DE112005002856T5

DE112005002856T5 - Kolben für Verbrennungsmotor und Kombination aus Kolben und Kolbenring für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112005002856T5
Application number: DE112005002856T
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Toyota Abe; Hideshi Hitosugi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-10-11
Also published as: CN101069007A; JP2006144700A; US20070261658A1; CN101069007B; WO2006054769A1

Abstract

Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein Ölablassloch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, umfassend:
ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens hin erstreckt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf Kolben für Verbrennungsmotoren und Kombinationen aus Kolben und Kolbenringen für Verbrennungsmotoren, die einen Verbrauch von Schmieröl verringern können, wenn der Druck innerhalb der Brennkammern, beispielsweise während Ansaugtakten der Motoren oder bei der Anwendung einer Motorbremse, negativ wird.
Hintergrund
In jüngster Zeit bestand ein starkes Bedürfnis, den Reibungswiderstand zwischen Kolbenringen und Zylindern zu verringern, um den Kraftstoff-Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren zu verbessern. Ein bekannter Kraftfahrzeugmotor umfasst Kolben des Dreiring-Typs, wie sie in 9(a) gezeigt sind, die eine schematische Teil-Längsschnittansicht eines Hauptteils der Kolben zeigt.
Ein solcher Kolben des Dreiring-Typs hat eine erste Ringnut 2, eine zweite Ringnut 3 und eine Ölringnut 4, die in dieser Reihenfolge von oben nach unten an einem Außenumfang eines oberen Abschnitts 1 hiervon angeordnet sind. Kolbenring werden in die Ringnuten eingesetzt, bevor der Kolben in einen Zylinder 11 eingebaut wird. Um eine Zielsetzung der Verbesserung des Kraftstoff-Wirkungsgrads von Kraftfahrzeugmotoren zu erfüllen, werden die Spannung und die Breiten h1 (12) der Kolbenringe für den Kolben des Dreiring-Typs so verringert, dass die Reibung gemindert wird.
Wie in 9(a) und 9(b) gezeigt ist, umfasst der Kolben des Dreiring-Typs ferner einen zweiten Steg 5, der über der zweiten Ringnut 3 angeordnet ist, einen dritten Steg 6, der unter der zweiten Ringnut 3 angeordnet ist, sowie ein Ölablassloch 8 zum Zurückführen von durch einen Ölring 14 abgestreiftem Schmieröl in eine Ölwanne. In 9(a) bezeichnen die Bezugsziffern 1, 7 und 10A den oberen Abschnitt, den Ummantelungsabschnitt bzw. eine Richtung des Kolbens von oben nach unten. Dieser Kolben des Dreiring-Typs streift überschüssiges Schmieröl, das an der Zylinderwand anhaftet, unter Verwendung des Ölrings 14 während der Hin- und Herbewegung in dem Zylinder 11 in einer Bewegungsrichtung 10H ab und führt das überschüssige Schmieröl über das mit dem Ölring 14 verbundene Ölablassloch 8 zu der Ölwanne zurück.
Bei dem Kolben, bei dem nur das Ölablassloch 8 mit dem Ölring 14 verbunden ist, ist es jedoch schwierig, den Verbrauch an Schmieröl nur durch Verbessern der Kolbenringe auf einen erforderlichen Wert zu senken, wenn der Motor gemäß einem Beschleunigungs-Verzögerungs-Antriebsmuster, bei dem der sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Motor unter Verwendung einer starken Motorbremsung verzögert und dann wieder beschleunigt wird, betrieben wird. Hierbei wirkt der erste Ring hauptsächlich als Druckring, welcher eine Gasdichtungseigenschaft sicherstellt, und der zweite Ring wirkt als Ölsteuerelement, während er zur Gasdichtungsfunktion des ersten Rings beiträgt.
Daher ist eine Steuerung des Verbrauchs an Schmieröl und des Volumens von Entlüftungsgas ("blow-by gas") durch Verbessern von Motorkolben vorgeschlagen worden (Patentdokumente 1 bis 7).
Das Patentdokument 1 schlägt einen Kolben mit einem Loch vor, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht im Boden einer Ringnut ausgebildet ist, in die ein Druckring eingesetzt ist. Das Patentdokument 2 beschreibt eine Kolben mit einem Loch, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht, der im Boden einer zweiten Ringnut ausgebildet ist, wobei das Loch als Entlüftungsgasweg zum Leiten unverbrannten Restgases zu einem Kurbelgehäuse fungiert. Das Patentdokument 3 schlägt einen Kolben für einen Zweitaktmotor vor, der ein Loch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und am Boden einer zweiten Ringnut ausgebildet ist, wobei der Kolben eine Entlüftung von überladener Luft ("supercharged air") aus einer Spülöffnung zu einem Kurbelgehäuse verhindern kann und das Ausfließen von Öl in dem Kurbelgehäuse zu der Spülluftöffnung verhindern kann, während er den Kolbenring in geeigneter Weise schmiert.
Das Patentdokument 4 schlägt einen Kolben für einen schräggestellten Motor vor, der schräg bzw. geneigt in bezug auf eine Vertikalrichtung einzubauen ist, wobei der Kolben verhindert, dass Schmieröl, welches sich in unteren Abschnitten eines Zylinders und des Kolbens infolge der Schwerkraft ansammelt, in einen ringförmigen Raum zwischen dem Zylinder und dem Kolben eindringt und während des Motorbetriebs in eine Verbrennungskammer ausgetragen wird.
Die Patentdokumente 5 und 6 schlagen jeweils einen Kolben mit einem Loch in einem Stegabschnitt unmittelbar über einer Ölringnut vor, wobei das Loch als Öl-Bypassloch dient, das Schmieröl in den Innenraum des Kolbens leitet, wobei kein Öl-Bypaßloch in einer zweiten Ringnut vorhanden ist.
Außerdem beschreibt das Patentdokument 7 einen Kolben mit einem Durchgangsloch, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und am Boden einer zweiten Ringnut ausgebildet ist, und mit einer versetzten Nut, die sich über der gesamten unteren Oberfläche der zweiten Ringnut in einer Radialrichtung des Kolbens erstreckt, so dass sie mit dem Loch in Verbindung steht. Dieser Kolben kann den Druck um einen zweiten Steg herum verringern und den Ölverbrauch senken.

