(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンリング部の圧力勾配を改善し、オイルおよびブローバイの適切な制御を可能にする。【解決手段】レシプロエンジン用のパワーシリンダシステムは、シリンダ内で移動するように構成されるピストン２０を含む。最上部溝４２は、ピストンの周りに周方向に延在し、第１のリング４４を支持するように構成され、第１のリングが最上部溝内に配設される間、最上部溝の一部分と第１のリングの内周面との間に空間が画定される。最下部溝４６は、ピストンの周りに周方向に延在し、最上部溝から軸方向に離間する。最下部溝内に位置決めされる第２のリング４８は、ピストンがシリンダ内に位置決めされる間、シリンダの内側環状壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される。上部ランド４０内に形成された１つ又は複数のチャネル１００は、第１のリングが最上部溝内に配設される間、空間に燃焼ガスを移送するように構成される。【選択図】図３
2016037962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシプロエンジン（１０）用のパワーシリンダシステムであって、
前記レシプロエンジン（１０）のシリンダ（２６）内で移動するように構成されるピストンと、
前記ピストンの上部ランドの下で前記ピストンの周りに周方向に延在し、第１のリング（４４）を支持するように構成される最上部溝（４２）であって、前記第１のリング（４４）が前記最上部溝（４２）内に配設される間、前記最上部溝（４２）の一部分と前記第１のリング（４４）の内周面との間に空間が画定される、最上部溝（４２）と、
前記ピストンの周りに周方向に延在し、前記ピストンの軸上軸に沿って前記最上部溝（４２）から軸方向に離間する最下部溝（４６）であって、第２のリング（４８）を支持するように構成される、最下部溝（４６）と、
前記最下部溝（４６）内に位置決めされる前記第２のリング（４８）であって、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内に位置決めされる間、前記シリンダ（２６）の内側環状壁に対して約１ＭＰａ未満の単位圧力を加えるように構成される、前記第２のリング（４８）と、
前記上部ランド内に形成された１つ又は複数のチャネルであって、前記第１のリング（４４）が前記最上部溝（４２）内に配設される間、前記最上部溝（４２）の前記部分と前記第１のリング（４４）の前記内周面との間の空間に対する燃焼ガスの移送を可能にするように構成される、１つ又は複数のチャネルとを備える、システム。
【請求項２】
前記第１のリング（４４）を備え、１つ又は複数のリングチャネルは、１つ又は複数の離散的位置において前記第１のリング（４４）の上側表面内に半径方向に延在し、前記１つ又は複数のリングチャネルは、前記第１のリング（４４）が前記最上部溝（４２）内に配設される間、前記最上部溝（４２）の前記部分と前記第１のリング（４４）の前記内周面との間の前記空間に対する燃焼ガスの移送を可能にするように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記上部ランドの軸方向に向く表面内に半径方向に延在する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記ピストンの前記上部ランドを通して前記空間まで軸方向に延在する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記最上部溝（４２）及び前記最下部溝（４６）は、前記ピストンの周りに周方向に延在する唯一のリング支持溝である、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のリング（４８）は、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内に位置決めされる間、前記シリンダ（２６）の前記内側環状壁に対して約０．７５ＭＰａ未満の単位圧力を加えるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のリング（４８）は、１つ又は複数のばねによって、前記シリンダ（２６）の前記内側環状壁に対して半径方向に外方に偏倚される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
レシプロエンジン（１０）用のパワーシリンダシステムであって、
キャビティを囲む内壁を有するシリンダ（２６）と、
前記シリンダ（２６）内に位置決めされ、前記シリンダ（２６）内でレシプロ方式で移動するように構成されるピストンと、
最上部溝（４２）及び最下部溝（４６）であって、それぞれが前記ピストンの周りで周方向に延在し、最上部溝（４２）は上部ランドの下に位置決めされる、最上部溝（４２）及び最下部溝（４６）と、
前記最上部溝（４２）内に配設された第１のリング（４４）であって、１つ又は複数のチャネルは、前記最上部溝（４２）の軸方向に向く上側表面又は前記第１のリング（４４）の上側表面内に延在し、前記第１のリング（４４）の内周面と前記最上部溝（４２）の一部分との間の空間に燃焼ガスを方向付けるように構成される、第１のリング（４４）と、
前記最下部溝（４６）内に位置決めされた第２のリング（４８）であって、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内で移動するとき、前記シリンダ（２６）の前記内壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成されるローテンションリングである、第２のリング（４８）とを備える、システム。
【請求項９】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、１つ又は複数の離散的位置において前記第１のリング（４４）の前記上側表面内に半径方向に延在する、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記最上部溝（４２）の前記軸方向に向く上側表面内に半径方向に延在する、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記ピストンの前記上部ランドを通して前記空間まで軸方向に延在する、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２のリング（４８）は、１つ又は複数のばねによって、前記シリンダ（２６）の前記内壁に対して半径方向に外方に偏倚される、請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
前記最上部溝（４２）と前記最下部溝（４６）との間で前記ピストンの周りに周方向に延在する中間溝を備え、第３のリングは前記中間溝内に配設される、請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２のリング（４８）は、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内に位置決めされる間、前記シリンダ（２６）の前記内側環状壁に対して約０．７５ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される、請求項８記載のシステム。
