-
Hintergrund der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, im Folgenden auch als Verbrennungsmotor bezeichnet.
-
Die
japanische Patentanmeldung und ungeprüfte Offenlegung Nummer 2009-221900 beschreibt einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, welche einen zylindrischen Schaftbereich, einen auf dem oberen Ende des Schaftbereichs ausgebildeten Kolbenboden und üblicherweise zylindrische Bolzenaugenbereiche enthält, die mit dem Schaftbereich so ausgebildet sind, dass sie gegenüber einer inneren Umfangsoberfläche des Schaftbereichs liegen, wobei die Bolzenaugenbereiche Einführöffnungen besitzen, durch welche sich ein Kolbenbolzen erstreckt und beide Endteile des Kolbenbolzens gehalten werden. Der Kolbenboden besitzt einen verdickten Wandbereich, der auf einer äußeren Umfangsseite des Kolbenbodens entlang einer Umfangsrichtung davon ausgebildet ist. Der verdickte Wandbereich besitzt einen üblicherweise ringförmigen Kühlkanal, in welchem sich ein Kühldurchlass befindet, der es einem Kühlmedium wie etwa einem Schmieröl erlaubt, hindurchzufließen und den Kolbenboden zu kühlen. Weiter sind eine Einleitungs- und eine Auslassöffnung an einem unteren Ende des verdickten Wandbereichs ausgebildet und in den Kühlkanal geöffnet.
-
Ein Schmieröl, das von einer auf einem Zylinderblock in der Nähe einer unteren Todpunktposition des Kolbens eingerichteten Ölstrahldüse eingespritzt wird, wird durch die Einleitungsöffnung in den Kühlkanal eingeleitet. Das Schmieröl fließt durch den Kühlkanal und wird dann durch die Auslassöffnung abgelassen. Durch diesen Fluss des Schmieröls im Kühlkanal wird Hitze im Kolben vom Schmieröl aufgenommen, so dass der Kolben gekühlt werden kann.
-
Wenn weiter ein Beschleunigungswechsel des Kolbens in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Übereinstimmung mit einer Auf- und Abbewegung des Kolbens auftritt, trifft das Schmieröl im Kühlkanal entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Kühlkanals auf und spritzt auf die innere Umfangsoberfläche des Kühlkanals. Als Folge kommt das Schmieröl mit der gesamten inneren Umfangsoberfläche des Kühlkanals in Kontakt, wodurch eine Effizienz der Hitzeabsorbtion im Kolben verbessert wird.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Wenn jedoch beim Kolben des vorhergehend beschriebenen Standes der Technik ein Beschleunigungswechsel des Kolbens in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Übereinstimmung mit einer Auf- und Abbewegung des Kolbens auftritt, ist es schwierig für das Schmieröl im Kühlkanal entlang der inneren Umfangsoberfläche des Kühlkanals aufzutreffen und zu fließen. Daher besteht die Gefahr, dass eine Durchflussrate des Schmieröls reduziert wird und das einen Verlust an Kühlleistung bewirkt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest einen der vorgehend beschriebenen Nachteile des Kolbens des Standes der Technik zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen zum Inhalt.
-
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben zur Verfügung zu stellen, der einen Kühlkanal enthält, der eine Mehrzahl von kugelförmigen bzw. sphärischen konkaven Bereichen besitzt, die in einer inneren Umfangsoberfläche des Kühlkanals ausgebildet sind, um damit die Kühlleistung zu verbessern.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellt, enthaltend:
einen Kolbenboden, der eine Brennkammer begrenzt;
einen ringförmigen Kühlkanal, der im Kolbenboden ausgebildet ist und durch den ein Kühlöl fließt; und
eine Mehrzahl von konkaven Bereichen, die auf mindestens einer Seite des Kühlkanals in einer axialen Richtung des Kolbens ausgebildet sind, wobei jeder aus der Mehrzahl von konkaven Bereichen eine gewölbte Oberfläche besitzt.
-
Mit diesem Aufbau kann eine Kühlleistung des Kolbens verbessert werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem ersten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl der konkaven Bereiche auf beiden Seiten, sowohl auf einer inneren Umfangsseite als auch auf einer äußeren Umfangsseite, von jeder, sowohl einer oberen Strinfläche als auch einer unteren Stirnfläche des Kühlkanals, welche in einer Richtung parallel zur axialen Richtung des Kolbens einander gegenüber liegen, ausgebildet sind.
-
Mit diesem Aufbau kann eine Kühlleistung des Kolbens durch einen sich wendenden Fluss des Kühlöls, der während beiden, einer Aufwärtsbewegung und einer Abwärtsbewegung, des Kolbens in den konkaven Bereichen erzeugt wird, verbessert werden.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem zweiten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl von konkaven Bereichen einander in der Richtung parallel zur axialen Richtung des Kolbens gegenüber liegen.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem ersten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl von konkaven Bereichen in einer oberen Stirnfläche und einer unteren Strinfläche des Kühlkanals, welche einander in einer Richtung parallel zur axialen Richtung des Kolbens gegenüber liegen, ausgebildet sind.
