DE102010034870B4

DE102010034870B4 - Piston-piston ring system

Info

Publication number: DE102010034870B4
Application number: DE102010034870.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Bärenreuter
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE102010034870A1

Abstract

Kolben-Kolbenringsystem, beinhaltend einen Kompressionskolbenring, der eine radial äußere Lauffläche (7), eine radial innere Umfangsfläche (8), dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen (9,10) sowie einen Stoß (13) aufweist, wobei innerhalb des Kolbenringquerschnitts mehrere, sich von der oberen (9) bis zur unteren Stirnfläche (10) durchgängig erstreckende als Bohrungen ausgebildete Ausnehmungen eingebracht sind, die so positioniert sind, dass sie im montierten Zustand des Kolbenrings (1) von einer, den Kolbenring (1) aufnehmenden Kolbennut (2) abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere Bohrungen (5) unterschiedlichen Durchmessers jeweils im ersten und vierten Quadranten (I, IV) des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß (13) zugewandten Bereich (14,15), angeordnet sind, dergestalt, dass sich der Durchmesser der Bohrungen (5) mit zunehmendem Abstand zum Stoß (13) verringert.Piston-piston ring system, comprising a compression piston ring, which has a radially outer running surface (7), a radially inner circumferential surface (8), upper and lower end surfaces (9, 10) extending between them and a joint (13), with several, within the piston ring cross section, from the upper (9) to the lower end face (10) continuously extending recesses designed as bores are introduced, which are positioned so that, in the assembled state of the piston ring (1), they are supported by a piston groove (2 ) are covered, characterized in that, seen in the circumferential direction, a plurality of bores (5) of different diameters in the first and fourth quadrants (I, IV) of the piston ring, ie in the area (14, 15) facing the joint (13), in such a way that the diameter of the bores (5) decreases with increasing distance from the joint (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Kolbenringsystem gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a piston-piston ring system according to the generic part of the first claim.

Die EP 1 431 631 A1 offenbart einen Kolbenring, beinhaltend eine radial äußere Lauffläche, eine radial innere Umfangsfläche sowie dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen, wobei ein an der oberen Stirnfläche anstehender Druck, insbesondere Verbrennungsgasdruck, axial in Richtung der unteren Stirnfläche abbaubar ist. Innerhalb des Kolbenringquerschnitts sind laufflächenseitig, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere sich von der oberen bis zur unteren Stirnfläche erstreckende Durchgangsbohrungen vorgebbaren Durchmessers eingebracht, die vorteilhafterweise unter einem vorgebbaren Neigungswinkel von der oberen in Richtung der unteren Stirnfläche verlaufen.The EP 1 431 631 A1 discloses a piston ring comprising a radially outer running surface, a radially inner circumferential surface and upper and lower end surfaces running between them, wherein a pressure present at the upper end surface, in particular combustion gas pressure, can be relieved axially in the direction of the lower end surface. Within the piston ring cross-section, on the running surface side, seen in the circumferential direction, several through bores of predeterminable diameter extending from the upper to the lower end face are introduced, which advantageously run at a predeterminable angle of inclination from the upper towards the lower end face.

Der DE 100 41 803 A1 ist ein Ölabstreifkolbenring für Verbrennungskraftmaschinen zu entnehmen, mit mindestens einem an der Zylinderwand anliegenden Steg und mit über den Umfang verteilt angeordneten, die radiale Wandstärke reduzierenden Ausnehmungen, die von der Ringinnenseite sich radial in Richtung der äußeren Umfangsfläche erstrecken. Die Ausnehmungen sind durch ineinander übergehende unterschiedliche Konturen aufweisende Bereiche gebildet, wobei der ringinnenseitig vorgesehene Bereich eine geringere Schlitzfläche als der sich daran anschließende Bereich aufweist.Of the DE 100 41 803 A1 an oil control piston ring for internal combustion engines can be seen, with at least one web resting on the cylinder wall and with recesses distributed over the circumference that reduce the radial wall thickness and extend radially from the inside of the ring in the direction of the outer circumferential surface. The recesses are formed by areas having different contours merging into one another, the area provided on the inside of the ring having a smaller slot area than the area adjoining it.

