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Die
Erfindung betrifft einen ringförmigen Kühlkanalkörper,
der in einen Kolben eingebettet wird, um einen Kühldurchgang
auszubilden, durch den ein Kühlmittel strömt,
ein Verfahren zum Ausbilden eines Kolbenkühlkanals unter
Verwendung des ringförmigen Kühlkanalkörpers
und einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der den ringförmigen
Kühlkanalkörper hat.
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Um
einen Kolben zu kühlen, dessen Temperatur während
des Betriebs einer Brennkraftmaschine hoch wird, kann ein Kühlkanal
für Öl, durch den Öl strömt,
in dem Kolben ausgebildet sein (siehe beispielsweise
JP-A-4-203463 und
JP-A-2007-132300 ). Der
Kühlkanal kann beispielsweise als ein ringförmiger
Kühlkanalkörper ausgebildet sein, der durch Gießen
in den Kolben eingebettet wird, wobei ein Verbindungsdurchgang und
eine Öffnung auch ausgebildet sind, um den Kühldurchgangsraum
in dem ringförmigen Körper zu durchdringen. Der
Verbindungsdurchgang und die Öffnung können durch
Bohren von einer Außenseite des Kolbens mit Hilfe einer
Bohrmaschine oder dergleichen ausgebildet sein.
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Beim
Ausführen des vorstehend beschriebenen Bohrens übt,
wenn ein Bohrer den ringförmigen Körper erreicht,
der Bohrer eine Kraft auf den ringförmigen Körper
aus, die wirkt, um den ringförmigen Körper von
einer Fügefläche mit dem Kolben zu lösen.
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Somit
kann, wenn ein Bohren beendet ist, ein Abschnitt des ringförmigen
Körpers von der Fügefläche mit dem Kolben,
insbesondere um die Öffnung herum, abgelöst sein.
Falls der abgelöste Bereich weitläufig ist, konzentriert
sich, wenn sich der Kolben gemäß dem Betrieb der
Brennkraftmaschine hin und her bewegt, nachdem der Kolben in der
Brennkraftmaschine montiert worden ist, eine Spannung, die von Trägheitsschwingungen
resultiert, an einem Grenzbereich zwischen dem abgelösten
Bereich und dem gefügtem Bereich, so dass sich der abgelöste Bereich
vergrößern kann.
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Insbesondere
falls ein ringförmiger Körper, der aus einer Eisenlegierung
hergestellt ist, in einen Kolben eingegossen wird, der aus einer
Aluminiumlegierung hergestellt ist, ist es wahrscheinlich, dass sich
der ringförmige Körper ablöst, wenn der
Aluminiumlegierungskolben gebohrt wird, falls ein Bohrer zum Bohren
einer Aluminiumlegierung verwendet wird. Um ein Ablösen
zu vermeiden, wird der Bohrer zum Bohren einer Aluminiumlegierung
mit einem Bohrer zum Bohren einer Eisenlegierung ersetzt, nachdem
durch die Aluminiumlegierung gebohrt worden ist. Jedoch verringert
dies die Effizienz beim Bohren ohne Verursachen eines Ablösens.
Selbst falls der Bohrer zum Bohren einer Aluminiumlegierung mit
dem Bohrer zum Bohren einer Eisenlegierung ausgetauscht wird, kann
solch ein Ablösen nicht vollständig vermieden
werden.
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In
der
JP-A-4-203463 und
der
JP-A-2007-132300 kann
die Abnahme der Fluidität des Öls, das in dem Ölkanal
strömt, aufgrund von Graten, die während eines
Bohrprozesses ausgebildet werden, durch Durchführen eines
zusätzlichen Ableitungsprozesses oder durch Vorsehen eines
Innenraumstauabschnitts verhindert werden. Jedoch wird keine Maßnahme
gegen ein Ablösen ergriffen, und insbesondere nicht gegen
die Vergrößerung der Ablösung.
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Die
Erfindung sieht einen ringförmigen Kühlkanalkörper,
der die Vergrößerung einer Ablösung von
einer Fügefläche um eine Öffnung herum
beim Ausbilden der Öffnung durch den ringförmigen
Kühlkanalkörper hindurch selbst dann verhindert,
wenn die Ablösung in einem Kolben auftritt, in den der
ringförmige Kühlkanal eingebettet wird, ein Verfahren zum
Ausbilden eines Kolbenkühlkanals unter Verwendung des ringförmigen
Kühlkanalkörpers und einen Kolben für
eine Brennkraftmaschine vor, der den ringförmigen Kühlkanal
hat.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft einen ringförmigen
Kühlkanalkörper, der in einen Kolben eingebettet
wird, um einen Kühldurchgang in dem Kolben auszubilden,
durch den ein Kühlmittel strömt. Dieser ringförmige
Kühlkanalkörper ist mit einer Öffnungsausbildungsposition
versehen, die an einer Wand des ringförmigen Kühlkanalkörpers
vorgesehen ist, an der eine Öffnung, durch die das Kühlmittel zu
dem Kühldurchgang von einer Außenseite zugeführt
wird und von dem Kühldurchgang zu der Außenseite
abgeleitet wird, ausgebildet ist. Diese Öffnungsausbildungsposition
ist von einem axialen Wandabschnitt umgeben, der an dem ringförmigen Kühlkanalkörper
in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse des ringförmigen
Kühlkanalkörpers an der Öffnungsausbildungsposition
ausgebildet ist.
