JP6216334B2

JP6216334B2 - 内燃機関用のピストンリング

Info

Publication number: JP6216334B2
Application number: JP2014557816A
Authority: JP
Inventors: ジェネス，ブレア・マシュー; ペディゴ，マシュー・ライアン; カントラ，トロイ
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: KR102056954B1; WO2013123337A1; JP2015508878A; EP2815116A1; CN104246190A; US20130213222A1; US9500280B2; EP2815116B1; EP2815116B8; KR20140123583A; CN104246190B

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１２年２月１７日に出願された出願連続番号第６１／６００，２８５号の利益を主張する。

発明の背景
１．発明の分野
本発明は概して、シリンダの内部に少なくとも１つの往復ピストンを有する内燃機関に関し、特に、往復ピストンとシリンダ壁との間のシールに関する。

２．関連技術
典型的な内燃機関には、エンジンブロックのシリンダの内部を往復運動する少なくとも１つのピストン本体が設けられる。一般に、各ピストン本体は複数のリング溝を含み、リング溝の各々がピストンリングを受けて作動可能に支持する。作動時、ピストンリングはリング溝の中にとどまり、各自のピストン本体とともにエンジンブロックのシリンダの内部を往復運動する。とりわけ、ピストンリングは、ピストン本体の上方の燃焼室内に燃焼ガスをシールしてピストン本体からシリンダ壁に熱を伝達することによって、クランクケースから燃焼室へのオイルの通過を制限するように、かつ全体的に均一な油膜をシリンダ壁に提供するように機能する。そのようなピストンリングは、典型的に、ばね力によって径方向外向きにシリンダ壁に接して付勢されて、ピストン本体とシリンダ壁との間にシールを確立する。

発明の要約
本発明の一局面は、シリンダ壁をピストン本体にシールするためのピストンリングを提供する。ピストンリングは、軸の周りに実質的に円周方向に延在し、かつ軸の方を向く内面を有するリング本体を含む。内面は、軸方向に間隔を空けられて径方向内向きに延在する複数の接触部を含む。リング本体は、内面の接触部を付勢してピストン本体に係合させてそれらの間にシールを確立するための弾性変形可能な材料からなる。径方向内向きに延在する接触部の少なくとも１つは周囲に実質的に連続的に延在して、ピストン本体の周りに実質的に連続的なシールを確立し、径方向内向きに延在する接触部の少なくとも１つは非連続的であり、オイルおよびガスがそこを通過できるようにするための少なくとも１つの凹部領域を含む。

ピストンリングはシリンダ壁のチャネル内に着座して、シリンダ壁とピストン本体との間にシールを確立し得る。したがって、ピストンリングは、エンジンの作動時に通常は静止し続け、シリンダ壁に対して動かない。この位置によって、スカートの長さを損なうことなく、ピストン本体がエンジンのシリンダ内を往復運動する際にピストン本体の安定性を高めることができ、すなわち、スカートは、ピストン本体が下死点位置にある時、シリンダ壁を通り過ぎて下向きに延在し得る。ピストンリングは耐吹抜け性も有する。

本発明の別の局面によると、複数の接触部は、上側接触部および複数の下側接触部を含む少なくとも３つの接触部である。上側接触部は実質的に円周方向において連続的であり、下側接触部の各々は少なくとも１つの凹部領域を有する。下側接触部の凹部領域は、実質的に連続的な上側接触部によって収集される排油を増加させるように互いに回転整列している。

本発明のさらに別の局面は、パワーシリンダアセンブリを提供する。パワーシリンダアセンブリは、円周方向に延在するチャネルが形成されたシリンダ壁と、スカートを有するピストン本体とを含む。スカートの外面の少なくとも一部は、スカート直径を有して周囲に実質的に連続的に延在する。シリンダ壁のチャネルの内部にピストンリングが配置されるか着座して、シリンダ壁とピストン本体との間にシールを確立する。ピストンリングは、弾性変形可能な材料からなり、かつ軸の周りに実質的に円周方向に延在するリング本体を有する。リング本体は、軸の方を向き、かつ軸方向に間隔を空けられて径方向内向きに延在する複数の接触部を有する内面を有する。接触部の少なくとも１つは、実質的に円周方向において連続的であり、弛緩状態にある時、全体的に均一なリング直径を有する。リング直径はピストン本体のスカート直径よりも小さい。リング本体は、スカートの円周方向において連続的な部分を実質的に円周方向に囲み、内面の接触部は、ピストン本体のスカートに接して付勢されて、シリンダ壁とピストン本体との間に動的シールを確立する。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面と関連して考慮されると以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるため、容易に認識されるであろう。

