KR20180122599A

KR20180122599A - 마찰이 감소된 멀티-피스 피스톤 오일 제어 링

Info

Publication number: KR20180122599A
Application number: KR1020187021881A
Authority: KR
Inventors: 스테판 마하라이너; 페이비언 루크
Original assignee: 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-11-13
Also published as: RU2018133968A3; EP3430290B2; BR112018013193B1; EP3430290B1; DE102016104853B4; WO2017157490A1; RU2018133968A; JP2019510178A; CN108431467A; EP3430290A1; CN108431467B; US11092238B2; BR112018013193A2; PT3430290T; US20190113139A1; DE102016104853A1; RU2720123C2

Abstract

본 발명은 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)에 관한 것으로, 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)은 상부 디스크 형 스크래핑 링(4), 하부 디스크 형 안정 링(6) 및 내면 상에 축 방향으로 돌출하는 돌출부들(10)을 갖는 원형 익스팬더(8)를 포함하고, 상기 원형 익스팬더(8)는 상부 스크래핑 링(4)과 하부 안정 링(6) 사이에 배치되고, 상기 돌출부들(10)은 각각 스크래핑 링(4)의 내면(14) 또는 안정 링(6)의 내면(16)에 대해 내향으로 지지되고, 상기 스크래핑 링(4)의 외부 반경(18)은 상기 스크래핑 링(4)과 상기 안정 링(6) 사이에 반경 차이(δ)가 있도록 상기 하부 안정 링(6)의 외부 반경(20)보다 크다.

Description

마찰이 감소된 멀티-피스 피스톤 오일 제어 링

본 발명은 종래의 피스톤 링들과 비교하여 감소된 마찰을 갖는 3-피스 피스톤 오일 제어 링에 관한 것이다.

종래의 피스톤 오일 제어 링들(piston oil control rings), 스크래이퍼 링들(scraper rings) 또는 오일 링들은 보통 내연 기관의 실린더 내면으로부터 과도한 오일을 제거하고 가능하면 얇은 정의된 오일 필름(oil film)을 생산하도록 의도된 2개의 오일-스크래핑 레일들(oil-scraping rails)을 갖는 하나의 링을 포함한다.

스크래이퍼 링들에는 여러 가지 유형이 있다: 단순 스크래이퍼 링들은 보통 외면에 배열된 두개의 스크래핑 레일들이 있는 오로지 하나의 링 본체로 구성된다. 추가로 개발된 구성들은 스크래이퍼 링의 전체 둘레에 걸쳐 보다 균일한 스크래핑 효과(scraping effect)를 얻기 위한 추가 익스팬더 스프링(expander spring)을 갖는 스크래이퍼 링들에 관한 것이다.

추가 실시예에서, 두 개의 얇은 디스크 형 스크래핑 링들이 종종 익스팬더 스프링의 기능도 갖는 공통 캐리어(common carrier)에 의해 피스톤 링 홈(piston ring groove) 내에서 유지되는 소위 3-피스 스크래이퍼 링들이 공지되어 있다.

3-피스 스크래이퍼 링은 1953년 미국 특허 제2656230호로부터 공지되어 있다.

특히, 내연 기관들의 마찰을 감소시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 목적은 스크래이퍼 링에 의해 발생되는 마찰을 감소시킴으로써 내연 기관의 마찰 손실들을 감소시키는 것이다.

본 발명은 독립항들 중 어느 한 항에 따른 피스톤 링에 관한 것으로, 바람직한 실시예들은 종속항들에 정의된다.

본 발명의 일 양상은 상부(예를 들어, 연소 챔버(combustion chamber) 또는 피스톤 헤드(piston head)와 마주함), 디스크 형 스크래핑 링(disc-shaped scraping ring), 하부(예를 들어, 크랭크케이스(crankcase) 또는 피스톤 스커트(piston skirt) 또는 피스톤 핀(piston pin)과 마주함), 디스크 형 안정 링(disc-shaped stabilizing ring) 및 익스팬더(expander) (예를 들어, 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립의 형태일 수도 있고 내부에 축 방향으로 돌출되는 돌출부들을 가짐)를 갖는 3-피스 피스톤 오일 제어 링을 특정한다.

