DE2107563A1

DE2107563A1 - Piston ring for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE2107563A1
Application number: DE19712107563
Authority: DE
Inventors: Herbert F. Missouri Mo. Prasse (V.StA.). P F02f9-04
Original assignee: Ramsey Corp., Manchester, Mo. (V.St.A.)
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1972-08-24

Description

Kolbenring für eine Brennkraftmaschine. Piston ring for an internal combustion engine.

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenringe und insbesondere auf einen Antiausström-Kolbenring oder einen Anti-Emissions-Kolbenring, der an der Oberseite des Kolbens angebracht werden kann. The invention relates to piston rings and, more particularly, to one Anti-leakage piston ring or an anti-emission piston ring that is at the top of the piston can be attached.

Bei neueren Entwicklungen von Brennkraftmaschinen wurde die Venninderung der Maschinenausströmung oder der Maschinenabgase stark beaohtet. Eine derartige Ausströmung kann in einem großen Maß dadurch entstehen, daß nicht aller Brennstoff, der in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingeführt wird, verbrennt. Das Ablassen von derartigen unverbrannten Kohlenwasserstoffen kann ganz erheblich zur Luftverschmutzung beitragen. In the more recent developments of internal combustion engines, the decrease was the machine outflow or the machine exhaust fumes. Such a one Leakage can occur to a large extent when not all of the fuel, which is introduced into the cylinders of the internal combustion engine, burns. The draining Such unburned hydrocarbons can cause air pollution quite significantly contribute.

Bei einem üblichen Aufbau von Kolben und Kolbenringen ist der obere Kompressionsring in einer Ringnut angeordnet} die axial im Abstand von der Oberseite des Kolbens ausgebildet ist. Dadurch entsteht ein Umfangsspalt zwischen dem äußeren Umfang des Kolbens und der Zylinderwand im Bereich oberhalb des oberen Kompressionsringes. In dem Bereich, in dem der obere Kompressionering nicht satt und dicht gegen die obere radiale Wandung der Ringnut anliegt, wird ebenfalls ein Ringspalt gebildet. Wenn der Kolben sich im Zylinder wahrend des Eompressionshubes nach oben bewegt, kann Brennstoff an der Zylindoxwandung derwandung kondensieren und wird in den oben erwähnten Spalt hineingedrückt. Wegen des geringen Volumens kann in diesem Spaltabechnitt keine Verbrennung stattfinden und es besteht die Möglichkeit, daß sich unerwiinschte Abgasprodukte ausbilden können. In a common design of pistons and piston rings, the upper one is Compression ring arranged in an annular groove} which is axially spaced from the top of the piston is formed. This creates a circumferential gap between the outer one The circumference of the piston and the cylinder wall in the area above the upper compression ring. In the area where the upper compression ring is not snug and tight against the rests on the upper radial wall of the annular groove, an annular gap is also formed. When the piston moves up in the cylinder during the compression stroke, can fuel on the cylinder box wall condense the wall and is pressed into the gap mentioned above. Because of the small volume no burning takes place in this gap and there is the possibility of that undesired exhaust gas products can form.

Es wurden Versuche uifternommen, dies dadurch auszuschalten, daß die obere Kompressionsringnut so dicht als möglich bei der Oberseite des Kolbenringes angeordnet wird. Die Anordnung der Kolbenringnut wird jedoch durch die Notwendigkeit begrenzt, daß die Oberseite des Kolbens nicht geschächt werden darf. Palls die Ringnut zu dicht au der Oberseite des Kolbens angeordnet wird, kann die Nut zu einer Schwächung des Umfanges der Oberseite des Kolbens führen. Zusätzlich sei bemerkt, daß an der Oberseite des Kolbens die schädlichsten Einflüsse für einen Kolbenring herrschen. In diesem Bereich tritt die grdßte Hitze und der größte Druck auf und wenn man einen üblichen Kolbenring in diesem Bereich verwendet, würde ein übermäßig starker Verschleiß auftreten.Attempts have been made to eliminate this by Upper compression ring groove as close as possible to the top of the piston ring is arranged. However, the arrangement of the piston ring groove is dictated by necessity limits that the top of the piston may not be slaughtered. Palls the ring groove too close to the top of the piston can weaken the groove the circumference of the top of the piston. In addition, it should be noted that at the The most damaging influences on a piston ring prevail on the top of the piston. This area is where the greatest heat and pressure occurs and when one conventional piston ring used in this area would result in excessive wear appear.

Durch die Erfindung wird ein neuer Kolbenring geschaffen, der einen U-förmigen Querschnitt aufweist, welcher zwei radial sich erstreckende, in axialem Abstand voneinander angeordnete Schenkel bildet und einen äußeren Umfangssteg, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Dieser Ring wird zusammen mit einem Kolben verwendet, der eine in axialer Richtung schmale Ringnut aufweist, die neben der Oberseite des Kolbens angeordnet ist. Diese Ringnut nimmt einen Schenkel des Ringes auf. Der andere Schenkel liegt über der Oberseite des Kolbens oder wird vorzugsweise in einer Umfangsaussparung oder in einen Umfangsabsatz aufgenommen, der in der Oberseite des Kolbens ausgebildet ist. Der Stegabschnitt des Ringes liegt gegen die Zylinderwandung an und dient als Kompressions- oder I)ichtungsring.By the invention, a new piston ring is created, the one Has a U-shaped cross-section, which has two radially extending, in axial Forms spaced legs and an outer circumferential web, the connects the two legs together. This ring comes together with a piston used, which has a narrow annular groove in the axial direction, in addition to the Top of the piston is arranged. This ring groove takes one leg of the ring on. The other leg lies over the top of the piston, or is preferably added in a circumferential recess or in a circumferential paragraph in the top of the piston is formed. The web section of the ring lies against the cylinder wall and serves as a compression or I) sealing ring.

