(57)【要約】リングセット（２２０、２３０）は、油または他の液体潤滑剤なしにシリンダ（２６０）の高圧領域内のガスをシールするために、ピストン（２２６）上に配置されるように構成されている。リングセットは、シール要素として高強度材料から作製された１つ以上のリングを含む。リングセットは、１つ以上のリングとシリンダのボア（２６２）との間に潤滑を提供するように構成された固体潤滑剤アプリケータ（２６１）も含む。例えば、リングは、破損することなく高圧ガスからの圧力負荷を支持することができる一方、アプリケータは、シールとしての機能を果たす必要はない。ピストンが、ボア内で往復するにつれて、アプリケータは、ボアに対してスライドし、ボアに固体潤滑剤材料を適用し、シール要素がスライドし得るボア上に固体潤滑剤膜をもたらす。アプリケータは、黒鉛、ポリマー、または他の好適な固体潤滑剤等の材料を含む。
2020530541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体潤滑剤なしにシリンダのボアに対してシールするように構成されたシールリングセットであって、前記シールリングセットは、
ピストン上に配置され、前記ボアに対してシールするように構成された金属を備えている少なくとも１つのシールリングと、
前記ピストン上に配置された固体潤滑剤を備えているアプリケータと
を備え、
前記アプリケータは、前記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に潤滑を提供するように構成されている、シールリングセット。
【請求項２】
前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記ピストンの円周溝の中に一緒に配置されるように構成されている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項３】
前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記ピストンのそれぞれの円周溝の中に配置されるように構成されている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項４】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向後方にある、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項５】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向前方にある、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項６】
前記アプリケータは、シールとしての機能を果たすように構成されていない、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項７】
前記アプリケータは、酸化防止剤を備えている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項８】
前記アプリケータは、前記ボア上に前記固体潤滑剤層を堆積させることによって、前記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に前記潤滑を提供するように構成されている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項９】
前記アプリケータの半径方向内側に配置されたばねをさらに備え、前記ばねは、前記アプリケータに半径方向外向きの力を加えるように構成されている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシールリングは、第１のシールリングを備え、前記シールリングセットは、固体潤滑剤を備えている第２のシールリングをさらに備え、前記第２のシールリングは、前記第１のシールリングが前記円周溝に接触することを防止するように構成されている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項１１】
ピストンアセンブリであって、前記ピストンアセンブリは、
少なくとも１つの円周溝を備えているピストンと、
シールリングセットと
を備え、
前記シールリングセットは、
前記少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成された金属を備えている少なくとも１つのシールリングであって、前記少なくとも１つのシールリングは、液体潤滑剤なしにボアに対してシールするように構成されている、少なくとも１つのシールリングと、
前記少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成された固体潤滑剤を備えているアプリケータと
を備え、
前記アプリケータは、前記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に潤滑を提供するように構成されている、ピストンアセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの円周溝は、単一の溝から成り、前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記単一の溝の中に一緒に配置されるように構成されている、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの円周溝は、少なくとも２つの溝を備え、前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記ピストンのそれぞれの円周溝の中に配置されるように構成されている、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向後方にある、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向前方にある、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１６】
前記アプリケータは、シールとしての機能を果たすように構成されていない、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１７】
前記アプリケータは、酸化防止剤を備えている、請求項１に記載のシールリングセット。
【請求項１８】
前記アプリケータは、前記ボア上に前記固体潤滑剤層を堆積させることによって、前記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に前記潤滑を提供するように構成されている、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項１９】
前記シールリングセットは、前記アプリケータの半径方向内側に配置されたばねをさらに備え、前記ばねは、前記アプリケータに半径方向外向きの力を加えるように構成されている、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのシールリングは、第１のシールリングを備え、前記シールリングセットは、固体潤滑剤を備えている第２のシールリングをさらに備え、前記第２のシールリングは、前記第１のシールリングが前記円周溝に接触することを防止するように構成されている、請求項１１に記載のピストンアセンブリ。
【請求項２１】
デバイスであって、前記デバイスは、
ボアを備えているシリンダと、
少なくとも１つの円周溝を備え、前記ボア内で軸方向に移動するように構成されたピストンと、
シールリングセットと
を備え、
前記シールリングセットは、
前記少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成された金属を備えている少なくとも１つのシールリングであって、前記少なくとも１つのシールリングは、液体潤滑剤なしに前記ボアに対してシールするように構成されている、少なくとも１つのシールリングと、