-
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem ersten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl von konkaven Bereichen in einer radialen Richtung des Kühlkanals ausgebildet sind.
-
Mit diesem Aufbau können Bereiche des Kühlkanals, in denen das Schmieröl hin- und herfließt, vergrößert werden. Als Folge kann die Durchflussrate des im Kühlkanal fließenden Kühlöls erhöht werden, so dass eine Effizienz eines Wärmetausches und eine Kühlleistung des Kolbens verbessert werden kann.
-
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem fünften Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl von konkaven Bereichen in einem im Wesentlichen gleichen Abstand zueinander in einer Umfangsrichtung des Kühlkanals ausgebildet sind.
-
Mit diesem Aufbau können Bereiche des Kühlkanals, in denen das Schmieröl hin- und herfließt, vergrößert werden, so dass eine Kühlleistung des Kobens verbessert werden kann.
-
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem ersten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei die Mehrzahl von konkaven Bereichen in einer Position ausgebildet sind, die im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene, die sich durch einen obersten Teil oder einen untersten Teil des Kühlkanals erstreckt, geneigt ist.
-
Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine Vergrößerung einer Gesamthöhe des Kühlkanals gering zu halten und dadurch eine Gestaltungsfreiheit des Kühlkanals im Kolbenboden des Kolbens zu erhöhen.
-
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem ersten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei der Kolben ein aus einem Aluminiumlegierungsmaterial gefertigter Gusskolben ist.
-
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem achten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei der Kühlkanal ausgebildet wird durch Auflösen eines löslichen Kerns nach dem Gießen des Kolbens im Anschluss an das Einsetzen des löslichen Kerns in eine Gussform.
-
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben gemäß dem neunten Aspekt zur Verfügung gestellt, wobei der lösliche Kern aus einem Natriumchloridmaterial hergestellt ist.
-
Mit diesem Aufbau kann der lösliche Kern durch Einleiten von Wasser durch eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, welche in den Kühlkanal geöffnet sind, unter Verwendung einer Kernauflösevorrichtung nach dem Gießen des Kolbens aufgelöst werden. Als Ergebnis kann die Fertigung des Kolbens auf vereinfachte Weise ermöglicht werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Längsschnitt-Ansicht eines Kolbens für eine Verbrennungskraftmaschine in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Kolbens aus 1.
-
3 ist eine Draufsicht aus einer Richtung von Pfeil A wie in 2 gezeigt.
-
4 ist eine Draufsicht aus einer Richtung von Pfeil B wie in 2 gezeigt.
-
5 ist eine Schnitt-Ansicht eines wesentlichen Teils des Kolbens aus 1.
-
6 ist eine perspektivische Ansicht eines löslichen Kerns, wie er zum Formen des Kolbens in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
-
7A bis 7C sind vergrößerte Ansichten eines Kühlkanals des Kolbens in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche Bewegungen eines im Kühlkanal fließenden Schmieröls unter einer Beschleunigungsbedingung zeigen, welcher der Kolben unterliegt.
-
8A bis 8C sind vergrößerte Ansichten des Kühlkanals des Kolbens in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche Bewegungen eines im Kühlkanal fließenden Schmieröls zeigen, in Übereinstimmung mit einer umgekehrten Bewegung des Kolbens unter einer Beschleunigungsbedingung, welche unterschiedlich ist von der Bedingung in 7A bis 7C.
-
9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Kühlkanals eines Kolbens in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche obere und untere Oberflächen des Kühlkanals zeigt.
-
10 ist eine vergrößerte Ansicht einer Kühlkammer eines Kolbens in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine umfangsseitige Oberfläche des Kühlkanals zeigt.
-
11 ist ein vergrößerte Ansicht eines Kühlkanals eines Kolbens in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche obere und untere Oberflächen des Kühlkanals zeigt.
-
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Kühlkanals eines Kolbens in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche obere und untere Oberflächen des Kühlkanals zeigt.
-
13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Kühlkanals eines Kolbens in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche obere und untere Oberflächen des Kühlkanals zeigt.
-
Detailierte Beschreibung der Erfindung
-
Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und Vorteile von Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailiert erklärt. Der Kolben in Übereinstimmung mit jeder der Ausführungsformen ist geeignet z. B. für einen Benzinmotor (Ottomotor).
-
[Erste Ausführungsform]
-
1 bis 3 zeigen einen Kolben 1 übereinstimmend mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Kolben 1 wird durch Gießen eines Aluminiumlegierungsmaterials geformt. Wie in 1 bis 3 gezeigt, enthält der Kolben 1 einen zylindrischen Schaftbereich 2, einen auf dem oberen Ende des Schaftbereichs 2 ausgebildeten Kolbenboden 3 und zwei Bolzenaugenbereiche 4, die an einer Seitenwand des Schaftbereichs 2 gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Bolzenaugenbereiche 4 besitzen üblicherweise eine zylindrische Form wie in 1 gezeigt. Die Bolzenaugenbereiche 4 besitzen Bolzeneinführöffnungen 4a, durch welche sich ein Kolbenbolzen (nicht gezeigt) erstreckt, und welche beide Endteile des Kolbenbolzens tragen. Der Kolben 1 ist verschiebbar in einer rohrförmigen Zylinderlaufbuchse 5b angeordnet, die in einen Zylinder 5a eines Zylinderblocks 5 des Motors pressgepasst oder eingeführt ist. Im Zylinderblock 5 ist ein Wassermantel 15 ausgebildet, durch den ein Kühlwasser entlang des Zylinders 5a fließt.
