EP0797743A1 - Piston ring seal - Google Patents

Piston ring seal

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Publication number
EP0797743A1
EP0797743A1 EP95940986A EP95940986A EP0797743A1 EP 0797743 A1 EP0797743 A1 EP 0797743A1 EP 95940986 A EP95940986 A EP 95940986A EP 95940986 A EP95940986 A EP 95940986A EP 0797743 A1 EP0797743 A1 EP 0797743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
piston ring
ring
conical
ring seal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95940986A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann Meckes
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0797743A1 publication Critical patent/EP0797743A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings

Definitions

  • the invention relates to a piston ring seal, in particular for internal combustion engines, with a piston ring arranged in the upper end area of a piston on the combustion chamber side, which has a radially concave, cone-shaped inner surface which interacts with a correspondingly adapted radially convex, cone-shaped annular surface of a piston, wherein the conical annular surface of the piston is arranged offset radially inwards and the piston ring rests against the cylinder wall of a cylinder in which the piston is guided so as to be axially movable.
  • a piston ring seal has a piston ring on the combustion chamber side, which in most known designs is arranged at a distance from the piston chamber surface on the combustion chamber side in a circumferential piston ring groove of the piston jacket surface.
  • the piston forms with the cylinder surrounding it, in which the piston is guided so as to be axially movable, a circumferential gap, the top land gap.
  • the piston ring has both axial and radial play in the piston ring groove, so that corresponding circumferential gap spaces also result here.
  • Fuel-air mixture is pressed into these gap spaces during the compression stroke, as a result of which the piston ring is pressed axially on the one hand in the direction of the crankcase of an internal combustion engine opposite the combustion chamber and on the other hand radially against the cylinder wall of the cylinder.
  • the fuel-air mixture located in the top land and in the above-mentioned gap spaces cannot burn completely, so that the exhaust gases of an internal combustion engine equipped with this known piston ring seal contain a relatively high proportion of pollutants.
  • Piston ring seals have also become known (US Pat. No. 1,711,610) in which a piston ring is arranged in the upper end region of a piston on the combustion chamber side.
  • the piston In order to receive the piston ring, the piston is formed so as to be offset radially inward in its upper end region and has a circumferential radial web for receiving the piston ring below its upper piston chamber-side piston surface within this radial shoulder.
  • This radial web is provided with a conical surface which widens radially from top to bottom from the combustion chamber side, on which the piston ring is provided with a suitably shaped receiving groove fits.
  • the receiving groove of the piston ring is accordingly arranged on its inner surface and its shape is identical to that of the radial web with its conical seat surface and accordingly also has a conical seat surface which widens radially from the combustion chamber side from top to bottom.
  • the piston ring lies completely against the piston, so that the radial web of the piston is completely received by the receiving groove of the piston ring and the radially outer lateral surface of the piston ring forms a common cylindrical lateral surface with the outer lateral surface of the piston.
  • the piston ring In operation, the piston ring is displaced in the axial direction from the combustion chamber side as soon as it is subjected to compression pressure or combustion pressure on the combustion chamber side of its ring surface, and due to the arrangement of the conical surfaces on the one hand the radial web and on the other hand the receiving groove of the Expanded piston ring and accordingly pressed against the cylinder wall of a cylinder in which the piston is axially movable.
  • This radial expansion of the piston ring creates a circumferential annular gap between the piston ring and the piston above the radial web or above the receiving groove of the piston ring, which extends from the piston surface in the axial direction down to Radial web extends.
  • a piston ring is provided, which is also arranged in the upper end region of a piston on the combustion chamber side.
  • the piston forms a circumferential groove for receiving the piston ring, which is provided with a lower oblique, conical groove delimitation surface.
  • the piston ring is fitted with an upper circumferential circumferential piston ring surface running transversely to the longitudinal axis of the piston in this circumferential groove of the piston ring.
  • the shape of the piston ring is u Fenden groove of the piston adapted and accordingly has a lower conical surface, the inclination of which corresponds to the inclination of the groove boundary surface of the circumferential groove.
  • the invention has for its object to improve a piston ring seal of the generic type such that with the greatest possible tightness between Pistons and cylinders reduce the exhaust gas emissions of an internal combustion engine to a minimum.
  • the object is achieved in that the conical inner surface of the piston ring extends to its upper piston ring surface on the combustion chamber side, and in that the conical annular surface area of the piston extends to the upper piston surface on the combustion chamber side, so that the upper ring surface of the piston ring on the combustion chamber side at least during the Compression and working stroke of the piston forms a common, gapless compression surface with the piston surface of the piston on the combustion chamber side.
  • the design according to the invention provides a piston ring seal in which a circumferential gap does not occur between the piston and the piston ring, nor between the piston and the cylinder wall of the cylinder, in which the piston is axially movably guided. This effectively prevents that fuel-air mixture can accumulate in an uncontrolled manner, at least during the compression and working stroke in the operation of an internal combustion engine. Because of this gapless design of the compression surface, the fuel / air mixture cannot accumulate anywhere in an uncontrolled manner in the combustion chamber of an internal combustion engine, particularly during the compression stroke, so that As complete a combustion as possible is ensured during the work cycle and the pollutant content in the exhaust gas can thereby be kept extremely low.
  • the piston ring is always pressed outwards against the cylinder wall both during the compression, working and exhaust stroke and during the suction stroke of the piston by the interaction of the upper and lower conical surfaces of the piston and the piston ring of the cylinder, so that the piston ring seal according to the invention has an increased degree of tightness.
  • an absolute tightness of the piston ring is achieved in the region of the piston ring joint.
  • the piston ring in the area of the piston ring joint with its overlapping components is designed with sharp edges, so that no gap is formed between the piston ring and the cylinder wall and thus absolute tightness is ensured.
  • the embodiment according to claim 4 also serves to improve the tightness, in which the joint gap of the butt joint of the piston ring joint ensures gas tightness with about 0.01 mm.
  • the configuration according to claim 6 ensures that there are no annular gaps between the piston or piston ring and the cylinder wall, so that this also ensures extremely low-pollutant combustion.
  • a piston tilting is effectively prevented by the configuration according to claim 7.
  • the piston ring seal can be easily adapted to different operating conditions in different internal combustion engines. Due to the size of the cone angles ⁇ and ⁇ , the radial contact pressure can be preselected as a function of the combustion pressure or compression pressure during operation of the internal combustion engine via the cone angles ⁇ and ⁇ .
  • the cone angles .alpha. And .beta. Of the conical surfaces can also be of the same size and be approximately 45 °.
  • the configuration according to claim 10 effectively prevents the piston ring from fluttering, since due to the spring elements provided, the upper cone surface of the piston ring constantly rests on the upper conical surface of the piston and thus a relative axial movement the piston ring with respect to the piston is excluded.
  • the piston ring is pressed axially downwards as well as radially outwards against the cylinder wall, so that the piston ring cannot be made round, as is usually the case, since it is constantly pressed against the cylinder wall by the helical compression spring and thus no radial prestressing of the piston ring is necessary, as is provided in conventional designs of piston ring seals.
  • FIG. 1 is a piston ring seal of the type according to the invention in partial section.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a piston ring seal according to FIG. 1 with additional screw pressure springs /
  • FIG. 3 shows an embodiment of a piston ring seal with an axially offset piston ring
  • FIG. 4 shows a piston ring in side view with a double overlapping piston ring joint
  • FIG. 5 shows a bottom view of a piston ring with spring tongues integrally formed thereon
  • FIG. 6 is a partial view of the piston ring VI from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a piston ring seal in partial section with the piston ring according to FIG. 5.
  • a piston ring seal 1 according to the invention, consisting of a piston ring 2, which is arranged in the region of the upper end of a piston 3 on the combustion chamber side.
  • the piston 3 is guided in an axially movable manner in a cylinder 4, the piston 3 delimiting a combustion chamber 14 in the cylinder 4 downwards and separating the combustion chamber 14 from the crankcase of an internal combustion engine (not shown in the drawing).
  • the piston 3 is embodied at its upper end on the combustion chamber side and has one circumferential receiving paragraph 5 for the piston ring 2.
  • the receiving shoulder 5 is provided with a radially outwardly directed circumferential ring web 6, on which the piston ring 2 is positively and axially movably supported.
  • the annular web 6 is double-wedge-shaped in cross section and has an upper annular conical surface 7 and a lower conical surface 8.
  • the circumferential inner surface of the piston ring 2 is designed for axial entrainment on the ring web 6 of the piston 3 as a cross-wedge-shaped or V-shaped annular groove 9, which has an upper conical surface 10 and a lower conical surface 11.
  • the piston ring 3 is made out of round, so that in the assembled state shown it is constantly pressed radially against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4 by its radial prestress and thus on the cylinder wall 12 during operation of the internal combustion engine rails are permanently sealed.
  • the left half section of the illustration in FIG. 1 shows the position of the piston ring 2 on the ring web 6 of the piston 3, which it assumes during the downward movement of the piston 3 in the direction of arrow 13 during the intake stroke of an internal combustion engine.
  • a negative pressure is created in the combustion chamber 14 of the cylinder 4 for drawing in a fuel / air mixture, so that the piston ring 2 with its lower conical surface 11 comes into sealing contact with the lower conical surface 8 of the ring land 6 , as shown in Fig. 1 in the left half of the picture.
  • the piston ring 2 lies with its outer circumferential surface 28 sealingly against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that the combustion chamber 14 is separated in a sealing manner from the crankcase of the internal combustion engine during the intake stroke by the piston ring seal 1. Due to the cone angle ⁇ of the lower conical surfaces 8 and 11 with respect to the longitudinal piston center axis 29 or a parallel 30 to the longitudinal piston axis 29, which in the present exemplary embodiment is approximately 45 °, the radial pressure force of the piston ring 2 against the cylinder wall 12 is increased increasing vacuum at least slightly increased, whereby the tightness of the piston ring seal 1 is improved.
  • the piston ring 2 with its lateral surface 28 also lies sealingly against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that the piston ring seal 1 also faces the combustion chamber 14 during these operating states, compression, combustion and ejection separates the crankcase of the internal combustion engine absolutely tight.