Bei einer bevorzugten Äusführungsform kann ein Expander im Ringkanal Ringkanal verwendet werden, um den Umfang des Ringes in Anlage gegen die Zylinderwandung zu drücken. Bei dem Ring kann ebenfalls die Expansionskraft verwendet werden, die während des Arbeitstaktes erzeugt wird, um eine Abdichtung in Umfang richtung und in axialer Richtung zu erzeugen. Der Umfang3abschnitt des Ringes dichtet gegen die Zylinderwandung ab, während die radialen Schenkel gegen die radialen Wandungen der Nut oder der Aussparung oder des Absatzes abdichten.In a preferred embodiment, an expander can be in the annular channel Ring channel used to make the circumference of the ring in contact with the cylinder wall to press. In the case of the ring, the expansion force can also be used, which during of the work cycle is generated to provide a seal in the circumferential direction and in the axial direction Generate direction. The circumferential section of the ring seals against the cylinder wall from, while the radial legs against the radial walls of the groove or the Seal the recess or shoulder.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen neuen Anti-Emissions-Kolbenring zu schaffen.It is an object of the invention to provide a new anti-emission piston ring to accomplish.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, einen Anti-Emissionsring zu schaffen, der einen U-förmigen Querschnitt hat und der an der Oberseite des Kolbens angeordnet werden kann.Furthermore, it is the aim of the invention to create an anti-emission ring, which has a U-shaped cross section and which is arranged on the top of the piston can be.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen Kompressionsring mit U-Profil zu schaffen, der einen radialen Schenkel hat, der über einem Teil der Oberseite des Kolbens anliegen kann und einen zweiten radialen Schenkel, der in einer Ringnut sitzen kann, die im Abstand von der Oberseite des Kolbens angeordnet ist.Another object of the invention is to provide a compression ring with a U-profile to create that has a radial leg that extends over part of the top of the piston can rest and a second radial leg, which is in an annular groove can sit, which is spaced from the top of the piston.

Ein weiteres und spezielles Ziel der Erfindung ist es, einen Anti-Emissions-Kolbenring mit U-Profil zu schaffen, der an der Obetseite der Ringnut angeordnet werden kann und der einen Umfang hat, der dichtend gegen die Zylinderwandung anliegt und ferner eine radiale Ausbildung, die derart ist, daß dieser Ring gegen eine radiale Wandung des Kolbens ebenfalls abdichtet.Another and specific object of the invention is to provide an anti-emission piston ring to create with a U-profile, which can be arranged on the upper side of the ring groove and which has a circumference which lies against the cylinder wall in a sealing manner and furthermore a radial design which is such that this ring against a radial wall of the piston also seals.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines in einem Zylinder angeordneten Kolbens, der mit dem erfindungsgemäßen Anti-Emissionsring ausgerüstet ist, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Kolbenring, Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des oberen Abschrlittes eines Kolbens, der mit dem erfindungsgemäßen Kolbenring ausgerüstet ist und zwar während des Arbeits-und Kompressionstaktes, Fig, 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, die den Kolben während des Auslaßtaktes zeigt, Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Pig. 4, die den Kolben während des Einlaßtaktes zeigt, Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9, die eine weitere Ausführungsform darstellt, Fig. 7 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform, Fig. 8 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform und Fig. 9 eine Scnnittansicht, genommen längs der Linie VIIL-VIII der Fig. 8.Other objects, features, and advantages of the invention are set forth below Description will be explained with reference to the figures of the drawing. It show: Fig. 1 Fig. 1 is a partial sectional view of one in a cylinder arranged piston equipped with the anti-emission ring according to the invention Fig. 2 is a partially sectioned plan view of the piston ring according to the invention, 3 shows an enlarged partial sectional view of the upper portion of a piston, which is equipped with the piston ring according to the invention, namely during the working and Compression stroke, Fig, 4 is a view similar to Fig. 3, showing the piston during of the exhaust stroke, Fig. 5 is a view similar to Pig. 4, which is the piston during the intake stroke, FIG. 6 shows a view similar to FIG shows a further embodiment, FIG. 7 is a view of a third embodiment, 8 shows a view of a further embodiment and FIG. 9 shows a sectional view, taken along line VIIL-VIII of FIG. 8.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Kolbens 10, der in der Bohrung 11 eines Zylinders 12 angeordnet ist. Der Kolbenkopf weist die üblichen Ringnuten 13, 14 und 15 auf. Kompressionsringe 16 und 17 sind in den Ringnuten 13 und 14 angeordnet und eine Baugruppe, bestehend aus Expander-Distanzring und zwei Ölabstreifringen 18 ist in der Ringnut 15 angeordnet.Fig. 1 shows a sectional view of a piston 10 in the bore 11 of a cylinder 12 is arranged. The piston head has the usual ring grooves 13, 14 and 15. Compression rings 16 and 17 are arranged in the annular grooves 13 and 14 and an assembly consisting of an expander spacer ring and two oil control rings 18 is arranged in the annular groove 15.

