1つのピストンアセンブリ18)、一般に、シリンダライナ28およびヘッドアセンブリ16と協働して燃焼室32を形成する役に立つ。各ピストンアセンブリ18は、各エンジンサイクル(例えば、4ストロークエンジンサイクルまたは2ストロークエンジンサイクル)を完了させる際に対応するピストンボア34内で往復するように構成され、エンジン10が動作している限りエンジンサイクルを繰り返し続ける。連接棒またはピストンロッド20は、ピストンアセンブリ18をクランク軸22に連結する剛性のロッドまたは部材である。クランク軸22は、軸心周りを回転しかつエンジン10の回転動力出力を提供する軸である。クランク軸22は、連接棒20の一端が連結された径方向にオフセットされた「クランクピン」を含む。各ピストンアセンブリ18がピストンボア34内で線形に往復する際、対応する連接棒20がクランク軸22を回転させる。
図1および図2を参照して、ピストンアセンブリ18は、シリンダライナ28のピストンボア34に沿って摺動するかまたはピストンボア34内で移動することで、燃焼室32の容積の変更を可能にする剛性装置である。一例示的実施形態によれば、ピストンアセンブリ18は、ピストン50、ピストンリングの組52、およびピン54を含む。
一例示的実施形態によれば、ピストン50は、関節式ピストンアセンブリであり、ヘッドまたはクラウン56およびスカート58を含む。
一例示的実施形態によれば、ヘッド56は、頂面60、ボウル62、円筒状の側壁またはスカート64、冷却ギャラリ66、およびピンボス68を有する略円筒状の部材である。頂面60は、シリンダライナ28の軸心に対して垂直な平面に配置された実質的に平坦な環状領域である。ボウル62は、頂面60により定義される平面内に延在する凹状領域であり、燃焼効率を改善することを意図している。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、ボウル62は、燃焼に影響を及ぼす特定の特性(例えば、噴射圧、噴射噴霧角度、シリンダ径等)に依存して種々の異なる形状およびサイズの1つを取り得る。
側壁64は、頂面60の外側縁から垂直に延在する。一例示的実施形態によれば、側壁64は、頂面60から開始して離れる方向に、第1または上のランド70、第1または上のリング溝72、第2または上の中間のランド74、第2のまたは中間のリング溝76、第3または下の中間のランド78、第3または下のリング溝80、および第4または下のランド82を含む。上リング溝72は、側壁64内に径方向内方に延在する略楔形状または要石形状の環状凹部であり、組をなすピストンリング52の1つを受容するように構成されている。中間リング溝76は、側壁64内に径方向内方に延在する略矩形状の環状凹部であり、組をなすピストンリング52の別の1つを受容するように構成されている。中間リング溝76は、頂面60に対して実質的に平行な2つの実質的に平行な辺84および86と、辺84および86の間に延在する内側辺88とにより画成されている。下リング溝80は、側壁64内に径方向内方に延在する略矩形状の環状凹部であり、組をなすピストンリング52のさらに別の1つを受容するように構成されている。様々な代替的および例示的な実施形態によれば、リング溝72、76、および80の各々は、それらが用いられるエンジンに適した種々の異なる構成の1つを取り得る。
冷却凹部66は、ピストンアセンブリ18からの除熱を容易化するためにエンジンオイル等の冷却流体を受容するように構成されたキャビティまたはチャンバである。一例示的実施形態によれば、冷却凹部66は、ヘッド56の底面90内に軸方向に延在する環状凹部により定義される。冷却凹部66は、ヘッド56の側壁64から径方向内方に、およびボウル62の軸方向下方に離間されるように構成されている。様々な代替的および例示的な実施形態によれば、冷却凹部は、特定のピストンアセンブリ18およびエンジン10の動作特性に依存して、種々の異なる形状およびサイズの1つを取ってもよく、側壁64およびボウル62に対して異なる径方向および軸方向の位置に設けてもよい。
ピンボス68は、ヘッド56のピン54およびスカート58への連結を容易化する突起または構造体である。一例示的実施形態によれば、2つのピンボス68が、ヘッド54の底面90から下方に延在し、連接棒20の一部分がそれらの間に受容され得るように離間されている。各ピンボス68は、ピン54を受容するように構成されたボアを含む。
一例示的実施形態によれば、スカート58は、ピン54を介してヘッド56に連結された略筒状の部材である。スカート58は、径方向にスカート58を通じて延在するボアを含む。スカート58がヘッド56に組み付けられると、スカート58のボアがヘッド56のピンボス68におけるボアと位置合わせされ、ピン54がすべてのボアを通じて挿入される。このようにして、ピン54は、スカート58およびヘッド56を共に連結するのに役立つ。
