JP6522611B2 - ピストンリング - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年８月７日に出願された出願番号６１／８６３００７および２０１４年８月７日に出願された出願番号１４／４５３８４９の利益を主張する。

発明の背景
１．発明の属する技術分野
本発明は、一般にピストンリングに関し、より具体的にはピストンアセンブリにおける少なくとも２つの他のピストンリング間の配置のための中間ピストンリングに関する。

２．関連技術
内燃機関の製造業者は、燃費向上、燃料燃焼の改善、オイル消費の低減、その後の熱の使用のための排気温度の上昇、シリンダボア内の増加した圧縮負荷、エンジンの重量の減少とコンパクト化など、これらに限定されないが、エンジン効率及び性能を向上させるための増大した要求に遭遇している。これらの要求の１つ以上を満たすために、多くのエンジンメーカーは、エンジンの燃焼室内の温度と圧力の負荷を増加させるための高度な技術を採用している。したがって、このようなピストンはますます過酷な環境に耐えるように設計されたピストンリングと、それらのそれぞれのシリンダボアにシールされなければならない。

ほとんどのピストンは、軸方向に互いに離間された３つのピストンリングを用いてそれらのそれぞれのシリンダ壁に対して封止されており、各ピストンリングは、特定のタスクを実行するように最適化される。従来、上部リングは、ピストン上方の燃焼室の燃焼ガスをシールするために最適化された圧縮リングである。下部リングは、典型的には、シリンダ壁をこすり、燃焼室へ通過する油を保持するために最適化されたオイルコントロールリングである。第２のまたは中間リングは、典型的に、上部圧縮リングが、燃焼室内に燃焼ガスをシールし、また、オイルコントロールリングを過ぎさせられた任意のオイルをこすりとることを支援するという二重の目的を果たす。

図１および図２は、典型的な突合せ継手を有する典型的な中間ピストンリングを示している。示されるように、上部圧縮リングのリング端部間の閉じた間隔は、第２のリングのリング端部間の閉じた間隔よりも小さい。第２のリングにおけるより大きな間隔の目的は、上部と第２のリングとの間のガスの圧力を緩和することであり、そうでなければ、増加したリング間の圧力に起因してリング溝において上部リングをばたつかせる可能性がある。しかし、このより大きな全体の自由間隔もまた、第２のリングのオイル掻き落とし機能を低下させるであろうし、オイル消費の増加につながる可能性があり、また逆ブローバイが生じる可能性がある。第２のピストンリングのオイル掻きと逆ブローバイ抵抗を損なうことなく、上部リングのばたつきを防止することのできる改良された第２のピストンリングのための継続的な要望が残る。

発明の概要と利点
本発明の一態様によれば、３つ以上のピストンリングを有するピストンアセンブリにおける中間ピストンリングとして使用するためのピストンリングが提供される。ピストンリングは、対向する端面の間を円弧形状に延びるピストンリング本体を備える。前記ピストン本体は、前記ピストンがクランク室に向かって動いているときに燃焼ガスのより大きな流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にし、前記ピストンが反対方向に動いているときに燃焼ガスのより少ない流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にするための、少なくとも１つの燃焼ガス案内部を含む。これは、エンジンの運転中に中間ピストンリング上方のピストンリングにばたつきを生まずに、ピストンリングの外径におけるリング間隔を最小化することを可能にする。

本発明の他の態様は、ピストンアセンブリを提供する。ピストンアセンブリは、軸方向に互いからリング溝によって離間された少なくとも２つのランドを備え、ランドの少なくとも１つは、その外面において面取りを呈する。中間ピストンリングはランド間の溝内に配置され、ピストンリングは対向する端面の間で円弧形状に延び、中間ピストンリングは、ピストンアセンブリが１つの軸方向のみに動いているときに、燃焼ガスがピストンリングを通過して面取りを通って流れることを可能にするための少なくとも１つの燃焼ガス案内部を含み、ピストンリングは面取りを有する少なくとも１つのランドに対して着座している。

図面の簡単な説明
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付図面と関連して考慮されるとき理解され、同じく以下の詳細な説明を参照することによって理解されるであろう。

