DE102016207777A1

DE102016207777A1 - Kolben für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102016207777A1
Application number: DE102016207777.5A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Suda
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2016-11-10
Also published as: JP2016211415A; CN106121850A; CN106121850B; JP6394485B2

Abstract

Unterteilabschnitte (10, 11) beinhalten einen mittleren Unterteilabschnitt (37), der in einer Richtung einer Mittelachse C eines Kolbenkopfabschnitts (9) ein mittleres Teilstück beinhaltet, wobei das mittlere Teilstück einen größten Durchmesser aufweist, und sie sind so ausgebildet, dass sie sich von mittleren Umfangsteilstücken (10c) und (11c) in Richtung zu Seitenwandabschnitten (12) und (13) mit einer zunehmenden Krümmung krümmen. In Harzüberzugfilmschichten (39), die an den Unterteilabschnitten (10) und (11) bereitgestellt sind, sind Vertiefungen (41) zum Halten von Öl ausgebildet, und die Vertiefungen (41) sind jeweils aus einem großen Kreisabschnitt (41A) und einem Paar von kleinen Kreisabschnitten (41B) und (41C) zusammengesetzt, die aus dem großen Kreisabschnitt (41A) so hervortreten, dass der große Kreisabschnitt (41A) dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als jener des großen Kreisabschnitts (41A) ausgebildet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf Kolben für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Kolben für Verbrennungsmotoren, die einen Unterteilabschnitt beinhalten, der dafür ausgelegt ist, relativ zu einer Wand einer Zylinderbohrung zu gleiten, wobei sich ein Harzüberzug dazwischen befindet.
Stand der Technik
Als ein Kolben, der dafür ausgelegt ist, sich relativ zu einer Wand einer Zylinderbohrung in einem Verbrennungsmotor hin und her zu bewegen, ist einer bekannt, der in dem Japanischen Patent Nr. 4 749 398 offenbart ist. Dieser Kolben beinhaltet einen Unterteilkörper, der ein Paar von Unterteilabschnitten, die von diesem herab hängen, ein Paar von Seitenwandabschnitten, welche die gepaarten Unterteilabschnitte miteinander verbinden, sowie ein Paar von Kolbenbolzenaugen-Abschnitten aufweist, die an den gepaarten Seitenwandabschnitten zum Halten eines Kolbenbolzens bereitgestellt sind.
Die Unterteilabschnitte sind in einer Tonnenform mit einem axial mittleren Abschnitt kombiniert, der unter Berücksichtigung eines thermischen Ausdehnungseffekts einen größten Außendurchmesser aufweist. Auf den Unterteilabschnitten ist jeweils eine Harzüberzugfilmschicht ausgebildet. Die Harzüberzugfilmschicht weist Öl ansammelnde Vertiefungen auf, die in vorgegebenen Intervallen über ihre gesamte Oberfläche hinweg angeordnet sind, um Öl in den Vertiefungen zu halten, um dadurch Gleitwiderstände zu verringern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
So beinhaltet der Kolben für Verbrennungsmotoren in der Vergangenheit einen in einer Tonnenform ausgebildeten Unterteilabschnitt, der Zwischenräume zu einer Wand einer Zylinderbohrung umfasst, die in einem Abschnitt mit einem mittleren Teilstück in Bezug auf eine axiale Richtung eines Kolbenkörpers klein sind, wobei das mittlere Teilstück einen größten Außendurchmesser aufweist, und die bei jenen Teilstücken groß sind, die relativ zu dem mittleren Teilstück in Bezug auf die axiale Richtung des Kolbenkörpers darüber und darunter liegen.
Wenn sich der Kolben hin und her bewegt, ist er daher durch den Kolbenbolzen mit einem Teil der Verbrennungsdrücke belegt, und der Unterteilabschnitt, der sich mit der Wand der Zylinderbohrung in Kontakt befindet, weist auf einer Oberfläche jene Bereiche, die hohe Oberflächendrücke aufnehmen, und jene Bereiche auf, die geringe Oberflächendrücke aufnehmen.
Wenn Vertiefungen ausgebildet sind, setzen sie in Bereichen, die hohe Oberflächendrücke aufnehmen, durch ihre Tiefen Öl fest, wobei es misslingt, der Wand der Zylinderbohrung ausreichend Öl zuzuführen, wodurch Probleme hinsichtlich der Schmierung möglich sind.
Insbesondere in Bereichen, die kleine Zwischenräume zwischen dem Unterteilabschnitt und der Wand der Zylinderbohrung umfassen, besteht die Möglichkeit, dass der Unterteilabschnitt und die Wand der Zylinderbohrung eine geringe dazwischen eingebrachte Ölmenge aufweisen.
Des Weiteren besteht in Bereichen, die mit hohen Kontaktdrücken zwischen dem Unterteilabschnitt und der Wand der Zylinderbohrung einhergehen, die Möglichkeit, dass bei dem Unterteilabschnitt und der Wand der Zylinderbohrung hohe Druckkräfte vorliegen, die Öl aus Zwischenräumen dazwischen heraus drücken, wodurch umso mehr Öl fehlt.
Im Ergebnis gibt es Bedenken dahingehend, dass eine Schmierung zwischen dem Unterteilabschnitt und der Wand der Zylinderbohrung nicht ausreichend ist, was eine Zunahme von Reibungskräften zwischen dem Unterteilabschnitt und der Wand der Zylinderbohrung verursacht, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verschlechtert wird.
Diese Erfindung wurde im Hinblick auf derartige Probleme konzipiert.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Kolben für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, der eine verbesserte Schmierung zwischen einem Kolben und einer Wand einer Zylinderbohrung ermöglicht.
Um die Aufgabe zu lösen, wird gemäß Aspekten dieser Erfindung ein Kolben für Verbrennungsmotoren bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen Kolbenkörper, der dafür ausgelegt ist, sich relativ zu einer Wand einer Zylinderbohrung hin und her zu bewegen, einen Unterteilabschnitt, der von dem Kolbenkörper herab hängt, einen Kolbenbolzenaugen-Abschnitt zum Halten eines Kolbenbolzens, eine Seitenwand, die mit dem Unterteilabschnitt verbunden ist, sowie eine Harzüberzugfilmschicht, die auf einer Oberfläche bereitgestellt ist, die der Wand der Zylinderbohrung gegenüberliegt, wobei der Unterteilabschnitt umfasst: einen mittleren Unterteilabschnitt mit einem in Bezug auf eine Richtung einer Mittelachse des Kolbenkörpers mittleren Teilstück, wobei das mittlere Teilstück einen größten Außendurchmesser aufweist, einen oberen Unterteilabschnitt, der mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der von einer oberen Grenze des mittleren Unterteilabschnitts hin zu der Mittelachse graduell abnimmt, wenn sich der obere Unterteilabschnitt von der oberen Grenze nach oben erstreckt, sowie einen unteren Unterteilabschnitt, der mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der von einer unteren Grenze des mittleren Unterteilabschnitts hin zu der Mittelachse graduell abnimmt, wenn sich der untere Unterteilabschnitt von der unteren Grenze nach unten erstreckt, wobei der Unterteilabschnitt so ausgebildet ist, dass er eine Krümmung aufweist, die in Umfangsrichtung von einem mittleren Umfangsteilstück des Unterteilabschnitts in Richtung zu einem Verbindungsteilstück zu dem Seitenwandabschnitt zunimmt, einen Satz von Vertiefungen, die jeweils zum Halten von Öl ausgebildet sind, mit einem äußeren Rand bei der Harzüberzugfilmschicht sowie einem Boden als einem Nicht-Überzug-Bereich, der frei von der Harzüberzugfilmschicht ist, wobei die Vertiefungen jeweils einen großflächigen Abschnitt sowie ein Paar von kleinflächigen Abschnitten umfassen, die aus dem großflächigen Abschnitt so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt ausgebildet sind.
Gemäß den Aspekten dieser Erfindung kann eine verbesserte Schmierung zwischen einem Kolben und einer Wand einer Zylinderbohrung erreicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines Verbrennungsmotors als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht von der linken Seite eines wesentlichen Abschnitts einer Zylinderbohrung mit einem darin eingepassten Kolben als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
3 ist eine Rückansicht (d. h. eine Ansicht von der Seite eines Fahrersitzes aus in einem betreffenden Fahrzeug) des Kolbens als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht von unten auf den Kolben als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
5 ist eine Schnittansicht entlang einer in 3 mit Pfeilen markierten Schnittebene IV-IV (d. h. eine Schnittansicht von der rechten Seite) eines wesentlichen Abschnitts der Zylinderbohrung mit dem darin eingepassten Kolben als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
6 ist eine Rückansicht des Kolbens kombiniert mit einer graphischen Darstellung, die Positionsbeziehungen von gekrümmten Ebenen bei jedem Unterteilabschnitt des Kolbens zeigt, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
7 ist ein Umriss-Schaubild einer in vertikaler Richtung länglichen Vertiefung, die an einem Unterteilabschnitt des Kolbens in einer Harzüberzugschicht ausgebildet ist, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
8 ist eine Rückansicht des Kolbens kombiniert mit einer Zwischenraum-Verteilungskarte, die Positionsbeziehungen verschiedener Zwischenräume zeigt, die der Kolben an jedem Unterteilabschnitt relativ zu einer zugehörigen Wandfläche der Zylinderbohrung aufweist, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
9 ist eine Rückansicht des Kolbens kombiniert mit einer Druck-Verteilungskarte, die Positionsbeziehungen verschiedener Kontaktdrücke zeigt, die der Kolben an jedem Unterteilabschnitt mit einer zugehörigen Wandfläche der Zylinderbohrung erfährt, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, die eine Höhe eines dynamischen Drucks von Öl, der von einer in vertikaler Richtung länglichen Vertiefung erzeugt wird, sowie eine Höhe eines dynamischen Drucks von Öl veranschaulicht, der von einer in Querrichtung länglichen Vertiefung erzeugt wird, als eine Figur, die eine Kombination von Betriebseigenschaften von Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung und einer Modifikation derselben zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, die eine Zusammenhang zwischen einer Ölfilmdicke und einem Verhältnis eines Radius eines großen Kreisabschnitts zu einem Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Abstand zwischen dem großen Kreisabschnitt und einem kleinen Kreisabschnitt veranschaulicht, als eine Figur, die Betriebseigenschaften eines Kolbens für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
12 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung einer Drehzahl eines Motors zu einer Reibungskraft zwischen einer Wand einer Zylinderbohrung und Unterteilabschnitten des Kolbens, die Vertiefungen aufweisen, mit jenem eines herkömmlichen Kolbens vergleicht, der runde Nuten aufweist, als eine Figur, die Betriebseigenschaften eines Kolbens für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
13 ist eine Rückansicht eines Kolbens, der Harzüberzugfilmschichten mit darin ausgebildeten in Querrichtung länglichen Vertiefungen aufweist, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
14 ist ein Umriss-Schaubild einer in Querrichtung länglichen Vertiefung, die in einer Harzüberzugschicht an einem Unterteilabschnitt eines Kolbens ausgebildet ist, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
15 ist eine Rückansicht eines Kolbens, der Harzüberzugfilmschichten beinhaltet, die jeweils eine Kombination aus darin ausgebildeten, in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen und in Querrichtung länglichen Vertiefungen aufweisen, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
16 ist eine Rückansicht eines Kolbens, der Harzüberzugfilmschichten beinhaltet, die jeweils eine Kombination aus darin ausgebildeten, in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen und vertikalen Nuten aufweisen, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
17 ist ein Schaubild, das Zwischenräume zwischen einem Unterteilabschnitt und einer Wand einer Zylinderbohrung sowie Positionsbeziehungen zwischen Vertiefungen und vertikalen Vertiefungen zeigt, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
18 ist ein Schaubild, das Ströme von Öl zeigt, wenn der Kolben nach oben bewegt wird, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
19 ist ein Schaubild, das Ströme von Öl zeigt, wenn der Kolben nach unten bewegt wird, als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
20 ist eine Außenansicht einer Harzüberzugfilmschicht als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
21 ist eine Außenansicht einer Harzüberzugfilmschicht als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
22 ist eine Außenansicht einer Harzüberzugfilmschicht als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
23 ist eine Außenansicht einer Harzüberzugfilmschicht als eine Figur, die einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben. Es ist anzumerken, dass die 1 bis 6, 8, 9, 13 sowie die 15 bis 19 in den Zeichnungen jeweils eine Kombination von mit Pfeilen markierten Richtungen nach vorne, nach hinten, nach rechts und/oder nach oben beinhalten, die entsprechende Richtungen der longitudinalen Richtung des Fahrzeugs, der transversalen Richtung des Fahrzeugs und der vertikale Richtung des Fahrzeugs kennzeichnen, die aus einem Blickwinkel eines Fahrersitzes in einem betreffenden Fahrzeug bezeichnet sind.
