(57)【要約】  本発明は、内燃機関用の鋼製ピストンであって、燃焼キャビティ（１１）及び環状壁（５）を設けられた少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を設けられたピストン下側部分（１３）とを備える鋼製ピストンに関する。鋼製ピストンは、低圧鋳造法によって、低密度合金鋼又は特別な合金鋼から単一構成要素として同一材料で鋳造される。
2009541590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼凹部（１１）及び環状壁（５）を有する少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を有するピストン下側部分（１３）とを備える、内燃機関用の鋼製ピストンであって、
鋼製ピストンが、重量％で、
Ｍｎ：１２〜３５
Ａｌ：６〜１６
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の低密度合金鋼から、
又は重量％で、
Ｍｎ：３〜９
Ｓｉ：０．３〜１
Ｃ：０．０１〜０．０３
Ｃｒ：１５〜２７
Ｎｉ：１〜３
Ｃｕ：０．２〜１
Ｎ：０．０５〜０．１７
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の高グレード合金鋼から、一体成形で且つ単一材料で鋳造されることを特徴とする鋼製ピストン。
【請求項２】
前記ピストンが、前記ピストン上側部分（１２）に少なくとも部分的に、ピストン内部に向かう及び／又は環状壁（５）に向かう穿孔又はオリフィス（７、７’）を有する１つ又は複数の冷却管路（４）を有することを特徴とする請求項１に記載の鋼製ピストン。
【請求項３】
前記少なくとも１つの冷却管路（４）が、鋳入鋼管（３）によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の鋼製ピストン。
【請求項４】
前記ピストンの前記鋼と前記鋳入鋼管（３）の前記鋼とが異なる組成を有し、及び／又は前記ピストンと鋳入鋼管との間に、前記ピストンの前記鋼とは異なる組成を有する中間層が形成されることを特徴とする請求項３に記載の鋼製ピストン。
【請求項５】
前記環状壁（５）に向かうオリフィスを有する前記冷却管路（４）が、少なくとも１つの封止部品（６）によって外方向に閉鎖されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼製ピストン。
【請求項６】
前記封止部品（６）が、金属シート又は鋼リングによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の鋼製ピストン。
【請求項７】
冷却管路（４）が、前記環状壁に向かうオリフィス（７’）を有さず、鋳入鋼管（３）によって完全に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼製ピストン。
【請求項８】
前記コネクティングロッド軸受壁（９）が、鋳入部品によって形成される軸受シェルを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼製ピストン。
【請求項９】
前記軸受シェルの前記鋳入部品が、高耐摩耗鋼によって形成されることを特徴とする請求項８に記載の鋼製ピストン。
【請求項１０】
前記軸受シェルの前記鋳入部品、又は前記鋳入鋼管（３）が、ＭｏＣｒ４、４２ＣｒＭｏ４、ＣｒＭｏ４、又は３１ＣｒＭｏＶ６からなる群からの鋼から形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の鋼製ピストン。
【請求項１１】
燃焼凹部（１１）及び環状壁（５）を有する少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を有するピストン下側部分（１３）とを備える、内燃機関用の鋼製ピストンであって、
前記ピストン下側部分（１３）が、重量％で、
Ｍｎ：１８〜３５
Ａｌ：８〜１２
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の低密度合金鋼から、
又は重量％で、
Ｍｎ：４〜６
Ｓｉ：０．３〜１
Ｃ：０．０１〜０．０３
Ｃｒ：１９〜２２
Ｎｉ：１〜３
Ｃｕ：０．２〜１
Ｎ：０．０５〜０．１７
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の高グレード合金鋼から、
又はオーステンパダクタイル鋳鉄から、
又はバーミキュラ黒鉛鋳鉄（ＧＪＶ）から、又はＧＪＳから、一体成形で且つ単一材料で鋳造され、鋼で構成される前記ピストン上側部分（１２）に溶接によって接続されることを特徴とする鋼製ピストン。
【請求項１２】
前記ピストン上側部分（１３）が鍛造物であることを特徴とする請求項１１に記載の鋼製ピストン。
【請求項１３】
前記ピストン上側部分（１２）と前記ピストン下側部分（１３）とが、摩擦圧接によって互いに接続されることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の鋼製ピストン。
【請求項１４】