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 50-43104
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 55-161940
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 5-7951
Patentdokument 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 5-71420
Patentdokument 5: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 7-279752
Patentdokument 6: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 56-122748
Patentdokument 7: ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 6-14455.

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die in den Patentdokumenten 1 bis 5 beschriebenen Kolben können den Verbrauch von Schmieröl nicht ausreichend steuern, wenn der Druck in den Verbrennungskammern negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten der Motoren oder bei der Anwendung einer Motorbremsung.
Die in den Patentdokumenten 6 und 7 beschriebenen Kolben können den Verbrauch des Schmieröls senken, wenn der Druck in der Verbrennungskammer negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten der Motoren oder während der Anwendung einer Motorbremsung. Das Patentdokument 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Be-/Entlüftungsloch, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht, in dem Stegabschnitt unmittelbar über der Ölringnut ausgebildet ist. Dieser Kolben mit dem Be-/Entlüftungsloch im Stegabschnitt kann das Schmieröl, das nicht von einem Ölring abgestreift wurde, aus dem Entlüftungsloch austragen, während das Schmieröl über den Stegabschnitt passiert. Es kann aber nur dasjenige Schmieröl, welches den Stegabschnitt erreicht hat, ausgetragen werden.
Der in dem Patentdokument 7 beschriebene Kolben ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgangsloch so ausgebildet ist, dass es zwischen der Bodenfläche der zweiten Ringnut und einer dem Kurbelgehäuse zugewandten Lauffläche des Kolbens passiert. In 5 des Patentdokuments 7 ist die versetzte Nut, die sich in der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut in einer Radialrichtung erstreckt, so dass sie mit dem Durchgangsloch in Verbindung steht, dargestellt. Um das Durchgangsloch und die versetzte Nut, wie sie in der Zeichnung gezeigt sind, zu bilden, werden das Durchgangsloch und die versetzte Nut separat bearbeitet. Damit erhöhen sich die Anzahl der Bearbeitungsschritte und die Bearbeitungskosten.
Derzeit ist es erforderlich, eine Reibung zwischen Kolbenringen und Zylinderbohrungen zu verringern und ein Gesamtspannungsverhältnis, das durch Teilen der Gesamtspannung von Druckringen und Ölringen durch den Durchmesser der Kolbenringe bestimmt wird, muß in einem signifikant kleinen Bereich von 0,2 bis 0,6 N/mm liegen. Somit wurden Verringerungen in der Spannung und den Breiten h1 sowie Modifikationen in der Form von Gleitflächen der Kolbenringe zum Verringern der Reibung der Kolbenringe dringend erforderlich. Ferner werden zur Erzielung einer saubereren und sichereren Verbrennung Motoren optimal und wirksam beispielsweise mittels eines variablen Ventil-Timingmechanismus gesteuert. Aufgrund des durch eine Verzögerung unter Anwendung der normalen Motorbremsung erzeugten Unterdrucks und komplizierter Ventilmechanismen nach obiger Beschreibung werden Kolben derzeit auch in einer Unterdruckumgebung stark beansprucht.
Probleme von Kolben des Dreiring-Typs werden nun mit Bezug auf 9(b) beschrieben.
Diese Zeichnung stellt schematisch einen Zustand bei der ersten Hälfte eines Ansaugtakts während einer Verzögerung mittels Motorbremsung dar. Im Fall einer Verzögerung mittels Motorbremsung bei einem Viertakt-Benzinmotor ist die Menge angesaugter Luft extrem gering. Daher wird der Druck in der Verbrennungskammer während eines Zeitraums vom Ansaugtakt bis zu einem vorbestimmten Punkt in einem Verdichtungstakt und während einer zweiten Hälfte eines Arbeitstakts niedriger als der atmosphärische Druck (8 bis 17,3 kPa absoluten Drucks innerhalb eines Ansaugrohrs), d.h. er wird negativ (s. 8). Das Innere des Ansaugrohrs nähert sich einem Vakuum, wenn dessen absoluter Druck sich Null annähert. In 9(b) wird der Kolben abwärts beschleunigt, und ein zweiter Ring 13 und der Ölring 14 stehen in Kontakt mit den oberen Oberflächen der entsprechenden Ringnuten durch die Wirkung der Trägheitskraft sowie der von dem Unterdruck in der Verbrennungskammer erzeugten Kraft.
In einem solchen Stadium wird entsprechend dem Grad des Unterdrucks innerhalb der Verbrennungskammer das Schmieröl um den ersten Ring herum über einen ersten Steg in die Verbrennungskammer gesaugt. Wenn der Unterdruck in der Verbrennungskammer auch auf einen dem zweiten Steg 5 zugewandten Raum einwirkt, wird das um den zweiten Ring 13, die zweite Ringnut 3 und den dritten Steg 6 herum befindliche Schmieröl zu einer Position des zweiten Stegs 5 hin gesaugt, was zu einer Zunahme des Schmierölverbrauchs führt. Wenn ferner der Unterdruck in der Verbrennungskammer auch auf einem dem dritten Steg 6 zugewandten Raum einwirkt, wird das Schmieröl um den Ölring 14 herum zu einer Position des dritten Stegs 6 hin gesaugt. Ein solches Ölanstiegsphänomen wird um so stärker bzw. ausgeprägter, je stärker der Druck in der Verbrennungskammer wird, und der Schmierölverbrauch wird gesteigert.
Somit ist es schwierig, dass existierende Kolben des Dreiring-Typs den Schmierölverbrauch ausreichend steuern, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungskammern negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten der Motoren oder während der Anwendung der Motorbremse.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und eine Kombination aus einem Kolben und drei Kolbenringen, umfassend zwei Druckringe und einen Ölring, für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der in der Lage ist, den Schmierölverbrauch ausreichend zu steuern, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungskammer negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während der Anwendung der Motorbremse.
Mittel zur Lösung der Probleme
Infolge intensiver Untersuchungen hinsichtlich der Struktur eines Kolbens des Dreiring-Typs fanden die Erfinder heraus, dass zusätzlich zu einem Ölablassloch zum Austragen von durch einen Ölring abgestreiftem Schmieröl in den Innenraum des Kolbens ein Ölablassloch, das an einer vorbestimmten Position angeordnet ist, um durch einen zweiten Ring abgestreiftes Schmieröl in den Innenraum des Kolbens auszutragen, eine bemerkenswerte Wirkung erzielt, und die Erfindung wurde dementsprechend getätigt.
