DE19605478A1 - Seiten- und spaltengedichteter Ölring - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Öl­ ring zur Verwendung in einem Kolben innerhalb eines Ver­ brennungsmotors und insbesondere auf die Kombinations- Spalt-und-Seitendichtung des Ölrings innerhalb einer Nut des Kolbens.

Technischer Hintergrund

Heutige Motoren steuern Ölleckage über einen Kolben im Zylinder durch die Verwendung von Ölsteuerringen bzw. Kolbenringen in einer Nut des Kolbens. Jedoch besitzen die Ölringe gespaltene Enden, die Ölleckage zulassen, wo­ bei sie somit die Ölverbrauchsrate anheben. Weiter kann Ölleckage auch auftreten, wenn das Öl in die Nut und aus der Nut heraus über die obere Ringoberfläche fließt. Die Ölleckage beeinträchtigt weiter, während sie die Ölver­ brauchsrate anhebt, die Emissionen des Motors, und zwar ob das geleckte Öl verbrannt wird, oder ob es unverbrannt bleibt, bevor es in den Abgasstrom eintritt.

Eine Ölsteuerringkonstruktion ist im US-Patent Num­ mer 5.251.915, ausgegeben an Paul R. Meernik am 12 Okto­ ber 1993 offenbart, wobei der Ölsteuerring für einen Kol­ ben verwendet wird und eine einzige Niedrigspannungs­ schiene besitzt und einen angrenzenden Blockierring unter leichter Spannung, um Ölfluß durch den Schienenendspalt zu verhindern. Ein Trennring hinter dem Blockierring ge­ stattet Ölfluß zu einer Ablaufentlüftung, um das Gebiet hinter dem Blockierring trocken zu halten. Ein Damm bzw. ein Einschnitt hinter dem Blockierring in Form eines ge­ schlossenen Ringes oder einer Aussparung, die in der Kol­ bennut gebildet ist, sammelt nach oben geworfenes Öl in der oberen Hälfte des Kolbenzyklusses, um Ölleckage durch das obere axiale Spiel oder den Blockierringendspalt zu verhindern. Diese Konstruktion umfaßt die Verwendung von vier bis sechs getrennten Gliedern, um eine Seitendich­ tung durchzuführen. Die vier separaten Glieder sind kom­ pliziert herzustellen und in die Kolbennut zu montieren, wobei die mit der Konstruktion assoziierten Kosten an­ steigen. Zusätzlich besitzt diese Konstruktion nicht die Mittel, den Ölsteuerring vollständig spaltzudichten. Ein möglicherweise bemerkenswerter Ölaustrittspfad, begrenzt durch die Zylinderwand, die Bodenaußenoberfläche des Blockierrings und die obere äußere Abschrägung der Schie­ ne existiert, der es Öl gestattet, vom Endspalt der Schiene entlang der oberen äußeren Abschrägung und durch den Endspalt des Blockierrings zu fließen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Kolben und Ringanordnung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet. Der Verbrennungsmotor besitzt einen Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung und eine Zylinderwand definiert. Ein Kolben ist zur hin und her Bewegung in der Zylinderbohrung montiert und besitzt eine ringförmige Nut bzw. Ringnut, die eine Innenwand defi­ niert, eine obere Oberfläche bzw. Oberseite und eine un­ tere Oberfläche bzw. Unterseite. Eine Ringanordnung ist innerhalb der Nut angeordnet und weist ein erstes Glied und ein zweites Glied auf. Das erste Glied besitzt beab­ standete Enden, die einen Spalt definieren. Das zweite Glied ist benachbart zum ersten Glied und liegt teilweise radial darüber und besitzt erste und zweite zusammenpas­ sende abgesetzte bzw. gestufte Enden, die beabstandet sind um einen diagonalgestuften Spalt bzw. einen Diago­ nalstufenspalt zu definieren. Federmittel sind zwischen der Innenwand und dem ersten Glied angeordnet, um das er­ ste Glied mit einer festgelegten Spannung vorzuspannen. Mittel zum Vorsehen einer Dichtung zwischen dem zweiten Glied und der Nut sind darin vorgesehen.

Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfin­ dung besitzt eine Ringanordnung ein erstes Glied und ein zweites Glied. Das erste Glied besitzt beabstandete En­ den, die einen Spalt definieren. Das zweite Glied ist be­ nachbart zum ersten Glied und liegt teilweise radial dar­ über und besitzt erste und zweite zusammenpassende ge­ stufte Enden, die beabstandet sind, um einen Diagonalstu­ fenspalt zu definieren. Federmittel sind benachbart zum ersten Glied angeordnet zum Vorspannen des ersten Glie­ des mit einer festgelegten Spannung.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Ringanord­ nung innerhalb einer Nut, die sowohl Spalten- als auch Seitendichtung vorsieht. Dies wird durchgeführt durch die Verwendung eines Diagonalstufenspaltteiles und von Mit­ teln zum Vorsehen einer Dichtung zwischen dem zweiten Glied und der Nut. Die vorliegende Erfindung setzt ein wirksames und einfaches Verfahren zum Dichten der Rin­ ganordnung innerhalb der Kolbennut ein.

