JP6116548B2 - ２ストロークエンジン用のピストンリング - Google Patents

Description

船舶用２ストロークエンジンは、４ストロークエンジンとは異なり、潤滑用延いては摩耗低下用のオイル供給を、オイル噴射システムを介して行わねばならない、という問題を有している。オイル噴射システムは、適切な時点に十分なオイルを提供する必要があり、これにより、シリンダ表面／ピストンリングの十分な潤滑が保証されることになる。この場合、公知のあらゆるシステムに共通して、オイル供給は、ガス背圧の条件下で行わなければならない。最新の船舶用エンジンは、最大２５００ｍｍのストロークにおいて約１００ｍｉｎ^−１の回転数で運転されることを考慮すると、オイル分配の時間単位を設定することは極めて困難である。９００ｍｍの直径と、全周に分配された例えば８つの供給路を備えたオイル供給システムとを有するピストン・ピストンリングシステムの場合、周方向において、約３５０ｍｍの組み込まれた構成部材（ピストンリング）による独自のオイル分配が生ぜしめられる。

この場合、従来のピストンリングでは周面に圧力差が存在していないことにより、オイル量の分配に最大３％しか寄与しないことが判っている。

これまで、高い背圧にもかかわらず、供給に際してより迅速なオイル分配を保証しようとするオイル供給システムが開発されてきた。現実には極めて実現困難である、より良好なオイル分配を支援するための包括的なピストン・ピストンリングシステムは、今日まで知られていない。

ＵＳ６５３６３８５Ｂ１に開示されたピストンリングには、摺動面側に、幾何学的に異なった形状に形成された複数の成形部が設けられている。このピストンリングは、特に２ストロークエンジンのオイル潤滑用に使用可能である。ピストン・ピストンリングシステムには、互いに上下に配置される複数のピストンリングが使用され、これらのピストンリングは湾曲面状に形成された摺動面を有しており、この場合、ピストンリングは、相応に形成されたピストンリング溝内に取り付けるために、少なくともその燃焼室に面した側面の領域において、円錐形に形成されている。

ＤＥ１０２００６０５８０８１Ａ１に開示された２ストローク内燃機関は、吸気部及び／又は排気部のガス制御システムの少なくとも１つのポートを備えており、この場合、往復動ピストンと、この往復動ピストンを包囲している摺動面との間のギャップはシールされており、ギャップをシールするコンビネーションシールは、摺動面内に配置されていて、コンビネーションシールに沿って往復動ピストンが滑動するようになっており、この場合、コンビネーションシールは、一方ではガスシール機能を有しており且つ他方ではオイル掻き取り機能を有している。

本発明の根底を成す課題は、周方向に見てピストンリングの摺動面全体にわたり均一なオイル分配を生ぜしめるピストン・ピストンリングシステムを提供することにある。この場合、絶対的なオイル量も減少されることが望ましい。

更に、古いオイルと新しいオイルのより良好な混合が、システムにもたらされることが望ましい。

この課題は本発明に基づき、４００ｍｍよりも大きな内径と、湾曲面状の摺動面と、湾曲面の頂点と、シリンダ壁に接触している支持領域とを備えていて、第１のピストンリングと、少なくとも１つの第２のピストンリングとから成る、２ストローク内燃機関のピストン用のピストンリングシステムにおいて、第１のピストンリングは燃焼室に面しており、第２のピストンリングは軸方向に見て第１のピストンリングの下側に配置されており、第１のピストンリングの湾曲面の頂点は、第１のピストンリングの下側の側面から測定して、ピストンリングの真ん中よりも下側に配置されており、第２のピストンリングの頂点は、第２のピストンリングの下側の側面から測定して、ピストンリングの真ん中よりも上側に配置されていることによって解決される。

本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

公知の構成とは異なり、物理的な特性を合理的に適合させることにより、特に周方向でのオイル分配に関して、ピストン・ピストンリングシステムの機能性が最適化される。ストローク毎のオイルのできるだけ大きな周方向分配を保証するために、個々のピストンリング相互の圧力特性も、機能形式も、新たに設定される。

このために、ピストンリング数を２リングシステム若しくは３リングシステムに減らすことができるピストン・ピストンリングシステムが提案され、これにより、各ピストンリングの摺動面における流体動力学的な特性に関して必要な、個々のリング間延いては各リング溝内の所要の圧力勾配を達成することができるようになっている。

