(57)【要約】      （修正有）【課題】未燃炭化水素の吹き抜け、オイル消費、摩擦、摩耗およびスカッフィングを低減させるピストンアセンブリを提供する。【解決手段】トップリングが最上部の溝部の中に位置決めされている状態で、最上部の溝部の一部分とトップリングの内周面との間にスペースが画定されており、また、トップランドの中に形成されている１つまたは複数のチャネルが、スペースへの燃焼ガスの移送を可能にするように構成されている。また、システムは、ピストンの周りに円周方向に延在する最下部の溝部を含み、ボトム溝部は、ピストンの軸線方向の軸線に沿って最上部の溝部から間隔を離して配置されており、最下部の溝部は、ボトムリングを支持するように構成されており、オイルドレインを欠いている。【選択図】図３
2016037967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステムであって、
前記往復動エンジン（１０）のシリンダー（２６）の中を移動するように構成されているピストン（２０）と、
前記ピストン（２０）のトップランド（４０）の下で前記ピストン（２０）の周りに円周方向（３８）に延在する最上部の溝部（４２）であって、前記最上部の溝部（４２）は、内周面（１２４）を有するトップリング（４４）を支持するように構成されており、前記トップリング（４４）が最上部の溝部（４２）の中に位置決めされている状態で、前記最上部の溝部（４２）の一部分と前記トップリング（４４）の前記内周面（１２４）との間にスペース（１３０）が画定されている、最上部の溝部（４２）と、
前記ピストン（２０）の周りに円周方向（３８）に延在する最下部の溝部（４６）であって、前記最下部の溝部（４６）は、前記ピストン（２０）の軸線方向の軸線（３４）に沿って前記最上部の溝部（４２）から間隔を離して配置されており、前記最下部の溝部（４６）は、ボトムリング（４８）を支持するように構成されており、オイルドレイン（９６）を欠いている、最下部の溝部（４６）と、
前記トップランド（４０）の中に形成されている１つまたは複数のチャネル（９４）であって、前記１つまたは複数のチャネル（９４）は、前記最上部の溝部（４２）の前記一部分と前記トップリング（４４）の前記内周面（１２４）との間の前記スペース（１３０）への燃焼ガスの移送を可能にするように構成されている、１つまたは複数のチャネル（９４）と
を含む、往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステム。
【請求項２】
前記１つまたは複数のチャネル（９４）の少なくともいくつかが、前記トップランド（４０）の軸線方向を向く表面（１０２）の中で半径方向（３６）に延在している、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記システムが、前記トップリング（４４）を含み、１つまたは複数のリングチャネル（９４）が、１つまたは複数の離散的な場所において、前記トップリング（４４）の上側表面（１２１）の中に半径方向（３６）に延在しており、前記１つまたは複数のリングチャネル（９４）は、前記最上部の溝部（４２）の前記一部分と前記トップリング（４４）の前記内周面（１２４）との間の前記スペース（１３０）への燃焼ガスの移送を可能にするように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記最上部の溝部（４２）および前記最下部の溝部（４６）だけが、前記ピストン（２０）の周りに円周方向（３８）に延在するリングサポート溝部である、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ボトムリング（４８）が、スプリング（１５２）を有するオイルリング（４８）であり、前記スプリング（１５２）は、前記シリンダー（２６）の内周壁部（２８）に向けて半径方向外向きに前記オイルリング（４８）付勢するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、前記最上部の溝部（４２）と前記最下部の溝部（４６）との間で前記ピストン（２０）の周りに円周方向（３８）に延在する中間溝部（５０）を含み、第３のリング（５２）が、前記中間溝部（５０）の中に配設されている、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステムであって、
往復運動様式でシリンダー（２６）の中を移動するように構成されているピストン（２０）と、
それぞれ前記ピストン（２０）の周りに円周方向（３８）に延在する最上部の溝部（４２）および最下部の溝部（４６）であって、前記最上部の溝部（４２）は、トップランド（４０）の下に位置決めされている、最上部の溝部（４２）および最下部の溝部（４６）と、
前記最上部の溝部（４２）の中に配設されているトップリング（４４）であって、チャネル（９４）が、前記最上部の溝部（４２）の軸線方向を向く上側表面（１０２）または前記トップリング（４４）の上側表面（１２１）の中へ延在しており、前記チャネル（９４）は、前記トップリング（４４）の内周面（１２４）と前記最上部の溝部（４２）の一部分との間のスペース（１３０）へ燃焼ガスを方向付けするように構成されており、前記チャネル（９４）は、第１の半径（１００）を有している、トップリング（４４）と、
前記最下部の溝部（４６）の中に位置決めされているボトムリング（４８）であって、前記最下部の溝部（４６）のオイルドレイン（９６）の第２の半径（１０９）は、前記第１の半径（１００）よりも小さい、ボトムリング（４８）と
を含む、往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステム。
【請求項８】
前記チャネル（９４）が、前記トップリング（４４）の前記上側表面（１２１）または前記最上部の溝部（４２）の前記軸線方向を向く上側表面（１０２）の中に半径方向（３６）に延在している、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の半径（１００）が、おおよそ２ミリメートルよりも小さい、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の半径（１００）に対する前記第２の半径（１０９）の比率が、おおよそ０．１から０．９の間にある、請求項７記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムが、第１の合計断面積を有する複数のチャネル（９４）と、第２の合計断面積を有する１つまたは複数のオイルドレイン（９６）とを含み、前記第１の合計断面積は、前記第２の合計断面積よりも大きい、請求項７記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムが、前記第１の半径（１００）をそれぞれ有する複数のチャネル（９４）と、前記第２の半径（１０９）をそれぞれ有する１つまたは複数のオイルドレイン（９６）とを含み、前記１つまたは複数のチャネル（９４）の第１の数は、前記１つまたは複数のオイルドレイン（９６）の第２の数よりも大きい、請求項７記載のシステム。
【請求項１３】
往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステムであって、
キャビティー（３０）を取り囲む内側壁部（２８）を有するシリンダー（２６）と、
前記シリンダー（２６）の中に配設され、往復運動様式で前記シリンダー（２６）の中を移動するように構成されているピストン（２０）と、
前記ピストン（２０）の最上部の溝部（４２）の中に配設されているトップリング（４４）であって、前記最上部の溝部（４２）に開口する１つまたは複数のチャネル（９４）が、第１の合計断面積を有しており、また、前記ピストン（２０）が前記シリンダー（２６）の中を移動するときに、前記トップリング（４４）の内周面（１２４）へ燃焼ガスを移送し、前記シリンダー（２６）の前記内側壁部（２８）に向けて半径方向外向きに前記トップリング（４４）を駆動するように構成されている、トップリング（４４）と、
前記ピストン（２０）の最下部の溝部（４６）の中に配設されているボトムリング（４８）であって、前記ボトム溝部（４６）に開口するオイルドレイン（９６）の第２の合計断面積は、前記第１の合計断面積よりも小さい、ボトムリング（４８）と
