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Die vorliegende Erfindung betrifft einen einteiligen Ölkontrollring, der, selbst in der Anfangszeit des Motorbetriebes, niedrige Tangentialkraftwerte aufweist, was einen verringerten Ölverbrauch aufrecht erhält. Bedingt durch die niedrigen Tangentialkraftwerte sorgt der vorliegende Ring für eine erhebliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, was seine Anwendung in neuen Motoren und auch als Nachrüstprodukt vorteilhaft macht.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Verbrennungsmotoren sind Energiewandlungsmechanismen, die in der überwiegenden Mehrheit der Kraftfahrzeuge verwendet werden, und umfassen grundlegend zwei Hauptteile: einen oder mehrere Zylinderköpfe und den Motorblock. An der Basis des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderköpfe befinden sich die Brennkammern (bei Dieselmotoren befinden sich die Brennkammern im Allgemeinen in den Kolbenköpfen), und im Motorblock befinden sich die Zylinder und der Kurbeltrieb oder die Kurbelgruppe. Der Kurbeltrieb besteht aus Kolben, Pleueln und der Kurbelwelle.
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Der Motor wandelt die Energie, die durch die Verbrennung des Gemisches (Kraftstoff und Luft) in den Brennkammern erzeugt wird, in mechanische Energie um, die in der Lage ist, die Räder zu bewegen.
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Da die Antriebskraft, die notwendig ist, um das Kraftfahrzeug zu bewegen, von der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer stammt, und in der Absicht, eine gleichmäßige Verbrennung ohne Verbrennung von Öl sicherzustellen und ferner den übermäßigen Durchtritt von Zylindergasen zur Ölwanne zu verhindern, ist die Verwendung von Ringen erforderlich, um für eine gute Abdichtung des Zwischenraumes, der zwischen dem Kolben und der Zylinderwand vorhanden ist, zu sorgen.
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Bei der großen Mehrheit der gegenwärtigen Verbrennungsmotoren, die gemäß dem Otto- und dem Diesel-Prinzip arbeiten, werden drei Ringe benutzt, zwei Verdichtungsringe und ein Ölkontrollring (Ölabstreifring). Die Verdichtungsringe haben die Funktion, den Durchtritt der Verbrennungsgase in das Innere der Ölwanne zu verhindern, und der Ölring hat die Funktion, den Überschuss an Öl von der Zylinderwand abzustreifen und in die Ölwanne zurückzuführen, wobei die Dicke des Ölfilms reguliert wird, damit der Motorbetrieb innerhalb der Vorbedingungen von Entwurf und Betrieb erfolgt.
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Eine weitere wichtige Funktion der Ringe ist es, als Brücke zur Übertragung von Wärme vom Kolben zur Wand bzw. zum Mantel des Zylinders zu dienen, wo die Abfuhr der Wärmeenergie durch das Kühlsystem erfolgt.
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Die Ölabstreifringe können aus einem, zwei oder drei Teilen bestehen.
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Aufgrund ihres guten Gesamtleistungsvermögens werden in der überwiegenden Mehrheit der Anwendungen zwei- oder dreiteilige Abstreifringe verwendet.
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Der zweiteilige Ring umfasst einen ringförmigen Körper, der mit zwei ringförmigen, trapezförmigen Vorsprüngen versehen ist, die dem Zylindermantel zugewandt sind, und ein inneres und konzentrisches, ebenfalls ringförmiges Aufweitelement.
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Der dreiteilige Ring seinerseits weist in der Regel ein erstes ringförmiges, oberes Segment und ein zweites ringförmiges, unteres Segment auf, die mit einem Zwischenelement, Aufweitelement, verbunden sind, welches das obere und das untere Segment in kontrollierter Weise gegen die Zylinderwand drückt. Die Kraft, die durch das Aufweitelement ausgeübt wird, welches nichts anderes als ein elastisches Element ist, wird berechnet, damit der Ölfilm an der Zylinderwand die gewünschte Dicke aufweist.
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Der einteilige Ring seinerseits weist eine eingeschränktere Anwendung auf, aufgrund der Tatsache, dass er eine seiner Bauart eigene große Flexibilität aufweist, die dem Ring einerseits ausgezeichnete Formanpassungsfähigkeit im Betrieb verleiht, da er sich leicht anschmiegt, andererseits seine Oberflächenbearbeitung schwieriger gestaltet, was den Ring dazu zwingt, eine große Tangentialkraft auf die Zylinderwand auszuüben, um zu garantieren, dass er sich während des Einfahrens des Motors schließlich an den Mantel anpasst.
