JP4089987B2 - 横置きシリンダを備えた内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ軸線が組込み位置で少なくともほぼ水平方向に延びている少なくとも１つのシリンダを備えた内燃機関であって、ピストンが、少なくともほぼ方形の横断面を有するそれぞれ１つのピストンリングを受容するための少なくとも３つの環状溝と、それぞれ隣接した２つのピストンリングの間のリング室とを備えており、しかも各環状溝の底部を隣接する前記リング室に接続させる切欠が少なくとも２つの環状溝に形成されており、ピストンが更に、燃焼室から最も遠い環状溝の底部をピストン内室に接続させる少なくとも１つの孔を備えている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の内燃機関は、ドイツ連邦共和国特許第２５４２８０３号明細書に基づき公知である。特定の条件（ピストン位置、停止状態における内燃機関若しくは自動車の向き、内燃機関の停止温度）に関連して生じる、自動車の発進時における比較的激しい煙の発生を防止するために、ピストンリング溝に複数の切欠を形成することが前掲の特許明細書に基づき公知であり、この切欠は環状溝の底部にまで達しかつラビリンス状の通路を形成しており、この通路は燃焼室とは反対側の溝に設けられた孔を介してピストン内室に接続されている。これらの切欠によって、ピストン位置に関連して発生する燃焼室内の圧力をクランクケース内に形成される周囲圧力で補償することが可能である。この通路によって、停止された内燃機関の燃焼室内を占める、周囲圧力よりも小さな圧力が、内燃機関の停止後に比較的長時間にわたって維持されて燃焼室に潤滑剤が吸入されることが回避される。燃焼室内に流入する潤滑剤は、内燃機関の再始動後に燃焼されて、激しく煙を発生させる可能性がある。しかし、全てのピストンリング溝に切欠を形成することは、かなり手間がかかる。特に燃焼室に近い第１のピストンリング溝の領域では、大きな負荷に基づき、小さな製作誤差しか許されない極めて正確な加工が必要とされる。このような形式の切欠が、第１のピストンリング溝にリング面の最終加工後に製作されると、環状溝の縁部に設けられた切欠の移行部に、ばりが形成される危険性が高い。反対に、環状溝の最終加工が切欠の形成後に行われると、切欠の縁部における未処理（offen)の加工面による自体公知の加工問題が生じてしまう。更に、第１の（燃焼室に近い）ピストンリングの領域におけるこのような形式の切欠は、ブローバイガス率の不都合な上昇を招く。第１のピストンリング溝の切欠の燃焼室に面した部分は、内燃機関の運転中に、付加的に燃焼残留物によって詰まる傾向にある。これにより目標とする、燃焼室内へのオイル吸入の減少は、内燃機関の比較的長い運転時間の後に阻止されてしまうと同時に、第１のピストンリングに設けられた、燃焼室とは反対側の切欠によって、ブローバイガス率が少なからず上昇し続ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の組込み位置で水平方向に位置調整された少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関を改良して、加工にわずかな手間しか要さず、発進時に発生するいわゆる青い煙を減少させると同時に、出来るだけ小さなブローバイガス率を維持し続けるような内燃機関を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、燃焼室の最も近くの環状溝が切欠を有さず、燃焼室の最も近くの環状溝と該環状溝内に配置されたピストンリングとの間に少なくとも５０μmの軸方向遊びｄAが形成されているようにした。第１の（燃焼室に近い）ピストンリング溝に切欠を形成しないことによって、燃焼室のシールが公知先行技術に対して改善され、従ってブローバイガス率が著しく減じられる。同時に、ピストンリングの調整されたジオメトリと、従来のピストンリングのジオメトリに対して比較的大きな軸方向遊びとによって、燃焼室と、第１と第２のピストンリングとの間のリング室との間の圧力補償が可能になる。