DE2343335B1

DE2343335B1 - Oil scraper ring for internal combustion engines and process for producing the same

Info

Publication number: DE2343335B1
Application number: DE2343335A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Maruyama; Joichi Watanabe
Original assignee: Riken Piston Ring Industrial Co Ltd
Current assignee: Riken Piston Ring Industrial Co Ltd
Priority date: 1973-08-28
Filing date: 1973-08-28
Publication date: 1974-11-07
Also published as: DE2343335A1

Description

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Anwendung auf eine Drehkolbenmaschine darstellt, näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt mit am Rotor oder Drehkolben des Motors angebrachten erfindungsgemäßen Ölabstreifringen, The invention is described below with reference to the drawing, which refer to a preferred embodiment of the invention in its application represents a rotary piston machine, explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a cross section with oil control rings according to the invention attached to the rotor or rotary lobe of the engine,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines der in F i g. 1 dargestellten Ölabstreifringe, F i g. 3 eine schematische Teilansicht des Ölabstreifringes, die das Verfahren seiner Herstellung veranschaulicht, F i g. 4 einen Teilquerschnitt, der darstellt, wie sich der Ölabstreifring im Betrieb abnutzt, und F i g. 5 ein erläuterndes Diagramm, das die Verteilung des Kontaktdruckes an der Gleitfläche des in F i g. 4 gezeigten Ölabstreifringes veranschaulicht. 2 shows a partially sectioned side view of one of the in F i G. 1 shown oil control rings, F i g. 3 a schematic partial view of the oil control ring, which illustrates the process of its manufacture, FIG. 4 a partial cross-section, which shows how the oil control ring wears out during operation, and FIG. 5 a explanatory diagram showing the distribution of contact pressure on the sliding surface of the in FIG. 4 illustrated oil control ring.

In F i g. 1 der Zeichnung ist mit der Bezugszahl 1 das seitliche Gehäuse einer Drehkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 2 ein exzentrisch im Gehäuse 1 drehbar gelagerter Drehkolben und 3 und 3a Nuten in einer Seite des Drehkolbens 2 zur Aufnahme entsprechender Ölabstreifringe 4 und 4a, welche die vorliegende Erfindung verkörpern. Die Ölabstreifringe 4, 4a werden in Verbindung mit entsprechenden elastischen Dichtringen 5 und 5a aus Gummimaterial verwendet. Sie sind jeweils mit einer Abstreifkante 9 versehen, welche unter dem Druck einer rückwärtigen Feder 7 mit der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses 1 in Druckkontakt gehalten wird. Es ist leicht zu verstehen, daß diese Ölabstreifringe im Betrieb dazu dienen, das dem Raum zwischen dem seitlichen Gehäuse 1 und dem Drehkolben 2 zugeführte Schmieröl daran zu hindern, im Übermaß in die Brennkammer außerhalb der Ölabstreifringe hineinzulecken. In Fig. 1 of the drawing is denoted by the reference number 1 on the side Housing of a rotary piston internal combustion engine designated, with 2 an eccentric in Housing 1 rotatably mounted rotary piston and 3 and 3a grooves in one side of the rotary piston 2 for receiving corresponding oil control rings 4 and 4a, which the present invention embody. The oil control rings 4, 4a are in connection with corresponding elastic Sealing rings 5 and 5a made of rubber material are used. They are each with a wiper edge 9 provided, which under the pressure of a rear spring 7 with the inner wall surface 8 of the side housing 1 is kept in pressure contact. It's easy to understand that these oil control rings are used in operation to the space between the side Housing 1 and the rotary piston 2 to prevent supplied lubricating oil from in excess licking into the combustion chamber outside the oil control rings.

