JP2023537356A - 内燃機関用のオイルスクレーパリング及びピストンリングセット - Google Patents

Abstract

本発明は、リング要素（６）を備えるオイルスクレーパリング（４）に関し、リング要素（６）は、上側リングエッジ（８）と、下側リングエッジと、リング内側と、リング外側（14）とを有し、リング要素（６）に、２つの対向する接触面（20）が設けられ、その２つの接触面（20）の間に、リングギャップ（18）が存在し、リング要素（６）のリング外側（14）に、少なくとも１個のスクレーパバー（24，26）が設けられ、オイルスクレーパリング（４）に、２つの凹部（28）が設けられ、各接触面（20）に、それぞれ１つの凹部（28）が配置され、その２つの凹部（28）のそれぞれは、少なくとも、リング外側（14）、各接触面（20）、並びに上側リングエッジ（８）に隣接している。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関、好適には、４ストロークエンジンに嵌め込まれるオイルスクレーパリング及びそのようなオイルスクレーパリングを含むピストンリングセットに関する。本発明のオイルスクレーパリングは、上側及び下側、即ち燃焼室側及びクランクケース側で異なるよう設計されたリングギャップを備える。

現在までのところ、一定のリングギャップを備えるオイルスクレーパリングが既知である。これら一定のリングギャップは通常、最大のオイル掻き落とし効果を実現するために、可及的に小さくなるよう選択される。「ブローバイ」ガスはこのリングギャップを通過する必要があるが、狭いリングギャップを選択した場合、リング上にガス圧力が生じる。この高圧により、セカンドリングが不安定になり、リングの機能・性能全体に悪影響が及ぶ可能性がある。

本発明は、オイル掻き落とし効果に関連する小さなリングギャップの利点を、圧力の蓄積及びセカンドリングの不安定性を防止するより大きなリングギャップと組み合わせることを目的としている。本発明は更に、スロットルモード又はオーバーランモードにおいて、上方向、即ち燃焼室へのオイルの流れを減少させることを目的としている。

本発明は、特に、燃焼室内の圧力が周囲圧力未満に低下する動作状態において、一方では、燃焼室に流入可能なオイル量を減少させ、同時に、ガス圧力又はガス圧力差の蓄積を低減することによってセカンドリング又は中央（オイルコントロール）ピストンリングの安定性を高めるために、効果を発揮することを目的としている。

オイルスクレーパリングにおける上側エッジの有効ギャップがより大きければ、リングが質量力又は慣性力によってピストンリング溝上側エッジに対して押圧されたときに、高負荷下でより自由なガス流が実現可能である。燃焼室に流入し得るオイル量が減少すれば、燃焼されるオイル量が減少し、これにより特にオーバーラン動作後の粒子排出を低減することができる。

本発明に係るオイルスクレーパリングは、請求項１に記載の特徴を備える。有利な更なる実施形態は、従属請求項に記載したとおりである。本発明の更なる態様によれば、本発明に係るオイルスクレーパリングと、リングギャップにおいてやはり固有の形状を有する更なるオイルコントロールリングを含むピストンリングセットが記載されている。

不均一なリングギャップを備える本発明のオイルスクレーパリングも、ブローバイの一部をピストンリングにおける２個のスクレーパバー間の中間スペースに導入し、これによりブローバイの一部がオイルスクレーパリングの半径方向開口を通って内側に向けてリング溝底に流入し、そこからオイル排出チャネル又はその下方の軸線方向遊びを通ってクランクケースに導入できるよう構成される。この場合、ブローバイは、上方に位置する２個の圧縮リングにより、そのような排出が重大な問題を引き起こさない程度まで低減されることに留意されたい。ブローバイ流により、特に、２個のオイルスクレーパバー間のギャップから油滴が巻き込まれ、クランクケースに供給可能である。

本発明の例示的な実施形態によれば、オイルスクレーパリングは、リング要素を備え、そのリング要素は、上側リングエッジと、下側リングエッジと、半径方向に位置するリング内側と、半径方向に位置するリング外側とを有する。リング要素には、２つの接触端が設けられ、その接触端の間にリングギャップが存在する。これら接触端は、対向する接触面を有する。リング要素には、リング外側に少なくとも１個のスクレーパバーが設けられる。本発明に係るオイルスクレーパリングは、接触端領域に２つの（対向する）凹部を備え、これら２つの凹部のそれぞれは、少なくとも、リング外側、各接触面、並びに上側リングエッジに隣接する。従って、各凹部は、リング外側又はバーの表面、各接触面、並びに上側リングエッジで形成されるであろう１つのコーナーが位置する領域に延在する。リングギャップの両側に位置する２つの対向する凹部は、特に、上側スクレーパバーのエッジ間のリングギャップを広げる。