前記少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成された固体潤滑剤を備えているアプリケータと
を備え、
前記アプリケータは、記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に潤滑を提供するように構成されている、デバイス。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの円周溝は、単一の溝から成り、前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記単一の溝の中に一緒に配置されるように構成されている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
少なくとも１つの円周溝は、少なくとも２つの溝を備え、前記少なくとも１つのシールリングおよび前記アプリケータは、前記ピストンのそれぞれの円周溝の中に配置されるように構成されている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向後方にある、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのシールリングは、前記アプリケータの軸方向前方にある、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記アプリケータは、シールとしての機能を果たすように構成されていない、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記アプリケータは、酸化防止剤を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記アプリケータは、前記ボア上に前記固体潤滑剤層を堆積させることによって、前記少なくとも１つのシールリングと前記ボアとの間に前記潤滑を提供するように構成されている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記シールリングセットは、前記アプリケータの半径方向内側に配置されたばねをさらに備え、前記ばねは、前記アプリケータに半径方向外向きの力を加えるように構成されている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのシールリングは、第１のシールリングを備え、前記シールリングセットは、固体潤滑剤を備えている第２のシールリングをさらに備え、前記第２のシールリングは、前記第１のシールリングが前記円周溝に接触することを防止するように構成されている、請求項２１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シールリングセットを対象とし、より具体的に、本開示は、リングと、固体潤滑剤アプリケータとを有するシールリングセットを対象とする。本願は、その開示が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる２０１７年８月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５４３，３０５号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンシリンダデバイスのためのシールが、ピストンの一端におけるシリンダ内の高圧ガスをピストンの他端におけるより低圧ガスから分離する。典型的に、このシールは、外側ピストン表面内の円周溝の中に置かれたリングまたは複数のリングから成る。ピストンおよびシールが、シリンダ内で往復するにつれて、シール要素の外側表面は、シリンダの内側表面とスライド接触し得る。シールとシリンダ壁との間の摩擦が、このスライド界面において生じ、摩擦は、例えば、シールとシリンダとの間のかじり、スカッフィング、または焼付き等の摩耗関連の故障をもたらし得る。この問題に対する普及している解決策は、シールとシリンダとの間の界面に油等の潤滑流体膜を適用することである。
【０００３】
シールのための自己潤滑性材料の使用は、スカッフィングまたはかじり破損を低減させることができるが、少なくとも２つの重要な問題をもたらす。第１に、自己潤滑性材料は、概して、低固有材料強度を有し、高圧差を受けると、破損による故障が生じやすい。第２に、シール材料は、概して、迅速に摩耗し、間隙が開放することをもたらし、したがって、シールされているガスの漏出を可能にする。摩耗は、シール材料が除去されるにつれて、シールがシールを維持するために半径方向外向きに移動するので、ピストン溝の中に大量の裂け目容積をさらにもたらし得る。比較的に高い摩耗率は、潤滑特性にアクセスするために材料がシール要素から除去されなければならないので、自己潤滑性材料の使用に固有かつ基本的である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実施形態では、本開示は、油なしにシリンダのボアに対してシールするように構成されたシールリングセットを対象とする。シールリングセットは、少なくとも１つのシールリングと、少なくとも１つのアプリケータとを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングは、ピストン上に配置され、ボアに対してシールするように構成された金属を含む。アプリケータは、固体潤滑剤を含み、ピストン上に配置されるように構成されている。アプリケータは、少なくとも１つのシールリングとボアとの間に潤滑を提供する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングおよびアプリケータは、ピストンの円周溝の中に一緒に配置されるように構成されている。
【０００６】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングおよびアプリケータは、ピストンのそれぞれの円周溝の中に配置されるように構成されている。
【０００７】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングは、アプリケータの軸方向後方にある。
【０００８】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングは、アプリケータの軸方向前方にある。
【０００９】
いくつかの実施形態では、アプリケータは、シールとしての機能を果たすように構成されていない。
【００１０】
いくつかの実施形態では、アプリケータは、酸化防止剤を備えている。
【００１１】
いくつかの実施形態では、アプリケータは、ボア上に固体潤滑剤層を堆積させることによって、少なくとも１つのシールリングとボアとの間に潤滑を提供するように構成されている。
【００１２】
いくつかの実施形態では、シールリングセットは、アプリケータの半径方向内側に配置され、かつアプリケータに半径方向外向きの力を加えるように構成されたばねを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングは、第１のシールリングを備え、シールリングセットは、第２のシールリングを含む。第２のシールリングは、固体潤滑剤を含み、第１のシールリングがリング溝に接触することを防止するように構成されている。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本開示は、ピストンアセンブリを対象とする。ピストンアセンブリは、少なくとも１つの円周溝を有するピストンと、シールリングセットとを含む。シールリングセットは、少なくとも１つのシールリングと、アプリケータとを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのシールリングは、金属を含み、少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成される。少なくとも１つのシールリングは、油をなしにボアに対してシールするようにも構成されている。アプリケータは、固体潤滑剤を含み、少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成されている。アプリケータは、少なくとも１つのシールリングとボアとの間に潤滑を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの円周溝は、単一の溝から成り、少なくとも１つのシールリングおよびアプリケータは、単一の溝の中に一緒に配置されるように構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの円周溝は、少なくとも２つの溝を含み、少なくとも１つのシールリングおよびアプリケータは、ピストンのそれぞれの円周溝の中に配置されるように構成されている。
