JP4800945B2 - 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、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、ディスクが、ピストンの、その都度互いに平行に配置された、ピストントップとは反対側のリング溝側面とピストントップ側のリング溝側面とを備えたリング溝内に配置され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、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、一部分から成る油かきリングを提供することである。

上記課題は請求項１の特徴部に記載した特徴により解決される。

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。

リング溝内に設けられたディスクの、本発明による走行面構成および側面構成により、ディスクにおけるより好適な流体力学的な条件により、油かきリング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、ディスクの油かき機能はこの場合完全に維持される。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。

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唯一の図面を参照しながら説明する。図面には、ピストンのリング溝内に設けられた本発明による油かきリングの横断面図が示されている。

図面から見て取れるように、ディスク１は、ピストンの、ピストントップ側のリング溝側面５と、ピストントップとは反対側のリング溝側面６とを備えたリング溝７内に配置されている。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。この実施例では、ディスク１はピストンに組み付けられた状態で、走行面ｈの頂点線３がピストントップとは反対側のリング溝側面６に向かって配置されているように配置されている。

ディスク１はディスク側面２，２′を有している。ディスク側面２，２′は半径方向外側に向かって走行面ｈまで角度αの下で互いに収斂して、すなわち互いに狭まるように延びている。その際、側面２がピストントップ側のリング溝側面５に当て付けられているとき、ディスクは頂点線３でのみエンジンのシリンダ壁８と接触するようになっている。その際、トップとは反対側のリング溝側面６とディスク側面２′との間の角度は有利には３°〜５°である。半径方向内側に向かって延在するディスク側面２，２′は終端面Ｅに接続されている。その際、終端面により曲線終始点（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｐｕｎｋｔ）Ｔが形成される。曲線終始点Ｔはピストンのストローク運動に応じたディスクの旋回点を形成する。図面に示すように、終端面Ｅ全体は半円形に形成されていることができる。終端面の任意の成形は、終端面が直接旋回点で半円形に形成されてさえいれば可能である。終端面の軸方向の広がりは実質的にリング溝７の高さＨに相当する。その際、リング溝７へのディスクの装入はなお可能である。

ディスク側面２，２′がピストントップとは反対側のリング溝側面６に当て付けられると、ディスク１は走行面（ｈ）の第１の区分（Ｉ）でのみシリンダ壁と接触する。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、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ａＦ（＝リング溝の外径に沿って測定した、ディスクとリング溝側面との間の間隔（図１参照））とディスクの幅Ｂ（＝全幅＝ディスクの半径方向幅）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３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本発明により、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。

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、ディスク側面２，２′の構成がディスクの軸方向での運動をとりわけ内側の台架で阻止し、それに対して、外側の台架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、ディスクのその都度別の位置は、走行面の所定のふくらみに基づいて、改善された流体力学を上昇行程時に有している（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。このディスクはツイストされた状態でより悪い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、その都度別の位置への折り返しを生ぜしめる。

油かきリングを組み付ける際、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。

ピストンのリング溝内に設けられた本発明による油かきリングの横断面図である。

符号の説明

１ ディスク、油かきリング
２，２′ ディスク側面
３ 頂点線（エッジ）
５ ピストントップ側のリング溝側面
６ ピストントップとは反対側のリング溝側面
７ リング溝
８ シリンダ壁
９ ピストン
Ｅ 終端面
ｈ 走行面
Ｈ リング溝の高さ
Ｔ 曲線終始点

Claims (3)

1. 内燃機関のピストンのための油かきリングであって、ディスク（１）が設けられており、該ディスク（１）の走行面（ｈ）が、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、ピストンに油かきリング（１）が組み付けられた状態で、ディスク（１）が、ピストンの、その都度互いに平行に配置された、ピストントップとは反対側のリング溝側面（６）とピストントップ側のリング溝側面（５）とを備えたリング溝（７）内に配置されている形式のものにおいて、
   ディスク側面（２，２′）が半径方向外側に向かって走行面（ｈ）まで角度（α）の下で互いに収斂するように延びており、ピストンに油かきリング（１）が組み付けられた状態で、一方の側面がピストントップ側のリング溝側面（５）に当て付けられると、ディスクが頂点線（３）でのみシリンダ壁（８）と接触し、他方のディスク側面がピストントップとは反対側のリング溝側面（６）に当て付けられると、ディスクが走行面（ｈ）の第１の区分（Ｉ）でのみシリンダ壁と接触するようになっており、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により表される２次の多項式の非対称の形状に従い
   （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（ａＦ）とディスクの幅（Ｂ）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。）、
   −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. 油かきリング（１）がピストンに組み付けられた状態で、走行面（ｈ）の頂点線（３）が、ピストントップとは反対側のリング溝側面（６）に向かって配置されている、請求項１記載の油かきリング。
3. リング溝（７）内を半径方向内側に向かって延在するディスク側面（２，２′）が終端面（Ｅ）により接続されており、該終端面（Ｅ）がピストンのストローク運動に応じたディスクの旋回運動のための曲線終始点（Ｔ）を形成する、請求項１または２記載の油かきリング。

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