Die Erfindung wird nachstehend beschrieben.

(1) Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein Ölablassloch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, umfasst ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens hin erstreckt.
(2) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Punkt (1), wobei das mit der zweiten Ringnut verbundene Ölablassloch linear abwärts zu dem Innenraum des Kolbens geneigt ist, wobei sich die Öffnung des Ölablasslochs von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in der Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet.
(3) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Punkt (1), wobei sich das mit der zweiten Ringnut verbundene Ölablassloch von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in der Richtung des Kolbens von oben nach unten zum oberen Abschnitt eines dritten Stegs hin ausweitet und sich in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Kolbens von oben nach unten erstreckt.
(4) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor nach einem der Punkte (1) bis (3) umfasst ferner ein weiteres, mit der zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei die Öffnung des Ölablasslochs nahe der Außenfläche des Kolbens der Gegenschubrichtung zugewandt ist, zusätzlich zu dem Ölablassloch, dessen Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens der Schubrichtung zugewandt ist.
(5) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Punkt (4) ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Ringnut verbundenen Ölablasslöcher so angeordnet sind, dass die Öffnungen der Ölablasslöcher nahe der Außenfläche des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte einer Zapfenwelle sind.
(6) Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein Ölablassloch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht, und in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, umfasst ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt eines dritten Stegs ausweitet und sich zu den Innenraum des Kolbens erstreckt, während es linear nach unten geneigt ist.
(7) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Punkt (6) umfasst ferner ein weiteres, mit der zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei die Öffnung des Ölablasslochs nahe der Außenfläche des Kolbens der Gegenschubrichtung zugewandt ist, zusätzlich zu dem Ölablassloch, dessen Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens der Schubrichtung zugewandt ist.
(8) Der Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Punkt (7) ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Ringnut verbundenen Ölablasslöcher so angeordnet sind, dass die Öffnungen der Ölablasslöcher nahe der Außenfläche des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte einer Zapfenwelle sind.
(9) Eine Kombination aus einem Kolben und Kolbenringen für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben ein mit dem Innenraum des Kolbens kommunizierendes Ölablassloch aufweist, das in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, sowie ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens erstreckt, und dass ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines ersten Rings, der als Druckring dient, im Bereich von 0,002 bis 0,004 gewählt ist, und ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines zweiten Rings im Bereich von 0,0030 bis 0,0096 gewählt ist.
(10) Eine Kombination aus einem Kolben und Kolbenringen für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben ein mit dem Innenraum des Kolbens kommunizierendes Ölablassloch aufweist, das in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, sowie ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt eines dritten Stegs hin ausweitet und sich zu dem Innenraum des Kolbens erstreckt, während es linear nach unten geneigt ist, und dass ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines ersten Rings, der als Druckring dient, im Bereich von 0,002 bis 0,004 gewählt ist, und ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts s1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines zweiten Rings im Bereich von 0,0030 bis 0,0096 gewählt ist.

Vorteile
Gemäß der Erfindung kann, wenn der Motor nach dem Einsetzen der Kolbenringe in die entsprechenden Ringnuten und Einbau des Kolbens in den Zylinder betrieben wird, das von dem Ölring abgestreifte Schmieröl durch das mit der Ölringnut verbundene Ölablassloch in den Innenraum des Kolbens ausgetragen werden, und gleichzeitig kann das von dem zweiten Ring abgestreifte Schmieröl durch das mit der zweiten Ringnut verbundene Loch rasch zu dem Innenraum des Kolbens ausgetragen werden.
Somit kann der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung den Verbrauch des Schmieröls ausreichend steuern, wenn der Druck in der Verbrennungskammer negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während des Einsatzes der Motorbremse.
Kurzbechreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
[1] 1 eine schematische Teil-Längsschnittansicht des Aufbaus eines Kolbens des Dreiringtyps gemäß einer ersten Ausführungsform,
[2] 2 eine schematische Teil-Längsschnittansicht des Kolbens des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform, eingebaut in einen Zylinder,
[3] 3(a) bis 3(c) schematische Ansichten von Aktionen des Kolbens gemäß der ersten Ausführungsform bei einer Beschleunigung oder einem Fahren mit konstanter Geschwindigkeit,
[4] 4(a) und 4(b) schematische Ansichten zur Darstellung von Aktionen des Kolbens gemäß der ersten Ausführungsform bei einer Verzögerung,
[5] 5(a) und 5(b) schematische Teil-Längsschnittansichten von Kolben des Dreiring-Typs gemäß einer zweiten Ausführungsform und einer dritten Ausführungsform,
[6] 6 eine schematische Ansicht von Positionen von Ölablasslöchern 9, die in Kolben gemäß Beispielen der Erfindung entlang der Umfangsrichtung der Kolben ausgebildet sind,
[7] 7 eine schematische Ansicht von Positionen von Ölablasslöchern 8, die in den Kolben gemäß Beispielen der Erfindung entlang der Umfangsrichtung der Kolben ausgebildet sind,
[8] 8 eine graphische Darstellung von Wirkungen der Kolben gemäß den Beispielen der Erfindung,
[9] 9(a) eine schematische Teil-Längsschnittansicht des Aufbaus eines bekannten Kolbens des Dreiring-Typs, und 9(b) eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Problems des Kolbens,
[10] 10 eine schematische Teil-Längsschnittansicht des Aufbaus eines Kolbens des Dreiringtyps gemäß einem Vergleichsbeispiel 1,
[11] 11 eine schematische Teil-Längsschnittansicht zur Darstellung des Aufbaus eines Kolbens des Dreiring-Typs gemäß einem Vergleichsbeispiel 2,
[13] 12 die Dicke a1 und die Breite h1 eines Kolbenrings, und
[13] 13 den Endspalt S1 und den Nenndurchmesser d1 des Kolbenrings.

