JP3231046B2 - ピストン式内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリンダーに設けられた少なくとも一つのピ
ストンを有するピストン式内燃機関、特に大型ディーゼ
ルエンジンに関するものであり、前記ピストンはシリン
ダーに当接され、それぞれに配分された溝に設けられた
多数のピストンリングを有するピストンリングセットを
備え、少なくとも一つのガス密閉性の互いに係合する端
部を備えたピストンリングおよび／あるいは漏損口とな
る間隙を形成するように互いに離間した端部を有する少
なくとも一つの標準ピストンリングが設けられ、少なく
とも個々のガスを密閉するピストンリングには少なくと
も一つの漏損口が別個に設けられている。

このような種類の周知の配置（WO97/11295）において
はガスを密閉するピストンリングの下側領域に設けら
れ、半径方向の溝として形成された漏損口が設けられて
いる。前記の溝はその際平行な側部を有するので、対応
するピストンリングの半径方向の厚み全体にわたって溝
断面の内法は同一となる。従ってこの溝断面はピストン
リングが磨耗した場合にも、すなわち半径方向の厚みが
減少しても同じであるので、漏損容量も常に一定であ
る。このような場合に不利な点は、個々の場合の必要に
応じて漏損容量を適合させられないことである。

例えばピストンリングを始動する際には、ピストンリ
ング間の領域に始動後とは異なる圧力状態を作るのが望
ましい。また、例えばガス密閉性のピストンリングの下
方に多数のいわゆる標準ピストンリングが設けられ、そ
れらの標準ピストンリングの端部は漏損口となる間隙を
限定し、この間隙は磨耗すると次第に開放され、それと
共にこの間隙を介して導かれる漏損も増大するピストン
リングセットにおいて、ガス密閉性のピストンリングの
漏損口の漏損容量を標準ピストンリングの増大する漏損
に適応させるといった方法も同様に望ましい。

ドイツ公開公報第3924982号記載のピストンリングセ
ットにおいては、標準ピストンリングの上側領域に放射
状の溝によって形成された漏損口が設けられている。こ
の場合も溝は平行な側部を有するので、対応するピスト
ンリングの放射状の厚み全体にわたって溝断面の内法は
同一となる。従って磨耗に応じて漏損容量を個々の場合
の要求に適合させることはこのような周知の装置では不
可能である。

従って前記のような理由から本発明の課題は、最初に
述べたような種類の配置を簡単で廉価な手段によって改
良し、磨耗に応じてピストンリングの漏損容量を個々の
場合の要求に適合させられるようにすることである。

この課題は本発明によって次のように理解される。す
なわち、二つのピストンリング端部の間に設けられた間
隙によって形成されたものではない漏損口が、ピストン
リングが磨耗した際に有効な断面が変化するように形成
されることである。

前記の解決法によって前記の従来技術の不利点は完全
に解消され、それによって設計上の融通性が高くなる。
ガス密閉性のピストンリングにおいてピストンリングの
磨耗が増大するにつれて増大する漏損断面を適用するこ
とは、磨耗の際に標準ピストンリングの間隙が増大する
のにかかわらず、全てのピストンリングの間の領域にお
いて常にほぼ同じ圧力状態を達成するためには、例えば
一部が標準ピストンリングから、また一部がガスを密閉
するピストンリングから成るピストンリングセットなど
が好適である。この場合、ガス密閉性のピストンリング
の漏損口が磨耗に応じて拡大されることにより、同時に
標準ピストンリングの間隙が拡大することも考慮され
る。従ってピストンリングセット内に少なくとも一つの
ガス密閉ピストンリングの他に比較的廉価な標準リング
を使用し、しかも全てのピストンリングの間の領域で同
じ圧力状態を保証することは好適に可能である。標準ピ
ストンリングにおいて磨耗が増大するにつれて減少する
漏損断面を適用することによって、磨耗の増大に伴って
標準ピストンリングの端部の間隙が増大することを好適
に防止できるので、いかなる時点においても全体の漏損
がほぼ等しくなるか、あるいは前記のような方法を取ら
なければ漏損が増大してしまう場合にもそれを遅らせる
ことができる。磨耗の増大に従って減少する漏損断面を
適用した場合、例えばピストンリング間の領域における
圧力を機械が作動状態に入った後に増大させることも好
適に可能である。始動運転時には圧力はわずかに保持す
ることができる。