-
Wie in 1 bis 3 gezeigt, enthält der Kolbenboden 3 einen verdickten Wandbereich 3a, der auf einer äußeren Umfangsseite des Kolbenbodens 3 entlang einer Umfangsrichtung des Kolbenbodens 3 ausgebildet ist. Der verdickte Wandbereich 3a besitzt drei Ringkanäle 3b–3d, die auf einer äußeren umfangsseitigen Oberfläche des verdickten Wandbereichs 3a in vordefinierten Abständen in einer axialen Richtung des Kolbens 1 ausgebildet sind. Drei Kolbenringe 6a–6c sind in die Ringkanäle 3b–3d eingepasst. Weiter besitzt der verdickte Wandbereich 3a üblicherweise einen ringförmigen Kühlkanal 8 darin. Kühlkanal 8 ist ein Kühldurchlauf, durch den Schmieröl (Kühlöl) 0 fließt, um dadurch den Kolben 1 zu kühlen.
-
Wie in 4 und 5 gezeigt, besitzt der Kolbenboden 3 auch vier Ventilvertiefungen 7 auf einer oberen Oberfläche (Kolbenbodenoberfläche) 3e davon. Die Ventilvertiefungen 7 sind vorgesehen, um Störungen (Berührungen) zwischen Kolbenbodenoberfläche 3e und Einlassventil 12 und Auslassventil 13, welche einen Teil eines Ventilantriebs bilden, zu verhindern. Jede der Ventilvertiefungen 7 besitzt eine üblicherweise halbkreisförmige Form, wie in 4 gezeigt, und ist so geformt, dass sie eine voreingestellte Tiefe besitzt, die verhindert, dass Kolbenbodenoberfläche 3e und Einlass- und Auslassventile 12, 13 sich gegeseitig störend beeinflussen. Durch die Bereitstellung der Ventilvertiefungen 7 können Einlass- und Auslassventile 12, 13 vor Schäden durch Beeinträchtigung durch die Kolbenbodenoberfläche 3e geschützt werden. Zusätzlich sind die Ventilvertiefungen 7 so ausgebildet, dass sie einen Abstand vom Kühlkanal 8 haben, der dazu dient, eine Stärke des verdickten Wandbereichs 3a sicherzustellen.
-
Weiter kann die Anzahl der Ventilvertiefungen 7 lediglich zwei jeder Einlass- und Auslass-Seite sein.
-
Wie in 3 gezeigt, sind eine Einlassöffnung 9 und eine Auslassöffnung 10 in einer inneren Oberfläche (unteren Oberfläche) des verdickten Wandbereichs 3a ausgebildet. Die Einlassöffnung 9 und die Auslassöffnung 10 sind in den Kühlkanal 8 geöffnet. Wie in 1 gezeigt, ist eine Öldüse 11 am unteren Ende der Auslassseite des Zylinders 5a angeordnet, und ein Öldurchlass 11a, durch den Schmieröl 0 in die Öldüse fließt, ist in einem unteren Bereich des Zylinders 5a ausgebildet. Das Schmieröl 0 wird von der Öldüse 11 in Richtung Einlassöffnung 9 eingespritzt. Das von der Öldüse 11 eingespritzte Schmieröl 0 wird durch die Einlassöffnung 9 in den Kühlkanal 8 eingeleitet und fließt im Kühlkanal 8, um sich in Richtung Auslassöffnung 10 zu bewegen und wird daraus nach unten abgelassen. Dadurch wird ein Fluß des Schmieröls 0 in eine Richtung erlaubt. Weiter wird das Schmieröl 0, das durch die Auslassöffnung 10 aus dem Kühlkanal 8 abgelassen wurde, durch den Motor zirkulieren gelassen.
-
Wie in 1, 2 und 5 gezeigt, besitzt der ringförmige Kühlkanal 8 in der Querschnittsansicht eine ovale Form, welche in einer Auf-und-Ab-Richtung (d. h. in einer Richtung parallel zur axialen Richtung des Kolbens) verlängert ist. Der Kühlkanal 8 enthält ein Paar innere und äußere umfangsseitige Seitenoberflächen 8a, 8b, welche einander in einer radialen Richtung des Kühlkanals 8 (d. h. in einer radialen Richtung des Kolbens 1) gegenüber liegen, und ein Paar teilweise zylindrischer unterer und oberer Stirnflächen 8c, 8d, welche einander in einer axialen Richtung des Kühlkanals 8 (d. h. in einer axialen Richtung des Kolbens 1) gegenüber liegen.
