JP4160398B2 - 往復機関 - Google Patents

Description

本発明は、往復機関、特に往復内燃機関に関するものであり、好ましくは配分されたピストンリングの溝に設けられた少なくとも１つのピストンリングを有し、シリンダに収容された少なくとも１つのピストンを有する２サイクル大型ディーゼルエンジンの形態をなす往復機関に関するものである。ピストンリングには溝とばねの形態で互いに係合し、円周にわたって隙間なく設けられ、シリンダ側の走行面と協働し、かつ外側の円周面を形成する末端部材が設けられている。

上記の種類のスリットのないピストンリングでは、点火圧力が大きくなるとピストンリングに必要以上に高い負荷がかかる現象が見られ、配分された座面および走行面に高い負荷がかかり摩耗が増大する結果を招く恐れがある。そのため以前から、円周側にピストンリングの高さにわたる漏出溝を設けることが提唱されていた。

このようなピストンリングは従来技術文献から周知となっている。このピストンリングの不利点は円周側の漏出溝の内のり断面がピストンリングの摩耗が進むにつれてだんだん小さくなり、ついにはピストンリングが密閉状態となり、負荷が大きくなりすぎて配分された座面および走行面の摩耗が激しくなるという前記の不利点がここでも生じることである。この点に関連して不都合なのは、シリンダヘッドの単純な検査の中で円周側の漏出溝の断面が残っているかどうかを経験的に確認することは非常に困難であるか、不可能に等しいという点である。このような理由から、従来から、操作者が前もって気づかないうちに突然ピストンリングが密閉状態になり、操作者は座面および走行面の摩耗に関する前記の不利点を突然に知るという事態が頻繁に起こっている（例えば、特許文献１参照）。
欧州特許第第０７４２８７５号明細書

前記の事情に鑑み、本発明は前記の種類の装置において簡単かつ廉価な手段でできるだけ長く摩耗の少ない運転を行い、かつ操作しやすくすることを課題とする。

上記の課題は本発明により、少なくとも１つの末端部材に少なくとも１つの半径方向の貫通凹所を設けることで解決される。この貫通凹所は開放された状態で漏出を可能にし、ピストンリングが新しい状態では閉鎖され、ピストンリングが摩耗する過程においては、互いに係合する末端部材が摩耗の増大につれて互いに引き離されてゆくことによって開放される。
すなわち、上記の課題は、シリンダに収容された少なくとも１つのピストンを有し、該ピストンにはピストンリング溝が形成されており、該ピストンリング溝には少なくとも１つのピストンリングが設けられている往復機関のためのピストンリングであって、前記ピストンリングには末端部材が設けられており、前記末端部材の一方の末端部材に形成された溝に該末端部材の他方の末端部材に形成された突出部片が係合し、前記ピストンリングは、前記ピストンリング溝の外周にわたって隙間なく設けられるとともに、前記シリンダ側の走行面と協働し、前記末端部材は前記ピストンの外周面の一部を形成しており、少なくとも１つの末端部材に少なくとも１つの半径方向の貫通凹所が設けられ、該貫通凹所は開放された状態で漏出を可能にし、ピストンリングが新しい状態では閉鎖され、ピストンリングが摩耗する過程では、互いに係合する末端部材が摩耗の増大につれて互いに引き離されることによって開放されることを特徴とする往復機関のためのピストンリングによって解決される。

