DE112011103828T5

DE112011103828T5 - Kolbenring

Info

Publication number: DE112011103828T5
Application number: DE112011103828T
Authority: DE
Inventors: Akira Iijima; Hirokazu Murata; Michihiro Ito
Original assignee: Isuzu Motors Ltd; Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd; Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: JP5620794B2; US20130234400A1; WO2012067084A1; JP2012107710A

Abstract

Eine Aufgabe besteht darin, einen Kolbenring bereitzustellen, der zur Verminderung der Kolbenreibung zwischen einem Kolben und einer Innenwandfläche eines Zylinders sowie zum Aufrechterhalten der Wirkung der Verminderung der Kolbenreibung in der Lage ist. Der Kolbenring für einen Verbrennungsmotor ist in einer Ringnut des Kolbens montiert und gleitet an der Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders entlang. Der Kolbenring umfasst: mehrere kleine vertiefte Abschnitte, die in einem Fassbreitenbereich auf einer Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt sind, und einen nicht vertieften Abschnittsbereich, in dem keine vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich geformt sind. Der nicht vertiefte Abschnittsbereich ist so eingerichtet, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% in dem Fassbreitenbereich aufweist, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist. Der nicht vertiefte Abschnittsbereich besteht über einen gesamten Querschnitt in einer axialen Richtung des Fassbreitenbereichs.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen reibungsarmen Kolbenring für einen Verbrennungsmotor, der an einer Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders entlang gleitet.
Allgemeiner Stand der Technik
Umweltprobleme der Erderwärmung sind weltweit genau betrachtet worden und die Entwicklung von Technologien zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungsmotoren zum Zweck der Verringerung von CO₂ in der Atmosphäre ist ein ganz entscheidender Punkt. Als eine der Technologien zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ist die Verringerung des Reibungsverlusts von verschiebbaren Teilen zum Einsatz in Motoren und anderem erwünscht. Angesichts dessen sind verschiedene Verfahren bezüglich Material, Oberflächenbehandlung und Umformung von verschiebbaren Teilen, die eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit aufweisen, entwickelt worden, und erzielt die höchste Reibungsminderungswirkung.
Es ist wirkungsvoll, den Reibungsverlust zur Verbesserung der Energieausbeute einer einen Zylinder aufweisenden Vorrichtung zu vermindern, beispielsweise Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors. Es ist insbesondere wirkungsvoll, die Reibung zwischen einer Außenrand-Lauffläche eines Kolbenrings, der sich hin- und herbewegt, und einer Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders zu vermindern. Zur Verminderung der Reibkraft zwischen einem Kolbenring und einer Zylinderbuchse kann die Herabsetzung der Spannung des Kolbenrings erwogen werden. Problematisch ist jedoch, dass die Herabsetzung der Spannung des Kolbenrings eine Verschlechterung der Abdichteigenschaften bewirken und somit einen höheren Verbrauch von Schmiermittel verursachen kann.
In einer solchen Situation sind verschiedene Untersuchungen an Kolbenringen durchgeführt worden, die die Reibkraft sowie den Schmiermittelverbrauch herabsetzen und in Patentliteratur 1 ist ein Kolbenring mit kleinen Vertiefungen auf seiner Außenrand-Lauffläche vorgeschlagen worden. Bei diesem Vorschlag sind die Vertiefungen so auf der Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt, dass eine Kontaktfläche zwischen der Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings und einer Innenwandfläche der Zylinderbuchse verkleinert wird, wodurch die Reibkraft herabgesetzt wird.
In Patentliteratur 2 sind ein Kolbenring mit mehreren Rillen auf seiner Außenrandfläche und ein Kolbenring mit mehreren Vertiefungen auf seiner Außenrandfläche vorgeschlagen worden. Bei diesem Vorschlag sind die Rillen oder die Vertiefungen so auf seiner Außenrandfläche geformt, dass die Laufeigenschaften sowie die Verminderung der Reibung bezüglich der Innenwandfläche der Zylinderbuchse verbessert werden.
Liste der Anführungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2004-60873
Patentliteratur 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift 2010-38295

