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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Kompressionsring für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung.
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Im Zusammenhang mit Kompressionsringen, die als ein
Kolbenringtyp für Brennkraftmaschinen mit innerer
Verbrennung verwendet werden, wurden verschiedene Verbesserungen
zur Erhöhung deren Abdichtfähigkeit gemacht, zu dem Zweck,
eine Kurbelgehäusegasleckage zu verhindern, wenn der Kolben
mit den Kompressionsringen dem Kompressionsdruck ausgesetzt
ist.
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Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechender
Kompressionsring ist in dem US Patent Nr. 5253878 offenbart
und in Fig. 3 dargestellt. In diesem Beispiel weist der
Kompressionsring (1) eine erste Stoßfläche mit einer Rippe
(2), die sich von einer oberen Außenumfangsseite der
Stoßfläche aus in Umfangsrichtung erstreckt und im Querschnitt
ein rechtwinkliges Dreieck ist, und eine andere Stoßfläche
mit einer Kerbe (3) auf, die an einer oberen
Außenumfangsseite der Stoßfläche ausgebildet und im Querschnitt ein
rechtwinkliges Dreieck zur Aufnahme der Rippe (2) ist.
Dieser Kompressionsring (1) ist in der Ringnut (4) eines
Kolbens (5) aufgenommen, wobei die Rippe (2) in dem Zustand,
in dem der Kolben in einer Zylinderbohrung hin- und
herbewegbar eingerichtet ist, auf der Kerbe (3) aufliegt, so daß
die Stoßflächen sich berühren.
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Um die hohe Abtriebsleistung und Leistungsfähigkeit
neuerer Benzinmotoren zu erreichen, sind widerstandsfähige
Kolbenringe vorgesehen, wobei eine Auswahl von für die
erforderliche mechanische Fertigung der Kolbenringe
geeigneten Metallmaterialien erforderlich ist. Anders ausgedrückt
werden die Materialien für die Kolbenringe in Abhängigkeit
von einer Kombination eines hochfesten Materials mit einem
für die mechanische Fertigung hervorragenden Material
gewählt. Da die Qualität des Materials des Kolbens, an dem
die Kolbenringe satt anliegen, gegenüber dem der
Kolbenringe schlechter ist, entsteht an einer Seitenfläche der
Ringnut ein größerer Verschleiß, wodurch eine instabile
Bewegung des Kolbenrings in der Ringnut eintritt. Eine Folge
davon ist ein Bruch der Rippe (2) des Kolbenrings (1), der
die sogenannte Doppelwinkel-Stoßflächengestaltung besitzt,
wodurch sich die Brennkraftmaschinenleistung deutlich
verschlechtert. Ein derartiger Bruch der Rippe (2) tritt meist
dann ein, wenn der obere Eckabschnitt an der
Innenumfangsseite des Kompressionsrings in Umfangsrichtung
weggeschnitten und dadurch ein sogenannter Innenschnitt (7)
ausgebildet wird, und wenn die Rippe (2) einen kleinen Querschnitt
aufweist.
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Im Prinzip ist es bekannt, daß die Innenumfangsfläche
eines Kolbenrings Ringnuten aufweist. Diese Nuten sind
jedoch verschieden angeordnet und haben verschiedene
Funktionen:
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Das Dokument JP-A-58-122137 offenbart einen Kolbenring
mit einem oder einer Vielzahl von Nutstreifen zur
Speicherung von Ölschlamm, die bezüglich einer Mittellinie der
Innenfläche des Kolbenrings sylmmetrisch an der Innenfläche
angeordnet sind.
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Aus dem Dokument JP-U-2-58164 ist eine Dichtung zur
Hin- und Herbewegung bekannt. Sie besteht aus einem nahezu
kreisringförmigen elastischen Körper, an dessen
Innenumfangsfläche in axialer Richtung Unebenheiten ausgebildet
sind.
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Gemäß dem Dokument JP-Y-5-6452 weist ein in einer
Ringnut eines Kolbens aufgenommener Dichtring an seiner
Innenumfangsfläche eine Ringnut auf. Diese Nut steht mit einem
Ringvorsprung in Eingriff, der in der Form im wesentlichen
der Ringnut des Dichtrings entspricht und in der Ringnut
des Kolbens vorgesehen ist.