1: oberer Abschnitt eines Kolbens
2: erste Ringnut
3: zweite Ringnut
4: Ölringnut
5: Zweiter Steg
6: Dritter Steg
7: Mantelabschnitt
8, 9, 19, 29, 49, 59: Ölablasslöcher
10A: Richtung des Kolbens von oben nach unten
10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H: Bewegungsrichtungen des Kolbens
11: Zylinder
12: Erster Ring
13: Zweiter Ring
14: Ölring
15: Schubrichtung
16: Mitte einer Zapfenwelle
α1, α2: Winkel
θ1, θ2, θ3, θ4: Winkel
a1: Dicke eines Rings
h1: Breite bzw. Weite des Rings
S1: Endspalt
d1: Nenndurchmesser des Rings
20: Obere Oberfläche der zweiten Ringnut
21: Unterseite der zweiten Ringnut
22: Untere Oberfläche der zweiten Ringnut
X: Richtung zu der Außenfläche des Kolbens
Y: Richtung zu der Innenfläche des Kolbens
Z: Innenraum des Kolbens

Beste Art der Ausführung der Erfindung
Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung, die auf Viertakt-Benzinmotoren angewandt ist, werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Teil-Längsschnittansicht, die schematisch den Aufbau eines Kolbens des Dreiring-Typs gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt, und 2 ist eine Teil-Längsschnittansicht, die schematisch den Kolben des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform, eingebaut in einen Zylinder 11, darstellt.
Wie in der schematischen Teil-Längsschnittansicht in 1 gezeigt ist, hat der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform eine erste Ringnut 2, eine zweite Ringnut 3 und eine Ölringnut 4, die in dieser Reihenfolge von oben nach unten an einem Außenumfang eines oberen Abschnitts 1 hiervon angeordnet sind. Der obere Abschnitt 1 des Kolbens des Dreiring-Typs umfasst ferner einen zweiten Steg 5, der unter der ersten Ringnut 2 angeordnet ist, und einen dritten Steg 6, der unter der zweiten Ringnut 3 angeordnet ist. In 1 bezeichnen die Bezugsziffern 7 und 10A einen Mantelabschnitt bzw. eine Richtung des Kolbens von oben nach unten.
Außerdem bezeichnen die Bezugsziffern 20, 21 und 22 die obere Oberfläche, den Boden bzw. die untere Oberfläche der zweiten Ringnut. Die Bezugszeichen X, Y und Z bezeichnen eine Richtung zu der Außenfläche des Kolbens, eine Richtung zu der Innenfläche des Kolbens bzw. einen Innenraum des Kolbens. Der Innenraum Z des Kolbens gemäß 1 gibt einen Raum an, in dem sich eine Pleuelstange (nicht gezeigt) befindet.
Der in 1 gezeigte Kolben weist kein Öl-Einspritzmittel zum Kühlen seines Innenraums auf. Wenn der Kolben beispielsweise Öl-Einspritzmittel aufweist, kann Schmieröl in Ölablasslöcher 8 und 9 von dem Innenraum Z des Kolbens in Abhängigkeit von den Positionen, auf die der Ölstrahl auftrifft, eintreten, und kann rückwärts in der Richtung X zu der Außenfläche des Kolbens hin fließen. Somit müssen die Öleinspritzpositionen so eingestellt sein, dass kein Öl auf die Ölablasslöcher 8 und 9 verspritzt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform einen ersten Ring 12, einen zweiten Ring 13 und einen Ölring 14, die jeweils in die entsprechenden Ringnuten 2, 3 bzw. 4 eingesetzt sind, und ist in den Zylinder 11 eingebaut.
Hierbei ist, wie 1 zeigt, der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass er das Ölablassloch 9 aufweist, das ein Durchgangsloch ist, welches mit der zweiten Ringnut 3 verbunden ist und sich in den Innenraum des Kolbens in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Kolbens von oben nach unten so erstreckt, dass sich das Ölablassloch 9 von dem unteren Abschnitt in der Richtung des Kolbens von oben nach unten des Bodens 21 der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt des dritten Stegs 6 zusätzlich zu dem mit der Ölringnut 4 verbundenen Ölablassloch 8 erstreckt.
Außerdem ist, wie in 2 gezeigt, das mit der Ölringnut 4 verbundene Ölablassloch 8 ein Loch, welches mit dem Innenraum des Kolbens wie bei den bestehenden Kolben des Dreiring-Typs in Verbindung steht, wobei überschüssiges, von dem Ölring 14 abgestreiftes Schmieröl durch das Loch zu einer Ölwanne zurückgeführt wird, während sich der Kolben in einer Bewegungsrichtung 10B hin und her bewegt.
Es werden nun Arbeitsgänge des Kolbens des Dreiringtyps gemäß der ersten Ausführungsform (2) detailliert mit Bezug auf die schematischen Ansichten in 3 und 4 beschrieben.
Da sich das Ölablassloch 9, das mit der zweiten Ringnut 3 verbunden ist, von dem unteren Abschnitt der Richtung des Kolbens von oben nach unten des Bodens 21 der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt des dritten Stegs 6 erstreckt und sich in der Richtung senkrecht zu der Richtung des Kolbens von oben nach unten erstreckt, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
3 und 4 stellen schematisch Stadien dar, in denen das bis zu der Position des zweiten Rings 13 angestiegene Schmieröl aus dem mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Ölablassloch 9 während einer Beschleunigung ausgetragen wird, wenn die Motordrehzahl erhöht wird, oder während einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, wenn die Motordrehzahl konstant ist. Zur leichteren Erklärung wird nur der Teil des zweiten Rings 13 und des Ölrings 14 dargestellt.
3(a) und 3(b) stellen eine erste Hälfte bzw. zweite Hälfte eines Ansaugtakts dar.
In 3(a), welche die erste Hälfte des Ansaugtakts darstellt, wird der Kolben in einer Bewegungsrichtung 10C beschleunigt, und der zweite Ring 13 und der Ölring 14 werden durch Einwirkung der Trägheitskraft in Kontakt mit den oberen Oberflächen der entsprechenden Ringnuten gebracht. Das von dem Mantelabschnitt 7 dem Ölring 14 zugeführte Schmieröl wird durch den Ölring 14 abgestreift, und der Großteil des Schmieröls wird aus dem Ölablassloch 8 in der Ölringnut 4 ausgetragen. Eine geringe Menge des Schmieröls passiert jedoch den Ölring 14 und bewegt sich nach oben zum dritten Steg 6. Da die Richtung der Trägheitskraft in 3(a) aufwärts ist, tritt das Schmieröl am dritten Steg 6 in die zweite Ringnut 3 ein. Das überschüssige Schmieröl wird aber schnell durch das Ölablassloch 9 zum Innenraum des Kolbens ausgetragen. In 3(b), welche die zweite Hälfte des Ansaugtakts darstellt, bewegt sich der Kolben in einer Bewegungsrichtung 10D. Da die Richtung der Trägheitskraft abwärts gerichtet ist, strömt das Schmieröl in der zweiten Ringnut 3 nach unten und wird schnell durch das Ölablassloch 9 ausgetragen.