  • the cone angle ⁇ of the upper cone surfaces 7 and 10 with respect to the longitudinal piston center axis 30 or the parallel 31 in the present exemplary embodiment is approximately 45 ° and is therefore equal to the cone angle ⁇ of the lower cone surfaces 8, 11.
  • the Cone angles ⁇ and ß also assume different values, so that the radial force component increases or increases disproportionately with increasing vacuum in the intake cycle or with increasing compression or combustion pressure in the compression or combustion cycle, as a result of which the frictional forces occurring between the Mantle surface 28 of the piston ring 2 and of the cylinder wall 12 cylinder 4 can be influenced favorably.
  • the compression or compression stroke of the piston 3 is followed by the combustion stroke of the piston 3, in which the piston 3 moves downward again in the direction of the arrow 13 after the top dead center has been exceeded.
  • the high combustion pressure causes a further increase in the sealing radial force component with which the piston ring 2 bears against the cylinder wall 12, the combustion pressure acting on the one hand on the piston chamber 16 on the combustion chamber side and on the circumferential piston ring surface 17 of the piston ring 2 on the combustion chamber side.
  • the piston ring 2 becomes in the position shown in the right half of FIG. 1 due to the friction between the piston ring 2 and the cylinder wall 12, the discharge pressure in the combustion chamber 14 and also held in this position due to its inertia.
  • the piston ring 2 thus forms a common compression surface 18 with the piston 3 during the compression, combustion and exhaust stroke, consisting of the piston surface 16 and the piston ring surface 17, which has no circumferential gap in which fuel-air mixture, in particular during compression and the combustion cycle can penetrate. This ensures that the fuel-air mixture can only be located in the combustion chamber 14 and thus ensures that the fuel-air mixture is burned as completely as possible during the working cycle of the internal combustion engine. There is also no gap between the piston ring 2 and the cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that even in this area no fuel-air mixture can accumulate during the compression stroke and incomplete combustion is also excluded here. 2 shows a further embodiment 1/1 of the piston ring seal 1, which has the same piston ring 2 as the piston ring seal 1.
  • the piston ring seal 1/1 has additional spring elements in the form of helical compression springs 19 which run in the ring web 6/1 of the piston 3/1 parallel to the upper conical surface 7 of the ring web 6/1 corresponding A receiving bores 27 are arranged.
  • the helical compression springs 19 press against the lower conical surface 11 of the piston ring 2, so that it is constantly held in its position shown in FIG. 2 by the spring force of the helical compression spring 19.
  • the provided helical compression springs 19 ensure that the piston ring 2 with its upper conical surface 10 rests permanently on the upper conical surface 7/1 of the ring land 6/1 of the piston 3/1, that is to say also during the intake stroke, and no change in the position of the piston ring 2 opposite or on the radial web 6/1 of the piston 3/1 during the entire operation of the internal combustion engine.
  • the provided helical compression springs 19 further ensure that the piston ring 2 can be made round, ie that it can be mounted on the piston 3/1 without its own radial prestressing or together with the latter in the cylinder 4, since the required radial prestressing is caused by the helical compression spring 19 is effected. This results in a considerably simpler manufacture of the piston ring 2, as a result of which the manufacturing costs for the piston ring 2 are reduced.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment 1/2 of the piston ring seal 1, which is also provided with a piston ring 2, which has the same structure as the piston ring 2 from FIG. 1.
  • the piston is designed on the combustion chamber side in such a way that its upper conical surface 7/2 and its ring web 6/2 continue upwards on the axial side of the combustion chamber, so that the compression surface 18/2 between the piston 3/2 and the piston ring 2 has a circumferential shoulder 20. Otherwise, the piston ring 2 is also held permanently by means of helical compression springs 19 in the position shown in FIG. 3 relative to the piston 3/2.
  • the piston ring seal 1/2 has no circumferential gap either between the piston ring 2 and the piston 3/2 or between the piston 3/2 and the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that there are also no gap spaces in which the fuel / air mixture can be stored.
  • optimum combustion of the fuel / air mixture in the corresponding combustion chamber 14/2 is ensured with this piston ring seal 1/2.
  • Fig. 4 shows a side view of the piston ring 2.
  • the piston ring 2 has a piston ring joint 21, which is double overlapping. Accordingly, the piston ring joint 21 is provided on one side with an impact groove 22 into which a shock spring 23 of the correspondingly encircling other end of the piston ring 2 projects.
  • the game between the shock spring 23 and the shock groove 22 has a total of about 0.01 mm, so that the piston ring butt 21 is absolutely gas-tight.
  • the butt joints 24 and 25 of the piston ring joint 21 are each arranged approximately in the middle of the upper conical surface 10 and the lower conical surface 11 of the piston ring 2.
  • the piston ring 2 can be mounted in a simple manner for mounting on the ring web 6, 6/1 or 6/2 of the pistons 3, 3/1 or 3/2 by spreading.
  • the shock spring 23 and the shock groove 22 are sharp in their shape, so that between the piston ring 2 and the ring web 6, 6/1, 6/2 or between the piston ring 2 and the cylinder wall 12 in the region of Piston ring butt 21 no gaps are formed and thus an absolute gas tightness can be achieved in this area of the piston ring 2.
  • Fig. 5 shows an embodiment 2/1 of the piston ring 1 in a bottom view.
  • the lower half of the piston ring 2/1 is provided with a plurality of spring tongues 26 arranged radially inward on the circumference.
  • the Federzun ⁇ gene 26 are each integral part of the piston ring 2/1.
  • These inwardly bent spring tongues 26, as can be seen from FIG. 6, are also bent towards the upper conical surface 10/1 of the piston ring 2/1, so that they are mounted on the lower conical surface 8, as shown in FIG 7 can be seen, resiliently and securely hold the piston ring 2/1 in the position shown in FIG. 7.
  • the spring tongues 26 are further adapted in their cross-section to the bending moment curve in such a way that they are subject to a constant bending stress over their entire length in the assembled, tensioned state, whereby a maximum degree of durability is achieved. This means that the spring tongues 26 are designed to taper in the circumferential direction towards their respective free end 31.
  • the piston ring 2/1 enables simple mounting of the piston ring 2/1 on the ring web 6 of the piston 3, since no separate spring elements elements, such as are present in the embodiments of FIGS. 2 and 3. Furthermore, the function of the piston ring 2/1 is identical to that of the piston ring 2 and, as can be seen in FIG. 7, also forms a common gapless compression surface 18 / with its upper piston ring surface 17/2 together with the piston surface 16 on the combustion chamber side. 2, so that even with this piston ring seal 1/3 the pollutant fan part of an internal combustion engine can be lowered considerably.
  • the piston ring 2/1 also has a piston ring joint 21/1, as can be seen from FIG. 5, which has the same structure as the piston ring joint 21 of the piston ring 2. It is of course also conceivable for the piston ring joint 21 or 21/1 to be formed simply overlapping, the overlapping components of which also have a play of approximately 0.01 mm and are also sharp-edged.
  • the inventive design of the piston ring seals 1 to 1/3 provides piston ring seals 1 to 1/3, which have no circumferential gaps on the combustion chamber side, in which fuel-air mixture can accumulate, which would then not be completely combustible in the combustion cycle.
  • the piston ring seal 1 to 1/3 according to the invention provides a piston ring seal 1 to 1/3, the design of which makes a considerable amount Reduction of the pollutants in the exhaust gas of an internal combustion engine can be achieved, while at the same time, due to the special type of guidance of the piston ring 2 or 2/1 on the correspondingly assigned ring web 6, 6/1 or 6/2, reliable guidance of the piston 3 er ⁇ reaches and thus a piston tilting is effectively prevented during operation.

Landscapes

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Abstract

Piston ring seals (1) for internal combustion engines are known with a piston ring (2) in the end region of a piston (3) towards the combustion chamber; said piston ring is provided with a conical inner surface (9) which co-operates with a matching conical ring land (6) of a piston (3). The piston ring (2) lies against the cylinder wall (12) of a cylinder (4) in which the piston (3) is capable of axial movement. In order to improve the characteristics of the exhaust gas from an internal combustion engine, a piston ring seal (1) is proposed in which the conical inner surface (9) of the piston ring (2) extends as far as said piston ring's top piston ring surface (17) facing the combustion chamber, and the conical ring land (6) of the piston (3) extends with its upper conical surface (7) as far as the top piston face (16) facing the combustion chamber, so that the piston ring surface (17) of the piston ring (2) forms a common gap-free sealing surface (18) with the piston face (16) of the piston (3).

Description

Bezeichnung: Kolbenringdichtung Description: piston ring seal
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Kolbenringdichtung insbeson¬ dere für Verbrennungskraftmaschinen mit einem im oberen, brennraumseitigen Endbereich eines Kolbens angeordneten Kolbenring, der eine radial konkav, kegelförmig ausgebil¬ dete Innenfläche aufweist, welche mit einer entsprechend angepaßten radial konvex, kegelförmig ausgebildeten Ringmantelfläche eines Kolbens zusammenwirkt, wobei die kegelförmige Ringmantelfläche des Kolbens radial nach innen versetzt angeordnet ist und der Kolbenring an der Zylinderwand eines Zylinders anliegt, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist.The invention relates to a piston ring seal, in particular for internal combustion engines, with a piston ring arranged in the upper end area of a piston on the combustion chamber side, which has a radially concave, cone-shaped inner surface which interacts with a correspondingly adapted radially convex, cone-shaped annular surface of a piston, wherein the conical annular surface of the piston is arranged offset radially inwards and the piston ring rests against the cylinder wall of a cylinder in which the piston is guided so as to be axially movable.