本発明による手段によって明らかに設計上の融通性が
高くなるだけでなく、ピストンリングの寿命が長くな
る。従って本発明による手段によって全体の経済性が高
くなる。

上位に記載の手段の有利な形成と目的に適ったさらな
る形成は下位請求項に記載されている。

以下に本発明の実施形態を図に基づいてより詳細に説
明する。図に示すのは以下の通りである。

図１はピストン内燃機関のシリンダ＝ピストン連結装
置の部分断面図； 図２はガス密閉性ピストンリングの端部の図； 図３は標準ピストンリングの端部の図； 図４は図１の細部IVの拡大図としての本発明の第一の
実施形態； 図５は図４のV/Vによる平面図； 図６はガス密閉性ピストンリングの平面図に基づき、
ピストンリング下側領域に溝が設けられた実施形態； 図７および８は図６による実施形態のバリエーショ
ン； 図９はピストンリングの下側領域に溝が設けられ、標
準ピストンリングの状態に適合された実施形態； 図10は縁部付近に漏損口を設けた実施形態； 図11および12は図10による実施形態のバリエーション
である。

図１はシリンダー２内で軸方向に移動可能に設けられ
たピストン１を示している。図に示されたシリンダー＝
ピストン連結装置はピストン式内燃機関、例えば大型デ
ィーゼルエンジンなどの一部である。このようなピスト
ン式内燃機関の構成および作用は周知である。

ピストン１には上下に重ねて設けられた多数のピスト
ンリング3,4からなるピストンリングセットが設けられ
ている。ピストンリング3,4はそれぞれに配分されたピ
ストン１の円周溝５に設けられ、その外周がシリンダー
２の内部表面に当接している。前記のピストンリングセ
ットによって、ピストン１の上方に設けられた燃焼室を
ピストン１の下方に設けられたクランク室に大して密閉
しなければならない。溝５の間には循環するブリッジ６
が形成される。溝５はそれぞれに配分されたピストンリ
ング3,4に対して、図４による拡大図から最もよく分か
るとおり、ピストンリングの上方および半径方向内側に
間隙７または８が形成されるように余剰部を有する。

ピストンリングセットの少なくとも一番上のピストン
リングはいわゆるガス密閉性ピストンリングとして形成
されている。図に示された例では上の二つのピストンリ
ング３がこれに当たる。これらのピストンリングはそれ
ぞれ図２に示されるように相互にガスを密閉するように
係合する端部９を有している。図に示された実施形態で
はこれらの端部９は互いに重なり合う突起として形成さ
れているが、溝とばねによる係合も考えられる。端部９
の長さは、図２に破線で表されているように、該当する
ピストンリング３が半径方向に拡大した場合でも係合が
保持され、それと共にガス密閉性が保持される大きさに
なる。ピストンリング３の外周領域が磨耗すると前記の
ような半径方向の拡大が生じるが、ピストンリングが緊
張しているためにシリンダー２への当接は保持される。

下方のピストンリング４はいわゆる標準ピストンリン
グとして形成することができる。これらのピストンはガ
ス密閉性でないためより安価である。標準ピストンリン
グ４は図３に示されるように貫通する間隙10を形成しな
がら互いに離間し、斜めに切断された端部を有する。間
隙10はまず幅ａを有する。ピストンリング４の外周が磨
耗すると、間隙10は図３に破線で示されたように開放さ
れる。その際、間隙10の内法幅Ａは拡大される。この間
隙10を介して漏損が起こる。この漏損は間隙10の内法幅
が磨耗に応じて拡大した結果起こるので、磨耗に依存し
ている。

上記漏損は該当するピストンリング４の下方領域に圧
力を生じさせる。全てのピストンリングができるだけ均
一にこの圧力の負荷を受けるようにするために、ピスト
ンリングセットの全てのピストンリング3,4の下方の圧
力状態ができるだけ等しくなるように配慮される。その
ためにいわゆるガス密閉性のピストンリング３には多数
の、好適に円周上に均一に配分された漏損口が設けられ
ている。これらの漏損口は、個々のガス密閉性ピストン
リング３に設けられた全ての漏損口の全漏損容量が標準
ピストンリング４の間隙10の漏損容量にほぼ相当するよ
うに好適に形成することができる。これは運転開始時の
状態にもその後の時点、すなちピストンリングの円周側
が磨耗する場合にも該当しなければならない。従ってガ
ス密閉性のピストンリング３に設けられた漏損口は、そ
れらの有効な断面が磨耗に応じて変化し、それらの漏損
容量が標準ピストンリング４の間隙10の漏損容量と同様
に増加するように形成されている。