を含む、往復動エンジン（１０）のためのパワーシリンダーシステム。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のチャネル（９４）の少なくとも１つの第１の半径（１００）が前記オイルドレイン（９６）の少なくとも１つの第２の半径（１０９）よりも大きい、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の半径（１００）が、おおよそ２ミリメートルよりも小さい、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の合計断面積に対する前記第２の合計断面積の比率が、おおよそ０．１から０．９の間にある、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記システムが、前記ボトム溝部（４６）に開口するオイルドレイン（９６）を欠いている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のチャネル（９４）の第１の数が、前記オイルドレイン（９６）の第２の数よりも大きい、請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
前記ボトムリング（４８）が、非対称的なプロファイルを有するコンプレッションリングである、請求項１３記載のシステム。
【請求項２０】
前記ボトムリング（４８）が、１つまたは複数のスプリング（１５２）によって、前記シリンダー（２６）の前記内側壁部（２８）に対して半径方向外向きに偏移されている、請求項１３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ている主題は、概して、往復動エンジンに関し、より具体的には、往復動エンジンのためのピストンアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
往復動エンジン（たとえば、往復動内燃エンジン）は、酸化剤（たとえば、空気）とともに燃料を燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させ、そして、高温燃焼ガスは、シリンダーの中でピストン（たとえば、往復動ピストン）を駆動する。とりわけ、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、膨張ストロークの間に、シリンダーの上部部分から底部部分へピストンを直線的に移動させる。ピストンは、燃焼ガスによって及ぼされる圧力、および、ピストンの直線的な運動を、（たとえば、ピストンに連結されているコネクティングロッドおよびクランクシャフトを介して）回転運動に転換し、回転運動は、１つまたは複数の負荷、たとえば、発電機を駆動する。ピストンおよび関連の構造体（たとえば、ピストンアセンブリ）の構造は、排気ガス（たとえば、未燃炭化水素）、およびエンジン効率、ならびに潤滑剤（たとえば、オイル）消費にかなり影響を与える可能性がある。そのうえ、ピストンアセンブリの構造は、往復動エンジンのコンポーネント同士の間の摩擦、および、往復動エンジンの動作寿命に、かなり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造を改善することが望ましいこととなる。
【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】
出願当初に特許請求されている発明の範囲と同等の特定の実施形態が、以下に要約されている。これらの実施形態は、特許請求されている発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要を提供することだけを意図している。実際に、本発明は、以下に記載されている実施形態と同様または異なり得る様々な形態を包含することが可能である。
【０００５】
一実施形態では、往復動エンジンのためのパワーシリンダーシステムは、シリンダーの中を移動するように構成されているピストンを含む。システムは、ピストンのトップランドの下でピストンの周りに円周方向に延在する最上部の溝部を含み、最上部の溝部は、内周面を有するトップリングを支持するように構成されている。トップリングが最上部の溝部の中に位置決めされている状態で、最上部の溝部の一部分とトップリングの内周面との間にスペースが画定されており、また、トップランドの中に形成されている１つまたは複数のチャネルが、スペースへの燃焼ガスの移送を可能にするように構成されている。また、システムは、ピストンの周りに円周方向に延在する最下部の溝部を含み、最下部の溝部は、ピストンの軸線方向の軸線に沿って最上部の溝部から間隔を離して配置されており、ボトム溝部は、ボトムリングを支持するように構成されており、オイルドレインを欠いている。
【０００６】
一実施形態では、往復動エンジンのためのパワーシリンダーシステムは、シリンダーの中を移動するように構成されているピストンを含む。システムは、それぞれピストンの周りに円周方向に延在する最上部の溝部および最下部の溝部を含み、最上部の溝部は、トップランドの下に位置決めされている。システムは、最上部の溝部の中に配設されているトップリングを含み、１つまたは複数のチャネルが、最上部の溝部の軸線方向を向く上側表面またはトップリングの上側表面の中へ延在し、トップリングの内周面と最上部の溝部の一部分との間のスペースへ燃焼ガスを方向付けする。１つまたは複数のチャネルのそれぞれは、第１の半径を有している。システムは、最下部の溝部の中に位置決めされているボトムリングを含み、最下部の溝部に沿って延在するオイルドレインのそれぞれの第２の半径は、１つまたは複数の半径方向チャネルのそれぞれの第１の半径よりも小さい。
【０００７】
一実施形態では、往復動エンジンのためのパワーシリンダーシステムは、内側壁部を有しキャビティーを取り囲むシリンダーと、シリンダーの中に配設され、往復運動様式でシリンダーの中を移動するように構成されているピストンとを含む。システムは、ピストンの最上部の溝部の中に配設されているトップリングを含み、最上部の溝部に開口する１つまたは複数のチャネルが、ピストンがシリンダーの中を移動するときに、１つまたは複数の半径方向チャネルの第１の合計フロー面積を通して、トップリングの内周面へ燃焼ガスを移送し、シリンダーの内側壁部に向けて半径方向外向きにトップリングを駆動するように構成されている。システムは、ピストンの最下部の溝部の中に配設されているボトムリングを含み、ボトム溝部に開口するオイルドレインの第２の合計フロー面積は、第１の合計フロー面積よりも小さい。
【０００８】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに、他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されるであろう。図面では、同様の文字は、図面を通して、同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】往復動エンジンシステムの一部分の実施形態の概略ブロック図である。
【図２】シリンダーの中に位置決めされているピストンの実施形態の断面図である。
【図３】ピストンのトップランドの中に形成されている半径方向チャネルと、ピストンのボトム溝部の中に形成されているオイルドレインとを有するピストンの実施形態の一部分の側面図である。
【図４】ピストンのトップランドの中に形成されている半径方向チャネルを有するピストンの実施形態の一部分の側面図であり、ピストンが、オイルドレインを欠いていることを示す図である。
【図５】３つのピストンリング、ピストンのトップランドの中に形成されている半径方向チャネル、および、ピストンのボトム溝部の中に形成されているオイルドレインを有するピストンの実施形態の一部分の側断面図である。
【図６】２つのピストンリング、ピストンのトップランドの中に形成されている半径方向チャネル、および、ピストンのボトム溝部の中に形成されているオイルドレインを有するピストンの実施形態の一部分の側断面図である。
