JP3859511B2 - シールリング - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、シールリングに関する。
【０００２】
関連技術
上部リング及び下部リングを内含するシールリング対を含む従来のピストンがある。このピストンは、油で潤滑されている一方でリングがその上を摺動する円筒形壁を有するシリンダの中で上下に往復運動する。下部リングが下に向かって摺動するにつれて、このリングは、下部リングの外側下縁部の下に蓄積した油の一部を壁からかき取るか又は拭い取り、高い圧力を生起する。その間に、下部リングの下部環状側面と、上部及び下部リングを収容するためにピストン内に形成されたリング溝の上部環状壁の間に、環状空隙が生成される。ピストンの上面とシリンダの間には、通常燃焼室が形成されている。蓄積した油は、高圧下で、環状空隙及び溝の底面とリングの内部円筒形表面の間に設けられた背面空隙を通って、燃焼室内へ圧搾される。このようにして、油は、燃焼室内で燃焼し尽くされ、これが油の廃棄物に加えて大気を汚染する。
【０００３】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、燃焼ガス及び油を密封するためのより高性能のシールリング対を提供することにある。
【０００４】
本発明の他の目的は、かき取られた油の中に発生した圧力を放出するためのシールリング対を提供することにある。
【０００５】
本発明は、
上部リング１及び下部リング２を含むシールリング対において、リングが、共通軸、共通の外部円筒形表面、共通の内部円筒形表面及び一対の対向面を有しているシールリング対であって、
対向面が、半径方向外側の端部と半径方向内側の端部を有する係合長さをリングの半径方向断面内に有し、
対向面及び共通の外部円筒形表面によって、前記係合長さの外側端部に半径方向内向きの先端が形成された第１のくさび形空隙２２を画成し、該内向きの先端には１０秒〜１度３０秒の範囲内の第１の角度が形成され、且つ、
前記対向面及び前記共通の内部円筒形表面によって、前記係合長さの内側端部に半径方向外向きの先端が形成された第２のくさび形空隙２３を画成し、該外向きの先端には２度〜７度３０秒の範囲内の第２の角度を形成すると共に、
前記第１のくさび形空隙２２の半径方向長さを、前記第２のくさび形空隙２３の半径方向長さより長くしたことを特徴とする（図１０，図１２参照）。
【０００７】
実施態様の詳細な説明
図１は、ガスシール上部及び下部リング１及び２の対を収容するための第１のリング溝及びオイルシールリング１０を収容するための第２のリング溝を内含するピストン８を含んで成る、本発明による１実施態様を示している。上部リング１は矩形の両端の切断部(cutout)を有し、一方下部リング２は、半径方向に段の付いた両端の切断部を有し、これらは、その両端の切断部が互いに直径方向に反対側に配置されるような形で並んで配置されている（図２に示されているとおり）。図３に示されているように、下部リング２は、鼻の形をした切欠き５を伴って形成された半径方向外側の部分を内含する下側面（環状側面３）を有し、一方第１の溝は、潤滑剤又は油を蓄積し、蓄積した油の中に発生した圧力を放出するための環状キャビティ７を切欠き５及び６が画成する形で、図４に示されているとおり、もう１つの鼻形切欠き６を伴って形成された半径方向外側の部分を内含する下部壁を有する。図５に示されているように、ピストン８は、ピストン８の上部面１２より上で燃焼室を画成するシリンダ内で上下に往復運動する。特定的に言うと、下部リング２は、ピストン８が下に移動するにつれてシリンダの円筒形壁１３から油をかき取るか又は拭い取る外側下縁部を有する。かき取られた油は、図示されているとおりキャビティ７内に流れ込み、一方リング溝の下部壁（環状側壁４）と下部リング２の下側面（環状側面３）の間には側方空隙９が生成される。環状キャビティ７は、第１の溝の下部壁表面又は側方空隙に隣接して凹状に形成されているか又はリセスの頂部でより狭い断面（凸面１５）を有することから、圧力は、下部リング２の切欠き５がピストン８内に形成された切欠き６よりも高い圧力を含むような形で環状キャビティ７内に分布させられる。かき取られた油が切欠き５から切欠き６まで、差圧下でキャビティの狭くなった断面（凸面１５の形成部分）を通って流れるにつれて、側方空隙９には、その中に蓄積された油をそこから吸い込んで油が燃焼室内に入るのを防ぐ真空圧が供給される。