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei dem in Patentliteratur 1 vorgeschlagenen Kolbenring wird leider nicht darauf eingegangen, wie viele Vertiefungen geformt sind oder wo die Vertiefungen geformt sind. Bei dem in Patentliteratur 2 vorgeschlagenen Kolbenring ist zwar beschrieben, wie viele Vertiefungen geformt sind, allerdings ist in Patentliteratur 2 nur offenbart, dass weniger Vertiefungen in dem unteren Abschnitt als in dem oberen Abschnitt geformt sind, und es ist nichts zu anderen Sachverhalten wie dem Flächenanteil und der Abmessung der Vertiefungen angegeben. Wenn beispielsweise zu viele Vertiefungen auf der Außenrand-Lauffläche geformt sind, verschlechtern sich die Reibkraft sowie die Gasabdicht- und Ölabdichteigenschaften, wodurch wahrscheinlich Abrieb und anderes verursacht werden.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die zur Lösung der Aufgaben nach dem Stand der Technik entstanden ist, besteht in der Bereitstellung eines Kolbenrings mit ausgezeichneten Laufeigenschaften wie beispielsweise Abriebfestigkeit, der in der Lage ist, der Anforderung an geringe Reibung eines Verbrennungsmotors mit einem geringeren Reibungskoeffizienten zu entsprechen, ohne die Gasabdicht- und Ölabdichteigenschaften zu verschlechtern.
Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Erfindung zum Lösen der vorstehenden Aufgaben stellt einen Kolbenring für einen Verbrennungsmotor bereit, der in einer Ringnut eines Kolbens montiert ist und an einer Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders entlang gleitet. Der Kolbenring weist mehrere kleine vertiefte Abschnitte auf, die in einem Fassbreitenbereich des Kolbenrings auf einer Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt sind; und einen nicht vertieften Abschnittsbereich, in dem keine vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich geformt sind, wobei der nicht vertiefte Abschnittsbereich so ausgestaltet ist, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% in dem Fassbreitenbereich aufweist, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist. Der nicht vertiefte Abschnittsbereich besteht über einen gesamten Querschnitt in einer axialen Richtung des Fassbreitenbereichs.
Bei diesem Kolbenring dürfen, in einem Zustand, in dem der Kolbenring in der Ringnut des Kolbens montiert ist und der Kolben in den Zylinder geschoben ist, wenn jede gerade Linie zwischen einer Mittelachse des Zylinders und jedem Außenumfangsrand eines Spalts als Bezugslinie definiert ist, keine vertieften Abschnitte in einem Bereich des Fassbreitenbereichs geformt sein, der durch einen Winkel von weniger als 1° geneigt um die Mittelachse zu jeder Bezugslinie definiert ist.
Bei diesem Kolbenring kann auf dem nicht vertieften Abschnittsbereich eine Hartoxidschicht ausgebildet sein.
Bei diesem Kolbenring können die vertieften Abschnitte so ausgebildet sein, dass sie sich nicht über eine Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche erstrecken, und wenn die Unterkante des Kolbenrings abgeschrägt ist, können die vertieften Abschnitte so ausgebildet sein, dass sie sich nicht über den abgeschrägten Abschnitt erstrecken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Kolbenring der vorliegenden Erfindung sind die vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich derart geformt, dass der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs innerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, wodurch der Anforderung an geringe Reibung ausreichend entsprochen wird. Der nicht vertiefte Abschnittsbereich besteht zudem über den gesamten Querschnitt in der axialen Richtung des Fassbreitenbereichs, wodurch eine Verschlechterung der Gasabdicht- und Ölabdichteigenschaften verhindert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, in der ein Fassbreitenbereich eines Kolbenrings der vorliegenden Erfindung erläutert ist.
2 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, in der die Umgebung eines Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist.
3 ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der die Umgebung eines Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist.
4 ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der die Umgebung des Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist.
5(a) ist eine vereinfachte Darstellung, in der ein Verhältnis zwischen einer Zylindermittelachse O und einem Mittelpunktswinkel dargestellt ist, und 5(b) ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der die Umgebung des Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist, wo keine vertieften Abschnitte in einem Bereich geformt sind, der durch einen Mittelpunktswinkel von weniger als 1° in dem Fassbreitenbereich definiert ist.
6 ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der die Umgebung des Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist, wo die vertieften Abschnitte über eine gesamte Außenrand-Lauffläche geformt sind.
7 ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der die Umgebung einer Unterkante des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist.
8 ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung, in der Beispiele für Formen des vertieften Abschnitts dargestellt sind, der an dem Kolbenring der vorliegenden Erfindung geformt ist.
9(a) und 9(b) sind eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung beziehungsweise eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, in der eine Größe und eine Position des vertieften Abschnitts, der an dem Zylinder der vorliegenden Erfindung geformt ist, erläutert sind.
10 ist eine vereinfachte Darstellung, in der Öffnungen einer Abdeckplatte dargestellt sind, die in Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
11 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, in der eine Konfiguration einer Vorrichtung dargestellt ist, die zum Messen der Kolbenreibung in Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
12 ist ein Diagramm, in dem ein Messergebnis in Beispielen der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
13 ist ein Diagramm, in dem ein Messergebnis in Beispielen der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Der Kolbenring der vorliegenden Erfindung ist ein Kolbenring für einen Verbrennungsmotor, der in einer Ringnut eines Kolbens montiert ist und an einer Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders entlang gleitet; mehrere kleine vertiefte Abschnitte sind in einem Fassbreitenbereich des Kolbenrings auf der Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt; ein nicht vertiefter Abschnittsbereich, in dem keine vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich geformt sind, ist so ausgestaltet, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% in dem Fassbreitenbereich aufweist, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist; und der nicht vertiefte Abschnittsbereich besteht über einen gesamten Querschnitt in einer axialen Richtung des Fassbreitenbereichs.
