CN108431392A - 用于内燃机的钢制或铝制活塞以及用于制造用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的钢制或铝制活塞，其包括至少一个冷却通道(14)，插塞(16、22)沿着大致活塞轴方向和大致径向方向在冷却通道(14)中延伸，和/或冷却通道(14)具有起伏部、拓宽部和/或锥形部。在用于制造用于内燃机的该类型的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法中，使用了叠加性制造方法。

Description

用于内燃机的钢制或铝制活塞以及用于制造用于内燃机的钢 制或铝制活塞的至少一部分的方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的钢制或铝制活塞以及用于制造用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法。
内燃机的活塞靠近燃烧室，并且这些活塞因而会经受非常高的温度和机械应力。为了将热量从活塞消散出去，通常在活塞中形成有一个或多个大致环形的冷却通道，在冷却通道中注入冷却油，该冷却油在离开冷却通道去往别处之前吸收热量。
现有技术
在本文中，例如WO 2014/059221 A1描述了冷却通道，散热翅片延伸至该冷却通道中。
此外，在DE 10 2010 046 468 A1、DE 2013 205 244A1和DE 10 2006 049 216 A1的每个中均公开了使用金属粉末的生产性制造方法。
发明内容
考虑到这个背景，基于该问题的本发明提供了一种用于内燃机的钢制或铝制活塞，该活塞具有改进的冷却通道设计并且可以高效地制造该活塞。还介绍了一种相应的制造方法。
前述问题一方面通过权利要求1中所描述的活塞得以解决，该活塞具有至少一个冷却通道，插塞沿着大致活塞轴方向和大致径向方向延伸于该活塞中。也可以将这些插塞描述为凸块或突出圆柱体，凸块或突出圆柱体在其基部或尖端处是圆形的，这些插塞有利地增加了传热表面并且也可以用于将活塞稳定在冷却通道中。由于使用了如根据本发明的叠加性或生产性制造方法，这些插塞彼此大致垂直的设计是可能的，并且带来了上述描述的一些优点。
关于上文和下文描述的插塞，应当注意的是，它们仅被认为是用作使用根据本发明的方法制造的结构的示例，然而，利用常规制造方法不可能制造出这种结构，或者仅仅可以以相当高昂的成本制造。作为对插塞的备选或者除了插塞以外，例如起伏部、拓宽部和/或锥形部是可能的。起伏部优选地从属于冷却通道的上边界和/或下边界。拓宽部优选地表示冷却通道横截面的增加或扩大，拓宽部优选地可以部分地设置。这类似地适用于冷却通道横截面的锥形部。
目前优选的是使沿着活塞轴方向和径向方向延伸的插塞相交，从而形成大致十字形的布置。由此，插塞的中心轴线优选地也相交。
进一步地，优选地，沿径向方向延伸的插塞从冷却通道的一个边界向另一个边界延伸。这可以有利地在径向方向上提供支撑。关于沿活塞轴方向延伸的插塞，优选地是，沿活塞轴方向延伸的插塞从比冷却通道的上侧部距离活塞头更远的冷却通道的底部延伸，但是并未到达冷却通道的上侧部。
上文描述的问题另外通过权利要求7所描述的方法得以解决。
据此，使用叠加性或生产性的制造方法制造了用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分。这些方法的示例包括3D打印和选择性金属激光熔化以及烧结工序。就这一点而言，还参考了上文阐述的现有技术以及DE112005002040 B4、DE102004042775 B4、DE102010026000 A1、US7942987 B2、EP1163999 B1、US6504127 B1、DE102004008122 B4、DE102006038858 A1、US5387380 A以及US6676892 B2，其公开内容形成了本申请的主题。
应注意的是，将根据本发明的叠加性或生产性的制造方法用于制造活塞坯料或其一部分，在适当的情况下，在将活塞坯料或其一部分连接到活塞的另外的部分以后，再以通常的方式对活塞坯料或其一部分进行精加工。铝制活塞也被理解成包括由铝合金制成的活塞。
在本发明的范围内提出了叠加性或生产性的制造方法以用于制造用于内燃机的活塞；这些方法提供了显著的优点，即现在可以创建出迄今为止不可能制造的设计。如将在下面更加详细地论述的，例如在冷却通道几何结构的设计的范围内，这可以通过扩大散热表面来利用而基本没有设计限制，从而改善了热量向冷却油的传递，并且也改善了热量从活塞的耗散。因此，可以高效地制造冷却通道设计，该冷却通道设计迄今为止非常难以制造或者仅仅可以通过铸造和/或机械加工的方式制造，铸造和/或机械加工由于其复杂性而需要不合理的精力和/或费用。在铸造的情况下，例如，这适用于包括咬边的冷却通道设计，使得必需的移去的砂芯或盐芯必须具有相应的形状，并且其制造涉及增加的精力和/或费用。
因此在本发明的范围内优选地是，使用根据本发明的方法制造至少部分地形成冷却通道的钢制或铝制活塞的部分。例如，可以将该部分放置于活塞的另一部分上并通过摩擦焊接或感应焊接而与其连接。于叠加性或生产性制造方法涉及较高的成本，所以根据本发明该方法可以限于钢制或铝制活塞的一部分。备选地，如在本发明的范围内优选地，如果使用根据本发明的叠加性或生产性制造方法构建常规制造的活塞(如锻造的或铸造的)，则所描述的用于连接活塞部件的方法的成本是可以避免的。
在这一点上，同样优选地是，该钢制或铝制活塞的不同部分可以由不同的钢或铝材料制造，使得相应部分的特性可以适应对其需求。这些需求包括例如稳定性、抗结垢性、热导率等。可以有利地选择很好地满足所述需求的材料以用于相应的部分，以便可以制造完全改进的活塞。
在上文和下文描述的与根据本发明的方法相关的所有特征都适用于根据本发明的钢制或铝制活塞，并且反之亦然。
附图说明
下面将对本发明的实施例示例进行更加具体地解释。
附图示出了贯穿根据本发明的钢制或铝制活塞的包括冷却通道的区域的横截面。
本发明优选实施例示例的具体描述
从图中可以看出，根据本发明的活塞包括靠近燃烧室的活塞头10，并且在活塞头10中形成有燃烧碗12。在活塞头10下方存在活塞环槽12以及大致环形的冷却通道14。
根据本发明，形成于冷却通道14中的插塞16大致沿着活塞轴方向(在图中为竖直的)延伸，并且在所示的情况下，插塞16在与冷却通道14的底部18交汇的地方和它们的上部的自由端部20处是圆形的。在所示的情况下，大致圆柱形的插塞的直径大概对应于冷却通道14的宽度(沿着径向方向测量)的三分之一。此外，在所示的示例中，插塞形成在冷却通道14的底部18上并且不会延伸到达冷却通道14的上侧部。
还可以大致沿径向方向设置另外的插塞22，插塞22与沿着轴方向延伸的插塞16一起形成了十字形布置，并且在所示的情况下，插塞22从冷却通道14的一个侧向边界向另一个侧向边界延伸。插塞22在与这些边界交汇的地方处是圆形的。在插塞22与沿着活塞轴的方向延伸的插塞16交汇的地方处也是如此。虽然在图中未示出，但是活塞的包括具有和图中所示同等复杂布置的区域的部分可以使用叠加性或生产性的制造方法进行制造，并且该部分可以连接到以不同方式制造的第二部分。