【００１５】
いくつかの実施形態では、本開示は、シリンダと、ピストンと、シールリングセットとを含むデバイスを対象とする。シリンダは、ボアを含む。ピストンは、少なくとも１つの円周溝を含み、ボア内で軸方向に移動するように構成されている。シールリングセットは、少なくとも１つのシールリングと、アプリケータとを含む。少なくとも１つのシールリングは、金属を含み、少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成されている。少なくとも１つのシールリングは、油なしにボアに対してシールするようにも構成されている。アプリケータは、固体潤滑剤を含み、少なくとも１つの円周溝の中に配置されるように構成されている。アプリケータは、少なくとも１つのシールリングとボアとの間に潤滑を提供するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
１つ以上の種々の実施形態による本開示は、以下の図を参照して詳細に説明される。図面は、例証の目的のためのみに提供され、単に、典型的または例示的実施形態を描写する。これらの図面は、本明細書に開示される概念の理解を促進するために提供され、これらの概念の範疇、範囲、または適用可能性を限定するものと見なされるものではない。例証の明確化および容易性のために、これらの図面が、必ずしも正確な縮尺通りに作製されているわけではないことに留意されたい。
【００１７】
【図１】図１は、本開示のいくつかの実施形態によるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリおよびシリンダの断面図を示す。
【００１８】
【図２】図２は、本開示のいくつかの実施形態による複数の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンおよびシリンダデバイスの断面図を示す。
【００１９】
【図３】図３は、本開示のいくつかの実施形態による単一の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリおよびシリンダの断面図を示す。
【００２０】
【図４】図４は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２１】
【図５】図５は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２２】
【図６】図６は、本開示のいくつかの実施形態による２つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２３】
【図７】図７は、本開示のいくつかの実施形態による２つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２４】
【図８】図８は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２５】
【図９】図９は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの一部の斜視図を示す。
【００２６】
【図１０】図１０は、本開示のいくつかの実施形態によるシールリングセットを含む例証的開放型ピストンアセンブリの一部の斜視図を示す。
【００２７】
【図１１】図１１は、本開示のいくつかの実施形態による単一の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的開放型ピストンアセンブリの断面図を示す。
【００２８】
【図１２】図１２は、本開示のいくつかの実施形態によるそれぞれのシールリングセットを含む２つの自由ピストンアセンブリを含む例証的デバイスの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
いくつかの実施形態では、本開示は、より具体的に、液体潤滑剤材料（例えば、油）がない場合に、ピストンおよびシリンダデバイスの高圧領域内のガスをシールするために構成されたシールリングセットを対象とする。いくつかの実施形態では、金属、他の高強度材料、または両方の組み合わせが、シール要素（例えば、リング）として使用され、別個の固体潤滑剤アプリケータが、ピストンの溝の中に配置される。シール機能と潤滑機能とを分離することによって、材料が、独立して選択されることができる（例えば、各特定の機能のために最適化され得る）。例えば、シール要素は、高強度材料（例えば、金属）から構成され、したがって、破損することなく高圧ガスからの圧力負荷を支持することができる。シール要素は、そのスライド表面（例えば、ボアに対してシールするように構成されたその半径方向外側表面）において、比較的に硬質の耐摩耗性材料から作製されることもでき、したがって、シール要素によって経験される半径方向の摩耗を最小化すること、または別様に低減させることができる。別個の固体潤滑剤アプリケータが、ピストン上に位置し、潤滑がない場合のシール要素のそのような材料に関して生じ得るスカッフィングおよび他の摩耗関連故障を低減させるように構成される。例えば、ピストンが、ボア内で往復するにつれて、固体潤滑剤アプリケータは、シリンダボアに対してスライドし、ボアに対して摩耗することによって、ボアに固体潤滑剤材料を適用する。固体潤滑剤膜が、シール要素がスライドし得るボア上に結果として生じる。固体潤滑剤アプリケータは、シール要素として機能する必要はなく、または別様に任意のシール機能を提供する必要はなく、したがって、アプリケータの摩耗の結果として開放する間隙および容積が、必ずしも増加した漏出をもたらすわけではない。さらに、アプリケータは、シール機能を発揮することが要求されないので、アプリケータは、シール要素と同一の圧力および熱負荷に耐えることが要求されず、したがって、いくつかの状況では、固体潤滑剤材料に固有の材料強度限界は、全くではない場合でも、シール機能に大きく影響を及ぼすことはない。
【００３０】
本明細書で使用されるような用語「シール」は、高圧領域および低圧領域の作成、維持、または両方を指す。例えば、シールは、シールの高圧境界と低圧境界との間の流動を限定することによって、高圧領域から低圧領域へのガスの漏出率を低減させるように構成されたシールリングアセンブリを含み得る。故に、シールは、漏出率に関するその制約の観点から定義されることができる。本明細書に説明されるようなシールリングアセンブリ等のシールは、任意の好適な対応する漏出率を有し得ることを理解されたい。例えば、いくつかの状況では、比較的に粗悪なシールが、より多くの漏出を可能にし得るが、１つ以上の関連する性能基準に基づいて、容認可能であり得る。さらなる例では、ピストンおよびシリンダデバイスの高効率動作のために構成されるシールリングアセンブリは、比較的に低い漏出率を有し（例えば、より効果的シールであり）得る。
【００３１】
本明細書で使用されるように、「リングセグメント」は、ゼロ度を上回る方位角にわたって延び、半径方向外側表面を有し、かつボアに対して少なくとも半径方向外側表面の一部に沿ってシールするように構成されたシール要素を指すものとする。リングセグメントは、フルボアの周囲に方位角に連続していない場合、端面を含み得る。
【００３２】