Erste Ausführungsform
Die 1 bis 15 stellen Charakteristika eines Kolbens gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung dar.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung der Konfiguration eines zugehörigen Verbrennungsmotors.
In 1 ist ein Motor 1 als der zugehörige Verbrennungsmotor gezeigt, der in einem betreffenden Fahrzeug verbaut ist. Der Motor 1 ist so zusammengesetzt, dass er einen Zylinderblock 3, der ein mit diesem integriertes Kurbelgehäuse 2 aufweist, sowie einen Zylinderkopf 4 beinhaltet, der an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 3 bereitgestellt ist.
Der Zylinderblock 3 beinhaltet einen Satz von in einer transversalen Richtung des Fahrzeugs angeordneten Zylinderbohrungen 6, die jeweils einen darin aufgenommenen Kolben 7 aufweisen. Der Kolben 7 besteht aus einer Aluminium-Legierung oder dergleichen. Der Kolben 7 ist dafür ausgelegt, sich vertikal relativ zu einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 hin und her zu bewegen.
Die gesamten Kolben 7, die in den Zylinderbohrungen 6 aufgenommen sind, sind mittels eins-zu-eins entsprechenden Pleuelstangen 8 mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 5 verbunden, um eine Umwandlung von hin- und hergehenden Bewegungen der Kolben 7 durch die Pleuelstangen 8 in Drehbewegungen der Kurbelwelle 5 zu erreichen.
Hierbei weist der Motor 1 eine vorgegebene Anzahl von Zylindern auf, die hinsichtlich der Anzahl den Zylinderbohrungen 6 entspricht. Unter der Annahme, dass die Anzahl der Zylinder vier beträgt, weist der Motor 1 vier Zylinderbohrungen 6 auf. Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen wird angenommen, dass der Motor 1 vier Zylinder aufweist, wobei die Anzahl von Zylindern des Motors 1 nicht auf vier beschränkt ist. Darüber hinaus kann der Motor 1 ebenso aus einem anderen Typ von Motor bestehen, wie beispielsweise einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor. Des Weiteren ist der Typ des Motors 1 nicht auf diese beschränkt.
Wie in 2, die eine Schnittansicht von der linken Seite einer beliebigen Zylinderbohrung 6 ist, oder in 5 gezeigt, die eine Schnittansicht von der rechten Seite derselben ist, weist jeder Kolben 7 einen Kolbenkopfabschnitt 9 (siehe auch die 3 und 4) auf, der dafür ausgelegt ist, sich vertikal relativ zu einem gesamten Umfang einer Wand 6a hin und her zu bewegen, bei der es sich um eine innere periphere Wand der Zylinderbohrung 6 handelt, sowie ein Paar eines vorderen und eines hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10, die von dem Kolbenkopfabschnitt 9 herab hängen. Hierbei bildet der Kolbenkopfabschnitt 9 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen einen Kolbenkörper gemäß dieser Erfindung.
Wie in 4 gezeigt, die eine Ansicht von unten auf einen beliebigen Kolben 7 ist, weist jeder Kolben 7 ein Paar eines linken und eines rechten Seitenwandabschnitts 13 und 12 auf, die kontinuierlich mit jeweiligen linken Teilstücken 11a und 10a sowie rechten Teilstücken 11b und 10b des vorderen bzw. des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 verbunden sind. Des Weiteren weist jeder Kolben 7 ein Paar eines linken und eines rechten Kolbenbolzenaugen-Abschnitts 15 und 14 auf, die an jeweiligen mittleren Teilstücken der gepaarten linken und rechten Seitenwandabschnitte 13 und 12 bereitgestellt sind, um einen sich in einer transversalen Richtung des Fahrzeugs erstreckenden Kolbenbolzen 16 (siehe 1) zusammenwirkend so zu halten, dass er um eine Mittelachse C1 drehbar ist (siehe auch die 2 und 3).
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Kolbenbolzen 16 in einer zylindrischen Form ausgebildet, und wie in den 3, 4 oder 5 gezeigt ist, erstreckt sich die Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 in einer zu einer Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 senkrechten Richtung.
Hierbei entsprechen die linken Teilstücke 11a und 10a des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen jeweils einer Seite in einer Umfangsrichtung eines Unterteilabschnitts gemäß dieser Erfindung, und die rechten Teilstücke 11b und 10b des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 entsprechen jeweils der anderen Seite (d. h. einer Seite, die zu der einen Seite gegenüberliegt) in der Umfangsrichtung des Unterteilabschnitts gemäß dieser Erfindung. Es ist anzumerken, dass die linken Teilstücke 11a und 10a ebenso wie die rechten Teilstücke 11b und 10b jeweils eine vorgegebene Umfangslänge oder -breite ausgehend von einem entsprechenden von den linken Enden oder den rechten Enden des vorderen bzw. des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 aufweisen, wie in den 2, 4 oder 5 gezeigt.
Wie in den 2, 4 oder 5 gezeigt, weisen der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 bzw. 14 ein linkes und ein rechtes Kolbenbolzen-Anbringungsloch 15A und 14A für den darin einzupassenden Kolbenbolzen 16 auf. Der Kolbenbolzen 16 wird durch das linke und das rechte Kolbenbolzen-Anbringungsloch 15A und 14A eingesetzt und wird von dem linken und dem rechten Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 gehalten.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist jeder Kolben 16 an dem Motor 1 mit einem Abschnitt 8A mit einem kleinen Durchmesser einer zugehörigen Pleuelstange 8 funktionsfähig verbunden, und ein Abschnitt 8B der Pleuelstange 8 mit einem großen Durchmesser ist funktionsfähig mit der Kurbelwelle 5 verbunden. Hierdurch werden hin- und hergehende Bewegungen des Kolbens 7 in Drehbewegungen der Kurbelwelle 5 umgewandelt.
Wie aus 1 ersichtlich, ist in dem Zylinderkopf 4 an dem Motor 1 ein Satz von Einlasskanälen 21 für eine individuelle Fluidverbindung mit den Zylinderbohrungen 6 ausgebildet. Jede Zylinderbohrung 6 weist eine Verbrennungskammer 18 auf, die zwischen einem oberen Bereich einer Wand 6a und einem zugehörigen Kolben 7 definiert ist. Einlassluftströme können durch einen zugehörigen Einlasskanal 12 in die Verbrennungskammer 18 eingeleitet werden.
In dem Zylinderkopf 4 an dem Motor 1 ist ein Satz von Auslasskanälen 22 für eine individuelle Fluidverbindung mit den Zylinderbohrungen 6 ausgebildet. An jeder Zylinderbohrung 6 können Abgasströme vorhanden sein, die in der Verbrennungskammer 18 erzeugt werden und durch einen zugehörigen Auslasskanal 22 aus dieser abgeführt werden.
Wie aus 1 ersichtlich, ist der Zylinderkopf 4 an dem Motor 1 ausgebildet mit einer Kombination aus einer Einlassnockenwelle 23, die einen Satz von Einlassnocken 23A trägt, und einer Auslassnockenwelle 24, die einen Satz von Auslassnocken 24A trägt. Des Weiteren ist jede Zylinderbohrung 6 an dem Zylinderkopf 4 versehen mit einer Kombination aus einem Einlassventil 25, das mittels eines zugehörigen Einlassnockens 23A betätigbar ist, um eine Fluidverbindung mit der Verbrennungskammer 18 herzustellen oder zu unterbrechen, und einem Auslassventil 26, das mittels eines zugehörigen Auslassnockens 23A betätigbar ist, um eine Fluidverbindung mit der Verbrennungskammer 18 herzustellen oder zu unterbrechen.
Wie in den 2, 3 oder 5 gezeigt, sind in dem Kolbenkopfabschnitt 9 an jedem Kolben 7 an einem äußeren Randbereich drei Ringnuten ausgebildet, bei denen es sich um eine erste Kolbenringnut 31, eine zweite Kolbenringnut 32 sowie eine Ölringnut 33 in dieser Reihenfolge von der Oberseite aus handelt.
In die erste Kolbenringnut 31 und die zweite Kolbenringnut 32 an jedem Kolben 7 sind ein nicht dargestellter ringförmiger erster bzw. zweiter Kolbenring eingepasst, und in die Ölringnut 33 ist ein nicht dargestellter ringförmiger Ölring als ein Kolbenring eingepasst.
Der erste und der zweite Kolbenring weisen jeweils eine Funktion einer Kontaktbildung an einem Bereich einer Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 auf, wodurch die Verbrennungskammer 18 gut abgedichtet ist.
Der Ölring weist eine Funktion einer Kontaktbildung an einem Bereich der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 auf, wobei er sich entsprechend einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 7 bewegt, wobei er auf dem Bereich der Wand 6a haftendes Öl abstreift.
Wie des Weiteren in den 2 oder 3 gezeigt, weist die Ölringnut 33 an jedem Kolben 7 gepaarte Sätze von Ölrücklauflöchern 34 auf, die in einem (radial nach innen gelegenen) Boden ausgebildet sind. Insbesondere ist ein Satz von Ölrücklauflöchern 34 (vier Stellen, siehe 3) auf jeder von einer Druckseite und einer Gegendruckseite (d. h. von einer und der anderen Seitendruckrichtung vor und nach einem oberen Totpunkt, insbesondere von der Vorder- und der Rückseite in 2) des Kolbenkopfabschnitts 9 ausgebildet, somit insgesamt zwei Sätze (vier × 2 = acht Stellen). Die Ölrücklauflöcher 34 weisen an dem Boden der Ölringnut 33a und einem inneren peripheren Bereich des Kolbenkopfabschnitts 9 jeweils offene Enden für eine Fluidverbindung dazwischen auf.
Hierbei ist mit dem Begriff 'Druckseite' ein Seitenabschnitt des Kolbens 7 gemeint, auf den in einem Hub, der in der Zylinderbohrung 6 von dem oberen Totpunkt aus nach unten geht, Kraft ausgeübt wird, so dass aufgrund eines Drehmoments der Kurbelwelle 5 Kräfte vorliegen, die in einer Druckrichtung senkrecht zu einer axialen Richtung der Kurbelwelle 5 auf einen zugehörigen Seitenbereich der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 wirken.
Des Weiteren ist mit dem Begriff 'Gegendruckseite' ein gegenüberliegender Seitenabschnitt des Kolbens 7 gemeint, auf den in einem Hub, der in der Zylinderbohrung 6 in Richtung zu dem Totpunkt nach oben geht, Kraft ausgeübt wird, so dass aufgrund eines Drehmoments der Kurbelwelle Kräfte vorliegen, die in einer Druckrichtung, die entgegengesetzt zu der vorstehenden Druckrichtung ist, auf einen zugehörigen, gegenüberliegenden Seitenbereich der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 wirken.