Claims (10)

1.用于内燃机的钢制或铝制活塞，其包括至少一个冷却通道(14)，插塞(16、22)沿着大致活塞轴方向和大致径向方向在所述冷却通道(14)中延伸，和/或所述冷却通道包括起伏部、拓宽部和/或锥形部。
2.根据权利要求1所述的钢制或铝制活塞，其特征在于，沿着活塞轴方向延伸的插塞(16)和沿着径向方向延伸的插塞(22)相交。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的钢制或铝制活塞，其特征在于，沿着径向方向延伸的插塞(22)从所述冷却通道(14)的一个边界向另一个边界延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢制或铝制活塞，其特征在于，沿着活塞轴方向延伸的插塞仅从所述冷却通道(14)的底部(18)延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的钢制或铝制活塞，其特征在于，所述冷却通道的上边界/下边界具有起伏部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钢制或铝制活塞，其特征在于，所述冷却通道的横截面部分地扩大和/或部分地成锥形。
7.使用叠加性或生产性制造方法制造根据前述权利要求中的至少一项所述的用于内燃机的钢制或铝制活塞的至少一部分的方法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钢制或铝制活塞的所述部分使用3D打印和/或选择性金属激光熔化和/或烧结进行制造。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其特征在于，使用叠加性或生产性制造方法制造的所述钢制或铝制活塞的所述部分至少部分地形成活塞的冷却通道。
10.根据权利要求7至9中的至少一项所述的方法，其特征在于，根据本发明的所述钢制或铝制活塞的不同部分由不同的钢或铝材料制成。
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