(57)【要約】  内燃機関のためのピストンが、ピストンクラウン（２）および円柱形の側壁（４）を備えており、環状のばね（１４）を収容する環状のピストンリング溝（８）が、側壁（４）に形成されている。ばね（１４）は、半径方向に広がっている環状の部分（１６）と、第１および第２の突起（２０および２２）とを備えている。半径方向に広がっている部分（１６）が、前記環状の溝を、当該ピストンの軸方向において２つのチャンバへと分割している。ピストンクラウンに近い上方のチャンバが、環状の圧縮リング（１０）を収容する。ピストンクラウンから遠い下方のチャンバが、環状の油掻き落としリング（１２）を収容する。前記第１の突起（２０）が、前記環状の溝（８）のピストンクラウンに近い上面に接するように構成されている。前記第２の突起（２２）が、油掻き落としリング（１２）の内表面に接して、外向きに付勢するように構成されている。前記上方のチャンバの軸方向の高さが、圧縮リング（１０）の軸方向の高さよりも大きいことで、使用時にピストンクラウンに作用する圧力が、圧縮リング（１０）の内表面にも作用して、圧縮リング（１０）を外方向に付勢する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンクラウンおよび円柱形の側壁を備えており、環状のばねを収容する環状のピストンリング溝が前記側壁に形成されている内燃機関のピストンであって、
前記ばねが、半径方向に広がっている環状の部分と、第１および第２の突起とを備えており、前記半径方向に広がっている部分が、前記環状の溝を当該ピストンの軸方向において２つのチャンバへと分割し、前記ピストンクラウンに近い上方のチャンバが、環状の圧縮リングを収容し、前記ピストンクラウンから遠い下方のチャンバが、環状の油掻き落としリングを収容し、前記第１の突起が、前記環状の溝の前記ピストンクラウンに近い上面に接するように構成され、前記第２の突起が、前記油掻き落としリングの内表面に接して、前記油掻き落としリングを外向きに付勢するように構成され、前記上方のチャンバの軸方向の高さが、前記圧縮リングの軸方向の高さよりも大きいことで、使用時に前記ピストンクラウンに作用する圧力が、前記圧縮リングの内表面にも作用して、前記圧縮リングを外方向に付勢することを特徴とするピストン。
【請求項２】
複数の実質的に半径方向に延びるスリットが、前記ばねの前記半径方向に広がっている部分の内縁に、周方向に間隔を有して形成されることで、前記内縁が複数のタブへと分割されており、前記タブの一部が前記ピストンクラウンに向かって上方へと延びるように曲げられ、前記第１の突起を構成しており、前記タブの一部が前記ピストンクラウンから離れるように下方へと延びるように曲げられ、前記第２の突起を構成している、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記周方向における交互のタブが、上方および下方へと曲げられている、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
複数の実質的に半径方向に延びるスリットが、前記ばねの前記半径方向に広がっている部分の外縁に、周方向に間隔を有して、前記内縁に形成された前記スリットからずらされて形成されている、請求項２または３に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復ピストン式の内燃機関（特には、４ストロークエンジン）のピストンに関し、特には、そのようなピストンのピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関におけるピストンの主たる目的は、当然ながら、燃焼空間（当該ピストンが摺動可能に収容されてなるシリンダにおいて、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される）において燃焼している燃料のエネルギーを、ピストンの直線往復運動を回転運動へと変換するエンジンのクランクシャフトへと伝達することにある。しかしながら、ピストンは、さらにいくつかの補助的機能も有しており、その１つは、燃焼空間をピストンの下方に位置するクランクケース（クランクシャフトが回転可能に収容されている）から実質的に封じ、周期的に変化する燃焼空間内の圧力がクランクケース内に作用することがないようにすることにある。さらなる補助的機能は、潤滑油の実質的にすべてをクランクケース内に保ち、潤滑油がピストンの周囲を通って燃焼空間へと入ること（当然ながら、燃焼空間において燃えることになる）がないようにすることにある。これらの補助的機能は、典型的には、ピストンの円柱形の側面に形成された該当の環状の溝に収容される１つ以上のピストンリングによって果たされる。