ピストンリングの組52とは、ピストン50のリング溝72、76、および80内に受容されたピストンリングをいう。一例示的実施形態によれば、ピストンリングの組52は、上リング溝72内に配置されるように構成された第1の圧縮リング92と、中間リング溝76内に配置されるように構成された第2の圧縮リング94と、下リング溝80内に配置されるように構成されたオイルリングアセンブリ96とを含む。第1の圧縮リング92および第2の圧縮リング94は、一般に、ピストンアセンブリ18を通るクランクケースへの燃焼ガスおよび未燃焼燃料の通過(「ブローバイ」として知られる現象)を低減、最小化、または実質的に排除するために役立つ。この機能では、リング92および94が、防止または低減されなければピストンアセンブリ18ひいてはクランク軸22の駆動を助けるために用いられる可能性がある、ピストンアセンブリ18を通るガスの漏洩を防止または低減することにより、エンジン10の効率を維持することを助ける。リング92および94は、また、少なくとも部分的に、(クランクケースから)燃焼室へのオイルの通過を低減、最小化、または実質的に排除するためにも役立つ。この後者の機能では、燃焼室へのオイルの通過を低減または排除することが、排出物を少なく保つことを助け、また、エンジン10によるオイルの消費を防止または低減することを助ける。一例示的実施形態によればコイル状の伸張ばねにより径方向外方に付勢される「M」字状のリングまたはレールを含み得る、オイルリングアセンブリ96は、一般に、ピストンボア34上のオイルの層を制御するために役立つ。3つのリング92、94、および96の各々は、一般に、ブローバイを低減し、オイルの消費を低減し、ピストン50からシリンダライナ28に熱を伝達するシステムとして共に作働する。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、3つのリングの各々は、特定の用途に適した種々の異なる構成の1つ、例えば、当該技術において現在既知の多くの構成または将来設計されうる他の構成の1つ等を取り得る。
一例示的実施形態によれば、第2の圧縮リング94は、径方向外方に面する表面100と、径方向内方に面する表面102と、軸方向上方に面する表面104と、軸方向下方に面する表面106とを含む。表面100は、封止および拭払機能を行うためにピストンボア34に係合するように構成されている。軸方向上方に面する表面104および軸方向下方に面する表面106は、互いに略平行であり、それぞれリング溝76の辺84および辺86と協働するように構成されている。径方向内方に面する表面102は、略軸方向領域107およびテーパ領域108を含む。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、第2の圧縮リングは、第1の圧縮リング92およびオイルリングアセンブリ96の性能および動作特性に少なくとも部分的に依存して、種々の異なる断面形状のいずれか1つを取り得る。
リストピンまたはガジオンピンとしても知られるピン54は、スカート58におけるボア、ヘッド56のピンボス68におけるボア、および連接棒20の一端におけるボアを通って延在することで、スカート58およびヘッド56を共に連結しかつピストンアセンブリ18を連接棒20に連結するように構成されている。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、ピンは、当該技術において現在既知の構成の1つ等の種々の異なる構成のいずれか1つを取り得る。
様々な例示的実施形態によれば、ピストン50のヘッド56の側壁64は、また、第1の圧縮リング92、第2の圧縮リング94、第2のランド74、およびピストンボア34の間に形成されたキャビティ98を第2のリング溝76の辺84、86、および88ならびに第2の圧縮リング94の径方向内方に面する表面102の間に形成されたキャビティ99と流体連結するために役立つ通路を(エンジン10の動作中に第2のリング溝76の辺84と第2の圧縮リング94の軸方向上方に面する表面104との間に形成され得るいずれかの間隙以外に)含む。この通路は、キャビティ98からの加圧ガスをキャビティ99に通過させ、かかるガスは、次いで、第2の圧縮リング94の径方向内方に面する表面102に対して作用して、第2の圧縮リング94をピストンボア34に対して径方向外方に付勢する力を加える。一般に、通路の適切なサイズ、形状、構成、および数は、ピストンアセンブリ18が曝される圧力、ピストンアセンブリ18のサイズ、ピストンアセンブリ18が用いられるエンジンの速度範囲、および他の要因に少なくとも部分的に依存し得る。