-
Eine Mehrzahl von konkaven Bereichen, von denen jeder eine gewölbte Oberfläche besitzt, ist auf mindestens einer Seite des Kühlkanals 8 in der axialen Richtung des Kolbens 1 ausgebildet. Jeder aus der Mehrzahl der konkaven Bereiche besitzt eine konkave Gestalt, die so geformt ist, dass das Schmieröl 0 sich bewegen und in mehrere Richtungen im konkaven Bereich gemäß der axialen Bewegung des Kolbens 1 (der Aufwärtsbewegung und der Abwärtsbewegung des Kolbens 1) fließen kann. In dieser Ausführungsform sind eine Mehrzahl von konkaven Bereichen 8e und eine Mehrzahl von konkaven Bereichen 8f jeweils auf einer oberen Seite und einer unteren Seite des Kühlkanals 8 in der axialen Richtung des Kolbens 1 ausgebildet. Insbesondere sind konkave Bereiche 8e auf einer inneren Umfangsseite und einer äußeren Umfangsseite der oberen Stirnfläche 8c ausgebildet. Konkave Bereiche 8f sind auf einer inneren Umfangsseite und einer äußeren Umfangsseite der unteren Stirnfläche 8d ausgebildet. Die konkaven Bereiche 8e und die konkaven Bereiche 8f sind in der axialen Richtung des Kolbens 1 (in der Auf- und Abwärtsrichtung) einander gegenüber angeordnet. Jeder der konkaven Bereiche besitzt eine Halbkugelform. Die konkaven Bereiche 8e sind in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand zueinander in einer umlaufenden Richtung des Kühlkanals 8 und einander gegenüberliegend in einer radialen Richtung des Kühlkanals 8 angeordnet. In ähnlicher Weise sind die konkaven Bereiche 8f in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand zueinander in einer umlaufenden Richtung des Kühlkanals 8 und einander gegenüberliegend in der radialen Richtung des Kühlkanals 8 angeordnet. Weiter besitzt jeder der konkaven Bereiche 8e eine solche Tiefe, dass sich eine Unterseite des konkaven Bereichs 8e in derselben Position befindet wie die Position eines höchsten Bereichs der oberen Stirnfläche 8c in der Auf- und Abrichtung. Jeder der konkaven Bereiche 8f besitzt ebenfalls eine solche Tiefe, dass sich eine Unterseite des konkaven Bereichs 8f in derselben Position befindet wie die Position eines untersten Bereichs der unteren Stirnfläche 8d in der Auf- und Abrichtung. Mit anderen Worten ist die Tiefe jedes der konkaven Bereiche 8e, 8f so festgelegt, dass ein Abstand zwischen konkaven Bereichen 8e, die einander in der Auf- und Abrichtung gegenüber liegen, und ein Abstand zwischen konkaven Bereichen 8f, die einander in der Auf- und Abrichtung gegenüber liegen, im Wesentlichen gleich sind wie die gesamte Höhe des Kühlkanals 8 in der Auf- und Abrichtung. Währenddessen kann die Tiefe jedes der konkaven Bereiche 8e, 8f so festgelegt sein, dass der Abstand zwischen konkaven Bereichen 8e, die einander in der Auf- und Abrichtung gegenüber liegen und der Abstand zwischen konkaven Bereichen 8f, die einander in der Auf- und Abrichtung gegenüber liegen, kleiner sind als die gesamte Höhe des Kühlkanals 8.
-
Der Kühlkanal 8 wird dadurch geformt, dass im Allgemeinen ein ringförmiger löslicher Kern 14 während des Gießens des Kolbens 1 verwendet wird. Wie in 6 gezeigt, enthält der lösliche Kern 14 ein Paar von inneren und äußeren Umfangsseitenoberflächen 14a, 14b, welche einander in einer radialen Richtung des löslichen Kerns 14 gegenüber liegen, und ein Paar von teilweise zylindrischen unteren und oberen Stirnflächen 14c, 14d, welche einander in einer Richtung einer Mittelachse der Ringform des löslichen Kerns 14 gegenüber liegen. Eine Mehrzahl von halbkugelförmigen Erhebungen 14e sind auf den inneren und äußeren Umfangsseiten der oberen Stirnfläche 14c in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand voneinander in einer umlaufenden Richtung des löslichen Kerns 14 ausgebildet. In ähnlicher Weise sind eine Mehrzahl von halbkugelförmigen Erhebungen 14f auf inneren und äußeren Umfangsseiten einer unteren Stirnfläche 14d in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand voneinander in einer umlaufenden Richtung des löslichen Kerns 14 ausgebildet. Die halbkugelförmigen Erhebungen 14e, 14f dienen dazu, konkave Bereiche 8e, 8f des Kühlkanals 8 auszubilden. Der lösliche Kern 14 wird durch Pressen und Verdichten eines NaCl-Materials (Natrium-Chlorid-Materials) in einer Gussform mit einer Verdichtungspresse in eine Ringform (nicht gezeigt) geformt.