Wie aus 1 ersichtlich, weist jede Zylinderbohrung 6 einen räumlichen Bereich auf, der durch die Wand 6a und einen zugehörigen Kolben 7 und zwischen diesen definiert ist, in den Öl von einem Öldüsenloch 8a zugeführt wird, das durch einen Abschnitt 8B mit einem großen Durchmesser einer zugehörigen Pleuelstange 8 hindurch bereitgestellt ist. Hierdurch weist, wie in 2 dargestellt, die Zylinderbohrung 6 einen Ölfilm 35 auf, der über einen gesamten Umfang der Wand 6a für äußere periphere Bereiche des Kolbens 7 ausgebildet ist (insbesondere den Kolbenkopfabschnitt 9), die damit in Kontakt gebracht werden.
Eine derartige Ölzufuhr dient zum Kühlen des Kolbens 7 sowie zur Schmierung zwischen äußeren peripheren Bereichen des Kolbens 7 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6. Es ist anzumerken, dass ebenso andere Elemente als die Öldüsenlöcher 8a vorhanden sein können, die für eine derartige Öleinbringung eingesetzt werden.
Der Motor 1 beinhaltet eine nicht dargestellte Ölwanne, die in einem unteren Abschnitt des Kurbelgehäuses 2 bereitgestellt ist, wobei die Ölwanne mit jeder Zylinderbohrung 6 in Verbindung steht. Wenn sich ein zugehöriger Kolben 7 vertikal in der Zylinderbohrung 6 hin und her bewegt, streift der in die Ölringnut 33 des Kolbens 7 eingepasste Ölring Öl ab, das an der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 haftet. Flüsse von abgestreiftem Öl können durch Ölrücklauflöcher 34 am Boden der Ölringnut 33 geleitet werden und zu inneren peripheren Bereichen in dem Kolbenkopfabschnitt 9 des Kolbens 7 abgeführt werden, um so durch räumliche Bereiche zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 des Kolbens 7 zu der Ölwanne zurückzulaufen.
Wie aus 2 ersichtlich, sind der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 so ausgelegt, dass sie an der Druckseite oder der Gegendruckseite mit einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 in Kontakt kommen (insbesondere mit der Wand 6a), wenn sich der Kolben 7 hin und her bewegt, wodurch sie eine Funktion aufweisen, durch die Schwingbewegungen des Kolbens 7 unterbunden werden.
Wie in 3 dargestellt, die eine Rückansicht eines beliebigen Kolbens 7 ist, ist der hintere Unterteilabschnitt 10 an jedem Kolben 7 im Wesentlichen in einer rechteckigen Form ausgebildet (insbesondere in einer rechteckigen länglichen Form), die eine Kombination aus zwei schmalen Seiten, die sich parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstrecken, und zwei langen Seiten aufweist, die sich parallel zu einer Richtung (z. B. einer Richtung, in der sich die Achse C1 des Kolbenbolzens 16 erstreckt) senkrecht zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstrecken.
Außerdem ist der vordere Unterteilabschnitt 11 des Kolbens 7 im Wesentlichen in einer rechteckigen Form (insbesondere einer rechteckigen länglichen Form) ähnlich jener des hinteren Unterteilabschnitts 10 ausgebildet, wobei die Form eine Kombination aus zwei schmalen Seiten und zwei langen Seiten aufweist.
Wie in den 5 oder 6 gezeigt, weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 in Bezug auf eine Richtung, in der sich die Mittelachse C (d. h. eine axiale Richtung) des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt, mittlere Teilstücke auf, die gemeinsam einen mittleren Unterteilabschnitt 37 des Kolbens 7 bilden. Dieser mittlere Unterteilabschnitt 37 weist einen maximalen Außendurchmesser auf. Der mittlere Unterteilabschnitt 37 weist eine Kombination aus bogenförmigen äußeren peripheren Teilstücken auf (die jenen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 entsprechen), die partiell eine gerade zylindrische Form bilden, die eine Achse aufweist, die sich parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt. Hierbei überlappt die Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 mit einer Mittelachse einer Kombination aus dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 (d. h. sie befinden sich auf einer identischen geraden Linie).
Des Weiteren weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 obere Teilstücke auf, die sich auf Niveaus befinden, die oberhalb einer oberen Grenze (insbesondere einer imaginären oberen Grenzebene) 37a des mittleren Unterteilabschnitts 37 liegen, und zusammen einen oberen Unterteilabschnitt 36 des Kolbens 7 bilden. Dieser obere Unterteilabschnitt 36 weist eine Kombination aus bogenförmigen äußeren peripheren Teilstücken auf (die jenen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 entsprechen), die partiell eine umgedrehte Schalenform bilden, die mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der in einer Ausdehnungsrichtung von der oberen Grenze 37a aus nach oben von einem Außenumfang der oberen Grenze 37a des mittleren Unterteilabschnitts 37 hin zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 graduell abnimmt.
Es ist anzumerken, dass sich die obere Grenze 37a des mittleren Unterteilabschnitts 37 auf einem Niveau befindet, das in Bezug auf eine Richtung, in der sich die Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt, unter der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 liegt.
Und des Weiteren weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 untere Teilstücke auf, die sich auf Niveaus befinden, die unterhalb einer unteren Grenze (insbesondere einer imaginären unteren Grenzebene) 37b des mittleren Unterteilabschnitts 37 liegen, und gemeinsam einen unteren Unterteilabschnitt 38 des Kolbens 7 bilden. Dieser untere Unterteilabschnitt 38 weist eine Kombination aus bogenförmigen äußeren peripheren Teilstücken auf (die jenen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 entsprechen), die partiell eine Schalenform bilden, die mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der in einer Ausdehnungsrichtung von der oberen Grenze 37a nach oben von einem Außenumfang der oberen Grenze 37a des mittleren Unterteilabschnitts 37 hin zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 graduell abnimmt.
6 zeigt in einer graphischen Darstellung auf der rechten Seite ein Profil einer Tonnenform, die mittels einer Kombination aus drei Unterteilabschnitten definiert ist, die als der obere Unterteilabschnitt 36, der mittlere Unterteilabschnitt 37 und der untere Unterteilabschnitt 38 beschrieben sind. In dieser graphischen Darstellung repräsentiert die horizontale Achse eine Abnahme des Durchmessers des oberen oder des unteren Unterteilabschnitts 36 oder 38 relativ zu dem mittleren Unterteilabschnitt 37, und die vertikale Achse repräsentiert einen Abstand in vertikaler Richtung von einem unteren Ende der Kombination aus den Unterteilabschnitten 36, 37 und 38 (insbesondere von einem unteren Boden der Tonnenform aus).
Mit anderen Worten weist jeder Kolben 7 eine Kombination aus einem vorderen und einem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 auf, die einen tonnenförmigen Abschnitt des Kolbens 7 bilden.
Es ist anzumerken, dass der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 in den 5 und 6 zwecks Einfachheit der Beschreibung so dargestellt sind, dass sie signifikant gekrümmt sind.
Wie in 4 gezeigt, weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 in einer Ausdehnungsrichtung des Umfangs von ihren mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c hin zu ihren Endteilstücken (insbesondere ihren linken Teilstücken 11a und 10a und ihren rechten Teilstücken 11b und 10b), die mit dem linken bzw. dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 verbunden sind, stärkere Krümmungen auf.
Hierbei bilden die mittleren Umfangsteilstücke 11c und 10c Scheitel auf Umfängen (d. h. radial am meisten hervortretende Teilstücke) des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10, die ein vorderes oder hinteres Endteilstück des linken Seitenwandabschnitts 13 bzw. ein vorderes oder hinteres Endteilstück des rechten Seitenwandabschnitts 12 miteinander verbinden. Dementsprechend weist die äußere Peripherie auf dem tonnenförmigen Abschnitt, der eine Kombination aus dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 ist, in einer Ausdehnungsrichtung des Umfangs an den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c relativ zu der Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 einen kleinsten Zwischenraum auf.
Wie in den 2, 3 oder 4 gezeigt, weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 eine vordere und eine hintere Harzüberzugfilmschicht 39 auf, die auf deren Oberflächen mit einer vorgegebenen Dicke zum Beispiel mittels eines Siebverfahrens gebildet werden, wobei die Harzüberzugfilmschichten 39 geringe Reibungswiderstände und hohe Wärmebeständigkeiten aufweisen. Die vordere und die hintere Harzüberzugfilmschicht 39 sind über entsprechenden vorderen und hinteren Oberflächenbereichen des oberen Unterteilabschnitts 36, des mittleren Unterteilabschnitts 37 sowie des unteren Unterteilabschnitts 38 ausgebildet, die der Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 gegenüberliegen.
Die vordere und die hintere Harzüberzugfilmschicht 39 umfassen jeweils ein oberes Ende 39a als einen oberen Rand, der sich entlang eines oberen Rands des oberen Unterteilabschnitts 36 erstreckt, sowie ein unteres Ende 39b als einen unteren Rand, der sich entlang eines unteren Rands des unteren Unterteilabschnitts 38 erstreckt.
Wie in 3 gezeigt, weisen die vordere und die hintere Harzüberzugfilmschicht 39 an jedem Kolben 7 jeweils einen Satz von Vertiefungen 41 auf, die so als Löcher darin ausgebildet sind, dass sie in Tiefenrichtung geradlinig verlaufen. Jede Vertiefung 41 weist eine Tiefe auf, die innerhalb eines Bereichs zwischen 5 μm oder mehr und 20 μm oder weniger festgelegt ist, so dass sie gleich der Dicke der vorderen und der hinteren Harzüberzugfilmschicht 39 ist. Wie in 7 gezeigt, ist jede Vertiefung 41 aus einem mittleren großen Kreisabschnitt 41A und einem Paar eines oberen und eines unteren kleinen Kreisabschnitts 41B und 41C zusammengesetzt. Die Kreisabschnitte 41A, 41B und 41C sind durch ihre kreisförmigen bogenförmigen Ränder definiert.
Wie in 7 gezeigt, weist der mittlere große Kreisabschnitt 41A bei jeder Vertiefung 41 eine Vertiefungswand auf, die durch ein Paar eines linken und eines rechten Bogensegments eines Kreises definiert ist, der durch einen Radius R beschrieben ist. Der obere und der untere kleine Kreisabschnitt 41B und 41C weisen Vertiefungswände auf, die jeweils durch ein oberes und ein unteres Bogensegment eines Kreises definiert sind, der durch einen Radius beschrieben ist, der kleiner als der Radius R ist. Die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C weisen eine Querschnittsfläche auf, die kleiner als eine Querschnittsfläche des großen Kreisabschnitts 41A ist. Das obere und das untere Bogensegment, die den oberen und den unteren kleinen Kreisabschnitt 41B und 41C definieren, weisen Sehnen auf, die jeweils mit einer oberen und einer unteren Sehne überlappen, die jeweils das linke und das rechte Bogensegment miteinander verbinden, die den großen Kreisabschnitt 41A definieren. Die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C sind parallel zu der Mittelachse C eines zugehörigen Kolbenkopfabschnitts 9 angeordnet.
Hierdurch treten die Vertiefungswände der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C, die durch das obere und das untere Bogensegment definiert sind, in 7 vertikal (d. h. parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9) in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen aus der Vertiefungswand des großen Kreisabschnitts 41A hervor, der durch das linke und das rechte Bogensegment definiert ist, wobei sie räumliche Bereiche in den drei Vertiefungswänden aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen. Hierbei bildet der mittlere große Kreisabschnitt 41A gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen einen großen Flächenabschnitt gemäß dieser Erfindung, wobei der obere und der untere kleine Kreisabschnitt 41B und 41C ein Paar von kleinen Flächenabschnitten gemäß dieser Erfindung bilden.
