DE19918328A1 - Kolben für einen Motor mit innerer Verbrennung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hin- und hergehenden Kolben für einen Motor mit innerer Verbrennung, der einen Kolbenmantel mit einem hauptschubseitigen Mantelbereich 20 und einem nebenschubseitigen Mantelbereich 22 aufweist. Eine vorstehende Umfangsbreite des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 ist größer als eine vorstehende Umfangsbreite des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20. Zusätzlich ist der Kolbenmantel derartig ausgelegt, daß die minimale Stärke bzw. Dicke des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 kleiner als die minimale Stärke bzw. Dicke des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen eines hin- und hergehenden Kolbens bzw. Hubkolbens eines Motors mit inne­ rer Verbrennung, welcher bei Fahrzeugen verwendet wird.

Bei in Fahrzeugmotoren mit innerer Verbrennung verwendeten Hubkolben dient der Kolben während der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens zur Übertragung eines Verbrennungsdrucks über ei­ nen Kolbenbolzen und eine Verbindungsstange auf einen Kur­ belbolzen und überführt somit den Verbrennungsdruck in eine Rotationskraft (Drehmoment) einer Motorkurbelwelle. Im Betrieb wird der Kolbenboden oder Kolbenkopf extrem heißen Verbren­ nungsgasen ausgesetzt, wohingegen der Kolbenmantel die ver­ gleichsweise kalte Zylinderwand berührt. Dies führt zu einem Temperaturgradienten vom oberen zum unteren Teil des Kolbens. Im allgemeinen ist die Temperatur des der Verbrennungskammer ausgesetzten Kolbenoberteils höher als die des Kolbenunter­ teils. Somit gibt es einen Unterschied einer thermischen Ex­ pansion vom Oberteil zum Unterteil. Zusätzlich bewegt sich der Kolben während des Motorbetriebes bei hohen Geschwindigkeiten auf und ab.

Von verschiedenen Motorteilen ist der Kolben immer sehr harten bzw. schwierigen Bedingungen ausgesetzt, nämlich thermischen Belastungen und mechanischen Belastungen. Der Kolben muß eine zufriedenstellende Haltbarkeit aufweisen, um unter diesen har­ ten Bedingungen bestehen zu können, während er seine Funktion ausführt und sanft bzw. glatt an der Zylinderwand gleitet. Während des Betriebes des Motors wirkt die resultierende Kraft auf den Kolben, welche durch das Produkt des Verbren­ nungsdrucks, welcher auf den Kolbenboden ausgeübt wird, und der Trägheitskraft des hin- und hergehenden Motorteils erhal­ ten wird. Bei schräggestellter Verbindungsstange ist die re­ sultierende Kraft in eine Kraftkomponente, welche in Richtung der Verbindungsstange wirkt, und eine Kraftkomponente (soge­ nannter Seitenschub bzw. Seitendruck oder Hauptdruck) unter­ teilt, welche in einer Schubrichtung senkrecht zur Wirkrich­ tung der resultierenden Kraft wirkt. Um den Seitenschub, wel­ cher auf die Zylinderwand oder die Zylinderbohrung wirkt, ver­ teilend zu übertragen, ist der Kolben an beiden Seiten der Kolbenbolzennabenbereiche mit einem Kolbenmantel gebildet. Je größer die Umfangsbreite des Kolbenmantels ist, desto größer ist der Kontaktflächenbereich (oder die Schubfläche) des Kol­ benmantels. Mit größerer Schubfläche des Mantels kann der Sei­ tenschub wirksam verteilt werden, wodurch hohe lokale Bela­ stungen vermieden werden, welche auf die Zylinderwand wirken. Je größer jedoch der Mantelflächenbereich oder die Umfangs­ breite des Mantels ist, desto größer sind Reibungsverluste während der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens, was somit zu einem Leistungsverlust des Motors mit innerer Verbrennung führt.

Um diese beiden entgegengesetzten Anforderungen auszugleichen, d. h. erhöhten Reibungsverlust und gute Verteilung des Seiten­ schubs, wurden verschiedene asymmetrische Kolbenmantelstruktu­ ren entwickelt und vorgeschlagen, bei denen zwei Seiten (eine Hauptschubseite und eine Nebenschubseite) des Kolbenmantels asymmetrisch bezüglich der Kolbenbolzennabenbereiche ausge­ staltet sind. Ein derartiger leichtgewichtiger Kolben mit ei­ nem asymmetrischen Mantel wurde in der japanischen Gebrauchs­ muster-Anmeldung Nr. 64-3054 und im US-Patent Nr. 4,274,372 offenbart. Bei den herkömmlichen Kolbengestaltungen mit einem asymmetrischen Mantel, wie in der japanischen Gebrauchsmuster- Anmeldung Nr. 64-3054 und dem US-Patent Nr. 4,274,372 offen­ bart, ist ein Mantelflächenbereich an der Hauptschubseite, an welcher ein vergleichsweise großer Seitenschub wirkt, wenn sich der Kolben während des Arbeitshubs nach unten bewegt, derart ausgelegt, daß er größer als ein Mantelflächenbereich einer Nebenschubseite ist, auf die ein vergleichsweise kleiner Seitenschub wirkt, wenn sich der Kolben während des Verdich­ tungshubs nach oben bewegt, so daß die Seitenschubkraft wirk­ sam verteilt wird, während gleichzeitig ein Reibverlust ver­ ringert wird. Wie allgemein bekannt ist, würden die Unter­ schiede in der thermischen Expansion zwischen dem Zylinder und dem Kolben während des Betriebes, welche durch Variationen der Temperatur verursacht werden, den Sitz zwischen der Zylinder­ wand und dem Kolbenmantel derart ändern, daß er entweder zu lose oder zu fest wäre. Wenn der Sitz zu fest ist, kann ein hoher Kontaktflächendruck zwischen der Zylinderwand und dem Kolbenmantel infolge der thermischen Expansion auftreten, was zu einem Verschleiß führt. Um den ungewünschten Zylinderwand­ verschleiß oder Mantelverschleiß zu verringern und verschieden Anforderungen zu erfüllen, nämlich eine erhöhte Flexibilität des Mantels in Schubrichtung zur thermischen Expansionssteue­ rung, ausreichender Haltbarkeit (bis zu einem Ausmaß, bei dem eine bleibende Durchbiegung unter größtem Seitenschub nicht auftritt) und geringer Möglichkeit der Deformation durch ther­ mische oder mechanische Wirkungen, wird die vorher erwähnte Kolbengestaltung mit einem asymmetrischen Mantel oft verwen­ det.

