JP4154183B2 - ピストン・リング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１のプリアンブルによるピストン・リング、このようなピストン・リングを担持するピストンを有する機構ならびにこのような機構を有する内燃機関、特に大型のディーゼル・エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許Ａ−０７０６０３９（＝Ｐ．６９２７）から、センサを有し内燃機関のピストン・リングの磨耗状態を監視できる装置が知られている。このピストン・リングは、潤滑油との相互作用によりシリンダ・インサートとピストンの間を封止する滑動面を有する。このピストン・リングは強磁性体材料で作られている。非磁化材料をはめ込んだ形の修正部分が円筒形の滑動面内部の、磨耗によって除去される量で少なくとも部分的に設けられた周縁域に配置されている。このはめ込み部分は、たとえば、銅とアルミニウムの青銅から成り、その断面が滑動面に垂直なくさび形のように先細になっている環状包含材である。センサはシリンダ・インサート内に配置され、これに結合された磁気回路および電気回路を含む走査型装置である。シリンダ・インサート内に配置された固定センサの前面で修正部分が移動する際、誘導電圧の形でこの周縁域に信号が発生する。これらの信号は磨耗の状態に依存し、従ってこれを評価することにより磨耗の程度が監視できる。
【０００３】
ピストン・リングの前記修正部分は、それぞれの場合で、既知の内燃機関の滑動面中央域に配置されている。この中央域は、封止効果に関して特に正確に形成しなければならない。修正部分を青銅のはめ込み加工の形にすることはピストン・リングの脆弱化を意味し、これによって滑動面の品質が損なわれる。したがって、他の手段でピストン・リングの磨耗状態を監視することが提案された。別法が欧州特許Ａ−１００６２７１（＝Ｐ．６９２７）に記載されている。この特許では、センサが超音波変換器である。しかしながら、この別法は技術的な要求がきびしいことが示された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、計測学的な面から要求が少ないピストン・リングの磨耗状態を監視でき、かつ欧州特許Ａ−０７０６０３９から知られる解決策の欠点が取り除かれる別の方法を提供することにある。この目的は請求項１に定義されるピストン・リングによって果たすことができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
内燃機関で使用されるピストン・リングが、潤滑油との相互作用によりシリンダ・インサートとピストンの間を封止する滑動面を有している。この滑動面は最大磨耗深さまで磨耗によって除去される量で少なくとも部分的に設けられたピストン・リング周縁域に配置されている。修正部分がこの周縁域内部に加工され、シリンダ・インサート内に配置された固定センサの前面で移動する際、この周縁域が信号を発生するかまたはこのセンサが出す信号に影響を及ぼし、これにより、センサによって記録可能な、磨耗によって除去される量の程度に関する情報が生成される。この修正部分は滑動面の上側および／または下側縁において周縁域の縁領域に配置されている。この縁領域の幅は滑動面の幅の２０％未満である。
【０００６】
従属な請求項２から請求項５までは本発明のピストン・リングの有利な実施形態に関する。内燃機関に設けられたこのピストン・リングおよびこれに対応するセンサを備える機構が請求項６から請求項９までの目的である。請求項１０は本発明の機構を備える内燃機関に関する。
【０００７】
以下において図面を参照しながら本発明を説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１で縦断面図として示されるピストン２は、溝２０内でピストン・リング１を担持する。ピストン２はシリンダ・インサート３内部に配置される。ピストン・リング１（図２参照）は、潤滑油（図示してない）との相互作用によりシリンダ・インサート３とピストン２の間を封止する滑動面１０を有している。このわずかに球形になった滑動面１０は、磨耗によって除去される量で少なくとも部分的に設けられた、ピストン・リング１の周縁域１１に配置されている。最大磨耗深さは破線として示したレベル１３にあり、周縁域１１は一点鎖線として記入されたレベル１２まで延びている。センサ４はシリンダ・インサート３内に配置され、結合部４０を介してシリンダ・インサート３の内壁に接続され、線４１を介して評価システム（図示してない）に接続される。この測定の精度はこの第１のセンサ４の直径上反対方向に配置される第２のセンサ（図示してない）によって改良することができる。