Der obere und der untere kleine Kreisabschnitt 41B und 41C an jeder Vertiefung 41 weisen Mittelpunkte C3 und C4 auf (die Mittelpunkten eingeschriebener Kreise der kleinen Flächenabschnitte gemäß dieser Erfindung entsprechen), die um einen Abstand L, der innerhalb eines Bereichs zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger des Radius R des großen Kreisabschnitts 41A liegt, von einem Mittelpunkt C2 des mittleren großen Kreisabschnitts 41A beabstandet sind (der einem Mittelpunkt eines eingeschriebenen Kreises des großen Flächenabschnitts gemäß dieser Erfindung entspricht). Das heißt, die Mittelpunkte C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C sind von dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A um einen Abstand L beabstandet, der so festgelegt ist, dass er kleiner als der Radius R des großen Kreisabschnitts 41A ist.
Wie in 8 gezeigt, weisen an jedem Kolben 7 der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10, die einen tonnenförmigen Abschnitt bilden, andererseits Zwischenräume zu der Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 auf, die an jeweiligen Kombinationen aus vier Eckbereichen, bei denen es sich um das obere linke und das obere rechte Endteilstück sowie das untere linke und das untere rechte Endteilstück des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 handelt, am stärksten vergrößerte Zwischenräume beinhalten und an jeweiligen mittleren Bereichen, bei denen es sich um mittlere Teilstücke in Bezug auf die vertikale Richtung und die Querrichtung des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 handelt, am stärksten verringerte Zwischenräume beinhalten.
Der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 weisen jeweils über einen Zwischenbereich, bei dem es sich um ein Zwischenteilstück handelt, das sich zwischen einem mittleren Bereich und einer Kombination aus vier Eckbereichen erstreckt, eine Verteilung von Zwischenräumen zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 auf, die so festgelegt sind, dass sie größer als Zwischenräume im dem mittleren Bereich und kleiner als Zwischenräume bei der Kombination aus vier Eckbereichen sind.
Mit anderen Worten, wie durch ein Zwischenraumverteilungsmuster als eine Karte im unteren Bereich der 8 dargestellt, bestehen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 jeweils aus einem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen, der eine Verbindungskombination von vier Eckbereichen derselben ist, einem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen, der ein mittlerer Verbindungsbereich derselben ist, sowie einem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen, der ein dazwischen liegender Verbindungsbereich ist, der sich zwischen dem mittleren Bereich und der Kombination aus vier Eckbereichen erstreckt.
Es ist anzumerken, dass die Karte in 8 als eine überlappende Rückansicht des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 von dem Fahrersitz aus erstellt ist. In dieser Karte weist der vordere Unterteilabschnitt 11 einen linken und einen rechten Rand auf, die als Endteilstücke 11L und 11R abgebildet sind, die jeweils mit einem linken und einem rechten Rand überlappen, die als Endteilstücke 10L und 10R des rechten Unterteilabschnitts 10 abgebildet sind.
Wie in 3 gezeigt, weist der hintere Unterteilabschnitt 10 an jedem Kolben 7 parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 einen Satz von Vertiefungen 41 auf, die in dem mittleren Umfangsteilstück 10c des Unterteilabschnitts 10 angeordnet sind.
Jede Vertiefung 41 weist eine Kombination aus einem mittleren großen Kreisabschnitt 41A und einem oberen und einem unteren kleinen Kreisabschnitt 41B und 41C auf, die in einer Richtung angeordnet sind. Wird diese Anordnungsrichtung als eine längliche Richtung der Vertiefung 41 definiert, ist jede Vertiefung 41 so angeordnet, dass sie die längliche Richtung parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 des Kolbens 7 aufweist, die sich in der Figur in der vertikalen Richtung des Fahrzeugs erstreckt.
Und zwar repräsentiert an jedem Kolben 7 jede Vertiefung 41, die in dem hinteren Unterteilabschnitt 10 ausgebildet ist, gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen einen in vertikaler Richtung länglichen Anordnungstyp mit einer länglichen Richtung parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9.
Es ist anzumerken, dass auch in dem vorderen Unterteilabschnitt 11 ähnlich wie in dem hinteren Unterteilabschnitt 10 ein Satz von Vertiefungen 41 ausgebildet ist. Dementsprechend erfolgt nunmehr eine Beschreibung von Vertiefungen 41, die in dem hinteren Unterteilabschnitt 10 ausgebildet sind.
Der hintere Unterteilabschnitt 10 an jedem Kolben 7 weist eine Dichte an Vertiefungen als die Anzahl von Vertiefungen 41 pro Einheitsfläche auf, die so festgelegt ist, dass sie an dem mittleren Unterteilabschnitt 37 größer als an dem oberen Unterteilabschnitt 36 oder dem unteren Unterteilabschnitt 38 ist und dass sie insbesondere nahe der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 in dem mittleren Unterteilabschnitt 37 am größten ist. Hierdurch weist der Unterteilabschnitt 10 Vertiefungen 41 auf, die in dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen konzentriert sind.
Der Unterteilabschnitt 10 weist in einer Ausdehnungsrichtung weiter weg von dem mittleren Umfangsteilstück 10c (das heißt in einer Ausdehnungsrichtung hin zu dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12) graduell abnehmende Dichten an Vertiefungen auf. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen weist der Unterteilabschnitt 10 in einer Ausdehnungsrichtung des Umfangs von dem mittleren Umfangsteilstück 10c hin zu Verbindungsteilstücken zu dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 stärkere Krümmungen auf.
Hierdurch weist der Unterteilabschnitt 10 in einer Ausdehnungsrichtung von dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen zu dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen graduell verringerte Dichten an Vertiefungen auf. Wie in 6 dargestellt, weist der Unterteilabschnitt 10 des Weiteren einen Satz von Vertiefungen 41 auf, die in einer inhomogenen Matrix angeordnet sind, die sieben Reihen in Querrichtung und sieben Spalten in vertikaler Richtung beinhaltet (insbesondere in einer symplektischen Matrix von fünf Reihen mal fünf Spalten außer Elementen an vier Scheiteln). Jene in den Reihen in Querrichtung angeordneten Vertiefungen 41 sind in einer Rückansicht des Unterteilabschnitts 10 angeordnet, um so ein Überlappen mit der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 oder der oberen Grenze 37a oder der unteren Grenze 37b des mittleren Unterteilabschnitts 37 zu vermeiden. Mit anderen Worten sind jene Vertiefungen 41, die sich nahe der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 befinden, so angeordnet, dass die Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16, die obere Grenze 37a und die untere Grenze 37b dazwischen liegen.
Die vordere und die hintere Harzüberzugschicht 39 an jedem Kolben 7 werden durch Aufbringen eines Anstrichüberzugs, der PAI (Polyamidimid) und Molybdändisulphid als Hauptbestandteile beinhaltet, auf dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 gebildet, indem zum Beispiel eine Siebdruckvorrichtung verwendet wird, während auf dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 ein Maskierungsprozess unter Verwendung eines Satzes von hinsichtlich der Form mit den jeweiligen Vertiefungen 41 identischen Masken durchgeführt wird, die jeweils einen großen Kreisabschnitt 41A und kleine Kreisabschnitte 41B und 41C beinhalten, um so auf Oberflächen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 eine Kombination aus einem vorderen und einem hinteren Satz von Vertiefungen 41 bereitzustellen, die für ein Halten von Ölflüssen ausgelegt sind. Hierdurch weist jede Vertiefung 41 eine Wand, die durch einen Harzüberzugfilm definiert ist, sowie einen Boden auf, der durch ein nicht beschichtetes Teilstück ohne eine Harzüberzugfilmschicht definiert ist.
Nunmehr folgt eine Beschreibung von Reibungskräften, die sich zwischen jedem Kolben 7 und der Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 ausbilden.
Der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 weisen in einer Rückansicht Umfangsbereiche auf, die mit dem linken und dem rechten Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 oder Erweiterungen derselben überlappen. Derartige Bereiche weisen erhöhte Kontaktdrücke zu der Wand 6a einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 auf. Die Ursache dafür ist wie folgt.
Auf dem Kolben 7, der sich in der Zylinderbohrung 6 hin und her bewegt, liegt durch die Pleuelstange 8 und den Kolbenbolzen 16 ein Teil der Verbrennungsdrücke an, die danach, wenn der vordere Unterteilabschnitt 11 oder der hintere Unterteilabschnitt 10 mit der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 in Kontakt kommen, dahingehend wirken, dass Teilstücke zwischen dem Kolbenbolzen 16 und dem linken und dem rechten Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 einen Kontakt herstellen und der Unterteilabschnitt 11 oder 10 gegen die Wand 6a der Zylinderbohrung 6 gedrückt wird, wobei Druckkräfte durch die einen Kontakt herstellenden Teilstücke als Eingabepunkte eingebracht werden.
Einhergehend mit hin- und hergehenden Bewegungen des Kolbens 7 bilden sich Reibungskräfte zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 aus, wenn sich der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 unter Ausübung von Druckkräften aufgrund von Verbrennungsdrücken in der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 in vertikaler Richtung bewegen.
9 zeigt in einer Karte im unteren Bereich ein Verteilungsmuster von Kontaktdrücken, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 erzeugt werden.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen sind der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 so hergestellt, dass sie eine Tonnenform bilden, so dass sie an den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 in Richtungen senkrecht zu der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 groß sind und in ihrer Ausdehnungsrichtung des Umfangs von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c hin zu dem linken bzw. dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 stärkere Krümmungen aufweisen.
Hierdurch weist der mittlere Unterteilabschnitt 37 am stärksten verringerte Zwischenräume zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 auf, und der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 weisen in einer Ausdehnungsrichtung von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c in Umfangsrichtung nach außen (in 4 insbesondere in Umfangsrichtung nach links und nach rechts von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c aus) in Bereichen, die sich in Bezug auf eine Richtung, in der sich die Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt, außerhalb des mittleren Unterteilabschnitts 37 erstrecken (in 6 insbesondere von der oberen Grenze 37a des mittleren Unterteilabschnitts 37 aus nach oben und von der unteren Grenze 37b der mittleren Unterteilabschnitts 37 aus nach unten), verringerte Kontaktdrücke zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 auf.
Dementsprechend weist der Kolben 7 eine Kombination aus einem vorderen und einem hinteren ersten Außenbereich auf, der mit relativ kleinen Zwischenräumen, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ausgebildet sind, sowie mit relativ hohen Kontaktdrücken einhergehen, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 erzeugt werden, und weist eine Kombination aus einem vorderen und einem hinteren zweiten Außenbereich auf, die mit relativ großen Zwischenräumen, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ausgebildet sind, sowie mit relativ geringen Kontaktdrücken einhergehen, die zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 erzeugt werden. Die Kombination aus den ersten Außenbereichen ist strengeren Bedingungen hinsichtlich einer Schmierung unterworfen als die Kombination aus den zweiten Außenbereichen.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen sind die Kolben 7 jeweils für eine bevorzugte Schmierung ausgelegt, die unter solchen strengen Bedingungen für die Schmierung durchzuführen ist. Es erfolgt eine Beschreibung eines spezifischen Verfahrens zum Schmieren jedes Kolbens 7.
Es ist anzumerken, dass der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an einem jeweiligen Kolben 7 hinsichtlich Konfiguration und Leistung identisch sind, und es erfolgt eine Beschreibung des hinteren Unterteilabschnitts 10. Unter Bezugnahme auf eine Bewegungsrichtung jenes Kolbens 7 wird 'voraus oder vorwärts' sowie 'dahinter oder rückwärts' des Weiteren manchmal als 'stromaufwärts' bzw. 'stromabwärts' bezeichnet.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen weist der hintere Unterteilabschnitt 10 an dem vorstehend erwähnten Kolben 7 den Satz von Vertiefungen 41, die in der Harzüberzugfilmschicht 29 ausgebildet sind, an einem hinteren ersten Außenbereich des Kolbens 7 auf, der mit relativ kleinen Zwischenräumen, die zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ausgebildet sind, sowie mit relativ hohen Kontaktdrücken einhergehen, die zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 erzeugt werden.
