DE102019214116A1

DE102019214116A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102019214116A1
Application number: DE102019214116.1A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Suda
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2020-03-19
Also published as: JP2020045795A; FR3086006A1; US20200088128A1; US10927787B2; FR3086006B1

Abstract

Es wird ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, der eine Vielzahl von Aussparungen aufweist, die in seinem Kolbenmantel ausgebildet sind. Der Kolbenmantel umfasst einen oberen Kolbenmantelabschnitt, einen unteren Kolbenmantelabschnitt und einen mittleren Kolbenmantelabschnitt. Die im oberen Kolbenmantelabschnitt nahe einer oberen Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts angeordneten Aussparungen weisen untere Enden auf, die oberhalb der oberen Begrenzung in einem bestimmten Abstand von der oberen Begrenzung angeordnet sind. Die im mittleren Kolbenmantelabschnitt nahe der oberen Begrenzung angeordneten Aussparungen weisen obere Enden auf, die unterhalb der oberen Begrenzung in dem gegebenen Abstand von der oberen Begrenzung angeordnet sind. Die im unteren Kolbenmantelabschnitt nahe der unteren Begrenzung angeordneten Aussparungen weisen obere Enden auf, die unterhalb der unteren Begrenzung im gegebenen Abstand von der unteren Begrenzung liegen. Die im mittleren Kolbenmantelabschnitt näher an der unteren Begrenzung angeordneten Aussparungen weisen untere Enden auf, die sich oberhalb der unteren Begrenzung in dem gegebenen Abstand von der unteren Begrenzung befinden. Dies verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben und einer Innenwand einer Zylinderbohrung und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Das japanische Patent Nr. 4749398 offenbart einen Kolben, der sich in einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors hin- und her-bewegen kann. Der Kolben umfasst ein Paar von Kolbenmänteln, die sich von einem Kolbenkörper nach unten erstrecken, ein Paar von Seitenwänden, die die Kolbenmäntel miteinander verbinden und ein Paar von in den Seitenwänden gebildeten Kolbenbolzenaugen zur Halterung des Kolbens.
Die Kolbenmäntel sind in Form von Fässern ausgebildet, deren Zentren in einer axialen Richtung des Kolbens den größten Durchmesser aufweisen, um darauf ausgeübte schädliche thermische Auswirkungen zu minimieren. Die einzelnen Kolbenmäntel umfassen einen fassförmigen Kolbenmantelkörper mit einer sich parallel zur Mittelachse des Kolbenkörpers erstreckenden Oberfläche und einem ersten Abschnitt mit kleinem Durchmesser, der derart geformt ist, dass zwischen ihm und der Mittelachse des Kolbenkörpers ein Abstand besteht, der von einer ersten Begrenzungslinie, die ein unteres Ende des fassförmigen Kolbenmantelkörpers darstellt, nach unten kontinuierlich abnimmt.
Die einzelnen Kolbenmäntel umfassen auch einen zweiten Abschnitt mit kleinem Durchmesser, der derart geformt ist, dass zwischen ihm und der Mittelachse des Kolbenkörpers ein Abstand besteht, der von einer zweiten Begrenzungslinie, die ein oberes Ende des fassförmigen Kolbenmantelkörpers darstellt, nach oben kontinuierlich abnimmt.
Die einzelnen Kolbenmäntel weisen eine obere Fläche mit einer harzbeschichteten Schicht auf. Die harzbeschichtete Schicht weist eine Vielzahl von Ölsümpfen auf, die in ihrer gesamten äußeren Fläche in Form von Aussparungen ausgebildet sind. Die Ölsümpfe sind in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet. Der Kolben staut Öl in den Ölsümpfen, um einen auf ihn ausgeübten Reibungswiderstand zu reduzieren.
Der oben erwähnte Kolben für den Verbrennungsmotor hat jedoch den Nachteil, dass einige der sich auf der ersten Begrenzungslinie und auf der zweiten Begrenzungslinie befindlichen Ölsümpfe möglicherweise eine unzureichende Ölmenge anstauen.
Die Kolbenmäntel müssen, um die Sümpfe herum, eine flache Fläche aufweisen, damit ein dynamischer Druck einen Ölfilm bildet. Der dynamische Druck in den sich auf den Begrenzungslinien befindlichen Sümpfen entweicht aus den Sümpfen in einer Umfangsrichtung der Kolben, so dass er nicht zur Entwicklung des Ölfilms beiträgt, was zu einem reduzierten Schmierungsgrad zwischen der inneren Wand der Zylinderbohrung und dem Kolben führt, wodurch wiederum ein sich aus der Reibung ergebender Bewegungsverlust zunehmen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem entwickelt. Gegenstand der Erfindung ist einen Kolben für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der fähig ist, den Schmierungsgrad zu verbessern und einen durch Reibung bedingten Verlust von kinetischer Energie zu reduzieren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, umfassend: (a) einen Kolbenkörper, der im Verhältnis zu einer inneren Wand einer Zylinderbohrung hin- und her-bewegbar ist; (b) ein Paar von Kolbenmänteln, die sich vom Kolbenkörper nach unten erstrecken; (c) ein Paar von Kolbenbolzenaugen, die einen Kolbenbolzen sichern; (d) ein Paar von Seitenwänden, die die Kolbenmäntel miteinander verbinden; und (e) harzbeschichtete Schichten, die auf Oberflächen der Kolbenmäntel angeordnet sind, die der inneren Wand der Zylinderbohrung gegenüberliegen. Die einzelnen Kolbenmäntel umfassen einen mittleren Kolbenmantelabschnitt, einen oberen Kolbenmantelabschnitt und einen unteren Kolbenmantelabschnitt. Der mittlere Kolbenmantelabschnitt ist ein mittlerer Abschnitt des Kolbenmantels in einer zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers, weist einen größten Durchmesser auf und weist ebenfalls eine Oberfläche auf, die sich parallel zu einer Mittelachse des Kolbenkörpers erstreckt. Der obere Kolbenmantelabschnitt ist gebogen, so dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer oberen Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers oberhalb der oberen Begrenzung allmählich abnimmt. Der untere Kolbenmantelabschnitt ist gebogen, so dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer unteren Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers unterhalb der unteren Begrenzung allmählich abnimmt. Jede der harzbeschichteten Schichten weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Aussparungen auf, die Öl anstauen. Jede der Aussparungen, die nahe an der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung angeordnet sind, befinden sich in einem bestimmten Abstand von der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die vorhergehende Erfindung verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben und der inneren Wand der Zylinderbohrung und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens.
Figurenliste

1 ist eine strukturelle Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt und ebenfalls einen Verbrennungsmotor zeigt.
2 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt und ebenfalls eine Zylinderbohrung des Kolbens zeigt.
3 ist eine Ansicht, von einer mit einer inneren Wand einer Zylinderbohrung in Kontakt kommenden Oberfläche des Kolbens gesehen, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt.
4 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt, wobei der Kolben von unter einem Fahrzeug gesehen dargestellt ist.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt.
6 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt, und zeigt ebenfalls ein Positionsverhältnis zwischen dem Kolben und einer gebogenen Fläche eines Kolbenmantels des Kolbens.
7 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines Kolbens für den Verbrennungsmotor der Erfindung darstellt, sowie eine strukturelle Ansicht einer Aussparung.
8 ist eine Ansicht, die ein Positionsverhältnis zwischen einer oberen Begrenzung, einer unteren Begrenzung und Aussparungen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
9 ist eine Ansicht, die eine Änderung der Krümmung eines mittleren Kolbenmantelabschnitts in einer Umfangsrichtung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
10 ist eine Ansicht, die ein Profil eines Kolbenmantels eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
11 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Neigungswinkel eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und einem Kurbelwinkel, sowie ein Verhältnis zwischen einem Neigungswinkel eines Kolbens aus dem Stand der Technik und dem Kurbelwinkel darstellt.
