DE3836796A1 - Piston ring arrangement - Google Patents

Piston ring arrangement

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Abstract

In a piston ring arrangement with oil scraper and compression sealing function for internal combustion engines a pair of rails 10 is provided, which are arranged in the same ring groove CA of the piston P. The rails are kept apart by an intermediate compression ring 20. The intermediate compression ring 20 has an external circumferential surface, which at least partially touches the cylinder wall C. The rails 10 are pressed radially outwards against the cylinder wall C by means of a spring element 30, which is arranged inside the ring groove CA. By means of the piston ring arrangement it is possible to use pistons which have only two ring grooves, since the two rails 10 act as oil ring and the intermediate separating ring 20 both as oil ring and as sealing ring. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenringanordnung mit Ölabstreif- und Kompressionsdichtungsfunktion für lnnenverbrennungsmotoren.The invention relates to a piston ring arrangement with oil wipers. and compression seal function for internal combustion engines.

Nach dem Stande der Technik weisen die Kolben für moderne Verbrennungsmotoren drei Ringe auf, die folgende Funktionen erfüllen:According to the state of the art, the pistons point to modern ones Internal combustion engines on three rings that perform the following functions:

  • 1. Gewährleistung einer effektiven Abdichtung der Verbrennungsgase.1. Ensuring effective sealing of the combustion gases.
  • 2. Sie sollen vermeiden, daß zuviel Schmieröl in die Verbrennungskammer gelangt (Ölabstreiffunktion).2. You should avoid putting too much lubricating oil in the combustion chamber reached (oil wiping function).
  • 3. Herstellung eines Wärmeleitweges von dem Kolben zu dem Kühlwassermantel des Zylinders.3. Establish a thermal path from the piston to the Coolant jacket of the cylinder.

Die erste und dritte Funktion wird ausschließlich durch die Kompressions­ ringe erfüllt, während die zweite Funktion durch ein kombiniertes Zu­ sammenwirken der Kompressions- und Ölabstreifringe erreicht wird.The first and third functions are done exclusively by the compression rings fulfilled, while the second function by a combined Zu interaction of the compression and oil control rings is achieved.

Ein typischer Ringsatz nach dem Stand der Technik für Ottomotoren be­ steht aus einem Kompressionsring in der ersten Ringnut mit 1,5 mm Ring­ breite, einem Zwischenring in der zweiten Ringnut, ebenfalls mit 1,5 mm Ringbreite, und einem Ölring in der dritten Kolbenringnut, der zwei oder drei Teile mit 3,0 mm Ringbreite aufweist.A typical ring set according to the state of the art for gasoline engines consists of a compression ring in the first ring groove with a 1.5 mm ring wide, an intermediate ring in the second ring groove, also with 1.5 mm Ring width, and an oil ring in the third piston ring groove, the two or  has three parts with 3.0 mm ring width.

In den letzten Jahren bis zur Gegenwart gab es auch Ringsätze mit mehr als drei Ringen für Kolben, die Ringbreiten aufwiesen, die etwa zweimal so groß wie die oben beschriebenen sind.In recent years up to the present, there have also been ring sets with more than three rings for pistons that had ring widths that were about twice are as large as those described above.

Die Notwendigkeit, das Gewicht, die Breite, die bewegten Massen und die Reibung von Innenverbrennungsmotoren zu reduzieren, führte zu einer Verringerung der Zahl der Ringe pro Kolben und der Ringbreite.The need, the weight, the width, the moving masses and the Reducing internal combustion engine friction resulted in a Reduction in the number of rings per piston and the ring width.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenringanord­ nung mit Ölabstreif- und Kompressionsdichtungsfunktion für lnnenverbren­ nungsmotoren zu schaffen, bei der die axiale Kolbenhöhe ohne Einbuße der Leistungsfähigkeit des Kolbens verringert werden kann. Bei der Kolbenringanordnung gemäß der Erfindung sollen die Kolbenringnuten in ihrer Anzahl möglichst verringert werden, ohne jedoch die für die ordnungsgemäße Kolbenfunktion notwendigen Ringe zu reduzieren.The invention is therefore based on the object of a piston ring arrangement oil scraper and compression seal function for internal combustion to create voltage motors in which the axial piston height without loss the performance of the piston can be reduced. In the Piston ring arrangement according to the invention, the piston ring grooves in their number should be reduced as far as possible, but without that for the proper piston function to reduce necessary rings.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben.The solution is in the characterizing part of claim 1 specified.

