CN103118831A

CN103118831A - 用于内燃机的活塞的制造方法以及用于内燃机的活塞

Info

Publication number: CN103118831A
Application number: CN2011800461638A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·施奈特; 赖纳·沙普; 卡尔海因茨·宾
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-05-22
Also published as: JP2013542355A; DE102010033879A1; BR112013004071A2; KR20140007791A; US20120037115A1; WO2012019593A1; EP2603348A1

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞（10、110、120）的制造方法，其特征在于以下步骤：a）制造具有至少一个接合面（21、22；121、122）的活塞上部件（11、111、211），b）制造具有至少一个接合面（23、24；123、124）的活塞下部件（12、112、212），c）制造活塞上部件（11、111、211）的至少一个接合面（21、22；121、122）和活塞下部件（12、112、212）的至少一个接合面（23、24；123、124）之间的直接接触，d）通过电感应或者通过直接在接合面（21、23；22、24；121、123；122、124）上加载电流对活塞上部件（11、111、211）和活塞下部件（12、112、212）在直接接触的接合面（21、23；22、24；121、123；122、124）区域进行加热，e）通过压制过程将活塞上部件（11、111、211）和活塞下部件（12、112、212）彼此连接形成活塞（10、110、210），以及必要时对活塞（10、110、210）进行精加工。

Description

用于内燃机的活塞的制造方法以及用于内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞的制造方法。

背景技术

这类方法在例如文献US6,825,450B2中有所描述。通过感应焊接将活塞上部件和活塞下部件连接在一起，其中在活塞上部件和活塞下部件的接合面之间放置感应线圈。在将接合面加热之后将感应线圈移除并且生成焊接。

在该方法中，感应线圈移除后，接合面开始冷却降温，因此不能达到最优化的焊接连接。此外该方法必须在保护气氛中进行，以避免加热后的接合面由于与空气中的氧气发生反应而受到不利的影响或发生不利的改变。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于内燃机的活塞的制造方法，通过其以尽量简单的方式实现改善的焊接连接。

该目的由此实现，首先在步骤a）中制造具有至少一个接合面的活塞上部件，在步骤b）中制造具有至少一个接合面的活塞下部件，在步骤c）中制造活塞上部件的至少一个接合面和活塞下部件的至少一个接合面之间的直接接触，在步骤d）中通过电感应或者通过直接在接合面上加载电流将活塞上部件和活塞下部件在直接接触的接合面进行加热，然后在步骤e）中通过压制过程将活塞上部件和活塞下部件彼此连接形成活塞。

根据本发明这样制成活塞上部件和活塞下部件的接合面之间的直接接触，然后进行接触面区域的加热，从而将两个组件在它们的受热的接合面区域连接在一起。在活塞上部件和活塞下部件连接在一起之前避免接合面的冷却降温，从而相对于现有技术显著改善了所获得的焊接连接。此外可以不用在保护气氛中进行操作，因为加热过的接合面不会与环境空气相接触。接合面或者感应地（通过感应涡流），或者通过直接的电流进行加热并且接着通过压制过程（通过机械力的作用）彼此连接。由此可能就完成了活塞的精加工。

本发明的主题还涉及能够根据本发明的方法制成的活塞。

最后本发明的主题还涉及一种用于内燃机的活塞，其具有活塞上部件和活塞下部件，其中活塞上部件具有燃烧室凹腔和内接合面以及外接合面，活塞下部件具有内接合面以及外接合面，其中活塞上部件和活塞下部件形成环绕的冷却通道并且内接合面具有预先设定的宽度a，活塞下部件的内接合面由环绕的支撑部件形成，该支撑部件具有轴向长度b（b≥1.5*a），在环绕的支撑部件的下面形成在冷却通道一侧环绕的缩进部，其缩进深度为c（c≤0.8*a）。

根据本发明设置燃烧室凹腔的环绕的侧壁，其将燃烧室凹腔与冷却通道隔离开，并且具有预先设定的厚度，该厚度由活塞上部件和活塞下部件的内接合面的预先设定的宽度a给定。活塞下部件的内接合面由活塞下部件的环绕的支撑部件形成，其轴向长度b至少等于活塞下部件和活塞上部件的内支撑面的宽度a的1.5倍。此外在活塞下部件的环绕的支撑部件的下面设置有冷却通道一侧的环绕的缩进部，其缩进深度c最多等于活塞下部件和活塞上部件的支撑面的宽度a的0.8倍。