3(c) stellt schematisch einen Arbeitsgang des Kolbens während eines Verdichtungstakts dar. Der Kolben wird in einer Bewegungsrichtung 10E beschleunigt, und der zweite Ring 13 und der Ölring 14 werden in Kontakt mit den unteren Oberflächen der entsprechenden Ringnuten gebracht. Hierbei tritt Gas, das aus dem Endspalt des ersten Rings 12 leckt, in Reaktion auf eine Druckzunahme innerhalb des Zylinders in den zweiten Steg 5 ein. Der Großteil des Gases wird aber aus dem Ölablassloch 9 innerhalb der zweiten Ringnut 3 ausgetragen, und somit werden das Schmieröl in der zweiten Ringnut 3 in der Umgebung des Ölablasslochs 9 und das Schmieröl in dem Ölablassloch 9 zu dem Innenraum des Kolbens entsprechend der Gasströmung ausgetragen.
Als nächstes wird ein Arbeitsgang des Kolbens gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, wenn der sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Motor mittels einer starken Motorbremsung verzögert wird.
4(a) und 4(b) stellen eine erste Hälfte bzw. eine zweite Hälfte eines Ansaugtakts dar. Wenn ein sich mit konstant hoher Geschwindigkeit drehender Motor mittels einer starken Motorbremsung verzögert wird, wird ein Unterdruck, der niedriger ist als der atmosphärische Druck, in der Verbrennungskammer während einer Zeitspanne von dem Ansaugtakt bis zu einem bestimmten Punkt in einem Verdichtungstakt sowie während einer zweiten Hälfte eines Arbeitstakts erzeugt.
Daher wirkt der Unterdruck innerhalb des Zylinders auch geringfügig auf den zweiten Steg 5, sowohl während der ersten Hälfte (4(a)) als auch der zweiten Hälfte (4(b)) des Ansaugtakts, und somit steht der zweite Ring 13 in Kontakt mit der oberen Oberfläche, so dass er durch den Unterdruck an der oberen Oberfläche haftet. Da der Druck um den dritten Steg 6 herum aufgrund des Ölablasslochs 9 ähnlich demjenigen innerhalb des Kolbens (nahe atmosphärischem Druck) ist, wird von dem Umfang des Ölrings 14 angesaugtes Schmieröl verringert, und damit wird das bis zu dem dritten Steg 6 aufgestiegene Schmieröl verringert.
Außerdem wird, wie in 4(a) gezeigt ist, das entsprechend der aufwärts gerichteten Trägheitskraft den Ölring 14 passierende und in den dritten Steg 6 eintretende Schmieröl schneller aus dem mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Ölablassloch 9 ausgetragen. Ferner strömt, wie in 4(b) gezeigt ist, das Schmieröl in der zweiten Ringnut 3 entsprechend der abwärts gerichteten Trägheitskraft abwärts und wird schnell aus dem Ölablassloch 9 ausgetragen.
Mit der Verbesserung des Rückschlagventileffekts des zweiten Rings 13 und der Verringerung der von dem Umfang des Ölrings 14 abgesaugten Schmierölmenge entsprechend der durch den Unterdruck bewirkten Strömung kann der Schmierölverbrauch unter Betriebsbedingungen, bei denen ein starker Unterdruck in dem Zylinder wirkt, ausreichend gesteuert werden.
Hingegen werden im Fall des existierenden Kolbens des Dreiring-Typs gemäß 9(b) ohne Ölablassloch 9, das mit der zweiten Ringnut 3 verbunden ist und mit dem Innenraum des Kolbens kommuniziert, das bis zu der Position des dritten Stegs 6 aufgestiegene Schmieröl unter einem Zustand, bei dem der Druck in der Verbrennungskammer niedriger ist als der atmosphärische Druck, sowie das von dem zweiten Ring 13 abgestreifte Schmieröl hauptsächlich durch den Endspalt des zweiten Rings 13 nach oben gesaugt. Wenn daher der existierende Kolben des Dreiring-Typs in einem Motor installiert ist, wird der Schmierölverbrauch stark erhöht, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungskammer niedriger wird als der atmosphärische Druck.
Das mit der zweiten Ringnut 3 verbundene Ölablassloch 9 kann an Positionen von Ölablasslöchern 19 und 29, die in 5(a) bzw. 5(b) gezeigt sind, ausgebildet sein.
Das mit der zweiten Ringnut 3 gemäß 5(a) verbundene Ölablassloch 19 ist ein Durchgangsloch mit einer Öffnung, die sich von der unteren Oberfläche 22 der zweiten Ringnut bis zum oberen Abschnitt des dritten Stegs 6 ausweitet, und ist linear abwärts zu dem Innenraum des Kolbens hin geneigt, so dass es mit dem Innenraum des Kolbens kommuniziert. Wie in 2 gezeigt ist, ist die untere Oberfläche 22 der zweiten Ringnut der unteren Oberfläche des zweiten Rings 13 zugewandt, wenn der zweite Ring 13 in die Nut eingesetzt ist.
Die gleiche Wirkung wie die des Kolbens des Dreiring-Typs gemäß der ersten Ausführungsform kann mit dem Kolben des Dreiring-Typs gemäß einer zweiten Ausführungsform erzielt werden, welche das mit der zweiten Ringnut 3 verbundene Ölablassloch 19 aufweist, da es ebenfalls ein Durchgangsloch mit einer Öffnung in der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut hat und sich linear abwärts zu dem Innenraum des Kolbens hin erstreckt.
