DE19708252A1

DE19708252A1 - Kolben für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19708252A1
Application number: DE19708252A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Watanabe; Kazuhiko Shirane; Shingo Motoda; Hideyuki Miyasaka
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1997-09-11
Also published as: KR970062277A; US5894824A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspru ches 1 bzw. 17.

Ein bekannter Kolben für Brennkraftmaschinen oder Verbrennungsmotoren ist beispielsweise in der japani schen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 55-9871 beschrieben. Dieser Kolben weist einen Ringsteg und einen hiermit verbundenen Kolbenmantel auf. Der Ringsteg weist Kol benringausnehmungen auf. Der Kolbenmantel weist eine Kolbenbolzenbohrung auf, deren Mittellinie bezüglich einer Mittellinie des Kolbens in Richtung der Gegen schubseite versetzt ist. Aussteifungen mit unterschied lichem Gewicht sind in dem Kolbenmantel an der Innen wand der Schub- und Gegenschubseite des Kolbens ange formt. Die Aussteifungen dienen dazu, thermische Aus dehnungen eines oberen Endabschnittes des Kolbenmantels während des Laufs des Motors zu beschränken und um den Massenschwerpunkt des Kolbens knapp oberhalb des Mit telpunktes des Kolbenbolzens anzuordnen.

Der Kolben ist in einem Zylinder angeordnet. Ein Pleuel ist mit dem Kolben über einen Kolbenbolzen ver bunden, der durch die Kolbenbolzenbohrung verläuft. Während des Betriebs des Motors erhält der Kolben vor der oberen Totpunktslage des Kompressionshubes eine Kraft in Gegenschubrichtung aufgrund einer Druckkraft aus dem schräg verlaufenden Pleuel heraus und einem Druck aufgrund von komprimierten Gas und gleitet an ei ner gegenschubseitigen inneren Umfangsoberfläche des Zylinders. Bei Annäherung an die obere Totpunktslage erhält der Kolben nicht nur eine verringerte Kraft in Gegenschubrichtung, da die Neigung des Pleuels abnimmt, sondern auch ein Moment entgegen Uhrzeigersinn, da die Kolbenbolzenbohrung zu der Gegenschubseite des Kolbens hin versetzt ist.

Im Ergebnis weist der Kolben ein schubseitiges obe res Ende auf, welches eine schubseitige innere Umfangs oberfläche des Zylinders kontaktiert und ein gegen schubseitiges unteres Ende, das die gegenschubseitige innere Umfangsoberfläche des Zylinders kontaktiert. Nachfolgend führt der Kolben einen Expansionshub durch und unterliegt einer Kraft in Schubrichtung aufgrund eines Drucks des Verbrennungsgases und einer Reaktions kraft vom Pleuel her. Mit wachsender Kraft in Schub richtung wird der Kolben nach unten bewegt, wobei ein Abschnitt zwischen dem schubseitigen oberen Ende und einem unteren Ende über einen weiten Bereich hin in Gleitkontakt mit der schubseitigen inneren Umfangsober fläche des Zylinders ist.

Da die Kolbenbolzenbohrung zu der Gegenschubseite des Kolbens hin versetzt ist, erfährt der Kolben somit im Ausdehnungshub ein Moment entgegen Uhrzeigersinn. Dieses Moment wirkt dahingehend, daß ein Abstand zwi schen einem Ende des Kolbenmantels in Gleitrichtung und der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders vergrößert wird, was die Zufuhr von Schmieröl zu der gesamten schubseitigen Oberfläche des Kolbens ermöglicht.

Der Effekt des Begrenzens von thermischer Ausdeh nung des oberen Endabschnittes des Kolbenmantels durch die Aussteifungen hat jedoch einen Grenzwert und das Vorhandensein der Aussteifungen verhindert, daß der obere Endabschnitt des Kolbenmantels deformiert wird, so daß der Kolbenmantel in vertikaler Richtung eine starke Schwankung in seiner Verformbarkeit hat, was im wesentlichen von der Nachbarschaft der Ausnehmung für den Ölabstreifring herrührt. Um daher ein Festfressen zu verhindern, benötigt ein schubseitiges oberes Ende des Kolbenmantels, das die innere Umfangsoberfläche des Zylinders im Ausdehnungshub berührt, eine Abschrägung oder Konizität mit größerer Neigung als ein oberer Ab schnitt des Kolbens.

Diese Abschrägung bewirkt jedoch größere Oszillati onsbewegungen des Kolbens in einem Ausdehnungshub ge ringerer Geschwindigkeit, wenn das schubseitige obere Ende des Kolbenmantels die innere Umfangsoberfläche des Zylinders berührt. Genauer gesagt, der Kolben hat eine kinetische Energie, die anwächst, wenn er in Gleitkon takt mit der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders gerät, wodurch der Zylinder vibriert und starke Schläge erzeugt. Weiterhin führt das Vergrößern des Abstandes zwischen dem oberen Ende des Kolbenmantels und der in neren Umfangsoberfläche des Zylinders zu einer kleinen Druckwirkungsfläche des Kolbenmantels. Dies erhöht den Oberflächendruck an dem schubseitigen Abschnitt des Kolbenmantels, was es schwierig macht, einen Ölfilm auf einer schubseitigen Umfangsoberfläche des Kolbenmantels auszubilden, was wiederum zur Möglichkeit führt, daß die Reibung hier anwächst.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, einen Kolben für Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei dem weniger Schlagen des Kolbens auftritt und die Reibung zwischen den Kolben und dem Zylinder im Ausdeh nungshub verringert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. 17 angegebenen Merkmale.

Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfin dung wird demnach ein Kolben für einen Verbrennungsmo tor geschaffen, wobei der Kolben auf Schub- und Gegen schubseiten betreibbar ist, und wobei der Kolben auf weist: einen Ringsteg, der eine Kolbenring-Ausnehmung aufweist; einen Kolbenmantel, der mit dem Ringsteg ver bunden ist, so daß die Kolbenring-Ausnehmung benach bart hierzu liegt, wobei der Kolbenmantel eine Kolben bolzenbohrung mit einer Achse aufweist und wobei der Kolbenmantel eine Ebene hat, welche die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält; und eine Konizität, die in dem Kolbenmantel in einem ersten Abschnitt hiervon näher an dem Ringsteg als die Ebene angeordnet ist, wobei die Konizität in Richtung des Ringsteges konver giert.

Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Er findung wird ein Kolben für einen Verbrennungsmotor ge schaffen, wobei der Kolben auf Schub- und Gegenschub seiten betreibbar ist, und wobei der Kolben aufweist: einen Ringsteg, der eine Kolbenring-Ausnehmung auf weist; einen Kolbenmantel, der mit dem Ringsteg ver bunden ist, so daß die Kolbenring-Ausnehmung benachbart hierzu ist, wobei der Kolbenmantel eine Kolbenbolzen bohrung mit einer Achse aufweist und wobei der Kolben mantel eine Ebene hat, welche die Achse der Kolbenbol zenbohrung enthält; und Mittel zum Ausbilden einer Konizität auf dem Kolbenmantel in einem ersten Abschnitt hiervon näher an dem Ringsteg als an der Ebene, wobei die Mittel zum Ausbilden der Konizität in Richtung des Ringsteges konvergieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge genstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeich nung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Kolbens für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich von Fig. 2 entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich von Fig. 3 entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich von Fig. 4 mit dem Kolben im Ausdehnungshub;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich von Fig. 1 einer zwei ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich von Fig. 6 einer drit ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich von Fig. 5 entlang Li nie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 eine vergrößerte grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Form einer Abschrägung, die an einem Kolbenmantel ausgebildet ist;

Fig. 10A eine schematische Darstellung eines Kol bens für den oberen Totpunkt eines Kompressionshubes;

Fig. 10B eine Ansicht ähnlich von Fig. 10A mit dem Kolben knapp bevor der oberen Totpunktslage des Kom pressionshubes;

Fig. 10C eine Ansicht ähnlich von Fig. 10B mit dem Kolben nach der oberen Totpunktslage des Kompressions hubes;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich von Fig. 7 einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Ansicht ähnlich von Fig. 8 entlang Linie XII-XII in Fig. 11;

Fig. 13 eine Ansicht ähnlich von Fig. 12 entlang Linie XIII-XIII in Fig. 11;

Fig. 14A eine Ansicht ähnlich von Fig. 10C mit ei nem Kolben vor der oberen Totpunktslage des Kompressi onshubes;

Fig. 14B eine Ansicht ähnlich von Fig. 14A mit dem Kolben knapp vor der oberen Totpunktslage des Kompres sionshubes;

Fig. 14C eine Ansicht ähnlich von Fig. 14B mit dem Kolben nach der oberen Totpunktslage des Kompressions hubes;

Fig. 15 eine Ansicht ähnlich von Fig. 12 einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 eine Ansicht ähnlich von Fig. 15 entlang Linie XVI-XVI in Fig. 15;

Fig. 17 eine Ansicht ähnlich von Fig. 11 einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine Ansicht ähnlich von Fig. 16 entlang Linie XVIII-XVIII in Fig. 17;

Fig. 19 eine Ansicht ähnlich von Fig. 18 entlang Linie XIX-XIX in Fig. 17;

Fig. 20 eine vergrößerte Schnittdarstellung ent lang Linie XX-XX in Fig. 17;