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In
dem ringförmigen Kühlkanalkörper gemäß dem
vorstehenden Aspekt der Erfindung ist die Öffnungsausbildungsposition,
die an der Wand des ringförmigen Kühlkanalkörpers
vorgesehen ist, von dem Wandabschnitt des ringförmigen
Kühlkanalkörpers an der Öffnungsausbildungsposition
in dem gestuften Zustand über den axialen Wandabschnitt
umgeben. Selbst wenn dieser ringförmige Kühlkanalkörper in
den Kolben eingebettet wird und die Öffnung an der Öffnungsausbildungsposition
von der Außenseite des Kolbens ausgebildet wird, kann ein
Ablösen von einer Fügefläche mit dem
Kolben um die Öffnung herum auftreten.
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Demzufolge
wird in dem Fall, in dem der Kolben mit dem Wandabschnitt, der auf
diese Weise um die Öffnung herum abgelöst ist,
auf eine Brennkraftmaschine oder dergleichen angewendet wird, eine Kraft,
die wirkt, um einen abgelösten Bereich des abgelösten
Wandabschnitts zu vergrößern, auf diesen um die Öffnung
herum aufgrund der Hin- und Herbewegung des Kolbens aufgebracht,
wie vorstehend beschrieben ist. Demzufolge vergrößert
sich temporär der abgelöste Bereich des Wandabschnitts,
der an einer Mittenseite mit Bezug auf den axialen Wandabschnitt
angeordnet ist.
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Wenn
jedoch die Ablösung den axialen Wandabschnitt erreicht,
der um die Öffnungsausbildungsposition herum ausgebildet
ist, wirkt eine Spannung, die von Trägheitsschwingungen
des abgelösten Wandabschnitts resultiert, parallel zu einer Fügefläche
zwischen dem axialen Wandabschnitt und dem Kolben. Somit konzentriert
sich die Spannung nicht an einem Grenzbereich zwischen dem abgelösten
Bereich und einem Fügebereich, und es gibt eine extrem
kleine Ablösungskraft. Der größte Teil der
Spannung ändert sich in eine Scherkraft, die auf die gesamte
Fügefläche zwischen dem axialen Wandabschnitt
und dem Kolben wirkt. Um einen Fügeabschnitt durch diese
Scherkraft zu zerstören, ist eine extrem große
Kraft erfordert, die mit der Ablösekraft nicht vergleichbar
ist. Deswegen dehnt sich die Ablösung tatsächlich
nicht weiter an der Fügefläche zwischen dem axialen
Wandabschnitt und dem Kolben aus.
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Deshalb
kann gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung
in dem Kolben, in den der ringförmige Kühlkanal
eingebettet ist, selbst wenn eine Ablösung an der Fügefläche
um die Öffnung beim Ausbilden der Öffnung durch
den ringförmigen Körper für einen Kolbenkühldurchgang
auftritt, verhindert werden, dass sich die Ablösung der
Fügefläche ausdehnt.
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In
dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann die Öffnungsausbildungsposition
durch den axialen Wandabschnitt aufgrund einer Ausbildung einer Aussparung
an der Öffnungsausbildungsposition in Richtung zu dem Kühldurchgang
in einer Richtung entlang der Mittelachse des ringförmigen
Kühlkanalkörpers umgeben sein.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, ist die Öffnungsausbildungsposition
als die Aussparung in dem Wandabschnitt des gesamten ringförmigen
Kühlkanalkörpers zu dem Kühldurchgang
hin in der Richtung entlang der Mittelachse des ringförmigen
Körpers ausgebildet. Deshalb kann leicht bewirkt werden,
dass die Öffnungsausbildungsposition solch eine Form einnimmt,
dass sie von dem Wandabschnitt des ringförmigen Kühlkanalkörpers an
der Öffnungsausbildungsposition in dem gestuften Zustand über
den axialen Wandabschnitt umgeben wird.
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Demzufolge
stoppt aufgrund einer Ausbildung der Öffnung durch den
ringförmigen Kühlkanalkörper, der in
dem Kolben eingebettet ist, an der Öffnungsausbildungsposition,
die nach innen ausgespart ist, selbst wenn sich der Wandabschnitt
von der Fügefläche mit dem Kolben um die Öffnung
herum ablöst, die Vergrößerung der Ablösung,
wie vorstehend beschrieben ist, sobald die Ablösung den
axialen Wandabschnitt um die Aussparung herum erreicht. Als eine
Folge kann verhindert werden, dass sich die Ablösung der
Fügefläche ausbreitet.