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Um die im Stand der Technik aufgetretenen, vorstehend
erwähnten Probleme zu beheben, ist es die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Kompressionsring für eine
Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zu schaffen, der
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Rippe mit einem
größeren Querschnitt aufweist, wobei die
Seitenflächenabdichtfähigkeit des Kompressionsrings durch eine andere
Maßnahme erzielt wird, welche dieselbe Funktion hat wie der
sogenannte Innenschnitt-Ring, der die
Seitenflächenabdichtfähigkeit des Kompressionsrings erhöht (siehe die
Beschreibung von GB-A-2164418).
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Erfindungsgemäß wird die vorstehend genannte Aufgabe
gelöst durch einen Kompressionsring für eine
Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einer Rippe, die von
einem oberen Außenumfangsseitenabschnitt, der einen Teil
einer Stoßfläche gegenüberliegender Stoßflächen bildet, in
Umfangsrichtung ragt, und einer Kerbe, die an einem oberen
Außenumfangsseitenabschnitt, der einen Teil der anderen
Stoßfläche bildet, zur Auflage der Rippe ausgebildet ist,
gekennzeichnet durch des weiteren wenigstens eine sich an
einer Innenumfangsfläche in Umfangsrichtung erstreckenden
Ringnut, deren Mittellinie oberhalb einer Mittellinie in
Breitenrichtung des Kompressionsrings angeordnet ist, wobei
der obere Innenumfangseckabschnitt des Kompressionsrings
nutfrei ist.
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Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Ringnuten
ausgebildet, die jeweils einen Querschnitt in Form eines
Halbkreises besitzen.
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Da gemäß der vorliegenden Erfindung der
Innenumfangsabschnitt der Rippe in einen Bereich in der Nähe der
Innenumfangsfläche
des Rings verlegt und damit der Querschnitt der
Rippe größer wird, wird ein Bruch der Rippe verhindert. Der
Außenumfang des Kompressionsrings mit der Ringnut läßt sich
leicht in die Form einer Scheibe verwölben, wodurch die
Seitenflächenabdichtfähigkeit des Kompressionsrings
erhalten wird.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt
nachstehend eine kurze Beschreibung der Erfindung. Es
zeigt:
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Fig. 1 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der
Gestaltung der Stoßflächen und einer Ringnut in einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der
Gestaltung in der Nähe der Stoßflächen in einer anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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Fig. 3 eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung der
Gestaltung in der Nähe der Stoßflächen gemäß einem Stand
der Technik; und
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Fig. 4 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines
Teils einer mit einem Kolbenring gemäß einem Stand der
Technik ausgestatteten Brennkraftmaschine.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden
nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung der
Gestaltung im Bereich der Stoßflächen eines Kompressionsrings
(11) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Diese Gestaltung der Stoßflächen oder
Stoßflächenabschnitte wird als sogenannte Doppelwinkelgestaltung
bezeichnet, die eine Rippe (12), die von einem oberen
Außenumfangsseitenabschnitt einer Stoßfläche
gegenüberliegender Stoßflächen aus in Umfangsrichtung ragt und einen
Querschnitt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks hat, und eine
Kerbe (13) aufweist, die im oberen
Außenumfangsseitenabschnitt ausgebildet ist, der einen Teil der anderen
Stoßfläche zur Auflage der Rippe (12) bildet. In dem Zustand,
in dem der Kompressionsring (11) in der an einem Hubkolben
ausgebildeten Ringnut aufgenommen und der mit dem
Kompressionsring ausgestattete Kolben in einer Zylinderbohrung
it) eingesetzt ist, liegt die Rippe (12) der Kerbe (13)
gegenüber.
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Eine Innenumfangsfläche (16) des Kompressionsrings (11)
ist mit einer Ringnut (14) versehen, die einen Querschnitt
J5 in Form eines Halbkreises besitzt und sich in
Umfangsrichtung erstreckt. Eine Mittellinie der Ringnut (14) liegt
etwas oberhalb einer Mittellinie in Breitenrichtung des
Kornpressionsrings (11); die Ringnut (14) unterstützt die
Verwölbung des Kompressionsrings (11) in der Weise, daß im we
sentlichen dieselbe Seitenflächenabdichtfähigkeit erhalten
wird wie mit dem sogenannten Innenschnitt-Kolbenring.