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Diese große Tangentialkraft bringt einen hohen Kraftstoffverbrauch des Motors mit sich, insbesondere während des Einfahrbetriebs, was dazu führt, dass die Lösung in Form des einteiligen Rings im Verhältnis zu den zwei- oder dreiteiligen Gegenstücken weitgehend nicht gewählt wird.
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Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist kein einteiliger Ölabstreifring entwickelt worden, der sich aufgrund seiner Flexibilität mit Leichtigkeit an den Zylinder anpasst und gleichzeitig, selbst während des Einfahrens des Motors, eine geringe Tangentialkraft ausübt, eine korrekte Dicke des Ölfilms garantiert und den Kraftstoffverbrauch des Motors und den Ausstoß an CO2 senkt.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein einteiliger Ölabstreifring, der die gegensätzlichen Eigenschaften aufweist, sich aufgrund seiner Flexibilität mit Leichtigkeit an den Zylinder anzupassen und gleichzeitig, selbst während des Einfahrens des Motors, eine geringe Tangentialkraft auszuüben, eine korrekte Dicke des Ölfilms zu garantieren und den Kraftstoffverbrauch des Motors und den Ausstoß an CO2 nicht unerheblich zu senken.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind durch einen einteiligen Ölkontrollring zur Einsetzung in die Nut eines Kolbens erfüllt, wobei der Ölkontrollring einen Körper umfasst, der mindestens einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt definiert, die der Zylinderwand eines Verbrennungsmotors zugewandt sind, die jeweils eine erste Oberfläche definieren, die im Wesentlichen rechtwinklig zum Körper ist, von der aus sich eine zweite Oberfläche erstreckt, die im Wesentlichen geneigt ist, die zweite Oberfläche, wobei die erste Oberfläche eine erste Fläche des Kontaktes mit einer Zylinderwand definiert, derart, dass bei der Erstmontage des Motors mindestens 95 % der ersten Fläche in Kontakt mit der Zylinderwand sind.
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Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind auch durch einen einteiligen Ölkontrollring zur Einsetzung in die Nut eines Kolbens erfüllt, wobei der Ölkontrollring einen Körper umfasst, der mindestens einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt definiert, die der Zylinderwand eines Verbrennungsmotors zugewandt sind, die jeweils eine erste Oberfläche definieren, die im Wesentlichen rechtwinklig zum Körper ist, von der aus sich eine zweite Oberfläche erstreckt, die im Wesentlichen geneigt ist, wobei die zweite Oberfläche mit der Verlängerung der ersten Oberfläche einen Winkel (α) definiert, wobei der Ring dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens einer von dem oberen und dem unteren Abschnitt eine erste Oberfläche aufweist, deren Höhe weniger als 0,15 Millimeter beträgt; und der Winkel (α) ein spitzer Winkel von gleich oder größer als 30° ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden auf Grundlage eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, ausführlicher beschrieben.
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Die Figuren zeigen:
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1 – ist eine perspektivische Ansicht des einteiligen Ölabstreifringes, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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2 – ist eine erste schematische Schnittansicht mit Vergrößerung des oberen Randes des äußeren Umfanges des einteiligen Ölabstreifringes, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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3 – ist eine zweite schematische Schnittansicht mit Vergrößerung des oberen Randes des äußeren Umfanges des einteiligen Ölabstreifringes, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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4 – ist eine dritte schematische Schnittansicht mit Vergrößerung des oberen Randes des äußeren Umfanges des einteiligen Ölabstreifringes, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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5 – ist ein vergleichendes Schaubild des Ölverbrauchs und der Tangentialkraft (Spannung), die von zwei- oder dreiteiligen Ölabstreifringen ausgeübt wird, die dem Stand der Technik angehören, im Vergleich mit dem einteiligen Ölabstreifring, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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6 – ist eine schematische Figur eines Kolbens, in der seine Kompressionshöhe (KH) angezeigt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform und wie anhand von 1 erkannt werden kann, umfasst der einteilige Ölabstreifring 1, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Körper, der mit mehreren Segmenten S ausgestattet ist, die wirksam verbunden sind, wobei jedes einzelne einen Freiheitsgrad der Bewegung in Bezug auf das andere aufweist, was dem Ring 1 eine große Flexibilität und folglich eine große Fähigkeit verleiht, sich an die Form des Zylinders anzupassen/anzuschmiegen, wodurch die Bewahrung eines Ölfilmes garantiert wird, der den unterschiedlichsten Betriebssituationen des Motors angemessen ist.