宽度a取决于各个活塞的大小和尺寸。原则上，支撑部件的长度b和缩进部的缩进深度c取决于支撑面的宽度a。该结构给出了对活塞稳定性的要求和将焊接支撑面控制得较小（从而优化在焊接过程中的热能和压力的导入和传递）的最佳的折中方案。以根据本发明的设计实现了，在焊接过程中，燃烧室凹腔的环绕的壁不会塌陷，从而在撤掉压力的时候在焊缝处不会产生裂缝。此外根据本发明的设计达到了，在运行过程中点火压力和点火热能特别良好地到达活塞的下部区域。

在从属权利要求中给出了有利的扩展设计。

根据本发明的方法的优选设计为，在活塞上部件的至少一个接合面区域和/或活塞下部件的至少一个接合面区域设置窄化部，其在步骤e）由活塞上部件或活塞下部件的材料填满，优选达到接合面的额定横截面。由此以有利的方式避免了沿着焊缝生成隆起部。窄化部可以形成为槽口、凹口或者收窄部分。

步骤d）和e）能够以特别有利的方式在环境气氛中进行，也就是说，可以不用保护气体或者在将接合面加热前将组成部分引入真空中。由此以有利的方式简化了根据本发明的方法。

在步骤e）中优选将压制过程与转动过程相结合，即，活塞上部件和活塞下部件彼此相向地扭转过一个小角度，以达到更好的固定焊接连接。

根据本发明的方法的另一个有利的扩展方案为，活塞上部件具有燃烧室凹腔和内接合面以及外接合面，活塞下部件具有内接合面以及外接合面，并且在活塞上部件和活塞下部件连接时形成环绕的冷却通道。由此以特别简单的方式制成了冷却通道活塞。因为或者从活塞上部件的外侧面，或者从燃烧室凹腔能够到达活塞上部件的接合面，根据本发明的方法很好地适用于制造这类冷却通道活塞。

根据本发明的方法以有利的方式实现了可变化性，活塞上部件和活塞下部件的内接合面以及外接合面设置在同一平面内，或者活塞上部件和活塞下部件的接合面设置在至少两个不同的平面内。接合面的错置因而不是问题。

活塞上部件和/或活塞下部件可以是浇铸件或者锻造件，并且可以由例如钢材或者铸铁材料制成。

缩进部优选延伸至冷却通道的底部，以达到根据不同的材料体积的热能和压力的传递的最优化。

附图说明

接下来根据附图进一步阐明本发明的实施例。图中只是示例性示出，没有给出详细尺寸：

图1：在焊接前的根据本发明的活塞的第一个实施例的截面图；

图2：图1中的活塞的截面图，相对于图1视角旋转了90°；

图3：在焊接后的图1中的活塞；

图4：图3中的活塞的截面图，相对于图3视角旋转了90°；

图5：在焊接前的根据本发明的活塞的另一个实施例的截面图；

图6：图5中的活塞的截面图，相对于图5视角旋转了90°；

图7：在焊接后的图5中的活塞；

图8：图7中的活塞的截面图，相对于图7视角旋转了90°；

图9：根据本发明的活塞的另一个实施例的截面图；

图10：图9中的活塞的局部放大图。

具体实施方式

图1至4示出了根据活塞10的根据本发明的方法的第一个实施例。本实施例中的活塞10是具有环绕的冷却通道的两部件箱式活塞。本发明当然也适用于其他活塞类型。

活塞10由活塞上部件11和活塞下部件12构成，活塞上部件和活塞下部件可以由钢材和铸铁材料通过浇铸或者锻造制成。活塞10具有包含燃烧室凹腔14的活塞底部13，其中活塞底部13和燃烧室凹腔14部分由活塞上部件11形成，部分由活塞下部件12形成。沿着外壁区域18的火力岸和环槽在由于视线的原因没有示出。活塞下部件12具有活塞裙15和具有用于接纳活塞螺栓（未示出）的轮毂孔17的活塞轮毂16。

