JP2006521505A

JP2006521505A - ピストンリング

Info

Publication number: JP2006521505A
Application number: JP2006504225A
Authority: JP
Inventors: クラウスブロイアー、; リハルトミットラー、
Original assignee: フェデラル−モーグルブルシャイトゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-01-31
Publication date: 2006-09-21
Also published as: PT1608899E; US7494129B2; EP1608899A1; DE10314034A1; WO2004088179A1; DE502004006317D1; EP1608899B1; DE112004001000D2; US20060255546A1

Abstract

合い口部を形成するスリットと、接触面と、内周面と、それらの間を延びる上側および下側の側面を備え、周方向に見て合い口部の領域において、合い口部に直径上で向かい合う領域よりも大きく構成されている不均等な横断面変化部が内周面の領域に設けられたピストンリングであって、ピストンリングは、周方向に変化した壁厚を有しており、この壁厚は、合い口部の領域において、合い口部に直径上で向かい合う領域におけるよりも薄く構成されており、壁厚と横断面変化部の間の比率が、常に、ピストンリングが、全周にわたって見て一定のねじれ角を有するように構成されている、ピストンリング。

Description

本発明は、合い口部を形成するスリットと、接触面(Laufflache)と、内周面と、それらの間を延びる上側および下側の側面を備え、周方向に見て合い口部の領域において、合い口部に直径上で向かい合う領域よりも大きく形成された不均等な横断面変化部が内周面の領域に設けられているピストンリングに関する。

組み付けられた状態の時、上側の側面でピストンの溝側面の中央に内側まで接触する、気体を密封するセルフタイトニング式のピストンリングが特許文献１に記載されている。下側の側面は、この側面も同様に中央に内側まで接触するように、溝側面に対して傾いている。面取り部として形成された横断面変化部が内周領域に設けられている。

様々に形成された横断面変化部を内周面の領域に備えるピストンリングが特許文献２に記載されている。特許文献３によって、全周にわたって見て様々な壁厚を有する、内燃機関用のピストンリングが公知となっている。
独国特許第３９２０４４９号明細書米国特許出願公開第２，５９１，９２０号明細書特開平０９−１９６１７１号公報

今日、市場で入手できるピストンリングは、しばしば、ピストンリングの全周にわたって均等な横断面変化部（例えば内側の面取り部や角部）によって、ピストンリングのねじれに対処している。このような一定の横断面変化部は、ピストンリングの理論に基づく、リングの取り付け曲げ応力の作用によって、全周にわたって見てピストンリングの、不均等なねじれを引き起こす。

本発明の目的は、当該分野に属するピストンリングを、ピストンリングがどの運動段階でも、ガス圧によって荷重をかけられることなく、接触面の、下側のエッジでのみでシリンダ壁に当接し、内側エッジで溝の、下側の側面に当接し、同時に、オイル消費量制御の改善に貢献するように改良することにある。

この目的は、ピストンリングが、周方向に変化している壁厚を有しており、壁厚が、合い口部の領域において、合い口部に直径上で向かい合う領域におけるよりも薄く構成されており、壁厚と横断面変化部の間の比率が、常に、ピストンリングが全周にわたって見て一定のねじれ角を有するように構成されていることによって達成される。

本発明の対象物の有利な他の態様が従属請求項に記載されている。

今や、ピストンリングの壁厚と、不均等な横断面変化部を変化させ、あるいは重ね合せることによって、ピストンリングの全周にわたって見て一定のねじれ角を生じる、ピストンリングのねじれを引き起こすことができる。したがって、本発明の対象物によって、ピストンリングが接触面の、下側のエッジのみでシリンダ壁に当接し、内側エッジで溝の、下側の側面に当接するようにすることができる。壁厚を、要求される各横断面変化部に関連させて変化させることによって、様々ではあるが全周にわたって均等なねじれ角を生じさせることができる。

ピストンリングの全周にわたって不均等に変化した横断面変化部によって、リングのねじれが全周にわたって均等に調整されるように、断面２次極モーメントをリングの全周にわたって変化させることができる。

横断面変化部は、内側の面取り部によって形成することも、内側の角状部によって形成することもでき、上側の側面の領域または下側の側面の領域のいずれかに設けることができる。

壁厚と横断面変化部の間の比率は、ピストンリングの全周にわたって均等なねじれ角を実現するために、次式を満たす必要がある：
φ＝Ｍｔ／Ｇ×Ｉ（φ）
この際、
φはねじれ角
Ｍｔは曲げ荷重
Ｇは弾性率
Ｉは断面２次極モーメントである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、例えば、ピストン（図示せず）の第１または第２の溝に嵌め込むことができるピストンリング１を示している。ピストンリング１は平面図で示されており、その結果、接触面２と、内周面３と、上側の側面４だけが分かる。ピストンリング１は、スリットによって形成された合い口部５に、予め設定可能な壁厚を有している。ピストンリング１の壁厚は、合い口部５（０°）を起点として、これと直径上で向かい合うリング背部６を形成している領域（１８０°）の方向へと変化している。壁厚は、リング背部６において、合い口部の領域側の材料横断面に比べて厚くなっている。面取り部の形態の、内周面３へと延びる横断面変化部７が上側の側面４の領域に設けられているのが図１に示されている。この面取り部、すなわち横断面変化部７は、合い口部５において等しい大きさの横断面で始まり、周方向両側にリング背部６に向かって連続的に小さくなっている。このような方策によって、全周にわたって一定の、すなわち不変のねじれ角を備えるピストンリング１が得られる。