12 ist eine Ansicht, die einen Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, sowie ein Positionsverhältnis zwischen dem Kolben und einem auf einen Kolbenmantel des Kolbens ausgeübten Oberflächendrucks.
13 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer oberen Begrenzung, einem Abstand zwischen einer unteren Begrenzung und Enden der Aussparungen und einem Reibungskoeffizienten eines Kolbenmantels eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
14 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Spielraum zwischen einem Kolbenmantel und einer inneren Wand einer Zylinderbohrung und einem dynamischen Druck in einem Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
15 ist eine Ansicht, die Ergebnisse von Messungen von Reibungsverlusten eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst: (a) einen Kolbenkörper, der im Verhältnis zu einer inneren Wand einer Zylinderbohrung hin- und her-bewegbar ist; (b) ein Paar von Kolbenmänteln, die sich vom Kolbenkörper nach unten erstrecken; (c) ein Paar von Kolbenbolzenaugen, die einen Kolbenbolzen sichern; (d) ein Paar von Seitenwänden, die die Kolbenmäntel miteinander verbinden; und (e) harzbeschichtete Schichten, die auf Oberflächen der Kolbenmäntel angeordnet sind, die der inneren Wand der Zylinderbohrung gegenüberliegen. Die einzelnen Kolbenmäntel umfassen einen mittleren Kolbenmantelabschnitt, einen oberen Kolbenmantelabschnitt und einen unteren Kolbenmantelabschnitt. Der mittlere Kolbenmantelabschnitt ist ein mittlerer Abschnitt des Kolbenmantels in einer zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers, weist einen größten Durchmesser auf und weist ebenfalls eine Oberfläche auf, die sich parallel zu einer Mittelachse des Kolbenkörpers erstreckt. Der obere Kolbenmantelabschnitt ist gebogen, so dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer oberen Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers oberhalb der oberen Begrenzung allmählich abnimmt. Der untere Kolbenmantelabschnitt ist gebogen, so dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer unteren Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers unterhalb der unteren Begrenzung allmählich abnimmt. Jede der harzbeschichteten Schichten weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Aussparungen auf, die Öl anstauen. Jede der Aussparungen, die nahe an der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung angeordnet sind, befinden sich in einem bestimmten Abstand von der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung.
Die vorhergehende Struktur des Kolbens verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben und der inneren Wand der Zylinderbohrung und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens.
AUSFÜHRUNGSFORM
In der Folge wird ein Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bis 15 sind Ansichten, die den Kolben für den Verbrennungsmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellen. In den 1 bis 9 und 12 beziehen sich eine senkrechte Richtung, eine Längsrichtung und eine Seitenrichtung auf den in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor. Eine zur Längsrichtung senkrechte Richtung ist die Seitenrichtung. Eine Höhenrichtung des Verbrennungsmotors entspricht der senkrechten Richtung.
Zunächst wird die Struktur beschrieben.
In 1 umfasst der Motor 1, der einen in einem Fahrzeug montierten Verbrennungsmotor darstellt, den Zylinderblock 3, der einstückig mit dem Kurbelgehäuse 2 ausgestattet ist, und den an einem oberen Ende des Zylinderblocks 3 angebrachten Zylinderkopf 4.
Die Kolben 7 sind in den Zylinderbohrungen 6 des Zylinderblocks 3 angeordnet. Jeder der Kolben 7 besteht zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung. Jeder der Kolben 7 bewegt sich senkrecht innerhalb einer entsprechenden Zylinderbohrung 6 hin und her.
Der Kolben 7 ist durch die Pleuelstange 8 mit der Kurbelwelle 5 verbunden. Die Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 7 wird durch die Pleuelstange 8 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 5 gewandelt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor 1 als Quermotor ausgeführt, bei dem sich die Kurbelwelle 5 in einer Breitenrichtung (d.h. einer Seitenrichtung) des Fahrzeugs erstreckt.
Für jeden Zylinder des Motors 1 ist jeweils eine Zylinderbohrung 6 vorgesehen. Bei vier Zylindern sind die vier Zylinderbohrungen 6 im Motor 1 ausgebildet. Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf den Vierzylindermotor 1, wobei jedoch die Anzahl von Zylindern auf vier eingeschränkt ist. Der Motor 1 kann als Benzinmotor oder als Dieselmotor ausgeführt sein, ist aber nicht auf Benzin- und Dieselmotoren eingeschränkt.
In 2 umfasst der Kolben 7 den Kolbenboden 9 (siehe 3 und 4), der im Verhältnis zur inneren Wand 6a der Zylinderbohrung 6 hin- und her-bewegbar ist und ein Paar von Kolbenmänteln 10 und 11, die sich vom Kolbenboden 9 nach unten erstrecken. Der Kolbenboden 9 der vorliegenden Ausführungsform stellt einen Kolbenkörper der Erfindung dar.
Der Kolben 7 umfasst auch ein Paar von Seitenwänden 12 und 13 und ein Paar von Kolbenbolzenaugen 14 und 15. Die Seitenwände 12 und 13 verbinden die linken Seiten 10a und 11a und die rechten Seiten 10b und 11b der jeweiligen Kolbenmäntel 10 und 11. Die Kolbenbolzenaugen 14 und 15 sind auf den Seitenwänden 12 und 13 ausgebildet und sichern den Kolbenbolzen 16, so dass er drehbar (siehe 1) ist.
Der Kolbenbolzen 16 besteht aus einem zylindrischen Bolzen, dessen Mittelachse C1 (siehe 3) sich senkrecht zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 erstreckt. Die linken Seiten 10a und 11a und die rechten Seiten 10b und 11b weisen jeweils eine bestimmte Breite von den rechten und linken Enden der Kolbenmäntel 10 und 11 in der Umfangsrichtung des Kolbens 7 auf.
Die Kolbenbolzenaugen 14 und 15 weisen jeweils die Kolbenbolzen-Einpasslöcher 14A und 15A auf, in die der Kolbenbolzen 16 eingeführt wird. Der Kolbenbolzen 16 ist in den Kolbenbolzen-Einpasslöchern 14A und 15A angeordnet und werden durch die Kolbenbolzenaugen 14 und 15 festgehalten.
In 1 weist die Pleuelstange 8 den Abschnitt 8A mit kleinem Durchmesser auf, der mit dem Kolbenbolzen 16 verbunden ist. Die Pleuelstange 8 weist ebenfalls den Abschnitt 8B mit großem Durchmesser auf, der mit der Kurbelwelle 5 verbunden ist. Durch diese Anordnungen wird die Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 7 mittels der Pleuelstange 8 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 5 gewandelt.
Im Zylinderkopf 4 ist der Einlasskanal 21 ausgebildet, durch den Luft angesaugt wird und in die in der Zylinderbohrung 6 über dem Kolben 7 ausgebildete Brennkammer 18 geliefert wird.
Im Zylinderkopf 4 ist auch der Auslasskanal 22 ausgebildet, durch den durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer 18 erzeugte Abgase entlassen werden.
Im Zylinderkopf 4 ist die Einlassnockenwelle 23, die Auslassnockenwelle 24, das Einlassventil 25 und das Auslassventil 26 eingebaut. Die Einlassnockenwelle 24 ist mit der Einlassnocke 23A ausgestattet. Die Auslassnockenwelle 24 ist mit der Auslassnocke 24A ausgestattet. Das Einlassventil 25 wird zur selektiven Verbindung oder Trennung des Einlasskanals 21 und der Brennkammer 18 durch die Einlassnocke 23A angetrieben. Das Auslassventil 26 wird zur selektiven Verbindung oder Trennung des Auslasskanals 22 und der Brennkammer 18 durch die Auslassnocke 24A angetrieben.
In den 2 und 3 sind in einem äußeren Umfang des Kolbenbodens 9 die erste Kompressionsringnut 31, die zweite Kompressionsringnut 32 und die Ölabstreifringnut 33 ausgebildet, die in dieser Reihenfolge von einem oberen Abschnitt des Kolbenbodens 9 gesehen angeordnet sind.