-
Während des Gießens des Kolbens 1 wird eine Kerneinheit durch Setzen des löslichen Kerns 14 auf einen oberen Bereich eines Metalkerns (nicht gezeigt) vorgesehen, welcher dazu dient, eine Form einer inneren Oberfläche des Kolbens 1 auszubilden. Die Kerneinheit wird in einer Gussform (nicht gezeigt) platziert, und dann wird ein geschmolzenes Aluminiumlegierungsmaterial in die Form gegossen, um dadurch ein Werkstück für den Kolben 1 zu formen.
-
Anschließend wird das Werkstück aus der Gussform genommen und der lösliche Kern 14 wird durch Einspritzen von Wasser aus einer Spritzdüse einer Kernauslösevorrichtung (nicht gezeigt) in eine Einlassöffnung 9 aufgelöst. Das aufgelöste NaCl-Material des löslichen Kerns 14 wird durch eine Auslassöffnung 10 nach außen abgelassen, so dass ein Kühlkanal, der die gleiche ringförmige Form besitzt wie der lösliche Kern, ausgebildet wird. Somit erhält man einen Kolben 1, der einen Kühlkanal in einem verdickten Wandbereich 3a besitzt.
-
[Funktionen und Auswirkungen der ersten Ausführungsform]
-
In einem Kolben 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ein Teil des Schmieröls 0, welches gleitende Teile schmiert, von einer Öldüse 11 in Richtung des Kühlkanal 8 eingespritzt. Das eingespritzte Schmieröl 0 wird durch eine Einlassöffnung 9 in den Kühlkanal eingeleitet, fließt im Kühlkanal und wird durch eine Auslassöffnung 10 nach außen abgelassen. Während es im Kühlkanal 8 fließt, nimmt das Schmieröl 0 im Kolben 1 erzeugte Wärme auf und kühlt den Kolben 1.
-
Wenn weiter ein Wechsel einer Beschleunigung in die Aufwärtsrichtung und einer Beschleunigung in die Abwärtsrichtung gemäß einer Veränderung des Kolbens 1 zwischen der Aufwärtsbewegung und der Abwärtsbewegung stattfindet, wird eine Beeinflussung des Schmieröls 0, welches im Kühlkanal 8 fließt, verursacht. Wenn zum Beispiel eine Aufwärtsbeschleunigung zu einer Abwärtsbeschleunigung wechselt, trifft ein Teils des Schmieröls 0 auf der Seite einer unteren Stirnfläche 8d auf das auf der Seite einer oberen Stirnfläche 8c. Im Gegensatz dazu trifft, wenn eine Abwärtsbeschleunigung in eine Aufwärtsbeschleunigung wechselt, ein Teil des Schmieröls 0 auf der Seite einer oberen Stirnfläche 8c auf das auf einer unteren Stirnfläche 8d. Somit wird es dem Schmieröl 0 ermöglicht, eine innere Oberfläche des Kühlkanals 8 zu berühren, um dadurch im Kolben 1 erzeugte Wärme aufzunehmen und den Kolben 1 zu kühlen.
-
Insbesondere sind in einem Kolben 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Mehrzahl an halbkreisförmigen konkaven Bereichen 8e in den inneren und äußeren Umfangsseiten der oberen Stirnfläche 8c des Kühlkanals 8 ausgebildet, und die Mehrzahl an halbkreisförmigen konkaven Bereichen 8f sind in den inneren und äußeren Umfangsseiten der unteren Stirnfläche 8d des Kühlkanals ausgebildet, so dass sie den halbkreisförmigen konkaven Bereichen 8e in der Auf- und Ab-Richtung (in der axialen Richtung des Kolbens 1) gegenüber liegen. Mit dieser Anordnung fließt das Schmieröl 0, wenn der Kolben 1 einer Aufwärtsbeschleunigung unterliegt, von der Einlassöffnung 9 in Richtung Auslassöffnung 10 entlang der unteren Stirnfläche 8d, wie in 7A gezeigt. Wenn der Kolben 1 einem Wechsel von einer Aufwärtsbeschleunigung zu einer Abwärtsbeschleunigung unterliegt, bewirkt das ein Spritzen des Schmieröls 0, das entlang der unteren Stirnfläche 8d fließt, so dass es mit der oberen Stirnfläche 8c durch Berührung mit derselben in Kontakt kommt, wie in 7B gezeigt. Dann fließt ein Teil des Schmieröls 0, welches dadurch verspritzt wurde und mit der oberen Stirnfläche 8c in Kontakt kam, entlang der halbkugelförmigen Oberfläche von jedem der konkaven Bereiche 8e hin und her, wie in 7C gezeigt. Andererseits, wenn der Kolben 1 einer Abwärtsbeschleunigung unterliegt, fließt das Schmieröl 0 von der Einlassöffnung 9 in Richtung der Ablassöffnung 10 entlang der oberen Stirnfläche 8c, wie in 8A gezeigt. Wenn der Koben 1 einem Wechsel von einer Abwärtsbeschleunigung zur Aufwärtsbeschleunigung unterliegt, bewirkt das ein Spritzen des Schmieröls 0, das entlang der oberen Stirnfläche 8c fließt, so dass es mit der unteren Stirnfläche 8d durch Berührung mit derselben in Kontakt kommt, wie in 8B gezeigt. Dann fließt ein Teil des Schmieröls 0, welches dadurch verspritzt wurde und mit der unteren Stirnfläche in Kontakt kam, und entlang der halbkugelförmigen Oberfläche von jedem der konkaven Bereiche 8f hin und her, wie in 8C gezeigt. Infolge des richtungswechselnden Flusses des Schmieröls 0 entlang des halbkugelförmigen Oberflächen der konkaven Bereiche 8e, 8f, wird eine erhöhte Durchflussrate des Schmieröls 0 bewirkt, um damit eine Effizienz für den Wärmeaustausch zwischen Kolbenboden 3 und Schmieröl 0 zu verbessern. Als Folge kann die Kühlleistung des Kolbens 1 durch den Kühlkanal 8 mit konkaven Bereichen 8e, 8f verbessert werden.