Der Fassbreitenbereich des Kolbenrings in der vorliegenden Erfindung bezeichnet das in JIS B 8032-6 (1998) angegebene Bezugszeichen h8. Im Fall eines Rechteckrings mit Fassaußenfläche, wie er in 1 dargestellt ist, ist der Fassbreitenbereich 100 nicht immer über eine gesamte Außenrand-Lauffläche 200 ausgebildet, bei einem Abschnitt X an der Außenrand-Lauffläche 200, der in der Zeichnung dargestellt ist, handelt es sich um den Fassbreitenbereich 100. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, in der der Fassbreitenbereich 100 des Kolbenrings 10 erläutert ist. Die vorliegende Ausführungsform wird nachfolgend hauptsächlich unter Verwendung eines Beispiels für einen Kolbenring beschrieben, der die Außenrand-Lauffläche 200 in einer Fassform aufweist, deren Ober- und Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche abgeschrägt sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Das Material zur Verwendung in einem Körper des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt und es kann jedes beliebige Material dafür verwendet werden. Als Material des Kolbenrings kann hauptsächlich beispielsweise Stahl (Stahlwerkstoff) verwendet werden, und als nichtrostender Werkstoff kann SUS440, SUS440B, SUS410, SUS420, SUS304 und Ähnliches verwendet werden oder es kann Stahl 8Cr, Stahl 10Cr, das Material SWOSC-V und SWRH verwendet werden. Es können auch nitrierte Stahlwerkstoffe verwendet werden. Hinsichtlich des Typs des Kolbenrings kann der Kolbenring der vorliegenden Erfindung nicht nur für einen oberen Ring verwendet werden, der als Kompressionsring dient, sondern auch für einen zweiten Ring, der ebenfalls als Kompressionsring dient.
Bezogen auf 2 bis 4 werden vertiefte Abschnitte 3 beschrieben, die in dem Fassbreitenbereich 100 des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung geformt sind. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, in der ein Beispiel für die Umgebung eines Spalts von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist, und 3 und 4 sind vereinfachte Abwicklungsdarstellungen, in denen ein Beispiel für die Umgebung des Spalts des Kolbenrings von dem Außenumfang des Kolbenrings der vorliegenden Erfindung aus betrachtet dargestellt ist.
Wie in 2 dargestellt ist, sind in dem Fassbreitenbereich 100 des Kolbenrings 10 der vorliegenden Erfindung die mehreren kleinen vertieften Abschnitte 3 geformt. Bei dieser Gestaltung wird die Reibkraft der Hin- und Herbewegung zwischen dem Kolbenring 10 und der Innenwandfläche der Zylinderbuchse oder des Zylinders vermindert.
Bei dem Kolbenring 10 der vorliegenden Erfindung ist der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4, in dem keine vertieften Abschnitte 3 in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind, so ausgestaltet, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% in dem Fassbreitenbereich aufweist, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist, und der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 besteht über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs 100. Es sei darauf hingewiesen, dass der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 ein Bereich ist, in dem keine vertieften Abschnitte 3 in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind.
Der Kolbenring 10 der vorliegenden Erfindung, der die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist, kann Abrieb und anderes verhindern, während die Wirkung der Verminderung der Kolbenreibkraft zwischen dem Kolbenring und der Innenwandfläche der Zylinderbuchse oder des Zylinders erhalten bleibt. Wenn der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs 4 weniger als 20% beträgt (der Flächenanteil des vertieften Abschnittsbereichs größer ist), wird die Kontaktfläche zu klein, sodass der Anpressdruck des verschiebbaren Abschnitts merklich zunimmt, wodurch es zu einer Erhöhung der Reibkraft kommt. Wenn der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs 4 andererseits mehr als 85% beträgt (der Flächenanteil des vertieften Abschnittsbereichs geringer ist), kann keine ausreichende Wirkung aus der Formung der vertieften Abschnitte 3 erreicht werden. Wenn der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 nicht über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs 100 besteht, verschlechtern sich die Abdichteigenschaften (Luftdichtigkeit) merklich.
Eine wesentliche Anforderung an den Kolbenring 10 der vorliegenden Erfindung lautet, dass der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs 100 besteht, und die mehreren vertieften Abschnitte 3 sind in dem Fassbreitenbereich 100 so geformt, dass diese Anforderung erfüllt wird.
Das Verfahren zum Erfüllen dieser Anforderung ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt, und wenn, wie in 3(a) dargestellt ist, die vertieften Abschnitte 3 in dem Fassbreitenbereich 100 so geformt sind, dass sie eine kürzere Länge in der axialen Ringrichtung aufweisen als die Länge des Fassbreitenbereichs in der axialen Ringrichtung (L1), kann zum Beispiel zulässig sein, dass der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 unabhängig von der Position, in der die vertieften Abschnitte 3 geformt sind, über den Querschnitt des Fassbreitenbereichs 100 in der axialen Ringrichtung besteht.
3(a) zeigt ein Beispiel für den Kolbenring, der die vertieften Abschnitte 3 aufweist, deren Länge in der axialen Ringrichtung kürzer ist als die Länge des Fassbreitenbereichs in der axialen Ringrichtung (L1), und die über die gesamte Fläche des Fassbreitenbereichs 100 geformt sind, jedoch ist die Gestaltung der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie in 3(b) dargestellt ist, können die vertieften Abschnitte 3 innerhalb der zuvor beschriebenen Anforderung zum Beispiel konzentriert in einem Bereich näher an dem Fassscheitelpunkt in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sein. Soweit die vertieften Abschnitte 3 so in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind, dass sie die vorstehende Anforderung erfüllen, können die vertieften Abschnitte 3 nicht nur innerhalb des Fassbreitenbereichs 100 geformt sein, sondern auch über die gesamte Fläche der Außenrand-Lauffläche 200, wie in 3(c) dargestellt ist.
Im Gegensatz dazu verläuft, wie in 4 dargestellt ist, wenn die vertieften Abschnitte 3b so in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind, dass sie eine längere Länge in der axialen Ringrichtung als die Länge des Fassbreitenbereichs 100 in der axialen Ringrichtung aufweisen, selbst ein einzelner vertiefter Abschnitt 3b über den Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs 100, sodass der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4 nicht in dem Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs 100 bestehen kann, was die Abdichteigenschaften merklich verschlechtert.
Die Anzahl und Form der vertieften Abschnitte, die in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind, sind nicht auf eine bestimmte Anzahl und Form beschränkt, jedoch müssen die Anzahl und Form der vertieften Abschnitte derart angepasst werden, dass der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4, in dem keine vertieften Abschnitte 3 in dem Fassbreitenbereich 100 geformt sind, so ausgestaltet ist, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% an der Gesamtfläche des Fassbreitenbereichs aufweist, von der angenommen wird, dass sie keine vertieften Abschnitte 3 darin aufweist.
Obwohl dies vom Typ eines Motors abhängt, sind die vertieften Abschnitte 3 in der Fassbreite vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 8 bis 50% vom Fassscheitelpunkt aus, bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 8 bis 25% davon, geformt. Die vertieften Abschnitte 3, die an der Stelle näher am Fassscheitelpunkt geformt sind, erzielen eine ausreichende Wirkung der Reibkraftverminderung in der ersten Laufphase, wodurch die Abdichteigenschaften zwischen der Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings und der Innenwandfläche des Zylinders beeinflusst werden. Der Fassscheitelpunkt bezeichnet einen mittigen Abschnitt in der axialen Ringrichtung bei einem symmetrischen Fass und einen Abschnitt, in dem die radiale Länge in der axialen Ringrichtung bei einem exzentrischen Fass am längsten wird.