図2に示す一例示的実施形態によれば、通路は、第2のランド74からキャビティ99の境界を形成するリング溝76の辺84の一部分に対角線状に延在する円筒状のボア108により形成される。一実施形態では、ボア108の直径は、約0.5ミリメートル以上であり得る。別の実施形態では、ボア108の直径は、約0.75ミリメートル以上であり得る。別の実施形態では、ボア108の直径は、約1ミリメートル以上であり得る。別の実施形態では、ボア108の直径は、約2.5ミリメートル以上であり得る。さらなる実施形態では、ボア108の直径は、約0.5〜1.0ミリメートルの範囲、例えば約0.75ミリメートルであり得る。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、ピストン50は、ただ1つのボア108を含んでもよいし、または、ピストン50の円周の周りで離間された複数のボア108を含んでもよい。他の実施形態によれば、ボアは、例えば穴、スロット、またはスリット等のいずれかの種類の開口であってもよく、円筒形状以外の形状を有してもよい。例えば、ボアは、第2のランド74からリング溝76に延在する際に直径が徐々に増加または減少するテーパ状であってもよく、シャンパングラス形状を有してもよく、樽形状であってもよく、または種々の他の形状の1つを有してもよい。他の例示的および代替的な実施形態によれば、ボアは、ドリル加工、フライス加工、ボーリング、レーザドリル加工、または他の好適な工程または手法を含む、いずれかの好適な製造工程を用いてピストン50に形成し得る。
図3および図4に示すさらに別の例示的実施形態によれば、通路は、キャビティ99およびキャビティ98を流体連結するように第2のランド74内に軸方向上方に、および第2のリング溝76の辺84内に径方向内方に延在する切り欠き110により形成される。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、ピストン50は、ただ1つの切り欠き110を含んでもよいし、または、ピストン50の円周の周りで離間された複数の切り欠き110を含んでもよい。他の例示的および代替的な実施形態によれば、各切り欠きは、種々の異なる構成のいずれか1つを取り得る。例えば、切り欠きは、凹部、溝、デテント、または種々の他の構成のいずれか1つであってもよく、部分的な円筒、球体、矩形の形状、もしくは他の形状を取ってもよく、またはV字形もしくは他のいずれかの好適な形状もしくは構成であってもよい。他の例示的および代替的な実施形態によれば、切り欠きは、ドリル加工、フライス加工、ボーリング、レーザドリル加工、または他の好適な工程または手法を含む、いずれかの好適な製造工程を用いてピストン50に形成し得る。
ピストン50内に設けられた通路の総面積は、各通路の形状および構成ならびに設けられた通路の総数に依存する。一実施形態では、総面積は、約0.2mm2以上であり得る。別の実施形態では、総面積は、約0.44mm2以上であり得る。別の実施形態では、総面積は、約0.79mm2以上であり得る。別の実施形態では、総面積は、約4.91mm2以上であり得る。さらなる実施形態では、総面積は、約0.2mm2〜約0.79の範囲、例えば約0.44mm2であり得る。
図5に示す別の代替的な実施形態によれば、通路は、ピストン50ではなく、第2の圧縮リング94の軸方向上方に面する表面104に設けられた切り欠き112の形態であり得る。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、第2の圧縮リング94は、ただ1つの切り欠き112を含んでもよいし、または、第2の圧縮リング94の円周の周りで離間された複数の切り欠き112を含んでもよい。様々な例示的および代替的な実施形態によれば、各切り欠きは、種々の異なる構成のいずれか1つを取り得る。例えば、切り欠きは、凹部、溝、デテント、または種々の他の構成のいずれか1つであってもよく、部分的な円筒、球体、矩形の形状、もしくは他の形状を取ってもよく、またはV字形もしくは他のいずれかの好適な形状もしくは構成であってもよい。他の例示的および代替的な実施形態によれば、切り欠きは、ドリル加工、フライス加工、ボーリング、レーザドリル加工、または他の好適な工程または手法を含む、いずれかの好適な製造工程を用いて第2の圧縮リング94に形成し得る。
上記の説明は関節式ピストンに関連して行ったが、通路連結キャビティ98および99は、また、一体成形ピストンまたは他のピストン構成においても設け得る。同様に、ディーゼルエンジンに関連して説明したが、キャビティ98および99を連結する通路は、ガソリンエンジンまたは他の種類の内燃機関(例えば、ガス燃料エンジン等)用のピストンに関連して用い得る。
典型的な4ストロークエンジンサイクル中、ピストンアセンブリ18は、爆発または動力行程、排気行程、吸気行程、および圧縮行程を経るだろう。ピストンアセンブリ18がピストンボア34内で往復する際、第1の圧縮リング92、第2の圧縮リング94、およびオイルリングアセンブリ96の各々は、それぞれ第1のリング溝72、第2のリング溝76、および第3のリング溝80内で移動し得る。第2の圧縮リング94の第2のリング溝76内での移動に影響を及ぼす少なくとも3つの要因が存在する。これらの3つの要因は、第2の圧縮リング94とピストンボア34との間の摩擦、ピストンアセンブリ18の加速または減速、および第2の圧縮リング94に作用するガスの異なる圧力を含む。これらの3つの要因は、状況に依存して共に連携してまたは互いに反抗して作働することで、第2の圧縮リング94を第2のリング溝76内で移動させる。