Bekannterweise weist eine Kolbenringdichtung einen brenn¬ raumseitigen Kolbenring auf, welcher bei den meisten bekannten Ausführungen im Abstand zur brennraumseitigen Kolbenfläche in einer umlaufenden Kolbenringnut der Kolbenmantelfläche angeordnet ist. Oberhalb dieses Kol¬ benringes bildet der Kolben mit dem ihn umgebenden Zylin¬ der, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist, einen umlaufenden Spalt, den Feuerstegspalt. Desweiteren weist der Kolbenring in der Kolbenringnut sowohl ein axiales als auch ein radiales Spiel auf, so daß sich auch hier entsprechende umlaufende Spalträume ergeben. In diese Spalträume wird während des Kompressionstaktes Kraftstoffluftgemisch hineingepreßt, wodurch der Kolben¬ ring einerseits axial in Richtung des dem Brennraum gegenüberliegenden Kurbelgehäuses einer Verbrennungs¬ kraftmaschine und andererseits radial gegen die Zylinder¬ wand des Zylinders gepreßt wird. Beim Verbrennungstakt kann das im Feuersteg und in den oben genannten Spalträu¬ men befindliche Kraftstoffluftgemisch nicht vollständig verbrennen, so daß die Abgase einer mit dieser bekannten Kolbenringdichtung ausgestatteten Verbrennungskraftma¬ schine einen relativ hohen Schadstoffanteil enthalten.As is known, a piston ring seal has a piston ring on the combustion chamber side, which in most known designs is arranged at a distance from the piston chamber surface on the combustion chamber side in a circumferential piston ring groove of the piston jacket surface. Above this piston ring, the piston forms with the cylinder surrounding it, in which the piston is guided so as to be axially movable, a circumferential gap, the top land gap. Furthermore, the piston ring has both axial and radial play in the piston ring groove, so that corresponding circumferential gap spaces also result here. Fuel-air mixture is pressed into these gap spaces during the compression stroke, as a result of which the piston ring is pressed axially on the one hand in the direction of the crankcase of an internal combustion engine opposite the combustion chamber and on the other hand radially against the cylinder wall of the cylinder. During the combustion cycle, the fuel-air mixture located in the top land and in the above-mentioned gap spaces cannot burn completely, so that the exhaust gases of an internal combustion engine equipped with this known piston ring seal contain a relatively high proportion of pollutants.
Weiterhin sind Kolbenringdichtungen bekannt geworden (US 1 711 610) , bei welchen ein Kolbenring im oberen, brenn¬ raumseitigen Endbereich eines Kolbens angeordnet ist. Zur Aufnahme des Kolbenrings ist der Kolben in seinem oberen Endbereich radial nach innen abgesetzt ausgebildet und weist zur Aufnahme des Kolbenringes unterhalb seiner oberen, brennraumseitigen Kolbenfläche innerhalb dieses radialen Absatzes einen umlaufenden Radialsteg auf. Dieser Radialsteg ist mit einer sich von der Brennraum¬ seite her von oben nach unten radial erweiternden Kegel¬ fläche versehen, auf welcher der Kolbenring mit einer entsprechend geformten Aufnahmenut passend aufsitzt. Die Aufnahmenut des Kolbenringes ist dementsprechend an dessen Innenfläche angeordnet und in ihrer Formgebung identisch mit dem Radialsteg mit dessen Kegelsitzfläche und weist dementsprechend ebenfalls eine Kegelsitzfläche auf, welche sich von der Brennraumseite her von oben nach unten radial erweitert. Im drucklosen Zustand liegt der Kolbenring vollständig am Kolben an, so daß der Radial¬ steg des Kolbens vollständig von der Aufnahmenut des Kolbenringes aufgenommen wird und die radial äußere Mantelfläche des Kolbenringes mit der äußeren Mantelflä¬ che des Kolbens eine gemeinsame Zylindermantelfläche bildet. Im Betrieb wird der Kolbenring, sobald er brenn- raumseitig auf seiner brennraumseitigen Ringfläche mit Kompressionsdruck bzw. Verbrennungsdruck beaufschlagt wird, in axialer Richtung von der Brennraumseite her nach unten verschoben und aufgrund der Anordnung der Kegelflä¬ chen einerseits des Radialsteges und andererseits der Auf ahmenut des Kolbenringes aufgespreizt und dementspre¬ chend gegen die Zylinderwandung eines Zylinders, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist, gedrückt. Durch diese radiale Aufspreizung des Kolbenringes ent¬ steht zwischen dem Kolbenring und dem Kolben oberhalb des Radialsteges bzw. oberhalb der Aufnahmenut des Kolbenrin¬ ges ein umlaufender Ringspalt, welcher sich von der Kolbenfläche in axialer Richtung nach unten bis zum Radialsteg erstreckt. Während des Kompressionshubes und des ansteigenden Kompressionsdruckes wird in diesen Ringspalt während des Betriebes einer Verbrennungskraft¬ maschine, welche mit einer derartigen Kolbenringdichtung ausgestattet ist, Kraftstoffluftgemisch gepreßt. Während der Verbrennung bzw. während des Arbeitshubes des Kolbens kann aufgrund der äußerst kurzen Brennzeiten im Zylinder das Kraftstoffluftgemisch innerhalb des umlaufenden Spaltes nur unvollständig verbrannt werden, so daß eine erhöhte Schadstoffemission in den Abgasen durch dieses unverbrannte Kraftstoffluftgemisch die Folge ist. Deswei¬ teren legt sich bei dieser Kolbenringdichtung der Kolben¬ ring während des Ansaugtaktes wieder an den Kolben radial an, so daß er einen radialen Ringspalt zwischen sich und dem Zylinder freigibt, was zu einer unzureichenden Dich¬ tigkeit dieser Kolbenringdichtung führt.Piston ring seals have also become known (US Pat. No. 1,711,610) in which a piston ring is arranged in the upper end region of a piston on the combustion chamber side. In order to receive the piston ring, the piston is formed so as to be offset radially inward in its upper end region and has a circumferential radial web for receiving the piston ring below its upper piston chamber-side piston surface within this radial shoulder. This radial web is provided with a conical surface which widens radially from top to bottom from the combustion chamber side, on which the piston ring is provided with a suitably shaped receiving groove fits. The receiving groove of the piston ring is accordingly arranged on its inner surface and its shape is identical to that of the radial web with its conical seat surface and accordingly also has a conical seat surface which widens radially from the combustion chamber side from top to bottom. In the depressurized state, the piston ring lies completely against the piston, so that the radial web of the piston is completely received by the receiving groove of the piston ring and the radially outer lateral surface of the piston ring forms a common cylindrical lateral surface with the outer lateral surface of the piston. In operation, the piston ring is displaced in the axial direction from the combustion chamber side as soon as it is subjected to compression pressure or combustion pressure on the combustion chamber side of its ring surface, and due to the arrangement of the conical surfaces on the one hand the radial web and on the other hand the receiving groove of the Expanded piston ring and accordingly pressed against the cylinder wall of a cylinder in which the piston is axially movable. This radial expansion of the piston ring creates a circumferential annular gap between the piston ring and the piston above the radial web or above the receiving groove of the piston ring, which extends from the piston surface in the axial direction down to Radial web extends. During the compression stroke and the increasing compression pressure, fuel-air mixture is pressed into this annular gap during operation of an internal combustion engine which is equipped with such a piston ring seal. During the combustion or during the working stroke of the piston, the extremely short burning times in the cylinder mean that the fuel-air mixture can only be burned incompletely within the circumferential gap, so that an increased amount of pollutants in the exhaust gases is the result of this unburned fuel-air mixture. Furthermore, with this piston ring seal, the piston ring rests radially on the piston during the intake stroke, so that it releases a radial annular gap between itself and the cylinder, which leads to an insufficient tightness of this piston ring seal.