Wie in 5(a) und 5(b) dargestellt ist, sind in einem Zustand, in dem der Kolbenring an dem Kolben montiert ist und dieser Kolben in den Zylinder geschoben ist, wenn jede gerade Linie zwischen der Mittelachse (O) des Zylinders und jedem Außenumfangsrand (S) des Spalts als Bezugslinie (P) definiert ist, vorzugsweise keine vertieften Abschnitte 3 in einem Bereich in dem Fassbreitenbereich (100Q) geformt, der durch einen Winkel von weniger als 1° geneigt um die Mittelachse (O) zu jeder Bezugslinie (P) definiert ist. Sind in diesem Bereich des Fassbreitenbereichs (100Q) keine vertieften Abschnitte 3 geformt, verringert sich die Möglichkeit, dass es zu einem Problem wie Abrieb aufgrund eines übermäßigen Anstiegs des Anpressdrucks an dem Spalt kommt. 5(a) ist eine vereinfachte Darstellung, in der eine Beziehung der Winkel dargestellt ist, die von der Zylindermittelachse (O), der Bezugslinie (P) und der Bezugslinie (P) definiert werden, und 5(b) ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung der Umgebung des Spalts von dem Außenumfang des Kolbenrings aus betrachtet, in der keine vertieften Abschnitte 3 in dem Bereich in dem Fassbreitenbereich (100Q) geformt sind, der durch einen Winkel von weniger als 1° geneigt um die Mittelachse (O) zu jeder Bezugslinie (P) definiert ist, wenn jede gerade Linie zwischen der Zylindermittelachse (O) und jedem Außenumfangsrand (S) des Spalts als Bezugslinie (P) definiert ist.
Zum Zeitpunkt der Bewegung des Kolbens wird die Oberseite des Kolbenrings mit Verbrennungsdruck beaufschlagt, sodass die Spannungskonzentration wahrscheinlich an der Unterseite des Kolbenrings erfolgt. Wenn die vertieften Abschnitte 3 über die Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche geformt sind, wie in 7(c) dargestellt ist, zerbricht der Kolbenring aufgrund dieser vertieften Abschnitte 3 wahrscheinlich. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts wird es bevorzugt, die Formung der vertieften Abschnitte 3 über die Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche zu verhindern, wie in 7(a) dargestellt ist. Bei Vorliegen eines abgeschrägten Abschnitts im Kontakt mit der Unterkante der Außenrand-Lauffläche, wie in 7(d) dargestellt ist, zerbricht der Kolbenring aufgrund dieser vertieften Abschnitte 3 wahrscheinlich, wenn die vertieften Abschnitte 3 über diesen abgeschrägten Abschnitt geformt sind. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird es bevorzugt, die Formung der vertieften Abschnitte 3 über den abgeschrägten Abschnitt zu verhindern, wie in 7(b) dargestellt ist. 7(a) bis 7(d) sind vereinfachte Abwicklungsdarstellungen, in denen die vertieften Abschnitte dargestellt sind, die in der Umgebung der Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt sind.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorderansichtform (in der Umfangsrichtung des Kolbenrings ausgebreitete Ebene) des vertieften Abschnitts, der in dem Fassbreitenbereich des Kolbenrings geformt ist, nicht auf eine bestimmte beschränkt, und die Form davon kann je nach Anordnung der vertieften Abschnitte entsprechend angepasst werden. Wie in 8(a) bis 8(j) veranschaulicht ist, kann jeder vertiefte Abschnitt zum Beispiel als eine Form aus geraden Linien und/oder gebogenen Linien geformt sein. Der vertiefte Abschnitt kann als eine seitlich lange Form geformt sein, wie in 8(a) bis 8(c) dargestellt ist, als eine senkrecht lange Form, wie in 8(d) bis 8(g) dargestellt ist, oder als eine Form mit einem Seitenverhältnis von im Wesentlichen 1:1, wie in 8(h) bis 8(j) dargestellt ist.
Die durchschnittliche Umfangslänge jedes vertieften Abschnitts liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,01 mm bis 5 mm, bevorzugter innerhalb des Bereichs von 0,01 mm bis 0,3 mm. Wenn die durchschnittliche Umfangslänge jedes vertieften Abschnitts unter diesem Bereich liegt, kann es schwierig sein, eine ausreichende Wirkung der Formung der vertieften Abschnitte zu erzielen. Im Gegensatz dazu kann es, wenn die durchschnittliche Umfangslänge jedes vertieften Abschnitts über diesem Bereich liegt, zu einem Problem wie der Verformung des Kolbenrings kommen.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die durchschnittliche radiale Länge jedes vertieften Abschnitts vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 μm bis 100 μm, und bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 0,5 μm bis 30 μm. Wenn die durchschnittliche radiale Länge jedes vertieften Abschnitts unter diesem Bereich liegt, kann es schwierig sein, eine ausreichende Wirkung der Formung der vertieften Abschnitte zu erreichen. Im Gegensatz dazu kann es, wenn die durchschnittliche radiale Länge jedes vertieften Abschnitts über diesem Bereich liegt, schwierig sein, die vertieften Abschnitte zu fertigen, oder es kann zu einem Problem kommen, das eine Vergrößerung der durchschnittlichen radialen Länge des Kolbenrings erfordert (Erhöhung der Wandstärke). Die durchschnittliche radiale Länge des vertieften Abschnitts sollte entsprechend angepasst werden, sodass die Innenumfangsfläche des vertieften Abschnitts nicht über den Fassbreitenbereich hinausgeht.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die durchschnittliche Umfangslänge (durchschnittliche Umfangslänge des nicht vertieften Abschnittsbereichs) zwischen zwei benachbarten vertieften Abschnitten vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 15 mm, und bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 5 mm. Wenn die durchschnittliche Umfangslänge (durchschnittliche Umfangslänge des nicht vertieften Abschnittsbereichs) zwischen den beiden benachbarten vertieften Abschnitten unter diesem Bereich liegt, wird eine stabile Gleitbewegung zwischen dem Kolbenring und der Innenwandfläche des Zylinders möglicherweise behindert. Im Gegensatz dazu kann es, wenn diese durchschnittliche Umfangslänge zwischen den beiden benachbarten vertieften Abschnitten über diesem Bereich liegt, schwierig sein, eine ausreichende Wirkung der Formung der vertieften Abschnitte zu erreichen.
Jede Durchschnittslänge des vertieften Abschnitts in der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet die Durchschnittslänge jedes Teils davon, wie in 9 dargestellt ist. 9(a) ist eine vereinfachte Abwicklungsdarstellung der axialen Richtung des Kolbenrings im Fassbreitenbereich, die in der senkrechten Zeichnungsrichtung betrachtet wird. 9(b) ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung des Fassbreitenbereichs in der Umfangsrichtung. Die durchschnittliche axiale Länge des vertieften Abschnitts bezeichnet den Durchschnitt der Länge des vertieften Abschnitts in der axialen Richtung des Kolbenrings, wie in 9(a) veranschaulicht ist.
Die durchschnittliche Umfangslänge des vertieften Abschnitts bezeichnet den Durchschnitt der Länge des vertieften Abschnitts in der Umfangsrichtung des Zylinders, wie in 9(a) veranschaulicht ist. Wie in 9(b) veranschaulicht ist, bezeichnet die durchschnittliche Umfangslänge des vertieften Abschnitts den Durchschnitt der Länge der Öffnungsfläche, die von dem vertieften Abschnitt gebildet wird.
Die durchschnittliche radiale Länge des vertieften Abschnitts bezeichnet den Durchschnitt der Länge vom Boden des vertieften Abschnitts zum nicht vertieften Abschnittsbereich, wie in 9(b) veranschaulicht ist. Die durchschnittliche Umfangslänge zwischen den vertieften Abschnitten (Durchschnittslänge des nicht vertieften Abschnittsbereichs) bezeichnet den Durchschnitt des Zwischenraums zwischen den benachbarten vertieften Abschnitten, wie in 9(a) und 9(b) veranschaulicht ist.