In diesem Satz von Vertiefungen 41 ist jede Vertiefung 41 aus einem mittleren großen Kreisabschnitt 41A und einem Paar eines oberen und eines unteren kleinen Kreisabschnitts 41B und 41C zusammengesetzt, die hinsichtlich der Querschnittsfläche kleiner als der große Kreisabschnitt 41A sind, wie in 7 gezeigt. Der große Kreisabschnitt 41A ist in einer Richtung parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 zwischen die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C eingefügt. Hierdurch können die Vertiefungen 41 dynamische Öldrücke verursachen, wenn sich der Kolben 7 in vertikaler Richtung bewegt. Im Hinblick darauf ist jede Vertiefung 41 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen aus dem großen Kreisabschnitt 41A mit einer relativ großen Querschnittsfläche und den kleinen Kreisabschnitten 41B und 41C mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche zusammengesetzt. Die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C treten in vertikaler Richtung entgegengesetzt zueinander aus dem großen Kreisabschnitt 41A hervor, wobei der große Kreisabschnitt 41A zwischen diese eingefügt ist.
10 zeigt in der graphischen Darstellung eine Variation eines dynamischen Öldrucks (der in der Figur mittels durchgezogener Linien dargestellt ist), der von einer Vertiefung 41 erzeugt wird, die kleine Kreisabschnitte 41B und 41C aufweist, die in vertikaler Richtung relativ zu einem großen Kreisabschnitt 41A angeordnet sind. Der dynamische Öldruck (der durch die vertikale Achse dieser graphischen Darstellung dargestellt ist) nimmt zu (d. h. wird höher), wenn sich ein Kolbenhub (der durch die horizontale Achse dieser graphischen Darstellung dargestellt ist) von stromabwärts nach stromaufwärts ändert. Des Weiteren nimmt dieser dynamische Druck zu, wenn die Drehzahl des Motors 1 erhöht wird.
Mit anderen Worten weist bei einer Bewegung nach oben der Kolben 7 Ölflüsse auf, die von stromaufwärts (jener Seite, welche die Verbrennungskammer 18 beinhaltet) in Zwischenräume zwischen dem oberen Unterteilabschnitt 26 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden. Betreffende Vertiefungen 41 können jeweils derartige Ölflüsse aufweisen, die durch einen oberen kleinen Kreisabschnitt 41B (der sich stromaufwärts befindet) in einen mittleren großen Kreisabschnitt 41A (der sich stromabwärts des kleinen Kreisabschnitts 41B befindet) eingebracht werden, wo sich dann Öl ansammelt. Wenn das angesammelte Öl eine erhöhte Menge aufweist, können Ölflüsse von dem großen Kreisabschnitt 41A in einen unteren kleinen Kreisabschnitt 41C eingebracht werden (der sich stromabwärts des großen Kreisabschnitts 41A befindet). Dieser Prozess geht mit einer signifikanten Abnahme des Ölflusses einher, wobei hohe dynamische Drücke erzeugt werden.
Insbesondere helfen Reibungsgrenzen (Kontaktoberflächen von zwei Körpern), dass Ölflüsse dynamische Drücke mit variierenden Beträgen in Abhängigkeit von betreffenden Kreisinnendurchmessern erzeugen, die mit zunehmenden Beträgen vergrößerte Filmdicken aufweisen.
Hierdurch nimmt der Kolben 7 bei einer Bewegung nach oben Drücke auf, die in Richtungen darauf ausgeübt werden, die den Unterteilabschnitt 10 zwingen, sich von der Wand 6a der Zylinderbohrung zu entfernen, wodurch zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und einem Außenbereich des mittleren Unterteilabschnitts 37 (der mit relativ kleinen Zwischenräumen zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und relativ hohe Kontaktdrücke zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht) Ölflüsse eingebracht werden und Filme mit zunehmenden Dicken aufgebracht werden.
Andererseits weist der Kolben 7 bei einer Bewegung nach unten Ölflüsse auf, die von stromaufwärts (jener Seite, welche die Kurbelwelle 5 beinhaltet) in Zwischenräume zwischen dem unteren Unterteilabschnitt 38 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden. Betreffende Vertiefungen 41 können jeweils derartige Ölflüsse aufweisen, die durch einen unteren kleinen Kreisabschnitt 41C (der sich stromaufwärts befindet) in einen mittleren großen Kreisabschnitt 41A (der sich stromabwärts des kleinen Kreisabschnitts 41C befindet) eingebracht werden, wo sich dann Öl ansammelt. Wenn das angesammelte Öl eine erhöhte Menge aufweist, können Ölflüsse von dem großen Kreisabschnitt 41A in einen oberen kleinen Kreisabschnitt 41B eingebracht werden (der sich stromabwärts des großen Kreisabschnitts 41A befindet). Dieser Prozess geht mit einer signifikanten Abnahme des Ölflusses einher, wobei hohe dynamische Drücke erzeugt werden.
Hierdurch weist der Kolben 7 bei einer Bewegung nach unten Ölflüsse auf, die mit zunehmenden Dicken als Film zwischen einem Außenbereich des mittleren Unterteilabschnitts 37 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 aufgebracht werden.
Es können ebenso Sätze von in Querrichtung länglichen Vertiefungen verwendet werden, die jeweils eine Längsrichtung (die eine Richtung einer Anordnung von kleinen Kreisabschnitten zu einem großen Kreisabschnitt ist) senkrecht zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 aufweisen. In einem derartigen Fall, wie in der graphischen Darstellung von 10 durch abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linien veranschaulicht, werden dynamische Drücke, die von einer in Querrichtung länglichen Vertiefung erzeugt werden, über einen gesamten Variationsbereich derselben kleiner als dynamische Drücke, die von einer in vertikaler Richtung länglichen Vertiefung 41 erzeugt werden, die in der graphischen Darstellung von 10 mittels durchgezogener Linien gekennzeichnet ist.
Dies liegt daran, dass ein von stromabwärts nach stromaufwärts variierender Kolbenhub, der Reihen von in Querrichtung länglichen Vertiefungen kreuzt, die Ölflüsse aufweisen, die durch eine Kombination aus einem großen Kreisabschnitt, einem kleinen Kreisabschnitt und einem großen Kreisabschnitt strömen, kleineren Variationen der Querschnittsfläche unterworfen ist als bei einem Verlauf durch eine in vertikaler Richtung längliche Vertiefung 41.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist in dem Kolben 7 in der Harzüberzugfilmschicht 39 auf dem Unterteilabschnitt 10 ein Satz von Vertiefungen 41 zum Halten von Öl ausgebildet. Die Vertiefungen 41 bestehen jeweils aus einem großen Kreisabschnitt 41A und einem Paar von kleinen Kreisabschnitten 41B und 41C, die aus dem großen Kreisabschnitt 41A so hervortreten, dass der große Kreisabschnitt 41A dazwischen eingefügt ist. Die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C weisen jeweils eine kleinere Querschnittsfläche als jene des großen Kreisabschnitts 41A auf.
Hierdurch kann der Kolben 7 zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und einem Außenbereich des mittleren Unterteilabschnitts 37 (der relativ kleine Zwischenräume zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und relativ hohe Drücke für eine Kontaktbildung mit der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 umfasst) einen Ölfilm mit größerer Dicke aufweisen, wodurch eine bessere Schmierung zwischen dem mittleren Unterteilabschnitt 37 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ermöglicht wird.
Des Weiteren weisen die kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C in jeder Vertiefung 41 auf dem Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen Mittelpunkte C3 und C4 auf, die in einem Abstand L von dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A innerhalb eines Bereichs von Abständen zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger des Radius R des großen Kreisabschnitts 41A festgelegt sind.
Hierdurch kann der Kolben 7 zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 Ölfilme mit größerer Dicke aufweisen. 11 zeigt für jede Vertiefung 41 eine Beziehung zwischen einer Ölfilmdicke und einem Verhältnis (R/L) des Radius R des großen Kreisabschnitts 41A zu einem Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Abstand zwischen dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A und den Mittelpunkten C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C.
Wie auch aus 11 ersichtlich ist, können die Mittelpunkte C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C so in einem Abstand L von dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A innerhalb eines Bereichs zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger des Radius des großen Kreisabschnitts 41A festgelegt werden, dass zwischen dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eine größere Ölfilmdicke als in dem Fall vorliegt, in dem von dem Bereich abgewichen wird.
Des Weiteren können die Mittelpunkte C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C so in einem Abstand L von dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A innerhalb eines Bereichs zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger des Radius R des großen Kreisabschnitts 41A festgelegt werden, dass sich die Mittelpunkte C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 41B und 41C näher bei dem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 41A befinden.
Hierdurch können die Sätze von Vertiefungen 41 des Kolbens 7 so angeordnet sein, dass die dynamische Druckleistung jeder Vertiefung 41 (die aus einem großen Kreisabschnitt 41A und einem Paar von kleinen Kreisabschnitten 41B und 41C zusammengesetzt ist) nicht verschlechtert wird, was ein Anbringen von einzelnen Vertiefungen 41 innerhalb von verkleinerten Anbringungsflächen erlaubt, was eine höhere Dichte an Vertiefungen ermöglicht (das heißt Anzahl von Vertiefungen 41 pro Einheitsfläche). Daher können sie selbst in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 hohe dynamische Drücke erzeugen.
Des Weiteren weist jeder Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen Sätze von Vertiefungen 41 auf, die an jeweiligen mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 angeordnet sind.
Die mittleren Umfangsteilstücke 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 sind jene Kolbenteilstücke, die so ausgelegt sind, dass sie stets mit relativ hohen Kontaktdrücken mit einer Wand 6a der Zylinderbohrung 6 in Kontakt kommen, wenn sich der Kolben 7 in einer zugehörigen Zylinderbohrung 6 in vertikaler Richtung bewegt, wobei sie relativ kleine Zwischenräume zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweisen.
In derartigen Kolbenteilstücken ist jeweils ein Satz von Vertiefungen 41 ausgebildet, die darauf einwirkende ausgebildete dynamische Drücke aufweisen, was es ermöglicht, dass Ölfilme zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 dicker werden, was ein Verringern von Reibungswiderständen bei einer Bewegung des Kolbens 7 in vertikaler Richtung ermöglicht.
Insbesondere weist jede Vertiefung 41 an jedem Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen eine Längsrichtung auf, die parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 verläuft, so dass die Vertiefung 41 in vertikaler Richtung länglich wird, wodurch dynamische Öldrücke ausgebildet werden, die höher als in dem Fall einer in Querrichtung länglichen Vertiefung gehalten sind, was die dickeren Ölfilme zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 ermöglicht.
Des Weiteren weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen eine Dichte an Vertiefungen auf (welche die Anzahl von Vertiefungen 41 pro Einheitsfläche ist), die so variiert, dass sie an dem mittleren Unterteilabschnitt 37 größer als an jedem von dem oberen Unterteilabschnitt 36 und dem unteren Unterteilabschnitt 38 ist und insbesondere in Teilbereichen von Außenbereichen des mittleren Unterteilabschnitts 37 nahe Stellen am größten ist, die in einer Rückansicht mit der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 überlappen.
Hierdurch kann jeder Satz von Vertiefungen 41 Vertiefungen 41 aufweisen, die auf einem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen konzentriert sind, was einen dickeren Ölfilm zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und einem Außenbereich des mittleren Unterteilabschnitts 27 ermöglicht (der mit relativ kleinen Zwischenräumen zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und relativ hohe Kontaktdrücke zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht). Daher kann der Kolben 7 bei einer Bewegung in vertikaler Richtung effektiv verringerte Reibungswiderstände aufweisen.
Des Weiteren weist der Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen in einer Rückansicht Reihen von Vertiefungen 41 auf, die so angeordnet sind, dass die Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 und die obere Grenze 37a sowie die untere Grenze 37b des mittleren Unterteilabschnitts 37 separat dazwischen eingefügt sind.
Hierdurch können dynamische Öldrücke durch Vertiefungen 41 zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und jenen Teilbereichen von Außenbereichen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 erhöht werden, die in einer Rückansicht mit der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 überlappen (die relativ hohe Kontaktdrücke zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweisen).