第２のピストンリング溝と第３のピストンリング溝とには、ブローバイガス率が著しく上昇すること無しに切欠を設けることが出来、この切欠によってラビリンス状の通路が形成され、この通路は燃焼室とは反対側の環状溝の内の１つの底部に設けられた孔を介して、ピストンの内室に接続されている。ピストンリングとピストンリング溝とのこの構成によって、ピストンにおける加工の手間が著しく減じられる。この場合特に、極めて高い負荷を受ける第１のピストンリング溝を、手間のかかる縁部加工を必要とすること無しに、一貫して加工することが出来る。
【０００５】
ピストンリング溝にピストンリングの両側で切欠が設けられている場合、これらの切欠は、有利な形式では向かい合って配置されて良い。このように配置すると加工がより簡単になり、それというのも両切欠を、例えば共通の穿孔工程若しくはフライス切削工程を介して製作することが出来るからである。
【０００６】
燃焼室に潤滑剤が流入する可能性は、燃焼室側から２つ目のピストンリングが回動しないように固定されていると、特に効果的に回避される。これにより、ピストンリングのリング合口が、常に上側の１ポジションに位置することが保証される。これにより下側のピストン走行面は確実にシールされるので、シリンダが傾いている場合でも、潤滑剤が下側の内壁に沿って燃焼室に流入することが効果的に防止される。
【０００７】
このような形式の回動防止は、特に有利な形式では、両リング合口の内の１つを少なくとも区分毎に軸方向又は半径方向に折曲げることによって得られ、しかもこの折曲げられた区分は、ピストンリングを受容する環状溝の切欠と共に共働する。
【０００８】
本発明の別の利点及び別の有利な構成は、請求項２以下及び発明の実施の形態に記載されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１０】
図１は内燃機関のシリンダ１の概略図であり、このシリンダはシリンダブロック２内に配置されかつシリンダヘッド３によって片側を閉鎖されている。この内燃機関は、シリンダ軸線４が内燃機関の組込み位置において少なくともほぼ水平になるように、すなわちシリンダ軸線と水平線との間の角度が、例えば２０゜よりも小さくなるように位置調整されている。シリンダ１の内部には、コップ形のピストン５が軸方向で可動に案内されている。ピストン５の周面には、この周面を取り巻く３つの環状溝が形成されており、これらの環状溝は、ピストンヘッド７とシリンダヘッド３との間の燃焼室６から出発して、第１の環状溝８、第２の環状溝９及び第３の環状溝１０として示されている。３つの環状溝８，９，１０内にはそれぞれ１つのピストンリング１１，１２，１３が配置されており、これらのピストンリングの外側はそれぞれシリンダ壁に接触している。この場合、燃焼室とは反対側の第３の環状溝１０内の第３のピストンリング１３は、自体公知の３部構造のオイルかき落としリングとして形成されている。第１のピストンリング１１と第２のピストンリング１２とは、それぞれ一体に形成されており、軸方向及び半径方向の小さな遊びを持って、それぞれ環状溝８；９内で案内されている。第１の（燃焼室に近い）ピストンリング１１の軸方向遊びｄAは、従来の内燃機関若しくはピストンに比べて比較的大きく、およそ５０〜１２０μmである。
【００１１】
第２の環状溝９の側面１４，１５には、互いに向き合った２つの切欠１６，１７が形成されており、これらの切欠は、それぞれピストンの周面から環状溝の底部１８にまで達している。これらの切欠１６，１７は、例えば穿孔又はフライス切削加工によって半径方向に形成される。切欠１６，１７は、該切欠が側面１４；１５に約２/１０mm突入するように設計されている。図示の実施例とは逆に、切欠１６，１７を向かい合わせずに、互いにずらして配置することも可能である。
【００１２】