【図７】３つのピストンリング、トップピストンリングの中に形成されている半径方向チャネル、および、ピストンのボトム溝部の中に形成されているオイルドレインを有するピストンの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つまたは複数の具体的な実施形態が、以下に説明されることとなる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実装のすべての特徴が、明細書の中に説明されてはいない可能性がある。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトなどのような任意の実際の実装の開発において、システム関連の制約およびビジネス関連の制約（それは、実装ごとに変化する可能性がある）を順守するなどのような、開発者の特定の目標を実現するために、多数の実装時固有の決断がなされなければならないということが認識されるべきである。そのうえ、そのような開発努力は、複雑であり、時間がかかるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって、設計、作製、製造の日常的業務であるいうことが認識されるべきである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「前記（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素のうちの１つまたは複数が存在するということを意味するように意図されている。用語の「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、リストアップされている要素以外の追加的な要素が存在することが可能であるということを意味することが意図されている。
【００１２】
本開示による往復動エンジン（たとえば、往復動内燃エンジン）のためのパワーシリンダーシステムは、１つまたは複数のピストンを含むことが可能であり、１つまたは複数のピストンは、それぞれ、シリンダー（たとえば、ライナー）の中で直線的に移動し、燃焼ガスによって及ぼされる圧力、および、ピストンの直線的な運動を、回転運動に転換し、１つまたは複数の負荷に動力を与えるように構成されている。それぞれのピストンは、ピストンの周りに円周方向に延在するトップ環状溝部（たとえば、トップリング溝部、最上部のリング溝部、またはコンプレッションリング溝部）を有することが可能であり、トップリング（たとえば、トップピストンリングまたはトップコンプレッションリング）を、トップ溝部の中に配設させることが可能である。トップリングは、一般的に、燃料および空気、または燃料−空気混合物が、燃焼室から逃げることを阻止するように、および／または、適切な圧力の維持を促進させ、膨張する高温燃焼ガスがピストンの往復運動を引き起こすことを可能にするように構成され得る。また、それぞれのピストンは、ピストンの周りに円周方向に延在するボトム環状溝部（たとえば、ボトムリング溝部、最下部のリング溝部、またはオイルリング溝部）を有することが可能であり、ボトムリング（たとえば、ボトムピストンリングまたはオイルリング）を、ボトム溝部の中に配設させることが可能である。オイルリングは、一般的に、シリンダーの内側壁部（たとえば、内周壁部）を覆う潤滑剤（たとえば、オイル）を掻き取るように構成され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加的な環状溝部（たとえば、追加的なリング溝部または追加的なコンプレッションリング溝部）が、ピストンの周りに円周方向に延在することが可能であり、１つまたは複数の追加的なリング（たとえば、追加的なリングまたは追加的なコンプレッションリング）を、１つまたは複数の追加的なリング溝部の中に配設させることが可能である。トップリング、オイルリング、および／または追加的なリングは、一緒になって、リングパックを形成し、一般的に、エンジンの中の燃焼ガスおよび／または潤滑剤（たとえば、オイル）の流れを制御することが可能である。
【００１３】
往復動エンジンの動作の間に、燃料および空気は、燃焼室の中で燃焼し、ピストンがシリンダーの中を移動することを引き起こす。また、燃焼ガスは、トップリングの外周面に対して圧力を加え、シリンダーの内側壁部から離れるように半径方向内向きにトップリングを駆動する。開示されている実施形態は、１つまたは複数のチャネル（たとえば、半径方向チャネル）を含むことが可能であり、１つまたは複数のチャネルは、トップリングの内周面に隣接するスペースへ燃焼ガスを移送するように構成されており、燃焼ガスが、半径方向外向きに方向付けされた力をトップリングの内周面に働かせるようになっている。また、有利には、１つまたは複数のチャネルは、シリンダーの中のオイル制御を促進させることが可能である。たとえば、１つまたは複数のチャネルは、トップリングがシリンダーの内側壁部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、トップリングがシリンダーの内側壁部に沿ってオイルを掻き取ることを可能にすることができる。別の例として、１つまたは複数のチャネルがなければ、オイルが、トップ溝部の中に蓄積する可能性があり、スペースへの燃焼ガスの流れを阻止する可能性がある。開示されている実施形態では、１つまたは複数のチャネルは、オイルがトップ溝部から（たとえば、燃焼室の中へ、または、シリンダーの内側壁部に沿って）逃げることを可能にすることができる。したがって、１つまたは複数のチャネルは、（たとえば、トップ溝部へのオイルの付着を低減させることによって）トップ溝部からのオイルの流れを促進させ、および／または、トップ溝部の中のオイルの滞留時間を低減させることが可能であり、それは、一般的に、エンジンの中のオイル消費および吹き抜けを改善することが可能である。
【００１４】
より詳細に以下に議論されているように、本実施形態は、オイルドレインを欠いていることが可能であり、または、比較的に小さいオイルドレイン（たとえば、１つまたは複数のチャネルの第１の半径は、オイルドレインの第２の半径よりも大きい）を有することが可能である。そのような構成は、１つまたは複数のチャネルの信頼性の高い耐久性のある動作を可能にすることができる。いくつかのエンジンでは、大きいオイルドレインが、ボトム溝部の底部表面の上に配設され、リングパックからピストンの下方のサンプの中へオイル（たとえば、シリンダーの内側壁部から掻き取られたオイル）を排出することが可能である。しかし、ウェットサンプを備えるエンジンを含む、特定のエンジンでは、また、そのような大きいオイルドレインは、オイルがサンプからリングパックの中へ進行すること（たとえば、オイルの逆流）を可能にし、ならびに、吹き抜けのためのリーク経路を提供する可能性がある。サンプからのオイルの逆流は、トップ溝部へ進行することが可能であり、トップ溝部において、オイルは、１つまたは複数のチャネルを通したガスの移送を妨害し、１つまたは複数のチャネルがトップリングを安定化させる信頼性および有効性を制限する可能性がある。追加的に、場合によっては、１つまたは複数のチャネルの中のオイルの蓄積は、炭素堆積物を結果として生じさせる可能性があり、炭素堆積物は、１つまたは複数のチャネルを通したガスの移送を阻止する。したがって、以下に詳細に議論されている特定の実施形態によれば、オイルドレインを欠いているか、または、比較的に小さいオイルドレインを備えるピストンアセンブリは、サンプからリングパックの中へのオイルの逆流を阻止または低減させることを助けることが可能であり、したがって、１つまたは複数のチャネルの信頼性の高い効果的な動作を可能にすることができる。本明細書で開示されている特徴を有するピストンアセンブリは、半径方向のリング崩壊を阻止しながら、ならびに、未燃炭化水素の吹き抜け、オイル消費、排出ガス、および／または、コンポーネント同士の間の摩擦を低減させながら、効果的におよび効率的にオイルを制御することが可能であり、それは、たとえば、少ない摩耗およびスカッフィング（ｓｃｕｆｆｉｎｇ）を結果として生じさせることが可能である。
【００１５】
図面を見てみると、図１は、エンジン駆動式の発電システム８の一部分の実施形態のブロック図を図示している。以下に詳細に説明されているように、システム８は、１つまたは複数の燃焼室１２（たとえば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、１８個、２０個、またはそれ以上の燃焼室１２）を有するエンジン１０（たとえば、往復動内燃エンジン）を含む。空気供給部１４は、空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、または、それらの任意の組み合わせなどのような、加圧酸化剤１６をそれぞれの燃焼室１２に提供するように構成されている。また、燃焼室１２は、燃料供給部１９から燃料１８（たとえば、液体および／またはガス燃料）を受け入れるように構成されており、燃料−空気混合物は、それぞれの燃焼室１２の中で点火および燃焼する。高温の加圧燃焼ガスは、それぞれの燃焼室１２に隣接するピストン２０をシリンダー２６の中で直線的に移動させ、ガスによって及ぼされる圧力を回転運動に転換し、回転運動は、シャフト２２を回転させる。さらに、シャフト２２を負荷２４に連結することが可能であり、負荷２４は、シャフト２２の回転を介して動力を与えられる。たとえば、負荷２４は、発電機などのようなシステム８の回転出力を介して電力を発生させることが可能な任意の適切なデバイスとすることが可能である。追加的に、以下の議論は、空気を酸化剤１６と称しているが、開示されている実施形態とともに、任意の適切な酸化剤を使用することが可能である。同様に、燃料１８は、たとえば、天然ガス、関連の石オイルガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、ランドフィルガス、炭鉱ガスなどのような、任意の適切なガス燃料とすることが可能である。