２つの凹部のそれぞれ１つは、それぞれの接触端に配置される。従って、各凹部は、リング外側又はバーの表面、各接触面、並びに上側リングエッジに延在する。各凹部は、上側スクレーパバー領域にも延在する。

これにより、残部のリングギャップを、従来リングに比べて（実質的に）２～３倍小さく構成することができる。上側エッジ面のリングギャップは、取り付けられた状態のリングギャップよりも２～５倍大きい。

更なる例示的な実施形態によれば、凹部は、接触面の鏡面に対して対称的に設計される。この場合、接触面の鏡面は、接触面によって規定され、ピストンリングの中心点及び軸線方向は、鏡面内にあるのが好適である。

オイルスクレーパリングの付加的な実施形態において、リング要素は、燃焼室側の上側スクレーパバー及びクランクケース側の下側スクレーパバーの２個のスクレーパバーを有する。この場合、凹部は、上側スクレーパバー領域内に延在する。この実施形態において、上側スクレーパリングは、下側スクレーパリングよりも周方向に短い。これにより、上側スクレーパリングのリングギャップがより大きくなるので、燃焼ガスがより大きな上側ギャップを通ってスクレーパバー間の領域に入ることができ、そこから半径方向に延在するオイル通路を介してオイルスクレーパリングの背後のスペースに流入することができる。この場合、スクレーパバー間の領域からの油滴は、オイルスクレーパリングの背後に搬送可能である。ピストンの下方移動において、ピストンリングの密閉性はより緩和されるので、圧力均等化が、全ての動作条件下で、オイルスクレーパリング溝内のオイルドレインからクランクケースを通して生じ得る。

オイルスクレーパリングの更なる例示的な実施形態において、凹部は、球、円筒、円錐、又は長方形の一部の形状を有する。従って、凹部は、球面、円筒面、円錐面、又は直方体面の一部によって画定される。

オイルスクレーパリングの更なる例示的な実施形態において、接触面上の凹部は、リング内側の接触面に更に隣接する。この実施形態において、接触面上の凹部は、接触面と上側リングエッジとの間のエッジが延びるであろう領域で延在すると共に、リング内側からリング外側に向けて半径方向に通路を形成する。この場合、ブローバイガスは、リングの背後を直接的に通過することができる。

オイルスクレーパリングの更なる例示的な実施形態において、オイルスクレーパリングには、接触端から離間した領域にて、少なくとも１つの更なる半径方向凹部が設けられ、その半径方向凹部は、上側リングエッジにて、リング外側からリング内側方向に延在する。この実施形態において、この更なる凹部は、リング内側に到達する前に終端する。更なる実施形態において、この少なくとも１つの更なる凹部は、リング内側に到達するまで延在し、半径方向にチャネルを形成する。

オイルスクレーパリングの付加的な実施形態において、少なくとも１つの更なる凹部又は半径方向凹部及び接触部における２つの凹部は、ピストンリングの円周にわたって均一に分布し、接触部における２つの凹部は、接触部によって分割された１つの凹部として見なされる。この場合に凹部は、例えば、互いに180°、120°、90°、60°、又は30°の距離で配置される。それ以上の数の場合、凹部は、適宜配置される。

オイルスクレーパリングの付加的な実施形態において、オイルスクレーパリングは、二部分で構成されるオイルスクレーパリングとして設計される。この実施形態において、オイルスクレーパリングは、リング内側に周方向に延在する溝を備え、その溝内にホーススプリングなどの少なくとも１個のエキスパンダが嵌め込まれる。

三部分で構成されるオイルスクレーパリングの更なる実施形態において、この効果は、「レール」接触部遊びの選択を異ならせることによって保証される。更なる好適な実施形態において、更なる凹部又は半径方向凹部が偶数使用される。周方向において互いにより近く又はより近接して配置されることにより、リング後部領域には凹部が存在せず、従ってリングの組み付け時に最も負荷がかかる箇所でリングが破損する恐れを低減することができる。リングギャップを通る鏡面に対して対称的に配置される更なる凹部又は半径方向凹部が偶数使用される場合、リング後部には凹部が存在せず、リング全体の安定性が改善される。