익스팬더 또는 익스팬더 스프링(expander spring)은 내면상에 축 방향으로 돌출되는 돌출부들(projections)을 가지고, 스크래핑 링과 안정 링 사이에 배치된다. 익스팬더는 스크래핑 링과 안정 링 사이의 축 방향 간격을 보장한다.

원형 익스팬더의 돌출부들은 적어도 스크래핑 링의 내부 및 안정 링의 내부를 지지하고, 스크래핑 링 및 안정 링을 외향으로 밀어낸다. 스크래핑 링은 보다 큰 외부 반경을 가지므로 안정 링보다 외경이 크다.

기본 실시예에서, 안정 링은 실린더 내면 상에 더 낮은 압력을 가하기 때문에, 스크래이퍼 링의 마찰과 비교하여 그 마찰은 무시할 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 스크래핑 링의 외부 지름/반경과 안정 링의 외부 지름/반경 사이의 차이가 너무 커서, 피스톤 오일 제어 링이 설치될 때 상부 스크래핑 링의 스크래핑 에지(scraping edge)만이 실린더 내면과 접촉하게 되고, 피스톤 오일 제어 링이 설치될 때 하부의 디스크 형 안정 링이 실린더 내면과 접촉하지 않는다. 따라서, 하부 링 또는 안정 링에 의해 생성되는 마찰의 요소를 완전히 무시할 수 있다는 것을 보장할 수 있다.

피스톤 오일 제어 링의 추가 실시예에서, 상부 스크래핑 링은 하부의 디스크 형 안정 링과 동일한 반경 방향 두께를 갖는다. 따라서, 스크래핑 링과 안정 링이 동일한 재료로 제조되는 한, 실질적으로 동일한 반경 방향 힘들이 생성되는 것이 보장할 수 있다. 동일한 힘들은 실질적으로 원형 익스팬더 스프링이 기울어지지 않았거나 원형 익스팬더 스프링이 피스톤 링 홈에서 기울어질 수 없음을 대체로 보장할 수 있다. 이 실시예는 또한 비대칭 형상 익스팬더를 필요로 하며, 그렇지 않으면 스크래핑 링 및 안정 링의 상이한 외경/반경이 구현될 수 없다.

피스톤 오일 제어 링의 추가 실시예에서, 상부 스크래핑 링은 하부 디스크 형 안정 링보다 반경 방향으로 더 작은 두께를 갖는다. 따라서, 안정 링은 스크래핑 링보다 피스톤 링 홈의 바닥 방향으로 더 큰 반경 방향 힘을 가할 수 있다. 이 힘의 차이는 실린더 내벽에서 스크래핑 링의 베어링 힘으로 인한 반경 방향 힘들의 차이를 균등하게 하는데 사용될 수 있다. 이상적으로, 스크래핑 링은 정의되는 힘으로 실린더 내부를 지지하고, 안정 링은 동일한 힘으로 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립 또는 익스팬더의 하부면을 지지하여 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립이 피스톤 링 홈을 막거나 기울지 않도록 한다.

반경 방향의 두께 영향들도 축 방향으로 전달될 수 있다.

3-피스 피스톤 오일 제어 링의 바람직한 추가 실시예에서, 상부 스크래핑 링 및 하부 디스크 형 안정 링은 축 방향으로 동일한 두께를 갖는다. 이 경우, 하부 안정 링은 보다 큰 변형에 의해 힘들을 생성할 수 있다. 또한 축 방향에서 동일한 두께는 대칭형 익스팬더가 사용될 수 있도록 한다; 특히, 돌출부들은 동일할 수 있다.

추가 실시예에서, 상부 스크래핑 링은 하부 안정 링보다 축 방향으로 더 얇다. 안전 링은 보다 단단하게 만들어질 수 있으며, 익스팬더에 대해 실린더 내면에 가압되는 것을 방지하면서 익스팬더에 대해 충분한 압력을 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 익스팬더는 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립의 형태이고, 금속 스트립은 측방향으로 주름질 수 있다. 이 실시예에서, 주름의 크기(amplitude)는 설치 상태에 있을 때 링 홈의 폭 치수들로 2개의 링 홈 플랭크들(ring groove flanks) 사이에서 연장된다. 결과적으로, 익스팬더는 단순히 원주 모양의 웨이브 형상의 익스팬더의 형태일 수 있다. 이 실시예는 피스톤 링이 반경 방향으로 압축될 때 이에 따른 피스톤 링의 높이 및 익스팬더의 높이가 더 큰 형태일 수 있다.

