KR101760263B1 - 오일 제어 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 오일 제어 링에 관한 것으로, 링 바디(2), 피스톤의 연장 방향으로 앞뒤로 배치되고 외측 리세스(6)에 의해 서로로부터 이격되는, 링 바디(2) 상의 두 개의 방사상 외측 돌출부(4)로서, 각각의 돌출부(4)가 두 개의 스크래핑 립(8)을 가지는, 두 개의 방사상 외측 돌출부, 및 각각의 스크래핑 립(8) 상의 마모 방지 코팅910)을 포함한다.

Description

오일 제어 링 {OIL CONTROL RING}

본 발명은 내연기관의 피스톤을 위한 오일 스크래퍼 링에 관한 것이다. 특히, 개선된 오일 스크래핑(scraping) 및 개선된 마모 작용을 가지는 오일 스크래퍼 링에 관한 것이다.

오일 스크래퍼 링은 내연기관의 오일 소모를 최소화고 동시에 피스톤과 실린더 벽 사이에 충분한 윤활을 보장하기 위해 내연기관에 사용된다. 이를 위해, 오일 스크래퍼 링은 두 개의 특성을 가져야 하며, 두 개의 특성 사이에는 절충(compromise)이 필요하다. 한편으로, 오일 스크래퍼 링은 오일 소모를 최소화하기 위해 피스톤의 하방 운동 동안, 즉 오일 챔버의 방향으로 운동 동안, 실린더 벽으로부터 가능한 많은 오일을 긁어내야 한다. 다른 한편으로, 마찰을 유지하여 이에 따라 마모를 낮추기 위해 오일 스트래퍼 링과 실린더 벽 사이에 항상 최소 오일 필름이 유지되어야 한다.

필요한 절충은 내연기관의 긴 작동 시간 주기에 걸쳐 유지되어야 한다. 이를 위해, 오일 스크래퍼 링 상의 마모는 낮게 유지되어야 하는데, 이는 그렇지 않으면 오일 스크래퍼 링과 실린더 벽 사이의 갭이 확대되어 오일 소모가 늘어나기 때문이다.

현재, 완전히(fully) 코팅된 연장 웨브를 가지는 오일 스트래퍼 링만이 알려져 있다(소위, 모노코팅(monocoating)).

따라서, 본 발명은 개선된 오일 스크래퍼 링을 제공하기 위한 목적을 기반으로 한다. 두 개의 스크래퍼 립(lip)의 오프셋은 코팅 두께에 대응한다. 축방향 및 반경 방향으로 스크래퍼 립의 배치를 통하여, 수명의 3배화가 초래된다. PVD 또는 DLC 층의 균일한 증착은 스크래퍼 립의 측면 각도의 적용에 의해 제공된다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 오일 스크래퍼 피스톤 링이 제공되며, 이는

- 링 바디;

- 상기 링 바디 상의 두 개의 방사상 외측 연장 웨브로서, 피스톤의 연장 방향에 대해 앞뒤로 배치되며 외측 함몰부(depression)에 의해 서로 이격되며, 각각의 연장 웨브가 각각 두 개의 스크래퍼 립을 가지는, 두 개의 방사상 외측 연장 웨브; 및

- 각각의 스크래퍼 링 상의 마모 방지 코팅을 포함한다.

연장 웨브, 즉 특히 스크래퍼 링에서 바람직한 외형은 스틸(steel) 프로파일의 경우 웨브의 기계 가공 또는 특별한 드로잉(drawing) 프로세스에 의해 웨브 내로 도입될 수 있다.

연장 방향으로 링 바디의 폭은 바람직하게는 1.5 내지 3 mm이다.

연장 웨브는 바람직하게는 서로로부터 약 0.6 mm 만큼 이격되며 바람직하게는 0.2 내지 0,7 mm, 특히 바람직하게는 0.45 mm의 방사상 높이(함몰부의 방사상 높이에 대응함)를 가진다.

스크래퍼 립의 방사상 높이는 바람직하게는 약 0.082 mm이다. 연장 방향으로 스크래퍼 립의 연장 표면 폭은 바람직하게는 0.01 mm 내지 0.2 mm, 특히 바람직하게는 0.05 mm 이다.