【００１６】
本明細書で開示されているシステム８は、定置式の用途において（たとえば、産業用発電エンジンにおいて）、または、可動式の用途において（たとえば、自動車もしくは航空機において）使用するために適合させることが可能である。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、または６ストロークエンジンとすることが可能である。また、エンジン１０は、任意の数の燃焼室１２、ピストン２０、および、関連のシリンダー（たとえば、１個〜２４個）を含むことが可能である。たとえば、特定の実施形態では、システム８は、４個、６個、８個、１０個、１６個、２４個、またはそれ以上の、シリンダーの中で往復運動するピストン２０を有する大型の産業用往復動エンジンを含むことが可能である。いくつかのそのようなケースでは、シリンダーおよび／またはピストン２０は、おおよそ１３．５〜３４センチメートル（ｃｍ）の間の直径を有することが可能である。いくつかの実施形態では、シリンダーおよび／またはピストン２０は、おおよそ１０〜４０ｃｍの間、１５〜２５ｃｍの間、または、約１５ｃｍの直径を有することが可能である。特定の実施形態では、ピストン２０は、ピストン２０のトップリング溝部の中にニッケルレジスト（Ｎｉ−ｒｅｓｉｓｔ）リングインサートを備えるスチール製ピストンまたはアルミニウム製ピストンとすることが可能である。システム８は、１０ｋＷから１０ＭＷの範囲にある電力を発生させることが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ毎分１８００回転（ＲＰＭ）未満で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ２０００ＲＰＭ未満、１９００ＲＰＭ未満、１７００ＲＰＭ未満、１６００ＲＰＭ未満、１５００ＲＰＭ未満、１４００ＲＰＭ未満、１３００ＲＰＭ未満、１２００ＲＰＭ未満、１０００ＲＰＭ未満、９００ＲＰＭ未満、または７５０ＲＰＭ未満で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ７５０〜２０００ＲＰＭの間、９００〜１８００ＲＰＭの間、または、１０００〜１６００ＲＰＭの間で動作することが可能である。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、おおよそ１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで動作することが可能である。例示的なエンジン１０は、たとえば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ（たとえば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｔｙｐｅ２、Ｔｙｐｅ３、Ｔｙｐｅ４、Ｔｙｐｅ６、もしくはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅ（たとえば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を含むことが可能である。
【００１７】
図２は、往復動エンジン１０のシリンダー２６（たとえば、エンジンシリンダー）の中に配設されているピストン２０を有するピストンアセンブリ２５の実施形態の側断面図である。シリンダー２６は、円筒形状のキャビティー３０（たとえば、ボア）を画定する内側環状壁部２８を有している。ピストン２０は、軸線方向軸線または軸線方向３４、半径方向軸線または半径方向３６、および、円周方向軸線または円周方向３８によって画定され得る。ピストン２０は、上部部分４０（たとえば、トップランド）と、ピストン２０の周りに円周方向に（たとえば、円周方向３８に）延在する、トップ環状溝部４２（たとえば、トップ溝部、最上部の溝部、または、トップコンプレッションリング溝部）とを含む。トップリング４４（たとえば、トップピストンリングまたはトップコンプレッションリング）は、トップ溝部４２の中に位置決めすることが可能である。
【００１８】
トップリング４４は、トップ溝部４２から半径方向外向きに突出し、シリンダー２６の内側環状壁部２８に接触するように構成されている。トップリング４４は、一般的に、燃料１８および空気１６、または燃料−空気混合物８２が、燃焼室１２から逃げることを阻止し、および／または、膨張する高温燃焼ガスがピストン２０の往復運動を引き起こすことを可能にするために適切な圧力を維持することを促進させる。そのうえ、本実施形態のトップリング４４は、オイルの掻き取りを促進させるように構成され得、オイルは、内側環状壁部２８をコーティングし、オイルは、たとえば、エンジン１０の中の熱および／または摩擦を制御する。
【００１９】
示されているように、ピストン２０は、ピストン２０の周りに円周方向に延在するボトム環状溝部４６（たとえば、ボトムリング溝部、最下部の溝部、またはオイルリング溝部）を含む。ボトムリング４８（たとえば、ボトムピストンリングまたはオイルリング）は、ボトム溝部４６の中に配設されている。オイルリング４８は、ボトム溝部４６から半径方向外向きに突出し、シリンダー２６の内側壁部２８に接触することが可能である。オイルリング４８は、一般的に、シリンダー２６の内側壁部２８を覆っているオイルを掻き取り、シリンダー２６の中のオイルフローを制御するように構成されている。
【００２０】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加的な環状溝部５０（たとえば、追加的なリング溝部または追加的なコンプレッションリング溝部）が、トップ溝部４２からボトム溝部４６の間で、ピストン２０の周りに円周方向に延在することが可能である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加的なリング５２（たとえば、追加的なリングまたは追加的なコンプレッションリング）は、１つまたは複数の追加的なリング溝部５０のそれぞれの中に配設させることが可能である。追加的なリング５２は、吹き抜けを阻止し、および／または、シリンダー２６の内側環状壁部２８からオイルを掻き取るように構成され得る。
【００２１】
示されているように、ピストン２０は、コネクティングロッド５６およびピン５８を介してクランクシャフト５４に取り付けられている。クランクシャフト５４は、ピストン２０の往復直線運動を回転運動に変換する。上記に議論されているように、ピストン２０が移動すると、クランクシャフト５４が回転し、負荷２４に動力を与える（図１に示されている）。サンプ５９が、クランクシャフト５４の下方またはクランクシャフト５４の周りに配設されている。特定の実施形態では、サンプ５９は、オイル貯蔵部を有するウェットサンプである。示されているように、燃焼室１２は、ピストン２０のトップランド４０に隣接して位置決めされている。燃料噴射器６０は、燃料１８を燃焼室１２に提供し、弁６２は、燃焼室１２への空気１６の送達を制御する。排気弁６４は、エンジン１０からの排気の排出を制御する。しかし、燃料１８および空気１６を燃焼室１２に提供するための、および／または、排気を排出させるための、任意の適切なエレメントおよび／または技法を利用することが可能であるということが理解されるべきである。動作時に、燃焼室１２の中で空気１６とともに燃料１８が燃焼することは、ピストン２０が、シリンダー２６のキャビティー３０の中で、軸線方向３４に、往復運動様式で（たとえば、前後に）移動することを引き起こす。
【００２２】