本発明の重要な要素は、システムに関与する全てのピストンリングの支点及び湾曲面の設計である。

「支点」とは、ピストンリングの当業者であれば、半径方向に見て湾曲面の最も外側に設置された点（頂点）、又は摺動面成形部（プロファイル）の最高点、又は摺動面成形部の反転点であると理解される。

この場合、燃焼室に面した第１のピストンリングの摺動面を成す湾曲面の支点は、第１のピストンリングの下側の側面を起点として、約１／３のところに設定され、且つ支点の下方及び上方における後退分は、リングの手前と背後とにおける圧力勾配が８５％の係数を有するように設定される。オイルチャンバに面した第２のピストンリングの支点は、第１のピストンリングとは逆方向に設計されている、即ち、第２のピストンリングの下側の側面から見て、第２のピストンリングの全高のほぼ２／３の高さに、頂点が位置している。第１及び第２のリングの提案した形状に基づいて、リングシステムにもたらされるオイル量は、上昇行程中に、従来のように、今まで使用されていたリングによって追い越されることはなくなり、本発明に基づく湾曲面と、相応に設定された支点とによって上死点まで搬送され、ここに生じる圧力状態に基づいて、リング間容積内で周方向分配を受けるオイル量が形成される。

所定の湾曲面と、リング摺動面のほぼ下側３分の１に位置する支点とを備えた第１のリングの構成に基づき、上昇行程中に供与されるオイル量は、流体動力学的に追い越されて、余剰量が下降行程においてリングシステムに送り戻される。下側の反転点においてオイル量は再び、２ストロークエンジンの掃気ポートを通じて失われない限りは、次の行程のためにリングシステムに送り戻される。

ピストンリングシステムが３つのピストンリングから成ることが望ましい場合は、第３のピストンリングが、軸方向に見て第１のピストンリングと第２のピストンリングとの間に位置決めされている。本発明の別の思想では、この第３のピストンリングの摺動面も、やはり湾曲面状に形成され、この場合、第３のピストンリングの摺動面の輪郭は、第２のピストンリングの摺動面の輪郭とほぼ等しくなっている。

択一的に、支点がピストンリングのほぼ中間の軸方向構成高さに位置するように、第３のピストンリングの摺動面を形成する可能性がある。この構成により、ピストンリングは両行程方向にオイルを追い越すようになっていて、これにより、古いオイルと新しいオイルとの改善されたオイル交換に寄与することができる。

本発明によるピストン・ピストンリングシステムの原理図である。 図１に示したシステムの、燃焼室に面したピストンリングを部分的に示した図である。 図１に示したシステムの、オイルチャンバに面したピストンリングを部分的に示した図である。 図１に示した真ん中のピストンリングを部分的に示した図である。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、原理図として本発明によるピストン・ピストンリングシステムが示されている。ピストン１と、ピストン１を取り囲んでいて、必要に応じてシリンダライナとして形成されるシリンダ２とが、簡略に図示されている。ピストン１は、本実施形態では複数のピストンリング溝３，４，５を有している。これらのピストンリング溝３，４，５には、ピストンリング６，７，８が挿入されている。本発明にとって重要なのは、ピストンリング６及びピストンリング８である。ピストンリング６，８間に配置されたピストンリング７は任意に設けられるものなので、本発明の対象を考察する場合には、とりあえずはピストンリング６及びピストンリング８のみが考察される。

ピストンリング６，８は、上側の側面６′，８′と、下側の側面６″，８″とを有している。両ピストンリング６，８はそれぞれ、４００ｍｍよりも大きな直径を有する内周面９，１０を有している。本発明によるピストン・ピストンリングシステムは、２ストローク内燃機関、好適には船舶用ディーゼルエンジンに使用することができる。ピストンリング６，８は、それぞれ摺動面１１，１２を有しており、これらの摺動面１１，１２は、取り囲んでいるシリンダ２のシリンダ壁２″若しくはシリンダライナと、作用結合している。摺動面１１，１２には、湾曲面状（バレル状）の成形部１３，１４が設けられている。燃焼室Ｂに面した側のピストンリング６には、下側の側面６″に対して、ピストンリング６の軸方向の全構成高さｈの約１／３の軸方向高さｈ′に位置する頂点１５（支点）が形成されるように、湾曲面状に形成された摺動面を成す成形部１３が設けられている。オイルチャンバＯに面したピストンリング８は、その湾曲面状の成形部１４に関して、ピストンリング６とは異なって形成されている。このピストンリング８も頂点１６（支点）を有していて、この頂点１６は、下側の側面８″に対して、軸方向に見てピストンリング８の中間よりも上側、好適にはピストンリング８の全構成高さｈの２／３のところに配置されている。本発明に基づき選択された、ピストンリング６，８の互いに異なって形成された湾曲面状の摺動面を成す成形部１３，１４は、ピストン１の上昇運動に際しても、下降運動に際しても、周方向におけるオイルの最適な分配を生ぜしめる。