活塞上部件11具有内接合面21和外接合面22。内接合面21在燃烧室凹腔14区域内形成为环绕的。而外接合面22在本实施例中形成在外壁区域18的下面。

活塞下部件12同样具有内接合面23和外接合面24。内接合面23对应于活塞上部件11的内接合面21在燃烧室凹腔14的区域内形成为环绕的。本实施例中的外接合面24形成在活塞裙15的延长部分内。本实施例中的活塞上部件11和活塞下部件12的内接合面21、23与活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24错位地安放。活塞上部件11和活塞下部件12形成环绕的冷却通道25。

活塞10由活塞上部件11和活塞下部件12制成。如图1和2所示，首先制造活塞上部件11和活塞下部件12的对应的内接合面21、23之间的直接接触与活塞上部件11和活塞下部件12的对应的外接合面22、24之间的直接接触。内接合面21、22彼此正对，或外接合面23、24彼此正对。将感应线圈31放在燃烧室凹腔14区域内并且面对活塞上部件11和活塞下部件12的内接合面21、23。将另一个感应线圈32放在外壁18的区域内并且分配给活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24。活塞上部件11和活塞下部件12在接合面21、23和22、24的区域内通过电感应进行加热，直至该区域内的材料变得能够塑性变形。然后通过压制过程将活塞上部件11和活塞下部件12彼此连接在一起，其中活塞上部件11和活塞下部件12相对于彼此转过一个小的角度。

图3和4示出了将活塞上部件11和活塞下部件12连接后获得的活塞10。沿着焊接缝形成环绕的、小的隆起部26，其通过在将活塞上部件11和活塞下部件12连接在一起的压制过程中由侧面溢出的材料生成。可以对活塞10进行补充加工，特别是通过引入环槽而去除能够从外侧达到的隆起部26。

图5至8示出了根据本发明的方法的另一个实施例，该方法凭借由活塞上部件111和活塞下部件112构成的活塞110实施。活塞110与图1至4所示的活塞10几乎一样，因此对于相同的结构使用了相同标记符号并且使用图1至4的描述。

图1至4所示的活塞10和图5至8所示的活塞110的本质区别，以及制造两种活塞所应用的根据本发明的方法的本质区别在于，活塞上部件111和活塞下部件112在其接合面121、123和122、124的区域内，在装配完成的、但是还未焊接的状态下具有窄化部127、128。本实施例中的窄化部127、128形成为收窄部分并且通过引入斜边129而设置在相应的接合面121、123和122、124旁。再将活塞上部件111和活塞下部件112彼此连接在一起压制过程中，窄化部由从侧面焊接缝溢出的材料所填满。图7和8可以看出，活塞上部件111和活塞下部件112彼此连接在一起之后焊接缝区域内不存在隆起部，而是基本上平滑的表面。

图9和10示出了根据本发明的活塞210的另一个实施例。活塞210大体上对应于图1至4中的活塞10，因此适用于上述描述。对于相应的结构使用了相同的标记符号。

活塞210由活塞上部件211和活塞下部件212构成，活塞上部件和活塞下部件可以由例如钢材或者铸铁材料制成，并且可以是浇铸件或者锻造件。活塞120具有包含燃烧室凹腔14的活塞顶13，其中活塞顶13和燃烧室凹腔14部分由活塞上部件11，部分由活塞下部件12形成。沿着外壁区域18的火力岸和环槽由于视线的原因没有示出。活塞下部件12具有活塞裙15并具有用于接纳活塞螺栓（未示出）的轮毂孔17的活塞轮毂16。

活塞上部件211具有内接合面21和外接合面22。内接合面21在燃烧室凹腔14区域内形成为环绕的。而外接合面22在本实施例中形成在壁区域18的下面。

活塞下部件212同样具有内接合面23和外接合面24。内接合面23对应于活塞上部件211的内接合面22在燃烧室凹腔14的区域内形成为呈环形环绕的。本实施例中的外接合面24形成在活塞裙15的延长部分内。本实施例中的活塞上部件211和活塞下部件212的内接合面21、23与活塞上部件11和活塞下部件12的外接合面22、24错位地安放。活塞上部件211和活塞下部件212形成环绕的冷却通道25。

