JP2018048739A - 内燃機関用のピストンリング - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ壁をピストン本体にシールするためのピストンリングアセンブリを提供する。
【解決手段】ピストンリングアセンブリ２０は、互いに当接して軸方向に積層された複数のリング４２を含む。各リングは内面４４および外面を有する。ピストンリングアセンブリはさらに、積層されたリング４２を実質的に円周方向に囲み、かつリングの外面に当接するばね５０を含む。ばねは、積層されたリングを径方向内向きに付勢して、リングの内面をピストン本体に接してシールする。ばねは、停止状態にある時に蛇行パターンに曲げられた材料からなる細片で作られ、ピストン本体に対して付勢力を及ぼし得る。
【選択図】図１

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１２年２月１７日に出願された出願連続番号第６１／６００，１６３号の利益を主張する。

発明の背景
１．発明の分野
本発明は概して、シリンダの内部に少なくとも１つの往復ピストンを有する内燃機関に関し、特に、往復ピストンとシリンダ壁との間のシールに関する。

２．関連技術
典型的な内燃機関には、エンジンブロックのシリンダの内部を往復運動する少なくとも１つのピストン本体が設けられる。一般に、各ピストン本体は複数のリング溝を含み、リング溝の各々がピストンリングを受けて作動可能に支持する。作動時、ピストンリングはリング溝の中にとどまり、各自のピストン本体とともにエンジンブロックのシリンダの内部を往復運動する。とりわけ、ピストンリングは、ピストン本体の上方の燃焼室内に燃焼ガスをシールしてピストン本体からシリンダ壁に熱を伝達することによって、クランクケースから燃焼室へのオイルの通過を制限するように、かつ全体的に均一な油膜をシリンダ壁に提供するように機能する。そのようなピストンリングは、典型的に、ばね力によって径方向外向きにシリンダ壁に接して付勢されて、ピストン本体とシリンダ壁との間にシールを確立する。

発明の要約
本発明の一局面は、シリンダ壁をピストン本体にシールするためのピストンリングアセンブリを提供する。ピストンリングアセンブリは、互いに当接して軸方向に積層された複数のリングを含み、リングの各々は内面および外面を有する。ピストンリングアセンブリはさらに、積層されたリングを実質的に円周方向に囲み、かつリングの外面に当接するばねを含む。ばねは、積層されたリングを径方向内向きに付勢して、リングの内面をピストン本体に接してシールする。

ピストンリングアセンブリはシリンダ壁のチャネル内に着座して、ピストン本体のスカートに接してシールされ得る。したがって、ピストンリングは、エンジンの作動時に通常は静止し続け、シリンダ壁に対して動かない。この位置によって、スカートの長さを損なうことなく、ピストン本体がエンジンのシリンダ内を往復運動する際にピストン本体の安定性を高めることができ、すなわち、スカートは、ピストン本体が下死点位置にある時、シリンダ壁を通り過ぎて下向きに延在し得る。ピストンリングは耐ブローバイ性も有する。

本発明の別の局面は、パワーシリンダアセンブリを提供する。パワーシリンダは、実質的に円周方向に延在するチャネルが形成されたシリンダ壁を含む。パワーシリンダアセンブリはさらに、スカートを有するピストン本体を含み、スカートの外面の少なくとも一部は周囲に実質的に連続的に延在する。さらに、パワーシリンダアセンブリは、シリンダ壁のチャネルの内部に配置されたピストンリングアセンブリを含む。ピストンリングアセンブリは、互いに当接して軸方向に積層された複数のリングを含み、リングの各々は内面お
よび外面を有する。ピストンリングアセンブリはさらに、積層されたリングを実質的に円周方向に囲むばねを含む。ばねは、積層されたリングの外面に当接し、積層されたリングを径方向内向きに付勢して、積層されたリングの内面をピストン本体のスカートの円周方向において連続的な部分に接してシールする。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面と関連して考慮されると以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるため、容易に認識されるであろう。

ピストンリングアセンブリの例示的な実施形態の斜視図である。 図１のピストンリングアセンブリを含むパワーシリンダアセンブリの例示的な実施形態の断面図であって、上死点位置にあるピストン本体を示す図である。 図１のピストンリングアセンブリを含むパワーシリンダアセンブリの例示的な実施形態の別の断面図であって、下死点位置にあるピストン本体を示す図である。 シリンダ壁のチャネル内に配置されてピストン本体とシール係合している図１のピストンリングアセンブリを示す横断面部分図である。 図１のピストンリングアセンブリの上面図である。 図１のピストンリングアセンブリの分解図である。

