DE69917981T2 - Kolben für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserungen eines hin- und hergehenden Kolbens eine Brennkraftmaschine, die für Kraftfahrzeuge geeignet ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In hin- und hergehenden Kolben, die für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen verwendet werden, arbeitet der Kolben während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens mit der Kolbenkrone oder mit dem Kolbenkopf den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt, während der Kolbenrand die vergleichsweise kühle Zylinderwand berührt. Dies führt zu einem Temperaturabfall oder -unterschied von der Spitze des Kolbens zu dem Boden. Im Großen und Ganzen ist die Temperatur der Kolbenspitze, die der Brennkammer ausgesetzt ist, höher als jene des Kolbenbodens. Folglich ergibt sich dort ein Unterschied der Wärmeausdehnung von der Spitze des Kolbens zu dem Boden. Um die Wirkungen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen den Spitzen- und den Bodenabschnitten des Kolbens und um die verhältnismäßig große Wärmeausdehnung zwischen den Spitzen- und den Bodenabschnitten des Kolbens zu steuern, und um die verhältnismäßig große Wärmeausdehnung der Spitze des Kolbens zu absorbieren, ist der Spitzenabschnitt des Kolbens mit einer Mehrzahl von hervorstehenden Stegflächen gebildet, z. B. einer oberen Fläche, einer zweiten Fläche, einer dritten Fläche, so dass es einen gewünschten Kolbenflächen-zu-Zylinderwand-Abstand zwischen jeder Fläche und der Zylinderwand gibt. Der gewünschte Kolbenflächen-zu-Zylinderwand-Abstand wird nachstehend als ein „Wärmeausdehnungs-Steuerabstand" oder als eine „Wärme-Durchbiegungssteuerung von Kolben-zu-Zylinderewandabstand" bezeichnet. Der Wärmeausdehnungs-Steuerabstand trägt dazu bei, die verhältnismäßig große Wärmeausdehnung zu absorbieren, die an dem oberen Abschnitt des Kolbens stattfindet. Zusätzlich ist eine Mehrzahl von Kolbenringen, z. B. jeweils ein Spitzen-Kompressionsring und ein zweiter Kompressionsring in eine Ringnut eingesetzt, die zwischen den Spitzen und den zweiten Flächen gebildet sind, um beim Arbeitshub effektiv abzudichten. Solch ein hin- und hergehender Kolbenaufbau eines Kraftfahrzeugmotors ist in der Japanese Patent Provisional Publication No. 6-101566 gezeigt worden. Wie an dem Profil der jeweiligen Kolbenflächen und das Profil des Kolbenrandes des herkömmlichen hin- und hergehenden Kolbenaufbaus, gezeigt in der Japanese Patent Provisional Publication No. 6-101566, ist das Profil der oberen und unteren Abschnitte des Kolbenrandes leicht nach innen gekrümmt, um einen adäquaten Ölfilm auf der Zylinderwand beizubehalten, und zumindest die oberste Fläche und die zweite Fläche sind gebildet, um jeweils gekrümmte Verjüngungen zu haben, die sich von dem oberen Abschnitt des Kolbenrandes fortsetzen, um das Verhalten oder die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens während des Betriebes des Motors zu stabilisieren. Mit anderen Worten, der Wärmeausdehnungs-Steuerabstand (der Kolben-zu-Zylinderwandabstand) ist bestimmt, um relativ unangemessen hoch zu sein. Folglich ergibt sich dort eine Tendenz für etwas von dem in flüssige Tröpfchen kondensierten Kraftstoff, in diesem Wärmeausdehnung-Steuerabstand zu verbleiben, was zu Ablagerungen von Kohlenwasserstoffen an den Kolbenringen, Ventilen und anderen Motorteilen, oder in den Kolbenringnuten oder unterhalb der Kolbenkrone führt. Dieser relativ unangemessen hohe Wärmeausdehnung-Steuerabstand führt auch zu einem erhöhten Ölverbrauch. Im Gegensatz dazu, wenn der Wärmeausdehnungs-Steuerabstand unzureichend ist, ist es unmöglich die vergleichsweise große Wärmeausdehnung der Spitze des Kolbenringes ausreichend zu kompensieren, und folglich ergibt sich dort eine unerwünschte erhöhte Reibung zwischen der Zylinderwand und der spitze des Kolbens. Infolge der unzureichend gesteuerten Wärmeausdehnung könnte ein Fressen des Kolbens in dem Zylinder auftreten. Wie oben diskutiert, hat der herkömmliche Kolbenaufbau, der in der Japanese Patent Provisional Publication No. 6-101566 gezeigt ist, eine relativ übermäßige Kolbenfläche-zu-Zylinderwandabstand (oder einen relativ übermäßigen Wärmeausdehnungs-Steuerabstand). Um einer notwendigen Dichtungsleistung dieses Abstandes zu genügen und um den Verbrennungsdruck am Entweichen aus der Brennkammer zu hindern, und um den Schmierölfilm an der Zylinderwand einzustellen, verwendet der vorerwähnte herkömmliche Kolbenaufbau oft eine Labyrinthabdichtung. Wie im Wesentlichen bekannt, erfordert der Labyrinthabdichtungsaufbau eine Mehrzahl von jeweils in die entsprechenden Kolbennuten eingesetzte Kolbenringen, was dadurch zu einer Erhöhung im Gesamtgewicht des Kolbens führt und zu einer Erhöhung eines Betrages des Reibungswiderstandes während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens. Zusätzlich ist in dem Kolben des gekrümmten Profiles oder der gekrümmten Verjüngung des oberen Abschnittes des Kolbens, die vorgesehen sind die Wärmeausdehnungs-Steuerung der Spitze des Kolbens zu steuern, der Kolbendurchmesser von dem Kolbenrand-Oberabschnitt (oder der dritten Fläche) zu der obersten Fläche diametral vermindert, und somit besteht dort für die ausgeführte Kolbenschlaggeräuschverminderung eine erhöhte Tendenz vermindert zu werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, einen hin- und hergehenden Kolben einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der die vorerwähnten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Kolben einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die radiale Wärmeausdehnung oder die Wärmekontraktion, die an dem oberen Abschnitt des Kolbens auftritt und folglich den Reibungswiderstand unterdrückt, richtig zu steuern oder zu absorbieren, ohne einen sogenannten Wärmeausdehnungs-Steuerungsabstand, wie er zwischen einer Zylinderwand und der Spitze des Kolbens gebildet wird, zu schaffen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Kolben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, der die radiale Wärmeausdehnung oder die Wärmekontraktion an dem oberen Abschnitt des Kolbens richtig steuert, ohne einen sogenannten Wärmeausdehnungs-Steuerungsabstand richtig zu schaffen, und der die Temperaturanstiegseigenschaften der Kolbenkrone während des kalten Motorbetriebes verbessert, und somit die Abgasreinigung unterstützt.
  • Es ist ein noch weiteres Ziel der Erfindung, einen kleinformatigen Kolben einer Brennkraftmaschine mit reduziertem Reibungswiderstand, vermindertem Kolbengewicht, verbesserter Abdichtleistung, unterdrücktem Kolbenschlag (mit reduziertem Kolbenschlaggeräusch und mit reduzierten Schwingungen) zu schaffen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen kleinformatigen Kolbenaufbaus zu schaffen, der einen einzigen Kolbenring hat, der eine erforderliche Abdichtleistung und einen minimalen Reibungsverlust schafft.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen kleinformatigen Kolbenaufbau zu schaffen, der einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring hat, der die Wärmeausdehnung, die an der Spitze des Kolbens auftritt, wirksam absorbiert.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen kleinformatigen Kolben zu schaffen, der einen Ölkanalaufbau hat, der die radiale Wärmeausdehnung oder die Wärmekontraktion an dem oberen Abschnitt des Kolbens richtig steuert, ohne den sogenannten Wärmeausdehnungs-Steuerungsabstand zu schaffen, und auch einen übermäßigen Temperaturanstieg in dem Kolben unterdrückt.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen kleinformatigen Kolben zu schaffen, der mit einer Kolbenkrone ausgerüstet ist, die einen gerippten Abschnitt an ihrer Rück seite hat, die die radiale Wärmeausdehnung oder die Wärmekontraktion an dem oberen Abschnitt des Kolbens richtig steuert, ohne den sogenannten Wärmeausdehnungs-Steuerungsabstand zu schaffen, und eine verbesserte Durchbiegungssteifigkeit der Kolbenkrone vorsieht.
  • Um die vorerwähnten und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, weist der Kolben einer Brennkraftmaschine einen Randabschnitt auf, vorgesehen um mit einer Zylinderwand in Gleitkontakt zu sein, einen inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt und Kolbenbolzen-Nabenabschnitte, einen Halteabschnitt, der zwischen dem Randabschnitt und dem inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Kolbens verbindet, und eine Trennnut, durch die der Randabschnitt und der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt rund um den Umfang des oberen Abschnittes des Kolbens unterteilt sind. Vorzugsweise ist ein Wärmeablenkungs-Absorptionsring in die Trennnut eingesetzt, so dass der Wärmeablenkungs-Absorptionsring in einer radialen Richtung des Kolbens verformbar ist, um die Veränderungen einer radialen breite der Trennnut zu absorbieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispieles eines hin- und hergehenden Kolbens der Erfindung.
  • 2 ist eine Druntersicht des in der 1 gezeigten hin- und hergehenden Kolbens.
  • 3 ist eine vordere vergrößerte Darstellung des in der 1 gezeigten Kolbens.
  • 4 ist eine vordere vergrößerte Darstellung, wenn aus einer Richtung gesehen wird, die um 90° von der Winkelposition der 3 gedreht ist.
  • 5 ist ein Querschnitt in Längsrichtung, der entlang der Linie A–A der 1 genommen wurde.
  • 6 ist ein Querschnitt in Längsrichtung, der entlang der Linie B–B der 1 genommen wurde.
  • 7 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines ersten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30A) hat, eingesetzt in eine ringförmige Trennnut oder Öffnung (D), gebildet zwischen dem Umfang der Kolbenkrone und dem oberen Abschnitt des Kolbenrandes.
  • 8 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines zweiten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30B) hat.
  • 9 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines dritten Ausführungsbeispieles des Kolbenringaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30C) hat.
  • 10 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines vierten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30C), wie in der 9 gezeigt, hat und zwei gegenüberliegende, sich in der Umfangsrichtung erstreckende, leicht radial vorspringende Kantenabschnitte (60, 60), spitzwinklig im Querschnitt, und jeweils an dem oberen Abschnitt des Kolbenrandes und an dem Umfang der Kolbenkrone angeordnet.
  • 11 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines fünften Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30D) hat.
  • 12 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines sechsten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30E) hat.
  • 13 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines siebenten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30F) hat.
  • 14 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines achten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30G) hat.
  • 15 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines neunten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30H) mit einer Ölbohrung (78) und einem Ölkanal (80) hat.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht des in der 15 gezeigten Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes (30H).
  • 17 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines zehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30I) mit einer Hilfs-Ölbohrung (82), sowie die Ölbohrung (78) und den Ölkanal (80) hat.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht des in der 17 gezeigten Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes (30I).
  • 19 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines elften Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der den in der 17 gezeigten Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30I) und einen Ölaufnahmeabschnitt (84) hat.
  • 20 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines zwölften Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30J) mit einem vorspringenden oder Lochflansch-Abschnitt (86) hat, der in den Ölaufnahmeabschnitt (84) eingesetzt ist.
  • 21 ist eine perspektivische Ansicht des in der 20 gezeigten Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes (30J).
  • 22 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines neunten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30K) mit einem Lochflansch-Abschnitt (90) hat, eingesetzt in einen Ölaufnahmeabschnitt (92), gebildet in dem oberen Abschnitt des Randes, sowie den Lochflanschabschnitt (86), eingesetzt in den Ölaufnahmeabschnitt (84), gebildet in dem Umfang der Kolbenkrone.
  • 23 ist ein vergrößerter Querschnitt des wesentlichen Teiles eines vierzehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus, der einen weiteren Wärmeausdehnungs-Absorptionsring (30L) mit einem vorspringenden oder oberen- und- unteren geflanschten Abschnitt (94) hat, der in den Ölaufnahmeabschnitt (84), gebildet in dem Umfang der Kolbenkrone, eingesetzt ist.