Durch die JP S63-176 873 A ist ein Kolbenring bekannt geworden, der einander überlappende Stoßenden aufweist. In Umfangsrichtung dieses Kolbenrings gesehen, sind gleichmäßig verteilt axial sich von der einen zur anderen Stirnfläche des Kolbenrings erstreckende Durchgangsbohrungen eingebracht.Through the JP S63-176 873 A a piston ring has become known which has mutually overlapping butt ends. Viewed in the circumferential direction of this piston ring, through bores extending axially from one end face to the other are made uniformly distributed.

In der US 4 359 229 A wird ein Kolbenring beschrieben, der über den Umfang gesehen, mit mehreren unterschiedlich ausgestalteten sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckenden Schlitzen unterschiedlicher geometrischer Kontur versehen ist.In the U.S. 4,359,229 A a piston ring is described which, viewed over the circumference, is provided with several differently configured slots of different geometrical contours extending from one end face to the other end face.

Die JP H04-19951 U offenbart einen Kolbenring mit überlappenden Stoßendbereichen.The JP H04-19951 U discloses a piston ring with overlapping butt end regions.

Im unteren Stoßendbereich ist mindestens eine Durchgangsbohrung eingebracht, die zumindest partiell vom oberen Stoßende überdeckt wird.In the lower joint end area, at least one through-hole is made, which is at least partially covered by the upper joint end.

Bekanntermaßen neigen Kolbenringe (Kompressionsring oder Ring zweite Nut) dazu, im Motorbetrieb einen verstärkten Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich zu unterliegen.As is known, piston rings (compression ring or ring second groove) tend to be subject to increased wear of the running surface in the area close to the joint during engine operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen verstärkten Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich des Kompressionskolbenrings durch Reduzierung der Anpresskraft im Motorbetrieb zu reduzieren.The invention is based on the object of reducing this increased running surface wear in the region of the compression piston ring close to the joint by reducing the contact pressure during engine operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers jeweils im ersten und vierten Quadranten (I, IV) des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß zugewandten Bereich, angeordnet sind, dergestalt, dass sich der Durchmesser der Bohrungen mit zunehmendem Abstand zum Stoß verringert.This object is achieved according to the invention in that, seen in the circumferential direction, several bores of different diameters in the first and fourth quadrants (I, IV) of the piston ring, i.e. in the area facing the joint, are arranged in such a way that the diameter of the bores decreases with increasing distance from the joint.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous further developments of the subject matter of the invention can be found in the subclaims.

Durch das reduzierte Flächenträgheitsmoment des Querschnitts verringert sich auch die Anpresskraft der Stoßenden, so dass der verstärkt auftretende Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich nicht mehr gegeben ist.The reduced area moment of inertia of the cross section also reduces the contact pressure of the joint ends, so that the increased wear on the running surface in the area near the joint is no longer given.

Abweichend vom Stand der Technik sind die Ausnehmungen als Bohrungen ungleichen Durchmessers ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zur inneren Umfangsfläche verlaufen.In contrast to the prior art, the recesses are designed as bores of unequal diameter, which run essentially parallel to the inner circumferential surface.

Mit dem Erfindungsgegenstand wird eine gezielte Schwächung der Wandstärke des Kolbenrings herbeigeführt, die insbesondere dann am wirkungsvollsten ist, wenn die Bohrungen in der Nähe der Randfaser, hier nahe zum Innendurchmesser des Kolbenrings, eingebracht werden.With the subject matter of the invention, a targeted weakening of the wall thickness of the piston ring is brought about, which is most effective in particular when the bores are introduced near the edge fiber, here near the inner diameter of the piston ring.