3-피스 피스톤 오일 제어 링의 바람직한 추가 실시예에서, 익스팬더는 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립의 형태이고, 금속 스트립은 측방향으로 주름질 수 있다. 이 실시예에서, 주름의 진폭은 설치 상태에 있을 때 링 홈의 바닥과 실린더 내면 사이에서 연장된다. 이 실시예는 피스톤 링의 현재 직경/반경에 관계없이 피스톤 링의 높이가 변하지 않는다는 이점을 갖는다.

3-피스 피스톤 오일 제어 링의 바람직한 추가 실시예에서, 익스팬더 스프링은 슬롯형 나선형 스프링(slotted spiral spring)의 형태이다. 슬롯형 나선형 스프링은 슬롯들이 교대로 만들어지는 U자형 단면을 갖는 금속 스트립의 형태일 수 있다. U자형 단면을 갖는 U-프로파일은 U자형 프로파일의 일 측부로부터 다른 측부로 연장하는 슬롯들을 갖는다. 전체적으로, 지그재그 스프링(zigzag spring)이 생산되며 지그재그 형상은 시트 금속 층(sheet metal layer)의 평면에서 연장되며 U자형을 형성하도록 구부러져 있다. 이 경우, 슬롯들은 교차하도록 연장되므로 결과 모양이 지그재그 스프링처럼 작용할 수 있다. 단면에서 U자형 측면의 단부는 스크래핑 및 안정 링들을 외향으로 밀기 위한 탭들 또는 돌출부들을 형성하도록 외향으로 각을 이룰 수 있다.

추가 실시예에서, 익스팬더 스프링은 주름진 금속 스트립의 웨이브 플랭크들의 개구부들을 통해 연장되는 안정 와이어를 또한 구비한다. 이 실시예는 주로 반경 방향으로 주름진 익스팬더 스프링들 및 축 방향으로 주름진 익스팬더 스프링들을 위한 것이다. 안정 와이어는 익스팬더 스프링이 안쪽으로 부풀어 오르고 피스톤 링 홈에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한 안정 와이어는 익스팬더 스프링의 단부가 서로에 겹쳐지지 않도록 할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 돌출부들은 금속 스트립 또는 익스팬더 스프링 상의 탭들에 의해 형성된다. 이러한 탭들은 재료로부터 밀려 나오거나 익스팬더 스프링의 재료의 에지에 접촉할 수 있다. 돌출부들은 각각 안정 링과 스크래핑 링의 안쪽 에지들을 지지해야 하며, 실린더 내벽 방향에서 외향으로 안정 링과 스크래핑 링의 안쪽 에지들을 밀어야 한다.

3-피스 피스톤 오일 제어 링의 추가 실시예에서, 익스팬더 스프링 또는 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립 및/또는 안정 링이 홈 바닥에 대해 피스톤 링 홈의 중앙에 놓여 있는 돌출부들이 제공된다. 안정 링은 실린더 내벽에 대해 지지되지 않기 때문에, 피스톤 링 홈 내의 그 위치는 더 이상 정의되지 않는다. 피스톤 링 홈 중앙에 안정 링을 정렬시키려면 내부 돌출부들은 안정 링 및/또는 익스팬더 스프링 상에 배치되어 피스톤 링 홈 내의 안정링의 정의된 위치를 달성할 수 있다. 이것은 홈 바닥에 대한 익스팬더 스프링 및/또는 안정 링을 지지하는 내부 돌출부들 또는 팁들로 구현될 수 있다.