クリアランス７８（たとえば、環状スペースを画定する半径方向のクリアランス）が、シリンダー２６の内側環状壁部２８とピストン２０の外側表面８０（たとえば、環状の表面）との間に設けられている。上記に議論されているように、トップリング４４とシリンダー２６の内側環状壁部２８との間の接触を維持し、たとえば、吹き抜けを阻止し、ならびに、トップリング４４が内側環状壁部２８からオイルを掻き取ることを可能にすることが望ましい。しかし、エンジン１０の動作の間に、燃焼室１２からの燃焼ガスは、トップリング４４の外側面９０（たとえば、半径方向に外側の面または外周面）に接触し、シリンダー２６の内側壁部２８から離れるように半径方向内向きに（たとえば、半径方向の軸線３６に沿って）トップリング４４を駆動する力を及ぼす。したがって、本実施形態は、１つまたは複数の半径方向チャネル９４などのような１つまたは複数のチャネル（たとえば、通路、トラフ、または、溝部など）を含み、１つまたは複数の半径方向チャネル９４は、トップリング４４の内側円周方向の表面（図５に示されている）に隣接するスペース（図５に示されている）へ燃焼ガスを移送するように構成されている。そのような構成は、１つまたは複数の半径方向チャネル９４が、トップリング４４を横切る圧力勾配をバランスさせる（たとえば、トップリング４４を安定化させる）ことを可能にし、および／または、トップリング４４が、シリンダー２６の内側環状壁部２８との接触を維持することを可能にする。より詳細に以下に議論されているように、ピストンアセンブリ２５の中の比較的に小さいオイルドレイン９６、または、オイルドレインの完全な排除は、１つまたは複数の半径方向チャネル９４を通る燃焼ガスの信頼性の高い効果的な移送を可能にすることができる。
【００２３】
図３は、ピストン２０のトップランド４０の中に形成された半径方向チャネル９４を有するピストン２０の実施形態の一部分の側面図である。示されているように、半径方向チャネル９４は、ピストン２０の周りの離散的な場所（たとえば、ピストン２０の周りに円周方向に間隔を離して配置されている離散的な場所）に形成されている。図示されている実施形態では、半径方向チャネル９４は、湾曲した断面を有し（たとえば、湾曲した壁部９８を有し）、また、半径方向チャネル半径１００を有している。半径方向チャネル９４は、軸線方向を向く表面１０２（たとえば、環状の表面）の中に、または、軸線方向を向く表面１０２に沿って形成されており、軸線方向を向く表面１０２は、トップランド４０の底部表面およびトップ溝部４２の上側表面（たとえば、上部表面または上部周囲部）の両方に対応している。半径方向チャネル９４は、ピストン２０のトップランド４０の外側表面８０（たとえば、外側の環状表面）から半径方向内向きに（たとえば、半径方向３６に）延在することが可能である。示されているように、半径方向チャネル９４は、トップ溝部４２に向かって開口しており、また、トップリング４４と軸線方向を向く表面１０２との間の軸線方向の距離１０４が、（たとえば、第２の軸線方向の距離１０３（第２の軸線方向の距離１０３は、軸線方向の距離１０４よりも大きく、半径方向チャネル９４と一致している）によって示されているように）半径方向チャネル９４に沿って増加させられている。したがって、トップリング４４と軸線方向を向く表面１０２との間の軸線方向の距離は、トップリング４４の周りで円周方向に変動する。より詳細に以下に議論されているように、そのような構成は、キャビティー３０から半径方向チャネル９４に沿ってスペース（図５に示されている）への燃焼ガスの移送を促進させ、スペースにおいて、燃焼ガスが、トップリング４４の内側面（図５に示されている）に対して半径方向外向きの力（たとえば、圧力誘起による付勢力）を及ぼす。したがって、半径方向チャネル９４は、トップリング４４を横切る圧力勾配の制御を促進させることが可能であり、また、トップリング４４がシリンダー２６の内側環状壁部２８との接触を維持することを可能にすることができる。たとえば、半径方向チャネル９４は、シリンダー２６の内側環状壁部２８に対して半径方向外向きにトップリング４４を促すようにシーリング点１０７の軸線方向下方に正の圧力差を発生させながら、シーリング点１０７の軸線方向上方の圧力を等しくすることを助けることが可能である。
【００２４】
図示されている実施形態では、オイルリング４８は、ボトム溝部４６の中に配設されている。示されているように、ピストンアセンブリ２５は、ピストン２０の周りの離散的な場所（たとえば、ピストン２０の周りに円周方向に間隔を離して配置された離散的な場所）に形成されているオイルドレイン９６を含む。オイルドレイン９６は、示されているように、半径方向チャネル９４に円周方向に整合させることが可能であり、または、オイルドレイン９６および半径方向チャネル９４は、たとえば、円周方向に交互に配置させるか、もしくは、互いにオフセットさせることが可能である。図示されている実施形態では、オイルドレイン９６は、湾曲した断面を有し（たとえば、湾曲した壁部１０５を有し）、またボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６（たとえば、環状の表面）の中に、または、軸線方向を向く底部表面１０６に沿って形成されている。オイルドレイン９６は、ピストン２０の外側表面８０（たとえば、外側環状の表面）から半径方向内向きに（たとえば、半径方向３６に）延在することが可能である。示されているように、オイルドレイン９６は、ボトム溝部４６に向かって開口している。
【００２５】
いくつかの実施形態では、オイルドレイン９６のすべての合計断面積（たとえば、ピストンアセンブリ２５の中のそれぞれのオイルドレイン９６の断面積の総和）は、半径方向チャネル９４のすべての合計断面積（たとえば、ピストンアセンブリ２５の中のそれぞれの半径方向チャネル９４の断面積の総和）よりも小さくすることが可能である。たとえば、特定の実施形態では、すべての半径方向チャネル９４の合計断面積に対するすべてのオイルドレイン９６の合計断面積の比率は、おおよそ０．１〜０．９、０．２〜０．８、０．３〜０．７、または０．４〜０．５とすることが可能である。それぞれのオイルドレイン９６の断面積は、オイルドレイン半径１０９に基づき、一方、それぞれの半径方向チャネル９４の断面積は、半径方向チャネル半径１００に基づく。より具体的には、オイルドレイン９６のすべての合計断面積は、それぞれのオイルドレイン９６のオイルドレイン半径１０９、および、オイルドレイン９６の合計数に基づき、一方、半径方向チャネル９４の合計断面積は、それぞれの半径方向チャネル９４の半径方向チャネル半径１００、および、半径方向チャネル９４の合計数に基づく。そのような構成は、シリンダー２６の内側壁部２８から掻き取られるサンプ５９の中へ排出されるオイルのための経路も提供しながら、オイルドレイン９６を通って半径方向チャネル９４へ向かうオイルの逆流を制限することが可能である。
【００２６】
追加的にまたは代替的に、特定の実施形態では、オイルドレイン９６のそれぞれのオイルドレイン半径１０９は、半径方向チャネル９４のそれぞれの半径方向チャネル半径１００よりも小さくすることが可能である。いくつかのそのようなケースでは、オイルドレイン半径１０９は、おおよそ２ミリメートル（ｍｍ）よりも小さくすることが可能であり、また、半径方向チャネル半径１００は、おおよそ２ｍｍよりも大きくすることが可能である。いくつかのそのようなケースでは、たとえば、オイルドレイン半径１０９は、おおよそ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．５ｍｍ、または３ｍｍよりも小さくすることが可能であり、また、半径方向チャネル半径１００は、おおよそ０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．５ｍｍ、または３ｍｍよりも大きくすることが可能である。特定の実施形態では、半径方向チャネル半径１００に対するオイルドレイン半径１０９の比率は、おおよそ０．１〜０．９、０．２〜０．８、０．３〜０．７、または０．４〜０．５とすることが可能である。
【００２７】
追加的にまたは代替的に、オイルドレイン９６は、オイルドレイン半径１０９、オイルドレイン長さ（図５に示されている）、および、ピストン２０の中に設けられているオイルドレイン９６の数（たとえば、２つのオイルドレイン９６が図３に示されている）の積に基づく第１の合計フロー体積を有することが可能である。追加的に、半径方向チャネル９４は、半径方向チャネル半径１００、半径方向チャネル長さ（図５に示されている）、および、ピストン２０の中に設けられている半径方向チャネル９４の数（たとえば、２つの半径方向チャネル９４が図３に示されている）の積に基づく第２の合計フロー体積を有している。特定の実施形態では、オイルドレイン９６の第１の合計フロー体積は、半径方向チャネル９４の第２の合計フロー体積よりも小さい。たとえば、特定の実施形態では、半径方向チャネル９４の第２の合計フロー体積に対するオイルドレイン９６の第１の合計フロー体積の比率は、おおよそ０．１〜０．９、０．２〜０．８、０．３〜０．７、または０．４〜０．５とすることが可能である。
【００２８】