他方では、環状キャビティ７は、その中に高圧が発生しないように、かき取られる可能性のあるあらゆる油を自由に蓄積させるのに充分な体積を有するように設計されている。このようにして、かき取られた油が、溝の中のリング１，２をバイパスさせる空隙を通して燃焼室内に供給されることはない。その結果、本発明には、油による廃棄物の減少及び公害の軽減がもたらされる。図６に示されているように、ピストン８が上に移動するにつれて、環状キャビティ７内に蓄積した油は、下部リング２及びピストン８から熱を散逸させるか又は運び去り、その間にシリンダの壁１３上に均等に放出され、均質な潤滑フィルム及び熱交換媒体として機能する。その結果、本発明には、リング及びピストン内の温度の低下及びより優れた潤滑のためのもう１つの利点を有する。
【０００８】
先行技術による解決手段では、ピストンには従来のシールリング対が形成されている。熱交換のための界面が制限されていることから、シールリングは高温及び潤滑不良を受け、頻繁に摩滅することになる。
【０００９】
本発明には、円筒形壁１３とシールリング１，２の間の低い摩擦及び油及びガソリンの低い消費量、ひいては実質的により効率のよい動的性能を有することが理解されるであろう。
【００１０】
本発明のその他の実施態様は、（図７に示されているとおり）各々が台形の半径方向断面を構成するか又は（図８に示されているように）その一方が矩形で他方が台形である上部リング１と下部リング２を含むことができる。
【００１１】
本発明は、ピストン及びシールリングからの効率のよい熱散逸又は伝達及びリングとシリンダ壁の間のより優れた潤滑を提供することから、このリングは従来の２倍の長さの寿命を有する。
【００１２】
本発明のさらなる好ましい実施態様について、以下で詳述する。
【００１３】
図１０に示されているように、ピストン８には、一対のガスシールリングとオイルシールリングが形成されている。ガスシールリングは、その両端の切断部が互いに直径方向に反対側に配置されピストンのピン１１から離れて互い違いに配列されている状態で、ピストン内に形成された第１の溝の中に収容されている。
【００１４】
図１１に示されているように、この実施態様には、ピストン８上に組立てられた時点で両方共が矩形の半径方向断面を構成する上部リング１及び下部リング２を含むガスシールリング対が形成されている。１０秒〜１度３０秒の範囲内の角度で、その外部円筒形表面から半径方向内向きにリング１，２間にくさび形の空隙２２が形成されることが好ましい。さらに好ましくは、このような角度は、３０秒〜１度３０秒又は１０秒〜１度の範囲内にある。
【００１５】
他方では、さらに好ましくは、２度〜７度３０秒、より好ましくは２〜６度の範囲内の角度で、その内部円筒形表面から半径方向外向きにリング１，２間に、もう１つのくさび形空隙２３が形成される。このようにして、その鋭角の頂部が互いに対し半径方向先端を向け合った状態で、リングの半径方向断面内に２つのくさび形空隙２２及び２３が存在する。半径方向外側の空隙２２は、内側の空隙２３に比べ大きい半径方向長さを有する。前者は、半径方向に後者より１０倍以上長いことが好ましい。
【００１６】
さらに、上部リング１及び下部リング２が互いに対し幾分か旋回できるようにするため、鋭角の頂部の間で上部リング１と下部リング２の対向面が所定の長さで係合してピボット（旋回の支点）が形成されている。明らかに、ピボットは、リング１，２の外側円筒形表面よりも内側円筒形表面に対し半径方向に近いところにある。
【００１７】
本発明のもう１つの実施態様には、多角形の半径方向断面を構成する上部リング１及び矩形の半径方向断面をとる下部リング２が含まれている。上部リングの上部側面と溝の上部壁の間にはもう１つの環状空隙９′が形成され、リングと溝の半径方向底面の間には背面空隙９″が形成されている。
【００１８】
本発明によるエンジンにおいては、当該ピストン及びシールリングは以下のようにして作動する： すなわち、
吸気行程においては、排気行程が終了してピストンが１回の作用行程の上死点から戻るにつれて、このピストンはその下死点に向かって移動し、この間上部リング１は空隙９′から被着したカーボンを搾り出す。同時に、上部リングの上部側面及び下部リングの下部側面は、溝の上下壁と係合させられて、側方空隙９から背面空隙９″内へのいかなる実質的な油の流入をも遮断するための密封用手段を形成する。この行程においては、シールリング及びリング溝は、燃焼室からの燃焼ガスのいかなる漏出と、油の燃焼室へのいかなる漏出をも遮断するための密封用手段を自動的に形成する。