Fig. 21 eine Ansicht ähnlich von Fig. 20 zur Ver anschaulichung eines Abschnittes D in Fig. 19;

Fig. 22 eine Ansicht ähnlich von Fig. 17 einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 23 eine Ansicht ähnlich von Fig. 22 einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 24 eine Ansicht ähnlich von Fig. 23 einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 25 eine Ansicht ähnlich von Fig. 24 einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 26 eine Seitenansicht der zehnten Ausfüh rungsform;

Fig. 27 eine Ansicht ähnlich von Fig. 9 zur Veran schaulichung der Oberflächenrauhigkeit des Kolbenman tels;

Fig. 28A eine Ansicht ähnlich von Fig. 14C mit ei nem Kolben vor der oberen Totpunktslage des Kompressi onshubes;

Fig. 28B eine Ansicht ähnlich von Fig. 28A mit dem Kolben knapp bevor der oberen Totpunktslage des Kom pressionshubes;

Fig. 28C eine Ansicht ähnlich von Fig. 28B mit dem Kolben nach der oberen Totpunktslage des Kompressions hubes;

Fig. 29 eine Ansicht ähnlich von Fig. 25 zur Ver anschaulichung der Verteilung eines Oberflächendruckes am Kolben;

Fig. 30 eine Ansicht ähnlich von Fig. 29 einer elften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 31 eine Ansicht ähnlich von Fig. 26 der elf ten Ausführungsform;

Fig. 32 eine Ansicht ähnlich von Fig. 18 entlang Linie XXXII-XXXII in Fig. 31;

Fig. 33 eine Ansicht ähnlich von Fig. 32 entlang Linie XXXIII-XXXIII in Fig. 32;

Fig. 34A eine Ansicht ähnlich von Fig. 28 mit ei nem Kolben vor der oberen Totpunktslage des Kompressi onshubes;

Fig. 34B eine Ansicht ähnlich von Fig. 34A mit dem Kolben knapp vor der oberen Totpunktslage des Kompres sionshubes;

Fig. 34C eine Ansicht ähnlich von Fig. 34B mit dem Kolben nach der oberen Totpunktslage des Kompressions hubes;

Fig. 35 eine Ansicht ähnlich von Fig. 29 einer zwölften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 36 eine Ansicht ähnlich von Fig. 19 entlang Linie XXXVI-XXXVI in Fig. 35;

Fig. 37 eine Ansicht ähnlich von Fig. 27 zur Ver anschaulichung der Form einer Abschrägung, die an einem Kolbenmantel ausgebildet ist;

Fig. 38A eine Ansicht ähnlich von Fig. 34C mit ei nem Kolben vor der oberen Totpunktslage des Kompressi onshubes;

Fig. 38B eine Ansicht ähnlich von Fig. 38A mit dem Kolben knapp vor der oberen Totpunktslage des Kompres sionshubes;

Fig. 38C eine Ansicht ähnlich von Fig. 38B mit dem Kolben nach der oberen Totpunktslage des Kompressions hubes; und

Fig. 39 eine grafische Darstellung zur Veranschau lichung von Untersuchungsergebnissen an dem erfindungs gemäßen Kolben.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachfol gend bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemä ßen Kolbens für Verbrennungsmotoren näher erläutert.

Die Fig. 1-5 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Fig. 1-3 weist ein Kolben 1 im wesentlichen einen Kolbenkopf 2 und ei nen Ringsteg 3 auf, der um den Kolbenkopf 2 herum ver laufend ausgebildet ist, wobei eine Schürze 13 und ein Kolbenmantel 4 mit dem Ringsteg 3 verbunden sind.

Der Ringsteg 3 weist Kolbenring-Ausnehmungen 5, 6 und 7 auf. Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, ist an einer Schubseite 1A des Kolbens 1 ein Schlitz 9 durch eine Bodenfläche 7a der Kolbenring-Ausnehmung 7 ausge bildet, welche den Kolbenmantel 4 am nächsten ist, um eine Verbindung zwischen der Innenseite und Außenseite des Kolbens sicher zu stellen. Weiterhin ist eine Aus nehmungsbohrung 10 an jedem umfangsseitigen Ende des Schlitzes 9 ausgebildet.

Die Schürze 13 weist eine Kolbenbolzenbohrung 8 auf, die sich im wesentlichen in Richtung des Durchmes sers des Kolbens 1 erstreckt. Eine Mittellinie X1 der Kolbenbolzenbohrung 8 ist zu einer Gegenschubseite 1b des Kolbens 1 hin bezüglich einer Mittellinie X2 des Kolbens 1 versetzt.

Der Kolbenmantel 4 erstreckt sich einstückig von der Schürze 13 aus und ist an beiden Seiten des Kolbens 1 im wesentlichen parallel zu der Kolbenbolzenbohrung 8 ausgebildet. In der ersten Ausführungsform ist der Kol benmantel 4 an beiden Seiten der Kolbenbolzenbohrung 8 teilweise entfernt, wie in Fig. 3 gezeigt.

Gemäß Fig. 5 ist der Kolben 1 in einem Zylinder 11 angeordnet. Ein Pleuel 12 ist mit dem Kolben 1 über ei nen Kolbenbolzen 14 verbunden, der durch die Kolbenbol zenbohrung 8 verläuft.

Nachfolgend wird das Verhalten des Kolbens 1 in ei nem Ausdehnungshub beschrieben. Im Ausdehnungshub gemäß Fig. 5 steht der Kolbenkopf 2 des Kolbens 1 unter einem Druck F1 des Verwendungsgases, so daß der Kolben 1 in einen unteren Abschnitt des Zylinders 11 gedrückt wird. Hierbei erfährt der Kolben 1 aufgrund einer Reaktions- oder Gegenkraft von dem schräg verlaufenden Pleuel 12 eine Kraft F2 in Schubrichtung. Gleichzeitig erhält der Kolben 1 aufgrund der Versetzung der Kolbenbolzenboh rung 8 zur Gegenschubseite 1b ein entgegen Uhrzeiger richtung gerichtetes Moment M1 um die Kolbenbolzenboh rung 8 herum. Dies vergrößert einen Abstand zwischen einem unteren Ende des Kolbenmantels 4 auf der Schub seite 1a, das heißt einem Ende des Kolbenmantels 4 an der Schubseite 1a in Gleitrichtung und einer inneren Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11, was die Zufuhr von Schmieröl aus einem Kurbelwellengehäuse zu allen seitlichen Oberflächen des Kolbens 1 auf deren Schub seite 1a ermöglicht.

Bei der nach unten gerichteten Bewegung gerät die seitliche Oberfläche des Kolbens 1 auf deren Schubseite 1a in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11. Der Kolben 1 ist so konstruiert, daß auf der Schubseite 1a der Schlitz 9 zwischen dem Ringsteg 3 mit hoher Festigkeit und dem Kolbenmantel 4 ausgebildet ist und die Ausnehmungsbohrung 10 ist an beiden Enden des Schlitzes 9 ausgeformt, wodurch die Festigkeit eines oberen Endes des Kolbenmantels 4 ver ringert wird, was zu einer möglichen Verringerung der Konizität hiervon führt. Somit wird eine Fläche des Kolbenmantels 4 auf der Schubseite 1a in Anlage mit der inneren Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11 in axia ler Richtung des Kolbens 1 verlängert, was ein Hemmen von Oszillationsbewegungen des Kolbens 1 ermöglicht, wenn der Kolbenmantel 4 auf der Schubseite 1a die inne re Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11 berührt.

Aufgrund der abnehmenden Konizität des oberen Endes des Kolbenmantels 4 erhält der Kolbenmantel 4, wenn er in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11 gerät, auf der Schubseite 1a einen Druck über eine große Fläche hinweg, was zu einer mög lichen Verringerung im Oberflächendruck des Kolbenman tels 4 auf der Schubseite 1a führt.

Von daher kann bei der ersten Ausführungsform das Auftreten von Schlägen des Kolbens 1 während eines langsamen Betriebes vermindert werden und die Reibung zwischen der seitlichen Oberfläche des Kolbens 1 auf der Schubseite 1a und der inneren Umfangsoberfläche 11a des Zylinders 11 kann durch die Dicke eines Schmieröl films verringert werden, der auf der seitlichen Ober fläche des Kolbens 1 sichergestellt ist.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vor liegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform ent spricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die umfangsseitige Abmessung des Kol benmantels 4 größer in einem Abschnitt nahe des Ring steges 3 als in einem Abschnitt nahe des unteren Endes des Kolbens 1 ist.

Bei der zweiten Ausführungsform kann zusätzlich zu dem gleichen Effekt wie in der ersten Ausführungsform eine Verringerung im Oberflächendruck des oberen Endes des Kolbenmantels 4 aufgrund der Vergrößerung der wirk samen druckaufnehmenden Fläche erhalten werden. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, da die Dicke eines Schmierölfilmes auf der seitlichen Oberfläche des Kol bens auf der Schubseite 1a sichergestellt wird.

Die Fig. 7-10C zeigen eine dritte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Fig. 7-8 weist ein Kolben 101 einen Kolbenkopf 102 und einen Ringsteg 103 auf, der mit dem Kolbenkopf 102 verbunden ist, sowie einen Kolbenmantel 104, der mit dem Ringsteg 103 verbunden ist. In der dritten Ausführungsform ist der Ringsteg 103 mit drei Kolbenring-Ausnehmungen 105 versehen.