本明細書で使用されるように、「リング」は、ボアに沿って方位角に連続し得るが、そうである必要はない、少なくとも１つのリングセグメントを含むシール要素を指すものとする。例えば、リングは、１つのリングセグメントを含み得、その場合、これらの用語は、重複する。さらなる例では、リングは、４つのリングセグメントを含み得、その場合、リングは、４つのリングセグメントの集合を指す。リングは、１つ以上のリングセグメント間に１つ以上の界面を含み得るが、そうである必要はない。「リング」は、ピストンのランドに対してシールするように構成される少なくとも１つのリングセグメントを含むシール要素も指すものとする。
【００３３】
本明細書で使用されるように、「リングセット」とも称される「シールリングセット」は、ピストンと係合し、ボアに沿って移動し、かつボアの高圧領域と低圧領域との間をシールするように構成された１つ以上のリングと、１つ以上のアプリケータとの集合を指すものとする。シールリングセットは、各々がシールとしての機能を果たすように構成された２つ以上のリングを含み得る。シールリングセットは、シールすることにおいて１つ以上のリングを補助するように構成された１つ以上の固体潤滑剤アプリケータを含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケータは、シールとしての機能を果たす必要はないが、（例えば、潤滑剤を提供し、焼き付きを防止することによって）１つ以上のリングがシールとしての機能を果たすことを可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、アプリケータは、少なくともあるシール機能を提供し得る。
【００３４】
図１は、本開示のいくつかの実施形態によるシールリングセットを含む例証的ピストンおよびシリンダアセンブリ１００の断面図を示す。シリンダ１６０は、ピストンアセンブリ１１０が（例えば、軸１８０に沿って）進行する内側円筒表面であるボア１６２を含む。ピストンアセンブリ１１０は、それぞれのリング１２０およびアプリケータ１３０が配置され、かつピストン１２６とともに平行移動するように構成された（例えば、環状であり得る）溝１２２および１２３を含むピストン１２６を含む。溝１２２および１２３は、形状が類似していることもあるが、そうである必要はない。リング１２０およびアプリケータ１３０が、例証的リングセットを構成する。ピストンアセンブリ１１０が、（例えば、機関サイクル中）シリンダ１６０内で軸１８０に沿って平行移動するにつれて、高圧領域１５０内のガス圧は、変化し得る（例えば、高圧領域１５０は、シリンダヘッドまたは対向ピストンを用いて閉鎖され得る）。例えば、ピストンアセンブリ１１０が、図示されるように、左に移動するにつれて、高圧領域内１５０の圧力は、増加し得る。シールリングアセンブリの後部（例えば、軸１８０は、後方に向けられている）に位置する低圧領域１７０は、大部分ではない場合でも、シリンダ１６０内のピストンアセンブリ１１０のストロークまたはサイクルの少なくとも一部にわたって高圧領域１５０の圧力を下回るガス圧にあり得る。高圧領域１５０および低圧領域１７０内の圧力範囲は、任意の好適な範囲（例えば、低大気圧〜２５０バールを大いに超える値）であり得、圧縮比、呼吸の詳細（例えば、給気圧、圧力波、ポートタイミング）、損失、ガスの熱化学的特性、およびそれらの反応に依存し得る。故に、本明細書に説明されるシールリングアセンブリは、任意の好適な圧力範囲を有する任意の好適な高圧領域および低圧領域をシールするために使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、低圧領域１７０は、ポート１６８または１６９と連通する吸気もしくは排気ダクトと流動に関して相互作用し、ダクト内の圧力の比較的に近くに維持され得る。例証的例では、低圧領域１７０は、吸気呼吸ポートに対して開放し得、（例えば、概して）吸気圧力（例えば、給気圧）に近い圧力にある、もしくはそれによって強く影響を及ぼされ得る。さらなる例証的例では、低圧領域１７０は、排気呼吸ポートに対して開放し得、（例えば、概して）排気圧力に近い圧力にあるか、もしくはそれによって強く影響を及ぼされ得る。本開示によると、シールリングアセンブリは、ピストンおよびシリンダアセンブリのストロークまたはサイクルの少なくとも一部にわたって、低圧領域から高圧領域をシールするために使用され得る。リングセットの「前部」は、高圧領域１５０に軸方向に最も近い面または部分を指し、リングセットの「後部」は、低圧領域１７０に軸方向に最も近い面または部分を指すことを理解されたい。
【００３５】
別様に規定されない限り、本明細書において言及される圧力は全て、絶対単位である（例えば、ゲージまたは相対単位ではない）ことを理解されたい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、低圧領域１７０は、ガス交換のためのポート１６８および１６９を含むか、それとガス圧を伝えるか、または、別様にそれに開放し得る。例えば、ポート１６８および１６９は、排気ポート、吸気ポート、または両方であり得る。ポートは、弁を使用して開放および閉鎖され得るが、そうである必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、ポート１６８および１６９は、含まれた弁なしに、多岐管または他の流動プレナムに結合される開口部を指す（例えば、流動は、リング１２０によって、ポート１６８および１６９を覆うこと、覆いを取ることによって制御される）。さらなる例では、いくつかの実施形態では、ポート１６８および１６９は、流動プロファイルおよびタイミングを制御するための弁が含まれる多岐管または他の流動プレナムに結合される開口部を指す。用語「弁」は、限定ではないが、ボール弁、プラグ弁、バタフライ弁、チョーク弁、逆止弁、仕切弁、リーフ弁、ピストン弁、ポペット弁、回転弁、スライド弁、電磁弁、二方弁、または三方弁を含む開口部に物質を選択的に通すための任意の作動流動コントローラもしくは他の作動機構を指し得る。弁は、限定ではないが、機械、電気、磁気、カムシャフト駆動、油圧、または空気圧式手段を含む任意の手段によって作動させられ得る。
【００３７】
リング１２０は、ボア１６２またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との接触を維持し、シールを作成する。アプリケータ１３０は、ボア１６２またその上に堆積させられた層との接触を維持し、表面上に固体潤滑剤をさらに堆積させる。スライド摩耗がアプリケータ１３０の半径方向外側表面から材料を除去する率も、結果として生じる接触圧の関数である（例えば、より高い接触圧は、摩耗率を増加させる）。例えば、接触圧の増加は、摩耗率および堆積率の増加に対応する。アプリケータ１３０から堆積させられた材料が、ボア１６２とリング１２０との間の界面を潤滑する。故に、ピストンおよびシリンダアセンブリ１００は、潤滑のための液体（例えば、油または合成油）なしに動作するように構成される。本明細書においてボアと接触していると言及されるリングセットの構成要素は、ボアの上に堆積させられた層、または層およびボアの両方と接触し得る。シール、力、および摩擦という文脈において、語句「ボアに対してシールする」がボア上に堆積させられた層に対してシールすること、または層およびボアの両方に対してシールすることも含むことを理解されたい。例証のために、シリンダ壁材料（例えば、鋼または他の金属）は、リングもしくはアプリケータと実際に接触している必要はなく、むしろ、固体潤滑剤の表層が、リングセットと接触し得る。
【００３８】
高圧力および低圧力は、ピストンおよびシリンダデバイスの一過性の圧力状態を指し得ることを理解されたい。例えば、機関サイクルを参照すると、シールリングアセンブリの高圧境界は、（例えば、サイクルの呼吸または近呼吸部分の間を除いて）機関サイクルの大部分にわたって、シールリングアセンブリの低圧境界を上回る圧力を有し得る。故に、高圧力および低圧力は、相対的であり、シールされているガスの条件に依存する。シールリングアセンブリは、各々が任意の好適な圧力範囲内で動作する高圧および低圧領域をシールするために使用され得る。リングセットがサイクル内の異なる位置において異なってシールし得ることも理解されたい。例えば、リングセットは、常時、低圧領域から高圧領域をシールし得る。さらなる例では、リングセットは、高圧領域内の圧力が、低圧領域内の圧力を上回る限り、低圧領域から高圧領域をシールし得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ピストン１２６は、開放型ピストンであり得る。例えば、ピストン１２６は、高圧領域１５０から溝１２２、溝１２３、または両方までの開口部、切り欠き、もしくは他の流体経路（図示せず）を含み得る。故に、開放型ピストンを採用するいくつかの実施形態では、（例えば、図１の半径方向１８２を参照して）リング１２０、リング１３０、または両方の内側半径方向表面は、高圧領域１５０のガス圧にさらされ得る。
