JPH03185252A - 往復動ピストン式内燃機関のシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は往復動ピストン式内燃機関のシリンダに関す
る。

［従来の技術］ ドイツ連邦共、和国特許第１２１Ｈ１２号明細書から、
シリンダ壁が圧力補整のためにピストンリングにより画
成される環状空間の間に溝を有し、これらの溝が下死点
で一番上のピストンリングの範囲を越えて延びるように
配置されている往復動ピストン式内燃機関のシリンダが
知られている。この公知の装置によりピストンリング中
間空間内の圧力を主として燃焼室へ解放しようとしてい
る。

この公知の装置では溝の比較的大きい軸方向寸法に基づ
き、膨張行程でのピストンの下降の際に下側の各環状空
間がすぐ上の環状空間の比較的高い圧力レベルを加えら
れることが欠点である。環状溝内の圧力を下げるのでは
なく、閉じ込め圧力が比較的高いレベルへ上昇され、そ
れによりピストンリングの適時の側面交替が妨げられ、
ピストンリングの「固渋」の危険が増す。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、ピストンリングセットの封止効果が
改善されかつその方命が完全な機能を保って高められる
ように往復動ピストン式内燃機関のシリンダを構成する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、空所がバッファ室として
構成され、これらのバッファ室の合計容積が一つの環状
空間の複数倍であり、一番上のピストンリングが下死点
でバッファ室の下方に来るような、また一番下のピスト
ンリングが上死点でバッファ室の上方に来るような高さ
に、バッファ室がシリンダ壁に配置されていることによ
り、解決される。

［作用効果］ シリンダ壁に配置されたバッファ室によりピストンリン
グ間の環状空間が圧縮行程で次々に適切に空気を充填さ
れる。その際一番上の環状空間内の圧力は最高であり、
下に向かって低下する。囲い込まれた空気は膨張行程中
にピストンリングセット中への可燃ガス及び粒子の侵入
に対する阻１１−１流体として働く、膨張行程の第２の
半部では囲い込まれた大気が下から上に向かって再び次
々にバッファ室へ放出されるので、環状空間の負荷が除
かれ圧縮リングの適時の側面交替を妨げるものはない、
第１の圧縮リングの通過の後にバッファ室が燃焼室に向
かって解放され、その際ピストン頭部側壁の範囲へ侵入
した燃焼残滓が燃焼室へ運び戻されるという長所が補助
的に生じる。第２及び第３の圧縮リングが燃焼室とクラ
ンクケースとの間の全圧力差から引き受ける割合はこの
発明により高められ、それにより第１の圧縮リングの負
荷が軽減されその度耗が著しく低減される。

この発明の有利な実施態様は請求項２以下に記載されて
いる。

［実施例］ 次にこの発明に基づくシリンダの複数の実施例を示す図
面により、この発明の詳細な説明する。

第１図ないし第９図には１図示されていない往復動ピス
トン式内燃機関のピストンが符号１でまたシリンダが符
号２で示されている。ピストン１の端面は燃焼室３を画
成する。ピストンｌの側壁とシリンダ２との間に存在す
る環状間隙４は、三つの圧縮リング６．９．１２と一つ
のオイルシールリング１５とにより封止される。燃焼室
３に最も近く設けられた第１の圧縮リング６はピストン
ｌの中に切り込まれた環状溝５の中に、また！？＜２の
圧縮リング９は環状＃１８の中に、またｔＪＳ３のピス
トンリング１２は環状ｎｌｌの中に、そしてオイルシー
ルリング１５は環状構１４の中にそれぞれはめ込まれて
いる。すべてのピストンリング６．９，１２．１５はそ
れらの高さに関して、。

それらを収容する環状溝５．８．１１．１４の軸線方向
寸法より僅かに小さい。ピストンリング６．９．１２．
１５はこれらのリングに加わる力（ピストン加速による
慣性力、ピストンリング上面と下面とにおける圧力差に
相応する押圧力、シリンダ壁の摩擦力）に応じて、それ
ぞれの環状溝５．８．１１．１４の上面又は下面に接触
する。

ピストン１とシリンダ２との間の環状間隙４の中には第
１及びｆｆ５２の圧縮リング６．９により第１の環状空
間７が画成され、また第２及び第３の圧縮リング９．１
２により第２の環状空間１０が画成され、また第３の圧
縮リング１２とオイルシールリング１５とにより第３の
環状空間１３が画成される。

これらの環状空間７．１Ｏ１１３中ではピストンリング
で不可避的に漏れたガスに基づき圧力が生じ、この圧力
は第１の環状空間７の中では第２の環状空間１０の中よ
り高く、第２の環状空間ｌＯの中では第３の環状空間１
３の中より高い。