従来技術の中間ピストンリングの上面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストンに配設された、図１に示される従来技術の中間ピストンリングの断面図である。 中間ピストンリングの第１の実施の形態の上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第１の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第１の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第１の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第１の実施の形態の断面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第２の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第２の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第２の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第２の実施の形態の断面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第３の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第３の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第３の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第３の実施の形態の断面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第４の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第４の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第４の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第４の実施の形態の断面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第５の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第５の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第５の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第５の実施の形態の断面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第６の実施の形態の拡大上面図である。 リング間隔を中心にする、中間ピストンリングの第６の実施の形態の拡大正面図である。 ピストンの上向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第６の実施の形態の断面図である。 ピストンの下向ストローク中にピストン内に配置される、中間ピストンリングの第６の実施の形態の断面図である。

実施の形態の説明
図を参照すると、いくつかの表示を通して同様の数字は対応する部分を示し、３つ以上のピストンリングを有するピストンの中間ピストンリングとして使用するための改良された複数のピストンリングが提供される。改良された中間のピストンリングは、エンジンの運転中に中間ピストンリングと燃焼室との間に配置された上部ピストンリングのばたつきを防止しながら、他の既知の中間ピストンリングと比較して改善された油掻き能力を提供するために、中間ピストンリングの上方から中間ピストンリングの下方に燃焼ガスを通過させるための燃焼ガス案内部を含む。改良された中間ピストンリングは、他の公知の中間ピストンリングと比較して、それらの外表面で削減されたリング間隔を有するだけでなく、上部ピストンリングのばたつきを防止するために逆方向のガス流を制限しながら、中間ピストンリングの上方から中間ピストンリング下方にガスを制御可能に搬送するための一定の一方向性の構成を有する。

中間ピストンリング２０と下部ピストンリング（図示せず）と間のガスの圧力を低下させるための中間的かつ部分的に一方向性のガスシールピストンリング２０の第１の実施の形態は、一般的に、図３〜７に示されている。例示的なピストンリング２０の端面２２は、端面の半径方向最も外側の部分２４または半径方向外側縁部が、端面の半径方向に最も内側の部分２６または半径方向内側縁部よりも互いに近い位置に配置されるように傾斜している。言い換えれば、端面２２は、最も内側の縁部２６から最も外側の縁部２４に向かって互いに近づく。これは、閉じた間隔を一般的に等脚台形の形状とする。

図６を参照すると、ピストンリング２０の第１の例示的な実施の形態は、リング溝において示されており、ピストン本体２５の上方ストローク中（たとえば、４サイクルの圧縮または排気ストローク）にピストン本体２５の第３のランド３０に当接している。示されるように、第３のランド３０の上面は、面取り部３２を有しており、燃焼ガスが例示的なピストンリング２０の上方から間隔へと、そして例示的な中間ピストンリング２０の下方へ第３のランド３０における面取り部３２を介して流れている。特に、斜めの端面２２および面取り部３２のために、他の既知の中間ピストンリングと比較して、増加した量の燃焼ガスは第２のランド３４から第３のランド３０へとピストンリング２０を横切ることができる。これは、例示的な中間ピストンリング２０の上方のピストンリング（図示せず）のばたつきの危険性を低減する効果を有する。図７を参照すると下向（吸気および動力）ストロークの間に、ピストンリング２０は第２のランド３４に押し付けられ、より少ない量の燃焼ガスは、上向にピストンリング２０を通過することができ、すなわち、これらのストローク中に第３から第２のランド３４に流れる燃焼ガスの逆ブローバイは低減される。追加的に、突合せ継手を有する従来の中間ピストンリングと比較して、ピストンリング２０の外周の間隔は最小限に抑えられ、したがって、例示的なピストンリング２０は、例示的な中間ピストンリングと比較して、向上されたオイル掻き性能を提供する。

上述の第１の例示的な中間ピストンリング２０と同様に、以下の実施の形態の中間ピストンリング１２０、２２０、３２０、４２０、５２０の各々は、内燃機関のピストン２５、１２５、２２５、３２５、４２５、５２５の上向（圧縮および排気）ストローク中に増加した燃焼ガスの流れと、下向（吸気および動力）ストローク中に減少した燃焼ガスの流れとを提供する機能を含む。このため、例示的なピストンリング２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０のすべては、それぞれの中間ピストンリング２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０の上方のピストンリングのばたつきと逆ブローバイの両方を減少させる。後述するピストンリング１２０、２２０、３２０、４２０、５２０の各々もまた、その外周部に微小な間隔を有し、他の公知の中間ピストンリング、すなわち、より多くのシリンダ壁が外周によって掻き取られるものと比較して、その改善されたオイル掻き性能をもたらす。