In Fig. 11 ist eine Unteransicht eines Kolbens 10 mit einem asymmetrischen Mantel gemäß dem Stand der Technik gezeigt, welcher in der japanischen Gebrauchsmuster-Anmeldung Nr. 64-3054 offenbart ist. Wie in Fig. 11 gezeigt, weist der haupt­ schubseitige Mantel 20 eine größere Bereite in Umfangsrichtung auf, als der nebenschubseitige Mantel 22. Der Kolben 10 ist einstückig mit zwei diametral gegenüberliegenden Verbindungs­ wandbereichen 24, 24 gebildet, welche jeweils einen Seitenrand des hauptschubseitigen Mantels 20 und einen Seitenrand des ne­ benschubseitigen Mantels 22 über den damit verbundenen Kolben­ bolzennabenbereich 18 verbinden. Jeder der Verbindungswandbe­ reiche 24, 24 ist in einer im wesentlichen kreisbogenförmigen Form gebildet, so daß jeder Verbindungswandbereich sich radial nach außen erstreckt. Der Kurvenradius R jedes der Verbin­ dungswandbereiche 24, 24 ist derart ausgelegt, daß er größer als der Radius des Kolbens 10 ist. Zusätzlich ist der Kurven­ mittelpunkt C jedes der Verbindungswandbereiche 24, 24 etwas zur Hauptschubseite versetzt (vgl. die in Fig. 11 dargestellte Exzentrizität E). Mit den Verbindungswandbereichen 24 und 24, welche sich als Ganzes radial nach außen erstrecken, kann die Steifigkeit des Kolbens (in radialer Richtung) verringert wer­ den. Daher kann, selbst wenn sich der Kolben in einem Festsitz zwischen der Seitenwand und der Zylinderwand befindet, die Seitenwand des Kolbens sich wirksam infolge der ausreichenden Flexibilität jedes der Verbindungswandbereiche 24, 24 wölben, wodurch verhindert wird, daß der Kontaktflächendruck zwischen der Zylinderwand und der Kolbenmantelfläche übermäßig an­ steigt. Dies verringert ungewünschten Zylinderwandverschleiß oder Mantelverschleiß. In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Kolbenbodenbereich und das Bezugszeichen 26 bezeich­ net einen Versteifungsrippenbereich. Jedoch ist bei dem vorher beschriebenen Kolbenmantelaufbau der Winkel am Schnittpunkt zwischen dem nebenschubseitigen Mantel 22 und jedem der Ver­ bindungswandbereiche 24, 24 ein stumpfer Winkel. Des weiteren ist im Vergleich mit dem hauptschubseitigen Mantel 20 die Breite in Umfangsrichtung des nebenschubseitigen Mantels 22 kurz. Somit bleibt die Steifigkeit des nebenschubseitigen Man­ tels 22 hoch. Andererseits tragen beide radial nach außen ge­ richteten Verbindungswandbereiche 24 und 24 zur Verringerung der Haltbarkeit in Radialrichtung des Kolbens bei. Die Kolben­ bolzennabenbereiche 18, 18 sind im Mittelbereich der jeweili­ gen Verbindungswandbereiche 24, 24 angeordnet. Jeder der Bol­ zennabenbereiche weist eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf. Es ist daher nicht möglich, eine ausreichende Durchbie­ gung bzw. Wölbung der Verbindungswandbereiche herbeizuführen.

Reibungswiderstand, welcher am Kolben auftritt, ist allgemein unterteilt in (i) eine Reibungskraft, welche zwischen der Zy­ linderwand und der hauptschubseitigen Mantelfläche bei Ex­ pansion oder beim Arbeitshub erzeugt wird, welche durch eine relativ große Schubkraft verursacht wird, die infolge des Ver­ brennungsdrucks auftritt, und (ii) eine Reibungskraft, welche zwischen Lagerflächen der Zylinderwand und des Kolbens während des Ansaug-, Verdichtungs- und Ausstoßhubs erzeugt wird, wel­ che durch eine Trägheitskraft der hin- und herbewegten Teile und thermischer Expansion mit geringer Wirkung des Verbren­ nungsdrucks oder ohne bereitstellende Wirkung des Ver­ brennungsdrucks verursacht wird. Insbesondere wird der Motor­ betrieb durch den auf den Kolben bei vergleichsweise geringen Motordrehzahlen ausgeübten Reibwiderstand in großer Weise be­ einflußt, und somit ist die Größenordnung der Schubkraft, wel­ che sich von der Trägheitskraft basierend auf der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens ergibt, unwesentlich im Vergleich mit der Größenordnung der Schubkraft, welche während des Arbeits­ hubs auftritt. Der größte Teil des Reibwiderstands, welcher sich am Kolben während des Ansaug-, Verdichtungs- und Ausstoß­ hubs ergibt, kann als eine Reibkraft angesehen werden, welche zwischen Lagerflächen der Zylinderwand und des Kolbens infolge thermischer Expansion erzeugt wird.

Durch verschiedene Studien und Untersuchungen haben die Erfin­ der der vorliegenden Erfindung analysiert, daß der Gleitwider­ stand des Kolbens infolge von Reibwiderstand zwischen Lager­ flächen der Zylinderwand und des Kolbenmantels auftritt und zusätzlich der Reibwiderstand oder die Reibkraft als ein Äqui­ valent zu Scherbelastungen oder Scherkräften betrachtet werden kann, welche in Schmieröl existieren, das viskosem Scheren ausgesetzt wird, und zwischen der Zylinderwand und dem Kolben­ mantel vorherrscht, wenn die Seitenschubkraft in Schubrichtung senkrecht zur Kolbenbolzenrichtung wirkt. Um den Reibwider­ stand wirksam zu verringern, ist es wünschenswert, ein Mittel zur Verringerung einer Normalkomponente der Reaktion der Druck empfangenden Gleitfläche der Kolbenseitenwand (oder der Kol­ benmantelfläche), mit anderen Worten eine Seitenschubkraft, bereitzustellen und ebenfalls ein Mittel zur Verringerung des Flächenbereichs der Druck empfangenden Gleitfläche des Kolben­ mantels für einen verringerten Reibungskoeffizienten bereitzu­ stellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kolben für ei­ nen Motor mit innerer Verbrennung zu schaffen, welcher die vorher erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Vorteilhaft ist der Kolben für einen Motor mit innerer Ver­ brennung in der Lage, die Reibkräfte während der vier Hübe des Motors zu verringern, den Kraftstoffverbrauch zu verringern und die Motorleistung zu verbessern, indem ein Reibungskoeffi­ zient zwischen der Zylinderwand und dem Kolben (d. h. einem verringerten, Druck aufnehmenden Gleitflächenbereich des Kol­ benmantels) aus der Sichtweise eines Reibungswiderstands (oder eines vergleichsweise großen Seitenschubs) verringert wird, welcher sich an der Hauptschubseite beim Arbeitshub ergibt, und indem eine Reibungskraft verringert wird, welche sich zwi­ schen Lagerflächen der Zylinderwand und dem Kolbenmantel in­ folge thermischer Expansion bzw. Volumenausdehnung aus der Sichtweise eines Reibungswiderstands ergibt, welcher sich an der Hauptschubseite und an der Nebenschubseite beim Ansaug-, Verdichtungs- und Ausstoßhub ergibt.

