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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein technisches Gebiet eines Kolbens für einen Fremdzündungsmotor, der einen Stegteil, wobei ein oberer Flächenteil desselben einen einen Brennraum bildenden Bodenteil aufweist, ein Paar sich von einem Umfangsteil des Stegteils nach unten erstreckenden Hemdteilen, die einander in einer radialen Richtung davon zugewandt sind, ein Paar von Seitenwandteilen, die Seitenendteile des Paars von Hemdteilen miteinander koppeln, und einen in jedem der Seitenwandteile ausgebildeten Bolzenaugenteil aufweist.
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Technischer Hintergrund
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Als Kolben dieser Art ist zum Beispiel ein Kolben der
japanischen Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2008-008170 (nachstehend hierin als ”Patentschrift” bezeichnet) bekannt, bei dem ein Bodenteil durch eine flache untere Fläche und einen ringförmigen Wölbungsteil, der sich über der unteren Fläche wölbt, konfiguriert ist.
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Das Gewicht dieses Kolbens wird durch die Ausbildung einer Aussparung an einer unteren Fläche eines Stegteils des Kolbens reduziert, und ein Stören der Gewichtsverteilung des Kolbens wird durch Versehen dieser Aussparung mit zwei Rippen unterschiedlicher Gewichte verhindert. Zwei Dichtringnuten und eine Ölringnut sind nacheinander von oben an einer Außenumfangsfläche des Stegteils ausgebildet. Dichtringe sind in die Dichtringnuten eingesetzt, um eine Luftdichtheit eines Brennraums zu wahren. Ein Ölring ist in die Ölringnut eingesetzt, um Öl von einer Innenumfangsfläche eines Zylinders zu abzustreifen.
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In einem Zustand, in dem der Kolben in den Zylinder eingeführt und eingesetzt ist, wird übrigens ein extrem schmaler kranzförmiger konkaver Raum zwischen dem oberen Dichtring (nachstehend hierin als ”oberer Ring” bezeichnet), der Innenumfangsfläche des Zylinders und der Außenumfangsfläche des Stegteils gebildet. In diesem konkaven Raum kann ein Ansaugluft/Kraftstoff-Gemisch nicht leicht verbrennen, was unverbranntes Gas darin zurücklässt. Aus der Sicht des Hemmens der Erzeugung von HC (Kohlenwasserstoff) ist es daher bevorzugt, dass die Größe des konkaven Raums minimiert wird. Hierfür muss die untere Fläche so nah wie möglich an die Position des oberen Rings gebracht werden; je näher die untere Fläche an der Position des oberen Rings ist, desto schwieriger wird es aber für den oberen Ring, der Wärme der Verbrennung standzuhalten. Dies ist bezüglich des Wärmeschutzes des oberen Rings nicht bevorzugt.
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Liste der Anführungen
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Patentliteratur
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- PTL 1: japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2008-008170
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Umstände entwickelt, und eine Aufgabe derselben besteht darin, einen oberen Ring thermisch zu schützen und die Erzeugung von HC zu hemmen, indem der Aufbau eines Kolbens für einen Fremdzündungsmotor kreativ konzipiert wird.
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Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu verwirklichen, weist die vorliegende Erfindung einen Bodenteil auf, der durch eine flache untere Fläche und einen Wölbungsteil, der sich über der unteren Fläche nach oben wölbt, konfiguriert ist, wobei der Wölbungsteil genutzt wird, um einen verdünnten Teil eines Stegteils zu bilden, so dass ein tiefster Teil des verdünnten Teils tief in dem Wölbungsteil positioniert ist.
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Im Einzelnen ist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung ein Kolben für einen Fremdzündungsmotor, welcher aufweist:
einen Stegteil, wobei eine obere Fläche desselben einen einen Brennraum bildenden Bodenteil aufweist;
ein Paar von Hemdteilen, die sich von einem Umfangsteil des Stegteils nach unten erstrecken und einander in einer radialen Richtung davon zugewandt sind;
ein Paar von Seitenwandteilen, die Seitenendteile des Paars von Hemdteilen miteinander koppeln; und
einen Bolzenaugenteil, der in jedem der Seitenwandteile ausgebildet ist,
wobei der Bodenteil eine flache untere Fläche und einen Wölbungsteil, der sich über der unteren Fläche nach oben wölbt, aufweist,
ein konkaver verdünnter Teil in einem Bereich außerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der zwischen den Seitenwandteilen in einer unteren Fläche des Stegteils gehalten ist, geöffnet ist und
sich ein oberer Endteil des verdünnten Teils in dem Wölbungsteil über der unteren Fläche des Bodenteils befindet.