Dadurch, dass die Bohrungen dergestalt zwischen der Lauffläche und der inneren Umfangsfläche des Kolbenrings positioniert sind, wird sichergestellt, dass kein erhöhtes Blowby entstehen kann.The fact that the bores are positioned between the running surface and the inner circumferential surface of the piston ring in this way ensures that no increased blowby can occur.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, die Bohrungen, in Umfangsrichtung gesehen, mit gleichem oder ungleichem Abstand zueinander vorzusehen.It is also proposed that the bores, viewed in the circumferential direction, be provided with the same or unequal spacing from one another.

Von weiterem Vorteil ist, dass sich der Durchmesser der Bohrungen mit zunehmendem Abstand zum Stoß verringert.Another advantage is that the diameter of the bores decreases with increasing distance from the joint.

Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, die Bohrungen beliebig am Umfang des Kolbenrings zu positionieren, um die Radialdruckverteilung am Ringumfang in beliebiger Art zu manipulieren. Hierbei ist natürlich darauf zu achten, dass das Biegemoment zum Ringrücken hin zunimmt, da die Gefahr des Ringbruchs nicht in Kauf genommen werden darf.In principle, however, it is also conceivable to position the bores anywhere on the circumference of the piston ring in order to manipulate the radial pressure distribution on the ring circumference in any way. Here, of course, it must be ensured that the bending moment increases towards the back of the ring, since the risk of the ring breaking must not be accepted.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

1 Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystems mit einem Kompressionskolbenring, der in der Nut eines Kolbens eingesetzt ist;
2 Vergrößerte Darstellung des Kolbenrings gemäß 1;
3 Ausführungsform des Erfindungsgegenstands;
4 nicht erfindungsgemäße Ausführungsform

The subject matter of the invention is shown in the drawing using an exemplary embodiment and is described as follows. Show it:

1 Basic sketch of a piston-piston ring system according to the invention with a compression piston ring which is inserted in the groove of a piston;
2 Enlarged representation of the piston ring according to 1 ;
3 Embodiment of the subject matter of the invention;
4th embodiment not according to the invention

1 zeigt das erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystem 1, der in einer zugehörigen Nut 2 eines Kolbens 3 eingesetzt ist. Mit dem Pfeil ist der sich vom Brennraum B in Richtung des Ölraumes O ausbreitende Verbrennungsgasdruck angedeutet, der den Kolbenring 1 an die untere Flanke 4 der Kolbennut 2 anpresst. Erfindungsgemäß ist der Kolbenring 1 mit mehreren Durchgangsbohrungen 5 versehen, die von ihrer Lage her so angeordnet sind, dass sie, in radialer Richtung gesehen, innerhalb der umlaufenden Kante 6 der Kolbennut 2 im Kolbenring 1 eingebracht sind. 1 shows the piston-piston ring system according to the invention 1 that is in an associated groove 2 of a piston 3 is used. The arrow indicates the combustion gas pressure spreading from the combustion chamber B in the direction of the oil chamber O, which is the piston ring 1 on the lower flank 4th the piston groove 2 presses. The piston ring is according to the invention 1 with several through holes 5 provided, which are arranged from their position so that they, seen in the radial direction, within the circumferential edge 6 the piston groove 2 in the piston ring 1 are introduced.

Der Gasdruck wird somit nicht in der Lage sein, unmittelbar durch die Bohrungen 5 in Richtung des Ölraumes O hindurchzutreten.The gas pressure will therefore not be able to flow directly through the holes 5 to pass in the direction of the oil chamber O.