【請求項１５】
レシプロエンジン（１０）用のパワーシリンダシステムであって、
シリンダ（２６）内に配設され、前記シリンダ（２６）内でレシプロ方式で移動するように構成されるピストンと、
前記ピストンの最上部溝（４２）内に配設された上部リングであって、前記最上部溝（４２）に対して開口する１つ又は複数のチャネルは、前記上部リングの内周面に燃焼ガスを移送して、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内で移動するとき、前記シリンダ（２６）の前記内壁に向かって前記上部リングを半径方向に外方に押しやるように構成される、上部リングと、
前記ピストンの最下部溝（４６）内に配設されたオイルリングであって、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内で移動するとき、前記シリンダ（２６）の前記内壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される、オイルリングとを備える、システム。
【請求項１６】
前記１つ又は複数のチャネルは、１つ又は複数の離散的位置において前記最上部溝（４２）の軸方向に向く表面内に延在する、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記最上部溝（４２）の前記軸方向に向く表面内に半径方向に延在する、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記１つ又は複数のチャネルの少なくとも幾つかのチャネルは、前記最上リングの上側表面内に半径方向に延在する、請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
前記オイルリングは、前記ピストンが前記シリンダ（２６）内で移動するとき、前記シリンダ（２６）の前記内壁に対して約０．５ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記上部リングは、非対称プロファイルを有する外周面を備える、請求項１５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、一般的に、レシプロエンジンに関し、より詳細には、レシプロエンジン用のピストンアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジン（例えば、レシプロ式内燃機関）は、酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて、高温燃焼ガスを生成し、燃焼ガスは、次に、シリンダ内でピストン（例えば、往復運動ピストン）を駆動する。特に、高温燃焼ガスは、膨張し、ピストンに対して圧力を加え、その圧力は、膨張ストローク中にシリンダの上部部分から下部部分までピストンを直線的に移動させる。ピストンは、燃焼ガスによって加えられる圧力及びピストンの直線運動を（例えば、ピストンに結合した連結ロッド及びクランクシャフトによって）回転運動に変換し、回転運動は、１つ又は複数の負荷、例えば発電機を駆動する。ピストン及び関連する構造（例えば、ピストンアセンブリ）の構成は、排気エミッション（例えば、未燃炭化水素）及びエンジン効率並びに潤滑剤（例えば、オイル）消費に著しく影響を及ぼす可能性がある。更に、ピストンアセンブリの構成は、レシプロエンジンの構成要素間の摩擦及びレシプロエンジンの動作寿命に著しく影響を及ぼす可能性がある。したがって、ピストンアセンブリの構成を改善することが望ましいことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７７３０８６６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
元々特許請求された本発明と範囲が一致する幾つかの実施形態が以下で要約される。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を制限することを意図されるのではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明の考えられる形態の簡潔な要約を提供することを意図されるだけである。実際には、本発明は、以下に記載する実施形態と同様であり得る又はそれと異なり得る種々の形態を包含することができる。
【０００５】
一実施形態において、レシプロエンジン用のパワーシリンダシステムは、シリンダ内で移動するように構成されるピストンを含む。最上部溝は、ピストンの上部ランドの下でピストンの周りに周方向に延在する。最上部溝は、第１のリングを支持するように構成され、第１のリングが最上部溝内に配設される間、最上部溝の一部分と第１のリングの内周面との間に空間が画定される。最下部溝は、ピストンの周りに周方向に延在し、ピストンの軸上軸（ａｘｉａｌ  ａｘｉｓ）に沿って最上部溝から軸方向に離間する。最下部溝内に位置決めされる第２のリングは、ピストンがシリンダ内に位置決めされる間、シリンダの内側環状壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される。上部ランド内に形成された１つ又は複数のチャネルは、第１のリングが最上部溝内に配設される間、空間に燃焼ガスを移送するように構成される。
【０００６】
一実施形態において、レシプロエンジン用のパワーシリンダシステムは、内壁を有しキャビティを画定するシリンダを含む。ピストンはシリンダ内に位置決めされ、シリンダ内で、レシプロ方式で移動するように構成される。最上部溝及び最下部溝はそれぞれ、ピストンの周りで周方向に延在し、最上部溝は上部ランドに隣接して位置決めされる。第１のリングは、最上部溝内に配設され、１つ又は複数のチャネルは、最上部溝の軸方向に向く上側表面又は第１のリングの上側表面内に延在する。１つ又は複数のチャネルは、第１のリングの内周面と最上部溝の一部分との間の空間に燃焼ガスを方向付けるように構成される。第２のリングは最下部溝内に位置決めされ、第２のリングは、ピストンがシリンダ内で移動するとき、シリンダの内壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成されるローテンションリングである。
【０００７】
一実施形態において、レシプロエンジン用のパワーシリンダシステムは、シリンダ内に配設され、シリンダ内で、レシプロ方式で移動するように構成されるピストンを含む。システムは、ピストンの最上部溝内に配設された上部リングを含み、最上部溝に対して開口する１つ又は複数のチャネルは、上部リングの内周面に燃焼ガスを移送して、ピストンがシリンダ内で移動するとき、シリンダの内壁に向かって上部リングを半径方向に外方に押しやるように構成される。ピストンアセンブリはまた、ピストンの最下部溝内に配設されたオイルリングであって、ピストンがシリンダ内で移動するとき、シリンダの内壁に対して約１ＭＰａ未満の圧力を加えるように構成される、オイルリングを含む。
【０００８】
