JP2015508876A

JP2015508876A - 内燃機関用のピストンリング

Info

Publication number: JP2015508876A
Application number: JP2014557808A
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: 2015-03-23
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP6240098B2; US9316312B2; CN104220792A; EP2815156A1; CN104220792B; EP2815156B1; US20130213220A1; WO2013123311A1; KR102051162B1; KR20140123588A

Abstract

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、軸の周りに延在し、かつ内面および外面を有するリング本体を含む。内面は径方向内向きに延在する一対のリッジを提供し、外面は溝を提供する。エラストマー材料製のばねがリング本体を実質的に円周方向に囲み、内面の溝の内部に着座する。ばねは、リング本体を径方向内向きに付勢して、リッジをピストン本体に対してシールする。リング本体はさらに、リッジ同士の間の空間からオイルを運び出すための、ばねの一方の軸方向側において径方向内向きに対してある角度をなして内面から外面のある位置まで延在する少なくとも１つの排油口を有する。

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６１／６００，３５０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対して付勢されて、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、軸の周りに延在し、かつ内面および外面を有するリング本体を含む。内面は、径方向内向きに延在する少なくとも２つのリッジを提供する。内面のリッジは互いに間隔を空けられており、外面は溝を提供する。エラストマー材料製のばねがリング本体を実質的に円周方向に囲み、内面の溝の内部に着座する。ばねは、リング本体を径方向内向きに付勢して、内面のリッジをピストン本体に対してシールする。リング本体はさらに、リッジ同士の間の空間からオイルを運び出すための、ばねの一方の軸方向側において径方向内向きに対してある角度をなして内面から外面のある位置まで延在する少なくとも１つの排油口を有する。

ピストンリングはシリンダ壁のチャネル内に着座して、ピストン本体のスカートに対してシールされ得る。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。排油口は、径方向内向きに対してある角度をなして延在するため、リッジの最も内側の表面を妨げず、したがって、ピストンリングによって提供されるシリンダ壁とピストン本体との間のオイルおよびガスシールを損なわない。さらに、排油口は、リング本体の構造的完全性を損なわない。

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、実質的に円周方向の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している。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着座し、かつ軸の周りに延在するリング本体を有するピストンリングを含む。リング本体は、２つのリッジを有する内面を有し、リッジは径方向内向きに延在し、軸方向に互いに間隔を空けられている。リング本体はさらに、内面と反対側を向き、かつ溝を提供する外面を有する。ピストンリングはさらに、リング本体を実質的に円周方向に囲み、かつ外面の溝の内部に着座する、エラストマー材料製のばねを含む。ばねは、リング本体を径方向内向きに付勢して、リッジをピストン本体のスカートの円周方向において連続的な部分に対してシールする。リング本体は、リッジ同士の間の空間からオイルを運び出すための、ばねの一方の軸方向側において径方向内向きに対してある角度をなして内面から外面まで延在する少なくとも１つの排油口を有する。

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一部を示す横断面拡大図である。図１のピストンリングのリング本体の正面図である。図１のピストンリングのリング本体の上面図である。

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単気筒２ピストンエンジンを含む、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。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の外面に対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、例示的なピストンリング２０は、軸の周りに延在し、かつリングギャップ４６によって互いに切り離された端を有するリング本体４４を含む。次に図４を参照して、リング本体４４は一対のリッジ４８を有する内面４２を有し、リッジ４８は、軸方向に互いに間隔を空けられており、径方向内向きに延在する。図示されるように、パワーシリンダアセンブリ２６内に取付けられると、これらのリッジ４８は、ピストン本体２２の外面の円周方向において連続的な部分に直接にかつ摺動可能に係合して、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する。例示的なリング本体４４の内面４２は、リッジ４８同士の間に、全体的に平坦な谷領域５０を含む。例示的な実施形態では、リッジ４８の上下面は径方向に対して角度が付いている。これらの表面は、径方向に対して同様のまたは異なる角度で配置され得る。たとえば、例示的な実施形態では、谷領域５０に最も近いリッジ４８の表面は径方向に対して約１０度の角度で配置され、谷領域５０から最も遠い（谷領域５０と反対側の）リッジ４８の表面は径方向に対して約２０度の角度で配置される。例示的な実施形態では、リッジ４８の上下の内面４２の部分も径方向に対して約８０度の角度で配置される。これらの表面は、径方向または軸方向に対して任意の好適な角度で配置され得ること、および任意の好適な寸法を有し得ることを認識すべきである。また、例示的な実施形態では、内面４２のさまざまな表面の交差点は、丸みを帯びているか丸みを付けられる。しかし、これらの交差点は代わりに鋭利であってもよく、すなわち丸みを帯びていなくてもよいことを認識すべきである。