圧縮行程中、ピストンアセンブリ18は、下死点位置において開始し、上死点位置に移動する。ピストンアセンブリ18の下死点位置から上死点位置への移動は、クランク軸22の180度の回転にわたり発生するだろう。この180度において、ピストンアセンブリ18は、概ね最初の約110度で加速し、次いで、ピストンアセンブリ18が上死点位置に到達するまで残りの70度で減速するだろう。減速が始まる正確な位置は、連接棒20の長さおよびクランク軸22のストロークに依存し、異なるエンジンの構成で変化し得る。しかし、多くのエンジン構成について、この位置は、上死点位置の概ね70度手前である。ピストンアセンブリ18が下死点位置から上死点位置に移動する際、燃焼室32の容積が減少するだろう。圧縮行程中、吸気バルブ38および排気バルブ42は概ね閉じているため、ピストンアセンブリ18により生じる容積低減により、燃焼室32内の圧力が増加するだろう。この圧力の一部は、第1の圧縮リング92を通って漏洩し、第2の圧縮リング94に作用する可能性がある。
ピストンアセンブリ18または第2の圧縮リング94に通路(例えば、ボア108、切り欠き110、または切り欠き112)が存在しなければ、いくつかの状況では、圧縮行程中に、第2の圧縮リング94に作用する摩擦力および圧力がピストンアセンブリ18の減速の効果に勝るほど十分でなく、ピストンアセンブリ18が上死点位置に到達するときに第2の圧縮リング94が第2のリング溝76の辺84(上側)に対して付勢される位置にある、という状況が生じる可能性があると思われる。次いで、少なくとも動力行程の開始中、第2の圧縮リング94に作用する摩擦力と組み合わせられたピストンアセンブリ18の加速が、第2の圧縮リング94を第2のリング溝76の辺84に対して付勢された状態に維持するために十分である。この状況では、第1の圧縮リング92を通る燃焼により生成されたガス圧が、第2の圧縮リング94を第2のリング溝76の辺86(下側)に向けて付勢しているが、第2の圧縮リング94に作用する圧力による力は、第2の圧縮リング94を第2のリング溝76の頂部におけるその位置から移動させるために十分ではない。しかし、第2の圧縮リング94は依然として第2のリング溝76の辺84(上側)に対して押圧されているため、第2の圧縮リング94の上方のキャビティ98における圧力に曝される径方向外方に面する表面100と、キャビティ99における圧力(第2の圧縮リング94の下方のキャビティ114における圧力に略等しい)に曝される第2の圧縮リング94の径方向内方に面する表面102との間に圧力差が生じ得る。いくつかの状況では、この圧力差が第2の圧縮リング94を潰れさせる(またはピストンボア34から離れるように移動させる)と思われる。動力行程中に第2の圧縮リング94が潰れると、第2の圧縮リング94は、もはや、ピストンボア34からオイルを掻き落とす機能を行うことが不可能である。このため、より多くのオイルがピストンボア34上に残留し、ピストンアセンブリ18が下方に移動し続ける際、その残留オイルが燃焼プロセスの一部として燃焼させられる。オイルの燃焼により、オイルが消費されるだけでなく、特定の望まれない排気ガス成分を増加させる影響を有するかもしれず、ますます厳しくなる排出規制を満たすことがより困難になる。
ピストンアセンブリ18および/または第2の圧縮リング94に通路(例えば、ボア108、切り欠き110、または切り欠き112)を追加することが、第2の圧縮リング94の潰れを低減または排除するために役立ち得ると思われる。通路は、内部の圧力が径方向外方に面する表面100に作用するキャビティ98と、内部の圧力が径方向内方に面する表面102に作用するキャビティ99とを流体連結することにより、第2の圧縮リング94の径方向外方に面する表面100と径方向内方に面する表面102との間の圧力差の大きさを低減するか、またはかかる圧力差を排除することにより、これを遂行すると思われる。第2の圧縮リング94の対向面に作用する圧力が等しいか、またはほとんど等しいときは、第2の圧縮リング94が潰れる可能性は低い。
例示的および他の代替的な実施形態に示すピストンアセンブリの要素の構成および編成は、説明のみのためのものであることに留意することが重要である。本開示ではピストンアセンブリのいくつかの実施形態のみを詳細に説明したが、本開示を閲覧する当業者は、記載の主題の新規の教示および利点から著しく逸脱することなく、多くの修正が可能である(例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状、および割合、パラメータの値、取り付け編成、材料の使用、配向、コンポーネント位置の変更等)ことを容易に理解するであろう。例えば、一体形成されるものとして示した要素を複数の部品で構成してもよく、複数の部品として示した要素を一体形成してもよく、界面の動作を反転またはその他変更してもよいし、ならびに/または、構造体および/もしくは部材もしくはコネクタもしくはシステムの他の要素の長さ、幅、もしくは他の寸法を変更してもよい。ピストンアセンブリの要素および/またはアセンブリは、十分な強度または耐久性を提供する幅広い材料のいずれかから、ならびに幅広い組織および組み合わせのいずれかにおいて構成し得ることに留意すべきである。また、ピストンアセンブリは、幅広い用途のいずれかにおける幅広いエンジンのいずれかに関連して用い得ることにも留意すべきである。そのため、すべてのかかる修正は、本開示の範囲内に含まれることを意図する。例示的および他の代替的な実施形態の設計、動作条件、および編成において、他の置換、修正、変更、および省略を、本開示の精神から逸脱することなく行い得る。