Außerdem hat, wie 5(b) zeigt, der Kolben des Dreiring-Typs gemäß einer dritten Ausführungsform das mit der zweiten Ringnut 3 verbundene Ölablassloch 29, wobei das Ölablassloch 29 eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt gegenüber der Richtung des Kolbens von oben nach unten, des Bodens 21 der zweiten Ringnut zu der unteren Oberfläche 22 der zweiten Ringnut ausweitet und abwärts zum Innenraum des Kolbens hin geneigt ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Boden 21 der zweiten Ringnut der Rückfläche des zweiten Rings 13 zugewandt, wenn der zweite Ring 13 in die Nut eingesetzt ist.
Wie oben beschrieben wurde, weist der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung das Ölablassloch auf, das es ein mit der zweiten Ringnut 3 verbundenes Durchgangsloch ist, wobei das Ölablassloch eine Öffnung in der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut aufweist und sich linear zum Innenraum des Kolbens hin erstreckt. Das lineare Durchgangsloch kann einfach eingebracht werden, und Öl kann schnell durch dieses ausgetragen werden.
Daher kann gemäß dem Kolben des Dreiring-Typs der Erfindung, wie mit den unten erwähnten Beispielen bestätigt wird, der Schmierölverbrauch in Vergleich zu demjenigen der bestehenden Kolben ausreichend gesteuert werden, und zwar aufgrund der Wirkung einer schnellen Austragung des von dem zweiten Ring 13 abgestreiften Schmieröls durch das mit der zweiten Ringnut 3 verbundene Ölablassloch bei einem Zustand, bei dem der Druck innerhalb der Verbrennungskammer beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder bei Anwendung einer Motorbremsung negativ wird.
In diesem Fall wird der Durchmesser des mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Ölablasslochs auf 0,1 mm oder mehr eingestellt, so dass das von dem zweiten Ring 13 abgestreifte Schmieröl leicht bzw. gleichmäßig ausgetragen wird, und es sind vorzugsweise zwei oder mehr Ölablasslocher 9 mit einem solchen Durchmesser, die mit der zweiten Ringnut 3 verbunden sind, im Kolben in dessen Umfangsrichtung vorgesehen.
Außerdem hat zusätzlich zu dem Ölablassloch 9 mit einer Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens gegenüber der Schubrichtung des Kolbens der Kolben des Dreiringtyps gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Ölablassloch 9, das mit der zweiten Ringnut 3 verbunden ist und das eine Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens gegenüber dessen Gegenschubrichtung aufweist.
Außerdem hat der Kolben des Dreiringtyps vorzugsweise zwei oder mehr mit der zweiten Ringnut 13 verbundene Ölablasslöcher 9, die symmetrisch in bezug auf die Mitte einer Zapfenwelle positioniert sind. 6 stellt Positionen der Ölablasslöcher 9 dar, die mit der in Kolben gemäß Beispielen 1 und 2 (nachstehend beschrieben) der Erfindung ausgebildeten zweiten Ringnut 3 der Erfindung entlang der Umfangsrichtung der Kolben verbunden sind. In 6 bezeichnet eine Bezugsziffer 15 die Schubrichtung.
Gemäß dem Kolben des Dreiringtyps mit den mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Ölablasslöchern 9, Öffnungen der Ölablasslöcher nahe der Außenfläche des Kolbens, die vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Mitte 16 der Zapfenwelle ("pin shaft") angeordnet sind, kann das von dem zweiten Ring 13 abgestreifte Schmieröl schnell durch die mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Löcher symmetrisch in bezug auf die Mitte der Zapfenwelle und gleichmäßig in der Umfangsrichtung des Kolbens verbundene Löcher ausgetragen werden. Außerdem können die mit der zweiten Ringnut 3, und die Öffnungen der Löcher nahe der Außenfläche des Kolbens, die symmetrisch in bezug auf die Mitte 16 der Zapfenwelle angeordnet sind, vorteilhafterweise einfach bearbeitet werden.
Außerdem kann der oben beschriebene Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung in Kombination mit einem ersten Ring 12 verwendet werden, der als Kompressions- bzw. Druckring dient und ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmessers d1 im Bereich von 0,002 bis 0,004 hat, sowie mit einem zweiten Ring 13, der ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 im Bereich von 0,0030 bis 0,0096 hat.
13 stellt den Endspalt S1 und den Nenndurchmesser d1 des zweiten Rings 13 dar. Die Bezugsymbole S1 und d1 bezeichnen auch die gleichen Abschnitte des ersten Rings 12.
Das Verhältnis S1/d1 des Enspalts S1 zum Nenndurchmesser d1 des ersten Rings 12 wird so eingestellt, dass es im Bereich von 0,002 bis 0,004 liegt, da ein Volumen von Entlüftungsgas ("blow-by gas") nachteiligerweise zunehmen kann, wenn S1/d1 0,004 überschreitet, und da die Endspaltabschnitte einander stören können, wenn es S1/d1 kleiner ist als 0,002. Außerdem wird das Verhältnis S1/d1 des Endspalts S1 zum Nenndurchmesser d1 des zweiten Rings 13 auf den Bereich von 0,0030 bis 0,0096 eingestellt, da ein Schmierölverbrauch nachteiligerweise während einer Verzögerung oder während eines Hochgeschwindigkeitsantriebs unter geringer Last zunehmen kann, wenn S1/d1 0,0096 überschreitet, und da der Schmierölverbrauch nachteiligerweise während eines Antriebs mit mittlerer bis hoher Geschwindigkeit bei hoher Last zunehmen kann, wenn S1/d1 niedriger ist als 0,0030.
Kurz gesagt, wenn der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung in Kombination mit dem ersten Ring 12 und dem zweiten Ring 13 mit den Verhältnissen S1/d1 der Endspalte S1 zu den Nenndurchmessern d1 in den oben beschriebenen Bereichen verwendet wird, erhöht sich das Volumen des Entlüftungsgases nicht, die Wahrscheinlichkeit der Störung der Endspaltabschnitte kann verringert werden, und der Schmierölverbrauch kann im Vergleich zu den bestehenden Kolben des Dreiring-Typs ohne Ölablasslöcher 9, die mit den zweiten Ringnuten 3 verbunden sind und mit den Innenräumen der Kolben kommunizieren, auch dann ausreichend gesteuert werden, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungskammer beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während der Anwendung einer Motorbremsung negativ wird.