第１０図には、手作動サイクルすなわち圧縮行程と膨張
行程との間の燃焼室３及び環状空間７゜１０．１３中の
圧力経過曲線が示されている。

符号ｐｏにより燃焼室３中の圧力経過が示され、符号ｐ
　＋　１　により示された曲線はｉｌの環状空間７内の
圧力経過を示し、また符号Ｐ２’　により示された曲線
は第２の環状空間１０内の圧力経過を示し、符号ｐ３に
より示された曲線は第３の環状空間１３内の圧力経過を
示し、ここでＰＩ’　　　Ｐ２’　はこの発明を適用し
ない状態を示す、第３の環状空間１３内の圧力ｐ３はガ
スに対するオイルシールリングの弱い封止効果に基づき
フラングケース内の圧力と少ししか異なっていない、従
って下記の考察の際には無視する。

燃焼室３の中の圧力経過ｐｏは周知のように全圧縮行程
中上昇し、上死点の直後に点火による火炎面の伝播に基
づき最高値に達し、続いて残りの膨張行程中に連続的に
再び低下する。これに比べて第１の環状空間７内の圧力
上昇ＰＩ　＋　は、第１の圧縮リング６の強い絞り効果
に基づき大きい遅延を（ｆなって生じ、第２の環状空間
１０の曲線ｐ２＋　の最大圧力は、第２の圧縮リング９
の絞り効果により更に遅れて到達される。ｌ１ＩＩ線Ｐ
Ｉ’ｐ２　Ｌが曲線ｐｏの下降曲線を上回るような領域
では、第１及び第２の環状空間７又はｌＯ中にそれぞれ
閉じ込め圧力が囲い込まれ、この圧力が圧縮リングの秩
序ある側面交替を姉げる０曲線ＰＩ　＋　　と曲線ｐｏ
　との交点から、閉じ込め圧力により第１の圧縮リング
６が環状溝５の上側側面に押しく−ｊけられ、第２の圧
縮リング９が環状溝８の下側側面に押し付けられる。排
気ガスは第１の環状空間７中に二重逆止弁を備えた管路
の中のように囲い込まれ、膨張行程中に適特に放出でき
ずかつ環状溝を清掃できない、膨張行程ごとに堆積する
汚れの粒子の量が増し、遂にｉ２のピストンリング９の
半径方向運動が妨げられ、それによりその機能を失うに
至る（リング固渋）。

一番上の圧縮リング６は公知のピストン／シリンダ装置
の場合に、全圧縮行程中及び膨張行程の大部分中にほと
んど単独で燃焼室とクランクケースとの間の全圧力差を
支える。燃焼室３と第１の環状空間７との間の圧力差は
シリンダ壁へのこのリングの有効な押しつけ力に対して
ほぼ決定的であるので、この高い負担分は必然的に大き
い早期の摩耗を招く。

この発明に基づきシリンダ２の壁中にバッファ室１６が
設けられ、これらのバッファ室の容積は合計で一つの環
状空間７．１０．１３の複数倍である。一番上のピスト
ンリング（圧縮リング６）が下死点でバッファ室の下方
に来るような、また−滑下のピストンリング（オイルシ
ールリング１５）が上死点でバッファ室の上方に来るよ
うな高さに、バッファ室１６がシリンダ壁に配置されて
いる。バッファ室はｔ５１図ないし第９図において、周
に沿って一様に分散してシリンダ軸線に垂直な一平面し
に延びる円筒形穴として４１１ｒ＆されている。

次に第１図ないし第９図によりバッファ室１６の作用を
圧縮行程及び膨張行程の個々の時点で説明する。その際
個々の環状空間７．１０に生じる圧力経過が第１０図に
曲線Ｐ１又はｐ？により示されている。第１図ないし第
９図に相応する状態が第１０図では垂直な線により示さ
れ、これらの線は第１図ないし第９図の番号に対応して
同じローマ数字で示されている。

第１図では、バー、ファ室１６が圧縮行程において圧縮
された大気を充填される。第２図では、第１の圧縮リン
グ６がバッファ室１６の入口を通過する。その際第１の
環状空間７は、この時点までに燃焼室３中で上昇したよ
りも幾分低い圧力レベルをイ■する大気により場たされ
る。それによりｉｌの環状空間７中の圧力は第１Ｏ図の
線■の高さで示すように急にレベルＰ１へ−Ｌ昇され、
このレベルＰＩ　はこの発明に２Ｊｌｉツ＜／＜ッファ
室を使用しない場合に同じ環状空間内に生じるレベルＰ
Ｉ　Ｌ　　より著しく高い。燃焼室圧力ｐｏ　と第１の
環状空間７内の圧力ＰＩ　との間の圧力差（ｐｏ　−ｐ
＋　）は、この時点からピストンが更に動いた際には、
燃焼室圧力ｐｏ　とこの発明を適用しない環状空間圧力
ＰＩ　＋　　との間の圧力差より著しく小さくなる。