第３の環状溝１０の燃焼室に近い方の側面１９には別の切欠２０が配置されている。この切欠２０もやはり環状溝１０の底部２１にまで達している。環状溝１０の底部２１からは更に、半径方向に延びる孔２２が出発しており、この孔はピストン壁２３を貫通してピストン内室２４に接続している。孔２２は、図示の実施例では、該孔が切欠２０の領域に位置するように配置されている。孔２２を切欠２０に対してずらして配置することも同様に可能である。この場合、孔が部分的に環状溝を越えて突出して、ひいては孔自体が切欠を形成することも可能である。また、孔が環状溝の両側を越えて突出するようなサイズに該孔を形成して配置することもやはり可能である。これにより、孔の製作時に同時に２つの向き合った切欠を製作することが出来る。
【００１３】
切欠１６によって環状溝９の底部１８はリング室２５に接続されている。このリング室２５は、軸方向においては２つの隣接するピストンリング１１，１２によって制限されていて、半径方向においてはシリンダ壁とピストン壁２３とによって制限されている。同様に第２のピストンリング１２と第３のピストンリング１３との間に形成されたリング室２６は、切欠１７を介して環状溝９の底部１８に接続されており、かつ切欠２０を介して環状溝１０の底部２１に接続されている。
【００１４】
第１の環状溝８との関連において生じる第１のピストンリング１１の比較的大きな軸方向遊びと切欠１６，１７，２０とによって、内燃機関の停止後に、燃焼室６と内燃機関のクランクケース（図示せず）との間の圧力補償が、孔２２を介して可能である。同時にこのラビリンス状の通路によって、燃焼室内への潤滑剤の流入が阻止される。このことは特に、中央の環状溝９の切欠１６，１７が、（組込み位置に関連して）下側のシリンダ壁に対して距離を置いて配置されている場合に言える。このためにこれらの切欠が、例えばシリンダ軸線を通って延びる水平面の上位に配置されていて良い。
【００１５】
燃焼室内への潤滑剤の流入は、リング合口がやはりシリンダの比較的高いところに位置する領域に保持されて、殊に中央のピストンリングが回動しないように固定されていると、更に効果的に阻止される。このように構成されていると、開いたリング合口を介しても潤滑剤が全く漏れ出ないか若しくは極めて少量だけしか漏れ出ない。この様な回動防止は、例えば自体公知のリング合口固定の形態で行われ、この場合は細いピンが隣接した両リング合口の間に半径方向で、環状溝の底部に設けられた対応する孔に圧入される。この場合、このピンは特に切欠の領域に配置されていて良い。
【００１６】
図３及び図４には、ピストンリングのための回動防止の別の形態が示されており、この回動防止は１本もピンを使用せずに行われるので、組付け時に著しく簡単に製作され得る。このために、図３に示された中央のピストンリング１２は、両リング合口２７；２７′の内の一方に、ほぼ中央に配置された切込み２８を有しており、この切込みによって内側のリング合口区分２９と外側のリング合口区分３０とが形成される。内側のリング合口区分２９の一方の端面には、面取り部３１が設けられている。内側のリング合口区分の面取りされた自由端部３２は、ほぼ直角に折曲げられて切欠１６内に突入している。折曲げられて切欠に突入している、内部リング合口区分の自由端部３２によって、ピストンリングの回動が阻止される。面取り部３１は、例えばフライス切削工程によって製作されることが出来る。リング高さのこの局所的な減少によって、折曲げ若しくは歪曲が容易になる。これにより、一体構成で殊に壁の厚いピストンリングも、折曲げ工程中又は内燃機関の運転中に高度の破損危険性が生じることなく、相応に変形される。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のシリンダの概略縦断面図である。
【図２】ピストンの概略平面図である。
【図３】回動しないように固定されたピストンリングを備えたピストンの別の概略平面図である。
【図４】図３の矢印IVの方向で見たピストンリングの部分的な平面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ、 ２ シリンダブロック、 ３ シリンダヘッド、 ４ シリンダ軸線、 ５ ピストン、 ６ 燃焼室、 ７ ピストンヘッド、 ８，９，１０ 環状溝、 １１，１２，１３ ピストンリング、 １４，１５ 側面、 １６，１７ 切欠、 １８ 底部、 １９ 側面、 ２０ 切欠、 ２１ 底部、 ２２ 孔、 ２３ ピストン壁、 ２４ ピストン内室、 ２５，２６ リング室、 ２７，２７′ リング合口、 ２８ 切込み、 ２９，３０ リング合口区分、 ３１ 面取り部、 ３２ 自由端部、 ｄＡ 軸方向遊び

