JP6985110B2

JP6985110B2 - 内燃機関のシリンダ

Info

Publication number: JP6985110B2
Application number: JP2017218035A
Authority: JP
Inventors: アクセル・プラツェック
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: FI20175977L; FI129427B; FI20175977A; CN108071514A; DE102016222299A1; CN108071514B; KR102245518B1; JP2018080699A; KR20180054481A

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関のシリンダに関する。

内燃機関は、典型的には複数のシリンダを有している。内燃機関の各シリンダは、シリンダのシリンダライナ内で誘導されているシリンダピストンを有している。作業サイクルの間、シリンダピストンは、シリンダそれぞれのシリンダライナ内において、上下に移動可能である。

シリンダピストンは、シリンダピストンの径方向外側の面で、シリンダライナの径方向内側に隣接している。これらの面の間に、通過間隙が画定されている。シリンダピストンは、その径方向外側の面に、複数の環状溝を有しており、当該環状溝は、環状ウェブによって区切られ、互いに離間させられている。当該環状溝は、ピストンリングを受容しており、当該ピストンリングは、シリンダピストンの径方向外側の面とシリンダライナの径方向内側の面との間に形成された通過間隙内に突出している。その際、環状溝はいずれも、コンプレッサリングとして、又は、オイルスクレーパーリングとして構成されたピストンリングを受容しており、当該ピストンリングは、径方向外側のピストンリング面で、シリンダライナの径方向内側の摺動面に当接している。

コンプレッサリングとして構成されたピストンリングは、シリンダピストンとシリンダライナとの間の通過間隙を気密に密封するために用いられる。オイルスクレーパーリングとして構成されたピストンリングは、シリンダライナの径方向内側の摺動面からオイルを掻き落とすために用いられ、それによって、オイルが通過間隙を通って、シリンダそれぞれの内燃機関内に到達することが防止される。

内燃機関は、低速内燃機関、中速内燃機関、高速内燃機関の間で区別される。低速内燃機関は、１００ｒｐｍよりも低い回転速度を有している。高速内燃機関は、１０００ｒｐｍよりも高い回転速度を有している。中速内燃機関は、１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍの間、特に４００ｒｐｍから１０００ｒｐｍの間の回転速度を有している。

特に中速内燃機関の場合、コンプレッサリングとして構成されたピストンリングに関して、ピストンリングそれぞれを受容する環状溝の対応する側面に対する当接側面変更は、圧力制御下で開始される。それに対して、高速内燃機関の場合、このような側面変更は、慣性力を制御して開始される。シリンダの燃焼室内で圧縮圧力と、従って作業圧力とが増大を続けた結果、中速内燃機関では、コンプレッサリングとして構成されたピストンリングの側面変更を圧力制御下で開始することは、ますます難しくなっている。

ここから出発して、本発明の課題は、内燃機関の新型のシリンダを創出することにある。本課題は、請求項１に記載のシリンダによって解決される。本発明によると、シリンダライナは、少なくとも１つのボアを有しており、当該ボアを通じて、シリンダピストンの下死点において、少なくとも２つの環状ウェブ、又は、環状ウェブ及びシリンダライナによって径方向に区切られた少なくとも２つの空間が、圧力側で互いに連結されている。シリンダピストンの下死点において、少なくとも２つの環状ウェブを圧力側で連結することによって、コンプレッサリングとして構成されたピストンリングの、環状溝の対応する当接面に対する、圧力制御された当接側面変更が改善され得る。さらに、環状ウェブの集中的な換気も保証され得る。

シリンダピストンは、シリンダの燃焼室を区切っているピストンベースを有しており、当該シリンダピストンは、Ｎ個の環状溝を有しており、当該環状溝は、Ｎ＋１個の環状ウェブによって区切られ、互いに離間させられている。好ましくは、ピストンベースを始点として見て、１番目から（Ｎ−１）番目の環状溝が、それぞれコンプレッサリングとして構成されたピストンリングの受容に用いられ、ピストンベースを始点として見て、Ｎ番目の環状溝が、オイルスクレーパーリングとして構成されたピストンリングの受容に用いられる。

