DE19622633A1 - Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Kolbeneinheit, die in einer Brennkraftma­ schine, insbesondere in einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs eingesetzt wird.

In einer herkömmlichen Kolbeneinheit sind die Enden eines Kolbenbolzens, der mit einer Kurbelstange verbunden ist, dicht in ein Paar von Einmündungsöff­ nungen eingefügt, die an einem umgeben den Anschlußteil des Kolbenkörpers gebildet sind. Zusätzlich wird der in einem Verbrennungszylinder erzeugte Ver­ brennungsdruck zu der Kurbelstange durch das umgebende Anschlußteil des Kolbenkörpers und des Kolbenbolzens übertragen. In dem Verbrennungszylinder wird der Kolbenbolzen mit einer Biegekraft beaufschlagt, die zwischen dem um­ gebenden Anschlußteil und der Kurbelstange auftritt. Daher können die Ein­ mündungsöffnungen, die durch das umgebende Anschlußteil geformt sind, durch die Reaktionskraft der Biegungsbelastung beschädigt werden.

In der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Heisei 3-57302 ist eine Kol­ beneinheit offenbart, die das oben angegebene Problem des Stands der Technik löst. Die mit einem vorgegebenen Winkel zu der Längsrichtung der Einmün­ dungsöffnungen geneigten Oberflächen sind zumindest an dem inneren Ende eines Paars an Einmündungsöffnungen oder an einem Kolbenbolzen an den zu dem inneren Ende der Einmündungsöffnungen weisenden Seiten, gebildet. Der vorgegebene Winkel der geneigten Oberflächen liegt in einem Bereich von 5 bis 30 Minuten. Es besteht ein Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche der Einmündungsöffnungen und der äußeren Oberfläche des Kolbenbolzens. Wenn der Motor startet, verhindern die geneigten Oberflächen daher, daß der Kolben­ bolzen an das innere Ende der Einmündungsöffnungen in der Längsrichtung anstößt.

Da die Kolbeneinheit geneigte Oberflächen beinhaltet, die einen vorgegebenen Winkel in einem Bereich von 5 bis 30 Minuten haben, ist eine sehr präzise Fer­ tigbearbeitung bei der Herstellung der geneigten Oberflächen erforderlich. Dies macht die Kolbeneinheit teuer bei der Herstellung.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine in einer Brennkraftma­ schine verwendete Kolbeneinheit zu schaffen, die keine sehr präzise Fertigbear­ beitung bei der Herstellung erfordert. Zusätzlich soll eine in einer Brennkraft­ maschine verwendete Kolbeneinheit geschaffen werden, die nicht teuer ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Kolbeneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine besitzt dabei einen Kol­ benkörper mit einem umgreifenden Anschlußteil, einem Paar Einmündungsöff­ nungen, die in dem Anschlußteil geformt sind, wobei das Paar von Einmün­ dungsöffnungen koaxial zu der radialen Richtung des Kolbenkörpers angeordnet ist, ein Paar Buchsen, die in das Paar von Einmündungsöffnungen eingefügt sind, einen Kolbenbolzen mit einem ersten Ende, das in die eine Buchse einge­ fügt ist, und einem zweiten Ende, das in die andere Buchse eingefügt ist, und einer Kurbelstange, die mit der Mitte des Kolbenbolzens verbunden ist. Die Kol­ beneinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einer inneren Oberflä­ che von jedem inneren Ende der Einmündungsöffnungen oder an einer äußeren Oberfläche von jedem inneren Ende der Buchsen geneigte Oberflächen gebildet sind. Durch diese Anordnung wird eine Beschädigung durch eine Krümmung des Kolbenbolzens verhindert, ohne daß eine sehr präzise Fertigbearbeitung not­ wendig ist.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels offensichtlich, das in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kolbengehäuses eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kolbeneinheit einer Brennkraftmaschine;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten eingekreisten Be­ reichs;

Fig. 4 eine veränderte Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Buchse, während die Kolbeneinheit der Brennkraftmaschine betrieben wird, und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, ähnlich zu Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Kolbengehäuse 11 einer Kolbeneinheit 10 eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kolbengehäuse 11 ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Das Kolbengehäuse 11 ist aus einem zy­ lindrischen Körper 12 und einem hohlen zylinderförmigen Anschlußteil 14, das integral mit dem Körper 12 gebildet ist, zusammengesetzt. Das Anschlußteil 14 hat ein offenes Ende an dem Bodenbereich und besitzt dort einen in dem An­ schlußteil 14 gebildeten internen Raum 16. Der Körper 12 hat eine ringförmige Passage 18 innerhalb des Körpers 12, um kühlendes Öl durchzuleiten. Der Kör­ per 12 hat ferner drei ringförmige Rillen 20, 22 und 24 an der Oberfläche, um Kolbenringe darin aufzunehmen. Ein aus einer Kupfer-Zinklegierung gebildeter verschleißfester Ring 24 ist in der obersten ringförmigen Rille 20 positioniert, um die Rille vor Hitze in der Verbrennungskammer zu schützen. Das Kolbengehäuse 11 ist integral mit dem verschleißfesten Ring 24 geformt.