【０００３】
ピストンには、典型的には、２つ以上のピストンリングが設けられる。そのうちの下方の１つ、すなわちピストンの上部またはクラウンから最も遠いピストンリングが、油除去または掻き落としリングを構成し、自身の固有の弾性および／またはそのようなピストンリングに係合するばねによって、シリンダの壁に摺動接触するように外向きに付勢されている。ピストンがクランクシャフトに向かって下方に移動するとき、油掻き落としリングが、シリンダの壁面から油を掻き落として、クランクケースに向かって下方へと移動させ、油がピストンを過ぎて圧縮空間へと流入することがないようにする。
【０００４】
上方の１つまたは複数のピストンリングが、圧縮リングを構成し、実質的に気密なシールをシリンダの壁面とともに形成する。ピストンの軸方向において、（それぞれの）圧縮リングの高さは、通常は該当の溝の高さよりもいくらか小さいため、溝内でピストンリングの或る程度の傾き運動が可能である。このすき間により、圧縮空間内に広がる高い圧力が、圧縮リングの背後または内表面へとアクセスでき、この圧力が、圧縮リングを外向きに押して、シリンダの壁面に気密に接触させるように作用する。
【０００５】
特定のエンジンにおいて、圧縮リングおよび油掻き落としリングの両者の機能を果たす１つのピストンリングを収容するただ１つの環状の溝をピストンの側面に設けることが知られているが、これは、４ストローク式の自動車用またはより大型のエンジンにおいては、実用的でないことが明らかになっている。
【０００６】
ピストンの壁面の２つまたは３つ以上の環状の溝と、関連のピストンリングとを用意することは、比較的複雑であり、ピストンの総コストのかなりの部分を構成する。さらに、２つ以上のピストンを設けることで、ピストンの高さが、そのようでない場合に必要な高さよりも大きくなるので、エンジン全体の高さが、そのようでない場合に比べて大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、特には４ストロークエンジン用のピストンであって、意図される機能のすべてを満足に果たすことができるが、従来のピストンよりも安価かつ容易に製造することができるピストンを提供することにある。本発明のさらなる目的は、同等の公知のピストンに比べて本質的により短く、したがってより軽量であり、同等の公知のピストンに比べて摺動摩擦がより少なく、ピストンの冷却の可能性がより大きいピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ピストンクラウンおよび円柱形の側壁を備えており、環状のリングを収容する環状のピストンリング溝が前記側壁に形成されている形式の内燃機関のピストンが、前記リングが、環状の半径方向に広がっている部分と、第１および第２の突起とを備えており、前記半径方向に広がっている部分が、前記環状の溝を当該ピストンの軸方向において２つのチャンバへと分割し、前記ピストンクラウンに最も近い上方のチャンバが、環状の圧縮リングを収容し、前記ピストンクラウンから最も遠い下方のチャンバが、環状の油掻き落としリングを収容し、前記第１の突起が、前記環状の溝の前記ピストンクラウンに最も近い上面に接するように構成され、前記第２の突起が、前記油掻き落としリングの内表面に接して、前記油掻き落としリングを外向きに付勢するように構成され、前記上方のチャンバの軸方向の高さが、前記圧縮リングの軸方向の高さよりも大きいことで、使用時に前記ピストンクラウンに作用する圧力が、前記圧縮リングの内表面にも作用して、前記圧縮リングを外方向に付勢することを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明によるピストンは、公知のピストンにおける２つのピストンリング溝の代わりに、外壁に形成されるピストンリング溝を１つしか持たず、これによって、製造の費用を大いに節約することができる。しかしながら、従来においては、ピストンリング溝がピストンリングを１つだけ収容することが当然である一方で、本発明のピストンのピストンリング溝は、２つの別個のピストンリングを収容する。従来どおりのやり方で、上側のリングが圧縮リングを構成し、下側のリングが油掻き落としリングを構成する。
【００１０】
