KR102056429B1

KR102056429B1 - 오일 스크래퍼 링

Info

Publication number: KR102056429B1
Application number: KR1020197003452A
Authority: KR
Inventors: 디르크 베렌로이터; 유르겐 길렌; 크리스토프 미크스
Original assignee: 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2019-12-16
Also published as: RU2591380C2; KR20140038524A; JP5968435B2; WO2013010520A1; US20140165826A1; EP2734753A1; CN103649604A; CN103649604B; JP2014525013A; BR112014000953A2; DE102012004757A1; PT2734753E; RU2014106464A; EP2734753B1; KR20190016597A

Abstract

본 발명은 반경방향 외측의 활주 표면(3), 반경방향 내측의 원주 표면(6), 상측 플랭크(8), 및 하측 플랭크(7)를 구비한 기본 몸체(2)를 포함하는 오일 스크래퍼 링에 관한 것이다. 상기 오일 스크래퍼 링은 적어도 두 개의 활주 표면 랜드들(4, 5)을 구비하며, 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)에는 필요하다면 내마모층(15)이 제공되고, 기본 몸체(2)로부터 뻗어 있는 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)은 상대측 활주 표면을 향하고 있는 단부(10)들의 방향에서 방사상으로 미리 결정된 각도로 원추형으로 테이퍼져 있어서 다리부들(11, 13)이 형성되고, 활주 표면 랜드들(4, 5)의 자유 단부(10)들의 적어도 일부 영역에는 오일 챔버 측 영역(O)으로부터 연소 챔버 측 영역(B)의 방향으로 경사지게 연장된 경사 영역(12)이 제공되며, 한편으로는 상기 활주 표면 랜드(4, 5)의 경사 영역(12)으로부터 다리부들(11, 13)로 이어지고 다른 한편으로는 상기 다리부들(11, 13)로부터 기본 몸체(2)로 이어지는 천이 영역들 각각은 둥근 형상을 가지며, 상기 활주 표면 랜드(4, 5)의 경사 영역(12)은 오일 챔버 측 영역(O)의 방향으로 연장되어 있는 원통형 부분(14)에 작용적으로 연결되고, 상기 원통형 부분(14)에 있는 스크래핑 에지의 반경(R)은 0.02 내지 0.2 mm 이며, 상기 플랭크 각도는 18°이거나 18°보다 작고, 각 원통형 부분(14)의 폭은 0.15 mm 미만이다.

Description

오일 스크래퍼 링{Oil scraper ring}

본 발명은 반경방향 외측의 활주 표면, 반경방향 내측의 원주 표면, 상측 플랭크, 및 하측 플랭크를 구비한 기본 몸체를 포함하는 오일 스크래퍼 링에 관한 것이다. 상기 오일 스크래퍼 링은 적어도 두 개의 활주 표면 랜드들을 구비하며, 상기 활주 표면 랜드들에는 필요하다면 내마모층이 제공되고, 기본 몸체로부터 뻗어 있는 상기 활주 표면 랜드들은 상대측 활주 표면을 향하고 있는 단부들의 방향에서 방사상으로 미리 결정된 플랭크 각도로 원추형으로 테이퍼져 있고, 활주 표면 랜드들의 자유 단부들의 적어도 일부 영역에는 오일 챔버 측 영역으로부터 연소 챔버 측 영역의 방향으로 경사지게 설계된 경사 영역이 제공되며, 한편으로는 상기 활주 표면 랜드의 경사 영역으로부터 다리부들로 이어지고 다른 한편으로는 상기 다리부들로부터 기본 몸체로 이어지는 천이 영역들 각각은 둥근 형상을 갖는다.

이와 같은 종류의 종래 기술은 WO　2008/151589 A1 에 개시되어 있다.

상기 문헌에 개시된 오일 스크래퍼 링은 날카로운 스크래핑 에지 대신에, 원추형의 활주 표면 랜드들과 정해진 반경을 포함한다. 이 스크래핑 에지는 실린더 라이너(cylinder liner)와 같은 상대측 활주 표면의 마모 관점에서는 부드럽지만, 오일 스크래핑 작용에 있어서는 이상적이지 못하다.

또한, WO　01/53727 A1 에 의하여 공지된 오일 스크래퍼 피스톤 링은 적어도 하나의 원추형 활주 랜드를 포함하며, 그 랜드에는 내마모성 코팅이 제공된다. 활주하는 상기 랜드의 원추형 면의 영역에는, 내마모성 코팅이 제공되어 있고 또한 미리결정할 수 있는 반경방향 높이 및 폭을 갖는 반경방향 상승부가 제공되는바, 이로써 경사져 있고 원통형인 섹션이 형성된다.

