JP4705574B2 - 内燃機関のピストンのための油かきリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のピストンのための油かきリングであって、平行な側面を備えた、スチールバンドから成るディスクが設けられており、該ディスクの走行面が、ディスクの周囲にわたって延在する頂点線を備えた、凸曲面状の非対称の形状を有しており、ピストンのリング溝内に配置され、ピストントップとは反対側のばね溝側面とピストントップ側のばね溝側面とを備えた拡開ばねがディスクを半径方向でシリンダ壁に押し付けるようになっている形式のものに関する。

過度に多くのエンジンオイルが燃焼室に侵入することは高いオイル消費の他にエンジンのエミッション特性に対するネガティブな影響をも結果として伴うので、このことを回避するために、シリンダ壁に対する半径方向の押し付け、ひいては良好な油かき作用を生ぜしめるための、油かきリングの十分な接線方向力が必要である。ただし、このことはディスクの走行面における高い面圧、ひいてはエンジン運転中の高い摩擦を生ぜしめる。この摩擦損失は内燃機関の効率を悪化させ、その結果として燃料消費を上昇させる。油かきリングの接線方向力の設計はそれゆえ常に最小の摩擦と最大の油かき作用との間の妥協の産物である。接線方向力を減じることなくエンジンの運転中の摩擦を減じるすべての手段はそれにより油かきリングの設計を簡単化するもしくはエンジンの効率を改善する。

それに応じて、上位概念を成す油かきリングのために、拡開ばねを特別に構成する以外に、ディスクの走行面を、前記要求が満たされるように成形する試みがなされてきた。

油かきリングもしくはピストンリングの非対称の走行面はドイツ連邦共和国特許出願公開第３８３３３２２号明細書、ドイツ連邦共和国特許第４３００５３１号明細書またはドイツ連邦共和国特許第４４２９６４９号明細書から公知である。やはりドイツ連邦共和国特許第３３０５３８５号明細書から公知のピストンリングはピストンのリング溝内に配置されており、そのリング溝側壁が、改善されたシールを保証するために、有利には平行に、ただしピストン軸線に対して傾いて延びている。傾いて延びる互いに平行に方向付けられたリング溝側壁は実開昭５７−７３３４０号公報からも公知である。これらの前記実施形態はただしコンプレッションリングに関するものであり、コンプレッションリングの、面圧に関する要求はきわめて低い。それに対して油かきリングは高い面圧を要求する。

本発明の課題は、公知の背景技術に対して、改善された油かき作用と走行面の減じられた摩擦および減じられた磨耗とを有する、内燃機関のピストンのための、複数部分から成る油かきリングを提供することである。

この課題は、少なくとも一方のばね溝側面がピストン軸線に対して角度βの下で半径方向外側に向かって拡開ばねのシリンダ側の端部まで傾いて延びており、その際有利には、ピストントップとは反対側のばね溝側面がピストントップから離反するように傾いて配置されている油かきリングにより解決される。ディスクの走行面は、ならし運転されたエンジン状態における磨耗に近い最終輪郭に相当するように形成されており、オイルリングがピストンに組み付けられた状態で、走行面の頂点線は、ピストントップとは反対側のリング溝側面に向かって配置されている。

ディスクの走行面は、背景技術に比べて強く減じられたふくらみ（クラウニング）を有する非対称の傾きにより特徴付けられる。その際、走行面輪郭はほぼ２次の多項式により説明されることができる。

本発明の別の実施例では、一部分から成る拡開ばねが設けられており、拡開ばねが２つのばね溝を有しており、かつリング溝７内に配置されている。２つのばね溝は、ピストントップとは反対側のばね溝側面が、請求項１記載の装置に応じた値を有する角度βを取るように構成されている。

本発明による走行面構成と、本発明により構成された拡開ばね内でのディスクの配置とにより、ピストンのストローク運動に依存して、より好適な流体力学的な条件により、油かきリング全体の摩擦の減少が接線方向力の減少なしに達成される。その際、油かき機能はピストンのストローク運動の交番に伴って完全に維持される。摩擦の減少がエンジンの効率の改善を生ぜしめるか、または摩擦レベルが不変ならば接線方向力の上昇により油かき特性が改善されることができる。さらに、背景技術によるリングセットに比して、リングセット全体の軸方向の高さの減少が実現可能である。