Kurze Beschreibungen der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Ver­ brennungsmotors, der die vorliegende Erfindung verkör­ pert;

Fig. 2 ist eine Detailansicht des Gebietes, das durch die Linie 2-2 umfaßt wird;

Fig. 3 ist eine vergrößerte detaillierte Quer­ schnittsansicht einer Ringanordnung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine vergrößerte detaillierte Quer­ schnittsansicht der Ringanordnung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine vergrößerte detaillierte Quer­ schnittsansicht der Ringanordnung in einem vormontierten Zustand gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische De­ tailansicht des radial abgesetzten bzw. radialgestuften Endspaltes der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine vergrößerte perspektivische De­ tailansicht des diagonal gestuften Endspaltes der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 8 ist eine vergrößerte detaillierte Quer­ schnittsansicht der Ringanordnung gemäß eines vierten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ist eine vergrößerte perspektivische De­ tailansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 8, das die unterbrochenen Schlitze bzw. Unterbrechungsschlitze der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10 ist eine vergrößerte perspektivische De­ tailansicht der Unterbrechungsschlitze des Ausführungs­ beispiels der Fig. 3 der vorliegenden Erfindung, wie sie in einem früheren Stadium des Herstellungsprozesses er­ scheinen würden;

Fig. 11 ist eine vergrößerte perspektivische De­ tailansicht der Unterbrechungsschlitze des Ausführungs­ beispiels der Fig. 4 der vorliegenden Erfindung, wie sie in einem früheren Stadium des Herstellungsprozesses er­ scheinen würden;

Fig. 12 ist eine vergrößerte detaillierte Quer­ schnittsansicht der Ringanordnung gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 13 ist eine vergrößerte Detailquerschnittsan­ sicht der Ringanordnung gemäß eines sechsten Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Nun mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 weist ein Verbrennungsmotor 10 einen Zylinderblock 12 auf mit einer ringförmigen Bohrung 14 mit offenen Ende, die durch eine ringförmige Wand 15 an einem oberen Ende 16 definiert wird. Ein Kolben 28 ist hin und her beweglich innerhalb der Bohrung 14 in her­ kömmlicher Weise montiert. Ein Zylinderkopf 42 ist am oberen Ende 16 des Zylinderblocks 12 montiert, und zwar in schließender Beziehung zur Bohrung 14 benachbart zum Kolben 28. Eine Brennkammer 50 ist innerhalb der Bohrung 14 zwischen dem Zylinderkopf 42 und dem Kolben 28 gebil­ det.

Der Kolben 28 besitzt eine obere ringförmige Nut 60 nahe seiner Oberseite und eine untere ringförmige Nut bzw. Ringnut 64 weiter weg von der Oberseite. Die obere Nut 60 kann irgendeine geeignete Bauart von Kompressions- bzw. Druckring 68 enthalten. Die untere Ringnut 64 be­ sitzt eine Innenwand 76, eine obere Oberfläche bzw. Ober­ seite 80 und eine untere Oberfläche bzw. Unterseite 84 und weist eine Ölsteuerringanordnung 88 auf, die mit dem Kolben 28 eine Kolben und Ringanordnung 90 bildet. Die Ölsteuerringanordnung 88 weist ein Schienenglied 92 auf, das aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt ist, vorzugsweise Stahl, und weist eine Vielzahl von intermit­ tierenden Schlitzen bzw. Unterbrechungsschlitzen 93 auf, die darin definiert sind.

Die vergrößerte Schnittansicht der Fig. 3 veran­ schaulicht ein Ausführungsbeispiel der Ölsteuerringanord­ nung 88 gemäß der Erfindung. Das Schienenglied 92 weist einen Doppelschienenschabe- bzw. -abstreifring 94 auf, mit einem Innendurchmesser, der größer ist als der Außen­ durchmesser der unteren Nut 64, und zwar vor dem Einbrin­ gen bzw. dem Einbau darin. Der Schabering 94 besitzt er­ ste und zweite Schienenteile 100, 102. Die ersten und zweiten Schienenteile 100, 102 besitzen jeweils im We­ sentlichen planare bzw. ebene obere bzw. untere Oberflä­ chen (Ober- bzw. Unterseiten) 104, 105, 106, 107, die sich ineinander übergehend nach innen krümmen, um einen inneren ringförmigen Federnutteil 110 zu definieren. Der Schabering 94 ist gespalten, um einen Endspalt 96 zu de­ finieren, wie genauer in Fig. 6 zu sehen ist. Das Schie­ nenglied 92 weist auch eine U-förmige Komponente 114 auf, die erste und zweite Enden 116, 118 besitzt, und zwar je­ weils mit im Wesentlichen planaren oberen bzw. unteren Oberflächen (Ober- bzw. Unterseiten) 120, 121, 122, 123, die integral einen äußeren ringförmigen Nutteil 126 bil­ den. Die U-förmige Komponente 114 ist gespalten, um einen radial gestuften Endspalt 130 zu definieren, in dem die Enden in radialer Breite verringert sind, um einen Über­ lappungseffekt zu erzeugen, wie genauer in Fig. 6 zu se­ hen ist. Der radial gestufte Endspalt 130 besitzt erste und zweite Stufenoberflächen 131, 132. Die U-förmige Kom­ ponente 114 umfaßt im Wesentlichen umfangsmäßig den Scha­ bering 94 und liegt radial darüber, um einen ringförmigen Federhohlraum 134 zu definieren, der zwischen den inneren und äußeren Nutenteilen 110, 126 gebildet ist. Die Unter­ seite 121 des ersten Endes 116 ist nur an der Oberseite 104 des ersten Schienenteils 100 verbunden, und zwar durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie beispielsweise Schweißen oder irgendeinen physikalischen Bindungsprozeß, und zwar in einer Weise die sicherstellt, daß die End­ spalte 96, 130 voneinander versetzt angeordnet sind. Es sei bemerkt, daß die Schweißung oder der physikalische Bindungsprozeß nicht an den Endspalten 96, 130 des Scha­ berings 94 bzw. der U-förmigen Komponente 114 auftritt. Mittel 136, wie beispielsweise eine Preßpassung, werden verwendet um die U-förmige Komponente 114 gegen die Ober­ seite 80 der Nut 64 zu drücken, so daß eine Dichtung da­ zwischen entwickelt werden kann. Eine Schraubenfeder 138 ist innerhalb des ringförmigen Federhohlraums 134 ange­ ordnet und teilweise damit in Eingriff. Die Schraubenfe­ der 138 besitzt eine Nennfedersteifigkeit von ungefähr 3,8 N/mm. Die Unterbrechungsschlitze 93 sind innerhalb des Schaberings 94 und der U-förmigen Komponente 114 de­ finiert und bilden eine bandähnliche Konstruktion, die in Fig. 10 genauer zu sehen ist. Fig. 10 veranschaulicht, daß die Komponente 114 die bandähnliche Form besitzt be­ vor sie in eine U-Form im vorgesehenen Herstellungsprozeß umgeformt wird.

Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin­ dung sind in den Fig. 4 bis 5, 8 und 12 bis 13 ge­ zeigt. Es sei bemerkt, daß die gleichen Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, um ähnlich konstruierte Gegenelemente dieser Ausführungsbeispiele zu bezeichnen. Die Prinzipien und Techniken, die für das er­ ste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, können auf andere gezeigte Ausführungsbeispiele und jegliche Varia­ tionen davon angewandt werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Ölsteuerrin­ ganordnung 88 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Das Schie­ nenglied 92 ist eine einzelne integral ausgebildete Kom­ ponente 142, die Schabe- bzw. Abstreif- und Dichtungsend­ teile 146, 148 aufweist, jeweils mit im Wesentlichen planaren oberen bzw. unteren Oberflächen (Ober- bzw. Un­ terseite) 152, 154, 156, 158, die an jeweiligen Enden 160, 161 enden. Die Oberseite 152 des Schabeteils 146 ist mit der Unterseite 158 des Dichtteils 148 durch irgend­ welche geeignete Mittel verbunden, wie beispielsweise Schweißen oder physikalische Bindung, und zwar in einer Weise, die sicherstellt, daß die Endspalte 96, 130 von­ einander versetzt angeordnet sind. Es sei bemerkt, daß die Schweißung oder der physikalische Bindungsprozeß nicht an den Endspalten 96, 130 des Schabeteils 146 bzw. des Dichtteils 148 auftritt. Die Schabe- und Dichtteile 146, 148 sind so verbunden, daß darin ein geschlossener ringförmiger Federhohlraum 162 gebildet wird. Die Schrau­ benfeder 138 ist innerhalb des ringförmigen Federhohl­ raums 162 angeordnet. Die Druckmittel 136 werden durch die Federkraft und ihre Gegenkraft entwickelt, so daß der Dichtteil 148 gegen die Oberseite 80 der Nut 64 gedrückt wird, wobei eine Dichtung dazwischen aufgebaut wird. Die Unterbrechungsschlitze 93 sind ähnlich denen, die im Aus­ führungsbeispiel der Fig. 3 beschrieben sind, wie genau­ er in Fig. 11 zu sehen ist, wobei das Schienenglied 92 eine bandähnliche Form in einem früheren Herstellstadium besitzt, und zwar bevor es in die in Fig. 4 gezeigte Form umgeformt wird. Jedoch sind die Enden 160, 161, die die Endspalte 96, 130 in einem späteren Herstellstadium bilden, in einem anderen Winkel als 90 Grad geschnitten, so daß die Spaltenden für den unteren Schabe- und den oberen Dichtteil 146, 148 axial nicht ausgerichtet sein werden, wenn die in Fig. 4 gezeigte Form erhalten wird.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Ölsteuerrin­ ganordnung 88 ist in Fig. 5 gezeigt. Das Schienenglied 92 weist einen einzigen Schienenteil 166 auf, der eine Hakenquerschnittsform besitzt mit einem vorstehenden ringförmigen Ende 167. Das vorstehende Ende 167 besitzt eine Oberseite 168 und eine Unterseite 170. Ein ringför­ miger Federhohlraum 174 ist auf einem inneren Mittelteil 178 des Schienenteils 166 definiert, wobei die Schrauben­ feder 138 benachbart dazu und darin angeordnet ist. Die Druckmittel 136 sind ähnlich dem in Fig. 4 beschriebenen Verfahren entwickelt, so daß der Stufenspaltring 180 ge­ gen die Oberseite 80 der Nut 64 gedrückt wird, wobei eine Dichtung dazwischen aufgebaut wird. Der Schienenteil 166 ist gespalten, so daß der Endspalt 96 daran gebildet wird. Das Schienenglied 92 weist einen ringförmigen Stu­ fenspaltring 180 auf, der eine obere und untere ringför­ mige Oberfläche 181, 182 besitzt, und gespalten ist, so daß der radial gestufte Endspalt 130 daran gebildet wird. Der Spaltring 180 ist mit der Oberseite 168 des vorste­ henden Endes 167 durch irgendwelche geeigneten Mittel verbunden, wie beispielsweise Schweißen oder physikali­ sche Bindung, und zwar in einer Weise, die sicherstellt, daß die Endspalte 96, 130 voneinander versetzt angeordnet sind. Es sei bemerkt, daß die Schweißung oder der physi­ kalische Bindungsprozeß nicht an den Endenspalten 96, 130 des Schienenteils 166 bzw. des Spaltrings 180 auftritt. Die Vielzahl von Unterbrechungsschlitzen 93 ist um einen unteren Abschnitt 183 des Schienenteils 166 gebildet, um eine Vielzahl von Fingern 184 zu definieren, und zwar ähnlich denen, die genauer in Fig. 9 zu sehen sind.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Ölsteuerring­ anordnung 88 ist in Fig. 8 gezeigt. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist ein einziger Schienenteil 186 integral ausgeformt mit einem Stufenspaltteil 188, und zwar ähn­ lich dem in Fig. 7 gezeigten. Der einzelne Schienenteil 186 besitzt eine Hakenquerschnittsform mit einem vorste­ henden ringförmigen Ende 190 und einem unteren Schwanz bzw. Endteil 192. Ein ringförmiger Federhohlraum 194 ist auf einem Mittelabschnitt 196 des einzelnen Schienenteils 186 definiert, wobei die Schraubenfeder 138 dazu benach­ bart und darin angeordnet ist. Mittel 197 sind eingerich­ tet zum Vorsehen einer Dichtung zwischen dem Stufenspalt­ teil 188 und der Oberseite 80 der Nut 64. Die verwendeten Vorsehungsmittel 198 können Druckmittel 136 sein, und zwar ähnlich dem in den Fig. 4 und 5 beschriebenen Verfahren. Ein Diagonalstufenspalt 199 ist innerhalb des Stufenspaltteils 188 und des einzelnen Schienenteils 186 definiert. Und die Vielzahl von Unterbrechungsschlitzen 93 ist um den unteren Schwanz bzw. den Endteil 192 herum definiert, wie genauer in Fig. 9 zu sehen ist.