-
Weil der Teil des Schmieröls 0, der so spritzt und Kontakt mit der oberen Stirnfläche 8c hat, in mehrere Richtungen entlang der halbkugelförmigen Oberfläche von jeder der konkaven Bereiche 8e hin- und herfließt, wie in 7C gezeigt, und ein Teil des Schmieröls 0, der die untere Stirnfläche 8d berührt, in mehrere Richtungen entlang der halbkugelförmigen Oberfläche von jedem der konkaven Bereiche 8f hin- und herfließt, wie in 8C gezeigt, wird weiter ein Kontaktbereich, in dem das Schmieröl 0 die innere Umfangsfläche des Kühlkanals 8 berührt, vergrößert, so dass eine Wärmeaufnahmewirkung vom Kolben 1 verbessert werden kann. Entsprechend kann die Kühlleistung des Kolbens 1 weiter verbessert werden, wenn der Kühlkanal 8 konkave Bereiche 8e, 8f besitzt.
-
Weiter sind die konkaven Bereiche 8e, 8f jeweils auf den inneren und äußeren Umfangsseiten der oberen Stirnfläche 8c und auf den inneren und äußeren Umfangsseiten der unteren Stirnfläche 8d angeordnet. Mit dieser Anordnung werden die richtungswechselnden Flüsse des Schmieröls 0 in den konkaven Bereichen während der beiden Bewegungen, der Aufwärtsbewegung des Kolbens 1 und der Abwärtsbewegung desselben, erzeugt. Daher kann die Kühlleistung des Kolbens 1 weiter verbessert werden.
-
Weiter sind die Mehrzahl von konkaven Bereichen 8e und die Mehrzahl von konkaven Bereichen 8f in beiden Richtungen, der radialen Richtung des Kühlkanals 8 und der umlaufenden Richtung desselben, angeordnet. Mit dieser Anordnung ist es möglich, Bereiche des Kühlkanals 8, in denen das Schmieröl hin- und herfließt, zu vergrößern. Als Folge kann eine Durchflussrate des Schmieröls 0 erhöht werden, um damit die Effizienz eines Wärmeaustauschs am Kolbenboden 3 und die Kühlleistung des Kolbens 1 zu verbessern.
-
Weiter sind die konkaven Bereiche 8e, 8f auf den inneren und äußeren Umfangsseiten der teilweise zylindrischen oberen Stirnfläche 8c und den inneren und äußeren Umfangsseiten der teilweise zylindrischen unteren Stirnfläche 8d ausgebildet. Daher befindet sich jeder der konkaven Bereiche 8e in einer Position, die im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene, die sich durch den obersten Teil des Kühlkanals 8 erstreckt, in Richtung einer Innenseite des Kühlkanals 8 geneigt ist, und jeder der konkaven Bereiche 8f befindet sich in einer Position, die im Verhältnis zu einer horizontalen Ebene, die sich durch den untersten Teil des Kühlkanals 8 erstreckt, in Richtung der Innenseite des Kühlkanals 8 geneigt ist. Mit dieser Anordnung kann die Tiefe von jedem der konkaven Bereiche 8e, 8f so eingestellt bzw. ausgebildet werden, dass der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden konkaven Bereichen 8e, 8f in der Auf- und Abwärtsrichtung im Wesentlichen gleich der gesamten Höhe des Kühlkanals 8 ist. Als Folge ist es möglich, die Gestaltungsfreiheit für den Kühlkanal 8 zu verbessern.
-
Da ein aus einem NaCl-Material geformter löslicher Kern 14 verwendet wird, kann der lösliche Kern 14 weiter mit Wasser aufgelöst werden, um damit die Fertigung des Kolbens 1 zu ermöglichen.
-
Weiter kann der lösliche Kern 14 durch Pressen und Verdichten des NaCl-Materials durch eine Verdichtungspresse geformt werden, so dass die Formungsarbeit erleichtert werden kann.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
9 zeigt konkave Bereiche 8e, 8f, die jeweils in oberen und unteren Oberflächen 8c, 8d eines Kühlkanals 8 eines Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. in der zweiten Ausführungsform sind die konkaven Bereiche 8e, 8f, die auf einer Seite einer inneren Umfangseitenoberfläche 8a des Kühlkanals 8 ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8e, 8f, die auf einer Seite einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b des Kühlkanals 8 ausgebildet sind, relativ zueinander in der Umfangsrichtung des Kühlkanals 8 verschoben.