本発明のこれらのまた他の特徴、態様、及び利点は、添付図面であって、図面全体にわたって同様の記号が同様の部品を示す、添付図面を参照して以下の説明が読まれるときによりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】レシプロエンジンシステムの一部分の一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】シリンダ内で位置決めされたピストンの一実施形態の断面図である。
【図３】ピストンの上部ランド内に形成された半径方向チャネルを有し、ローテンションオイルリングを有するピストンの一実施形態の一部分の側面図である。
【図４】ピストンの上部ランド内に形成された３つのピストンリング及び半径方向チャネルを有するピストンの一実施形態の一部分の断面図である。
【図５】ピストンの上部ランド内に形成された２つのピストンリング及び半径方向チャネルを有するピストンの一実施形態の一部分の側断面図である。
【図６】上部ピストンリング内に形成された３つのピストンリング及び半径方向チャネル並びにピストンの上部ランド内に形成された軸方向チャネルを有するピストンの一実施形態の一部分の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つ又は複数の特定の実施形態が以下で説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとして、本明細書において、実際の実装形態の全ての特徴が述べられない場合がある。こうしたいかなる実際の実装形態の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画におけるのと同様に、実装形態ごとに異なり得るシステム関連制約及びビジネス関連制約に関する適合等の、開発者の特定の目標を達成するための多数の実装態様固有の意思決定が行われなければならないことが理解されるべきである。更に、こうした開発努力は、煩雑で時間がかかるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとって、設計、製作、製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素の１つ又は複数が存在することを意味することが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包含的であることを意図され、挙げた要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示によるレシプロエンジン（例えば、レシプロ内燃機関）用のパワーシリンダシステムは、１つ又は複数のピストンを含むことができ、ピストンはそれぞれ、シリンダ（例えば、ライナ）内で直線的に移動して、燃焼ガスによって加えられる圧力及びピストンの直線運動を回転運動に変換し、それにより、１つ又は複数の負荷に動力供給するように構成される。各ピストンは、ピストンの上部ランドの下でピストンの周りに周方向に延在する上部環状溝（例えば、上部リング溝又は圧縮リング溝）を有することができ、上部リング（例えば、上部ピストンリング又は圧縮リング）は上部溝内に配設することができる。上部リングは、一般に、燃料及び空気又は燃料−空気混合物が燃焼チャンバから漏出することを阻止する、かつ／又は、膨張する高温燃焼ガスがピストンの往復運動をもたらすことを可能にするのに適した圧力の維持を容易にするように構成することができる。各ピストンはまた、ピストンの上部ランドから遠位でピストンの周りに周方向に延在する下部環状溝（例えば、下部リング溝又はオイルリング溝）を有することができ、下部リング（例えば、下部ピストンリング又はオイルリング）は、下部溝内に配設することができる。オイルリングは、一般に、シリンダの内壁をライニングする潤滑剤（例えば、オイル）を掻き落とすように構成することができる。幾つかの実施形態において、１つ又は複数の追加の環状溝（例えば、１つ又は複数の追加のリング溝或は追加の圧縮リング溝）は、ピストンの周りに周方向に延在することができ、１つ又は複数の追加のリング（例えば、追加の圧縮リング）は、１つ又は複数の追加のリング溝内に配設することができる。上部リング、オイルリング、及び／又は追加のリングは、共に、リングパックを形成することができ、また、一般に、エンジン内で燃焼ガス及び／又は潤滑剤（例えば、オイル）の流れを制御することができる。
【００１３】
レシプロエンジンの運転中に、燃料及び空気は、燃焼チャンバ内で燃焼し、シリンダ内でピストンを移動させる。燃焼ガスはまた、上部リングの外周面に対して圧力を加え、上部リングを、シリンダの内壁から離れるよう半径方向に内方に押しやる。開示される実施形態は、燃焼ガスが半径方向に外方に向く力を上部リングの内周面に加えるように、上部リングの内周面に隣接する空間に燃焼ガスを移送するように構成される１つ又は複数のチャネルを含むことができる。有利には、１つ又は複数のチャネルはまた、シリンダ内でのオイル制御を容易にすることができる。例えば、１つ又は複数のチャネルは、上部リングがシリンダの内壁との接触を維持することを可能にすることができ、したがって、上部リングがシリンダの内壁に沿ってオイルを掻き落とすことを可能にすることができる。別の例として、１つ又は複数のチャネルなしで、オイルは、上部溝内に蓄積し、空間への燃焼ガスの流れを阻止する場合がある。開示される実施形態において、１つ又は複数のチャネルは、オイルが上部溝から（例えば、燃焼チャンバ内へ、又は、シリンダの内壁に沿って）漏出することを可能にすることがある。そのため、１つ又は複数のチャネルは、上部溝内でのまた上部溝から出るオイルの流れを容易にする、かつ／又は、上部溝内でのオイルの滞留時間を減少させることができ、それが、一般に、オイルの流れ及び制御を改善する場合がある。こうした場合、オイルリングは、例えば、シリンダの内壁に対して約１メガパスカル（ＭＰａ）未満の圧力を加えるように構成されるローテンションリングであるとすることができる。本明細書で開示する特徴を有するピストンは、オイルを効果的かつ効率的に制御することができ、一方、半径方向リング圧壊（ｃｏｌｌａｐｓｅ）を阻止すると共に、未燃炭化水素のブローバイ（ｂｌｏｗｂｙ）、オイル消費、エミッション、及び／又は構成要素間の摩擦を減少させ、それが、例えば、少ない摩耗及びスカッフィング（ｓｃｕｆｆｉｎｇ）をもたらす可能性がある。
【００１４】