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Beruhend auf der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der Kolben für einen Fremdzündungsmotor gemäß der Erfindung der vorliegenden Anmeldung durch Bilden eines verdünnten Teils des Stegteils, so dass der tiefste Teil (der obere Endteil) desselben tief in dem Wölbungsteil positioniert ist, einen oberen Ring thermisch schützen und die Erzeugung von HC hemmen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Querschnittdiagramm, das eine Umfangskonfiguration eines Zylinders eines Motors zeigt, der einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2 ist eine Draufsicht, bei der der Kolben von oben ersichtlich ist (von einer Bodenteilseite);
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3 ist eine Pfeilansicht entlang einer in 2 gezeigten Richtung III;
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4 ist ein Querschnittdiagramm entlang einer in 3 gezeigten Linie IV-IV;
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5 ist ein Querschnittdiagramm entlang einer in 3 gezeigten Linie V-V;
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6 ist ein Querschnittdiagramm entlang einer in 2 gezeigten Linie VI-VI;
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7 ist ein Querschnittdiagramm entlang einer in 2 gezeigten Linie VII-VII;
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8 ist eine Pfeilansicht entlang einer in 2 gezeigten Richtung VIII;
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9 ist ein Diagramm, das 3 entspricht, wobei es eine Ausführungsform 2 zeigt; und
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10 ist ein Diagramm, das 4 entspricht, wobei es die Ausführungsform 2 zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachstehend werden hierin nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Diagramme näher beschrieben.
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1 ist ein Querschnittdiagramm, das einen Umfang eines Zylinders eines Motors 100 (eines Fremdzündungsverbrennungsmotors) zeigt, der einen Kolben 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Dieser Motor 100 weist einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3, der an einem oberen Teil des Zylinderblocks 2 angebracht ist, auf. Der Kolben 1 ist in einem Zylinder 4 gelagert, um sich in dem Diagramm entlang einer Schaftmitte des Zylinders 4 vertikal hin- und herbewegen zu können.
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Der Kolben 1 ist durch eine Pleuelstange 5 mit einer Kurbelwelle gekoppelt, wobei die Kurbelwelle in einem in einem unteren Teil des Zylinderblocks 2 vorgesehenen Kurbelraum drehbar gelagert ist. Dies wandelt die Hubbewegung des Kolbens 1 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um. Der untere Teil des Zylinderblocks 2 ist mit einer Ölstrahlvorrichtung 6 zum Kühlen des Kolbens 1 versehen.
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Wie in dem Diagramm gezeigt, ist über dem Kolben 1 in dem Zylinder 4 ein Brennraum 7 ausgebildet, und ein Deckenteil 7a des Brennraums 7 ist durch eine Aussparung konfiguriert, die für jeden Zylinder 4 an einer unteren Fläche des Zylinderkopfs 3 ausgebildet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat der Brennraum 7 die Form eines so genannten Pultdachs, und der Deckenteil 7a hat die Form eines Dreieckdachs mit zwei geneigten Flächen für Einlass- und Auslassseiten. Es sind zwei Einlasskanäle 8 und zwei Auslasskanäle 9 vorhanden, die an jeder der geneigten Flächen geöffnet. Der Durchmesser der Einlasskanäle 8 ist größer als der Durchmesser der Auslasskanäle 9. Aus diesem Grund liegt die Stelle, an der die zwei geneigten Flächen einander schneiden, bezüglich der Mitte des Zylinders etwas an der Auslassseite.
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Wie nur in 1 gezeigt ist, ist in dem Öffnungsteil jedes Einlasskanals 8 ein Einlassventil 10 angeordnet, und in dem Öffnungsteil jedes Auslasskanals 9 ist ein Auslassventil 11 angeordnet. Die Einlassventile 10 und die Auslassventile 11 werden bei eine, vorbestimmten Zeitpunkt von einem Ventiltrieb, der nicht gezeigt ist, geöffnet/geschlossen.
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Ferner ist ein Injektor 12 (ein Kraftstoffeinspritzventil) unter den Einlasskanälen 8 angeordnet, wobei eine strahlbildende Öffnung desselben auf ein Teilstück zwischen den Öffnungsteilen der Einlasskanäle 8 gerichtet ist, um Kraftstoff von einem Umfangsteil des Brennraums 7 hin zur Mitte einzuspritzen. Dieser Injektor 12 ist mit einem Kraftstoffzufuhrsystem mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und dergleichen durch ein Kraftstoffverteilungsrohr, das nicht gezeigt ist, verbunden. Die vorliegende Ausführungsform simuliert ein Direkteinspritzsystem, doch kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Kanaleinspritzsystem angewendet werden.