Die erste Kompressionsringnut 31 und die zweite Kompressionsringnut 32 weisen jeweils einen ersten Kompressionsring und einen zweiten Kompressionsring (nicht gezeigt) auf, die darin eingepasst sind. Die Ölabstreifringnut 33 weist einen (nicht gezeigten) Ölabstreifring auf, der als darin eingepassten Kolbenring dient.
Die erste Kompressionsringnut 31 und die zweite Kompressionsringnut 32 weisen jeweils eine Einrichtung auf, die durch einen Kontakt mit der Innenwand 6 der Zylinderbohrung 6 die Brennkammer 18 hermetisch abdichtet.
Im Anschluss auf die Hin- und Her-Bewegung der Kolbens 7 steht der Ölabstreifring mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 in Kontakt, wodurch an der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 angehaftetes Öl abgestreift wird.
Im Boden der Ölabstreifringnut 33 ist eine Vielzahl von Ölrücklauflöchern 34 ausgebildet, die sich nahe an einer Druckseite und einer Gegendruckseite befinden. Die Ölrücklauflöcher 34 weisen Öffnungen auf, die vom Boden der Ölabstreifringnut 33 in Richtung einer inneren Umfangsfläche des Kolbenbodens 9 ausgerichtet sind.
Vorliegend bezieht sich die Druckseite auf einen Abschnitt der Oberfläche des Kolbens 7, in dem ein Druck, der durch eine Rotationskraft der Kurbelwelle 5 während eines Abwärtshubs des Kolbens 7 in der Zylinderbohrung 6 erzeugt wird und senkrecht zur längslaufenden Mittellinie der Kurbelwelle 5 ausgerichtet ist, auf die Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt.
Die Gegendruckseite ist ein Abschnitt der Oberfläche des Kolbens 7, in dem ein Druck, der während eines Aufwärtshubs des Kolbens 7 in der Zylinderbohrung 6 erzeugt wird und in einer Gegenrichtung zum zuvor erwähnten Hub ausgerichtet ist, auf die Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt.
Vom Ölspritzloch 8a (siehe 1), das im Abschnitt 8B mit großem Durchmesser der Pleuelstange 8 ausgebildet ist, wird Öl zwischen den Kolben 7 und die Zylinderbohrung 6 eingeführt, wodurch, wie in 2 deutlich dargestellt, ein anhand des Öls 35 zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 geschaffener Ölfilm gebildet wird.
Das Öl 35 dient somit der Kühlung des Kolbens 7 und der Schmierung zwischen dem äußeren Umfang des Kolbens 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6. Ein Öleinführungselement ist nicht auf das Ölspritzloch 8a eingeschränkt.
Das Kurbelgehäuse 2 weist eine (nicht gezeigte) Ölwanne auf, die in seinem unteren Abschnitt angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 6 steht mit der Ölwanne in Verbindung. Wenn, im Anschluss auf eine senkrechte Bewegung des Kolbens 7 in der Zylinderbohrung 6, das an der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 angehaftete Öl durch den in die Ölabstreifringnut 33 eingepassten Ölabstreifring abgestreift wird, wird es von der Ölabstreifringnut 33 durch das Ölrücklaufloch 34 zur inneren Umfangsfläche des Kolbenbodens 9 abgeführt und anschließend durch einen Abstand zwischen den Kolbenmäntel 10 und 11 der Ölwanne zurückgeführt.
Die Kolbenmäntel 10 und 11 stehen während der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 7 mit der Druckseite oder der Gegendruckseite in Kontakt, wodurch die Oszillation des Kolbens 7 gesteuert wird.
Wie in 3 dargestellt, ist der Kolbenmantel 10 derart geformt, dass sich seine Längsseite parallel zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 und seine kurze Seite senkrecht zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 erstrecken. Der Kolbenmantel 11 weist, wie der Kolbenmantel 10, lange und kurze Seiten auf.
In den 5 und 6 umfassen die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 einen mittleren Abschnitt in einer Erstreckungsrichtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9. Der mittlere Abschnitt der einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 weist den größten Durchmesser auf und definiert den mittleren Kolbenmantelabschnitt 37. Die mittleren Kolbenmantelabschnitte 37 werden durch flache Oberflächen der Kolbenmäntel 10 und 11 gebildet, die sich parallel zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 erstrecken. Die Mittelachse C des Kolbenbodens 9 fluchtet koaxial mit der Mittelachse der Kolbenmäntel 10 und 11.
Die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 umfassen auch den oberen Kolbenmantelabschnitt 36, der sich oberhalb der oberen Begrenzung 37a des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 befindet. Der obere Kolbenmantelabschnitt 36 ist derart gebogen, dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von der oberen Begrenzung 37a in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 oberhalb der oberen Begrenzung 37a allmählich abnimmt.
Die obere Begrenzung 37a ist in jedem der Kolbenmäntel 10 und 11 gebildet und befindet sich unter der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9. Mit anderen Worten ist der Kolbenbolzen 16 derart angeordnet, dass sich die Mittelachse C1 in einem Bereich befindet, in dem die oberen Kolbenmantelabschnitte 36 in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 liegen.
Die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 umfassen auch den unteren Kolbenmantelabschnitt 38, der sich unter der unteren Begrenzung 37b des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 befindet. Der untere Kolbenmantelabschnitt 38 ist derart gebogen, dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von der unteren Begrenzung 37b in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 unterhalb der unteren Begrenzung 37b allmählich abnimmt. Mit anderen Worten sind die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 fassförmig ausgebildet.
Eine Verringerung des Radius (in der Folge auch Radiusverringerung genannt) der einzelnen unteren Kolbenmantelabschnitte 38 von der unteren Begrenzung 37b in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 ist grösser als die Verringerung der einzelnen oberen Kolbenmantelabschnitte 36 von der oberen Begrenzung 37a in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9.
Der Zweckmäßigkeit halber stellen die 5 und 6 die Kolbenmäntel 10 und 11 mit einer größeren Biegung als in Wirklichkeit dar.
In 4 sind die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 derart geformt, dass sie eine Biegung aufweisen, die von einem der entsprechenden umlaufenden Mittelabschnitte 10c und 11c in Richtung von Verbindungsstellen mit den Seitenwänden 12 und 13, d.h. zu den linken Seiten 10a und 11a oder rechten Seiten 10b und 11b hin in einer Umfangsrichtung des Kolbens 7, zunimmt.
Jeder der umlaufenden Mittelabschnitte 10c und 11c ist ein Gipfel einer Kontur eines entsprechenden Kolbenmantels 10 und 11 zwischen den Seitenwänden 12 und 13 in der Umfangsrichtung des Kolbens 7. Ein Spiel zwischen jedem der Kolbenmäntel 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 in der radialen Richtung des Kolbens 7 ist am kleinsten zwischen jedem der umlaufenden Mittelabschnitte 10c und 11c und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6.
Wie in 9 dargestellt, führt eine gedachte Ebene L1 durch den umlaufenden Mittelabschnitt 11c des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 und die Mittelachse C des Kolbenbodens 9. Die gedachte Ebene L2 erstreckt sich von der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 und ist gegenüber der gedachten Ebene L1 um 5° geneigt.
Ein Betrag der Verringerung des Radius des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 (d.h. eines Abstands zwischen der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 und dem umlaufenden Mittelabschnitt 11c des Kolbenmantels 11) vom umlaufenden Mittelabschnitt 11c zu einem Abschnitt des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37, durch den die gedachte Ebene L2 führt, (in der Folge auch Radiusverringerung SS genannt) ist vorzugsweise 0,005 mm oder weniger und 0,002 mm oder mehr. Mit anderen Worten ist der Radius der auf den gedachten Ebenen L1 und L2 liegenden Abschnitte des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 unterschiedlich.