Claims (20)
- 内燃機関のシリンダ内で往復するように構成されたピストンであって、ピストンは:
頂面と;
頂面から離れるように延在する円筒壁と;
を備え、円筒壁は:
第1のリングを受容するように構成された第1のリング溝と;
第2のリングを受容するように構成された第2のリング溝と;
第3のリングを受容するように構成された第3のリング溝と;
頂面と第1のリング溝との間の第1のランドと;
第1のリング溝と第2のリング溝との間の第2のランドと;
第2のリング溝と第3のリング溝との間の第3のランドと;
第2のランドと第2のリング溝との間に延在する少なくとも1つの通路と;
を含み、
少なくとも1つの通路は、第2のリング溝を、第2のランドを取り囲む容積部に流体連結するように構成されている、ピストン。 - 通路は略円筒状のボアである、請求項1に記載のピストン。
- 通路は、第2のランドおよび第2のリング溝内に延在する切り欠きである、請求項1に記載のピストン。
- 第1のリング溝および第2のリング溝は、各々、圧縮リングを受容するように構成されている、請求項1に記載のピストン。
- 第3のリング溝は、オイルリングアセンブリを受容するように構成されている、請求項4に記載のピストン。
- 第1のリング溝および第2のリング溝は、異なる断面形状を有する、請求項4に記載のピストン。
- 第1のリング溝は実質的に楔形状であり、第2のリング溝は実質的に矩形状である、請求項6に記載のピストン。
- 第2のリング溝内に位置決めされた第2のリングをさらに備え、第2のリングは、径方向内側の表面と、シリンダに係合するように構成された径方向外側の表面とを含む、請求項1に記載のピストン。
- 通路は、第2のリングの径方向内側の表面よりも径方向内方にある第2のリング溝の少なくとも一部分に延在する、請求項8に記載のピストン。
- 少なくとも1つの通路は2つ以上の通路である、請求項1に記載のピストン。
- 少なくとも1つの通路は、約0.5mm〜約2.5mmの直径を有する円筒状ボアである、請求項1に記載のピストン。
- 少なくとも1つの通路の総面積は、約0.2mm2〜約4.9mm2である、請求項1に記載のピストン。
- ピストンは関節式ピストンであり、頂面および円筒壁はピストンヘッドを形成し、ピストンは、さらに、ピストンヘッドに連結されたピストンスカートを備える、請求項1に記載のピストン。
- 内燃機関のシリンダ内で往復するように構成されたピストンアセンブリであって、
頂面と;
頂面から延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、および第1のリング溝と第2のリング溝との間の第1のランドを含む円筒壁と;
第1のリング溝内に受容された第1のリングと;
第2のリング溝内に受容され、かつシリンダに係合するように構成された外側表面と、外側表面に対向する内側表面とを含む、第2のリングと;
外側表面が曝されている第1の容積部と、内側表面が曝されている第2の容積部とを流体連結する少なくとも1つの通路と;
を備える、ピストンアセンブリ。 - 少なくとも1つの通路は円筒壁に形成されている、請求項14に記載のピストンアセンブリ。
- 少なくとも1つの通路は、第1のランドと第2のリング溝との間に延在する、請求項15に記載のピストンアセンブリ。
- 少なくとも1つの通路は、約0.5mm〜約2.5mmの直径を有する円筒状ボアである、請求項16に記載のピストンアセンブリ。
- 少なくとも1つの通路は第2のリングに形成されている、請求項14に記載のピストンアセンブリ。
- 少なくとも1つの通路の総面積は、約0.2mm2〜約4.9mm2である、請求項14に記載のピストンアセンブリ。
- 内燃機関であって:
第1の端部および第2の端部を有する少なくとも1つの円筒状ボアを含むブロックと;
ブロックに連結され、かつ円筒状ボアの第1の端部を実質的に包囲するシリンダヘッドと;
ブロック内に回転可能に受容されたクランク軸と;
円筒状ボア内に受容され、かつ円筒状ボア内で往復するように構成されたピストンアセンブリであって、クランク軸に連結され、かつピストンが円筒状ボア内で往復する際にクランク軸を回転させるように構成されている、ピストンアセンブリと;
を備え、ピストンアセンブリは:
頂面と;
頂面から離れるように延在し、かつ第1のリング溝、第2のリング溝、第3のリング溝、第1のリング溝と第2のリング溝との間の第1のランド、および第1のランドと第2のリング溝との間に延在する少なくとも1つの通路を含む円筒壁と;
第1のリング溝内に受容された第1の圧縮リングと;