마모 방지 코팅의 층 두께는 바람직하게는 1 내지 30 ㎛이다.

일 실시예에 따라, 모든 스크래퍼 립은 본질적으로 동일한 방사상 높이를 가진다.

일 실시예에 따라, 하나 이상의 연장 웨브의 연소-챔버-측 스크래퍼 립은 연장 웨브의 오일-챔버-측 스크래퍼 립 보다 더 큰 방사상 높이를 가진다.

이러한 실시예에서, 하나 이상의 오일-챔버-측 스크래퍼 립은 연소-챔버-측 스크래퍼 립에 대해 방사상 후방으로 설정된다(set back).

일 실시예에 따라, 하나 이상의 방사상으로 더 큰 스크래퍼 립은 연소-챔버-측 연장 웨브의 연소-챔버-측 스크래퍼 립이다.

방사상으로 더 큰 스크래퍼 립은 바람직하게는 연소-챔버-측 연장 웨브의 스크래퍼 립이다.

일 실시예에 따라, 각각의 연장 웨브의 연소-챔버-측 스크래퍼 립은 연장 웨브의 오일-챔버-측 스크래퍼 립 보다 더 큰 방사상 높이를 가진다.

일 실시예에 따라, 방사상 높이 차이는 본질적으로 스크래퍼 립의 마모 방지 코팅의 두께에 대응한다.

즉, 방사상으로 더 짧은 오일-챔버-측 스크래퍼 립은 방사상으로 더 큰 연소-챔버-측 스크래퍼 립에 대해 개략적으로 마모 방지 층의 코팅 두께만큼 후방으로 설정된다.

일 실시예에 따라, 스크래퍼 립의 마모 방지 코팅은 스크래퍼 립들 사이의 구역에서 연속적으로 연장한다.

일 실시예에 따라, 스크래퍼 립은 외측으로 테이퍼진다.

이는 예를 들면 스크래퍼 립의 실질적인 원뿔형 형상에 의해 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 각각의 스크래퍼 립의 연소-챔버-측 측면(flank)은 각각의 오일-챔버-측 측면보다 연장 방향에 대해 더 가파르다.

일 실시예에 따라, 하나의 연장 웨브 또는 모든 연장 웨브들의 연소-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면은 각각의 연장 웨브의 오일-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면보다 연장 방향에 대해 더 가파르다.

일 실시예에 따라, 연장 웨브들 사이의 외측 함몰부는 스크래퍼 립들 사이의 구역 보다 더 깊다.

일 실시예에 따라, 스크래퍼 랩들 사이의 마모 방지 코팅은 방사상으로 적어도 스크래퍼 립 만큼 크다.

이러한 방식으로, 스크래퍼 립의 연장 표면들까지 하방으로 마모 방지 코팅의 마모시, 자체적으로 날카로운 코너를 가지는 완전히-밀어넣어진(fully-chambered) 링 웨브가 초래된다. 따라서 마모 방지 코팅의 잔류물은 스크래퍼 립들 사이에 남아 있다.

일 실시예에 따라, 연장 웨브들의 내측 측면은 외측 측면보다 연장 방향에 대해 더 가파르다.

일 실시예에 따라, 오일-챔버-측 연장 웨브의 내측 측면은 연소-챔버-측 연장 웨브의 내측 측면보다 연장 방향에 대해 더 가파르다.

본 발명의 추가의 양태에 따라, 하나 이상의 상술된 오일 스크래퍼 피스톤 링을 포함하는 내연기관용 피스톤이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 스크래퍼 피스톤의 일 실시예를 도시하는 횡단면도이며;
도 2는 도 1의 실시예의 다양한 스크래퍼 립의 경사를 도시하는 횡단면도이며;
도 3은 도 1의 실시예의 크기를 도시하는 횡단면도이며;
도 4는 본 발명에 따른 오일 스크래퍼 피스톤 링의 선택적인 일 실시예를 도시하는 횡단면도이며;
도 5는 본 발명에 따른 오일 스크래퍼 피스톤 링의 추가의 선택적인 일 실시예를 도시하는 횡단면도이며;
도 6은 모든 스크래퍼 립의 마모 후의 도 4의 실시예를 도시하는 횡단면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 스크래퍼 피스톤 링의 제 1 실시예를 횡단면으로 보여준다. 이러한 및 추가의 도면에서, 오일 스크래퍼 링의 실린더 벽 측은 상부 상에 있고, 피스톤 측은 바닥 상에 있으며, 연소-챔버-측은 좌측 상에 있고 오일 챔버 또는 크랭크케이스 측은 우측 상에 있다. 오일 스크래퍼 링은 연장 웨브(4)를 구비한 각각의 측면 측 상에 제공되는 링 바디(2)를 포함한다. 연장 웨브(4)는 반드시 링 바디(2)의 측면 상에 직접 배열되어야 하는 것은 아니지만 오히려 또한 내측으로 오프셋(offset)될 수 있다.