別の例として、追加的にまたは代替的に、いくつかの実施形態では、オイルドレイン９６の合計数は、ピストンアセンブリ２５の中の半径方向チャネル９４の合計数よりも小さくすることが可能である。いくつかのそのようなケースでは、オイルドレイン９６の数は、おおよそ１０個、９個、８個、７個、６個、５個、４個、３個、または２個よりも少なくすることが可能であり、また、半径方向チャネル９４の数は、おおよそ１０個、９個、８個、７個、６個、５個、４個、３個、または２個よりも多くすることが可能である。特定の実施形態では、半径方向チャネル９４の数に対するオイルドレイン９６の数の比率は、おおよそ０．１〜０．９、０．２〜０．８、０．３〜０．７、または０．４〜０．５とすることが可能である。上述のように、オイルドレイン９６の比較的に小さいサイズまたは寸法、たとえば、より小さい半径または合計断面積は、半径方向チャネル９４がトップリング４４を信頼性高く効果的に安定化させることを可能にすることができる。
【００２９】
図３に示されているように、ピストン２０は、追加的な溝部５０を含むことが可能であり、追加的な溝部５０は、ピストン２０の周りに円周方向に延在し、トップ溝部４２とボトム溝部４６との間に位置決めされている。追加的なリング５２は、追加的な溝部５０の中に配設させることが可能である。追加的なリング５２は、様々な構成および機能のいずれかを有することが可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、追加的なリング５２は、コンプレッションリングであり、それは、シリンダー２６の内側環状壁部２８に接触し、吹き抜けを阻止し、および／または、シリンダー２６の内側環状壁部２８からオイルを掻き取るように構成されている。より詳細に以下に議論されているように、いくつかの実施形態では、追加的な溝部５０および追加的なリング５２は設けられておらず、また、ピストン２０の周りに円周方向に延在し、リング（たとえば、トップリング４４およびオイルリング４８）を支持するように構成されている溝部は、トップ溝部４２およびボトム溝部４６だけである。いくつかのそのようなケースでは、トップリング４４および低張力オイルリング４８が、一緒になって、追加的なリング５２なしで、オイルを効果的に制御し、および／または、吹き抜けを十分に阻止することが可能である。
【００３０】
半径方向チャネル９４およびオイルドレイン９６は、湾曲した断面を有するものとして示されているが、半径方向チャネル９４またはオイルドレイン９６は、本明細書で開示されている様式で燃焼ガスの移送を促進させる任意の適切な断面（たとえば、長方形、三角形、または、様々な曲率を有する湾曲など）または構成を有することが可能であるということが理解されるべきである。そのうえ、複数の半径方向チャネル９４および複数のオイルドレイン９６が図示されているが、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれ以上などのような、任意の適切な数の半径方向チャネル９４および／またはオイルドレイン９６を設けることが可能であるということが理解されるべきである。追加的に、半径方向チャネル９４およびオイルドレイン９６は、任意の適切な様式で分配させることが可能であり、それは、ピストン２０の周りの均一な円周方向の間隔で分配させることを含む。
【００３１】
図４は、ピストン２０のトップランド４０の中に形成された半径方向チャネル９４を有するピストン２０の実施形態の一部分の側面図である。示されているように、ピストンアセンブリ２５は、オイルドレイン９６（図３に示されている）を欠いている。図示されている実施形態では、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６は、ピストン２０の周囲部の周りで概して均一である（たとえば、平坦である）。そのようなケースでは、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６は、ピストン２０の周囲部の周りで、オイルリング４８の底部表面１１０に接触している。したがって、半径方向内向きの溝部（たとえば、通路またはチャネル）または流路は、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６、または、オイルリング４８の底部表面１１０などの中には設けられていない。図示されている実施形態では、ピストン２０の外側表面８０から半径方向内向きに延在する流路、および、サンプ５９へまたはサンプ５９からのオイルの移送を可能にするためにピストン２０を通って軸線方向に延在する流路は、存在していない。オイルドレイン９６の欠如は、サンプ５９から半径方向チャネル９４へのオイルの逆流を制限することが可能であり、したがって、半径方向チャネル９４がトップリング４４を信頼性高く効果的に安定化させることを可能にすることができる。また、オイルドレイン９６の欠如は、吹き抜けを低減させることが可能である。
【００３２】
図５は、３つのピストンリング（たとえば、トップリング４４、オイルリング４８、および追加的なリング５２）を有するピストン２０の実施形態の一部分の側断面図であり、１つの半径方向チャネル９４が、ピストン２０のトップランド４０中に形成されており、１つのオイルドレイン９６が、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６の中に形成されている。図示されている実施形態では、半径方向チャネル９４が、軸線方向を向く表面１０２の中に形成されている。半径方向チャネル９４は、（たとえば、半径方向の軸線３６に沿って）トップランド４０の外側表面８０から半径方向内向きに延在している。エンジン１０の動作の間に、燃焼ガスは、トップリング４４の外側面９０に圧力を加え、シリンダー２６の内側環状壁部２８から離れるようにトップリング４４を駆動する半径方向内向きの力１０８を発生させる。
【００３３】
いくらかの燃焼ガスがトップ溝部４２の中を流れることを可能にするために、ギャップ１２０（たとえば、トップ溝部クリアランス）が、トップリング４４の上部面１２１（たとえば、軸線方向に上側の面）とピストン２０の軸線方向を向く表面１０２との間に設けられているが、ギャップ１２０を横切る第１の軸線方向の距離１０４は、望ましくは、リングリフトおよびフラッターを最小化するように構成されている。したがって、オイルは、比較的に小さいギャップ１２０の中に蓄積し、トップ溝部４２を通る燃焼ガスの流れを阻止する可能性があり、そして、ギャップ１２０がオイルによって阻止される場合には、ギャップ１２０は、トップリング４４の内側面１２４（たとえば、半径方向に内側の面または内周面）への効率的で信頼性の高い燃焼ガスの移送を可能にすることができない。したがって、開示されている半径方向チャネル９４がなければ、オイルは、トップ溝部４２の中に蓄積する可能性があり、ギャップ１２０がオイルによって阻止される場合には、大きい圧力差が、トップリング４４を横切って（たとえば、外側面９０と内側面１２４との間に）存在する可能性がある。たとえば、開示されている半径方向チャネル９４がなければ、オイルは、トップ溝部４２に付着し、燃焼ガスの流れを阻止する可能性があり、したがって、外側面９０に隣接する圧力は、内側面１２４に隣接する圧力よりも大きくなる可能性がある。そのようなケースでは、トップリング４４は、半径方向のリング崩壊の影響を受けやすくなる可能性があり、そして、半径方向のリング崩壊は、たとえば、オイル消費および吹き抜けの増加を結果として生じさせる。
【００３４】
本実施形態では、半径方向チャネル９４は、トップリング４４の内側面１２４およびトップ溝部４２の内側壁部１３１（たとえば、内側環状壁部）に隣接するスペース１３０（たとえば、環状スペース）の中への燃焼ガスの移送を促進させるように構成され得、それは、トップリング４４の増加した安定性を提供することが可能である。スペース１３０の中の燃焼ガスは、半径方向内向きの力１０８にバランスするように、または、半径方向内向きの力１０８に対抗するように、半径方向外向きの力１３４を及ぼすことが可能であり、トップリング４４を横切る圧力は、実質的に等しくなるか、または、そうでなければ、半径方向のリング崩壊を阻止するように制御し、たとえば、トップリング４４とシリンダー２６の内側環状壁部２８との間の接触を維持するように制御することが可能である。
【００３５】
