(57)【要約】【課題】ピストン用の密封装置を提供すること。【解決手段】本装置は、ピストン２によって高圧容積部６と低圧容積部８に区分された室４の軸線Ａに平行な往復直線運動様式で移動するように設計されたピストン２用に設計されており、室４と境界をなす円筒状滑り面１２と、滑り面１２と同軸であって滑り面１２に向って開いている、ピストン２の中に備えられた環状溝２４と、溝２４の中に耐漏洩様式で収容され、滑り面１２と密封接触状態になるようにした閉じた弾力性密封リング２２とを含む形式である。本発明の一態様によれば、リング２２は、これが高圧容積部から低圧容積部へ移動するときに、リング２２と滑り面１２との間の潤滑油膜のサイズを、好ましくは０．１μｍから１μｍまでの限定潤滑厚さに決定するように設計されている。【選択図】図２
2007162940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン（２）によって高圧容積部（６）と低圧容積部（８）に区分された室（４）の円筒状滑り面（１２）の軸線（Ａ）に平行な往復直線運動様式で移動するように設計された、往復動内燃機関又は往復動圧縮機の前記ピストン（２）のための密封装置であって、
前記室（４）と部分的に境界をなす滑り面（１２）と、
前記滑り面（１２）と同軸になるように設計されて前記滑り面（１２）に向って開いている、前記ピストン（２）の中に備えられた環状溝（２４）と、
前記溝（２４）の中に耐漏洩様式で収容され、密封支承面（２６）を通じて前記滑り面（１２）と密封接触する状態になるようにした弾力性密封リング（２２）であって、前記密封支承面（２６）の自由状態にある周辺長は前記滑り面（１２）の周辺長より僅かに大きく、その結果、前記滑り面（１２）は前記リング（２２）の上に永続的な弾力的圧縮変形を加え、前記リング（２２）が前記滑り面に対して弾力で締付け保持されると、前記リング（２）は前記支承面（２６）と前記滑り面（１２）との間に実質的に均一な支承圧をひき起こす、弾力性密封リング（２２）とを含み、
前記リング（２２）が、これが高圧容積部（６）から低圧容積部（８）へ移動するときに、前記リング（２２）と前記滑り面（１２）との間の潤滑油膜のサイズを、好ましくは０．１μｍから１μｍまでの限定潤滑厚さに決定するように設計されていることを特徴とする
密封装置。
【請求項２】
前記低圧容積部（８）の側に位置する前記リング（２２）の支承面の一縁部（５１）の全周に潤滑油を配送するための手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記リング（２２）の軸方向変形を防止し、前記リング（２２）が前記溝（２４）の内部で径方向に動くことを可能にするように、前記リング（２２）が前記溝（２４）の中に嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記溝（２４）が、前記滑り面（１２）の軸線（Ａ）に直角の、平面全体形状の、前記リング（２２）と接触するために２つの表面（３２、３４）と軸方向に境界をなし、前記２つの接触面（３２、３４）間の軸方向距離は、前記リング（２２）の軸方向変形を防ぎ、並びに前記溝（２４）内の前記リング（２２）の径方向移動を可能にするために丁度十分であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記リング（２２）の径方向厚さ（Ｅ）が、前記滑り面（１２）の直径（Ｄ）の１％〜５％、好ましくは２％〜５％、更に好ましくは２％〜３％であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
自由状態にある前記リング（２２）の前記支承面（２６）の周辺長と前記滑り面（１２）の周辺長との間の差の、前記滑り面（１２）の周辺長に対する比が、前記周辺長の１／１０００〜４／１０００であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）が円筒状であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）の軸方向寸法（ｈ）が０．２〜５ｍｍ、特に０．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）の軸方向寸法（ｈ）が０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）の軸方向寸法（ｈ）の前記滑り面（１２）の直径（Ｄ）に対する比が１／１００〜３／１００であることを特徴とする請求項７から９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）の軸方向寸法（ｈ）の前記滑り面（１２）の直径（Ｄ）に対する比が２／１０００〜１／１００であることを特徴とする請求項７から１０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記リング（２２）が、前記低圧容積部（８）に位置する前記滑り面（１２）の部分を覆う油層をかきとるための表面（５０）を含み、この表面（５０）は、前記リング（２２）の前記支承面（２６）と接合して、前記低圧容積部（８）の側で前記支承面（２６）と境界をなす低圧側に鋭利な縁部（５１）を形成することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記高圧容積部（６）内に位置する前記滑り面（１２）の部分の上に１マイクロメートルの何分の１の厚さを有する限定潤滑油膜を残すように、前記かきとり表面（５０）が、前記軸線（Ａ）に対して４５〜９０°の前記低圧側上の角度で前記支承面（２６）に接合することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記リング（２２）の前記支承面（２６）が、前記滑り面（１２）から前記リング（２２）の粒子かきとり表面（３６）と共に形成された高圧容積部側の上で区画（４６）と境界をなす高圧側の上の鋭縁部（４９）まで次第に分離する前記区画（４６）によって、前記高圧容積部側（６）の上に延在し、前記鋭縁部（４９）は１マイクロメートルの何分の１だけ滑り面（１２）から離れていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記限定潤滑油膜の厚さより大きなあらゆる凹凸を除去するために前記滑り面（１２）が磨かれていることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記リング（２２）が、前記低圧容積部（８）の側の上に位置する前記溝（２４）の平面全体形状の前記表面（３４）と接触している前記滑り面（１２）の前記軸線（Ａ）に直角の平面全体形状の１表面を含むことを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一項に記載のピストン。
【請求項１７】