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Ölsteuerring­ anordnung 88 ist in Fig. 12 veranschaulicht. Die Ring­ anordnung 88 besitzt ein erstes Glied 200 mit einer Ha­ kenquerschnittsform mit dem vorstehenden ringförmigen En­ de 167. Ein ringförmiger Federhohlraum 201 ist an einem inneren Mittelteil 202 des ersten Gliedes 198 definiert, wobei die Schraubenfeder 138 dazu benachbart und darin angeordnet ist. Die Vorsehungsmittel 198 werden ähnlich dem in den Fig. 4 bis 5 und 8 beschriebenen Verfahren verwendet, so daß eine Dichtung zwischen dem zweiten Glied 204 und der Oberseite 80 der Nut 64 entwickelt wird. Das erste Glied 200 ist gespalten, um den Endspalt 96 zu definieren. Ein zweites Glied 204 ist gespalten, um den diagonal gestuften Endspalt 199 zu definieren. Das zweite Glied 204 besitzt Enden 208, 210, die teilweise in radialer und axialer Breite verringert sind, um einen Überlappungseffekt zu erzeugen, wie genauer in Fig. 7 zu sehen ist. Die Vielzahl von Unterbrechungsschlitzen 93 sind um das erste Glied 200 herum definiert, und zwar ähnlich dem, das im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 be­ schrieben wurde. Es sollte verständlich sein, daß die er­ sten und zweiten Glieder 200, 204 integral ausgebildet sein können und immer noch den diagonal gestuften End­ spalt 199 definieren, so daß der Endspalt 96 eliminiert werden könnte ohne den Umfang der Erfindung zu verändern. Mittel 212 können vorgesehen werden zum Aufrechterhalten der Nicht- bzw. Fehl-Ausrichtung zwischen dem Endspalt 96 und dem Diagonalstufenspalt 199. Die Nicht-Ausrichtungs­ mittel 212 können einen Ausrichtungsdrahtring 214 aufwei­ sen, der ein aufgebogenes bzw. aufgestelltes Ende 216 be­ sitzt, das verschraubbar an der Schraubenfeder 138 ange­ bracht ist. Das aufgestellte Ende 216 des Ausrichtungs­ drahtrings 214 ist langgestreckt, um sich durch einen Teil der Schraubenfeder 138 zu erstrecken und innerhalb eines Teils des Diagonalstufenspaltes 199 zu enden.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Ölsteuerring­ anordnung 88 ist in Fig. 13 veranschaulicht. Die untere Nut 64 ist gestuft, um einen Oberteil 218 mit einer Bo­ denwand aufzuweisen, die einen oberen Sitz 220 und einen unteren Teil 222 definiert, und zwar mit einer Bodenwand, die einen unteren Sitz 224 definiert. Der untere Teil 222 besitzt eine radiale Tiefe, die geringer ist als die ra­ diale Tiefe des oberen Teils 218. Die Ringanordnung 88 weist ein Doppelschienenschaberingglied 226 auf, und zwar mit einem Vorderendteil 228, der zum Zylinderblock 12 hinweist, mit einem Hinterendteil 232, der zur unteren Nut 64 weist, und mit einer oberen Oberfläche bzw. Ober­ seite 234. Der Schabe- bzw. Abstreifring 226 sitzt gegen den unteren Sitz 224 und definiert einen ringförmigen Fe­ derhohlraum 236, in dem die Schraubenfeder 138 angeordnet ist. Die Vorsehungsmittel 198 sind so eingerichtet, daß eine Dichtung zwischen dem Stufenringglied 244 und dem oberen Sitz 220 der Nut 64 und der Oberseite 234 des Schaberings 226 entwickelt wird. Die Oberseite 234 des Schaberings 226 ist im Wesentlichen koplanar bzw. in ei­ ner Ebene mit der Oberfläche des oberen Sitzes 220. Der Schabering 226 ist gespalten, um den Endspalt 96 zu defi­ nieren. Eine Bohrung 240 ist innerhalb des Schaberings 226 definiert, die sich vom Vorderendteil 228 zum Hinte­ rendteil 232 erstreckt, so daß ein erster Durchlaß 242 zwischen der Zylinderbohrung 14 und der unteren Nut 64 erzeugt wird. Ein Stufenringglied 244 ist gespalten, um den diagonal gestuften Endspalt 199 zu definieren, wie genau in Fig. 7 zu sehen ist. Das Stufenringglied 244 besitzt ein unteres Gebiet 246, das gegen den oberen Sitz 220 sitzt, so daß der Stufenring 244 gegen die und be­ nachbart zur Oberseite 234 des Schaberings 226 sitzt. Das Stufenringglied 244 kann gegen den oberen Sitz 220 sit­ zen, und zwar in einer Weise, die gestattet, daß der End­ spalt 96 und der Diagonalstufenspalt 199 voneinander ver­ setzt angeordnet sind. Jedoch sei bemerkt, daß die Ver­ setzung wahlweise ist. Ein zweiter Durchlaß 250 ist in­ nerhalb des Kolbens 28 definiert, der sich von der unte­ ren Nut 64 erstreckt und innerhalb eines inneren Ablauf­ hohlraums 254 endet. Die Nicht-Ausrichtungsmittel 212 er­ strecken sich durch einen Teil der Schraubenfeder 138 und enden innerhalb des oberen Teils 218 der unteren Nut 64, und zwar benachbart zu einem Teil des Diagonalstufenspal­ tes 199.