Im Hinblick auf die Reibkraftverminderung der Hin- und Herbewegung zwischen dem Kolbenring und der Innenwandfläche der Zylinderbuchse beträgt in der vorliegenden Ausführungsform die Zehnpunkthöhe (Rz) in dem nicht vertieften Abschnittsbereich 4 vorzugsweise 3,2 μm oder weniger und bevorzugter 1,6 μm oder weniger. Die Zehnpunkthöhe Rz ist in JIS B0601-1994 festgelegt.
(Formverfahren für vertiefte Abschnitte)
Das Verfahren zum Formen der vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders eingeschränkt und es kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, soweit die vertieften Abschnitte so geformt werden können, dass sie die vorliegenden Anforderungen erfüllen.
Es können beispielsweise die folgenden Verfahren verwendet werden: ein Strahlbearbeitungsverfahren zum Formen der vertieften Abschnitte durch Aufblasen von Schleifkörnern nach Aufbringen der Abdeckung; ein Verfahren zum Formen der vertieften Abschnitte durch Einlegen des Kolbenrings in eine korrosive Lösung nach dem Aufbringen der Abdeckung; oder ein Korrosionsbehandlungsverfahren zum Verwenden einer korrosiven Lösung statt der Verwendung einer Tinte beim Hochdruck.
Auf dem Fassbreitenbereich des Kolbenrings kann mit Hartoxidbeschichtungsverfahren wie verschiedenen physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) und chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) eine Hartoxidschicht gebildet werden, und anschließend werden die vertieften Abschnitte in der zuvor erwähnten Art geformt. Bei diesem Verfahren wird die Hartoxidschicht auf dem nicht vertieften Abschnittsbereich 4 gebildet, wodurch die Verschleißfestigkeit des nicht vertieften Abschnittsbereichs 4 verbessert wird. Als Hartoxidschicht kann eine PVD-Schicht oder eine CVD-Schicht gebildet werden, oder es kann eine DLC-Schicht (diamantähnlicher Kohlenstoff) auf der PVD-Schicht oder CVD-Schicht gebildet werden, und anschließend können die vertieften Abschnitte auf die zuvor erwähnte Art geformt werden. Die DLC-Schicht ist reibungsarm und deshalb vermindert diese Beschichtung die Reibkraft weiter.
Bei dem Kolbenring der vorliegenden Ausführungsform können die vertieften Abschnitte darauf folgend in dem Fassbreitenbereich geformt werden und es ist möglich, dass die vertieften Abschnitte im Herstellungsschritt nicht immer durch Entfernen der Oberfläche des Kolbenrings geformt werden. Umgekehrt können vorstehende Abschnitte (der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4) auf der Oberfläche des Kolbenrings geformt werden und infolgedessen können andere Abschnitte als die vorstehenden Abschnitte (der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4) als die vertieften Abschnitte verwendet werden. Insbesondere kann in diesem Fall, nachdem eine vorher festgelegte Abdeckung aufgebracht ist, die Hartoxidschicht mit verschiedenen PVD-Verfahren und CVD-Verfahren so gebildet werden, dass es sich dabei um die vorstehenden Abschnitte (den nicht vertieften Abschnittsbereich 4) handelt.
(Oberflächenbehandlung im nicht vertieften Abschnittsbereich)
Wie zuvor erwähnt, erhöht sich durch die Formung der vertieften Abschnitte 3 in dem Fassbreitenbereich 100 der Anpressdruck am Außenumfang des Kolbenrings, wodurch der Verschleiß an der Umfangsfläche des Kolbenrings begünstigt wird. Die Reibkraft wird während der Hin- und Herbewegung des Kolbenrings wahrscheinlich an einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt größer. Unter Berücksichtigung dieser Sachverhalte erfolgt die Oberflächenbehandlung vorzugsweise an dem nicht vertieften Abschnittsbereich 4, um die Reibkraft an der Außenrandfläche des Kolbenrings zu vermindern und die Reibkraft am oberen und unteren Totpunkt zu vermindern. Ein Beispiel für eine solche Oberflächenbehandlung kann ein Verfahren zum Bilden, auf dem nicht vertieften Abschnittsbereich 4, einer verschleißfesten und reibungsarmen DLC-Schicht (diamantähnlicher Kohlenstoff) als Hartoxidschicht oder einer PVD-Schicht mit hoher Verschleißfestigkeit sein. In der vorliegenden Erfindung wird besonders bevorzugt, eine solche Behandlung vorzusehen, bei der eine PVD-Schicht auf der Basis von Cr-Ni oder Ti-Ni auf dem nicht vertieften Abschnittsbereich 4 gebildet wird, und ferner eine DLC-Schicht auf dieser PVD-Schicht gebildet wird. Die Lauffläche des Fassbreitenbereichs 100 breitet sich in der radialen Richtung aufgrund der Längsbewegung des Kolbens allmählich aus, und es wird deshalb bevorzugt, die vorstehende Oberflächenbehandlung auch auf der Außenrand-Lauffläche 200 vorzunehmen. Diese Behandlung ist unnötig, wenn die vertieften Abschnitte geformt werden, nachdem die Hartoxidschicht auf dem Fassbreitenbereich des Kolbenrings gebildet ist, oder die vorstehenden Abschnitte (der nicht vertiefte Abschnittsbereich 4) mit der Hartoxidschicht geformt werden, wie zuvor beschrieben ist.
(Oberflächenbehandlung der Innenumfangsfläche des vertieften Abschnitts)
Das Schmieröl wird während der Längsbewegung in der Innenumfangsfläche jedes vertieften Abschnitts gehalten. Wenn das in der Innenumfangsfläche der vertieften Abschnitte gehaltene Schmieröl oxidativ zersetzt wird, wird Ruß erzeugt, der hauptsächlich Kohlenstoff enthält, und der erzeugte Ruß haftet an der Innenumfangsfläche der vertieften Abschnitte und dann kommt allmählich weiterer Ruß zu dem Ruß hinzu, der an der Innenumfangsfläche der vertieften Abschnitte haftet und als Grundlage für die Ansammlung dient. Wenn der angesammelte Ruß zum Verstopfen der vertieften Abschnitte führt, wird der Kontaktbereich zwischen dem Kolbenzylinder und der Zylinderbuchse größer, sodass die Wirkung der Verminderung der Kolbenreibung, die durch die Formung der vertieften Abschnitte erreicht wird, nicht lange aufrechterhalten werden kann.
Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts wird bevorzugt, eine Oberflächenbehandlung auf der Innenfläche der vertieften Abschnitte vorzunehmen, mit der verhindert wird, dass das Schmiermittel lange an der Oberfläche der vertieften Abschnitte gehalten wird. Ein Beispiel für eine solche Oberflächenbehandlung kann ein Verfahren zum Aufbringen eines Harzes mit ölabweisenden Eigenschaften oder eine Phosphatierungsbehandlung zum Erzeugen einer Phosphatschicht auf der Innenfläche der vertieften Abschnitte umfassen. Bei der Phosphatierungsbehandlung handelt es sich um eine chemische Behandlung, um auf einer Metalloberfläche unter Verwendung einer Phosphatbehandlungsflüssigkeit chemisch eine Phosphatschicht zu erzeugen. Ein Beispiel für das Harz mit den ölabweisenden Eigenschaften kann beispielsweise Fluorkunststoff oder Ähnliches umfassen.
[Beispiel]
Eine weitere konkrete Erläuterung zur vorliegenden Erfindung erfolgt durch die nachstehende Beschreibung von Beispielen und Vergleichsbeispielen.
Kolbenringe wurden mit dem folgenden Verfahren so bearbeitet, dass sie die vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich aufweisen.
<Maschinelle Bearbeitung des Kolbenrings>
(Herstellung des Kolbenrings vor der maschinellen Bearbeitung)
Kolbenringe wurden, bevor keine vertieften Abschnitte geformt wurden, unter folgender Bedingung hergestellt.
Material: SUS410J1
Form: Fassform
Außendurchmesser (D): 95,4 mm
Axiale Höhe (h1): 2 mm
Radiale Breite (a1): 2,55 mm
Aussparung am oberen und unteren abgeschrägten Abschnitt: 0,2 mm
Axiale Länge des Fassbreitenbereichs 100: 1,2 mm
Jeder Kolbenring wurde bei einer Temperatur von 550°C fünf Stunden lang gasnitriert und anschließend wurde auf seine Außenrand-Lauffläche eine Cr-B-N-Schicht aufgebracht. Die Vickers-Härte betrug 1800 Hv (0,1).
(Herstellung der Abdeckplatte)