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Zudem ist eine Zündkerze 13, die sich entlang einer Schaftmitte des Zylinders 4 erstreckt, in dem Zylinderkopf 3 angeordnet. Eine Elektrode 13a an einem Spitzenende (unteren Ende) der Zündkerze 13 ist von der Nähe der Mitte eines Deckenteils 7a auf den Brennraum 7 gerichtet. Eine nicht gezeigte Zündspuleneinrichtung ist mit einem unteren Ende der Zündkerze 13 verbunden, um zwischen Elektroden bei einem vorbestimmten Zeitpunkt einen Funken zu erzeugen, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 7 zu zünden. Es ist bevorzugt, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Nähe der Mitte des Brennraums 7 gezündet wird, um eine günstige Flammenausbreitung zu erreichen, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Ein hierin nachstehend beschriebener Wölbungsteil 15 ist an einem Spitzenteil des Kolbens 1 (einem Bodenteil 26), der ein Sohlenteil des Brennraums 7 ist, ausgebildet. Dies ist bezüglich des Anpassens der Größe des Brennraums 7 und des Einstellens eines geometrischen Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder 4 auf hoch effektiv. In der vorliegenden Ausführungsform ist dieses geometrische Verdichtungsverhältnis über 12, bei 14 eingestellt. Natürlich ist der Wert des geometrischen Verdichtungsverhältnisses nicht auf 14 beschränkt.
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Die Ölstrahlvorrichtung 6 zum Kühlen des Kolbens 1 ist durch einen in dem Zylinderblock 2 ausgebildeten Ölkanal mit einer (nicht gezeigten) Ölpumpe verbunden. Die Ölstrahlvorrichtung 6 ist durch eine Einspritzdüse 16 und einen Hauptkörperteil 17 konfiguriert. Der Hauptkörperteil 17 weist ein darin eingebettetes Rückschlagventil auf. Das Rückschlagventil wird durch den Öldruck in dem Ölkanal geöffnet, wenn die Motordrehzahl eine vorbestimmte Motordrehzahl oder höher erreicht, und spritzt Öl von der Einspritzdüse 16 ein.
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In der Einspritzdüse 16 sind die Richtung eines Einspritzkanals und die Form der Düse so eingestellt, dass das Öl an der unteren Fläche des Kolbens 1 (ein Stegteil 18) hin zu der Auslassseite eingespritzt wird. Im Einzelnen ist die Einspritzdüse konfiguriert, um das Öl in einem vorbestimmten Bereich R, der zwischen dem vorstehend erwähnten Paar von Seitenwandteilen 19 an einer unteren Fläche 18a des Stegteils 18 gehalten wird, hin zu einem auslassseitigen Endteil einzuspritzen.
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(Konfiguration des Kolbens)
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Der Kolben 1 weist den zylindrischen Stegteil 18, ein Paar von Hemdteilen 20, das Paar von Seitenwandteilen 19 und einen Bolzenaugenteil 21 auf, wie in 1 bis 8 gezeigt ist.
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Ein im Wesentlichen kreisförmiges Kolbenbolzenloch 22 ist in einem mittleren Teil des Bolzenaugenteils 21 ausgebildet. Ein Kolbenbolzen 23 zum Koppeln des Kolbens 1 und der Pleuelstange 5 miteinander ist in das Kolbenbolzenloch 22 eingeführt. In einer Draufsicht erstreckt sich eine Schaftmitte S des Bolzenaugenteils 21 in einer Richtung (Zylinderanordnungsrichtung) senkrecht zu einer Einlass-/Auslassrichtung durch die Mitte des Stegteils 18 (siehe 5).
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Zwei Dichtringnuten 24a, 24b und eine Ölringnut 25 sind nacheinander von oben an einer Außenumfangsfläche des Stegteils 18 ausgebildet. In jede der Dichtringnuten 24a, 24b ist ein Dichtring 30 zum Verbessern der Luftdichtheit des Brennraums 7 eingepasst. In die Ölringnut 25 ist ein Ölring 32 zum Abstreifen des Öls von einer Innenumfangsfläche des Zylinders 4 eingepasst. Zu beachten ist, dass in den folgenden Beschreibungen die obere Dichtringnut 24a als ”obere Ringnut 24a” bezeichnet wird und der Dichtring 30, der in diese Dichtringnut 24a eingepasst ist, als ”oberer Ring 30” bezeichnet wird.
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Jeder der Hemdteile 20 (siehe 6) ist so ausgebildet, dass er sich von dem Stegteil nach unten erstreckt. Die Hemdteile 20 sind so angeordnet, dass sie einander in der Einlass-/Auslassrichtung zugewandt sind, mit dem Bolzenaugenteil 21 dazwischen. Jeder der Hemdteile 20 ist in einer ebenen Querschnittansicht (Draufsicht) zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Bogen ausgebildet und gleitet während der Hubbewegung des Kolbens 1 an der Innenumfangsfläche des Zylinders 4. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die beiden Hemdteile 20 die gleiche Breite L1 auf (siehe 5 und 8).
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Die Seitenwandteile 19 (siehe 5) sind so ausgebildet, dass sie Seitenendteile der Hemdteile 20 miteinander koppeln, und sind so angeordnet, dass sie einander in einer Richtung der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils (einer Richtung senkrecht zur Einlass-/Auslassrichtung) zugewandt sind. Dies bildet einen Rahmenteil 14, in dem die Seitenwandteile 19 und die Hemdteile 20 nacheinander in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Der Bodenteil 26, der einen oberen Flächenteil des Stegteils 18 konfiguriert, ist durch eine flache untere Fläche 27, die sich in einem Umfangsteil an einer oberen Fläche 18b des Stegteils 18 befindet, und den Wölbungsteil 15, der sich über der unteren Fläche 27 wölbt (siehe 1 bis 3 und 6) konfiguriert.