Bei einer weiteren bekannten Kolbenringdichtung (DE-PS 377 321) ist ein Kolbenring vorgesehen, welcher ebenfalls im oberen, brennraumseitigen Endbereich eines Kolbens angeordnet ist. Der Kolben bildet zur Aufnahme des Kol¬ benringes eine umlaufende Nut, welche mit einer unteren schrägen, kegelförmigen Nutbegrenzungsfläche versehen ist. Der Kolbenring ist passend mit einer quer zur Kol¬ benlängsachse verlaufenden oberen umlaufenden Kolbenring¬ fläche in diese umlaufende Nut des Kolbenringes einge¬ setzt. Der Kolbenring ist in seiner Formgebung der u lau- fenden Nut des Kolbens angepaßt und weist dementsprechend eine untere Kegelfläche auf, deren Neigung der Neigung der Nutbegrenzungsfläche der umlaufenden Nut entspricht. Mit Erhöhung des Verdichtungsdruckes bzw. des Verbren¬ nungsdruckes, wird der Kolbenring axial nach unten ge¬ drückt und aufgrund der schrägen Nutbegrenzungsfläche des Kolbens seiner umlaufenden Nut und der Kegelfläche des Kolbenringes aufgrund der Keilwirkung dieser beiden Flächen radial nach außen gegen die Zylinderwand eines Zylinders gedrückt, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist. Durch diese axiale Abwärtsbewegung entsteht oberhalb des Kolbenringes in der umlaufenden Nut zwischen dem Kolbenring und dem Kolben ein umlaufender Spalt, ähnlich wie beim Gegenstand der oben beschriebenen US 1 711 610. Auch in diesem umlaufenden Spalt wird im Betrieb Kraftstoffluftgemisch während des Kompressionshubes des Kolbens hineingepreßt, welches beim Arbeitstakt nur unvollständig verbrannt wird. Somit tritt auch bei dieser bekannten Kolbenringdichtung eine erhöhte Schadstoffemission aufgrund des unverbrannten Kraftstoffluftgemisches im umlaufenden Ringspalt zwischen dem Kolben und dem Kolbenring auf.In a further known piston ring seal (DE-PS 377 321), a piston ring is provided, which is also arranged in the upper end region of a piston on the combustion chamber side. The piston forms a circumferential groove for receiving the piston ring, which is provided with a lower oblique, conical groove delimitation surface. The piston ring is fitted with an upper circumferential circumferential piston ring surface running transversely to the longitudinal axis of the piston in this circumferential groove of the piston ring. The shape of the piston ring is u Fenden groove of the piston adapted and accordingly has a lower conical surface, the inclination of which corresponds to the inclination of the groove boundary surface of the circumferential groove. As the compression pressure or the combustion pressure increases, the piston ring is pressed axially downwards and, owing to the oblique groove boundary surface of the piston of its circumferential groove and the conical surface of the piston ring, is pressed radially outwards against the cylinder wall of a cylinder due to the wedge effect of these two surfaces , in which the piston is axially movable. This axial downward movement creates a circumferential gap above the piston ring in the circumferential groove between the piston ring and the piston, similar to the subject of US 1 711 610 described above. In this circumferential gap, too, fuel-air mixture is pressed in during the compression stroke of the piston, which is only partially burned during the work cycle. Thus, with this known piston ring seal, an increased pollutant emission occurs due to the unburned fuel / air mixture in the circumferential annular gap between the piston and the piston ring.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenringdichtung der gattungsgeraäßen Art derart zu verbessern, daß bei möglichst großer Dichtigkeit zwischen Kolben und Zylinder die Abgasemissionen einer Verbren¬ nungskraftmaschine auf ein Minimum reduziert werden.Accordingly, the invention has for its object to improve a piston ring seal of the generic type such that with the greatest possible tightness between Pistons and cylinders reduce the exhaust gas emissions of an internal combustion engine to a minimum.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die kegelförmige Innenfläche des Kolbenringes bis zu dessen brennraumseitigen oberen Kolbenringfläche er¬ streckt, und daß sich die kegelförmige Ringmantelfläche des Kolbens bis zur brennraumseitigen oberen Kolbenfläche erstreckt, so daß die brennraumseitige obere Ringfläche des Kolbenringes zumindest während des Kompressions- und Arbeitshubes des Kolbens mit der brennraumseitigen Kol¬ benfläche des Kolbens eine gemeinsame, spaltlose Verdich¬ tungsfläche bildet.The object is achieved in that the conical inner surface of the piston ring extends to its upper piston ring surface on the combustion chamber side, and in that the conical annular surface area of the piston extends to the upper piston surface on the combustion chamber side, so that the upper ring surface of the piston ring on the combustion chamber side at least during the Compression and working stroke of the piston forms a common, gapless compression surface with the piston surface of the piston on the combustion chamber side.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Kol¬ benringdichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher weder zwischen Kolben und Kolbenring noch zwischen Kolben und Zylinderwand des Zylinders, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist, brennraumseitig ein umlaufender Spalt auftritt. Dadurch wird wirksam verhindert, daß sich zumindest während des Kompressions-und Arbeitshubes im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine Kraftstoffluftge¬ misch unkontrolliert ansammeln kann. Auf Grund dieser spaltlosen Ausgestaltung der Verdichtungsfläche kann sich im Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine nirgends unkontrolliert Kraftstoffluftgemisch insbeson¬ dere während des Kompressionstaktes ansammeln, so daß eine möglichst vollständige Verbrennung während des Arbeitstaktes sichergestellt ist und dadurch Schad¬ stoffanteile im Abgas äußerst gering gehalten werden können.The design according to the invention provides a piston ring seal in which a circumferential gap does not occur between the piston and the piston ring, nor between the piston and the cylinder wall of the cylinder, in which the piston is axially movably guided. This effectively prevents that fuel-air mixture can accumulate in an uncontrolled manner, at least during the compression and working stroke in the operation of an internal combustion engine. Because of this gapless design of the compression surface, the fuel / air mixture cannot accumulate anywhere in an uncontrolled manner in the combustion chamber of an internal combustion engine, particularly during the compression stroke, so that As complete a combustion as possible is ensured during the work cycle and the pollutant content in the exhaust gas can thereby be kept extremely low.
Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird der Kolben¬ ring sowohl beim Kompressions-, Arbeits-, und Ausstoßhu¬ bes als auch beim Ansaughub des Kolbens stets durch das Zusammenwirken der oberen bzw. der unteren Kegelflächen des Kolbens und des Kolbenringes nach außen gegen die Zylinderwand des Zylinders gedrückt, so daß die erfin¬ dungsgemäße Kolbenringdichtung ein erhöhtes Maß an Dich¬ tigkeit aufweist.Due to the configuration according to claim 2, the piston ring is always pressed outwards against the cylinder wall both during the compression, working and exhaust stroke and during the suction stroke of the piston by the interaction of the upper and lower conical surfaces of the piston and the piston ring of the cylinder, so that the piston ring seal according to the invention has an increased degree of tightness.
Durch den einfach oder doppelt überlappenden Kolbenring¬ stoß gemäß Anspruch 3 wird eine absolute Dichtheit des Kolbenringes im Bereich des Kolbenringstoßes erreicht. Dabei ist der Kolbenring im Bereich des Kolbenringstoßes mit seinen überlappenden Bestandteilen gemäß Anspruch 5 scharfkantig ausgebildet, so daß kein Spalt zwischen Kolbenring und Zylinderwand entsteht und somit eine absolute Dichtheit gewährleistet ist.Due to the single or double overlapping piston ring joint according to claim 3, an absolute tightness of the piston ring is achieved in the region of the piston ring joint. The piston ring in the area of the piston ring joint with its overlapping components is designed with sharp edges, so that no gap is formed between the piston ring and the cylinder wall and thus absolute tightness is ensured.
In gleicher Weise dient zur Verbesserung der Dichtheit auch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4, in dem der Fugenspalt der Stoßfuge des Kolbenringstoßes mit etwa 0,01 mm eine Gasdichtheit gewährleistet. Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 wird sicherge¬ stellt, daß keine Ringspalte zwischen Kolben bzw. Kolben¬ ring und Zylinderwand auftreten, so daß auch dadurch eine äußerst Schadstoffarme Verbrennung sichergestellt ist.In the same way, the embodiment according to claim 4 also serves to improve the tightness, in which the joint gap of the butt joint of the piston ring joint ensures gas tightness with about 0.01 mm. The configuration according to claim 6 ensures that there are no annular gaps between the piston or piston ring and the cylinder wall, so that this also ensures extremely low-pollutant combustion.
Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 wird ein Kolben¬ kippen wirksam verhindert.A piston tilting is effectively prevented by the configuration according to claim 7.
Durch die unterschiedliche Ausbildung der Kegelwinkel α und ß der oberen und unteren Kegelflächen gemäß Anspruch 9 ist die Kolbenringdichtung unterschiedlichen Betriebs¬ bedingungen bei verschiedenen Verbrennungskraftmaschinen in einfacher Weise anpaßbar. Durch die Größe der Kegel¬ winkel α und ß ist der radiale Anpressdruck in Abhängig¬ keit vom Verbrennungsdruck bzw. Kompressionsdruck während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine über die Kegel Winkel α und ß vorwählbar.Due to the different design of the cone angles α and β of the upper and lower cone surfaces according to claim 9, the piston ring seal can be easily adapted to different operating conditions in different internal combustion engines. Due to the size of the cone angles α and β, the radial contact pressure can be preselected as a function of the combustion pressure or compression pressure during operation of the internal combustion engine via the cone angles α and β.
Die Kegelwinkel α und ß der Kegelflächen können dabei gemäß Anspruch 8 auch gleich groß sein und etwa 45° betragen.The cone angles .alpha. And .beta. Of the conical surfaces can also be of the same size and be approximately 45 °.
Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 wird wirksam ein Flattern des Kolbenringes verhindert, da dieser aufgrund der vorgesehenen Federelemente ständig mit seiner oberen Kegelfläche auf der oberen Kegelfläche des Kolbens aufliegt und somit eine relative Axialbewegung des Kolbenringes bezüglich des Kolbens ausgeschlossen ist.The configuration according to claim 10 effectively prevents the piston ring from fluttering, since due to the spring elements provided, the upper cone surface of the piston ring constantly rests on the upper conical surface of the piston and thus a relative axial movement the piston ring with respect to the piston is excluded.
Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 11 wird der Kolb¬ enring sowohl axial nach unten wie auch radial nach außen gegen die Zylinderwand gedrückt, so daß der Kolbenring nicht wie üblicherweise unrund sondern rund gefertigt werden kann, da er durch die Schraubendruckfeder ständig an die Zylinderwand gedrückt wird und somit keine radiale Vorspannung des Kolbenringes notwendig ist, wie dies bei üblichen Konstruktionen von Kolbenringdichtungen vorgese¬ hen ist.Due to the configuration according to claim 11, the piston ring is pressed axially downwards as well as radially outwards against the cylinder wall, so that the piston ring cannot be made round, as is usually the case, since it is constantly pressed against the cylinder wall by the helical compression spring and thus no radial prestressing of the piston ring is necessary, as is provided in conventional designs of piston ring seals.
Aufgrund der Ausgestaltung gemäß Anspruch 12 wird eine einfache Montage des Kolbenringes auf dem Kolben ermög¬ licht, wobei es nicht notwendig ist, einzelne Federele¬ mente in einem aufwendigen Montageprozeß zwischen den Kolbenring und den Kolben einzubringen, da die Federele¬ mente zungenartig einstückiger Bestandteil des Kolbenrin¬ ges sind.Due to the design according to claim 12, a simple assembly of the piston ring on the piston is made possible, it being not necessary to insert individual spring elements in a complex assembly process between the piston ring and the piston, since the spring elements are a tongue-like integral part of the Piston rings are.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 13 und 14 entnehmbar.Further advantageous embodiments can be found in claims 13 and 14.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine Kolbenringdichtung der erfindungsgemäßen Art im Teilschnitt; Fig. 2 eine Ausführungsform einer Kolbenringdichtung gemäß Fig. 1 mit zusätzlichen Schraubendruckfe¬ dern/Figure 1 is a piston ring seal of the type according to the invention in partial section. FIG. 2 shows an embodiment of a piston ring seal according to FIG. 1 with additional screw pressure springs /
Fig. 3 eine Ausführungsform einer Kolbenringdichtung mit axial versetzt angeordnetem Kolbenring;3 shows an embodiment of a piston ring seal with an axially offset piston ring;
Fig. 4 einen Kolbenring in Seitenansicht mit doppelt überlappendem Kolbenringstoß;4 shows a piston ring in side view with a double overlapping piston ring joint;
Fig. 5 eine Unteransicht eines Kolbenringes mit ein¬ stückig angeformten Federzungen;5 shows a bottom view of a piston ring with spring tongues integrally formed thereon;
Fig. 6 eine Teilansicht des Kolbenringes VI aus Fig. 5;FIG. 6 is a partial view of the piston ring VI from FIG. 5;
Fig. 7 eine Kolbenringdichtung im Teilschnitt mit dem Kolbenring gemäß Fig. 5.7 shows a piston ring seal in partial section with the piston ring according to FIG. 5.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolbenringdichtung 1, bestehend aus einem Kolbenring 2, welcher im Bereich des oberen brennraumseitigen Endes eines Kolbens 3 angeordnet ist. Der Kolben 3 ist in einem Zylinder 4 axial beweglich geführt, wobei der Kolben 3 einen Brennraum 14 im Zylin¬ der 4 nach unten hin beweglich begrenzt und den Brennraum 14 vom Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine trennt (in der Zeichnung nicht dargestellt) .1 shows a piston ring seal 1 according to the invention, consisting of a piston ring 2, which is arranged in the region of the upper end of a piston 3 on the combustion chamber side. The piston 3 is guided in an axially movable manner in a cylinder 4, the piston 3 delimiting a combustion chamber 14 in the cylinder 4 downwards and separating the combustion chamber 14 from the crankcase of an internal combustion engine (not shown in the drawing).