-
Insbesondere sind die konkaven Bereiche 8e, die in einer oberen Stirnfläche 8c auf der Seite einer inneren Umfangsseitenoberfläache (d. h. auf der inneren Umfangsseite der oberen Stirnfläche 8c) ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8e, die in einer oberen Stirnfläche 8c auf der Seite einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b (d. h. auf der äußeren Umfangsseite der oberen Stirnfläche 8c) ausgebildet sind, relativ zueinander in der Umfangsrichtung des Kühlkanals 8 verschoben. In ähnlicher Weise sind die konkaven Bereiche 8f, die in einer unteren Stirnfläche 8d auf der Seite einer inneren Umfangsseitenoberfläche 8a (d. h. auf der inneren Umfangsseite der unteren Stirnfläche 8d) ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8f, die in einer unteren Stirnfläche 8d auf der Seite einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b (d. h. auf der äußeren Umfangsseite der unteren Stirnfläche 8d) ausgebildet sind, relativ zueinander in der Umfangsrichtung des Kühlkanals 8 verschoben.
-
Entsprechend sind die konkaven Bereiche 8e, die auf der Seite einer inneren Umfangsseitenoberfläche 8a der oberen Stirnfläche 8c ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8e, die auf der Seite einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b der oberen Stirnfläche 8c ausgebildet sind, relativ zueinander in der umlaufenden Richtung des Kühlkanals 8 verschoben. in ähnlicher Weise sind die konkaven Bereiche 8f, die auf der Seite einer inneren Umfangsseitenoberfläche 8a der unteren Stirnfläche 8d ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8f, die auf der Seite einer äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b der unteren Stirnfläche 8d ausgebildet sind, relativ zueinander in der umlaufenden Richtung des Kühlkanals 8 verschoben. Das Schmieröl 0, das von jedem der konkaven Bereiche 8e, die auf der Seite der inneren Umfangsseitenoberfläche 8a und der Seite der äußeren Umfangsseitenoberfläche 8b ausgebildet sind, aus verspritzt wird, kommt mit der halbkugelförmigen Oberfläche von jedem der entsprechenden konkaven Bereiche 8f, die den konkaven Bereichen 8e in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung gegenüber liegen, und fließt entlang der halbkugelförmigen Oberfläche derselben hin und her. Die Durchflussrate des Schmieröls 0, das im Kühlkanal 8 fließt, wird höher als die in der ersten Ausführungsform, so dass die Effizienz eines Wärmeaustauschs zwischen Kolbenboden 3 und dem Schmieröl 0 weiter verbessert werden kann. Als Folge kann die Kühlleistung des Kolbens 1 mit dem Kühlkanal 8 gegenüber der in der ersten Ausführungsform weiter verbessert werden.
-
Der Kolben der zweiten Ausführungsform besitzt den gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform bis auf die zuvor beschriebene Anordnung der konkaven Bereiche 8e, 8f, und kann daher die gleichen Wirkungen erzielen wie die der ersten Ausführungsform.
-
[Dritte Ausführungsform]
-
10 zeigt konkave Bereiche 8e, 8f, die jeweils in einer oberen und unteren Oberfläche 8c, 8d des Kühlkanals 8 eines Kolbens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. In der dritten Ausführungsform sind die konkaven Bereiche 8e, die in einer oberen Oberfläche 8c ausgebildet sind, und die konkaven Bereiche 8f, die in einer unteren Oberfläche 8d ausgebildet sind, relativ zueinander in der umlaufenden Richtung des Kühlkanals 8 verschoben. Das bedeutet, dass die konkaven Bereiche 8e und die konkaven Bereiche 8f auch relativ zueinander um einen vorbestimmten Winkel in die Aufwärts- und Abwärtsrichtung verschoben sind.
-
Mit dieser verschobenen Anordnung der konkaven Bereiche 8e, 8f in der dritten Ausführungsform wird das Schmieröl 0, welches von jedem der konkaven Bereiche 8e aus verspritzt wird, mit der halbkugelförmigen Oberfläche von jedem der konkaven Bereiche 8f, die relativ zum konkaven Bereich 8e um den vorbestimmten Winkel verschoben sind, in Kontakt kommen und entlang der halbkugelförmigen Oberflache davon hin- und herfließen. Entsprechend wird die Durchflussrate des Schmieröls 0, das im Kühlkanal 8 fließt, höher als die der ersten Ausführungsform, so dass eine Effizienz eine Wärmeaustauschs zwischen Kolbenboden 3 und dem Schmieröl 0 weiter verbessert werden kann. Als Folge kann die Kühlleistung des Kolbens 1 mit einem Kühlkanal 8 gegenüber der ersten Ausführungsform weiter verbessert werden.
-
[00511 Der Kolben der dritten Ausführungsform besitzt den gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform bis auf die zuvor beschriebene Anordnung der konkaven Bereiche 8e, 8f, und kann daher die gleichen Wirkungen erzielen wie die der ersten Ausführungsform.