In den 2 und 4 weist jeder Kolbenmantel 10 und 11 eine auf seiner äußeren Fläche angeordnete, beispielsweise durch Siebdruck hergestellte, harzbeschichtete Schicht 39 auf, um einen Reibungsverlust zu reduzieren oder dessen hohe Wärmebeständigkeit zu verbessern. Die harzbeschichtete Schicht 39 weist eine konstante Dicke auf. Die harzbeschichtete Schicht 39 besetzt Flächen des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37, des oberen Kolbenmantelabschnitts 36 und des unteren Kolbenmantelabschnitts 38, die der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 gegenüberliegen.
In 3 weist die harzbeschichtete Schicht 39 eine Vielzahl von darin ausgebildeten Aussparungen 41 und 42 auf. Jede der Aussparungen 41 und 42 ist derart geformt, dass sie eine Tiefe aufweist, die einer Dicke der harzbeschichteten Schicht 39 gleicht und beispielsweise 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger beträgt. Wie in 7 dargestellt, besteht jede der Aussparungen 41 und 42 aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und bogenförmigen Außenrändern und den kreisförmigen Abschnitten 43B und 43C mit kleinem Durchmesser und bogenförmigen Außenrändern. Mit anderen Worten ist jede der Aussparungen 41 und 42 derart konfiguriert, dass sie eine Kontur aufweist, die durch eine Kombination des kreisförmigen Abschnitts 43A mit großem Durchmesser und der kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser gebildet wird.
Der kreisförmige Abschnitt 43A mit großem Durchmesser ist derart ausgebildet, dass er einen Radius R aufweist. Die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser sind derart ausgebildet, dass sie einen Radius aufweisen, der kleiner als der Radius R ist, und eine kleinere Fläche als der kreisförmige Abschnitt 43A mit großem Durchmesser aufweisen. Die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser überlagern teilweise den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser. Die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser sind beidseitig des kreisförmigen Abschnitts 43A mit großem Durchmesser in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens oder in einer Richtung senkrecht zur zentralen axialen Richtung C diametral entgegengesetzt. Die kreisförmigen Abschnitte mit kleinem Durchmesser 43B und 43C stehen mit dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser in Verbindung.
In 8 sind die Aussparungen 42 oberhalb oder unterhalb der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 (d.h. der senkrechten Richtung) angeordnet und fluchten mit der oder den Aussparung(en) 41 in einer Richtung senkrecht zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9. Mit anderen Worten befinden sich die Aussparungen 42, die in der Richtung senkrecht zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 miteinander fluchten, auf derselben Höhe wie die Aussparungen 42 in der zentralen axialen Richtung C. Jede der in der Richtung senkrecht zur zentralen axialen Richtung C mit der oder den Aussparung(en) 41 fluchtenden Aussparungen 42 ist unter dem oberen Ende 41a und über dem unteren Ende 41b der Aussparung 41 angeordnet, die mit dieser Aussparung 42 in der Richtung senkrecht zur zentralen axialen Richtung C fluchtet. Somit befindet sich jede der Aussparungen 41 näher an der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 als die Aussparungen 42.
Die Aussparungen 41, die nahe an der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b angeordnet sind, sind von der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b entfernt.
Insbesondere befinden sich die unteren Enden 41b derjenigen Aussparungen, unter den im oberen Kolbenmantelabschnitt 36 angeordneten Aussparungen 41, die sich nahe an der oberen Begrenzung 37a befinden, oberhalb der oberen Begrenzung 37a in einem Abstand S von der oberen Begrenzung.
Unter den im mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 angeordneten Aussparungen 41, befindet sich das Ende 41a derjenigen Aussparung, die sich nahe an der oberen Begrenzung 37a befinden, unter der oberen Begrenzung 37a in einem Abstand S von der oberen Begrenzung 37a. Unter den im unteren Kolbenmantelabschnitt 38 angeordneten Aussparungen 41, befindet sich das Ende 41a derjenigen Aussparung, die sich nahe an der unteren Begrenzung 37b befinden, unter der unteren Begrenzung 37b in einem Abstand S von der unteren Begrenzung.
Unter den im mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 angeordneten Aussparungen 41, befinden sich die Enden 41b derjenigen Aussparungen, die sich nahe an der unteren Begrenzung 37b befinden, oberhalb der unteren Begrenzung 37b in einem Abstand S von der unteren Begrenzung 37b. Der Abstand S beträgt vorzugsweise 0,05 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger.
Wie in 3 deutlich dargestellt, sind die Aussparungen 41 im umlaufenden Mittelabschnitt 10c des Kolbenmantels 10 angeordnet und im Wesentlichen in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 ausgerichtet.
Jede der Aussparungen 41 ist derart ausgerichtet, dass sich eine längslaufende Mittellinie parallel zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 erstreckt. Dabei bezeichnet eine vorliegende längslaufende Mittellinie jeder Aussparung 41 eine Linie mit der der kreisförmige Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser fluchten. Mit anderen Worten ist jede der Aussparungen 41 derart geformt, dass sich ihre Länge parallel zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 erstreckt und sich ihre Breite in der Umfangsrichtung der Kolbenmäntel 10 und 11 erstrecken. Die Länge jeder Aussparung 41 ist grösser als ihre Breite. Die Aussparungen 41 in der vorliegenden Ausführungsform sind senkrecht längslaufende Aussparungen der Erfindung.
Jede der Aussparungen 42 ist derart ausgerichtet, dass sich eine längslaufende Mittellinie senkrecht zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 erstreckt. Dabei bezeichnet eine vorliegende längslaufende Mittellinie jeder Aussparung 42 eine Linie mit der der kreisförmige Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser fluchten. Mit anderen Worten ist jede der Aussparungen 42 derart geformt, dass sich ihre Länge in der Umfangsrichtung der Kolbenmäntel 10 und 11 (d.h. einer horizontalen Richtung) erstrecken und sich ihre Breite parallel zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 (d.h. in einer senkrechten Richtung) erstreckt. Die Länge jeder Aussparung 42 ist grösser als ihre Breite. Die Aussparungen 42 in der vorliegenden Ausführungsform sind horizontal längslaufende Aussparungen der Erfindung.
Die Aussparungen 41 sind im umlaufenden Mittelabschnitt 10c des Kolbenmantels 10 ausgebildet. Die Aussparungen 42 befinden sich näher an der Seitenwand 12 oder 13 als der umlaufende Mittelabschnitt 10c des Kolbenmantels 10.
Die 7 stellt lediglich die Konfiguration der Aussparungen 41 und 42 unabhängig von deren Orientierung dar. Die Aussparungen 41 und 42 sind in der harzbeschichteten Schicht 39 als senkrecht längslaufende Aussparungen 41 und horizontal längslaufende Aussparungen 42 gebildet.
Der Kolbenmantel 11 weist, wie der Kolbenmantel 10, die darin ausgebildeten Aussparungen 41 und 42 auf. Der Kürze halber beziehen sich die folgenden Erläuterungen nur auf die Aussparungen 41 und 42 des Kolbenmantels 10. Die im Kolbenmantel 10 gebildeten Aussparungen 41 und 42 sind mit den im Kolbenmantel 11 gebildeten Aussparungen 41 und 42 symmetrisch zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 gebildet.
Die Dichte des Kolbenmantels 10, die durch die Anzahl von Aussparungen 41 und 42 pro Flächeneinheit definiert ist, ist im umlaufenden Mittelabschnitt 10c des Kolbenmantels 10 am höchsten. Die Dichte der Aussparungen 41 und 42 nimmt von der Umfangsmitte des Kolbenmantels 10 in Richtung der Seitenwände 12 oder 13 allmählich ab.
Die harzbeschichtete Schicht 39 wird hergestellt, indem ein schmierendes Harzmaterial, das beispielsweise vor allem Graphit, Polyamidimid (PAI) und Polytetrafluorethylen enthält, mittels einer Siebdruckmaschine auf die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 aufgebracht wird. Insbesondere werden die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 mit Masken bedeckt, die jeweils dieselbe Form wie eine Kombination des kreisförmigen Abschnitts 43A mit großem Durchmesser und der kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser aufweisen. Das schmierende Harzmaterial wird anschließend auf die Kolbenmäntel 10 und 11 aufgetragen, um die Aussparungen 41 und 42 auf den Oberflächen der Kolbenmäntel 10 und 11 zu bilden.