피스톤 오일 제어 링의 추가 실시예는 안정 링의 링 갭(ring gap) 단부들을 서로 연결함으로써 안정 링의 링 갭이 폐쇄되도록 하는 연결 엘리먼트들이 제공되는 링 갭 영역을 갖는 안정 링을 갖는다. 마찰을 피하기 위해 안정 링이 실린더 내벽과 접촉해서는 안된다; 이는 링 갭 단부들이 예를 들어, 링 갭 단부들이 연동되도록 도브테일(dovetail) 구조로 제공된다는 점에서 가장 간단하게 보장될 수 있다. 따라서, 안정 링이 실린더 내벽과 접촉할 수 없도록 보장될 수 있다. 안정 링을 먼저 장착하고 링 갭 단부들을 연결한 다음 익스팬더를 삽입하고 최종적으로 스크래핑 링을 피스톤 링 홈에 넣을 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 3-피스 피스톤 오일 제어 링의 안정 링은 안쪽으로 예비 로드(preload)되어 안정 링이 링 갭 단부들을 접촉하게 하는 경향이 있다. 반경 방향 외향으로 예비 로드되는 스크래핑 링과 달리, 안정 링은 반경 방향 외향으로 유효하게 익스팬더 스프링 또는 익스팬더의 유효한 힘들을 흡수할 수 있도록 반경 방향 내향으로 예비 로드된다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 동일한 참조 부호들이 동일하거나 유사한 섹션들을 나타내는 도면들과 함께 다음 설명으로부터 명백해질 수 있다. 도면들은 본 발명의 여러 예시적인 실시예들을 도시한다. 도면들에서 본 발명은 스케일(scale)되지 않고 통상적인 스크래이퍼 링들과의 차이점을 보여주기 위한 개략도들을 사용하여 설명된다.
도 1은 축 방향으로 주름진 익스팬더 스프링을 갖는 종래의 3-피스 스크래이퍼 링을 부분 사시도로서 도시한다.
도 2a는 축 방향으로 주름진 익스팬더 스프링을 갖는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링을 부분 사시도로서 도시한다.
도 2b는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링을 단면도로 도시한다.
도 2c는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링의 변형 예를 단면도로 도시한다.
도 2d는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링의 다른 변형 예를 단면도로 도시한다.
도 3a는 반경 방향으로 주름진 익스팬더 스프링을 갖는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링을 단면도로 도시한다.
도 3b는 도 3a의 3-피스 스크래이퍼 링의 변형 예를 단면도로 도시한다.
도 4는 슬롯형 나선형 스프링의 형태로 익스팬더 스프링을 갖는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링을 도시한다.

동일한 또는 유사한 엘리먼트들 또는 구성 요소들을 나타내기 위해 도면들 또는 이하의 설명에서 동일하거나 유사한 참조 부호들이 사용된다.

도 1은 축 방향으로 주름진 익스팬더 스프링(expander spring)을 갖는 종래의 3-피스 스크래이퍼 링(three-piece scraper ring)을 부분 사시도로서 도시한다. 종래의 3-피스 스크래이퍼 링은 2개의 스크래핑 엘리먼트들(scraping elements, 105) 및 탄성, 연성 금속 스트립(ductile metal strip) 바람직하게는 스틸 스트립(steel strip, 113)으로 제조되는 익스팬더/스페이서(expander/spacer, 107)를 포함한다. 익스팬더/스페이서는 2개의 스크래핑 엘리먼트들(105) 사이의 축 방향 공간을 확보하고, 2개의 스크래핑 엘리먼트들(105)을 실린더 내벽에 대해 동일한 정도로 외향으로 밀어낸다. 스틸 스트립(113)은 주름진 형상이며, 축 방향으로 다수의 균일하게 이격되는 웨이브들(waves, 108)을 포함한다. 웨이브들의 굴곡부들(bends, 109)에는 슬롯들(slots, 110)이 제공되고 웨이브들의 섹션들(sections, 111)은 축 방향으로 스크래핑 링들(105)의 지지를 얻기 위해 평평하게 된다. 평평한 웨이브 피크들을 넘어서 돌출하는 굴곡부들의 섹션(112)은 스크래핑 엘리먼트들(105)의 내면들을 지지하고, 실린더 내벽을 향해 스크래핑 엘리먼트들(105)의 내면들을 외향으로 밀어주는 돌출부들(112)을 형성한다. 또한, 돌출부들(112)은 익스팬더/스페이서(107)가 실린더 벽과 접촉하지 않도록 한다.