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In
dem vorstehend beschrieben Aufbau kann der ringförmige
Kühlkanalkörper aus einem Metall ausgebildet sein.
Des Weiteren können die Öffnungsausbildungsposition
und der axiale Wandabschnitt mittels eines Pressprozesses ausgebildet
sein.
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Wenn
der ringförmige Kühlkanalkörper aus dem
Metall hergestellt ist, wie im Fall des zuvor genannten Aufbaus,
können die Öffnungsausbildungsposition und der
axiale Wandabschnitt, der um diese herum angeordnet ist, wie vorstehend
beschrieben ist, leicht mittels des Pressprozesses ausgebildet werden.
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In
dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann der ringförmige
Kühlkanalkörper aus einem Metall aufgebaut sein,
und der ringförmige Kühlkanalkörper kann,
mit Ausnahme der Öffnungsausbildungsposition und des axialen
Wandabschnitts, ausgebildet sein, indem eine Metallplatte einem
Biegeprozess unterzogen wird.
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Wenn
der ringförmige Kühlkanalkörper aus dem
Metall hergestellt ist, wie vorstehend beschrieben ist, kann der
ringförmige Kühlkanalkörper, mit Ausnahme
der Öffnungsausbildungsposition und des axialen Wandabschnitts, leicht
mittels des Biegeprozesses der Metallplatte ausgebildet werden.
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In
dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann der Biegeprozess ein Pressprozess
oder ein Rollprozess sein.
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Der
Biegeprozess kann als ein Pressprozess oder ein Rollprozess realisiert
sein, und der ringförmige Kühlkanalkörper
kann leicht aus der Metallplatte ausgebildet werden. Des Weiteren
kann in dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Kolben aus einer Aluminiumlegierung
ausgebildet sein, und der ringförmige Kühlkanalkörper
kann aus einer Eisenlegierung ausgebildet und in den Kolben eingegossen sein,
um darin eingebettet zu sein.
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In
dem Fall, in dem der ringförmige Kühlkanalkörper,
der aus der Eisenlegierung hergestellt ist, auf diese Weise in den
Kolben gegossen ist, der aus der Aluminiumlegierung hergestellt
ist, ist es wahrscheinlich, dass eine Ablösung um die vorstehend genannte Öffnung
herum auftritt. Jedoch ist die Öffnungsausbildungsposition
von dem Wandabschnitt in dem gestuften Zustand über den
axialen Wandabschnitt umgeben. Deshalb kann selbst in dem Fall einer
Ablösung die deren Vergrößerung unterdrückt
werden.
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In
dem vorstehend beschrieben Aufbau kann der ringförmige
Kühlkanalkörper mit dem Kühldurchgang,
der einstückig an einer Innenumfangsseite eines abriebfesten
Rings ausgebildet ist, der teilweise zu einer Außenumfangsfläche
des Kolbens freiliegt, gegossen sein, um in dem Kolben eingebettet
zu sein.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, kann der ringförmige Kühlkanalkörper
gestaltet sein, um in dem Kolben mit dem Kühldurchgang
eingebettet zu sein, der zusammen mit dem abriebfesten Ring ausgebildet
ist. Als eine Folge kann der ringförmige Kühlkanalkörper
auch leicht in einem engen Raum im Inneren des kompakten Kolbens
angeordnet werden, und eine Ausbreitung der Ablösung kann
beschränkt werden, wie vorstehend beschrieben ist.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden
eines Kolbenkühlkanals. Dieses Verfahren zum Ausbilden
des Kolbenkühlkanals beinhaltet ein Einbetten des vorstehend
genannten ringförmigen Kühlkanalkörpers
in den Kolben und ein anschließendes Ausführen
eines Bohrens an der Öffnungsausbildungsposition von einer
Bodenflächenseite des Kolbens mittels eines Bohrers, um
die Öffnung und einen Verbindungsdurchgang auszubilden,
die gestatten, dass Kühlmittel zu dem Kühldurchgang
von der Außenseite zugeführt wird und von dem
Kühldurchgang zu der Außenseite abgeleitet wird.
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Durch
dieses Verfahren zum Ausbilden des Kolbenkühlkanals kann,
selbst wenn die Ablösung um die Öffnung herum
in dem Fall auftritt, in dem der vorstehend genannte ringförmige
Kühlkanalkörper in den Kolben eingebettet ist,
um einen Kühlkanalraum auszubilden, und anschließend
ein Bohren in Richtung zu der Öffnungsausbildungsposition
unter Verwendung des Bohrers ausgeführt wird, eine Ausbreitung
der Ablösung beschränkt werden, wie vorstehend
beschrieben ist.