상기 원추형이고 원통형인 활주 랜드로 인하여, 이 오일 스크래퍼 링의 오일 스크래핑 작용은 우수하다. 이 링의 단점은, 이 문헌에서 설명되는 생산 순서(선삭(turning), 코팅, 예비적 윤곽(preliminary contour)의 프로파일 연마(profile grinding), 및 최종적 윤곽의 형성)의 결과로서, 날카로운 에지를 갖는 스크래핑 에지가 형성된다는 점이다. 이와 같은 날카로운 스크래핑 에지는, 상기 우수한 오일 스크래핑 작용과 조합되어서, 적용예에 따라서 예를 들어 실린더 라이너일 수 있는 상대측 활주 표면의 마모를 증가시킨다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 일부를 형성하는 WO　01/53727 A1 에 따른 오일 스크래퍼 링과 유사하게 우수한 오일 스크래핑 작용을 하면서도, 예를 들어 실린더 라이너인 상대측 활주 표면의 마모를 감소시키는 오일 스크래퍼 피스톤 링을 제공하는 것이다.

상기 목적은 상기 활주 표면 랜드의 경사 영역에 의하여 달성되는바, 상기 경사 영역은 오일 챔버 측 영역의 방향으로 연장되어 있는 원통형 부분(cylindrical section)에 작용적으로 연결되고, 상기 원통형 부분에 있는 스크래핑 에지(scraping edge)의 반경(R)은 0.02 내지 0.2 mm 이며, 상기 플랭크 각도는 18°이거나 18°보다 작고, 각 원통형 부분(14)의 폭은 0.15 mm 미만이다.

본 발명의 유리한 추가적 특징들은 종속항들에 기재되어 있다.

제안된 해결안에 의해 제공되는 오일 스크래퍼 링은 상기 활주 표면 랜드들의 영역에 원추형이고 원통형인 활주 표면을 포함하고, 또한 0.02 내지 0.2 mm, 바람직하게는 0.02 내지 0.05 mm인 반경을 갖는 스크래핑 에지를 포함한다. 이 오일 스크래퍼 링은 앞서 설명한 두 개의 오일 스크래퍼 링들 사이에서의 적절한 타협안으로서 제시된다.

또한, 상기 플랭크 각도는 15°이거나 15°보다 작으며, 5°내지 15° 사이이면 더 바람직할 수 있다.

상기 기본 몸체의 축방향 높이는 1.2 mm 이거나 1.2 mm 보다 큰 것이 바람직하며, 특히 1.5 mm 이거나 1.5 mm 보다 큰 것이 유리하다.

종래 기술의 오일 스크래퍼 링과는 달리, 상기 활주 랜드의 원통형 부분의 폭이 감소될 수 있다. 이것은, 현재의 오일 스크래퍼 피스톤 링에서 보다 더 작은 접선방향의 힘으로 동일한 표면 압력이 얻어질 수 있다는 점에서 유리한데, 이로써 마찰이 저감되고 이산화탄소 배기량이 감소될 수 있다.

새롭게 제안되는 오일 스크래퍼 링의 윤곽은 코팅 전에 선삭 완료되기 때문에, 상기 활주 랜드들의 플랭크들은 프로파일 연마(profile grinding)가 수행되는 현재의 오일 스크래퍼 링의 것들보다 상대적으로 가파르게(덜 완만하게) 될 수 있다. 따라서 매우 낮은 축방향 높이(1.2 mm이거나 이보다 큰 높이)를 갖는 오일 스크래퍼 링들이 제작될 수 있다. 그러나, 오늘날의 통상적인 축방향 높이를 갖는 오일 스크래퍼 링들을 위하여도 그와 같은 유형의 피스톤 링 제작방식이 이용될 수 있다. 스크래핑 에지의 반경이 작으므로, 상대측 활주 표면, 특히 실린더 라이너의 최적의 보호가 보장된다.

제안된 플랭크 각도에 의하여 오일 소비가 최적화될 수 있다.

상기 원통형인 활주 랜드 부분의 폭이 작을수록 마찰이 감소되는 효과를 갖는다.

유사하게, 축방향 높이가 매우 낮으면, 피스톤의 높이가 낮아질 수 있게 되는데, 이것은 중량 감소와 연관된다.

도 1 에는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 오일 스크래퍼 링이 도시되어 있다.