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Der Wölbungsteil 15 ist übereinstimmend mit der Dreieckdachform des Deckenteils 7a ausgebildet und wölbt sich von der Einlassseite und der Auslassseite hin zur Mitte des Deckenteils 7a (siehe 3 und 6). Der Wölbungsteil 15 ist mit anderen Worten so ausgebildet, dass er einen bergförmigen Querschnitt (Pultdach) aufweist, der sich in einer Richtung der Schaftmitte des Bolzenaugenteils 21 erstreckt, und ist in der ebenen Ansicht an der Schaftmitte des Bolzenaugenteils 21 angeordnet. Übereinstimmend mit der Dachform des Deckenteils 7a befindet sich die Stelle, wo die verlaufenden Flächen von zwei geneigten Flächen 15a, 15b des Wölbungsteils 15 einander schneiden, bezüglich der Mitte des Zylinders an der Auslassseite.
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Im Einzelnen ist die Gesamthöhe des Wölbungsteils 15 an der Auslassseite größer als an der Einlassseite. In der Nähe der Mitte des Wölbungsteils 15 ist ein muldenförmiger konkaver Teil 28 ausgebildet. Das Vorsehen dieses konkaven Teils 28 erleichtert die Bildung eines Flammenkerns durch die Zündung der Zündkerze 13. An der geneigten Fläche 15a sind an der Einlassseite im Wesentlichen kreisförmige Abstandsnuten 33 ausgebildet, um ein wechselseitiges Stören zwischen dem Wölbungsteil 15 und dem Einlassventil 10 zu vermeiden. An der geneigten Fläche 15b sind an der Auslassseite auch gestufte Vorsprungsteile 34 bei einem Winkel ausgebildet, um ein wechselseitiges Stören zwischen dem Wölbungsteil 15 und dem Auslassventil 11 (siehe 2) zu vermeiden.
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Ein konkaver verdünnter Teil 40, der an der unteren Fläche des Stegteils 18 geöffnet ist, ist in dem Stegteil 18 ausgebildet (siehe 3 bis 5 und 7). Der geöffnete Teil des verdünnten Teils 40 ist in einem Bereich außerhalb des vorbestimmten Bereichs R (in der radialen Richtung außerhalb des Rahmenteils 14), der zwischen den Seitenwandteilen 19 an der vorstehend erwähnten unteren Fläche gehalten ist, ausgebildet. Der tiefste Teil des verdünnten Teils 40, der ein oberer Endteil ist, befindet sich über der unteren Fläche 27 in dem Wölbungsteil 15, wie in 3 gezeigt ist.
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Im Einzelnen sind zwei Rippen 42 (siehe 5), die den Stegteil 18 mit den Seitenwandteilen 19 koppeln, in dem verdünnten Teil 40 ausgebildet. Diese beiden Rippen 42 sind Seite an Seite in der Einlass-/Auslassrichtung angeordnet, mit der Schaftmitte des Bolzenauges 21 dazwischen. Weiterhin ist der verdünnte Teil 40 durch diese beiden Rippen 42 in drei konkave Räume 43 bis 45 unterteilt.
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In einer ebenen Querschnittansicht befindet sich die Bolzenauge-Schaftmitte S in einer Positionsbeziehung, bei der sie einen mittleren konkaven Raum 44 schneidet, der zwischen den beiden Rippen 42 gehalten ist, und der tiefste Teil des mittleren konkaven Raums 44, 44 befindet sich über der unteren Fläche 27 in dem Wölbungsteil 15. Von diese drei konkaven Räumen 43 bis 45 ist der mittlere konkave Raum 44 der tiefste (die Tiefe in einer Richtung einer Stegteil-Schaftmitte).
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Bei Vergleichen des konkaven Raums 43 an der Auslassseite mit dem konkaven Raum 45 an der Einlassseite ist der konkave Raum 43 an der Auslassseite tiefer als der konkave Raum 45 an der Einlassseite (siehe 3). Der konkave Raum 43 an der Auslassseite und der konkave Raum 45 an der Einlassseite sind so positioniert, dass die tiefsten Teile derselben sich unter der unteren Fläche 27 und über der oberen Ringnut 24a befinden.
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Zudem ist wie in 7 gezeigt jeder der konkaven Räume 43 bis 45 so geneigt, dass die obere Seite desselben in der radialen Richtung einwärts geneigt ist (nur die mittleren konkaven Räume 44 sind in 7 gezeigt). Dieser geneigte Winkel ”theta” beträgt vorzugsweise 45 Grad oder weniger und ist in der vorliegenden Ausführungsform so festgelegt, dass er in einen Bereich von 10 Grad bis 30 Grad fällt.