Die Ringnut 15 weist einen Ölkanal 19 auf, über den Öl abgeführt wird, das von den Ölabstreifringen 18 abgestreift wurde, Wie üblich ist die obere Kompressionsrin,,rnut 13 in axialem Abstand unterhalb der Oberseite 20 des Irolbenkopfes 10 angeordnet. Ein großer Spaltabschnitt 21 ist zwischen der Wandung 22 22 der Zylinderbohrung 11 und dem äußeren Umfang 23 des Kolbenkopfes 10 oberhalb des Ringes 16 vorhanden. Wahrend des Kompressions- und Arbeitstaktes, wenn der Ring 16 gegen den Boden der radialen Wandung 24 der Ringnut 13 gepreßt wird, wird ein zusätzlicher Spaltbereich im Gebiet 25 zwischen der oberen radialen Wandung 26 der Nut 13 und der Oberseite des Ringes 16 ausgebildet und zwischen der Rückwandung 27 der Nut 13 und der Hinterseite des Ringes 16. Während der Kompression wird Brennstoff, der in den Zylinder eingeführt ist, in die Spalte 21 und 25 hineingepreBt. Bei den meisten Brennkraftmaschinen ist die Zylinderwandung 22 kälter als der Kolbenkopf 10 oder das Innere der Zylinderbohrung 11. Daduroh ist es möglich, daß der Brennstoff ganz an der Zylinderwandung kondensieren kann. Der kondensierte Brennstoff kann im wesentlichen die Spalträume 21 und 25 füllen.The annular groove 15 has an oil channel 19 through which oil is discharged, which has been wiped off by the oil control rings 18, As usual, the upper compression ring is groove 13 arranged at an axial distance below the top 20 of the roller head 10. A large gap section 21 is between the wall 22 22 of the Cylinder bore 11 and the outer circumference 23 of the piston head 10 above the ring 16 available. During the compression and work cycle, when the ring 16 against the bottom of the radial wall 24 of the annular groove 13 is pressed, an additional Gap area in the area 25 between the upper radial wall 26 of the groove 13 and the top of the ring 16 and formed between the rear wall 27 of the groove 13 and the back of the ring 16. During the compression, fuel, the is inserted into the cylinder, pressed into the gaps 21 and 25. Most of them Internal combustion engines, the cylinder wall 22 is colder than the piston head 10 or the inside of the cylinder bore 11. Daduroh it is possible that the fuel is completely can condense on the cylinder wall. The condensed fuel can essentially fill the gap spaces 21 and 25.

Diese Spalträume können zu klein sein, um eine Verbrennung des kondensierten Brennstoffes in diesen Räumen während des Arbeitstaktes der Maschine zu ermöglichen. Dadurch wird eine gewisse Menge an unverbranntem Brennstoff während eines jeden Zyklus der Brennkraftmaschine erzeugt und dadurch können verschmutzte Abgase aus der Brennkraftmaschine austreten. Da der obere Kompressionsring 16 niemals das obere Ende der Zylinderbohrung erreicht, können sich Kohlenstoffablagerungen in der wandung 22 und in der oberen Ringnut 13 ausbilden.These crevices can be too small for the condensed to burn To enable fuel in these rooms during the work cycle of the machine. This creates a certain amount of unburned fuel during each Cycle generated by the internal combustion engine and this can cause polluted exhaust gases exit the internal combustion engine. Since the upper compression ring 16 never the upper When the end of the cylinder bore is reached, carbon deposits can form on the wall 22 and form in the upper annular groove 13.

Diese Kohlenstoffablagerungen beeinflussen die Betriebsweise der Brennkraftmaschine sehr nachteilig und können ihrerseits ferner zur Verschmutzung der Abgase der Brennkraftmaschine beitragen.These carbon deposits influence the operation of the internal combustion engine very disadvantageous and can in turn also pollute the exhaust gases of the internal combustion engine contribute.

Um diese Nachteile auszuschalten und um die Verschmutzungen zu v?rmindern, die durch den Betrieb von Brennkraftmaschinen erzeugt werden, wird durch die Erfindung ein Abgassteuerring 30 an der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 vorgesehen. Dieser Ring weist im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt auf und und hat radial gerichtete obere und untere Schenkel 31 und 32 und einen axial sich erstreckenden Stegabschnitt 33, der die Schenkel 31 und 32 an deren äußeren Umfängen miteinander verbindet.To eliminate these disadvantages and to reduce pollution, which are generated by the operation of internal combustion engines, is supported by the invention an exhaust gas control ring 30 is provided on the upper side 20 of the piston head 10. This Ring has a substantially U-shaped cross section and and has radially directed upper and lower legs 31 and 32 and one axially extending Web section 33, which connects the legs 31 and 32 to one another at their outer circumferences connects.

Der Ring 30 kann entweder gegossen oder gewalzt sein. Der Stegabschnitt 33 kann in axialer Richtung etwas abgerundet sein und kann eine harte Oberflächenbeschichtung am äußeren Umfang aufweisen, um die Lebensdauer des Ringes zu erhöhen und um den Verschleiß herabzusetzen. Der äußere Umfang des Steges 33 liegt gegen die Zylinderwandung 22 an und verhindert die Ausbildung von Kohlenstoffablagerungen und verhindert, daß Brennstoff in den Spalträumen 21 und 25 kondensieren kann.The ring 30 can either be cast or rolled. The web section 33 can be somewhat rounded in the axial direction and can have a hard surface coating have on the outer circumference to increase the service life of the ring and to the Reduce wear. The outer circumference of the web 33 lies against the cylinder wall 22 and prevents the formation of carbon deposits and prevents that fuel in the gap spaces 21 and 25 can condense.