스틸 스트립(113)의 직선 섹션들 및 웨이브 형상들은 3-피스 스크래이퍼 링이 피스톤 링 홈(piston ring groove) 내로 삽입될 때 압축 하중하에 있는 원주 방향의 일련의 스프링 엘리먼트들을 형성한다. 도시된 바와 같이, 익스팬더/스페이서(107)의 돌출부들(112) 또는 단부들은 스크래핑 엘리먼트들(105)의 하면을 지지하고, 이들을 피스톤 링 플랭크에 대해 가압한다. 평평한 섹션들(111)은 매우 균일하게 형상화될 수 있고, 익스팬더(107)에 의해 제공되는 반경 방향 힘의 크기는 이 설계에서 매우 정밀하게 설계될 수 있다.

도 2a는 축 방향으로 주름진 익스팬더 스프링(8)을 갖는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링(2)을 부분 시시도로 도시한다. 이 도면은 실질적으로 도 1에 대응하고, 하부 스크래핑 엘리먼트 대신에 상부 디스크 형 스크래핑 링(4)의 외부 직경/반경보다 작은 안정 링(6)이 있다. 익스팬더/스페이서(8)는 축 방향으로 주름진 금속 스트립 형태이며, 안정 링(6)을 위한 그리고 스크래핑 링(4)을 위한 베어링 면들(12)을 포함한다. 축 방향으로 주름진 평평한 금속 스트립은 축 방향으로 돌출하고 스크래핑 링(4)과 안정 링(6) 둘의 안을 지지하는 돌출부들(10)을 가지며, 스크래핑 링(4)과 안정 링(6)을 외향으로 밀어낸다. 스크래핑 링(4)의 외경/반경과 안정 링(6)의 외경/반경의 차이로 인해, 스크래핑 링(4)은 안정링과 스크래핑 링 사이의 직경/반경 차이 만큼 안정 링(6)보다 외향으로 더 돌출한다. 따라서, 스크래핑 링(4)만이 실린더 내벽과 접촉하거나 적어도 스크래핑 링만이 상당한 힘으로 실린더 내벽에 대해 가압된다. 이 실시예에서, 스크래핑 링만이 실린더 내벽으로부터 오일을 긁어내는 반면, 안정 링은 실린더 내면과 전혀 접촉하지 않거나 또는 실린더 내면에 대해 익스팬더에 의해 가압되어 오일 스크래핑에 실질적인 기여를 할 수 없도록 한다.

도 2b는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링(2)을 단면도로 도시한다. 거의 모든 참조 부호들은 도 2b에 도시된다. 동일한 참조 부호들의 불필요하고 중복되는 반복으로 인한 도면의 명료성, 설명의 간결성 및 간명함에 불필요하게 영향을 주지 않기 위해 후속 도면에는 참조 부호들을 사용하지 않는다.

본 발명에 따른 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)의 실시예는 상부 디스크 형 스크래핑 링(4), 하부 디스크 형 안정 링(6) 및 스크래핑 링(4)과 안정 링(6) 사이에 배치되는 원형 익스팬더/스페이서(8)를 포함한다. 익스팬더(8)는 축 방향으로 주름진 평평한 금속 스트립(30)의 형태이다.

익스팬더는 익스팬더의 베어링 면들(12)로부터 축 방향으로 연장되고 각각이 안정 링(6)의 내면(16) 또는 스크래핑 링의 내면(14)을 지지하고 스크래핑 링의 내면(14) 및 안정 링(6)의 내면(16)을 외향으로 밀어주는 돌출부들(10)을 갖는다.

스크래핑 링(4)은 외향으로 예비 로드되며, 추가로 익스팬더에 의해 실린더 내벽(40)에 대해 외향으로 밀린다. 안정 링(6)은 내향으로 예비 로드되고 익스팬더(8)를 안정화시키고 익스팬더(8)가 피스톤 링 홈(44)에서 막히고 기울어지는 것을 방지한다.

3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)은 피스톤(42) 내의 피스톤 링 홈(44) 내로 삽입되고, 상부 및 하부 피스톤 링 홈 플랭크들(46)을 지지한다. 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)은 피스톤 링 홈의 바닥(48)과 접촉하지 않는다. 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)의 상부 스크래핑 링(4)의 외부 에지만이 실린더 내면(40)과 접촉한다.