用途に応じて、軸方向に見てピストンリング６とピストンリング８との間に、やはり湾曲面状の摺動面成形部１７を有する、別のピストンリング７を設けることが有効なことがある。このピストンリング７も、上側の側面７′と下側の側面７″とを有している。用途に応じて、湾曲面の頂点１８は、その全構成高さｈに対してピストンリング７のほぼ１／２の軸方向高さｈ′″に設けられるか、若しくはこの１／２の軸方向構成高さｈ′″の軸方向下側又は軸方向上側に設けられてよい。

図２には、燃焼室Ｂ（図１）に面したピストンリング６が示されており、この場合、湾曲面状に形成された摺動面を成す成形部１３の頂点１５は、破線によって強調されている。内周面９と、上側の側面６′と、下側の側面６″も、やはり認識することができる。

図３にはピストンリング８が示されており、この場合も湾曲面状に形成された成形部１４の頂点１６は、破線によって強調されている。内周面１０と、上側の側面８′と、下側の側面８″も、やはり認識することができる。

図４には、図１と同様にやはり湾曲面状の摺動面成形部１７を有するピストンリング７が示されており、摺動面成形部１７の頂点１８は、この実施形態ではピストンリング７のほぼ中間の軸方向構成高さに設けられている。内周面と、上側の側面７′と、下側の側面７″も、やはり認識することができる。

Claims (5)

1. ４００ｍｍよりも大きな内径と、シリンダ壁（２′）に向かって凸状の湾曲面を有する摺動面と、湾曲面の頂点と、シリンダ壁（２′）に接触している、摺動面の支持領域とを備えていて、それぞれピストンリング溝（３，５）に挿入されている第１のピストンリング（６）と、第２のピストンリング（８）と、第１と第２のピストンリング（６，８）の間に設けられた第３のピストンリング（７）とから成る、２ストローク内燃機関のピストン（１）用のピストンリングシステムにおいて、第１のピストンリング（６）は燃焼室（Ｂ）に面しており、第２のピストンリング（８）は軸方向に見て第１のピストンリング（６）の下側に配置されており、第１のピストンリング（６）の湾曲面（１３）の頂点（１５）は、第１のピストンリング（６）の下側の側面（６″）から測定して、該ピストンリングの真ん中よりも下側に配置されており、第２のピストンリング（８）の湾曲面の頂点（１６）は、第２のピストンリング（８）の下側の側面（８″）から測定して、該ピストンリングの真ん中よりも上側に配置されており、第３のピストンリング（７）は、湾曲面状の摺動面（１７）を備えており、該摺動面（１７）は、第２のピストンリング（８）の湾曲面の頂点（１６）に相当する湾曲面の頂点（１８）を有していて、該頂点（１８）は、第３のピストンリング（７）の下側の側面（７″）から測定して、該ピストンリングの真ん中よりも上側に配置されていることを特徴とする、２ストローク内燃機関のピストン（１）用のピストンリングシステム。
2. 第１のピストンリング（６）の頂点（１５）は、第１のピストンリング（６）の下側の側面（６″）を起点として、該ピストンリング（６）の全構成高さ（ｈ）の約２０〜４０％の高さ（ｈ′）に位置している、請求項１記載のピストンリングシステム。
3. 前記頂点（１５）は、前記ピストンリング高さ（ｈ）の約３０％のところに位置している、請求項２記載のピストンリングシステム。
4. 第２のピストンリング（８）の頂点（１６）は、第２のピストンリング（８）の下側の側面（８″）を起点として、該ピストンリング（８）の全構成高さ（ｈ）の約６０〜８０％の高さ（ｈ″）に位置している、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストンリングシステム。
5. 前記頂点（１６）は、前記ピストンリング高さ（ｈ）の約７０％のところに位置している、請求項４記載のピストンリングシステム。

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