도 1 에 도시된 오일 스크래퍼 링(1)은 반경방향 외측의 활주 표면(3)을 구비한 기본 몸체(2)를 포함한다. 활주 표면 랜드들(4, 5)은 기본 몸체(2)로부터 반경방향 외향으로 뻗어나 연장된다. 기본 몸체(2)는 내측 원주 표면(6), 하측 플랭크(7) 및 상측 플랭크(8)도 포함한다. 하측 플랭크(7)는 오일 챔버 측 영역(O)과 인접하고, 상측 플랭크(8)는 연소 챔버 측 영역(B)과 인접한다. 주변에 있는 홈(groove; 9)은 도 1 에는 상세히 도시되지 않은 스프링 와셔(spring washer)를 수용하기 위한 내측 원주 표면(6)의 영역 안에 형성된다. 기본 몸체(2)로부터 뻗어 있는 활주 표면 랜드들(4, 5)은 그들의 단부(10)들(자세히 도시되어 있진 않은 상대측 활주 표면을 향하고 있음)의 방향에서 방사상으로 18° 미만의 플랭크 각도(flank angle)로 테이퍼(taper)져 있어서 다리부들(11, 13)이 형성되고, 활주 표면 랜드들(4, 5)의 자유 단부(10)들에는 오일 챔버 측 영역(O)으로부터 연소 챔버 측 영역(B)의 방향으로 향하는 경사부(12)가 제공된다. 0.15 mm 미만의 폭을 갖는 원통형 부분(14)은 경사 영역(12)과 오일 챔버 측 영역(2)을 향하는 방향에서 접한다. 오일 스크래퍼 링(1)의 용도에 따라서, 피스톤 링의 축방향 높이는 1.2 mm 이상인 임의의 원하는 치수로 결정될 수 있다. 원통형 부분(14)은 오일 챔버 측에서 연계된 다리부(11)로 천이되는데, 이 때 그 천이의 반경은 0.02 내지 0.2 mm 사이이고, 바람직하게는 0.02 내지 0.05 mm 사이이다.

본 실시예에서는, 예를 들어 다이아몬드-유사 탄소(diamond-like carbon; DLC) 마모 보호층(wear protection layer)일 수 있는 적어도 하나의 내마모층(15)이 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)에 제공된다. 개별의 마모 보호층(15)의 층 두께는 최대 20㎛ 일 수 있고, 마모 보호층(15)은 활주 표면 랜드들(4, 5)의 외측 원주 표면들 뿐만 아니라, 활주 표면 랜드들(4, 5)의 플랭크들(11, 13)과 활주 표면 랜드들(4, 5) 옆에 있는 홈 기저부(groove base; 16)에도 제공된다.

Claims

반경방향 외측의 활주 표면(running surface; 3), 반경방향 내측의 원주 표면(circumferential surface; 6), 상측 플랭크(upper flank; 8), 및 하측 플랭크(lower flank; 7)를 구비한 기본 몸체(base body; 2)를 포함하는 오일 스크래퍼 링(oil scraper ring)으로서,
상기 기본 몸체의 축방향 높이는 1.2 mm 이상이고 2.0 mm 이하이며,
상기 오일 스크래퍼 링은 적어도 두 개의 활주 표면 랜드들(running surface lands; 4, 5)을 구비하며, 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)에는 내마모층(wear-resistant layer; 15)이 제공되고,
기본 몸체(2)로부터 뻗어 있는 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)은 상대측 활주 표면을 향하고 있는 단부(10)들의 방향에서 방사상으로 미리 결정된 플랭크 각도(flank angle)로 원추형으로 테이퍼(taper)져 있어서 다리부들(11, 13)이 형성되고,
활주 표면 랜드들(4, 5)의 자유 단부(10)들의 적어도 일부 영역에는 오일 챔버 측 영역(oil chamber-side region; O)으로부터 연소 챔버 측 영역(combustion chamber-side region; B)의 방향으로 경사지게 설계된 경사 영역(slanted region; 12)이 제공되며,
한편으로는 상기 활주 표면 랜드(4, 5)의 경사 영역(12)으로부터 다리부들(11, 13)로 이어지고 다른 한편으로는 상기 다리부들(11, 13)로부터 기본 몸체(2)로 이어지는 천이 영역(transition region)들 각각은 둥근 형상을 가지며,
상기 활주 표면 랜드(4, 5)의 경사 영역(12)은 오일 챔버 측 영역(O)의 방향으로 연장되어 있는 원통형 부분(cylindrical section; 14)에 작용적으로 연결되고, 상기 원통형 부분(14)에 있는 스크래핑 에지(scraping edge)의 반경(R)은 0.02 내지 0.05 mm 이며, 상기 플랭크 각도는 18°이거나 18°보다 작고, 각 원통형 부분(14)의 폭은 0.15 mm 미만이고,
상기 내마모층(15)은 적어도 하나의 CVD 또는 PVD 내마모층에 의해 형성되며, 상기 내마모층(15)의 층두께는 최대 20㎛인 것을 특징으로 하는, 오일 스크래퍼 링.
제1항에 있어서,
상기 플랭크 각도는 15°이거나 15°보다 작은 것을 특징으로 하는, 오일 스크래퍼 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플랭크 각도는 5° 내지 15°사이인 것을 특징으로 하는, 오일 스크래퍼 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원통형 부분(14)의 폭은 0.15 mm 미만인 것을 특징으로 하는, 오일 스크래퍼 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내마모층(15)은, 상기 활주 표면 랜드들(4, 5)의 외측 원주 표면들은 물론, 활주 표면 랜드들(4, 5)의 플랭크들(11, 13)과 활주 표면 랜드들(4, 5)의 옆에 있는 홈 기저부(groove base; 16) 상에도 제공되는 것을 특징으로 하는, 오일 스크래퍼 링.