本発明の有利な構成は従属請求項の対象である。

本発明の実施例について以下に図面を参照しながら説明する。
図１：本発明による油かきリングの第１の構成の横断面図である。
図２：本発明による油かきリングの第２の構成の横断面図である。

図１から見て取れるように、油かきリングはディスク１と拡開ばね４とから成っている。拡開ばね４はディスクを半径方向でシリンダ壁８に押し付ける。拡開ばね４は、ピストン軸線１０に対して９０°の角度を成して方向付けられたリング溝側面を有するリング溝７内に装入されており、リング溝に相当する外側の形状および大きさを有している。拡開ばねは、ピストントップ側の面を成すばね溝側面５と、ピストントップとは反対側の面を成すばね溝側面６とを備えたばね溝７′を有している。本発明により、ピストントップ側のばね溝側面５はピストン軸線１０に対して９０°の角度を成して方向付けられて配置されている。その際、ピストントップとは反対側のばね溝側面６は角度βの下でピストントップから離反するように傾いてばね外周面まで延びている。有利には角度βは８５°〜８７°である。

本発明により、ディスク１は、ディスクの周面にわたって延在する頂点線３を備えた、凸曲面状に非対称に成形された走行面ｈを有している。その際、頂点線３は、シリンダ壁８と接触するエッジとして、油かきのために役立つ。図１によれば、ディスク１はピストンに組み付けられた状態で、その頂点線３（エッジ）がピストントップとは反対側のばね溝側面６に向かって方向付けられているように配置されている。

本発明により、ディスクの走行面ｈは、エンジン運転中の数１００時間のならし運転プロセスに相当する形状を有している。この形状は、ディスク１の走行面ｈが横断面で見て、第１の区分（Ｉ）で、ｈ（ｘ）＝ａｘ＋ｂｘ^２（ただし、ｘはデカルト座標系におけるｍｍ単位の走行面座標であり、ａ，ｂは係数である。係数ａはディスクの軸方向の側面遊びとディスクの幅との比により定義され、係数ｂは走行面曲率の値として定義される。）により表される２次の多項式の非対称の形状に従い、エッジとして構成された支持する頂点（ＩＩ）ｈ（ｘ＝０）の後、第３の区分（ＩＩＩ）で、関数ｈ（ｘ）＝ｃｘ^２（ただし、ｃはｂの倍数として定義される。）の非対称の形状に従うことにより特徴付けられている。例えば０．４ｍｍの厚さを有するディスクでは、値ｈ（ｘ）＝３５ｘ＋５０ｘ^２である。それにより、図１および図２に応じて示した、ｍｍ単位の走行面座標ｘとμｍ単位のふくらみｈ（ｘ）とを有する横断面曲線が得られる。この多項式の係数が固有の応用事例に合わせて調整され得ることは明らかである。その際、ここでの主要なパラメータはシリンダ直径、ディスク横断面の寸法およびリング溝における組み付けられた油かきリングの軸方向の遊び比である。本発明による走行面ｈの典型的なふくらみは、背景技術による構成が３〜１５μｍ／０．１５ｍｍであるのに対して、約２〜１０μｍ／０．４ｍｍである。

図２に示した別の実施例によれば、拡開ばね４が、軸方向で第１のばね溝７′の下側に位置する第２のばね溝７″を有している。ばね溝のピストントップ側のばね溝側面５，５′はピストン横軸線１０に対して平行に延びている。ピストントップとは反対側のばね溝側面６，６′は半径方向外側に向かってばね外壁まで３°〜５°の角度の下で傾いて延びている。この実施例では、走行面ｈ，ｈ′の両頂点線３，３′（エッジ）が、ピストントップ側のリング溝側面５から離反するように配置されている。