本発明の有利なさらなる発展形態によると、シリンダライナの少なくとも１つのボアが、シリンダピストンの下死点において、ピストンベースから見て１番目の、シリンダの燃焼室に隣接する１番目の環状溝を区切っている環状ウェブを、２番目の環状溝と３番目の環状溝とを互いに離間させる３番目の環状ウェブから、（Ｎ−１）番目の環状溝とＮ番目の環状溝とを互いに離間させるＮ番目の環状ウェブまでの環状ウェブの内の少なくとも１つに、圧力側において連結している。それによって、対応する圧力側で連結された環状ウェブ、又は、対応する環状ウェブ及びシリンダライナによって径方向に区切られ、圧力側において連結された空間に対して、空気の作用による均圧が行われ、それによって、少なくとも１つの隣接するピストンリング、すなわちコンプレッサリングにおいて、圧力制御下での当接側面変更が、目標を定めて引き起こされる。

本発明の別の代替的な、有利なさらなる発展形態によると、シリンダライナの少なくとも１つのボアが、シリンダピストンの下死点において、ピストンベースから見て（Ｎ＋１）番目の、Ｎ番目の環状溝をシリンダの燃焼室から離れる方向において区切っている環状ウェブを、２番目の環状ウェブからＮ番目の環状ウェブまでの環状ウェブのそれぞれに、圧力側において連結している。それによって、対応する圧力側で連結された環状ウェブ、又は、対応する環状ウェブ及びシリンダライナによって径方向に区切られた空間に対して、換気が行われる。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である：

本発明に係る第１のシリンダの概略的な横断面図である。本発明に係る第２のシリンダの概略的な横断面図である。本発明に係る第３のシリンダの概略的な横断面図である。本発明に係る第４のシリンダの概略的な横断面図である。本発明に係る第５のシリンダの概略的な横断面図である。本発明に係るさらなるシリンダの概略的な横断面図である。

本発明は、内燃機関のシリンダに関する。図１は、内燃機関のシリンダ１０の横断面を概略的に示しており、図１では、シリンダ１０に関して、シリンダライナ１１と、シリンダライナ１１内で誘導されるシリンダピストン１２と、が示されている。シリンダピストン１２は、内燃機関又はシリンダ１０の動作中、シリンダ１０それぞれの作業サイクルの間に、シリンダライナ１１内で上下に移動可能である。シリンダピストン１２のいわゆるピストンベース１３は、シリンダ１０それぞれの燃焼室１４を、セクションを形成するように区切っている。図１では、後続の図２から図６と同じく、シリンダピストン１２はそれぞれ、その下死点の領域において示されている。

シリンダピストン１２は、径方向外側の面１５を有しており、当該面は、シリンダライナ１１の径方向内側の摺動面１６と共に、通過間隙１７を区切っている。シリンダピストン１２のための通過間隙１７は、一方では、気密に密封されなければならず、他方では、この通過間隙１７を通ってオイルがシリンダの燃焼室１４に到達することを回避しなければならない。

シリンダ１０のシリンダピストン１２は、複数の環状溝１８を有しており、図１に示した実施例では、Ｎ＝３個の環状溝１８（１）、１８（２）及び１８（３）を有している。これらの環状溝１８は、環状ウェブ１９によって区切られ、互いに離間している。すなわち、Ｎ＝３個の環状溝１８（１）、１８（２）、１８（３）であれば、４つの対応する環状ウェブ１９（１）、１９（２）、１９（３）、１９（４）によってである。ピストンベース１３を始点として見て、１番目の環状溝１８（１）は、２つの環状ウェブ１９（１）、１９（２）によって区切られている。ピストンベース１３から見て２番目の環状溝１８（２）は、環状ウェブ１９（２）及び１９（２）によって区切られている。環状ウェブ１９（３）及び１９（４）は、シリンダピストン１２の、ピストンベース１３から見て３番目の環状溝１８（３）を区切っている。従って、１番目の環状ウェブ１９（１）は、１番目の環状溝１８（１）の、ピストンベース１３及び燃焼室１４に対向する面に配置されている。２番目の環状ウェブ１９（２）は、１番目の環状溝１８（１）と２番目の環状溝１８（２）との間に配置されており、これら２つの環状溝１８（１）と１８（２）とを互いに離間させる。３番目の環状ウェブ１９（３）は、２番目の環状溝１８（２）と３番目の環状溝１８（２）との間に配置されており、これら２つの環状溝１８（２）と１８（３）とを互いに離間させる。４番目の環状ウェブ１９（４）は、３番目の環状溝（１８）の、燃焼室１４に背向する面に配置されている。