익스팬더(8)는 축 방향으로 주름지고 평평한 금속 스트립(30) 형태이고, 영역들(50)은 익스팬더 또는 금속 스트립(30)의 단면적을 각각 나타내고, 다른 도면은 주름진 금속 스트립의 웨이브의 플랭크의 평면도이다.

스크래핑 링(4)은 안정 링(6)의 축 방향 두께(28)와 정확히 동일한 축 방향 두께(26)를 갖는다. 스크래핑 링(4)은 안정 링(6)의 반경 방향 두께(24)보다 큰 반경 방향 두께(22)를 갖는다. 이러한 구조는 실질적으로 대칭인 익스팬더(8)가 사용될 수 있게 하며, 베어링 면들은 스크래핑 링(4) 및 안정 링(6)에 대해 동일한 크기이다.

화살표들(18, 20)은 각각 스크래핑 링(4) 및 안정 링(6)의 외부 반경 또는 외부 직경을 나타낸다. 스크래핑 링(4)은 안정 링(6)보다 δr만큼 큰 반경을 갖는다. 안정 링과 스크래핑 링 사이의 반경 차이(δr)는 스크래핑 링(4)만이 실린더 내벽(40)으로부터 오일을 긁어 내고 스크래핑 링(4)만이 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)의 마찰에 기여하도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)의 마찰 저항은 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 3-피스 피스톤 오일 제어링과 비교하여 감소 되어야한다. 마찰 저항의 감소는 본 발명에 따르면, 스크래핑 에지만이 오일을 긁고 스크래핑 에지만이 실린더 내면과 마찰을 일으킨다는 점에서 달성된다.

도 2c는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링의 변형 예를 단면도로 도시한다. 도 2a의 실시예와 달리, 스크래핑 링(4)과 안정 링은 동일한 반경 방향 두께(22)를 갖는다. 구부러진 스크래핑 및 안정 링들(4,6)에 의해 이 설계는 동일한 재료가 가정될 수 있음을 의미한다. 익스팬더(8)는 축 방향으로 주름진 금속 스트립(30)의 형태이다. 금속 스트립은 반경 방향으로 마찬가지로 주름지게 되어 돌출부들(10)이 안에서 링들(4,6)을 지지하여 스크래핑 및 안정 링들(4,6) 각각에 대해 상이한 직경을 제공한다. 도 2c에서도, 익스팬더(8)의 금속 스트립(30)의 단면은 참조 부호 50으로 표시되어 있다.

도 2d는 도 2a의 3-피스 스크래이퍼 링의 다른 변형 예를 단면도로 도시한다. 도 2a의 실시예와는 달리, 스크래핑 링(4)과 안정 링은 동일한 반경 방향 두께(22)를 갖는다. 구부러진 스크래핑 및 안정 링들(4,6)에 의해, 이 설계는 동일한 재료가 가정될 수 있음을 의미한다. 익스팬더(8)는 금속 스트립(30) 형태이므로, 돌출부들(10)은 실린더의 중심 축으로부터 반경 방향으로 상이한 거리를 갖는다. 금속 스트립은 이 경우 더 간단하게 생산될 수 있다. 도 2d에서 익스팬더(8)의 금속 스트립(30)의 단면은 참조 부호 50으로 표시되었다.

도 3a는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링(2)의 다른 변형의 단면도를 도시한다. 스크래핑 링(4)과 안정 링(6)은 도 2b에서와 같이 반경 방향으로 상이한 폭을 갖는다. 스크래핑 링(4)의 반경 방향 폭(22)은 안정 링(6)의 반경 방향 폭(24)보다 크다. 스크래핑 링(4)과 안정 링(6)은 도 3a의 축 방향에서 동일한 폭을 갖는다. 주름진 금속 스트립(32) 형태의 익스팬더(8)가 또한 도 3a에서 사용된다. 도 2a 내지 도 2d의 익스팬더(8)와 대조적으로 도 3a 및 도 3b의 익스팬더(8)는 반경 방향으로 주름진 금속 스트립(32)의 형태이다. 이 경우, 돌출부들(10)은 단순히 익스팬더(8)의 베어링 면들을 넘어 축 방향(또는 상향 및 하향)으로 돌출하는 탭 형태일 수 있다.