追加的に、示されているように、トップリング４４の外側表面９０は、内側環状壁部２８に接触し、シーリング点１０７を形成するように構成されている。そのような構成は、有利には、エンジン１０の動作の間に、トップリング４４がシリンダー２６の内側環状壁部２８からオイルを掻き取ることを可能にすることができる。追加的に、オイルは、一般的に、特定の状況において、トップ溝部４２を含むピストン２０に付着し得る粘性および付着性の液体である。半径方向チャネル９４は、トップリング４４と軸線方向を向く表面１０２との間に、より大きい軸線方向の距離１０３およびより大きい全体の隙間体積を提供し、ならびに、より低い体積に対する表面積の比率を提供する。そのような構成は、付着を低減させ、一般的に、（たとえば、燃焼室１２の中へ、または、シリンダー２６の内側環状壁部２８に沿って）トップ溝部４２からのオイルの流れを促進させることが可能であり、したがって、オイル制御を改善し、エンジン１０の中のオイル消費を低減させることが可能である。
【００３６】
半径方向チャネル９４の中のオイルを制限するために、および、半径方向チャネル９４を通した信頼性の高い燃焼ガスの移送を可能にするために、オイルドレイン９６は、サンプ５９からトップリング４４に向かうオイルの逆移送を制限または阻止するのに十分に小さくすることが可能である（または、図４に示されているように存在しない）。たとえば、オイルドレイン９６の合計断面積は、上記に議論されているように、半径方向チャネル９４の合計断面積よりも小さくすることが可能である。追加的にまたは代替的に、オイルドレイン半径１０９、合計フロー体積、または、オイルドレイン９６の数のうちの１つまたは複数は、上記に議論されているように、半径方向チャネル９４の対応する特徴よりも小さくすることが可能である。図示されている実施形態では、オイルドレイン９６は、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６の中に形成されている。しかし、オイルドレイン９６は、オイルリング４８の底部表面などのような、任意の適切な表面の中に形成させることが可能である。オイルドレイン９６は、ピストン２０の外側表面８０から半径方向内向きに（たとえば、半径方向の軸線３６に沿って）延在している。エンジン１０の動作の間に、オイルリング４８は、シリンダー２６の内側壁部２８からオイルを掻き取り、オイルドレイン９６は、一般的に、掻き取られたオイルを矢印１４８によって示されているようにサンプ５９の中へ移送することを促進させることが可能である。
【００３７】
オイルリング４８は、任意の適切な形状または構成を有することが可能である。示されているように、オイルリング４８は、本体部１５０およびスプリング１５２を有する２ピースのオイルリングである。本体部１５０は、外側面１５４（たとえば、半径方向に外側の面または外周面）を含む。図示されている実施形態では、オイルリング４８は、第１の環状の突出部１５６（たとえば、第１のレール）および第２の環状の突出部１５８（たとえば、第２のレール）を有するＵ字形状の断面を有しており、第１の環状の突出部１５６（たとえば、第１のレール）および第２の環状の突出部１５８（たとえば、第２のレール）は、シリンダー２６の内側環状壁部２８に係合し、シリンダー２６の内側環状壁部２８からオイルを掻き取るように構成されている。第１の環状の突出部１５６は、第１の幅１６０（たとえば、シリンダー２６の内側環状壁部２８に接触するように構成されている幅）を有しており、第２の環状の突出部１５８は、第２の幅１６２（たとえば、シリンダー２６の内側環状壁部２８に接触するように構成されている幅）を有している。第１の幅１６０および第２の幅１６２は、概して同じにすることが可能であり、または、互いに異なるようにすることが可能である。スプリング１５２が、オイルリング４８の本体部１５０に連結されており、シリンダー２６の内側環状壁部２８に向けて半径方向外向きに、および／または、ボトム溝部４６に対して軸線方向外向きに、本体部１５０を付勢するように構成されている。オイルリング４８は、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６、および／または、ボトム溝部４６の軸線方向を向く上側表面１６４に接触するように構成させることが可能である。
【００３８】
示されているように、ピストンアセンブリ２５は、１つの追加的なリング５２を含む。追加的なリング５２は、トップ溝部４２とボトム溝部４６との間で追加的な溝部５０の中に位置決めされている。追加的なリング５２は、任意の適切な形状または構成を有することが可能である。示されているように、追加的なリング５２は、テーパー付きの外側面１４０（たとえば、半径方向に外側の面または外周面）を含む。追加的なリング５２は、一般的に、吹き抜けを阻止し、シリンダー２６の内側環状壁部２８からオイルを掻き取り、および／または、トップリング４４に到達するオイルの量を制御するように構成させることが可能である。追加的に、３つのリングを有するいくつかの実施形態では、ボトム溝部４６は、オイルリング４８（たとえば、本体部１５０およびスプリング１５２を有する）を支持しなくてもよく、むしろ、トップリング４４または追加的なリング５２と同様の形態の第２のコンプレッションリングを支持してもよい。以下に議論されているように、本開示によるいくつかの実施形態では、追加的なリング５２は、設けられなくてもよい。むしろ、トップリング４４およびオイルリング４８は、一緒に、追加的なリング５２なしに十分なオイル制御を提供することが可能である。
【００３９】
図６は、２つのピストン溝部（たとえば、トップ溝部４２およびボトム溝部４６）を有するピストン２０の実施形態の一部分を図示しており、１つの半径方向チャネル９４は、ピストン２０のトップランド４０の中に形成されており、１つのオイルドレイン９６は、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６の中に形成されている。示されているように、オイルドレイン９６は、ボトム溝部４６の軸線方向を向く底部表面１０６の中に設けられている。追加的な溝部５０および追加的なリング５２は設けられておらず、また、ピストン２０の周りに円周方向に延在し、リング（たとえば、トップリング４４およびオイルリング４８）を支持するように構成されている溝部は、トップ溝部４２およびボトム溝部４６だけである。そのようなケースでは、トップリング４４およびオイルリング４８が、一緒になって、追加的なリング５２なしで、内側環状壁部２８からオイルを効果的に掻き取り、および／または、吹き抜けを十分に阻止することが可能である。
【００４０】
２つだけの溝部を有する実施形態では、トップ溝部４２およびボトム溝部４６は、任意の適切な距離だけ分離させることが可能である。追加的に、２つだけの溝部を有するいくつかの実施形態では、ボトム溝部４６は、オイルリング４８（たとえば、本体部１５０およびスプリング１５２を有する）を支持しなくてもよく、むしろ、トップリング４４または追加的なリング５２（図５に示されている）と同様の形態の第２のコンプレッションリングを支持してもよい。そのうえ、２つだけの溝部を有する実施形態では、吹き抜けを低減させるために、ピストンアセンブリ２５がオイルドレイン９６を欠いている（図４に示されている）ことがとりわけ望ましい可能性がある。２つだけの溝部を有する他の実施形態では、ピストンアセンブリ２５は、上記に詳細に議論されているように、半径方向チャネル９４よりも小さい寸法を有するオイルドレイン９６を有することが可能である。２つだけの溝部を有する実施形態は、上に記載されている特徴、または、図７に関して下に記載されている特徴のいずれかを有することが可能である。
【００４１】
図７は、トップリング４４の中に形成されている１つの半径方向チャネル９４と、ボトム溝部４６の中に形成されている１つのオイルドレイン９６とを有するピストン２０の実施形態の一部分の側断面図を図示している。特定の実施形態では、半径方向チャネル９４は、トップリング４４の上部面１２１に沿って形成され得る。そのようなチャネルは、たとえば、図２〜図６に示されているような、ピストン２０のトップランド４０の中に形成されている半径方向チャネル９４に加えて、または、それの代替として、設けることが可能である。
【００４２】
示されているように、トップリング４４の中に形成されている半径方向チャネル９４は、外側面９０からトップリング４４の内側面１２４へ半径方向内向きに（たとえば、半径方向３６に）延在することが可能である。半径方向チャネル９４は、トップリング４４の上部面１２１とトップ溝部４２の軸線方向を向く表面１０２との間で、半径１００に沿って、半径方向チャネル９４と一致して、軸線方向の距離１０４を増加させることが可能である。したがって、半径方向チャネル９４は、矢印１７２によって示されているように、キャビティー３０から内側面１２４に隣接するスペース１３０への燃焼ガス流れを促進させることが可能である。上記に議論されているように、スペース１３０へのガスの移送は、トップリング４４の環状の外側面９０と内側面１２４との間の圧力差を制御することが可能であり、したがって、トップリング４４がシリンダー２６の内側壁部２８との接触を維持することを可能にする。