  • 24 ist eine perspektivische Ansicht des in der 23 gezeigten Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes (30L).
  • Die 25A und 25B sind Querschnittsdarstellungen, die die Durchbiegung des Kolbenkronenabschnittes unter Innenzylinderdruck (Verbrennungsdruck), jeweils in Seitendruckrichtung und in der Richtung des Kolbenbolzens geschnitten, erläutern.
  • 26 ist ein Querschnitt, der die Wärmeströmung zeigt, die von der Brennkammer zu dem Kolben übertragen wird.
  • Die 27A und 27B zeigen jeweils den Querschnitt in der Druckrichtung und die Druntersicht eines fünfzehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus.
  • 28 ist ein Querschnitt, der die verbesserte Durchbiegungssteifigkeit des Kolbenkronenabschnittes des gerippten Kolbens des in den 27A und 27B gezeigten Ausführungsbeispieles veranschaulicht.
  • 29 ist ein Querschnitt, der der die Wärmeströmung zeigt, die von der Brennkammer zu dem gerippten Kolben des fünfzehnten Ausführungsbeispieles übertragen wird.
  • Die 30A und 30B zeigen jeweils den Querschnitt in der Druckrichtung und die Druntersicht eines sechszehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus.
  • Die 31A und 31b zeigen jeweils den Querschnitt in der Druckrichtung und die Druntersicht eines siebzehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus.
  • Die 32A und 32B zeigen jeweils den Querschnitt in der Druckrichtung und eine Druntersicht des achtzehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus.
  • Die 33A und 33B zeigen jeweils den Querschnitt in der Druckrichtung und die Druntersicht eines neunzehnten Ausführungsbeispieles des Kolbenaufbaus.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Nunmehr unter Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf die 1 bis 6, ist dort eine grundlegende Konzeption des hin- und hergehenden Kolbenaufbaus der Erfindung gezeigt. Wie bestens in den 5 und 6 gesehen, weist der Kolben des Ausführungsbeispieles auf einen im Wesentlichen zylindrischen, dünnwandigen äußeren Kolbenrandabschnitt 12 auf, der mit einer Innenwand (einfach eine Zylinderwand) des Motorzylinders 2 in Gleitkontakt ist, eine innere Kolbenkrone und einen Kolbenbolzen-Nabenabschnitte (einfach einen inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt) 14, angeordnet innerhalb des äußeren Kolbenrandabschnittes 12, und einen netzartigen Halteabschnitt (oder einen netzartigen Tragabschnitt oder einen netzartigen Schürzenabschnittes) 16, durch den der äußere Randabschnitt 12 und der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 zwischenverbunden sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Abschnitte 12, 14 und 16 miteinander mittels Metallformen (oder Gussformen) einstückig gebildet. Für ein leichtes Gewicht oder für eine kompakte Abmessung wird der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 aus einem dünnwandigen scheibenartigen Kronenabschnitt 14a gebildet, der mehr von einer Kolbenkrone oder von einem Kolbenkopf 18 bildet, und ein Paar von Kolbenbolzen-Nabenabschnitte (14b, 14b), voneinander in der axialen Richtung eines Kolbenbolzens oder eines Kolbenstiftes (nicht gezeigt) beabstandet und an der Unterseite des Kronenabschnittes 14a einstückig gebildet. Der Kronenabschnitt 14a hat eine flache, obere Fläche. Jeder der Kolbenbolzen-Nabenabschnitte (14b, 14b) hat eine Kolben-Bolzenbohrung oder ein Kolben-Bolzenloch 28, zu dem der Kolbenbolzen lose eingesetzt ist. Der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 ist auf halbem Wege zwischen den Kolbenbolzen-Nabenabschnitten (14b, 14b) auf solch eine Ausdehnung groß ausgeschnitten, dass eine erforderliche mechanische Festigkeit beibehalten wird, während das Gewicht des Kolbens reduziert ist. Noch genauer, die oberste, ringförmige flache Fläche des Randes des äußeren Kolbenrandabschnittes 12 bildet einen Teil der Kolbenkrone 18. Wie in den 1 und 3–6 gesehen, wird der obere Abschnitt 20 des Kolbens des oberen Abschnittes 12a des äußeren Kolbenrandes 12, sowie der dünnwandige, scheibenartige Kronenabschnitt 14a gebildet. Wie in den 1, 5 und 6 gesehen, sind der äußere Randabschnitt 12 und der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 an der Spitzenfläche des Kolbens durch eine ringförmige Trennnut, oder eine ringförmige Trennöffnung, oder einen ringförmigen Trennschlitz D unterteilt, die sich alle rund um den Umfang des oberen Abschnittes 20 erstrecken. In dem Kolbenaufbau des Ausführungsbeispieles ist ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30 in die ringförmige Trennnut D mit einem vergleichsweise hohen Kontakt-Oberflächendruck eingesetzt. Zur Wärmeausdehnungs- und -kontraktionssteuerung ist der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30 verformbar oder verbiegbar, oder flexibel in der radialen Richtung des Kolbens. Die Details des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes werden später vollständig beschrieben. Wie bestens in den 3 und 4 gesehen, weist der äußere Kolbenrandabschnitt 12 obere und untere Randabschnitte 12a und 12b auf. Der obere Randabschnitt 12a, angeordnet in dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens, ist ringförmig um den gesamten Umfang des oberen Abschnittes 20 des Kolbens herum gebildet. An dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens dient der obere Randabschnitt 12a dazu, eine gasdichte Abdichtung zwischen der Zylinderwand 2 und dem Kolben rund um den gesamten Umfang des Kolbens zu schaffen.
  • Damit die Festigkeit beibehalten wird, während das Material reduziert wird, um den Kolben selbst zu erleichtern, und um einen geringen Reibungswiderstand zu sichern, ist der untere Randabschnitt 12b, angeordnet in dem unteren Abschnitt 22 des Kolbens, unter den Bolzen-Nabenabschnitten (14b, 14b) in der axialen Richtung des Kolbenbolzens (einfach gesagt, in die Richtung des Kolbenbolzens) teilweise ausgeschnitten, um einen Kolbenrandaufbau zu schaffen, der nahezu einem sogenannten offenen Gleitschuh-Typ ähnlich ist, und um somit ein Paar von Druckflächen beizubehalten, nämlich eine Haupt-Druckfläche (eine Antriebsgleitseite) und eine Neben-Druckfläche (eine Druck-Gleitseite), die gute Verschleißwiderstandseigenschaften und mechanische Festigkeiten besitzen muß. Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist eine einzelne sich in Umfangsrichtung erstreckende Kolbenringnut 24 in der äußeren Umfangswand des oberen Randabschnittes 12a gebildet. Ein Kolbenring 23 ist in die Ringnut 24 eingesetzt, um einen effektiveren Abdichtkontakt mit der Zylinderwand zu sichern. Der obere Randabschnitt 12a ist an seinem obersten Ende mit einer ringförmigen, flachflächigen Rand gebildet, der einen gestuften, inneren Umfangswandabschnitt 26 hat. Der vorher genannte Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30 ist in dem gestuften, inneren Umfangswandabschnitt 26 installiert. Mit Ausnahme der Kolbenringnut 24 ist die äußere Umfangswandoberfläche des äußeren Kolbenrandabschnittes 12 (d. h., die Randoberfläche) in einer Weise gebildet, um sich auf im Wesentlichen demselben Umfang durch seine gesamte axiale Länge (von seinem untersten Ende des Randes bis zu dem obersten Ende) zu erstrecken. D. h., das Randprofil des Kolbenrandabschnittes 12 ist gebildet oder dimensioniert, um dasselbe Außenseite-Durchmesserprofil über die gesamte Län ge des Kolbens zu haben. Demzufolge ist die äußere Kolbenrandoberfläche eng in die Zylinderwand über die gesamte Randoberfläche mit geringem Kolben-zu-Zylinderwand-Abstand eingesetzt. Wie aus den 2 und 5 in Verbindung eingeschätzt werden kann, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der netzartige Halteabschnitt 16 aus vier netzartigen Randverbindungsabschnitten gebildet, die jeweils die äußere Umfangswandoberfläche des zugehörigen Kolbenbolzen-Nabenabschnittes 14b und die innere Umfangswandoberfläche des unteren Randabschnittes 12b verbinden. Mit Ausnahme des netzartigen Halteabschnittes 16, der aus den vier Lagerabschnitten zusammengesetzt ist, ist der Kolben mit einem vergleichsweise großen, hohlen oder inneren Raum gebildet, der sich über die gesamte axiale Länge des Kolbens und innerhalb zwischen dem äußeren im Wesentlichenzylindrischen Randabschnitt 12 und dem inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 erstreckt, um das Gewicht des Kolbens weiter zu reduzieren. Während des Betriebes des Motors tendiert eine Temperatur des oberen Kolbenabschnittes 20, die die Kolbenkrone 18 einbezieht, die einen Abschnitt der Brennkammer 4 bildet und den heißen Verbrennungsgas ausgesetzt ist, dazu, höher als die Temperatur des unteren Kolbenabschnittes 22 zu werden, weil der untere Abschnitt von der Brennkammer 4 weiter entfernt ist. Als ein Ergebnis wird eine Wärmedurchbiegung (Wärmeausdehnung während des Aufwärmbetriebes des Motors oder Wärmekontraktion während des kalten Motorbetriebes), die an dem oberen Kolbenabschnitt 20 auftritt, im Vergleich mit dem unteren Kolbenabschnitt 22. In dem verbesserten Kolbenaufbau des Ausführungsbeispieles ist zu beachten, das das oberste Ende des Kolbens, der obere Randabschnitt 12a und der Kolbenkronenabschnitt 14a des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnittes 14 mittels der ringförmigen Trennnut D voneinander getrennt sind. Dies bedeutet für die Wärmedurchbiegungs-Steuerung, die ringförmige Trennnut D ist zwischen dem oberen Randabschnitt 12a und dem Kronenabschnitt 14a an Stelle des Vorsprunges der vorher genannten Wärmedurchbiegungs-Steuerung-Kolben-zu Zylinderabstand vorgesehen oder gebildet. Die ringförmige Trennnut D dient dazu, eine erhöhte Flexibilität des oberen Kolbenabschnittes 20 zu schaffen und um effektiv die Wärmeausdehnung oder die Wärmekontraktion (oder Veränderungen der Abmessung der Breite der Trennnut D) in der radialen Richtung des Kolbens zu schaffen. Überdies ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30 in die ringförmige Trennnut D eingesetzt, und folglich kann die radiale Wärmedurchbiegung mittels des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30 im Zusammenwirken mit dem flexiblen obersten Abschnitt des Kolbenrandes effizienter und richtig absorbiert werden. Somit gibt es kein Risiko einer übermäßig erhöhten Reibung zwischen der Zylinderwand und dem oberen Abschnitt des Kolbens und folglich eine Reduzierung des Verschleißes der Zylinderwand. Wie aus den 1, 5 und 6 abgeleitet werden kann, dient die ringförmige Trennnut D auch als ein Schlitzwärmedamm, der den Wärmeübergang von dem Kronenabschnitt 14a zu dem oberen Randabschnitt 12a wirksam verhindert. Während des kalten Motorbetriebes kann das Temperaturanstiegsvermögen der Kolbenkrone 18 durch das Vorsehen der ringförmigen Trennnut D (die als ein Wärmedamm wirkt) verbessert werden. Dies unterstützt die Abgasemissionsreinigung, was folglich die Abgasemission insbesondere während des Kaltstartens verbessert. Als eine Selbstverständlichkeit dehnt sich der Randabschnitt 12 selbst infolge der während des Betriebes übertragenen Wärme aus. Die Steifigkeit des Kolbenrandes wird im Wesentlichen bestimmt, um angemessen geringer als jene des Motorzylinders zu sein, um eine übermäßige Reibungsentwicklung zu verhindern. Dieser Unterschied in der Steifigkeit trägt auch zu verschiedenen Erfordernissen bei, d. h., ruhiger Betrieb (glatte Gleitbewegung des Kolbens gegen die Zylinderwand), dem Betrieb mit langer Lebensdauer (ausreichende Haltbarkeit, angemessene mechanische Festigkeit, richtige Wärmeausdehnungs- und Wärme-Kontraktionssteuerung). Überdies besteht in dem verbesserten Kolbenaufbau des Ausführungsbeispieles keine Notwendigkeit für einen vergleichsweise große Wärmeausdehnungssteuerung-Kolben-zu-Zylinderabstand, wie er in den herkömmlichen Kolben mit einer Mehrzahl von Kolbenflächen vorgesehen ist, und demzufolge kann der Kolben-zu-Zylinderabstand durch das Schaffen einer ringförmigen Trennnut D auf ein Minimum reduziert werden. Dies unterdrückt unverbrannten Kraftstoff am Verbleiben im Kolben-zu-Zylinderabstand und reduziert die Ablagerungen von unverbrannten Kohlenwasserstoff (HC). Zusätzlich ist der obere Abschnitt 12a des äußeren Kolbenrandabschnittes 12 mit der Zylinderwand um den gesamten Umfang des Spitzenabschnittes des Kolbens herum in Gleitkontakt, um somit eine verbesserte Abdichtleistung zwischen der Zylinderwand und dem Spitzenabschnitt des Kolbens zu sichern. Mit anderen Worten, die Anzahl und die Dicke des Kolbenringes kann durch Verwenden des Wärmeablenkungs-Steuerungsaufbaus des Ausführungsbeispieles reduziert werden, während eine erforderliche Abdichtleistung gesichert wird. Bisher ist eine Mehrzahl von Kolbenringen in die Ringnuten eingesetzt, während der verbesserte Kolbenaufbau der Erfindung die axiale Länge eines Kolbenspitzenabschnittes, die für eine Kolbenringnut erforderlich ist, minimiert, um folglich die Kolbenhöhe zu verkürzen. Wie bereits oben diskutiert ist der Kolbenrandabschnitt dünnwandig und im Wesentlichen von einer zylindrischen Form, und zusätzlich sind der Randabschnitt 12 und der Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 an dem unteren Kolbenabschnitt 22 durch den netzartigen Halteabschnitt 16 verbunden, um folglich das Gewicht des Kolbens zu reduzieren und um einen kompakteren Kolben zu schaffen. In dem Kolbenaufbau des Ausführungsbeispieles gibt es eine Tendenz, wie aus dem schraffierten Abschnitt des Kronenabschnittes 14a, der in den 5 und 6 gezeigt ist, dass mehr Masse des Kolbens in der Richtung zu dem oberen Kolbenabschnitt 20, der den vergleichsweise schwereren Kronenabschnitt 14a enthält, konzentriert ist, als jeweils die Masse des Randabschnittes 12, die Masse des Kolbenbolzen-Nabenabschnittes 14b und die Masse des netzartigen Halteabschnittes 16. Demzufolge ist, wie in der 3 gezeigt, das Graphitationszentrum G oberhalb der Kolbenbolzenbohrung 28 angeordnet. Beim Vorhandensein eines übermäßigen Kolben-zu-Zylinderabstandes an dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens, je weiter weg das Graphitationszentrum G von der Kolbenbolzennabe ist, desto leichter wird der Kolben schlagen und Geräusch wird auftreten, und wodurch das Verhalten des Kolbens instabil werden wird und die Leistung zur Verminderung des Kolbenschlag Geräusches wird vermindert. Entsprechend des Kolbenrandprofiles des Ausführungsbeispieles hat der Randbereich ein Randprofil von demselben Durchmesser durch seine gesamte Länge, von dem untersten Randabschnitt zu dem obersten Randabschnitt, und folglich gibt es einen geringen Kolben-zu-Zylinderabstand an dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens. Dies sichert eine verbesserte Abdichtleistung und hält ein stabiles Verhalten des Kolbens während der hin- und hergehenden Bewegung bei, und sichert somit ein reduziertes Schlaggeräusch und reduzierte Schwingungen.