ピストンリングの例示的な実施形態の斜視図である。図１のピストンリングを含むパワーシリンダアセンブリの例示的な実施形態の断面図であって、上死点位置にあるピストン本体を示す図である。図１のピストンリングを含むパワーシリンダアセンブリの例示的な実施形態の別の断面図であって、下死点位置にあるピストン本体を示す図である。シリンダ壁のチャネル内に配置されてピストン本体とシール係合している図１のピストンリングを示す横断面部分図である。図１のピストンリングの横断面部分図である。図５とは異なる位置で取られた、図１のピストンリングの別の横断面部分図である。図１のピストンリングの断面斜視部分図である。図１のピストンの上面図である。

実施可能な実施形態の説明
いくつかの図面全体にわたって同様の番号は対応する部分を示す図面を参照して、内燃機関のパワーシリンダアセンブリ２６のシリンダ壁２４にピストン本体２２をシールするためのピストンリング２０の例示的な実施形態を図１に全体的に示す。次に図２および図３の横断面図を参照して、例示的なピストンリング２０は、エンジンブロック２８と二片式シリンダライナ３０とを有する内燃機関のパワーシリンダアセンブリ２６内に取付けられた状態で示されており、二片式シリンダライナ３０はともに、軸方向に延在するシリンダ壁２４を提供し、シリンダ壁２４は、シリンダ壁２４の周りに実質的に円周方向に延在するチャネル３２を有する。具体的には、例示的な実施形態では、ピストンリング２０は、軸方向に互いに間隔を空けられて上述のチャネル３２を提供するシリンダライナ３０片の端同士の間に配置される。しかし、チャネル３２はさまざまな異なる態様でシリンダ壁２４に形成され得ることを認識すべきである。たとえば、チャネル３２は、シリンダライナ３０をまったく用いずにエンジンブロック２８に直接形成されてもよい。例示的なピストンリング２０はディーゼル燃料圧縮点火エンジン内に取付けられた状態で示されているが、ピストンリング２０は代わりに、たとえばスパーク点火エンジンまたは水平対向２ピストン／シリンダエンジンを含む、さまざまな異なる種類の内燃機関において用いられ得ることを認識すべきである。

引続き図２および図３を参照して、例示的なパワーシリンダアセンブリ２６のピストン本体２２は、ピストン本体２２の外壁に形成された関連のリング溝内に保持される１つ以上の上側ピストンリング３４（例示的な実施形態では複数が示される）を含む。ピストン本体２２はさらに、ピストンリング２０領域から垂下し、かつエンジンの作動時のシリンダ内の往復運動の際にピストン本体２２を導くのに有用なスカート３６を有する。スカート３６の少なくとも一部は全体的に円筒形状であり、周囲に連続的に延在する外面を有する。具体的には、スカートの円周方向において連続的な部分の外面はスカート直径Ｄ_Ｓを有する。スカート３６のこの部分は、シリンダ壁２４との間に作動ギャップ３８が存在するように、シリンダ壁２４の内径とほぼ同じであるが相対的により小さいようにサイズ決めされる。ピストン本体２２はリストピン（図示せず）または同様の種類の接続装置によって接続ロッド４０に結合され、接続ロッド４０は次いでクランクシャフト（図示せず）または同様の機構に結合される。