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Es ist zunächst anzumerken, dass der Betrieb des Motors eine große Wärmemenge erzeugt, die vor allem von der Explosion des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Abschnitt des Zylinders in der Nähe des Zylinderkopfes herrührt. In dieser Region ist die Temperatur in dem Maße viel höher als diejenige, die der Zylinder aufweist, in dem man sich von ihr entfernt. Dieses Kennzeichen der unterschiedlichen Temperaturen in der Zylinderwand ermöglicht eine Reihe von Verformungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungswerte verursacht werden, eine Situation, in der die große Formanpassungsfähigkeit des einteiligen Ölabstreifringes vorteilhaft ist.
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Andererseits beruhen die große Neuerung und der Wettbewerbsvorteil des vorliegenden Ringes 1 auf der Tatsache, dass er die Nachteile solcher Ringe, die zur Zeit in Gebrauch sind, nämlich die Schwierigkeit, Operationen der Oberflächenbearbeitung durchzuführen, und die hohe Tangentialkraft während der Einfahrphase des Motors, was eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs mit sich bringt, nicht aufweist.
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Der Körper, der von den mehreren Segmenten S gebildet ist, definiert mindestens einen oberen Abschnitt 2 und einen unteren Abschnitt 2', die der Zylinderwand C eines Verbrennungsmotors zugewandt sind, wenn der Ring 1 in der Nut des Kolbens eingesetzt ist. Der obere und der untere Abschnitt 2, 2' entsprechen den freien Enden des „C“, die der Form seines Querschnitts entsprechen.
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Selbstverständlich kann die spezifische Geometrie des Ringes 1 entsprechend dem Typ des Motors, für den er entwickelt wurde, leicht variieren, sofern einige Voraussetzungen des Entwurfs, die unten kommentiert werden, berücksichtigt werden. Wie die spezifische Geometrie des oberen und des unteren Abschnitts 2, 2' auch sei, es definiert somit jeder einzelne von ihnen eine erste Oberfläche 4, die im Wesentlichen rechtwinklig zum Körper ist (siehe insbesondere 2), von der aus sich eine zweite Oberfläche 5 erstreckt, die im Wesentlichen geneigt ist, derart, dass die zweite Oberfläche 5 mit der Verlängerung der ersten Oberfläche 4 einen Winkel α definiert.
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Infolge dieser konstruktiven Geometrie des oberen und des unteren Abschnitts 2, 2' definiert die erste Oberfläche 4 mit der Zylinderwand eine erste Fläche des Kontaktes A1, die kleiner ist als die Fläche, die definiert werden würde, wenn sich die zweite Oberfläche 5 im Winkel null zu ihr befände.
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Die große Neuerung des Ringes, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ist, dass er eine geometrische Anordnung und ein Herstellungsverfahren aufweist, die garantieren, dass bei der Erstmontage des Motors mindestens 95 % der ersten Fläche A1 in Kontakt mit der Zylinderwand sind. Anders ausgedrückt, ist garantiert, dass sogar in der Anfangszeit der Einfahrphase des Motors mindestens 95 % der ersten Fläche A1 in Kontakt mit der Zylinderwand sind und als logische Folge die richtige Regulierung des Ölfilms bereits beim Einfahren garantiert ist.
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Infolgedessen wird es unnötig, den Ring derart zu entwerfen, dass er eine große Tangentialkraft auf die Kolbenwand ausübt, was bisher so erfolgte, weil bei den aktuellen Ringen der Kontakt zwischen A1 und der Zylinderwand keine hohe Prozentzahl erreicht hat.
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Die kleinere Tangentialkraft, die vom Ring 1, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ausgeübt wird, führt, wie bereits erörtert, zur Verringerung der Reibung und folglich zu geringerem Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß, was sehr wichtig ist, wenn man bedenkt, dass im Mittel nicht weniger als 10 % (einschließlich Austausch von Gasen und Hilfsmitteln) der inneren Reibung eines Motors durch die Ringe erzeugt wird, und von diesen 30 % rühren 50 % bis 70 % vom Ölabstreifring her.
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Dazu weist die erste Oberfläche 4 von mindestens einem von dem oberen und dem unteren Abschnitt 2, 2' eine Höhe von 0,15 Millimetern auf, und der Winkel α, der von der zweiten Oberfläche 5 und der Verlängerung der ersten Oberfläche 4 gebildet ist, ist ein spitzer Winkel α von gleich oder größer als 30°. Beide Werte unterscheiden sich ziemlich von denjenigen, welche die einteiligen Ölabstreifringe aufweisen, die gegenwärtig bekannt sind, und garantieren die größere Effizienz der vorliegenden Erfindung.