Der Kolben 3 ist an seinem oberen brennraumseitigen Ende radial nach innen abgesetzt ausgeführt und weist einen umlaufenden Aufnahmeabsatz 5 für den Kolbenring 2 auf. Zur axialen Festlegung des Kolbenringes 2 ist der Aufnah¬ meabsatz 5 mit einem radial nach außen gerichteten umlau¬ fenden Ringsteg 6 versehen, auf welchem der Kolbenring 2 formschlüssig und begrenzt axial beweglich gelagert ist. Der Ringsteg 6 ist im Querschnitt doppelkeilförmig ausge¬ bildet und weist eine obere ringförmige Kegelfläche 7 und eine untere Kegelfläche 8 auf. Die umlaufende Innenfläche des Kolbenringes 2 ist zur axialen Mitnahme auf dem Ringsteg 6 des Kolbens 3 als ebenfalls im Querschnitt doppelkeilförmige bzw. V-förmige Ringnut 9 ausgebildet, welche eine obere Kegelfläche 10 und eine untere Kegel¬ fläche 11 aufweist.The piston 3 is embodied at its upper end on the combustion chamber side and has one circumferential receiving paragraph 5 for the piston ring 2. To axially fix the piston ring 2, the receiving shoulder 5 is provided with a radially outwardly directed circumferential ring web 6, on which the piston ring 2 is positively and axially movably supported. The annular web 6 is double-wedge-shaped in cross section and has an upper annular conical surface 7 and a lower conical surface 8. The circumferential inner surface of the piston ring 2 is designed for axial entrainment on the ring web 6 of the piston 3 as a cross-wedge-shaped or V-shaped annular groove 9, which has an upper conical surface 10 and a lower conical surface 11.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Kobenringdichtung 1 ist der Kolbenring 3 unrund gefertigt, so daß er im dargestellten montierten Zustand durch seine radiale Vorspannung ständig radial gegen die innere Zylinderwand 12 des Zylinders 4 gedrückt wird und somit an der Zylin¬ derwand 12 während des Betriebes der Verbrennungskraftma¬ schine permanent dichtend anliegt.In this embodiment of the piston ring seal 1, the piston ring 3 is made out of round, so that in the assembled state shown it is constantly pressed radially against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4 by its radial prestress and thus on the cylinder wall 12 during operation of the internal combustion engine rails are permanently sealed.
In Fig. 1 ist der Kolbenring 2 in zwei unterschiedlichen Lagen dargestellt, welche er in unterschiedlichen Be- triebszuständen bzw. bei unterschiedlichen Arbeitszyklen der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Kolbens 3 ein¬ nimmt. So wechselt der Kolbenring 2 während des Betriebes auf dem Ringsteg 6 entsprechend des vorgesehenen Spiels zwischen Ringnut 9 und Ringsteg 6 seine Lage.1 shows the piston ring 2 in two different positions, which it assumes in different operating states or in different working cycles of the internal combustion engine or the piston 3. So the piston ring 2 changes during operation its position on the ring web 6 according to the intended game between the ring groove 9 and ring web 6.
Der linke Halbschnitt der Darstellung in Fig. 1 zeigt dabei die Lage des Kolbenringes 2 auf dem Ringsteg 6 des Kolbens 3, welche er während der Abwärtsbewegeung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeiles 13 beim Ansaugtakt eines Verbrennungsmotors einnimmt. Bei dieser Abwärtsbe¬ wegung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeiles 13 wird im Verbrennungsraum 14 des Zylinders 4 ein Unterdruck zum Ansaugen von Kraftstoffluftgemisch bewirkt, so daß der Kolbenring 2 mit seiner unteren Kegelfläche 11 auf der unteren Kegelfläche 8 des Ringsteges 6 dichtend zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 1 in der linken Bildhälfte dargestellt ist. Gleichzeitig liegt der Kolbenring 2 mit seiner äußeren Mantelfläche 28 an der inneren Zylinder¬ wand 12 des Zylinders 4 dichtend an, so daß der Brennraum 14 gegenüber dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftma¬ schine während des Ansaugtaktes durch die Kolbenringdich¬ tung 1 dichtend getrennt ist. Durch den Kegelwinkel ß der unteren Kegelflächen 8 und 11 gegenüber der Kolbenlängs¬ mittelachse 29 bzw. einer Prallelen 30 zur Kolbenlängs¬ mittelachse 29, welcher beim vorliegenden Ausführungsbei¬ spiel etwa 45° beträgt, wird die radiale Anpreßkraft des Kolbenringes 2 an die Zylinderwand 12 mit steigendem Unterdruck zumindest leicht erhöht, wodurch die Dichtheit der Kolbenringdichtung 1 verbessert wird. Nach Überschreiten des unteren Todpunktes nach dem An¬ saugtakt wechselt der Kolben 3 seine Bewegungsrichtung in Richtung des Pfeiles 15 nach oben, so daß aufgrund der Reibungsverhältnisse zwischen dem Kolbenring 2 und der Zylinderwand 12 und auch durch die Massenträgheit des Kolbenringes 2 der Kolbenring 2 seine Lage relativ zum Kolben 3 wechselt. Diese Lage, welche der Kolbenring 2 während des Kompressionshubes, des Verbrennungshubes und während des Ausstoßhubes des Kolbens 3 duchgehend ein¬ nimmt, ist in Fig. 1 im rechten Halbschnitt dargestellt. In dieser Lage liegt der Kolbenring 2 mit seiner oberen Kegelfläche 10 dichtend auf der oberen Kegelfläche 7 des Ringsteges 6 des Kolbens 3 auf. Gleichzeitig, wie beim Ansaugtakt, liegt der Kolbenring 2 mit seiner Mantelflä¬ che 28 ebenfalls dichtend an der inneren Zylinderwand 12 des Zylinders 4 an, so daß auch während dieser Betriebs- zustände, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen, die Kolbenringdichtung 1 den Brennraum 14 gegenüber dem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine absolut dicht trennt.The left half section of the illustration in FIG. 1 shows the position of the piston ring 2 on the ring web 6 of the piston 3, which it assumes during the downward movement of the piston 3 in the direction of arrow 13 during the intake stroke of an internal combustion engine. During this downward movement of the piston 3 in the direction of the arrow 13, a negative pressure is created in the combustion chamber 14 of the cylinder 4 for drawing in a fuel / air mixture, so that the piston ring 2 with its lower conical surface 11 comes into sealing contact with the lower conical surface 8 of the ring land 6 , as shown in Fig. 1 in the left half of the picture. At the same time, the piston ring 2 lies with its outer circumferential surface 28 sealingly against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that the combustion chamber 14 is separated in a sealing manner from the crankcase of the internal combustion engine during the intake stroke by the piston ring seal 1. Due to the cone angle β of the lower conical surfaces 8 and 11 with respect to the longitudinal piston center axis 29 or a parallel 30 to the longitudinal piston axis 29, which in the present exemplary embodiment is approximately 45 °, the radial pressure force of the piston ring 2 against the cylinder wall 12 is increased increasing vacuum at least slightly increased, whereby the tightness of the piston ring seal 1 is improved. After the lower dead center after the intake stroke, the piston 3 changes its direction of movement in the direction of the arrow 15 upward, so that the piston ring 2 changes its position due to the frictional relationships between the piston ring 2 and the cylinder wall 12 and also due to the inertia of the piston ring 2 changes relative to the piston 3. This position, which the piston ring 2 assumes continuously during the compression stroke, the combustion stroke and during the ejection stroke of the piston 3, is shown in FIG. 1 in the right half section. In this position, the piston ring 2 lies with its upper conical surface 10 sealingly on the upper conical surface 7 of the annular web 6 of the piston 3. At the same time, as with the intake stroke, the piston ring 2 with its lateral surface 28 also lies sealingly against the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that the piston ring seal 1 also faces the combustion chamber 14 during these operating states, compression, combustion and ejection separates the crankcase of the internal combustion engine absolutely tight.