  • Nachstehend werden verschiedene Beispiele (30A–30L) von Wärmeausdehnungs-Absorptionsringen ausführlich beschrieben, die in dem Kolbenaufbau der Erfindung und der Konstruktion der Installation von jedem der Wärmeausdehnungs-Absorptionsringe in die ringförmige Trennnut D anwendbar sind.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 7 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30A gezeigt, der in dem Kolben des ersten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30a ist in einer im Wesentlichen rechteckigen Form im Querschnitt durch Biegen von Metallblech gebildet, das eine kleine Federkonstante (oder eine kleine Federsteifigkeit hat), so dass der radiale Querschnitt des Ringes 30a fünf innere und zwei äußere Biegungen und ein geschlossenes Ende hat (siehe einen in der 7 gezeigten überlappten Abschnitt S1), und dass der im Wesentlichen rechteckige Querschnitt mit einer geraden Spitzenoberseite (einer flachen Spitzenwand 38) gebildet ist, einer gewellten Bodenseite (einer gewellten Bodenwand 36), und zwei sich gegenüberliegenden geraden linken und rechten Seiten (zwei gegenüberliegenden gekrümmten Seitenwänden 32 und 34). Wie in der 7 gesehen, ist die ringförmige Trennnut D zwischen dem gestuften inneren Umfangswandabschnitt 26 des oberen Randabschnittes 12a und der äußeren Umfangswandoberfläche oder der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kronenabschnittes 14a um den gesamten Umfang des Kolbens gebildet. Wie in der 7 gesehen hat die ringförmige Trennnut D eine rechteckige Form im Querschnitt. Das geschlossene Ende des Ringes 30A ist durch Überlappen eines oberen Seitenabschnittes 38a und eines unteren Seitenabschnittes 38b in solch einer Weise gebildet, um die radiale relativ-Verlagerung (radiale Ausdehnung oder Kontraktion) von einem der überlappten zwei Abschnitte 38a und 38b zueinander gestattet. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30A ist fest in die ringförmige Trennnut D um den gesamten Umfang des Kolbens press-eingesetzt. Noch genauer, der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30a weist den inneren Seitenwandabschnitt 32 auf, der in Wandkontakt mit der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a ist, der äußere Seitenwandabschnitt 34 ist in Wandkontakt mit der inneren Umfangswandoberfläche des oberen Randabschnittes 12a, der radial-durchbiegbare gewellte Bodenwandabschnitt 36, montiert an dem gestuften inneren Umfangswandabschnitt 26, und der obere Wandabschnitt 38 liegen im Wesentlichen bündig mit sowohl dem ringförmigen flachflächigen Rand des oberen Randabschnittes 12a, als auch der kreisförmigen flachflächigen Spitzenfläche des Kronenabschnittes 14a und dem Konstruktionsteil der Kolbenkrone 18. Der sich in Umfangsrichtung erstreckende innere Seitenwandabschnitt 32 und die äußere Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a sind miteinander in einer gasdichten Art und Weise eingesetzt, um eine gasdichte Wirkung zwischen der Brennkammerseite und der Kurbelgehäuseseite zu schaffen. In derselben Weise sind der sich in Umfangsrichtung erstreckende äußere Seitenwandabschnitt 34 und die innere Umfangswandoberfläche des oberen Randabschnittes 12a miteinander in einer gasdichten Art und Weise eingesetzt, um eine gasdichte Abdichtung zu schaffen. Somit kann mit dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30A, eingesetzt in die ringförmige Trennnut D, ein unerwünschtes Beiblasen von unter Hochdruck verbrannten Gasen, an dem Kolben vorbei, und/oder das Entweichen der komprimierten Kraftstoffladung aus der Brennkammer 4 in das Kurbelgehäuse verhindert werden, und zusätzlich kann die Leckage von Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse zu der Brennkammer 4 unterdrückt oder verhindert werden. Der obere Wandabschnitt 38 weist die innere Umfangsseite, den radial nach außen gebogenen oberen Seitenabschnitt 38a und die äußere Umfangsseite, den radial nach innen gebogenen oberen Seitenabschnitt 38b auf. Die innere Umfangsseite, der radial nach außen gebogene obere Seitenabschnitt 38a ist mit vergleichsweise langen Biegebreiten (gemessen in einer radialen Richtung senkrecht zu einer in Umfangsrichtung erstreckenden Biegelinie) von dem oberen Ende des inneren Seitenwandabschnittes 32 entlang einer gekrümmten Linie (einer sich in der Umfangsrichtung erstreckenden oberen Ecke des Kronenabschnittes 14a) mittels eines einfachen rechtwinkligen Biegens gebogen. Andererseits ist die äußere Umfangsseite, der radial nach innen gebogene obere Seitenabschnitt 38b mit einer vergleichsweise kurzen Biegebreite (gemessen in der radialen Richtung) von dem oberen ende des äußeren Seitenwandabschnittes 34 entlang der gekrümmten Linie (einer sich in der Umfangsrichtung inneren Umfangswandoberfläche des oberen Randabschnittes 12a) mittels eines einfachen rechten Winkel-Biegens gebogen. Um das geschlossene Ende zu schaffen, sind diese in der 7 gezeigten oberen Seitenabschnitte miteinander an dem überlappten Abschnitt S1 überlappt. Noch genauer, der innere Umfangsseiten – obere Seitenabschnitt 38a ist oberhalb des äußeren Umfangsseiten – oberer Seitenabschnitt 38b überlappt. Wie oben diskutiert, ist die radiale Länge (oder die gebogene Breite) der inneren Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38a länger als die äußere Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38b, und folglich ist der überlappte Abschnitt S1 radial nach außen von der Mittellinie (oder der neutralen Achse) zwischen den zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten 32 und 34 versetzt.
  • Mit der Anordnung des Kolbenaufbaus des ersten Ausführungsbeispieles bei dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30A wird bei der Anwesenheit der Wärmeausdehnung des Kronenabschnittes 14a in der radialen Richtung während des Betriebes die radiale Breite der vorher erläuterten ringförmigen Trennnut D mit der radialen Durchbiegung oder Verformung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30A vermindert, um solch eine Wärmeausdehnung zu absorbieren und die Wärmeausdehnung des Kronenabschnittes richtig zu steuern. Tatsächlich zieht sich der gewellte Bodenwandabschnitt 36 in der radialen Richtung zusammen, und zur gleichen Zeit gleitet der innere Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38a radial entlang der oberen Fläche des äußere Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38b nach außen. Während des Verdichtens werden der Arbeitshub und der Auslasshub, der Verbrennungsdruck in der Brennkammer 4 auf den Spitzenwandabschnitt 38 sowie die oberste ringförmige flache Fläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a und die Kolbenkrone 18 (die kreisförmige, flachflächige Spitzenoberfläche des Kronenabschnittes 14a) angewandt. Wie der Verbrennungsdruck, der auf dem Spitzenwandabschnitt 38, zusammengesetzt aus innere Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38a und äußere Umfangsseite–oberer Seitenabschnitt 38b, lastet, lastet oder wirkt solch ein weiterer Verbrennungsdruck auf den oberen Seitenabschnitt 38a, der die vergleichsweise lange Biegebreite hat und unmittelbar oberhalb des anderen oberen Seitenabschnittes 38b angeordnet ist. Zusätzlich hat der radial nach innen gebogene obere Seitenabschnitt 38b genügend Festigkeit, um den Verbrennungsdruck, angewandt auf die obere Fläche des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30A, zu tragen. Somit wird der Spitzenwandabschnitt 38 nicht in die Wirkungsrichtung der Druckbelastung, die darauf lastet, abgelenkt, sondern der radial nach außen gebo gene obere Seitenabschnitt 38a wird auf den radial nach innen gebogenen Seitenabschnitt 38b stark gepresst. Wie oben erläutert, ist die Abdichtleistung des überlappenden Abschnittes S1, die der Anstieg im Verbrennungsdruck verwendet, wirksam verbessert. Der gestufte, innere Umfangswandabschnitt 26 des oberen Randabschnittes 12a funktioniert, um zuverlässig den Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30A gegen den Anstieg des In-Zylinderdruckes (oder Verbrennungsdruckes) in der Brennkammer 4 zu lagern. Alternativ dazu, wenn die äußere Umfangsseite, radial nach innen gebogener, oberer Seitenabschnitt 38b oberhalb der inneren Umfangsseite, radial nach außen gebogener, oberer Seitenabschnitt 38a überlappt ist, muß der äußere Umfangsseiten–oberer Seitenabschnitt 38b eine längere radiale Länge (oder eine längere Biegebreite) als der innere Umfangsseiten–oberer Seitenabschnitt 38a haben, so dass der überlappte Abschnitt S1 radial nach innen von der Mittellinie (oder der neutralen Achse) zwischen den zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten 32 und 34 versetzt ist, und dass der oberste Seitenabschnitt der zwei oberen Seitenabschnitte 38a oder 38b eine etwas höhere Flexibilität (mit anderen Worten, eine etwas geringere Steifigkeit) als der andere Seitenabschnitt hat, um eine richtige Wärmeausdehnungs- oder Wärmekontraktionssteuerung zu sichern.