Bolzenlager 106 sind in dem Kolbenmantel 104 an dessen innerem Umfang ausgebildet, wobei jedes hiermit über eine Schürze oder einen Flansch 107 verbunden ist. Die Bolzenlager 106 sind so angeordnet, daß sie einan der bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 101 gegenüber liegen. Die Bolzenlager 106 weisen eine Kolbenbolzen bohrung 108 auf, die dem Kolbenmantel 104 gegenüber liegt und eine Achse X1 hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse Y1 des Kolbens 101 liegt. Die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 108 ist in Richtung der Ge genschubseite des Kolbens 101 gegenüber der Achse Y1 versetzt wie in Fig. 8 gezeigt. Gemäß Fig. 8 ist Y2 ei ne Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 108 schneidet und parallel zur Achse Y1 des Kolbens 101 ist.

Ein Kolbenbolzen 109 verläuft durch die Kolbenbol zenbohrung 108 und dient zur Verbindung mit einem Pleu el 110.

Eine Abschrägung oder Konizität 111 ist an dem Kol benmantel 104 des Kolbens 101 ausgebildet. Genauer ge sagt, die Konizität 111 ist in dem Kolbenmantel 104 in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 103 angeordnet als an einer Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 108 enthält, das heißt, in einem Abschnitt oberhalb der Achse X1. Die Konizität 111 hat eine Form derart, daß sie in Richtung des Ringsteges 103 konver giert. Genauer gesagt hat gemäß Fig. 9 die Konizität 111 einen Konizitätsbetrag TP, der sich zu dem Ringsteg 103 hin in Form einer quadratischen Kurve erhöht.

Es sei festzuhalten, daß die Konizität 111 zumin dest in dem Kolbenmantel 104 auf der Schubseite des Kolbens 101 ausgebildet werden kann, wenn das Verhalten des Kolbens 101 mit in Betracht gezogen wird, wie es später beschrieben werden wird.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erhalten, wenn in einem Abschnitt der halben Abmessung L von der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 108 zu einer Seitenoberfläche 105a der Kolbenring-Ausnehmung 105, die am nächsten zu dem Kolbenmantel 104 liegt, der Konizitätsbetrag TP der Konizität 111 als ein Wert bestimmt wird, der durch Multiplizieren des Durchmessers (in µm) des Kolbens 101 mit 0,00015 bis 0,00025 erhalten wird.

In der dritten Ausführungsform ist eine Abschrägung oder Konizität 112 an einem Ende des Kolbenmantels 104 entfernt von dem Ringsteg 103, das heißt an einem unte ren Ende hiervon ausgebildet und konvergiert in Rich tung dieses Endes.

Der Kolben 101 ist in einem Motor (nicht darge stellt) betrieblich angeordnet. Während des Betriebes des Motors zeigt der Kolben 101 das Verhalten gemäß den Fig. 10A-10C in den Kompressions- und Ausdehnungshü ben. Genauer gesagt, gemäß Fig. 10A erhält der Kolben 101 vor der oberen Totpunktslage des Kompressionshubes einen Druck Fg von komprimiertem Gas (genauer gesagt, die Summe aus Druck des komprimierten Gases und der Trägheitskraft des Kolbens 101). Der Druck Fg des kom primierten Gases wird in eine Kraft Fc für das schräg liegende oder verlaufende Pleuel 110 und in eine Schub kraft Ft aufgespalten, so daß der Kolben 101 der Schub kraft Ft unterliegt, um sich entlang einer inneren Oberfläche C des Zylinders an der Gegenschubseite zu bewegen.

Wenn sich der Kolben 101 der oberen Totpunktslage nähert, wird die Schubkraft Ft mit anwachsendem Druck Fg des komprimierten Gases und abnehmender Schrägstel lung oder Neigung des Pleuels 110 verringert. Im Ergeb nis erzeugt gemäß Fig. 10B der Kolben 101 ein Moment M, um entgegen Uhrzeigersinn an einem unteren Ende B des Kolbenmantels zu drehen, wobei ein oberes Ende A des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 101 die innere Oberfläche C des Zylinders an dessen Schubseite berührt. In diesem Zustand tritt der Kolben 101 in den Expansionshub ein.

Wenn gemäß Fig. 10C der Kolben 101 die obere Tot punktslage überläuft, kehrt sich die Neigung des Pleu els 110 um. Dies ändert die Richtung der Schubkraft Ft, so daß der Kolben 101 am unteren Ende A des Kolbenman tels ein Moment M im Uhrzeigersinn erzeugt, wodurch ei ne Seitenoberfläche des Kolbenmantels auf der Schub seite des Kolbens 101 die innere Oberfläche C des Zy linders an dessen Schubseite kontaktiert. Danach tritt der Kolben 101 in den Ausdehnungshub ein, um sich ent lang der inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Schubseite des Kolbens 101 zu bewegen.

Im Nahbereich der oberen Totpunktslage des Kompres sionshubes wird das obere Ende A des Kolbenmantels durch Berührung der inneren Oberfläche C des Zylinders geneigt oder verkippt. Da gemäß der dritten Ausfüh rungsform die Konizität 111 an dem Kolbenmantel 104 in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 103 als an einer Ebene ausgebildet ist, welche die Achse X1 der Kolben bolzenbohrung 108 enthält, wird eine Neigung θ der Achse Y1 des Kolbens 101 bezüglich einer Achse Y0 des Zylinders kleiner als bei einem herkömmlichen Kolben.

Bei dem Ausdehnungshub unmittelbar nach der Zündung stellt somit der Kolben 101 durch Drehen im Uhrzeiger sinn des oberen Endes A des Kolbenmantels, so daß die Seitenoberfläche die innere Oberfläche C des Zylinders berührt, sicher, daß eine Drehung mit verringertem Win kel erfolgt. Dies führt zu einer verringerten kineti schen Energie des Kolbens 101 und somit einem verrin gerten Auftreten von Schlägen. Von daher kann ein Kol ben 101 erhalten werden, bei dem das Kolbenkippen maxi mal verringert ist.

Die Fig. 11-14C zeigen eine vierte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Fig. 11-13 umfaßt ein Kolben 201 einen Kolbenkopf 202, einen Ringsteg 203, der mit dem Kolbenkopf 202 verbunden ist und einen Kolbenmantel 204, der mit dem Ringsteg 203 verbunden ist. In der vierten Ausführungsform weist der Ringsteg 203 drei Kolbenring-Ausnehmungen 205, 206 und 207 auf. Die Kolbenring-Ausnehmungen 205 und 206, die nahe des Kolbenkopfes 202 ausgebildet sind, dienen als Kompressionsring-Ausnehmungen und die Kolbenring-Aus nehmung 207 benachbart dem Kolbenmantel 204 dient als Ölabstreiferring-Ausnehmung.

Schürzen oder Flansche 208 sind an dem Kolbenmantel 204 ausgebildet und Bolzenlager 209 sind so ausgebil det, daß sie sich von den Schürzen 208 in Richtung des inneren Umfanges des Kolbenmantels 204 erstrecken. Wie in Fig. 13 gezeigt, sind die Schürzen 208 und die Bol zenlager 209 so angeordnet, daß sie einander bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 201 gegenüberliegen. In je dem Bolzenlager 209 ist eine Kolbenbolzenbohrung 210 ausgebildet, welche sich beidseitig zu der Schürze 208 hin öffnet. Die Kolbenbolzenbohrung 210 weist eine Achse X1 auf, welche im wesentlichen senkrecht zu der Achse Y1 des Kolbens 201 verläuft und zu der Gegen schubseite des Kolbens 201 bezüglich der Achse Y1 hier von versetzt ist, wie in Fig. 12 gezeigt. Gemäß Fig. 12 ist Y2 eine Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 schneidet und parallel zu der Achse Y1 des Kolbens 201 verläuft.

Ein Kolbenbolzen 211 verläuft durch die Kolbenbol zenbohrung 210 und ein Pleuel 212 ist hiermit in Ver bindung.

Eine Abschrägung oder Konizität 213 ist in dem Kol benmantel 204 des Kolbens 201 an der inneren Umfangs fläche zumindest der Schubseite des Kolbens 201 so aus gebildet, daß sich allmählich die Dicke des Kolbenman tels 204 von einem Abschnitt, der näher an dem Ringsteg 203 als an einer Ebene mit der Achse X1 der Kolbenboh rung 210 liegt, zu einem Abschnitt erhöht, der hiervon entfernt ist. Genauer gesagt, in der vierten Ausfüh rungsform sind gemäß Fig. 12 die Konizitäten 213 an dem Kolbenmantel 204 an der inneren Umfangsoberfläche von sowohl den Schub- als auch Gegenschubseiten des Kolbens 201 so ausgebildet, daß eine axiale Änderung in der Dicke des Kolbenmantels 204 derart erhalten wird, daß die Dicke am oberen Ende gering und am unteren Ende hoch ist.

Gemäß Fig. 13 ist die Dicke des Kolbenmantels 204 mit der Ausnahme, daß sie für einen sanften Verbin dungsübergang mit der Schürze 208 sich stark ändert, im wesentlichen gleich oder wächst allmählich in Richtung der Schürze 208 bezüglich der Umfangsrichtung an. Gemäß Fig. 13 ist X2 eine Linie, welche die Achse Y1 des Kol bens 210 schneidet und parallel zur Achse X1 der Kol benbolzenbohrung 210 verläuft und Z1 ist eine Linie, welche die Achse Y1 des Kolbens 201 schneidet und senk recht zur Linie X2 ist.