実施可能な実施形態の説明
いくつかの図面全体にわたって同様の番号は対応する部分を示す図面を参照して、内燃機関のパワーシリンダアセンブリ２６のシリンダ壁２４にピストン本体２２をシールするためのピストンリングアセンブリ２０の例示的な実施形態を図１に全体的に示す。次に図２および図３の横断面図を参照して、例示的なピストンリング２０は、エンジンブロック２８と二片式シリンダライナ３０とを有する内燃機関のパワーシリンダアセンブリ２６内に取付けられた状態で示されており、二片式シリンダライナ３０はともに、軸方向に延在するシリンダ壁２４を提供し、シリンダ壁２４は、シリンダ壁２４の周りに実質的に円周方向に延在するチャネル３２を有する。具体的には、例示的な実施形態では、ピストンリング２０は、軸方向に互いに間隔を空けられて上述のチャネル３２を提供するシリンダライナ３０片の端同士の間に配置される。しかし、チャネル３２はさまざまな異なる態様でシリンダ壁２４に形成され得ることを認識すべきである。たとえば、チャネル３２は、シリンダライナ３０をまったく用いずにエンジンブロック２８に直接形成されてもよい。例示的なピストンリング２０はディーゼル燃料圧縮点火エンジン内に取付けられた状態で示されているが、ピストンリング２０は代わりに、たとえばスパーク点火エンジンまたは水平対向２ピストン／シリンダエンジンを含む、さまざまな異なる種類の内燃機関において用いられ得ることを認識すべきである。

引続き図２および図３を参照して、例示的なパワーシリンダアセンブリ２６のピストン本体２２は、ピストン本体２２の外壁に形成された関連のリング溝内に保持される１つ以上の上部ピストンリング３４（例示的な実施形態では複数が示される）を含む。ピストン本体２２はさらに、ピストンリング２０領域から垂下し、かつエンジンの作動時のシリンダ内の往復運動の際にピストン本体２２を導くのに有用なスカート３６を有する。スカート３６の少なくとも一部は全体的に円筒形状であり、周囲に連続的に延在する外面を有する。スカート３６のこの部分は、シリンダ壁２４との間に作動ギャップ３８が存在するように、シリンダ壁２４の内径とほぼ同じであるが相対的により小さいようにサイズ決めされる。ピストン本体２２はリストピン（図示せず）または同様の種類の接続装置によって接続ロッド４０に結合され、接続ロッド４０は次いでクランクシャフト（図示せず）または同様の機構に結合される。

引続き図２および図３を参照して、例示的なピストンリング２０は、シリンダ壁２４のチャネル３２内の位置において、エンジンブロック２８に対して固定装着され、ピストン本体２２のスカート３６の外面に接してシールされることによって、シリンダ壁２４とピストン本体２２との間に気密および液密シールを確立する。ピストンリングアセンブリ２０は内面４４（図４にもっとも良く示される）を有し、この内面は、エンジンの作動時にピストン本体２２のスカート３６と走行接触して、ピストン本体２２の一方の側で燃焼室内に燃焼ガスをシールし、ピストン本体２２の他方の側で、たとえばクランクケース（図示せず）または任意の他の油室内にオイルをシールする。エンジンの作動時、ピストン本体２２は、シリンダ壁２４の内部で、図２に示される上死点位置と図３に示される下死点位置との間を上下に動く。図示されるように、例示的なピストンリングアセンブリ２０はスカート３６の円周方向において連続的な部分とシール係合し続け、ピストン本体２２の移動範囲全体にわたって気密および油密シールを維持する。シリンダ壁２４のチャネル３２内のピストンリングアセンブリ２０の位置によって、スカート３６の長さを損なうことなく、ピストン本体２２がエンジンのシリンダ内を往復運動する際にピストン本体２２の安定性を高めることができ、すなわち、スカート３６は、ピストン本体２２が下死点位置にある時、クランクケース（図示せず）内へ下向きに延在し得る。

次に図４を参照して、例示的な実施形態のピストンリングアセンブリ２０は、互いに当接して軸方向に積層された、複数の個別の別々に形成されたリング４２を含む。例示的なリング４２の各々は、丸みを帯びた内面４４と、丸みを帯びた外面４６と、全体的に平坦な上下面とを有し、隣接するリング４２の上下面は互いに当接関係にある。したがって、ピストンリングアセンブリ２０の内向きの面は、シリンダ壁２４とピストン本体のスカート３６の外面との間にオイルシールおよびガスシールを提供する複数のシール面をむ。例示的な実施形態では、ピストンリングアセンブリ２０は４つのリング４２を含む。しかし、２つ以上の任意の数のリング４２が用いられ得ることを認識すべきである。

次に図６の分解図を参照して、各リング４２は、リングギャップ４８によって互いに分離された端を有し、隣接するリング４２のリングギャップ４８は、互いに円周方向に食い違い配置されている。これによって、ピストン本体２２の周りに円周方向において連続的なシールを提供することにより、ピストンリングアセンブリ２０のオイル収集およびガスシール性能が向上する。リング４２は好ましくは、互いに取付けられていない。