Mit steigendem Verdichtungsdruck wird der Kolbenring 2 ständig stärker mit seiner Kegelfläche 10 gegen die Kegelfläche 7 des Ringsteges 6 des Kolbens 3 gedrückt, wodurch eine radiale Kraftkomponente über die schrägen Kegelflächen 10 und 7 hervorgerufen wird und damit der Kolbenring 2 dichtend gegen die Zylinderwand 12 gepreßt UWith increasing compression pressure, the piston ring 2 is pressed more and more with its conical surface 10 against the conical surface 7 of the ring land 6 of the piston 3, whereby a radial force component is produced via the oblique conical surfaces 10 and 7 and thus the piston ring 2 is pressed tightly against the cylinder wall 12 U
wird. Der Kegelwinkel α der oberen Kegelflächen 7 und 10 gegenüber der Kolbenlängsmittelachse 30 bzw. der Paralle¬ len 31 beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 45° und ist somit gleich dem Kegelwinkel ß der unteren Kegelflächen 8, 11. Je nach Einsatzbedingungen der Kolbenringdichtung 1 können die Kegelwinkel α und ß auch unterschiedliche Werte annehmen, so daß die radiale Kraftkomponente mit zunehmendem Unterdruck beim Ansaug¬ takt bzw. mit steigendem Kompressions- bzw. Verbrennungs¬ druck beim Kompressions- bzw. Verbrennungstakt über- oder unterproportional ansteigt, wodurch die auftretenden Reibungskräfte zwischen der Mantefläche 28 des Kolbenrin¬ ges 2 und des der Zylinderwand 12 Zylinders 4 günstig beeinflußbar sind.becomes. The cone angle α of the upper cone surfaces 7 and 10 with respect to the longitudinal piston center axis 30 or the parallel 31 in the present exemplary embodiment is approximately 45 ° and is therefore equal to the cone angle β of the lower cone surfaces 8, 11. Depending on the operating conditions of the piston ring seal 1, the Cone angles α and ß also assume different values, so that the radial force component increases or increases disproportionately with increasing vacuum in the intake cycle or with increasing compression or combustion pressure in the compression or combustion cycle, as a result of which the frictional forces occurring between the Mantle surface 28 of the piston ring 2 and of the cylinder wall 12 cylinder 4 can be influenced favorably.
An den Verdichtungs- oder Kompressionshub des Kolbens 3 schließt sich der Verbrennungshub des Kolbens 3 an, bei welchem sich der Kolben 3 nach Überschreiten des oberen Todpunktes wieder in Richtung des Pfeiles 13 nach unten bewegt. Durch den hohen Verbrennungsdruck wird eine weitere Erhöhung der dichtenden radialen Kraftkomponente, mit welcher der Kolbenring 2 an der Zylinderwand 12 anliegt, bewirkt, wobei der Verbrennungsdruck einerseits auf die brennraumseitige Kolbenfläche 16 und auf die brennraumseitige umlaufende Kolbenringfläche 17 des Kolbenringes 2 wirkt. Während des Ausstoßtaktes, d.h. wenn sich der Kolben 3 nach Überschreiten des unteren Todpunktes wieder in Richtung des Pfeiles 15 nach oben bewegt, wird der Kol¬ benring 2 in der in der rechten Bildhälfte der Fig. 1 dargestellten Lage aufgrund der Reibung zwischen dem Kolbenring 2 und der Zylinderwand 12, des Ausstoßrest¬ druckes im Verbrennungsräum 14 und auch aufgrund seiner Massenträgheit in dieser dargestellten Lage gehalten.The compression or compression stroke of the piston 3 is followed by the combustion stroke of the piston 3, in which the piston 3 moves downward again in the direction of the arrow 13 after the top dead center has been exceeded. The high combustion pressure causes a further increase in the sealing radial force component with which the piston ring 2 bears against the cylinder wall 12, the combustion pressure acting on the one hand on the piston chamber 16 on the combustion chamber side and on the circumferential piston ring surface 17 of the piston ring 2 on the combustion chamber side. During the ejection stroke, ie when the piston 3 moves upward again in the direction of arrow 15 after the bottom dead center has been exceeded, the piston ring 2 becomes in the position shown in the right half of FIG. 1 due to the friction between the piston ring 2 and the cylinder wall 12, the discharge pressure in the combustion chamber 14 and also held in this position due to its inertia.
Der Kolbenring 2 bildet somit während des Verdichtungs-, Verbrennungs- und des Ausstoßtaktes mit dem Kolben 3 eine gemeinsame Verdichtungsfläche 18, bestehend aus der Kolbenfläche 16 und der Kolbenringfläche 17, welche keinerlei umlaufenden Spalt aufweist, in welchen Kraft- stoffluftgemisch insbesondere während des Verdichtungs¬ und des Verbrennungstaktes eindringen kann. Somit ist gewährleistet, daß das Kraftstoffluftgemisch sich nur im Verbrennungsraum 14 befinden kann und somit eine mög¬ lichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffluftge¬ misches während des Arbeitstaktes der Verbrennungskraft¬ maschine sichergestellt ist. Auch zwischen dem Kolbenring 2 und der Zylinderwand 12 des Zylinders 4 ist keinerlei Spalt vorhanden, so daß sich auch in diesem Bereich kein Kraftstoffluftgemisch während des Kompressionstaktes ansammeln kann und eine unvollständige Verbrennung auch hier ausgeschlossen ist. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform 1/1 der Kolben¬ ringdichtung 1, welche den gleichen Kolbenring 2 wie die Kolbenringdichtung 1 aufweist. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Kolbenringdichtung 1 weist die Kol¬ benringdichtung 1/1 zusätzliche Federelemente in Form von Schraubendruckfedern 19 auf, welche im Ringsteg 6/1 des Kolbens 3/1 parallel zur oberen Kegelfläche 7 des Ring¬ steges 6/1 verlaufend in entsprechenden A fnahmebohrungen 27 angeordnet sind. Die Schraubendruckfedern 19 drücken dabei gegen die untere Kegelfläche 11 des Kolbenringes 2, so daß dieser durch die Federkraft der Schraubendruckfe¬ der 19 ständig in seiner in Fig. 2 dargestellten Lage gehalten ist. Durch die vorgesehenen Schraubendruckfedern 19 wird somit erreicht, daß der Kolbenring 2 mit seiner oberen Kegelfläche 10 auf der oberen Kegelfläche 7/1 des Ringsteges 6/1 des Kolbens 3/1 permanent, also auch während des Ansaugtaktes aufliegt und kein Wechsel der Lage des Kolbenringes 2 gegenüber bzw. am Radialsteg 6/1 des Kolbens 3/1 während des gesamten Betriebes der Ver¬ brennungskraftmaschine erfolgt. Es sind dabei mehrere Schraubendruckfedern 19 gleichmäßig am Umfang des Kolbens 3/1 verteilt angeordnet, wobei deren Anzahl und Feder¬ kraft so gewählt ist, daß der Kolbenring 2 in jeder Betriebssituation sicher in seiner in Fig. 2 dargestell¬ ten Postition gehalten wird. Durch die vorgesehenen Schraubendruckfedern 19 wird weiterhin erreicht, daß der Kolbenring 2 rund herstellbar ist, d.h. daß er ohne eigene radiale Vorspannung am Kolben 3/1 bzw. zusammen mit diesem im Zylinder 4 mon¬ tierbar ist, da die erforderliche radiale Vorspannung durch die Schraubendruckfeder 19 bewirkt wird. Dadurch wird eine erheblich einfachere Herstellung des Kolbenrin¬ ges 2 erreicht, wodurch die Fertigungskosten für den Kolbenring 2 verringert werden.The piston ring 2 thus forms a common compression surface 18 with the piston 3 during the compression, combustion and exhaust stroke, consisting of the piston surface 16 and the piston ring surface 17, which has no circumferential gap in which fuel-air mixture, in particular during compression and the combustion cycle can penetrate. This ensures that the fuel-air mixture can only be located in the combustion chamber 14 and thus ensures that the fuel-air mixture is burned as completely as possible during the working cycle of the internal combustion engine. There is also no gap between the piston ring 2 and the cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that even in this area no fuel-air mixture can accumulate during the compression stroke and incomplete combustion is also excluded here. 2 shows a further embodiment 1/1 of the piston ring seal 1, which has the same piston ring 2 as the piston ring seal 1. In contrast to the embodiment of the piston ring seal 1, the piston ring seal 1/1 has additional spring elements in the form of helical compression springs 19 which run in the ring web 6/1 of the piston 3/1 parallel to the upper conical surface 7 of the ring web 6/1 corresponding A receiving bores 27 are arranged. The helical compression springs 19 press against the lower conical surface 11 of the piston ring 2, so that it is constantly held in its position shown in FIG. 2 by the spring force of the helical compression spring 19. The provided helical compression springs 19 ensure that the piston ring 2 with its upper conical surface 10 rests permanently on the upper conical surface 7/1 of the ring land 6/1 of the piston 3/1, that is to say also during the intake stroke, and no change in the position of the piston ring 2 opposite or on the radial web 6/1 of the piston 3/1 during the entire operation of the internal combustion engine. There are a plurality of helical compression springs 19 evenly distributed around the circumference of the piston 3/1, the number and spring force of which is selected such that the piston ring 2 is held securely in its position shown in FIG. 2 in every operating situation. The provided helical compression springs 19 further ensure that the piston ring 2 can be made round, ie that it can be mounted on the piston 3/1 without its own radial prestressing or together with the latter in the cylinder 4, since the required radial prestressing is caused by the helical compression spring 19 is effected. This results in a considerably simpler manufacture of the piston ring 2, as a result of which the manufacturing costs for the piston ring 2 are reduced.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel 1/2 der Kolbenringdichtung 1, welche ebenfalls mit einem Kolben¬ ring 2 versehen ist, welcher den gleichen Aufbau wie der Kolbenring 2 aus Fig. 1 aufweist. Beim Ausführungsbei- spiel der Kolbenringdichtung 1/2 ist der Kolben verbren- nungsraumseitig derart ausgebildet, daß sich seine obere Kegelfläche 7/2, seines Ringsteges 6/2 axial brennraum- seitig nach oben fortsetzt, so daß die Verdichtungsfläche 18/2 zwischen dem Kolben 3/2 und dem Kolbenring 2 einen umlaufenden Absatz 20 aufweist. Ansonsten ist der Kolben¬ ring 2 ebenfalls mittels Schraubendruckfedern 19 in der in Fig. 3 dargestellten Lage gegenüber dem Kolben 3/2 permanent gehalten.