環状溝１８はそれぞれ、ピストンリング２０を受容する。ピストンベース１３を始点として見て１番目の環状溝１８（１）及び２番目の環状溝１８（２）内に配置されたピストンリング２０は、いわゆるコンプレッサリング２１であり、通過間隙１７を気密に密封するために用いられる。ピストンベース１３を始点として見て３番目の環状溝１８（３）内に配置されたピストンリング２０は、オイルスクレーパーリング２２であり、当該オイルスクレーパーリングを用いて、シリンダライナ１１の摺動面１６からオイルを掻き落とすことが可能であり、それによって、オイルがシリンダ１０の燃焼室１４に流入することが回避される。

図１からわかるように、コンプレッサリング２１として構成されたピストンリング２０は、径方向外側の面２３で、好ましくは面全体で、シリンダライナ１１の内側摺動面１６に当接している。それに対して、オイルスクレーパーリング２２として構成されたピストンリング２０は、その径方向外側の面で、シリンダライナ１１の内側摺動面１６に、面全体ではなく、スクレーパーリップ２４の領域だけで当接している。

シリンダライナ１１には、少なくとも１つのボア２５が設けられている。１つ又は各ボア２５は、シリンダピストン１２の下死点において、少なくとも２つの環状ウェブ１９を圧力側において互いに連結している。言い換えると、１つ又は各ボア２５は、シリンダピストン１２の下死点において、シリンダライナ１１と、シリンダピストン１２の圧力側で連結された環状ウェブ１９それぞれとによって、少なくともセクションを形成するように、すなわち径方向に区切られた２つの空間を、圧力側で連結している。

シリンダピストン１２がＮ＝３個の環状溝１８とＮ＋１＝４個の環状ウェブ１９を有している図１の実施例では、シリンダライナ１１のボア２５それぞれは、シリンダピストン１２の下死点において、ピストンベース１３を始点として見て、シリンダ１０の燃焼室１４に隣接する１番目の環状溝１８（１）を区切っている１番目の環状ウェブ１９（１）を、２番目の環状溝１８（２）を３番目の環状溝１８（３）から分離している３番目の環状ウェブ１９（３）に連結している。それによって、２番目の環状溝１８（２）内に受容された、コンプレッサリング２１として構成されたピストンリング２０に関して、シリンダピストン１２の下死点において、圧力側で連結された環状ウェブ１９ａ、１９ｃ、又は、当該環状ウェブ１９ａ、１９ｃとシリンダライナ１１とによって径方向に区切られた空間の、空気の作用による均圧を通じて、ピストンリング２０の、対応する環状溝１８ｂの境界面に対する所定の当接側面変更を引き起こすことが可能である。

図３は本発明の変形例を示しており、当該変形例においては、ピストンリング１２はＮ＝４個の環状溝１８と、Ｎ＋１＝５個の環状溝１８を区切っている環状ウェブ１９と、を含んでいる。その際、図３の実施例では、シリンダライナ１１の図示されたボア２５が、シリンダピストン１２の下死点において、１番目の環状ウェブ１９（１）を、３番目の環状ウェブ１９（３）に圧力側で連結し、それによって、環状溝１８（２）内に受容された、環状ウェブ１９（３）に隣接するピストンリング２０に関して、下死点において、所定の当接側面変更が、圧力側で連結された環状ウェブ１９（１）と１９（３）との間における空気の作用による均圧を通じて引き起こされる。

図４は本発明の変形例を示しており、当該変形例においては、図３の実施例と同じく、シリンダピストン１２はＮ＝４個の環状溝１８と、当該環状溝１８を区切っているＮ＋１＝５個の環状ウェブ１９と、を有しているが、図４の実施例では、図３の実施例とは異なり、シリンダライナ１１に設けられた１つ又は各ボア２５は、シリンダピストン１２の下死点において、１番目の環状ウェブ１９（１）を４番目の環状ウェブ１９（４）に、圧力側で連結しており、それによって、圧力側で連結された環状ウェブ１９（１）及び１９（４）の、対応する空気の作用による均圧を通じて、環状溝１８（３）内に配置された、コンプレッサリング２１として構成されたピストンリング２０に関して、当接側面変更が保証される。