Die Abdeckplatten 1 bis 7 wurden mit Öffnungen, von denen jede eine sechseckige Form aufweist, wie in 10(a) dargestellt ist, mit den in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellten Abmessungen hergestellt. Jede der hier verwendeten Abdeckplatten 1 bis 7 wurde aus S45C hergestellt und wies eine Stärke von 0,1 mm auf. In jeder der Abdeckplatten 1 bis 7 sind in einem Zustand, in dem der Kolbenring an der Ringnut des Kolbens montiert ist und dieser Kolben in den Zylinder geschoben ist, wenn jede gerade Linie zwischen der Mittelachse des Zylinders und jedem Außenumfangsrand des Spalts als Bezugslinie definiert ist, die Öffnungen in einem anderen Bereich als einem Bereich im Fassbreitenbereich geformt, der durch einen Winkel von weniger als 5° geneigt um die Mittelachse zu jeder Bezugslinie definiert ist. [Tabelle 1]

	Abmessung (mm)
	f1	f2	f3
Abdeckplatte 1	0,19	1,1	0,57
Abdeckplatte 2	0,19	0,82	0,57
Abdeckplatte 3	0,19	0,25	0,29
Abdeckplatte 4	0,19	0,21	0,29
Abdeckplatte 5	0,19	1,76	0,29
Abdeckplatte 6	0,19	0,19	0,29
Abdeckplatte 7	1,3	0,24	0,99