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Selbst
wenn der Kühlkanal in dem Kolben vorhanden ist, kann demzufolge
der Kolben eine hohe Kühleffizienz und eine hohe Haltbarkeit
aufgrund der Ausbildung des Kühlkanals, wie vorstehend
beschrieben ist, aufweisen.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Kolben für
eine Brennkraftmaschine. Der Kolben für die Brennkraftmaschine
ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Kolbenkühlkanal
hat, der durch das vorstehend genannte Verfahren zum Ausbilden des Kolbenkühlkanals
ausgebildet ist.
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Indem
der Kolben den Kolbenkühlkanal hat, wie vorstehend beschrieben
ist, kann der Kolben für die Brennkraftmaschine mit hoher
Kühleffizienz und hoher Haltbarkeit realisiert werden.
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Das
vorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
offensichtlich von der folgenden Beschreibung einer beispielhaften
Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente
darzustellen.
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1 ist
eine Längsschnittansicht eines Kolbens, in den ein ringförmiger
Kühlkanalkörper gemäß der Ausführungsform
der Erfindung eingebettet ist;
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2A bis 2D sind
veranschaulichende Ansichten des Aufbaus eines abriebfesten Ringhauptkörpers
gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
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3A bis 3E sind
veranschaulichende Ansichten des Aufbaus des ringförmigen
Kühlkanalkörpers gemäß der Ausführungsform
der Erfindung;
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4A und 4B sind
vergrößerte Längsschnittansichten des
ringförmigen Kühlkanalkörpers gemäß der
Ausführungsform der Erfindung;
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5A bis 5E sind
veranschaulichende Ansichten des Aufbaus eines Komposit-Kolbenrings gemäß der
Ausführungsform der Erfindung;
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6 ist
eine Längsschnittansicht eines Öleinleitungslochs,
eines Ölabgabelochs, eines Kolbenkopfes vor einem Ausbilden
einer Öffnung und des Komposit-Kolbenrings gemäß der
Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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7A und 7B sind
veranschaulichende Ansichten einer Ausbildung des Öleinleitungslochs,
des Ölabgabelochs und der Öffnung durch den Kolbenhauptkörper
und den Komposit-Kolbenring gemäß der Ausführungsform
der Erfindung;
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8A und 8B sind
veranschaulichende Ansichten des Betriebs und der Wirkung der Ausführungsform
der Erfindung; und
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9 ist
eine Draufsicht auf einen flachen ringförmigen Körpers
gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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1 ist
eine Längsschnittansicht eines Kolbens 2, der
einen ringförmigen Kühlkanalkörper gemäß der
Ausführungsform der Erfindung hat. Der Kolben 2 wird
für eine Brennkraftmaschine verwendet, beispielsweise für
eine Dieselmaschine. Der Kolben 2 wird durch Gießen
eines Komposite-Kolbenrings 6 in den Kolbenhauptkörper 4 erhalten,
der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
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Der
Komposit-Ring 6 besteht aus einem abriebfesten Ringhauptkörper 8 und
einem ringförmigen Kühlkanalkörper 10,
der den Kühlmitteldurchgang bildet. Der abriebfeste Ringhauptkörper 8 ist
ein ringförmiger Körper, der aus einer Eisenlegierung
gemacht ist und in 2 gezeigt ist,
und hat eine obere Ringnut 8b, die in seiner Außenumfangsfläche 8a ausgebildet
ist. 2A ist eine Vorderansicht des abriebfesten Ringhauptkörpers 8. 2B ist
eine perspektivische Ansicht des abriebfesten Ringhauptkörpers 8. 2C ist
eine Draufsicht auf den abriebfesten Ringhauptkörper 8. 2D ist
eine Ansicht von unten des abriebfesten Ringhauptkörpers 8.
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Der
in 3A bis 3E gezeigte
ringförmige Kühlkanalkörper 10 ist
aus einer Eisenlegierung hergestellt und ist durch geeignetes Biegen
einer Eisenlegierungsscheibe mit einem U-förmigen Querschnitt
ausgebildet. 3A ist eine Vorderansicht des
ringförmigen Kühlkanalkörpers 10. 3B ist eine
Rückansicht des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10. 3C ist
eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10. 3D ist
eine Draufsicht auf den ringförmigen Kühlkanalkörper 10. 3E ist
eine Ansicht von unten des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10.
Zwei Öffnungsausbildungspositionen 12, die in
Winkelabständen von beispielsweise 150° um die
Achse des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 angeordnet
sind, sind an dessen Unterflächenseite vorgesehen.