연장 웨브(4)는 외측 함몰부(6)에 의해 서로로부터 이격된다. 두 개의 스크래퍼 립(8)은 각각의 연장 웨브(4) 상에 위치된다. 스크래퍼 립(8)에는 마모 방지 코팅(10)이 제공된다. 함몰부(6)는 스크래퍼 립들(8) 사이의 구역 보다 상당히 더 깊다. 개선된 스크래핑 효과는 스크래퍼 립의 개수를 4 개까지 증가함으로써 달성된다.

코팅은 크롬(Cr) 또는 다이아몬드-형 탄소(DLC)를 함유할 수 있다. 예를 들면, 코팅은 가스 상태로부터 물리적 증착에 의해 도포될 수 있다(물리적 기상 증착, PVD).

도 2는 도 1에서와 같은 일 실시예에서 스크래퍼 립 및 연장 웨브의 경사를 보여준다. 그러나, 코팅은 더 나은 개관을 위해 도 2에서 도시되지 않는다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 연소-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면은 오일-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면보다 더 가파르다(일 예로서 도 2에서 좌측 연장 웨브에 대해서만 도시되지만 나머지 연장 웨브는 동일한 경사 비율을 가질 수 있다).

앞으로 언급되는 모든 각도들은 90°이거나 90°미만인 오일 스크래퍼 링의 연장 방향에 대한 각도에 각각 대응한다.

연소-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면의 경사(α)에 대한 예시적인 값은 25 내지 50°, 특히 바람직하게는 40°를 포함한다. 오일-챔버-측 스크래퍼 립의 오일-챔버-측 측면의 경사(β)에 대한 예시적인 값은 15 내지 40°, 특히 바람직하게는 30°를 포함한다.

오일-챔버-측 연장 웨브의 내측 측면의 경사(δ)는 바람직하게는 89 내지 80°(연장 방향에 대한 수직선에 대해 1 내지 10°), 특히 바람직하게는 82.4°(연장 방향에 대한 수직선에 대해 7.6°)이다. 연소-챔버-측 연장 웨브의 내측 측면은 바람직하게는 89 내지 80°, 특히 바람직하게는 83.7°이다. 연장 웨브의 내측 측면의 경사는 동일할 수 있지만, 오일-챔버-측 연장 웨브의 내측 측면의 경사는 바람직하게는 더 크다.

도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 일 실시예의 다양한 크기를 보여준다. 그러나, 더 나은 개관을 위해, 도 3에서 코팅이 도시되지 않는다.

연장 방향으로 링 바디의 폭(d)은 바람직하게는 1.5 내지 3 mm이다. 함몰부의 방사상 높이(b) 또는 연장 웨브의 방사상 높이는 바람직하게는 0.2 내지 0.7 mm이고 특히 바람직하게는 0.45 mm이다. 함몰부의 폭(c)은 바람직하게는 0.6 mm이다.

스크래퍼 립의 방사상 높이는 바람직하게는 0.082 mm이다. 연장 방향으로 스크래퍼 립의 연장 표면의 폭(e)은 바람직하게는 0.01 mm 내지 0.2 mm, 바람직하게는 0.05 mm이다.