【００４３】
上に記載されているように、半径方向チャネル９４は、圧力を等しくすること、または、トップリング４４の内側面１２４とトップリング４４の外側面９０との間に圧力差を生成させることを助けることが可能であり、それによって、トップリング４４をシリンダー２６に対して半径方向外向きに偏移し、たとえば、半径方向のリング崩壊および／または吹き抜けを阻止することを助ける。追加的に、トップリング４４および／または半径方向チャネル９４は、エンジン１０の中のオイル制御も提供しながら、半径方向のリング崩壊および吹き抜けを阻止するように構築され得る。そのような構成は、（たとえば、上記に議論されているように、半径方向チャネル９４よりも小さい）比較的に小さいオイルドレイン９６の使用、または、オイルドレイン９６の欠如から利益を得ることが可能であり、それは、有利には、エンジン１０の動作の間に、サンプ５９から半径方向チャネル９４に向かうオイルの逆流を低減させ、および／または、たとえば、吹き抜けを低減させる。
【００４４】
追加的に、トップリング４４の中に位置決めされている半径方向チャネル９４を有するいくつかの実施形態では、（図６に示されているように）追加的な溝部５０および追加的なリング５２が設けられていない。したがって、図６に示されているように、ピストン２０の周りに円周方向に延在し、リング（たとえば、トップリング４４およびオイルリング４８）を支持するように構成されている溝部は、トップ溝部４２およびボトム溝部４６だけである。そのようなケースでは、トップリング４４およびオイルリング４８が、一緒になって、内側環状壁部２８からオイルを効果的に掻き取ることが可能であり、および／または、追加的なリング５２なしに吹き抜けを十分に阻止することが可能である。トップリング４４の中に位置決めされている半径方向チャネル９４だけを有する実施形態は、上に記載されている特徴または下に記載されている特徴のいずれかを有することが可能である。
【００４５】
追加的に、図５〜図７に示されているように、特定の実施形態では、トップリング４４は、たる形のプロファイル、テーパー付きのプロファイル、または、部分的にテーパー付きのプロファイル（たとえば、円錐形状のプロファイル）などのような、半径方向の軸線１８１に対して非対称的なプロファイル（たとえば、非対称的な断面）を有することが可能である。そのようなケースでは、トップリング４４の外側面９０は、ピストンのダウンストローク（たとえば、膨張ストローク）の間に、シリンダーの内側壁部からオイルを効果的におよび効率的に掻き取るように構成され得る。図５〜図７のそれぞれでは異なるように示されているが、トップリング４４は、図５〜図７に示されているプロファイルのいずれかを含む任意の適切なプロファイルを有することが可能であるということが理解されるべきである。たとえば、図５に示されているように、トップリング４４は、非対称的なたる形の（たとえば、湾曲した）外側面９０を有している。追加的な例として、図６に示されているように、トップリング４４は、トップリング４４の高さ１８３にわたって直線的にテーパーが付けられている。したがって、トップリング４４の半径１８４（ひいては、直径）は、トップリング４４の上部面１２１と底部面１１２との間で増加している。トップリング４４の最小半径１８４は、上部面１２１に一致しており、一方、トップリング４４の最大半径１８４は、底部面１１２に一致している。そのような構成では、外側表面９０は内側環状壁部２８に接触し、トップリング４４の底部面１１２において、または、トップリング４４の底部面１１２の近位に、シーリング点１０７を形成するように構成されている。図７に示されているように、トップリング４４は、部分的にテーパー付きの外側面９０を有しており、トップリング４４の半径１８４は、上部面１２１と中間領域１８６との間で増加しており、中間領域１８６は、環状のシール１０７を形成している。たる形のプロファイル、直線的にテーパー付きのプロファイル、または部分的にテーパー付きのプロファイルに対する圧力は、トップリング４４を半径方向内向きに付勢することが可能であるが、トップ溝部４２の軸線方向を向く表面１０２の中の半径方向チャネル９４、および／または、トップリング４４の中の半径方向チャネル９４は、上に記載されている様式で、スペース１３０に燃焼ガスを移送し、トップリング４４を横切る圧力を制御し、トップリング４４を安定化させ、および／または、オイルを制御するように構成され得る。たとえば、半径方向チャネル１００は、シーリング点１０７の軸線方向下方に正の圧力差を発生させ、シリンダー２６の内側環状壁部２８に対して半径方向外向きにトップリング４４を付勢しながら、シーリング点１０７の軸線方向上方の圧力を等しくすることを助けることが可能である。
【００４６】
開示されている実施形態の技術的効果は、半径方向チャネル９４などのようなチャネルを介して、エンジン１０の中での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。たとえば、燃焼ガスは、ピストンアセンブリのトップリング４４の外側面９０に対して圧力を加えることが可能である。トップランド４０の中にまたはトップリング４４の中に形成される半径方向チャネル９４は、トップリング４４の内側表面１２４に隣接するスペース１３０へ燃焼ガスを移送することが可能であり、したがって、外側面９０と内側面１２４との間の圧力勾配を制御し、トップリング４４が、シリンダー２６の内側壁部２８との接触を維持することを可能にする。また、開示されている実施形態は、（たとえば、半径方向チャネル９４よりも小さい）比較的に小さいオイルドレイン９６の使用、または、オイルドレイン９６の欠如を通して、エンジン１０の中のオイルを制御する。そのような構成は、有利には、半径方向チャネル９４に近接するオイルを制限することが可能であり、したがって、半径方向チャネル９４を通した信頼性の高い耐久性のある燃焼ガスの移送を提供する。開示されている実施形態は、有利には、オイル消費、排出ガス、吹き抜け、半径方向のリング崩壊、および／または、エンジン１０の中の摩擦を低減させることが可能である。
【００４７】
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実践（任意のデバイスまたはシステムを製作および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。
【符号の説明】
【００４８】
８  発電システム
１０  エンジン
１２  燃焼室
１４  空気供給部
１６  酸化剤、空気
１８  燃料
１９  燃料供給部
２０  ピストン
２２  シャフト
２４  負荷
２５  ピストンアセンブリ
２６  シリンダー
２８  内側環状壁部
３０  キャビティー
３４  軸線方向
３６  半径方向
３８  円周方向
４０  トップランド、上部部分
４２  トップ溝部
４４  トップリング
４６  ボトム溝部
４８  オイルリング、ボトムリング
５０  追加的なリング溝部
５２  追加的なリング
５４  クランクシャフト
５６  コネクティングロッド
５８  ピン
５９  サンプ
６０  燃料噴射器
６２  弁
６４  排気弁
７８  クリアランス
８０  外側表面
８２  空気混合物
９０  外側表面
９４  半径方向チャネル
９６  オイルドレイン
９８  湾曲した壁部
１００  半径方向チャネル半径
１０２  軸線方向を向く表面
１０３  第２の軸線方向の距離
１０４  軸線方向の距離
１０５  湾曲した壁部
１０６  軸線方向を向く底部表面
１０７  シーリング点
１０８  半径方向内向きの力
１０９  オイルドレイン半径
１１０  底部表面
１１２  底部面
１２０  ギャップ
１２１  上部面
１２４  内側面
１３０  スペース
１３１  内側壁部
１３４  半径方向外向きの力
１４０  外側面
１４８  矢印
１５０  本体部
１５２  スプリング
１５４  外側面
１５６  第１の環状の突出部
１５８  第２の環状の突出部
１６０  第１の幅
１６２  第２の幅
１６４  軸線方向を向く上側表面
１７２  矢印
１８１  半径方向の軸線
１８３  高さ
１８４  半径
１８６  中間領域
【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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【外国語明細書】
2016037967000001.pdf