図面に移ると、図１は、エンジン駆動式発電システム８の一部分の一実施形態のブロック図を示す。以下で詳細に述べるように、システム８は、１つ又は複数の燃焼チャンバ１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、又はそれより多い数の燃焼チャンバ１２）を有するエンジン１０（例えば、レシプロ内燃機関）を含む。空気供給部１４は、空気、酸素、酸素富化空気（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ａｉｒ）、酸素減少空気（ｏｘｙｇｅｎ−ｒｅｄｕｃｅｄ  ａｉｒ）、又はその任意の組合せ等の加圧酸化剤１６を各燃焼チャンバ１２に提供するように構成される。燃焼チャンバ１２はまた、燃料供給部１９から燃料１８（例えば、液体及び／又は気体燃料）を受取るように構成され、燃料−空気混合物は、各燃焼チャンバ１２内で点火し燃焼する。高温加圧燃焼ガスは、各燃焼チャンバ１２に隣接するピストン２０がシリンダ２６内で直線的に移動させ、ガスによって加えられた圧力を回転運動に変換するようにさせ、その回転運動は、シャフト２２を回転させる。更に、シャフト２２は、負荷２４に結合することができ、負荷２４は、シャフト２２の回転によって動力供給される。例えば、負荷２４は、システム１０の回転出力によって動力を発生することができる任意の適切なデバイス、例えば、発電機であるとすることができる。加えて、以下の議論は酸化剤１６として空気に言及するが、任意の適した酸化剤を、開示される実施形態で使用することができる。同様に、燃料１８は、例えば、天然ガス、関連する石油ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス（ｓｅｗａｇｅ  ｇａｓ）、埋立地ガス（ｌａｎｄｆｉｌｌ  ｇａｓ）、炭鉱ガス（ｃｏａｌ  ｍｉｎｅ  ｇａｓ）等の任意の適した気体燃料であるとすることができる。
【００１５】
本明細書で開示されるシステム８は、固定用途で（例えば、産業用動力発生エンジンで）又はモバイル用途で（例えば、自動車又は航空機で）使用するために適合することができる。エンジン１０は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、又は６ストロークエンジンとすることができる。エンジン１０はまた、任意の数の燃焼チャンバ１２、ピストン２０、及び関連するシリンダ（例えば、１〜２４）を含むことができる。例えば、或る実施形態において、システム８は、シリンダ内で往復運動する４、６、８、１０、１６、２４、又はそれより多い数のピストン２０を有する大規模産業用レシプロエンジンを含むことができる。幾つかのこうした場合において、シリンダ及び／又はピストン２０は、約１３．５〜３４センチメートル（ｃｍ）の直径を有することができる。幾つかの実施形態において、シリンダ及び／又はピストン２０は、約１０〜４０ｃｍ、１５〜２５ｃｍ、又は約１５ｃｍの直径を有することができる。或る実施形態において、ピストン２０は、ピストン２０の上部リング溝内にニレジスト（Ｎｉ−ｒｅｓｉｓｔ）リングインサートを有する鋼ピストン又はアルミニウムピストンであるとすることができる。システム８は１０ｋＷから１０ＭＷの範囲の動力を発生することができる。幾つかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００回転／分（ＲＰＭ）未満で運転することができる。幾つかの実施形態において、エンジン１０は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、又は７５０ＲＰＭ未満で運転することができる。幾つかの実施形態において、エンジン１０は、約７５０〜２０００ＲＰＭ、９００〜１８００ＲＰＭ、又は１０００〜１６００ＲＰＭで運転することができる。幾つかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、又は９００ＲＰＭで運転することができる。例示的なエンジン１０は、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒエンジン（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒタイプ２、タイプ３、タイプ４、タイプ６、又はＪ９２０ＦｌｅＸｔｒａ）又はＷａｕｋｅｓｈａエンジン（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を含むことができる。
【００１６】
図２は、レシプロエンジン１０のシリンダ２６（例えば、エンジンシリンダ）内に配設されたピストン２０を有するピストンアセンブリ２５の一実施形態の側断面図である。シリンダ２６は、シリンダキャビティ３０（例えば、ボア）を画定する内側環状壁２８を有する。ピストン２０は、軸上軸又は方向３４、半径軸又は径方向３６、及び周軸又は方向３８によって画定することができる。ピストン２０は、ピストン２０の周りに周方向に（例えば、周方向に３８に）延在する上部部分４０（例えば、上部ランド）及び上部環状溝４２（例えば、上部溝又は上部圧縮リング溝）を含む。上部リング４４（例えば、上部ピストンリング又は上部圧縮リング）は、上部溝４２内に位置決めすることができる。
【００１７】
上部リング４４は、上部溝４２から半径方向に外方に突出して、シリンダ２６の内側環状壁２８に接触するように構成される。上部リング４４は、一般に、燃料１８及び空気１６又は燃料−空気混合物が燃焼チャンバ１２から漏出することを阻止する、かつ／又は、膨張する高温燃焼ガスがピストン１２の往復運動を引起すことを可能にするのに適した圧力の維持を容易にする。更に、本実施形態の上部リング４４は、オイルの掻き落としを容易にするように構成することができ、オイルは、例えば、内側環状壁２８をコーティングし、エンジン１０内の熱及び／又は摩擦を制御する。
【００１８】
図示するように、ピストン２０は、ピストン２０の周りに周方向に延在する下部環状溝４６（例えば、下部リング溝又はオイルリング溝）を含む。下部リング４８（例えば、下部ピストンリング又はオイルリング）は、下部溝４６内に配設される。オイルリング４８は、下部溝４６から半径方向に外方に突出して、シリンダ２６の内壁２８に接触することができる。オイルリング４８は、一般に、シリンダ２６の内壁２８をライニングするオイルを掻き落とし、シリンダ２６内でオイルの流れを制御するように構成される。
【００１９】
幾つかの実施形態において、１つ又は複数の追加の環状溝５０（例えば、１つ又は複数の追加のリング溝或は追加の圧縮リング溝）は、ピストン２０の周りに周方向に延在することができる。幾つかのこうした場合において、追加の環状溝５０は、上部溝４２と下部溝４６との間に位置決めすることができる。幾つかの実施形態において、１つ又は複数の追加のリング５２（例えば、１つ又は複数の追加のリング或は追加の圧縮リング）は、１つ又は複数の追加のリング溝５０のそれぞれの溝内に配設することができる。追加のリング５２は、ブローバイを阻止する、かつ／又は、シリンダ２６の内側環状壁２８からオイルを掻き落とすように構成することができる。
【００２０】
図示するように、ピストン２０は、接続ロッド５６及びピン５８によってクランクシャフト５４に取付けられる。クランクシャフト５４は、ピストン２４の往復直線運動を回転運動に変換する。ピストン２０が移動するとき、クランクシャフト５４は、先に論じたように、回転して、負荷２４（図１に示す）に動力供給する。図示するように、燃焼チャンバ１２は、ピストン２４の上部ランド４０に隣接して位置決めされる。燃料インジェクタ６０は燃料１８を燃焼チャンバ１２に提供し、弁６２は燃焼チャンバ１２に対する空気１６の送出を制御する。排気弁６４は、エンジン１０からの排気の放出を制御する。しかし、燃焼チャンバ１２に燃料１８及び空気１６を提供するための、及び／又は、排気を放出するための、任意の適切な要素及び／又は技法を利用することができることが理解されるべきである。運転中、燃焼チャンバ１２内での燃料１８と空気１６との燃焼は、ピストン２０を、シリンダ２６のキャビティ３０内で軸方向３４にレシプロ（例えば、前後）方式で移動させる。