Dementsprechend können zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und derartigen Teilbereichen, die mit der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 überlappen, dickere Ölfilme vorhanden sein, was verringerte Reibungswiderstände zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 ermöglicht.
Des Weiteren weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 gemäß Ausführungsformen der Erfindung Dichten an Vertiefungen auf, die in einer Ausdehnungsrichtung des Umfangs weg von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c graduell abnehmen.
Hierdurch können der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 verringerte Ölviskositätswiderstände erhalten. Und zwar kann jeder Satz von Vertiefungen 41 eine Funktion aufweisen, durch welche hohe dynamische Drücke erzeugt werden, um Dicken von Ölfilmen zu vergrößern.
Des Weiteren weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 in einer Ausdehnungsrichtung von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c in Umfangsrichtung zu Verbindungsteilstücken zu dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 stärkere Krümmungen auf und weisen in einer Ausdehnungsrichtung von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c in Umfangsrichtung zu dem linken und dem rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 vergrößerte Zwischenräume zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und dem vorderen und dem hinteren Unterteilabschnitt 11 und 10 auf.
Hierdurch weisen der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 erhöhte Ölströme zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den linken Teilstücken 11a und 10a sowie den rechten Teilstücken 11b und 10b des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 auf, die mit relativ großen Zwischenräumen einhergehen. Daher weisen die linken Teilstücke 11a und 10a sowie die rechten Teilstücke 11b und 10b, die mit relativ großen Zwischenräumen einhergehen, bei gegebenen Anordnungen von in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41 weiterhin erhöhte Ölströme auf, was bewirkt, dass der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 erhöhte Ölviskositätswiderstände erhalten.
Daher können der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 in einer Ausdehnungsrichtung weg von den mittleren Umfangsteilstücken 11c und 10c graduell verringerte Dichten an Vertiefungen aufweisen, wodurch verhindert wird, dass Ölströme zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den linken Teilstücken 11a und 10a sowie den rechten Teilstücken 11b und 10b des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10, die mit relativ großen Zwischenräumen einhergehen, überhöht werden. Im Ergebnis können der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 verringerte Ölviskositätswiderstände erhalten.
Bei 12 handelt es sich um Daten von Experimenten, die ein Messen von Reibungskräften zwischen einer Wand einer Zylinderbohrung und Unterteilabschnitten beinhalten, bei denen Harzüberzugfilmschichten mit gleichmäßig ausgebildeten runden herkömmlichen Nuten verwendet wurden, oder jenen beinhalten, bei denen Harzüberzugfilmschichten 39 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 41 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet wurden.
Diese experimentellen Daten umfassen Resultate eines Variierens der Drehzahl eines Motors für ein Betätigen eines Kolbens, wobei eine Vorrichtung für eine geeignete Evaluierung von Reibungskräften verwendet wurde, die auf den Kolben wirken. Es ergab sich ein Resultat für einen Kolben 7, bei dem Harzüberzugfilmschichten 39 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet wurden, das Daten hinsichtlich Reibungskräften zwischen einer Wand einer Zylinderbohrung und Unterteilabschnitten beinhaltet, die eine Verringerung von durchschnittlich ungefähr 20% im Vergleich zu einem Kolben sicherstellen, bei dem herkömmlichen Harzüberzugfilmschichten verwendet wurden.
Es ist anzumerken, dass jeder Kolben 7 in dem Motor 1 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, wie in 13 gezeigt, ebenso Sätze von in Querrichtung länglichen Vertiefungen 42 verwenden kann (anstelle der Sätze von in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41). Mit anderen Worten kann jede Vertiefung 42, wie in 14 gezeigt, ebenso aus einem mittleren großen Kreisabschnitt 42A und einem Paar eines linken und eines rechten kleinen Kreisabschnitts 42B und 42C zusammengesetzt sein. In diesem Fall weist die Vertiefung 42 eine Längsrichtung auf (als eine Richtung, in der ein Paar von kleinen Kreisabschnitten zu einem großen Kreisabschnitt angeordnet ist), die in einer Rückansicht des Kolbens 8, die in 13 gezeigt ist, senkrecht zu einer Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 orientiert ist, um so die Vertiefung 42 in einer in Querrichtung länglichen Form zu bilden. Bei jedem Satz von Vertiefungen 42 sind die betreffenden Vertiefungen 42 ähnlich wie ein entsprechender Satz von in vertikaler Richtung langgestreckten Vertiefungen 41 in einer Matrix angeordnet. Bei einer Drehung um 90 Grad bei einer Anordnungsposition überlappt jede in Querrichtung längliche Vertiefung 42 mit einer entsprechenden in vertikaler Richtung länglichen Vertiefung 41. In Querrichtung längliche Vertiefungen 42 sind jeweils in einer Harzüberzugfilmschicht 39 ausgebildet, ähnlich wie eine entsprechende in vertikaler Richtung längliche Vertiefung 41.
Bei einer Bewegung nach oben weist der in 13 gezeigte Kolben 7 Ölflüsse auf, die von stromaufwärts (jener Seite, welche die Verbrennungskammer 18 beinhaltet) in Zwischenräume zwischen dem oberen Unterteilabschnitt 36 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden.
Es kann eine betreffende Reihe vorhanden sein, die eine fokussierte Vertiefung 42 mit solchen Ölflüssen beinhaltet, die durch eine Vertiefung 42 (die einen großen Kreisabschnitt 42A beinhaltet), die sich in einer stromaufwärts gelegenen Reihe der betreffenden Reihe befindet, in einen mittleren großen Kreisabschnitt 42A und einen linken und einen rechten kleinen Kreisabschnitt 42B und 42C der fokussierten Vertiefung 42 eingebracht werden, wo sich dann Öl ansammelt. Wenn das angesammelte Öl eine erhöhte Menge aufweist, können Ölflüsse von dem großen Kreisabschnitt 41A und den kleinen Abschnitten 428 und 42C der fokussierten Vertiefung 42 in eine Vertiefung 42 eingebracht werden (die einen großen Kreisabschnitt 42A beinhaltet), die sich in einer stromabwärts gelegenen Reihe der betreffenden Reihe befindet. Dieser Prozess umfasst eine unvermittelte Abnahme des Ölstroms, was relativ hohe dynamische Drücke erzeugt.
Ist dies der Fall, kann der Kolben 7 einen dickeren Ölfilm zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und einem Außenbereich des mittleren Unterteilabschnitts 37 aufweisen (der mit relativ kleinen Zwischenräumen zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und relativ hohen Drücken für eine Kontaktbildung zu der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht), wodurch eine bessere Schmierung zwischen dem mittleren Unterteilabschnitt 37 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ermöglicht wird.
Es ist anzumerken, dass die Mittelpunkte C3 und C4 der kleinen Kreisabschnitte 42B und 42C an jeder Vertiefung 42 auf dem Kolben 7 ebenso in einem Abstand L von einem Mittelpunkt C2 des großen Kreisabschnitts 42A innerhalb eines Bereich zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger eines Radius R des großen Kreisabschnitts 42A festgelegt sind.
Wie aus 10 ersichtlich ist, ist jede in Querrichtung längliche Vertiefung 42 auf dem Kolben 7 dafür ausgelegt, einen Ölfluss von stromaufwärts der Vertiefung 42 nach stromabwärts mit einer kleineren Verringerungsrate zu verringern als eine entsprechende in vertikaler Richtung längliche Vertiefung 41. Dementsprechend ist jede in Querrichtung längliche Vertiefung 42 dafür ausgelegt, einen geringeren dynamischen Druck zu erzeugen als eine entsprechende in vertikaler Richtung längliche Vertiefung 41.
Diese Eigenschaft kann genutzt werden. Eine Dicke eines Ölfilms kann ebenso optimiert werden, indem in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 und in Querrichtung längliche Vertiefungen 42 auf einem Kolben 7 kombiniert werden.
Zum Beispiel weist der Unterteilabschnitt 10 bei dem in 15 gezeigten Kolben 7 in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 auf, die an dem mittleren Umfangsteilstück 10c (das mit kleinen Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht) und in Bereichen des oberen Unterteilabschnitts 36, des mittleren Unterteilabschnitts 37 und des unteren Unterteilabschnitts 38 ausgebildet sind, wobei sich die Bereiche nahe des mittleren Umfangsteilstücks 10c erstrecken.
Des Weiteren weist der Unterteilabschnitt 10 bei dem Kolben 7 in Querrichtung längliche Vertiefungen 42 auf, die in Bereichen ausgebildet sind, die in Richtung des linken Teilstücks 10a und des rechten Teilstücks 10b entfernt von dem mittleren Umfangsteilstück 10c liegen, wobei die Bereiche große Zwischenräume zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 umfassen.
Reibungsgrenzen helfen Ölflüssen, dynamische Drücke mit in Abhängigkeit von betreffenden Kreisinnendurchmessern variierenden Beträgen zu erzeugen, wobei Filmdicken mit zunehmenden Beträgen zunehmen, wie beschrieben. Daher kann der Kolben 7 in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 aufweisen, die für eine Sicherstellung vorteilhafter Ölfilmdicken an Stellen (die mit hohen Kontaktdrücken zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergehen) in dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen (der mit kleinen Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht) angeordnet sind, um Reibungswiderstände zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 zu verringern.
Andererseits weist der Kolben 7 an Reibungsgrenzen in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen (der mit großen Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht) eine große Menge an Öl auf. Wenn Ölfilme an Reibungsgrenzen übermäßige Dicken aufweisen, erhält der Kolben 7 Ölviskositätswiderstände. Es ist daher bevorzugt, in einem Bereich, der mit kleinen Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht, geringere dynamische Drücke zu erzeugen als bei der Bereitstellung von in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41.
Im Hinblick darauf kann der Kolben 7 eine Kombination aus in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41 und in Querrichtung länglichen Vertiefungen 42 aufweisen, die in dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen angeordnet sind (der mit mittleren Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergeht), um adäquate dynamische Drücke zu erzeugen, um übermäßige Dicken von Ölfilmen zu verhindern.
Darüber hinaus können in Querrichtung längliche Vertiefungen 42 mit hoher Kapazität verwendet werden, die jeweils aus einem großen Kreisabschnitt 42A und kleinen Kreisabschnitten 42B und 42C zusammengesetzt sind, um überschüssiges Öl von Reibungsgrenzen einzubringen. Im Ergebnis kann der Unterteilabschnitt 10 verringerte Ölviskositätswiderstände erhalten.
Ist dies der Fall, kann eine Kombination aus in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41 und in Querrichtung länglichen Vertiefungen 42 auf dem Unterteilabschnitt 10 angeordnet werden und entsprechend lokalen Variationen von Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 hinsichtlich Verteilung und/oder Proportion variiert werden, um Reibungswiderstände und Viskositätswiderstände zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 zu steuern.
Wenn der Motor 1 gekühlt wird, weist der Kolben 7 hierbei im Vergleich zu einem Warmlaufen des Motors 1, das von thermischen Ausdehnungen des oberen Unterteilabschnitts 36 und des unteren Unterteilabschnitts 38 begleitet ist, vergrößerte Zwischenräume zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 auf.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist der Kolben 7 für eine Bereitstellung von in Querrichtung länglichen Vertiefungen 42 ausgelegt, damit ein Betriebsverhalten zur Erzeugung von dynamischem Druck kombiniert mit einem Betriebsverhalten zum Abführen von angesammeltem überschüssigem Öl in den Vertiefungen 42 vorhanden ist, um es bei Bedarf abzuführen.
Hierdurch kann der Kolben 7 in Querrichtung längliche Vertiefungen 42 aufweisen, die für eine Verringerung von Viskositätswiderständen bei einem Kühlen des Motors 1 bereitgestellt sind und an optimalen Stellen auf dem Unterteilabschnitt 10 angeordnet sind, wodurch ein Schema zum Verringern von Ölviskositätswiderständen unter Bedingungen implementiert wird, die mit großen Zwischenräumen bei einem Kühlen des Motors 1 einhergehen.