【０００９】
修正部分５が、固定センサ４の前面で移動する際、信号を発生するかまたはこのセンサ４が出す信号に影響を及ぼす周縁域内部に加工される。センサ４はこの周縁域が発生したまたは影響を及ぼした信号によって、磨耗によって除去される量の程度に関する情報を受信し、記録する。この情報はセンサ４によって評価システムに転送される。修正部分５は本発明によって滑動面１０の上側縁１５ａおよび／または下側縁１５ｂにおいて周縁域１１の縁領域１４に配置される。縁領域１４の幅は滑動面１０の幅、すなわち２つの縁１５ａと１５ｂの間の間隔の２０％未満である。
【００１０】
図２のピストン・リング１では、修正部分５が基体１’内に環状包含材５０として形成されている。下側縁１５ｂの縁領域１４に配置されたこの包含材５０の断面は滑動面１０に垂直なくさび形のように先細になっている。これに対応する上側縁１５ａにおける修正部分を一点鎖線で示してあり、この修正部分は同じものを追加することができるがあるいは別の形にすることもできる。包含材５０が非磁化材料から成るのに対して、基体１’の材料は磁化可能であり、特に強磁性体である。欧州特許Ａ−０７０６０３９から知られる端から端まで入念に調べる装置がセンサ４として設けられている。
【００１１】
本発明の第２のピストン・リング１の詳細が図３に例示されている。このピストン・リング１において、修正部分５は凹部５１の形で形成されている。凹部５１は２個所の表面５１ａおよび５１ｂ、すなわち、円筒形滑動面１０と同軸な基準面５１ａおよび滑動面１０に垂直またはほぼ垂直な逃げ面５１ｂを有し、この基準面５１ａは滑動面１０の下のレベル１３ａに配置され、この基準面と磨耗によって除去される前の滑動面１０との距離は最大磨耗深さ（１３）に等しい、またはこれより大きい。
【００１２】
図４は本発明のピストン・リング１の第３の実施形態の修正部分５を示す。この修正部分５は滑動面１０と同軸な溝５２の形で形成されている。溝５２は、反射信号４５を発生するために超音波信号４４に対する反射面として使用することができ、滑動面１０と同軸な逃げ面５２ａを有する。第２の逃げ面５２ｂは、第１の逃げ面（５２ａ）を通リ抜けて伝わった超音波が反射してセンサ４へのさらに別の反射信号にならないように傾斜させたやり方で形成され有利である。溝５２の底５２ｃはそこから始まる割れがピストン・リング１内に形成されないように丸めたやり方で形成され有利である。
【００１３】
固定部４２によりシリンダ・インサート３に取付けられるセンサ４は欧州特許Ａ−１００６２７１から知られるような超音波変換器である。センサ４は結合部４０を介してピストン・リング１の下側縁領域１４内に超音波信号４４を出す。（上昇または下降しているピストン・リングにおいてセンサ４により磨耗状態が決定できる瞬間の状況が例示されている。） 超音波信号４４は溝５２の逃げ面５２ａで反射信号４５として部分的に反射される。滑動面１０と逃げ面５２ａの距離、したがってピストン・リング１の磨耗状態は、出した信号４４と反射信号４５を評価システムで比較することによって決定することができる。
【００１４】
図３に示される実施形態において、滑動面１０と滑動面１０に平行な基準面５１ａとの間隔である凹部５１の深さは、好都合なことに特別な電子システムで信号の評価ができる渦電流センサを用いて算出される。
【００１５】
光学的および／または機械的補助手段を使った検査および実際にシリンダの空気入口開口部を通した検査によって、磨耗によって除去される量が使用中に算出できるようなピストン・リング１の修正部分５が第３の実施形態である図４で形成される。滑動面１０とピストン・リング１の下側の突出部５２との間隔は機械的補助器具で測定することができる。第２の実施形態である図３についてもこれに対応する検査が可能である。図２の第１の実施形態では、たとえば、計測用拡大鏡を備えた光学的補助器具で滑動面１０の上のインサート５０の可視範囲の広さを測定することができる。
【００１６】