Insbesondere dient jede der Aussparungen 41 und 42 als Ölsumpf und ist derart geformt, dass sie eine äußere Kante aufweist, die aus der harzbeschichteten Schicht besteht, und einen Boden, der nicht mit der harzbeschichteten Schicht beschichtet ist (in der Folge auch unbeschichteter Bereich oder Abschnitt genannt). Die harzbeschichtete Schicht 39 kann auf andere Weise hergestellt werden. Das Material der harzbeschichteten Schicht 39 ist nicht auf das oben erwähnte Material beschränkt.
Der obere Kolbenmantelabschnitt 36 und der untere Kolbenmantelabschnitt 38 sind, wie in 6 sichtbar, derart ausgebildet, dass sie den ersten Abstand H1 und den zweiten Abstand H2 aufweisen. Der erste Abstand H1 ist ein Abstand zwischen der oberen Begrenzung 37a und einem Abschnitt des oberen Kolbenmantelabschnitts 36, in dem die gegebene Radiusverringerung SS in der gedachten Ebene L3 vorliegt. Die gedachte Ebene L3 erstreckt sich parallel zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 und führt durch den Kolbenmantel 10 hindurch. Der erste Abstand H1 ist derart gewählt, dass er länger als der zweite Abstand H2 ist, d.h. ein Abstand von der oberen Begrenzung 37b zu einem Abschnitt des unteren Kolbenmantelabschnitts 38, in dem die Radiusverringerung SS in der gedachten Ebene L3 vorliegt.
In der Folge wird die Funktionsweise beschrieben.
Der Grund, warum der Druck, der auf einen Kontakt zwischen einer Umfangsfläche der einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt, hoch wird, wird im Folgenden erläutert.
Wenn die Kolbenmäntel 10 oder 11, während der Hin- und Her-bewegung des Kolbens 7 in der Zylinderbohrung 6, mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 in Kontakt kommen, wird ein Teil des durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugten Drucks von der Pleuelstange 8 und dem Kolbenbolzen 16 auf den Kolben 7 ausgeübt und dann in einen Kontakt jeder der Kolbenbolzenaugen 14 und 15 mit dem Kolbenbolzen 16 (in der Folge auch Druckeingangspunkt genannt) eingebracht, um die Kolbenmäntel 10 und 11 gegen die Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 zu drücken.
Die Reibung, die zwischen den einzelnen Kolbenmänteln 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 während der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 7 ausgeübt wird, wird durch den bei der Verbrennung von Kraftstoff erzeugten Druck erzeugt und widersteht der senkrechten Bewegung der Kolbenmäntel 10 und 11.
Der Kolben 7 darf sich relativ zur Zylinderbohrung 6 um die Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 bis zu einem Grad neigen oder schwenken, der einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser der Zylinderbohrung 6 und einem Außendurchmesser des Kolbens 7 entspricht, d.h. innerhalb eines Spiels zwischen der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und dem Kolben 7.
Wenn im Kolben 7 die Radiusverringerung des oberen Kolbenmantelabschnitts 36 größer als die des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 gewählt wird, bewirkt dies, dass der Neigungsgrad des Kolbens 7 mit einer Vergrößerung des Spiels zwischen dem oberen Kolbenmantelabschnitt 36 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 zunimmt, so dass der untere Kolbenmantelabschnitt 38 bei hohem Druck reibschlüssig mit der Zylinderbohrung 6 in Kontakt kommt.
Insbesondere im Expansionshub des Kolbens 7 wird ein hoher Verbrennungsdruck auf den Kolben 7 ausgeübt, was zu einem Anstieg des Moments zur Neigung des Kolbens 7 führt. Das Moment ist proportional zu einem Abstand von der Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16, so dass ein Moment, das auf das untere Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 wirkt, auf dem Kolbenmantel 10 oder dem Kolbenmantel 11 maximiert wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Reibung des Kolbens 7 gegenüber der Zylinderbohrung 6, was zu einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs des Motors 1 führt.
Der Kolben 7 in dieser Ausführungsform ist, wie vorstehend beschrieben, mit den Kolbenmänteln 10 und 11 ausgestattet, die jeweils den maximalen Außendurchmesser am mittleren Abschnitt in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 aufweisen. Der Kolben 7 umfasst auch die mittleren Kolbenmantelabschnitte 37, die jeweils eine Fläche aufweisen, die sich parallel zur Mittelachse C des Kolbenbodens 9 erstreckt.
Die einzelnen Kolbenmäntel 10 und 11 umfassen, wie vorstehend beschrieben, den oberen Kolbenmantelabschnitt 36 und den unteren Kolbenmantelabschnitt 38. Der obere Kolbenmantelabschnitt 36 befindet sich oberhalb der oberen Begrenzung 37a des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 und ist so gebogen, dass ein Außendurchmesser von der oberen Begrenzung 37a in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 allmählich abnimmt. Der untere Kolbenmantelabschnitt 38 befindet sich unterhalb der unteren Begrenzung 37b des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 und ist derart gebogen, dass ein Außendurchmesser von der unteren Begrenzung 37b in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 allmählich abnimmt.
Die vorstehende Konfiguration schafft ein Spiel zwischen dem mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6, das in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 konstant gehalten wird, wodurch die Stabilität der Lage des Kolbens 7 am mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 gewährleistet ist.
Im Kolben 7 ist die Radiusverringerung des unteren Kolbenmantelabschnitts 38, das heißt ein Betrag, um den der Radius des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 von der unteren Begrenzung 37b in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 abnimmt, so gewählt, dass sie größer ist als die des oberen Kolbenmantelabschnitts 36, das heißt ein Betrag, um den der Radius des oberen Kolbenmantelabschnitts 36 von der oberen Begrenzung 37a in Richtung der Mittelachse C des Kolbenbodens 9 abnimmt.
Die Radiusverringerungen des oberen Kolbenmantelabschnitts 36 bewirken, dass der Kolben 7 zwangsweise in einen Winkel geneigt wird, der den Spielbedingungen entspricht, wie in 14 dargestellt. Zusätzlich wird auch die physikalische Beeinträchtigung zwischen dem unteren Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6, die sich üblicherweise aus der Neigung des Kolbens 7 ergibt, minimiert und damit der Reibungsverlust des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 gegenüber der Zylinderbohrung 6 verringert. Dies verbessert den Kraftstoffverbrauch des Motors 1.
Die physische Beeinträchtigung zwischen dem unteren Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wird ebenfalls vermieden, wodurch das Risiko von mechanischen Geräuschen, die durch solche Beeinträchtigungen entstehen und üblicherweise dazu führen, dass sich die Fahrzeuginsassen unwohl fühlen, ausgeschlossen wird.
10 zeigt ein Kolbenmantelprofil des Kolbens 7. Die Plusseite stellt ein unteres Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 dar. Die Minusseite stellt ein oberes Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 dar, d.h. die untere Begrenzung 37b. Eine gestrichelte Linie stellt einen herkömmlichen Kolben dar. Eine durchgezogene Linie stellt den Kolben 7 in dieser Ausführungsform dar. Der untere Kolbenmantelabschnitt 38 in dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die Radiusverringerung größer als die Radiusverringerung eines unteren Kolbenmantelabschnitts des herkömmlichen Kolbens ist. Der obere Kolbenmantelabschnitt 36 in dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die Radiusverringerung kleiner als die Radiusverringerung eines oberen Kolbenmantelabschnitts des herkömmlichen Kolbens.
11 zeigt Neigungswinkel des in einem Motor montierten Kolbens 7 in dieser Ausführungsform und in der herkömmlichen Ausführungsform, wenn der Motor in Betrieb ist.
