JP6345124B2 - 内燃機関用のピストンリング - Google Patents

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６１／６００，２１６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、スカートを有するピストン本体を含むピストンアセンブリを提供する。スカートの少なくとも一部は円周方向に連続的に延在しており、スカート直径を有する。ピストンアセンブリはさらに、全体的に螺旋形状のリング本体を有し、かつ内面を有するピストンリングを含む。リング本体は、弛緩状態にある時、少なくとも１回全回転することによって延在する。弛緩状態にある時、リング本体の内面は、スカート直径よりも小さいリング直径を提供する。リング本体がピストン本体のスカートを円周方向に囲むことによって、内面がスカートの円周方向おいて連続的な部分の外面に係合するように付勢されて、リング本体とピストン本体との間に動的シールを確立する。

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ブローバイ性も有する。

本発明の別の局面は、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、円周方向において連続的なチャネルが形成されたシリンダ壁を含む。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含み、スカートの外面の少なくとも一部は、周囲に実質的に連続的に延在する。スカートのこの部分は、全体的に連続的なスカート直径を有する。パワーシリンダアセンブリはさらに、シリンダ壁のチャネルの内部に配置されたピストンリングを含む。ピストンリングはリング本体を有し、リング本体は、リング本体が弛緩状態にある時、全体的に螺旋形状に少なくとも１回全回転することによって延在する。リング本体は弛緩状態にある時、ピストン本体のスカート直径よりも小さい内径を提供する内面を有する。リング本体はピストン本体のスカートを円周方向に囲み、内面は、スカートの円周方向において連続的な部分の外面に係合するように付勢されて、シリンダ壁とピストン本体との間にシールを確立する。

本発明のさらに別の局面は、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である。ピストンリングは、弛緩状態にある時に少なくとも１回転することによって延在する、全体的に螺旋形状のリング本体を有する。リング本体は、丸みを帯びているか面取りされてピストン本体に動的に係合する内面を有する。

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つ以上の上部ピストンリング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４４（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、全体的に螺旋形状を有し、かつ弛緩状態にある時に１回以上回転することによって軸の周りに延在するリング本体４２を含む。たとえば、例示的な実施形態では、リング本体４２は弛緩状態にある時、約７回全回転することによって延在する。リング本体４２は、その周りをリング本体４２が延在する軸の方を向く連続的な内面４４を有する。図５に示されるように、ピストンリング２０の上下から見ると、内面４４は、ピストン本体２２のスカート３６のスカート直径Ｄ_Ｓよりも小さいリング直径Ｄ_Ｒを有する外周を通って延在する。

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を部分的に広げるかほどいてリング本体４２の材料を弾性的に歪めることによって、一時的にリング直径Ｄ_Ｒをスカート直径Ｄ_Ｓよりも大きくしなければならない。そして、リング本体４２をピストン本体２２のスカート３６上に挿入して弛緩することによって、リング本体４２の内部のばね力によって内面４４をピストン本体２２の外面に接して付勢する。

次に図４を参照して、例示的な実施形態のリング本体４２は、シリンダ壁２４のチャネル３２の内部に着座してシールされ、かつピストン本体２２の外面に接して付勢されてシリンダ壁２４とピストン本体２２との間に気密および油密シールを確立している状態で示されている。図示されるように、リング本体４２の内面４４は丸みを帯びている。しかし、内面４４は代わりに面取りされてもよいし、ピストン本体２２の外面に接してシールするのに好適な任意の形を有してもよいし、可変の形状を有してもよい。連続的な内面４４は、リング本体４２に、ピストン本体２２との螺旋形状の接触線または接触面を提供する。これによって、円周方向において連続的なオイル収集ならびにガスおよびオイルシール性能が提供される。

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、たとえばばね鋼を含む任意の好適なばね状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［登録商標］］、ミクロダイヤモンドを含むクロム［ＧＤＣ［登録商標］］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 (10)

1. ピストンアセンブリであって、
   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円周方向に連続的に延在しており、スカート直径を有し、前記ピストンアセンブリはさらに、
   全体的に螺旋形状を有する単一のリング本体を備え、前記リング本体は、弛緩状態にある時、少なくとも１回全回転することによって延在しており、前記リング本体は、前記リング本体が前記弛緩状態にある時に前記スカート直径よりも小さいリング直径を提供する内面を有し、
   前記リング本体は、前記ピストン本体の前記スカートを円周方向に囲み、前記リング本体の前記内面は、前記スカートの円周方向において連続的な上記部分の前記外面に係合するように付勢されて、前記リング本体と前記ピストン本体との間にシールを確立する、ピストンアセンブリ。
2. 前記リング本体の前記内面は丸みを帯びているか面取りされている、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
3. 前記リング本体の前記内面は丸みを帯びている、請求項２に記載のピストンアセンブリ。
4. 前記リング本体は、前記弛緩状態にある時、複数回回転することによって延在する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
5. 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実質的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、全体的に螺旋形状の単一のリング本体を有し、前記リング本体は、弛緩状態にある時、少なくとも１回全回転することによって延在しており、前記リング本体は、前記リング本体が弛緩状態にある時に前記スカート直径よりも小さいリング直径を提供する内面を有し、
   前記リング本体は、前記ピストン本体の前記スカートを円周方向に囲み、前記内面は、前記スカートの円周方向において連続的な上記部分の前記外面に係合するように付勢されて、前記シリンダ壁と前記ピストン本体との間にシールを確立する、パワーシリンダアセンブリ。
6. 前記リング本体の前記内面は丸みを帯びているか面取りされている、請求項５に記載のパワーシリンダアセンブリ。
7. 前記リング本体の前記内面は丸みを帯びている、請求項６に記載のパワーシリンダアセンブリ。
8. 前記リング本体は、前記弛緩状態にある時、複数回回転することによって延在する、請求項５に記載のパワーシリンダアセンブリ。
9. 前記ピストンリングの前記内面はコーティングされていない、請求項５に記載のパワーシリンダアセンブリ。
10. 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、
    全体的に螺旋形状を有し、少なくとも１回転することによって延在する単一のリング本体を備え、
    前記リング本体は、丸みを帯びているか面取りされてピストン本体に動的に係合する内面を有する、ピストンリング。

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