シリンダ・インサート３とこのシリンダ・インサート内に配置されるセンサ４と本発明のピストン・リングを担持するピストン２とを備える機構が内燃機関、特に大型のディーゼル・エンジンに設けられている。センサ４はピストン・リング１に適用された修正部分５と相互に作用する信号を発生し、この信号が線４１を経由して電子評価システムに送られる。この信号に基づいて、磨耗によって除去される量に関するピストン・リングの状態を決定することができる。評価システムは、運転中のエンジンについてピストン・リング状態の時間的な変化を恒久的に監視できるように都合よく形成されている。この時間的な変化を観測することによって、たとえば、磨耗速度が不相応に大きい場合に不適切な燃料の使用に関して結論を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストン・リングが付き、シリンダ・インサート内部に配置されたピストンの縦断面図である。
【図２】シリンダ・インサートの内面と一緒に軸方向に封止する本発明のピストン・リングの縦断面図である。
【図３】本発明の第２のピストン・リングの詳細図である。
【図４】本発明のピストン・リングの第３の実施形態図である。
【符号の説明】
１ ピストン・リング
２ ピストン
３ シリンダ・インサート
４ 固定センサ
５ 修正部分
１０ 滑動面
１１ 周縁域
１２ 周縁域
１３ 最大磨耗深さ
１４ 縁領域
１５ａ 下側縁
１５ｂ 下側縁
２０ 溝
４０ 結合部
４１ 線
４２ 固定部
４４ 超音波信号
４５ 反射信号
５０ インサート
５１ 凹部
５２ 溝、突出部
５２ａ 逃げ面
５２ｂ 逃げ面

Claims (9)

1. 内燃機関内で潤滑油との相互作用によりシリンダ・インサート（３）とピストン（２）の間を封止し、最大磨耗深さ（１３）まで磨耗によって除去される量で少なくとも部分的に設けられたピストン・リング周縁域（１１、１２）に配置される滑動面（１０）を備え、シリンダ・インサート内に配置された固定センサ（４）の前面で移動する際、信号を発生し、またはこのセンサが出す信号に影響を及ぼし、それにより、センサによって記録可能な、磨耗によって除去される量の程度に関する情報が生成されるように、周縁域内に修正部分（５）が加工されているピストン・リング（１）であって、
   そして修正部分（５）が滑動面（１０）の上下方向側縁（１５ａ、１５ｂ）において周縁域（１１、１２）の縁領域（１４）に配置され、縁領域の幅が滑動面の幅の２０％未満であり、
   修正部分（５）が、磨耗による除去に備えた最大磨耗深さ（１３）の領域外のピストン・リング周縁域（１１、１２）にあって滑動面（１０）と同軸な溝（５２）の形で形成され、この溝が反射信号（４５）を生じるために超音波信号（４４）に対する反射面として使用することができ、滑動面と同軸な第１の逃げ面（５２ａ）、そして第１の逃げ面（５２ａ）を介して伝達される超音波が反射信号を固定センサ（４）に反射しないように第１の逃げ面に比較して傾斜されたやり方で形成された第２の逃げ面（５２ｂ）を有することを特徴とするピストン・リング。
2. 溝（５２）は丸めたやり方で形成されている第１の逃げ面（５２ａ）と第２の逃げ面（５２ｂ）との間に底（５２ｃ）を有することを特徴とする請求項１に記載のピストン・リング。
3. 修正部分（５）は磨耗によって除去される量が光学的または機械的補助手段による検査の算出中に決めることができることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピストン・リング。
4. 光学的補助手段が計測用拡大鏡であることを特徴とする請求項３に記載のピストン・リング。
5. 機械的補助器具が滑動面（１０）と溝（５２）の基準面（５２ｄ）との間隔を測定する器具であることを特徴とする請求項３に記載のピストン・リング。
6. シリンダ・インサート（３）と、このシリンダ・インサート内に配置されたセンサ（４）と、請求項１から請求項５までのいずれか一項によるピストン・リング（１）を担持するピストン（２）とを備え、センサがピストン・リングに適用された修正部分と相互に作用する信号（４５）を発生し、この信号を電子評価システムに送り、これにより、磨耗によって除去される量に関してピストン・リングの状態を決定することができる内燃機関の機構。
7. 評価システムによってピストン・リング状態の時間的な変化を決定することができることを特徴とする請求項６に記載の機構。
8. センサ（４）が超音波（４４）を放射することができかつ反射された超音波（４５）を記録することができる計器または計器の一部であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の機構。
9. 請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の機構を備える内燃機関であって、特に大型のディーゼル機関。

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