Der U-förmige Querschnitt des Ringes 30 ermöglicht, daß der Ring an der Oberseite des golbenskopfea 10 angeordnet werden kann, wobei gleichzeitig eine bessere Abdichtung erzielt wird, als sie mit einem vollen Ring erzielt werden kann.The U-shaped cross section of the ring 30 allows the ring to attach the top of the golbenskopfea 10 can be arranged, at the same time a a better seal is obtained than can be achieved with a full ring.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Ring 30 an der Oberseite des Kolbenkopfes angeordnet und weist einen oberen radialen Schenkel 31 auf, der an der Oberseite 20 liegt und einen unteren radialen Schenkel 32, der von einer radialen Ringnut 33 aufgenommen wird, die in axialem Abstand von der Oberseite 20 des Kolbenringes geordnet ist. Der Ring 30 ist gespalten und weist Stoßenden 35 und 36 auf. Der Ring ist derart gestaltet, daß er in zusammengedrücktem Zustand in eine Zylinderbohrung eingesstzt werden kann und nach dem Einsetzen kann sich der Ring etwas ausdehnen und gegen die Zylinderwandung 22 anlegen. Die Ringnut 33 ist derart bemessen, daß diese den radialen Schenkel 32 aufnimmt. Vorzugsweise hat die Ringnut 33 eine axiale Höhe, die etwas größer ist als die axiale Hohe des Schenkels 52, so daß eine freie Bewegung des Schenkels in dieser Nut möglich ist. Ferner hat die Ringnut 33 eine radiale Tiefe, die es ermöglicht, daß der Schenkel 32 aufgenommen nommen werden kann, ohne daß er gegen den Boden der Nut anliegt. Die Nut 33 kann axial unterhalb der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 um eine Strecke entfernt angeordnet werden, die es ermöglicht, daß der Schenkel 31 auf der Oberseite 20 liegt, Vorzugsweise ist jedoch die Abmessung derart, daß die obere radiale Wandung 34 des oberen Schenkels 31 mit der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 fluchtet.As Fig. 3 shows, the ring 30 is on the top of the piston head arranged and has an upper radial leg 31, which is at the top 20 is and a lower radial leg 32, which is of a radial annular groove 33 is added, which is at an axial distance from the top 20 of the piston ring is ordered. The ring 30 is split and has butt ends 35 and 36. The ring is designed such that it is compressed into a cylinder bore can be inserted and after insertion the ring can expand a little and place it against the cylinder wall 22. The annular groove 33 is dimensioned such that this receives the radial leg 32. The annular groove 33 preferably has an axial one Height, which is slightly greater than the axial height of the leg 52, so that a free Movement of the leg in this groove is possible. Furthermore, the annular groove 33 has a radial depth that enables leg 32 to be received took can be without it resting against the bottom of the groove. The groove 33 can be axial located below the top 20 of the piston head 10 by a distance which enables leg 31 to lie on top 20, preferably however, the dimension is such that the upper radial wall 34 of the upper leg 31 is aligned with the top 20 of the piston head 10.

Eine Umfangskante oder Umfangsaussparung 35 ist um die Oberseite des Kolbenskopfes 10 vorgenommen und diese Ausparung nimmt den Schenkel 31 auf. Diese Aussparung 35 hat eine axiale Wandung 36, die etwas länger ist als die axiale Breite des Schenkels 31 und ferner eine radiale Wandung 37, die sich radial in den Kolbenkopf 10 um eine Strecke hinein erstreckt, die größer ist als die Strecke, um die der Schenkel 31 von der Seite 23 des Kolbenkopfes 10 aus radial in Betrieb eintritt. Der Schenkel 31 liegt nicht gegen die axiale Wandung 36 an und ein Raum 38 ist zwischen dem inneren Umfang 39 des Schenkels 31 und der Wandung 36 der Aussparung 35 vorgesehen.A peripheral edge or recess 35 is around the top of the Piston head 10 made and this recess takes the leg 31 on. These Recess 35 has an axial wall 36 which is slightly longer than the axial width of the leg 31 and also a radial wall 37 which extends radially into the piston head 10 extends into it by a distance which is greater than the distance by which the Leg 31 enters into operation radially from side 23 of piston head 10. The leg 31 does not lie against the axial wall 36 and a space 38 is between the inner circumference 39 of the leg 31 and the wall 36 of the recess 35 are provided.

Eine zweite Aussparung 40 kann am äußeren Umfang der Aussparung 35 vorgesehen sein und diese Aussparung weist eine radiale Wandung 41 und eine axiale Wandung 42 auf. Die Aussparung 40 bildet einen Sitz für einen Expansionsring 43, der gegen den inneren Umfang 44 des Stegabschnittes 33 des Ringes 30 einxvirkt. Der dargestellte Expansionering 43 ist ein Wellenring, wobei die inneren Umfänge der Wellen gegen die Wandung 42 der Nut 40 anliegen und die äußeren Umfange der Welle gegen den inneren Umfang 44 des Stegabsohnittes 33 des Ringes. Auf diese Weise wird in Umfangsrichtung der Ring in eine dichte Anlage gegen die Wandung 22 der Zylinderbohrung 11 geknickt. Der äußere Umfang des Steges 33 weist eine verschleißfeste Beschichtung 45 auf.A second recess 40 can be on the outer circumference of the recess 35 be provided and this recess has a radial wall 41 and an axial Wall 42 on. The recess 40 forms a seat for an expansion ring 43, which acts against the inner circumference 44 of the web section 33 of the ring 30. The illustrated expansion ring 43 is a wave ring, with the inner circumferences of the shafts against the wall 42 of the groove 40 and the outer circumference of the Shaft against the inner circumference 44 of the web part 33 of the ring. In this way is in the circumferential direction of the ring in a tight contact against the wall 22 of the Cylinder bore 11 kinked. The outer periphery of the web 33 has a wear-resistant Coating 45 on.

Das Das U-Profil des Ringes 30 entspricht den Abmessungen der Nut 33 und der Aussparung 35 und diese Teile arbeiten zusammen, um die Abdichtung des Zündraumes 46 der Zylinderbohrung 11 oberhalb der Oberseite 20 des Kolbens 10 zu unterstützen. That The U-profile of the ring 30 corresponds to the dimensions the groove 33 and the recess 35 and these parts work together to create the seal of the ignition space 46 of the cylinder bore 11 above the top 20 of the piston 10 to support.