Zweite Ausführungsform
Die 16, 17, 18 und 19 zeigen einen Kolben für Verbrennungsmotoren gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. Unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine redundante Beschreibung weggelassen wird. Es ist anzumerken, dass der vordere und der hintere Unterteilabschnitt 11 und 10 an jedem Kolben 7 hinsichtlich der Konfiguration identische Harzüberzugfilmschichten 39 aufweisen. Dementsprechend erfolgt manchmal einfach eine Beschreibung einer Harzüberzugfilmschicht 39, die auf dem hinteren Unterteilabschnitt 10 ausgebildet ist.
Wie in 16 gezeigt, sind in der Harzüberzugfilmschicht 39 vertikale Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B ausgebildet, die in Umfangsrichtungen des Unterteilabschnitts 10 benachbart sind. Die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B sind mit Tiefen innerhalb eines Bereichs zwischen 5 μm oder mehr und 20 μm oder weniger so ausgebildet, dass diese identisch mit einer Dicke der Harzüberzugfilmschicht 39 sind.
Die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B erstrecken sich parallel zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9. Die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B sind innerhalb eines Bereichs (in Richtungen, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken), der in den 18 und 19 durch imaginäre Linien definiert ist, in einer Richtung (d. h. einer transversalen Richtung des Fahrzeugs) senkrecht zu der Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 angeordnet.
Die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B weisen Längen auf, welche die geringsten Längen der oberen linken und rechten sowie der unteren linken und rechten vertikalen Nut 47A und 47B an den Seiten umfassen, welche die mittleren Umfangsteilstücke 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 beinhalten, und welche die größten Längen der linken und der rechten vertikalen Nut 45 und 45 an den Seiten umfassen, die den linken und den rechten Seitenwandabschnitt 13 und 12 beinhalten. Die obere linke und rechte sowie die untere linke und rechte vertikale Nut 46A und 46B, die sich zwischen der linken und der rechten vertikalen Nut 45 und 45 und der oberen linken und rechten und der unteren linken und rechten vertikalen Nut 47A und 47B befinden, sind kürzer als die linke und die rechte vertikale Nut 45 und 45 und länger als die obere linke und rechte und die untere linke und rechte vertikale Nut 47A und 47B.
Die vertikalen Nuten 46A, 46B, 47A und 47B sind in Bereichen auf den Harzüberzugfilmschichten 39 ausgebildet, die dem oberen Unterteilabschnitt 36 und dem unteren Unterteilabschnitt 38 entsprechen. Bezüglich der vertikalen Nuten 46A, 46B, 47A und 47B sind keine vertikalen Nuten in Bereichen auf den Harzüberzugfilmschichten 39 ausgebildet, die dem mittleren Unterteilabschnitt entsprechen, der sich an den Seiten befindet, welche die mittleren Umgangsteilstücke 11c und 10c des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 beinhalten.
Insbesondere erstrecken sich die vertikalen Nuten 46A und 46B an dem oberen Unterteilabschnitt 36 von den oberen Teilstücken 39a der Harzüberzugfilmschichten 39 bis direkt oberhalb der oberen Grenze 37a, die eine Grenze zwischen dem oberen Unterteilabschnitt 36 und dem mittleren Unterteilabschnitt 37 darstellt.
Die vertikalen Nuten 47A und 47B erstrecken sich an dem unteren Unterteilabschnitt 38 von den unteren Teilstücken 39b der Harzüberzugfilmschichten 39 bis direkt unterhalb der unteren Grenze 37b zwischen dem unteren Unterteilabschnitt 38 und dem mittleren Unterteilabschnitt 38. Des Weiteren sind die vertikalen Nuten 47A und 47B in einer Richtung, in der sich die Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt, von der oberen Grenze 37a und der unteren Grenze 37b weiter entfernt als die vertikalen Nuten 46A und 46B.
Die vertikalen Nuten 45 und 45 erstrecken sich über den oberen Unterteilabschnitt 36, den mittleren Unterteilabschnitt 37 sowie den unteren Unterteilabschnitt 38.
Wie in 17 gezeigt, sind die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B in einem Bereich der Harzüberzugfilmschicht 39 ausgebildet, der dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen des Unterteilabschnitts 10 entspricht.
17 zeigt Positionsbeziehungen auf dem Unterteilabschnitt 10 zwischen einem Zwischenraum zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 und einer Kombination eines Satzes von in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41 und den vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B.
Die vertikalen Nuten 47A und 47B sind in Bereichen, die mit einem kleinsten Zwischenraum zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 in einer Umfangsrichtung des Unterteilabschnitts 10 einhergehen, in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen des Unterteilabschnitts 10 ausgebildet.
Die vertikalen Nuten 45 und 45 sind in Bereichen, die mi einem größten Zwischenraum zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung in einer Umfangsrichtung des Unterteilabschnitts 10 einhergehen, in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen des Unterteilabschnitts 10 ausgebildet.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung von Ausführungen der vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B. Es ist anzumerken, dass der vordere und der hintere Unterteil ähnliche Betriebseigenschaften aufweisen, und manchmal erfolgt einfach eine Beschreibung des hinteren Unterteilabschnitts 10.
Der Kolbenbolzen 16 und der linke und der rechte Kolbenaugenabschnitt 15 und 14 weisen kontaktierende Teilstücke dazwischen auf, die Eingabepunkte für Druckkräfte bilden, wenn der Unterteilabschnitt 10 gegen die Wand 6a der Zylinderbohrung 6 gedrückt wird, wie beschrieben. Daher weist der Unterteilabschnitt 10 Kontaktdrücke auf, die auf die Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ausgeübt werden und in Umfangsbereichen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 hoch werden, und zwar in den gleichen Bereichen wie Richtungen, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen sind die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B des Kolbens 7 in den Bereichen 51 mit großen Zwischenräumen des vorderen und des hinteren Unterteilabschnitts 11 und 10 angeordnet, wodurch es ermöglicht wird, dass eine große Menge an Öl gleichmäßig zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den Bereichen 51 mit großen Zwischenräumen der Unterteilabschnitte 11 und 10 aufgenommen wird, wenn sich der Kolben hin und her bewegt.
Wie in 18 gezeigt, weist der Kolben 7 bei einer Bewegung nach oben Ölflüsse auf, die von stromaufwärts in Zwischenräume zwischen dem oberen Unterteilabschnitt 36 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden.
Ölflüsse können in Zwischenräume zwischen dem oberen Unterteilabschnitt 36 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden und können teilweise (als Öl O1, das mit gestrichelten Linien gekennzeichnet ist) in die vertikalen Nuten 46A und 47A in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen in den gleichen Bereichen wie den Richtungen eingebracht werden, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken.
Ölflüsse O1 können in die vertikalen Nuten 46A und 47A eingebracht werden und innerhalb eines Bereichs von Richtungen, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken, zu der oberen Grenze 37a geleitet werden und danach zu Teilbereichen des Bereichs 53 mit mittleren Zwischenräumen zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und dem mittleren Unterteilabschnitt 37 geleitet werden, in denen das mittlere Teilstück in der Richtung, in der sich die Mittelachse C des Kolbenkopfabschnitts 9 erstreckt, einen maximalen Außendurchmesser aufweist.
Der Unterteilabschnitt 10 weist in einer Ausdehnungsrichtung von einem linken Ende 10L hin zu dem mittleren Umfangsabschnitt 10c verringerte Zwischenräume zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 und den Unterteilabschnitten 11 und 10 auf, wodurch es ermöglicht wird, dass Ölflüsse O1 in den Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen eingebracht werden und als Öl O2, das mit gestrichelten Linien gekennzeichnet ist, in Richtung zu dem mittleren Umfangsteilstück 10c des Unterteilabschnitts 10 transportiert werden, während sie im Verlauf dieses Transports in in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 eingebracht werden.
Hierdurch können wie bei der ersten Ausführungsform durch Vertiefungen 41 hohe dynamische Drücke erzeugt werden, was eine Schmierung in dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen und dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen des Unterteilabschnitts 10 unter einer strengen Schmierbedingung und an der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ermöglicht.
Im Übrigen kann in Zwischenräumen zwischen dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 reichlich Öl vorhanden sein, so dass es sich bei diesen um Stellen handeln kann, die Ölwiderstände erhalten.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen können Ölflüsse O1 an dem Kolben 7 in Zwischenräume zwischen dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden und von den vertikalen Nuten 45, 46A und 47A als stromaufwärts gelegene Enden zu den vertikalen Nuten 45, 46B und 47B als stromabwärts gelegene Ende geleitet werden. Hierdurch können Flüsse von überschüssigem Öl von den vertikalen Nuten 45, 46B und 47B gleichmäßig stromabwärts abgeführt werden, was eine Verringerung von Ziehwiderständen durch Öl an dem Kolben 7 ermöglicht.
Andererseits weist der Kolben 7, wie in 19 gezeigt, bei einer Bewegung nach unten Ölflüsse auf, die von stromaufwärts in Zwischenräume zwischen dem unteren Unterteilabschnitt 38 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden.
Ölflüsse können in Zwischenräume zwischen dem unteren Unterteilabschnitt 36 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden und können teilweise (als Öl O3, das mit gestrichelten Linien gekennzeichnet ist) in die vertikalen Nuten 46B und 47B in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen in den gleichen Bereichen wie den Richtungen eingebracht werden, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken.
Ölflüsse O3 können in die vertikalen Nuten 46B und 47B eingebracht werden und können innerhalb eines Bereichs von Richtungen, in denen sich der linke und der rechte Kolbenbolzenaugen-Abschnitt 15 und 14 erstrecken, zu der unteren Grenze 37b geleitet werden und danach zu Teilbereichen des Bereichs 53 mit mittleren Zwischenräumen zwischen der Wand 6a der Zylinderbohrung und dem mittleren Unterteilabschnitt 37 geleitet werden.
Ölflüsse O3 können in den Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen eingebracht werden und als Öl O4, das mit gestrichelten Linien gekennzeichnet ist, in Richtung zu dem mittleren Umfangsteilstück 10c des Unterteilabschnitts 10 transportiert werden, während sie im Verlauf dieses Transports in in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 eingebracht werden.
Hierdurch können durch Vertiefungen 41 wie bei der ersten Ausführungsform hohe dynamische Drücke erzeugt werden, was eine Schmierung in dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen und dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen des Unterteilabschnitts 10 unter einer strengen Schmierbedingung und an der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 ermöglicht.
Des Weiteren können Ölflüsse O1 in Zwischenräume zwischen dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 eingebracht werden und von den vertikalen Nuten 45, 46B und 47B als stromaufwärts gelegene Enden zu den vertikalen Nuten 45, 46A und 47A als stromabwärts gelegene Enden geleitet werden. Hierdurch können Flüsse von überschüssigem Öl von den vertikalen Nuten 45, 46A und 47A gleichmäßig stromabwärts abgeführt werden, was eine Verringerung von Ziehwiderständen durch Öl an dem Kolben 7 ermöglicht.
Insbesondere weist der Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen die vertikalen Nuten 45 auf, die sich kontinuierlich von dem oberen Unterteilabschnitt 36 zu dem unteren Unterteilabschnitt 38 in Bereichen erstrecken, die unter Bereichen in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen mit größten Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergehen.
Hierdurch ist der Kolben 7 im Verlauf der Hin- und Herbewegung dafür ausgelegt (wenn Ölflüsse gehandhabt werden, die in Zwischenräume in Bereichen eingebracht werden, die unter Bereichen in dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen mit größten Zwischenräumen zwischen dem Unterteilabschnitt 10 und der Wand 6a der Zylinderbohrung 6 einhergehen), die vertikalen Nuten 45 für ein Abführen von solchem Öl zu stromabwärts gelegenen Enden zu verwenden, wodurch ein Abführen des weiteren Öls zu stromabwärts gelegenen Enden ermöglicht wird.