  • Jetzt, unter Bezugnahme auf die 8, gibt es einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30B gezeigt, der in dem Kolben des zweiten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30B des zweiten Ausführungsbeispieles ist in einer im Wesentlichen umgekehrten Trapezform im Querschnitt durch ein Metallblechmaterial, das eine kleine Federkonstante hat, gebildet, so dass der radiale Querschnitt des Ringes 30B drei innere Biegungen und ein offenes Ende hat (siehe den Abstand zwischen einem Gleitkontakt-Abschnitt S3 und einem auf der linken Seite festeingesetzten Abschnitt S2), und dass der im Wesentlichen umgekehrte Trapezquerschnitt mit einer geraden Spitzenseite (einer flachen Spitzenwand 48), einer flachen Bodenseite (einer flachen Bodenwand 46), parallel zu der Spitzenseite, und zwei gegenüberliegenden geraden linken und rechten Seiten (zwei gegenüberliegende gekrümmte Seitenwände 42 und 44) gebildet ist. Wie in der 8 gesehen, ist der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30B in die ringförmige Trennnut D fest press-eingesetzt, die zwischen dem gestuften inneren Umfangswandabschnitt 26 des oberen Randabschnittes 12a und der äußeren Umfangswandoberfläche oder der äußeren Zylinderoberfläche des Kronenabschnittes 14a, alle rund um den Umfang des Kolbens herum, gebildet ist und die eine rechteckige Form im Querschnitt haben. Das Biegen zwischen dem Bodenwandabschnitt 46 und dem inneren Seitenwandabschnitt 42 wird durch ein stumpfwinkliges Biegen vorgenommen, und folglich ist der innere Seitenwandabschnitt 42 leicht nach innen in der radialen Richtung durch einen geneigten Winkel θ in Bezug zu der äußeren Wandoberfläche des Kronenabschnittes 14a geneigt. Wie aus dem fest-eingesetzten Abschnitt S2 der 8 auf der rechten Seite abgeleitet werden kann, ist nur das obere Ende des inneren Seitenwandabschnittes 42 in einer gasdichten Weise fest eingesetzt zu oder in Kontakt mit der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a. D. h., ein richtiger Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 50 ist zwischen dem unteren Ende des inneren Seitenwandabschnittes 42 und der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a gebildet, um die Veränderungen in der radialen Breite der ringförmigen Trennnut D wirksam zu absorbieren. Das Biegen zwischen dem Bodenwandabschnitt 46 und dem äußeren Seitenwandabschnitt 44 wird durch ein ähnliches stumpfwinkliges Biegen vorgenommen, und folglich ist der äußere Seitenwandabschnitt 44 leicht geöffnet oder radial nach außen durch einen geneigten Winkel θ in Bezug auf die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a leicht geneigt. Wie aus dem fest-eingesetzten Abschnitt S2 der 8 auf der linken Seite abgeleitet werden kann, ist nur das obere Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 44 in die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a in einer gasdichten Art und Weise fest eingesetzt. D. h., ein richtiger Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 50 ist zwischen dem unteren Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 44 und der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a gebildet, um die Veränderungen in der radialen Breite der ringförmigen Trennnut D wirksam zu absorbieren. Um das vorerwrähnte Wärmeablenkungs-Absorptionsabstandspaar (50, 50) zu schaffen, ist der Bodenwandabschnitt 46 tatsächlich so bemessen, um eine kürzere radiale Breite als die radiale Breite der ringförmigen Trennnut D bei der Gesamtbreite des Wärmeablenkungs-Absorptionsabstandes zu haben. Die ringförmige Trennnut D ist in einer gasdichten Weise mittels des fest-eingesetzten Abschnittes S2 zwischen dem oberen Ende des inneren Seitenwandabschnittes 42 und der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a und dem fest-eingesetzten Abschnitt S2 zwischen dem oberen Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 44 und der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a fest abgedichtet. Dies verhindert das Beiblasen von Hochdruckgas und/oder das Entweichen der komprimierten Kraftstoffladung aus der Brennkammer 4 in das Kurbelgehäuse und vermeidet auch die Leckage von Schmiermittel von dem Kurbelgehäuse in die Brennkammer. Das Biegen zwischen dem inneren Seitenwandabschnitt 42 und dem Spitzenwandabschnitt 48 wird mittels eines Biegens im spitzen Winkel vorgenommen. Der Spitzenwandabschnitt 48 des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30B liegt im Wesentlichen mit sowohl dem obersten flachflächigen ringförmigen Wand des Randes des oberen Randabschnittes 12a und der flachflächigen Spitzenfläche des Kronenabschnittes 14a bündig, um einen Abschnitt der Kolbenkrone 18 zu bilden. Das äußerste Ende (oder der Umfang) des Spitzenwandabschnittes 48 ist eine Gleitpassung in der obersten flachflächigen ringförmigen Wand des Randes des oberen Randabschnittes 12a. Mit der vorerwähnten Anordnung des Kolbenaufbaus des zweiten Ausführungsbeispieles mit dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30B, wird in Anwesenheit der Wärmeausdehnung des oberen Abschnittes 20 des Kolbens die radiale Breite der ringförmigen Trennnut D mit der radialen Ablenkung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30B verkürzt. Konkret gleitet das äußere Umfangsende des Spitzenwandabschnittes 48 radial nach außen entlang der oberen flachflächigen, ringförmigen Wand des Randes des oberen Randabschnittes 12a, und gleichzeitig wird der innere Seitenwandabschnitt 42 gegen die äußere Umfangswandoberfläche (oder die zylindrische Seitenwandoberfläche) des Kronenabschnittes 14a mit ihrem reduzierten, geneigten Winkel θ gepresst. Gleichzeitig wird der äußere Seitenwandabschnitt 44 gegen die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a gepresst, während der vorher angeführte geneigte Winkel θ reduziert wird. Somit werden infolge der Erhöhung in der Wärmeausdehnung an dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens die vorher betrachtete Wärmeablenkungs-Absorptionsabstände (50, 50) durch den Vorteil einer richtigen Ablenkung der blattfeder-artigen, zwei-gegenüberliegenden leicht-geneigten Seitenwandabschnitte 42 und 44 reduziert. Überdies wird in dem Kolbenaufbau des zweiten Ausführungsbeispieles infolge des Verbrennungsdruckanstieges der Umfang des oberen Wandabschnittes 48, der in Gleitkontakt ist, oder bei der obersten flachflächigen ringförmigen Wand des Randes des oberen Randabschnittes 12a gleitend eingesetzt ist, fest auf die oberste flachflächige ringförmige Wandoberfläche des Randes gepresst. Während des Laufens des Motors kann die Abdichtleistung des in Gleitkontakt befindlichen Abschnittes S3 spontan entsprechend der Erhöhung im Verbrennungsdruck verbessert werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel (8) wird es, obwohl das offene Ende (der Abstand zwischen der unteren Fläche des flachen obersten Wandabschnittes 48 und dem obersten Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 44) an der Außenseite des Ringes 30B vorgesehen ist, und auch der Gleitkontaktabschnitt S3 an der oberen flachflächigen, ringförmigen Wandoberfläche des Randabschnittes 12a gebildet ist, deutlich, dass das offene Ende an der Innenseite des Ringes 30B vorgesehen werden kann und der Gleitkontaktabschnitt S3 an dem Umfang (dem äußersten Ende) der flach-flächigen Spitzenwandoberfläche des Kronenabschnittes 14a gebildet werden kann.
  • In Bezug auf die 9 ist ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30C gezeigt, verwendet in dem Kolben des dritten Ausführungsbeispieles. Der Wärmeausdehnungs- Absorptionsring 30C des dritten Ausführungsbeispieles ist in einer im Wesentlichen umgekehrten U-Form im Querschnitt durch Biegen des Metallblechmateriales gebildet, das eine kleine Federkonstante hat, so dass der radiale Querschnitt des Ringes 30C zwei innere Biegungen hat, und dass der im wesentlichen umgekehrte U-Form-Querschnitt mit einer geraden Spitzenseite (einer flachen Spitzenwand 56) und zwei gegenüberliegenden geraden linken und rechten Seiten (zwei gegenüberliegenden gekrümmten Seitenwänden 52 und 54) gebildet ist. Wie in der 9 gesehen, ist der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30C fest in die ringförmige Trennnut D press-eingesetzt, die zwischen dem gestuften inneren Umfangswandabschnitt 26 des oberen Randabschnittes 12a und der äußeren zylindrischen Oberfläche des Kronenabschnittes 14a um den gesamten Umfang des Kolbens gebildet ist, und die eine rechteckige Form im Querschnitt hat. Jede der zwei inneren Biegungen wird durch ein stumpfwinkliges Biegen hergestellt, und folglich ist der innere Seitenwandabschnitt 52 leicht radial nach innen durch einen geneigten Winkel θ in Bezug zu der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes 14a geneigt, während der äußere Seitenwandabschnitt 54 durch einen geneigten Winkel θ in Bezug zu der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a leicht radial nach außen geneigt wird. Wie aus den linken und rechten fest-eingesetzten Abschnitten (S4, S4), die in der 9 gezeigt sind, abgeleitet werden kann, ist nur das untere Ende des inneren Seitenwandabschnittes 52 fest in die zylindrische Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes 14a in einer gasdichten Art und Weise eingesetzt, und zusätzlich ist nur das untere Ende des äußeren Wandabschnittes 54 in die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a in einer gasdichten Weise fest eingesetzt. Demzufolge ist ein Paar der richtigen Wärmeablenkungs-Absorptionsabstände (58, 58) zwischen dem oberen Ende des inneren Seitenwandabschnittes 52 und der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes 14a gebildet, und zwischen dem oberen Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 54 und der inneren Umfangsoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a, um die Veränderungen in der radialen Breite der ringförmigen Trennnut D wirksam zu absorbieren. Um das Paar der Wärmeablenkungs-Absorptionsabstände (58, 58) zu schaffen, ist der obere Wandabschnitt 56 dimensioniert, um eine kürzere radiale Breite als die radiale Breite der ringförmigen Trennnut D bei dem Paar des Wärmeablenkungs-Absorptionsabstände zu haben. Die ringförmige Trennnut D ist fest in einer gasdichten Art mittels des fest-eingesetzten Abschnittes S4 zwischen dem unteren Ende des inneren Seitenwandabschnittes 52 und der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a und dem fest-eingesetzten Abschnitt S4 zwischen dem unteren Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 54 und der inneren Umfangswandober fläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a abgedichtet. Dies verhindert das Beiblasen von Hochdruckgasen und/oder das Entweichen von komprimiertem Kraftstoff aus der Brennkammer 4 in das Kurbelgehäuse, und verhindert auch die Leckage von Schmierstoff von dem Kurbelgehäuse zu der Brennkammer. Der Spitzenwandabschnitt 56 des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30C liegt im Wesentlichen mit sowohl der obersten flach-flächigen ringförmigen Wand des Randes des oberen Randabschnittes 12a, als auch der flach-flächigen Spitzenfläche des Kronenabschnittes 14a bündig, um einen Abschnitt der Kolbenkrone 18 zu bilden. Bei der Anordnung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30C wird bei Anwesenheit der Wärmeausdehnung des oberen Abschnittes 20 des Kolbens die radiale Breite der ringförmigen Trennnut D mit der radialen Ablenkung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30C verkürzt. Noch genauer, es wird entsprechend der Zunahmen in der Wärmeausdehnung der innere Seitenwandabschnitt 52 gegen die äußere Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a mit seinem reduzierten geneigten Winkel θ gepresst, während der äußere Seitenwandabschnitt 54 gegen die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a mit seinem reduzierten geneigten Winkel θ gepresst wird. Auf diese Weise kann die Wärmeausdehnung mittels einer richtigen Flexibilität der zwei blattfederartigen, sich gegenüberliegenden Wandabschnitten 52 und 54 angemessen gesteuert werden. Auch die Abdichtleistung des oberen Abschnittes 20 des Kolbens, die aus der Wärmeausdehnung entsteht, wird durch den Vorteil der erhöhten festen Passform jedes der fest-eingesetzten Abschnitte (S4, S4) verbessert.
