JP2006500507A - 内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストンおよび該ピストンを製作する方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストン（２０）であって、鋼から鍛造されたピストン上部分（１）が設けられており、該ピストン上部分（１）が、燃焼凹み（３）とリング部分（１１）を備えたリング壁（４）とを有しており、ピストン下部分（２）が設けられており、該ピストン下部分（２）が、ピストンスカート（９）と、ピストン（２０）をコンロッドに結合しているピストンピンを収容するためのボス（１２）と、ピストンスカート（９）に結合されたボスサポート（６）とを有している形式のピストン（２０）では、かつこのような形式のピストン（２０）を製作する方法では、安価な製作および良好な形状安定性は、ピストン上部分（１）に成形された冷却通路（７）が、該冷却通路（７）の、燃焼凹み（３）に向かって延びている領域に、鍛造された複数のサポートリブ（８）を有しており、これらのサポートリブ（８）が、半径方向でピストン長手方向軸線（Ｋ）に向かってそれぞれ、接合面を備えた環状のリングリブ（５）の区分を形成しており、ピストン下部分（２）が、リング状にめぐっていてボスサポート（６）に結合されている、接合面を備えた支持リブ（１０）を有しており、かつピストン上部分（１）とピストン下部分（２）とが、リングリブ（５）および支持リブ（１０）の接合面によって、解離不能に結合されていることによって達成される。

Description

本発明は、内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストンであって、鋼から鍛造されたピストン上部分が設けられており、該ピストン上部分が、燃焼凹み（燃焼キャビティ）と、リング部分を備えたリング壁とを有しており、ピストン下部分が設けられており、該ピストン下部分が、ピストンスカートと、当該ピストンをコンロッドに結合しているピストンピンを収容するためのボスと、ピストンスカートに結合されたボスサポートとを有している形式のピストン並びにこのような形式のピストンを製作する方法に関する。

内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストンは、日本国特開昭６１−１７５２５５号公報に基づき公知である。このピストンは、ピストンのリング部分の高さに所定の数のリブを有しており、これらのリブ間には、燃焼室凹みからリング部分への熱搬送を最小限にするための断熱性のプレートが配置されている。

国際公開第００／７７３７９号パンフレットに基づいて、内燃機関のための別のピストンが公知である。このピストンは、冷却通路内の熱導出を改善するために、壁部分を有している。この壁部分は、半径方向に配置された、薄い板から成っている複数の横方向壁を備えている。

上述の前記構造は、現代のディーゼルエンジンにおいて生じるような高い点火圧力および温度に対する安定性に関してピストンを改善するのには、適していない。

したがって、本発明の課題は、安価な製作が保証されており、かつ高いガス圧力および温度の影響に基づくピストン変形に対して有効に対抗作用することができる、複数部分から成る冷却されるピストンのためのピストン構成を提供することである。

この課題の解決手段は、従属請求項に記載してある。

本発明によれば、複数部分から成る冷却されるピストンを製作する方法が提供される。この場合、半加工品の鍛造によってピストン上部分には、冷却通路内に複数のサポートリブが備えられ、これらのサポートリブは、半径方向でピストン長手方向軸線に向かってそれぞれ、環状のリングリブの区分を形成している。ピストン上部分は、さらに、燃焼凹みとリング部分を備えたリング壁とを有している。次いで、このように鍛造された半加工品は、結合面の加工によって、接合のために前加工される。

ボスとボスサポートとピストンスカートとを有している鍛造されたピストン下部分は、リング状に延びている、ボスサポートを結合している支持リブを備えていて、鍛造後にやはり接合のために前加工される。ピストン下部分の支持リブへとピストン上部分のリングリブとの、後続の接合もしくは結合は、溶接方法またはろう接方法によって行われる。次いで、このようにして接合されたピストン半加工品は、エンジン内で使用可能なピストンへ最終加工される。

前記サポートリブは、有利には、半径方向対称および／または非対称に、例えばピストンの圧力−対抗圧力方向における比較的多数の個数によって、冷却通路の全周にわたって分配して製作されていてよいかもしくは配置されていてよい。このように製作されたピストンでは、冷却通路は、より近くでピストンクラウンもしくは燃焼凹みの方向に成形されることができるにもかかわらず、抜群の形状安定性を有している。さらに、前記サポートリブの配置によって、冷却通路内に一種のチャンバ形成、すなわちシェーカ室（Shaker-Raeume）の形成が行われる。このことによって、冷却オイルの滞留時間の延長と、ひいては冷却すべきピストン領域の、改善された熱導出もしくは熱放散とが達成される。

本発明による解決手段によって、耐熱性の鋼から成っているピストン上部分と、鍛造されたＡＦＰ鋼（析出硬化系フェライト−パーライト鋼）から成っているピストン下部分とが、特別に簡単にかつ安価に製作可能および結合可能となる。