Die Grafik von 11 zeigt, dass der Neigungswinkel des Kolbens 7 in dieser Ausführungsform im Umfang eines Zyklus des Viertaktmotors (d.h. zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, d.h. 720°) niedriger ist als der des herkömmlichen Kolbens, d.h. dass sich der Kolben 7 über einen längeren Zeitraum senkrecht gerade bewegt als der herkömmliche Kolben.
Mit anderen Worten minimiert die Struktur des Kolbens 7 in dieser Ausführungsform einen physischen Kontakt des unteren Endes des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und reduziert so den Reibungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen Kolben.
Der Kolben 7 ist so ausgebildet, dass er den Kolbenbolzen 16 aufweist, dessen Mittelachse C1 in einem Bereich zwischen den oberen und unteren Enden des oberen Kolbenmantelabschnitts 36 in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 liegt, wodurch der Kolben 7 zwangsweise um die Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 in einen Winkel geneigt wird, der den Spielbedingungen in 14 entspricht.
In der Folge wird die Schmierung des Kolbens 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 beschrieben.
12 stellt eine Verteilung der Flächenpressung zwischen den einzelnen Kolbenmänteln 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 dar. 12 zeigt, dass Bereiche, in denen ein Abstand zwischen diagonalen Linien klein ist (d.h. die Dichte der diagonalen Linien hoch ist), proportional zum Grad der Flächenpressung sind, und dass der Bereich, in dem der Abstand zwischen den diagonalen Linien kleiner ist, einem größeren Grad an Flächenpressung ausgesetzt ist.
Die Schürzen 10 und 11 sind in Form eines Fasses ausgebildet, so dass die umlaufenden Mittelabschnitte 10c und 11c in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse C1 des Kolbenbolzens 16 nach außen wölben und auch eine von den umlaufenden Mittelabschnitten 10c und 11c zu den Seitenwänden 12 und 13 in Umfangsrichtung zunehmende Krümmung aufweisen.
Die obige Form der Kolbenmäntel 10 und 11 führt zu einem minimalen Spiel zwischen dem mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6, so dass der Druck auf die Kontakte der Kolbenmäntel 10 und 11 mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 vom mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 nach außen in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 und von den umlaufenden Mittelabschnitten 10c und 11c nach außen in Umfangsrichtung verringert wird.
Daher sind die Bedingungen zum Schmieren von Abschnitten der Kolbenmäntel 10 und 11, die ein kleines Spiel zwischen sich und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweisen und auch einem hohen Druck ausgesetzt sind, der auf deren Kontakt mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt, strenger als die zum Schmieren von Abschnitten der Kolbenmäntel 10 und 11, die ein großes Spiel zwischen sich und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweisen und auch einem geringen Druck ausgesetzt sind, der auf deren Kontakt mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt.
Der Kolben 7 in dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass er unter den oben genannten strengen Bedingungen einen erforderlichen Schmierungsgrad ermöglicht. Wie man den Kolben 7 schmiert, wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Die Kolbenmäntel 10 und 11 sind im Betrieb identisch. Der Kürze halber, bezieht sich die folgende Erörterung daher nur auf den Kolbenmantel 10. In der folgenden Erörterung entsprechen die stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seiten des Kolbens 7 der Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung, in der sich der Kolben 7 bewegt.
Der Kolben 7 in dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die senkrecht langen Aussparungen 41 und die horizontal langen Aussparungen 42 in einem Abschnitt des Kolbenmantels 10 ausgebildet sind, der ein kleines Spiel zwischen sich und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweist und einem hohen Druck ausgesetzt ist, der auf einen Kontakt mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wirkt.
Jede der Aussparungen 41 und 42 ist, wie vorstehend beschrieben, durch den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser definiert. Die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser sind jeweils durch einen Kreis definiert, dessen Fläche kleiner ist als die des kreisförmigen Abschnitts 43A mit großem Durchmesser. Die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser sind beidseitig des kreisförmigen Abschnitts 43A mit großem Durchmesser in der zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 diametral entgegengesetzt.
Die Aussparungen 41 und 42 erzeugen einen dynamischen Öldruck, wenn sich der Kolben 7 senkrecht bewegt.
Wenn sich der Kolben 7 nach oben bewegt, wird Öl von der stromaufwärts gelegenen Seite (d.h. der Brennkammer 18) in einen Spalt zwischen dem oberen Kolbenmantelabschnitt 36 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 gefördert. Das Öl strömt dann in einen stromabwärts gelegenen der kreisförmigen Abschnitte 43B mit kleinem Durchmesser aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser jeder der Aussparungen 41. Wenn das Öl in den stromabwärts gelegenen kreisförmigen Abschnitt 43B mit kleinem Durchmesser gelangt, wird ein Strom des Öls gedrosselt, wodurch ein hoher dynamischer Druck erzeugt wird.
Zusätzlich wird das Öl auch aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser einer der Aussparungen 42 in den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und in die kreisförmigen Abschnitten 43B und 43C mit kleinem Durchmesser einer stromabwärts gelegenen Aussparung 42 eingeführt. Nachdem das Volumen des Öls in der stromabwärts gelegenen Aussparung 42 erhöht wurde, strömt das Öl dann aus dem Kreisabschnitt 43A mit großem Durchmesser und den Kreisabschnitten 43B und 43C mit kleinem Durchmesser in den Kreisabschnitt 43A mit großem Durchmesser einer weiteren stromabwärts gelegenen Aussparung 42, wodurch der Durchfluss des Öls gedrosselt wird, um einen hohen dynamischen Druck zu erzeugen.
Insbesondere hängt die Größe des dynamischen Drucks, der auf einer Reibungsfläche (d.h. einer Kontaktfläche zwischen zwei Objekten) auftritt, von einem Krümmungsradius eines Umrisses des Objekts ab. Je höher der dynamische Druck, desto größer die Dicke eines Ölfilms.
Eine Menge, um die der Ölstrom von einer stromaufwärts nach einer stromabwärts gelegenen der Aussparungen 42 kleiner ist, so dass die Größe des in den Aussparungen 42 erzeugten dynamischen Drucks niedriger ist als in den Aussparungen 41.
Wenn sich der Kolben 7 nach oben bewegt, wirkt somit der Druck auf den Kolbenmantel 10, um ihn von der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 wegzudrücken, was zu einer erhöhten Dicke einer Ölschicht zwischen dem mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 führt, zwischen denen ein kleines Spiel und eine große Kontaktfläche besteht.
Wenn sich der Kolben 7 nach unten bewegt, wird Öl von der stromaufwärts gelegenen Seite (d.h. der Kurbelwelle 5) in einen Spalt zwischen dem unteren Kolbenmantelabschnitt 38 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 gefördert. Das Öl wird dann von einem stromaufwärts gelegenen der kreisförmigen Abschnitte 43C mit kleinem Durchmesser in den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser jeder der Aussparungen 41 geleitet, so dass es im kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser angesammelt wird. Das Öl strömt dann in einen stromabwärts gelegenen der kreisförmigen Abschnitte 43B mit kleinem Durchmesser aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser. Wenn das Öl in den stromabwärts gelegenen kreisförmigen Abschnitt 43B mit kleinem Durchmesser gelangt, wird ein Strom des Öls gedrosselt, wodurch ein hoher dynamischer Druck entsteht.
Zusätzlich wird das Öl auch aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser einer der Aussparungen 42 in den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und in die kreisförmigen Abschnitte 43B und 43C mit kleinem Durchmesser einer der Aussparungen 42 zugeführt. Nachdem das Volumen des Öls in der stromabwärts gelegenen Aussparung 42 erhöht wurde, strömt das Öl aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und den kreisförmigen Abschnitten 43B und 43C mit kleinem Durchmesser in den kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser einer weiter stromabwärts gelegenen Aussparung 42, wodurch der Ölstrom gedrosselt wird, um einen hohen dynamischen Druck zu erzeugen.