燃焼凹部（１１）及び環状壁（５）を有する少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を有するピストン下側部分（１３）とを備える、一体成形であり単一材料の鋼製ピストンを製造するための方法であって、
低圧鋳造法が使用され、鋼溶融物が、ライザによって、制御された様式で、取り付けられた鋳型の成形キャビティ内に下から０．３〜５バールの過剰圧力で押入され、ピストンの鋳造が、前記ピストン凹部（１１）の領域を介して下から行われることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記鋼が、重量％で、
Ｍｎ：１８〜３５
Ａｌ：８〜１２
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の低密度合金鋼から、
又は重量％で、
Ｍｎ：４〜６
Ｓｉ：０．３〜１
Ｃ：０．０１〜０．０３
Ｃｒ：１９〜２２
Ｎｉ：１〜３
Ｃｕ：０．２〜１
Ｎ：０．０５〜０．１７
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の高グレード合金鋼から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの冷却管路及び／又は前記コネクティングロッド軸受壁（９）を形成するために、鋼で構成される１つ又は複数の挿入部品が前記鋳型内に挿入されることを特徴とする請求項１４あるいは１５に記載の方法。
【請求項１７】
冷却管路（４）を形成するために、閉じた鋼管（３）、又は中子砂で充填された部分的に開いた鋼管（３）が挿入されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
冷却管路（４）を形成するために、少なくとも１つの鋳造中子又は中子パッケージが前記鋳型内に挿入されることを特徴とする請求項１４あるいは１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記中子パッケージが、鋼で構成される挿入部品を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
往復内燃機関用のピストンの一体部分としての、重量％で、
Ｍｎ：１８〜３５
Ａｌ：８〜１２
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
という組成の低密度合金鋼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の特徴を有する、内燃機関用の鋳鋼製ピストンであって、低密度合金鋼もしくは高グレード合金鋼で構成される鋳鋼製ピストン、又は請求項１１に記載の特徴を有する、ＡＤＩもしくはＧＪＶから一部を鋳造され、低密度合金鋼もしくは高グレード合金鋼から一部を形成される鋼製ピストン、及びまた請求項１４に記載の特徴を有する、一体成形であり単一材料の鋼製ピストンを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復内燃機関における２５０バール以下のできるだけ高いピーク圧力に対する要求の高まりにより、軽量アルミニウム・ピストンは、それらの性能限界にますます近づいている。したがって、貨物自動車部門、更には乗用車部門では、再び鋼製ピストンがより一層求められている。その際、耐用寿命及び信頼性に関する厳しい要件が、特に、完全に鋼から製造され、現在もしばしば使用されている鋼及びアルミニウムのピストンの代用となるべきピストンを求めている。
【０００３】
しかし、鋼製ピストンは、アルミニウム・ピストンに比べて重量が大きいという欠点を有する。
【０００４】
完全に鋼から製造されるピストンの製造は、鋼を加工して繊細な構成要素にするのが難しいため、しばしば複雑になり、高い費用がかかる。
【０００５】
したがって、例えば、２つの鍛造物を一体に溶接することによるピストンの製造を行うことが慣例である。
【０００６】
それにより、上側部分と下側部分とに関して異なる材料を使用することも可能である。
【０００７】
特許文献１が、多部品冷却式ピストンを製造するための方法を開示する。ピストン上側部分が、耐熱鋼から製造され、ピストン下側部分が、鍛造されたＡＦＰ鋼から製造される。それに続く、ピストン上側部分の環状リブとピストン下側部分の支持リブとの接合又は接続は、溶接又ははんだ付け方法によって行われる。接合用部品の準備、及び接合方法自体が、高い費用のかかる方法ステップを構成する。
【０００８】
特許文献２で、ピストン全体を鋼から鋳造することが提案されている。鋳造合金として、以下の２つの鋼組成（重量パーセントで）の一方を使用することが提案される。
Ｃ≦０．８％、Ｓｉ≦３％、Ｍｎ≦３％、Ｓ≦０．２％、Ｎｉ≦３％、Ｃｒ≦６％、Ｃｕ≦６％、Ｎｂ０．０１〜３％、残部Ｆｅ、及び不可避の不純物、
又はＣ≦０．１〜０．８％、Ｓ≦３％、Ｓｉ≦３％、Ｍｎ≦３％、Ｓ≦０．２％、Ｎｉ≦１０％、Ｃｒ≦３０％、Ｃｕ≦６％、Ｎｂ≦０．０５〜８％、及び残部Ｆｅ、及び不可避の不純物。この場合、特に、良好な室温降伏強度、及びまた高い高温引張強度及び破壊強度が有利である。
【０００９】