前記のようなガス密閉性のピストンリング３に設けら
れた漏損口は様々な方法で実現することができる。

図1,4および５による実施形態においてはガス密閉性
のピストンリング３が設けられた個々のブリッジ６に、
対応する溝５の半径方向内側の領域を起点として斜め下
方に延設し、ブリッジ６の円周面領域を出口とする貫通
項11が設けられ、これらの貫通孔は間隙７および８と共
に対応するピストンリング３の周囲に設けられた流れ通
路を形成し、この流れ通路によってピストン１とシリン
ダー２の間の間隙のピストンリング３の上方および下方
の領域が連通される。貫通孔11の入口は図５から最もよ
く分かるように、互いに半径方向にずらされている。こ
の半径方向のずれは貫通孔の半径よりも好適に小さい。
貫通孔11は対応するピストンリング３によって磨耗に応
じて次第に上方に調整される。最初の状態ではピストン
リング３はその半径方向内側の縁部12によって、半径方
向において最も内側に設けられた貫通孔11を除いて、全
ての貫通孔11が覆われ、従って閉鎖されるように溝５に
係合する。ピストンリング３の外周領域が摩耗しそれと
ともに半径方向において薄くなると、ピストンリング３
は移動し、それと共に図５において矢印および破線で示
されているように、このピストンリングの半径方向内側
の縁部12も半径方向外側に移動する。この際、縁部12は
次第に多くの貫通孔11を通過し、それによってこれらの
貫通孔は開放されるため、開放された貫通孔11の全断面
が次第に大きくなる。

貫通穴11の代わりにピストンリング３の下側領域に図
２の13で示されたような、このピストンリングをくり抜
いた溝を設けることも可能である。これらの溝13も間隙
７および８と共に該当するピストンリング３の周囲を通
る流れ通路を形成する。溝13は図６から８に示す通り、
対応するピストンリング３の半径方向の厚みを貫通し、
溝の半径方向の長さの少なくとも一部において、溝断面
の内方が半径方向外側から半径方向内側へ連続的に拡大
するように互いに対向する側面部を有している。

図６による実施形態では溝13が一貫して拡大する断面
を有している。図７による実施形態では溝13が半径方向
外側のピストンリング円周部を起点とし、内側に向かっ
て拡大する断面を有する部分とこの部分に続く断面が等
しく保たれる内側の部分を有する。内側に向かって拡大
する断面を備えた部分は、時間の経過につれて磨耗によ
って除去される対応するピストンリング３の外側の領域
をほぼ超えるほど延在する。溝13はそれぞれに対応する
ブリッジ６によってブリッジ６のカバー面の円周端部14
と隣接するシリンダー２の内周との間の半径方向外側の
領域まで覆われている。従って溝13の有効な排出断面は
端部14に設けられる。この端部は固定されている。ピス
トンリング３は磨耗が増大するにつれて図６において矢
印で示される通り半径方向外側に移動するので、図６に
破線で示すように端部14を通過する溝13の領域は次第に
幅が広くなる。最初に端部14によって架橋される溝13の
幅はｓで表されている。厚みＶの磨耗が生じた後、この
幅はＳとなる。このことから溝13の有効な排出断面は磨
耗が増大するにつれて増大することが分かる。同じこと
は溝13が半径方向内側に設けられた、平行な側面部を有
する部分に到達するまでの図７による実施形態にも当て
はまる。図６および７による実施形態では図４および５
による実施形態とは異なり、溝13の有効な排出断面、従
ってこのような溝によって形成される漏損口の漏損容量
が連続的に拡大する。

図８による実施形態では溝13が対応するピストンリン
グ３の半径方向外側の領域に平行な側面部を有する。さ
らにこれらの側面部はピストンリング３の半径方向外側
の円周領域からの距離が増大するにつれて互いの距離も
増大するように対向的に設けられる。この際、まず溝13
の有効な排出断面は等しく保たれ、小さい。一定の磨耗
が生じ、内側に向かって幅が増大する溝の部分が端部14
の領域に入り込んだ後、溝13の有効な排出断面はさらに
磨耗が増大するにつれて拡大する。このような種類の実
施形態は、例えばピストンリング３の始動時に漏損が等
しく保たれることが望ましいような場合に適用される。
例えば半径方向外側から内側に向かって溝の断面が減少
するようなその他の溝の形態も実現可能であるが、これ
は多くの場合に好適な始動運転状態を実現するのに好適
である。

図３においてピストンリング４の下側領域に設けられ
た溝15によって示されるように、標準ピストンリング４
にも間隙10に加えてさらに別の漏損口を設けることがで
きる。これらの溝は図９から最もよく分かるとおり、半
径方向外側から半径方向内側に向かって断面が減少する
ように形成されている。溝15をこのように形成した場
合、ブリッジ６の端部14における溝15の有効排出断面は
運転開始時に最も大きく、磨耗が増大するにつれて減少
する。従って間隙10の領域における展開と逆の展開が成
立する。このことにより、間隙10の有効漏損断面の拡大
を、溝15あるいは対応するピストンリング４の円周に設
けられた溝15によって相殺するか、いずれにしても弱め
ることができる。