有利な実施態様は従属請求項に記載してある。

以下に、本発明を図面に基づき詳しく説明する。

本発明による、複数部分から成る冷却されるピストン２０は、鍛造されたピストン上部分１とピストン下部分とから成っている。前記ピストン上部分１は、燃焼凹み３と、リング部分１１を有するリング壁４と、冷却通路７とを備えている。前記ピストン下部分２は、ピストンスカート９とボスサポート６とを、図５に示してあるように有している。冷却通路７内には複数のサポートリブ８が設けられている。このサポートリブ８はピストンクラウンに向かう領域に配置されていて、冷却通路７の方向に冷却通路７内へ延びている。この場合、サポートリブ８の高さｈは、最大で冷却通路７の全高Ｈの半分である。これにより、妨害されない冷却オイル循環が保証された状態に保たれる。この構造によって、冷却オイルのためのシェーカ室が形成され、このシェーカ室は冷却作用を高める。

図３および図４に示してあるように、前記サポートリブ８は、ピストン長手方向軸線Ｋに対して半径方向で、リングリブ５の区分に移行している。これらの区分は全体としてリングリブ５を形成している。サポートリブ８は、図４に示してあるように、半径方向対称に、角度４５度のピストン主軸線ｋ_Ｈに関して角度βを成して、冷却通路７の全周にわたって分配して配置されている。別の実施例（図示せず）では、サポートリブ８の分配は、次のように構成されていてよい。すなわち、ピストンの圧力−対抗圧力方向Ｄ，ＧＤに、この圧力−対抗圧力方向Ｄ，ＧＤに対して横方向よりも多数のサポートリブ８が配置されるように構成されていてよく、すなわち、冷却通路７において外周側の非対称な分配が行われるように構成されていてよい。したがって、冷却通路７におけるサポートリブ８の分配は、前記冷却通路７が、ピストン主軸線ｋ_Ｈによって形成された四分円Ｉ−ＩＶに応じて特徴付けられる場合（図４）、次のようになっていてよい。すなわち、１つの四分円内で対称または非対称な分配が予定され、この分配が、前記四分円に向かい合って位置する四分円（つまりＩ．，ＩＩＩ．；ＩＩＩ．およびＩＶ．）内に再び見られるようになっていてよい。これにより、負荷事例のピストン２０における相応の温度要件および応力要件が満たされる。

ボスサポート６を起点として、図３に示してあるように、リング状に延びている支持リブ１０が形成されている。この支持リブ１０はその幾何学的な寸法の点で、リングリブ５と一致する。ピストン上部分１とピストン下部分２とは、支持リブ１０およびリングリブ５を介して溶接方法またはろう接方法によって、解離不能に互いに結合されている。ピストン上部分１は、有利には、耐酸化性および／または耐熱性の材料から形成されており、ピストン下部分２は、析出硬化系フェライト−パーライト鋼または調質鋼から形成されている。

方法技術上、ピストンの製作は、以下のようなステップを特徴とする。すなわち、
−ピストン上部分１を製作するための半加工品を鍛造する；この場合、前記ピストン上部分１は、冷却通路７に複数のサポートリブ８を備えており、これらのサポートリブ８は、半径方向でピストン長手方向軸線Ｋに向かってそれぞれ、環状のリングリブ５の区分を形成している。

−リングリブ５の接合面を切削加工によって加工する；
−ピストン下部分２を製作するための半加工品を鍛造する；この場合、前記ピストン下部分２は、支持リブ１０の、リング状に延びていてボスサポート６に結合されている接合面を備えている。

−支持リブ１０の接合面を切削加工によって加工する；
−ピストン上部分１のリングリブ５を、ピストン下部分２の支持リブ１０に接合する；
−接合されたピストン２０を最終加工する、
以上のステップを特徴とする。

専門分野で働く当業者にとっては、次のことは明白である。すなわち、ピストン上部分およびピストン下部分２を製作する方法は、一般的に、鋼−棒区分、いわゆる鋼片の据込みで始まり、次いで、変形加工が行われ、各ピストン部分の個々のエレメント、例えば冷却通路７，サポートリブ８，燃焼凹み３等もしくはボスサポート６等を製作するための前彫刻（Vorgravur）が行われ、材料突出部が除去される仕上げ彫刻（Fertiggravur）が行われ、次いで、ばり取りが行われ、材料内の応力を除去するための後続の熱処理が行われ、鍛造されたピストン両部分の、例えばサンドブラストによる清掃が行われ、次いで、切削加工による接合面の加工が行われる。

このように製作されたピストン上部分１とピストン下部分２とは、溶接方法またはろう接方法によって、リングリブ５および支持リブ１０の接合面を介して、解離不能に結合されている。この場合、次に、エンジン内で使用可能なピストンへの、ピストン２０の最終加工が、切削加工によって実施される。