In F i g. 2 ist einer der Ölabstreifringe 4 im Querschnitt dargestellt. Die Gleitfläche 10 des Abstreifringes 4, d. h. die ringförmige Außenfläche desselben, die mit der inneren Wandfläche des seitlichen Gehäuses in Eingriff gebracht wird, ist unter einem Neigungswinkel o; angeordnet und hat einen Härtegradienten, der eine veränderliche Oberflächenhärte aufweist, welche an der Abstreifkante 9 am höchsten ist und stetig mit der Entfernung von derselben abnimmt. Die hintere oder gegenüberliegende Außenfläche 11 des Ölabstreifringes steht unter Druck mit der Feder 7 in Eingriff, wenn der Ölabstreifring in die Nut 3 eingesetzt ist. Außerdem ist der Ölabstreifring 4 entlang seinem Innenumfang mit einer ringförmigen Nut 12 zur Aufnahme des elastischen Dichtringes 5 versehen. In Fig. 2 one of the oil control rings 4 is shown in cross section. The sliding surface 10 of the scraper ring 4, d. H. the annular outer surface of the same, which is brought into engagement with the inner wall surface of the side housing, is at an angle of inclination o; arranged and has a hardness gradient that has a variable surface hardness, which is highest at the scraper edge 9 and decreases steadily with the distance from it. The rear or opposite Outer surface 11 of the oil control ring is under pressure in engagement with the spring 7, when the oil control ring is inserted in groove 3. Also is the oil control ring 4 along its inner circumference with an annular groove 12 for receiving the elastic Sealing ring 5 provided.

Als nächstes soll das Verfahren beschrieben werden, wie der Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes 4, die der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses zugewandt ist, ein zweckmäßiger Härtegradient gegeben wird. Next, the procedure will be described as the sliding surface 10 of the oil control ring 4 that of the inner wall surface 8 of the side housing is facing, an appropriate hardness gradient is given.

Zuerst wird ein Ringrohling vorbereitet, der eine angemessene Form und einen Teil zu entfernenden Materials aufweist, mit einer Außenfläche, die entgegengesetzt zur gewünschten Gleitfläche 10 abgeschrägt oder geneigt ist. wie in Fig.3 durch die gestrichelte Linie 10a dargestellt ist. Die Außenfläche 10a des Ringrohlings wird zuerst bis zu einer entsprechenden Tiefe 14 durch gewöhnliches Nitrieren einsatzgehärtet und wird anschließend durch entsprechendes Bearbeiten fertigbearbeitet, um die Gleitfläche 10 zu erhalten, die relativ zur ursprünglichen Außenfläche 10a entgegengesetzt abgeschrägt oder geneigt ist. Die an dem Rohling ausgebildete, einsatznitrierte oder -gehärtete Schicht 15 weist offensichtlich eine sich mit der Tiefe ändernde Härte auf und ist an der äußeren Oberfläche am härtesten, so daß verschiedene Abschnitte der Schicht mit abweichender Tiefe außen liegen, um die Gleitfläche 10 zu bilden, wenn der Ölabstreifring, wie oben beschrieben, fertiggestellt wurde, so daß er einen bestimmten Härtegradienten aufweist. Auf diese Weise weist die fertigbearbeitete Gleitfläche 10 eine sich ändernde Härte auf, die an der radial inneren Kante der Gleitfläche, welche die Abstreifkante 9 bildet, am höchsten ist und stetig mit der Entfernung von der Kante in Aufwärtsrichtung abnimmt, wie in den F i g. 2 und 3 zu sehen ist. First, a ring blank is prepared that has an appropriate shape and a portion of material to be removed with an outer surface that is opposite is beveled or inclined to the desired sliding surface 10. as in Fig. 3 the dashed line 10a is shown. The outer surface 10a of the ring blank is first case hardened to a corresponding depth 14 by ordinary nitriding and is then finished by appropriate machining to the sliding surface 10, which beveled in the opposite direction relative to the original outer surface 10a or is inclined. The case-nitrided or hardened one formed on the blank Layer 15 obviously has a hardness that changes with depth and is hardest on the outer surface, so that different sections of the layer lie on the outside with a different depth in order to form the sliding surface 10, if the oil control ring, as described above, so that it has a certain hardness gradient having. In this way, the finished sliding surface 10 a changing Hardness on that on the radially inner edge of the sliding surface, which is the scraper edge 9 forms, is highest and steady with the distance from the edge in the upward direction decreases, as shown in FIGS. 2 and 3 can be seen.