Außerdem kann der Kolben des Dreiring-Typs gemäß der Erfindung den Schmierölverbrauch entweder unter Verwendung eines Ölrings 14 des zweiteiligen Typs mit einem Ölringkörper und einem Expander bzw. Dehnungs- oder Spreizelement oder einem Ölring 14 des dreiteiligen Typs mit zwei Seitenschienen und einem Raumexpander ausreichend steuern. Der zweiteilige Typ, der keine Dichtungseigenschaft in der Nut des Kolbenrings in der Axialrichtung aufweist, kann eine günstigere Wirkung bei der Steuerung des Schmierölverbrauchs zeigen als der dreiteilige Typ mit Dichtungseigenschaften in der Axialrichtung, wenn er in den Kolben gemäß der Erfindung eingebaut ist.
Außerdem zeigt der Kolben des Dreiringtyps gemäß der Erfindung eine günstigere Wirkung bei der Steuerung des Schmierölverbrauchs, wenn er in Kombination mit Ringen verwendet wird, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, mit einem Gesamtdehnungsverhältnis im Bereich von 0,2 bis 0,6 N/mm, wobei das Gesamtdehnungsverhältnis durch Teilen der Gesamtdehnung der zwei Druckringe und des Ölrings durch den Durchmesser der Zylinderbohrung bestimmt wird.
BEISPIELE
Kolbenringe mit Spezifikationen a1, h1 und S1, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden an den Kolben des Dreiringtyps gemäß 1 angebracht, so dass das Gesamtspannungsverhältnis, das durch Teilen der Gesamtspannung der drei Ringe durch den Bohrungsdurchmesser bestimmt wird, auf 0,38 N/mm eingestellt wurde, und die Kolben wurden in die Zylinder 11 eingebaut. Dann wurden der Schmierölverbrauch und das Volumen an Entlüftungsgas während einer Beschleunigung und Verzögerung bestimmt. Der Testmotor war ein wassergekühlter Vierzylinder-Viertakt-Benzin-Reihenmotor mit einem Bohrungsdurchmesser von 86 mm, einem Hub von 86 mm und einer Verdrängung von 1,998 cc.
[Tabelle 1]
In den Beispielen 1 und 2 der Erfindung wurden zusätzlich zu den mit der Ölringnut 4 verbundenen Ölablasslöchern 8 vier mit der zweiten Ringnut 3 verbundene Ölablasslöcher 9 gemäß 6 so angeordnet, dass ihre Öffnungen nahe den Außenflächen des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte der Zapfenwelle waren, und so, dass Winkel α1 und α2 45° betrugen,. Die mit der zweiten Ringnut 3 verbundenen Ölablasslöcher 9 hatten einen Durchmesser von 1,5 mm und erstreckten sich linear in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Kolbens von oben nach unten, so dass sie sich von dem unteren Abschnitt hinsichtlich der Richtung von oben nach unten des Bodens der zweiten Ringnut des Kolbens zu dem oberen Abschnitt des dritten Stegs ausweiteten.
Außerdem wurden acht mit der Ölringnut 4 verbundene Ölablasslöcher 8, vier auf der Schubseite und die anderen vier auf der Gegenschubseite, gemäß 7 so angeordnet, dass die Öffnungen nahe der Außenfläche des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte 16 der Zapfenwelle waren, und derart, dass die Winkel θ1 und θ3 10° und θ2 und θ4 30° betrugen. Der Durchmesser der mit der Ölringnut 4 verbundenen Ölablasslöcher 8 wurde auf 2,0 mm eingestellt.
Die Endspalte S1 im Beispiel 1 waren kleiner als die im Beispiel 2. Das Beispiel 2 war im übrigen identisch mit Beispiel 1.
Der Testmotor wurde gemäß einem Antriebsmuster mit Beschleunigung, Konstantgeschwindigkeitsfahrt und Verzögerung in Kombination betrieben. Die Drehzahlen des Motors lagen zwischen 1000 und 4000 pro Minute. Der Wert des Unterdrucks wurde durch Steuern des Drucks in dem Ansaugrohr und mittels starker Motorbremsung gesteuert. Die Dauer der Verzögerung wurde so eingestellt, dass sie konstant war, und der Mittelwert des Unterdrucks innerhalb des Ansaugrohrs während der Verzögerung wurde zur Auswertung auf einen willkürlichen Wert eingestellt.
8 ist eine graphische Darstellung, deren Abszisse den Wert des Unterdrucks darstellt, und deren Ordinate das Verhältnis des Schmierölverbrauchs unter der Bedingung darstellt. Das Verhältnis des Schmierölverbrauchs wurde durch Festlegen des Schmierölverbrauchs in einem Beispiel nach dem Stand der Technik definiert, das erhalten wurde, wenn der Motor so betrieben wurde, dass der absolute Druck in dem Ansaugrohr 8,0 kPa als Einheit betrug.
In dem Beispiel nach dem Stand der Technik wurden Kolbenringe identisch zu denjenigen im Beispiel 2 an den Kolben des Dreiringtyps gemäß 9(a) angebracht. Die Kolben wurden dann in den Zylinder des Testmotors eingebaut und auf die gleiche Weise getestet. Im Vergleichsbeispiel 1 wurden Kolbenringe identisch zu denen im Beispiel 2 an dem Kolben des Dreiringtyps gemäß 10 angebracht, der Ölablasslöcher 49 aufwies, die sich nur zu vorbestimmten Positionen im oberen Abschnitt 1 des Kolbens erstreckten. Im Vergleichsbeispiel 2 wurden Kolbenringe identisch zu denen im Beispiel 2 an einem Kolben des Dreiringtyps gemäß 11 angebracht, der in einem Zwischenabschnitt des dritten Stegs 6 hinsichtlich der Richtung von oben nach unten ausgebildete Ölablasslöcher 59 aufwies. Diese Kolben wurden auf die gleiche Weise nach Einbau in den Zylinder des Testmotors getestet.
12 stellt die Dimensionen a1 und h1 des zweiten Rings 13 dar, und 13 stellt die Definitionen des Endspalts S1 und des Nenndurchmessers d1 des zweiten Rings 13 als repräsentativ dar.