도 4는 도 1의 실시예와 유사하지만 상이한 일 실시예를 보여준다. 도 4에서 각각의 연장 웨브의 오일-챔버-측 스크래퍼 립의 방사상 높이가 마모 방지 코팅의 코팅 두께(f) 만큼 감소되는 선택적 피쳐(feature)를 보여준다. 즉, 오일-챔버-측 스크래퍼 립은 코팅 두께(f) 만큼 후방으로 설정된다. 코팅 두께(f)는 바람직하게는 1 내지 30 ㎛의 범위 내에 있다.

도 5는 도 1의 실시예와 유사하지만 상이한 추가의 선택적인 일 실시예를 보여준다. 도 5에서 스크래퍼 립들(8) 사이의 구역 내의 마모 방지 코팅(10)이 방사상으로 적어도 스크래퍼 립(8) 만큼 큰 선택적 피쳐를 보여준다.

도 6은 마모 방지 코팅(10)이 스크래퍼 립(8)까지 하방으로 마모된 후의 도 5의 실시예의 상태를 보여준다. 이러한 경우, 이러한 실시예에서 오일 스크래퍼 링은 완전히-밀어넣어진 마모 변형으로 변형된다. 따라서 자체적으로 날카로운 웨브 코너를 가지는 부가 마모 층이 발생된다.

Claims (15)

1. - 링 바디(2);
   - 상기 링 바디(2) 상의 두 개의 방사상 외측 연장 웨브(web,4)로서, 피스톤의 연장 방향에 대해 앞뒤로 배치되며 외측 함몰부(depressioin,6)에 의해 서로로부터 이격되며, 각각의 연장 웨브(4)가 각각 두 개의 스크래퍼 립(lip,8)을 가지는, 두 개의 방사상 외측 연장 웨브; 및
   각각의 스크래퍼 립(8) 상의 마모 방지(wear protection) 코팅(10)을 포함고,
   하나 이상의 연장 웨브(4)의 연소-챔버-측 스크래퍼 립(8)은 상기 연장 웨브(4)의 오일-챔버-측 스크래퍼 립(8) 보다 더 큰 방사상 높이를 가지는,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 더 큰 방사상 높이를 가지는 하나 이상의 스크래퍼 립(8)은 상기 연소-챔버-측 연장 웨브(4)의 연소-챔버-측 스크래퍼 립(8)인,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   각각의 연장 웨브(4)의 연소-챔버-측 스크래퍼 립(8)은 상기 연장 웨브(4)의 오일-챔버-측 스크래퍼 립(8) 보다 큰 방사상 높이를 가지는,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 방사상 높이의 차이는 실질적으로 상기 스크래퍼 립(8)의 코팅 두께에 대응하는,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스크래퍼 립(8)의 마모 방지 코팅(10)은 스크래퍼 립(8)들 사이의 구역에서 연속적으로 연장하는,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스크래퍼 립(8)은 방사상 외측으로 테이퍼(taper)지는,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   각각의 스크래퍼 립(8)의 연소-챔버-측 측면(flank)은 오일-챔버측 측면 보다 연장 방향에 대해 더 가파른,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 연소 챔버를 외면하는 하나의 연장 웨브(4)의 연소-챔버-측 스크래퍼 립(8)의 측면(flank)은 상기 연장 웨브(4)의 오일-챔버-측 스크래퍼 립(8)의 오일-챔버-측 측면보다 연장 방향에 대해 더 가파른,
   오일 스크래퍼 피스톤 링
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 연장 웨브(4)들 사이의 외측 함몰부(6)는 상기 스크래퍼 립(8)들 사이의 구역 보다 더 깊은,
   오일 스크래퍼 피스톤 링.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스크래퍼 립(8)들 사이의 상기 마모 방지 코팅(10)은 적어도 상기 스크래퍼 립(8)들 만큼 방사상으로 큰,
    오일 스크래퍼 피스톤 링.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연장 웨브(4)의 외측 측면이 내측 측면 보다 연장 방향에 대해 더 가파른,
    오일 스크래퍼 피스톤 링.
    
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    오일-챔버-측 연장 웨브(4)의 내측 측면은 연소-챔버-측 연장 웨브(4)의 내측 측면 보다 연장 방향에 대해 더 가파른,
    오일 스크래퍼 피스톤 링.
    
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 오일 스크래퍼 피스톤 링을 포함하는,
    내연기관용 피스톤.
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