このような手段により前記の不利点は完全に回避される。少なくとも１つの末端部材の領域に設けられた半径方向の貫通凹所は好適にスリットのないピストンリングの場合でも目標を定めた漏出を可能にし、ピストンリングの摩耗が進んでもこのような漏出が自動的に減少したり全く消失することはない。従って本発明による手段を用いると、ピストンリングが完全に摩耗するまで所望の漏出を維持することができる。そのため点火圧力が大きい装置においてもピストンリングが完全に摩耗するまで、比較的負荷が小さく、したがって装置を傷めない運転が行われる。同時にピストンリングに用意された摩耗厚を完全に使い切ることができるので、総耐久時間が大きくなり、維持コストは小さくなる。本発明によるピストンリングは突然に密閉状態にならないので、本発明によるピストンリングに対して比較的堅固な材料を使用し、しかもこのような材料の使用により座面および走行面の負荷に対して不利な影響が及ぼされないようにすれば、前記の利点はさらに増大する。ピストンリングが突然密閉される場合、堅固な材料を使用すると座面および運転面はすぐに破壊されてしまう。さらに本発明による貫通凹所はピストンとシリンダブシュとの間隙から比較的遠く離れているので、貫通凹所の温度は比較的低いものと予想される。この点も実現可能な寿命に対して良い影響を及ぼし、特に１組のピストンリングのうち一番上のピストンリングには好適である。本発明による手段のさらなる利点は本発明の貫通凹所がシリンダヘッドの検査の際に容易に見通せることであり、これにより信頼できる検査が可能となり、突然ピストンリングが使用不能になる事態に操作者が直面することもなくなる。以上のように本発明による手段は総耐久時間を長くするだけでなく、安全性を高め、操作を容易にし、それにより全体としてすぐれた経済効率をもたらすものである。

主たる請求項に記載の手段の有利な構成や好適なさらなる構成は下位の請求項に記載されている。従ってピストンリングの一方の末端部材は半径方向において外側が開放され、軸線に平行な内側の側部とこの側部に対して直角に設けられた上側の側部に限定される溝を有し、他方の末端部材はこの溝に係合するばねを有する場合、本願による貫通凹所は好適に軸線に平行な側部及び／又はばねの領域に設けられる。従って本発明による手段はスリットのないピストンリングに関してすでに効果が実証されている構成原理を使用することを妨げず、それどころかこのような構成原理に対して望ましい改良を加えるものである。検査の際に認識しやすい本願による貫通凹所の出現により、検査時に円周側の漏出溝の状態に関して確実な情報が得られる。軸線に平行な側部及び／又はばねの領域に設けられる本発明による貫通凹所を好適に後から設けることもできる。すなわち前記の手段によれば、スリットのないピストンリングがすでに存在する場合、本発明による貫通凹所を簡単に後から設けることも可能である。

通常は、溝が設けられた末端部材の軸線に平行な側部のみに本発明による貫通凹所を設ければ十分である。そうすることにより製造が容易になるばかりか、ピストンリングの劣化を相当防止することができる。

本発明による貫通凹所は好適に配分された末端部材の下側領域に設けられる。こうすることにより本発明による貫通凹所は、ピストンとシリンダブシュとの間隙からできるだけ大きな距離を取ることになるので、特に温度が低くなると予想される。

主請求項に記載の手段のさらなる形成では、円周側に上から下まで貫通する漏出溝が設けられたピストンリングにおいて、本発明による貫通凹所の構成と配置は、少なくとも円周側の漏出溝の断面が摩耗によって小さくなり、その結果流れの抵抗が所定の値を超える時に本発明による貫通凹所が開放されるように行われる。このような構成により、まず円周側の漏出溝が作動し、これらの溝の摩耗が進んで十分に働かなくなった場合に本発明による貫通凹所が付加的な漏出溝として確実に追加される。こうしてピストンリングの総寿命は長くなり、前記のようにピストンリングが突然密閉状態にならないことが保証される。したがって操作者が注意を払う義務が軽減される。

本発明による手段を用いる場合、貫通凹所の開放断面が円周側の漏出溝の断面が減少するのと同じ程度に拡大するように貫通凹所を配置および構成することができる。こうすることにより比較的長い時間にわたって均一な漏出条件が得られ、それにより運転条件が一定になる。

別の構成では、本発明による貫通凹所がスリットを有するピストンリングのスリットの内のり断面に相当する開放断面を有するように本発明による貫通凹所が構成され配置される。この点から本発明による手段を用いると漏出に作用する断面を大幅に変更できることが認められる。従って様々な要求に対しても容易に配慮がなされる。