-
[Vierte Ausführungsform]
-
11 zeigt konkave Bereiche 8e, 8f, die jeweils in einer oberen und einer unteren Oberfläche 8c, 8d des Kühlkanals 8 eines Kolbens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. In der vierten Ausführungsform besitzt jeder der konkaven Bereiche 8e, 8f eine Form, die sich von der jedes konkaven Bereiches 8e, 8f der ersten Ausführungsform unterscheidet. Insbesondere besitzt jeder der konkaven Bereiche 8e, 8f der vierten Ausführungsform eine ovale Form, wie in 11 gezeigt, welche eine Hauptachse besitzt, die sich entlang der Umlaufrichtung des Kühlkanals 8 erstreckt.
-
Der Kolben der vierten Ausführungsform besitzt den gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform bis auf die Form von jedem der konkaven Bereiche 8e, 8f, und kann daher die gleichen Wirkungen erzielen wie die der ersten Ausführungsform.
-
[Fünfte Ausführungsform]
-
12 zeigt konkave Bereiche 8e, 8f, die jeweils in einer oberen und unteren Oberfläche 8c, 8d des Kühlkanals 8 eines Kolbens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. In der fünften Ausführungsform besitzt jeder der konkaven Bereiche 8e, 8f eine längliche Kreisform, die in der Umlaufrichtung des Kühlkanals 8 gestreckt ist.
-
Der Kolben der fünften Ausführungsform besitzt den gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform bis auf die Form von jedem der konkaven Bereiche 8e, 8f, und kann daher die gleichen Wirkungen erzielen wie die der ersten Ausführungsform.
-
[Sechste Ausführungsform]
-
13 zeigt konkave Bereiche 8e, 8f, die jeweils in einer oberen und unteren Oberfläche 8c, 8d des Kühlkanals 8 eines Kolbens gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. In der sechsten Ausführungsform besitzt jeder der konkaven Bereiche 8e, 8f eine Tropfenform, die in der Umlaufrichtung des Kühlkanals 8 spitz zuläuft. Jeder der konkaven Bereiche 8e, 8f kann in einer Tropfenform ausgebildet sein, die in einer Umlaufrichtung des Kühlkanals 8 entgegengesetzt zu der einen Umlaufrichtung desselben spitz zuläuft.
-
Der Kolben der sechsten Ausführungsform besitzt den gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform bis auf die Form von jedem der konkaven Bereiche 8e, 8f, und kann daher die gleichen Wirkungen erzielen wie die der ersten Ausführungsform.
-
Weiter kann der Kühlkanal 8 in rechteckiger Form mit abgerundedet Ecken ausgebildet sein.
-
Diese Anmeldung basiert auf einer vorherigen
japanischen Patent-Anmeldung Nummer 2013-59547 , eingereicht am 22. März 2013, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht wird.
-
Obwohl die Erfindung vorgehend unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht beschränkt auf die vorgehend beschriebenen Ausführungsformen. Abwandlungen und Veränderungen der vorgehend beschriebenen Ausführungsformen werden Fachleuten auf dem Gebiet angesichts der vorgehenden Unterweisungen einfallen. Neben der vorstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird ergänzend explizit auf die zeichnerische Offenbarung in den 1 bis 13 Bezug genommen.
-
Zusammenfassend enthält ein Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine einen Kolbenboden, welcher eine Verbrennungskammer begrenzt, einen im Kolbenboden ausgebildeten ringförmigen Kühlkanal, durch welchen ein Kühlmittel fließt, und eine Mehrzahl von konkaven Bereichen, die auf mindestens einer Seite des Kühlkanals in einer axialen Richtung des Kolbens ausgebildet sind, wobei jeder aus der Mehrzahl von konkaven Bereichen eine gewölbte Oberfläche besitzt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 0
- Schmieröl
- 1
- Kolben
- 2
- Schaftbereich
- 3
- Kolbenboden
- 3a
- verdickter Wandbereich
- 3b, 3c, 3d
- Ringkanäle
- 3e
- Kolbenbodenoberfläche
- 4
- Bolzenaugenbereich
- 4a
- Bolzeneinführöffnung
- 5
- Zylinderblock
- 5a
- Zylinder
- 5b
- Zylinderlaufbuchse
- 6a, 6b, 6c
- Kolbenringe
- 7
- Ventilvertiefung
- 8
- Kühlkanal
- 8a, 8b
- umfangsseitige Seitenoberflächen des Kühlkanals
- 8c, 8d
- Stirnflächen des Kühlkanals
- 8e, 8f
- konkave Bereiche des Kühlkanals
- 9
- Einlassöffnung
- 10
- Auslassöffnung
- 11
- Öldüse
- 11a
- Öldurchlass
- 12
- Einlassventil
- 13
- Auslassventil
- 14
- löslicher Kern
- 14a, 14b
- Umfangsseitenoberflächen
- 14c, 14d
- Stirnflächen
- 14e, 14f
- halbkugelförmige Erhebungen
- 15
- Wassermantel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2009-221900 [0002]
- JP 2013-59547 [0071]
