DE102012013803A1 - Piston ring for combustion engine, has transition area forming sharp striking edge in contact area from lower flank area, while curved shell surface extending in direction of upper flank area is protruded from striking edge - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenring für eine Brennkraftmaschine gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a piston ring for an internal combustion engine according to the generic part of the first claim.
Vielfach werden Kolben für Brennkraftmaschinen mit drei axial übereinander angeordneten Kolbenringen ausgerüstet, wobei die dem Brennraum zugewandten oberen Ringe als Kompressionsringe und der, einem Ölraum zugewandte untere Kolbenring als Ölabstreifkolbenring fungiert.Pistons for internal combustion engines are often equipped with three axially superimposed piston rings, wherein the upper ring facing the combustion chamber acts as compression rings and the lower piston ring facing an oil chamber acts as an oil control piston ring.
Kompressionsringe der zweiten Nut haben sowohl die Aufgabe, ergänzend zum (ersten) Kompressionsring den Brennraum gegenüber dem Kurbelgehäuse abzudichten als auch zusammen mit dem Ölabstreifring (dritter Ring) den Schmierfilm an der Zylinderwand zu regulieren.Compression rings of the second groove have both the task, in addition to the (first) compression ring to seal the combustion chamber relative to the crankcase as well as together with the oil control ring (third ring) to regulate the lubricating film on the cylinder wall.
Um die Ölabstreifwirkung zu gewährleisten, soll der Ring beim Aufwärtshub auf dem Ölfilm aufschwimmen und beim Abwärtshub das Öl Richtung Ölraum, in der Regel durch ein Kurbelgehäuse definiert, abstreifen.In order to ensure the oil wiping effect, the ring should float on the oil film during the upstroke and, on the downstroke, strip off the oil towards the oil chamber, usually defined by a crankcase.
Die Geometrie des Kolbenrings ist dabei so zu gestalten, dass das Funktionsverhalten unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gleichbleibend gut gewährleistet ist.The geometry of the piston ring is to be designed so that the functional behavior is consistently ensured under all operating conditions of the internal combustion engine.
Kompressionsringe der zweiten Nut werden heute in der Regel mit Minuten versehen oder (bei einfachen Zweitaktmotoren) in zylindrischer Form ausgebildet. Man unterscheidet dabei zwischen Minuten- und Nasen-Minutenringen. Beide Bauformen zeichnen sich durch eine konische, d. h. geradlinig verlaufende Lauffläche, bedarfsweise mit teilweiser zylindrischer Kontaktfläche (so genannte Anläppung) aus.Compression rings of the second groove are usually provided with minutes today or formed (in simple two-stroke engines) in a cylindrical shape. A distinction is made between minute and nasal minute rings. Both designs are characterized by a conical, d. H. rectilinear running surface, if necessary with partial cylindrical contact surface (so-called luffing).
Die angesprochene Konizität gewährleistet, dass beim Aufwärtshub der Ring auf dem Ölfilm aufschwimmen kann.The mentioned conicity ensures that during the upstroke the ring can float on the oil film.
Es ist des Weiteren bekannt, dass Kolbenringe mit einer flachen Konizität grundsätzlich zu einem besseren Aufschwimmen tendieren. Aus diesem Grund werden die Konizitäten tendenziell immer flacher vorgesehen. Hiermit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass die Spaltöffnung an der Topseite (brennraumseitig) des Kolbenrings immer geringer wird, so dass der Ölfilm nicht mehr vollständig in den gebildeten Keil eindringen kann. Im Betriebszustand des Kolbenrings bewirkt dies, dass der Kolbenring brennraumseitig eine Schmierfilmwelle vor sich herschiebt.It is also known that piston rings with a flat conicity generally tend to better float. For this reason, the tapering tends to be flatter. This, however, has the disadvantage that the gap opening on the top side (combustion chamber side) of the piston ring becomes ever smaller, so that the oil film can no longer completely penetrate into the formed wedge. In the operating state of the piston ring, this causes the piston ring on the combustion chamber side to push a lubricating film shaft in front of it.