図５は、Ｎ＝４個の環状溝１８を有するシリンダピストン１２の、さらなる実施例を示しており、図５の実施例では、１つ又は各ボア２５は、シリンダライナ１１において、当該ボアが、シリンダピストン１２の下死点において、１番目の環状ウェブ１９（１）を、３番目の環状ウェブ１９（３）、及び、４番目の環状ウェブ１９（４）に、圧力側で連結するように構成されている。それによって、シリンダピストン１２の下死点において、環状溝１８（２）内に受容されたコンプレッサリング２１に関しても、環状溝１８（３）内に受容されたコンプレッサリング２１に関しても、対応する環状溝１８（２）又は１８（３）の対応する面に対する、所定の当接側面変更が保証され得る。

従って、図１から図３の実施例に共通しているのは、シリンダライナ１１のボア２５それぞれが、シリンダピストン１２の下死点において、ピストンベース１３を始点として見て、シリンダ１０それぞれの燃焼室１４に隣接する１番目の環状溝１８（１）を区切っている１番目の環状ウェブ１９（１）を、３番目の環状ウェブ１９（３）からＮ番目の環状ウェブ１９（Ｎ）までの環状ウェブ１９の内の少なくとも１つに、圧力側で連結しており、３番目の環状ウェブ１９（３）は、２番目の環状溝１８（２）と３番目の環状溝１８（３）とを互いに離間させ、Ｎ番目の環状ウェブ１９（Ｎ）は、（Ｎ−１）番目の環状溝１８（Ｎ−１）とＮ番目の環状溝１８（Ｎ）とを、互いに離間させているという点である。それによって、圧力側で連結された環状溝１９の間において、シリンダピストン１２の下死点における空気の作用による均圧が保証され、その結果、隣接する、コンプレッサリング２１として構成されたピストンリング２０それぞれにおいて、ピストンリング２０それぞれを受容する環状溝１８の対応する面に対する、所定の圧力制御下における当接側面変更が可能になる。

図２は、内燃機関のシリンダ１０に関して、本発明のさらなる実施例を示しており、シリンダピストン１２は、Ｎ＝３個の環状溝１８を有しており、シリンダピストン１２の構成に関しては、図１の実施例に一致している。

図２に示された実施例において、シリンダライナ１１内に設けられたボア２５は、シリンダピストン１２の下死点において、少なくとも２つの圧力ランドを、又は、圧力ランド及びシリンダライナ１１によって少なくともセクションを形成するように区切られた空間を、圧力側において互いに連結しており、図２では、図示されたボア２５は、ピストンベース１３を始点として見て、Ｎ番目の環状溝１８（Ｎ）を燃焼室１４から離れる方向において区切っている、最後の、従ってＮ＋１番目の環状ウェブ１９（Ｎ＋１）を、２番目からＮ番目までの環状ウェブ１９（２）〜１９（Ｎ）の環状ウェブの内のそれぞれに、圧力側において連結しており、それによって、シリンダピストン１２の下死点において、圧力側に連結された環状ウェブ、又は、環状ウェブそれぞれ及びシリンダライナによって画定された空間の、所定の換気が保証されている。

図６の実施例では、図示されたシリンダ１０のシリンダピストン１２は、Ｎ＝４個の環状溝１８を有しており、ピストンベース１３を始点として見て、シリンダピストン１２の下死点において、（Ｎ＋１）番目の環状ウェブ１９（Ｎ＋１）が、２番目の環状ウェブ１９（２）からＮ番目の環状ウェブ１９（Ｎ）までの環状ウェブの内のそれぞれに、圧力側において連結されており、それによって、シリンダピストン１２の下死点において、圧力側に連結された環状ウェブ、又は、環状ウェブそれぞれ及びシリンダライナによって画定された圧力空間の、所定の換気が保証される。

本発明は、特に、１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍの間、特に４００ｒｐｍから１０００ｒｐｍの間の回転速度を有する、過給された中速内燃機関での適用に適している。当該内燃機関は、ディーゼル内燃機関又はオットー内燃機関として、又は、ガスエンジンとしても実施可能である。

１０シリンダ
１１シリンダライナ
１２シリンダピストン
１３ピストンベース
１４燃焼室
１５面
１６摺動面
１７通過間隙
１８環状溝
１９環状ウェブ
２０ピストンリング
２１コンプレッサリング
２２オイルスクレーパーリング
２３面
２４オイルスクレーパーリップ
２５ボア

