(57)【要約】  内燃機関のシリンダ（Ｃ）内において往復運動するピストン（Ｐ）の個々の溝（１０）の側壁の間に取り付けられる、内燃機関のためのオイルコントロールリングが、該オイルコントロールリングが、２つのリングセグメント（２０）と、該２つのリングセグメント（２０）の間に配置された環状のエキスパンダ（３０）とを、前記２つのリングセグメントを半径方向でシリンダ（Ｃ）に対して、かつ軸方向で溝（１０）の隣接する側壁（１１）に対して押し付けるために有しており、前記エキスパンダ（３０）が、それぞれのリングセグメント（２０）のための着座平面を規定する支持ボディ（３１）を有しており、さらに、エキスパンダ（３０）の支持ボディ（３１）から軸方向に、リングセグメント（２０）の着座平面のうちの少なくとも１つの着座平面を越えて突出した、少なくとも１つのエキスパンダ部分（４０）が設けられており、リングセグメント（２０）のうちの少なくとも１つのリングセグメントに設けられた、エキスパンダ（３０）に対して前記リングセグメント（２０）を回転方向でロックするために、個々のリングセグメント（２０）の厚さに含まれるようにかつ少なくとも１つのエキスパンダ部分（４０）と干渉するように寸法決めされた、少なくとも１つの表面凹凸（５０）が設けられている。
2009501872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ（Ｃ）内において往復運動するピストン（Ｐ）の個々の溝（１０）の側壁の間に取り付けられる、内燃機関のためのオイルコントロールリングであって、該オイルコントロールリングが、２つのリングセグメント（２０）と、該２つのリングセグメント（２０）の間に配置された環状のエキスパンダ（３０）とを、前記２つのリングセグメントを半径方向でシリンダ（Ｃ）に対して、かつ軸方向で溝（１０）の隣接する側壁（１１）に対して押し付けるために有しており、前記エキスパンダ（３０）が、それぞれのリングセグメント（２０）のための着座平面を規定する支持ボディ（３１）を有している形式のものにおいて、
エキスパンダ（３０）の支持ボディ（３１）から軸方向に、リングセグメント（２０）の着座平面のうちの少なくとも１つの着座平面を越えて突出した、少なくとも１つのエキスパンダ部分（４０）が設けられており、
リングセグメント（２０）のうちの少なくとも１つのリングセグメントに設けられた、エキスパンダ（３０）に対して前記リングセグメント（２０）を回転方向でロックするために、個々のリングセグメント（２０）の厚さに含まれるようにかつ少なくとも１つのエキスパンダ部分（４０）と干渉するように寸法決めされた、少なくとも１つの表面凹凸（５０）が設けられていることを特徴とする、オイルコントロールリング。
【請求項２】
エキスパンダ部分（４０）が、エキスパンダ（３０）の支持ボディ（３１）に一体的に形成されている、請求項１記載のオイルコントロールリング。
【請求項３】
リングセグメント（２０）に、表面凹凸（５０）が一体的に形成されている、請求項１記載のオイルコントロールリング。
【請求項４】
それぞれのリングセグメント（２０）が、個々の半径方向内側のエッジを有しており、エキスパンダ部分（４０）が、少なくとも１つのリングセグメント（２０）の半径方向内側のエッジに対して着座させられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のオイルコントロールリング。
【請求項５】
リングセグメント（２０）が、該リングセグメント（２０）の半径方向内側のエッジに設けられた半径方向突出部（２４）によって形成された表面凹凸（５０）を有する、請求項４記載のオイルコントロールリング。
【請求項６】
エキスパンダ部分（４０）が、個々のリングセグメント（２０）を半径方向でシリンダ（Ｃ）に対して押し付けるエキスパンダ支持部（３４）を形成している、請求項５記載のオイルコントロールリング。
【請求項７】
半径方向突出部（２４）が、凸状のエッジを有している、請求項５記載のオイルコントロールリング。
【請求項８】
半径方向突出部（２４）が、スタンピング又はパンチングのプロセスのうちの１つによって形成される、請求項７記載のオイルコントロールリング。
【請求項９】