溝13または15の代わりにピストンリング３または４に
も図10から12に示すとおり、縁部領域に設けられ、軸方
向に貫通する凹所を設けることができる。図10に示すピ
ストンリングには軸方向に貫通する円周側の溝16が設け
られ、この溝の内法幅は半径方向内側に向かって増大す
る。この溝16は対応するピストンのブリッジ６によって
外縁部14の外側の領域に至るまで覆われている。ピスト
ンリングの磨耗が増大するにつれてピストンリングは次
第に外側に移動し、それによって溝14の覆われていない
領域の幅は次第に広くなる。従ってその際図６および７
による配置の場合と同一の効果が生じる。図11に示すピ
ストンリングには軸方向に貫通する円周側の溝17が設け
られ、この溝の内法幅は半径方向内側に向かって減少す
る。これによって例えば図９による配置の場合と同一の
効果が得られるが、それはピストンリングの磨耗が増大
するにつれてブリッジ６の縁部14を通過する溝17の領域
の幅が次第に狭くなるからである。

図12に示されたピストンリングには円周側に軸方向に
貫通する溝18およびこの溝に隣接し、軸方向に貫通する
円周近傍に設けられた貫通穴19が設けられている。この
図に示されたピストンリングに設けられた軸方向に貫通
する貫通穴は半径方向に互いにずらされている。溝18に
対応するブリッジ６の縁部14によって最初から一部のみ
しか覆われていない。図のピストンリングの磨耗が増大
するにつれて貫通穴19も順次開放され、それによって磨
耗の増大につれて拡大する共同の漏損断面が形成され
る。従って貫通穴19の半径方向のずれはその半径よりも
小さい。当然この場合も磨耗が増大するにつれて漏損断
面が減少する配置を行うことができる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−113079（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−93565（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−107571（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 3/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダー（２）に設けられた少なくとも
   一つのピストン（１）を有するピストン式内燃機関、特
   に大型ディーゼルエンジンであって、前記ピストンは前
   記シリンダー（２）に当接し、個々に配分された溝
   （５）に受容された多数のピストンリングを備えたピス
   トンリングセットを有し、少なくとも一つのガス密閉性
   の、互いに係合する端部（９）を有するピストンリング
   （３）および／あるいは漏損口を生じさせる間隙（10）
   を形成しながら互いに離間する端部を有する少なくとも
   一つの標準ピストンリング（４）が設けられ、少なくと
   も個々のガス密閉性ピストンリング（３）には少なくと
   も一つの別個に設けられた漏損口が配分され、 二つのピストンリング端部の間に設けられた間隙によっ
   て形成されたものではない漏損口（11,13,15,16,17,18,
   19）は、それぞれに対応するピストンリング（3,4）が
   磨耗する際に前記漏損口の有効な断面が変化するように
   形成されることを特徴とするピストン式内燃機関。
2. 【請求項２】前記ガス密閉性ピストンリング（３）に設
   けられた漏損口（11,13,16,18,19）が、それぞれのガス
   密閉性ピストンリング（３）に個々に設けられた全ての
   漏損口の総計の漏損が個々の標準ピストンリング（４）
   の漏損にほぼ相当し、前記ピストンリング（3,4）の磨
   耗が増大するにつれてほぼ同じ規模で増大するように形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載のピスト
   ン式内燃機関。
3. 【請求項３】前記標準ピストンリング（４）には該標準
   ピストンリングの端部によってそれぞれ限定された間隙
   （10）の他にさらなる漏損口（15）が設けられ、該さら
   なる漏損口の漏損容量が前記ピストンリングの磨耗が増
   大するにつれて減少することを特徴とする前記請求項の
   いずれかに記載のピストン式内燃機関。
4. 【請求項４】少なくとも一つのピストンリング（3,4）
   の円周側に軸方向に貫通する溝（16）が設けられ、該溝
   は少なくとも該溝の半径方向の奥行きの一部に平行でな
   い側面を有していることを特徴とする前記請求項のいず
   れかに記載のピストン式内燃機関。
5. 【請求項５】少なくとも一つのピストンリング（3,4）
   に少なくとも縁部近傍に設けられた軸方向に貫通する凹
   所（18,19）が設けられ、該凹所は半径方向に互いにず
   らされていることを特徴とする前記請求項のいずれかに
   記載のピストン式内燃機関。
6. 【請求項６】少なくとも一つのピストンリング（3,4）
   の下側領域に半径方向の厚みにわたって貫通する溝（1
   3,15）が設けられ、該溝は少なくとも該溝の半径方向の
   長さの一部において平行でない側面によって限定される
   ことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のピスト
   ン式内燃機関。
7. 【請求項７】ピストンリング（3,4）を受容する前記ピ
   ストン（１）の少なくとも一つのブリッジ（６）に、前
   記ピストン（１）の前記ピストンリング（3,4）に設け
   られた溝（５）の半径方向内側の領域を起点とし、前記
   ピストンの外周を出口とする貫通穴（11）が設けられ、
   該貫通穴の入口が半径方向において互いにずらされてい
   ることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載のピス
   トン式内燃機関。