Es ist zu bemerken, daß der Härtegradient der Gleitfläche 10 leicht durch Ändern des Neigungswinkels p der Außenfläche 10a des Ringrohlings vor dem Nitrieren gewählt werden kann. Um den Gradienten stärker anwachsend zu gestalten, ist es z. B. nur notwendig, den Winkel ß zu steigern. It should be noted that the hardness gradient of the sliding surface 10 is easy by changing the angle of inclination p of the outer surface 10a of the ring blank before Nitriding can be chosen. To make the gradient grow stronger, is it z. B. only necessary to increase the angle ß.

Bei der Verwendung des nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Ölabstreifringes ist leicht einzusehen, daß die Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes sich nur minimal abnutzt auf Grund der hohen Abriebfestigkeit der gehärteten Schicht 15, welche diesem Ring eine extrem verlängerte Lebensdauer gibt. When using the according to the method of the present invention trained oil control ring is easy to see that the sliding surface 10 of the The oil control ring only wears minimally due to the high abrasion resistance of the hardened layer 15, which gives this ring an extremely extended service life.

Zusätzlich hat die Gleitfläche 10 einen bestimmten Härtegradienten, wie oben beschrieben wurde, welche eine Härte aufweist, die an der Abstreifkante 9 maximal ist, wo der Abnutzungswiderstand am meisten erforderlich ist, und stetig in radialer Richtung nach außen mit der Entfernung von derselben abnimmt. Dadurch erhält die Oberfläche offensichtlich die Tendenz, sich in einem Muster entsprechend dem Härtegradienten und mit einem Betrag abzunutzen, der sich mit der Entfernung von der Abstreifkante 9 ändert, so daß die Kante ungeachtet der im Betrieb unvermeidlichen Oberflächen abnutzung scharf gehalten wird.In addition, the sliding surface 10 has a certain hardness gradient, as described above, which has a hardness at the scraper edge 9 is maximum where wear resistance is most needed and is continuous decreases in the radial direction outward with the distance from the same. Through this Obviously, the surface will tend to move in a pattern accordingly the hardness gradient and with an amount that increases with distance of the wiping edge 9 changes, so that the edge regardless of the inevitable in operation Surface wear is kept sharp.

F i g. 4 zeigt, wie die Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes 4 durch Reibung abgenutzt wird. Die einsatznitrierte Schicht 15 ist in einem teilweise abgenutzten Stadium dargestellt und steht mit der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses t über einen radialen Bereich 9a-9b in Berührung. Wie leicht zu erkennen ist, weist auch die abgenutzte Ringoberfläche im Bereich 9a-9b einen bestimmten Härtegradienten und einen entsprechenden Gradienten der Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und des Kontaktdruckes an der Wandfläche 8 auf. Wie in F i g. 5 zu beobachten ist, welche die Verteilung des Kontaktdruckes im Bereich 9a-9b darstellt, ist der Kontaktdruck der nitrierten Schicht an der Wandfläche 8 des Gehäuses an der radial inneren Kante 9a der Oberfläche am höchsten, welche zum Abstreifen des Öls dient, und nimmt mit der Entfernung von derselben ab. F i g. 4 shows how the sliding surface 10 of the oil control ring 4 through Friction is worn away. The case-nitrided layer 15 is partially worn Stage shown and stands with the inner wall surface 8 of the side housing t in contact over a radial region 9a-9b. As can be easily seen, points the worn ring surface in the area 9a-9b also has a certain hardness gradient and a corresponding gradient of resistance to wear and tear of the contact pressure on the wall surface 8. As in Fig. 5 is to be observed which represents the distribution of the contact pressure in the area 9a-9b, is the contact pressure the nitrided layer on the wall surface 8 of the housing on the radially inner edge 9a of the highest surface, which is used to scrape off the oil, and takes with it the distance from it.