Gemäß der Lösung nach der Erfindung weist eine Kolbenringanordnung mit Ölabstreif- und Kompressionsdichtungsfunktion für Innenverbrennungs­ motoren folgendes auf:According to the solution according to the invention has a piston ring arrangement with oil wiping and compression sealing function for internal combustion motors the following:

  • - Zwei in einer Kolbenringnut angeordnete Schienen, wobei jede Schiene an einer entsprechenden Seitenwand der Kolbenringnut anliegt und mit ihrer Außenmantelfläche die Zylinderwand des Motors berührt;- Two rails arranged in a piston ring groove, each rail abuts a corresponding side wall of the piston ring groove and with its outer surface touches the cylinder wall of the engine;
  • - einen Zwischenkompressionsring, der zwischen dem Schienenpaar so angeordnet ist, daß dieses getrennt und in Anlage gegen die Seitenwände der Kolbenringnut gehalten wird, wobei der Zwischenkompressionsring mindestens mit einem Teil seines Außenmantels die Zylinderwand berührt;- An intermediate compression ring, so between the pair of rails is arranged that this is separate and in contact with the side walls the piston ring groove is held, the intermediate compression ring the cylinder wall with at least part of its outer jacket touched;
  • - und ein Federelement, das am Grund der Nut angeordnet ist und sich gleichzeitig gegen die Nut und das Schienenpaar abstützt, so daß das Schienenpaar radial nach außen gegen die Zylinderwand bewegt wird.- And a spring element, which is arranged at the bottom of the groove and is supported against the groove and the pair of rails at the same time, so that  Rail pair is moved radially outwards against the cylinder wall.

Die oben genannte Bauweise definiert eine Elementenanordnung, die gleichzeitig die Schienenfunktion nach dem Stand der Technik bei der zweiten und dritten Kolbenringnut erfüllt, so daß Kolben mit nur zwei Nuten und folglich geringeren Axialabmessungen verwendet werden kön­ nen.The above design defines an element arrangement that at the same time the rail function according to the state of the art at second and third piston ring groove met, so that pistons with only two Grooves and consequently smaller axial dimensions can be used nen.

Bei der Kolbenringanordnung gemäß der Erfindung wirkt das durch die Fe­ der gegen die Zylinderwand des Motors gepreßte Schienenpaar als Ölring, während der Zwischenring neben seiner Funktion, die beiden Schienen ge­ trennt in ihrer Lage zu halten, sowohl eine Ölabstreiffunktion als auch eine Dichtfunktion ausübt.In the piston ring arrangement according to the invention, this acts through the Fe the pair of rails pressed against the cylinder wall of the engine as an oil ring, while the intermediate ring next to its function, the two rails ge separates in their position to hold both an oil wiping function as well has a sealing function.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The invention is described schematically below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail. It shows:

Fig. 1 Einen Radial-Ouerschnitt eines Teils eines Motors, bei dem einer der Zylinder einen Kolben und eine Kolbenringanordnung gemäß der Erfindung aufweist. Fig. 1 shows a radial cross section of part of an engine in which one of the cylinders has a piston and a piston ring arrangement according to the invention.

Fig. 2 Einen Teil-Querschnitt einer Schiene, wie sie in der Anordnung gemäß Fig. 1 enthal­ ten ist. Fig. 2 is a partial cross-section of a rail as it is contained in the arrangement according to FIG. 1.