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Wie in der vorstehenden Ausführungsform 1 beschrieben ist der Bodenteil 26 durch die flache untere Fläche 27 und den Wölbungsteil 15, der sich über der unteren Fläche 27 nach oben wölbt, konfiguriert. Der verdünnte Teil 40 ist tief ausgebildet, so dass der tiefste Teil desselben über der unteren Fläche 27 des Bodenteils 26 das Innere des Wölbungsteils 15 erreicht. Daher kann wie in 7 gezeigt ein Raum um ein Teilstück in dem Stegteil 18, in dem die obere Ringnut 24a vorgesehen ist, ausgeweitet werden.
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Demgemäß kann der tiefste Teil jedes konkaven Raums 44 (der verdünnte Teil 40) in der Mitte eines Wärmeübertragungssystemwegs dazwischen gesetzt werden, der sich von dem Wölbungsteil 15 des Bodenteils 26, der direkt Verbrennungswärme ausgesetzt ist, zu der oberen Ringnut 24a erstreckt, so dass die Verbrennungswärme nicht einfach zu der oberen Ringnut 24a übertragen wird. Ferner kann die Verbrennungswärme mittels des tiefsten Teils des konkaven Raums 44 durch Ölnebel in dem Kurbelraum absorbiert werden. Dadurch kann eine Wärmebelastung um die obere Ringnut 24a reduziert werden.
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Wenn ein Teil des von der Ölstrahlvorrichtung 6 eingespritzten Öls in Form des Ölnebels in den verdünnten Teil 40 gelangt, kann ein Umfangsteilstück der oberen Ringnut 24a durch diesen eindringen Ölnebel aktiv gekühlt werden. Der verdünnte Teil 40 kann mit anderen Worten als Kühlraum genutzt werden.
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Folglich kann die obere Ringnut 24a so nah wie möglich an die untere Fläche gebracht werden, um die Größe eines konkaven Teils 50 zu reduzieren, der HC (Kohlenwasserstoff) erzeugt, ohne den oberen Ring 30 einer thermisch beanspruchenden Bedingung auszusetzen (der konkave Raum 50 ist durch die Außenumfangsfläche des Stegteils 18, die Innenumfangsfläche des Zylinders 4 und den oberen Ring 30 gebildet. Siehe 1). Auf diese Weise können der Wärmeschütz des oberen Rings 30 und das Hemmen der Erzeugung von HC erreicht werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 ist der konkave Raum 44, der der verdünnte Raum 40 ist, so geneigt, dass die obere Seite desselben in der radialen Richtung einwärts geneigt ist, und ist auch so ausgebildet, dass er in der radialen Richtung innen und außen breit ist (statt den konkaven Raum 44 zulaufen zu lassen, wird ein räumlicher Abstand in der radialen Richtung desselben im Wesentlichen konstant ausgelegt). Folglich kann die Dicke W1 in der radialen Richtung um die obere Ringnut 24a dünn ausgelegt werden und die Kühleigenschaften um die obere Ringnut 24a des Stegteils 18 können verbessert werden.
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Auch wenn hier der verdünnte Teil 40 geneigt ist, so dass die obere Seite desselben wie vorstehend beschrieben in der radialen Richtung nach innen geneigt ist, ist dieser geneigte Winkel ”theta” bei einem relativ kleinen Wert zwischen 10 Grad bis 30 Grad festgelegt, so dass die Dicke W1 in der radialen Richtung des Teilstücks in dem Stegteil 18, in dem die obere Ringnut 24a vorgesehen ist, verglichen mit dem Festlegen des geneigten Winkels bei zum Beispiel 45 Grad oder mehr dünner ausgelegt werden kann. Auf diese Weise kann die Wärmeabführung um die obere Ringnut 24a weiter verstärkt werden, was die Kühleigenschaften derselben verbessert.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 kann eine Verschlechterung der Steifigkeit des Stegteils 18, die durch den verdünnten Teil 40 verursacht wird, durch Versehen des verdünnten Teils 40 mit den zwei Ringen 42 verhindert werden. Von den drei konkaven Räumen 43 bis 45, die durch diese Rippen 42 unterteilt sind, befinden sich der tiefste Teil des konkaven Raums 45 an der Einlassseite und der tiefste Teil des konkaven Raums 43 an der Auslassseite über der oberen Ringnut 24a. Auf diese Weise kann die Kühlwirkung um die obere Ringnut 24a schnell verbessert werden.