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Wie
es von den vergrößerten Längsschnittansichten
der jeweiligen Öffnungsausbildungspositionen 12 des
ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 in 4A und 4B ersichtlich
ist, ist eine Aussparung 14 an jeder der Öffnungsausbildungspositionen 12 des
ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 in
einer Richtung entlang einer Mittelachse X des gesamten ringförmigen
Kühlkanalkörpers 10 ausgebildet. Somit ist
jede der Öffnungsausbildungspositionen 12 von einer
Wand in einem gestuften Zustand über einen axialen Wandabschnitt 16 umgeben,
der in der Richtung entlang der Mittelachse X ausgebildet ist. Das heißt,
weil die Aussparung 14, die in der Richtung entlang der
Mittelachse X ausgespart ist, in dem ringförmigen Kühlkanalkörper 10 ausgebildet
ist, ist jede Öffnungsausbildungsposition 12 von
dem axialen Wandabschnitt 16 umgeben. Es sei angemerkt,
dass 4A eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A
in 3D ist, und dass 4B eine
Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 3D ist.
Des Weiteren zeigt die Schnittansicht von 1 auch einen
Querschnitt, der durch diese zwei Öffnungsausbildungspositionen 12 hindurch
verläuft.
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Die
Außenumfangskanten 10a und 10b des ringförmigen
Kühlkanalkörpers 10 werden an die Innenumfangsfläche 8c des
abriebfesten Ringhauptkörpers 8 gefügt,
der aufgebaut ist, wie in 2A bis 2D gezeigt
ist, und der ringförmige Kühlkanalkörper 10 wird
dadurch mit dem abriebfesten Ringhauptkörper 8 integriert.
Somit wird der Komposit-Kolbenring 6 ausgebildet, wie er
in 5A bis 5E gezeigt
ist. Der ringförmige Kühlkanalkörper 10 kann
an die Innenumfangsfläche 8c durch beispielsweise
einen Schweißprozess gefügt werden. Nach dem Fügen
ist, wie es von der Längsschnittansicht des Kolbens 4 ersichtlich
ist, die in 6 gezeigt ist, ein ringförmiger
Kühldurchgangsraum 18 zwischen dem abriebfesten
Ringhauptkörper 8 und dem ringförmigen
Kühlkanalkörper 10 ausgebildet.
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Der
Komposit-Kolbenring 6 wird in die Aluminiumlegierung eingegossen,
und die Kontur des Komposit-Kolbenrings 6 wird dann durch
Schneiden oder dergleichen bearbeitet. Als eine Folge wird der Kolbenhauptkörper 4 ausgebildet,
wie er in 6 gezeigt ist. Wie es von den
teilweise vergrößerten Ansichten von jeder Öffnungsausbildungsposition 12 ersichtlich
ist, die in 7A und 7B gezeigt
ist, wird der Kolbenhauptkörper 4, in den der
Komposite-Ring 6 eingegossen ist, von unten an den zwei Öffnungsausbildungspositionen 12 unter
Verwendung eines Bohrers 20 gebohrt. Ein Öleinleitungsloch 22 und
ein Ölabgabeloch 24 werden dadurch ausgebildet,
wie in 1 gezeigt ist.
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Öffnungen
werden an den zwei Öffnungsausbildungspositionen 12 in
dem Endstadium des Bohrens des Öleinleitungslochs 22 bzw.
des Ölabgabelochs 24 ausgebildet, wobei jede Öffnung
von dem axialen Wandabschnitt 16 umgeben ist. Somit dienen die
jeweiligen Öffnungsausbildungspositionen 12 als Öffnungsausbildungspositionen
zum Ausbilden von Öffnungen, die gestatten, dass ein Kühlmittel
(in diesem Fall Öl) von der Außenseite zugeführt
bzw. zu der Außenseite abgeben wird.
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Demzufolge
bohrt in einem Bohrprozess eine Spitze des Bohrers 20 in
den Kolbenhauptkörper 4 und durchdringt dann jede
der Öffnungsausbildungspositionen 12, wie in 7B gezeigt
ist. Wie es von einer vergrößerten Ansicht von
jeder der Öffnungsausbildungspositionen 12 in 8A offensichtlich
ist, wird deshalb eine Öffnung 22a oder 24a ausgebildet,
die zu dem ringförmigen Kühldurchgangsraum 18 öffnet,
und das Öleinleitungsloch 22 oder das Ölabgabeloch 24 wird
als ein Verbindungsdurchgang fertiggestellt, der zu dem Kühldurchgangsraum 18 führt.
Somit dient der Kühldurchgangsraum 18 tatsächlich
als ein Kühldurchgang 26.
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Auf
diese Weise wird der Kolben 2, der in 1 gezeigt
ist, fertiggestellt. Wenn der Kolben 2 auf eine Brennkraftmaschine
angewendet wird, beispielsweise auf eine Dieselmaschine, wird Öl
in das Öleinleitungsloch 22 von einem Öleinspritzanschluss 28 eingespritzt,
der mit gestrichelten Linien (siehe 1) gekennzeichnet
ist und der an einer unterhalb gelegenen Zylinderblockseite vorgesehen
ist, und wird dann von dem Öleinleitungsloch 22 über
die Öffnung 22a in den Kühldurchgang 26 eingeleitet.