主請求項に記載の手段のさらなる有利な構成および好適な形成は残りの下位請求項に記載され、図面に基づいて行われる以下の実施の形態の説明に、より詳しく記載されている。

図面に示すのは以下の通りである。

本発明の主な適用分野は往復内燃機関、特に船舶のエンジンに使用されるような２サイクル大型ディーゼルエンジンである。このような装置の構造および作用はそれ自体周知であるので本発明との関連でより詳しく説明することは省略する。

図１に示すような燃焼室１を有する２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダは、シリンダブシュ２とシリンダブシュに支持され、弁３に制御される排出口４と噴射弁５とを備えたシリンダヘッド６から成る。燃焼室１の下向きの移動可能な境界はシリンダブシュ２に設けられたピストン７によって形成される。ピストンは上部と、該上部に固定された下部から成る。ピストン７の上部領域には円周側に４つのピストンリング溝８、９が設けられ、これらの溝にはそれぞれピストンリング１０、１１が収容されている。

下側のピストンリング、本図ではこのような一組になったピストンリングのうち下側の２つのピストンリング１１は通常スリットを有するピストンリングとして形成され、これらのリングのある角度をなして傾斜する端部は互いに向き合ってスリットまたは間隙を形成している。本図のような種類の一組になったピストンリングのうち少なくとも最上部のピストンリングは出力の損失を避けるためにスリットのないピストンリングとして形成される。このようなスリットのないピストンリングは円周全体にわたって隙間なく設けられ、シリンダブシュ２の走行面と協働する円周面を有する。本発明の実施の形態では、一組になったピストンリングのうち上側の２つのピストンリング１０がこのようなスリットのないピストンリングとして形成されている。

図２から分かる通り、スリットのないピストンリング１０には溝とばねの形態で互いに係合する末端部材１２、１３が設けられている。これらの末端部材の形成は、突き合わせ領域に外側の円周面を分断するような、上から下まで貫通する間隙が生じないように行われている。図２に示す実施の形態では、左に示された末端部材１２には半径方向外側かつ下側が開放された溝１４が設けられ、この溝は図３から認められるように、半径方向内側ではピストン軸線に平行に延びる側部１５によって限定され、上部方向では側部１５に対して直角に延びる側部１６によって限定されている。もう一方の右に示された末端部材１３は溝１４に導入可能な、断面が溝に適合したばねとして形成されている。

スリットのあるピストンリングではピストンリング同士の間に存在するスリットまたは間隙領域に流れ経路が作られ、この経路を介して漏出が行われる。スリットのないピストンリング１０は円周面が円周全体にわたって閉鎖され、一貫しているのでこのような漏出が行われず、これはすでに述べたように一組になったピストンリングのうち最上部のピストンリングまたは上側のピストンリングにとっては望ましい。しなしながら後続のピストンリングに確実に十分な圧力がかかるようにするには、目標を設定して漏出を行う必要がある。このために、図２に示すピストンリング１０では、円周側に上から下まで貫通する漏出溝１７が設けられている。これらの溝は軸線に平行な表面線（surface line）に対して斜めに設けても構わない。図に示す例では単に表示を容易にするという理由から軸線に平行に描かれているにすぎない。新しい状態では漏出溝１７は深さｔを有している。

運転するうちにピストンリング１０，１１の外側の、シリンダブシュ２の走行面と協働する円周面が摩耗し、ピストンリングの厚みは減少し続ける。ピストンリングの厚みの減少はピストンリングが拡張することによって補償されるが、スリットのあるピストンリング１１の場合はピストンリングの端部間の距離がだんだん大きくなり、スリットのないピストンリング１０の場合は互いに係合する末端部材１２、１３がこれに対応して相互移動することによって補償がなされる。図２に示す実施の形態では末端部材１３を形成するばねの一部が末端部材１２の溝１４から引き出されている。