도 3b는 본 발명에 따른 3-피스 스크래이퍼 링(2)의 추가 변형 예의 단면도를 도시한다. 스크래핑 링(4)과 안정 링(6)은 도 3a에서와 같이 반경 방향으로 상이한 폭을 갖는다. 스크래핑 링(4)의 반경 방향 폭(22)은 안정 링(6)의 반경 방향 폭(24)보다 크다.

스크래핑 링(4)과 안정 링(6)은 도 3a와 달리 축 방향으로 다른 폭을 갖는다. 스크래핑 링(4)의 축 방향 폭(26)은 안정 링(6)의 축 방향 폭(28)보다 작다. 이러한 설계에서 안정 링(6)은 스크래핑 링(4)보다 안정화될 수 있다. 익스팬더(8)가 기울어져서 피스톤 링 홈이 막히는 것을 방지한다. 이를 달성하기 위해, 익스팬더의 각각의 축 방향 돌출부들 상에 가해지는 힘은 안정 링이 스크래핑 링보다 작은 반경 방향 치수를 가지므로 가능한 동일해야 하고, 스크래핑 링은 스크래핑 링이 지지하는 실린더 내벽에 의해 추가적으로 지지된다. 따라서, 안정 링은 스크래핑 링(4)보다 큰 힘을 생성할 수 있어야 한다. 안정 링(6)은 스크래핑 링보다 단단하게 되고 내향으로 예비 로드됨으로써 이를 달성할 수 있다.

도 3b에서 반경 방향으로 주름진 익스팬더(8) 또는 금속 스트립은 원주 방향으로 개구부들(36)을 구비하고, 원주 방향 안정 와이어(38)가 배열된다. 안정 와이어는 익스팬더가 홈 바닥에 지지되는 것과 휘어지는 것을 방지해야 한다.

도 4에서, 익스팬더(8)는 슬롯형 나선형 스프링(34) 형태이다. 슬롯형 나선형 스프링(34)은 U 형상의 단면을 갖는다. U 형상의 단면의 측면의 단부는 스크래핑 링(4) 및 안정 링의 내부 에지에 대해 지지되도록 외향으로 구부러진다. 도 4에서, 익스팬더(8)의 슬롯형 나선형 스프링(34)의 단면은 참조 부호 50으로 표시되어 있다.

익스팬더(8)의 하부 가장자리의 내부에는 센트링 돌출부들(centring projections, 52)이 제공된다. 익스팬더(8) 및 안정 링(6)은 실린더 내면과의 접촉에 의해 안정화되지 않는데 이러한 접촉은 마찰의 증가를 의미하기 때문이다. 익스팬더(8)의 센트링 돌출부들(52)은 홈 바닥면과의 접촉에 의해 안정링 또는 익스팬더가 실린더 내면과 접촉하여 마찰을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 센트링 돌출부들(52)을 안정 링(6)에 부착하는 것이 가능하다.

예시적인 실시예의 개별적인 특징의 다른 조합들도 개시된 것으로 간주되어야 한다. 특히, 모든 실시예들은 센트링 돌출부들을 구비할 수 있고, 링들은 반경 방향 및 축 방향으로 상이한 두께들을 가질 수 있고, 축 방향의 돌출부들은 (익스팬더의 누설 방지 및 반경 방향 위치에서) 마찬가지로 다를 수 있다.

추가 실시예에서, 하부 디스크 형 안정 링(6), (연소 챔버(combustion chamber)를 향하는) 상부 디스크 형 스크래핑 링(4) 및 내면에 축 방향으로 돌출하는 돌출부들(10)을 갖는 원형 익스팬더(8)를 포함하는 3-피스 피스톤 오일 제어 링(2)이 제공되고, 상기 원형 익스팬더(8)는 하부 안정 링(6)과 상부 스크래핑 링(4) 사이에 배치되고, 상기 돌출부들(10)은 각각 스크래핑 링(4)의 내면(14) 또는 안정 링(6)의 내면(16)에 내향으로 지지되며, 상기 상부 스크래핑 링(4)의 외부 반경은 하부 안정 링(6)의 외부 반경보다 크다.