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Ferner ist in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der konkave Raum 43 an der Auslassseite tiefer als der konkave Raum 45 an der Einlassseite ausgebildet. Dies kann ein Stören der Gewichtsverteilung des Kolbens 1 in der Einlass-/Auslassrichtung verhindern, das bewirkt werden kann, indem das auslassseitige Teilstück des Wölbungsteils 15 höher als das einlassseitige Teilstück desselben gemacht wird. Ferner kann diese Konfiguration die Kühlwirkung des auslassseitigen Teilstücks des Stegteils 18 verbessern, das einer höheren Temperatur als die Einlassseite ausgesetzt ist.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 spritzt die Ölstrahlvorrichtung 6 in dem vorbestimmten Bereich R an der unteren Fläche des Stegteils 18 das Öl hin zu dem auslassseitigen Endteil ein. Das von der Ölstrahlvorrichtung 6 (der Einspritzdüse 16) eingespritzte Öl wird zu dem auslassseitigen Endteil gespritzt und dann durch das Paar von Seitenwandteilen 19 geleitet, um von der Auslassseite hin zur Einlassseite zu strömen. Auf diese Weise können die Kühleigenschaften in der Einlass-/Auslassrichtung des Stegteils 18, der zum Zeitpunkt der Verbrennung hohen Temperaturen unterzogen werden kann, adäquat sichergestellt werden.
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Bei Sicherstellen der Kühleigenschaften in der Einlass-/Auslassrichtung des Stegteils 18 mittels der Ölstrahlvorrichtung 6 werden die Kühleigenschaften in der Richtung senkrecht zu der Einlass-/Auslassrichtung (d. h. der Richtung der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils 21) relativ gering.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 ist dagegen der tiefste konkave Raum 44 der drei konkaven Räume 43 bis 45, der den verdünnten Teil 40 konfiguriert, in der Draufsicht an der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils 21 ausgebildet, wodurch die Kühleigenschaften in der Richtung der Schaftmitte S sichergestellt werden.
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Zudem ist in der Ausführungsform 1 der Wölbungsteil 15 so ausgebildet, dass er einen bergförmigen Querschnitt aufweist, der sich in der Richtung der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils 21 erstreckt, und ist in der Draufsicht an der Schaftmitte angeordnet. Demgemäß kann der Wölbungsteil 15 an einer Stelle ausgebildet werden, die in der Draufsicht dem verdünnten Teil 40 (dem tiefsten konkaven Raum 44) entspricht. Dadurch kann der verdünnte Teil 40 so ausgebildet sein, dass sein tiefster Teil adäquat tief in den Wölbungsteil 15 reicht.
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Wie vorstehend beschrieben kann die Ausführungsform 1 den oberen Ring 30 thermisch schützen und gleichzeitig den oberen Ring 30 so nah wie möglich an die untere Fläche 27 bringen, um die Erzeugung von HC durch schnelles Verbessern der Kühlwirkung des Stegteils 18 zum Zeitpunkt der Verbrennung und insbesondere der Kühlwirkung um die obere Ringnut 24a zu hemmen.
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(Ausführungsform 2)
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9 und 10 zeigen die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, wobei die Konfiguration des verdünnten Teils 40 anders als die in der Ausführungsform 1 beschriebene ist. Zu beachten ist, dass die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um die Komponenten zu veranschaulichen, die im Wesentlichen gleich den in 3 und 4 gezeigten sind, und daher wird auf nähere Beschreibungen derselben verzichtet.
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Im Einzelnen ist in der vorliegenden Ausführungsform der verdünnte Teil 40 ohne den konkaven Raum 43 an der Auslassseite von den in Ausführungsform 1 beschriebenen drei konkaven Räume 43 bis 45 konfiguriert. Im Einzelnen ist der verdünnte Teil 40 mit nur einer Rippe 42 versehen, die den Stegteil 18 mit den Seitenwandteilen 19 koppelt. In der Draufsicht ist der verdünnte Teil 40 durch zwei Komponenten konfiguriert: den konkaven Raum 44, der sich an der Bolzenaugen-Schaftmitte befindet, und den konkaven Raum 45, der sich an der Einlassseite von dem konkaven Raum 44 befindet.
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In der vorliegenden Ausführungsform können die Hemdteile 20 an der Auslassseite (siehe 10) durch Eliminieren des konkaven Raums 43 an der Auslassseite, der in Ausführungsform 1 beschrieben ist, breit ausgelegt werden. Die Breite des Hemdteils 20, der sich in dem Arbeitstakt an der Schubseite befindet (der Hemdteil 20 an der Auslassseite) kann größer als die Breite des Hemdteils 20 an der Gegenschubseite sein (der Hemdteil 20 an der Einlassseite).
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Somit kann ein Flächendruck, der in dem Arbeitstakt auf den Hemdteil 20 an der Schubseite wirkt, verringert werden und die Schubsteifigkeit dieses Hemdteils kann gemindert werden. Da ferner die Breite L1 des auslassseitigen Endteils des vorbestimmten Bereichs R, in dem das Öl eingespritzt wird, zuverlässig breiter als die Breite L2 eines einlassseitigen Endteils gemacht wird, kann die Kühlwirkung der Öleinspritzung in den auslassseitigen Endteil des Stegteils 18 weiter verbessert werden.