Industrielle Anwendbarkeit

Bei der Verwendung in einem Verbrennungsmotor 10 sieht die Ölsteuerringanordnung 88 sowohl Seiten- als auch Spaltdichtung vor. Zum Zwecke der Verdeutlichung be­ zieht sich Seitendichtung auf die Fähigkeit, Schmieröl, das innerhalb der unteren Nut gelegen ist, davon abzuhal­ ten, in die Brennkammer um die Oberseite der Ölsteuer­ ringanordnung 88 herum einzutreten. Spaltdichtung bezieht sich auf die Fähigkeit, innerhalb der Zylinderbohrung 14 gelegenes Schmieröl davon abzuhalten, durch den Endspalt 96 und in die Brennkammer zu entweichen. Dies tritt ins­ besondere auf, wenn Trägheitskräfte, die dazu tendieren, Öl zur Brennkammer hin zu bewegen, hoch sind, wie bei­ spielsweise während der oberen Hälfte des Weges des Kol­ bens 28 zum und weg vom Punkt, der einem Minimalbrennkam­ mervolumen entspricht. Insbesondere verwenden alle heuti­ gen Dieselmotoren Kolbenringkonstruktionen, die drei oder mehr Ringe aufweisen. Wie in Fig. 2 enthalten, wäre es vorzuziehen, eine annehmbare Gas- und Öldichtung mit nur zwei Ringen, einem kompressions- oder gasdichtenden ge­ stuften Oberring und einem öldichtenden Schabering, zu erreichen.

Insbesondere mit Bezug auf die Fig. 3, 6 und 10 wird die Ölsteuerringanordnung 88 in die untere Nut 64 eingebracht, und zwar durch Zusammendrücken des ersten Endes 116 der U-förmigen Komponente 114 zur Unterseite 107 des zweiten Schienenteils 102 hin. Die Schraubenfeder 138 ist innerhalb der Ölsteuerringanordnung 88 einge­ schlossen, so daß Montageschwierigkeiten, die normaler­ weise bei Ölsteuerfedern angetroffen werden, im Wesentli­ chen eliminiert werden können. Aufgrund der Preßpassung innerhalb der unteren Nut 64 sieht die Ölsteuerringanord­ nung 88 eine substanzielle bzw. beträchtliche bzw. feste Seitendichtung am Oberteil der Nut 64 vor, während sie auch die Ölsteuerringanordnung 88 innerhalb der Nut 64 steuert bzw. ausrichtet. Eine Spaltdichtung wird durchge­ führt aufgrund der Beziehung zwischen dem Endspalt 96 auf dem Schabering 94 und dem Radialstufenspalt 130 an der U-förmigen Komponente 114. Weil der Radialstufenspalt 130 auf der U-förmigen Komponente 114 von dem Endspalt 96 auf dem Schabering 94 versetzt angeordnet ist, blockiert die Unterseite 123 des zweiten Endes 118 den Fluß von Schmieröl durch den Endspalt 96. Die ersten und zweiten Stufenoberflächen 131, 132 besitzen im Wesentlichen kein Spiel dazwischen, wodurch eine Barriere gebildet wird, die weiter Schmieröl davon abhält, in die Brennkammer 50 durch den Stufenspalt 130 einzutreten.

Die Steuerfähigkeit der U-förmigen Komponente 114 gestattet es, daß der Schabering 94 radial enger und leichter verformbar ist als heutige Konstruktionen. Heu­ tige Konstruktionen müssen radial breit genug sein, um teilweise mit der Kolbennut in Eingriff zu stehen, und zwar vor dem Zusammendrücken zur Installation des Kolbens im Zylinder. Der radial engere Schabering 94 minimiert die Empfindlichkeit auf Bohrungsverwerfung bzw. Bohrungs­ distorsion, während er immer noch adäquate Schabe- bzw. Abstreiffähigkeiten vorsieht. Zusätzlich verstärken die intermittierenden Schlitze bzw. Unterbrechungsschlitze 93 weiter die Verformbarkeit der Ölsteuerringanordnung 88. Es sei bemerkt, daß um die ordnungsgemäße Dichtung wäh­ rend des Betriebes zu erhalten bestelle Maße für die Ver­ formbarkeit und Steifigkeit bestimmt werden müssen.