2: 본 발명에 따른 3 피스 피스톤 오일 제어 링
4: 상부 디스크 형 스크래핑 링
6: 하부 디스크 형 안정 링
8: 원형 익스팬더/스페이서
10: 축 방향으로 돌출되는 돌출부들
12: 익스팬더/스페이서의 베어링 면들
14: 스크래핑 링의 내면
16: 안정 링의 내면
18: 스크래핑 링의 외부 반경
20: 안정 링의 외부 반경
22: 반경 방향으로 스크래핑 링의 두께
24: 반경 방향으로 안정 링의 두께
26: 축 방향으로 스크래핑 링의 두께
28: 축 방향으로 안정 링의 두께
30: 축 방향으로 주름진 평평한 금속 스트립
32: 반경 방향으로 주름진 평평한 금속 스트립
34: 슬롯형 나선형 스프링
36: 원주 방향으로 개구부
38: 안정화 와이어
40: 실린더 내벽/실린더 내면
42: 피스톤
44: 피스톤 링 홈
46: 피스톤 링 홈 플랭크
48: 피스톤 링 홈 바닥
50: 익스팬더/스페이서의 단면
52: 센트링 돌출부들
δr: 안정 링과 스크래핑 링의 반지름 차

Claims

3-피스 피스톤 오일 제어 링(three-piece piston oil control ring)(2)에 있어서,
상부 디스크 형 스크래핑 링(upper, disc-shaped scraping ring)(4);
하부 디스크 형 안정 링(lower, disc-shaped scraping ring)(6); 및
내면에 축 방향으로 돌출하는 돌출부들(10)을 갖는 원형 익스팬더(circular expander)(8) - 상기 원형 익스팬더(8)는 상기 상부 스크래핑 링(4) 및 상기 하부 안정 링(6) 사이에 배치되고, 상기 돌출부들(10) 각각은 상기 스크래핑 링(4)의 내면(14) 또는 상기 안정 링(4)의 내면(16)에 대해 내향으로 지지됨 -;
를 포함하고,
상기 스크래핑 링(4)의 외부 반경(18)은 상기 하부 안정 링(6)의 외부 반경(20)보다 큰 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤 오일 제어 링(2)이 설치되는 경우 상기 상부 스크래핑 링(4)의 스크래핑 에지만 실린더 내면(40)과 접촉하고, 상기 피스톤 오일 제어 링(2)이 설치되는 경우 하부 디스크 형 안정 링(6)은 실린더 내면(40)과 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상부 스크래핑 링(4) 및 상기 하부 디스크 형 안정 링(6)은 반경 방향(22, 24)에서 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 상부 스크래핑 링(4)의 두께(22)는 하부 디스크 형 안정 링(6)의 두께(24)보다 반경 방향으로 작은 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 스크래핑 링(4)의 축 방향 두께(26)는 상기 하부 디스크 형 안정 링의 축 방향 두께(28)와 정확하게 동일한 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 스크래핑 링(4)의 축 방향 두께(26)는 상기 하부 안정 링(6)의 축 방향 두께(28) 보다 작은 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원형 익스팬더(8)는 주름지고, 평평한 금속 스트립의 형태이고, 상기 금속 스트립은 축 방향으로 주름지는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원형 익스팬더(8)는 반경 방향으로 주름진 평평한 금속 스트립(32) 형태인 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익스팬더(8)는 슬롯형(slotted) 나선형 스프링(34)의 형태인 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익스팬더(8)는 상기 주름진 금속 스트립의 웨이브 플랭크들에서 개구부들(36)을 관통하는 안정 와이어(38)를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출부들(10)은 상기 익스팬더(8) 상의 탭 또는 상기 금속 스트립 상에 형성되는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익스팬더(8), 상기 원형의, 주름지고, 평평한 금속 스트립 및/또는 상기 안정 링(6)을 홈 바닥(48)에 대해 피스톤 링 홈(44)에서 중심에 맞추는 센트링 돌출부들(centring projections, 52)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안정 링(6)의 링 갭 영역에는 상기 안정 링(6)의 상기 링 갭이 폐쇄되도록 하는 연결 엘리먼트들이 제공되는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안정 링(6)은 내향으로 예비 로드되는 것을 특징으로 하는,
3-피스 피스톤 오일 제어 링(2).