Fig. 3 zeigt den Abdichtungseffekt während des Arbeits- und Kompressionstaktes. Die Teile stellen die Wirkung des sich ausdehnenden Verbrennungsgases während des Arbeitstaktes dar, sowie die komprimierten Brennstoffdämpfe während des Kompressionstaktes. Die Tiefe der axialen Wandung 36 der Aussparung 35 ist vorzugsweise groß genug, so daß die axiale Kraft der Gase, die durch die Pfeile 37 angedeutet ist, und die auf die Oberseite 31 des Ringes 30 einsv-lrkt, nicht ausreicht um zu bewirken, daß der Schenkel 31 in eine Dichtungsanlage gegen die radiale Wandung 37 der Aussparung verbogen wird. Ein gewisser Teil der unter Druck stehenden Gase kann in den Raum 38 zwischen der Rückseite 39 des Schenkels 31 und der axialen Wandung 36 der Aussparung eintreten und kann in den Raum 48 zwischen dem Kolben 10 und dem inneren Umfang 44 des Stegabsohnittes des Ringes gelangen. Die Gase sind hier wirksam und pressen den Ring radial nach außen gegen die Zylinderwandung 22. Zusätzlich wirken die Gase gegen die Oberseite 49 des unteren Schenkels 32, um diesen Schenkel in eine Dichtungsanlage gegen die radiale Wandung 50 der Nut 33 zu drücken. Wegen der Temperatur des Kolbenkopfes 10 kann der-Brennstoffdampf innerhalb des Ringes während des Kompressionstaktes nicht derart kondensieren, wie er bei einem Kontakt mit der kalten Zylinderwandung 22 kondensieren könnte.Fig. 3 shows the sealing effect during the work and compression stroke. The parts represent the effect of the expanding combustion gas during the Work cycle, as well as the compressed fuel vapors during the compression cycle. The depth of the axial wall 36 of the recess 35 is preferably large enough so that the axial force of the gases, which is indicated by the arrows 37, and the on top 31 of ring 30 is not sufficient to cause the leg 31 in a sealing system against the radial wall 37 of the recess is bent. Some of the pressurized gases can enter the room 38 between the rear side 39 of the leg 31 and the axial wall 36 of the recess enter and can enter the space 48 between the piston 10 and the inner circumference 44 of the bridge part of the ring. The gases are effective here and press the ring radially outwards against the cylinder wall 22. In addition, the gases act against the upper side 49 of the lower leg 32 to place this leg in a sealing system to press against the radial wall 50 of the groove 33. Because of the temperature of the piston head 10 the fuel vapor within the ring during the compression stroke do not condense in the same way as it would on contact with the cold cylinder wall 22 could condense.

Sowohl während des Kompressionstaktes als auch während des Arbeitstaktes werden deshalb Brennstoffdämpfe, die sich im Raum oberhalb der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 befinden, in diesem Raum gehalten mit Ausnahme einer geringen Menge, die innerhalb des Ringes 30 auf diesen einwirken kann, Da der Kolbenring 30 an der Oberseite des Kolbens angeordnet ist, ist und da dieser Kolben sowohl komprimierte Gase als Verbrennungsgase verwendet, um die Abdichtung gegen die Zylinderwandung zu unterstützen, ist die Abdichtung wirksamer als bei einem üblichen oberen Kompressionsring, wie beispielsweise dem Kompressionsring 16. Die Gase haben nicht so einen weiten Weg, ehe sie den Dichtungsdruck auf den Ring ausüben und dadurch wird ein Zeitverlust zwischen Verbrennung und Abdichtung stark herabgesetzt. Die Menge der Gase, die am Ring vorbeigeblasen werden, wird ferner auf ein Minimum herabgesetzt.Both during the compression cycle and during the work cycle are therefore fuel vapors that are in the space above the top 20 of the Piston head 10 are held in this space with the exception of a small amount, which can act on this within the ring 30, Since the piston ring 30 at the The top of the piston is arranged, is and there this piston both compressed gases as combustion gases are used to make the seal against To support the cylinder wall, the seal is more effective than with one conventional upper compression ring, such as compression ring 16. The Gases do not have to travel that far before exerting sealing pressure on the ring and thereby the time lost between combustion and sealing is greatly reduced. The amount of gases that are blown past the ring is also kept to a minimum degraded.

Fig. 4 zeigt die Gasströmung und die Stellung des Ringes wahrend des Auslaßtaktes. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbenkopfes 10 während des Auslaßtaktes sowie durch das Vorhandensein von Druckgasen im Hohlraum 48 wird die Unterseite des Schenkels 32 des Ringes 30 in Dichtungsanlage gegen die Wandung 50 der Nut 33 gehalten. Da der größte Teil des Brennstoffdampfes im Raum 48 nicht kondensiert ist und zwar wegen der Temperatur des Kolbenskopfes 10, kann der Dampf, von dem angenommen wird, daß er nicht verbrannt ist, frei aus dem Raum 48 durch den Spalt 38 austreten und zwar wegen der Druckabnahme im Brennabsohnitt 46. Der Dampf gelangt sehr früh mit den heißen Verbrennungsgasen in Berührung und kann verbrannt werden. Es ist zu erkennen, daß der Raum unterhalb des-RinZes gegenüber dem Brennraum 46 abgedichtet ist und zwar durch den Dichtungskontakt zwischen dem äußeren Umfang des Ringes 30 und der Zylinderwandung 22 und wegen der Dichtungsanlage zwischen dem unteren Schenkel 32 und der radialen Wandung 50 der Nut 39 während des Auslaßtaktes. Da der Brennstoffdampf nicht im Raum 48 kondensiert, kann er in diesem Raum während des Arbeitstaktes verbrennen und di o erzeugten Gase können während des Auslaßtaktes abgelassen werden.Fig. 4 shows the gas flow and the position of the ring during the Exhaust stroke. By the upward movement of the piston head 10 during the exhaust stroke as well as the presence of pressurized gases in the cavity 48, the bottom of the leg 32 of the ring 30 in sealing contact with the wall 50 of the groove 33 held. Since most of the fuel vapor in space 48 does not condense is because of the temperature of the piston head 10, the steam from which it is believed not to have been burned, cleared from space 48 through the gap 38 exit due to the decrease in pressure in the Brennabsohnitt 46. The steam arrives very early in contact with the hot combustion gases and can be burned. It can be seen that the space below the RinZes opposite the combustion chamber 46 is sealed by the sealing contact between the outer periphery of the ring 30 and the cylinder wall 22 and because of the sealing system between the lower leg 32 and the radial wall 50 of the groove 39 during the exhaust stroke. Since the fuel vapor does not condense in space 48, it can while in this space of the work cycle burn and the gases generated can during the exhaust cycle be drained.