再び図１を参照して、ピストンリングアセンブリ２０はさらに、積層リング４２を実質的に円周方向に囲み、かつ積層リング４２の外面４６に当接して積層リング４２を径方向内向きに付勢するばね５０を含む。これは、リング４２の内面４４をピストン本体２２に接してシールする効果を有する（図２および図３に示す）。例示的な実施形態のばね５０は、ばね鋼などの金属からなる帯状片で作られ、山部および谷部を有する全体的に蛇行パターンで延在する。図４に示されるように、蛇行ばね５０は、積層リング４２の外面との係合と、シリンダ壁２４のチャネル３２の後壁との係合とを交互に繰返す。蛇行ばね５０は、積層リング４２とシリンダ壁２４との間に挿入されると、自身の停止状態に向かって歪むことによって積層リング４２を径方向内向きに付勢し、シリンダ壁２４とピストン本体２２との間に気密および油密シールを確立する。図示されるように、積層リング４２の内面４４と外面４６との間の距離は、ピストン本体２２のスカート３６の外面との間の作動ギャップ３８よりも大きいため、オイルおよびガスが蛇行ばね５０のギャップを通ってピストンリングアセンブリ２０を流れ過ぎることを実質的に防止する。

リング４２および蛇行ばね５０は任意の所望の製造工程で形成されてもよく、たとえば、鋳鉄および鋼を含む任意の所望の材料で作られてもよい。リング４２はさらに、コーティングされていなくてもよいし、耐摩耗性コーティング（クロム、酸化アルミニウムセラ
ミックを含むクロム［ＣＫＳ［登録商標］］、ミクロダイヤモンドを含むクロム［ＧＤＣ［登録商標］］等）が少なくとも自身の内面４４に塗布されていてもよい。

実施形態の例示的な説明は説明的であることが意図されており、発明を限定することは意図されていない。開示された実施形態に対する変形および修正が当業者にとって明らかになり、発明の範囲内にあり得る。

Claims (13)

1. シリンダ壁をピストン本体にシールするためのピストンリングアセンブリであって、
   互いに当接して軸方向に積層された複数のリングを備え、前記リングの各々は内面および外面を有し、前記ピストンリングアセンブリはさらに、
   積層された前記リングを実質的に円周方向に囲み、前記リングの前記外面に当接し、積層された前記リングを径方向内向きに付勢して、前記リングの前記内面を上記ピストン本体に接してシールするばねを備える、ピストンリングアセンブリ。
2. 前記リングの各々の前記内面は丸みを帯びている、請求項１に記載のピストンリングアセンブリ。
3. 前記リングの各々はギャップを有し、隣接するリングの前記ギャップは互いに円周方向に食い違い配置されている、請求項１に記載のピストンリングアセンブリ。
4. 前記リングの各々は、全体的に平坦な上面および全体的に平坦な下面を有する、請求項１に記載のピストンリングアセンブリ。
5. 前記複数のリングは４つのリングとしてさらに定義される、請求項１に記載のピストンリングアセンブリ。
6. 前記ばねは全体的に蛇行形状を有する、請求項１に記載のピストンリングアセンブリ。
7. パワーシリンダアセンブリであって、
   チャネルが形成されたシリンダ壁を備え、前記チャネルは前記シリンダ壁の周りに実質的に円周方向に延在しており、前記パワーシリンダアセンブリはさらに、
   スカートを有するピストン本体を備え、前記スカートの外面の少なくとも一部は周囲に実質的に連続的に延在しており、前記パワーシリンダアセンブリはさらに、
   前記シリンダ壁の前記チャネルの内部に配置されたピストンリングアセンブリを備え、
   前記ピストンリングアセンブリは、互いに当接して軸方向に積層された複数のリングを有し、前記リングの各々は内面および外面を有し、
   前記ピストンリングアセンブリはさらに、積層された前記リングを実質的に円周方向に囲み、前記外面に当接し、積層された前記リングを径方向内向きに付勢して、積層された前記リングの前記内面を前記ピストン本体の前記スカートの円周方向において連続的な上記部分に接してシールするばねを含む、パワーシリンダアセンブリ。
8. 前記リングの各々の前記内面は丸みを帯びている、請求項７に記載のパワーシリンダアセンブリ。
9. 前記リングの各々はギャップを有し、隣接するリングの前記ギャップは互いに円周方向に食い違い配置されている、請求項７に記載のパワーシリンダアセンブリ。
10. 前記リングの各々は、全体的に平坦な上面および全体的に平坦な下面を有する、請求項７に記載のパワーシリンダアセンブリ。
11. 前記複数のリングは４つのリングとしてさらに定義される、請求項７に記載のパワーシリンダアセンブリ。
12. 前記ばねは、前記シリンダ壁と当接する複数の山部および前記リングの前記外面と当接する複数の谷部を含む全体的に蛇行形状を有する、請求項７に記載のパワーシリンダアセ
    ンブリ。
13. 前記シリンダ壁は、互いに間隔を空けられて前記チャネルを提供する端を有する少なくとも２片からなる、請求項７に記載のパワーシリンダアセンブリ。