Das Öl, das durch den Kühldurchgang 26 geströmt
ist, wird dann von der Öffnung 24a zu einem Bereich
unterhalb des Kolbens 2 über das Ölabgabeloch 24 abgegeben.
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Der
ringförmige Kühlkanalkörper 10 wird
wie folgt geformt. Zuerst werden, wie es von einer Draufsicht auf
einen in 9 gezeigten plattenartigen ringförmigen
Körper 30 offensichtlich ist, die Aussparungen 14 durch
einen Pressprozess in dem flachen ringförmigen Körper 30,
der eine aus einer Eisenlegierung hergestellte Metallplatte ist,
an den Öffnungsausbildungspositionen 12 zum Ausbilden
der Öffnungen 22a bzw. 24a ausgebildet.
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Der
flache ringförmige Körper 30, in dem
die Aussparungen 14 ausgebildet sind, wird in eine in 3A bis 3E und 4A bis 4B gezeigte Gesamtform
des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 gebracht,
indem die Bereiche des flachen ringförmigen Körpers 30,
die anders als die Aussparungen 14 sind, durch Prozesse
wie Pressen, Rollen, oder dergleichen gebogen werden.
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Es
sei angemerkt, dass die Aussparungen 14 durch einen Pressprozess
ausgebildet werden können, nachdem der gesamte flache ringförmige Körper 30 dem
Biegeprozess unterzogen worden ist. Der ringförmige Kühlkanalkörper 10,
der auf diese Weise ausgebildet worden ist, wird an die Innenumfangsfläche 8c des
abriebfesten Ringhauptkörpers 8 geschweißt,
um den Komposit-Kolbenring 6 fertigzustellen.
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Der
Komposit-Kolbenring 6 wird in den Kolbenhauptkörper 4 eingegossen,
wobei die Außenumfangsfläche 8a des abriebfesten
Ringhauptkörpers 8 zu der Außenseite
freiliegt, wie vorstehend beschrieben ist. Wenn der auf diese Weise
ausgebildete Kolbenhauptkörper 4 auf eine Brennkraftmaschine
angewendet wird, schwingt der Komposite-Kolbenring 6, der
in den Kolbenhauptkörper 4 eingegossen ist, in einer
Axialrichtung des Komposit-Kolbenrings 6 (die identisch
zu der Richtung der Mittelachse X ist) während des Betriebs
der Brennkraftmaschine. Somit werden Schwingungen des gesamten ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 in
der Richtung entlang der Mittelachse X auch auf die Öffnungsausbildungspositionen 12 des
ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 übertragen.
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Die Öffnung 22a bzw. 24a ist
von unterhalb des Kolbenhauptkörpers 4 durch den
ringförmigen Kühlkanalkörper 10 hindurch
an jeder der Öffnungsausbildungspositionen 12 gebohrt,
wie in 7A und 7B gezeigt
ist. Ein Kantenabschnitt 22b bzw. 24b des Wandabschnitts
kann sich von dem Kolbenhauptkörper 4 um die Öffnung 22a bzw. 24a herum ablösen,
wie in 8A gezeigt ist. 8A zeigt
den Kantenabschnitt 22b bzw. 24b des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 um
die Öffnung 22a bzw. 24a herum, wenn
dieser von einer Spitzenfläche 4b eines Vorsprungs 4a des
Kolbenhauptkörpers 4 abgelöst ist, wobei
der Vorsprung 4a aus der geschmolzenen Aluminiumlegierung
ausgebildet ist, die die Öffnungsausbildungsposition 12 füllt,
wenn der Kolbenhauptkörper 4 gegossen wird.
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Falls
Trägheitsschwingungen zu dem ringförmigen Kühlkanalkörper 10 durch
eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 übertragen
werden, wird eine Kraft, die wirkt, um den Kantenabschnitt 22b bzw. 24b vertikal
zu trennen, und zwar eine Ablösungskraft, auf die obere
Fläche 4b des Vorsprungs 4a aufgrund
einer Trägheitskraft des Kantenabschnitts 22b oder 24b aufgebracht.
Als eine Folge breitet sich die Ablösung des Kantenabschnitts 22b bzw. 24b von
der oberen Fläche 4b in Richtung zu dem Inneren
des Kühldurchgangsraums 18 aus.
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Falls
die Ablösung einen Eckenabschnitt P an einer Außenumfangsfläche
der oberen Fläche 4b erreicht, liegt eine Fügefläche
zwischen dem ringförmigen Kühlkanalkörper 10 und
dem Kolbenhauptkörper 4 zwischen dem axialen Wandabschnitt 16 und der
Außenumfangsfläche 4c des Vorsprungs 4a.
Die Außenumfangsfläche 4c entspricht
in der Form dem axialen Wandabschnitt 16 zu der Zeit des
Gießens und ist als eine Fläche entlang der Axialrichtung
(die identisch zu der Richtung der Mittelachse X ist) gestaltet.