第2のリング溝内に受容された第2の圧縮リングと;
第3のリング溝内に受容されたオイルリングアセンブリと;
を備え、
少なくとも1つの通路は、第2のリング溝を、第1のランドを取り囲む容積部に流体連結するように構成されている、内燃機関。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13968208P | 2008-12-22 | 2008-12-22 | |
US61/139,682 | 2008-12-22 | ||
PCT/US2009/068705 WO2010075207A1 (en) | 2008-12-22 | 2009-12-18 | Piston assembly having a passage extending to the second ring groove |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012513571A true JP2012513571A (ja) | 2012-06-14 |
Family
ID=42288097
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011542479A Pending JP2012513571A (ja) | 2008-12-22 | 2009-12-18 | 第2のリング溝に延在する通路を有するピストンアセンブリ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012513571A (ja) |
DE (1) | DE112009004401T5 (ja) |
WO (1) | WO2010075207A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9091349B2 (en) | 2012-07-10 | 2015-07-28 | Hrst, Inc. | Self-energizing seal |
WO2022208526A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | Tvs Motor Company Limited | Internal combustion engine |
GB2623589A (en) * | 2022-10-21 | 2024-04-24 | Cross Mfg Company 1938 Limited | Sliding ring seal assembly |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60194147U (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-24 | トヨタ自動車株式会社 | ピストン |
JPH0365839U (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-26 | ||
JPH11201283A (ja) * | 1998-01-16 | 1999-07-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ピストン及びピストンリング |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3190273A (en) * | 1964-01-03 | 1965-06-22 | Continental Aviat & Eng Corp | Piston for internal combustion engine |
US5040454A (en) * | 1988-10-21 | 1991-08-20 | Caterpillar Inc. | Piston assembly and piston member thereof having a predetermined compression height to diameter ratio |
US5251915A (en) * | 1990-02-12 | 1993-10-12 | General Motors Corporation | Piston and ring assembly |
US5261362A (en) * | 1992-11-30 | 1993-11-16 | Chrysler Corporation | Piston assembly having multiple piece compression ring |
US6463903B1 (en) * | 2001-08-30 | 2002-10-15 | Caterpillar Inc | Piston assembly for free piston internal combustion engine |
-
2009
- 2009-12-18 JP JP2011542479A patent/JP2012513571A/ja active Pending