前記溝（２４）の基部（４２）と、前記溝（２４）の前記基部（４２）面する前記リング（２２）の表面（４４）と、前記低圧容積部（８）側の上に位置する前記溝（２４）の平面全体形状の１表面（３４）とに永続的に接触するエラストマ材料の環状シール（４０）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記溝（２４）の基部（４２）に面する前記リング（２２）の前記表面（４４）と、前記低圧容積部（８）側の上に位置する前記溝（３４）の平面全体形状の前記表面（３４）とによって形成される角度の全部を占めるリング（２２）と一体化した、エラストマ材料の環状シール（４０）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
高圧容積部（６）の側の上に位置する前記滑り面（１２）の前記軸線（Ａ）に直角な前記密封リング（２２）の平面封止面（３６）と耐漏洩式に接触して保持された補助弾力性リング（７２）を含み、そのわけは、前記補助弾力性リングが、高圧容積部（６）に向って開いている前記溝（２４）の実質的に先細の密封面（７４）を締付け保持するためであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記補助リング（７２）が、前記高圧容積部（６）側の上に位置する前記密封リング（２２）の支承面（２６）の１縁部の平面内に位置するか、又は低圧側の上に位置する前記滑り面（１２）の前記軸線（Ａ）と直角になされた平面内で、前記密封リング（２２）と接触していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記溝（２４）が、軸線（Ａ）に直角な前記高圧側（３２）の上の平面状表面と境界をなすこと、及び前記溝（２４）の高圧側表面（３２）に軸方向に、前記リング（２２）の高圧側表面（３６）に対して押圧するための弾力性手段（８２）を含むことを特徴とする請求項１から２０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記弾力性手段（８２）と前記リング（２２）との間に位置する環状くさび（９０）を含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記リング（２２）と前記くさび（９０）とによって形成された組立体が前記溝（２４）の中に軸方向に嵌合されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
円筒状滑り面（１２）を有する少なくとも１つの室（４）と、前記滑り面（１２）の前記軸線（Ａ）に平行に往復直線運動式に移動し、前記室（４）を高圧容積部（６）と低圧容積部（８）に区分するように設計されたピストンとを含む往復動内燃機関又は往復動圧縮機のための組立体であって、請求項１から２３までのいずれか一項に記載の前記ピストン（２）と前記滑り面（１２）との間に密封装置を含むことを特徴とする組立体。
【請求項２５】
前記ピストン（２）が、径方向には前記ピストン（２）と前記滑り面（１２）との間に、軸方向には前記密封リング（２２）と前記高圧容積部（６）内の前記ピストン（２２）の軸方向末端（７５）との間に位置する環状空間を境界づけ、前記空間（７６）は、前記高圧容積部（６）におけるサイクルの最低圧力において前記空間（７６）の中に存在するガス量が、前記高圧容積部内のサイクルの最高圧力において前記ガス量が圧縮されるときに高圧にさらされる前記密封リング（２２）の部分を完全に沈めるのに十分な容積を占めるように、十分な容積を有することを特徴とする請求項２４に記載の組立体。
【請求項２６】
前記ピストン（２）が、軸方向には前記密封リング（２２）と境界をなし径方向には前記滑り面（１２）と境界をなす少なくとも１つの閉環状ガイド・シュー（５６）を含み、閉環状空間（６０、６２）が新鮮油給送手段（６４、６６）と連絡し、前記低圧容積部（８）に中に開いているピストン（２）の冷却回路（６８、７０）の中に排出することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の組立体。
【請求項２７】
前記滑り面（１２）が、前記シュー（５６）と前記密封リング（２２）との間に形成された前記空間（６０、６２）において前記ピストン（２）によって運ばれる新鮮な油の保存によってのみ冷却されることを特徴とする請求項２６に記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンによって高圧容積部と低圧容積部に区分された室内を一方向に平行な往復直線運動様式で移動するように設計されたピストンのための密封装置であって、
ピストンの移動方向に平行な軸線を有する円筒状滑り面と、
滑り面に向って開いている滑り面と同軸の環状溝と、
滑り面と溝のうちの一方がピストンと一体であり他方が室と一体であることと、
溝の中に耐漏洩様式で、密封支承面を通じて滑り面と密封接触して収容された弾力で閉じる密封リングであって、密封支承面の周辺長は自由状態において室と一体の滑り面の周辺長より僅かに大きいか、又はピストンと一体の滑り面の周辺長より僅かに小さく、その結果、滑り面はリングの上に永続的な弾力性圧縮若しくは引っ張り変形を加え、リングが滑り表面に対して弾力で密封して保持されると、リングが支承面と滑り面との間に実質的に均一な支承圧をひき起こす密封リングとを含む形式の密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械がそれぞれ、壁によって境界を形成された室を異なる圧力の流体で満たされた２つの容積部に区分するように、この室の内部で往復直線運動様式にあるピストンを使用している。内燃機関と往復動コンプレッサを指示説明の目的で、限定することを目的とせず以下に論述する。
【０００３】
圧力と摩耗力に耐えるために、室壁とピストンは一般に金属製である。
【０００４】
室壁とピストンは、これらの温度にしたがって膨張差を受ける。更に又、流体の圧力による応力は室壁とピストンの中に弾性変形を発生させる。これらの変形はピストンと壁との間に漏洩を生じさせることが可能である。
【０００５】
漏洩を制限するために、ある１つの配置は、動作中に室壁とピストンの間の遊びの変動を吸収する変形可能なシールを置くことである。
【０００６】
往復動エンジンでは、１つの配置は、ピストンの溝の中に保持された金属製スプリット（又はオープン）・シール若しくは「密封リング」を使用すること、及び一般に往復動エンジンでは「シリンダ」として知られている壁室の滑り面を弾力的に圧迫することからなる。
【０００７】
ガスの燃焼が行われるシリンダの高圧容積部におけるガスの圧力から結果的に得られる自動密封は、ピストン溝の低圧容積部側に位置する一表面を圧迫する密封リングによって、及びシリンダの滑り面を圧迫する密封リングによって部分的になし遂げられる。
【０００８】