引続き図２および図３を参照して、例示的なピストンリング２０は、シリンダ壁２４のチャネル３２内の位置において、エンジンブロック２８に対して固定装着され、ピストン本体２２のスカート３６の外面に接してシールされることによって、シリンダ壁２４とピストン本体２２との間に気密および液密シールを確立する。ピストンリング２０は内面４２（図４にもっとも良く示される）を有し、この内面は、エンジンの作動時にピストン本体２２のスカート３６と走行接触して、ピストン本体２２の一方の側で燃焼室内に燃焼ガスをシールし、ピストン本体２２の他方の側で、たとえばクランクケース（図示せず）または任意の他の油室内にオイルをシールする。エンジンの作動時、ピストン本体２２は、シリンダ壁２４の内部で、図２に示される上死点位置と図３に示される下死点位置との間を上下に動く。図示されるように、例示的なピストンリング２０はスカート３６の円周方向において連続的な部分とシール係合し続け、ピストン本体２２の移動範囲全体にわたって気密および油密シールを維持する。シリンダ壁２４のチャネル３２内のピストンリング２０の位置によって、スカート３６の長さを損なうことなく、ピストン本体２２がエンジンのシリンダ内を往復運動する際にピストン本体２２の安定性を高めることができ、すなわち、スカート３６は、ピストン本体２２が下死点位置にある時、クランクケース（図示せず）内へ下向きに延在し得る。

再び図１を参照して、ピストンリング２０は、軸の周りに実質的に円周方向に延在するリング本体４２を含む。リング本体４２は、軸の方を向き、かつ軸方向に間隔を空けられて径方向に延在する複数の接触部４６，４８を有する内面４４を有する。具体的には、図５〜図７にもっとも良く示されるように、例示的な実施形態では、リング本体４２は、上側接触部４６および複数の下側接触部４８（一対の下側接触部４８として図示される）を含む３つの接触部４６，４８を有する。図８にもっとも良く示されるように、上側接触部４６は、停止状態にある時、全体的に均一なリング直径Ｄ_Ｒを有して実質的に円周方向に連続的に延在する。リング直径Ｄ_Ｒはピストン本体２２のスカート直径Ｄ_Ｓよりも小さい。次に図５および図６を参照して、下側接触部４８は非連続的であり、凹部領域５０を有する。図示されるように、下側接触部４８の凹部領域５０は、回転方向において互いに整列している。再び図１を参照して、リング本体４２は、リングギャップ５２によって互いに間隔を空けられた端を有し、当該端は少なくとも部分的に互いに重なる。この重なりは、たとえば、アングル継手、重ね継手、凸形ステップ継手、アングルステップ継手、フック継手等を用いてもよい。

リング本体４２は、ばね鋼などの弾性変形可能な材料で作られる。リング本体４２をピストン本体２２のスカート３６上に取付けるために、リング本体４２を広げてリング直径を増加させてから、リング本体４２をスカート３６上に挿入する。リング本体４２は、解放されると、相対的により大きなスカート３６によって部分的に膨張したままであり、停止状態においてに向かって歪むことによって、ピストン本体２２との間に動的シールを確立する。

次に図４を参照して、リング本体４２はシリンダ壁２４のチャネル３２内に着座し、シリンダ壁２４とピストン本体２２との間に動的な気密および油密シールを確立する。リング本体４２のこの位置では、３つの接触部４６，４８のすべてがピストン本体２２とシール係合している。次に図５を参照して、下側接触部４８の凹部領域の整列によって、上側接触部４６によって収集される排油が増加する。

スカート３６と係合している接触部４６，４８のエッジは、良好な接触およびオイル収集を促進するように鋭利であってもよいし（すなわちナイフエッジ、９０度の角部または９０度未満の角部）、丸み帯びていてもよいし、任意の好適な形状を有してもよい。

リング本体４２は任意の所望の製造工程で形成されてもよく、たとえば、ばね鋼、他の種類の鋼、または鋳鉄を含む、弾性変形可能な任意の好適な材料で作られてもよい。リング本体４２はさらに、コーティングされていなくてもよいし、耐摩耗性コーティング（クロム、酸化アルミニウムセラミックを含むクロム［ＣＫＳ］、ミクロダイヤモンドを含むクロム［ＧＤＣ］等）が内面４４に塗布されていてもよい。リング本体４２の材料および形状は、好ましくは、リング本体４２とピストン本体２２との間の摩擦を最小限にしつつシリンダ壁２４とピストン本体２２との間に気密および油密シールを提供するように選択される。

