JP4447838B2 - 一体型ピストン - Google Patents

Description

本発明は、冷却ダクトを有する一体型ピストンを製造する方法に関する。

鋼から鋳造によって製造されるこのようなピストンは、公知であり、実用化されている。閉鎖された冷却ダクトを得るために、解放可能な鋳造コアを使用しなければならず、このことは製造プロセスを複雑にし、高価にする。

一体型冷却ダクトピストンも、米国特許第４６０８９４７号明細書より公知である。しかしながら、この引用文献は、このようなピストンを製造する方法に関して何も記載していない。

本発明は、閉鎖された冷却ダクトを有する一体型ピストンを構造的に単純な形式で製造するという課題に対処する。

この問題は、ピストンリングバンドの高さにおいてピストンクラウンにおいて環状に延びた、閉鎖された冷却ダクトと、ピストンリングバンドと箱状のピストンスカートとの間に設けられた環状の凹所とを有する一体型ピストンを製造する方法によって解決された。ピストンスカートは、ピストンクラウンにおいてクラウンの下方の半径方向内側領域へ垂下したピストンボスに結合されている。前記方法は、ピストンブランクを鍛造し、ピストンリングバンドと箱状のピストンスカートとの間に環状凹所を機械加工し、この場合、凹所の深さは、スカートの上端部がクラウンの下方の半径方向内側領域に結合されたままであるように機械加工され、下方へ開放した冷却ダクトを機械加工し、ボスボアを製造し、ピストンの外輪郭を仕上げ、下方へ開放した冷却ダクトをカバーリングで閉鎖することを含む。

従来技術に関連して、ピストンのクラウンがピンのみを介してピストンスカートとは別個にピストンピンと結合されている、連接されたピストン（関節式ピストン）にも言及する必要がある（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３６４３０３９号明細書参照）。このような連接されたピストンの場合、底部において開放した冷却ダクトがピストンのクラウンに設けられており、このようなダクトは、分割された金属薄板リングによって閉鎖されている。このような冷却ダクトの製造は、ピストンを２つの部分に分割することによってのみ可能であるが、このことは、ピストンスカートが付加的に別個に機械加工されなければならないので、連接されたピストンの製造における支出を増大させる。さらに、本発明による一体型ピストンと比較して、このような連接されたピストンは、より長いピストンピンを必要とし、このことは重量を増大させる。

一体型冷却ダクトピストンを製造する方法が、米国特許第５７７８５３３号明細書に開示されおり、この米国特許の開示は引用により組み込まれる。本発明は、この特許において、ピストンスカートの上端部がクラウンの下方の半径方向内側領域に結合されたままであるように環状の凹所を機械加工することによって改良する。結合部は、全周に亘って延びているか、又は支柱状に、選択された位置にのみ設けられていることができる。

本発明は、従来の一体型ピストンの改良である。なぜならば、本発明は、より強い設計であり、大きな応力が加えられる領域において対応してより高い安全限界を有するからである。さらに、より剛性の高い設計によりピストンの二次的な動作が減じられ、このことは、リングの動作を減じ、摩耗を減じ、オイルの必要性を減じ、キャビテーションの危険性を減じる。さらに、改良された設計は側方からの負荷をより均一に分散させ、このことは、シリンダライナの摩耗の低減に貢献する。最後に、本発明のピストンはより容易に機械加工される。このことは、より少ない中断での旋削作業を可能にし、ばり取り動作を必要としない。ある場合には、スカートの剛性は、スカート区分においてのみピストンを案内するのに十分である。希望する場合には、リングバンド領域における案内を排除することができる。

本発明の他の課題及び特徴は、添付の図面に関連して考慮された以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は、単なる例示であり、本発明の制限を定義するものではない。

図１及び図２は、公知の落し鍛造プロセスによって製造された一体型ピストンブランク１を示している。完成したピストンの輪郭は一点鎖線で示されている。ピストンブランク１は、後で製造されるピストンリングバンド３を備えたピストンクラウン２と、ピストンスカート４と、ピストンクラウン２において垂下したピストンボス５とを含んでいる。ピストンブランクは、鍛造可能な鋼又はアルミニウム合金から製造することができる。

図３及び図４は、本発明による方法によって製造された完成したピストン６を示している。第１のプロセスステップにおいて、ピストンブランク１に、機械加工（旋削）によって環状の凹所７が設けられ、この場合、凹所の軸方向高さは、後述の冷却ダクト８の高さよりも僅かに大きい。しかしながら、ピストンクラウン２は、ピストンスカート４と、支持面４ｃ，４ｄを有するピストンスカート領域４ａ，４ｂとから完全には分離されておらず、各スカート領域４ａ，４ｂにおいて依然として全周に亘って結合されている。この結合部１３は、全周に亘って延びているか、所定の箇所において結合部に中断部を有する支柱状であってよいが、全周に亘って延びた結合が有利である。