オイルスクレーパリングの更なる例示的な実施形態によれば、２つの凹部及び少なくとも１つの半径方向凹部のそれぞれは、半径方向に異なる高さ又は深さを有し、リングギャップに直接的に位置する２つの凹部は、（軸線方向に）最大の深さを有する。それぞれ隣接する半径方向凹部は、軸線方向により小さな深さを有し、リング後部に配置される半径方向凹部は、最も平坦になるよう設計される。

オイルスクレーパリングの他の例示的な実施形態によれば、２つの凹部又は少なくとも１つの半径方向凹部は、0.1～0.3 mmの深さを有する。この場合、この深さは、軸線方向に測定される。

オイルスクレーパリングの更なる例示的な実施形態によれば、２つの凹部及び／又は少なくとも１つの半径方向凹部は、上側スクレーパリングを中断しないよう設計される。

本発明の更なる態様によれば、上述したオイルスクレーパリングを備え、少なくとも１個のオイルコントロールリング（又は中央ピストンリング）を更に備えるピストンリングセットが提供され、好適には、他の圧縮リングも提供可能である。オイルコントロールリングは、コントロールリング要素を有し、そのコントロールリング要素は、上側コントロールリングエッジと、下側コントロールリングエッジと、半径方向内方に位置するコントロールリング内側と、半径方向外方に位置するコントロールリング外側とを有する。コントロールリング要素には、２つのコントロール接触端が設けられ、そのコントロール接触端の間にコントロールリングギャップが位置する。これら接触端は、対向するコントロール接触面を有する。コントロールリングのコントロール接触端領域には、２つの凹部が設けられ、これら２つの凹部のそれぞれは、少なくとも、リング外側、各接触面、並びに上側リングエッジに隣接する。ピストンリングセットにおいて、各接触部領域には、２個のピストンリングが設けられ、接触部の各凹部は、互いに広がっている。

以下、従来技術の概略図及び本発明の例示的な実施形態を参照しつつ、本発明を説明する。

従来のオイルスクレーパリングのリングギャップ領域を示す部分図である。 リングギャップにおいて傾斜凹部を備える本発明に係るオイルスクレーパリングを示す部分図である。 リングギャップにおいて円錐部分面によって画定された凹部を備える本発明に係るオイルスクレーパリング示す部分図である。 リングギャップにおいて直方体状凹部を備える本発明に係るオイルスクレーパリングを示す部分図である。 リングギャップにおいて外側から内側に向けて延在する凹部を備える本発明に係るオイルスクレーパリングを示す部分図である。 リングギャップから離間した箇所において、上側スクレーパバーを中断する半径方向凹部が設けられていることを示す部分図である。 上側スクレーパバーを中断しない半径方向凹部の更なるバージョンを示す説明図である。 上側スクレーパバーを中断しない半径方向凹部の更なるバージョンを示す説明図である。 リングの外側から内側に向けて延在する半径方向凹部の更なるバージョンを示す説明図である。

以下、図面及び説明の両方において、同じ又は類似の要素及び構成要素には、同じ又は類似の参照符号が付されている。

図１は、従来のオイルスクレーパリング２におけるリングギャップ18領域の部分斜視図を示す。従来のオイルスクレーパリング２は、上側リングエッジ８と、下側エッジ（図示せず）と、リング内側（やはり図示せず）と、リング外側14とを有するリング要素６を備える。リング要素６は、接触部で中断されており、２つの対向する接触面20がリングギャップ18の間で形成されている。図示の場合も以下の場合においても、リングギャップの寸法は、常に取り付けられた状態で考慮されている。リング要素６には、リング外側に少なくとも１個のスクレーパバー24，26が設けられている。従来技術に係るオイルスクレーパリング及び／又は本発明に係るオイルスクレーパリングには、スクレーパバー間でリング外側からリング内側方向に延在するオイル通路を更に設けることができる（明瞭性を高める見地から図示せず）。