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment 1/2 of the piston ring seal 1, which is also provided with a piston ring 2, which has the same structure as the piston ring 2 from FIG. 1. In the embodiment of the piston ring seal 1/2, the piston is designed on the combustion chamber side in such a way that its upper conical surface 7/2 and its ring web 6/2 continue upwards on the axial side of the combustion chamber, so that the compression surface 18/2 between the piston 3/2 and the piston ring 2 has a circumferential shoulder 20. Otherwise, the piston ring 2 is also held permanently by means of helical compression springs 19 in the position shown in FIG. 3 relative to the piston 3/2.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist auch die Kolben¬ ringdichtung 1/2 keinerlei umlaufenden Spalt weder zwi¬ schen dem Kolbenring 2 und dem Kolben 3/2 noch zwischen dem Kolben 3/2 und der inneren Zylinderwand 12 des Zylin¬ ders 4 auf, so daß sich auch keinerlei Spalträume erge¬ ben, in welchen sich Kraftstoffluftgemisch einlagern kann. Somit ist auch gemäß des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 bei dieser Kolbenringdichtung 1/2 eine optimale Verbrennung von Kraftstoffluftgemisch im entsprechenden Verbrennungsraum 14/2 gewährleistet.As can be seen from FIG. 3, the piston ring seal 1/2 has no circumferential gap either between the piston ring 2 and the piston 3/2 or between the piston 3/2 and the inner cylinder wall 12 of the cylinder 4, so that there are also no gap spaces in which the fuel / air mixture can be stored. Thus, according to the exemplary embodiment according to FIG. 3, optimum combustion of the fuel / air mixture in the corresponding combustion chamber 14/2 is ensured with this piston ring seal 1/2.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Kolbenringes 2. Der Kolbenring 2 weist einen Kolbenringstoß 21 auf, welcher doppelt überlappend ausgebildet ist. Auf einer Seite ist der Kolbenringstoß 21 dementsprechend mit einer Stoßnut 22 versehen, in welche passend eine Stoßfeder 23 des entsprechend umlaufenden anderen Endes des Kolbenringes 2 hineinragt. Das Spiel zwischen der Stoßfeder 23 und der Stoßnut 22 weist dabei insgesamt etwa 0,01 mm auf, so daß der Kolbenringstoß 21 absolut gasdicht ist. Die Stoßfugen 24 und 25 des Kolbenringstoßes 21 sind dabei jeweils etwa in der Mitte der oberen Kegelfläche 10 bzw. der unteren Kegelfläche 11 des Kolbenringes 2 angeordnet. Durch diese geteilte Ausführung des Kolbenringes 2 ist der Kolbenring 2 in einfacher Weise zur Montage auf dem Ringsteg 6, 6/1 bzw. 6/2 der Kolben 3, 3/1 bzw. 3/2 durch Aufspreizen montierbar. Die Stoßfeder 23 und die Stoßnut 22 sind dabei in ihrer Formgebung scharfkantig ausgebildet, so daß zwischen Kolbenring 2 und Ringsteg 6, 6/1, 6/2 bzw. zwischen Kolbenring 2 und Zylinderwand 12 im Bereich des Kolbenringstoßes 21 keine Zwischenräume gebildet werden und somit auch eine absolute Gasdichtheit in diesem Bereich des Kolbenringes 2 erreichbar ist.Fig. 4 shows a side view of the piston ring 2. The piston ring 2 has a piston ring joint 21, which is double overlapping. Accordingly, the piston ring joint 21 is provided on one side with an impact groove 22 into which a shock spring 23 of the correspondingly encircling other end of the piston ring 2 projects. The game between the shock spring 23 and the shock groove 22 has a total of about 0.01 mm, so that the piston ring butt 21 is absolutely gas-tight. The butt joints 24 and 25 of the piston ring joint 21 are each arranged approximately in the middle of the upper conical surface 10 and the lower conical surface 11 of the piston ring 2. Due to this split design of the piston ring 2, the piston ring 2 can be mounted in a simple manner for mounting on the ring web 6, 6/1 or 6/2 of the pistons 3, 3/1 or 3/2 by spreading. The shock spring 23 and the shock groove 22 are sharp in their shape, so that between the piston ring 2 and the ring web 6, 6/1, 6/2 or between the piston ring 2 and the cylinder wall 12 in the region of Piston ring butt 21 no gaps are formed and thus an absolute gas tightness can be achieved in this area of the piston ring 2.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform 2/1 des Kolbenringes 1 in Unteransicht. Der Kolbenring 2/1 ist in seiner unteren Hälfte mit mehreren am Umfang angeordneten radial nach innen gerichteten Federzungen 26 versehen. Die Federzun¬ gen 26 sind dabei jeweils einstückiger Bestandteil des Kolbenringes 2/1. Diese nach innen gebogenen Federzungen 26 sind, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, auch zur oberen Kegelfläche 10/1 des Kolbenringes 2/1 abgebogen ausgebil¬ det, so daß sie bei der Montage an der unteren Kegelflä¬ che 8, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, federnd anliegen und den Kolbenring 2/1 in der in Fig. 7 darge¬ stellten Lage sicher halten. Die Federzungen 26 sind desweiteren in ihrem Querschnitt dem Biegemomentenverlauf derart angepaßt, daß sie jeweils über ihre gesamte Länge im montierten, gespannten Zustand einer konstanten Biege¬ spannung unterliegen, wodurch ein höchstmaß an Dauerfe¬ stigkeit erreicht wird. D.h., daß die Federzungen 26 in Umfangsrichtung zu ihrem jeweiligen freine Ende 31 hin konisch zulaufend ausgebildet sind.Fig. 5 shows an embodiment 2/1 of the piston ring 1 in a bottom view. The lower half of the piston ring 2/1 is provided with a plurality of spring tongues 26 arranged radially inward on the circumference. The Federzun¬ gene 26 are each integral part of the piston ring 2/1. These inwardly bent spring tongues 26, as can be seen from FIG. 6, are also bent towards the upper conical surface 10/1 of the piston ring 2/1, so that they are mounted on the lower conical surface 8, as shown in FIG 7 can be seen, resiliently and securely hold the piston ring 2/1 in the position shown in FIG. 7. The spring tongues 26 are further adapted in their cross-section to the bending moment curve in such a way that they are subject to a constant bending stress over their entire length in the assembled, tensioned state, whereby a maximum degree of durability is achieved. This means that the spring tongues 26 are designed to taper in the circumferential direction towards their respective free end 31.
Durch diese Ausgestaltung des Kolbenringes 2/1 wird eine einfache Montage des Kolbenringes 2/1 auf dem Ringsteg 6 des Kolbens 3 ermöglicht, da keine separaten Federele- mente, wie z.B. bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 vorhanden sind. Desweiteren ist der Kolbenring 2/1 in seiner Funktion identisch mit dem Kolbenring 2 und bildet ebenfalls, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, mit seiner oberen Kolbenringfläche 17/2 zusammen mit der brennraum¬ seitigen Kolbenfläche 16 eine gemeinsame spaltlose Ver¬ dichtungsfläche 18/2, so daß auch mit dieser Kolbenring¬ dichtung 1/3 der Schadsto fanteil einer Verbrennungs¬ kraftmaschine erheblich absenkbar ist. Auch weist der Kolbenring 2/1 zur Montage einen Kolbenringstoß 21/1 auf, wie dies aus Fig. 5 ersichtich ist, welcher den gleichen Aufbau aufweist, wie der Kolbenringstoß 21 des Kolbenrin¬ ges 2. Es ist natürlich auch vorstellbar den Kolbenring¬ stoß 21 bzw. 21/1 nur einfach überlappend auszubilden, wobei deren sich überlappenden Bauteile ebenfalls ein Spiel von etwa 0,01 mm aufweisen und ebenfalls scharfkan¬ tig ausgebildet sind.This configuration of the piston ring 2/1 enables simple mounting of the piston ring 2/1 on the ring web 6 of the piston 3, since no separate spring elements elements, such as are present in the embodiments of FIGS. 2 and 3. Furthermore, the function of the piston ring 2/1 is identical to that of the piston ring 2 and, as can be seen in FIG. 7, also forms a common gapless compression surface 18 / with its upper piston ring surface 17/2 together with the piston surface 16 on the combustion chamber side. 2, so that even with this piston ring seal 1/3 the pollutant fan part of an internal combustion engine can be lowered considerably. For assembly, the piston ring 2/1 also has a piston ring joint 21/1, as can be seen from FIG. 5, which has the same structure as the piston ring joint 21 of the piston ring 2. It is of course also conceivable for the piston ring joint 21 or 21/1 to be formed simply overlapping, the overlapping components of which also have a play of approximately 0.01 mm and are also sharp-edged.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kolbenringdichtungen 1 bis 1/3 Kolbenringdichtungen 1 bis 1/3 zur Verfügung gestellt, welche verbrennungsraum- seitig keine umlaufenden Spalte aufweisen, in welchen sich Kraftstoffluftgemisch ansammeln kann, das im Ver¬ brennungstakt dann nicht vollständig verbrennbar wäre. Somit wird durch die erfindungsgemäße Kolbenringdichtung 1 bis 1/3 eine Kolbenringdichtung 1 bis 1/3 zur Verfügung gestellt, durch deren Ausgestaltung eine erhebliche Verminderung der Schadstoffe im Abgas einer Verbrennungs¬ kraftmaschine erreichbar ist, wobei gleichzeitig durch die besondere Art der Führung des Kolbenringes 2 bzw. 2/1 auf dem entsprechend zugeordneten Ringsteg 6, 6/1 bzw. 6/2 gleichzeit eine sichere Führung des Kolbens 3 er¬ reicht und somit ein Kolbenkippen während des Betriebes wirksam verhindert wird. Overall, the inventive design of the piston ring seals 1 to 1/3 provides piston ring seals 1 to 1/3, which have no circumferential gaps on the combustion chamber side, in which fuel-air mixture can accumulate, which would then not be completely combustible in the combustion cycle. Thus, the piston ring seal 1 to 1/3 according to the invention provides a piston ring seal 1 to 1/3, the design of which makes a considerable amount Reduction of the pollutants in the exhaust gas of an internal combustion engine can be achieved, while at the same time, due to the special type of guidance of the piston ring 2 or 2/1 on the correspondingly assigned ring web 6, 6/1 or 6/2, reliable guidance of the piston 3 er¬ reaches and thus a piston tilting is effectively prevented during operation.