Während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Anwendung auf eine Drehkolbenmaschine gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch mit Erfolg auf Ölabstreifringe für Hubkolben-Brennkraftmaschinen angewendet werden können, die gewöhnlich als abgeschrägte Ringe bezeichnet werden, einschließlich minimal abgeschrägter Ringe, und die bei hin- und hergehenden Kolben verwendet werden, um das Öl abzustreifen und abzudichten. Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich im allgemeinen sowohl auf Ölabstreifringe, wie sie an der Wandfläche 8 des Gehäuses als auch wie sie an der inneren Wandfläche eines der Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine verwendet werden. While an embodiment of the invention in its application has been shown and described on a rotary piston machine, it is understood that the principles of the invention also apply to oil control rings for reciprocating internal combustion engines with success which are commonly referred to as beveled rings can be used, including minimally beveled rings, and those on reciprocating pistons used to strip off and seal the oil. The previous description generally refers to both oil control rings and the wall surface 8 of the housing as well as how they are attached to the inner wall surface of one of the cylinders Reciprocating internal combustion engine can be used.

Es ist zu bemerken, daß - obwohl das Nitrieren zum Einsatzhärten beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wurde - auch andere Einsatzhärteverfahren einschließlich des Aufkohlens und Chromplattierens an Stelle des erwähnten Verfahrens mit zufriedenstellenden Ergebnissen angewendet werden können. It should be noted that - although nitriding for case hardening was used in the embodiment described above - also other case hardening methods including carburizing and chrome plating in place of the aforementioned method can be used with satisfactory results.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung ein Ölabstreifring geschaffen, der mit einer Gleitfläche mit einem bestimmten Härtegradienten hergestellt ist. Dieser Ölabstreifring kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Einsetzen aus einem Ringrohling hergestellt werden, der mit einem angemessenen Betrag durch eine Maschine abzuarbeitenden oder abzuschleifenden Materials vorbereitet ist und eine Außenfläche aufweist, die, wie in F i g. 3 mit 10a bezeichnet ist, in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung geneigt ist, in welcher die am Ende erhaltene Gleitfläche 10 geneigt ist, indem die Oberfläche des Rohlings einfach einem Einsatzhärten ausgesetzt wurde, um ein Härtemittel, wie Stickstoff, Kohlenstoff oder Chrom, in denselben eindringen zu lassen oder zu diffundieren und anschließend die einsatzgehärtete Oberfläche des Rohlings durch Fräsen und Schleifen auf die Auslegungsneigung zu bringen. Der auf diese Weise hergestellte Ölabstreifring weist eine sich radial entlang der fertigen Gleitfläche ändernde Härte auf und kann im Betrieb mit der zugehörigen Wandfläche des Motors mit seiner Abstreifkante in Berührung gebracht werden, wo die Härte und daher der Abnutzungswiderstand am höchsten sind. So kann die als Ölabstreifkante dienende Abstreifkante 9 oder 9a immer mit dem höchsten Druck mit der Wandfläche des Motors in Berührung gehalten werden und unter einem spitzen Winkel zu derselben. Dies bedeutet offensichtlich, daß der erfindungsgemäße Ölabstreifring während seiner gesamten Verwendung eine gute Ölabstreiffähigkeit aufrechterhalten kann und eine extrem erhöhte Lebensdauer aufweist. In summary, the invention creates an oil control ring, which is made with a sliding surface with a certain hardness gradient. This oil control ring can according to the method according to the invention by inserting can be made from a ring blank that passes through a reasonable amount a machine is prepared for the material to be processed or abraded, and has an outer surface which, as shown in FIG. 3 is denoted by 10a, in one Direction is inclined opposite to the direction in which the end received Sliding surface 10 is inclined by simply case hardening the surface of the blank has been exposed to a hardening agent, such as nitrogen, carbon, or chromium, in to let the same penetrate or diffuse and then the case-hardened Surface of the To bring blanks to the design inclination by milling and grinding. The oil control ring produced in this way has a radial direction along the finished sliding surface changing hardness and can be used in operation with the associated Wall surface of the motor are brought into contact with its wiper edge, where the hardness and therefore the wear resistance are highest. So it can be used as an oil scraper edge serving wiper edge 9 or 9a always with the highest pressure with the wall surface of the motor are kept in contact and at an acute angle to the same. This obviously means that the oil control ring according to the invention during his can maintain good oil scraping ability throughout use and a has extremely increased service life.

Claims

Claims: 1. Oil control ring for internal combustion engines with a to form a sharp wiper edge inclined sliding surface, which has a larger Shows hardness than the base material, d a you raw g e k e n n -z e i n e t that the hardness of the case-hardened sliding surface (10) on the scraper edge (9) is maximum and decreases steadily with the distance from it.