(Formen vertiefter Abschnitte)

(1) Ein Werkstück wurde derart hergestellt, dass Abstandsringe und die Kolbenringe, bevor ihre Außenrand-Laufflächen auf vorstehende Weise bearbeitet wurden, abwechselnd um ein Rohr herum angebracht wurden, und um den Außenrand des Kolbenrings wurde die Abdeckplatte 1 gewickelt. Anschließend wurde ein Befestigungsring um den Außenrand der Abdeckplatte gelegt, um die Abdeckplatte zu fixieren und zu verhindern, dass sie sich bewegt. Bei diesem Beispiel war die Abdeckplatte zwischen dem Abstandsring und dem Fixierring eingeklemmt.
(2) Das Werkstück wurde auf einen Drehtisch des Strahlgeräts platziert und wurde unter der folgenden Bedingung auf der Abdeckplatte gestrahlt, wodurch die vertieften Abschnitte geformt wurden.

<Bedingungen für maschinelle Bearbeitung>

Schleifmaterial: Aluminiumoxid Strahldruck: 0,1 MPa
Drehzahl des Werkstücks: 298 U/min
Abstand zwischen Pistole und Werkstück: 40 mm
Senkrechte Vorschubgeschwindigkeit der Pistole: 164 mm/min
Strahldurchmesser der Pistole: 8 mm Bewegungstakt der Pistole: 3
Strahldauer: 8 min

(3) Das Werkstück wurde von dem Drehtisch genommen und die Abdeckplatte abgenommen und dann wurde der Kolbenring, an dem die vertieften Abschnitte geformt waren, von dem Rohr abgenommen. Ein Kolbenring mit den vertieften Abschnitten, die durch diese Abdeckplatte 1 geformt wurden, wurde als Kolbenring für Beispiel 1 verwendet.
(4) Die vorstehenden Schritte (1) bis (3) wurden auch im Fall der Abdeckplatten 2 bis 7 durchgeführt. Als die jeweiligen Kolbenringe für Beispiel 2 bis 4 wurden Kolbenringe verwendet, an denen die vertieften Abschnitte durch die Abdeckplatten 2 bis 4 geformt wurden. Ein Kolbenring, an dem keine vertieften Abschnitte geformt waren, wurde für Vergleichsbeispiel 1 verwendet. Als die jeweiligen Kolbenringe für Vergleichsbeispiel 2 bis 4 wurden Kolbenringe verwendet, an denen die vertieften Abschnitte durch die Abdeckplatten 5 bis 7 geformt wurden.

Bei jedem der Kolbenringe von Beispiel 1 bis 4 und Vergleichsbeispiel 2 und 3 wurden die vertieften Abschnitte so geformt, dass sich die Mitte eines Bereichs der vertieften Abschnitte in der Mitte der axialen Breite des Fassbreitenbereichs befand und jeder vertiefte Abschnitt eine sechseckige Form aufwies und jeder vertiefte Abschnitt eine axiale Länge von 0,19 mm, eine Umfangslänge von 0,16 mm und eine radiale Länge von 10 μm aufwies. Insbesondere wurden die vertieften Abschnitte bei jedem der Kolbenringe für Beispiel 1 bis 4 und Vergleichsbeispiel 2 und 3 so geformt, dass sie nicht durch den Fassbreitenbereich verliefen (der nicht vertiefte Abschnittsbereich war über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs vorhanden). Die Abmessung des vertieften Abschnitts ist ein Durchschnittswert aus Messwerten für beliebige fünf vertiefte Abschnitte.
Bei dem Kolbenring für Vergleichsbeispiel 4 wurden die vertieften Abschnitte so geformt, dass sich die Mitte eines Bereichs der vertieften Abschnitte in der Mitte der axialen Breite des Fassbreitenbereichs befand und jeder vertiefte Abschnitt eine sechseckige Form aufwies und jeder vertiefte Abschnitt eine axiale Länge von 1,30 mm, eine Umfangslänge von 0,16 mm und eine radiale Länge von 10 μm aufwies. Die vertieften Abschnitte bei dem Kolbenring für Vergleichsbeispiel 4 wurden insbesondere so geformt, dass sie durch den Fassbreitenbereich verliefen.
(Messung des Flächenanteils des nicht vertieften Abschnittsbereichs)
Die Messung erfolgte am Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs ohne vertiefte Abschnitte in dem Fassbreitenbereich, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt wurden, als 100% definiert war. In einem Zustand, in dem der Kolbenring in einer Ringnut des Kolbens montiert ist und dieser Kolben in den Zylinder geschoben ist, wenn jede gerade Linie zwischen der Mittelachse des Zylinders und jedem Außenumfangsrand des Spalts als Bezugslinie definiert ist, wurden keine vertieften Abschnitte in einem Bereich in dem Fassbreitenbereich geformt, der durch einen Winkel von weniger als 5° geneigt um die Mittelachse zu jeder Bezugslinie definiert ist.
<Messergebnis>
Der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs ohne vertiefte Abschnitte in dem Fassbreitenbereich, wobei der Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt wurden, als 100% definiert war, betrug 90% bei dem Kolbenring für Vergleichsbeispiel 2, 85% bei dem Kolbenring für Beispiel 1, 80% bei dem Kolbenring für Beispiel 2, 50% bei den Kolbenringen für Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4, 20% bei dem Kolbenring für Beispiel 4 und 15% bei dem Kolbenring für Vergleichsbeispiel 3. Der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs bei dem Kolbenring für Vergleichsbeispiel 1 (dem Kolbenring ohne vertiefte Abschnitte) betrug 100%.
(Versuch 1)
<Messung der Kolbenreibkraft>
Die Kolbenreibkraft (N) von jedem der Kolbenringe für Beispiel 1 bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 bis 3 wurden unter Verwendung einer in 11 dargestellten Vorrichtung gemessen. Die Messergebnisse der Kolbenreibkraft davon sind in 12 dargestellt. Jedes Reibkraftverhältnis ist in 12 dargestellt, wobei die Reibkraft des herkömmlichen Kolbenrings ohne vertieften Abschnitt (der Kolbenring für Vergleichsbeispiel 1 (der Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs beträgt 100%)) als 1,00 definiert ist. Die Drehzahl während der Messung der Kolbenreibkraft betrug 700 U/min, die Umgebungstemperatur um jeden Kolbenring herum betrug 80°C und für die Ölversorgung wurde ein Öl mit einer SAE-Viskosität von 10W-30 verwendet.
(Versuch 2)
<Blowby-Gas-Test>
Im Anschluss an Versuch 1 wurden die Kolbenringe an eine echte Maschine montiert, um einen Blowby-Gas-Test durchzuführen. Als echte Maschine wurde insbesondere ein Dieselmotor mit folgenden Eigenschaften verwendet: Der Hubraum betrug 3000 cm³, die Anzahl der Zylinder betrug 4, der Zylinderdurchmesser betrug 95,4 mm, der Hub betrug 104,9 mm. Die Drehzahl wurde auf 3600 U/min eingestellt und die Wassertemperatur wurde auf 80°C eingestellt.
Der Kolbenring wurde von drei Ringen gebildet und die Kolbenringe für Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 wurden als erster Kompressionsring verwendet, ein Minutenring mit Fase wurde als zweiter Kompressionsring verwendet und ein zweiteiliger Ölabstreifring mit einer Schlauchfeder und einem Ölabstreifringkörper wurde als Ölabstreifring verwendet. 13 zeigt das Messergebnis des Blowby-Gas-Tests, bei dem die Kolbenringe für Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 als erster Kompressionsring verwendet wurden. 13 zeigt jedes Verhältnis aus der Blowby-Gasmenge zur Blowby-Gasmenge eines herkömmlichen Kolbenrings ohne vertiefte Abschnitte (der Kolbenring für Vergleichsbeispiel 1), die als 1 definiert wurde.
Wie in 12 ersichtlich ist, wird festgestellt, dass der Kolbenring mit dem nicht vertieften Abschnittsbereich, dessen Flächenanteil im Fassbreitenbereich außerhalb des Bereichs von 20 bis 85% liegt, wobei der Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt wurden, als 100% definiert ist, nicht die Wirkung der Reibkraftverminderung erreichen kann.
Wie in 13 ersichtlich ist, wird festgestellt, dass bei dem Kolbenring mit den vertieften Abschnitten, die durch den Fassbreitenbereich verlaufen (über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs ist kein nicht vertiefter Abschnittsbereich vorhanden), die Blowby-Gasmenge zunimmt.
Als Ergebnisse von Versuch 1 und 2 wird festgestellt, dass bevorzugt wird, den Flächenanteil des nicht vertieften Abschnittsbereichs 4 ohne vertieften Abschnitt im Fassbreitenbereich so anzupassen, dass er innerhalb des Bereichs von 20 bis 85% liegt, wobei der Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist, und es wird ebenfalls bevorzugt, den nicht vertieften Abschnittsbereich so anzupassen, dass er über den gesamten Querschnitt in der axialen Ringrichtung des Fassbreitenbereichs besteht.
Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die zuvor genannten Beispiele beschränkt. In den zuvor genannten Beispielen wurde zum Beispiel das Strahlbearbeitungsverfahren zum Formen der vertieften Abschnitte verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es kann stattdessen ein Verfahren zum Verwenden einer korrosiven Lösung zum Formen der vertieften Abschnitte verwendet werden. Bei den zuvor genannten Beispielen wurden die Abdeckplatten verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es können stattdessen aus Harz hergestellte Abdeckfolien verwendet werden.
Bezugszeichenliste