  • Jetzt ist unter Bezug auf die 10 der Kolbenaufbau des vierten Ausführungsbeispieles mit dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30C gezeigt, der denselben Querschnitt wie in dem dritten Ausführungsbeispiel (9) hat. Der Kolbenaufbau des vierten Ausführungsbeispieles ist ähnlich zu jenem des dritten Ausführungsbeispieles, mit der Ausnahme, dass zwei gegenüberliegende, sich umfänglich-erstreckende, leicht radial vorspringende, spitzwinklige Kantenabschnitte 60 und 60 jeweils an dem oberen inneren Kantenabschnitt des Randes des oberen Randabschnittes 12a und an dem oberen, äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a gebildet werden, nachdem der Ring 30c in die ringförmige Trennnut D presseingesetzt ist. Die zwei gegenüberliegenden, sich umfänglich-erstreckenden, leicht radial vorspringenden, spitzwinkligen Kantenabschnitte (60, 60) werden z. B. mittels Walzen gebildet. Jeder der zwei leicht radial vorspringenden, spitzwinkligen Kantenabschnitte (60, 60) springt in die Richtung zu der ringförmigen Trennnut D vor und erstreckt sich in der Umfangsrichtung des Kolbens in solch einer Weise, um im Wesentlichen eine Dreiecksform im Querschnitt zu haben und um einen Teil der Wärmeablenkungs-Absorptionsabstandes (58) zu füllen, während ein notwendiger Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand für die Wärmeablenkungs-Steuerung verbleibt. In dem Kolbenaufbau des vierten Ausführungsbeispieles mit den zwei gegenüberliegenden, leicht radial vorspringenden, spitzwinkligen Kantenabschnitten (60, 60), sowie demselben Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand, wie jenem des dritten Ausführungsbeispieles, können notwendigerweise dieselben Wirkungen wie in dem dritten Ausführungsbeispiel erhalten werden. Zusätzlich ist es mit dem Vorsprung der jeweiligen spitzwinkligen Kantenabschnitte (60, 60) möglich, die Ablagerungen des Verbrennungsproduktes, die aus der Brennkammer 4 in den Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 58 eintreten können, zu reduzieren. Überdies wirken die zwei gegenüberliegenden, leicht radial vorspringenden, spitzwinkligen Kantenabschnitte (60, 60), um ein Herausfallen des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30C aus der ringförmigen Trennnut D zu verhindern, und sichern somit eine angemessene Lagerung des Ringes 30C in der ringförmigen Trennnut D.
  • Jetzt wird in Bezug auf die 11 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30D gezeigt, der in dem Kolben des fünften Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30D der 11 wird durch integrales Haftverbinden einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden ringförmigen Abdichtplatte (einfach einer Abdichtplatte) hergestellt, die einen Teil der Kolbenkrone 18 auf der oberen Fläche des Spitzenwandabschnittes 56 eines im Wesentlichen umgekehrten U-förmigen Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes bildet, der zu dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30C des dritten Ausführungsbeispieles der 9 ähnlich ist. Die ringförmige Abdichtplatte 62 ist im Querschnitt leicht nach unten gekrümmt, so dass das äußere Umfangsende (der äußere Umfang) der Dichtungsplatte 62 auf den oberen, inneren Kantenabschnitt des Randes des oberen Randabschnittes 12a angeordnet oder gelegt ist, und dass das innere Umfangsende (der innere Umfang) der Dichtungsplatte 62 auf den oberen, äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a (siehe ein Paar von Gleitkontaktabschnitten (S5, S5) der 11) angeordnet oder gelegt ist. Wie aus dem rechten und dem linken Gleitkontaktabschnitten (S5, S5) gesehen, ist die untere Fläche des Außenumfanges der Abdichtplatte 62 in Gleitkontakt mit dem oberen, inneren Kantenabschnitt des oberen Randabschnittes 12a, während die untere Fläche des inneren Umfanges der Abdichtplatte 62 in Gleitkontakt mit dem oberen, äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a ist. Mit der Anordnung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30D wird bei Anwesenheit der Wärmeausdehnung des oberen Abschnittes 20 des Kolbens die radiale Breite der ringförmigen Trennnut D mit der radialen Ablenkung des umgekehrten U-förmigen Abschnittes des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30D verkürzt und vermindert den Krümmungsradius der oberen Abdichtplatte 62. Ent sprechend der Erhöhung in der Wärmeausdehnung wird der innere Seitenwandabschnitt 52 gegen die äußere Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a mit seinem reduzierten geneigten Winkel θ gepresst, während der äußere Seitenwandabschnitt 54 gegen die innere Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a mit seinem reduzierten geneigten Winkel θ gepresst wird. Gleichzeitig wird der äußere Umfang der Abdichtplatte 62 gegen den oberen inneren Kantenabschnitt des oberen Randabschnittes 12a gepresst, während der innere Umfang der Abdichtplatte 62 gegen den oberen äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a gepresst wird. Dies führt zu einer erhöhten gasdichten Passung bei jedem der dicht-eingepassten Abschnitte (S4, S4) und den Gleitkontaktabschnitten (S5, S5). In dem fünften Ausführungsbeispiel wird infolge des Vorsehens der flexiblen Abdichtplatte 62, die eine gegebene Federsteifigkeit hat, durch die die Abdichtplatte 62 in der Lage ist, sich von dem reduzierten Krümmungsradius der Abdichtplatte, die unter dem Verbrennungsdruck schwer belastet und deformiert wird, auf ihren Anfangs-Krümmungsradius, der in dem unbelasteten oder leicht vorbelasteten Zustand erhalten wird, wiederhergestellt zu werden, wie durch den Pfeil a der 11 angezeigt wird, hat der Ring 30D des fünften Ausführungsbeispieles eine überlegenere Abdichtleistung, als der Ring 30C des dritten Ausführungsbeispieles.
  • Jetzt auf die 12 Bezugnehmend ist dort ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30E gezeigt, der in dem Kolben des sechsten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30E des sechsten Ausführungsbeispieles (12) ist zu dem Ring des fünften Ausführungsbeispieles (11) ähnlich. Der ring 30E ist von dem Ring 30D dadurch leicht unterschiedlich, dass das untere Ende des äußeren Seitenwandabschnittes 54 weiter radial nach außen durch ein stumpfwinkliges äußeres Biegen gebogen ist und das untere Ende des inneren Seitenwandabschnittes 52 weiter radial nach innen durch stumpfwinkliges äußeres Biegen gebogen ist, um zwei leicht radiale Flanschabschnitte oder leicht vorspringende Abschnitte (64, 64) zu schaffen. Ein Paar von ringförmig ausgesparten Abschnitten (66, 66) ist in der inneren Umfangswandfläche in dem oberen, eingefassten Randabschnitt und der Kronenabschnitt-Außenumfangs-Wandoberfläche gebildet, wobei beide der ringförmigen Trennnut D eines rechteckigen Querschnitts zugewandt sind. Beim Installieren des Ringes 30E in die ringförmige Trennnut D werden der innere und der äußere Seitenwandabschnitt 52 und 54 elastisch verformt, und dann werden die vorher genannten Flanschabschnitte (64, 64) in die jeweiligen ausgesparten Abschnitte (66, 66) eingesetzt oder geschnappt. Die Größe der Vorbelastung der Abdichtplatte 62 in der radialen Richtung, wie wird einen Pfeil a angezeigt, oder die Wiederherstellungsfähigkeit der Abdichtplatte 62, ist in Abhängigkeit von dem axialen Abstand (oder der Tiefe) F1 von der Spitzenfläche der Kolbenkrone 18 zu dem ausgesparten Abschnitt 66 veränderbar. Zusätzlich trägt das Schnappeinsetzen zwischen den Flanschabschnitten (64, 64) und den ausgesparten Abschnitten (66, 66) dazu bei, das Herausfallen des Ringes 30E aus der ringförmigen Trennnut D zu verhindern.
  • Jetzt Bezugnehmend auf die 13 ist dort ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30F gezeigt, der in dem Kolben des siebenten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30F des siebenten Ausführungsbeispieles wird in einer im Wesentlichen S-Form im Querschnitt durch Biegen von Metallblechmaterial gebildet, das eine kleine Federkonstante für eine gute Flexibilität hat. Der Ring 30F ist aus einem gekrümmten Oberflächenabschnitt 68 zusammengesetzt, der eine im Wesentlichen Kreisbogenform im Querschnitt hat, und radial nach innen gekrümmt ist, und einen Spitzenwandabschnitt 70, radial nach innen von dem oberen Ende des gekrümmten Oberflächenabschnitt 68 gebogen, so dass das innere Umfangsende (oder der innere Umfang) des Spitzenwandabschnittes 70 an dem oberen äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a angeordnet oder platziert ist. Eine gasdichte Abdichtung für die ringförmige Trennnut D ist mittels eines Gleitkontaktabschnittes S6 des Biegeabschnittes zwischen dem gekrümmten Oberflächenabschnitt 68 und dem Spitzenwandabschnitt 70 mit der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a, ein Gleitkontaktabschnitt S7 der innersten Kontaktoberfläche (dem Scheitel) des gekrümmten Oberflächenabschnittes 68 mit der äußeren Umfangswandoberfläche des Kronenabschnittes 14a, und ein Gleitkontaktabschnitt S8 der unteren Fläche des Spitzenwandabschnittes 70 mit dem oberen äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a vorgesehen. Das unterste Ende des gekrümmten Oberflächenabschnittes 68 ist in radialem Gleitkontakt mit der sich horizontal in Umfangsrichtung erstreckenden flachen Bodenfläche des gestuften inneren Umfangswandabschnittes 26 des oberen Randabschnittes 12a. Ein Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 72 ist zwischen dem untersten Ende des gekrümmten Oberfächenabschnittes 68 und der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a gebildet, um Veränderungen in der radialen Breite der ringförmigen Trennnut D wirksam zu absorbieren. Mit der vorher vorgestellten Anordnung des Kolbenaufbaus des siebenten Ausführungsbeispieles mit dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30F ist der Ring 30F verformbar oder um den Gleitkontaktabschnitt S7, der als Drehpunkt dient, mit Veränderungen in dem Krümmungsradius R des gekrümmten Oberflächenabschnittes 68, biegbar. Somit kann das Schrumpfen der radialen Breite der ringförmigen Trennnut D durch die Verformung des Ringes 30f wirksam verhindert werden. Tatsächlich ist der Ring 30F in der Lage sich zu verbiegen, bis der Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 72 auf Null vermindert wird. Bei dem Vorhandensein von positiven oder negativen radialen Ablenkungen des Ringes 30F gleitet der Gleitkontaktabschnitt s6 auf oder ab, und gleichzeitig gleitet das innere Umfangsende des Spitzenwandabschnittes 70 an dem Gleitkontaktabschnitt 58 radial nach innen oder nach außen, um dadurch sowohl die Wärmeausdehnung, als auch die Wärmekontraktion wirksam zu absorbieren. In dem siebenten Ausführungsbeispiel kann, obwohl der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30F, der im Wesentlichen eine S-Form im Querschnitt hat, verwendet wird, ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30E, der eine im Wesentlichen umgekehrte S-Form (ein Spiegelbild des Ringes 30F der 13) hat, verwendet werden.