【００４０】
リングセット（例えば、リング１２０およびアプリケータ１３０）は、任意の好適な幾何学形状を含み、任意の好適な数のリングと、任意の好適な数のアプリケータと、任意の好適な数のリング溝とを含み得る。例えば、図１のリングセットは、リング１２０がピストン１２６上のアプリケータ１３０の軸方向前方に配置されるそれぞれの溝（すなわち、それぞれの溝１２２および１２３）内に配置される単一のリング（すなわち、リング１２０）と、単一のアプリケータ（すなわち、アプリケータ１３０）とを含む。リングセットは、長方形断面、または任意の他の好適な非長方形断面、もしくはそれらの組み合わせを有する１つ以上のリングを含み得る。リングセットは、各々が任意の好適な配置の割れ目、界面、重複セグメント、または他の特徴を有する１つ以上のリングを含み得る。例えば、リングは、区分化され得、それぞれの界面において互いに、またはそれら自体に篏合し、シールを形成するように構成された２つ以上のリングセグメントを含み得る。
【００４１】
アプリケータ（例えば、図１のアプリケータ１３０）は、本願に従って、ボアに任意の好適な固体潤滑剤材料を適用するように構成され得る。例えば、アプリケータは、黒鉛、含浸黒鉛、酸化防止剤、ポリマー、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、任意の他の好適な材料、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。例えば、内燃機関という文脈において、固体潤滑剤材料は、（例えば、シールリング、シリンダのボア、または両方の腐食を防止するための）酸化防止剤、軟質金属（例えば、スズもしくはアンチモン）、フェノール樹脂、またはポリマー樹脂等のわずかな量の別の材料が含浸され得る黒鉛材料を含む黒鉛を含み得る。さらなる例では、圧縮機等のより低温用途という文脈において、固体潤滑剤材料は、随意に、黒鉛が埋め込まれたポリマーを含み得る。例証的例では、アプリケータ１３０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）中に埋め込まれた黒鉛を含み得る。
【００４２】
例えば、図１に図示されるように、アプリケータ１３０は、固体潤滑剤材料から作製された円周リングから成る。アプリケータは、１つ以上の割れ目を含み、アプリケータが、それが摩耗するにつれて、半径方向に拡張し、したがって、ボアとのスライド接触を維持することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、半径方向ばね要素（図１に図示せず）が、含まれ、アプリケータの半径方向内側に配置され、ボアに対してアプリケータ上に半径方向外向きの力を加え、固体潤滑剤の一貫した継続的な適用を確実にし得る。図１に図示されるように、リング１２０は、ピストンの高圧領域１５０から低圧領域１７０への軸方向のガス圧低下が、アプリケータ１３０ではなく、リング１２０を軸方向に横断して主に生じるように配置される。アプリケータ１３０は、それがシールとして機能する必要がなく、かつ高圧領域１５０の完全な圧力および温度条件を経験する必要がないように配置される。図１に示されていないが、追加のリングが、アプリケータ１３０の下流（すなわち、後方）のピストン上に含まれ得る。例えば、第２のリング（図１に図示せず）が、（例えば、図８に例証的に示されるような）アプリケータ１３０の下流の第３の溝（図１に図示せず）内に含まれ得る。図４−１１に図示されるものは、複数のリングを含むリングセットのいくつかの例である。
【００４３】
リング１２０は、例えば、金属等の大きい引張強度を有する靭性材料を含み得る。例えば、リング１２０は、鋼、ステンレス鋼、銅合金、高温合金（例えば、インコネルまたは他のニッケル合金）、いくつかの材料の複合体、いくつかの材料の構造の複合体、任意の他の好適な材料もしくは複数の材料、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、リング１２０は、例えば、熱溶射コーティング、物理蒸着コーティング、めっき（例えば、クロムめっき）、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）コーティング、表面処理（例えば、窒化または熱処理）、耐摩耗性のための任意の他の好適な表面処理、もしくはそれらの任意の組み合わせ等の耐摩耗性のためのコーティングを含み得る。いくつかの実施形態では、リング１２０は、割れ目を含み、それが、半径方向外向きに拡張し、ボア１６２に合致し、密閉を維持することを可能にし得る。リング１２０は、アプリケータ１３０によってボア１６２上に堆積させられた固体潤滑剤膜上でスライドするように構成される。
【００４４】
図２は、本開示のいくつかの実施形態による複数の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンおよびシリンダデバイス２００の断面図を示す。シリンダ２６０は、ピストンアセンブリ２１０が（例えば、軸２８０に沿って）進行する内側円筒表面であるボア２６２を含む。ピストンアセンブリ２１０は、それぞれのリング２２０およびアプリケータ２３０が配置され、かつピストン２２６とともに平行移動するように構成された溝２２２および２２３を含むピストン２２６を含む。（例えば、リング形状であり得る）ばね２３１が、アプリケータ２３０の半径方向内側に配置され、アプリケータ２３０に半径方向の力（すなわち、軸２８２に沿ってまたはそれに対して向けられる予負荷）を加え、アプリケータ２３０と、ボア２６２およびその上に堆積させられた層２６１との間の接触圧に影響を及ぼすように構成される。リング２２０、アプリケータ２３０、およびばね２３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域２７０および低圧領域２７２を画定する。リング２２０が、それぞれの溝２２２内で、アプリケータ２３０の下流に配置される。アプリケータ２３０は、固体潤滑剤を堆積させ、層２６１（すなわち、固体潤滑剤層）を形成、維持、補充、または追加するように構成される。アプリケータ２３０、ばね２３１、または両方は、ピストン２１０のランド２１２、ランド２１３、もしくは両方と軸方向に係合するように構成される。リング２２０は、ピストン２１０のランド２１１、ランド２１２、または両方と軸方向に係合（例えば、接触）するように構成される。例証的例では、ばね（例えば、ばね２３１）は、片持ち梁ばね（例えば、一端が、ピストン２２６に固定され、他方が、アプリケータ２３０を押すように構成される）、コイルばね、皿ばね、波形ばね、任意の他の好適なばね、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【００４５】