しかし第１のピストンリング６を介しての圧力差は、こ
のリングが燃焼室とクランクケースとの間の全圧力差に
おいて封止上引き受ける割合に対する尺度である。なぜ
ならばこの圧力差によりピストンの傾く際のシリンダ壁
へのリングの半径方向押しつけ力が主として決定される
からである。

第３図では、第２の圧縮リング９がバッファ室１６の開
口を通過する。それにより第２の環状空間１０が第１０
図の線■の高さで示すように、この発明を適用しないと
きに同じ時点でそこに生じる圧力（曲１１ｐ？’　参照
）より著しく高い圧力レベルｐ２へ急に上昇される。そ
れにより第２の圧縮リング９がリングセットの全封止効
果における比較的大きい負担分を引き受け、このことは
すべてのピストンリングの摩耗の平均化に、またそれに
より一番高い負荷を受ける第１の圧縮リング６の摩耗の
低減に寄与する。

第４図では、第３の圧縮リング１２がバッファ室１６の
開口を通過する。それによりバッファ室１６中に存在す
る残圧が第３の環状空間１３中へ解放され、環状空間１
３の中ではオイルシールリング１５の小さい側止効果と
クランクケースの排気とに基づきほぼ大気圧が生じる。

バッファ室１６からの僅かな残圧の完全な解放は、オイ
ルシールリング１５がバッファ室１６の開口を通過する
第５図に示す運動時期に行われる。

圧縮行程のその後の経過中に、特にリング継目を経て絞
られて燃焼室３から流れ込む空気により、環状空間７．
１０中の圧力レベルが更に上昇する０次の膨張行程の第
１の時期に（第６図参照）、環状空間７、ｌＯ中に囲い
込まれた大気が可燃ガス及び燃焼残滓のピストンリング
セット内への侵入及びクランクケース内への侵入（ブロ
ーバイ）に対する有効な障壁を形成する。

第７図では、第３の圧縮リング１２が下降運動中にバッ
ファ室１６の開口を通過し、その際第２の環状空間１０
とバッファ室１６との結合を許す、そのｍ第２の環状空
間ｌＯの圧力が第１Ｏ図の線■で示すように急に著しく
低い圧力レベルに下がる。

その直後に（第８図参照）第２の圧縮リング９がバッフ
ァ室１６の開口を通過する。その際第１Ｏ図の線■の高
さで示すように、第１の環状空間７内の圧力が急に著し
く低い圧力レベルへ下がる。環状空間７．１０内に閉じ
込められた圧力の適時の解放により、曲線Ｐｌ’、Ｐ７
’　がＩｌｂ＆１ｐｏ　を越えて第１０図の右側部分に
来るような圧力張り出しが避けられるので、ピストンリ
ングはＦＸＸ労力び慣性力に基づきそれぞれのピストン
リフグ中での接触面を適時に変える。

第９図に示された状態では、第１の圧縮リング６がバッ
ファ室１６の開口を通過する。その際パンフッ室１６中
に蓄えられた空気が、バッファ室開口の上縁と圧縮リン
グ６の上縁との間の狭い間隙を経てノズル状に、また続
いてピストン頭部側壁に沿った環状間隙４を経て燃焼室
３へ逃れる。その際たまたまそこに存在する燃焼残滓を
伴なって流れ燃焼室３へ運び戻し、それによりリングセ
ットが極めて清潔に従って機能を果たすように保たれる
のでイｆ利である。

バック７室の形状及び配置に関して、次にｆｔ５１１図
ないし第１３図により複数の変形例を説明する。第１１
図では、バッファ室が長大状のボケフ）１７として構成
され、その長子軸線が主としてピストン軸！１１８に垂
直に配置された平面上に延びる。それによりピストンリ
ング封止面の高さに調和したピストン長手軸線方向の穴
の寸法を増大する必要なく、バッファ室の断面従ってそ
の容積が前記実施例の円筒形穴に比べて増大されるとい
う長所が生じる。すべての実施例に対して、すべてのバ
ッファ室をまとめると一つの環状空間７．１０．１３の
複数倍望ましくは約３〜４倍の容積を有することが戊り
立つ、そのように調和させた場合に第１０図に示すよう
に、環状空間中のイＩ利な圧力上昇及び下降が生じる。

第１２図には、円筒形穴１９として形成されたバッファ
室がシリンダ２の軸線方向に相互にずらせて、シリンダ
摺動面の鞍形の表面線２０１：に配置されている。それ
により環状空間７．１０の充填及び排出が第１の実施例
のように急激にではなく、一番高く配置された穴１９ａ
の最上点から一番低く配置された穴１９ｂの最下点にま
で達するピストンの運動間隔中の滑らかな移行が生じる
。