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Diese Geometrie ermöglicht es, die Tangentialkraft, die von dem Ring 1 ausgeübt wird, um 50 % zu verringern, und garantiert, dass mindestens 95 % der ersten Fläche A1 in Kontakt mit der Zylinderwand sind und als Folge davon einen erheblichen funktionellen Vorteil des vorliegenden Ringes gegenüber den gegenwärtig bekannten Produkten. Das Schaubild, das in 5 veranschaulicht ist, ermöglicht die ausreichend deutliche vergleichende bildliche Darstellung der reduzierten Tangentialkraft, die von dem vorliegenden Ring 1 ausgeübt wird, ohne dass der Schmierölverbrauch erhöht ist.
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Zu der Form des Ringes 1 ist ferner anzumerken, dass der Körper aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die untereinander wirksam verbunden sind, wobei jedes Segment einen Querschnitt von im Wesentlichen der Form eines „C“ aufweist, wobei zwei aufeinanderfolgende verbundene Segmente mindestens eine Öffnung zum Durchtritt von Schmieröl definieren. Die Durchtrittsöffnung zum Durchtritt von Schmieröl weist mindestens eine Ecke mit gerader oder abgerundeter oder auch irgendeiner anderen Form auf, die funktionell ist.
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Hinsichtlich des Verfahrens der Oberflächenbearbeitung des Ringes 1 sind einige bedeutende Unterschiede anzumerken. Bei den einteiligen Ölabstreifringen, die gegenwärtig bekannt sind, gab es aufgrund ihrer großen Flexibilität Schwierigkeiten, eine Oberflächenbearbeitung analog zu derjenigen der Zylinderwand durchzuführen. Infolgedessen wurde eine hohe Tangentialkraft angewandt, um ein hinsichtlich des Ölverbrauchs in der Einfahrphase des Motors angemessenes Leistungsvermögen zu garantieren, und ferner trug diese große Kraft im Rahmen des Möglichen schließlich dazu bei, dass dieser Einfahrzeitraum (Anpassung zwischen Zylinderwand und Oberfläche des Ringes) so kurz wie möglich war.
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Nicht bei dem Ring, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, seine geometrische Konstitution ermöglicht den Erhalt einer angemessenen Oberflächenbeschaffenheit, welche die erwähnte anfängliche Fläche des Kontaktes von mindestens 95 % in Bezug auf die Zylinderwand garantiert. Ein weiterer resultierender Vorteil ist die Möglichkeit, auf die erste Oberfläche 4 des vorliegenden Ringes 1 eine Beschichtung aufzubringen, da aufgrund der geringeren Tangentialkraft kein großer Verschleiß durch das Einfahren auftritt.
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Ein weiteres vorteilhaftes Kennzeichen des vorliegenden Ringes ist die Möglichkeit, die Kompressionshöhe KH des Kolbens zu verringern (siehe 6), was das axiale Trägheitsmoment des Teils verringert und eine Erhöhung der Formbarkeit gegenüber den im Zylinder vorhandenen Verformungen zur Folge hat.
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Vorzugsweise weisen sowohl der obere als auch der untere Abschnitt 2, 2' eine Geometrie gemäß der vorstehenden Beschreibung auf, jedoch ist es durchaus möglich, einen Ring 1 zu entwerfen, bei dem nur einer der Abschnitte derart ausgestaltet ist, ohne dass er sich vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche entfernt. Ferner ist anzumerken, dass, obwohl der Winkel α spitz und gleich oder größer als 30° sein soll, dieser am stärksten bevorzugt Werte zwischen 45° und 70° aufweist.
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Wenn sowohl der obere als auch der untere Abschnitt 2, 2' eine Geometrie gemäß den Regeln der vorliegenden Erfindung aufweisen, können beide derart ausgerichtet sein, dass (i) die beiden jeweiligen zweiten Oberflächen 5 einander zugewandt sind, d.h. symmetrisch sind, in einem Aufbau, der hauptsächlich auf die Verringerung der Reibung der Kontaktoberflächen mit der Zylinderwand gerichtet ist; oder alternativ (ii) derart ausgerichtet sein, dass die beiden jeweiligen zweiten Oberflächen 5 in die gleiche Richtung gewandt sind, d.h. asymmetrisch sind, ein Aufbau, der, außer dass er die Verringerung der Reibung im Betrieb des Teiles möglich macht, ein besseres Abstreifen des Öls durch den Ring an der Zylinderwand ermöglicht, was einen geringeren Schmierstoffverbrauch mit sich bringt.
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Der vorliegende Ring ist vorzugsweise aus Stahl gestanzt; es ist jedoch offensichtlich, dass andere mechanische Formgebungsverfahren und Materialien verwendet werden können, sofern es notwendig oder wünschenswert ist.
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Nachdem bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, versteht es sich, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung andere mögliche Variationen umfasst und lediglich durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche begrenzt ist, wobei dort die möglichen Äquivalente einbezogen sind.