2. A method for producing an oil control ring according to claim 1, characterized in that a ring blank is prepared with an outer surface (10a) which is at an appropriate angle ß in a direction opposite to the direction is inclined in which the sliding surface (10) of the finished oil control ring (4) is inclined at an angle α that the outer surface (10a) of a case hardening for Penetration or diffusion of a hardening agent, e.g. B. nitrogen, carbon or chromium, into the blank material to form a hardened layer (15) exposed to the outer surface and then finish-machined the hardened layer (15) in order to obtain the sliding surface (10) at the end.

The invention relates to an oil control ring for internal combustion engines with a sliding surface inclined to form a sharp scraper edge, the one has greater hardness than the base material, and a method of manufacturing same.

As is known, oil control rings of the type mentioned are in principle for this intended to prevent excessive ingress of lubricating oil into the combustion chamber of the engine. During operation, they are attached to the inner wall surface of the associated cylinder of the rear and reciprocating piston or the side housing of a rotary piston internal combustion engine sliding along, depending on where they are installed, to remove any excess To wipe off lubricating oil that is in contact with the surface. So that such an oil control ring maintains its ability to be wiped off for a sufficient period of time, it is necessary to that the oil control edge of the oil control ring is always kept sharp enough to maintain linear contact with the associated wall surface of the motor, so that the oil stripping can be performed satisfactorily. Indeed however, oil control rings, and especially those used in rotary piston engines, exposed to complex external forces and driven to make complicated movements to execute. This causes considerable wear on the oil control ring Friction. In the past, this has caused a significant loss of sharpness and hence the oil scraping action of sliding with the wall surface of the engine The oil scraper edge held in contact results in the engine's lubricating oil consumption elevated.

In addition, the annular surface in contact with the wall of the motor becomes larger as the oil control ring continues to wear and this has earlier to reduce the contact pressure between these parts and an unequal one Oil control effect of the oil control ring guided.

To the aforementioned substantial loss of Sharpness or sharp edges To avoid it, it has been suggested to use the sharp edge of a piston ring with a To provide hard chrome plating or to plate with chrome, as it is in US Pat 511 874, or to carry out case hardening as described in DT-Gbm 1 953 819. Both the one and the other proposed solution however, have the same disadvantage as described above when the hardened 2nd shift is worn out due to the long running time of the machine.

The invention is therefore based on the object of a new and improved To create oil control ring, regardless of the inevitable wear during operation is free from any significant reduction in oil control caused by the Loss of sharpness of the oil scraper edge, enlargement of the contact surface of the Oil control ring with the associated wall surface of the engine and the resulting resulting decreasing contact pressure between the two.

In the case of an oil control ring, this task is the one mentioned at the beginning Type solved according to the invention in that the hardness of the case-hardened sliding surface is maximum at the scraper edge and decreases steadily with the distance from the same.

The invention creates an oil control ring in this way, whose scraper edge remains sharp much longer than was previously the case, because the wear of the inclined sliding surface, which has a lower hardness, larger than that of the wiper edge, so that the sharpness of the wiper edge is over sustained for a long period of time.

Another object of the invention is to provide a method for To create the above-mentioned oil control ring.

This object is achieved according to the invention in that a ring blank is prepared with an outer surface that is at an appropriate angle ß in is inclined in a direction opposite to the direction in which the sliding surface of the finished Oil control ring is inclined at an angle that the outer surface of a case hardening for the penetration or diffusion of a hardening agent, e.g. nitrogen, carbon or chromium, into the blank material to form a hardened layer on the The outer surface is exposed and then the hardened layer is finished, to get the sliding surface at the end.

In this way, a sealing or sliding surface is created on the ring blank obtained which obviously has a certain hardness gradient, d. H. the Layers of the material below the sliding surface are treated differently, and thereby the wear resistance along the surface changes from one Edge to the other. It is clear that in operation the less hard surface area wears out faster than the area with greater hardness, and this can cause the oil control edge the sliding surface, which is the hardest, must be kept sharp enough to do its job to meet for a long period of time.