KR20220125258A

KR20220125258A - 오일 제어 링

Info

Publication number: KR20220125258A
Application number: KR1020227024714A
Authority: KR
Inventors: 토마스 바스투크; 마르쿠스 켈너; 오이겐 하프; 디르크 베렌로이터
Original assignee: 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-09-14
Also published as: BR112022006008A2; US20220412459A1; CN114729696A; DE102020100764A1; JP2023515290A; EP4090864B1; EP4090864A1; WO2021143961A1

Abstract

본 발명은 슬롯형 스프링 요소와 상기 스프링 요소에 작동 가능하게 연결되고 맞대기 조인트(butt joint)(7)가 제공된 적어도 하나의 박판 요소(3, 4)를 포함하는 멀티-파트 오일 제어 링(1)에 관한 것이다. 상기 스프링 요소는 상기 박판 요소를 축방향으로 수용하고 반경방향으로 지지하는 굴곡형 스프링(meander spring)(2)의 형태이다. 상기 굴곡형 스프링의 2개의 단부 영역들에는 서로 대략적으로 평행하게 연장된 다리들(9, 10)이 제공되고, 이 다리들의 축방향 길이는 상기 다리들이 상기 박판 요소의 맞대기 조인트 내에 적어도 부분적으로 맞물리는 정도이다.

Description

오일 제어 링

본 발명은 슬롯형 스프링 요소(slotted spring element)와 이 스프링 요소에 작동 가능하게 연결되고 조인트(joint)가 제공된 적어도 하나의 박판 요소(lamella element)를 포함하는 멀티-피스 오일 스크레이퍼 피스톤 링(multi-piece oil scraper piston ring)에 관한 것이다.

멀티-피스 오일 스크레이퍼 피스톤 링의 역할은 오일이 크랭크 케이스로부터 연소 챔버로 들어가는 것을 방지하는 것이다.

더욱 엄격한 배기가스 규제의 결과로서, 특히 "미립자 방출"이라는 주제에 대한 중요성이 높아졌다. 연소 챔버로 들어가는 오일은 불완전한 연소로 인한 미립자 방출에 상당한 역할을 하는 것으로 추정된다. 실험을 통해, 타성(coasting) 작동 중에, 연소 챔버 내의 부압의 결과로서 크랭크 케이스로부터 연소 챔버의 방향으로 오일이 더 많이 흡입된다는 것을 증명할 수 있었다.

WO 2013/004217 A1은 각개의 조인트를 가지는 적어도 하나의 박판 및 조인트를 가지는 굴곡된 형상의 스페이서 스프링을 포함하는, 내연 엔진의 피스톤용 오일 스크레이퍼 링을 개시하며, 여기에서 적어도 하나의 박판과 스페이서 스프링은 서로 접촉한다. 적어도 하나의 박판의 조인트는 적어도 하나의 박판의 반경과 예각을 이룬다. 이 오일 스크레이퍼 링은 바람직하게는 서로 평행하게 연장되는 2개의 박판들을 포함하고, 2개의 박판들 사이에 스페이서 스프링이 배치되며, 각각의 박판을 조인트를 가진다.

피스톤 링, 특히 오일 스크레이퍼 링은 US 2,469,959로부터 알려지게 되었으며, 이 링은 2개의 박판들과 개재된 스페이서 스프링을 포함하며, 박판들의 조인트들은 중첩되도록 제공된다.

본 발명의 주제는 크랭크 케이스로부터의 오일이 연소 챔버에 도달하는 것이 실질적으로 방지되고 이에 의해 미립자 방출이 감소될 수 있는 오일 스크레이퍼 피스톤 링을 제공하는 것에 관한 것이다.

이 목적은 멀티-피스 오일 스크레이퍼 피스톤 링(multi-piece oil scraper piston ring)에 의해 달성되며, 상기 멀티-피스 오일 스크레이퍼 피스톤 링은 슬롯형 스프링 요소와 상기 스프링 요소에 작동 가능하게 연결되고 조인트가 제공된 적어도 하나의 박판 요소를 포함하며, 상기 스프링 요소는, 한편으로는, 상기 박판 요소를 축방향으로 수용하고, 다른 한편으로는, 상기 박판 요소를 반경방향으로 지지하는 굴곡형 스프링(meander spring)으로서 설계되며, 상기 굴곡형 스프링의 2개의 단부 영역들에는 서로 대략적으로 평행하게 연장된 다리들이 제공되고, 상기 다리들의 축방향 길이는 상기 다리들이 상기 박판 요소의 조인트 내에 적어도 부분적으로 맞물리도록 설계된다.