第１３図に示された別の実施例の場合には、シリンダ２
にバッファ室２１．２２が、相互に平行なかつシリンダ
軸線２３に垂直な二つの平面上に配置されている。この
実施例では環状空間７．１Ｏ１１３の二段階の充填及び
排出が行われる。

それにより第１４図に曲＆！２４で示された第１の環状
空間７の圧力経過、及び第１４図に曲線２５で示された
第２の環状空間ｌＯの圧力経過が、既にｆｊＳｌｏ図か
ら知られ符号ｐｏが付けられた燃焼室３の圧力経過の曲
線の形に比較的よく似ている。従ってエンジンの作動サ
イクルの図示の部分中の燃焼室３とクランクケースとの
間の圧力差が、はぼ一定にとどまる比率で両圧縮リング
６．９に分配され、このことはこれらのリングの−様な
【１荷と度耗とに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図はそれぞれピストンリングとこの発
明に基づ〈シリンダの一実施例におけるバッファ室との
間の関係を圧縮及び膨張行程の各段階について示した要
部断面図、第１０図は第１図ないし第９図に示す燃焼室
及びピストンリング間の環状空間における圧力経過をバ
ッファ室の有無についてグラフで示した図、第１１図な
いし第１３図はそれぞれシリンダの異なる実施例の斜視
断面図、第１４図は第１３図に示すシリンダについて第
１Ｏ図と同様に正方経過をグラフで示した図である。 ｌ・・・ピストン ２・・・シリンダ ３・・・燃焼室 ５．８．１１．１４・・・環状溝 ６．９．１２・・・ピストンリング ７．１Ｏ５１３・・・環状空間 １５・・・オイルシールリング １６．１７．１９．２１．２２・・・バッファ室１８．
２３・・・シリンダ軸線 ２０・・・表面線 Ｆｉｇ、　７ Ｆｉｇ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）上部に往復動ピストンにより画成される燃焼室を備
   え、ピストンが複数の環状溝中にピストンリングを支持
   し、これらのピストンリングの上面又は下面がピストン
   側壁及びシリンダ摺動面に関連して複数の環状空間を形
   成し、またシリンダ壁上に配置された複数の空所を備え
   る往復動ピストン式内燃機関のシリンダにおいて、空所
   がバッファ室（１６、 １７、１９、２１、２２）として構成され、これらのバ
   ッファ室の合計容積が一つの環状空間（７、１０、１３
   ）の複数倍であり、 一番上のピストンリング（６）が下死点で バッファ室の下方に来るような、また一番下のピストン
   リング（１２）が上死点でバッ ファ室の上方に来るような高さに、バッファ室（１６、
   １７、１９、２１、２２）がシリンダ壁に配置されてい
   ることを特徴とする往復動ピストン式内燃機関のシリン
   ダ。 ２）バッファ室（１６）としてシリンダ壁中に半径方向
   に延びる盲穴が用いられることを特徴とする請求項１記
   載のシリンダ。 ３）バッファ室としてほぼシリンダ軸線 （１８）に垂直に延びる長手軸線を備える長穴状ポケッ
   ト（１７）が用いられることを特徴とする請求項１記載
   のシリンダ。 ４）周囲に一様に分散して複数のバッファ室（１６、１
   ７、１９、２１、２２）が設けられることを特徴とする
   請求項１ないし３の 一つに記載のシリンダ。 ５）すべてのバッファ室（１６、１７）がシリンダ軸線
   （１８）に垂直に広がる一平面上に配置されることを特
   徴とする請求項１ないし４の一つに記載のシリンダ。 ６）すべてのバッファ室（１９）が軸線方向に相互にず
   らしてシリンダ摺動面の鞍形の表面線（２０）上に配置
   されることを特徴とする請求項１ないし４の一つに記載
   のシリンダ。 ７）バッファ室（２１、２２）が相互に平行でシリンダ
   軸線（２３）に垂直な二つの平面上に配置されることを
   特徴とする請求項１ないし４の一つに記載のシリンダ。 ８）すべてのバッファ室（１６、１７、１９、２１、２
   ２）の合計容積がピストンリング 間に存在する一つの環状空間（７、１０、 １３）の容積の３〜４倍であることを特徴とする請求項
   １ないし７の一つに記載のシリンダ。 ３）バッファ室（１６、１７、１９、２１、２２）の軸
   方向寸法がシリンダ壁上のバッ ファ室開口の範囲でピストンリング（６、 ９、１２）の封止面の軸線方向高さより僅かしか大きく
   ないことを特徴とする請求項１ないし８の一つに記載の
   シリンダ。