Die Pig, 5 zeigt die Stellung des Ringes während des Einlaßtaktes. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Kolbenkopf 10 nach nach unten, um Brennstoffdampf in den Verbrennungsabsahnitt 46 einzusaugen. Es ist zu wenig Gas im Raum 48 vorhanden, um den unteren Schenkel 32 des Ringes gegen die Wandung 50 der Nut 33 zu drücken, Die Abwärtsbewegung des Kolbenkopfes, verbunden mit der Trägheit des Ringes und das Vorhandensein eines verminderten Druckes im Verbrennungsraum 46 bewirken, daß sich der Ring 33 gegenüber dem Kolbenkopf 10 abhebt, bis die Oberseite des Schenkels 32 gegen die obere Wandung 51 der Nut 33 anliegt und hier eine Dichtung bildet. Falls noch irgendwelche Dämpfe im Raum 48 vorhanden sein sollten, so könnten diese durch den Spalt 38 austreten und sich mit den Dämpfen in der Brennkammer 46 vereinigen.Pig, 5 shows the position of the ring during the intake stroke. At this point in time, the piston head 10 moves on downward, to draw fuel vapor into the combustion section 46. It is not enough Gas in the space 48 is present to the lower leg 32 of the ring against the wall 50 of the groove 33 to press, the downward movement of the piston head, associated with the Inertia of the ring and the presence of reduced pressure in the combustion chamber 46 cause the ring 33 to lift off from the piston head 10 until the top of the leg 32 rests against the upper wall 51 of the groove 33 and here a seal forms. If there are still any vapors in room 48, so could these exit through the gap 38 and become with the vapors in the combustion chamber 46 unite.

Der Ring 30 dichtet also die Brennkammer 46 nicht nur während des Arbeitstaktes sondern auch während des Ausstoßtaktea und des Kompressionstaktes. Weiterhin ist der Ring 30 wirksam, um den Raum auf ein Minimum zu verringern, in dem gegebenenfalls Brennstoffdämpfe während des Zündtaktes der Brennkraftmasohine unverbrannt verbleiben können. Der Ring 30 wirkt sowohl als Kompressionsring als auch als Emissions-Steuerring.The ring 30 thus seals the combustion chamber 46 not only during the Working cycle but also during the exhaust cycle a and the compression cycle. Furthermore, the ring 30 is effective to minimize the space in FIG possibly fuel vapors during the ignition cycle of the internal combustion engine can remain unburned. The ring 30 acts as both a compression ring also as an emissions control ring.

In Fig. 6 ist eine abgeanderte Ausführungsform des Ringes dargestellt. Der Kolbenkopf weist eine Aussparung 60 auf, die an einer äußeren Umfangswand 61 endet, die einen äußeren Durchmesser hat, der kleiner ist als der äußere Durchmesser 62 des dbrigen eiles des Kolbenkopfes. Die Wandung 61 erstreckt sich von der radialen Wandung 63 der Aussparung 60 bis zur Nut 33. Ein Expander 65 aus einem elastomeren Material ist zwischen der Wandung 61 und dem inneren Umfang des Ringes 30 angeordnet. Der Expander aus einem elastomeren Material ist derart bemessen, daß dieser den größten Teil des Raumes zwischen der Wandung 61 und dem inneren Umfang des Ringes füllt, so daß dieser Expander in axialer Richtung eine Dichtungssperre bildet. Ferner wird durch diese Ausbildung des Expanders der Spaltraum im Innern des Ringes vermindert. Die Brennstoffdämpfe befinden sich nur nooh im Raum 66 66 unterhalb des oberen Schenkels 31 des Ringes 3G und oberhalb der Wandung 63 der Aussparung 60 und oberhalb der Oberseite des Expanders 65 aus einem elastomeren Material.In Fig. 6 a modified embodiment of the ring is shown. The piston head has a recess 60 formed on an outer circumferential wall 61 ends that has an outer diameter that is smaller than the outer diameter 62 of the other part of the piston head. The wall 61 extends from the radial Wall 63 of the recess 60 up to the groove 33. An expander 65 made of an elastomer Material is arranged between the wall 61 and the inner circumference of the ring 30. The expander made of an elastomeric material is dimensioned such that this the most of the space between the wall 61 and the inner circumference of the ring fills, so that this expander forms a seal barrier in the axial direction. Further this design of the expander reduces the gap inside the ring. The fuel vapors are only found in room 66 66 below of the upper leg 31 of the ring 3G and above the wall 63 of the recess 60 and above the top of the expander 65 made of an elastomeric material.

Da die Gase in der Brennkammer 46 gegen die Rückseite 38 des oberen Schenkels 31 des Ringes 30 und gegen einen Teil des inneren Umfangs des Steges 33 einwirken können, wird eine Dichtung in der gleichen Weise erzielt, wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß die Gase nicht gegen den unteren Schenkel 32 des Ringes einwirken. Ausgenommen ist hier eine Einwirkung über eine Kompression des Expanders aus elastomerem Material.Since the gases in the combustion chamber 46 against the rear 38 of the upper Leg 31 of the ring 30 and against part of the inner circumference of the web 33 can act, a seal is obtained in the same way as that previously described embodiment with the exception that the gases are not against act on the lower leg 32 of the ring. One effect is excluded here by compressing the expander made of elastomeric material.

Fig. 7 zeigt eine weitere abgeänderte AusfXlrungsform des erfindungsgemäßen Ringes. Der Ring 70 hat im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt. Der Ring 70 weist einen oberen radialen Schenkel 71 und einen unteren radialen Schenkel 72 auf.Fig. 7 shows a further modified embodiment of the invention Ring. The ring 70 has a substantially U-shaped cross section. The ring 70 has an upper radial leg 71 and a lower radial leg 72.