본 발명의 주제의 유리한 개선 사항은 종속항들에 개시되어 있다.

상기 굴곡형 스프링의 다리들의 축방향 길이는 상기 다리들의 단부들이 대략적으로 상기 박판 요소의 상부 측면(upper flank)의 높이에서 끝나는 정도이다.

본 발명의 또 다른 아이디어에 따르면, 상기 굴곡형 스프링은 연소 챔버를 향하는 상부 박판 요소 및 오일 챔버를 향하는 하부 박판 요소와 협력하며, 상기 굴곡형 스프링의 다리들은 상부 박판 요소의 조인트 내에 맞물린다.

상기 굴곡형 스프링의 다리들은 유리하게는 상기 박판 요소의 조인트 내부에서 정의된 간극(defined clearance)을 갖고 안내된다.

본 발명의 추가 아이디어에 따르면, 상기 굴곡형 스프링의 2개의 다리들의 두께는, 상기 박판 요소의 접선력(tangential force)이 유지되면서, 서로 지지되는 상기 다리들이 상기 박판 요소의 조인트 내부에서 정의된 간극을 갖고 안내되도록, 상기 박판 요소의 조인트 폭보다 작게 설계된다.

상기 오일 스크레이퍼 링의 발명에 따른 새로운 디자인에 따르면, 상기 굴곡형 스프링의 단부들은 박판 요소, 바람직하게는 연소 챔버를 향하는 박판 요소의 조인트 단부들 사이에 존재하는 공간 내에 정의된 간극을 갖고 맞물리도록 축방향으로 더 길게 설계된다. 이러한 방식으로, 상기 박판 요소의 개방된 조인트는 오일의 잠재적인 통로 역할을 하지 못하도록 차단된다. 결과적으로, 더 적은 오일이 크랭크 케이스로부터 연소 챔버로 향하게 되어 미립자 방출도 감소될 수 있다.

본 발명의 주제는 예시적인 실시예에 기초한 도면에 도시되어 있으며 다음과 같이 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 오일 스크레이퍼 피스톤 링을 다양한 도면 또는 단면도로 보여주며;
도 2는 본 발명에 따른 오일 스크레이퍼 피스톤 링의 개략도를 다양한 도면 또는 단면도로 보여주며;
도 3은 도 2에 따라 밀봉될 박판 링의 조인트 영역의 확대도를 보여준다.

도 1은 종래 기술에 따른 오일 스크레이퍼 피스톤 링(1)을 다양한 도면 또는 단면도로 보여준다. 상기 오일 스크레이퍼 피스톤 링(1)은 굴곡형 스프링(meander spring)(2)과 2개의 박판 요소들(lamella elements)(3, 4)을 포함한다. 상기 굴곡형 스프링(2)은, 한편으로는, 각각의 박판 요소(3, 4)를 위한 축방향 수용 영역들(5)과, 다른 한편으로는, 각각의 박판 요소(3, 4)를 위한 반경방향 지지 영역들(6)이 형성되도록 설계된다. 각각의 박판 요소(3, 4)에는 조인트(7, 8)가 제공된다. 상기 굴곡형 스프링(2)은 슬롯형이며, 조인트 측에서, 서로 대략적으로 평행하게 연장되고 상부 박판 요소(3)에 대해 정의된 거리에 제공된 2개의 다리들(9, 10)을 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 오일 스크레이퍼 피스톤 링(1')을 보여준다. 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호들로 표시된다. 굴곡형 스프링(2)과 박판 요소들(3, 4)이 분명히 드러난다. 본 발명에 따르면, 다리들(9, 10)은 상부 박판 요소(3)의 조인트(7) 내부로, 정의된 간극(clearance)을 갖고, 적어도 부분적으로 돌출되는 길이를 가지도록 설계된다. 상기 다리들(9, 10)의 최대 길이는 그 단부들이 대략적으로 상부 박판 요소(3)의 측면(flank)(11)의 높이에 위치하도록 설계될 수 있다.

상기 박판 요소(3)는 도시되지 않은 연소 챔버(B)를 향할 것이며, 상기 박판 요소(4)는 마찬가지로 도시되지 않은 오일 챔버(O)를 향할 것이다.

도 1에 따른 도면에서는, 오일이, 연소 챔버(B)의 방향으로, 조인트(8), 굴곡형 스프링(2), 및 박판 요소(3)의 조인트(7)를 통해 흐를 수 있는 반면에, 도 2에 따르면, 조인트(7) 내에 맞물리는 굴곡형 스프링(2)의 다리들(9, 10)에 의해 밀봉 폐쇄부(sealing closure)가 형성되며, 상기 폐쇄부는 오일이 축방향으로 흐르는 것을 실질적으로 차단한다(도 1과 2의 화살표 참조).