エキスパンダ（３０）が２つの端部（３２）を有しており、エキスパンダ部分（４０）が、エキスパンダ（２０）の端部（３２）のうちの１つから突出している、請求項１又は２記載のオイルコントロールリング。
【請求項１０】
リングセグメント（２０）が、個々のエキスパンダ部分（４０）を収容しかつ該エキスパンダ部分に係合するために設けられた軸方向下降部分によって形成された表面凹凸（５０）を有している、請求項１又は９記載のオイルコントロールリング。
【請求項１１】
軸方向下降部分が、リングセグメント（２０）の厚さに設けられた、エキスパンダ（３０）に向かって開放した軸方向凹所（２５）によって形成されている、請求項１０記載のオイルコントロールリング。
【請求項１２】
軸方向下降部分が、個々のリングセグメント（２０）の半径方向厚さにおける窓（２６）の形式を取っている、請求項１０記載のオイルコントロールリング。
【請求項１３】
軸方向下降部分が、個々のリングセグメント（２０）の半径方向突出部（２４）の半径方向厚さに設けられている、請求項１０記載のオイルコントロールリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンにおけるオイル流を制御するためのリング構成に関し、前記リングは、複数の部品から形成されたタイプのものであり、拡張手段とリングセグメントとを有する。
【０００２】
発明の背景
高回転エンジンの使用及び内燃機関における加圧潤滑システムの導入は、シリンダ壁部に対してコネクティングロッドによって投与される大量のオイルを制御するために、特定のリング又はオイル流制御リングの使用を必要とする。オイル流制御リングはその外面において、シリンダ壁と接触する２つの面を有しており、これらの面は、オイル流排出のための半径方向スロットを含むチャネルによって分離されている。
【０００３】
オイル流制御リングは、２つの主要な機能的特徴、すなわち常にリングとシリンダとの間に油膜を維持するために、シリンダ壁部からエンジンクランクケースに向かってオイルを掻き取り、圧縮リングのために十分な量のオイルを維持すること、を有していなければならない。幾つかの公知の構成において、オイルコントロールリングは、拡張エレメントと、拡張エレメントによって互いから分離された１対の平行なリングセグメントとから形成されており、拡張エレメントは、シリンダ壁部に対して作用する前記リングセグメントを維持する。
【０００４】
リングの力の合計は、リングセグメントの力に、シリンダに取り付けられた時にエキスパンダのたわみによって惹起される力を加えたものである。エキスパンダはばねとして働く。静止状態では、エキスパンダはシリンダの直径よりも大きな直径を有する。シリンダの直径まで圧縮されると、エキスパンダは、リングセグメントと相俟ってたわみを生じる。
【０００５】
より小さなギャップ及びより制御された摩耗を有するという内燃機関のための要求により、軸方向ギャップを増大する可能性のある、エキスパンダとリングセグメントとの相対移動の発生を回避する必要がある。
【０００６】
ダイナモメータ又はフィールドにおいて行われたエンジン試験は最近、エキスパンダとリングセグメントとの間のギャップの増大を維持又は制御するための増大する必要性を示した。
【０００７】
マルチプルオイルコントロールリングのエキスパンダとリングセグメントとの相対移動は、摩耗と、軸方向にたわむためのエキスパンダの結果的な失敗とから生じる、リングセグメントとピストン溝との間の軸方向ギャップの増大によって生ぜしめられる、エキスパンダの周囲の少なくとも１つのリングセグメントの回転を特徴とし、前記エキスパンダに、リングセグメントが軸方向の力によってこのようなギャップ増大を克服させることができず、リングセグメントを、ガスと、油膜と、摩耗との作用によりエキスパンダを中心に自由に回転させる。これにより、リングの半径方向シーリングが損失され、リングセグメントとシリンダとの接触力を減じ、エンジンの劣化を増大し、その結果、潤滑油の消費等のエンジン指標を増大させ、潤滑油の過剰が適切にクランクケースへ掻き取られず、高温ガスの作用にさらされ、その結果、燃焼室内で燃焼されるか又は排気システムへ引き込まれ、システムを摩擦学的に傷つきやすくする。
【０００８】