Erfindungsgemäß umfaßt somit ein Kolben für einen Motor mit innerer Verbrennung einen Kolbenbodenbereich und ein Paar von Kolbenbolzennabenbereichen, welche jeweils einstückig mit dem Kolbenbodenbereich gebildet sind und eine Kolbenbolzenöffnung aufweisen. Weiter umfaßt der Kolben einen Kolbenmantel, wel­ cher in der Lage ist, sich im Gleitkontakt mit einer Zylinder­ wand zu befinden und einen hauptschubseitigen Mantelbereich und einen neben- bzw. gegenschubseitigen Mantelbereich auf­ weist, und eine Vielzahl von netzförmigen Schürzenbereichen, die jeweils einen Seitenrand eines hauptschubseitigen Mantel­ bereichs und eines nebenschubseitigen Mantelbereichs und einen der Kolbenbolzennabenbereiche verbinden. Dabei ist eine vor­ stehende Breite in Umfangsrichtung bzw. Umfangsbreite des ne­ benschubseitigen Mantelbereichs größer als eine vorstehende Breite in Umfangsrichtung des hauptschubseitigen Mantel­ bereichs und eine minimale Dicke des nebenschubseitigen Man­ telbereichs ist kleiner als eine minimale Dicke des haupt­ schubseitigen Mantelbereichs.

Vorzugsweise ist der nebenschubseitige Mantelbereich derart ausgelegt, daß er eine Ungleichung W/D ≧ 30,8 × (T/D) + 0,15 erfüllt, wobei W die vorstehende Breite in Umfangsrichtung des nebenschubseitigen Mantelbereichs bezeichnet, D eine Zylinder­ bohrung bezeichnet und T die minimale Dicke des nebenschub­ seitigen Mantelbereichs bezeichnet.

Vorteilhaft können jeder der hauptschubseitigen Mantelbereiche und der nebenschubseitigen Mantelbereiche ein Paar Verstei­ fungsrippenbereiche aufweisen, welche einstückig an einer In­ nenwand von ihnen gebildet sind, und welche kontinuierlich mit damit verbundenen, netzartigen Schürzenbereichen der Vielzahl der Schürzenbereiche verlaufen. Das Paar der Versteifungsrip­ penbereiche ist voneinander durch eine vorbestimmte, vorste­ hende Breite in Umfangsrichtung in einer Richtung parallel zu einer Axiallinie der Kolbenbolzenöffnung beabstandet.

Bevorzugt ist das Paar der Versteifungsrippenbereiche des ne­ benschubseitigen Mantelbereichs bezüglich der Axiallinie der Kolbenbolzenöffnung an einem niederen Niveau angeordnet als das Paar der Versteifungsrippenbereiche des hauptschubseitigen Mantelbereichs und die vorbestimmte Breite in Umfangsrichtung zwischen dem Paar der Versteifungsrippenbereiche des neben­ schubseitigen Mantelbereichs ist größer als die vorbestimmte Breite in Umfangsrichtung zwischen dem Paar der Ver­ steifungsrippenbereiche des hauptschubseitigen Mantelbereichs.

Vorzugsweise weist jedes Paar der Versteifungsrippenbereiche des hauptschubseitigen Mantelbereichs und des Paars der Ver­ steifungsrippenbereiche des nebenschubseitigen Mantelbereichs eine im Querschnitt in Axialrichtung des Kolbens im wesent­ lichen trapez- bzw. trapezoidförmige Form auf und eine Dicke jedes des Paars der Versteifungsrippenbereiche des hauptschub­ seitigen Mantelbereichs und des Paars der Versteifungsrippen­ bereiche des nebenschubseitigen Mantelbereichs verringert sich allmählich bzw. nach und nach in Richtung ihres innersten En­ des in einer Umfangsrichtung des Kolbens.

Weiter kann der Kolben einen Schlitz aufweisen, welcher im hinteren Bereich einer untersten Kolbenringnut der Vielzahl der Kolbenringnuten gebildet ist und an einer Seite des Kol­ bens entsprechend dem nebenschubseitigen Mantelbereich ange­ ordnet ist, so daß der Schlitz eine Seitenwand des Kolbens durchdringt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Unteransicht, welche ein erstes Ausführungs­ beispiel eines Kolbens für einen Motor mit innerer Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Längsquerschnitt des Kolbens des in Fig. 1 gezeig­ ten ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Unteransicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kolbens für einen Motor mit innerer Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Längsquerschnitt des Kolbens des in Fig. 3 darge­ stellten zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 ein seitlicher Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4;

Fig. 6A eine Innenansicht des Kolbens entlang der Richtung des Pfeils B in Fig. 5;

Fig. 6B eine Innenansicht des Kolbens entlang der Richtung des Pfeils C in Fig. 5;

Fig. 7A eine Seitenansicht des Kolbens des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels aus Sicht der Hauptschubseite;

Fig. 7B eine Seitenansicht des Kolbens des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels aus Sicht der Nebenschubseite;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Kolbens eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels;

Fig. 9 eine erläuternde Ansicht, welche das Verhalten des Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung beim Lei­ stungshub zeigt;

Fig. 10 eine erläuternde Ansicht, welche das Verhalten des Kolbens der vorliegenden Erfindung beim Ansaug-, Ver­ dichtungs- und Ausstoßhub zeigt; und

Fig. 11 eine Unteransicht eines Kolbens mit einem asymmetri­ schen Mantelaufbau gemäß dem Stand der Technik.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 ist ein Kolben 10 des ersten Ausführungsbeispiels ge­ zeigt, welcher in einer im wesentlichen umgekehrten becher­ förmigen Form gebildet ist. Der Kolben 10 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels umfaßt einen Kolbenbodenbereich oder einen Kol­ benkopfbereich 14, welcher eine obere Fläche des Kolbens bil­ det, ein Paar von Kolbenbolzennabenbereichen 18, 18, einen hauptschubseitigen Mantelbereich 20, einen nebenschubseitigen Mantelbereich 22 und netzförmige Schürzenbereiche 24a und 24b. Die Kolbenbolzennabenbereiche 18, 18 sind an der Unterseite des Kolbenbodenbereichs 14 angeordnet und einstückig mit dem Kolbenbodenbereich gebildet, so daß die Bolzennabenbereiche 18, 18 voneinander in Axialrichtung eines Kolbenbolzens (nicht gezeigt) beabstandet sind. Jeder der Kolbenbolzennabenbereiche 18, 18 weist eine Kolbenbolzenbohrung oder eine Kolbenbolzen­ öffnung 16 auf, in welche der Kolbenbolzen lose eingepaßt ist. Der hauptschubseitige Mantelbereich 20 und der nebenschub­ seitige Mantelbereich 22 sind einstückig mit dem Kolbenboden­ bereich 14 gebildet, so daß sich der hauptschubseitige Mantel­ bereich 20 und der nebenschubseitige Mantelbereich 22 einander in Schubrichtung senkrecht zur Kolbenbolzenrichtung gegenüber­ liegen. Beide Seitenränder des hauptschubseitigen Mantel­ bereichs 20 sind durch die Kolbenbolzennabenbereiche 18, 18 über die netzförmigen Schürzenbereiche 24a verlängert, wohin­ gegen beide Seitenränder des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 durch die Kolbenbolzennabenbereiche 18, 18 über die netz­ förmigen Schürzenbereiche 24b verlängert sind.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Kolbenbodenbereich 14, die Kolbenbolzennabenbereiche 18, 18, der hauptschubseiti­ ge Mantelbereich 20, der nebenschubseitige Mantelbereich 22 und die Vielzahl der netzförmigen Schürzenbereiche 24a und 24b einstückig mittels metallischem Formen oder Gesenkformen her­ gestellt. Der hauptschubseitige Mantelbereich 20 und der ne­ benschubseitige Mantelbereich 22 weisen jeweils eine im we­ sentlichen gleiche Biegung wie der Außenumfang des Kolbenkopfs 14 (oder die Seitenwand des oberen Bereichs des Kolbens) auf. Das heißt, der hauptschubseitige Mantelbereich 20 und der ne­ benschubseitige Mantelbereich 22 ist jeweils in einer ovalför­ migen Form mit einer vorbestimmten Unrundheit bzw. Ovalform gebildet.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke T des nebenschub­ seitigen Mantelbereichs 22 derart dimensioniert, daß sie dün­ ner als die Dicke S des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 ist, und daß die Umfangsbreite W des nebenschubseitigen Man­ telbereichs 22 derart dimensioniert ist, daß sie größer als die Umfangsbreite V des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Dimensionsbezie­ hung des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22, insbesondere die Beziehung zwischen einem Verhältnis W/D und einem Verhält­ nis T/D, durch die nachfolgende Ungleichung (1) definiert:

W/D ≧ 30,8 × (T/D) + 0,15 (1),

wobei W eine vorstehende Umfangsbreite des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 ist, D eine Zylinderbohrung ist und T die minimale Wandstärke des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 ist.

Andererseits sind die Umfangsbreite V und die Dicke S des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 derart bestimmt oder festgelegt, daß eine übermäßige Deformation des hauptschub­ seitigen Mantelbereichs 20 niemals auftritt, wenn eine große Schubkraft auf die Hauptschubfläche infolge einer Verbren­ nungsdruckbelastung, welche während des Arbeitshubs (oder des Expansionshubs) erzeugt wird, wie in Fig. 9 gezeigt. Wie oben beschrieben ist der hauptschubseitige Mantelbereich 20 so ge­ bildet, daß er vergleichsweise dick (in der Wandstärke) und schmal (in der Umfangsbreite) ist, wodurch eine übermäßige Vergrößerung des Druck aufnehmenden Gleitflächenbereichs des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 gegen die Zylinderwand oder die Zylinderbohrung 11 verhindert wird. Der den verrin­ gernden Druck aufnehmende Gleitflächenbereich des hauptschub­ seitigen Mantelbereichs 20 ermöglicht, daß ein Ölfilm zwischen der Zylinderwand und der Mantelfläche des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 aufgebaut wird und in einer vorbestimmten Filmdicke aufrecht erhalten wird. Mit anderen Worten sind die Form und die Dimensionen (die vergleichsweise verringerte vor­ stehende Umfangsbreite V und die vergleichsweise vergrößerte Dicke S) des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 derart be­ stimmt, daß ein hydrodynamischer Ölfilm zwischen der Zylin­ derwand und der Mantelfläche des hauptschubseitigen Mantel­ bereichs 20 aufrecht erhalten wird, und das Auftreten einer Rand- bzw. Grenzschmierung verhindert wird (welche einer Schmierbedingung, nämlich einer Kombination eines Metall-zu- Metall-Flächenkontakts und einer Schmierölfilmscherung ent­ spricht). Der oben beschriebene Aufbau des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 trägt zu einer Verringerung des Reibungswi­ derstands bei.

Im Vergleich mit dem hauptschubseitigen Mantelbereich 20 ist die vorstehende Umfangsbreite W des nebenschubseitigen Mantel­ bereichs 22 derart dimensioniert, daß sie etwas breiter ist, und zusätzlich ist die Wandstärke T des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 derart dimensioniert, daß sie etwas dünner ist. Das heißt, die Steifigkeit des nebenschubseitigen Mantel­ bereichs 22 ist mit Absicht verringert, um eine größere Flexi­ bilität bereitzustellen. Wie deutlich in Fig. 10 gezeigt, tritt die Reaktion (der Nebenschub bzw. der geringere Schub) der Druck empfangenden Gleitfläche des nebenschubseitigen Man­ telbereichs 22, welcher an der Zylinderwand oder der Zylinder­ bohrung 11 anlagert, während des Einlaß-, Verdichtungs- und Auslaßhubs auf. Die Eingangsquelle bzw. der Ursprung des Ne­ benschubs ist eine Schubkraft, welche aus einer Trägheitskraft des hin- und hergehenden Kolbens und des Kolbenbolzens und ei­ ner Schubkraft resultiert, welche aus der thermischen Expansi­ on des Kolbenmantelbereichs resultiert. Wie oben beschrieben bildet aus den vorher erwähnten zwei Arten von Schubkräften die letztere Schubkraft (welche infolge der thermischen Expan­ sion auftritt) eine große Mehrheit des Reibwiderstands, wel­ cher sich auf den Kolben während des Ansaug-, Verdichtungs- und Ausstoßhubs ergibt. Durch die vorhandene Erhöhung einer Schubkraft, welche infolge der thermischen Expansion des Kol­ benmantelbereichs auftritt, ist es möglich, ein übermäßiges Ansteigen der Schubkraft, welche sich auf den nebenschubseiti­ gen Mantelbereich 22 ergibt, mittels einer leichten Deforma­ tion des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 einer in richti­ ger Weise verringerten Steifigkeit (d. h. einer in richtiger Weise vergrößerten Flexibilität) zu verhindern oder zu unter­ drücken.

Die Tatsache, daß die Schubkraft, welche infolge der thermi­ schen Expansion auftritt, den größeren Teil des Reib­ widerstands bildet, welcher sich am Kolben während des An­ saug-, Verdichtungs- und Ausstoßhubs ergibt, kann durch die Tatsachen erhärtet werden, daß eine Schubkraftkomponente, ent­ stehend aus der Trägheitskraft basierend auf dem hin- und her­ bewegten Kolben und dem Kolbenbolzen innerhalb eines prakti­ schen Motordrehzahlbereichs (geringen Motordrehzahlbereichs) unwesentlich klein ist, wobei der sich am Kolben ergebende Reibwiderstand in Betracht gezogen werden muß, und daß die Re­ aktion des Ölfilms bei einem Kurbelwinkel von ungefähr 90° nach dem oberen Totpunkt (T.D.C. (top dead center)) maximal wird, d. h. zu einem Zeitpunkt, an dem die Kolbengeschwindig­ keit (eine Geschwindigkeit der Hin- und Her-Bewegung des Kol­ bens) maximal wird (siehe Fig. 10). Dies ist deshalb so, da die Scherkraft, welche im Schmieröl existiert, das einem vis­ kosem Scheren unterliegt und zwischen der Zylinderwand und dem Kolbenmantel vorherrscht, maximal wird, wenn die Geschwindig­ keit des hin- und hergehenden Kolbens maximal wird, unter der Annahme, daß eine Last, welche auf die Druck empfangende Gleitfläche der Kolbenmantelfläche wirkt, auf einen konstanten Wert fixiert ist, und somit die Reibkraft notwendigerweise zum Zeitpunkt der maximalen Geschwindigkeit des gleitenden Kolbens maximal wird. Je kleiner die Schubkraft ist (oder die Seiten­ schubkraft) desto kleiner ist die sich auf den Kolben erge­ bende Reibkraft, da der Reibwiderstand oder die Reibkraft des Kolbens im wesentlichen durch Multiplikation der Schubkraft mit einem Reibungskoeffizienten erhalten wird.

Mit dem Kolbenmantelaufbau dieses Ausführungsbeispiels ist es vorteilhaft, die Reibkraft oder den Reibwiderstand zu verrin­ gern, welcher sich auf den Kolben ergibt, indem das Ansteigen der Seitenschubkraft, welche durch thermische Expansion des Kolbens beim Einlaß-, Verdichtungs- und Ausstoßhub erzeugt wird, mittels einer in richtiger Weise verringerten Steifig­ keit des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 unterdrückt wird, da die in richtiger Weise erhöhte Flexibilität des ne­ benschubseitigen Mantelbereichs 22 eine glatte bzw. sanfte Hin- und Her-Bewegung des Kolbens ermöglicht, wie auch eine ausreichende Expansionssteuerung des unteren Bereichs des Kol­ bens. Die Deformierbarkeit des nebenschubseitigen Mantelbe­ reichs 22 wird abhängig von der Wandstärke T des Mantelbe­ reichs 22, der Umfangsbreite des Mantelbereichs 22, welche sich von einem der netzförmigen Schürzenbereiche 24b zum ande­ ren erstreckt, und der Axiallänge des Mantelbereichs 22 be­ stimmt. Von diesen Faktoren, nämlich der Wandstärke T, der Um­ fangsbreite und der Axiallänge ist das Ansteigen der Axiallän­ ge des Mantelbereichs wirksam, um die sich auf den Kolben er­ gebende Reibkraft zu verringern.

Eine übermäßige Verringerung der Axiallänge des Mantelbereichs zerstört jedoch das Verhalten oder die Hin- und Her-Bewegung des Kolbens während des Motorbetriebes. Tatsächlich ist eine übermäßig verringerte Axiallänge des Mantelbereichs unvorteil­ haft oder nicht wünschenswert, um eine Verringerung des Kol­ benschlaggeräuschs zu erreichen. Daher muß die Axiallänge des Mantelbereichs auf eine richtige Axiallänge ausgehend von ei­ ner Kolbenschlaggeräusch-Verringerungsperformance festgelegt werden. Bei der Sicherstellung einer zufriedenstellenden De­ formierbarkeit des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 wird, wenn sowohl auf die Wanddicke als auch die Umfangsbreite des Mantelbereichs abgestellt wird, je dünner die Wandstärke des Mantelbereichs wird, desto einfacher ist der Mantelbereich de­ formierbar oder wölbbar. Auch ist es nicht möglich, die Dicke bzw. Stärke des Mantelbereichs unter eine untere Grenze zu verringern, welche durch die vorhandenen Herstellungstechniken im Falle eines großen Kolbendurchmessers bestimmt oder be­ schränkt werden. Andererseits dient der netzförmige Schürzen­ bereich als ein Stützbereich zum Abstützen des Mantelbereichs, wenn eine Last auf den Mantelbereich ausgeübt wird, und somit müssen die Schürzenbereiche dickwandig ausgestaltet sein, um einen Mantelstützbereich mit einer ausreichenden mechanischen Stärke bereitzustellen. Hinsichtlich der Dicke des Mantelbe­ reichs ist ein tatsächlicher Abschnitt, an welchem der Mantel­ bereich 22 dünnwandig ausgebildet sein kann, durch die Schür­ zenbereiche 24b beschränkt. Aus den obigen Gründen ist es bei einer Verringerung der Steifigkeit des Mantelbereichs notwen­ dig, eine vorbestimmte Mantelbreite (oder eine vorbestimmte Umfangsbreite des Mantelbereichs 22) vorzusehen und sicherzu­ stellen.

In Übereinstimmung mit Meßergebnissen der Reibkräfte während des Motorlaufs ist während des Entzündens eines Luft-Brenn­ stoffgemisches der Verringerungseffekt der Reibkraft sehr klein, wenn die Steifigkeit des nebenschubseitigen Mantel­ bereichs 22 auf einen kleinen Grad verringert ist, was von den Erfindern der vorliegenden Erfindung experimentell abgesichert wurde. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß es möglich ist, einen beachtlichen Verringerungseffekt der Reib­ kraft zu erhalten, wenn die Steifigkeit des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 auf ein Niveau fällt bzw. verringert wird, welches durch die vorher beschriebene Ungleichung (1) defi­ niert ist, welche für die spezifische Dimensionsbeziehung des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 bezeichnend ist.

In den Fig. 3, 4, 5, 6A, 6B, 7A und 7B ist ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel eines Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Kolben des zweiten Ausführungsbeispiels in den Fig. 3 bis 7B ist ähnlich zu dem Kolben des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels in den Fig. 1 und 2, mit Ausnahme, daß Verstei­ fungsrippenbereiche oder Verstärkungsrippenbereiche 25 und 26 zusätzlich an den inneren Umfangswandflächen der jeweiligen Mantelbereiche 20 und 22 vorgesehen sind. Daher werden die gleichen Bezugszeichen, welche zur Bezeichnung von Elementen im Kolben des ersten Ausführungsbeispiels in den Fig. 1 und 2 verwendet wurden, auf die entsprechenden Elemente im zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 bis 7B verwendet, um eine Ver­ gleichbarkeit der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele zu gewährleisten.

Beim Kolben des zweiten Ausführungsbeispiels ist ein Paar von hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereichen 25, 25 ein­ stückig an der inneren Umfangswand des hauptschubseitigen Man­ telbereichs 20 derart gebildet, daß die relativ dickwandigen Enden der hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 25, 25 mit den jeweiligen netzförmigen Schürzenbereichen 24a, 24a kontinuierlich bzw. ineinander übergehend gebildet sind. In gleicher Weise ist ein Paar von nebenschubseitigen Verstei­ fungsrippenbereichen 26, 26 einstückig an der inneren Umfangs­ wand des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 derart gebildet, daß die relativ dickwandigen Enden der nebenschubseitigen Ver­ steifungsrippenbereiche 26, 26 kontinuierlich mit den jeweili­ gen netzförmigen Schürzenbereichen 24b, 24b gebildet sind. Die beiden hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 25, 25 sind voneinander durch einen vorbestimmten, vorstehenden Um­ fangsabstand oder eine Breite P in einer Richtung parallel zu einer Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 beabstandet. Da­ gegen sind die beiden nebenschubseitigen Versteifungsrippenbe­ reiche 26, 26 voneinander durch einen vorbestimmten, vorste­ henden Umfangsabstand oder eine Breite Q in einer Richtung parallel zur Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 beabstan­ det. Zusätzlich sind die beiden nebenschubseitigen Verstei­ fungsrippenbereiche 25, 25 bezüglich einer Ebene XY, welche die Axiallinie X des Kolbens und die Linie Y, welche senkrecht zur Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 ist, beinhaltet, symmetrisch ausgebildet (siehe Fig. 3, 5, 6A und 6B).

In Fig. 4 bezeichnet Y1 eine Mittellinie jedes hauptschub­ seitigen Versteifungsrippenbereichs 25, 25 in Umfangsrichtung, während Y2 eine Mittellinie jedes nebenschubseitigen Verstei­ fungsrippenbereichs 26, 26 bezeichnet. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die nebenschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 26, 26 auf einem niedereren Niveau angeordnet als die hauptschub­ seitigen Versteifungsrippenbereiche 25, 25 bezüglich der Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 (vgl. den Unterschied der Niveaus der beiden Linien Y1 und Y2, wie in Fig. 4 ge­ zeigt).

Des weiteren sind beim Kolbenaufbau des zweiten Ausführungs­ beispiels die nebenschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 25, 25 und die hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 26, 26 derart ausgelegt, daß der Umfangsabstand Q zwischen den nebenschubseitigen Versteifungsrippenbereichen 26, 26 größer als der Umfangsabstand P zwischen den hauptschubseitigen Ver­ steifungsrippenbereichen 25, 25 ist. Jeder der Versteifungs­ rippenbereiche 25 und 26 weist eine im Längsquerschnitt ent­ lang der Axialrichtung des Kolbens 10 im wesentlichen trape­ zoidförmige Form auf. Die flache obere Fläche (entsprechend einer oberen Basis des Trapezoiden) des hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereichs 25 ist derart ausgelegt, daß die Dicke der flachen oberen Fläche sich nach und nach in Richtung des innersten Endes 25a des hauptschubseitigen Versteifungs­ rippenbereichs 25 verringert. Das innerste Ende 25a jedes hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereichs 25, 25 ist in einer kreisbogenförmigen Form gebildet und mit der Innenwand­ fläche des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 in einer glat­ ten kontinuierlichen Weise verbunden. In gleicher Weise ist die flache obere Fläche des nebenschubseitigen Versteifungs­ rippenbereichs 26 derart ausgelegt, daß die Dicke der flachen oberen Fläche sich nach und nach in Richtung des innersten En­ des 26a des nebenschubseitigen Versteifungsrippenbereichs 26 verringert. Das innerste Ende 26a jedes nebenschubseitigen Versteifungsrippenbereichs 26, 26 ist in einer kreisbogenför­ migen Form gebildet und mit der Innenwand des nebenschubseiti­ gen Mantelbereichs 22 in glatter, kontinuierlicher Weise ver­ bunden.

Bei dem vorher erläuterten Kolbenaufbau gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel ist, betreffend den hauptschubseitigen Man­ telbereich 20, welcher eine vergleichsweise hohe Steifigkeit benötigt, der hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereich 25 an einem niedereren Niveau angeordnet als die Ebene YZ, welche die Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 und die Linie Y, welche senkrecht zur Axiallinie Z ist, beinhaltet, und an ei­ nem höheren Niveau angeordnet als der nebenschubseitige Ver­ steifungsrippenbereich 26. Somit ist die Steifigkeit eines Teils des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 nahe der Ebene YZ relativ verstärkt, wodurch unerwünschte Deformation oder Wölbung des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 verhindert wird. Dies verhindert wirksam eine übermäßige Verlängerung des Druck empfangenden Gleitflächenbereichs des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20 während des Motorbetriebes. Andererseits, betreffend die nebenschubseitige Mantelfläche 22, welche eine vergleichsweise geringe Steifigkeit benötigt, ist der neben­ schubseitige Versteifungsrippenbereich 26 an einem niedereren Niveau als die Ebene YZ angeordnet und an einem niedereren Ni­ veau als der hauptschubseitige Versteifungsrippenbereich 25 angeordnet. Überdies sind die innersten Enden 26a, 26a der ne­ benschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 26, 26 voneinander um den Umfangsabstand Q beabstandet, welcher größer als der Umfangsabstand P zwischen den innersten Enden 25a, 25a der hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereiche 25, 25 ist. Da­ her ist der Mantelbereich der minimalen Wandstärke T in brei­ tem Umfang unterhalb der Ebene YZ vorhanden (insbesondere in einer etwas tieferen Zone als im Vergleich mit der Ebene YZ, welche die Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 enthält) und somit ist die Steifigkeit eines Teils des neben­ schubseitigen Mantelbereichs 22 nahe der Ebene YZ relativ ver­ ringert. Dies stellt eine ausreichende Deformation oder einfa­ che Wölbung des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 während des Motorbetriebes (oder der Hin- und Her-Bewegung des Kol­ bens) sicher.

Wie in Fig. 10 gezeigt, ist ein Punkt der maximalen Reaktion bzw. Rückwirkung des Schmierölfilms, welche infolge der ther­ mischen Expansion auftritt, in einer leicht tieferen Position oder Zone als die Ebene YZ vorhanden, welche die Axiallinie Z der Kolbenbolzenöffnung 16 enthält. Wie oben beschrieben ist die in richtiger Weise verringerte Steifigkeit (oder die in geeigneter Weise erhöhte Flexibilität) des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 sehr wirksam, um das Ansteigen einer seitli­ chen Schubkraft, welche sich am nebenschubseitigen Mantel­ bereich 22 ergibt, zu unterdrücken.

In Fig. 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiels eines Kolbens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zusätzlich zu dem beschriebenen Kolbenaufbau der ersten und zweiten Ausfüh­ rungsbeispiele umfaßt der Kolben des dritten Ausführungs­ beispiels weiter einen Schlitz 14b (oder eine Aussparung). Wie in Fig. 8 gezeigt, weist der Kolben 10 eine Vielzahl von Kol­ benringnuten auf. Der Schlitz 14b ist an der Rückseite oder am Boden der untersten Kolbenringnut 14a der Vielzahl der Kolben­ ringnuten gebildet, welche in der Umgebung des Kolbenbodenbe­ reichs 14 des Kolbens 10 gebildet sind, und an einer Seite des Kolbens entsprechend dem nebenschubseitigen Mantelbereich 22 angeordnet. Das Vorsehen des Schlitzes 14b, welcher die Sei­ tenwand des Kolbens durchdringt, ist wirksam, um die Steifig­ keit des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 weiter zu ver­ ringern, mit anderen Worten, um weiter die Flexibilität des Mantelbereichs 22 zu erhöhen, um eine größere Reduktions­ wirkung einer Reibungskraft sicherzustellen, welche zwischen Lagerflächen der Zylinderwand und der Seitenwand des Kolbens auftritt. Ebenfalls kann die Wirkung der thermischen Expansion und des Seitenschubes durch die vergrößerte Flexibilität des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 verringert werden und als Ergebnis kann das Verhalten des Kolbens stabilisiert werden und ein Kolbenschlaggeräusch ist wirksam verringert. Üblicher­ weise ist ein Ölsteuerring in die unterste Kolbenringnut 14a eingefügt. Somit dient der an der Rückseite der untersten Ringnut 14a gebildete Schlitz 14b ebenfalls als ein Ölrück­ führschlitz. Weiter kann das Gesamtgewicht des Kolbens 19 et­ was durch die Bildung des Schlitzes 14b verringert werden.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich wurde, ist gemäß dem Kolbenaufbau der vorliegenden Erfindung die vorste­ hende Umfangsbreite des nebenschubseitigen Mantelbereichs so dimensioniert, daß sie breiter als die des hauptschubseitigen Mantelbereichs ist. Zusätzlich ist die minimale Dicke bzw. Stärke des nebenschubseitigen Mantelbereichs so dimensioniert, daß sie dünner als die des hauptschubseitigen Mantelbereichs ist. Somit kann am hauptschubseitigen Mantelbereich der Druck empfangende Flächenbereich infolge einer höheren Steifigkeit als der nebenschubseitigen Mantelbereich relativ verringert werden. Somit kann eine wirksame Verringerung einer Reibungs­ kraft erreicht werden, welche durch die Hauptseitenschubkraft verursacht wird, die eine große Mehrheit des Reibwiderstands bildet, welcher sich am Kolben während des Arbeitshubs ergibt. Im Gegensatz dazu stellt am nebenschubseitigen Mantelbereich die in richtiger Weise erhöhte Flexibilität eine richtige, einfache Deformation der Nebenschubseite sicher, wodurch eine wirksame Verringerung einer Schubkraft erreicht wird, welche infolge der thermischen Expansion auftritt, wobei die Schub­ kraft eine große Mehrheit des Reibwiderstands bildet, welcher sich am Kolben während des Einlaß-, Verdichtungs- und Ausstoß­ hubs ergibt. Als Konsequenz kann der zwischen den Lagerflächen der Zylinderwand und der Seitenwand des Kolbens erzeugte Reib­ widerstand wirksam für alle vier Schübe verringert werden, wo­ durch der Kraftstoffverbrauch verringert und die Motorleistung erhöht wird.

Weiterhin ist der nebenschubseitige Mantelbereich derart aus­ gelegt, daß er die Ungleichung W/D ≧ 30,8 × (T/D) + 0,15 er­ füllt, wobei W eine vorstehende Umfangsbreite des nebenschub­ seitigen Mantelbereichs ist, D eine Zylinderbohrung ist und T die minimale Wandstärke des nebenschubseitigen Mantelbereichs bezeichnet. Es ist möglich, eine bessere Verringerungswirkung des Reibwiderstands (der Schubkraft), welcher infolge der thermischen Expansion beim Einlaß-, Verdichtungs- und Auslaß­ hub auftritt, indem die Steifigkeit des nebenschubseitigen Mantelbereichs auf ein Steifigkeitslevel gesenkt wird, welches durch die vorher erwähnte Ungleichung definiert ist. Überdies ist beim vorher beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der Umfangsabstand oder die Breite Q der innersten Enden des Paars der inneren Versteifungsrippenbereiche des nebenschubseitigen Mantelbereichs derart ausgelegt, daß er größer als der Um­ fangsabstand oder die Breite P der innersten Enden eines Paars der inneren Versteifungsrippenbereiche der hauptschubseitigen Mantelbereiche ist. Zusätzlich ist die Position der Bildung des nebenschubseitigen Versteifungsrippenpaars 26, 26 tiefer als das des hauptschubseitigen Versteifungsrippenpaars 25, 25 bezüglich der Ebene YZ, welche die Axiallinie Z der Kolbenbol­ zenöffnung enthält. Daher kann, selbst wenn die Notwendigkeit der Bildung von Versteifungs- oder Verstärkungsrippen an der Innenwand des Kolbens zur Sicherstellung von mechanischer und thermischer Festigkeit besteht, der rippenförmige Kolben des zweiten Ausführungsbeispiels die gleichen Wirkungen wie der Kolben des ersten Ausführungsbeispiels bereitstellen, während eine Deformation des Kolbens verhindert wird. Zusätzlich weist jeder der Versteifungsrippenbereiche, welche im Inneren des Kolbens gebildet sind, eine im wesentlichen trapezoidförmige Form im Querschnitt entlang der Axialrichtung des Kolbens auf. Die Dicke der flachen oberen Fläche des hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereichs ist in Richtung des innersten Endes des hauptschubseitigen Versteifungsrippenbereichs nach und nach verringert oder dünnwandig gebildet, wohingegen die Dicke der flachen oberen Fläche des nebenschubseitigen Versteifungs­ rippenbereichs in Richtung des innersten Endes des nebenschub­ seitigen Versteifungsrippenbereichs nach und nach verringert ist. Dies erleichtert die Herstellung des Kolbens.

Zusammenfassend wurde insoweit ein hin- und herbewegbarer Kol­ ben eines Motors mit innerer Verbrennung beschrieben, der ei­ nen Kolbenmantel mit einem hauptschubseitigen Mantelbereich 20 und einem nebenschubseitigen Mantelbereich 22 aufweist. Eine vorstehende Umfangsbreite des nebenschubseitigen Mantel­ bereichs 22 ist größer als eine vorstehende Umfangsbreite des hauptschubseitigen Mantelbereichs 20. Zusätzlich ist der Kol­ benmantel derartig ausgelegt, daß die minimale Stärke bzw. Dicke des nebenschubseitigen Mantelbereichs 22 kleiner als die minimale Stärke bzw. Dicke des hauptschubseitigen Mantel­ bereichs 20 ist.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims (5)

1. Kolben für einen Motor mit innerer Verbrennung mit:
einem Kolbenbodenbereich (14);
einem Paar von Kolbenbolzennabenbereichen (18), welche je­ weils einstückig mit dem Kolbenbodenbereich (14) gebildet sind und eine Kolbenbolzenöffnung (16) aufweisen;
einem Kolbenmantel, welcher für einen Gleitkontakt mit ei­ ner Zylinderwand (11) geeignet ist und einen haupt­ schubseitigen Mantelbereich (20) und einen nebenschub­ seitigen Mantelbereich (22) aufweist; und
einer Vielzahl von netzförmigen Schürzenbereichen (24a, 24b), die jeweils einen Seitenrand des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20) und des nebenschubseitigen Mantel­ bereichs (22) mit jeweils einem der Kolbenbolzennabenbe­ reiche (18) verbinden;
wobei eine vorstehende Umfangsbreite (W) des nebenschub­ seitigen Mantelbereichs (22) größer als eine vorstehende Umfangsbreite (V) des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20) ist, und eine minimale Stärke (T) des nebenschub­ seitigen Mantelbereichs (22) kleiner als eine minimale Stärke (S) des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20) ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nebenschubseitige Mantelbereich (22) derart ausgelegt ist, daß er eine Ungleichung W/D ≧ 30,8 × (T/D) + 0,15 erfüllt, wobei W die vorstehende Umfangsbreite des nebenschubseiti­ gen Mantelbereichs ist, D eine Zylinderbohrung ist und T die minimale Stärke des nebenschubseitigen Mantelbereichs ist.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hauptschubseitige Mantelbereich (20) und der neben­ schubseitige Mantelbereich (22) jeweils ein Paar von Ver­ steifungsrippenbereichen (25, 25; 26, 26) aufweisen, wel­ che einstückig an ihrer Innenwand gebildet sind und konti­ nuierlich mit zugeordneten netzförmigen Schürzenbereichen der Vielzahl der netzförmigen Schürzenbereiche (24a, 24b) verlaufen, wobei das Paar der Versteifungsrippenbereiche voneinander durch eine vorbestimmte, vorstehende Umfangs­ breite (P; Q) in einer Richtung parallel zu einer Axialachse (Z) der Kolbenbolzenöffnung (16) beabstandet ist, und wobei das Paar der Versteifungsrippenbereiche (26, 26) des nebenschubseitigen Mantelbereichs (22) bezüg­ lich der Axialachse (Z) der Kolbenbolzenöffnung (16) an einem niedereren Niveau angeordnet ist als das Paar der Versteifungsrippenbereiche (25, 25) des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20), und wobei die vorbestimmte Umfangs­ breite (Q) zwischen dem Paar der Versteifungsrippenberei­ che (26, 26) des nebenschubseitigen Mantelbereichs (22) größer ist als die vorbestimmte Umfangsbreite (P) zwischen dem Paar der Versteifungsrippenbereiche (25, 25) des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20).

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Versteifungsrippenbereiche (25, 25) des haupt­ schubseitigen Mantelbereichs (20) und das Paar der Ver­ steifungsrippenbereiche (26, 26) des nebenschubseitigen Mantelbereichs (22) eine im Querschnitt entlang einer Axialrichtung des Kolbens im wesentlichen trapezoidförmige Form aufweist, und wobei sich eine Dicke des Paars der Versteifungsrippenbereiche (25, 25) des hauptschubseitigen Mantelbereichs (20) und des Paars der Versteifungsrippen­ bereiche (26, 26) des nebenschubseitigen Mantelbereichs (22) jeweils in Richtung ihres innersten Endes in einer Umfangsrichtung des Kolbens allmählich verringert.

5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolbenbodenbereich (14) eine Vielzahl von Kolbenringnuten aufweist, welche in der Umgebung des Kolbenbodenbereichs (14) gebildet sind und die weiter ei­ nen Schlitz (14b) umfassen, welcher in der Rückseite einer untersten Kolbenringnut (14a) der Vielzahl der Kol­ benringnuten gebildet ist und an einer Seite des Kolbens entsprechend dem nebenschubseitigen Mantelbereich (22) an­ geordnet ist, so daß der Schlitz (14b) eine Seitenwand des Kolbens durchdringt.