Gemäß Fig. 12 ist eine Stufe 214 an der untersten Stelle des Kolbenmantels 204 am inneren Umfang ausge bildet, um als Bezugspunkt zur Bearbeitung des Kolbens 201 zu dienen.

Der Kolben 201 ist in einem (nicht dargestellten) Motor betrieblich angeordnet. Während eines Betriebs des Motors zeigt der Kolben 201 das Verhalten gemäß den Fig. 14A-14C während der Kompressions- und Ausdeh nungshübe. Gemäß den Fig. 14A-14C ist Y0 eine Achse eines Zylinders. Gemäß 14A erfährt vor der oberen Tot punktslage des Kompressionshubes der Kolben 201 einen Druck Fg des komprimierten Gases (genauer gesagt, der Summe aus dem Druck des komprimierten Gases und einer Trägheitskraft des Kolbens 201). Der Druck Fg des kom primierten Gases wird in eine Kraft Fc des schräg ver laufenden Pleuels 212 und eine Schubkraft Ft aufgespal ten, so daß der Kolben 201 der Schubkraft Ft unter liegt, um sich entlang einer inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Gegenschubseite zu bewegen.

Wenn sich der Kolben 201 der oberen Totpunktslage annähert, wird die Schubkraft Ft mit anwachsendem Druck Fg des komprimierten Gases und verringerter Neigung des Pleuels 212 verringert. Im Ergebnis erzeugt gemäß Fig. 14B der Kolben 201 ein Moment M, um an einem unteren Ende B des Kolbenmantels entgegen Uhrzeigersinn zu dre hen, wobei ein oberes Ende A des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 201 die innere Oberfläche C des Zylinders an dessen Schubseite berührt. In diesem Zu stand tritt der Kolben 201 in den Ausdehnungshub ein.

Wenn gemäß Fig. 14C der Kolben 201 die obere Tot punktslage durchläuft, wird die Neigung oder Schräg stellung des Pleuels 212 umgekehrt. Dies ändert die Richtung der Schubkraft Ft, so daß der Kolben 201 ein Moment M erzeugt, um am oberen Ende A des Kolbenmantels im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch eine seitliche Oberfläche des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 201 die innere Oberfläche C des Zylinders an dessen Schubseite berührt. Danach tritt der Kolben 201 in den Ausdehnungshub ein, um sich entlang der inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Schubseite des Kol bens 201 zu bewegen.

Unmittelbar nach der oberen Totpunktslage erfährt der Kolben 201 auf der Seitenoberfläche der Schubseite die größte Seitenkraft aufgrund der Schubkraft Ft. Stu dien haben ergeben, daß der Mittelpunkt einer Kolben fläche, welche einen Oberflächendruck erfährt, der grö ßer als ein bestimmter Wert ist, oberhalb der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 liegt und ein Kolbenbe reich, der dem größten Oberflächendruck unterliegt, ebenfalls oberhalb hiervon liegt.

Gemäß der vierten Ausführungsform ist die Dicke des Kolbenmantels 204 in dem Bereich verringert, der einer relativ großen Seitenkraft unterliegt, das heißt in ei nem Bereich näher dem Ringsteg 203 als der Ebene, wel che die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 enthält, wodurch eine verringerte Steifigkeit in diesem genann ten Bereich erhalten wird. Dies verringert eine Auf schlagskraft, die erzeugt wird, wenn der Kolben 201 die innere Oberfläche C des Zylinders berührt, so daß eine Erhöhung im Oberflächendruck des Kolbenmantels 204 wirksam eingeschränkt wird.

Weiterhin erhöht sich die Dicke des Kolbenmantels 204 allmählich von dem dünnen Abschnitt nahe des Ring steges 204, so daß eine Grenze zwischen dem dicken und dem dünnen Bereich unbestimmt wird, so daß kein lokales Anwachsen des Oberflächendruckes in dem Kolbenmantel 204 an einer derartigen Grenzfläche erhalten wird. Dies verhindert, daß die Reibung zwischen dem Kolben 201 und der inneren Oberfläche des Zylinders anwächst. Von da her kann ein Kolben 201 erhalten werden, bei dem das Kolbenkippen maximal verringert und die Reibung abge senkt ist.

Die Fig. 15-16 zeigen eine fünfte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausfüh rungsform entspricht im wesentlichen der vierten Aus führungsform mit der Ausnahme, daß die Dicke des Kol benmantels 204 auf der Schubseite des Kolbens 201 all mählich umfangsseitig von einer Position im wesentli chen senkrecht zur Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 angehoben wird und allmählich von einem Abschnitt näher dem Ringsteg 203 als einer Ebene enthaltend die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 zu einem Abschnitt ent fernt hiervon mit Ausnahme einer Position im wesentli chen senkrecht zu der Achse X1 erhöht wird.

Genauer gesagt, in der fünften Ausführungsform ist gemäß Fig. 16 die Dicke des Kolbenmantels 204 sowohl auf der Schub- als auch der Gegenschubseite des Kolbens 201 an Stellen am kleinsten, welche im wesentlichen senkrecht zu der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 liegen und sie werden allmählich in Umfangsseitenrich tung von diesen Stellen aus erhöht. Weiterhin wächst jede Dicke des Kolbenmantels 204 allmählich von dem Ab schnitt aus an, der näher an dem Ringsteg 203 liegt, als an der Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzen bohrung 210 enthält, in Richtung eines Abschnittes ent fernt hiervon mit Ausnahme einer Position im wesentli chen senkrecht zu der Achse X1. Das bedeutet, daß an einer Stelle im wesentlichen senkrecht zur Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 die Dicke des Kolbenmantels 204 axial im wesentlichen gleich ist, wohingegen an anderen Stellen sie allmählich von einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 203 als an der Ebene mit der Achse X1 der Kol benbolzenbohrung 210 zu Abschnitten entfernt hiervon anwächst.

Gemäß der fünften Ausführungsform ist die Dicke des Kolbens 201 an dessen Schubseite umfangsseitig allmäh lich anwachsend von einer Position aus, die im wesent lichen senkrecht zur Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 liegt und nimmt in einem Abschnitt näher zu dem Ringsteg 203 als zu der Ebene mit der Achse X1 der Kol benbolzenbohrung 210 ab, so daß der gleiche Effekt wie in der vierten Ausführungsform erhalten werden kann.

Es sei hier festzuhalten, daß anstelle einer Ver setzung zur Gegenschubseite des Kolbens 201 bezüglich dessen Achse Y1 die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 210 zu der Schubseite des Kolbens 201 hin versetzt wer den kann.

Die Fig. 17-21 zeigen eine sechste Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Fig. 17- 18 umfaßt ein Kolben 301 im wesentlichen einen Kolben kopf 302 und einen Ringsteg 303, der mit dem Kolbenkopf 302 verbunden ist, wobei ein Kolbenmantel 304 mit dem Ringsteg 303 verbunden ist. In der sechsten Ausfüh rungsform ist der Ringsteg 303 mit drei Kolbenring-Aus nehmungen 305 versehen.

Bolzenlager 306 sind in dem Kolbenmantel 304 an dessen innerem Umfang ausgebildet, wobei jeder hiermit über eine Schürze oder einen Flansch 307 verbunden ist. Die Bolzenlager 306 sind so angeordnet, daß sie einan der bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 301 gegenüber liegen. Jedes Bolzenlager 306 weist eine Kolbenbolzen bohrung 308 auf, welche der Schürze 304 gegenüberliegt und eine Achse X1 hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse Y1 des Kolbens 301 liegt. Die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 ist zu der Gegenschubseite des Kolbens 301 bezüglich dessen Achse Y1 versetzt, wie in den Fig. 18-19 gezeigt. Gemäß Fig. 19 ist Y2 eine Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 schneidet und parallel zur Achse Y1 des Kolbens 301 ist und Y3 ist eine Linie, welche die Achse X1 der Kolben bolzenbohrung 308 schneidet und senkrecht zur Achse Y1 des Kolbens 301 ist.

Der ovale Betrag des Kolbenmantels 304 des Kolbens 301 ist kleiner, zumindest auf der Schubseite des Kol bens 301, in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 303 als an einer Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 308 enthält. Wenn daher der Kolben 301 gemäß Fig. 17 den inneren Umfang eines (nicht dargestellten) Zylinders kontaktiert, bildet der Kolben 301 eine Kon taktoberfläche 309 mit einem größerem umfangsseitigen Bereich in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 303 als an einer Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 308 enthält.

Die Abmessung des Kolbenmantels 304 in Richtung der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 ist in einem Be reich näher an dem Ringsteg 303 größer als in der Ebene mit der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrungen 308. Gemäß der Fig. 17-18 ist bezüglich des Kolbenmantels 305 eine Abmessung W2 in einem Bereich näher an dem Ring steg 303 gesehen von der Ebene mit der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 größer als eine Abmessung W1 in einem Abschnitt entfernt hiervon.