Wenn sich der Kolben 7 nach unten bewegt, entsteht daher eine erhöhte Dicke einer Ölschicht zwischen dem mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6.
Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich ist, dient jede der Aussparungen 41 und 42 dazu, eine bestimmte Menge an Öl darin zurückzuhalten und auch Druck auf das zurückgehaltene Öl auszuüben, um den Kolben 7 von der Zylinderbohrung 6 wegzudrücken.
Der Kolben 7 in dieser Ausführungsform ist, wie bereits beschrieben, mit den Kolbenmänteln 10 und 11 ausgestattet, die so geformt sind, dass sie eine Krümmung aufweisen, die von den umlaufenden Mittelabschnitt 10c und 11c zu den Seitenwänden 12 und 13 in Umfangsrichtung des Kolbens 7 zunimmt. Der umlaufende Mittelabschnitt 10c des Kolbenmantels 10 weist die darin ausgebildeten, in axialer Richtung des Kolbens 7 langgestreckten, senkrecht langen Aussparungen 41 und die horizontal langen Aussparungen 42, die sich außerhalb der senkrecht langen Aussparungen 41 in Umfangsrichtung des Kolbens 7 befinden, auf. Der Kolbenmantel 11 weist, wie der Kolbenmantel 10, die darin ausgebildeten Aussparungen 41 und 42 auf.
Die Aussparungen 41 wirken daher zur Erhöhung des dynamischen Drucks in einem Bereich, in dem ein Spiel zwischen jedem der umlaufenden Mittelabschnitt 10c und 11c des Kolbenmantels 10 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 klein ist.
Es ist auch möglich, eine Öldurchflussmenge in einem Bereich mit kleinem Spiel zu erhöhen, in dem das Spiel zwischen jedem der umlaufenden Mittelabschnitte 10c und 11c des Kolbenmantels 10 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 klein ist, damit er größer wird als das Spiel in einem Bereich mit großem Spiel, in dem ein Spiel zwischen einem Abschnitt jedes der Kolbenmäntel 10 und 11, der sich vom umlaufenden Mittelabschnitt 10c oder 11c des Kolbenmantels 10 oder 11c in Richtung der Seitenwand 12 oder 13 entfernt befindet, und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 groß ist.
Die höhere Öldurchflussmenge dient dazu, die niedrigere Öldurchflussmenge in den Bereich mit kleinem Spiel zu locken, wodurch eine große Ölmenge in einem Spalt zwischen dem mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 gesammelt wird, die ein geringes Spiel, aber eine große Kontaktfläche zwischen sich und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 aufweisen, wodurch die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 bei senkrechter Bewegung des Kolbens 7 verbessert und gleichzeitig der Reibungsverlust des Kolbens 7 reduziert wird.
Die Ölmenge im Bereich mit großem Spiel, in dem das Spiel zwischen jedem der Kolbenmäntel 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 groß ist, ist größer als im Bereich mit kleinem Spiel. Eine zu große Dicke eines Ölfilms im Bereich mit großem Spiel führt daher dazu, dass der Kolben 7 einem Viskositätswiderstand des Öls ausgesetzt wird. Es ist daher ratsam, im Bereich mit großem Spiel einen geringeren dynamischen Druck zu erzeugen als im Bereich mit kleinem Spiel.
Der Kolben 7 in dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass er die horizontal langen Aussparungen 42 im Bereich mit großem Spiel aufweist, in dem das Spiel zwischen dem Kolbenmantel 10 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 groß ist, wodurch ein erforderlicher dynamischer Druck erzeugt wird, um eine übermäßige Dicke des Ölfilms zu vermeiden, obwohl die Aussparungen 41 und 42 die gleiche Konfiguration aufweisen.
Die Aussparungen 41, die sich nahe der oberen Begrenzung 37a im oberen Kolbenmantelabschnitt 36 des Kolbens 7 befinden, weisen die unteren Enden 41b auf, die oberhalb der oberen Begrenzung 37a im Abstand S von der oberen Begrenzung 37a angeordnet sind. Die Aussparungen 41, die näher an der oberen Begrenzung 37a im mittleren Schürzenabschnitt 37 angeordnet sind, weisen die oberen Enden 41a auf, die unterhalb der oberen Begrenzung 37a im Abstand S weg von der oberen Begrenzung 37a angeordnet sind.
Die Aussparungen 41, die sich nahe der unteren Begrenzung 37b im unteren Kolbenmantelabschnitt 38 des Kolbens 7 befinden, weisen die oberen Enden 41a auf, die unterhalb der unteren Begrenzung 37b im Abstand S von der unteren Begrenzung 37b angeordnet sind. Die Aussparungen 41, die näher an der unteren Begrenzung 37b im mittleren Kolbenmantelabschnitt 37 angeordnet sind, weisen die unteren Enden 41b auf, die oberhalb der unteren Begrenzung 37b im Abstand S von der unteren Begrenzung 37b angeordnet sind.
Die obige Struktur verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens 7.
Insbesondere wird eine bestimmte Fläche einer ebenen Oberfläche um die Aussparungen 41 herum benötigt, um den dynamischen Druck in einen Ölfilm umzuwandeln. Wenn die Aussparungen 41 an der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b angeordnet sind, tritt das Öl aus den Aussparungen 41 an der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b in Umfangsrichtung der Kolbenmäntel 10 und 11 aus und trägt somit nicht zum Wachstum eines Ölfilms bei, was zu einer Erhöhung des Reibungsverlustes des Kolbens 7 mit der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 erhöhen kann.
13 stellt ein Verhältnis zwischen dem Abstand S zwischen der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b und den Aussparungen 41 und dem Reibungskoeffizienten dar.
Die Grafik von 13 zeigt, dass, wenn der Abstand S zwischen der Aussparung 41 und der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b 0,05 mm oder weniger beträgt, der Reibungskoeffizient mit einer Volumenverringerung des Ölfilms erhöht ist und dass, wenn der Abstand S 0,05 mm beträgt, der Reibungskoeffizient minimiert wird, während, wenn der Abstand s mehr als 0,5 mm beträgt, der Reibungskoeffizient sich einem konstanten Wert nähert.
Im Kolben 7 in dieser Ausführungsform befinden sich die Aussparungen 41, die nahe der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b angeordnet sind, in einem Abstand von mehr als 0,05 mm oder mehr und weniger als 0,5 mm oder weniger von der oberen Begrenzung 37a oder der unteren Begrenzung 37b entfernt.
Es ist daher möglich, dass die Aussparungen 41 über die erforderlichen Fähigkeiten zur Ölrückhaltung und dynamischen Druckerzeugung verfügen. Dies verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens 7.
Der obere Kolbenmantelabschnitt 36 und der untere Kolbenmantelabschnitt 38 sind, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, so geformt, dass sie den ersten Abstand H1 und den zweiten Abstand H2 aufweisen. Der erste Abstand H1 ist ein Abstand von der oberen Begrenzung 37a zu einem Abschnitt des oberen Kolbenmantelabschnitts 36, in dem die gegebene Radiusverringerung SS auf der gedachten Ebene L3 vorliegt. Die gedachte Ebene L3 ist so definiert, dass sie sich parallel zur zentralen axialen Richtung C des Kolbenbodens 9 erstreckt und durch den Kolbenmantel 10 verläuft. Der erste Abstand H1 ist so gewählt, dass er länger ist als der zweite Abstand H2, der ein Abstand von der unteren Begrenzung 37b zu einem Abschnitt des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 ist, in dem die Radiusverringerung SS auf der gedachten Ebene L3 vorliegt. Dies verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens 7.
Insbesondere bei senkrechter Bewegung des Kolbens 7 wird das Volumen eines Schmierölfilms um den dynamischen Druck erhöht, der sich aus der Keilwirkung sowohl im Spalt zwischen dem Abschnitt des oberen Kolbenmantelabschnitts 36, der sich im ersten Abstand H1 von der oberen Begrenzung 37a befindet, und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6, als auch im Spalt zwischen dem Abschnitt des unteren Kolbenmantelabschnitts 38, der sich im zweiten Abstand H2 von der unteren Begrenzung 37b befindet, und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 ergibt. Dadurch wird die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 weiter verbessert und der Reibungsverlust des Kolbens 7 reduziert.