活塞上部件211和活塞下部件212的内接合面21、23具有预先设定的宽度a。活塞下部件212的内接合面23由环绕的支撑部件233形成。该支撑部件233具有轴向长度b，其至少等于内接合面21、23的宽度a的1.5倍：b≥1.5*a。支撑部件233一侧对冷却通道25进行限界另一侧对燃烧室凹腔14进行限界。支撑部件233的下面形成在冷却通道一侧的缩进部234。该缩进部234的缩进深度为c，其最大等于内接合面21、23的宽度a的0.8倍：c≤0.8*a。

该结构保证了在将支撑面21、23以及支撑部件234设计得尽可能细长的情况下，根据本发明的活塞210的稳定性，从而得到优化的压制焊接连接。

Claims

1.一种用于内燃机的活塞（10、110、120）的制造方法，其特征在于以下步骤：

a）制造具有至少一个接合面（21、22；121、122）的活塞上部件（11、111、211），

b）制造具有至少一个接合面（23、24；123、124）的活塞下部件（12、112、212），

c）制造所述活塞上部件（11、111、211）的至少一个接合面（21、22；121、122）和所述活塞下部件（12、112、212）的至少一个接合面（23、24；123、124）之间的直接接触，

d）通过电感应或者通过直接在所述接合面（21、23；22、24；121、123；122、124）上加载电流对所述活塞上部件（11、111、211）和所述活塞下部件（12、112、212）在直接接触的接合面（21、23；22、24；121、123；122、124）区域进行加热，

e）通过压制过程将所述活塞上部件（11、111、211）和所述活塞下部件（12、112、212）彼此连接形成活塞（10、110、210），以及必要时对所述活塞（10、110、210）进行精加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述活塞上部件（111）的至少一个接合面（121、122）区域内和/或所述活塞下部件（112）的至少一个接合面（123、124）区域内设置窄化部（127、128），所述窄化部在所述步骤e）中由所述活塞上部件（111）或活塞下部件（112）的材料所填满。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述窄化部（127、128）形成为槽口、凹口、收窄部分和类似结构。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在环境气氛中实施所述步骤d）和/或步骤e）。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e）中将压制过程和转动过程相结合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件（11、111、211）具有燃烧室凹腔（14）和内接合面（21、121）以及外接合面（22、122），所述活塞下部件（12、112、212）具有内接合面（23、123）和外接合面（24、124）并且在所述活塞上部件（11、111、211）和所述活塞下部件（12、112、212）连接时形成环绕的冷却通道（25）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件（11、111、211）和所述活塞下部件（12、112、212）的内、外接合面（21、121、22、122；23、123、24、124）安置在同一个平面上或者安置在至少两个不同的平面上。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件（11、111、211）和/或所述活塞下部件（12、112、212）由钢材或者铸铁材料制成。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞上部件（11、111、211）和/或所述活塞下部件（12、112、212）是浇铸件或者锻造件。

10.一种用于内燃机的活塞，能够以根据权利要求1至9的任意一项所述的方法制成。

11.用于内燃机的活塞（210），具有活塞上部件（211）和活塞下部件（212），其中所述活塞上部件（211）具有燃烧室凹腔（14）和内接合面（21）以及外接合面（22），所述活塞下部件（212）具有内接合面（23）和外接合面（24）并且在所述活塞上部件（211）和所述活塞下部件（212）连接时形成环绕的冷却通道（25），其特征在于，内接合面（21、23）具有预先设定的宽度（a），所述活塞下部件（212）的内接合面（23）由环绕的支撑部件（233）形成，所述支撑部件具有轴向长度（b）且b≥1.5*a，在环绕的支撑部件（233）下面设置位于冷却通道一侧的环绕的缩进部（234），所述缩进部具有缩进深度（c）且c≤0.8*a。

12.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述缩进部（234）延伸至所述冷却通道（25）的底部。

13.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件（211）和所述活塞下部件（212）的内接合面和外接合面（21、22、23、24）安置在同一个平面上或者安置在至少两个不同的平面上。

14.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件（211）和/或所述活塞下部件（212）由钢材或者铸铁材料制成。

15.根据权利要求11所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件（211）和/或所述活塞下部件（212）是浇铸件或者锻造件。