Unter Bezugnahme auf 8, welche die Wirkung der Verringerung des Schmierölverbrauchs darstellt, war der Motor mit den darin installierten Kolben gemäß Beispiel 1 oder 2 in der Lage, den Schmierölverbrauch im Vergleich zu dem Fall des Beispiels nach dem Stand der Technik ausreichend zu steuern, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungskammern negativ wurde, beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während der Anwendung der Motorbremse. In diesem Fall wurde der Schmierölverbrauch im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2 ausreichend gesteuert, bei dem die Ölablasslöcher nur in dem Zwischenabschnitt des dritten Stegs hinsichtlich der Richtung von oben nach unten ausgebildet waren.
Außerdem zeigte beim Vergleich der Beispiele 1 und 2 das Beispiel 1, bei dem das Verhältnis S1/d1 des Endspalts S1 zum Nenndurchmesser d1 des ersten Rings 12 0,0023 betrug, und S1/d1 des zweiten Rings 13 0,0041 betrug, eine günstigere Wirkung bei der Steuerung des Schmierölverbrauchs als das Beispiel 2, bei dem S1/d1 außerhalb des bevorzugten Bereichs der Erfindung lag, wenn der Druck innerhalb der Verbrennungs kammern, beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während der Anwendung der Motorbremse negativ wurde.
Demgegenüber zeigte das Vergleichsbeispiel 1 eine unzureichende Wirkung bei der Steuerung des Schmierölverbrauchs, da das Öl am dritten Steg nicht ausgetragen wurde.
In den Beispielen 1 und 2 wurde der in 1 gezeigte Kolben benutzt. Die in den 5(a) und 5(b) gezeigten Kolben erzielten jedoch die gleichen Ergebnisse. Das Verhältnis des Schmierölverbrauchs lag im Bereich von 0,18 bis 0,35, wenn der absolute Druck innerhalb des Einlassrohrs 8,0 kPa betrug. Somit kann die Kombination des Kolbens und der Kolbenringe gemäß der Erfindung eine günstige Wirkung bei der Steuerung des Schmierölverbrauchs erzielen.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe: Bereitstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie einer Kombination eines Kolbens und dreier Kolbenringe, umfassend zwei Druckringe und einen Ölring, für einen Verbrennungsmotor, der den Schmierölverbrauch ausreichend steuern kann, wenn der Druck innerhalb einer Verbrennungskammer negativ wird, beispielsweise während Ansaugtakten des Motors oder während des Einsatzes der Motorbremse.
Mittel zur Lösung: Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Durchgangsloch, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht, un das in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die ein Ölring eingesetzt ist, und mit einem mit einer zweiten Ringnut verbundenen Durchgangsloch, wobei das Durchgangsloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens erstreckt, und eine Kombination des Kolbens und der Kolbenringe des Dreiring-Typs für einen Verbrennungsmotor, wobei die Endspalte der Druckringe unter den Kolbenringen in einem vorbestimmten Bereich eingestellt sind.

Claims

Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein Ölablassloch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht und in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, umfassend: ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens hin erstreckt.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das mit der zweiten Ringnut verbundene Ölablassloch linear abwärts zu dem Innenraum des Kolbens geneigt ist, wobei sich die Öffnung des Ölablasslochs von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in der Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei sich das mit der zweiten Ringnut verbundene Ölablassloch von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in der Richtung des Kolbens von oben nach unten zum oberen Abschnitt eines dritten Stegs hin ausweitet und sich in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Kolbens von oben nach unten erstreckt.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einem weiteren, mit der zweiten Ringnut verbundenen Ölablassloch, wobei die Öffnung des Ölablasslochs nahe der Außenfläche des Kolbens der Gegenschubrichtung zugewandt ist, zusätzlich zu dem Ölablassloch, dessen Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens der Schubrichtung zugewandt ist.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei die mit der zweiten Ringnut verbundenen Ölablasslöcher so angeordnet sind, dass die Öffnungen der Ölablasslöcher nahe der Außenfläche des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte einer Zapfenwelle sind.
Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein Ölablassloch aufweist, das mit dem Innenraum des Kolbens in Verbindung steht, und in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, umfassend: ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt eines dritten Stegs ausweitet und sich zu den Innenraum des Kolbens erstreckt, während es linear nach unten geneigt ist.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, ferner umfassend: ein weiteres, mit der zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei die Öffnung des Ölablasslochs nahe der Außenfläche des Kolbens der Gegenschubrichtung zugewandt ist, zusätzlich zu dem Ölablassloch, dessen Öffnung nahe der Außenfläche des Kolbens der Schubrichtung zugewandt ist.
Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei die mit der zweiten Ringnut verbundenen Ölablasslöcher so angeordnet sind, dass die Öffnungen der Ölablasslöcher nahe der Außenfläche des Kolbens symmetrisch in bezug auf die Mitte einer Zapfenwelle sind.
Kombination aus einem Kolben und Kolbenringen für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein mit dem Innenraum des Kolbens kommunizierendes Ölablassloch aufweist, das in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, sowie ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von dem unteren Abschnitt des Bodens der zweiten Ringnut in einer Richtung des Kolbens von oben nach unten zu der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut ausweitet und sich linear zu dem Innenraum des Kolbens erstreckt, und wobei ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines ersten Rings, der als Druckring dient, im Bereich von 0,002 bis 0,004 gewählt ist, und ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines zweiten Rings im Bereich von 0,0030 bis 0,0096 gewählt ist.
Kombination aus einem Kolben und Kolbenringen für einen Verbrennungsmotor, wobei drei Kolbenringe, die zwei Druckringe und einen Ölring umfassen, in den Kolben eingebaut sind, wobei der Kolben ein mit dem Innenraum des Kolbens kommunizierendes Ölablassloch aufweist, das in einer Ölringnut ausgebildet ist, in die der Ölring eingesetzt ist, sowie ein mit einer zweiten Ringnut verbundenes Ölablassloch, wobei das Ölablassloch eine Öffnung aufweist, die sich von der unteren Oberfläche der zweiten Ringnut zu dem oberen Abschnitt eines dritten Stegs hin ausweitet und sich zu dem Innenraum des Kolbens erstreckt, während es linear nach unten geneigt ist, und wobei ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts S1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines ersten Rings, der als Druckring dient, im Bereich von 0,002 bis 0,004 gewählt ist, und ein Verhältnis S1/d1 eines Endspalts s1 zu einem Nenndurchmesser d1 eines zweiten Rings im Bereich von 0,0030 bis 0,0096 gewählt ist.