14 stellt eine Beziehung zwischen der Radiusverringerung SS (d.h. der Größe des Spiels zwischen der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und jedem der Kolbenmäntel 10 und 11) und dem dynamischen Druck dar.
Die Grafik von 14 zeigt, dass der dynamische Druck maximiert wird, wenn die Radiusverringerung SS 0,002 mm beträgt, minimiert wird, wenn die Radiusverringerung SS 0,005 mm beträgt, und gleich Null wird, wenn die Radiusverringerung SS 0,006 mm beträgt. Es ist daher vorzuziehen, dass die Radiusverringerung SS kleiner oder gleich 0,005 mm und größer oder gleich 0,002 mm gewählt wird.
Der erste Abstand H1 ist, wie vorstehend beschrieben, so gewählt, dass er länger als der zweite Abstand H2 ist, wodurch die Keilwirkung des Schmierölfilms zwischen dem oberen Kolbenmantelabschnitt 36 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 verbessert wird, selbst wenn die Radiusverringerung des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 größer festgelegt ist als die des oberen Kolbenmantelabschnitts 36.
Es ist daher möglich, das Risiko einer physikalischen Störung zwischen dem unteren Ende des unteren Kolbenmantelabschnitts 38 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 aufgrund der Neigung des Kolbens 7 zu minimieren.
Der Kolben 7 ist so ausgebildet, dass die Radiusverringerung SS eines auf der gedachten Ebene L2 liegenden Abschnitts des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37, von der des umlaufenden Mittelabschnitt 10c des mittleren Kolbenmantelabschnitts 37 in Umfangsrichtung der Kolbenmäntel 10 und 11, wie mit Bezug auf 14 beschrieben, in einem Bereich von weniger als oder gleich 0,005 mm und mehr als oder gleich 0,002 mm liegt.
Dadurch wird die Keilwirkung des Schmierölfilms zwischen jedem der Kolbenmäntel 10 und 11 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 in Umfangsrichtung der Kolbenmäntel 10 und 11 verbessert. Dies verbessert die Schmierung zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 6a der Zylinderbohrung 6 und reduziert den Reibungsverlust des Kolbens 7.
15 stellt die Ergebnisse von Bewertungstests des Reibungsverlustes des in einem 660ccm-Dreizylinder-Benzinmotor montierten, aus Aluminium gefertigten Kolbens 7 in dieser Ausführungsform und eines Kolbens nach dem Stand der Technik dar.
Die Ergebnisse der Bewertungstests zeigen, dass der Kolben 7 in dieser Ausführungsform einen geringeren Reibungsverlust bei Drehzahlen von 1.000 U/min, 1.500 U/min und 2.000 U/min des Motors im Vergleich zum Kolben aus dem Stand der Technik aufweist.
Jede der Aussparungen 41 und 42 besteht aus dem kreisförmigen Abschnitt 43A mit großem Durchmesser und den kreisförmigen Abschnitten 43B und 43C mit kleinem Durchmesser, deren Außenkanten bogenförmig sind, aber alternativ auch eine andere Form aufweisen können, wie beispielsweise eine senkrecht lange oder eine horizontal lange Form.
Der Motor 1 in dieser Ausführungsform ist, wie vorstehend beschrieben, ein Quermotor mit der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckenden Kurbelwelle 5, kann aber auch als ein längsmontierter Motor realisiert werden, in dem sich die Kurbelwelle 5 in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt.
Obwohl die vorliegende Erfindung zum besseren Verständnis im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform offenbart wurde, ist zu beachten, dass die Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Änderungen der dargestellten Ausführungsform umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Grundsatz der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4749398 [0002]

Claims

Kolben für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Kolbenkörper, der in Bezug auf eine Innenwand einer Zylinderbohrung hin- und her-bewegbar ist; ein Paar Kolbenmäntel, die sich vom Kolbenkörper nach unten erstrecken; ein Paar Kolbenbolzenaugen, die einen Kolbenbolzen halten; ein Paar Seitenwände, die die Kolbenmäntel miteinander verbinden; und harzbeschichtete Schichten, die auf Oberflächen der Kolbenmäntel angeordnet sind, die der Innenwand der Zylinderbohrung zugewandt sind, wobei die einzelnen Kolbenmäntel einen mittleren Kolbenmantelabschnitt, einen oberen Kolbenmantelabschnitt und einen unteren Kolbenmantelabschnitt umfassen, wobei der mittlere Kolbenmantelabschnitt ein mittlerer Abschnitt des Kolbenmantels in einer zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers ist, einen größten Durchmesser aufweist und ebenfalls eine Oberfläche aufweist, die sich parallel zu einer Mittelachse des Kolbenkörpers erstreckt, wobei der obere Kolbenmantelabschnitt derart gebogen ist, dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer oberen Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers oberhalb der oberen Begrenzung allmählich abnimmt, der untere Kolbenmantelabschnitt derart gebogen ist, dass er einen äußeren Durchmesser aufweist, der von einer unteren Begrenzung des mittleren Kolbenmantelabschnitts in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers unterhalb der unteren Begrenzung allmählich abnimmt, wobei jede der harzbeschichteten Schichten eine Vielzahl von darin ausgebildeten Aussparungen aufweist, die Öl anstauen, und wobei sich jede der Aussparungen, die nahe an der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung angeordnet sind, in einem bestimmten Abstand von der oberen Begrenzung oder der unteren Begrenzung befinden.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei jeder der Kolbenmäntel derart geformt ist, dass er eine Krümmung aufweist, die von seinem umlaufenden mittleren Abschnitt zu Verbindungsstellen mit den Seitenwänden in Umfangsrichtung des Kolbens zunimmt, wobei jede der Aussparungen eine senkrecht lange Aussparung, die in der zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers langgestreckt ist, und eine horizontal lange Aussparung, die in Umfangsrichtung des Kolbenmantels langgestreckt ist, umfasst, und wobei die senkrecht langen Aussparungen im umlaufenden mittleren Abschnitt jedes der Kolbenmäntel angeordnet sind und die horizontal langen Aussparungen näher an den Seitenwänden angeordnet sind, als der umlaufende mittlere Abschnitt.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Radiusverringerung jedes der unteren Kolbenmantelabschnitte von der unteren Begrenzung in Richtung einer Mittelachse des Kolbenkörpers größer festgelegt ist als die jedes der oberen Kolbenmantelabschnitte von der oberen Grenze in Richtung der Mittelachse des Kolbenkörpers.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der obere Kolbenmantelabschnitt und der untere Kolbenmantelabschnitt so geformt sind, dass sie einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand aufweisen, wobei der erste Abstand ein Abstand von der oberen Begrenzung zu einem Abschnitt des oberen Kolbenmantelabschnitts ist, in dem ein bestimmter Wert der Radiusverringerung auf einer gedachten Ebene vorliegt, wobei die imaginäre Ebene so definiert ist, dass sie sich parallel zur zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers erstreckt und durch den Kolbenmantel verläuft, und wobei der erste Abstand so gewählt ist, dass er länger ist als der zweite Abstand, der ein Abstand von der unteren Begrenzung zu einem Abschnitt des unteren Kolbenmantelabschnitts ist, in dem der gegebene Wert der Radiusverringerung auf der gedachten Ebene vorliegt.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kolbenbolzen eine Mittelachse aufweist, die sich senkrecht zur Mittelachse des Kolbenkörpers erstreckt, und wobei der Kolbenbolzen so angeordnet ist, dass seine Mittelachse in einem Bereich liegt, in dem die oberen Kolbenmantelabschnitte in der zentralen axialen Richtung des Kolbenkörpers liegen.