十分なリング−シリンダシーリングを提供しないこと以外に、リングのコンポーネント部品の相対移動はリングセグメント−エキスパンダ接続の摩耗を増大し、この摩耗は、通常、セグメントの内径とスペーサ支持部との間において生じる。このような摩耗は、エキスパンダのより小さなたわみにも関連し、シリンダに対するシーリング力を減じる。
【０００９】
溝におけるリングセグメント及びエキスパンダの組付け時に、エキスパンダのストッパにかかるリングセグメントの力は、エキスパンダボディにたわみを提供し、リングセグメントを溝側部に対して押し付ける（側方シーリングとして知られる）。摩耗により、エキスパンダの曲げ力と、溝壁部に対してリングセグメントを押し付けるための力と、シリンダの側壁に対するリングセグメントの半径方向の力との増大する減少が存在し、回転の可能性を増大し、リングセグメントをエキスパンダに対して回転させ、さらに摩耗を増大する。
【００１０】
リングセグメントとエキスパンダとの相対的な回転運動の存在は、互いに着座する面、すなわち、各リングセグメントの内面とエキスパンダ支持体との間、において二次摩耗として知られる摩耗を惹起し、この摩耗は、相対移動を行う部材の間にギャップを生ぜしめる。なぜならば、回転運動は、互いに接触する部材の両方の材料を摩耗させ、リングのたわみ及び強度を減じるからである。
【００１１】
このような摩耗は、時間と共に、エキスパンダとシリンダ壁部との直径差を変化させ、リングを考慮して、リングの接線方向の力を減じ、ひいては、より小さな曲げが存在するので、掻取り力を減じる。
【００１２】
力の減少の他に、相対移動は、窒化によって個々の面を処理することによってエキスパンダ及びリングセグメントが受ける表面補強コーティング、例えば材料硬化、における摩耗を生じる。この摩耗は、エンジン製造者が多くの部品を廃棄することにつながる要因である。
【００１３】
幾つかの公知の構成において、リングセグメントとエキスパンダとの間の回転ロッキングは、回転防止構造を提供することによって生じ、この回転防止構造において、エキスパンダの端部は、通常、曲げを有しており、リングセグメントに形成されたスロットにおいて作動する軸方向に突出したタブを製造する。これらのソリューションにおいて、曲げは、エキスパンダの端部の一方又は両方の半径方向の幅の一部又は全体であることができる（ＪＰ３３２１５６、ＪＰ５２５０６４）
上記ソリューションは、エキスパンダに対するリングセグメントの回転ロッキングを得るのに対し、曲げの領域における機械的脆弱性、及びオイルコントロールリングが窒化処理を受けさせられる場合、前記領域における窒化の劣化によるリングの作動的脆弱性等の、幾つかの欠点を有する。
【００１４】
オイルコントロールリング構成は、前記オイルコントロールリングのリングセグメントのための２つのタイプのソリューションを有する：前記リングセグメントは、クロムコーティングが設けられた鋼から形成されているか、又は窒化されており、この場合、リングセグメントの表面全体は、日本国特許ＪＰ３３２１５６及びＪＰ５２５０６４に開示されたオイルコントロールリング等の窒化前の処理を受ける。これらの構成において、曲げ領域における応力のレベルが、この領域における亀裂の発生可能性を増大し、このことは、窒化が曲げの提供後に行われるならば、窒化によって増大する。
【００１５】
これに対して、リングを窒化させた後に曲げを提供することは、リングセグメントの表面硬化を損ない、ピストン及びシリンダとのリングの接触を危うくする。
【００１６】
発明の目的
本発明の一般的な目的は、リングセグメントとエキスパンダとの相対移動、特に前記部材の相対的な回転運動を最小限に抑制し、これらの部材の間の摩耗を低減する、内燃機関のためのオイルコントロールリングを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、オイルコントロールリングの構造を弱めたり、ピストン及びシリンダに関してオイルコントロールリングの性能を損なったりすることなく、上記のようなオイルコントロールリングを提供することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、最小限の製造作業で製造されることができる、上記のようなオイルコントロールリングを提供することである。
【００１９】
発明の概要