図２は、リングギャップ18領域において、傾斜凹部28を備える本発明に係るオイルスクレーパリング４の部分斜視図を示す。図示の実施形態においても、本発明に係るオイルスクレーパリング４は、リング要素６を備える。このリング要素は、上側リングエッジ８と、下側エッジ（図示せず）と、リング内側（図示せず）と、リング外側14とを有する。リング要素６は、２つの対向する接触面20によって画定されたリングギャップ18を有する。リング要素６には、リング外側14に少なくとも１個のスクレーパバー24，26が設けられている。接触面20領域において、オイルスクレーパリング４は、２つの凹部28、即ち各接触面20に１つの凹部28を有する。この場合、各凹部は、リング外側14、各接触面20、並びに上側リングエッジ８に隣接している。図２において、各凹部は、ほぼ三角柱に対応している。この場合、上方に位置する少なくとも２個の圧縮リング又はオイルコントロールリングを通過したブローバイガスは、上側スクレーパバー24と下側スクレーパバー26との間の中間チャンバに流入することができる。そこからブローバイガスは周方向に流れると共に、オイル通路（図示せず）を通って内側のオイルスクレーパリング溝底方向に流れ、油滴を巻き込むことができる。これにより、より多くのオイルをクランクケース方向に戻すことができ、特にオーバーランモードにおいて燃焼室に流入するオイルを減少させることができる。

図３は、凹部の形状以外は図３に対応する、本発明に係るオイルスクレーパリングの部分図を示す。この場合、三角形の断面を有する凹部の代わりに、円錐面の一部によって画定された凹部が使用されている。この形状により、ブローバイガスは、上側スクレーパバー24と下側スクレーパバー26との間の中間スペース方向に更に良好に流入することができる。

図４は、凹部28の形状を構成するための更なる可能性を示す。図４の他の部分は、図２及び図３に対応している。図４の凹部28は、直方体面によって画定されている。

図５は、リングギャップ18又は凹部28に関して実現可能な更なる実施形態を示す。図４と同様、図５の凹部28は、直方体面によって画定されており、凹部は、オイルスクレーパリング４を完全に貫通して半径方向に延在している。図示の実施形態において、ブローバイガスは、凹部24，26を通ってリング溝底方向に直接的に流入することができる。

図６は、図４の凹部が、リングギャップ及び接触面から離間した位置で使用されるオイルスクレーパリングの実施形態を示す。これら凹部は、リングギャップの凹部と区別できるよう半径方向凹部34と称される。図示の実施形態も、オイルスクレーパリングを通るブローバイガスの外側から内側に向けた流れの改善を達成するという原理に基づいている。

図７において、図６の半径方向凹部34は、極めて平坦にのみ設計されているので、軸線方向において上側スクレーパバー24を中断していない。図７の半径方向凹部34は、上側リングエッジ８の一部にわたってのみ半径方向に延在している。半径方向凹部37は、上側リングエッジ８全体にわたって形成されているので、オイルスクレーパリングが正ねじれを生じている状態でのみピストンリング溝底への通路を形成する。オイルスクレーパリングが逆ねじれを生じた場合、リング内側と上側リングエッジとの間の連続的なエッジがピストンのオイルスクレーパリング溝上側に当接し、半径方向へのオイルの通過が妨げられる。

図８において、半径方向凹部34は、図７の半径方向凹部と同様に極めて平坦にのみ設計されているので、この場合も軸線方向において上側スクレーパバーを中断していない。図８において、半径方向凹部37は、上側リングエッジ８全体にわたって延在しているので、オイルスクレーパリングの各ねじれ位置においてピストンリング溝底への通路を形成する。

図９において、半径方向凹部34は、リング内側まで延長されている。

２ 従来のオイルスクレーパリング
４ 本発明に係るオイルスクレーパリング
６ リング要素
８ 上側リングエッジ
14 リング外側
18 リングギャップ
20 接触面
24 上側スクレーパバー
26 下側スクレーパバー
28 凹部
30 リングギャップ幅
32 凹部幅
34 半径方向凹部
36 半径方向凹部幅
38 ピストンリングセット
40 オイルコントロールリング
42 オイルコントロールリング要素
44 上側コントロールリングエッジ
50 コントロールリング外側
52 コントロールリング接触面
54 コントロールリングギャップ
56 コントロールリング凹部

Claims (14)