下方へ開放した冷却ダクト８を製造するために、フック状の旋削工具１５が凹所７に挿入され、冷却ダクト８は、必要に応じて工具１５を軸方向及び半径方向に調節することによって、所望の形状に旋削される。引き続き、ボスボア９が公知の形式で製造され、ピストン６の外輪郭は機械加工によって仕上げられる。

下方へ開放した冷却ダクト８を閉鎖するために、２つの部分に分割されたカバーリング１０（例えば分割されたディスク状ばね）が、ピストンクラウン２に初期応力を加えながら、適合する支持部に挿入される。カバーリング１０には、冷却オイルのための入口開口１１と出口開口１２とが設けられている。

閉鎖された冷却ダクトを備えた一体型ピストンは、この方法によって有利なコストで製造され、例えば、鋳造プロセスによって製造されるピストンよりも高い強度を有している。なぜならば、ピストン材料は、自由に選択されることができ、すなわち鍛造された鋼又は鍛造可能なアルミニウム合金であることができ、これにより、ピストンは、高い応力が加えられるディーゼルエンジンにより適している。

さらに、各スカート領域におけるピストンスカートの上端部がクラウンの下方の半径方向内側領域に結合部１３を介して結合されたままであるように凹所を機械加工することは、より強い構成を提供し、高い応力が加えられる領域において対応してより高い安全限界を有する。より剛性の高い構成により、ピストンの二次的な動作が減じられ、このことは、リングの動作を減じ、摩耗を減じ、オイルの必要性を減じ、キャビテーションの危険性を減じる。ある場合には、スカートの剛性は、スカート区分においてのみピストンを案内するのに十分である。希望する場合には、リングバンド領域における案内を排除することができる。

改良された設計は、側方からの負荷の分配をより均一にし、シリンダライナの摩耗を減じることに貢献する。最後に、本発明のピストンはより容易に機械加工される。このことは、より少ない中断での旋削作業を可能にし、ばり取り作業を必要としない。

すなわち、本発明の数少ない実施形態しか図示及び説明されていないが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、前記実施形態に多くの変更及び修正が加えられてもよいことは明らかである。

本発明によるピストンブランクの、側方から見た部分的な断面図である。

ピストンブランクの底面図である。

完成したピストンの、側方から見た部分的な断面図である。

完成したピストンの、下方から見た部分的な断面図である。

符号の説明

１ ピストンブランク、 ２ ピストンクラウン、 ３ ピストンリングバンド、 ４ ピストンスカート、 ５ ピストンボス、 ６ ピストン、 ７ 凹所、 ８ 冷却ダクト、 ９ ボスボア、 １０ カバーリング、 １１ 入口開口、 １２ 出口開口、 １５ 旋削工具

Claims (8)

1. エンジン用の一体型ピストンをピストンブランクから製造する方法であって、
   ピストンブランク（１）を鍛造し、引き続き
   ピストンリングバンドと箱形のピストンスカートとの間に環状の凹所（７）を機械加工し、この場合、ピストンスカートは、ピストンクラウンにおいて垂下したピストンボスと結合されており、
   ピストンリングバンドの高さにおいてピストンクラウンにおいて環状に延びた、下方へ開放した冷却ダクト（８）を機械加工し、
   ボスボア（９）を製造し、ピストン（６）の外輪郭を仕上げ、
   下方へ開放した冷却ダクトをカバーリングで閉鎖する方法において、
   各スカート領域（４ａ，４ｂ）におけるスカートの上端部がピストンクラウンの下方の半径方向内側の領域に結合部（１３）を介して結合されたままであるように、環状の凹所（７）を機械加工することを特徴とする、エンジン用の一体型ピストンをピストンブランクから製造する方法。
2. 前記環状の凹所（７）の軸方向高さが、少なくとも、冷却ダクトの軸方向高さと同じである、請求項１記載の方法。
3. 前記カバーリング（１０）が２つの部分に分割されている、請求項１記載の方法。
4. 冷却ダクトを機械加工するステップが、旋削工具を冷却ダクト（８）における凹所に挿入し、冷却ダクトを所望の形状にするために旋削工具を軸方向及び半径方向に調整することを含んでいる、請求項１記載の方法。
5. ピストン材料として、鍛造可能な耐熱性の鋼が使用される、請求項１記載の方法。
6. ピストン材料として、鍛造可能なアルミニウム合金が使用される、請求項１記載の方法。
7. スカートの上端部とクラウンの下方の半径方向内側領域との結合部が全周に亘って延びている、請求項１記載の方法。
8. スカートの上端部とクラウンの下方の半径方向内側領域との結合部が支柱状である、請求項１記載の方法。

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