図３は、本開示のいくつかの実施形態による単一の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリおよびシリンダ３００の断面図を示す。シリンダ３６０は、ピストンアセンブリ３１０が（例えば、軸３８０に沿って）進行する内側円筒表面であるボア３６２を含む。ピストンアセンブリ３１０は、リング３２０およびアプリケータ３３０が配置され、かつピストン３２６とともに平行移動するように構成された溝３２２を含むピストン３２６を含む。（例えば、半径方向ばねとも称される）ばね３３１が、アプリケータ３３０の半径方向内側に配置され、アプリケータ３３０に半径方向外向きの（すなわち、軸３８２に沿った）力を加え、アプリケータ３３０と、ボア３６２およびその上に堆積させられた層３６１との間の接触圧に影響を及ぼすように構成される。リング３２０、アプリケータ３３０、およびばね３３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域３７０および低圧領域３７２を画定する。リング３２０が、溝３２２内で、アプリケータ３３０の上流に配置される。アプリケータ３３０は、固体潤滑剤を堆積させ、層３６１（すなわち、固体潤滑剤層）を形成、維持、補充、または追加するように構成される。いくつかの実施形態では、リング３２０は、溝３２２内で、それらの軸方向界面においてアプリケータ３３０に係合するように構成される。アプリケータ３３０、ばね３３１、または両方は、（例えば、接触力を加えることによって）ピストン３１０のランド３１１、ランド３１２、もしくは両方と軸方向に係合するように構成される。
【００４６】
図４は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリ４１０の断面図を示す。ピストンアセンブリ４１０は、軸４８０に沿って進行するように構成される。ピストンアセンブリ４１０は、それぞれのリング４２０、リング４２１、およびアプリケータ４３０が、それぞれ、配置され、かつピストン４２６とともに平行移動するように構成された溝４２２、４２３、および４２４を含むピストン４２６を含む。ばね４３１が、アプリケータ４３０の半径方向内側に配置され、（例えば、アプリケータ４３０とボアおよび／またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との間の接触圧に影響を及ぼすように）アプリケータ４３０に半径方向外向きの（すなわち、軸４８２に沿った）力を加えるように構成される。リング４２０、リング４２１、アプリケータ４３０、およびばね４３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域４７０および低圧領域４７２を画定する。リング４２０が、アプリケータ４３０の下流に、かつ溝４２２内に配置される。リング４２１が、リング４２０の下流に、かつ溝４２４内に配置される。図４に示されるように、アプリケータ４３０は、動作中、リング４２０またはリング４２１のいずれかを横断するものより比較的に小さい圧力低下を経験し得るが、アプリケータ４３０は、依然として、高圧領域の条件（例えば、高温および／または高圧）を受け得る。
【００４７】
図５は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリ５１０の断面図を示す。ピストンアセンブリ５１０は、軸５８０に沿って進行するように構成される。ピストンアセンブリ５１０は、それぞれのリング５２０、リング５２１、およびアプリケータ５３０が、それぞれ、配置され、かつピストン５２６とともに平行移動するように構成された溝５２２、５２３、および５２４を含むピストン５２６を含む。ばね５３１が、アプリケータ５３０の半径方向内側に配置され、（例えば、アプリケータ５３０とボアおよび／またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との間の接触圧に影響を及ぼすように）アプリケータ５３０に半径方向外向きの（すなわち、軸５８２に沿った）力を加えるように構成される。リング５２０、リング５２１、アプリケータ４３０、およびばね５３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域５７０および低圧領域５７２を画定する。リング５２０が、リング５２１の上流に、かつ溝５２２内に配置される。リング５２１が、アプリケータ５３０の上流に、かつ溝５２３内に配置される。図５に示されるように、アプリケータ５３０は、動作中、リング５２０またはリング５２１のいずれかを横断するものより比較的に小さい圧力低下を経験し得、アプリケータ５３０が下流にあるので、高圧領域の完全条件（例えば、高温および／または高圧）を受けない。
【００４８】
図６は、本開示のいくつかの実施形態による２つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリ６１０の断面図を示す。ピストンアセンブリ６１０は、軸６８０に沿って進行するように構成される。ピストンアセンブリ６１０は、リング６２０、リング６２１、およびアプリケータ６３０が配置され、かつピストン６２６とともに平行移動するように構成された溝６２２および６２３を含むピストン６２６を含む。ばね６３１が、アプリケータ６３０の半径方向内側に配置され、（例えば、アプリケータ６３０とボアおよび／またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との間の接触圧に影響を及ぼすように）アプリケータ６３０に半径方向外向きの（すなわち、軸６８２に沿った）力を加えるように構成される。リング６２０、リング６２１、アプリケータ６３０、およびばね６３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域６７０および低圧領域６７２を画定する。リング６２０が、アプリケータ６３０の上流に配置され、両方は、溝６２２内に配置される。リング６２０およびアプリケータ６３０は、溝６２３内に配置されるリング６２１の上流に配置される。図６に示されるように、アプリケータ６３０は、動作中、リング６２０またはリング６２１を横断するものより比較的に小さい圧力低下を経験し得、アプリケータ６３０が、リング６２０と６２１との間にあるので、高圧領域の部分的に低減させられた条件（例えば、高温および／または高圧）を受け得る。例えば、アプリケータ６３０は、高圧領域（すなわち、図示されるようなピストン６２６の左）および低圧領域（すなわち、図示されるようなピストン６２６の右）のそれに対して値が中間にある圧力を経験し得る。
【００４９】
図７は、本開示のいくつかの実施形態による２つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリ７１０の断面図を示す。ピストンアセンブリ７１０は、軸７８０に沿って進行するように構成される。ピストンアセンブリ７１０は、リング７２０、リング７２１、およびアプリケータ７３０が配置され、かつピストン７２６とともに平行移動するように構成された溝７２２および７２３を含むピストン７２６を含む。ばね７３１が、アプリケータ７３０の半径方向内側に配置され、（例えば、アプリケータ７３０とボアおよび／またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との間の接触圧に影響を及ぼすように）アプリケータ７３０に半径方向外向きの（すなわち、軸７８２に沿った）力を加えるように構成される。リング７２０、リング７２１、アプリケータ７３０、およびばね７３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域７７０および低圧領域７７２を画定する。リング７２０が、アプリケータ７３０の下流に配置され、両方は、溝７２２内に配置される。リング７２０およびアプリケータ７３０は、溝７２３内に配置されるリング７２１の上流に配置される。図７に示されるように、アプリケータ７３０は、動作中、リング７２０またはリング７２１を横断するものより比較的に小さい圧力低下を経験し得、アプリケータ７３０がリング７２０および７２１の両方の上流にあるので、高圧領域の完全条件（例えば、高温および／または高圧）を経験し得る。例えば、アプリケータ６３０は、高圧領域のピーク圧力および温度を受け（すなわち、表面にさらされ）得る。さらなる例では、いくつかの実施形態では、ばね７３１は、アプリケータ７３０が、リング７２０およびリング７２１の両方の前方にあるとき、含まれる必要はない（例えば、高圧領域７７０からの圧力が、アプリケータを半径方向外向きに押し得る）。
【００５０】