Insbesondere mit Bezug auf die Fig. 4 bis 6 und 9 bis 10 wird die Ölsteuerringanordnung 88 in herkömmlicher Weise in die untere Nut 64 eingebracht, wie beispielswei­ se durch die Verwendung eines Druckwerkzeugs. In Fig. 4 übt die Schraubenfeder 138 mit anliegenden Enden um einen Kreis zu bilden eine Radialkraft nach außen von ihrer Mitte aus, die die integral ausgebildete Komponente 136 gegen die Wand der Zylinderbohrung 14 drückt. Der Radial­ kraft von der Schraubenfeder 138 wird von der Wand der Zylinderbohrung 14 entgegengewirkt, und zwar am Schabe­ teil 146, der axial versetzt ist vom Punkt der Aufbrin­ gung der Federkraft (durch einen Pfeil in Fig. 4 ange­ zeigt), was bewirkt, daß sich die Ölsteuerringanordnung 88 innerhalb der Nut 64 verdreht. Der Dichtteil 148 wird gegen die Oberseiten 80 der Nut 64 gedrückt und die ge­ genüberliegende Ecke wird gegen die Unterseite 84 der Nut 64 gedrückt, und zwar durch das Verdrehmoment, wobei eine Seitendichtung zwischen der Ölsteuerringanordnung 88 und der Oberseite 80 der Nut 64 vorgesehen wird.

In Fig. 5 übt die Schraubenfeder 138 eine Radial­ kraft von ihrer Mitte nach außen aus, die den einzelnen Schienenteil 166 gegen die Wand der Zylinderbohrung 14 drückt. Der Radialkraft von der Schraubenfeder 138 wird entgegengewirkt durch die Wand der Zylinderbohrung 14, und zwar am vorstehenden Ende 167, das axial vom Punkt der Aufbringung der Federkraft (durch einen Pfeil in Fig. 5 angezeigt) versetzt ist, was bewirkt, daß die Öl­ steuerringanordnung 88 sich innerhalb der Nut 64 ver­ dreht. Der Stufenspaltring 180 wird gegen die Oberseite 80 der Nut 64 gedrückt und die Unterseite 170 des Schienenteils 166 wird gegen die Unterseite 84 der Nut 64 gedrückt. Das Verdrehmoment sieht eine Seitendichtung zwischen der Ölsteuerringanordnung 88 und der Oberseite 84 der Nut 64 vor.

Die Spaltdichtung für die in den Fig. 4 und 5 ge­ zeigten Ausführungsbeispiele wird ähnlich dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 3 erhalten. Die Unterbrechungs­ schlitze 93 sehen Mittel vor, um die Torsions- und Ra­ dialsteifigkeit zu verringern, was die Fähigkeit der Öl­ steuerringanordnung 88 sich zu verformen erhöht, wodurch die Empfindlichkeit auf Bohrungsverwerfung minimiert wird.

Insbesondere mit Bezug auf die Fig. 8 bis 9 und 12 wird die Ölsteuerringanordnung 88 in herkömmlicher Weise in die untere Nut 64 eingebracht, wie beispielswei­ se durch die Verwendung eines Druckwerkzeugs. Die Seiten­ dichtung wird durch das Verdrehmoment erhalten, und zwar ähnlich den Ausführungsbeispielen in den Fig. 4 und 5. Jedoch wird in Fig. 12 das zweite Glied 204 gegen die Oberseite 80 der Nut 64 gedrückt und die Unterseite des ersten Gliedes 198 wird gegen die Unterseite 84 der Nut 64 gedrückt, um die Seitendichtung zu erzeugen. Die Spaltdichtung wird durch die Verwendung eines Diago­ nalstufenspaltes 199 gehalten. Die Enden 208, 210 des Diagonalstufenspaltes 199 besitzen im Wesentlichen kein Spiel dazwischen. Daher bilden, wenn Schmieröl durch den Endspalt 96 hindurchgeht, die Enden 208, 210 eine Barrie­ re, die Schmieröl davon abhält, in die Brennkammer 50 einzutreten. Der Diagonalstufenspalt 199 und der Endspalt 96 müssen nicht notwendigerweise zueinander versetzt an­ geordnet sein, wie bei den oben beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen, denn der Spielraum innerhalb des Diago­ nalstufenspaltes 199 ist ausreichend begrenzt, um das Öl vom Eintreten abzuhalten. Jedoch wenn die Versetzung ver­ wendet wird, kann der Ausrichtungsdrahtring 214 verwendet werden, um die Relativposition zwischen dem ersten bzw. zweiten Glied 200, 204 aufrecht zu erhalten. Der Ausrich­ tungsdrahtring 214 erstreckt sich durch einen Teil des Stufenspaltes 199 und darf nicht den Spielraum stören. In Fig. 8 werden die Seitendichtung und die Spaltdichtung in der selben Weise erreicht, wie im in Fig. 12 gezeig­ ten Ausführungsbeispiel, außer daß beide Dichtungsmerkma­ le in einer einzigen Komponente verkörpert werden, wäh­ rend in Fig. 12 das Spaltdichtungsmerkmal in einer sepa­ raten Komponente verkörpert wird.