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Der verdünnte Teil 40 dagegen (die konkaven Räume 44, 45) ist über der Fläche zwischen dem Teil nahe der Mitte in der Einlass-/Auslassrichtung des Stegteils 18 und dem Teil an der Einlassseite ausgebildet. Daher können die Kühleigenschaften des Teils in dem Stegteil 18 an der Einlassseite sichergestellt werden. Auf diese Weise kann die vorliegende Ausführungsform den oberen Ring 30 thermisch schützen und die Erzeugung von HC hemmen, während sie die Festigkeit der Hemdteile 20 verbessert.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst verschiedene andere Konfigurationen. Auch wenn der in jeder der Ausführungsformen beschriebene verdünnte Teil 40 mit anderen Worten durch die Rippen 42 in die mehreren konkaven Räume 43 bis 45 unterteilt ist, sind die Rippen 42 nicht unbedingt erforderlich.
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In jeder Ausführungsform befinden sich der tiefste Teil des konkaven Raums 45 an der Einlassseite und der tiefste Teil des konkaven Raums 43 an der Auslassseite unter der unteren Fläche 27, können aber natürlich über der unteren Fläche 27 angeordnet werden.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist der mittlere konkave Raum 44 (der konkave Raum 44, der sich in der Draufsicht an der Schaftmitte des Bolzenaugenteils 21 befindet) eine flache Bodenfläche 44a auf (siehe 3 und 8). Ein auslassseitiges Teilstück der Bodenfläche 44a kann aber relativ tiefer (höher) als ein einlassseitiges Teilstück derselben sein, um zum Beispiel das Beeinträchtigen der Gewichtsverteilung des Kolbens 1 in der Einlass-/Auslassrichtung zu verhindern.
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Insgesamt betrifft die Erfindung der vorliegenden Anmeldung wie vorstehend beschrieben einen Kolben für einen Fremdzündungsmotor, wobei der Kolben aufweist:
einen Stegteil (18), wobei eine obere Fläche desselben einen einen Brennraum bildenden Bodenteil (26) aufweist;
ein Paar von Hemdteilen (20), die sich von einem Umfangsteil des Stegteils (18) nach unten erstrecken und einander in einer radialen Richtung davon zugewandt sind;
ein Paar von Seitenwandteilen (19), die Seitenendteile des Paars von Hemdteilen (20) miteinander koppeln;
einen Bolzenaugenteil (21), der in jedem der Seitenwandteile ausgebildet ist, und
einen verdünnten Teil (40), der in dem Stegteil ausgebildet ist,
wobei der Bodenteil (26) eine flache untere Fläche (27) und einen Wölbungsteil (15), der sich über der unteren Fläche nach oben wölbt, aufweist,
der verdünnte Teil (40) zu einer konkaven Form, die in einem Bereich außerhalb eines vorbestimmten Bereichs (R) geöffnet ist, der zwischen den Seitenwandteilen (19) in einer unteren Fläche des Stegteils (18) gehalten ist, ausgebildet ist und
sich ein oberer Endteil des verdünnten Teils (40) in dem Wölbungsteil (15) über der unteren Fläche (27) des Bodenteils (26) befindet.
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Gemäß dieser Konfiguration kann das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors durch Bilden des Wölbungsteils in dem Bodenteil, der den Brennraum bildet, hoch eingestellt werden.
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Die Außenumfangsfläche des Stegteils weist übrigens normalerweise mehrere Stufen von Ringnuten auf, und ein Dichtring oder Ölring ist in jede der Ringnuten eingesetzt. Daher ist ein kranzförmiger konkaver Teil, der der Außenumfangsfläche des Stegteils entspricht, zwischen dem in die obere Ringnut eingepassten oberen Ring, der Innenumfangsfläche des Zylinders und der Außenumfangsfläche des Stegteils ausgebildet. Dieser konkave Teil lässt unverbranntes Gas darin zurück und ist somit die Ursache für HC-Erzeugung. Daher ist es bevorzugt, dass die Größe des konkaven Raums so klein wie möglich ist.
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Dabei muss der obere Ring so nah wie möglich an die untere Fläche gebracht werden. Bei einem Motor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis wird die Temperatur in dem Brennraum zu dem Zeitpunkt der Verbrennung aber relativ hoch, was durch Bringen des oberen Rings näher zu der unteren Fläche den oberen Ring einer thermisch beanspruchenden Bedingung aussetzt.
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In der vorliegenden Erfindung ist der verdünnte Teil dagegen in dem Stegteil ausgebildet. Mit der Verwendung des in dem Bodenteil vorgesehenen Wölbungsteils ist der verdünnte Teil so ausgebildet, dass seine obere Endposition über der unteren Fläche des Bodenteils tief in den Wölbungsteil gebracht wird.