図８は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリの断面図を示す。ピストンアセンブリ８１０は、軸８８０に沿って進行するように構成される。ピストンアセンブリ８１０は、それぞれのリング８２０、リング８２１、およびアプリケータ８３０が、それぞれ、配置され、かつピストン８２６とともに平行移動するように構成された溝８２２、８２３、および８２４を含むピストン８２６を含む。ばね８３１が、アプリケータ８３０の半径方向内側に配置され、（例えば、アプリケータ８３０とボアおよび／またはその上に堆積させられた固体潤滑剤層との間の接触圧に影響を及ぼすように）アプリケータ８３０に半径方向外向きの（すなわち、軸８８２に沿った）力を加えるように構成される。リング８２０、リング８２１、アプリケータ８３０、およびばね８３１が、例証的リングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域８７０および低圧領域８７２を画定する。リング８２０が、アプリケータ８３０の上流に、かつ溝８２２内に配置される。リング８２１が、アプリケータ８３０の下流に、かつ溝８２３内に配置される。アプリケータ８３０およびばね８３１が、リング８２０とリング８２１との間の溝８２４内に配置される。図８に示されるように、アプリケータ８３０は、動作中、リング８２０またはリング８２１を横断するものより比較的に小さい圧力低下を経験し得、アプリケータ８３０がリング８２０と８２１との間にあるので、高圧領域の部分的に低減させられた条件（例えば、高温および／または高圧）を受ける。例えば、アプリケータ８３０は、高圧領域および低圧領域のそれに対して値が中間にある圧力を経験し得る。
【００５１】
図９は、本開示のいくつかの実施形態による３つの溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的ピストンアセンブリ９１０の一部の斜視図を示す。ピストンアセンブリ９１０は、それぞれのリング９２０、アプリケータ９３０、およびリング９２１が配置され、かつピストン９２６とともに平行移動するように構成される３つの溝を含むピストン９２６を含む。リング９２０（例えば、リング割れ目９４１を含む）、リング９２１、およびアプリケータ９３０が、例証的リングセットを構成する。リング９２０が、アプリケータ９３０の上流に配置される。リング９２１が、アプリケータ９３０の下流に配置される。アプリケータ９３０が、リング９２０とリング９２１との間の溝の中に配置される。アプリケータ９３０内の間隙９３２が、アプリケータ９３０の摩耗中、生じ、拡張し、または別様に持続し得る。アプリケータ９３０は、シールとして機能する必要はないので、間隙９３２は、リング９２０および９２１によって形成されるシールに大きく影響を及ぼす必要はない。いくつかの実施形態では、動作中、アプリケータ８３０に近接するガスは、低圧領域（例えば、ピストンの後方）より高圧にあり、リング９２０および９２１と比較して、アプリケータ１３０を横断した比較的に小さい圧力差（例えば、比較的により少ない負荷）が存在し得る。いくつかの実施形態では、間隙９３２は、固体潤滑剤がなくなったボア内に筋が生じないように角度付けられる。いくつかの実施形態では、間隙が間隙９３２に対して不整列にさせられた（例えば、間隙が、方位角に整列しないように）、第２のアプリケータ（例えば、またはさらなるアプリケータ）が、含まれ、ボア上の固体潤滑剤のより完全な被覆を補助し得る。例えば、間隙が、不整列にさせられるように、その間隙が間隙９３２から方位角に１８０度にある第２のアプリケータが、ピストン上に含まれ得る。
【００５２】
図１０は、本開示のいくつかの実施形態によるシールリングセットを含む例証的開放型ピストンアセンブリ１０００の一部の斜視図を示す。ピストンアセンブリ１０００は、開放型ピストン１０２６と、シールリングセットとを含む。リング１０２０およびアプリケータ１０３０が、図１０のリングセットを構成する。開放型ピストン１０２６は、リングセットの半径方向内側面に対して開いている開口部１０２７を含み、流体が、半径方向内側面を高圧領域に結合させる。
【００５３】
図１１は、本開示のいくつかの実施形態による単一の溝の中に配置されるシールリングセットを含む例証的開放型ピストンアセンブリ１１１０の断面図を示す。ピストンアセンブリ１１１０は、例えば、図１０のピストンアセンブリ１０００に類似し得る。ピストンアセンブリ１１００は、開放型ピストン１１２６と、シールリングセットとを含む。リング１１２０、リング１１３１、およびアプリケータ１１３０が、図１１のリングセットを構成する。シールリングセットは、高圧領域１１７０および低圧領域１１７２を画定する。
【００５４】
アプリケータ１１３０が、それがリング１１２０から独立して自由に移動し、したがって、金属シールと異なる率で摩耗し得るように、溝１１２２内に配置される。いくつかの実施形態では、（例えば、高圧領域１１７０に開放している領域１１２７内の）アプリケータ１１３０の内側表面上のガス圧が、動作中、アプリケータ１１３０を（例えば、ばねリングと同様に）ボアに対して半径方向外向きに押し、固体潤滑性材料がアプリケータ１１３０からボアに移送されるようにする。したがって、リング１１２０は、アプリケータ１１３０から堆積させられた膜によって、ボアに対して潤滑される。いくつかの実施形態では、領域１１２７は、半径方向外向きの圧力が、アプリケータ１１３０を半径方向外向きに押すように、高圧領域１１７０に感知できるほどに開放する必要はない。いくつかの実施形態では、リング１１２０は、ランド１１２３（すなわち、溝１１２２の下流面）に対してシールするように構成される。ピストン１１２６とリング１１２０とが、互いに対して移動するにつれて、摩擦摩耗および摩擦が、リング１１２０と溝１１２２との間（ランド１１２３を含む）に生じ得る。例えば、摩耗を低減させるための液体潤滑剤（例えば、油）が、この界面に存在しないと、かじりが、生じ得る。リング１１２０と溝１１２２との間のかじりおよび／または高摩耗を回避するために、リング１１３１が、リング１１２０と溝１１２２との間の界面内に含まれ得る。図１１は、リング１１２０の半径方向内側表面に配置されたリング１１３１を図示する。いくつかの実施形態では、リング１１３１は、リング１１２０の軸方向下流に配置され得る。いくつかの実施形態では、リング１１３１は、それがリング１１２０と溝１１２２との間の所望される摩耗特性を中間スライド界面に提供するように、リング１１２０に対して任意の好適な構成に配置され得る。
【００５５】
図１２は、本開示のいくつかの実施形態によるそれぞれのシールリングセット１２１２と１２２２とを含む２つの自由ピストンアセンブリ１２１０と１２２０とを含む例証的デバイス１２００の断面図を示す。いくつかの実施形態では、デバイス１２００は、それぞれの自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０の運動エネルギーと電気エネルギーとの間を変換するための線形電磁機械１２５０と１２５５とを含み得る。いくつかの実施形態では、デバイス１２００は、例えば、大部分ではない場合でも、サイクル（例えば、機関サイクルまたは空気圧縮サイクル）の少なくとも一部にわたって、ガス領域１２７０（例えば、高圧領域）より比較的に低い圧力にあり得るガス領域１２６０と１２６２とを含み得る。例えば、ガス領域１２６０および１２６２（例えば、低圧領域）は、それぞれの呼吸ダクト（例えば、吸気多岐管、吸気システム、排気多岐管、排気システム）に開放していることもある。例証のために、呼吸ポート１２３４および１２３５は、シリンダ１２３０のボア１２３２に反応物質を提供し、それから排気を除去するように構成される。さらなる例では、ガス領域１２６０および１２６２は、大気への通気口を開けられ得る（例えば、約１．０１バール絶対圧力である）。いくつかの実施形態では、デバイス１２００は、圧縮ガスの形態でサイクル中、エネルギーを貯蔵および放出するために使用され得るガスばね１２８０と１２８５とを含み得る（例えば、駆動部区分）。例えば、自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０の各々は、それぞれのシールリングアセンブリ１２８１および１２８６のための溝を有するそれぞれのピストン１２８２と１２８７とを含み、それぞれのガス領域１２８４および１２８９（例えば、低圧領域）からそれぞれのガス領域１２８３および１２８８（例えば、高圧領域）をシールし得る。