Somit wirkt die Kraft, die von der Trägheitskraft des Kantenabschnitts 22b bzw. 24b durch
die Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 resultiert, als eine
Scherkraft statt als eine Ablösungskraft.
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Die
Scherkraft löst den axialen Wandabschnitt 16 von
dem Vorsprung 4a entlang der Fügefläche
zwischen dem axialen Wandabschnitt 16 und dem Vorsprung 4a.
Jedoch erfordert die Scherablösung eine extrem große
Kraft. Somit stoppt die Trennung des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 von dem
Vorsprung 4a an der Position des außerhalb angeordneten
Eckenabschnitts P.
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In
dem Aufbau der
JP-A-2007-132300 ist
die Stufe um jede Öffnungsausbildungsposition herum nicht
als eine Maßnahme gegen die Ausbreitung der Ablösung
entwickelt. Deshalb gibt es einen weiteren Wandabschnitt, der sich
von dem axialen Wandabschnitt unterscheidet, der in der Richtung entlang
der Mittelachse des gesamten Kühlkanalkörpers
ausgebildet ist. Somit ist in dem Aufbau der
JP-A-2007-132300 ein
Effekt, der erzeugt wird, um eine Ablösungskraft zu verringern,
nicht so wirkungsvoll wie in dem Fall dieser Ausführungsform
der Erfindung, und die Ausbreitung einer Ablösung kann
nicht verhindert werden.
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Gemäß der
Ausführungsform der Erfindung, die vorstehend beschrieben
ist, werden die folgenden Effekte erhalten.
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Weil
die Aussparung 14 in der Richtung entlang der Achse (der
Mittelachse X) des gesamten ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 ausgebildet
ist, ist jede der Öffnungsausbildungspositionen 12,
die in dem Wandabschnitt des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10 ausgebildet
sind, von dem axialen Wandabschnitt 16 umgeben. Falls demzufolge
die Öffnung 22a oder 24a durch den ringförmigen
Kühlkanalkörper 10 hindurch, der in den
Kolbenhauptkörper 4 eingebettet ist, an der Öffnungsausbildungsposition 12 mittels
eines Bearbeitungsprozesses (in diesem Fall dem Bohrprozess) ausgebildet
wird, wie vorstehend beschrieben ist, kann sich der Wandabschnitt
um die Öffnung 22a oder 24a herum von
der Fügefläche mit dem Kolbenhauptkörper 4 ablösen.
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Falls
eine Ablösung auftritt, wie in 8A gezeigt
ist, kann sich der abgelöste Bereich allmählich
ausbreiten, wenn sich der Kolben 2 der Brennkraftmaschine
hin und her bewegt. Wenn jedoch, wie 8B gezeigt
ist, die Ablösung den umgebenden axialen Wandabschnitt 16 erreicht,
wirkt eine Trägheitskraft der Schwingung, die in einer
Richtung wirkt, die keine Ablösungskraft aufbringt, auf
den axialen Wandabschnitt 16, und zwar wirkt sie als eine Scherkraft.
Somit wird die Kraft verringert, die wirkt, um den axialen Wandabschnitt 16 von
dem Vorsprung 4a abzulösen, und die Ablösung
der Fügefläche zwischen dem axialen Wandabschnitt
und dem Kolbenhauptkörper 4 vergrößert
sich nicht.
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Somit
gestattet der Kolben 2, der durch Einbetten des ringförmigen
Kühlkanalkörpers 10 in den Kolbenhauptkörper 4 ausgebildet
ist, nicht die Vergrößerung der Ablösung
der Fügefläche um die Öffnung 22a oder 24a herum,
selbst dann nicht, falls die Öffnung 22a oder 24a durch
den ringförmigen Kühlkanalkörper 10 hindurch
mittels eines Bearbeitungsprozesses, wie beispielsweise einem Bohrprozess oder
dergleichen, ausgebildet wird.
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Des
Weiteren ist der gesamte Wandabschnitt der Öffnungsausbildungsposition 12 als
die Aussparung 14 ausgebildet, die nach innen in der Richtung
der Mittelachse X ausgespart ist. Somit kann die Öffnungsausbildungsposition 12 leicht
in solch einer Form realisiert werden, dass sie durch den axialen
Wandabschnitt 16 umgeben ist.