Die
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenring, insbesondere für die zweite Nut eines Kolbens, für eine Brennkraftmaschine laufflächenseitig so zu gestalten, dass bei guter Ölabstreif- und Abdichtwirkung im Abwärtshub dennoch ein optimales Aufschwimmen des Rings unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.The invention has for its object to make a piston ring, in particular for the second groove of a piston for an internal combustion engine tread side so that with good Ölabstreif- and Abdichtwirkung in the downstroke an optimal floating of the ring is guaranteed under all operating conditions of the internal combustion engine.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Übergangsbereich vom unteren Flankenbereich in die Lauffläche eine scharfe Abstreifkante bildet, von welcher ausgehend eine sich in Richtung des oberen Flankenbereichs erstreckende gekrümmte Mantelfläche verläuft, dergestalt, dass zwischen der Abstreifkante und dem Einlaufbereich der Mantelfläche in den oberen Flankenbereich ein Spalt mit einer maximalen Breite ≤ 0,5 mm gebildet ist.The object is achieved in that the transition region from the lower flank region into the running surface forms a sharp scraper edge, from which a curved lateral surface extending in the direction of the upper flank region extends, such that between the scraper edge and the inlet region of the lateral surface into the upper flank region a gap with a maximum width ≤ 0.5 mm is formed.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the subject invention can be found in the dependent claims.
Durch diese neuartige Laufflächengeometrie kann das Funktionsverhalten des Kolbenrings unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gleichbleibend gut sichergestellt werden.Due to this novel tread geometry, the functional behavior of the piston ring can be ensured consistently well under all operating conditions of the internal combustion engine.
Während bei einem Kolbenring mit einer axialen Bauhöhe von 2 mm und einer laufflächenseitigen Konizität von 2,0° ein Eindringspalt von etwa 0,07 mm entsteht, kann bei gleicher Bauhöhe und gewählter gekrümmter Mantelfläche ein Spalt mit einer Breite ≤ 0,5 mm gebildet werden. While in a piston ring with an axial height of 2 mm and a tread-side taper of 2.0 °, an indentation gap of about 0.07 mm, a gap with a width ≤ 0.5 mm can be formed at the same height and selected curved lateral surface ,
Die Krümmung ist hierbei so auszuführen, dass sie am Punkt der unteren scharfen Abstreifkante quasi parallel zur Zylinderwand des umgebenden Zylinders verläuft und sich in Richtung des oberen Flankenbereichs überproportional von der Zylinderwand entfernt.The curvature here is to be designed so that it runs at the point of the lower sharp wiper edge quasi parallel to the cylinder wall of the surrounding cylinder and disproportionately away in the direction of the upper edge region of the cylinder wall.
Die Krümmung kann beispielsweise kreisförmig, eine Parabel oder eine Ellipse sein oder eine andere kurvenförmige Kontur aufweisen.The curvature may, for example, be circular, a parabola or an ellipse or have a different curved contour.
Durch diese Ausführung ist sichergestellt, dass topseitig, d. h. brennraumseitig, eine große Spaltöffnung vorhanden ist, die den Ölfilm aufnehmen kann. Andererseits wird der Spaltwinkel Richtung Abstreifkante extrem gering (gegen 0), so dass ein bestmögliches Aufschwimmverhalten des Rings auf dem Schmierfilm gewährleistet wird.This design ensures that topside, d. H. on the combustion chamber side, a large gap opening is present, which can absorb the oil film. On the other hand, the gap angle towards the scraping edge becomes extremely small (towards 0), so that the best possible floating behavior of the ring on the lubricant film is ensured.
Beispielsweise durch unterschiedliche Radien der Lauffläche kann man unterschiedlichen Schmierstoffsituationen oder axialen Bauhöhen des Kolbenrings gerecht werden.For example, by different radii of the tread you can meet different lubricant situations or axial heights of the piston ring.
Der Kolbenring ist sowohl als nasenförmiger Ring (mit und ohne Hinterschnitt) als auch ohne radialen Einstich ausführbar.The piston ring is executable both as a nose-shaped ring (with and without undercut) and without radial puncture.
Die Ausführung des Kolbenrings ist grundsätzlich unabhängig vom Grundwerkstoff des Kolbenrings. Die gekrümmte Mantelfläche der Lauffläche kann sowohl unbeschichtet bleiben als auch beschichtet (vollständig oder teilweise) werden.The design of the piston ring is basically independent of the base material of the piston ring. The curved surface of the tread can be both uncoated and coated (completely or partially).
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:The subject invention is illustrated by means of an embodiment in the drawing and will be described as follows. Show it:
Der Kolbenring
Durch die erfindungsgemäße Laufflächenkontur ist gewährleistet, dass im oberen Flankenbereich
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 2002-039384 A [0009] JP 2002-039384A [0009]
- EP 2045488 B1 [0010] EP 2045488 B1 [0010]
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