引続き図４を参照して、内面４２と反対側のリング本体４４の側は、全体的にＶ字形の溝５４を提供する外面５２である。ピストンリング２０は、溝５４内に着座し、かつリング本体４４を実質的に円周方向に囲む、エラストマー材料製のばね５６を含む。具体的には、ばね５６は、合成ゴム、天然ゴムまたは熱可塑性材料からなるＯリングである。Ｏリングばね５６は、リング本体４４の溝５４内に取付けられると、リング本体４４に対して付勢力を及ぼして、内面４２のリッジ４８をピストン本体２２の外面に対して付勢し、シリンダ壁２４とピストン本体２２との間に上述の気密および油密シールを確立する。

次に図６を参照して、例示的なピストンリング２０のリング本体４４は、リング本体４４の長さに沿って円周方向において全体的に均一に互いに間隔を空けられた複数の排油口５８を含む。しかし、排油口５８同士の間の間隔は変更可能であることを認識すべきである。再び図４を参照して、排油口５８は、リッジ４８同士の間の空間からオイルを運び出すために、ばね５６の一方の軸方向側において径方向内向きに対してある角度をなして内面４２から外面５２まで延在する。排油口５８は、径方向内向きに対してある角度をなして延在するため、リッジ４８の最も内側の表面を妨げず、したがって、ピストンリング２０によって提供されるシリンダ壁２４とピストン本体２２との間のオイルおよびガスシールを損なわない。さらに、排油口５８は、リング本体４４の構造的完全性を損なわない。例示的な実施形態では、排油口５８の各々は、内面４２のリッジ４８の一方の少なくとも一部から外面５２の溝５４の少なくとも一部まで延在する。リッジ４８同士の間の空間からリング本体４４の他方の側に運ばれるオイルは、次いで、ピストン本体２２の上昇ストローク時に流れて、ピストン本体２２の下方のクランクケースまたは油室に戻り得る。

リング本体４４は任意の所望の製造工程で形成されてもよく、たとえば、鋳鉄または鋼を含む任意の所望の材料で作られてもよい。リング本体４４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）が少なくとも自身の内面４２に塗布されていてもよい。

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、
軸の周りに延在し、かつ内面および外面を有するリング本体を備え、前記内面は径方向内向きに延在する少なくとも２つのリッジを提供し、前記リッジは谷領域によって軸方向に互いに間隔を空けられており、前記外面は溝を提供し、前記ピストンリングはさらに、
前記リング本体を実質的に円周方向に囲み、かつ前記外面の前記溝の内部に着座する、エラストマー材料製のばねを備え、前記ばねは、前記リング本体を前記径方向内向きに付勢して前記内面の前記リッジを上記ピストン本体に対してシールし、
前記リング本体は、前記リッジ同士の間の空間からオイルを運び出すための、前記ばねの一方の軸方向側において前記径方向内向きに対してある角度をなして前記内面から前記外面のある位置まで延在する少なくとも１つの排油口を有する、ピストンリング。
前記少なくとも１つの排油口は複数の排油口としてさらに定義される、請求項１に記載のピストンリング。
前記複数の排油口は円周方向に互いに間隔を空けられている、請求項２に記載のピストンリング。
前記少なくとも１つの排油口は、前記内面の前記リッジの一方の一部から延在する、請求項１に記載のピストンリング。
前記少なくとも１つの排油口は、前記外面の前記溝の一部まで延在する、請求項４に記載のピストンリング。
前記リング本体の前記内面の前記径方向内向きに延在する少なくとも２つのリッジは、径方向内向きに延在する一対のリッジとしてさらに定義される、請求項１に記載のピストンリング。
前記リング本体はギャップを有する、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。
前記リング本体は鋳鉄製または鋼製である、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、軸の周りに延在し、かつ内面および外面を有するリング本体を有し、前記内面は径方向内向きに延在する少なくとも２つのリッジを有し、前記リッジは谷領域によって軸方向に互いに間隔を空けられており、前記外面は溝を提供し、
前記ピストンリングはさらに、前記リング本体を実質的に円周方向に囲み、かつ前記外面の前記溝の内部に着座する、エラストマー材料製のばねを含み、前記ばねは、前記リング本体を前記径方向内向きに付勢して、前記リッジを前記ピストン本体の前記スカートの円周方向において連続的な上記部分に対してシールし、
前記リング本体は、前記リッジ同士の間の空間からオイルを運び出すための、前記ばねの一方の軸方向側において前記径方向内向きに対してある角度をなして前記内面から前記外面のある位置まで延在する少なくとも１つの排油口を有する、パワーシリンダアセンブリ。
前記少なくとも１つの排油口は複数の排油口としてさらに定義される、請求項１０に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記少なくとも１つの排油口は、前記内面の前記リッジの一方の少なくとも一部から延在する、請求項１０に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記少なくとも１つの排油口は、前記外面の前記溝まで延在する、請求項１２に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体の前記内面の前記径方向内向きに延在する少なくとも２つのリッジは、径方向内向きに延在する一対のリッジとしてさらに定義される、請求項１０に記載のパワーシリンダアセンブリ。
前記リング本体はギャップを有する、請求項１０に記載のパワーシリンダアセンブリ。