In der sechsten Ausführungsform wird gemäß Fig. 18 die Abmessung W2 des Kolbenmantels 304 so bestimmt, daß sie sich nur auf der Schubseite des Kolbens 301 erhöht und der Abmessung W1 auf der Gegenschubseite hiervon entspricht. Diese Bestimmung, welche in Übereinstimmung mit Ergebnissen von Verhaltensanalysen des Kolbens 301 im Zylinder gemacht wird, erlaubt eine Gewichtsverrin gerung des Kolbens 301 im Vergleich zu einem Kolben, wo die Abmessungen des Kolbenmantels 304 sowohl auf der Schub- als auch der Gegenschubseite erhöht werden. Wei terhin erleichtert ein Erhöhen der Abmessung W2 des Kolbenmantels 304 eine Deformation hiervon auf der Schubseite des Kolbens 301, was zu einer Verbesserung der Festfreßsicherheit des Kolbens 301 an einer inneren Oberfläche des Zylinders beiträgt, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit und hoher Last läuft, wo eine größere Seitenkraft am Kolben 301 wirkt, wie nachfol gend beschrieben wird.

Gemäß Fig. 17 ist eine Ausnehmung 310 an dem Kol benmantel 304 an dem äußeren Umfang des Abschnittes ausgebildet, der näher an dem Ringsteg 303 liegt, als eine Ebene, die die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 enthält. Gemäß den Fig. 20 und 21 öffnet sich die Ausnehmung 310 zu einer Seite des Ringsteges 303 und hat eine bestimmte Breite w und eine bestimmte Tiefe t. Die Ausnehmung 310 weist einen kreisförmigen Abschnitt zwischen einer unteren Kante 310a und einer Oberflächenkante 310b auf, wo die Ausnehmung 310 von der Zylinderwand des Zylinders 301 aus beginnt.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erhalten, wenn die Ausnehmung 310 des Kolbenmantels 304 am äußeren Umfang eine Breite gleich annähernd ein Fünftel der Abmessung W1 des Kolbenmantels 304 hat, wobei die Tiefe gleich ungefähr 20 µm ist.

Der Kolben 301 ist für einen Betrieb in einem (nicht dargestellten) Motor angeordnet. Wenn der Motor mit mittlerer oder geringer Drehzahl und geringer Last läuft, so daß eine geringere Seitenkraft auf den Kolben 301 einwirkt, wird ein Anwachsen einer Kontaktfläche des Kolbenmantels 304 des Kolbens 301 mit der inneren Oberfläche des Zylinders durch die Ausnehmung 310 be grenzt, was ein eingeschränktes Anwachsen der Reibung des Kolbens 301 mit der inneren Oberfläche des Zylin ders ermöglicht. Genauer gesagt, der ovale Betrag des Kolbens 301 ist in einem Bereich näher an dem Ringsteg 303 kleiner als an einer Ebene, die die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 enthält und die Ausnehmung 310 ist in dem Kolbenmantel 304 am äußeren Umfang des Ab schnittes mit dem kleineren ovalen Betrag ausgebildet, so daß eine erhöhte Kontaktfläche mit der inneren Ober fläche des Zylinders erhalten wird und weiterhin liegt die Ausnehmung 310 näher an dem Ringsteg 303 als an der Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 enthält, so daß ein verringertes Anwachsen der Kontakt fläche des Kolbens 301 mit der inneren Oberfläche des Zylinders möglich ist, wodurch eine eingeschränkte Rei bung erhalten wird.

Wenn andererseits der Motor mit hoher Drehzahl und hoher Last betrieben wird, um eine größere Seitenkraft auf den Kolben 301 zu bewirken, wird der Kolbenmantel 304 des Kolbens 301 elastisch deformiert. Somit berührt die Ausnehmung 310 des Kolbenmantels 304 am äußeren Um fang ebenfalls die innere Oberfläche des Zylinders. Dies führt zu einem erheblichen Anwachsen der Kontakt fläche des Kolbens 301 trotz des Vorhandenseins der Ausnehmung 310 im Kolbenmantel 304, was zu einer Ver besserung der Festfreßsicherheit des Kolbens 301 bezüg lich der inneren Oberfläche des Zylinders führt.

Weiterhin dient die Ausnehmung 310 im Kolbenmantel 304 als Eintrittsdurchlaß für Schmieröl oder Motoröl, was zu der vorteilhaften Ausbildung eines Ölfilmes an der Kontaktoberfläche des Kolbens 310 mit der inneren Oberfläche des Zylinders beiträgt.

Somit kann bei der sechsten Ausführungsform der Kolben 301 ohne Festfreß-Tendenzen und mit verringerter Reibung an der inneren Oberfläche des Zylinders erhal ten werden.

Die Fig. 22-24 zeigen siebte bis neunte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese Ausfüh rungsformen sind im wesentlichen gleich der sechsten Ausführungsform mit Ausnahme der folgenden Punkte:

In der siebten Ausführungsform gemäß Fig. 22 ist die Abmessung des Kolbenmantels 304 in Richtung der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 308 nicht in einem Ab schnitt näher an dem Ringsteg 303 größer als an der Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung ent hält und die Abmessung des Kolbens 301 ist auf der Schub- und Gegenschubseite gleich.

In der achten Ausführungsform gemäß Fig. 23 hat die Ausnehmung 310 des Kolbenmantels 304 am äußeren Umfang eine derartige Form, daß sie sich in Richtung des Ring steges 303 in der Breite vergrößert.

Bei der neunten Ausführungsform gemäß Fig. 24 hat die Ausnehmung 310 im Kolbenmantel 304 am äußeren Um fang eine Formgebung, daß sie sich von einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 303 als an der Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung enthält, zu einem Ab schnitt entfernt hiervon erstreckt.

Die siebten bis neunten Ausführungsformen ergeben den gleichen Effekt wie die sechste Ausführungsform. Weiterhin ist bei der neunten Ausführungsform die Kon taktfläche des Kolbens 301 mit der inneren Oberfläche des Zylinders in einem Abschnitt entfernt von dem Ring steg 303 verringert, was zu einer weiteren Abnahme der Reibung des Kolbens 301 führt.

Es sei festzuhalten, daß die Ausnehmung 310 des Kolbenmantels 304 sich am äußeren Umfang nicht zu dem Ringsteg 303 hin öffnen muß.

Die Fig. 25-29 zeigen eine zehnte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß den Fig. 25-26 umfaßt ein Kolben 401 einen Kolbenkopf 402 und einen Ringsteg 403, der mit dem Kolbenkopf 402 verbunden ist, wobei ein Kolbenmantel 404 mit dem Ringsteg 403 verbun den ist. In der zehnten Ausführungsform weist der Ring steg 403 drei Kolbenring-Ausnehmungen 405 auf.

Bolzenlager 406 sind so ausgebildet, daß sie zum inneren Umfang des Kolbenmantels 404 vorstehen und sind so angeordnet, daß sie einander bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 401 gegenüberliegen. Die Bolzenlager 406 sind mit einer Kolbenbolzenbohrung 407 versehen, welche in Richtung des Kolbenmantels 404 weist und eine Achse X1 hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse Y1 des Kolbens 401 verläuft. Die Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 407 ist zur Gegenschubseite des Kolbens 401 bezüglich der Achse Y1 hiervon versetzt, wie in Fig. 26 gezeigt. Gemäß Fig. 26 ist Y2 eine Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 407 schneidet und par allel zur Achse Y1 des Kolbens 401 verläuft.

Ein Kolbenbolzen 408 verläuft durch die Kolbenbol zenbohrung 407 und ein Pleuel 509 ist hiermit verbun den. Der Kolbenmantel 404 des Kolbens 401, der maschi nell bearbeitet wurde, weist eine Oberflächenrauhigkeit ab, welche zumindest an der Schubseite des Kolbens 401 in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 403 als an ei ner Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 407 enthält, größer ist, das heißt in einem Abschnitt oberhalb der Achse X1 gemäß Fig. 25 und klein in einem Abschnitt entfernt hiervon, das heißt in einem Ab schnitt unterhalb der Achse X1 gemäß Fig. 25. Genauer gesagt, gemäß Fig. 27 hat bei der zehnten Ausführungs form der Kolbenmantel 404 des Kolbens 401, der auf ei ner Drehbank gefertigt wurde, geradlinige Spuren, wel che rauh und tief in dem Abschnitt oberhalb der Achse X1 des Kolbens 401 sind und fein und nicht tief in dem Abschnitt hierunter sind. Gemäß Fig. 27 ist Z1 eine Li nie, welche einen Mittelpunkt der Kolbenbolzenbohrung 407 schneidet und senkrecht zur Achse X1 hiervon steht.

Der Abschnitt des Kolbenmantels 404 mit den groben und tiefen geradlinigen Spuren dient dazu, Schmieröl oder Motoröl zurückzuhalten und hat eine höhere Halte leistung hierfür als der Abschnitt des Kolbenmantels 404 mit den feinen und nicht zu tiefen geradlinigen Spuren oder Riefen.

In der zehnten Ausführungsform hat der Kolbenmantel 404 nur auf der Schubseite des Kolbens 401 eine größere Oberflächenrauhigkeit, um die Schmieröl-Halteeigen schaften in einem Abschnitt zu erhöhen, der der größten Seitenkraft unterworfen ist und um den Gleitwiderstand an den anderen Abschnitten zu verringern.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erhalten, wenn die Oberflächenrauhigkeit des Kolbenmantels 404 in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 403 als an der Ebene mit der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 407 15 µm be trägt und in einem Abschnitt entfernt von dem Ringsteg 403 5 µm beträgt.