도 3은 도 2에 따른 상부 박판 요소(3)의 밀봉된 영역의 확대도를 보여준다. 상기 굴곡형 스프링(2)의 2개의 다리들(9, 10)이 분명하게 드러나 있다. 상기 박판 요소(3)의 조인트(7)는 미리 정의될 수 있는 조인트 폭(a)을 가진다. 상기 다리들(9, 10)은 동일한 두께(d)를 가지며 평면 방식으로 서로 지지된다. 이 예에서, 상기 다리들(9, 10)의 축방향 단부는 상부 박판 요소(3)의 측면(11) 아래에 제공된다. 한편으로는, 조인트(7) 내부에 다리들(9, 10)의 끼임을 방지하기 위해, 다른 한편으로는, 박판 요소(3)의 접선력(tangential force)을 손상시키지 않도록 하기 위해, 상기 박판 요소의 2개의 다리들(9, 10)은 조인트(7)의 조인트 폭(a) 내부에 (원주 방향에서 볼 때) 정의된 간극을 갖고 배치된다. 샤프트에 대해 관습적인 간극 맞춤(clearance fit)이 여기에서 상정될 수 있다. 피스톤 링들은 다양한 애플리케이션들에 대해 다양한 직경들로 설계되기 때문에, 구체적인 간극 맞춤은 이에 따라 조절되어야 한다.

1 오일 스크레이퍼 피스톤 링
1' 오일 스크레이퍼 피스톤 링
2 굴곡형 스프링
3 박판 요소
4 박판 요소
5 수용 영역
6 지지 영역
7 조인트(박판 요소)
8 조인트(박판 요소)
9 다리(굴곡형 스프링)
10 다리(굴곡형 스프링)
11 상부 박판 요소의 측면
a 조인트 폭
d 다리의 두께

Claims

슬롯형 스프링 요소(2)와 상기 스프링 요소에 작동 가능하게 연결되고 조인트(7, 8)가 제공된 적어도 하나의 박판 요소(3, 4)를 포함하는 멀티-피스 오일 스크레이퍼 피스톤 링(multi-piece oil scraper piston ring)으로서,
상기 스프링 요소(2)는, 한편으로는, 상기 박판 요소(3, 4)를 축방향으로 수용하고, 다른 한편으로는, 상기 박판 요소(3, 4)를 반경방향으로 지지하는 굴곡형 스프링(meander spring)으로서 설계되며, 상기 굴곡형 스프링(2)의 2개의 단부 영역들에는 서로 대략적으로 평행하게 연장된 다리들(9, 10)이 제공되고, 상기 다리들(9, 10)의 축방향 길이는 상기 다리들이 상기 박판 요소(3, 4)의 조인트(7, 8) 내에 적어도 부분적으로 맞물리도록 설계되는, 오일 스크레이퍼 피스톤 링.
제1항에 있어서,
상기 다리들(9, 10)의 축방향 길이는 상기 다리들(9, 10)의 단부들이 대략적으로 상기 박판 요소(3, 4)의 상부 측면(upper flank)(11)의 높이에서 끝나도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 오일 스크레이퍼 피스톤 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 굴곡형 스프링(2)은 연소 챔버(B)를 향하는 상부 박판 요소(3, 4) 및 오일 챔버(O)를 향하는 하부 박판 요소(3, 4)와 협력하며, 상기 굴곡형 스프링(2)의 다리들(9, 10)은 상부 박판 요소(3)의 조인트(7) 내에 맞물리는 것을 특징으로 하는, 오일 스크레이퍼 피스톤 링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 굴곡형 스프링(2)의 다리들(9, 10)은 상기 박판 요소(3)의 조인트(7) 내부에서 정의된 간극(defined clearance)을 갖고 안내되는 것을 특징으로 하는, 오일 스크레이퍼 피스톤 링.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 굴곡형 스프링(2)의 2개의 다리들(9, 10)의 두께(d)는, 상기 박판 요소(3)의 접선력(tangential force)이 유지되면서, 서로 지지되는 상기 다리들(9, 10)이 상기 박판 요소(3)의 조인트(7) 내부에서 정의된 간극을 갖고 안내되도록, 상기 박판 요소(3)의 조인트 폭(a)보다 작게 설계되는 것을 특징으로 하는, 오일 스크레이퍼 피스톤 링.