1. リング要素（６）を備えるオイルスクレーパリング（４）であって、前記リング要素（６）は、
   上側リングエッジ（８）と、
   下側リングエッジと、
   リング内側と、
   リング外側（14）と、
   を有し、
   前記リング要素（６）に、２つの対向する接触面（20）が設けられ、該２つの接触面（20）の間に、リングギャップ（18）が存在し、
   前記リング要素（６）のリング外側（14）に、少なくとも１個のスクレーパバー（24，26）が設けられ、
   前記オイルスクレーパリング（４）の前記接触面（20）領域に、２つの凹部（28）が設けられ、前記２つの凹部（28）のそれぞれは、少なくとも、前記リング外側（14）、前記各接触面（20）、並びに前記上側リングエッジ（８）に隣接している、オイルスクレーパリング。
2. 請求項１に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記凹部（28）は、前記接触面（20）の鏡面に対して対称的に延在している、オイルスクレーパリング。
3. 請求項１又は２に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、取り付け状態において、前記リングギャップ（18）の幅（30）は、周方向における前記接触面（20）の距離として定義され、リングの取り付け状態において、周方向における前記凹部（28）の幅（32）と前記リングギャップ（18）の合計の幅は、前記リングギャップの前記幅（30）よりも２～５倍大きい、オイルスクレーパリング。
4. 請求項１、２、又は３に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記リング要素（６）は、上側スクレーパバー（24）及び下側スクレーパバー（26）の２個のスクレーパバーを有し、前記凹部（28）は、上側スクレーパバー（28）領域内に延在し、好適には、前記上側スクレーパバー（24）は、前記下側スクレーパバー（26）よりも前記凹部（32）の幅だけ短いことを特徴とする、オイルスクレーパリング。
5. 請求項１、２、３、又は４に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記凹部（28）は、球面、円筒面、円錐面、又は直方体面の一部によって画定されていることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記接触面（20）上の前記凹部（28）は、更に前記リング内側に隣接していることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
7. 請求項１～６の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、該オイルスクレーパリング（４）に、前記リングギャップ（18）から離間した領域にて、少なくとも１つの更なる半径方向凹部（34）が設けられ、該半径方向凹部（34）は、前記上側リングエッジ（８）にて、前記リング外側（14）から前記リング内側方向に延在していることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
8. 請求項７に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、少なくとも１つの半径方向凹部（34）は、前記リング内側まで延在していることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
9. 請求項１～８の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、少なくとも１つの半径方向凹部（34）及び前記リングギャップ（18）上における前記２つの凹部（28）は、前記オイルスクレーパリング（４）の円周にわたって均一に分布していることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
10. 請求項１～８の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記２つの半径方向凹部（28）又は前記リングギャップ（18）により近い半径方向凹部（34）は、リング後部の場合に比べて、互いにより近接して配置され、好適には、偶数の半径方向凹部（34）が使用されることを特徴とする、オイルスクレーパリング。
11. 請求項１～１０の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記２つの凹部（28）及び前記リングギャップ（18）により近い前記少なくとも１つの半径方向凹部（34）のそれぞれは、前記リング後部に向けて周方向に減少する深さを有することを特徴とする、オイルスクレーパリング。
12. 請求項１～１１の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記２つの凹部（28）又は前記少なくとも１つの半径方向凹部（34）は、0.1～0.3 mmの深さを有することを特徴とする、オイルスクレーパリング。
13. 請求項１～１２の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）であって、前記２つの凹部（28）及び／又は前記少なくとも１つの半径方向凹部（34）は、前記上側スクレーパリングを中断しないことを特徴とする、オイルスクレーパリング。
14. 請求項１～１３の何れか一項に記載のオイルスクレーパリング（４）を備えるピストンリングセット（38）であって、コントロールリング要素（42）を有する少なくとも１個のオイルコントロールリング（40）を更に備え、前記コントロールリング要素（42）は、
    上側コントロールリングエッジ（44）と、
    下側コントロールリングエッジと、
    コントロールリング内側と、
    コントロールリング外側（50）と、
    を有し、
    前記コントロールリング要素（42）に、２つの対向するコントロール接触面（52）の間に位置するコントロールリングギャップ（54）が設けられ、前記コントロールリング（40）の前記コントロール接触面（52）領域に、２つの凹部（56）が設けられ、該２つの凹部（56）のそれぞれは、少なくとも、前記リング外側（50）、前記各接触面（25）、並びに前記下側リングエッジに隣接している、ピストンリングセット。

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