【００１９】
圧縮行程では、吸気行程が完了した後、ピストンは下死点から上死点まで移動し、その間、下部リング２は側方空隙９から油を外向きに半径方向シリンダ壁へと圧搾する。下部リング２の下部側面及び溝の下部壁は、互いに対して駆動されて密封用手段を形成し、その間上部リング１の半径方向内側の上縁部は、溝の上部壁に対して駆動されてもう１つの密封用手段を形成し、これらの密封用手段は、燃焼室内で圧縮された空気のいかなる実質的な漏れをも遮断している。
【００２０】
燃焼行程では、圧縮行程が終わった後、ピストンは上死点から下死点まで下に移動する。空気とガソリンの混合物が燃焼室内で点火された時点で、燃焼室内には急速に増大した圧力が存在し、これはピストンの上面及び上部リングの上部側面上に加わる。この結果、背面空隙９″内に高い圧力が確実にもたらされ、これが上部リングをシリンダに向かって駆動し、リングが浮動又は振動するのを防ぎ、燃焼ガスのいかなる実質的な漏れをも回避させる。
【００２１】
排気行程では、燃焼行程が終わった後、ピストンが下死点から上死点まで上方に移動するにつれて、リングは圧縮行程と同じ方法で作動する。
【００２２】
これらの行程の上述の例示から、溝の壁とシールリングの間にそれぞれ隙間が設けられているため、上部リング１及び下部リング２がピストン及び溝との関係において移動可能であり、燃焼室内への油の、及びそこからのガスのいかなる実質的な漏れをも防止するための密封用手段を形成していることが明らかである。その上、このリングは長い寿命と優れた性能を有することになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるシールリング対がリング溝内に備わったピストンの軸方向断面を示している。
図２は、図１のシールリングの配置の上面図である。
図３は、図１のリングの半径方向断面を示す。
図４は、リング溝に隣接する図１のピストンの部分的に分離された断面を示す。
図５は、油を蓄積させるために画成されたキャビティを伴う、シリンダ内の図１のピストンの下向きの動きを示す。
図６は、蓄積された油のフロー状態を例示する、図５の動きとは反対のピストンの動きを示す。
図７及び８は、本発明のさらなる実施態様を示す。
図９は、図２の好ましい実施態様を示す。
図１０は、本発明によるもう１つの実施態様を示す。
図１１は、シールリングの好ましい配置を示す。
図１２は、該実施態様の作動を例示する、図１０の部分的に分離した断面を示す。
【符号の説明】
１ 上部リング
２ 下部リング
３ 環状側面（シールリング２の）
４ 環状側壁（リング溝の）
５ 切欠き
６ 切欠き
７ 環状キャビティ
８ ピストン
９ 側方空隙
９′ 環状空隙
９″ 背面空隙
１０ オイルシールリング
１１ ピン
１２ 上部面（ピストン８の）
１３ シリンダの（円筒形）壁
１４ オイル
１５ 凸面
２２ くさび形空隙（第１）
２３ くさび形空隙（第２）

Claims (4)

1. 上部リング及び下部リングを含むシールリング対において、該リングが、共通軸、共通の外部円筒形表面、共通の内部円筒形表面及び一対の対向面を有しているシールリング対であって、
   前記対向面が、半径方向外側の端部と半径方向内側の端部を有する係合長さをリングの半径方向断面内に有し、
   前記対向面及び前記共通の外部円筒形表面によって、前記係合長さの外側端部に半径方向内向きの先端が形成された第１のくさび形空隙を画成し、該内向きの先端には１０秒〜１度３０秒の範囲内の第１の角度が形成され、且つ、
   前記対向面及び前記共通の内部円筒形表面によって、前記係合長さの内側端部に半径方向外向きの先端が形成された第２のくさび形空隙を画成し、該外向きの先端には２度〜７度３０秒の範囲内の第２の角度を形成すると共に、
   前記第１のくさび形空隙の半径方向長さを、前記第２のくさび形空隙の半径方向長さより長くしたことを特徴とするシールリング対。
2. 前記第１の角度が１０秒〜１度の範囲内にある請求項１記載のシールリング対。
3. 前記第２の角度が２〜６度の範囲内にある請求項１又は２記載のシールリング対。
4. 前記第１の空隙が前記第２の空隙よりも１０倍以上の半径方向長さを有する請求項１〜３いずれか１項記載のシールリング対。

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