Diese beiden Schenkel werden im Abstand durch einen äußeren Umfangsstegabschnitt 73 gehalten. Der Kolben 10 weist eine radial sich erstreckende Ringnut 74 auf, die in axialem Abstand von der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 angeordnet ist. Eine Umfangsaussparung 75 erstreckt sich um die Oberseite des Kolbenskopfes 10 herum. Die Umfangsaussparung 75 weist eine axiale Wandung 76 auf, die eine Lange hat, die etwa gleich der Breite des radialen Schenkels 71 des Ringes 70 ist. Eine radiale Wandung 77 der Aussparung 75 erstreckt sich von der axialen Wandung 76 nach außen bis zu einer radialen Wandung 78, die einen äußeren Durchmesser hat, der geringer ist als der äußere Durchmesser 79 des Rauptabschnittes des Kolbemkopfes. Die Wandung 78 erstreckt sich von der Wandung 77 der Aussparung 75 bis zur Ringnut 74.These two legs are spaced apart by an outer circumferential web section 73 held. The piston 10 has a radially extending annular groove 74 which is arranged at an axial distance from the top 20 of the piston head 10. One Circumferential recess 75 extends around the top of the piston head 10. The circumferential recess 75 has an axial wall 76 which has a length that is approximately equal to the width of the radial leg 71 of the ring 70. A radial one Wall 77 of recess 75 extends outward from axial wall 76 up to a radial wall 78, which has an outer diameter that is smaller is than the outer diameter 79 of the head portion of the piston head. The wall 78 extends from the wall 77 of the recess 75 to the annular groove 74.

Ein Steg 80 wird durch die radiale Wandung 77, die axiale Wandung 78 und die Ringnut 74 gebildet. Dieser Stegabschnitt 80 weist eine axiale Länge ald, die im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den radialen Schenkeln 71 und 72 des Ringes 70 ist, so daß der Ring 70 auf dem Steg 80 sitzen kann.A web 80 is formed by the radial wall 77, the axial wall 78 and the annular groove 74 is formed. This web section 80 has an axial length ald, which is substantially equal to the distance between the radial legs 71 and 72 of the ring 70 is so that the ring 70 can sit on the web 80.

kann. Der Steg 80 wirkt als ein Abschnitt eines Paßsitzes und das offene Profil des Ringes 70 wirkt als anderer Abschnitt des Paßsitzes.can. The web 80 acts as a portion of a snug fit and that open profile of ring 70 acts as the other portion of the snug fit.

Eine Expanderfeder 81, die als Wellenfeder dargestellt ist, ist zwischen der axialen Wandung 78 wld dem inneren Umfang des Stegabschnittes 73 des Ringes 70 angeordnet, um den äußeren Umfang des Ringes in Dichtungsanlage gegen die Wandung 22 der Zylinderbohrinig zu drücken. Da der Ring 70 am Stegabschnitt 80 sitzt, liegt die untere Wandung 82 des Schenkels 71 in Dichtungsanlage gegen die radiale Wandung 77 der Aussparung 75 an und verbleibt in dieser Lage während des Betriebes der Brennkraftmaschine. Der Raum hinter dem Ring 70 steht deshalb nicht mit der Brennkammer in Verbindung und es kann kein Brennstoffdampf in diesen Ring eindringen. Der Ring 70 weist im Betrieb eine minimale Reibung auf, da die Brenngase lediglich gegen den Schenkel 71 des Ringes wirken.An expander spring 81, which is shown as a wave spring, is between the axial wall 78 wld the inner circumference of the web portion 73 of the ring 70 arranged around the outer periphery of the ring in sealing engagement against the wall 22 to press the cylinder bore. Since the ring 70 sits on the web portion 80, lies the lower wall 82 of the leg 71 in sealing contact with the radial wall 77 of the recess 75 and remains in this position during operation of the internal combustion engine. The space behind the ring 70 is therefore not in communication with the combustion chamber and no fuel vapor can enter this ring. The ring 70 has in Operation has minimal friction as the fuel gases only against the leg 71 of the ring act.

Um zu verhindern, daß sich ein Druck hinter dem inneren Umfang des Ringes aufbaut und zwar infolge eines Durohleckens an der Dichtung zwischen dem Schenkel 71 und der Wandung 77 ist eine Entlüftung 85 vorgesehen, um den Raum mit der Niederdruckseite unterhalb des Ringes 70 zu verbinden.To prevent pressure from being behind the inner periphery of the Ring builds up as a result of a Durohleckens on the seal between the Leg 71 and the wall 77 a vent 85 is provided to the space with the low pressure side below the ring 70 to connect.

Um ferner die Reibung zu vermindern, und um die Wirkung der Gase gegen den Ring 71 abzugleichen, können Dichtungswülste 86 größeren Durchmessers am äußeren Umfang des Stegabschnittes 73 vorgesehen sein. Die Wülste 86 können, wie bei 87 gezeigt, mit einem harten verschleißfesten Material beschichtet sein, Die Wülste 86 sind vorzugsweise in axialem Abstand voneinander angeordnet und verlaufen entweder kontinuierlich um den Umfang herum oder in Form von Segmenten. In den Pällen, in denen die Wülste kontinuierlich um den Umfang herumlaufen, ist zur Verhindern eines Druckaufbaues im Raum 88.zwischen den Wülsten eine Entlüftung 89 torgesehen, um den Raum 88 in den den Raum hinter dem inneren Umfang des Steges hinein zu entlüften, Gase können deshalb aus diesem Raum durch die Entlüftung 85 hindurch austreten.Furthermore, in order to reduce the friction, and to counteract the effect of the gases To align the ring 71, sealing beads 86 of larger diameter can be used on the outer The circumference of the web portion 73 may be provided. The ridges 86 can, as with 87 shown to be coated with a hard wear-resistant material, the beads 86 are preferably arranged at an axial distance from one another and either run continuously around the circumference or in the form of segments. In the palls, in where the beads run continuously around the circumference is to prevent one Pressure build-up in space 88, a vent 89 was seen between the bulges the room 88 in the the space behind the inner circumference of the web to ventilate into it, gases can therefore escape from this space through vent 85 exit through.

Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des in Fig. 7 dargestellten Ringes. Der Stegabschnitt 80 ist wie bei 91 und 92 dargestellt, am oberen und unteren Umfang abgeschrägt, um den Kontaktbereich zwischen dem Steg und den Schenkeln 71 und 72 des Kolbensringes 70 zu vermindern. Dadurch wird ein größeres radiales Ansprechen des Ringes 70 erzielt, während gleichzeitig die Dichtungsanlage zwischen dem Schenkel 71 und der radialen Wandung 77 der Aussparung 75 aufrecht erhalten wird. FIG. 8 shows a modified embodiment of that shown in FIG Ring. The web portion 80 is as shown at 91 and 92, at the top and bottom Beveled circumference around the contact area between the web and the legs 71 and 72 of the piston ring 70 to decrease. This gives a greater radial response of the ring 70 achieved while at the same time the sealing system between the leg 71 and the radial wall 77 of the recess 75 is maintained.

Die Abschrägungen-91 und 92 dienen ferner zur leichteren Isolation des Ringes.The bevels 91 and 92 are also used for easier insulation of the ring.

In den Fällen, in denen die Zylinderbohrung 11 mit einer Abschrägung versehen ist, wie es bei 93 gezeigt ist, kann die obere Wulst 86 axial nach unten versetzt werden und zwar in eine Stellung, die bei 94 angezeigt ist, damit dieser Wulst frei von der Abschrägung 93 ist, wenn sich der Kolbenkopf 10 am oberen Totpunkt seines Hubes befindet. Die untere Wulst 95 kann an irgend einer Stelle unterhalb der oberen Wulst 94 angeordnet sein und zwar an einer solchen Stelle, daß der Abgleich des Ringes bei seiner Anlage gegen die Wandung 22 der Zylinderbohrung 11 in bestmöglicher Weise erfolgen kann. In those cases where the cylinder bore 11 has a chamfer is provided as shown at 93, the upper bead 86 can axially downward be displaced in a position indicated at 94 so that this The bead is free from the bevel 93 when the piston head 10 is at top dead center its stroke. The lower bead 95 can be anywhere below the upper bead 94 be arranged in such a place that the adjustment of the ring when it rests against the wall 22 of the cylinder bore 11 in the best possible way Way can be done.

Wie bereits dargelegt, kann der erfindungsgemäße Ring ein gegossener Ring sein oder dieser Ring kann zu einem U-Profll gewalzt sein. Die verminderte Dicke des Ringes vergliohen mit Standard-Kompressionsringen ermöglicht ein besseres Ansprechen des Ringes auf die Betriebsbedingungen der Brennkraftmasohine, Wegen der großen'Temperaturen, die an der Oberseite des Kolbens auftreten, werden normale Kompressionsringe außerordentlich stark abgenutzt. Aus diesem Grund sind die erfindungsgemäßen Ringe vorzugsweise mittels eines Flammen-5 prühverfahrens sprühverfahrens beschichtet und zwar mit Molybdän oder ähnlichen Metallen. Die Ringe können auch mittels eines Plasmastrahlverfahrens mit hitzebeständigen Metallegierungen beschichtet sein, wie es in der US-Patentanmeldung Serial No.As already stated, the ring according to the invention can be a cast Be a ring or this ring can be rolled into a U-profile. The diminished Thickness of the ring compared to standard compression rings allows for a better one Response of the ring to the operating conditions of the internal combustion engine, ways the large 'temperatures that occur at the top of the piston become normal Compression rings extremely worn. For this reason, the invention Rings preferably by means of a flame spraying process spraying process coated with molybdenum or similar metals. The rings can too coated with heat-resistant metal alloys using a plasma jet process as disclosed in U.S. Patent Application Serial No.

696 645 beschrieben wird.696 645 is described.

Es ist zu erkennen, daß durch die Erfindung ein neuer Kolbenring geschaffen wird, der im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt hat und der an der Oberseite eines Kolbens angeordnet werden kann, um das Durchblasen zu vermindern und um die Abscheidung von Kohlenstoff herabzusetzen, während gleichzeitig die Bildung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen verhindert wird, die durch eine Kondensation von Brennstoffdämpfen an der Zylinderwand erzeugt wird, wobei diese Kondensationsprodulct in den Spalträumen zwischen dem Kolbenkopf und der Zylinderwandung bei den bisher bekannten Einrichtungen eingefangen werden.It can be seen that a new piston ring is created by the invention which has a substantially U-shaped cross-section and which is at the top of a piston can be arranged to reduce the blow-through and around the Decrease deposition of carbon while simultaneously reducing the formation of unburned hydrocarbons is prevented by a condensation of Fuel vapors is generated on the cylinder wall, this condensation produlct in the gaps between the piston head and the cylinder wall in the previous known facilities are captured.

Patentans prüche Patent claims

Claims

Patent claims piston and piston ring arrangement, characterized by a piston that. an annular groove next to the top of the piston and at an axial distance of this, an emission control ring which is split and which is essentially has a U-shaped cross-section with axially spaced apart upper and lower radially directed legs through an outer peripheral web portion are interconnected, the lower leg of this ring free from the Groove is added and the upper leg of this ring over part of the Top of this piston is and an expander ring between the inner The circumference of the web and part of the piston is arranged around this ring in circumference direction to go out.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the expander ring is a corrugated spring member.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the expander ring is a ring of elastomeric material which radially covers part of the space between the inner circumference of the land portion and the piston fills, whereby a circumferential axial seal around the inner periphery of the Piston ring is formed around.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the outer Circumference of the leg section with a wear-resistant and abrasion-resistant metal coating is coated.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that this coating a heat-resistant metal alloy applied by means of a plasma jet process is.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the ring is clamped around the portion of the piston that the between the groove and the top of the piston.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the ring having radially extending circumferential beads on the outer periphery.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the annular space vented between the radially directed legs to the space below the ring is.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the beads are arranged in-axial distance from one another and that the space between them Bead is vented into the interior of the ring.

10. Arrangement according to claim 9, characterized in that the outer The circumference of the beads is coated with a heat-resistant metal alloy.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that one of the Bead is arranged on the top of the ring.

L e r s e i t e