ピストンリングの厚みが減少するにつれて漏出溝１７の深さも小さくなり、それとともに漏出溝の内のり断面も減少する。これによって流れの抵抗が増大する。ある一定の流れ抵抗を超えると漏出溝１７を介しての漏出は行われなくなる。本発明の種類のピストンリング１０がそれでも突然密閉状態にならないようにするために、少なくとも１つの末端部材１２または１３の領域に少なくとも１つの半径方向の貫通凹所１８が設けられ、この貫通凹所の開放断面は２つの末端部材１２，１３が互いに相対移動することによって調節可能である。

貫通凹所１８はばねとして形成された末端部材１３及び／又は溝１４を含む末端部材１２に配設することができる。図に示す実施の形態では末端部材１２のみが半径方向の貫通凹所１８を有している。そのために溝１４を半径方向内側で限定する側部１５の前側下部には縁部凹所１９が設けられている。従ってこれによって形成された貫通凹所１８は配分された末端部材１２の開放端部の下側領域に設けられている。

このように半径方向内側の側部１５の下縁領域に設けられた貫通凹所１８は、実際には配分されたピストンリング８の内側下部領域隅に設けられ、つまりシリンダブシュ２とピストン７との間にあって燃焼室１と連通する間隙から最も離れた領域にある。貫通凹所１８を介して漏出が行われる以上、ピストンリング１０は図３の流れの矢印２０が示すように、実際に還流されなければならない。それによって貫通凹所１８の領域に作用する温度の負荷は限界内に保持される。

ピストンリング１０の新しい状態において、末端部材１３を形成するばねは図４から明らかなように貫通凹所１８が遮蔽され、従って閉鎖されるように配分された末端部材１２の溝１４に進入する。この場合、所望の漏出は円周側の溝１７を介してのみ行われる。摩耗が増大するにつれて末端部材１３を形成するばねは図５に示すように、溝１４からだんだん引き出される。末端部材１３を形成するばねの前端部が溝１４の内側端部からの凹所１８の内側端部の距離Ｌによって設定された位置を超えると同時に、図５に示す通り貫通凹所１８は部分的に開放される。図２に対しても同じ状況が当てはまる。

距離Ｌの選択は、円周側の漏出溝１７が消失するか、または図４において漏出溝１７が破線によってのみ示されていることから分かるように、好適に流れの抵抗が増大したために円周側の漏出溝を介して行われる漏出がほとんど停止するとすぐに貫通凹所１８が開放されるように行われる。しかしながらもっと早くから貫通凹所１８が開放されるように距離Ｌを選択することもできる。この場合さらに貫通凹所１８の開放断面が円周側の漏出溝１７の全断面が縮小するのと同程度に拡大するように、貫通凹所１８の高さＨを選択することも可能である。

貫通凹所１８が最初から開放されているように距離Ｌを選択することもできる。このような場合、１７によって示されるような円周側の漏出溝は全く設けなくて済むであろう。内のり高さＨを相応に選択すれば、どのような場合にも開放された漏出断面を所望の大きさにすることができる。一例として距離Ｌと内のり高さＨを貫通凹所１８の開放断面がスリットのあるピストンリングのスリットまたは間隙の内のり断面に常に一致するように選択することも可能である。

以上の説明は、本発明が図に示された実施の形態に限定されるものではないことを示している。

２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダの部分的垂直断面図である。 互いに係合する末端部材を有する本発明によるピストンリングの部分的斜視図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。 新しい状態で互いに係合する末端部材を有する、本発明によるピストンリングの半径方向外側から見た部分図である。 長く運転した後の図４の装置を示す図である。

符号の説明

２ シリンダブシュ（シリンダ）
３ 弁
４ 排出口
５ 噴射口
６ シリンダヘッド
７ ピストン
８、９ ピストンリング溝
１０、１１ ピストンリング
１２、１３ 末端部材
１４ 溝
１５ 側部
１７ 漏出溝
１８ 貫通凹所

Claims (12)