Der Kolben 401 ist für einen Betrieb in einem (nicht dargestellten) Motor angeordnet. Während eines Betriebs des Motors zeigt der Kolben 401 das Verhalten gemäß den Fig. 28A-28C in den Kompressions- und Aus dehnungshüben. Gemäß den Fig. 28A-28C ist Y0 eine Achse eines Zylinders. Gemäß Fig. 28A erhält der Kolben 401 vor der oberen Totpunktslage des Kompressionshubes eine Kraft Fg von komprimiertem Gas (genauer gesagt, der Summe aus dem Druck des komprimierten Gases und ei ner Trägheitskraft des Kolbens 401). Der Druck Fg des komprimierten Gases wird in eine Kraft Fc für das schräg verlaufende Pleuel 409 und eine Schubkraft Ft unterteilt, so daß der Kolben 401 der Schubkraft Ft un terliegt, um sich auf der Gegenschubseite an einer In nenoberfläche C des Zylinders zu bewegen.

Wenn der Kolben 401 die obere Totpunktslage er reicht, wird die Schubkraft Ft mit wachsendem Druck Fg des komprimierten Gases und abnehmenden Neigungswinkel des Pleuels 409 verringert. Im Ergebnis erzeugt gemäß Fig. 28B der Kolben 401 ein Moment M, um entgegen Uhr zeigersinn am unteren Ende B des Kolbenmantels zu dre hen, wodurch ein oberes Ende A des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 401 die innere Oberfläche C des Zylinders auf dessen Schubseite berührt. In diesem Zustand tritt der Kolben 401 in den Ausdehnungshub ein.

Wenn gemäß Fig. 28C der Kolben 401 die obere Tot punktslage durchlaufen hat, wird die Neigung des Pleu els 409 umgekehrt. Dies ändert die Richtung der Schub kraft Ft, so daß der Kolben 401 ein Moment M erzeugt, um am oberen Ende A des Kolbenmantels im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch eine Seitenoberfläche des Kolbenman tels auf der Schubseite des Kolbenmantels 401 die inne re Oberfläche C des Zylinders auf dessen Schubseite be rührt. Danach tritt der Kolben 401 in den Ausdehnungs hub ein, um sich an der inneren Oberfläche C des Zylin ders entlang an der Schubseite des Kolbens 401 zu bewe gen.

Unmittelbar nach der oberen Totpunktslage erfährt der Kolben 401 an der seitlichen Oberfläche der Schub seite die größte Seitenkraft aufgrund der Schubkraft Ft. Untersuchungen haben ergeben, daß die Verteilung eines Oberflächendruckes des Kolbens 401 in diesem Falle wie in Fig. 29 gezeigt ist. Gemäß Fig. 29 ent spricht eine mit einem weiten Netz oder Gitter gekenn zeichnete Fläche einer Fläche, die einem ersten Ober flächendruck unterliegt, der größer als ein bestimmter Wert ist und die mit einem engen Netz oder Gitter ge kennzeichnete Fläche entspricht einem Flächenbereich, der einem zweiten Oberflächendruck unterliegt, der" et was größer als der erste Oberflächendruck ist und ein schwarz eingezeichneter Abschnitt entspricht einem Flä chenbereich, der einem dritten Oberflächendruck oder dem größten Oberflächendruck unterliegt. Genauer ge sagt, der Mittelpunkt der Kolbenfläche, die einem Ober flächendruck unterliegt, der größer als ein bestimmter Wert ist, liegt oberhalb der Achse X1 der Kolbenbolzen bohrung 407 und ein Kolbenbereich, der dem größten Oberflächendruck unterliegt, ist ebenfalls hierüber an geordnet.

Bei der zehnten Ausführungsform ist die Oberflä chenrauhigkeit des Kolbenmantels 404 in einem oberen Abschnitt des Kolbenmantels 404 größer, der einer rela tiv hohen Seitenkraft unterliegt, das heißt in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 403 als an der Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 407 ent hält. Somit hat der obere Abschnitt des Kolbenmantels 404 mit der größeren Oberflächenrauhigkeit eine höhere Schmieröl-Rückhaltefähigkeit. Dies führt zu der ge wünschten oder vorteilhaften Ausbildung eines Ölfilmes an einer Kontaktoberfläche des Kolbens 401 im oberen Abschnitt des Kolbenmantels 404 mit der inneren Ober fläche C des Zylinders, was dazu führt, daß der Kolben 401 sich an der inneren Oberfläche C des Zylinders nicht festfressen kann.

Weiterhin ist die Oberflächenrauhigkeit des Kolben mantels 404 in einem unteren Abschnitt des Kolbenman tels 404 kleiner, wo eine relativ kleine Seitenkraft vorliegt, das heißt in einem Abschnitt, der von dem Ringsteg 403 weiter entfernt ist als die Ebene, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 407 enthält, was zu einem verringerten Gleitwiderstand des Kolbens 401 am unteren Abschnitt des Kolbenmantels 404 mit der in neren Oberfläche C des Zylinders führt.

Von daher kann bei der zehnten Ausführungsform ein Kolben 401 erhalten werden, der keine Festfreß-Tenden zen hat und der innerhalb der inneren Oberfläche C des Zylinders mit verringerter Reibung läuft.

Es sei festzuhalten, daß der Kolbenmantel 404 an stelle von Drehen durch Fräsen hergestellt werden kann.

Die Fig. 30-34C zeigen eine elfte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß den Fig. 30-31 umfaßt ein Kolben 501 einen Kolbenkopf 502, einen Ringsteg 503, der mit dem Kolbenkopf 502 verbunden ist, und einen Kolbenmantel 504, der mit dem Ringsteg 503 verbunden ist. In der elften Ausführungsform weist der Ringsteg 503 drei Kolbenring-Ausnehmungen 505, 506 und 507 auf. Die Kolbenring-Ausnehmungen 505 und 506, die näher an dem Kolbenkopf 502 ausgebildet sind, dienen als Kompressionsring-Ausnehmungen und die Kolbenring- Ausnehmung 507, welche benachbart dem Kolbenmantel 504 ausgebildet ist, dient als Ölabstreifring-Ausnehmung.

Schürzen oder Flansche 508 sind an dem Kolbenmantel 504 ausgeformt und Bolzenlager 509 sind ausgebildet, um sich zum inneren Umfang des Kolbenmantels 504 zu er strecken. Gemäß Fig. 32 sind die Schürzen 508 und Bol zenlager 509 so angeordnet, daß sie einander bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 501 gegenüberliegen. Die Bolzenlager 509 weisen eine Kolbenbolzenbohrung 510 auf, die sich zu beiden Seiten der Schürze 508 hin öff net. Die Kolbenbolzenbohrung 510 hat eine Achse X1, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse Y1 des Kol bens 501 ist und zu der Gegenschubseite des Kolbens 501 bezüglich der Achse Y1 hiervon versetzt ist, wie in Fig. 31 gezeigt.

Ein Kolbenbolzen 511 verläuft durch die Kolbenbol zenbohrung 510 und ein Pleuel 512 ist hiermit verbun den.

Wie aus den Fig. 32 und 33 hervorgeht, sind drei Ölbohrungen 513 oberhalb des Kolbenmantels 504 auf der Schubseite des Kolbens 501 in der Ölabstreifring-Aus nehmung 507 ausgebildet. Jede Ölbohrung 513 weist eine Umfangskante 513a auf, die sich zu dem Kolbenmantel 504 über eine Seitenoberfläche 507a der Ölabstreifring-Aus nehmung 507 erstreckt, sowie einen Boden 513b, der tie fer als ein Boden 507b der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 liegt, und nicht in Verbindung mit dem inneren Um fang des Kolbens 501 steht.

Drei Durchgangsbohrungen 514 sind in der Ölab streifring-Ausnehmung 507 an Stellen angeordnet, daß bezüglich der Achse Y1 des Kolbens 501 im wesentlichen Symmetrie mit den Ölbohrungen 513 besteht, das heißt, sie liegen oberhalb des Kolbenmantels 504 auf der Ge genschubseite des Kolbens 501, so daß sie mit dem inne ren Umfang des Kolbens 501 in Verbindung stehen. Jede Durchgangsbohrung 514 weist eine Umfangskante 514a auf, die sich teilweise in den Kolbenmantel 504 über die Seitenoberfläche 507a der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 erstreckt.

Gemäß Fig. 31 ist Y2 eine Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 510 schneidet und parallel zur Achse Y1 des Kolbens 501 verläuft. Gemäß Fig. 32 ist X2 eine Linie, welche die Achse Y1 des Kolbens 501 schneidet und parallel zur Achse X1 der Kolbenbolzen bohrung 510 ist.

Der Kolben 501 wird für einen Betrieb in einem (nicht dargestellten) Motor angeordnet. Während des Be triebs des Motors zeigt der Kolben 501 das Verhalten gemäß den Fig. 34A-34C während der Kompressions- und Ausdehnungshübe. Bevor gemäß Fig. 34A der Kolben die obere Totpunktslage des Kompressionshubes erreicht, er fährt der Kolben 501 einen Druck Fg des komprimierten Gases (genauer gesagt, die Summe aus Druck des kompri mierten Gases und einer Trägheitskraft des Kolbens 501). Der Druck Fg des komprimierten Gases wird in eine Kraft Fc des schräg verlaufenden Pleuels 512 und eine Schubkraft Ft aufgeteilt, so daß der Kolben 501 der Schubkraft Ft unterliegt, um sich auf der Gegenschub seite an einer inneren Oberfläche C des Zylinders zu bewegen.