  • Jetzt unter Bezugnahme auf die 14 ist dort ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30G gezeigt, der in dem Kolben des achten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30G des achten Ausführungsbeispieles (14) ist zu dem Ring 30F des siebenten Ausführungsbeispieles (13) ähnlich. Der Ring 30G ist von dem Ring 30F dadurch leicht unterschiedlich, dass der gekrümmte Oberflächenabschnitt 68 an seinem innersten Kontaktpunkt mit einem sich in der Umfangsrichtung erstreckenden, radial nach innen erhöhten Abschnitt oder Vorsprungsabschnitt 74 gebildet ist, der einen kleine Kreisbogenform hat, und auch der Kronenabschnitt 14a in seiner zylindrischen Seitenwand mit einem sich in der Umfangsrichtung erstreckenden ausgesparten Abschnitt 76 gebildet ist, der einen im Wesentlichen Halbkreis im Querschnitt hat. Wenn der Ring 30G in die ringförmige Trennnut D installiert wird, wird der gekrümmte Wandabschnitt 68 elastisch verformt und der vorerwähnte erhöhte Abschnitt wird in den ausgesparten Abschnitt 76 eingesetzt oder eingeschnappt. Das Schnappeinsetzen zwischen dem erhöhten Abschnitt 74 und dem ausgesparten Abschnitt 76 trägt dazu bei, das Herausfallen des Ringes 30G aus der ringförmigen Trennnut D zu verhindern. Die Größe der Vorbelastung des oberen Wandabschnittes 70, der in Gleitkontakt mit dem oberen, äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes 14a mit einer bestimmten Vorbelastung, die in der radialen Richtung, wie durch den Pfeil a angezeigt wird, wirkt, oder die Fähigkeit des Wiederherstellens des Spitzenwandabschnittes 70 ist in Abhängigkeit von dem axialen Abstand (oder der Tiefe) F2 von der Spitzenfläche der Kolbenkrone 18 zu dem ausgesparten Abschnitt 76 veränderbar. Wie bereits oben diskutiert, wird in dem achten Ausführungsbeispiel der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30G, der eine im Wesentlichen S-Form im Querschnitt hat, verwendet, und der erhöhte Abschnitt 74 des gekrümmten Wandabschnittes 68 ist in den ausgesparten Abschnitt 76, gebildet in der zylindrischen Seitenwand des Kronenabschnittes 14a, eingesetzt. Alternativ kann ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring eine im Wesentlichen umgekehrte S-Form haben (ein Spiegelbild des Ringes 30G der 14), und zusätzlich kann ein erhöhter Abschnitt 74 eines gekrümmten Wandabschnittes 68 in den ausgesparten Abschnitt, gebildet in der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a, eingesetzt werden.
  • Die Wärmeübertragung oder die Wärmeströmung des Kolbenaufbaus der Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die 8 und 26 diskutiert. Wie bereits oben erläutert hat der Kolbenaufbau des zweiten Ausführungsbeispieles, das in der 8 gezeigt ist, die ringförmige Trennnut D, die den Spitzenabschnitt des Kolbens in den Rand des oberen Randabschnittes 12a und den Kolbenkronenabschnitt 14a unterteilt, und einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30 (30B), eingesetzt in die ringförmige Trennnut D, und eine Eigenschaft des Kolbenmateriales, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, kann während des richtigen Absorbierens oder Steuerns der Wärmeausdehnung oder der Wärmekontraktion, die in dem Spitzenende des Kolbens auftreten, wirksam unterdrückt werden. Dies verbessert die Temperaturanstiegseigenschaften des Kronenabschnittes 14a, der den größten Teil der Kolbenkrone 18 bildet. Nach dem Temperaturanstieg in dem Spitzenende des Kolbens tendiert die Anschlusstemperatur oder die ausgeglichene Temperatur des Kronenabschnittes 14a des Kolbens leicht hoch zu werden, wobei eine Atomisierung oder Verdampfung des unverbrannten Kraftstoffes unterstützt werden kann, um folglich die Abgasemission zu reduzieren. Wie in der 26 gesehen wird, wird während des Motorbetriebs eine kleine Menge von in der Brennkammer erzeugten Wärme von der Brennkammer durch den Kronenabschnitt 14a übertragen und dann mittels eines Ölkanales 80 (später beschrieben), vorgesehen in dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, abgestrahlt. Auch der einzelne Ring 23 und der Schmierölfilm zwischen der Kolbenrandoberfläche und der Zylinderwand übertragen etwas Kolbenwärme auf die Zylinderwand. Eine große Wärmemenge in der Brennkammer strömt von der Spitzenoberfläche des Kolbens durch den Kronenabschnitt 14a zu dem Kolbenbolzen-Nabenabschnitten (14b, 14b). Als ein Ergebnis davon gibt es eine Tendenz des übermäßigen Temperaturanstiegs an den Kolbenbolzen-Nabenabschnitten (14b, 14b). Gewöhnlich muß der Kolbenbolzen in dem Kolben lose sein, um einen angemessenen Freiheitsgrad zwischen dem Kolben und dem Bolzen zu schaffen. Je höher die Temperatur des Schmieröls ist, desto niedriger ist der Viskositätskoeffizient des Schmieröls. Somit kann in Anwesenheit eines übermäßigen Temperaturanstieges an den Kolbenbolzen-Nabenabschnitten die Dicke des erforderlichen hydrodynamischen Schmierölfilmes nicht beibehalten werden. Als ein Ergebnis wird die Lebensdauer des Kolbens infolge der verminderteren Haltbarkeit des Kolbens reduziert. Aus den oben fortgesetzten Gründen hat der Kolbenaufbau, der in den folgenden neunten (15 und 16) bis vierzehnten (23 und 24) Ausführungsbeispielen beschrieben ist, einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring mit einem Kühlkanal und eine Bohrung; die in der Lage ist, das Schmieröl (Kühlöl) von unterhalb des Kolbens zuzuführen, um einen übermäßigen Temperaturanstieg in dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens wirksam zu unterdrücken. Z. B. könnte das vorerwähnte Schmieröl von einer Kolbenöldüse (nicht gezeigt), die im Inneren des Kurbelgehäuses installiert ist, eingespritzt werden. Jedes der neunten bis vierzehnten Ausführungsbeispiele (15–24) hat einen Wärmeausdehnungs-Absorptionsring-Aufbau, der zu dem Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30B des zweiten Ausführungsbeispieles (8) ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass jeder der neunten bis vierzehnten Wärmeausdehnungs-Absorptionsringe mit einem Kühlkanal und -bohrung versehen ist. Folglich werden dieselben Bezugszeichen, die verwendet werden, um Bauteile in dem in der 8 gezeigten Kolbenaufbau zu bestimmen, auf die entsprechenden Bauteile in den neunten bis vierzehnten Ausführungsbeispielen, die in den 15 bis 24 für den Zweck des Vergleichs zwischen diesen Ausführungsbeispielen angewandt.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 15 und 16 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30H gezeigt, der in dem Kolben des neunten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30H des neunten Ausführungsbeispieles hat ein ringförmiges Hohlteil von einem im Wesentlichen umgekehrten trapezförmigen Querschnitt derart, dass das ringförmige Hohlteil des Ringes 30H einen sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Ölkanal 80 bildet. Wie in den 15 und 16 gesehen, ist der Ring 30H in seinem Bodenwandabschnitt 46 mit einem Paar von diametral gegenüberliegenden Ölbohrungen (78, 78) gebildet, die mit dem Ölkanal 80 in Verbindung sind. Während des Motorbetriebes dient eine der Ölbohrungen (78, 78) hauptsächlich als eine Ölzuführungsbohrung, die Schmieröl innerhalb in die Richtung des Ölkanales 80 einleitet, während die andere Bohrung hauptsächlich als eine Ölrückführungsbohrung dient, die das Schmieröl aus dem Ölkanal 80 zu der Unterseite des Kolbens abgibt. Bei der vorher diskutierten Anordnung des neunten Ausführungsbeispieles wird, wenn etwas Schmieröl (Kühlöl), das in die Richtung zu dem oberen Abschnitt 20 des Kolbens mittels der Kolbeneinspritzdüse eingespritzt wird, durch die Ölbohrung 78 in den Ölkanal 80 eingeleitet. Das durch eine der Ölbohrungen eintretende Schmieröl zirkuliert innerhalb des Ölkanales 80 und kehrt dann über die andere Ölbohrung in die Richtung zu der Unterseite des Kolbens zurück. Durch den Vorteil des schmierenden Öles, das innerhalb des Ölkanales 80 in Umfangsrichtung zirkuliert, wird die Wärmeübertragung zwischen dem Kronenabschnitt 14a und dem oberen Randabschnitt 12a über die fest-eingesetzten Abschnitte (S2, S2) erlangt. Die Größe der Ölbohrung 78, d. h., die Menge von Schmieröl, die innerhalb des Ölkanales 80 zirkuliert, wird experimentell vom Gesichtspunkt der richtigen Temperaturanstiegssteuerung an sowohl dem Kronenabschnitt 14a, als auch dem oberen Randabschnitt 12a bestimmt. Somit kann der unerwünschte, übermäßige Temperaturanstieg an sowohl dem oberen Randabschnitt 12a, als auch dem Kronenabschnitt 14a wirksam unterdrückt werden.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme der 17 und 18 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30I gezeigt, der in dem Kolben des zehnten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Wie aus dem Vergleich des Aufbaus zwischen den zwei Wärmeausdehnungs-Absorptionsringen 30H und 30I, die in den 16 und 18 gezeigt werden, eingeschätzt werden kann, ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung gleich beabstandeten Hilfs-Ölbohrungen 82 auch in dem inneren Wandabschnitt 42 des Ringes 30I vorgesehen, so dass die Hilfsölbohrungen 82 die Ölkanäle 80 und den Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 50 (siehe 8) verbinden. Bei dieser Anordnung des zehnten Ausführungsbeispieles wird das Schmieröl, das in die Richtung des oberen Abschnittes 20 des Kolbens eingespritzt wird, durch die Ölbohrung 78 in den Ölkanal 80 eingeleitet, und zirkuliert dann in der Richtung des Umfanges innerhalb des Ölkanales 80, und wird danach durch die Hilfsölbohrungen 82 sowie die Ölbohrung 78 richtig ausgeströmt. Zu dieser Zeit kann, wie aus der Wärmeströmung (angezeigt durch die gestrichelte Linie), die sich vom Kronenabschnitt 14a in die Richtung zu dem Wärmeablenkungs-Absorptionsabstand 50 ausrichtet, erkannt werden kann, die Wärmeübertragung zwischen dem Kronenabschnitt 14a und Schmieröl, das aus den Hilfs-Ölbohrungen 82 austritt, unmittelbar erreicht werden, wodurch der Temperaturanstieg des Kronenabschnittes 14a wirksamer unterdrückt werden kann.