- 2009-12-18 WO PCT/US2009/068705 patent/WO2010075207A1/en active Application Filing
- 2009-12-18 DE DE112009004401T patent/DE112009004401T5/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60194147U (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-24 | トヨタ自動車株式会社 | ピストン |
JPH0365839U (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-26 | ||
JPH11201283A (ja) * | 1998-01-16 | 1999-07-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ピストン及びピストンリング |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112009004401T5 (de) | 2012-08-16 |
WO2010075207A1 (en) | 2010-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI524002B (zh) | 內燃機與用於操作具有可操作地置於套筒閥之一圓柱形膛中之一往復活塞之一內燃機的方法 | |
JP2006153005A (ja) | 偏心クランク可変圧縮比機構 | |
US5737999A (en) | Blowby pressure control above an oil control ring in a reciprocating internal combustion engine | |
JP2007327370A (ja) | 対向ピストン型2サイクルエンジン | |
KR100447455B1 (ko) | 2사이클 기관용 피스톤 | |
US11566588B2 (en) | Internal combustion engine/generator with pressure boost | |
CN100538055C (zh) | 具有不对称销孔槽布置的活塞 | |
JP2012513571A (ja) | 第2のリング溝に延在する通路を有するピストンアセンブリ | |
US7866295B2 (en) | Piston skirt oil retention for an internal combustion engine | |
JP5711250B2 (ja) | 燃料噴射装置を備えるエンジン | |
WO2010084831A1 (ja) | 茸弁の傘部の底面を覆う部品を持つピストン式エンジン | |
NL2011947C2 (en) | Combustion engine comprising a cylinder. | |
JP7504735B2 (ja) | 2ストローク式対向ピストンエンジン | |
JP2019132210A (ja) | 潤滑油供給構造 | |
WO2022208526A1 (en) | Internal combustion engine | |
JPWO2018163237A1 (ja) | ユニフロー掃気式2サイクルエンジン | |
US6283070B1 (en) | Apparatus and method for sealing internal combustion engines | |
CN113685286A (zh) | 内燃机用活塞环 | |
FI128417B (en) | Cylinder liner with recesses | |
KR101368521B1 (ko) | 2행정 회전 피스톤기관 | |
JPH02252909A (ja) | 対向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関 | |
RU2457342C2 (ru) | Двигатель | |
KR19980083123A (ko) | 다수의 오일 드레인 홀을 가지는 피스톤 링 | |
JP2011069447A (ja) | 内燃機関 | |
JP2010229858A (ja) | ピストン、ピストンリング、及び往復動装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120918 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130827 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130830 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140304 |