Wenn der Kolben 501 sich der oberen Totpunktslage annähert, wird die Schubkraft Ft mit wachsendem Druck Fg des komprimierten Gases und abnehmenden Neigungswin kel des Pleuels 512 verringert. Im Ergebnis erzeugt ge mäß Fig. 34B der Kolben 501 ein Moment M, um an einem unteren Ende B des Kolbenmantels entgegen Uhrzeigersinn zu drehen, so daß ein oberes Ende A des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 501 die innere Oberflä che C des Zylinders an der Schubseite berührt. In die sem Zustand tritt der Kolben 501 in den Ausdehnungshub ein.

Wenn gemäß Fig. 34C der Kolben 501 die obere Tot punktslage durchläuft, wird die Neigung des Pleuels 512 umgekehrt. Dies ändert die Richtung der Schubkraft Ft, so daß der Kolben 501 ein Moment M erzeugt, um an einem oberen Ende des Kolbenmantels im Uhrzeigersinn zu dre hen, so daß eine Seitenoberfläche des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 501 die innere Oberfläche C des Zylinders an dessen Schubseite berührt. Danach tritt der Kolben 501 in den Ausdehnungshub ein, um sich an der inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Schubseite des Kolbens 501 zu bewegen.

Unmittelbar nach der oberen Totpunktslage erfährt der Kolben 501 an der Seitenoberfläche der Schubseite die größte Seitenkraft aufgrund der Schubkraft Ft und gerät im Hinblick auf Festfressen an der inneren Ober fläche C des Zylinders in einen kritischen Zustand.

Gemäß der elften Ausführungsform dienen die Ölboh rungen 513, die in der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 oberhalb des Kolbenmantels 504 auf der Schubseite des Kolbens 501 ausgebildet sind, als Reservoir für Schmieröl oder Motoröl. Dies trägt zu einer vorteilhaf ten Ausbildung eines Ölfilmes an einer Kontaktoberflä che des Kolbens 501 mit der inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Schubseite des Kolbens 501 bei, was das Fest fressen verhindert und verringerte Reibung er gibt. Weiterhin kann aufgrund der Ölbohrungen 513 in der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 oberhalb des Kolben mantels 504 Schmieröl, das von den Ölbohrungen 513 bei einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 501 ab gegeben wird, wirksam dem Kolbenmantel 504 ohne Abgabe auf die Schürze 508 zugeführt werden. Somit kann der Kolben 501 ohne Festfressen und mit verringerter Rei bung an der inneren Oberfläche C des Zylinders laufen.

Da sich weiterhin die Umfangskante 513a der Ölboh rung 513 teilweise in dem Kolbenmantel 504 über die Seitenoberfläche 507a der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 erstreckt, kann der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 zuge führtes Schmieröl wirksam in der Ölbohrung 513 gesam melt werden.

Da weiterhin der Boden 513b der Ölbohrung 513 tie fer als der Boden 507b der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 ausgebildet ist, und nicht mit dem inneren Umfang des Kolbens 501 in Verbindung steht, wird das Volumen der Ölbohrung 513 erhöht, so daß das Ansammeln von mehr Schmieröl hierin ermöglicht wird.

Da weiterhin die Durchgangsbohrungen 514 in der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 im wesentlichen symme trisch mit den Ölbohrungen 513 bezüglich der Achse Y1 des Kolbens 501 ausgebildet sind, wird überschüssiges Schmieröl in einer Ölwanne gesammelt (nicht darge stellt), und zwar von der Gegenschubseite des Kolbens 501 her, welche keiner großen Schubkraft im Ausdeh nungshub unterliegt. Dies erfolgt über die Durchgangs bohrungen 514 und den inneren Umfang des Kolbens 501. Ein ansteigender Schmierölverbrauch kann hierdurch wirksam verhindert werden.

Da sich weiterhin die Umfangskante 514a der Durch gangsbohrung 514 teilweise in den Kolbenmantel 504 über die Seitenoberfläche 507a der Ölabstreifring-Ausnehmung 507 hinaus erstreckt, kann in der Ölabstreifring-Aus nehmung 507 angesammeltes Schmieröl wirksam über die Durchgangsbohrung 514 in der Ölwanne zurückgesammelt werden.

Es sei festzuhalten, daß die Anzahl der Ölbohrungen 513 und Durchgangsbohrungen 514 bei eins, vier oder mehr liegen kann und daß die Querschnittsform der Öl bohrung 513 und der Durchgangsbohrung 514 nicht kreis förmig sein muß, sondern unterschiedliche Formen haben kann.

Die Fig. 35-39 zeigen eine zwölfte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Gemäß den Fig. 35- 36 umfaßt ein Kolben 601 einen Kolbenkopf 602 und einen Ringsteg 603, der mit dem Kolbenkopf 602 verbunden ist, sowie einen Kolbenmantel 604, der mit dem Ringsteg 603 verbunden ist. In der zwölften Ausführungsform ist der Ringsteg 603 mit drei Kolbenring-Ausnehmungen 605 ver sehen.

Bolzenlager 606 sind in dem Kolbenmantel 604 am in neren Umfang ausgebildet, wobei jeder hiermit über eine Schürze 607 verbunden ist. Die Bolzenlager 606 sind so angeordnet, daß sie einander bezüglich einer Achse Y1 des Kolbens 601 gegenüberliegen. In den Bolzenlagern 606 ist eine Kolbenbolzenbohrung 608 ausgebildet, wel che dem Kolbenmantel 604 zugewendet ist und eine Achse X1 hat, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse Y1 des Kolbens 601 liegt. Die Achse X1 der Kolbenbolzen bohrung 608 ist zur Gegenschubseite des Kolbens 601 be züglich der Achse Y1 hiervon versetzt, wie in Fig. 36 gezeigt. Gemäß Fig. 36 ist Y2 eine Linie, welche die Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 608 schneidet und par allel zur Achse Y1 des Kolbens 601 verläuft. Ein Kol benbolzen 609 verläuft durch die Kolbenbolzenbohrungen 608 und ein Pleuel 610 ist hiermit verbunden.

Eine Abschrägung oder Konizität 611 ist an dem Kol benmantel 604 des Kolbens 601 ausgebildet. Genauer ge sagt, die Konizität 611 ist in dem Kolbenmantel 604 in einem Abschnitt näher an dem Ringsteg 603 als an einer Ebene ausgebildet, welche die Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 608 enthält, das heißt in einem Abschnitt oberhalb der Achse X1. Die Konizität 611 ist so ge formt, daß sie auf dem Ringsteg 603 konvergiert. Genau er gesagt, wie in Fig. 37 gezeigt, hat die Konizität 611 einen Konizitätsbetrag TP, der in Richtung des Ringsteges 603 in Form einer quadratischen Kurve an wächst.

Es sei festzuhalten, daß die Konizität 611 wenig stens an dem Kolbenmantel 604 auf der Schubseite des Kolbens 601 ausgebildet werden kann, wenn das Verhalten des Kolbens 601 in Betracht gezogen wird, wie es nach folgend noch beschrieben wird.

Die Ergebnisse von Fig. 39 wurden in Experimenten erhalten unter Verwendung von Kolben 601 mit 86 mm Durchmesser und unterschiedlichen Konizitätsbeträgen TP der Konizität 611. Die Experimente zeigten, daß an ei ner Stelle entsprechend der Hälfte der Abmessung L von der Achse X1 der Kolbenbolzenbohrung 608 zu einer Sei tenoberfläche 605a der Kolbenring-Ausnehmung 605, die dem Kolbenmantel 604 am nächsten liegt (vergleiche Fig. 37) der Kolben 601 mit einem Konizitätsbetrag TP von 10 µm einen verringerten Kolbenschlagwert hat, jedoch Festfreßspuren am Kolbenmantel 604 zeigt und der Kolben 601 mit einem Konizitätsbetrag TP von 70 µm einen Kol benschlagwert hat, der den erlaubten Grenzwert über steigt und Festfreßspuren am Kolbenmantel 604 zeigt. Weiterhin, in einem Konizitätsbetrag TP von 20-50 µm hat der Kolben 601 bei einem Konizitätsbetrag von 45 µm ei nen leicht erhöhten Kolbenschlagwert, zeigt jedoch kein Festfressen.

Man erkennt aus den Untersuchungsergebnissen, daß der Konizitätsbetrag TP bevorzugt im Bereich von 15-50 µm liegt, das heißt einen Wert hat, der erhalten wird durch Multiplizieren des Durchmessers (µm) des Kolbens 601 mit 0,00015 bis 0,0006 an einer Stelle entsprechend der halben Abmessung L von der Achse X1 der Kolbenbol zenbohrung 608 zu einer Seitenoberfläche 605a der Kol benring-Ausnehmung 605, welche dem Kolbenmantel 604 am nächsten liegt.

In der zwölften Ausführungsform ist eine Konizität 612 an einem Ende des Kolbenmantels 604 entfernt von dem Ringsteg 603, das heißt an einem unteren Ende hier von ausgebildet, um sich an diesem Ende zu verjüngen.