Fig. 3 bis 3u Querschnitte von Teilen verschiedener Bau­ teile zur beispielhaften Erläuterung des in der Kolbenringanordnung gemäß der Er­ findung verwendeten Zwischenrings. Fig. 3 to 3u cross sections of parts of different construction parts for exemplary explanation of the intermediate ring used in the piston ring assembly according to the invention.

Fig. 4 bis 4c Draufsichten verschiedener Ausführungsfor­ men von Federelementen wie sie bei einer Kolbenringanordnung gemäß der Erfindung verwendet werden. Fig. 4 to 4c plan views of various Ausführungsfor men of spring elements as used in a piston ring assembly according to the invention.

Fig. 5 Eine weitere Ausführungsform eines Zwi­ schenrings in perspektivischer Darstellung. Fig. 5 shows another embodiment of an inter mediate ring in perspective.

Gemäß Fig. 1 weist die Kolbenringanordnung ein Schienenpaar 10, vor­ zugsweise aus Stahl, mit einem Oberflächenüberzug oder einer thermoche­ mischen Antiverschleißbehandlung auf. Jede Führungsschiene, wie sie ins­ besondere in Fig. 2 zu erkennen ist, ist so geformt, daß sie mit ihrer Randfläche oder ihrem Außenmantel 13 einen zylindrischen Flächenteil berührt und gegen die Zylinderwand C des Motors gedrückt werden kann.Referring to FIG. 1, the piston ring assembly on a pair of rails 10, before preferably made of steel, with a surface coating or a thermochemical mix anti-wear treatment. Each guide rail, as can be seen in particular in Fig. 2, is shaped so that it touches a cylindrical surface part with its edge surface or its outer jacket 13 and can be pressed against the cylinder wall C of the engine.

Das Paar der Schienen 10 ist in der Ringnut CA angeordnet, die in den Kolben P des Motors eingearbeitet ist, wodurch die bekannten zweiten und dritten Ringnuten ersetzt werden.The pair of rails 10 are arranged in the annular groove CA , which is machined into the piston P of the engine, thereby replacing the known second and third annular grooves.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt jede Schiene 10 an einer entsprechen­ den Seitenwand der Ringnut CA an. Die Innenfläche 14 der Ringnut ist vom Grund der Nut CA entfernt. lhre Außenumfangsfläche 13 berührt die Zylinderwand C des Motors.As can be seen from FIG. 1, each rail 10 rests on a corresponding side wall of the annular groove CA. The inner surface 14 of the annular groove is removed from the bottom of the groove CA. Its outer peripheral surface 13 contacts the cylinder wall C of the engine.

Zwischen die beiden Schienen 10 ist ein Zwischenkompressionsring 20 eingefügt, üblicherweise aus Gußeisen oder Stahl, der solche Abmessun­ gen aufweist, daß mindestens ein Teil seiner Seitenflächen 21 in Berüh­ rung steht mit den entsprechenden Seitenflächen 11 des Schienenpaares 10, so daß diese axial in ihrer Position in Anlage an die Seitenwände der Ringnut CA gehalten werden. Der Zwischenkompressionsring 20 ist so konstruiert, daß seine innere Fläche 24 radial weiter außen liegt als die innere Fläche 14 des Schienenpaares 10, und daß seine Außenfläche 23 mindestens einen Teil aufweist, der in Kontakt mit der Zylinderwand C des Motors steht.Between the two rails 10 , an intermediate compression ring 20 is inserted, usually made of cast iron or steel, which has such dimensions that at least some of its side surfaces 21 are in contact with the corresponding side surfaces 11 of the pair of rails 10 , so that they are axially in position be held in contact with the side walls of the ring groove CA. The intermediate compression ring 20 is constructed so that its inner surface 24 is radially further outward than the inner surface 14 of the pair of rails 10 and that its outer surface 23 has at least a portion which is in contact with the cylinder wall C of the engine.