Insbesondere mit Bezug auf Fig. 13 wird das Doppel­ schienenschaberingglied 226 und das Stufenringglied 244 in den unteren bzw. oberen Teil 222, 218 der unteren Nut 64 eingesetzt, und zwar in herkömmlicher Weise, wie bei­ spielsweise durch ein Druckwerkzeug. Immer wenn ein star­ ker Gasdruck oberhalb des Stufenringgliedes 244 auftritt, sitzt der Ring 244 gegen den oberen Sitz 220 in der unte­ ren Nut 64, so daß eine Dichtung dazwischen entwickelt wird. Die Spaltdichtung wird durch die Verwendung eines Diagonalstufenspaltes 199 erhalten, ähnlich dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Es ist verständlich, daß übermäßiges Vorbeiblasen bzw. übermäßige Zylinderluft unter bestimmten Betriebszu­ ständen überladene Viertaktverbrennungsmotoren zur Folge haben kann, auch wenn ein gestufter Spaltoberring in ei­ ner ansonsten herkömmlichen Zweiringkonstruktion verwen­ det wird. Das Potential für starkes Vorbeiblasen kann bei weitem die Seitendichtungsvorspannkräfte überwinden, die Teil der ersten fünf hierin beschriebenen Ausführungsbei­ spiele sind. Während das sechste in Fig. 13 gezeigte Ausführungsbeispiel keine eingebaute Dichtungsvorspann­ kraft aufweist, besitzt es den zusätzlichen oberen Sitz 220 in der Nut 64, der eine Dichtung mit dem oberen Ring 244 bildet, und zwar immer wenn ein starker Druck ober­ halb des Ringes 244 auftritt.

Es sei auch bemerkt, daß das Vorsehen einer ausrei­ chenden Vorspannkraft um eine kontinuierliche Seitendich­ tung unter allem Betriebszuständen aufrecht zu erhalten sowohl unpraktisch als auch unnötig sein kann. Beispiels­ weise würden bei hoher Drehgeschwindigkeit und starker Belastung in super-aufgeladenen Motoren, die Schabeschie­ nenreibung, Trägheitskräfte und der Gasdruck oberhalb der Ölsteuerringanordnung 88 alle dahingehend wirken, daß die Ringanordnung 88 vom Oberteil der Nut 64 während jeder Umdrehung abhebt, und zwar genau dann wenn der Kolben 28 den unteren Totpunkt überschritten hat und beginnt, sich in Richtung des Minimalbrennkammervolumens zu bewegen. Eine Vorspannkraft, die ausreicht, um die Ringanordnung 88 gegen den Oberteil der Nut 64 zu halten, kann unter dieser Bedingung genug Reibung zwischen der Ringanordnung 88 und der Nut 64 erzeugen, um signifikant die Ringscha­ bekraft zu verändern, wenn der Kolben 28 sich in der Zy­ linderbohrung 14 ansprechend auf sekundäre dynamische Kräfte seitlich bewegt. Es sollte nicht nötig sein, eine Seitendichtung in diesem Bereich des Kolbenweges aufrecht zu erhalten, da jegliches Öl, das in der Nut 64 ist, auch einer hohen Trägheitskraft plus einer Gasflußkraft unterworfen ist, und zwar in einer Richtung weg von der Brennkammer 50 und zum Kurbelgehäuse hin. Die Vorspann­ kraft jedoch sollte ausreichend sein, um eine Seitendich­ tung aufrecht zu erhalten wenn der Kolben 28 sich nahe der Position nähert, die einen Minimalbrennkammervolumen entspricht, wenn die Trägheit das Öl zwingen würde, zur Brennkammer 50 hin zu fließen.

Im Hinblick auf das Obige ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung Mittel vorsieht, um gleichzei­ tige Spalt- und Seitendichtung mit einer Ölsteuerring­ anordnung innerhalb einer Kolbennut einzurichten. Die vorliegende Erfindung verwendet einen getrennten Schabe- und Stufenspaltteil. Der Stufenspaltteil ist dabei entwe­ der ein radialer oder diagonaler Stufenspalt. Der Ra­ dialstufenspaltteil ist zum Schabeendspalt nicht ausge­ richtet um eine Spaltdichtung vorzusehen, während der Diagonalstufenspalt eine Spaltdichtung ohne Nicht- bzw. Fehl-Ausrichtung vorsieht. Die Seitendichtung wird durch­ geführt durch das Einrichten einer gedrückten bzw. zusam­ mengepreßten Dichtung zwischen der Ölsteuerringanordnung und der Kolbennut.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Die Ausführung und Konstruktion von früheren Ölsteu­ erringanordnungen, die innerhalb einer Nut eines Kolbens verwendet werden, erfordern eine Vielzahl von komplexen Komponenten um die Ringanordnungen sowohl seiten- als auch spaltzudichten. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Probleme durch das Vorsehen einer Ölsteuerrin­ ganordnung, die innerhalb einer Nut mit einer Oberseite angeordnet ist. Die Ringanordnung besitzt ein Schie­ nenglied mit einem ersten Teil. Der erste Teil besitzt beabstandet Enden die einen Spalt definieren. Ein zweiter Teil liegt radial darüber und ist mit dem erste Teil ver­ bunden. Der zweite Teil besitzt erste und zweite zusam­ menpassende gestufte Enden, die beabstandet sind, um ei­ nen Stufenspalt zu definieren. Der Stufenspalt ist vom Spalt am ersten Teil versetzt. Das Versetztsein des Stu­ fenspaltes sieht ein wirksames Verfahren zur Spaltdich­ tung vor, so daß Schmierströmungsmittel, das durch den Endspalt hindurchgeht, davon abgehalten wird, in die Nut einzutreten. Der zweite Teil wird gegen die Oberseite der Nut gedrückt, so daß eine wirksame Seitendichtung erhal­ ten wird. Dies resultiert in einer vereinfachten Ölsteu­ erringanordnung mit der Fähigkeit gleichzeitige Seiten- und Spaltdichtung vorzusehen.