  • Jetzt wird unter Bezug auf die 19 der Kolben des elften Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30I, wie in dem zehnten Ausführungsbeispiel, und zusätzlich einen Ölaufnahme- oder Auffangabschnitt 84 hat. Der Ölaufnahmeabschnitt 84 ist in der zylindrischen Seitenwand des Kronenabschnittes 14a in solch einer Weise gebildet, um den Hilfs-Ölbohrungen 82 gegenüberzustehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ölaufnahmeabschnitt 84 als eine ringförmige Nut gebildet, die einen im Wesentlichen Halbkreis im Querschnitt hat und die sich kontinuierlich um den gesamten Umfang der Kolbenkrone erstreckt. Alternativ kann der Ölaufnahmeabschnitt 84 in der zylindrischen Seitenwand des Kronenabschnittes 14a als eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten halbkugelig ausgesparten Abschnitten, die den jeweiligen Hilfs-Ölbohrungen 82 gegenüberliegen, gebildet werden. Solch ein Ölaufnahmeabschnitt 84 wird z. B. durch spanendes Bearbeiten, oder durch einen Kern, der für das Gießen verwendet wird, gebildet. In dem Fall des Kolben aufbaus des in der 19 gezeigten elften Ausführungsbeispieles besteht eine erhöhte Tendenz für einen Teil des Schmieröls, das aus dem Ölkanal 80 durch die Hilfsölbohrungen 82 ausgetreten ist, innerhalb des Ölaufnahmeabschnittes 84 zu verbleiben. Zusätzlich führt der Ölaufnahmeabschnitt 84 zu einem vergrößerten Oberflächenbereich der zylindrischen Seitenwand des Kronenabschnittes 14a, d. h., einem vergrößerten Wärmeleiffähigkeitsbereich zur Wärmeübertragung von dem Kronenabschnitt 14a in das Schmieröl. Dies stellt eine wirksamere Temperaturabsenkung an dem Kronenabschnitt 14a sicher.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme der 20 und 21 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30J gezeigt, der in dem Kolben des zwölften Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30J des zwölften Ausführungsbeispieles hat eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten Lochflansch- (oder entgratete) Abschnitte 86, gebildet in dem inneren Seitenwandabschnitt 42 in einer derartigen Weise, um vorzuspringen oder in den Ölaufnahmeabschnitt 84 eingepasst zu sein. Jeder der Hohlflanschabschnitte 86 hat eine Hilfs-Ölbohrung 82, die mit dem Ölkanal 80 in Verbindung ist. Durch den Vorteil des Einsetzens der Hohlflanschabschnitte 86 in den Ölaufnahmeabschnitt 84 ist es möglich, den Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30J an der ringförmigen Trennnut D stabil zu montieren und in den inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 einzusetzen, um den Ring 30J sicher am Herausfallen aus der ringförmigen Trennnut D durch die Trägheitskraft des Kolbens während des Motorbetriebs zu hindern.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 22 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30K gezeigt, der in dem Kolben des dreizehnten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Der Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30K des dreizehnten Ausführungsbeispieles hat dieselben in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten Lochflansch-(oder entgratete) Abschnitte 86, gebildet in dem inneren Seitenwandabschnitt und in den Ölaufnahmeabschnitt 84 des Kronenabschnittes 14a eingesetzt, wie mit jenem des zwölften Ausführungsbeispieles verglichen. Wie in dem Ring 30K ist eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten Lochflansch- (oder entgratete) Abschnitten 90 außerdem in dem äußeren Seitenwandabschnitt 44 gebildet. Jeder der Hohlflanschabschnitte 90 hat eine Hilfs-Ölbohrung 88. Ein Ölaufnahmeabschnitt 92 ist auch in der inneren Umfangswandoberfläche des Randes des oberen Randabschnittes 12a gebildet. Wenn der Ring 30K in der ringförmigen Trennnut D montiert wird, wird der in der Umfangsrichtung gleich-beabstandete Hohlflanschabschnitt 44 in den Ölaufnahmeabschnitt 92 des oberen Randes eingesetzt, während die Hohlflanschabschnitte 86 des inneren Seitenwandabschnittes in den Ölaufnahmeabschnitt 84 des Kronenabschnit tes 14a eingesetzt werden. In dem dreizehnten Ausführungsbeispiel ist der Ölaufnahmeabschnitt 92 in der inneren Umfangswand des Randes des oberen Randabschnittes 12a als eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten halbkugelförmig ausgesparten Abschnitten gebildet, die den jeweiligen Hohlflanschabschnitten 90 gegenüberliegen. Die zusätzlichen Hohlflanschabschnitte 90 und die Ölaufnahmeabschnitte 92 wirken miteinander zusammen, um den Temperaturanstieg des oberen Randabschnittes 12a wirksam zu unterdrücken. Durch das Vorsehen der Hohlflanschabschnitte 90, eingesetzt in die Ölaufnahmeabschnitte 92, sowie der Hohlflanschabschnitte 86, eingesetzt in den Ölaufnahmeabschnitt 84, ist es möglich, den Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30K stabiler in der ringförmigen Trennnut D zu montieren und in den inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 einzusetzen, um somit den ring 30K sicherer am Herausfallen aus der ringförmigen Trennnut D während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens zu hindern.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 23 und 24 ein Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30L gezeigt, der in dem Kolben des vierzehnten Ausführungsbeispieles verwendet wird. Wie in der 23 bestens gesehen werden kann, ist der Ölaufnahmeabschnitt 84 des Kronenabschnittes 14a des vierzehnten Ausführungsbeispieles als eine ringförmige Nut gebildet, die im Wesentlichen einen halbkreisförmigen Querschnitt hat und die sich um den gesamten Umfang der Kolbenkrone herum erstreckt. Ein geschlitzter, radial-vorspringender Abschnitt 94, eingesetzt in den Ölaufnahmeabschnitt 84, ist in dem inneren Seitenwandabschnitt 42 des Ringes 30L als eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung gleich-beabstandeten, geschlitzten Abschnitten gebildet, die jeweils einen gekrümmten Schlitz 96 haben, der als eine Hilfs-Ölbohrung dient, und ein Paar von radial nach innen vorspringenden oberen und unteren Flanschen 94a und 94b, die zueinander parallel sind. Die oberen und die unteren Flansche des vorspringenden Abschnittes 94 sind in den Ölaufnahmeabschnitt 84 eingesetzt. Der geschlitzte Abschnitt 94 kann leicht auf dem Wege des Pressens hergestellt werden. Das richtige Einsetzen zwischen dem oberen und dem unteren Flansch 94a und 94b des jeweils geschlitzten Abschnittes 94 und der Ölaufnahmeabschnitt 84 hindern den Ring 30L am Herausfallen aus der ringförmigen Trennnut D. Zusätzlich können eine Wärmeabstrahlungseigenschaft des Kronenabschnittes 14a durch richtiges Verändern der Länge L des Schlitzes (oder der Hilfs-Ölbohrung) 96 leicht eingestellt werden. Wie sich z. B. die Umfangslänge L des Schlitzes 96 erhöht, wird die Öffnungsfläche der Hilfs-Ölbohrung größer, und folglich kann eine Kühlwirkung des Kronenabschnittes 14a verbessert werden. Es ist möglich, eine Temperaturverteilung der Kolbenkrone 18 durch präziseres Einstellen der Länge L für jeden der Schlitze 96 während der Berechnung der Temperatur einzustellen.
  • Wie oben ausgeführt ist, um eine richtige Wärmeausdehnungs- oder eine richtige Wärmekontraktions-Steuerung zu schaffen, ohne den Wärmeausdehnungs-Steuerungsabstand zu schaffen, der zwischen der Zylinderwand und dem Spitzenende des Kolbens gebildet ist, ist der Kolben der Erfindung an seinem Spitzenende des Randes des oberen Randabschnittes 12a des im Wesentlichen zylindrischen, dünnwandigen äußeren Kolbenrand 12 und des Kronenabschnittes 14a des inneren Kronen-plus Naben-Abschnittes 14 geschlitzt. Folglich drückt er, wie in den 25A und 25B gezeigt, wenn der Zylinderdruck (Verbrennungsdruck), der in der Brennkammer während des Betriebes des Motors aufgebaut wird, stark die Kolbenkrone 18. Infolge der In-Zylinderdruckbelastung auf die Kolbenkrone 18 tendiert der Umfang des Kronenabschnittes 14a sich zu verbiegen oder nach unten zu verformen. Der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt 14 ist mittels des Kolbenbolzenbolzens gelagert, und demzufolge findet die maximale Verformung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a in der Seitendruckrichtung (siehe 25A), senkrecht zu der Kolbenbolzenrichtung (siehe 25B), statt. Infolge der Verformung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a gibt es eine Möglichkeit, dass die Abdichtleistung des Wärmeausdehnungs-Absorptionsringes 30, der in der ringförmigen Trennnut D eingesetzt ist, vermindert wird. Auch kann solch eine Verformung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a eine angemessene Wärmeübertragung von der Kolbenkrone zu den fest-eingesetzten Abschnitten (S2, S2) und auf das Schmieröl, das durch den Ölkanal 80 fließt, gestört werden, und wodurch die Genauigkeit der Kolbentemperatursteuerung vermindert werden wird. Beim Steuern der Kolbentemperatur und beim Schaffen einer angemessenen mechanischen Festigkeit bei einem minimalen Gewicht, sind die folgenden Kolbenaufbauten des fünfzehnten bis neunzehnten Ausführungsbeispieles (siehe die 27A–33B) überlegen.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 27A und 27B ein Kolben des fünfzehnten Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, wie bereits oben diskutiert, und zwei Bolzen-Nabe-zu-Bolzen-Nabe-Rippen 97 hat. Wie in der 27B eindeutig gesehen wird, erstreckt sich jede der Rippen (97, 97) von einem der Bolzennabenabschnitte (14b, 14b) zu dem anderen. Die Rippen (97, 97) werden auf der Unterseite des Kronenabschnittes 14a verwendet oder gebildet, um Kühlrippen zu bilden, um eine gewisse Menge von der Kolbenwärme auf das Schmieröl zu übertragen, und werden auch gebraucht, um eine gewünschte mechanische Festigkeit beizubehalten, während der Materialeinsatz zur Erleichterung des Kolbens vermindert wird. Die Rippe 97, die im Wesentlichen eine L-Form hat, ist auf der Unterseite des Kolben-Kronenabschnittes 14a einstückig gebildet und radial nach außen erstreckt, wenn von dem boden des Kolbens gesehen wird. Der Scheitelpunkt der im Wesentlichen L-förmigen Rippen 97 ist nahe an einer Druckfläche des oberen Randabschnittes 12a gebildet, während beide Enden der im wesentlichen L-förmigen Rippe 97 mit den jeweiligen Fußabschnitten der Bolzen-Naben-Abschnitte (14b, 14b) verbunden sind. Die Veränderungen der Form und der Abmessung en der Rippen kann leicht mittels Gießen vorgenommen werden. Wie in der 28 gezeigt, ist das Hinzufügen der Rippen (97. 97) an der Unterseite des Kolbenkronenabschnittes vorteilhaft, um die Steifigkeit gegenüber der Ablenkung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a zu verbessern, und wodurch die Abwärtsverlagerung δ des Umfanges der Kolbenkrone reduziert werden kann. Wie in der 29 gezeigt, dienen die Rippen (97, 97) als Kühlrippen. D. h., das Hinzufügen der Rippen erhöht einen Wärmeabstrahlungs-Oberflächenbereich der Kolbenkronenunterseite, die dem Schmieröl (Motoröl) ausgesetzt ist, und wodurch die Wärmeströmung in die Richtung der Bolzen-Naben-Abschnitte (14b, 14b) wirksam reduziert werden kann. Dies sichert einen angemessenen Freiheitsgrad für die Bewegung zwischen dem Kolben und dem Bolzen.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 30A und 30B ein Kolben des sechszehnten Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, wie oben diskutiert, und zwei Bolzen-Nabe-zu-Bolzen-Nabe-Rippen (97, 97) hat. Wie in den 30A und 30B gesehen, sind die Rippen des sechzehnten Ausführungsbeispieles von jenen des fünfzehnten Ausführungsbeispieles (27A und 27B) leicht dadurch unterschiedlich, dass die Höhe h1 (gemessen in der axialen Richtung) des Scheitelpunktes der Rippe 97 nahe zu der Druckfläche des oberen Randabschnittes 12a niedriger als jener der Höhe h2 (gemessen in der axialen Richtung) der Rippe 97 bei jedem der Fußabschnitte der Bolzen-Naben-Abschnitte (14b, 14b) ist. Der gerippte Kolbenaufbau des sechszehnten Ausführungsbeispieles (die 30A und 30B) ist jenem des fünfzehnten Ausführungsbeispieles (die 27A und 27B) dadurch überlegen, dass eine höhere Verminderung des Materiales für die Erleichterung des Kolbens erreicht wird, während eine gewünschte Steifigkeit gegenüber Ablenkung des Kolben-Kronenabschnittes beibehalten wird.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 31A und 31B ein Kolben des siebzehnten Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, wie oben diskutiert, und vier Bolzen-Nabe-zu-Bolzen-Nabe-Rippen (97, 97, 97, 97) hat. Wie in den 31A und 31B gesehen, sind die Rippen des siebzehnten Ausführungsbeispieles von jenen des sechszehnten Ausführungsbeispieles (die 30A und 30B) leicht dadurch unterschiedlich, dass die Anzahl der Rippen weiter erhöht ist, d. h., zwei innere L-förmige Rippen (97, 97) sind an der Unterseite des Kronenabschnittes 14a zu den zwei äußeren L-förmigen Rippen zusätzlich vorgesehen, die jeweils dieselbe Form und Abmessungen wie die in den 30A und 30B gezeigte Rippe 97 hat. Wie in den 31a bestens gesehen wird, kann in dem Rippenaufbau des siebzehnten Ausführungsbeispieles vorzugsweise die Höhe h (gemessen im Querschnitt, der in derselben Druckrichtung geschnitten ist) der inneren Rippe der zwei benachbarten Rippendimensioniert werden, um niedriger als jene der äußeren Rippe zu sein. Die Steifigkeit gegenüber Ablenkung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a kann durch die Verwendung einer großen Anzahl von Rippen leicht verbessert werden. Zusätzlich verbessert der Gebrauch einer Anzahl von Rippen (der Rippen) die Kühlwirksamkeit, um folglich die Wärmeströmung in die Richtung zu den Bolzen-Naben-Abschnitten (14b, 14b) wirksamer zu reduzieren.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 32A und 32B ein Kolben des achtzehnten Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, wie oben diskutiert, und einen modifizierten Rippenaufbau des siebzehnten Ausführungsbeispieles hat. In dem Rippenaufbau des achtzehnten Ausführungsbeispieles ist auch eine Zwischenrippe 98 zwischen den zwei benachbarten, im Wesentlichen L-förmigen Rippen (97, 97) in solch einer Weise vorgesehen, um den Scheitelpunkt der äußeren Rippe 97 und den Scheitelpunkt der inneren Rippe 97 zu verbinden. Die Zwischenrippe 98 erstreckt sich von dem Scheitelpunkt der äußeren Rippe 97 über den Scheitelpunkt der inneren Rippe 97 in die Richtung zu dem Kolben, so dass sich die Höhe h der Zwischenrippe 98 allmählich in die Richtung zu dem Kolben vermindert. Die Steifigkeit gegenüber der Ablenkung des Umfanges des Kronenabschnittes 14a kann durch das Hinzufügen der Zwischenrippen (98, 98) weiter verbessert werden. Das Hinzufügen der Zwischenrippen (98, 98) erhöht den Wärmeabstrahlungs-Oberflächenbereich, um folglich die Wärmeströmung in die Richtung zu den Bolzen-Naben-Abschnitten (14b, 14b) zu verbessern.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die 33A und 33B ein Kolben des neunzehnten Ausführungsbeispieles gezeigt, der denselben Wärmeausdehnungs-Absorptionsring 30, wie oben diskutiert, und einen modifizierten Rippenaufbau des achtzehnten Ausführungsbeispieles hat. Der Rippenaufbau des neunzehnten Ausführungsbeispieles ist etwas von jenem des achtzehnten Ausführungsbeispieles dadurch unterschiedlich, dass die im Wesentlichen L-förmige Bolzen-Nabe-zu-Bolzen-Nabe-Rippe 97 lediglich mit einer kreisbogenförmigen oder bogenförmigen Bolzen-Nabe-zu-Bolzen-Nabe-Rippe 97 ersetzt ist. Somit ist der mit Rippen versehene Kolben des neunzehnten Aus führungsbeispieles in der Lage dieselben Wirkungen zu schaffen (verbesserte Steifigkeit und überlegene Kühlwirkung) wie in dem achtzehnten Ausführungsbeispiel.