Der Kolben 601 ist für einen Betrieb in einem (nicht dargestellten) Motor angeordnet. Während des Be triebs des Motors zeigt der Kolben 601 das Verhalten gemäß den Fig. 38A-38C in den Kompressions- und Aus dehnungshüben. Genauer gesagt, gemäß Fig. 38A erhält vor der oberen Totpunktslage des Kompressionshubes der Kolben 601 eine Kraft Fg des komprimierten Gases (genauer gesagt, die Summe aus Druck des komprimierten Gases und einer Trägheitskraft des Kolbens 601). Der Druck Fg des komprimierten Gases wird in eine Kraft Fc für das schräg gestellte Pleuel 610 und eine Schubkraft Ft aufgeteilt, so daß der Kolben 601 die Schubkraft Ft erfährt, um sich entlang einer inneren Oberfläche C ei nes Zylinders auf der Gegenschubseite zu bewegen.

Wenn der Kolben 601 sich der oberen Totpunktslage nähert, nimmt die Schubkraft Ft mit wachsendem Druck Fg des komprimierten Gases und abnehmenden Neigungswinkel des Pleuels 610 ab. Im Ergebnis erzeugt gemäß Fig. 38B der Kolben 601 ein Moment M, um sich an einem unteren Ende B des Kolbenmantels entgegen Uhrzeigerrichtung zu drehen, so daß ein oberes Ende A des Kolbenmantels auf der Schubseite des Kolbens 601 die innere Oberfläche C des Zylinders an der Schubseite berührt. In diesem Zu stand tritt der Kolben 601 in den Ausdehnungshub ein.

Wenn gemäß Fig. 38C der Kolben 601 die obere Tot punktslage durchläuft, kehrt sich die Neigung des Pleu els 610 um. Dies ändert die Richtung der Schubkraft Fg, so daß der Kolben 601 ein Moment M erzeugt, um sich am oberen Ende A des Kolbenmantels im Uhrzeigersinn zu drehen, so daß eine seitliche Oberfläche des Kolbenman tels auf der Schubseite des Kolbens 601 die innere Oberfläche C des Zylinders an der dortigen Schubseite berührt. Danach tritt der Kolben 601 in den Ausdeh nungshub ein, um sich entlang der inneren Oberfläche C des Zylinders auf der Schubseite des Kolbens 601 zu be wegen.

Im Nahbereich der oberen Totpunktslage des Kompres sionshubes wird das obere Ende A des Kolbenmantels durch Berührung der inneren Oberfläche C des Zylinders gekippt. Da bei dieser Ausführungsform die Konizität 611 an dem Kolbenmantel 604 in dem Bereich näher an dem Ringsteg 603 als an der Ebene mit der Achse X1 der Kol benbolzenbohrung 608 ausgebildet ist, wird eine Neigung θ der Achse Y1 des Kolbens 601 bezüglich einer Achse Y0 des Zylinders kleiner als bei einem herkömmlichen Kolben.

Wenn daher im Ausdehnungshub unmittelbar nach der Zündung eine Drehung im Uhrzeigersinn des oberen Endes A des Kolbenmantels erfolgt, so daß die Seitenoberflä che die innere Oberfläche C des Zylinders berührt, wird durch den Kolben 601 gemäß dieser Ausführungsform si chergestellt, daß diese Drehung mit einem verringerten Winkelbetrag erfolgt. Dies führt zu einer verringerten kinetischen Energie des Kolbens 601 und somit zu einem verringerten Auftreten von Hämmern. Von daher kann der Kolben 601 erhalten werden, bei dem das Kolbenschlagen maximal verringert ist.

Insoweit zusammenfassend wurde somit ein Kolben für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei der Kolben einen Ringsteg mit wenigstens einer Kolbenring-Ausneh mung und einen Kolbenmantel aufweist, der mit dem Ringsteg verbunden ist, so daß die Kolbenring-Ausneh mung hierzu benachbart ist. Der Kolbenmantel weist eine Kolbenbolzenbohrung mit einer Achse und eine Ebene auf, welche die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält. Eine Konizität kann an dem Kolbenmantel in einem ersten Abschnitt hiervon näher an dem Ringsteg als an dieser Ebene ausgebildet sein, um sich in Richtung des Ringsteges zu verjüngen.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von bevor zugten Ausführungsbeispielen hiervon beschrieben und erläutert; es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und daß im Rah men der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Modi fikationen und Abwandlungen möglich ist, ohne diesen Rahmen zu verlassen.

Claims

1. Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben auf Schub- und Gegenschubseiten betreibbar ist, gekennzeichnet durch:
einen Ringsteg, der eine Kolbenring-Ausnehmung aufweist;
einen Kolbenmantel, der mit dem Ringsteg verbunden ist, so daß die Kolbenring-Ausnehmung benachbart hierzu liegt, wobei der Kolbenmantel eine Kolbenbolzenbohrung mit einer Achse aufweist und wobei der Kolbenmantel eine Ebene hat, welche die Achse der Kolbenbolzenboh rung enthält; und
eine Konizität, die in dem Kolbenmantel in einem ersten Abschnitt hiervon näher an dem Ringsteg als die Ebene angeordnet ist, wobei sich die Konizität in Rich tung des Ringsteges konvergiert.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Achse der Kolbenbolzenbohrung zur Gegenschubseite des Kolbens hin bezüglich deren Achse versetzt ist.

3. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konizität auf der Schubseite des Kol bens ausgebildet ist.

4. Der Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konizität in einer Position entspre chend einem halben Abstand von der Achse der Kolbenbol zenbohrung zu einer seitlichen Oberfläche der Kolben ring-Ausnehmung einen Wert hat, der gegeben ist durch Multiplizieren eines Durchmessers in µm des Kolbens mit 0,00015 bis 0,0006.

5. Der Kolben nach Anspruch 4, wobei sich die Ko nizität in ihrer Dicke allmählich von dem ersten Ab schnitt des Kolbenmantels zu einem zweiten Abschnitt hiervon erhöht, der weiter von dem Ringsteg entfernt ist als die Ebene.

6. Der Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konizität auf dem Kolbenmantel an ei ner Position ausgeschlossen ist, welche im wesentlichen senkrecht zur Achse der Kolbenbolzenbohrung liegt.

7. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel sich auf der Schubseite des Kolbens allmählich umfangsseitig in der Dicke von einer Position im wesentlichen senkrecht zur Achse der Kolbenbolzenbohrung erhöht.

8. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Kolbenring-Ausnehmung auf der Schubseite des Kolbens ein Schlitz für eine Fluidver bindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Kolbens ausgebildet ist.

9. Der Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schlitz mit einer Ausnehmungsbohrung an beiden umfangsseitigen Enden hiervon versehen.

10. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel auf jeder Seite der Kol benbolzenbohrung teilweise entfernt ist.

11. Der Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel eine umfangsseitige Ab messung hat, die in dem ersten Abschnitt größer als in dem zweiten Abschnitt ist.

12. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel zumindest auf der Schub seite des Kolbens einen ovalen Bereich hat, der in dem ersten Abschnitt kleiner als in dem zweiten Abschnitt ist.

13. Der Kolben nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel an einem äußeren Umfang des ersten Abschnittes eine Ausnehmung aufweist.

14. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel in einer Richtung der Achse der Kolbenbolzenbohrung eine Abmessung hat, die in dem ersten Abschnitt größer als in dem zweiten Ab schnitt ist.

15. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolbenmantel eine Oberflächenrauhig keit hat, welche zumindest auf der Schubseite des Kol bens in dem ersten Abschnitt größer als in dem zweiten Abschnitt ist.

16. Der Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Kolbenring-Ausnehmung eine Bohrung auf der Schubseite des Kolbens ausgebildet ist, wobei sich die Bohrung teilweise über die seitliche Oberfläche der Kolbenring-Ausnehmung zu dem Kol benmantel hin erstreckt, wobei die Bohrung tiefer als die Kolbenring-Ausnehmung ist und wobei die Bohrung nicht mit einem inneren Umfang des Kolbens in Ver bindung steht.

17. Der Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in dem Ringsteg eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist, welche mit der Bohrung in der Kolbenring-Ausnehmung bezüglich der Achse des Kolbens im wesentlichen symmetrisch ist, wobei die Durchgangs bohrung sich teilweise in den Kolbenmantel über die seitliche Oberfläche der Kolbenring-Ausnehmung hinaus erstreckt, und wobei die Durchgangsbohrung mit dem in neren Umfang des Kolbens in Verbindung steht.

18. Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben auf Schub- und Gegenschubseiten betreibbar ist, gekennzeichnet durch:
einen Ringsteg mit einer Kolbenring-Ausnehmung;
einen Kolbenmantel, der mit dem Ringsteg verbunden ist, so daß die Kolbenring-Ausnehmung benachbart hierzu ist, wobei der Kolbenmantel eine Kolbenbolzenbohrung mit einer Achse aufweist und wobei der Kolbenmantel ei ne Ebene hat, welche die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält; und
Mittel zum Ausbilden einer Konizität auf dem Kol benmantel in einem ersten Abschnitt hiervon näher an dem Ringsteg als an der Ebene, wobei die Mittel zum Ausbilden der Konizität in Richtung des Ringsteges kon vergieren.