２つのピストンリングは、ばね（ピストンリングそのものと同様に、当然ながら必然的に実質的に環状である）によってピストンリング溝内に画定される別個のチャンバに収容される。このばねは、半径方向に広がってピストンリング溝を２つのチャンバへと分割する部分と、ピストンリング溝の上面および油掻き落としリングの後面にそれぞれ当接する第１および第２の突起とを備えている。第１の突起がピストンリング溝の上面に当接することで、ばねの軸方向の位置が実質的に保持され、結果として油掻き落としリングの軸方向の動きが抑止される。第２の突起が油掻き落としリングの後面に当接することで、半径方向外向きの力をもたらすばねが、油掻き落としリングを外方向に付勢して、使用時に当該ピストンが収容されてなるシリンダの隣接する壁面に密に接触させることができる。
【００１１】
油掻き落としリングについては、油掻き落としリングのチャンバにおける軸方向のすき間がわずかしか設けられず、すなわち油掻き落としリングの高さが、油掻き落としリングを収容するチャンバの高さと実質的に同じである一方で、圧縮リングについては大きなすき間が設けられ、したがってピストンが上方への移動から下方への移動へと変化し、さらには下方への移動から上方への移動へと変化するときに、圧縮リングの限定的な傾き運動が可能である。この上側のチャンバにおけるすき間によって、使用時にピストンクラウンの上方の燃焼室に存在する高圧ガスが、圧縮リングの内縁または後縁へと到達し、圧縮リングを外向きに押し出して、シリンダの壁面に実質的に気密に摺動接触させることができる。
【００１２】
このように、本発明によるピストンは、圧縮ピストンリングおよびばねによって付勢された油掻き落としピストンリングの両者を１つのピストンリング溝に収容して有し、このことが、上述したように、製造における複雑さの軽減および費用の節約をもたらす。また、２つ以上のピストンリング溝を軸方向に間隔を空けて備えるピストンに比べ、ピストンの全高を小さくすることができ、このことが、エンジン全体の高さおよび重量を小さくすることを可能にする。また、ピストンリング溝の数が少ないことで、ピストンをより効果的に冷却することができる。すなわち、一部のガソリンエンジンおよび多くの高定格のディーゼルエンジンのピストンは、ピストンを冷却するために油を通す内部チャンバ（ギャラリーと称される）を有している。ギャラリーのために利用できる空間は、通常はきわめて限られており、本発明によるピストンリング溝の数の削減は、より大きな体積のギャラリーを設けることを可能にし、当然ながら、そのようなギャラリーによってより多くの冷却油を通すことができる。
【００１３】
ピストンは、好ましくはただ１つのピストンリング溝しか持たず、この溝が、当然ながら、圧縮リングおよび油掻き落としリングを収容する。この場合、ピストンは、合計で２つのピストンリングを有し、これが多くの目的において充分であるが、さらなる圧縮リングを収容する追加のピストンリング溝を設けることも、当然ながら可能である。この場合、圧縮リング溝の数を３つから２つへと減らすことができ、上述した利点のすべてが依然として達成される。
【００１４】
好ましい実施形態においては、複数の実質的に半径方向に延びるスリットまたは切り欠きが、ばねの半径方向に広がっている部分の内縁に、或る周方向の間隔にて形成されることで、前記内縁が複数のタブへと分割される。タブの一部が、ピストンクラウンに向かって上方へと延びるように曲げられて、前記第１の突起を構成し、タブの一部が、前記ピストンクラウンから離れるように下方へと曲げられて、前記第２の突起を構成する。周方向における交互のタブを上方および下方へと曲げることで、上方および下方に延びる城壁状の構造をばねの内縁に一体化することが、好都合であって好ましい。
【００１５】
さらには、複数の実質的に半径方向に延びるスリットを、前記半径方向に広がっている部分の外縁に、或る周方向の間隔にて、前記内縁に形成されたスリットからずらして（好ましくは、内縁に形成されて隣接する２つのスリットの中ほどに位置するように）形成することが好ましい。これら外縁のスリットは、本発明によるばねの機能には貢献しないが、主として製造上の理由で設けられる。
【００１６】
本発明のさらなる特徴および詳細が、添付の図面を参照しつつあくまでも例として提示される４ストロークガソリンエンジン用のピストンの１つの具体的実施形態についての以下の説明から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】シリンダ内にある本発明によるピストンの一部分の軸上断面図である。