【００２１】
クリアランス７８（例えば、環状空間を画定する半径方向クリアランス）が、シリンダ２６の内側環状壁２８とピストン２０の上部ランド４０の外側表面８０（例えば、環状表面）との間に設けられる。先に論じたように、上部リング４４とシリンダ２６の内側環状壁２８との間の接触を維持して、例えば、ブローバイを防止すると共に、上部リング４４が内側環状壁２８からオイルを掻き落とすことを可能にすることが望ましい。しかし、エンジン１０の運転中、燃焼チャンバ１２からの燃焼ガスは、上部リング４４の外面９０（例えば、半径方向に外方の面又は外周面）に接触し、シリンダ２６の内壁２８から離れるよう半径方向に内方に（例えば、半径軸３６に沿って）上部リング４４を押しやる力を加える。したがって、本実施形態は、上部リング４４の内周面（図４に示す）に隣接する空間（図４に示す）に燃焼ガスを移送するように構成される、１つ又は複数の半径方向チャネル１００等の１つ又は複数のチャネル（例えば、通路、トラフ、溝、又は同様なもの）を含む。こうした構成は、以下でより詳細に論じるように、１つ又は複数の半径方向チャネル１００が上部リング４４全体の圧力勾配を平衡させる（例えば、上部リング４４を安定化させる）ことを可能にする、かつ／又は、上部リング４４がシリンダ２６の内側環状壁２８との接触を維持することを可能にする。
【００２２】
加えて、１つ又は複数の半径方向チャネル１００は、有利には、ローテンションオイルリング４８の使用を可能にすることができる。典型的なエンジンにおいて、こうしたローテンションオイルリング４８は、内側環状壁２８からオイルを効果的かつ確実に掻き落とすのに十分な圧力を内側環状壁２８に対して加えることができず、また、シリンダ２６内でオイルを適切に制御することができない。加えて、１つ又は複数の半径方向チャネルがない場合、オイルは、上部溝４２を通る燃焼ガスの流れを阻止する場合がある。しかし、現在のところ開示される実施形態において、１つ又は複数の半径方向チャネル１００は、燃焼ガスが上部リング４４に対する半径方向に外方への圧力を加えることを可能にし、それにより、上部リング４４が内側環状壁２８との接触を維持し、オイルをシリンダ２６の内側環状壁２８から掻き落とすことを可能にすることができる。加えて、１つ又は複数の半径方向チャネル１００は、上部リング４４と上部溝４２の軸方向に向く表面（図３に示す）との間の軸方向距離（図３に示す）を増加させ、ピストンアセンブリ２５の構成要素に対するオイルの付着を減少させ、オイルが（例えば、燃焼チャンバ１２に入るように又はシリンダ２６の内側環状壁２８に沿うように）上部溝４２から流出する（例えば、から漏出する）ことを可能にし、かつ／又は、上部溝４２内でのオイルの滞留時間を減少させる。そのため、１つ又は複数の半径方向チャネル１００、上部リング４４、及びローテンションオイルリング４８は、共に、シリンダ２６内でのオイル及びブローバイの適切な制御を可能にすることができる。
【００２３】
例として、ローテンションオイルリング４８は、シリンダ２６の内側環状壁２８に対して約１ＭＰａ未満の単位圧力を加えるように構成することができる。ローテンションオイルリング４８によって加えられる単位圧力は、図４に関して以下でより詳細に論じられる。同様に以下でより詳細に論じられるように、ローテンションオイルリング４８は、任意の適切な形状又は構造を有することができ、ローテンションオイルリング４８に結合された１つ又は複数のばねによって半径方向に外方に偏倚することができる。有利には、ローテンションオイルリング４８は、エンジン１０内の（例えば、オイルリング４８とシリンダ２６との間の）摩擦を減少させ、エンジン１０の構成要素に関してより大きな効率及びより少ない摩耗及び損耗（ｗｅａｒ  ａｎｄ  ｔｅａｒ）をもたらす。
【００２４】
図３は、ピストン２０の上部ランド４０内に形成された半径方向チャネル１００を有するピストン２０の一実施形態の一部分の側面図である。図示するように、半径方向チャネル１００は、ピストン２０の周りの離散的な位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ）（例えば、ピストン２０の周りに周方向に離間する離散的な位置）に形成される。示す実施形態において、半径方向チャネル１００は、湾曲断面を有し（例えば湾曲壁９９を有し）、上部ランド４０の下部表面と上部溝４２の上側表面（例えば、上部表面又は上部周縁）の両方に対応する軸方向に向く表面１０１（例えば、環状表面）に入るように又はそれに沿うように形成される。半径方向チャネル１００は、ピストン２０の上部ランド４０の外側表面８０（例えば、外側環状表面）から半径方向に内方に（例えば、半径方向３６に）延在することができる。図示するように、半径方向チャネル１００は、上部溝４２に向かって開口し、上部リング４４と軸方向に向く表面１０１との間の軸方向距離は、（例えば、第１の軸方向距離１０２、及び、半径方向チャネル１００に一致する第１の軸方向距離１０２より大きい第２の軸方向距離１０３に示すように）半径方向チャネル１００に沿って増加する。そのため、上部リング４４と軸方向に向く表面１０１との間の軸方向距離は、上部リング４４の周りに周方向に変動する。以下でより詳細に論じるように、こうした構成は、キャビティ３０から半径方向チャネル１００に沿い、燃焼ガスが上部リング４４の内面（図４に示す）に対して半径方向に外方の力（例えば、圧力誘起偏倚力）を加える空間（図４に示す）までの燃焼ガスの移送を容易にする。そのため、半径方向チャネル１００は、上部リング４４全体の圧力勾配の制御を容易にすることができ、また、上部リング４４がシリンダ２６の内側環状壁２８との接触を維持することを可能にすることができる。
【００２５】
示す実施形態において、オイルリング４８は下部溝４６内に配設される。先に論じたように、オイルリング４８は、ローテンションオイルリング４８であるとすることができ、ローテンションオイルリング４８は、オイルリング４８とシリンダ２６の内側環状壁２８との間の摩擦を減少させながら、シリンダ２６の内側環状壁２８からオイルを掻き落とすことを可能にする。先に論じたように、１つ又は複数の半径方向チャネル１００は、上部リング４４及びローテンションオイルリング４８が、エンジン１０内でオイルを適切に制御することを可能にすることができる。有利には、本明細書で開示される特徴を有するピストンアセンブリ２５は、オイルを効果的かつ効率的に制御し、シリンダ２６の内側環状壁２８からオイルを掻き落とし、一方、半径方向リング圧壊を阻止すると共に、ブローバイ、オイル消費、エミッション、及び／又は構成要素間の摩擦を減少させ、それが、例えば、少ない摩耗及びスカッフィングをもたらす可能性がある。
【００２６】
加えて、図３に示すように、ピストン２０は、ピストン２０の周りに周方向に延在し、上部溝４２と下部溝４６との間に位置決めされた追加の溝５０を含むことができる。追加のリング５２は追加の溝５０内に配設することができる。追加のリング５２は、種々の構成及び機能のうちのいずれかを有することができる。例えば、幾つかの実施形態において、追加のリング５２は圧縮リングであり、それはシリンダ２６の内側環状壁２８に接触してボローバイを阻止し、且つ／又はシリンダ２６内側環状壁２８からオイルを掻き落とすように構成される。下記でより詳細に論じられるように、いくつかの実施形態において、追加の溝５０及び追加のリング５２が設けられず、上部溝４２及び下部溝４６は、ピストン２０の周りに周方向に延在し、リング（例えば、上部リング４４及びオイルリング４８）を支持するように構成される唯一の溝である。こうした場合において、上部リング４４及びローテンションオイルリング４８は、共に、内側環状壁２８からオイルを効果的に掻き落とすことができる、かつ／又は、更なるリング５２なしで、ブローバイを適切に阻止することができる。