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Der Kompressionsring (11) weist an dem oberen
Innenumfangsseitenabschnitt keinen Innenschnitt auf. Folglich
können sich die Innenumfangskanten der Rippe (12) und der
Kerbe (13) jeweils bis in die Nähe des oberen
Innenumfangseckabschnitts erstrecken, so daß die
Querschnittsabmessungen der Rippe (12) größer werden.
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Das folgende Beispiel soll den Vorteil dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen. Ein Kompressionsring
für eine Zylinderabmessung von 76 ∅ hat eine Dicke (T) von
3,3 mm und eine Breite (B) von 1,5 mm.
Im Fall der an der Innenumfangsfläche ausgebildeten Ringnut
mit einer Tiefe von 0,5 mm und einer Höhe von 0,5 mm
beträgt die Querschnittsfläche der Rippe 1,65 mm (Fläche =
Dicke oder Höhe (3,0 mm) * Breite (1,1mm) * ½). Im Fall
eines herkömmlichen Kompressionsrings mit derselben Größe
wie der Kompressionsring gemäß dem vorstehenden Beispiel
beträgt die Querschnittsfläche der herkömmlichen Rippe,
wenn der im Querschnitt dreieckige Innenschnitt vorgesehen
ist, der eine Dicke oder Höhe (0,5 mm) und eine Breite (0,5
mm) hat und am oberen Innenumfangseckabschnitt ausgebildet
ist, 1,43 mm² (Dicke oder Höhe (2,6 mm) * Breite (1,1 mm) *
½), was kleiner ist als die Fläche der erfindungsgemäßen
Ausführungsform. Mit dieser Erfindung wird also eine
Vergrößerung der Querschnittsfläche der Rippe um 15% erwartet.
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Ein anderes, in Fig. 2 dargestelltes Beispiel weist ein
Paar von Nuten (14, 15) auf, die voneinander beabstandet,
an der Innenumfangsfläche (16) des Kompressionsrings (11)
in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Die Mittellinie der
unteren Nut (14) liegt etwas oberhalb der Mittellinie in
Breitenrichtung des Kompressionsrings (11). Die weitere
Gestaltung der Ausführungsform von Fig. 2 ist der der
Ausführungsform von Fig. 1 identisch.
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Wenn das Rohmaterial für den Kompressionsring (11) als
ein Drahtmaterial durch ein Metallpreßwerkzeug mit einem
der Nut entsprechenden Abschnitt gezogen wird, werden die
Nuten (14, 15) an einer der Innenumfangsfläche des
Kompressionsrings (11) entsprechenden Ebene des Drahtmaterials
ausgebildet.
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Unter Verwendung von Kompressionsringen
(erfindungsgemäßen Ringen und herkömmlichen Ringen zu je
100 Stück) für Zylinderabmessungen von 76 ∅ (die
Ringgrößen sind so bemessen, wie es vorstehend erwähnt wurde)
wurde ein Test für einen kontinuierlichen
Brennkraftmaschinenbetrieb von 200 Stunden bei 2400 U/min und Vollast
(4/4) durchgeführt. Dabei wurden in Bezug auf Ringbruch und
Ölverbrauch die folgenden experimentellen Ergebnisse
erhalten. Die Rippen der Kompressionsringe, an deren
Innenumfangsfläche eine Ringnut ausgebildet ist, sind nicht
gebrochen, während die Rippen mehrerer herkömmlicher
Kompressionsringe gebrochen sind, wodurch sich die
Brennkraftmaschineneffizienz deutlich verschlechtert hat. Was die
Ergebnisse im Vergleich des Ölverbrauchs anbelangt, sei
gesagt, daß beiderlei Kompressionsringe, d.h. die
erfindungsgemäßen Ringe mit der Ringnut wie auch die herkömmlichen
Ringe mit dem Innenschnitt, im wesentlichen denselben
Ölverbrauch zeigen, da die Seitenflächenabdichtfähigkeiten
beider Kompressionsringe gleich sind, sofern deren Rippen
nicht brechen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann also eine große
Querschnittsfläche der Rippe, die an einer der
gegenüberliegenden Stoßflächen ausgebildet ist, erzielt und eine
Seitenabdichtfähigkeit wie mit dem Ring mit dem
Innenschnitt erhalten werden.