本発明によるピストンを、ピン方向に断面して横断面図で示す。 本発明によるピストンを、図１によるＩ−Ｉ線に沿って断面して下方から示す。 本発明によるピストンを、ピストンピンに対して横方向に断面して横断面図で示す。 本発明によるピストンを、図３によるＩＩ−ＩＩ線に沿って断面して示す。 本発明によるピストンを斜視図で示す。

符号の説明

２０ 複数部分から成る冷却されるピストン、 １ ピストン上部分、 ２ ピストン下部分、 ３ 燃焼凹み、 ４ リング壁、 ５ リングリブ、 ６ ボスサポート、 ７ 冷却通路、 ８ サポートリブ、 ９ ピストンスカート、 １０ 支持リブ、 １１ リング部分、 １２ ボス、 Ｋ ピストン長手方向軸線、 Ｋ_Ｈ ピストン主軸線、 Ｈ 冷却通路高さ、 ｈ サポートリブの高さ、 Ｄ，ＧＤ ピストンの圧力−対抗圧力方向

Claims (9)

1. 内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストン（２０）を製作する方法において、前記ピストン（２０）に、鋼から成っているピストン上部分（１）が設けられており、該ピストン上部分（１）が、燃焼凹み（３）とリング部分（１１）を備えたリング壁（４）とを有しており、ピストン下部分（２）が設けられており、該ピストン下部分（２）が、ピストンスカート（９）と、ピストン（２０）をコンロッドに結合しているピストンピンを収容するためのボス（１２）と、ピストンスカート（９）に結合されたボスサポート（６）とを有している形式のものにおいて、以下のようなメルクマール、すなわち、
   −ピストン上部分（１）を製作するための半加工品を鍛造する；この場合、前記ピストン上部分（１）は、冷却通路７に設けられた複数のサポートリブ（８）を備えており、これらのサポートリブ（８）は、半径方向でピストン長手方向軸線（Ｋ）に向かってそれぞれ、接合面を備えた環状のリングリブ（５）の区分を形成している。
   −リングリブ（５）の接合面を切削加工によって加工する；
   −ピストン下部分（２）を製作するための半加工品を鍛造する；この場合、前記ピストン下部分（２）は、支持リブ（１０）の、リング状に延びていてボスサポート（６）に結合されている接合面を備えている。
   −支持リブ（１０）の接合面を切削加工によって加工する；
   −ピストン上部分（１）のリングリブ（５）を、ピストン下部分（２）の支持リブ（１０）に接合する；
   −接合されたピストン（２０）を最終加工する、
   以上のメルクマールを特徴とする、内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストンを製作する方法。
2. サポートリブ（８）を、半径方向対称および／または非対称に冷却通路（７）の全周にわたって分配する、請求項１記載の方法。
3. サポートリブ（８）が、最大で冷却通路（７）の全高（Ｈ）の半分である高さ（ｈ）を有するようにする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記接合を溶接方法またはろう接方法によって行う、請求項１記載の方法。
5. 内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストン（２０）であって、鋼から鍛造されたピストン上部分（１）が設けられており、該ピストン上部分（１）が、燃焼凹み（３）とリング部分（１１）を備えたリング壁（４）とを有しており、ピストン下部分（２）が設けられており、該ピストン下部分（２）が、ピストンスカート（９）と、当該ピストン（２０）をコンロッドに結合しているピストンピンを収容するためのボス（１２）と、ピストンスカート（９）に結合されたボスサポート（６）とを有している形式のものにおいて、
   −ピストン上部分（１）に成形された冷却通路（７）が、該冷却通路（７）の、燃焼凹み（３）に向かって延びている領域に、鍛造された複数のサポートリブ（８）を有しており、これらのサポートリブ（８）が、半径方向でピストン長手方向軸線（Ｋ）に向かってそれぞれ、接合面を備えた環状のリングリブ（５）の区分を形成しており、
   −ピストン下部分（２）が、リング状に延びていてボスサポート（６）に結合されている、接合面を備えた支持リブ（１０）を有しており、かつ
   −ピストン上部分（１）とピストン下部分（２）とが、リングリブ（５）および支持リブ（１０）の接合面によって、解離不能に結合されていることを特徴とする、内燃機関のための、複数部分から成る冷却されるピストン。
6. サポートリブ（８）が、対称および／または非対称に冷却通路（７）の全周にわたって分配して配置されている、請求項５記載のピストン。
7. サポートリブ（８）が、最大で冷却通路（７）の全高（Ｈ）の半分である高さ（ｈ）を有している、請求項５または６記載のピストン。
8. ピストン上部分（１）とピストン下部分（２）との解離不能な前記結合が、溶接結合またはろう接結合である、請求項５記載のピストン。
9. ピストン上部分（１）が、耐酸化性および／または耐熱性の材料から成っており、ピストン下部分（２）が、析出硬化系フェライト−パーライト鋼または調質鋼から成っている、請求項１記載のピストン。

Images