2: Spalt
3: Vertiefter Abschnitt
4: Nicht vertiefter Abschnittsbereich
10: Kolbenring
100: Fassbreitenbereich
200: Außenrand-Lauffläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B 8032-6 (1998) [0028]
JIS B0601-1994 [0049]
SAE-Viskosität von 10W-30 [0066]

Claims

Kolbenring für einen Verbrennungsmotor, der in einer Ringnut eines Kolbens montiert ist und an einer Innenwandfläche einer Zylinderbuchse oder eines Zylinders entlang gleitet, wobei der Kolbenring Folgendes umfasst: mehrere kleine vertiefte Abschnitte, die in einem Fassbreitenbereich des Kolbenrings auf einer Außenrand-Lauffläche des Kolbenrings geformt sind, und einen nicht vertieften Abschnittsbereich, in dem keine vertieften Abschnitte in dem Fassbreitenbereich geformt sind, wobei der nicht vertiefte Abschnittsbereich so eingerichtet ist, dass er einen Flächenanteil innerhalb eines Bereichs von 20 bis 85% in dem Fassbreitenbereich aufweist, wobei ein Flächenanteil des Fassbreitenbereichs, bevor die vertieften Abschnitte geformt werden, als 100% definiert ist, wobei der nicht vertiefte Abschnittsbereich über einen gesamten Querschnitt in einer axialen Richtung des Fassbreitenbereichs besteht.
Kolbenring nach Anspruch 1, wobei in einem Zustand, in dem der Kolbenring in der Ringnut des Kolbens montiert ist und der Kolben in den Zylinder geschoben ist, wenn jede gerade Linie zwischen einer Mittelachse des Zylinders und jedem Außenumfangsrand eines Spalts als Bezugslinie definiert ist, keine vertieften Abschnitte in einem Bereich des Fassbreitenbereichs geformt sind, der durch einen Winkel von weniger als 1° geneigt um die Mittelachse zu jeder Bezugslinie definiert ist.
Kolbenring nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei auf dem nicht vertieften Abschnittsbereich eine Hartoxidschicht ausgebildet ist.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vertieften Abschnitte so ausgebildet sind, dass sie sich nicht über eine Unterkante in der axialen Richtung der Außenrand-Lauffläche erstrecken.
Kolbenring nach Anspruch 4, wobei die vertieften Abschnitte so ausgebildet sind, dass sie sich nicht über den abgeschrägten Abschnitt erstrecken, wenn die Unterkante des Kolbenrings abgeschrägt ist.