Claims (13)

1. Kolben und Ringanordnung geeignet zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung und eine Zylinderwand definiert, wo­ bei die Anordnung folgendes aufweist:
einen Kolben, der zur hin und her Bewegung in der Zylinderbohrung montiert ist, und eine ringförmige Nut bzw. Ringnut besitzt, die eine Innenwand, eine Oberseite und eine Unterseite definiert;
eine Ringanordnung, die innerhalb der Nut angeordnet ist, und ein erstes Glied und ein zweites Glied aufweist, wobei das erste Glied beabstandete Enden besitzt, die ei­ nen Spalt definieren, und wobei das zweite Glied benach­ bart zum ersten Glied liegt und teilweise radial darüber liegt und erste und zweite zusammenpassende gestufte bzw. abgesetzte Enden besitzt, die beabstandet sind, um einen Diagonalstufenspalt zu definieren;
Federmittel, die zwischen der inneren Wand und dem ersten Glied angeordnet sind, um das erste Glied mit ei­ ner festgelegten Spannung vorzuspannen; und
Mittel zum Vorsehen einer Dichtung zwischen dem zweiten Glied und der Nut.

2. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 1, wobei folgendes vorgesehen ist: Daß der Stufenspalt vom Spalt am ersten Glied versetzt angeordnet ist, und Mittel zum Aufrechterhalten der Nicht-Ausrichtung zwischen dem Stu­ fenspalt und dem Spalt am ersten Glied.

3. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 2, wobei die Haltemittel einen Ausrichtungsdraht aufweisen, der innerhalb der Federmittel angeordnet ist und sich dadurch erstreckt und zwar zum zweiten Glied hin, und im Stufen­ spalt endend.

4. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 1, wobei die Dichtmittel die Federmittel aufweisen, die eine nach außen gerichtete Radialkraft gegen das erste Glied aus­ üben, und zwar an einer speziellen axialen Stelle, wo­ durch eine entgegengesetzte nach innen gerichtete Radial­ kraft von der Zylinderwand gegen das erste Glied einge­ führt bzw. aufgebracht wird, und zwar an einer festgeleg­ ten axialen Stelle, die anders ist als die axiale Stelle der nach außen gerichteten Radialkraft, um ein Reaktions­ moment gegen die Ringanordnung von der Ober- und der Un­ terseite der Nut zu erzeugen.

5. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 4, wobei das erste Glied eine Hakenquerschnittsform besitzt, die eine ringförmige Nut definiert, wobei die Federmittel darin angeordnet sind.

6. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 1, wobei die Nut eine Stufennut ist, die einen ersten Teil defi­ niert und einen zweiten Teil, wobei jeder eine vorbe­ stimmte Tiefe hat, wobei das erste Glied innerhalb des ersten Teils der Nut angeordnet ist, und wobei das zweite Glied innerhalb des zweiten Teils der Nut angeordnet ist, wobei die vorbestimmte Tiefe des ersten Teils geringer ist als die vorbestimmte Tiefe des zweiten Teils.

7. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 6, wobei der zweite Teil der Nut eine Bodenwand besitzt und das zweite Glied einen unteren Bereich besitzt, wobei die Dichtmittel den unteren Bereich des zweiten Gliedes auf­ weisen, der teilweise gegen die Bodenwand sitzt.

8. Kolben und Ringanordnungen nach Anspruch 7, wobei der Kolben einen Durchlaß darin definiert, der den ersten Teil der Nut und den Zylinderblock miteinander verbindet.

9. Ringanordnung die folgendes aufweist:
Ein erstes Glied und ein zweites Glied, wobei das erste Glied beabstandete Enden besitzt, die einen Spalt definieren, und wobei das zweite Glied benachbart zum er­ sten Glied ist und teilweise radial darüber liegt, und erste und zweite zusammenpassende gestuft Enden besitzt, die beabstandet sind, um einen Diagonalstufenspalt zu de­ finieren; und
Federmittel, die zum ersten Glied benachbart sind, zum Vorspannen des ersten Gliedes mit einer bestimmten Spannung.

10. Ringanordnung nach Anspruch 9, die folgendes vorsieht: Daß der Stufenspalt vom Spalt am ersten Glied versetzt ist, und Mittel zum Aufrechterhalten der Nicht- Ausrichtung zwischen dein Stufenspalt und dem Spalt am er­ sten Glied.

11. Ringanordnung nach Anspruch 10, wobei das erste Glied eine Hakenquerschnittsform besitzt, die eine ring­ förmige Nut definiert, wobei die Federmittel darin ange­ ordnet sind.

12. Ringanordnung nach Anspruch 10, wobei die Halte­ mittel einen Ausrichtungsdraht aufweisen, der innerhalb der Federmittel angeordnet ist und sich nach oben zum zweiten Glied hin erstreckt und innerhalb des Stufenspal­ tes endet.

13. Kolben und Ringanordnung geeignet zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock, der eine Zylinderbohrung und eine Zylinderwand definiert, wo­ bei die Anordnung folgendes aufweist:
einen Kolben, der zur hin und her Bewegung in der Zylinderbohrung montiert ist, und mit einer ringförmigen Nut, die eine Innenwand, eine Oberseite und eine Unter­ seite definiert;
eine Ringanordnung, die innerhalb der Nut angeordnet ist, und einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf­ weist, wobei der erste Teil beabstandete Enden besitzt, die einen Spalt definieren, und wobei der zweite Teil in­ tegral mit dem ersten Teil ist und teilweise radial darü­ berliegt und erste und zweite zusammenpassende gestufte Enden besitzt, die beabstandet sind, um einen Diago­ nalstufenspalt zu definieren;
Federmittel, die zwischen der Innenwand und dem er­ sten Teil angeordnet sind, um die Ringanordnung mit einer vorbestimmten Spannung vorzuspannen; und
Mittel zum Vorsehen einer Dichtung zwischen dem zweiten Teil und der Nut.