Andererseits wirkt der Kolben 7 mit der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 zusammen, um dazwischen eine Menge an Öl proportional zu einer Geschwindigkeit des Kolbens 7 einzubringen. Daher ist die Menge an Öl in einem geringen Drehzahlbereich des Motos 1 verringert, mit Bedenken hinsichtlich einer verschlechterten Schmierung zwischen der Wand 6 der Zylinderbohrung und dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen und dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen.
Des Weiteren weist der Kolben 7 in einem hohen Drehzahlbereich des Motors 1 eine erhöhte Menge an Öl auf, die zwischen dem Bereich 51 mit großen Zwischenräumen und der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 eingebracht ist, was einen erhöhten Ziehwiderstand durch Öl an dem Kolben 7 hervorruft.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist der Kolben 7 in dem geringen Drehzahlbereich des Motors 1 so ausgelegt, dass eine ausreichende Menge an Öl von den vertikalen Nuten 46A, 46B, 47A und 47B in Zwischenräume zwischen der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 und dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen und dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen eingebracht wird, was eine verbesserte Schmierung zwischen der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 und dem Bereich 52 mit kleinen Zwischenräumen und dem Bereich 53 mit mittleren Zwischenräumen ermöglicht.
Des Weiteren ist der Kolben 7 in dem hohen Drehzahlbereich des Motors 1 so ausgelegt, dass eine Menge an Öl in Zwischenräume zwischen den Bereich 51 mit großen Zwischenräumen und der Wand 6 der Zylinderbohrung 6 eingebracht wird und durch die vertikalen Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B zu stromabwärts gelegenen Enden abgeführt wird, was einen verringerten Ziehwiderstand durch Öl an dem Kolben 7 ermöglicht. In diesem Fall ist der Kolben 7 so ausgelegt, dass eine Schmierung für den Unterteilabschnitt 10 ungeachtet dessen, ob die Drehzahl des Motors 1 erhöht oder verringert wird, kompatibel mit einer Verringerung des Ziehwiderstands an dem Kolben 7 wird.
Es ist anzumerken, dass der Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, der so beschrieben ist, dass in vertikaler Richtung längliche Vertiefungen 41 verwendet werden, nicht auf diese beschränkt ist und ebenso in Querrichtung längliche Vertiefungen 42 oder eine Mischung von in vertikaler Richtung länglichen Vertiefungen 41 und in Querrichtung länglichen Vertiefungen 42 verwendet kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass in jeder beschriebenen Ausführungsform Vertiefungen 41 oder 42 oder vertikale Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B vorhanden sind, die mit Tiefen innerhalb eines Bereichs zwischen 5 μm oder mehr und 20 μm oder weniger ausgebildet sind.
Für vertikale Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B mit gegebenen Tiefen von 5 μm oder weniger kann es schwierig sein, Öl entlang vertikaler Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B zu leiten, so dass sie nicht erwünscht sind. Des Weiteren können vertikale Nuten 45, 46A, 46B, 47A und 47B mit gegebenen Tiefen von 20 μm oder mehr das Problem von vergrößerten Dicken von Harzüberzugfilmschichten 39 mit sich bringen, die zu einer Stagnation von überschüssigem Öl führen, so dass sie nicht erwünscht sind.
Des Weiteren ist der Kolben 7 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, der Vertiefungen 41 oder 42 verwendet, die jeweils aus Kreisen bestehen, nicht auf diese beschränkt.
Wie zum Beispiel in 20 gezeigt, kann es ebenso einen Kolben 7 geben, der Vertiefungen 61 verwendet, die jeweils aus einem rechteckigen großflächigen Abschnitt 61A und halbkreisförmigen kleinflächigen Abschnitten 61B und 61C zusammengesetzt sind, die aus dem großflächigen Abschnitt 61A so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt 61A dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt 61A ausgebildet sind.
Wie des Weiteren in 21 gezeigt, kann es ebenso einen Kolben 7 geben, der Vertiefungen 62 verwendet, die jeweils aus einem rechteckigen großflächigen Abschnitt 62A und dreieckigen kleinflächigen Abschnitten 628 und 62C zusammengesetzt sind, die aus dem großflächigen Abschnitt 62A so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt 62A dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt 62A ausgebildet sind.
Wie des Weiteren in 22 gezeigt, kann es ebenso einen Kolben 7 geben, der Vertiefungen 63 in der Form eines Rhombus verwendet, die jeweils aus einem rechteckigen großflächigen Abschnitt 63A und dreieckigen kleinflächigen Abschnitten 63B und 63C zusammengesetzt sind, die aus dem großflächigen Abschnitt 63A so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt 63A dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt 63A ausgebildet sind.
Wie des Weiteren in 23 gezeigt, kann es ebenso einen Kolben 7 geben, der Vertiefungen 64 verwendet, die jeweils aus einem länglich-kreisförmigen großflächigen Abschnitt 64A und halbkreisförmigen kleinflächigen Abschnitten 64B und 64C zusammengesetzt sind, die aus dem großflächigen Abschnitt 64A so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt 64A dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt 64A ausgebildet sind.
Mit anderen Worten kann es ebenso einen Kolben 7 geben, der Vertiefungen verwendet, die jeweils aus einem großflächigen Abschnitt mit einer beliebigen Form und kleinflächigen Abschnitten mit einer beliebigen Form zusammengesetzt sind, die aus dem großflächigen Abschnitt so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt ausgebildet sind.
Obwohl Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurden, ist es ersichtlich, dass ein Fachmann Änderungen vornehmen kann, ohne von dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Jegliche und sämtliche derartige Modifikationen und Äquivalente sollen in den beigefügten Ansprüchen enthalten sein.
Bezugszeichenliste

1: Motor (als ein Verbrennungsmotor)
6: Zylinderbohrung
6a: Wand
7: Kolben
8: Pleuelstange
8A: Abschnitt mit kleinem Durchmesser
9: Kolbenkopfabschnitt (als ein Kolbenkörper)
10: hinterer Unterteilabschnitt
11: vorderer Unterteilabschnitt
10a, 11a: linkes Teilstück (als eine Umfangsseite des Unterteilabschnitts)
10b, 11b: rechtes Teilstück (als gegenüberliegende Umfangsseite des Unterteilabschnitts)
10c, 11c: mittleres Umfangsteilstück
12: rechter Seitenwandabschnitt
13: linker Seitenwandabschnitt
14: rechter Kolbenbolzenaugen-Abschnitt
15: linker Kolbenbolzenaugen-Abschnitt
16: Kolbenbolzen
36: oberer Unterteilabschnitt
37: mittlerer Unterteilabschnitt
37a: obere Grenze
37b: untere Grenze
38: unterer Unterteilabschnitt
39: Harzüberzugfilmschicht
41, 42, 61, 62: Vertiefung
41A, 42A: großer Kreisabschnitt (als ein großflächiger Abschnitt)
41B, 41C, 42B, 42C: kleiner Kreisabschnitt (als ein kleinflächiger Abschnitt)
61A, 62A: großflächiger Abschnitt
61B, 62B, 61C, 62C: kleinflächiger Abschnitt
C: Mittelachse (als eine Mittelachse des Kolbenkörpers)
C1: Mittelachse (als eine Mittelachse des Kolbenbolzens)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4749398 [0002]

Claims

Kolben für Verbrennungsmotoren, der umfasst: einen Kolbenkörper, der dafür ausgelegt ist, sich relativ zu einer Wand einer Zylinderbohrung hin und her zu bewegen; einen Unterteilabschnitt, der von dem Kolbenkörper herab hängt; einen Kolbenbolzenaugen-Abschnitt zum Halten eines Kolbenbolzens; eine Seitenwand, die mit dem Unterteilabschnitt verbunden ist; und eine Harzüberzugfilmsicht, die auf einer Oberfläche bereitgestellt ist, die der Wand der Zylinderbohrung gegenüberliegt, wobei der Unterteilabschnitt umfasst: einen mittleren Unterteilabschnitt mit einem mittleren Teilstück in Bezug auf eine Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers, wobei das mittlere Teilstück einen größten Außendurchmesser aufweist; einen oberen Unterteilabschnitt, der mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der von einer oberen Grenze des mittleren Unterteilabschnitts hin zu der Mittelachse graduell abnimmt, wenn sich der obere Unterteilabschnitt von der oberen Grenze nach oben erstreckt; und einen unteren Unterteilabschnitt, der mit einem Außendurchmesser gekrümmt ist, der von einer unteren Grenze des mittleren Unterteilabschnitts hin zu der Mittelachse graduell abnimmt, wenn sich der untere Unterteilabschnitt von der unteren Grenze nach unten erstreckt, wobei der Unterteilabschnitt mit einer Krümmung ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung von einem mittleren Umfangsteilstück des Unterteilabschnitts in Richtung zu einem Verbindungsteilstück zu dem Seitenwandabschnitt zunimmt, einen Satz von Vertiefungen, die jeweils zum Halten von Öl ausgebildet sind, mit einem äußeren Rand bei der Harzüberzugfilmschicht und einem Boden als einem Nicht-Überzug-Bereich, der frei von der Harzüberzugfilmschicht ist, wobei die Vertiefungen jeweils einen großflächigen Abschnitt sowie ein Paar von kleinflächigen Abschnitten umfassen, die aus dem großflächigen Abschnitt so hervortreten, dass der großflächige Abschnitt dazwischen eingefügt ist, und die mit einer kleineren Fläche als der großflächige Abschnitt ausgebildet sind.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der großflächige Abschnitt und die kleinflächigen Abschnitte bogenförmige äußere Ränder aufweisen.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 2, wobei eingeschriebene Kreise der kleinflächigen Abschnitte Mittelpunkte aufweisen, die innerhalb eines Bereichs zwischen dem 0,5fachen oder mehr und dem 0,875fachen oder weniger eines Radius eines eingeschriebenen Kreises des großflächigen Abschnitts festgelegt sind.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Satz von Vertiefungen Vertiefungen umfasst, die entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers in einem mittleren Umfangsteilstück des Unterteilabschnitts angeordnet sind.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Unterteilabschnitt eine Dichte an Vertiefungen als eine Anzahl von Vertiefungen pro Einheitsfläche aufweist, die so festgelegt ist, dass sie in dem mittleren Unterteilabschnitt größer als jede von dem oberen Unterteilabschnitt und dem unteren Unterteilabschnitt ist und nahe der Mittelachse des Kolbenkörpers in dem Unterteilabschnitt am größten ist.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Kolbenbolzen eine Mittelachse senkrecht zu der Mittelachse des Kolbenkörpers aufweist und die Vertiefungen so angeordnet sind, dass sich die Mittelachse des Kolbenbolzens dazwischen eingefügt ist.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen jeweils eine Längsrichtung als eine Richtung aufweisen, in der die kleinflächigen Abschnitte zu dem großflächigen Abschnitt angeordnet sind, und der Satz von Vertiefungen Vertiefungen umfasst, die an dem mittleren Umfangsteilstück des Unterteilabschnitts und dem mittleren Unterteilabschnitt angeordnet sind, wobei die Längsrichtung jeder Vertiefung parallel zu der Mittelachse des Kolbenkörpers verläuft.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen jeweils eine Längsrichtung als eine Richtung aufweisen, in der die kleinflächigen Abschnitte zu dem großflächigen Abschnitt angeordnet sind, und der Satz von Vertiefungen Vertiefungen umfasst, die in Umfangsrichtung auf einer Seite und der anderen Seite des Unterteilabschnitts in Bezug auf das mittlere Umfangsteilstück des Unterteilabschnitts angeordnet sind, wobei die Längsrichtung jeder Vertiefung parallel zu der Mittelachse des Kolbenkörpers verläuft.
Kolben für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei der Unterteilabschnitt eine Dichte an Vertiefungen aufweist, die in einer Ausdehnungsrichtung des Unterteilabschnitts weg von dem Umfangsteilstück graduell abnimmt.