【００５６】
シリンダ１２３０は、軸１２７２に中心を置かれたボア１２３２を含み得る。いくつかの実施形態では、自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０は、ボア１２３２内で軸１２７２に沿って平行移動し、ガス領域１２７０が圧縮および拡張することを可能にし得る。例えば、ガス領域１２７０は、（例えば、対向ピストンの同期化において、軸１２７２に沿って平行移動し得る）自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０のストロークの少なくとも一部にわたって、ガス領域１２６０と比較して比較的に高圧にあり得る。シールリングセット１２１２および１２２２は、ボア１２３２内で、それぞれのガス領域１２６０および１２６２からガス領域１２７０をシールし得る。いくつかの実施形態では、自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０は、それぞれのピストン１２１４および１２２４と、ピストン１２１４および１２２４のそれぞれの対応する溝の中に配置され得るそれぞれのシールリングセット１２１２および１２２２とを含み得る。ガス領域１２６０および１２６２およびガス領域１２７０は、自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０が軸１２７２に沿って移動するにつれて、または異なる場所に別様に位置付けられるにつれて、体積を変化させ得ることを理解されたい。ガス領域１２７０に最も近いそれぞれのシールリングセット１２１２および１２２２の一部が、各々、前部と称され、それぞれのガス領域１２６０および１２６２に最も近い、シールリングセット１２１２および１２２２一部が、各々、後部と称される。シールリングセット１２１２および１２２２の各々は、各々がガス領域１２７０内の圧力に依存し得る高圧境界を含み得る。例えば、シールリングセット１２１２の高圧境界は、ガス領域１２７０（例えば、１つ以上のオリフィスもしくは他の開口部によって結合される）に開放し、ガス領域１２７０の圧力と同一（例えば、ガス領域１２７０からのガスが、シールリングアセンブリにおいて絞られていない場合）、もしくはそれ未満（例えば、ガス領域１２７０からのガスが、シールリングアセンブリにおいて絞られている場合）の対応する圧力を有し得る。シールリングセット１２１２および１２２２の各々は、各々がガス領域１２６０および１２６２内のガス圧に依存し得る低圧境界を含み得る。例えば、シールリングセット１２１２の低圧境界は、ガス領域１２６０に開放し、ガス領域１２６０の圧力とほぼ同一の対応する圧力を有し得る。
【００５７】
いくつかの実施形態では、ピストン１２１４および１２２４の各々は、１つ以上のそれぞれのシールリングセットが配置され得る１つ以上の溝を含み得る。例えば、図１２に示されるように、ピストン１２１４および５２４の各々は、シールリングセット１２１２およびシールリングセット１２２２が、それぞれ据え付けられ得る１つの溝を含み得る。さらなる例では、図５に示されていないが、ピストン１２１４は、シールリングセット１２１２の２つのそれぞれの構成要素が据え付けられ得る２つの溝を含み得る。さらなる例では、ピストン１２１４は、それぞれのリングおよびアプリケータ（図示せず）のために構成される２つの溝を含み得る。シールリングセットは、任意の好適な高圧および低圧領域を互いからシールするために使用され得る。例えば、シールリングセット１２８６は、低圧領域１２８９から高圧領域１２８８（例えば、ガスばね）をシールするように構成される。さらなる例では、シールリングセット１２８１は、低圧領域１２８４から高圧領域１２８３（例えば、ガスばね）をシールするように構成される。
【００５８】
いくつかの実施形態では、自由ピストンアセンブリ１２１０および１２２０は、それぞれのステータ１２５２および１２５７と相互作用し、それぞれの線形電磁機械１２５０および１２５５を形成するそれぞれの磁石区分１２５１と１２５６とを含み得る。例えば、自由ピストンアセンブリ１２１０が（例えば、機関サイクルのストローク中）軸１２７２に沿って平行移動するにつれて、磁石区分１２５１は、ステータ１２５２の巻線の中に電流を誘発し得る。さらに、電流は、ステータ１２５２のそれぞれの相巻線に供給され、自由ピストンアセンブリ１２１０上に電磁力を発生させ（例えば、自由ピストンアセンブリ１２１０の運動をもたらし）得る。
【００５９】
いくつかの実施形態では、ピストン１２１４および１２２４、シールリングセット１２１２および１２２２、およびシリンダ１２３０が、ピストンおよびシリンダアセンブリと見なされ得る。いくつかの実施形態では、デバイス１２００は、機関、空気圧縮機、ピストンおよびシリンダアセンブリを有する任意の他の好適なデバイス、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、デバイス１２００は、２つの自由ピストンアセンブリを含む必要はない。例えば、シリンダ１２３０は、閉鎖され得（例えば、シリンダヘッドを用いて）、自由ピストンアセンブリ１２１０のみが、軸１２７２に沿って平行移動し得る。
【００６０】
本開示は、本明細書に説明される実施形態に限定されず、任意の好適なシステムという文脈において実装され得ることを理解されたい。いくつかの好適な実施形態では、本開示は、往復機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、自由ピストン機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復機関および自由ピストン機関等の燃焼および反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、往復圧縮機、自由ピストン熱機関、および自由ピストン圧縮機等の非燃焼および非反応デバイスに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ガスばねに適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、オイルフリー往復および自由ピストン機関および圧縮機に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内部または外部の燃焼もしくは反応を伴うオイルフリー自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、圧縮点火、化学点火（例えば、触媒表面への暴露、自然着火）、プラズマ点火（例えば、火花点火）、熱発火、点火のための任意の他の好適なエネルギー源、またはそれらの任意の組み合わせを用いて動作するオイルフリー自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、ガス燃料、液体燃料、または両方を用いて動作するオイルフリー自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、線形自由ピストン機関に適用可能である。いくつかの実施形態では、本開示は、内部の燃焼／反応を伴う燃焼機関、または（例えば、廃熱等の熱源もしくは燃焼等の外部反応からの）外部熱添加を伴う任意のタイプの熱機関であり得る機関に適用可能である。
【００６１】
前述のものは、本開示の原理を例証するにすぎず、種々の修正が、本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって成され得る。上で説明される実施形態は、限定ではなく、例証の目的のために提示される。本開示は、本明細書に明示的に説明されるもの以外の多くの形態をとることもできる。故に、本開示は、明示的に開示される方法、システム、および装置に限定されず、以下の請求項の精神の範囲内にある変形例およびそれらの修正を含むことが意図されることが強調される。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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