Claims

シリンダライナ（１１）と、前記シリンダライナ（１１）内で誘導されるシリンダピストン（１２）と、を有する、内燃機関のシリンダ（１０）であって、前記シリンダピストンは、環状ウェブ（１９）によって区切られ、環状ウェブ（１９）によって互いに離間させられた複数の環状溝（１８）を有しており、前記環状溝（１８）はそれぞれ、コンプレッサリング（２１）又はオイルスクレーパーリング（２２）として構成されたピストンリング（２０）を受容しており、前記ピストンリング（２０）は、径方向外側の面（２３）又は少なくとも１つのリップ（２４）で、前記シリンダライナ（１１）の径方向内側の摺動面（１６）に当接しているシリンダ（１０）において、
前記シリンダライナ（１１）は、少なくとも１つのボア（２５）を有しており、前記ボアを通じて、前記シリンダピストン（１２）の下死点において、少なくとも２つの環状ウェブ（１９）、又は、前記少なくとも２つの環状ウェブ（１９）及び前記シリンダライナ（１１）によって径方向に区切られた少なくとも２つの空間が、圧力側において互いに連結されており、
前記シリンダピストン（１２）が、前記シリンダの燃焼室（１４）をセクションを形成するように区切っているピストンベース（１３）を有し、及び、前記シリンダピストン（１２）が、Ｎ個の環状溝（１８）を有しており、前記環状溝（１８）は、Ｎ＋１個の環状ウェブ（１９）によって区切られ、互いに離間させられており、
前記シリンダライナ（１１）の少なくとも１つのボア（２５）が、前記シリンダピストン（１２）の下死点において、前記ピストンベース（１３）を始点として見て、前記シリンダの燃焼室（１４）に隣接する１番目の環状溝（１８（１））を区切っている１番目の環状ウェブ（１９（１））を、２番目の環状溝（１８（２））と３番目の環状溝（１８（３））とを互いに離間させる３番目の環状ウェブ（１９（３））から、（Ｎ−１）番目の環状溝（１９（Ｎ−１））とＮ番目の環状溝１９（Ｎ）とを互いに離間させるＮ番目の環状ウェブ（１９（Ｎ））までの前記環状ウェブ（１９）の内の少なくとも１つに、圧力側において連結していることを特徴とするシリンダ（１０）。
前記ピストンベース（１３）を始点として見て、１番目の環状溝（１８（１））から、（Ｎ−１）番目の環状溝（１８（Ｎ−１））が、コンプレッサリング（２１）として構成されたピストンリング（２０）の受容に用いられ、及び、前記ピストンベース（１３）を始点として見て、Ｎ番目の環状溝（１８（Ｎ））が、オイルスクレーパーリング（２２）として構成されたピストンリング（２０）の受容に用いられることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ。
Ｎ＝３であり、前記シリンダライナ（１１）の少なくとも１つの前記ボア（２５）が、前記シリンダピストン（１２）の下死点において、前記ピストンベース（１３）を始点として見て、前記シリンダの前記燃焼室に隣接する前記１番目の環状溝（１８（１））を区切っている前記１番目の環状ウェブ（１９（１））を、前記２番目の環状溝（１８（２））と前記３番目の環状溝（１８（３））とを互いに離間させている前記３番目の環状ウェブ１９（３）に、圧力側において連結していることを特徴とする、請求項１または２に記載のシリンダ。
Ｎ＝４であり、前記シリンダライナ（１１）の少なくとも１つの前記ボア（２５）が、前記シリンダピストン（１２）の下死点において、前記ピストンベース（１３）を始点として見て、前記シリンダの前記燃焼室に隣接する前記１番目の環状溝（１８（１））を区切っている前記１番目の環状ウェブ（１９（１））を、前記２番目の環状溝（１８（２））と前記３番目の環状溝（１８（３））とを互いに離間させている前記３番目の環状ウェブ（１９（３））、及び／又は、前記３番目の環状溝（１８（３））と４番目の環状溝（１８（４））とを互いに離間させている４番目の環状ウェブ（１９（４））に、圧力側において連結していることを特徴とする、請求項１または２に記載のシリンダ。
対応する圧力側で連結された前記環状ウェブ（１９）、又は、対応する前記環状ウェブ（１９）及び前記シリンダライナ（１１）によって径方向に区切られた空間に関して、空気の作用による均圧が行われ、それによって、少なくとも１つの隣接するピストンリングにおいて、圧力制御下での当接側面変更が引き起こされることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシリンダ。