DE60124748T2 - Kolben für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Kolben für Motoren und insbesondere gegossene oder geschmiedete einstückige Kolben für Verbrennungsmotoren.
  • Es ist bekannt, einen Kolben herzustellen, der aus einer Aluminiumlegierung gegossen ist und der konfiguriert ist, minimale Bearbeitung zu erfordern, um ein präzises, relativ kostengünstiges Bauelement zur Folge zu haben. Es ist auch bekannt, dass sich ein größerer Motorwirkungsgrad und/oder eine größere Leistung aus geringer Reibung zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung, in dem er sich hin- und herbewegt und aus der Verwendung von Kolben mit einer geringen Masse ergeben und zu diesem Zweck wurden Kolbenkonstruktionen vorgeschlagen, die die verwendete Metallmenge insbesondere in Reibungs-erzeugenden Bereichen minimieren.
  • Es ist bekannt, dass z.B. ein einstückiger Kolben einen Kopf- oder Deckabschnitt aufweist, umfassend eine obere Deckfläche, die im Betrieb einen Teil einer Verbrennungskammer bildet, eine untere Deckfläche davon, die eine Stützfläche umfasst und sich zwischen diesen Flächen erstreckt, wobei eine Randwand definiert einen Gürtel von Ringnuten um eine Rotationsachse herum, die die Longitudinale des Kolbens ist und entlang der sie sich hin- und herbewegt. Der Deckel ist in der Regel ringförmig um die longitudinale Achse und kann genau kreisförmig sein oder kann in einer geringfügigen Weise davon abweichen, und ist im Stand der Technik als Ovalität wohl bekannt. Es ist auch von so einem einteiligen Kolben bekannt, dass er einen rohrförmigen Schaft aufweist, der um die longitudinale Achse herum erzeugt ist und sich axial von der Kopfstützfläche an dem Rand erstreckt, um Lager für Schub- bzw. Druckkräfte zwischen dem sich hin- und herbewegenden Kolben und der in Bezug auf die longitudinale Achse quer agierenden Zylinderbohrung bereitzustellen.
  • Es ist üblich, den Kolben auf einem verbindenden Stabzapfen, für die Hin- und Herbewegung entlang seiner longitudinalen Achse montiert zu haben, mittels ein paar Kolbenbolzenaugen, die sich axial von der Kopfunterstützungsfläche erstrecken und entlang einer diametrischen oder fast diametrischen Sehne des Kopfes, der eine Bolzenachse definiert.
  • Die seitlichen Kräfte, die auf einen Kolben wirken, ergeben sich aus dem Kolben, der in einen Eingriff mit der Zylinderwand durch Verbrennungsdrücke gedrückt wird, die gegen den Deckel und die Neigung des verbindenden Stabes, hinsichtlich der longitudinalen Achse während Hin- und Herbewegung, sowie thermischer Dehnung des Kolbens innerhalb der Zylinder wirken.
  • Insofern als die seitlichen Reibung verursachenden Kräfte zwischen Kolben und Zylinderwand verursacht, sind aus einer Kombination von dynamischen Kräften, welche während des Motorzyklus variieren, und zwar von der Verbrennungskammer und der Pleuelstange, und relativ statischen Kräften für thermale Expansion des Kolbens und des Zylinders, ist für die Zylinderform bekannt, so von der des Zylinders abzuweichen, dass ein Kontakt zwischen ihnen vermieden wird ausgenommen er ist notwendig. Außerdem, da die dynamischen seitlichen Druckkräfte in eine Richtung im rechten Winkel zu der Bolzenachse wirken und auf einer sich diametrisch erstreckenden Druckachse zentriert sind, ist es bekannt die Umfangsschürze auf Lager-liefernde Bereiche zu begrenzen, die auf der Druckachse auf gegenüberliegenden Seiten der Bolzenachse zentriert und durch unbeschürzte Abschnitte des Umfangs getrennt sind, um Festigkeit und Steife für die Lagerbereiche zu liefern, im dem sie direkt gegeneinander drücken, und zwar mit einem sich umfänglich vollständig erstreckenden Band und/oder Bolzenaugen durch Verstärkungsrippen hindurch die sich axial von der Kopfträgerfläche erstrecken und zugeordnete Lagerbereiche miteinander und mit den Bolzenaugen verbinden.
  • Die Bereitstellung solcher kraftübertragenden Strukturen innerhalb des Kopfumfangs, kombiniert die Reduzierung von Reibungskontakt mit dem Potential größerer Steifheit als eine umfangfolgende röhrenförmige Wand, aber wichtig involviert es auch eine Reduzierung der Menge des eingesetzten Metalls.
  • Da die seitlichen Druckkräfte auf den gegenüberliegenden Seiten der Bolzenachse im Bezug auf die Kräfte auf den Kolben der zu diesen führt, abweichen, sind die Lagerbereiche auch als der Druckbereich und der Nicht-Druckbereich bekannt.
  • Ein Beispiel einer solchen Struktur ist in EP-A2-0902180 gezeigt, aus der auch bekannt ist, während der Herstellung (bei dem Gießen), eine gewichtsreduzierende Ausnehmung in der Stützfläche des Kopfes, in dem Bereich zwischen jedem Bolzenauge und dem unbeschützten Rand zu erzeugen. Solche Ausnehmungen sind in der Abmessung, bezüglich der Nähe zu dem Rand begrenzt, um davon durch mindestens die radiale Tiefe der Ringnuten und durch die Positionen der Verstärkungsrippen beabstandet zu sein.
  • Im Wesentlichen ist, wenn Kolben mit unvollständigen Schürzen entlang der longitudinalen Achse angesehen werden, eine Spiegelbildsymmetrie über die Bolzenachse und die Druckachse vorhanden. Es ist jedenfalls bekannt die Kolbenbolzenachse zu definieren, versetzt von einem Durchmesser des Kolbens, der die geometrische longitudinale Achse in Richtung des Druckbereichs kreuzt, so dass er entlang einer nahen diametrischen Sehne liegt, wobei der Grund und der Effekt ist, die Bolzenachse von der geometrischen Achse zu versetzen, entlang welcher Verbrennungsdruck wirkt und eine Drehbewegung zu erzeugen die den Kolben innerhalb des Zylinders verschiebt, um den Stoß mit dessen Wand abzuschwächen, bevor der Kolben bei Arbeitstemperatur ausgedehnt ist.
  • Eine solche Versetzung der Bolzenachse mit den Bolzenaugen hat den Effekt den Schwerpunkt auch in Richtung des Druckbereichs, auch bei geringerer Menge zu versetzen, aber vielleicht genug um eine separate Drehbewegung über die Bolzenachse zu erzeugen, die als eine Funktion von Kräften, die auf den Kolben einwirken, variiert.
  • Die US 6073602 beschreibt einen Kolben, der eine Ringebene aufweist, die sich zu einer Krone erstreckt, ein Bolzenauge, das in einer unteren Seite der Ringebene gebildet ist, eine Kolbenbolzenbohrung, die in dem Bolzenauge gebildet ist und ein Schürzenabschnitt, der sich zu der Ringebene erstreckt. Der Schürzenabschnitt ist gebildet in einer solchen Art und Weise, dass ein Gebiet einer schubseitigen Schürze größer ist als ein Gebiet einer gegenschub-seitigen Schürze. Die schubseitige Schürze ist so gebildet, dass sie eine dünnere Wanddicke in einem Abschnitt besitzt, der näher an der Ringebene ist und einem Abschnitt, der weiter von der Ringebene ist als in einem mittleren Abschnitt auf beiden Seiten einer mittleren Position längs der Umfangsrichtung um eine Kolben-Mittellinie, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Achsenlinie der Kolbenzapfenbohrung und einer Wanddicke eines Abschnitts zwischen dem engeren Teil und dem mittleren Teil und eine Wanddicke eines Abschnitts zwischen dem mittleren Teil und dem weiteren Teil allmählich variieren. Die schubseitige Schürze ist so gebildet, dass sich allmählich dünner wird in der Wanddicke von einem Abschnitt näher an der Ringebene zu einem Abschnitt weiter von der Ringebene auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts längs einer Unfangsrichtung um die Kolben-Mittellinie herum, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Achsenlinie der Kolbenbohrung befindet.
  • Die GB2347194 beschreibt einen Kolben, der ein Gehäuse aus Leichtmetall hat, mit Kolbenaugen, wobei der externe Abstand von diesen geringer ist als der Kolbendurchmesser, und Schürzenteile von unterschiedlichen Größen. Der Schürzenteil auf der Schubseite ist von größerem Umfangsmaß als der Schürzenteil auf der Gegenschubseite. Die Schürzenteile sind mit dem Zapfenauge durch jeweilige Paare von Versteifungswänden verbunden, die parallel sind und in der Richtung der Zapfenauge-Achse versetzt sind. Die Verbindungswände der Gegenschub-Seite sind verbunden mit den inneren Endbereichen des Zapfenauges. Die Versteifungswände können unterschiedliche axiale Höhen haben, um die Massenverteilung zu beeinträchtigen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einteiligen Motorkolben von verbesserter geringerer Reibung und geringerer Massenkonfiguration anzugeben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorkolben angegeben, wie er in Anspruch 1 beschrieben ist. Weitere Merkmale des Kolbens sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die angehängte Zeichnung beschrieben, die eine Ansicht von Unterhalb des Kolbens längs der Kolben-Längsachse zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. ist ein Motorkolben 10 gezeigt, der ein einheitliches bzw. zusammenhängendes Metallkörper-Gehäuse aufweist oder eine anderweitig gebildete Aluminiumlegierung oder Stahl, die eine Höhe oder Krone 12 von im Wesentlichem kreisförmigen Querschnitt aufweist, der um die Längs- bzw. Kolbenachse 14 zentriert ist. Die Höhe weist eine obere im Wesentlichen kreisförmige Kronenseite (nicht gezeigt), eine untere Träger- bzw. Stützfläche 18, und eine sich zwischen den kreisförmigen Seiten erstreckende Randwand 20, die einen Gürtel von axial beabstandeten Ringnuten 24 definiert. Der Querschnitt des Kopfes kann kreisförmig sein oder davon abweichen mit einem kleinen Grad von Ovalität, wie er im Stand der Technik bekannt ist, und trotz dieser Variation ist es angenehm, den Kopf so zu betrachten als wäre er um solch eine einzelne Längsachse 14 als die geometrische Mitte der Krone definiert.
  • Ein Paar von Kolbenbolzen-Augen 26, 28 erstrecken sich axial von der Trägerfläche, beabstandet von dem Umfang des Kopfes und voneinander längs einer Durchmesser-Sehne der Kopfträger-Fläche, die eine Zapfenachse 30 definiert, die weiter unten diskutiert wird, welche in einem kleinen Abstand von dem Durchmesser 31 versetzt ist, der die Längsachse 14 schneidet.
  • Ein in Umfangsrichtung unvollständiger Lagerschürzen-Abschnitt, der allgemein mit 32 bezeichnet ist, erstreckt sich auch axial von der Kopf-Trägerfläche, die an dem Umfang bzw. Rand einen Schub-Lagerbereich 34 und einen Wand-Lagerbereich 36 definieren, die beabstandet sind an gegenüberliegenden Seiten der Zapfenachse und peripher durch ungeschürzte Abschnitte 37, 38 getrennt sind. Jeder dieser Lagerbereiche 34 und 36 ist zentriert auf einem Durchmesser des Kopfes, der eine Schubachse 40 senkrecht zu der Zapfen- bzw. Bolzenachse 30 und dem Durchmesser 31 definiert, welche die Letztere an der Längsachse 14 schneidet. Der Schub-Lagerbereich 34 erstreckt sich in der Umfangsrichtung zwischen den Bereichsenden 42 und 44, die bei 45 auf der Schubachse zentriert sind und den nicht-Schub-Lagerbereich 36, der sich in Umfangsrichtung zwischen den Bereichsenden 46 und 48 erstreckt, die bei 49 auf der Schubachse zentriert sind. Der Kolben ist symmetrisch um die Schubachse.
  • Lagerschürzen-Verstärkungsrippen 52, 54, 56 und 58 sind einzeln mit den Enden 42, 44, 46 und 48 der Schub- und nicht-Schub-Bereiche zugeordnet, wobei jede Verstärkungsrippe sich von dem Kopf in der Richtung der Längsachse erstreckt und sein zugeordnetes Bereichsende mit einem Kolbenbolzenauge verbindet. Das bedeutet, die Rippen 52 und 56 verbinden die Bereichsenden 42 und 46 jeweils mit dem Bolzenauge 26 und die Rippen 54 und 58 verbinden die Bereichsenden 44 und 48 jeweils mit dem Bolzenauge 28.
  • Erfindungsgemäß ist der Schub-tragende Bereich 34 von größerem Umfangsmaß als der nicht-Schub-tragende Bereich 36 und jede der Verstärkungsrippen 52 und 54, die mit dem Schubbereich verbunden sind, hat einen gekrümmten Abschnitt 62, 64, der jeweils einen im Wesentlichen glatten Übergang von dem Ende 42, 44 des Bereichs in einen nach außen konvexen Abschnitt aufweist, der zu den zugehörigen Augen 26 und 28 konvergiert und mit diesen verschmilzt, beabstandet in einer Richtung längs der Zapfenachse zu dem Umfang bezüglich der Verbindungspunkte der entsprechenden Rippen 56, 58, die sich von den gegenüberliegenden Enden 46, 48 des nicht-Schub-tragenden Bereichs erstreckt. Diese Ausführungsform, aber das ist nicht notwendig, hat jede der Verstärkungsrippen 56, 58 auch einen gekrümmten Abschnitt 66, 68, der jeweils einen im Wesentlichen glatten Übergang von dem nicht-Schub-tragenden Bereich in einen nach außen konvexen Abschnitt aufweist, der zu den zugeordneten Augen 26, 36 konvergiert, und zwar geeigneter Weise in einem Teil 69 zwischen dem Ende und dem zugeordneten Auge. Auch in geeigneter Weise haben die Rippen 56 und 58 im Wesentlichen dieselbe Krümmung wie die Rippen 52 und 54, die mit dem Schub-tragenden Bereich verbunden bzw. zugeordnet sind.
  • Der konvexe Bereich jeder Rippe beginnt und endet im Wesentlichen in demselben Abstand von der Schubachse, d.h. er ist angeordnet außerhalb einer begrifflichen Rippenebene, die sich axial von der Trägerfläche parallel zu der Schubachse erstreckt. Der konvexe Teil der Rippe 52 ist definiert bezüglich der begrifflichen Rippenebene 72 und die entsprechenden konvexen Teile der Rippen 54, 56 und 58 sind definiert bezüglich der begrifflichen Rippenebenen 74, 76 und 78. Die Verstärkungsrippe 52, von dem Ende 62' des konvexen Abschnitts 62 und insofern nicht zusammen gelaufen mit dem Auge 26, erstreckt sich längs der Rippenebene 72 als ein Abschlussbereich 82. In gleicher Weise haben die Rippen 54, 56 und 58 jeweils Abschlussbereiche 84, 86 und 88.
  • Insofern als die Rippenebenen 76 und 78, zugeordnet mit dem nicht-Schub-Bereich 36, enger an der Schubachse sind als die Rippenebenen, die mit dem Schubbereich verbunden sind, und da die Zapfenachse zu dem Schubbereich hin versetzt ist, ist zu erwarten, dass die Abschlussbereiche 86 und 88 sich weiter in die Richtung der Schubachse erstrecken als die Bereiche 82 und 84.
  • Jede der Verstärkungsrippen 52 und 54, die mit dem Lagerbereich 34 verbunden sind, ist von im Wesentlichen gleichförmiger längs seiner Länge von dem Lagerbereich zu dem Bolzenauge, aber kann in der Dicke axial so variieren, dass an der Kante 90 entfernt von der Kopfträgerfläche er eine Dicke hat die eine größere Steifigkeit zu der Ecke bzw. Kante des Lagerbereichs liefert, jedoch insgesamt einen Ausgleich von Steifigkeit und Elastizität, die optimiert werden können, um eine Veränderung der Schublast aufgrund von thermischer Expansion und Variationen des Verbrennungsdrucks, der auf den sich hin- und herbewegenden Kolben wirkt, aufzunehmen. Die Verstärkungsrippen 56 und 58, die mit dem Lagerbereich 36 verbunden sind, können in ähnlicher Weise gebildet werden, aber insofern als der nicht-Schub-Bereich geringerer Querkraft aus thermischen Effekten und signifikant weniger Kraft aus der Verbrennung unterliegt, sind die Verstärkungsrippen ein bisschen dünner ausgebildet, um eine übermäßige Steifigkeit zu vermeiden und um bei einer Reduktion des Metallgehaltes und des Gewichts des Kolbens mitzuwirken.
  • Wenn der Abschlussbereich 82 ... 88 der jeweiligen Verstärkungsrippen mit einem Auge zusammenläuft bzw. verschmilzt, überliegt die Rippenkante 90 wenigstens einen Teil des Auges, der sich in der Rippenebene in der Schubachsen-Richtung erstreckt und von den entsprechenden Rippen der anderen Lagerbereiche links der Zapfenachse beabstandet ist. Ferner, erstrecken sich die Verstärkungsrippen, die mit jedem Auge verbunden sind, über das Auge in der Schubachsen-Richtung, wobei ihre Abschlussbereiche sich in überlappender Seite-an-Seite-Beziehung miteinander relativ zu der Zapfenachse befinden. Die überlappenden Verstärkungsrippen können geeigneter Weise so ausgebildet sein, dass ihre Abschlussbereiche miteinander durch eine Brücke 92, 93 verbunden sind, welche das Auge überlagert und einstückig damit ausgebildet ist.
  • Zusätzlich zur Verwendung von getrennten Schürzen-tragenden Abschnitten von unterschiedlicher Umfangsausdehnung und nicht direkt gekoppelt mit einem kontinuierlichen Verstärkungsband unterscheidet sich die Konfiguration von bekannten Anordnungen darin, dass die Verstärkungsrippen mit jedem Auge außerhalb der Ausrichtung zusammenlaufen miteinander im Bezug auf übertragende Schubkräfte direkt zwischen ihnen und die Schubkräfte werden in die Augen die wesentlichen Widerstand leisten, übertragen, und nicht in den gegenüberliegenden Schürzenabschnitt.
  • Wenigstens einer und bevorzugt jeder der Schub- und nicht-Schub-tragenden Bereiche 34 und 36 hat einen sich axial erstreckenden Zungenteil, der in Umfangsrichtung kleiner ist als der Bereich und sich axial über die axialen Kanten der Verstärkungsrippen hinaus erstreckt, die mit dem Bereich an den Enden verbunden sind. Die Zunge 94 des Schubbereichs 34 erstreckt sich Umfangsrichtung so, dass sie enthalten ist zwischen den Rippenebenen 72 und 74 und in gleicher Weise ist die Zunge 96 des nicht-Schub-Bereichs 36 in Umfangsrichtung enthalten zwischen den Rippenebenen 76 und 78.
  • Die Kante 90 jeder Verstärkungsrippe ist in einem solchen axialen Abstand von der Kopfträgerfläche, dass die Rippenkanten in einem Bereich liegen, der sich im Wesentlichen parallel zu dem Bereich der Kopfträgerfläche und den ungeschürzten Umfangsabschnitten 37 und 38 erstreckt. Obwohl die axiale Tiefe jeder Rippe als eine Funktion des Abstands von den Schub- oder nicht-Schub-Abschnitten variieren kann. Insbesondere kann benachbart jedem Ende jedes Bereichs dieser sich krümmen auch in der axialen Richtung weg von der Kronen-Trägerfläche, um mit dem Ende des Zungenteils sowohl in Umfangsrichtung als auch axial zu verschmelzen.
  • Der Kolben weist auch auf, gebildet zusammen mit der Kopfträgerfläche 18, ein Paar von Massenreduktions-Vertiefungen bzw. -Ausnehmungen 106 und 108, die mit jedem Bolzenauge verbunden sind. Die Vertiefungen sind spiegelsymmetrisch um die Schubachse 40, aber jede Vertiefung ist unsymmetrisch um die Zapfenachse 30 oder den Durchmesser 31.
  • Vertiefung 106 ist zu einer (Schub)-Seite der Zapfenachse 30 durch den ungeschürzten Umfang 37 (aber beabstandet davon durch mindestens die Tiefe der Ringnuten 24) definiert, und zwar durch das Auge 26 und durch die Verstärkungsrippe 34, die den Schubbereich 34 mit dem Auge verbinden. Zu der anderen (nicht-Schub)-Seite der Zapfenachse ist die Vertiefung definiert durch den ungeschürzten Umfang 37, das Auge 26 und die Verstärkungsrippe 56, welche den nicht-Schub-Bereich 36 mit dem Auge verbinden.
  • Es wird zu ersehen sein, dass insofern als der nicht-Schub-Bereich und seine Verstärkungsrippen erforderlich sind, um signifikant kleinere Schubkräfte aus dem Kontakt mit der Zylinderbohrung zu übertragen als dem Schubbereich, durch Definieren des nicht-Schub-Bereichs 36 von kürzerem umfänglichem Maß als den Schubbereich 34, es nicht nur eine unmittelbare Reduktion des Kontaktbereichs mit der Zylinderbohrung gibt, sondern auch eine Massenreduktion aus dem Metall, dass aus dem Bereich im Vergleich mit dem Schub-tragenden Bereich eliminiert ist.
  • In Verbindung mit der effektiven Verschiebung der Verstärkungsrippe 56, längs der Zapfenachse weg von dem ungeschürzten Umfang 37 der Massenreduktions-Vertiefung 106 zu der nicht-Schub-Seite der Zapfenachse, erstreckt diese sich weiter um die Seite des Auges des Umfangs herum, wie angezeigt bei 110, und wächst im Volumen, woraus Metall eliminiert werden kann im Vergleich mit traditionellen symmetrischen Auslegungen.
  • Somit ist zu ersehen, dass eine verminderte Masse nicht nur aus einem umfänglich kürzerem nicht-Schub-Bereich entsteht, sondern auch aus einer Versetzung der Verstärkungsrippen, die damit verbunden sind, zu der Schubachse hin und durch Erweiterung der Vertiefungen in die Trägerfläche, die dadurch freigelegt ist.
  • Auch die Randwand weist optional eine Vielzahl von Ablaufdurchgängen 112 auf, die sich durch die Wand aus der Ringnut 24 in eine oder jede Vertiefung erstrecken. Als eine Konsequenz der Streckung der Vertiefung ist es möglich, die Anzahl von Durchgängen zu erhöhen, und zwar hinsichtlich der umfänglichen Ausdehnung des Ablaufs, der eine größere Anzahl von Ablaufdurchgängen auf der nicht-Schub-Seite der Zapfenachse hat, als auf der Schubseite.
  • Wenn gewünscht, und wie durch unterbrochene Linien 120 gezeigt, können die Vertiefungen 106 und 108 Klammerstege haben, die sich dazwischen erstrecken, um irgendeine Tendenz der ungeschürzten Umfänge 37 zu behindern, sich unter externer Belastung nach innen zu falten.
  • Es zu ersehen sein, dass eine solche reduzierte Masse aus der Verminderung der Menge des Metalls zu der nicht-Schub-Seite des Durchmessers 31 entsteht und somit das Massenzentrum zu dem Schub-tragenden Bereich verschiebt. Insofern als die Kolbenbolzenachse von der geometrischen Längsachse 14 verschoben ist, längs der der Verbrennungsdruck effektiv wirkt, liefert die Verminderung des Metalls zu der nicht-Schub-Seite des Durchmessers 31 hin nicht nur eine Gesamtverminderung der Gesamtmasse des Kolbens, sondern ermöglicht es auch, die Massen-Asymmetrie so zu definieren, dass das Massenzentrum noch weiter versetzt ist zu dem Schub-tragenden-Bereich, und möglicherweise sogar durch die Zapfenachse 30 hindurch wirkt um dadurch die Wirkung der Drehbewegung auszugleichen, die der Massenmitte relativ zu der Kolbenbolzen-Achse zuzuschreiben ist.
  • Es wird zu ersehen sein, das es nicht wesentlich ist, dass die Kolbenbolzen-Achse von der geometrischen Achse verschoben ist, sondern das in einem solchen Fall das Massenzentrum eines solchen asymmetrischen Kolbens eine Drehbewegung um die Zapfenachse erzeugen wird.

Claims (9)

  1. Motorkolben (10), umfassend einen einstückigen Metallkörper, umfassend: (i) einen Kopf (12) von im Wesentlichem kreisförmigem Querschnitt, zentriert auf einer longitudinalen Kolbenachse (14), definiert durch eine obere Deckfläche, eine untere Stützfläche (18) und, sich zwischen den Flächen erstreckend, eine Randwand (20) des Kopfes, die einen Gürtel von Ringnuten (24) definiert; (ii) ein Paar von Kolbenbolzenaugen (26, 28), die sich axial von der Stützfläche erstrecken, von dem Rand des Kopfes und voneinander entlang einer Bolzenachse (30) beabstandet; (iii) einen umfänglich unvollständigen, sich axial erstreckenden Lagerschaftabschnitt (32), der an dem Umfang einen Drucklager-Bereich (34) und einen nicht-Drucklager-Bereich (36) definiert, die an gegenüberliegenden Seiten der Bolzenachse voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Lagerabschnitte sich umfänglich zwischen Bereichsenden (42, 44; 46, 48) erstreckt, und auf einer Druckachse (40) senkrecht zu der Bolzenachse zentriert ist, wobei der Drucklager-Bereich von größerem umfänglichen Ausmaß als der nicht-Druck-Lagerbereich ist; (iv) Lagerschaft-Verstärkungsrippen (52, 54, 56, 58), die einzeln den Enden der Drucklager- und nicht-Drucklager-Bereiche zugehörig sind, wobei sich jede der Verstärkungsrippen axial von dem Kopf erstreckt und ihr zugehöriges Bereichsende mit einem der Kolbenbolzenaugen verbindet, wobei die Verstärkungsrippen (52, 54), die den Enden des Drucklager-Bereichs (34) zugehörig sind, jeweils einen gekrümmten Abschnitt (62, 64) aufweisen, umfassend einen im Wesentlichen gleichmäßigen Übergang von dem Ende des zugehörigen Bereichs in einen nach außen konvexen Abschnitt, der in Richtung des zugehörigen Kolbenbolzenauges konvergiert, und sich damit in einer Richtung entlang der Bolzenachse in Richtung auf den Rand in Bezug auf die Verstärkungsrippen (56, 58) versetzt, die sich von den Enden des nicht-Drucklager-Bereichs (36) erstrecken, vereint, (v) ein Paar von Ausnehmungen (106, 108) in der Stützfläche (18), wobei jede einem der Kolbenbolzenaugen (26, 28) zugehörig ist, wobei jede der Ausnehmungen zwischen dem Bolzenauge und der Randwand und asymmetrisch bezüglich der Bolzenachse angeordnet ist, wobei die Ausnehmung auf einer Seite der Bolzenachse durch den nicht mit Schaft versehenen Rand, das Auge und die Verstärkungsrippe, die den Drucklager-Bereich und das Auge verbindet, definiert wird, und auf der anderen Seite der Bolzenachse durch den nicht mit Schaft versehenen Rand, das Auge und die Verstärkungsrippe, die den nicht-Drucklager-Bereich mit dem Auge verbindet, definiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben auch mehrere von Abflussdurchgängen (112) einschließt, die sich durch die Randwand von einer Ringnut (24) in mindestens eine des Paars von Ausnehmungen hinein erstrecken, und wobei die Anzahl der Abflussdurchgänge auf der nicht-Druckseite der Bolzenachse (30) größer ist als die Anzahl der Durchgänge auf der Druckseite.
  2. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Schwerpunkt und die Kolbenbolzenachse (30) von der Längsachse (14) in der gleichen Richtung um im Wesentlichen die gleiche Strecke versetzt sind.
  3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Verstärkungsrippe (56, 58), die einem Ende eines nicht-Drucklager-Bereichs (38) zugehörig ist, einen gekrümmten Abschnitt (66, 68) aufweist, umfassend einen im Wesentlichen gleichmäßigen Übergang von dem Ende des Bereichs in einen nach außen konvexen Abschnitt, der in Richtung eines Punkts (69) zwischen dem Ende und dem zugehörigen Auge (26; 28) konvergiert, und wobei die nach außen konvexen Abschnitte der Verstärkungsrippen, die den Druck- und nicht-Druck-Bereichen zugehörig sind, im Wesentlichen die Krümmung aufweisen.
  4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beabstandeten Enden jedes konvexen Abschnitts in einer Rippen-Ebene (72, 74, 76, 78) liegen, die sich im Wesentlichen parallel zu der Druckachse (40) erstreckt, und wobei sich jede Verstärkungsrippe zwischen dem Ende des konvexen Abschnitts und dem zugehörigen Kolbenauge als ein Abschlussbereich (82, 86, 84, 88) im Wesentlichen in der Rippen-Ebene erstreckt.
  5. Kolben nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die axiale Kante (90) des Abschlussbereichs der Rippe mindestens einen Teil des Auges in davon beabstandeter Weise überlagert.
  6. Kolben nach Anspruch 5, wobei die Abschlussbereiche (82, 86; 84, 88) der Verstärkungsrippen auf den jedem Auge (26; 28) zugehörigen Druck- und nicht-Druck-Bereichen sich in zueinander überlappender Beziehung über das Auge erstrecken.
  7. Kolben nach Anspruch 6, wobei die überlappenden Abschlussbereiche (82, 86; 84, 88) miteinander durch eine Brücke (92; 93) verbunden sind, die das Auge überlagert und damit einstückig ist.
  8. Kolben nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens einer der Druck- und nicht-Drucklager-Bereiche (34, 36) eine sich axial erstreckende Zunge (94, 96) aufweist, die beabstandet von den Enden davon endet, und sich axial über die axialen Kanten der Verstärkungsrippen erstreckt, die sich von den Enden des Bereichs erstrecken.
  9. Kolben nach Anspruch 8, wenn abhängig von Anspruch 6, wobei die Abschlussbereiche (82, 86; 84, 88) der Verstärkungsrippen der Druck- und nicht-Druck-Bereiche, die jedem Auge (26; 28) zugehörig sind, sich über das Auge in überlappender Beziehung zueinander erstrecken und für jeden der Druck- und nicht Drucklager-Bereiche die umfängliche Erstreckung der Zunge (94, 96) derart beschaffen ist, dass sie vollständig zwischen den Rippen-Ebenen (72, 74; 76, 78) der zugehörigen Verstärkungsrippen enthalten ist.
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