2 zeigt in vergrößerter Form den Kompressionskolbenring des erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystems 1, beinhaltend eine radial äußere Lauffläche 7, eine radial innere Umfangsfläche 8 sowie dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen 9,10. Das Bezugszeichen 11 betrifft die Mittellinie zwischen der Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8. Ebenfalls erkennbar ist eine der Durchgangsbohrungen 5, deren Mittellinie 12 parallel zur Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8 verläuft. Die Bohrung 5 ist hierbei innerhalb des Querschnitts des Kolbenrings so angeordnet, dass zur Lauffläche 7 eine größere Wandstärke a als zur inneren Umfangsfläche 8 verbleibt. Die Schwächung der Wandstärke durch Reduzierung des Flächenträgheitsmomentes ist hierbei am wirkungsvollsten, wenn die Bohrungen 5 in der Nähe der Randfaser, d.h. nahe zur inneren Umfangsfläche 8 des Kolbenrings, eingebracht werden. Die Bohrungen 5 haben unterschiedliche Durchmesser. 2 shows in enlarged form the compression piston ring of the piston-piston ring system according to the invention 1 , including a radially outer running surface 7th , a radially inner peripheral surface 8th as well as upper and lower end faces running in between 9 , 10 . The reference number 11 concerns the center line between the tread 7th and the inner peripheral surface 8th . One of the through holes can also be seen 5 , whose center line 12 parallel to the running surface 7th and the inner peripheral surface 8th runs. The hole 5 is in this case arranged within the cross section of the piston ring that to the running surface 7th a greater wall thickness a than to the inner peripheral surface 8th remains. The weakening of the wall thickness by reducing the area moment of inertia is most effective here when the holes 5 in the vicinity of the edge fiber, ie close to the inner peripheral surface 8th of the piston ring. The holes 5 have different diameters.

3 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, während 4 eine nicht erfindungsgemäße Abbildung ist. Der Kolbenring ist jeweils in der Draufsicht dargestellt. In dieser Darstellung ist auch der Stoß 13 des Kolbenrings erkennbar. In diesen Beispielen sind die Durchgangsbohrungen 5 jeweils im ersten und vierten Quadranten I,IV des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß 13 zugewandten Bereich 14,15, positioniert. 3 shows an embodiment of the subject invention while 4th is a figure not according to the invention. The piston ring is shown in plan view. In this representation is also the shock 13 of the piston ring. In these examples the holes are through 5 in the first and fourth quadrants I, IV of the piston ring, ie in the joint 13 facing area 14th , 15th , positioned.

In 3 ist erkennbar, dass sich die Durchgangsbohrungen 5, ausgehend vom Stoß 13, in Umfangsrichtung vom Durchmesser her verringern, während in 4 Durchgangsbohrungen 5 gleichen Durchmessers vorgesehen sind. Insbesondere in 4 ist die Mittellinie 12 der Durchgangsbohrungen 5 erkennbar, die außerhalb der in 2 erkennbaren Mittellinie 11 zwischen der Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8 angeordnet ist. Hier nicht näher dargestellt ist, dass die Bohrungen 5, in Umfangsrichtung gesehen, mit gleichem oder ungleichem Abstand zueinander positioniert werden können.In 3 it can be seen that the through holes 5 , starting from the shock 13 , in the circumferential direction decrease in diameter, while in 4th Through holes 5 the same diameter are provided. Especially in 4th is the center line 12 the through holes 5 recognizable outside the in 2 recognizable center line 11 between the tread 7th and the inner peripheral surface 8th is arranged. What is not shown here is that the holes 5 , seen in the circumferential direction, can be positioned with the same or unequal spacing from one another.

Claims

Piston-piston ring system, comprising a compression piston ring, which has a radially outer running surface (7), a radially inner circumferential surface (8), upper and lower end surfaces (9, 10) extending between them and a joint (13), with several, within the piston ring cross-section, from the upper (9) to the lower end face (10) continuously extending recesses designed as bores are introduced, which are positioned so that, in the assembled state of the piston ring (1), they are supported by a piston groove (2 ) are covered, characterized in that, seen in the circumferential direction, several bores (5) of different diameters in the first and fourth quadrants (I, IV) of the piston ring, ie in the area (14, 15) facing the joint (13) are such that the diameter of the bores (5) decreases with increasing distance from the joint (13).

Piston-piston ring system according to Claim 1 , characterized in that the bores (5), seen in the circumferential direction, are provided with the same spacing from one another.

Piston-piston ring system according to Claim 1 , characterized in that the bores (5) viewed in the circumferential direction are provided with unequal spacing from one another.