図８〜１１は、１００で区別されるような同様の数字が上述した実施の形態に対応する部分を示すピストンリング１２０の第２の実施の形態を示している。図８を参照すると、第２の実施の形態の端面の各々は、半径方向内側部分１２６と半径方向外側部分１２４を有しており、半径方向外側部分１２４は、半径方向内側部分１２６よりさらに周方向に延在する。このため、ピストンリング１２０は、その内径よりも外径において小さい間隔を有する。図１０および図１１の断面図に示すように外側部分１２４は上面から下方かつ半径方向外向きに外径に向かって先細り、増加した燃焼ガスの流れが、ピストン１２５の上向ストローク中に、中間ピストンリング１２０の上方から中間ピストンリング１２０の下方に第３のランド１３０における面取り１３２を介して通ることを可能にする。上部における外側部分１２４のより大きい厚さは、ピストン１２５の下向（吸気および動力）ストローク中に第２のランド１３４に対するシールを向上させる。

次に図１２〜１５を参照すると、２００で区別されるような同様の数字が上述した実施の形態に対応する部分を示すピストンリング２２０の第３の実施の形態が示される。上述した第１のおよび第２の実施の形態と同様に、中間ピストンリング２２０の第３の実施の形態は、面取りされた第３のランド２３０を有するピストン２２５とともに使用するために構成されている。中間ピストンリング２２０のこの実施の形態は、従来のテーパー面リングと同様であるが、さらにピストンリング２２０の半径方向内側を向いた面から半径方向外側を向いた面に向かうがそのすべてには延びないアンダーカット２３６を端面の各々に含んでいる。アンダーカット２３６もまた、隣接する半径方向外側を向いた面に向かって互いに先細る。ピストン２２５の（圧縮および排気）上向ストローク中に、燃焼ガスは、アンダーカット２３６と中間ピストンリング２２０の下方を通り面取り２３２を介して中間ピストンリング２２０の下方に流れる。上向（吸気および動力）ストローク中に、ピストンリング２２０は、第２のランド２３４に押しつけられ、逆ブローバイが制限される。

次に図１６〜１９を参照すると、３００で区別されるような同様の数字が上述した実施の形態に対応する部分を示す、ピストンリング３２０の第４の実施の形態を示している。本実施の形態では、面取りされるか面取りされない第３のランド３３０を有するいずれかのピストン３２５で使用されることができる。中間ピストンリング３２０のこの実施の形態は、従来のテーパー面のナピアスタイルのピストンリングと類似であるが、ピストンリング３２０の半径方向内側を向いた面からピストンリング３２０の半径方向外側を向いた面に形成された外溝３３７に延びる端面の各々にアンダーカット３３６を含む。上向ストローク（圧縮および排気）中、燃焼ガスは、アンダーカット３３６を通って中間ピストンリング３２０の下方に第３のランド３３０における面取り３３２（このような面取り３３２が存在する場合）または溝３３７のいずれかを介して、流れる。下向（動力および吸気）ストローク中に、ピストンリング３２０は第２のランド３３４に押しつけられ、逆ブローバイが制限される。

次に図２０〜２３を参照すると、４００で区別されるような同様の数字が上述した実施の形態に対応する部分を示す、ピストンリング４２０の第５の実施の形態を示している。第４の実施の形態と同様に、第５の実施の形態では、外溝４３７を含むが、追加的に、端面の１つから周方向に離間され、ピストンリング４２０の半径方向内側を向いた面から溝４３７に延びるチャネル４３８を含む。上向（圧縮および排気）ストローク中に、燃焼ガスは、チャネル４３８を通ってからピストンリング４２０以の下方に（第３のランド４３０が面取り４３２を持っている場合）第３のランド４３０の面取り４３２を介するかおよび／または溝を介して流れる。例示的な中間ピストンリング４２０は、単一のチャネル４３８を有しているが、ピストンリング４２０は、任意の所望の数のチャネル４３８を有することができることが理解されるべきであり、これらのチャネルは、ピストンリング４２０の任意の所望の領域に配置されることができる。下向（動力と吸気）ストローク中に、ピストンリング４２０は、第２のランド４３４に押し付けられ、逆ブローバイが制限される。