既に上述したように、本発明は、内燃機関のシリンダの内部において往復運動するピストンの個々の溝の側壁の間に取り付けられる、内燃機関のためのコイル制御リングを含み、前記リングは、リングセグメントを半径方向にシリンダに対して、軸方向に溝の隣接する側壁に対して押し付けるために、２つのリングセグメントと、２つのリングセグメントの間に配置された環状のエキスパンダとを有しており、前記エキスパンダは、各リングセグメントのための着座平面を形成する支持ボディを有している。さらに、本発明のオイルコントロールリングは：リングセグメントの着座平面の少なくとも１つを越えて、エキスパンダの支持ボディから軸方向に突出した少なくとも１つのエキスパンダ部分と；個々のリングセグメントの厚さに含まれるようにかつ、前記リングセグメントをエクスパンダに関して回転方向でロックするために少なくとも１つのエキスパンダ部分と干渉するように寸法決めされた、リングセグメントの少なくとも１つに設けられた少なくとも１つの表面凹凸とを含んでいる。
【００２０】
上記本発明の複数のマルチプルオイルコントロールリングは、従来公知のマルチプルオイルコントロールリングに関する新規でかつ有利な態様として、前記オイルコントロールリングを形成したエキスパンダとリングセグメントとの間の干渉が、変形によって促進され、この変形は、１つの場合には、エキスパンダの突出部と協働するためのリングセグメントの半径方向突出部によって形成されており、別の場合には、リングセグメントに設けられた凹所によって規定され、この凹所に関してエキスパンダの突出部が協働する。
【００２１】
本発明のソリューションにおいて、曲げ部は形成されておらず、したがって応力を受ける領域も形成されておらず、従来公知のソリューションのオイルコントロールリングを弱める亀裂の発生を回避する。さらに、本発明は、窒化がリング製造プロセスの最終ステップとして行われることを許容する。
【００２２】
図面の簡単な説明
本発明は、例として与えられた添付図面を参照することによって以下に説明される。
【００２３】
図１は、内燃機関のシリンダ内に設けられた内燃機関のピストンの溝の側壁の間に取り付けられた、複数の部品から形成されたオイルコントロールリングの断面図を概略的に示している。
【００２４】
図２は、本発明のオイルコントロールリングのための第１の構成の上面図を概略的に示している。
【００２５】
図３は、本発明を実施する第２の形式による、スペーシングエレメントによって互いから間隔を置いて取り付けられておりかつ相対移動に対してロックされた２つのリングセグメントの断面図を概略的に示している。
【００２６】
図４は、本発明のオイルコントロールリングのための第３の構成の上面図を概略的に示している。
【００２７】
例示された実施形態の説明
本発明は、例えば、内燃機関のシリンダＣ内で往復運動するように設計された、図１に示されたタイプの、通常はアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている、複数の周方向溝１０を有する、ピストンに関して以下に説明され、各周方向溝は、個々のピストンリングを収容しており、そのうち１つのピストンリングは、通常は複数の部品から形成された、１対のリングセグメント２０（又はセグメント）及び環状のエキスパンダ３０を有するオイルコントロールリングである。
【００２８】
リングセグメント２０は、ピストンＰの材料よりも硬い材料、例えば鋼、鋳鉄又は焼結合金から形成されており、それぞれ、所定の厚さを有する環状ボディを有しており、かつ通常は互いに対して平行でありかつリングの軸線に対して垂直方向の１対の反対側に位置する端面２１と、内面２２と、エンジンの作動時にこの領域に案内される潤滑油を掻き取るためにシリンダＣの内面に対して着座する外面２３とを有している。
【００２９】
オイルコントロールリングはピストンＰの個々の溝１０に取り付けられており、オイルコントロールリングを前記溝１０に取り付けたときに、各リングセグメント２０の外側の端面２１が個々の溝１０の隣接する側壁１１に対して着座される。エンジンの作動及びオイルコントロールリングの摩耗により、上述のように、溝１０の上側の側壁１１と、隣接するリングセグメント２０の外側の端面２１との間には、図１に示されているように軸方向ギャップが生ぜしめられる。
【００３０】