1. シリンダ（２）に収容された少なくとも１つのピストン（７）を有し、該ピストン（７）にはピストンリング溝（８）が形成されており、該ピストンリング溝（８）には少なくとも１つのピストンリング（１０）が設けられている往復機関のためのピストンリングであって、
   前記ピストンリング（１０）には末端部材（１２、１３）が設けられており、
   前記末端部材（１２、１３）の一方の末端部材（１２）に形成された溝（１４）に該末端部材（１２、１３）の他方の末端部材（１３）に形成された突出部片が係合し、
   前記ピストンリング（１０）は、前記ピストンリング溝（８）の外周にわたって隙間なく設けられるとともに、前記シリンダ（２）側の走行面と協働し、前記末端部材（１２、１３）は前記ピストン（７）の外周面の一部を形成しており、
   少なくとも１つの末端部材（１２）に少なくとも１つの半径方向の貫通凹所（１８）が設けられ、該貫通凹所（１８）は開放された状態で漏出を可能にし、ピストンリング（１０）が新しい状態では閉鎖され、ピストンリング（１０）が摩耗する過程では、互いに係合する末端部材（１２、１３）が摩耗の増大につれて互いに引き離されることによって開放されることを特徴とする往復機関のためのピストンリング。
2. 前記末端部材（１２、１３）の一方の末端部材（１２）は半径方向外側かつ下側が開放され、
   前記往復機関内側の長手方向軸線に平行な側部（１５）と該側部（１５）に直角に設けられた上側側部によって画成された溝（１４）を有し、
   前記末端部材（１２、１３）の他方の末端部材（１３）には前記溝（１４）に係合する突出部片が形成され、
   前記末端部材（１２、１３）の一方の末端部材（１２）の前記長手方向軸線に平行な側部（１５）および／または前記末端部材（１２、１３）の他方の末端部材（１３）の側部に少なくとも１つの貫通凹所（１８）が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の往復機関のためのピストンリング。
3. １つの前記末端部材（１２、１３）のみに貫通凹所（１８）が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の往復機関のためのピストンリング。
4. 前記溝（１４）が形成されている前記末端部材（１２）の前記長手方向軸線に平行な側部（１５）に前記貫通凹所（１８）が形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。
5. 前記貫通凹所（１８）は、関連する前記末端部材（１２）の下側領域に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。
6. 前記貫通凹所（１８）は、関連する前記末端部材（１２）の開放端部領域に設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリングであって、
   前記ピストンリング（１０）の外周側に上から下まで貫通する漏出溝（１７）が形成されている往復機関において、
   前記貫通凹所（１８）は少なくとも前記外周側の漏出溝（１７）が摩耗によって縮小し、流れの抵抗が設定された値を超えたときに開放されるように構成され配置されていることを特徴とする往復機関のためのピストンリング。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリングであって、
   前記ピストンリング（１０）の外周側に上から下まで貫通する漏出溝（１７）が形成されている往復機関において、
   前記貫通凹所（１８）は、前記貫通凹所の開放断面が、外周側の前記漏出溝（１７）の断面が摩耗によって縮小するのと同程度に拡大するように構成され配置されていることを特徴とする往復機関のためのピストンリング。
9. 前記貫通凹所（１８）は、スリットが形成されたピストンリング（１１）のスリットの内のり断面に一致する開放断面を有するように構成され配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリングであって、
    複数のピストンリング（１０、１１）を含む１組のピストンリングを有する往復機関において、
    少なくとも最上部のピストンリング（１０）は溝と突出部片の形態で互いに係合する末端部材（１２、１３）を有するスリットが形成されていないピストンリングとして形成され、
    少なくとも１つの末端部材（１２）の領域には少なくとも１つの半径方向の貫通凹所（１８）が設けられている往復機関のためのピストンリング。
11. 前記往復機関は往復内燃機関であることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。
12. 前記往復機関は２サイクル大型ディーゼルエンジンの形態をなす往復機関であることを特徴とする、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の往復機関のためのピストンリング。

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