実施形態の例示的な説明は説明的であることが意図されており、発明を限定することは意図されていない。開示された実施形態に対する変形および修正が当業者にとって明らかになり、発明の範囲内にあり得る。

Claims

シリンダ壁をピストン本体にシールするためのピストンリングであって、
軸の周りに実質的に円周方向に延在するリング本体を備え、前記リング本体は、前記軸の方を向く内面を有し、前記内面は、軸方向に間隔を空けられて径方向内向きに延在する複数の接触部を含み、前記リング本体は、前記内面の前記接触部を付勢して上記ピストン本体に係合させるための弾性変形可能な材料からなり、径方向内向きに延在する前記接触部の少なくとも１つは周囲に実質的に連続的に延在して、上記ピストン本体の周りに実質的に連続的なシールを確立し、径方向内向きに延在する複数の前記接触部は非連続的であり、オイルおよびガスがそこを通過できるようにするための少なくとも１つの凹部領域を含み、前記凹部領域の各々は、非傾斜面を介在して互いに間隔をあけた１対の傾斜面を有する、ピストンリング。
前記複数の接触部は、上側接触部および複数の下側接触部を含む少なくとも３つの接触部であり、前記上側接触部は実質的に円周方向において連続的であり、前記下側接触部の各々は凹部領域を含み、前記下側接触部の前記凹部領域は、排油を向上させるように互いに整列している、請求項１に記載のピストンリング。
前記リング本体は、リングギャップによって互いに間隔を空けられた端を有し、前記端は少なくとも部分的に互いに重なり、上記ピストン本体との間に円周方向において連続的なシールを確立する、請求項１に記載のピストンリング。
前記リング本体はばね鋼からなる、請求項１に記載のピストンリング。
前記リング本体はコーティングされていない、請求項１に記載のピストンリング。
パワーシリンダアセンブリであって、
チャネルが形成されたシリンダ壁を備え、前記チャネルは前記シリンダ壁の周りに円周方向に延在しており、前記パワーシリンダアセンブリはさらに、
スカートを有するピストン本体を備え、前記スカートの外面の少なくとも一部は、スカート直径を有して周囲に実質的に連続的に延在しており、前記パワーシリンダアセンブリはさらに、
前記シリンダ壁の前記チャネルの内部に配置されたピストンリングを備え、
前記ピストンリングは、軸の周りに実質的に延在するリング本体を有し、前記リング本体は、前記軸の方を向く内面を有し、前記内面は、軸方向に間隔を空けられて径方向内向きに延在する複数の接触部を含み、前記接触部の少なくとも１つは、弛緩状態にある時、全体的に均一なリング直径を有して実質的に連続的であり、前記リング直径は前記ピストン本体の前記スカート直径よりも小さく、複数の前記接触部は非連続的であり、少なくとも１つの凹部領域を含み、前記凹部領域の各々は、非傾斜面を介在して互いに間隔をあけた１対の傾斜面を有し、
前記リング本体は、前記スカートの円周方向において連続的な上記部分を実質的に円周方向に囲み、前記接触部は、前記スカートに接して付勢されて前記シリンダ壁と前記ピストン本体との間に動的シールを確立する、パワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体の前記複数の接触部は、上側接触部および複数の下側接触部を含む少なくとも３つの接触部であり、前記上側接触部は実質的に円周方向において連続的であり、前記下側接触部の各々は凹部領域を含み、前記下側接触部の前記凹部領域は、排油を向上させるように互いに整列している、請求項６に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体は、リングギャップによって互いに間隔を空けられた端を有し、前記端は少なくとも部分的に互いに重なり、前記ピストン本体との間に円周方向において連続的なシールを確立する、請求項６に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体はばね鋼からなる、請求項６に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体はコーティングされていない、請求項６に記載のパワーシリンダアセンブリ。