Mit anderen Worten: der Zwischenkompressionsring 20 hat einen maxima­ len Durchmesser, über mindestens einen Teil seiner Umfangsfläche 23, der gleich der lichten Weite des Zylinders C ist. In other words: the intermediate compression ring 20 has a maxima len diameter, over at least part of its circumferential surface 23 , which is equal to the inside diameter of the cylinder C.

Die Fig. 3 bis 3u zeigen verschiedene Bauformen des Zwischenkompressionsrings 20. Die Fig. 3, 3A, 3B, 3D, 3E und 3F zeigen Zwischenkompressionsringe mit folgenden Merkmalen: FIGS. 3 to 3u show various configurations of the intermediate compression ring 20. Figs. 3, 3A, 3B, 3D, 3E and 3F show intermediate compression rings with the following features:

20: konisch, mit positiver Vertwistung (Innenfase oben)
20 a: zylindrisch
20 b: konisch
20 c: zylindrisch, mit positiver Vertwistung (Innenfase oben)
20 d: konisch, mit negativer Vertwistung (Innenfase unten)
20 e: einseitig trapezförmig (rechtwinkliges Trapez)
20 f: Nasenring, hinterstochen (Napierring) 20 : conical, with positive twisting (inner chamfer above)
20 a : cylindrical
20 b : conical
20 c : cylindrical, with positive twisting (inner chamfer above)
20 d : conical, with negative twisting (inner chamfer below)
20 e : trapezoidal shape on one side (right-angled trapezoid)
20 f : nose ring, stabbed (Napier ring)

Nach den Fig. 3G-3U können diese Zwischenkompressionsringe radiale Abschrägungen oder Vertiefungen 26, 26 a, 26 b, 26 c, 26 d, 26 e und 26 f an ihren unteren Seitenflächen oder radiale Abschrägungen 27, 27 a, 27 b, 27 c, 27 d, 27 e und 27 f an ihren oberen Seitenflächen aufweisen. Der Verlauf der radialen Abschrägungen wird besonders deutlich in dem in Fig. 5 gezeigten Ring. Die Abschrägungen (Vertiefungen) dienen dazu, den Rückfluß des Öls in das Kurbelgehäuse zu ermöglichen.According to FIGS. 3G-3U, these intermediate compression rings can have radial bevels or depressions 26 , 26 a , 26 b , 26 c , 26 d , 26 e and 26 f on their lower side surfaces or radial bevels 27 , 27 a , 27 b , 27 c , 27 d , 27 e and 27 f have on their upper side surfaces. The course of the radial bevels becomes particularly clear in the ring shown in FIG. 5. The bevels (depressions) serve to allow the oil to flow back into the crankcase.

Das vierte und letzte Element der Kolbenringanordnung nach der Erfin­ dung ist ein Federelement 30, das innerhalb der Ringnut CA angeordnet ist, so daß es sich im Fall der in den Fig. 4A-4C gezeigten Federn gleichzeitig am Nutgrund der Ringnut CA und der lnnenfläche 14 des Schienenpaars 10 abstützt. Auf diese Weise werden die Schienenpaare 10 nach außen gegen die Zylinderwand C des Motors gedrückt. Im Falle einer Feder gemäß Fig. 4 erfolgt die Abstützung gleichzeitig auf die Sei­ tenwände der Nut CA und die lnnenflächen 14 des Schienenpaares 10.The fourth and last element of the piston ring arrangement according to the inven tion is a spring element 30 which is arranged within the annular groove CA , so that in the case of the springs shown in FIGS . 4A-4C it is simultaneously on the groove base of the annular groove CA and the inner surface 14th supports the pair of rails 10 . In this way, the pairs of rails 10 are pressed outwards against the cylinder wall C of the engine. In the case of a spring according to FIG. 4, the support takes place simultaneously on the side walls of the groove CA and the inner surfaces 14 of the pair of rails 10 .