Claims

Bezeichnung: KolbenringdichtungPatentansprüche Description: Piston ring seal
1. Kolbenringdichtung insbesondere für Verbrennungskr¬ aftmaschinen mit einem im oberen, brennraumseitigen Endbereich eines Kolbens angeordneten Kolbenring, der eine radial konkav, kegelförmig ausgebildete Innen¬ fläche aufweist, welche mit einem entsprechend ange¬ paßten radial konvex, kegelförmig ausgebildeten Ring¬ steg eines Kolbens zusammenwirkt, wobei die kegelför¬ mige Ringmantelfläche des Kolbens radial nach innen versetzt angeordnet ist und der Kolbenring an der Zy¬ linderwand eines Zylinders anliegt, in welchem der Kolben axial beweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kegelförmige Innenfläche des Kolbenrin¬ ges (2, 2/1) bis zu dessen brennraumseitigen oberen Kolbenringfläche (17, 17/2) erstreckt, und daß sich der kegelförmige Ringsteg (6) des Kolbens (3, 3/1, 3/2) mit seiner oberen Kegelfläche (7, 7/1, 7/2) bis zur brennraumseitigen oberen Kolbenfläche (16) erstreckt, so daß die brennraumseitige obere Kolbenringfläche (17, 17/2) des Kolbenringes (2, 2/1) zumindest während des Kompressions- und Arbeitshubes des Kolbens (3, 3/1, 3/2) mit der brennraumseitigen Kolbenfläche (16, 16/1) des Kolbens (3, 3/1, 3/2) ei¬ ne gemeinsame, spaltlose Verdichtungsfläche (18, 18/2) bildet.1. Piston ring seal, in particular for internal combustion engines, with a piston ring arranged in the upper end area of a piston on the combustion chamber side, which has a radially concave, cone-shaped inner surface which interacts with a correspondingly adapted radially convex, cone-shaped ring web of a piston , wherein the conical annular surface of the piston is arranged offset radially inwards and the piston ring rests against the cylinder wall of a cylinder in which the piston is guided axially movably, characterized in that the conical inner surface of the piston ring (2 , 2/1) up to the upper piston ring surface (17, 17/2) on the combustion chamber side, and that the conical ring web (6) of the piston (3, 3/1, 3/2) extends with its upper conical surface (7, 7 / 1, 7/2) up to the upper piston surface on the combustion chamber side (16) extends so that the combustion chamber side upper piston ring surface (17, 17/2) of the piston ring (2, 2/1) at least during the compression and working stroke of the piston (3, 3/1, 3/2) with the combustion chamber side Piston surface (16, 16/1) of the piston (3, 3/1, 3/2) forms a common, gapless compression surface (18, 18/2).
2. Kolbenringdichtung nach Anspruch 1 dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Innenfläche des Kolbenrings (2, 2/1) und der Ringsteg (6) des Kolbens (3, 3/1, 3/3) doppelkonisch ausgebildet sind und jeweils eine obere Kegelfläche (7, /71, 7/2, 10, 10/1) und eine untere Kegelfläche (8, 11) aufweisen.2. Piston ring seal according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the inner surface of the piston ring (2, 2/1) and the ring web (6) of the piston (3, 3/1, 3/3) are double-conical and each have an upper conical surface (7, / 71, 7/2, 10, 10/1) and a lower conical surface (8, 11).
3. Kolbenringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (2, 2/1) an einer Stelle geteilt ist und einen Kolbenringstoß (21, 21/1) aufweist, der einfach oder doppelt überlappend ausgebildet ist.3. Piston ring seal according to claim 1 or 2, characterized in that the piston ring (2, 2/1) is divided at one point and has a piston ring joint (21, 21/1) which is single or double overlapping.
4. Kolbenringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der einfach bzw. doppelt überlappende Kolbenringstoß (21, 21/1) eine bzw. zwei quer zur Kolbenlängsmittelachse (29) verlaufende Stoßfuge bzw. Stoßfugen (24, 25) aufweist, deren Fugenspalt etwa4. Piston ring seal according to claim 3, characterized gekenn¬ characterized in that the single or double overlapping piston ring joint (21, 21/1) has one or two transverse to the longitudinal piston axis (29) butt joint or butt joints (24, 25), the Joint gap, for example
0,01 mm beträgt. Is 0.01 mm.
5. Kolbenringdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich überlappenden Bestand¬ teile des Kolbenringstoßes (21, 21/1) scharfkantig ausgebildet sind.5. Piston ring seal according to claim 3 or 4, characterized in that the overlapping constituent parts of the piston ring joint (21, 21/1) are sharp-edged.
6. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3, 3/1, 3/2) keinen Feuersteg aufweist.6. Piston ring seal according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piston (3, 3/1, 3/2) has no top land.
7. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3, 3/1, 3/2) über die Kegelflächen (10, 10/1, 11) des Kolbenringes (2, 2/1) und die Kegelflächen des Kolbens (7, 7/1, 7/2, 8) zentriert geführt ist.7. Piston ring seal according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston (3, 3/1, 3/2) on the conical surfaces (10, 10/1, 11) of the piston ring (2, 2/1) and the conical surfaces of the piston (7, 7/1, 7/2, 8) is guided centered.
8. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflächen (7, 7/1, 7/2, 8, 10, 10/1) jeweils unter einem Kegelwinkel α bzw. ß zur Kolbenlängsmittelachse 29 von etwa 45° verlaufen.8. Piston ring seal according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conical surfaces (7, 7/1, 7/2, 8, 10, 10/1) each at a cone angle α or β to the piston longitudinal axis 29 of about 45 ° run.
9. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel α zur Kolbenlängsmittelachse 29 der oberen Kegelflächen (10, 10/1 bzw. 7, 7/1, 7/2) des Kolbenringes (2, 2/1) bzw. des Kolbens (3, 3/1, 3/3) und der Kegelwinkel ß zur oberen Kolbenlängsmittelachse 29 der unteren Ke¬ gelflächen (11 bzw. 8) des Kolbenringes (2, 2/1) bzw. des Kolbens (3, 3/1, 3/2) unterschiedlich sind, wobei die Keilwinkel α der oberen Kegelflächen (10, 10/1, 7, 7/1, 7/2) des Kolbensringes (2, 2/1) und des Kol¬ bens (3, 3/1, 3/2) bzw. die Keilwinkel ß der unteren Kegelflächen (11, 8) des Kolbenringes (2, 2/1) und des Kolbens (3, 3/1, 3/2) jeweils im wesentlichen gleich groß sind.9. Piston ring seal according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cone angle α to the longitudinal piston center axis 29 of the upper conical surfaces (10, 10/1 or 7, 7/1, 7/2) of the piston ring (2, 2/1 ) or the piston (3, 3/1, 3/3) and the cone angle ß to the upper longitudinal axis 29 of the lower cone surfaces (11 or 8) of the piston ring (2, 2/1) or of the piston (3, 3/1, 3/2) are different, the wedge angle α of the upper conical surfaces (10, 10/1, 7, 7/1, 7/2) of the piston ring (2, 2/1) and the piston (3, 3/1, 3/2) or the wedge angle β of the lower conical surfaces (11, 8) of the piston ring (2, 2/1) and the piston (3, 3/1, 3/2 ) are essentially the same size.
10. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kolbenrin¬ ges (2) zwischen dem Kolbenring (2) und dem Kolben (3/1, 3/2) Federelemente (19, 26) vorgesehen sind, welche den Kolbenring (3/1) während des gesamten Be¬ triebes in einer Lage am Kolben (3/1) halten, in wel¬ cher der Kolbenring (2) mit seiner brennraumseitigen oberen Kolbenringfläche (17, 17/2) zusammen mit der brennraumseitigen Kolbenfläche (16) des Kolbens (3/1, 3/2) die gemeinsame, spaltlose Verdichtungsfläche (18, 18/2) bildet.10. Piston ring seal according to one of claims 1 to 9, characterized in that spring elements (19, 26) are provided in the region of the piston ring (2) between the piston ring (2) and the piston (3/1, 3/2) which hold the piston ring (3/1) in one position on the piston (3/1) during the entire operation, in which the piston ring (2) with its upper piston ring surface (17, 17/2) on the combustion chamber side together with the piston chamber (16) of the piston (3/1, 3/2) on the combustion chamber side forms the common, gapless compression surface (18, 18/2).
11. Kolbenringdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Federelemente von einzelnen Schrau¬ bendruckfedern (19) gebildet sind, welche im wesent¬ lichen parallel zur oberen Kegelfläche (7/1) des Kol¬ bens (3/1) radial verlaufen und den Kolbenring (3/1) mit seiner äußeren Mantelfläche (28) gegen die Zylin¬ derwand (12) drücken. 11. Piston ring seal according to claim 10, characterized gekenn¬ characterized in that the spring elements are formed by individual helical compression springs (19) which are substantially parallel to the upper conical surface (7/1) of the piston (3/1) radially run and press the piston ring (3/1) with its outer surface (28) against the cylinder wall (12).
12. Kolbenringdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Federelemente einstückiger Bestand¬ teil des Kolbenringes (2/1) sind und in Form von Fe¬ derzungen (26) gegen die untere Kegelfläche (8) des Kolbens (3) drücken, und daß der Kolbenring (2/1) aufgrund der Federkraft der Federzungen (26) permanent mit seiner oberen Kegel¬ fläche (10/1) auf der oberen Kegelfläche (7) des Kol¬ bens (3) aufliegt und mit seiner Mantelfläche (28) gegen die Zylinderwand (12) drückt.12. Piston ring seal according to claim 11, characterized gekenn¬ characterized in that the spring elements are integral part of the piston ring (2/1) and press in the form of spring tongues (26) against the lower conical surface (8) of the piston (3) , and that the piston ring (2/1) rests permanently with its upper conical surface (10/1) on the upper conical surface (7) of the piston (3) due to the spring force of the spring tongues (26) and with its outer surface ( 28) presses against the cylinder wall (12).
13. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (2, 2/1) und der Kolben (3, 3/1, 3/2) beschichtet sind.13. Piston ring seal according to one of claims 1 to 12, characterized in that the piston ring (2, 2/1) and the piston (3, 3/1, 3/2) are coated.
14. Kolbenringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenring (2, 2/1) und der Kolben (3, 3/1, 3/2) aus unterschiedlichen Werk¬ stoffen bestehen. 14. Piston ring seal according to one of claims 1 to 13, characterized in that the piston ring (2, 2/1) and the piston (3, 3/1, 3/2) consist of different materials.
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