【００２７】
半径方向チャネル１００が湾曲断面を有するものとして示されるが、半径方向チャネル１００が、本明細書で開示される方法で燃焼ガスの移送を容易にする任意の適切な断面又は構成を有することができることが理解されるべきである。更に、複数の半径方向チャネル１００が示されるが、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれより多い数等、任意の数の半径方向チャネル１００を設けることができることが理解されるべきである。加えて、半径方向チャネル１００を、ピストン２０の周りに均一な周方向間隔を有することを含む任意の適切な方法で分配することができる。
【００２８】
前述したことを念頭において、図４は、ピストン２０の上部ランド４０内に形成された３つのピストンリング（例えば、上部リング４４、オイルリング４８、及び追加のリング５２）及び半径方向チャネル１００を有するピストン２０の一実施形態の一部分の側断面図である。示す実施形態において、半径方向チャネル１００は、ピストン２０の軸方向に向く表面１０１内に形成される。半径方向チャネル１００は、上部ランド４０の外側表面８０から半径方向に内方に（例えば、半径軸３６に沿って）延在する。エンジン１０の運転中、燃焼ガスは、上部リング４４の外面９０に圧力を加え、シリンダ２６の内側環状壁２８から離れるように上部リング４４を押しやる半径方向に内方の力１０８を生成する。
【００２９】
ギャップ１２０（例えば、上部溝クリアランス）が上部リング４４の上部面１１０（例えば、軸方向に上側の面）とピストン２０の軸方向に向く表面１０１との間に設けられて、一部の燃焼ガスが上部溝４２内で流れることを可能にするが、ギャップ１２０の前後の第１の軸方向距離１０２は、望ましくは、リングの持上り（ｌｉｆｔ）及び揺れ（ｆｌｕｔｔｅｒ）を最小にするように構成される。そのため、オイルは、比較的小さなギャップ１２０内に蓄積し、上部溝４２を通る燃焼ガスの流れを阻止することができる。そのため、ギャップ１２０がオイルで閉塞される場合、ギャップ１２０は、上部リング４４の内面１２４（例えば、半径方向に内方の面又は内周面）への燃焼ガスの効率的で確実な移送を可能にしない場合がある。したがって、開示される半径方向チャネル１００なしで、ギャップ１２０がオイルで閉塞される場合、上部リング４４の前後に（例えば、外面９０と内面１２４との間に）大きな圧力差が存在する場合がある。例えば、開示される半径方向チャネル１００なしで、外面９０に隣接する圧力は、内面１２４に隣接する圧力より大きいとすることができる。こうした場合において、上部リング４４は、半径方向リング圧壊を受け易い場合があり、それは、次に、例えば、オイル消費及びブローバイの増加をもたらす。
【００３０】
本実施形態において、半径方向チャネル１００は、上部リング４４の内面１２４、及び、上部リング４４の安定性の増加を提供し得る上部溝４２の内壁１３１（例えば、内側環状壁）に隣接する空間１３０（例えば、環状空間）への燃焼ガスの移送を容易にするように構成することができる。空間１３０内の燃焼ガスは、半径方向に外方の力１３４を加えて、半径方向に内方の力１０８を平衡させるか又は内方の力１０８に対抗することができ、上部リング４４の前後の圧力は、実質的に同じに又はその他の方法で制御されて、例えば、半径方向リング圧壊を阻止し、上部リング４４とシリンダ２６の内側環状壁２８との間の接触を維持することができる。図示するように、上部リング４４の外周表面９０は、内側環状壁２８と接触して、環状シールポイント１１４（例えば、環状シール）を形成するように構成される。こうした構成は、有利には、上部リング４４がエンジン１０の運転中にシリンダ２６の内側環状壁２８からオイルを掻き落とすことを可能にすることができる。加えて、オイルは、一般に、ある状況において、上部溝４２を含むピストン２０に付着し得る粘性かつ粘着性の液体である。半径方向チャネル１００は、上部リング４４と半径方向に向く表面１０１との間により大きな軸方向距離１０３並びにより低い表面積対体積比を提供する。こうした構成は、付着を低減し、一般に、上部溝４２から出る（例えば、燃焼チャンバ１２への又はシリンダ２６の内側環状壁２８に沿う）オイルの流れを容易にすることができ、したがって、オイル制御を維持するために上部リング安定性を改善し、エンジン１０内でのオイル消費を低減することができる。
【００３１】
先に述べたように、或る実施形態において、１つ又は複数の半径方向チャネル１００は、ローテンションオイルリング４８の使用を可能にすることができる。ローテンションオイルリング４８は、適切なオイル制御を依然として維持しながら、ローテンションオイルリング４８とシリンダ２６の内側環状壁２８との間の摩擦が低減されるように構成される。ローテンションオイルリング４８は任意の適切な形状又は構成を有することができる。図示するように、ローテンションオイルリング４８は外面１４０（例えば、半径方向に外方の面又は外周面）を含む。示す実施形態において、オイル４８はシリンダ２６の内側環状壁２８に係合し、内側環状壁２８からオイルを掻き落とすように構成される第１の環状突出部１４２（例えば、第１のレール）及び第２の環状突出部１４４（例えば、第２のレール）を有するＵ状断面を有する。第１の環状突出部１４２は第１の幅１４６（例えば、シリンダ２６の内側環状壁２８に接触するように構成される幅）を有し、第２の環状突出部１４４は第２の幅１４８（例えば、シリンダ２６の内側環状壁２８に接触するように構成される幅）を有する。第１の幅１４６及び第２の幅１４８は、一般に、同じである場合がある、又は、互いに異なる場合がある。ばね１５０（例えば、環状ばね）は、オイルリング４８に結合され、シリンダ２６の内側環状壁２８に向かって半径方向に外方にオイルリング４８を付勢するように構成される。
【００３２】
図示するように、ピストンアセンブリ２５は、１つの追加のリング５２を含む。追加のリング５２は、上部溝４２と下部溝４６との間で軸方向に追加の溝５０内に位置決めされる。追加のリング５２は、任意の適切な形状又は構成を有することができる。図示するように、追加のリング５２は、テーパ付き外面１５２（例えば、円錐及び／又は湾曲環状表面を有する半径方向に外方の面又は外周面）を含む。追加のリング５２は、一般に、ブローバイを阻止する、シリンダ２６の内側環状壁２８からオイルを掻き落とす、かつ／又は、上部リング４４に達するオイルの量を制御するように構成することができる。先に述べたように、本開示による幾つかの実施形態において、追加のリング５２は設けられない場合がある。むしろ、上部リング４４及びオイルリング４８は、共に、追加のリング５２なしで適切なオイル制御を提供することができる。
【００３３】