次に図２４〜２７を参照すると、５００で区別されるような同様の数字が上述した実施の形態に対応する部分を示す、ピストンリング５２０の第６の実施の形態を示している。本実施の形態では、面取りされるかまたは面取りされない第３のランド５３０を有するピストン５２５のいずれかで使用されてもよい。図２４および図２５に示すように、端面の１つの外径は、他方の端面に向かって円周方向に延びている指部５４０を有し、他方の端面は、指部５４０を受けるためのノッチ５４２を含む。指部５４０とノッチ５４２との間の間隔は、端面の他の部分の間の間隔に比べて非常に小さい。この非常に小さな間隔は、エンジンの運転中にシリンダ壁の改良された油の掻き取りを可能にする。図２６および図２７を参照すると、指部５４０はピストン５２５の上向（圧縮および排気）ストローク中に燃焼ガスの流れのためのチャネルを提供するために一般的に三角形の形状を有する。下向（動力および吸気）ストロークの間、ピストンリング５２０は、第２のランド５３４に押しつけられ、逆ブローバイが制限される。

もちろん、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、具体的に、添付の特許請求の範囲内にしながら説明した以外の方法で実施することができる。

Claims (9)

1. ３つ以上のピストンリングを有するピストンアセンブリにおける中間ピストンリングとして使用するためのピストンリングであって、
   対向する端面の間を円弧形状に延びるピストンリング本体を備え、
   前記ピストンリング本体は、半径方向内側を向いた面および半径方向外側を向いた面を有し、前記半径方向外側を向いた面に外溝が形成され、前記ピストンリング本体は少なくとも１つのアンダーカットを含み、前記アンダーカットは、前記半径方向内側を向いた面と前記外溝との間の全距離を半径方向に延び、
   前記ピストンリング本体が１つの方向に動いているときに燃焼ガスのより大きな流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にし、前記ピストンリング本体が反対方向に動いているときに燃焼ガスのより少ない流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にする、ピストンリング。
2. 前記端面の各々は、半径方向外側縁部および半径方向内側縁部を有し、前記半径方向外側縁部は前記半径方向内側縁部よりも互いに接近している、請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記端面の各々は、前記半径方向外側縁部から前記半径方向内側縁部に延びる、請求項２に記載のピストンリング。
4. 前記端面の各々は、半径方向外側部分および半径方向内側部分を有し、前記半径方向外側部分は前記半径方向内側部分よりもさらに周方向に延びる、請求項１に記載のピストンリング。
5. ３つ以上のピストンリングを有するピストンアセンブリにおける中間ピストンリングとして使用するためのピストンリングであって、
   対向する端面の間を円弧形状に延びるピストンリング本体を備え、
   前記ピストンリング本体は前記ピストンリング本体が１つの方向に動いているときに燃焼ガスのより大きな流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にし、前記ピストンリング本体が反対方向に動いているときに燃焼ガスのより少ない流れが前記ピストンリング本体を通過することを可能にするための、少なくとも１つの燃焼ガス案内部を含み、
   前記ピストンリング本体は、半径方向内側を向いた面と、半径方向外側を向いた面と、前記半径方向外側を向いた面に設けられた外溝と、前記半径方向内側を向いた面と前記外溝との間を延びる少なくとも１つのチャネルを有する下方面とを有し、前記少なくとも１つのチャネルは周方向に前記端面から離間される、ピストンリング。
6. ピストンアセンブリであって、
   軸方向に互いからリング溝によって離間された少なくとも２つのランドを備え、前記ランドの１つは、その外面において面取りを呈し、前記ピストンアセンブリはさらに、
   前記ランドの間の前記リング溝内に配置された中間ピストンリングを備え、前記中間ピストンリングは対向する端面の間で円弧形状に延び、
   前記中間ピストンリングは、半径方向内側を向いた面および半径方向外側を向いた面と、前記半径方向外側を向いた面に設けられた外溝とを含み、前記半径方向内側を向いた面と前記外溝との間の全距離を半径方向に延びる少なくとも１つのアンダーカットを含み、
   前記ピストンアセンブリが１つの軸方向のみに動いているときに、燃焼ガスが前記中間ピストンリングを通過して前記面取りを通って流れることを可能にし、前記中間ピストンリングは前記面取りを有する前記少なくとも１つのランドに対して着座している、ピストンアセンブリ。
7. 前記中間ピストンリングの前記端面の各々は半径方向外側縁部および半径方向内側縁部を有し、前記半径方向外側縁部は前記半径方向内側縁部よりも互いに接近している、請求項６に記載のピストンアセンブリ。
8. 前記中間ピストンリングの前記端面の各々は、前記半径方向外側縁部から前記半径方向内側縁部に延びる、請求項７に記載のピストンアセンブリ。
9. 前記中間ピストンリングの前記端面の各々は、半径方向外側部分および半径方向内側部分を有し、前記半径方向外側部分は前記半径方向内側部分よりも周方向にさらに延びる、請求項６に記載のピストンアセンブリ。

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