Claims (14)

1. シリンダ軸線（４）が組込み位置で少なくともほぼ水平方向に延びている少なくとも１つのシリンダ（１）を備えた内燃機関であって、ピストン（５）が、少なくともほぼ方形の横断面を有するそれぞれ１つのピストンリング（１１，１２，１３）を受容するための少なくとも３つの環状溝（８，９，１０）と、それぞれ隣接した２つのピストンリングの間のリング室（２５，２６）とを備えており、しかも各環状溝の底部（１８，２１）を隣接する前記リング室に接続させる切欠（１６，１７，２０）が少なくとも２つの環状溝に形成されており、ピストン（５）が更に、燃焼室から最も遠い環状溝（１０）の底部（２１）をピストン内室（２４）に接続させる少なくとも１つの孔（２２）を備えている形式のものにおいて、
   燃焼室の最も近くの環状溝（８）が切欠を有さず、燃焼室の最も近くの環状溝と該環状溝内に配置されたピストンリング（１１）との間に少なくとも５０μmの軸方向遊びｄAが形成されていることを特徴とする、横置きシリンダを備えた内燃機関。
2. 孔（２２）が燃焼室から最も遠い環状溝（１０）の底部に配置されておりかつ該孔が、前記環状溝（１０）の燃焼室に近い方の側面（１９）に設けられた切欠（２０）の領域に位置している、請求項１記載の内燃機関。
3. 孔（２２）が、環状溝（１０）の燃焼室から遠い側に形成されている、請求項２記載の内燃機関。
4. 孔（２２）が、環状溝（１０）の燃焼室に近い側（１９）に設けられた切欠き（２０）の領域に位置するように配置されている、請求項３記載の内燃機関。
5. ピストンがちょうど３つの環状溝（８，９，１０）を有しており、中央の環状溝（９）の燃焼室に近い側（１４）と燃焼室から遠い側（１５）とにそれぞれ切欠（１６，１７）が形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関。
6. 切欠（１６，１７）が互いに向かい合っている、請求項５記載の内燃機関。
7. ピストンリング（１１，１２，１３）の内の少なくとも１つが、リング合口固定手段によって回動しないように固定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関。
8. リング合口固定手段が、ピストンリングの両リング合口間に配置されたピンの形で形成されており、該ピンが、環状溝の底部に設けられた半径方向の孔に挿入されている、請求項７記載の内燃機関。
9. ピンを受容するための、環状溝の底部に設けられた半径方向の孔が、少なくとも１つの切欠の領域に配置されている、請求項８記載の内燃機関。
10. リング合口固定手段が、ピストンリングの一方のリング合口の折曲げられた区分（３２）の形で形成されており、該区分が、ピストンリングを受容する環状溝に設けられた切欠（１６）に突入している、請求項７記載の内燃機関。
11. 両リング合口の内の少なくとも１つ（２７）に、ほぼ中央でかつ接線方向に延びる切込み（２８）が設けられており、該切込みによって
    内側のリング合口区分（２９）と外側のリング合口区分（３０）とが形成されており、これらのリング合口区分の内の１つが折曲げられている、請求項１０記載の内燃機関。
12. 内側のリング合口区分が軸方向に折曲げられている、請求項１１記載の内燃機関。
13. 折曲げられたリング合口区分が、環状溝の切欠に突入している、請求項１１又は１２記載の内燃機関。
14. 折曲げられたリング合口区分が、折曲げ領域において減じられたリング高さを有している、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の内燃機関。

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