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Dadurch kann der Raum um das Teilstück, in dem die obere Ringnut des Stegteils ausgebildet ist, weiter ausgedehnt werden, wodurch die Kühleigenschaften des Ölnebels, der von der Innenfläche des verdünnten Teils eindringt, unter einer Bedingung verbessert werden kann, bei der die Atmosphäre in dem Kurbelgehäuse mit dem Ölnebel gefüllt ist. Demgemäß kann die Wärmeabführung um die obere Ringnut verbessert werden, während die obere Ringnut so nah wie möglich an die untere Fläche gebracht wird. Schließlich kann der Wärmeschutz des oberen Rings und das Hemmen der Erzeugung von HC erreicht werden.
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In der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist der Motor vorzugsweise mit einer Ölstrahlvorrichtung versehen, die Öl hin zu dem vorbestimmten Bereich einspritzt.
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Gemäß dieser Konfiguration kann der vorbestimmte Bereich, der zwischen den Seitenwandteilen der unteren Fläche des Stegteils gehalten wird, durch das von der Ölstrahlvorrichtung eingespritzte Öl aktiv gekühlt werden. Dieser vorbestimmte Bereich ist vorzugsweise ein Bereich entlang der Einlass-/Auslassrichtung, der zum Zeitpunkt der Verbrennung besonders hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
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In der vorliegenden Erfindung wird, selbst wenn das Öl von der Ölstrahlvorrichtung hin zu dem vorbestimmten Bereich eingespritzt wird, ein Teil des eingespritzten Öls zu Nebel, um einfacher in den verdünnten Teil eindringen zu können. Daher kann das Umfangsteilstück der oberen Ringnut durch das eindringende Öl aktiv gekühlt werden, was die vorstehend beschriebenen Wirkungen der Erfindung weiter verbessert.
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In der Draufsicht erstreckt sich der vorbestimmte Bereich entlang der Einlass-/Auslassrichtung des Brennraums. Der Bolzenaugenteil ist in der Draufsicht so ausgebildet, dass die Schaftmitte S desselben in einer Richtung senkrecht zu der Einlass-/Auslassrichtung des Brennraums verläuft und durch die Schaftmitte des Stegteils tritt. Das Öffnungsteilstück des verdünnten Teils ist teilweise in einer Position angeordnet, die die Schaftmitte S des Bolzenaugenteils in der Draufsicht schneidet.
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Diese Konfiguration kann die Kühleigenschaften in der Richtung (der Richtung der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils) senkrecht zu der Einlass-/Auslassrichtung des Stegteils verbessern, wo die Kühlwirkung der Ölstrahlvorrichtung gering ist. Daher kann ein Kühlen des Stegteils weiter gefördert werden, so dass die Wirkungen, die denen der vorstehend beschriebenen Erfindung ähneln, zuverlässig erhalten werden können. Zu beachten ist, dass der Begriff ”Draufsicht”, der in der vorliegenden Patentschrift verwendet wird, ”von der Richtung der Schaftmitte des Kolbens (der Richtung der Schaftmitte des Stegteils) gesehen” bedeutet.
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Weiterhin ist der Wölbungsteil vorzugsweise so ausgebildet, dass er einen bergförmigen Querschnitt aufweist, der sich in der Richtung der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils erstreckt, und ist vorzugsweise in der Draufsicht an der Schaftmitte des Bolzenaugenteils angeordnet.
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Gemäß dieser Konfiguration ist der Wölbungsteil in der Draufsicht an der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils ausgebildet. Daher kann der Wölbungsteil zuverlässig mit einer ausreichenden Höhe vorgesehen werden, um ein wechselseitiges Beeinträchtigen zwischen dem Wölbungsteil und den Einlass- und Auslassventilen zu verhindern, so dass das geometrische Verdichtungsverhältnis effektiv angehoben werden kann. Gleichzeitig kann der verdünnte Teil, der eine Öffnung an der Schaftmitte S des Bolzenaugenteils aufweist, so ausgebildet werden, dass der tiefste Teil desselben adäquat tief in den Wölbungsteil reicht.
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Zudem ist der verdünnte Teil vorzugsweise so geneigt, dass seine obere Seite in der radialen Richtung nach innen geneigt ist, und der Winkel der Neigung ist vorzugsweise so festgelegt, dass er in einen Bereich von 10 Grad bis 30 Grad fällt. Dadurch kann die Dicke W1 (siehe 7) in der radialen Richtung des Teilstücks in dem Stegteil 18, in dem die obere Ringnut 24a vorgesehen ist, dünner ausgelegt werden, als wenn der geneigte Winkel zum Beispiel bei 45 Grad oder höher festgelegt wird. Auf diese Weise kann die Wärmeabführung um die obere Ringnut 24a weiter verstärkt werden, was die Kühleigenschaften derselben verbessert.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist als Kolben für einen Fremdzündungsmotor brauchbar und ist besonders bei Anwendung bei einem Motor brauchbar, der einen Kolben nutzt, bei dem ein Wölbungsteil in einem Bodenteil vorgesehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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