Gemäß den Fig. 4 bis 4C können diese Expansionsfedern 30 unterschiedliche Formen aufweisen. Wie in den Beispielen gezeigt, hat die Feder die Form eines Streifens oder Metallbandes etwa in Form eines länglichen Rechtecks mit oder ohne Querverbiegungen längs seiner Längserstreckung, so daß auf das Schienenpaar 10 ein radialer Druck nach außen ausgeübt wird. Referring to FIGS. 4 through 4C, this expansion springs 30 may have different shapes. As shown in the examples, the spring has the shape of a strip or metal strip approximately in the form of an elongated rectangle with or without transverse bends along its longitudinal extent, so that a radial pressure is exerted on the pair of rails 10 to the outside.

Nach einer bevorzugten Bauform wird die in den Fig. 4A bis 4C gezeigte Expansionsfeder 30 durch Seitenwände der Ringnut CA, die den Nutgrund berühren, und durch die Innenfläche 14 des Schienenpaares 10 in einer Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Punkten geführt, wäh­ rend nach der Ausbildungsform der Fig. 4 keine Berührung mit dem Nut­ grund der Nut CA vorgesehen ist.According to a preferred design, the expansion spring 30 shown in FIGS . 4A to 4C is guided through side walls of the ring groove CA, which touch the groove base, and through the inner surface 14 of the pair of rails 10 in a plurality of angularly spaced points, while according to the design of the Fig. 4 no contact with the groove reason of the groove CA is provided.

Selbstverständlich können auch andere Federelemente vorgesehen werden, sofern Sie nur eine vergleichbare Kraft auf die beiden Schienen 10 aus­ üben.Of course, other spring elements can also be provided, provided that you only exert a comparable force on the two rails 10 .

Claims (12)