機能的に、本発明により改善された油かき作用は、ディスクの走行面ｈにシリンダ軸線方向で作用する摩擦力が、ディスクを皿状に反らせるトルクを生ぜしめることにより提供されている。このことが可能であるのは、V字形のばね溝７′の構成がディスクの軸方向での運動をとりわけ内側の支持部分で阻止し、それに対して、外側の支持部分で明らかに大きな軸方向の運動振幅が可能であるからである。摩擦力、ひいてはトルクは、ピストンのストローク方向に依存して符号を切り替える。摩擦力の高さがなお速度に依存しているので、このことは皿状の反りの絶え間ない変化を結果として伴い、「ダイナミック・ツイスト（ｄｙｎａｍｉｓｃｈｅｓ Ｔｗｉｓｔｅｎ）」と呼ばれる。このダイナミック・ツイストにより、燃焼室から離間するストローク運動、すなわち下降行程時に、ピストントップ側のばね溝側面に当て付けられたディスクが、走行面の非対称の傾きと相俟って、良好な油かき作用（エッジ支持：線接触）を生ぜしめるのに対し、上昇行程時におけるディスクの他方の位置は、走行面の所定のふくらみに基づいて、流体力学的に良好な特性を有している（フェース支持：面接触）（区分Ｉ）。それによりこのディスクにおける摩擦は減じられる。このディスクは上昇行程時に下方旋回させられた状態で、ピストンの下降行程時におけるよりも劣った油かき作用を有している。ストローク方向の変化は、ディスクの、その都度他方の位置への折り返しを生ぜしめる。

油かきリングをエンジンのシリンダに組み付ける際、ディスクの正しい位置での方向付けが留意されねばならない。このことは例えば、一方のディスク側面のカラーマークにより保証されることができる。

走行面形状もしくは走行面輪郭の製作は例えばラッピングにより実施されることができる。

本発明による油かきリングの第１の構成の横断面図である。 本発明による油かきリングの第２の構成の横断面図である。

符号の説明

１，１′ ディスク、油かきリング
３，３′ 頂点線（エッジ）
４ 拡開ばね
５，５′ ピストントップ側のばね溝側面
６，６′ ピストントップとは反対側のばね溝側面
７ リング溝
７′ 第１のばね溝
７″ 第２のばね溝
８ シリンダ壁
９ ピストン
１０ ピストン横軸線
ｈ，ｈ′ 走行面

Claims (4)

1. 内燃機関のピストンのための油かきリングであって、平行な側面を備えた、スチールバンドから成る少なくとも１つのディスク（１，１′）が設けられており、該ディスク（１，１′）の走行面（ｈ）が、該ディスクの周囲にわたって延在する頂点線（３）を備えた、凸曲面状の非対称の形状を有しており、ピストンのリング溝（７）内に配置され、ピストントップとは反対側のばね溝側面（６，６′）とピストントップ側のばね溝側面（５、５′）とを備える少なくとも１つのばね溝（７′，７″）を備える拡開ばね（４）が、前記ディスク（１）を前記ばね溝（７′，７″）内に収容し、かつ半径方向でシリンダ壁（８）に押し付けるようになっている
   形式のものにおいて、
   前記ピストントップ側のばね溝側面（５，５′）が、ピストン軸線（１０）に対して垂直に延びており、
   前記ピストントップとは反対側のばね溝側面（６，６′）が、ピストン軸線（１０）に対して垂直に延びる平面に対して、半径方向外側に向かってピストントップから離反するように傾いて、拡開ばね（４）の、シリンダに面した端部まで延びており、該ピストントップとは反対側のばね溝側面（６，６′）と前記ピストン軸線（１０）との間に角度（α，β）が形成されており、
   油かきリングがピストンに組み付けられた状態で、前記走行面（ｈ）の頂点線（３）が、前記ピストントップとは反対側のばね溝側面（６，６′）寄りに配置されている
   ことを特徴とする、内燃機関のピストンのための油かきリング。
2. 前記拡開ばね（４）が一体的に構成されており、かつ２つのばね溝（７′，７″）を有している、請求項１記載の油かきリング。
3. 前記角度（α，β）が８５°〜８７°の値を有する、請求項１または２記載の油かきリング。
4. 前記走行面（ｈ）が前記ピストン軸線（１０）に対して、前記頂点線（３）を境にピストントップ側で、ピストントップとは反対側よりも小さな傾きを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の油かきリング。

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