記載されたオイルコントロールリングは、リングセグメント２０の間に、例えば図１及び図３に示されたようなエキスパンダ３０を有しており、このエキスパンダは、概して、リングセグメント２０に対して所定の拡張する半径方向の力を作用させるように寸法決めされた金属ばねによって形成されている。
【００３１】
エキスパンダ３０は、１対の端部３２が設けられた環状の支持ボディ３１を有しており、前記支持ボディ３１は１対の反対側に位置した着座面３３を形成しており、それぞれの着座面は個々の着座平面に含まれており、前記着座平面は概して互いに平行であり、それぞれの着座面３３は個々のリングセグメント２０の着座部を受容しており、前記支持ボディは、それぞれの前記リングセグメント２０を半径方向にシリンダＣに対して押し付けるために、オイルコントロールリングの組立て時に２つのリングセグメント２０の間に維持される。
【００３２】
以下に説明するように、エキスパンダ３０は、それぞれのリングセグメント２０を溝１０の隣接する側壁１１に対して軸方向で押し付けるように構成されている。
【００３３】
図１に示された構成のような、エキスパンダ３０のための公知の構成のうちの１つにおいて、前記エキスパンダ３０は、周囲内側エッジにおいて、それぞれのリングセグメント２０の内面２２の周囲内側エッジに対して着座させられたエキスパンダ肩部又は支持部３４を有しており、これにより、内面２２において、半径方向でシリンダＣの壁部に対する力を作用させ、前記壁部において掻取り力を生ぜしめる。エキスパンダ支持部３４は、通常、エキスパンダ支持部との接触を維持するそれぞれのリングセグメント２０の厚さの半分よりも大きな高さを有するように設計されている。
【００３４】
エキスパンダ３０に関する一方又は両方のセグメントの回転を阻止するために、本発明は、リングセグメントの部分及びエキスパンダの少なくとも１つにおいて、前記部材の相対回動を防止するために協働するロック手段及びロック受容手段を提供する。
【００３５】
本発明においてリングセグメント２０とエキスパンダ３０との間の回転ロッキングは、オイルコントロールリングであって：少なくとも１つのエキスパンダ部分４０を有しており、このエキスパンダ部分が、エキスパンダ３０の支持ボディ３１から軸方向に、前記支持ボディ３１の個々の着座面３３を含む支持ボディの着座平面の少なくとも１つを越えて突出しており、かつ個々のリングセグメント２０の着座部を受容しており；さらに少なくとも１つの表面凹凸５０を有しており、この表面凹凸は、リングセグメント２０の少なくとも１つに設けられており、かつ例えばリングセグメントに一体的に形成されており、個々のリングセグメントの厚さに含まれるようにかつ、エキスパンダ３０に対して前記リングセグメント２０を回転方向でロックするために少なくとも１つのエキスパンダ部分４０と干渉するように寸法決めされている、オイルコントロールリングによって達成される。
【００３６】
本発明によれば、エキスパンダ部分４０は、例えば、支持ボディ３１に一体的に形成されており、少なくとも１つのリングセグメント２０の半径方向内側のエッジに対して着座させられるように設けられている。
【００３７】
本発明を実施する方法において、それぞれのリングセグメントは、個々のリングセグメントの内側エッジに組み込まれた少なくとも１つの半径方向突出部２４によって形成された表面凹凸５０を有しており、前記半径方向突出部２４は、隣接するエキスパンダ部分４０の幅の少なくとも部分に相当する分だけ半径方向に延びるように寸法決めされており、これにより、前記半径方向突出部２４が設けられたリングセグメント３０と、エキスパンダ３０との相対回動を制限する。図２に示された構成において、半径方向突出部２４は、スタンピング又はパンチングのプロセスの１つによって得られた凸状のエッジを有しており、前記半径方向突出部２４は、個々のリングセグメント２０の厚さ内に形成されている。
【００３８】
この構成の場合、窒化によって処理される前にリングセグメントに半径方向突出部２４が形成されることができるので、エンジンの作動中にシリンダＣの壁部の近くにおけるリングの掻取り機能を変更する窒化欠陥を有する領域を前記リングセグメント２０が有することが回避される。
【００３９】