【図２】図１のピストンに使用される環状のばねの一部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１が、クラウンまたは上面（２）と円柱形の側面（４）とを備えているピストンを示している。使用時、ピストンは、４ストロークガソリンエンジンのシリンダ（シリンダの１つの壁（６）のみが図示されている）内に往復運動可能に収容される。円柱形の側面（４）に、ピストンリング溝（８）が形成されており、溝（８）のピストンの軸方向における高さは、典型的には、３ｍｍ〜４ｍｍ（例えば、３．５ｍｍ）であり、すなわち従来からの自動車用ガソリンピストンリング溝の高さよりもいくぶん大きいが、従来からの自動車用ディーゼルピストンリング溝の高さと同様である。
【００１９】
溝（８）には、環状の圧縮リング（１０）、環状の油掻き落としリング（１２）、および環状のばね（１４）が収容されている。これら３つの構成部品のそれぞれは、不連続な輪、すなわち切れ目のあるリングを構成しており、溝（８）への導入を可能にするために充分に変形させることができるように、ばね鋼で製作されている。その後に、これら３つの構成部品のそれぞれは、自身の固有の弾性の作用のもとで、元々の実質的に円形の形状へと復帰する。圧縮リング（１０）は、おおむね従来からの形状を有しており、使用時にシリンダの表面に摺動可能に接触する外縁の断面が、たる形またはアーチ形である。油掻き落としリング（１２）も、おおむね従来からの形状であり、シリンダの表面に摺動可能に接触する外縁が、頂点をシリンダの壁面に接触させているくさび形である。
【００２０】
環状のばねの構成を、図２に最もよく見ることができる。環状のばねが、おおむね平面的な環状部分（１６）を有しており、この平面的な環状部分（１６）の内縁に、半径方向に内側へと延びるスリットまたは切り欠き（１８）が形成され、ばねの内縁を複数のおおむね矩形のタブへと分割している。１つおきのタブ（２０）が、上方へと曲げられる一方で、残りのタブ（２２）は、下方へと曲げられている。半径方向における平面的な部分（１６）の幅は、半径方向における溝（８）の深さと実質的に同じであり、したがって、ひとたびばねが溝に位置すると、ばねによって溝が実質的に２つのチャンバ、すなわち上部室および下部室へと分割される。
【００２１】
突起（２０）が、溝（８）の上面に当接し、ばねの上向きの移動、すなわちピストンのクラウン（２）へと向かう移動を制限する。下部室が、油掻き落としリング（１２）を収容し、ばねの平面的な部分（１６）が、リング（１２）の上面に載せられることで、下部室において軸方向にはすき間または空き空間がわずかしか存在しない。一方で、上部室の高さは、圧縮リング（１０）の厚さよりも大きいので、軸方向に従来どおりのサイズのすき間またはギャップが存在する。下向きの突起（２２）が、油掻き落としリング（１２）の背後または内縁に当接し、ばね（１４）の弾性によって、突起（２２）が油掻き落としリング（１２）をシリンダの壁面に摺動接触するように外向きに付勢する。
【００２２】
一方で、圧縮リング（１０）は、使用時にピストンのクラウン（２）の上方の燃焼空間に広がる高い圧力が、ピストンの円柱形の壁（４）の上部とシリンダの壁面（６）との間のギャップまたはすき間ならびに圧縮リング（１０）と溝（８）の上面との間のすき間またはギャップを経由して圧縮リング（１０）の背後または内面に達して、圧縮リング（１０）の背後または内面に作用することによって、外向きに付勢される。油掻き落としリングも、このシリンダのガス圧によって外向きに付勢されるが、このリングに作用する外向きの力は、主としてばねによってもたらされている。
【００２３】
使用時、油掻き落としリングは、ばねの平面的な部分（１６）と、溝（８）の上面に当接する突起（２０）とによって所定の位置に保持されるため、軸方向の移動の自由度をほとんど、または全く有さない。他方で、圧縮リング（１０）が収容されているチャンバは、リング（１０）の高さよりも大きい高さを有しているため、或る程度の軸方向の移動が可能である。しかしながら、移動の範囲はきわめて限られている。このように、２つのピストンリングの構成および移動ならびに取り付けは、従来からのピストンにおけるピストンリングの構成および移動ならびに取り付けに実質的に倣っており、主たる相違は、当然ながら、両者がただ１つのピストンリング溝に収容され、ばねの一部分によって隔てられている点にある。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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