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Des
Weiteren kann die Form des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10,
mit Ausnahme der Öffnungsausbildungspositionen 12,
leicht mittels eines Biegeprozesses wie einem Pressen, Rollen oder
dergleichen realisiert werden. Darüber hinaus wird der Kolben 2 durch
Eingießen des ringförmigen Kühlkanalkörpers 10,
der aus der Eisenlegierung hergestellt ist, in den Kolbenhauptkörper 4 ausgebildet,
der aus der Aluminiumlegierung hergestellt ist. Deshalb ist es wahrscheinlich,
dass die Ablösung auftritt, wenn die Öffnungen 22a und 24a gebohrt
werden. Jedoch ist auch in diesem Fall jede der Öffnungsausbildungspositionen 12 von
dem axialen Wandabschnitt 16 umgeben, und deshalb kann
selbst in dem Fall einer Ablösung die Ausdehnung des abgelösten
Bereichs unterdrückt werden, wie vorstehend beschrieben
ist.
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Des
Weiteren wird der ringförmige Kühlkanalkörper 10 mit
dem abriebfesten Ringhauptkörper 8 verbunden,
um den Kühldurchgang 26 auszubilden, und wird
dann in den Kolbenhauptgangkörper 4 eingebettet.
Selbst falls der Kolben 2 kompakt gestaltet ist, kann der
ringförmige Kühlkanalkörper 10 leicht in
dem begrenzten Raum in dem Kolben angeordnet werden und verhindert
wirksam die Ausbreitung einer Ablösung.
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Des
Weiteren kann als ein Verfahren zum Ausbilden des Kolbenkühlkanals,
wie vorstehend beschrieben ist, der ringförmige Kühlkanalkörper 10 in den
Kolbenhauptkörper 4 eingebettet werden, um den
Kühldurchgangsraum 18 für den Kühlkanal
auszubilden, gefolgt von einem Bohren an jeder Öffnungsausbildungsposition 12 unter
Verwendung des Bohrers 20, um den Kolbenkühlkanal auszubilden. Aufgrund
dieses Verfahrens zum Ausbilden des Kolbenkühlkanals kann,
selbst falls die Ablösung auftritt, die Vergrößerung
des abgelösten Bereichs verhindert werden. Demzufolge kann
ein Kolben 2 für die Brennkraftmaschine mit hoher
Kühlwirksamkeit und hoher Haltbarkeit als ein Kolben realisiert
werden, der mit Kühlkanälen ausgestattet ist.
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In
der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung ist der
gesamte Wandabschnitt der Aussparung 14 in den Kühldurchgangsraum 18 in
der Richtung entlang der Mittelachse X des gesamten ringförmigen
Kühlkanalkörpers 10 ausgespart. Jedoch
kann der gesamte Wandabschnitt der Aussparung 14 nach außen
vorstehen. Auch in diesem Aufbau gestattet die Ausbildung des Vorsprungs
in einer Richtung nach außen entlang der Mittelachse des
gesamten ringförmigen Kühlkanalkörpers,
dass jede Öffnungsausbildungsposition von dem axialen Wandabschnitt
umgeben ist. Dieser Aufbau verengt den Kühldurchgang nicht.
Deshalb strömt Öl gleichmäßiger
durch den Kühldurchgang.
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Des
Weiteren hat die Aussparung 14 die Form eines Kreiszylinders.
Jedoch kann die Aussparung 14 beispielsweise ein Prisma,
ein elliptischer Zylinder oder eine Säule mit einem anderen
Querschnitt sein. Des Weiteren wird in der vorstehenden Ausführungsform
der Erfindung der ringförmige Kühlkanalkörper 10 in
den Kolbenhauptkörper 4 durch Eingießen
des Komposit-Kolbenrings 6 in den Kolbenhauptkörper 4 eingebettet.
Jedoch ist es auch möglich, einen Aufbau zu verwenden,
in dem der ringförmige Kühlkanalkörper
alleine in einen Kolbenhauptkörper eingegossen wird.
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Des
Weiteren ist in der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung
das Bespiel des Kolbens, der auf die Dieselmaschine angewendet ist, beschrieben.
Jedoch kann die Erfindung auf einen Kolben für eine Benzinmaschine
angewendet werden.
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Vorgesehen
ist ein ringförmiger Kühlkanalkörper
(10), der in einen Kolben (2) eingebettet wird, um
einen Kühldurchgang (26) in dem Kolben (2)
auszubilden, durch den ein Kühlmittel strömt.
Der ringförmige Kühlkanalkörper (10)
hat eine Öffnungsausbildungsposition (12), die
an einer Wand des ringförmigen Kühlkanalkörpers
(10) vorgesehen ist, an der eine Öffnung (22a; 24a),
durch die das Kühlmittel zu dem Kühldurchgang
(26) von einer Außenseite zugeführt wird
und von dem Kühldurchgang (26) zu der Außenseite
abgegeben wird, ausgebildet wird, wobei die Öffnungsausbildungsposition
(12) von einem axialen Wandabschnitt (16) umgeben
ist, der an dem ringförmigen Kühlkanalkörper
(10) in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse des
ringförmigen Kühlkanalkörpers (10)
an der Öffnungsausbildungsposition (12) ausgebildet
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 4-203463
A [0002, 0006]
- - JP 2007-132300 A [0002, 0006, 0057, 0057]