図２から図４は、図１に示すピストンリング１の様々な断面図を、合い口部５（０°）を起点として示している。図２は、合い口部５の近くの、約１０°の所での断面図を示している。図３は、ほぼ９０°の所でのリング１の断面図を示している。図４は、ほぼ１８０°（リングの背部６）の所でのリング１の断面図を示している。

図２から図４の断面図は、接触面２と、内周面３と、内周面３から上側の側面４へと延びる面取り部として形成された横断面変化部７を示している。これらの断面図は、面取り部、すなわち横断面変化部７が合い口部５（図１）の所でその最大の長さを有しており、リング背部６の方向に小さくなっていっているのを示している。このようにして、周方向に見て様々な角度αが上側の側面４と内周面３との間に形成されている。

図１から図４では、横断面変化部７を面取り部の形態として説明した。しかしながら横断面変化部７を、不均等な形の角状(winkelformige)断面によって構成してもよい。

図５は、従来技術に属するピストンリング８を、ねじられた、すなわち取り付けられた状態で示している。このピストンリング８は一貫して同じ壁厚を有しており、周方向に不変の内側面取り部９を横断面変化部として備えている。

図６のグラフは、このピストンリング８が、合い口部（０°）を起点としてリング背部の方向に様々なねじれ角を備えているのが示されている。一定の横断面変化部は、半径方向に不変の壁厚の場合、リング８の、ピストンリングの理論に基づく、取り付け曲げ応力の作用によって、ピストンリング８の、全周にわたって不均等なねじれを生じさせる。ピストンリング８では、本来、リングがどの運動段階でも、ガス圧によって荷重をかけられることなく、ねじれ角が均等な状態で接触面の、下側のエッジのみによってシリンダ壁に当接し、内側のエッジが溝の、下側の側面に当接することが達成されるべきであるが、これは、特に図６から分かるように、周方向に見て不均等なねじれのために最善に実現することができない。

図１から図４に示すようなピストンリング１によって初めて、ねじれ角を、全周にわたって見て均等にすることができ、それによって、リング１のどの運動段階でも、ガス圧によって荷重をかけられることなく、望ましい効果を実現することができ、さらに、オイル消費量の制御を改善することができる。

不均等な横断面変化部を備えるピストンリングを示す図である。図１のピストンリングの断面図である。図１のピストンリングの断面図である。図１のピストンリングの断面図である。均等な壁厚と均等な横断面変化部を備える、従来技術によるピストンリングを示す図である。従来技術によるねじれ角と、本発明の、図１に相当するピストンリングによるねじれ角のグラフである。

Claims

合い口部（５）を形成するスリットと、接触面（２）と、内周面（３）と、それらの間を延びる上側および下側の側面（４）とを備え、周方向に見て、前記合い口部（５）に直径上で向かい合う領域（６）におけるよりも前記合い口部（５）の領域において大きく構成された不均等な横断面変化部（７）が前記内周面（３）の領域に設けられているピストンリングにおいて、
前記ピストンリングは、周方向に変化している壁厚を有しており、該壁厚は、前記合い口部（５）に直径上で向かい合う前記領域（６）におけるよりも前記合い口部（５）の領域において薄く形成されており、前記壁厚と前記横断面変化部の比率が、前記ピストンリングが、全周にわたって見て一定のねじれ角（φ）を有するように常に構成されていることを特徴とするピストンリング。
全周にわたって見て一定の前記ねじれ角（φ）が、所与の抵抗モーメント（Ｗｔ）と曲げ荷重（Ｍｔ）の時に、取り付けられた状態で、
φはねじれ角、
Ｇは弾性率、
Ｉは断面２次極モーメント、
Ｍｔは曲げ荷重として、次式
（φ）＝Ｍｔ／Ｇ×Ｉ（φ）
を満たすように、前記壁厚と前記横断面変化部の比率が常に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
前記横断面変化部（７）は面取り部によって形成されている、請求項１または２に記載のピストンリング。
前記面取り部（７）は角度αで周方向に延びており、前記角度αは周方向に変化している、請求項３に記載のピストンリング。
前記面取り部（７）は角度αで周方向に延びており、前記角度αは周方向に一定である、請求項３に記載のピストンリング。
前記横断面変化部は角状の切欠きによって形成されている、請求項１または２に記載のピストンリング。
前記横断面変化部（７）は上側または下側の前記側面（４）の領域に設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載のピストンリング。