しかし、この方式で得られるシールは不十分である。この結果、燃えたガスの流れは、燃焼が往復動エンジンの中で起る高圧容積部から、潤滑油リザーバを提供するエンジンのクランクケースと連絡している低圧容積部に向って移動し、潤滑油を汚染する。又、この流れは滑り面とピストンを加熱し、互いにこすり合っている表面に研磨性粒子を付着させる。これに加えて、クランクケースの中に存在する余分な潤滑油の蒸気を運ぶガスの流れは、再びエンジンによって引き込まれなければならず、したがってエンジンは燃えた油の粒子を排出する。
【０００９】
下記の欠点が結果として生ずる。すなわち、
周期的な交換が必要になる潤滑油の消費と汚染、
潤滑される部材の摩耗と摩擦損失の増加、
油蒸気の高圧容積部の中への流入とこの油蒸気の燃焼による大気汚染、及び
触媒性能の低減と、燃えた油蒸気の中に存在する添加物による粒子フィルタの詰りである。
【００１０】
密封リングにおけるスプリットは、部分的に密封不足の原因となっている。
【００１１】
この密封の欠陥は、密封リングと滑り面の間の滑りシールが不十分であることにも起因している。
【００１２】
実際には、密封リングの支承面と滑り面との間に径方向の遊びが存在する。この遊びは、ガス圧がない状態で滑り面に密封リングを弾力で圧迫し続けるために必要なスプリット密封リングの径方向剛性に起因する。この剛性は、密封リングがその形状を滑り面の外形に適合させることを妨げる。耐漏洩性区域は、滑り面を圧迫する密封リングの周囲の区域に限られる。密封リング周囲の残りの区域はガスの通過を可能にし、これが滑り面を加熱し汚染して、接触状態にある区域の間で乾燥摩擦をひき起こす危険性に至る。
【００１３】
乾燥摩擦による膠着を防止するために、１つの解決策は、好ましくは鋳鉄で作られてその炭素は固体潤滑剤として作用する滑り面の上に、らせん状の油保持細溝を作ることである。
【００１４】
文献、フランス特許第２６０２８２７号は、往復動エンジンのシリンダの上の滑り面に密な嵌合状態で取り付けられたスプリットのない（閉じた）可とう性密封リングを記載している。このリングは、ピストンが動くときに滑り面の上に流体力学的支承能力を有する厚油膜を発生するように設計されている。
【００１５】
しかし、このリングは油の消費を制御するには効果が非常に低いことが証明されており、接触している表面を劣化させる研磨性粒子を引き込むという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ピストンと室の壁の間に改善されたシールを提供する密封装置を提供し、同時に十分な潤滑による摩耗の防止を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的のために、本発明は、リングの軸方向変形を防止して溝の中におけるリングの径方向自在運動を可能にするように、リングが溝の中に嵌合していることを特徴とする、上記の形式の密封装置を提供する。
【００１８】
したがって、小さな経線断面の密封リングを、このリングに大きな柔軟性をすべての方向に与える弾力性圧縮の下に置くことが可能である。こうして、密封リングは滑り面に調和して、ほとんど完璧な密封を保証する。密封リングの圧縮応力を相殺することになる密封リングの軸方向変形は、このリングが軸方向に変形できないように中に嵌め込まれる溝によって防止される。
【００１９】
したがって、密封リングの外形は、全周にわたる実質的に一定の接触圧によって、滑り面の外形と適合する。この圧力は、密封リングが滑り面をどれだけ密に圧迫しているか、その経線断面、及び密封支承面の広がりに依存する。動作中に発生することのある滑り面の変形（扁平化）が、滑り面と密封支承面との間の接触周辺長を変化させない場合には、密封リングにおける特定の圧力と応力はピストンの全行程にわたって一定である。滑り面の周辺長がピストンの行程にわたって変動する場合には、変動は、密封リングのためには、その疲労限界内で、確実に密封を行うために十分な最低接触圧によって動作するように、十分に小さなものでなければならない。
【００２０】
密封リングの全周囲の低圧容積部に位置する側に潤滑油を供給するために、潤滑油給送手段が備えられていることは好ましく、密封リングは、これが低圧容積部に向って移動する間に１マイクロメートルの何分の１という非常に薄い限定された潤滑油膜のサイズを決定するように設計されている。この薄膜の厚さは０．１〜１マイクロメートルであることが好ましく、又０．１〜０．５マイクロメートルであることは更に好ましい。
【００２１】
ピストンが高圧容積部から低圧容積部へ移動すると、この薄膜のサイズが決定され、薄膜は高圧容積部に位置する滑り面の部分の上に密封リングによって付着される。この薄膜の厚さは、ピストンが高圧容積部に向って動く間に滑り面と直接接触することなく密封リングが薄膜上を滑動するためには丁度十分であり、このリングが油を高圧容積部に向って押し付けるためには不十分である。
【００２２】
滑り面は、限定潤滑の強力な物理的力及び化学的力によって油層を保持する。薄膜の接着を改善するために表面を処理することが有利であろう。
【００２３】
滑り面は、表面の凹凸が潤滑油膜の厚さより小さくなるように硬く磨かれることが好ましい。滑り面は例えば窒化処理された鋼で作られる。
【００２４】
自己密封式密封リング組立体では、密封リングが滑り面を圧迫するように密封リングを滑り面の上に強く締め付けることによって得られる圧力（すなわち「弾力的圧力」）に、ガスの圧力が加わる。
【００２５】
最適の弾力的圧力は、滑り面と密封リングの材料の性質、潤滑剤、及び表面の条件に依存する。弾力的圧力は２０〜１００バールであることが好ましい。
【００２６】
油膜の厚さは、滑り面に対する密封リングの接触圧を減少させる。密封リングの自己密封組立体が、結果的に薄膜の形成を提供し、この薄膜の厚さは滑り面の低圧部分と滑り面の高圧部分との間で減少する。
【００２７】
油の消費量を最小限に抑えるために、動作中に高圧容積部において達成される最高圧力を止めるために十分な弾力的圧力を選ぶことができ、非自己密封組立体を構成することもできる。膜厚を決定するこの接触圧は、密封されるべき圧力に依存し、もはやピストンの位置には依存しない。
【００２８】
平坦な油かき面に鋭角で連結された円筒形密封支承面によって、密封リングは、膜厚よりも大きな寸法の研磨性粒子を高圧容積部（例えば往復動エンジンの燃焼室）に向って押し戻すことができ、油を低圧容積部に向って（エンジンのクランクケースに向って）かき出すことができる。
【００２９】
それでも、高圧容積部側における密封リングの鋭角は高圧容積部に向う薄膜のかきとり部分を危険にさらし、この場合、かきとり部分は高圧容積部に露出される密封リングの部分の上に蓄積する。滑り面を高圧側上に鋭角である限り延ばす小さな先細の表面（頂角は約２度）すなわち反り面（数１０分の１ミリメートル）は、油が上昇することを防止し、研磨性粒子を押し戻すことを可能にする。
【００３０】
滑り面が室と一体化されているときには、これが原因で、すぐれた外形的整合を得るため、及び締付け許容差を制限するために、密封リングはその疲労限界と座屈限界と両立できる最大圧縮応力の下で働かなければならない。
【００３１】
軸方向座屈は、リングの軸方向変形を防止する溝によって防止される。外向きの径方向座屈は、滑り面を圧迫することによって防止される。内向きの径方向座屈限界は、滑り面によって密封リングに上に置かれる曲率半径によって押し戻される。
【００３２】
密封リングの内向き径方向弾力性座屈を防止するために、エラストマ材料の環状継ぎ手を密封リングと溝の基部との間に置くことができる。この密封は座屈限界を押し戻し、同時に密封リングとピストンとの間の静的密封を確実にする。溝の低圧側の上の密封リングの密封形成支承力は、エラストマのクリープを防止する。環状シールの周りに非圧縮性の油が存在することは、加熱によってシールを変形させることもある繰返し変形を制限する。適切な輪郭のシールも又、密封リング及び溝の底部のうちの一表面と、密封リングによって圧迫される溝の低圧側における支承表面との間の角度を満たすことができよう。次に、非圧縮性エラストマ・シールが、変形することなく密封リングの小さな径方向スリップに従うことになる。
【００３３】
本発明によるピストンが単一の密封リングを備えることは有利である。
【００３４】
正しく機能するために、密封リングは、傾斜又は捩れなしに滑り面の軸線に平行に動くことができる必要がある。更に又、溝の内部における密封リングの径方向移動はできるだけ小さくなければならない。密封リングによって圧迫される低圧側上に位置する溝の支承面の縁部と、滑り面との間の距離も又、最小でなければならない。これらすべての理由で、シリンダ内のピストンの案内における遊びは、シリンダの膨張係数に近いピストンのための膨張係数を選ぶことによって、及びピストンの案内される部分とシリンダとの間の温度差を制限することによって最小にしなければならない。
【００３５】
これを達成するために、本発明は、熱伝導性が高い軽合金で作られた燃焼凹所を組み込む高温ピストンのヘッドは、鋼又は鋳鉄の案内スカートを支える低温ピストン本体から分離しなければならないことを想定する。
【００３６】
ピストンの密封を改善することによって、入れ替えられない気体量を、滑り面とピストンとの間の空間の中で、高圧容積部に露出する密封リングの側に保持することが可能になる。動作中は、この気体量は、この平均温度が滑り面の平均温度と等しくなるまで熱を交換する。したがって、本発明による密封リングは、ピストン本体と滑り面の満足な熱的保護を確証し、これは室の外側の水による冷却を排除して、これを滑り面とピストン本体の油による冷却と置き換えることを可能にするはずである。この冷却は、滑り面と接触状態にある油のリングによって提供され、ピストンによって駆動され、熱交換率を向上させ、滑り面の温度を均一にする。
【００３７】
ピストンが、軸方向に離隔した小さな径方向厚さ（滑り面の直径の１％〜３％）の２つの環状ガイド・シューを含むことは有利であり、その輪郭は、動作の遊びの減少と先細の油入口の結果として流体力学的油くさびの形成を促進する。次に、冷却油リングをガイド・シューの間に位置付けて油膜を供給することができる。油膜を新鮮な油のジェットによって供給して滑り面及びピストン本体を冷却し、ピストン・ヘッドの表面に対して排出して燃焼室を冷却することができる。
【００３８】
したがって、別の各実施例によれば、封止装置は、下記の特徴すなわち、
溝は、滑り面の軸線に直角の、平面全体形状の、リングを伴う２つの接触面と軸方向に境界をなし、２つの接触面間の軸方向距離は、リングの軸方向変形を防ぎ、並びに溝内のリングの径方向移動を可能にするために丁度十分であること、
リングの径方向厚さは、室と一体となった滑り面の直径の２％〜５％であること、
自由条件にあるリングの支承面の周辺長と滑り面の周辺長との間の差の、滑り面の周辺長に対する比が１／１０００〜４／１０００であること、
リングが、リングと滑り面との間の潤滑油膜のサイズを好ましくは０．１μｍから０．５μｍまでの限定潤滑厚さに決定するように設計されていること、
この装置は、潤滑油を、低圧容積部の側に位置するリングの支承面の一縁部の全周にわたって配送するための手段を含むこと、
リングの支承面が円筒状であること、
リングの支承面の軸方向寸法が０．５〜５ミリメートルであること、
リングの支承面軸方向寸法と滑り面の直径との比率が１／１００〜３／１００であること、
リングが、低圧容積部に位置する滑り面の部分を覆う油の層をかきとる表面を含み、この表面は、高圧容積部に位置する滑り面の部分の上に１マイクロメートルの何分の１の厚さを有する限定潤滑油膜を残すように、低圧側の上に鋭角を形成するリングの支承面を接合して、前記軸線に対して４５〜９０°の低圧側角度で低圧容積部側の上に支承面を限定すること、
限定潤滑油膜の厚さより大きなあらゆる凹凸を除去するために、滑り面が磨かれること、
リングの支承面が、滑り面から粒子かきとりリングの表面によって形成される高圧容積部側の上に区画を境界付ける高圧側の上の鋭い縁部まで次第に分離する区画によって、高圧容積部側の上に延在し、前記鋭角部は１マイクロメートルの何分の１だけ滑り面から離れていること、
リングが、低圧容積部側の上に位置する溝の平面全体形状の表面と接触している、滑り面の軸線に直角の平面全体形状の表面を含むこと、
本装置が、溝の基部と、溝の基部に面するリングの表面と、並びに低圧容積部側の上に位置する溝の平面全体形状の表面と永続的に接触するエラストマ材料の環状シールを含むこと、
本装置が、溝の基部に対向するリングの表面と、低圧容積部側の上に位置する溝の平面全体形状の表面とによって形成される角度の全部を占める、リングと一体化したエラストマ材料の環状シールを含むこと、
本装置が、高圧容積部側の上に位置する滑り面の軸線に直角な密封リングの平面封止面と耐漏洩式に接触して保持された補助弾力的リングを含み、そのわけは、補助弾力的リングが、高圧容積部に向って開いている実質的に先細の溝の密封面をきつく圧迫するからであること、
補助リングは、高圧容積部側の上に位置する密封リングの支承面の縁部の平面内に位置するか、又は低圧側の上に位置する滑り面の軸線に直角な平面内で、密封リングと接触していることの１つ又は複数を個別に、又はすべての技術的に可能な組合せで包含する。
【００３９】
本発明は又、少なくとも１つの室と、室内を一方向に平行な往復直線運動様式で移動するように設計されて、室を高圧容積部と低圧容積部とに区分するピストンとを含む、往復動エンジン又は往復動圧縮機のための組立体であって、上述のような密封装置を含む組立体にも関する。
【００４０】
ある一実施例では、ピストンは、高圧容積部の内部で環状空間と境界をなし、環状空間は、径方向にはピストンと滑り面の間に、軸方向には密封リングとピストンの軸方向末端部との間に位置し、前記空間は、高圧容積部におけるサイクルの最低圧において前記空間の中に存在するガス量のために十分な容積を有し、このガス量が高圧容積部の中でサイクルの最高圧で圧縮されると、高圧にさらされる密封リングの部分を完全に沈めるのに十分な容積を占める。
【００４１】
ある一実施例では、ピストンは、少なくとも１つの環状閉鎖ガイド・リングを含み、このガイド・リングは、軸方向には密封リングによって、径方向には滑り面によって共に閉鎖環状空間と境界をなし、この閉鎖環状空間は新鮮油給送手段と連絡しており、低圧容積部の中に開いているピストン冷却回路開口部の中に排出する。
【００４２】
ある一実施例では、滑り面は、シューと密封リングとの間に形成された空間の中にピストンによって運ばれる一定量の新鮮な油によって冷却されるのみである。
【００４３】
本発明とその利点は、例としてのみ提供された下記の説明を読み、添付の図面を参照することによって更によく理解されよう。
【実施例】
【００４４】
図１に示すように、ピストン２は、内燃機関の室４の内部に移動可能に取り付けられ、軸線Ａに沿って往復直線運動（矢印Ｆ）式に移動する。
【００４５】
ピストン２は室４を、それ自体周知の方式で燃焼の目的で空気と燃料を受け入れるために設計された上部高圧容積部６と、エンジン潤滑油保存部を含むクランクケースと連絡するように設計された下部低圧容積部８とに耐漏洩式に分離する。
【００４６】
密封装置１０が、ピストン２と部分的に室４と境界をなす滑り面１２との間に位置している。滑り面１２は円形で円筒状であり、軸線Ａを有する。
【００４７】
ピストン２は本体１４を含み、本体１４の中には、容積部６に向って開いている燃焼凹部１６と、本体１４から容積部８に向って軸方向に延在するスカート１８と、スカート１８の外表面と一体化した表面１２に沿ってピストン２を案内する筒形ジャケット２０が存在する。
【００４８】
図２に示すように、密封装置１０は金属製密封リング２２を包含し、密封リング２２は、ピストン２と室４から分離され、表面１２に向って開いているピストン２と一体化した溝２４の中に嵌合されている。リング２２はピストン２と共に移動し、軸線Ａの円筒状支承面２６を通じて表面１２を圧迫する。
【００４９】
リング２２は溝２４の内部に耐漏洩式に受け入れられ、ピストン２が移動すると（矢印Ｆ）、支承面２６は表面１２と耐漏洩式に接触して、これに沿って滑動する。
【００５０】
図３に示すようにリング２２は閉じており、すなわちこれはその周囲にわたって連続的であり、その周囲のどの個所にも切れ目や隙間はない。
【００５１】
リング２２の子午断面はその全周にわたって均一である。したがってこれは軸線Ａの周りに回転対称である。
【００５２】
図２では、溝２４が２つのリング２８及び３０の間に形成されている。リング２８はリング３０の上に輪形に巻きつけられ、リング３０はそれ自体ピストン２の上に輪形に巻きつけられている。
【００５３】
溝２４は２つの接触面、すなわちリング２８の上に設けた高圧側の表面３２及びリング３０の上に設けた低圧側の表面３４によって、リング２２と軸方向に境界づけられている。各表面３２及び３４は平面の全体形状を有し、軸線Ａに直角の平面内に延在している。
【００５４】
リング２２は、容積部６の中の圧力を受けている高圧側表面３６と、容積部８の中の圧力を受けている低圧側表面３８とを含む。各表面３６及び３８は平面の全体形状を有し、軸線Ａに直角の平面内に延在している。
【００５５】
表面３６及び３８は、表面３２及び３４と接触するために、それぞれ表面３２及び３４に面している。
【００５６】
表面３２及び３４の間の軸方向距離Ｈは、表面３６及び３８の間の軸方向距離と実質的に同じであるが、これより大きいので、距離Ｈは、リング２２のあらゆる軸方向変形を防止しながら溝２４の内部におけるリング２２の径方向移動を可能にするために丁度十分である。言い換えれば、リング２２は溝２４の中に軸方向に嵌合されている。
【００５７】
溝２４は径方向に十分に深く、リング２２が溝２４の中を径方向に前後移動することを可能にする。
【００５８】
エラストマ材料の環状シール４０は、表面３２及び３４の間に軸方向に延在する溝２４の基部４２と、これに対向して位置するリング２２の表面４４との間に位置している。シール４０は、表面３４を圧迫する。
【００５９】
図５に示すように、支承面２６は軸線Ａの円錐台形部分４６によって容積部６の側部に広がっており、この部分４６は表面１２から次第に離れて、容積部６の側部の部分４６と境界をなす鋭利な縁部４９を形成する表面３６と接合する。縁部４９と表面１２との間の径方向距離ｅは、言い換えれば支承面２６と縁部４９との間の径方向距離は１マイクロメートルの何分の１程度である。
【００６０】
支承面２６は、容積部８の側部において、かきとり面５０と共に形成された低圧側の鋭利な縁部５１と境界をなしており、かきとり面５０は支承面２６と接合して、軸線Ａと共に４５〜９０°の角度θ（図５では９０°）を形成している。
【００６１】
かきとり面５０は表面３８に対して軸方向にずれており、軸線Ａの円筒状表面５２を通じて表面３８と接合する。
【００６２】
支承面２６が平衡した方式で表面１２を確実に圧迫するように、支承面２６は、表面３６及び３８の間の途中に位置するリング２２の赤道正中面の上に実質的に中心を有し、表面４６の軸方向寸法は、表面５０と表面３８との間の軸方向距離に等しい。
【００６３】
リング２２は表面１２をきつく圧迫する。この目的のために、自由な状態では、支承面２６の周辺長は表面１２の周辺長よりも大きい。したがってリング２２は、これを表面１２に押し込むと、圧縮の下で弾力的に変形する。
【００６４】
リング２２は、室４の内部の温度又は圧力の変化によって表面１２の寸法が変わる場合も含めて、リング２２が極めて可とう性で表面１２の形状に容易に適合するように、小さな経線断面を有する。
【００６５】
リング２２は閉じており均一な断面を有するので、リング２２は、リング２２の周囲全体にわたって実質的に均一である支承面２６と表面１２との間の比接触圧を維持する。
【００６６】
リング２２は、その弾性限界内及びその疲労限界内で働くように寸法決定されている。
【００６７】
支承面２６の軸方向高さｈは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。こうすることによって、リング２２の可とう性にもかかわらず支承面２６と表面１２との間の重要な比接触圧を保持するように、この高さｈに比例する支承面２６と表面１２との間の摩擦を制限することができ、支承面２６の面積を制限することができる。
【００６８】
ゆがまない可とう性リング２２を得るために、径方向厚さＥは、表面１２の直径Ｄの１％〜５％、好ましくは２％〜５％、更に好ましくは２％〜３％である。
【００６９】
更に又、自由状態におけるリング２２の支承面２６の周辺長と表面１２の周辺長との間の差の、表面１２の周辺長に対する比は、リング２２を形成する材料のヤング率の値に応じて弾性変形の範囲内に保つために、１／１０００〜４／１０００であることが好ましい。
【００７０】
更に又、高さｈの表面１２の直径に対する比は２／１０００〜３／１００、特に１／１００〜３／１００であることが好ましい。
【００７１】
ある実施例では、直径Ｄは実質的に７５ｍｍであり、厚さＥは１．５ｍｍであり、高さＨはほぼ１ｍｍである。
【００７２】
溝２４の中におけるリング２２の軸方向嵌合は、リング２２と溝２４との間の漏洩と表面１２に対する支承面２６の不均一な圧力を生じさせるかもしれないリング２２のあらゆる軸方向変形を防止する。
【００７３】
図１に戻ると、ジャケット２０は、スカート１８と一体化した中央部５４を含み、この中央部５４はその軸方向末端の各々において中央部５４より大きな直径の支承シュー５６の分だけ長くなっており、この支承シュー５６は、弾力的な円錐台状の連結部分５８によってスカート１８から離隔し、中央部５４に繋がっている。
【００７４】
各シュー５６は閉じており、すなわち周囲方向に連続的であり、これによって案内が向上する。
【００７５】
表面１２と共に、ピストン２は、容積部８の側に位置する下部シュー５６とリング２２とによって軸方向に閉鎖された環状空間６０を境界づける。
【００７６】
シュー５６は、ピストン２を表面１２に沿って径方向に案内する機能を有し、密封機能は持っていない。それでも、シュー５６はできるだけ小さな径方向遊びを伴って表面１２によって案内され、したがってシューは流体力学的油膜を確実に圧迫する。
【００７７】
各シュー５６は、シュー５６と表面１２との間に流体力学的油膜を形成するように設計されている。この目的のために、図４に示すように、各シュー５６は、円筒状部５６ａと表面１２との間に先細の油入口を表面１２と一緒に画定するために、中央円筒状部５６ａを含み、かつ円筒状部５６ａの各末端には約２°の角度で表面１２から離れる円錐台状部５６ｂを含む輪郭を有する。
【００７８】
容積部６の側方に沿って位置する上部シュー５６は、空間６０を、下部シュー５６と共に境界をなす下部分空間６１と、上部分５８に作られた開口部６３を通じて部分空間６１と連絡するリング２２と共に境界をなす上部分空間６２とに区分する。
【００７９】
エンジンのクランクケースから周知の方法で供給される新鮮油供給ノズル６４は、スカート１８の中に備えられた導管６６の中に新鮮な油の噴流を連続的に配送するようになっており、この導管６６はノズル６４に対向する開口部と部分空間６１の中に開いている出口とを有する。
【００８０】
ピストン２は、本体１４を冷却する空所６８を有し、空間６２の中に油を供給して排液導管７０を介して容積部８の中に油を出して空にする。
【００８１】
動作中に管６４によって配送された新鮮な油が空間７０に達すると、新鮮な油は表面１２を冷却する油の保存部を形成し、リング２２と表面１２との間に限定潤滑薄膜を供給し、表面１２と各シュー５６との間に流体力学的潤滑油膜を供給する。
【００８２】
流体力学的薄膜は、シュー５６と滑り面との間に径方向空間、すなわち表面１２の直径Ｄの約２／１０，０００の空間を充填する。
【００８３】
油は部分空間６１の中に注いで、開口部６３を通じて部分空間６２の中に流入するので、リング２２と表面１２との間に限定潤滑油膜を供給する。部分空間６２によって、縁部５１を含む支承面２６の低圧縁部の全周にわたって油を供給することが可能になる。
【００８４】
リング２２への油の供給は、ノズル６４に対するピストン２の移動の結果として断続的に供給される部分空間６１がシェーカ効果によって部分空間６２に供給するバッファ保存部を形成すると仮定すれば、実質的に永続的であり連続的である。
【００８５】
油は本体１４を冷却するように空間６２から空所６８の中へ流れ、次いで導管７０を介して容積部８へ戻る。
【００８６】
空間６０内の保存油はピストン２と共に移動し、表面１２を冷却する。表面１２が外部からの水冷なしにこの油のみによって冷却されることは有利であり、これはエンジンを単純化し、その製造コストを低減する。
【００８７】
図５を参照すると、リング２２が容積部６から容積部８に向って移動すると、表面５０は、容積部６の内部に位置する表面１２の部分の上に付着した限定潤滑薄膜の厚さを決定するように、表面１２上の空間６２内に位置する油の層をかきとる。
【００８８】
限定潤滑薄膜は、容積部６における縁部５１の現在位置とピストンの上死点における縁部５１の位置との間に位置する表面１２の部分を常時覆っている。
【００８９】
限定潤滑薄膜は、１マイクロメートルの何分の１の厚さを有し、これは１μｍ未満であり、好ましくは０．１μｍ又は０．２μｍ〜１μｍであり、更に好ましくは０．１μｍ〜０．５μｍである。
【００９０】
このような油膜の厚さは流体力学薄膜の厚さよりも小さく、通常５〜１０マイクロメートルである。
【００９１】
流体力学的潤滑では、薄膜は互いに重なり合って滑る分子のいくつかの層を含み、限定潤滑では、薄膜は実質的に単一の分子層を含み、この単一分子層は物理的力及び化学的力によって滑り面の上に保持され、間に限定潤滑薄膜が形成される２つの表面の間の滑り接触を可能にする。
【００９２】
限定潤滑薄膜は、支承面２６が限定された摩擦を伴って表面１２の上を確実に滑るようにすると共に、効率的な密封を確実にし、支承面２６と表面１２との間のガスの通過を防止する。
【００９３】
高い支承圧と関連する縁部５１は、支承面２６と表面１２との間で流体力学的薄膜の出現を防止する。
【００９４】
限定潤滑薄膜の厚さは、支承面２６と表面１２との間の比接触圧に依存する。この圧力は、限定潤滑薄膜のサイズを決定するために２０〜１００バールであることが好ましい。
【００９５】
接触圧は、表面１２に対してリング２２を締め付けることから得られる「弾力的」圧力と、容積部６中のガスによる圧力との和である。実際、図２に参照すると、ガスは溝２４を貫通することができるので、リング２２の取付けは自己密封形式である。したがって、リング２２は軸方向に容積部１２の中のガスによって強制されて表面３４を耐漏洩方式で圧迫し、径方向には溝２４の中に存在する容積部６中のガスによって表面１２を圧迫することになる。
【００９６】
リング２２と溝２４との間の径方向前後移動によって、ピストン２と表面１２との膨張差を、又は例えばピストンが上死点又は下死点において方向を逆転するときに、表面１２に対するピストン２の径方向移動を吸収することが可能になる。
【００９７】
リング２２が容積部８から容積部６へ移動すると、距離ｅは十分小さいため、表面１２と支承面２６との間を研磨性粒子が通過することを防止する。このような粒子は表面３６によって押し戻され、したがってこの表面３６はかきとり表面を形成する。
【００９８】
リング２２によって提供される改善された密封は、シールを提供して油をかきとるための単一のリングのみがピストン２と表面１２との間に備えられる必要があることを意味し、これは、密封装置が一般に３つの密封リングを含む内燃機関において特に有利である。
【００９９】
図６における変形例では、装置１０は、三角形の断面を有して表面４４と表面３４との間の角の中に位置するシール４０の形状の点で、先の変形例と異なっている。リング２２は自己密封式取付けであるため、シール４０は容積６の中のガスによって表面４４及び３４に対して押圧され、これはすぐれた密封を確実にする。
【０１００】
シール４０は、リング２２の表面４４の上に、これと一体化するために接着されることが有利である。
【０１０１】
接合部４０は、溝２４の中のリング２２の径方向前後移動を妨げないように、溝２４の基部４２から径方向のある距離において終っている。
【０１０２】
溝２４内の自由容積を制限するために、基部４２はシール４４の後表面４４ａに実質的に平行に傾斜している。
【０１０３】
図７における変形例では、装置１０は、リング２２が非自己密封方式で取り付けられ、リング２２と溝２４との間の密封がエラストマ材料を使用することなく金属接触によって提供されるという点で、先の変形例と異なっている。
【０１０４】
装置１０は、表面３６と容積部６に向って延在する軸線Ａを有するリング２８の円錐台状表面７４との間に軸方向に位置する金属製補助密封リング７２を含む。
【０１０５】
リング７２は、先細表面７４に対して弾力的に締められることによって、リング２２の表面３６に対して押圧される。この結果、リング７２は緊張状態で保持され、表面７４と表面３６を耐漏洩性接触式に圧迫して、溝２４を有する自己密封静的シールを形成し、この溝２４には容積部８から来る加圧された油を供給することができる。
【０１０６】
この場合、支承面２６と表面１２との間の比接触圧は弾力的圧力にのみ依存する。
【０１０７】
リング７２は、リング２２における反自己密封機能を防ぐために、高圧容積部６に隣接して位置する支承面２６の縁部の平面内又は低圧側の上に位置する、軸線Ａに直角な平面の中で、リング２２と接触している。
【０１０８】
すべての変形例において、ピストン２と表面１２との間に、及び軸方向にはリング２２と容積部６の側に位置するピストン２の軸方向末端７５との間に境界づけられた環状空間７６の容積は、サイクル中に容積部６において達する最低圧力においてこの空間７６を満たすガス量が、このガス量がサイクル中に容積部６において達する最高圧力に圧縮されるときに、容積部６にさらされている側でリング２２を沈めるのに十分に大きな容積を有するために、十分に大きいことが好ましい。
【０１０９】
したがって、この装置によって提供される十分な密封の結果として、このガス量はピストン２のサイクル中にこの空間７６の中に捉えられ、更新されない。続いて、このガス量は表面１２と接触して交互に圧縮及び減圧され、これと共にピストン２の高速度の結果として熱が交換され、ある一定時間の後に表面１２に近い平気温度に到達するが、この温度は、容積部６の中に存在するガスの平均温度よりもはるかに低い。
【０１１０】
この比較的低温のガス量は、ピストン２の容積部８に向う移動ごとに、表面１２の上に付着した油膜を覆う限定ガス層に送り込まれ、表面１２に向う熱の流れを限定する。
【０１１１】
図１〜７に示す変形例では、表面１２は室４と一体化しており、溝２４はピストン２２と一体化している。
【０１１２】
図８に示す変形例では、表面１２はピストン２の上に備えられ、リング２２は室４の壁８０の中に備えられた溝２４の中に収容され、こうしてリング２２は壁８０に対して耐漏洩的に受け入れられ、移動中にピストン２のための密封を提供する。
【０１１３】
この場合、リング２２は滑り面に対して押圧され、張力の下で弾性変形する。リング２２がゆがむ危険性はない。
【０１１４】
すべての変形例において、滑り面１２に対してリングを押圧する径方向の力は、密封支承面２６の面積と、表面１２と支承面２６との間の接触圧とに比例する。
【０１１５】
自己密封配置（図１〜６）では、接触圧は、表面１２に対してリング２２を締め付けることから得られる弾力的圧力と、容積部６におけるガスの圧力と（、或いはリングと溝の基部との間にある環状シールの径方向変形による圧力と）の合計である。
【０１１６】
往復動内燃機関又は往復動圧縮機において、容積部６は、ピストン２の上死点に対応する最高圧Ｐｍａｘからピストン２の下死点に対応する最低圧Ｐｍｉｎまでの範囲にある圧力でガスによって満たされる。
【０１１７】
下死点では、接触圧は弾力的圧力に実質的に等しく、油膜のサイズを決定するために十分でなければならない。この弾力的圧力は２０〜１００バールであることが好ましい。
【０１１８】
上死点では、接触圧は過剰であってはならない。２０〜１００バールの弾力的圧力を有するディーゼル・エンジンでは、上死点における接触圧は一般的に２００〜２８０バール台となる。
【０１１９】
更に又、接触圧は上死点と下死点との間で変動するので、限定潤滑薄膜の厚さは滑り面にわたって変動することになる。限定潤滑薄膜の厚さは容積部６から容積部８に向って増加する。
【０１２０】
非自己密封組立体では（図７）、接触圧は、容積部６におけるガスの圧力に依存しないので、実質的に一定であり弾力的圧力に等しい。
【０１２１】
したがって、非自己密封組立体は、摩擦損失の減少と限定潤滑薄膜の厚さの均一性を助長する。
【０１２２】
図９は、リング２２の非自己密封組立体の別の実施例を示す。
【０１２３】
図１〜７のものと同様な要素に対する参照番号が残されている図９における実施例は、リング２２に、その表面３６が表面３２を圧迫するように軸方向に応力を加えるようにして、ピストン２の径方向支承面８４とリング２２の表面３８との間に位置する軸方向ばねを形成する弾力的手段８２を含むことで、図２における実施例とは異なっている。
【０１２４】
上述のように、リング２２はなお、その支承面２６と滑り面１２との間の限定潤滑薄膜のサイズを決定するように設計されている。したがって、リング２２の径方向厚さは、好ましくは２０〜１００バールの十分な弾力的圧力を得るようにリング２２を含む材料に関連して選ばれる。
【０１２５】
この組立体では、表面３２及び３６の間に密な接触が確立されて、表面３２及び３６の間を確実に気密に密封する。
【０１２６】
弾力的手段は例えば、内部に向って径方向に開いているＣ形状の断面を有し、１つの肢は表面８４を圧迫し他の１肢はリング２２を圧迫する、軸方向に弾力的なリング８６の形で提供される。
【０１２７】
表面８４は例えば、溝２４の表面３４の中に備えられた周辺環状空間の径方向表面である。
【０１２８】
図９に示すようなリング２２を高い応力の状態で表面３２に十分に加えることができるように、密封装置１０は、弾力的手段８２とリング２２との間に置かれた環状くさび９０を有する。溝２４は、その表面３２及び３４の間に軸方向寸法Ｈを有し、この寸法はリング２２の軸方向全寸法よりも大きく、くさび９０が表面３４とリング２２との間に置かれて、くさび９０とリング２２の組立体が溝２４の中に実質的に嵌合されるようになっている。
【０１２９】
くさび９０は例えば長方形又は正方形の断面を有する。
【０１３０】
くさび９０によって、弾力性手段８２の力をリング２２の上に更に均一に分布して、リング２２と表面３２との間のすぐれた平面接触を確実にしてよりすぐれた密封を保証することができる。
【０１３１】
弾力性手段８２の軸方向密封力が、容積部６における圧力領域全体にわたってリング２２を表面３２に対して保持するために十分であって、同時にリング２２が径方向に前後に移動できるようにすることは好ましい。
【０１３２】
容積部６の中のガスとリング２２によって行使される力を制限するために、表面１２とリング２２に近いリング２８との間の径方向遊びが制限されることは望ましい。この遊びは例えば数１００分の１ミリメートル台である。
【０１３３】
容積部６内のガスによって行使される力が弾力性手段８２によってリング２２に行使される軸方向プレストレス（予応力）よりも大きい状況において、リング２２の軸方向変位を最小に制限するために、溝の表面３２及び３４の間の、及びリング２２の組立体とくさび９０の間の遊びは０．０１ｍｍ台である。
【０１３４】
容積部６内のガスによって行使される力が弾力性手段８２によってリング２２に行使される軸方向プレストレスよりも大きい場合には、ガスはリング２２を回避し、これは自己密封シールを提供する。
【０１３５】
したがって図９における実施例は、容積部６内の過剰圧力が弾力性手段８２を圧倒する場合に自己密封機能を確保する非自己密封配置にまさる利点を有する。
【０１３６】
大きなエンジン負荷に下でリング２２の表面３６の上に蓄積する油を排出するために、弾力的手段８２が、容積部６内のガス圧がその最高値Ｐｍａｘに到達するとリング２２が表面３６から離れるように、寸法決定されていることは有利である。したがって、非自己密封シールは瞬間的に自己密封モードに変化し、リング２２の上に蓄積した油はリング２２の後ろに駆動される。
【０１３７】
しかしこれに関して、薄膜の厚さが非自己密封モードではリング２２の全動程にわたって同じであることは、自己密封モードと比較して、容積部８側の潤滑薄膜がより厚くなることを防止し、表面１２の底部から上る油の量を制限することに留意すべきである。
【０１３８】
とにかく、弾力的圧力を上げて、摩擦の増加を顧みずに油の上昇を防止すべきであることが好ましい。表面１２と支承面２６とを研磨することで摩擦を減らすことができる。
【０１３９】
図２における実施例では、リング２２は、リング２２が容積部６の方向に移動するときに油膜のかきとりを防止するための斜面４６を備えている。
【０１４０】
図９における実施例では、反自己密封にならずに斜面を備えることは不可能であり、こうして支承面２６の上部境界は表面３２の平面に位置する。これは、ガス圧が支承面２６上の接触圧を低下させることを防止する。
【０１４１】
ピストン２のスカート１８は、リング２２に関して容積部８の側に位置するシュー５６によって、表面１２との遊びｊを伴って案内されることが好ましく、この遊びｊは、リング２２が表面３２に対して突出する量ｆよりも小さく、シュー５６は、シュー５６と開口部９８から油の供給を受ける表面１２との間の流体力学的薄膜のサイズを決定するように設計されている。
【０１４２】
この非常に小さな遊びｊによって、シュー５６が燃焼室を画定するピストン２の塊状部分から機械的及び熱的に切り離されることが必要になる。これを達成するために、ピストン２は例えば、図９に示すように、シュー５６とピストン２の塊状部分との間に径方向に境界をなす環状空洞９９を含み、空洞９９には開口部１００を通じてエンジンのクランクケースから油が送られる。
【０１４３】
空洞９９はシュー５６とリング２２との間の空間１０２と連絡し、リング３０の中に備えられた開口部９８を通じて油膜を給送する。
【０１４４】
動作中は、リング２２とシュー５６との間の空いた空間のすべてに永続的に油が給送される。
【０１４５】
すべての実施例において、摩擦による損失を制限するために、支承面２６の高さｈを制限することは好ましい。更に又、高さｈは、シールを提供するため、及び容積部６内のガスの圧力が支承面２６と表面１２との間の潤滑薄膜を、これが適用されるときに駆動しないために、十分なものでなければならない。この高さは、膜厚及び接触状態にある表面（支承面２６及び表面１２）の粗度に依存する。膜厚の１０００倍の高さｈが十分であると考える場合、０．２〜１ミリメートルの高さｈが０．２〜１μｍの薄膜のために十分である。
【０１４６】
ある実施例では、高さｈは０．５ｍｍで、表面１２の直径Ｄは８０ｍｍであり、８０バールの弾力的圧力がシールを確証するために十分である。この場合、鋼製リング２２の径方向厚さは、必要な弾力的圧力を達成するために実質的に１．５ｍｍである。したがってリング２２の断面は高さ０．５ｍｍ及び幅１．５ｍｍの長方形である。
【０１４７】
図９における実施例では、くさび９０は例えば辺の長さが１．４ｍｍの正方形断面を有する。
【０１４８】
更に一般には、本発明は、ピストンによって高圧容積部と低圧容積部に区分された室内を一方向に平行な往復直線運動様式で移動するように設計されたピストンのための密封装置であって、
ピストンの直線移動方向に平行な軸線を有する円筒状滑り面と、
滑り面に向って開いている滑り面と同軸の環状溝と、
滑り面および溝のうちの一方がピストンと一体であり他方が室と一体であることと、
溝の中に耐漏洩様式で、密封支承面を通じて滑り面と密封接触する状態で収容された弾力で閉じる密封リングであって、滑り面の上に弾力で押圧される密封リングとを含み、リングは、滑り面の上に１マイクロメートル未満の限定潤滑厚さを有する潤滑剤薄膜を維持するように設計されている形式の密封装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】ピストンとピストンが中で移動する室との間に位置する、本発明による密封装置を有する内燃機関のピストンの軸方向半断面の概略図である。
【図２】図１の区域ＩＩの拡大図である。
【図３】図１の密封装置の密封リングの概略斜視図である。
【図４】図１の区域ＩＶの拡大図である。
【図５】図２の詳細図である。
【図６】本発明による密封装置の変形例を示す図２と同様な図である。
【図７】本発明による密封装置の別の変形例を示す図２と同様な図である。
【図８】本発明による密封装置の更に別の変形例を示す図２と同様な図である。
【図９】本発明による密封装置の更に別の変形例を示す図２と同様な図である。
【符号の説明】
【０１５０】
Ａ  軸線
Ｄ  直径
Ｅ  径方向厚さ
ｅ  距離
Ｆ  矢印
ｆ  リングが高圧側表面に対して突出する量
Ｈ  軸方向寸法
ｈ  支承面の軸方向高さ
ｊ  遊び
２  ピストン
４  （内燃機関の）室
６  上部高圧容積部
８  下部低圧容積部
１０  密封装置
１２  滑り面
１４  （ピストンの）本体
１６  燃焼凹部
１８  スカート
２０  筒形ジャケット
２２  金属製密封リング
２４  溝
２６  円筒状支承面
２８  リング
３０  リング
３２  高圧側表面
３４  低圧側表面
３６  高圧側表面
３８  低圧側表面
４０  エラストマ材料の環状シール
４２  溝の基部
４４  リングの表面
４４ａ  シールの後表面
４６  円錐台形部分
４９  縁部
５０  かきとり面
５１  縁部
５２  軸の円筒状表面
５４  中央部
５６  支承シュー
５６ａ  中央円筒状部
５６ｂ  円錐台状部
５８  連結部分
６０  環状空間
６１  下部分空間
６２  上部分空間
６３  開口部
６４  新鮮油供給ノズル
６６  導管
６８  空所
７０  廃液導管
７２  リング
７４  円錐台状表面
７５  ピストンの軸方向末端
７６  環状空間
８０  壁
８２  弾力的手段
８４  表面
８６  リング
９０  くさび
９８  開口部
９９  環状空洞
１００  開口部
１０２  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007162940.tif 000011
【外国語明細書】
2007162940000001.pdf