Der Durchmesser des Anschlußteils 14 ist derselbe wie der Durchmesser des Körpers 12. Das Anschlußteil 14 hat zwei dicke Bereiche 28, 30 und zwei dünne Bereiche 32, 33, die abwechselnd mit den zwei dicken Bereichen 28 und 30 ange­ ordnet sind. Die dicken Bereiche 28, 30 des Anschlußteils 14 sind auf dem Kol­ bengehäuse 11 gebildet und liegen sich einander gegenüber. Jeder dicke Bereich 28, 30 besitzt eine Einmündungsöffnung 34 bzw. 36. Ein Paar von Einmün­ dungsöffnungen 34, 36 ist in Richtung des Durchmessers des Anschlußteils 14 durchbohrt. Dabei sind Buchsen 38 und 40 in die Einmündungsöffnungen 34 bzw. 36 eingefügt. Die Buchsen 38, 40 sind aus einer Kupfer- Aluminiumlegierung gebildet. Die Kupfer-Aluminiumlegierung ist fester und dehnbarer als die Aluminiumlegierung, die das Kolbengehäuse 11 bildet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Enden des Kolbenbolzens 46 jeweils in die Buchse 38 und in die Buchse 40 eingefügt. Zwei gelochte Schnappringe 48, 50 sind in die Rillen 42, 44 eingefügt, die in den Endbereichen der Einmündungs­ öffnungen 34, 36 eingepreßt sind, so daß die gelochten Schnappringe 48, 50 ein Herauskommen des Kolbenbolzens 46 und der Buchsen 38, 40 aus den Einmün­ dungsöffnungen 34 bzw. 36 verhindern. Ein Ende der Kurbelstange 52 ist mit der Mitte des Kolbenbolzens 46 verbunden und das andere Ende der Kurbelstan­ ge 52 ist mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden. Der Kolbenbolzen 46 und die Kurbelstange 52 sind aus Stall gebildet, um die Festigkeit zu erhal­ ten.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das innere Ende der Einmündungsöffnung 34, die in der Nähe des internen Raums 16 angeordnet ist, um einen vorgegebenen Winkel Θ geneigt. Daher besteht ein Spalt 54 zwischen der inneren Oberfläche der Ein­ mündungsöffnungen 34 und der äußeren Oberfläche der Buchse 38. Der vorge­ gebene Winkel θ liegt in einem Bereich zwischen 3° und 5°, was vorteilhaft für die Herstellung ist, und entsprechend keine Notwendigkeit besteht, eine Einmün­ dungsöffnung 34 mit geringer Toleranz herzustellen.

Der Betrieb der oben beschriebenen Kolbeneinheit 10 der vorliegenden Erfin­ dung wird nun beschrieben.

Wenn der Motor die Verbrennung in einem nicht dargestellten Verbrennungszy­ linder startet, drückt der Verbrennungsdruck das Kolbengehäuse 11 herunter und der Verbrennungsdruck wird zu der Kurbelstange 52 durch das Anschlußteil 14, die Buchsen 38 und 40 und den Kolbenbolzen 46 übertragen. Da die Enden des Kolbenbolzens 46 durch die Buchsen 38 und 40 an den äußeren Oberflächen des Kolbenbolzens 46 gehalten werden, drückt der Verbrennungsdruck auch den Kolbenbolzen 46 herunter. Demgegenüber drückt an der Mitte des Kolbenbol­ zens 46 der mit der Kurbelstange 52 verbunden ist, die Rückstellkraft des Ver­ brennungsdrucks den Kolbenbolzen 46 nach oben. Daher nimmt der Kolbenbol­ zen 46, der härter als das Kolbengehäuse 11 und die Buchsen 38 und 40 ist, die Krümmungsbelastung durch den Verbrennungsdruck auf, wobei die Belastung durch die Krümmung auf die inneren Enden der Einmündungsöffnungen 34 und 36 übertragen wird. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, treten die Buchsen 38 und 40 nicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche an dem inneren Ende der Einmündungs­ öffnung 34 und 36, wobei Zwischenräume 54, 56 zwischen den äußeren Oberflä­ chen der Buchsen 38 und 40 und den inneren Enden der Einmündungsöffnun­ gen 34, 36 vorhanden sind.

Ferner sind die Buchsen 38 und 40 aus einer Kupfer-Aluminiumlegierung gebil­ det, die eine hohe Festigkeit besitzt und dehnbar ist, so daß die Buchsen 38 und 40 fähig sind, die Krümmungsbelastung zu absorbieren. Als Ergebnis werden die inneren Enden der Einmündungsöffnungen 34 und 36 davor bewahrt, durch die Rückstellkraft des Verbrennungsdrucks durch den Kolbenbolzen 46 beschädigt zu werden.

In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die in Fig. 3 gezeigte Struktur verändert wurde, indem die Zwischenräume 54 und 56 durch die Bearbeitung der äußeren Oberflächen der Buchsen 38 und 40 in kegel­ förmige Enden gebildet sind.

Claims (4)

1. Kolbeneinheit (10) für eine Brennkraftmaschine mit:
einem Kolbenkörper (12) mit einem umgreifenden Anschlußteil (14);
einem Paar von Einmündungsöffnungen (34, 36), die durch das Anschluß­ teil (14) gebildet sind, wobei die Einmündungsöffnungen (34, 36) koaxial zu der radialen Richtung des Kolbenkörpers (12) angeordnet sind;
einem Paar von Buchsen (38, 40), die in das Paar von Einmündungsöffnun­ gen (34, 36) eingefügt sind;
einem Kolbenbolzen (46) mit einem ersten Ende, das in eine der Buchsen (38) eingefügt ist, und einem zweiten Ende, das in die andere Buchse (40) eingefügt ist; und
einer Kurbelstange (52), die mittig mit dem Kolbenbolzen (46) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer der inneren Oberflächen von jeder der Einmündungsöffnungen (34, 36) oder an einer äußeren Oberfläche von jeder der Buchsen (38, 40) eine geneigte Oberfläche gebildet ist.

2. Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Oberfläche in einem vorgegebenen Winkel angeordnet ist.

3. Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkel zwischen 3° und 5° ist.

4. Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Buchsen (38, 40) eine größere Festigkeit aufweist als das Material des Kolbenkörpers (12).