  • Der gesamte Inhalt der Japanese Patent Application Nr. P10-110018 (angemeldet am 21. April 1998) und der P10-252437 (eingereicht am 7. September 1998) sind hierin in Bezug eingeschlossen.
  • Während das Vorhergehende eine Beschreibung der in der Erfindung ausgeführten, bevorzugten Ausführungsbeispiele ist, wird es verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die besonderen, hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, vorgenommen werden können.

Claims (21)

  1. Kolben einer Brennkraftmaschine, mit: einem Randabschnitt, vorgesehen, um mit der Zylinderwand in Gleitkontakt zu sein; einem inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt, der einen Kronenabschnitt und Kolbenbolzen-Nabenabschnitte hat; einem Halteabschnitt, der den Randabschnitt und den inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt an einem unteren Ende des Kolbens zwischenverbindet; und einer Trennnut, durch die der Randabschnitt und der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt, rund um einen Umfang eines oberen Abschnittes des Kolbens unterteilt sind.
  2. Kolben nach Anspruch 1, wobei der Randabschnitt (12) einen oberen Randabschnitt (12a) hat, angeordnet in dem oberen Abschnitt (20) des Kolbens und alle ringförmig rund um den Umfang des oberen Abschnittes (20) des Kolbens gebildet, und einen unteren Randabschnitt (12b), angeordnet in dem unteren Abschnitt (22) des Kolbens und teilweise unter den Kolbenbolzen-Nabenabschnitten (12b, 12b) in einer Richtung des Kolbenbolzens weggeschnitten.
  3. Koben nach Anspruch 1, wobei eine äußere Umfangswandoberfläche des Randabschnittes an einem im Wesentlichen gleichen Umfang eines Kreises über eine gesamte axiale Länge des Randabschnittes gebildet ist.
  4. Kolben nach Anspruch 1, der außerdem eine Einzelringnut (24) aufweist, gebildet in einer äußeren Umfangswandoberfläche eines oberen Randabschnittes (12a), angeordnet in dem oberen Abschnitt (20) des Kolbens, und einen Kolbenring (23), eingesetzt in die Einzelringnut.
  5. Kolben nach Anspnuch 1, der außerdem einen Wärmeablenkungs-Absorptionsring (30) aufweist, eingesetzt in die Trennut (D) und verformbar in einer radialen Richtung des Kolbens, um Veränderungen einer radialen Breite der Trennut zu absorbieren.
  6. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring einen gewellten Wandabschnitt (36) hat, der in der radialen Richtung des Kolbens ablenkbar ist.
  7. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring einen oberen Wandabschnitt (48; 62) hat, der mit einer Oberseitenoberfläche des Kolbens in Gleitkontakt ist, so dass der obere Wandabschnitt in der radialen Richtung des Kolbens beim Auftreten von Veränderungen der radialen Breite der Trennut gleitbar ist.
  8. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring einen Seitenwandabschnitt (42, 44; 52, 54) hat, der einer Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt (14) zugewandt ist, und in der radialen Richtung geneigt ist, so dass ein Ende des Seitenwandabschnittes des Wärmeablenkungs-Absorptionsringes mit der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12), oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) in Kontakt ist, und der außerdem einen Wärmeablenkungs-Absorptionsspalt (50, 50; 58, 58) aufweist, gebildet zwischen einem weiteren Ende des Seitenwandabschnittes des Wärmeablenkungs-Absorptionsringes und der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a), um die Veränderungen der radialen Breite der Trennut zu absorbieren.
  9. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring einen gekrümmten Oberflächenabschnitt (68) hat, der im Querschnitt eine im Wesentlichen kreisbogenförmige Gestalt hat, und der nach innen in der radialen Richtung des Kolbens gekrümmt ist, so dass ein Ende des gekrümmten Oberflächenabschnittes des Wärmeablenkungs-Absorptionsringes in Gleitkontakt ist mit einer inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnitt (14), und der außerdem einen Wärmeablenkungs-Absorptionsspalt (72) aufweist, gebildet zwischen einem weiteren Ende des ge krümmten Oberflächenabschnittes des Wärmeablenkungs-Absorptionsringes und der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a), um die Veränderungen der radialen Breite der Trennut zu absorbieren.
  10. Kolben nach Ansprach 5, der außerdem einen vorspringenden Kantenabschnitt (60) aufweist, gebildet an zumindest entweder einem oberen, inneren Kantenabschnitt des Randabschnittes (12) oder einem oberen äußeren Kantenabschnitt des Kronenabschnittes (14a) und der radial in die Richtung zu der Trennut (D) vorspringend, um das Fallen des Wärmeablenkungs-Absorptionsringes zu verhindern.
  11. Kolben nach Ansprach 5, der außerdem aufweist einen radial-vorspringenden Abschnitt (64, 64; 74), gebildet in dem Wärmeablenkungs-Absorptionsring, und einen ausgesparten Abschnitt (66, 66; 76), gebildet an zumindest entweder einer inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnittes, so dass der radial vorspringende Abschnitt (64, 64; 74) in den ausgesparten Abschnitt (66, 66; 76) eingesetzt ist.
  12. Kolben nach Anspruch 5, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring einen Ölkanal (80) hat, der sich in eine Umfangsrichtung des Kolbens erstreckt, und eine Ölbohrung (78), die mit dem Ölkanal (80) zum Einleiten von Schmieröl in den Ölkanal (80) oder zum Auslassen des Schmieröls aus dem Ölkanal (80) in Verbindung ist.
  13. Kolben nach Anspruch 12, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring ein Paar von Seitenwandabschnitten (42, 44) hat, die jeweils mit der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) und einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnittes (14) in Kontakt ist, und zumindest ein Paar von Seitenwandabschnitten (42, 44) eine Hilfsölbohrung (82; 88; 96) hat, die mit dem Ölkanal (80) in Verbindung ist.
  14. Kolben nach Anspruch 13, der außerdem einen Ölaufnahmeabschnitt (84; 92) aufweist, gebildet in zumindest entweder der inneren Umfangswandoberflä che des Randabschnittes (12) oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a), um der Hilfsölbohrung (82; 88; 96) gegenüber zu stehen.
  15. Kolben nach Anspruch 12, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring ein Paar Seitenwandabschnitte (42, 44) hat, die jeweils mit einer inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) und einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnittes (14) in Kontakt sind, und zumindest einer von dem Paar der Seitenwandabschnitte (42, 44) einen Bohrflanschabschnitt (86; 90) hat, gebildet mit einer Hilfsölbohrung (82; 88), verbunden mit dem Ölkanal (80), und außerdem einen Ölaufnahmeabschnitt (84; 92) aufweist, gebildet in zumindest entweder der inneren Umfangswandoberfläche des Randbereiches (12) oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a), um der Hilfsölbohrung (82; 88) gegenüber zu stehen, und der Bohrflanschabschnitt in den Ölaufnahmeabschnitt eingesetzt ist.
  16. Kolben nach Anspruch 12, wobei der Wärmeablenkungs-Absorptionsring ein Paar von Seitenwandabschnitten (42, 44) hat, jeweils mit der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) und einer zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a) des inneren Kronen-plus-Naben-Abschnittes (14) in Kontakt, und zumindest einer des Paares von Seitenwandabschnitten (42, 44) eine Mehrzahl von geschlitzten Abschnitten (94) hat, die jeweils eine Hilfsölbohrung (96) haben, die mit dem Ölkanal (80) verbunden ist, und einem Paar von radial nach innen vorspringenden oberen und unteren Flanschen (94a, 94b), und die außerdem einen Ölaufnahmeabschnitt (84) aufweisen, gebildet in zumindest entweder der inneren Umfangswandoberfläche des Randabschnittes (12) oder der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kronenabschnittes (14a), um der Hilfsölbohrung (96) gegenüber zu stehen, und die Mehrzahl der geschlitzten Abschnitte (94) in den Ölaufnahmeabschnitt (84) eingesetzt ist.
  17. Kolben nach Anspruch 1, wobei der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt (14) eine Rippe (97) hat, einstückig an einer Unterseite des Kronenabschnittes (14a) gebildet und radial nach außen verlängert, so dass ein Scheitel der Rippe nahe zu jeder Druckseite einer Haupt-Druckfläche und einer kleineren Druckfläche des Randabschnittes (12) gebildet ist, während beide Enden der Rippe mit jeweiligen Fußabschnitten der Kolbenbolzen-Nabenabschnitten (14b, 14b) verbunden sind.
  18. Kolben nach Anspruch 17, wobei die Rippe (97) so dimensioniert ist, dass eine Höhe (h1) des Scheitels der Rippe nahe zu der Druckseite des Randabschnittes (12) niedriger als eine Höhe (h2) der Rippe an jedem der Fußabschnitte der Kolbenbolzen-Nabenabschnitte (14b, 14b) ist.
  19. Kolben nach Anspruch 1, wobei der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt (14) eine Mehrzahl von Rippen (97) hat, einstückig an einer Unterseite des Kronenabschnittes (14a) gebildet und radial nach außen verlängert, so dass ein Scheitel jeder der Rippen nahe zu jeder Druckseite einer Haupt-Druckfläche und einer kleineren Druckfläche des Randabschnittes (12) gebildet ist, während beide Enden jeder der Rippen mit den jeweiligen Fußabschnitten des Kolbenbolzen-Nabenabschnittes (14b, 14b) verbunden sind, und wobei jede der Rippen (97) so dimensioniert ist, dass eine Höhe (h1) des Scheitels von jeder Rippe nahe zu der Druckseite des Randabschnittes (12) niedriger als die Höhe jeder der Rippen bei jedem der Fußabschnitte des Kolbenbolzen-Nabenabschnittes (14b, 14b) ist.
  20. Kolben nach Anspruch 19, wobei eine Höhe (h) einer Innenrippe von zwei benachbarten Rippen, gemessen in derselben Druckrichtung, niedriger als eine Höhe einer Außenrippe der zwei benachbarten Rippen ist.
  21. Kolben nach Ansprach 19, wobei der innere Kronen-plus-Naben-Abschnitt (14) eine Zwischenrippe (98) hat, einstückig an der Unterseite des Kronenabschnittes (14a) gebildet ist, so dass die Zwischenrippe (98) die Scheitel der zwei benachbarten Rippen zwischen verbindet, und wobei die Zwischenrippe (98) so dimensioniert ist, dass sich eine Höhe (h) der Zwischenrippe allmählich in die Richtung einer Mitte des Kolbens vermindert.
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