先に述べたように、或る実施形態において、ローテンションオイルリング４８は、シリンダ２６の内側環状壁２８に対して比較的低い単位圧力を加えるように構成することができる。単位圧力は、オイルリング２８によって加えられる接線方向力（例えば、テンション）、オイルリング幅（例えば、第１の幅１４６及び第２の幅１４８の和）、及びシリンダ２６のボア径１５６に比例する。接線方向力は、ボア径１５６内に圧縮されたときの（例えば、周軸３４に沿う）ばね１５０の周方向力である。以下に示す式１において、Ｐuは単位圧力であり、Ｆtは接線方向力であり、ｗはオイルリング幅１４６、１４８であり、Ｄはボア径１５６である。
【００３４】
【数１】
2016037962.tif 000003
或る実施形態において、ローテンションオイルリング４８は、シリンダ２６の内側環状壁２８に対して約１ＭＰａ未満の単位圧力を加えるように構成することができる。幾つかの実施形態において、ローテンションオイルリング４８は、約０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．７５、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、又は１．５ＭＰａ未満の単位圧力を加えるように構成することができる。幾つかの実施形態において、ローテンションオイルリング４８は、約０．２〜１、０．４〜０．７５、又は０．７〜０．９ＭＰａの単位圧力を加えるように構成することができる。加えて、或る実施形態において、第１の幅１４６及び／又は第２の幅１４８はそれぞれ、約０．０８ミリメートル（ｍｍ）、０．０９ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、又は１ｍｍであるとすることができる。幾つかの実施形態において、第１の幅１４６及び／又は第２の幅１４８はそれぞれ、例えば、約０．０９〜０．６ｍｍ、０．１〜０．５ｍｍ、又は０．２〜０．４ｍｍであるとすることができる。有利には、ローテンションオイルリング４８は、エンジン１０内の（例えば、オイルリング４８とシリンダ２６との間の）摩擦を減少させ、エンジン１０の構成要素に関してより大きな効率並びにより少ない摩耗及び摩損をもたらす。半径方向チャネル１００、上部リング４４、及び／又は追加のリング５２と共に、ローテンションオイルリング４８は、エンジン１０内で適切なオイル制御を容易にすることができる。
【００３５】
図５は、ピストン２０の上部ランド４０内に形成された２つのピストンリング（例えば、上部リング４４及びオイルリング４８）及び１つ又は複数の半径方向チャネル１００を有するピストン２０の一実施形態の一部分を示す。図示するように、追加の溝５０及び追加のリング５２は設けられず、上部溝４２及び下部溝４６が、ピストン２０の周りに周方向に延在し、リング（上部リング４４及びオイルリング４８）を支持するように構成される唯一の溝である。こうした場合において、上部リング４４及びローテンションオイルリング４８は共に、内側環状壁２８からオイルを効果的に掻き落とすことができる、かつ／又は、追加のリング５２なしでブローバイを適切に阻止することができる。
【００３６】
図６は、上部リング４４内に形成された半径方向チャネル１００及びピストン２０の上部ランド４０を通して形成された軸方向チャネル１６０を有するピストン２０の一実施形態の一部分の側断面図である。或る実施形態において、半径方向チャネル１００を上部リング４４の上部面１１０に沿って形成することができる、及び／又は、軸方向チャネル１６０をピストン２０の上部ランド４０を通して設けることができる。こうしたチャネルは、例えば、図２〜５に示すように、ピストン２０の上部ランド４０内に形成された半径方向チャネル１００に加えて又はそれの代替として設けることができる。
【００３７】
図示するように、上部リング４４内に形成された半径方向チャネル１００は、上部リング４４の外面９０から内面１２４まで半径方向に内方に（例えば、半径方向３６に）延在することができる。半径方向チャネル１００は、半径方向チャネル１００に一致する半径１０４に沿って上部リング４４の上部面１１０と上部溝４２の上側表面１０１との間で軸方向距離１０２を増加させることができる。そのため、半径方向チャネル１００は、矢印１６２で示すように、キャビティ３０から、内面１２４に隣接する空間１３０までの燃焼ガスの流れを容易にすることができる。先に論じたように、空間１３０へのガスの移送は、上部リング４４の環状外面９０と内面１２４との圧力差を制御し、したがって、上部リング４４がシリンダ２６の内壁２８との接触を維持することを可能にすることができる。
【００３８】
更に、軸方向チャネル１６０は、ピストン２０の上部表面１６１から上部ランド４０を通って空間１３０まで軸方向３４に延在するのが示される。そのため、軸方向チャネル１６０は、矢印１６６で示すように、燃焼チャンバ１２から、内面１２４に隣接する空間１３０までの燃焼ガスの流れを容易にすることができる。先に論じたように、空間１３０へのガスの移送は、上部リング４４の外面９０と内面１２４との圧力差を制御し、したがって、テーパ付きの又は部分的にテーパ付きの環状外面９０を有する上部リング４４が、シリンダ２６の内壁２８との接触を維持することを可能にすることができる。
【００３９】
上に記載したように、半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０は、上部リング４４の内面１２４と上部リング４４の外面９０との間で圧力を均等化するか又は圧力差を生成するのに役立つことができ、それにより、例えば。上部リング４４をシリンダ２６に対して半径方向に外方に偏倚させて、半径方向リング圧壊及び／又はブローバイを阻止するのに役立つことができる。例えば、半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０は、シリンダ２６の内側環状壁２８に対して半径方向に外方に上部リング４４を付勢するためシールポイント１１４の下で軸方向に正の圧力差を生成しながら、シールポイント１１４の上で軸方向に圧力を均等化するのに役立つことができる。加えて、上部リング４４、半径方向チャネル１００、及び／又は軸方向チャネル１６０は、エンジン１０内のオイル制御を同様に提供しながら、半径方向リング圧壊及びブローバイを阻止するように構築することができる。こうした構成は、ローテンションオイルリング４８の使用を可能にすることができ、ローテンションオイルリング４８は、有利には、エンジン１０の種々の構成要素間の摩擦を低減する。
【００４０】
半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０はエンジン１０内の種々の位置に示されるが、半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０が任意の適切な位置に位置決めされて、上部リング４４の内面１２４に隣接する空間１３０への燃焼ガスの移送を容易にすることができることが理解されるべきである。加えて、任意の適切な数の半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０を設けることができる。例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれより多い数の半径方向チャネル１００を設けることができる、及び／又は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれより多い数の軸方向チャネル１６０を設けることができる。上部リング４４内の半径方向チャネル１００、上部溝４２の上側表面１０１内の半径方向チャネル１００、及び／又は軸方向チャネル１６０は、ピストン２０の外周の周りで離散的な位置で離間することができ、幾つかの場合、互いから均一な距離で離間することができる。更に、種々の低摩擦コーティングを、本明細書で開示される半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０に加えて利用することができる。
【００４１】
加えて、上部リング４４内に位置決めされた半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０を有する幾つかの実施形態において、追加の溝５０及び追加のリング５２は設けられない。そのため、上部溝４２及び下部溝４６は、図５に示すように、ピストン２０の周りに周方向に延在し、リング（例えば、上部リング４４及びオイルリング４８）を支持するように構成される唯一の溝である。こうした場合において、上部リング４４及びローテンションオイルリング４８は、共に、内側環状壁２８からオイルを効果的に掻き落とすことができる、かつ／又は、追加のリング５２なしで、ブローバイを適切に阻止することができる。
【００４２】
加えて、図４〜６に示すように、上部リング４４は、或る実施形態において、樽状プロファイル、テーパ付きプロファイル、又は部分的にテーパ付きプロファイル（例えば、円錐プロファイル）等、半径軸１６１の周りに非対称プロファイル（例えば、非対称断面）を有することができる。こうした場合、上部リング４４の外面９０は、ピストンのダウンストローク（例えば、膨張ストローク）中にシリンダの内壁からオイルを効果的かつ効率的に掻き落とすように構成することができる。図４〜６のそれぞれにおいて異なるように示されるが、上部リング４４が、図４〜６に示すプロファイルのうちの任意のプロファイルを含む任意の適切なプロファイルを有することができることが理解されるべきである。例えば、図４に示すように、上部リング４４は、非対称樽状（例えば、湾曲）外面９０を有する。追加の例として、図５に示すように、上部リング４４は、上部リング４４の高さ１６３にわたって直線的にテーパが付けられる。そのため、上部リング４４の半径１６４（したがって、直径）は、上部リング４４の上部面１１０と下部面１１２との間で増加する。上部リング４４の最小半径１６４は上部面１１０に一致し、一方、上部リング４４の最大半径１６４は下部面１１２に一致する。こうした構成において、外側表面９０は、内側環状壁２８に接触して、上部リング４４の下部面１１２において又はそれに近接してシールポイント１１４を形成するように構成される。図６に示すように、上部リング４４は、部分的にテーパ付きの面９０を有し、上部リングの半径１６４は、上部面１１０と、シールポイント１１４を形成する中間領域１６８との間で増加する。樽状プロファイル、直線的にテーパ付きのプロファイル、又は部分的にテーパ付きのプロファイルに対する圧力が半径方向に内方に上部リング４４を付勢することができるが、上部溝４２の軸方向に向く表面１０１内の半径方向チャネル１００、上部リング４４内の半径方向チャネル１００、及び／又は軸方向チャネル１６０は、先に述べた方法で、空間１３０に燃焼ガスを移送する、上部リング４４全体の圧力を制御する、上部リング４４を安定化させる、かつ／又は、オイルを制御するように構成することができる。例えば、半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０は、シリンダ２６の内側環状壁２８に対して半径方向に外方に上部リング４４を付勢させるためシールポイント１１４の下で軸方向に正の圧力差を生成しながら、シールポイント１１４の上で軸方向に圧力を均等化するのに役立つことができる。
【００４３】
開示される実施形態の技術的効果は、半径方向チャネル１００及び／又は軸方向チャネル１６０等のチャネルを介してエンジン１０内で燃焼ガスの分配を制御するためのシステムを提供することを含む。例えば、燃焼ガスは、ピストンアセンブリの上部リング４４の外面９０に対して圧力を加えることができる。上部ランド４０又は上部リング４４内に形成される半径方向チャネル１００は、上部リング４４の内側表面１２４に隣接する空間１３０に燃焼ガスを移送し、したがって、外面９０と内面１２４との間の圧力勾配を制御し、上部リング４４がシリンダ２６の内壁２８との接触を維持することを可能にすることができる。こうした構成はまた、有利には、エンジン１０内でオイルを制御し、ローテンションオイルリング４８の使用を可能にすることができる。開示される実施形態は、有利には、例えばオイル消費、エミッション、ブローバイ、半径方向リング圧壊、及び／又はエンジン１０内の摩擦を低減することができる。
【００４４】
この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイス又はシステムを作り使用すること、及び、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を当業者が実践することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の逐語的言語と非実質的相違を有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。
【符号の説明】
【００４５】
８  エンジン駆動式発電システム
１０  レシプロエンジン
１２  燃焼チャンバ
１４  空気供給
１６  加圧酸化剤
１８  燃料
１９  燃料供給部
２０  ピストン
２２  シャフト
２４  負荷
２５  ピストナセンブリ
２６  シリンダ
２８  内側環状壁
３０  シリンダキャビティ
３４  軸上軸又は方向
３６  半径軸又は方向
３８  周軸又は方向
４０  上部ランド
４２  上部溝
４４  上部リング
４６  下部環状溝
４８  下部リング（ローテンションオイルリング）
５０  追加の環状溝
５２  追加のリング
５４  クランクシャフト
５６  接続ロッド
５８  ピン
６０  燃料インジェクタ
６２  弁
６４  排気弁
７８  クリアランス
８０  外側表面
８２  燃料−空気混合物
９０  外面
１００  半径方向チャネル
１０１  軸方向に向く表面
１０２  第１の軸方向距離
１０３  第２の軸方向距離
１１０  上部面
１１４  環状シールポイント
１２０  ギャップ
１２４  内面
１３０  空間
１３１  内壁
１３４  半径方向に外方の力
１４０  外面
１４２  第１の環状突出部
１４４  第２の環状突出部
１４６  第１の幅
１４８  第２の幅
１５０  ばね
１５２  テーパ付き外面
１５６  ボア径
【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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【外国語明細書】
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