1 Kolbenringanordnung mit Ölabstreif- und Kompressionsdichtungs­ funktion für Innenverbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb derselben in dem Kolbenmantel gebildeten Ringnut (CA) ein Paar von Führungsschienen (10) so angeordnet ist, daß jede Führungsschiene an einer entsprechenden Seitenwand der Ringnut anliegt und mit ihrer Außenumfangsfläche (13) die Zylinderwand (C) des Motors berührt, daß ein Zwischenkompressionsring (20) zwischen den beiden Führungsschienen (10) angeordnet ist, so daß diese getrennt und in Anlage gegen die jeweiligen Seitenwände der Ringnut (CA) gehalten werden, daß der Zwischenkompressionsring (20) mit mindestens einem Teil seiner Außenumfangsfläche (23) die Zylinderwand (C) berührt, und daß ein Federelement (30) innerhalb der Ringnut (CA) angeordnet ist und sich einerseits auf dem Kolben (P) und andererseits auf den beiden Führungsschienen (10) abstützt, um diese so gegen die Zylinderwand (C) zu pressen.1 piston ring assembly with oil wiping and compression seal function for internal combustion engines, characterized in that a pair of guide rails ( 10 ) is arranged within the ring groove (CA) formed in the piston skirt so that each guide rail bears against a corresponding side wall of the ring groove and with its outer peripheral surface ( 13 ) touches the cylinder wall ( C ) of the engine, that an intermediate compression ring ( 20 ) is arranged between the two guide rails ( 10 ) so that these are kept separate and in contact against the respective side walls of the annular groove (CA) that the intermediate compression ring ( 20 ) with at least part of its outer peripheral surface ( 23 ) touches the cylinder wall ( C ), and that a spring element ( 30 ) is arranged within the annular groove (CA) and is on the one hand on the piston ( P ) and on the other hand on the two guide rails ( 10 ) is supported so as to press it against the cylinder wall ( C ). 2. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federelement (30) an dem Grund der Ringnut (CA) einerseits und der Innenfläche (14) der beiden Führungsschienen (10) andererseits ab­ stützt.2. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring element ( 30 ) on the bottom of the annular groove (CA) on the one hand and the inner surface ( 14 ) of the two guide rails ( 10 ) on the other hand is supported. 3. Kolbenringanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) den Grund der Ringnut (CA) und die Innenfläche (14) der beiden Führungsschienen (10) an einer Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Punkten berührt. 3. Piston ring arrangement according to claim 2, characterized in that the spring element ( 30 ) touches the bottom of the annular groove (CA) and the inner surface ( 14 ) of the two guide rails ( 10 ) at a plurality of angularly spaced points. 4. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) eine der Seitenwände der Ringnut (CA) und die Innenfläche (14) der beiden Schienen (10) berührt.4. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring element ( 30 ) touches one of the side walls of the annular groove (CA) and the inner surface ( 14 ) of the two rails ( 10 ). 5. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) achsial durch die Seitenwand der Ringnut (CA) geführt wird.5. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring element ( 30 ) is guided axially through the side wall of the annular groove (CA) . 6. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (30) ein Metallband ist, das zwischen dem Grund der Ringnut (CA) und der Innenfläche (14) der beiden Führungsschienen (10) angeordnet ist.6. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring element ( 30 ) is a metal strip which is arranged between the bottom of the annular groove (CA) and the inner surface ( 14 ) of the two guide rails ( 10 ). 7. Kolbenringanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband einen Überzug oder eine gegen Verschleiß behandelte Oberfläche aufweist oder thermochemisch gegen Verschleiß behandelt ist.7. Piston ring arrangement according to claim 6, characterized in that that the metal band treated a coating or one against wear Surface or is thermochemically treated for wear. 8. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut in der Nähe einer zweiten Ringnut eines konventionellen Kolbens mit drei Ringnuten angeordnet ist.8. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the ring groove near a second ring groove of a conventional Piston is arranged with three ring grooves. 9. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lnnenfläche (24) des Zwischenkompressionsrings (20) radial weiter außen liegt als die Innenfläche (14) der beiden Führungsschienen (10).9. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the inner surface ( 24 ) of the intermediate compression ring ( 20 ) is located radially further outside than the inner surface ( 14 ) of the two guide rails ( 10 ). 10. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkompressionsring (20) die benachbarten Seitenflächen (11) der beiden Schienen (10) über Oberflächenabschnitte der einen oder anderen Seitenfläche (21) des Zwischenkompressionsrings berührt.10. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate compression ring ( 20 ) touches the adjacent side surfaces ( 11 ) of the two rails ( 10 ) via surface sections of one or the other side surface ( 21 ) of the intermediate compression ring. 11. Kolbenringanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Seitenflächen (21) des Zwischenkompressionsrings (20) radiale Abschrägungen (26-26 f und 27-27 f) aufweist.11. Piston ring arrangement according to claim 8, characterized in that one of the side surfaces ( 21 ) of the intermediate compression ring ( 20 ) has radial bevels ( 26-26 f and 27-27 f ). 12. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkompressionsring (20) eine der folgenden Bauweisen auf­ weist: konisch, mit positiver Vertwistung (lnnenfase oben) (20), zylindrisch (20 a); konisch (20 b); zylindrisch, mit positiver Vertwistung (Innenfase oben) (20 c); konisch, mit negativer Vertwistung (Innenfase unten) (20 d), halbtrapezförmig (20 e) und nasenringförmig (hinterstochen) (20 f).12. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate compression ring ( 20 ) has one of the following designs: conical, with positive twisting (inner chamfer above) ( 20 ), cylindrical ( 20 a); conical ( 20 b); cylindrical, with a positive twist (inner chamfer above) ( 20 c); conical, with negative twisting (inner chamfer at the bottom) ( 20 d), semi-trapezoidal ( 20 e) and nose ring-shaped (undercut) ( 20 f) .
DE3836796A 1988-04-08 1988-10-28 Piston ring arrangement Ceased DE3836796A1 (en)

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