本発明の実施形態において、前記半径方向突出部２４に対して作用するエキスパンダ３０のエキスパンダ部分４０は、エキスパンダ３０の近くにおける連続的な又はセグメント化されたボディを規定する、エキスパンダに固定された又は組み込まれた、エキスパンダ３０の周縁の上方に設けられた突起を含むことができる。
【００４０】
本発明の好適な実施形態によれば、図１及び図２に示されているように、エキスパンダ部分４０は、例えばエキスパンダ３０のエキスパンダ支持部３４によって形成されている。この構成において、それぞれの半径方向突出部２４は、本発明のオイルコントロールリングの組立て時に、エキスパンダ３０の２つの支持部３４の間に嵌合されたままになるように寸法決めされている。
【００４１】
本発明を実施する別の方法において、それぞれのリングセグメント２０は、個々のリングセグメント２０に形成された少なくとも１つの軸方向下降部分によって形成された表面凹凸５０を有しており、これにより、個々のエキスパンダ部分４０を収容しかつこれに係合し、エキスパンダ３０に対して移動しないようにリングセグメント２０をロックする。本発明の軸方向下降部分は、個々のリングセグメント２０の半径方向幅の全体又は一部に形成されることができる。
【００４２】
この構成を実施する特定の方法において、図３に示されているように、軸方向下降部分は、個々のリングセグメント２０の厚さに設けられた、前記エキスパンダ部分４０に係合するために、エキスパンダ３０の隣接するエキスパンダ部分４０に向かって開放した、軸方向凹所２５によって形成されている。
【００４３】
本発明の構成形式によれば、図４に示されているように、軸方向下降部分は、個々のリングセグメントの半径方向突出部に沿って、個々のリングセグメント２０の厚さに設けられた窓２６の形式を取っている。
【００４４】
図３に示された構成において、エキスパンダ３０の支持ボディ３１の端部３２のうちの少なくとも１つの端部の延長部は、隣接するリングセグメント２０の軸方向凹所２５又は窓２６に嵌合させられるように寸法決めされている。
【００４５】
図３に示されたもの等のこのソリューションの変更例において、エキスパンダ３０のそれぞれの端部３２には、隣接するリングセグメント２０に設けられた個々の軸方向下降部分に嵌合させられるべき個々の延長部が固定されている又は組み込まれており、このように形成されたそれぞれの延長部は、隣接するリングセグメント２０に面しており、リングセグメントに設けられた軸方向下降部分と係合させられている。
【００４６】
図示されていないが、本発明の択一例において、少なくとも１つのリングセグメントにおける、軸方向凹所２５又は窓２６の形式の表面凹凸は、例えば前記エキスパンダ３０の隣接する端部３２の延長部の形式の、エキスパンダ３０のエキスパンダ部分４０に嵌合するために、前もって前記リングセグメント２０に形成された、半径方向突出部２４に設けられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】内燃機関のシリンダ内に設けられた内燃機関のピストンの溝の側壁の間に取り付けられた、複数の部品から形成されたオイルコントロールリングの断面図を概略的に示している。
【図２】本発明のオイルコントロールリングのための第１の構成の上面図を概略的に示している。
【図３】本発明を実施する第２の形式による、スペーシングエレメントによって互いから間隔を置いて取り付けられておりかつ相対移動に対してロックされた２つのリングセグメントの断面図を概略的に示している。
【図４】本発明のオイルコントロールリングのための第３の構成の上面図を概略的に示している。
【符号の説明】
【００４８】
１０  周方向溝、  ２０  リングセグメント、  ２１  端面、  ２２  内面、  ２３  外面、  ２４  半径方向突出部、  ２５  軸方向凹所、  ２６  窓、  ３０  エキスパンダ、  ３１  支持ボディ、  ３２  端部、  ３３  着座面、  ３４  肩部又は支持部、  ４０  エキスパンダ部分、  ５０  表面凹凸
【図１】
2009501872.tif 000003
【図２】
2009501872.tif 000004
【図３】
2009501872.tif 000005
【図４】
2009501872.tif 000006
【国際調査報告】
2009501872.tif 000007
2009501872.tif 000008
2009501872.tif 000009