ピストンの繊細なタイプの構成ゆえに、鋳造金属の流動性、及びまた鋳造方法は、特に厳しい要件を満たさなければならない。鋳造方法、及び金属の流動性は、鋳造構成要素の高強度要件に関して不可欠な、適切であり欠陥のない構造を実現するために非常に重要である。鋳造物内の最小の構造欠陥及び収縮巣でさえ、ピストンの薄壁において甚大な材料破損を引き起こすことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２４４５１３Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１６１２３９５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、高い機械的負荷耐性能力を有し、高い費用対効果で形成することができる軽量の鋼で構成されるピストンを提供することである。本発明による更なる目的は、これらの鋼製ピストンを製造するための費用対効果が高く且つ単純な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する、内燃機関用の鋼製ピストンであって、燃焼凹部（燃焼キャビティ）及び環状壁を有する少なくとも１つのピストン上側部分と、コネクティングロッド軸受を有するピストン下側部分とを備え、低密度合金鋼又は高グレード合金鋼から鋳造される鋼製ピストン、及び請求項１１に記載の特徴を有する、低密度合金鋼、高グレード合金鋼、バーミキュラ黒鉛鋳鉄（ＧＪＶ）、又はオーステンパダクタイル鋳鉄（ＡＤＩ）から一部のみを鋳造される鋼製ピストンによって実現される。本発明による更なる解決策は、請求項１４に記載の特徴を有する、低圧鋳造法によって一体成形であり単一材料の鋼製ピストンを製造するための方法によって提供される。
【００１３】
更なる有利な改良形態は、従属請求項の主題である。
【００１４】
したがって、本発明によれば、鋼製ピストンは、一体成形で（単一構成部品として）且つ単一材料で鋳造される。それにより、製造方法の明確な単純化が実現される。したがって、本発明の本質的に重要な点は、鋳造に関して簡単に加工することができる合金鋼を使用すること、高い使用温度で高い強度又は高い降伏強度を有すること、及びできるだけ低い材料密度を有することである。
【００１５】
本発明に従って使用される第１の合金鋼は、以下の組成からなる低密度合金鋼である（以下の細目は、特に指示のない限り重量％単位である）。
Ｍｎ：１２〜３５
Ａｌ：６〜１６
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
【００１６】
この合金は、良好な流動能力によって特徴付けられる。更に、この材料の密度は、約６．８ｇ／ｃｍであり、比較的低い。この合金の更なる利点は、高温耐食性に基づく。この場合、高いＡｌ含有量が特にこの耐食性に寄与する。また、このタイプの合金は、高い機械的要件も満たすことができる。
【００１７】
特に好ましくは、Ｍｎ及びＡｌの割合が、Ｍｎ１８〜３２％及びＡｌ８〜１２％の範囲内にある。
【００１８】
本発明に従って使用される更なる合金鋼は、重量％で以下の組成を有する非常に良好な流動性の高グレード合金鋼である。
Ｍｎ：３〜９
Ｓｉ：０．３〜１
Ｃ：０．０１〜０．０３
Ｃｒ：１５〜２７
Ｎｉ：１〜３
Ｃｕ：０．２〜１
Ｎ：０．０５〜０．１７
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
【００１９】
好ましくは、Ｍｎ及びＣｒの割合は、Ｍｎ４〜６％及びＣｒ１９〜２２％の範囲内にある。
【００２０】
この合金の更なる利点は、内燃機関の燃焼空間内での高温において顕著な耐食性を有することである。高い強度及び良好な流動性により、ピストンの特に薄い又は繊細な構造が可能となる。
【００２１】
鋼製ピストンが、一体成形で且つ単一材料で鋳造されることが提供される。これによって理解されるのは、燃焼凹部及び環状壁を有するピストン上側部分と、コネクティングロッド軸受を有するピストン下側部分とが、１回の鋳造で成形され、同一材料で構成されることである。しかしながら、これはまた、鋳造ピストンとは材料が異なることがある、又はピストンを鋳造する操作中に形成されない組付又は組入部品を更に含む鋼製ピストンでもあり得る。この更なる部品は、例えば、鋳込又は鋳入される挿入部品であり得る。鋳入又は鋳込部片の材料及び品質によっては、適用又は挿入される部品がもはや鋼製ピストンと異ならないことがあり、したがって鋼製ピストンと適用又は挿入される部品とが、一体成形で且つ単一材料で鋳造されるように見えることもある。
【００２２】
本発明を説明するために、概略的な図面が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】溶融物流入（２）と、鋳入鋼管（３）と、冷却管路（４）と、環状壁（５）と、環状壁に向かう冷却管路のオリフィス（７’）と、環状溝（１０）とを有するピストン（１）の断面図である。
【図２】上側部分（１２）及び下側部分（１３）と、環状壁（５）と、冷却管路（４）と、冷却管路のオリフィス（７）と、コネクティングロッド軸受（８）と、コネクティングロッド軸受壁（９）と、燃焼凹部（１１）とを有するピストン（１）の断面図である。
【図３】上側部分（１２）及び下側部分（１３）と、環状壁（５）と、冷却管路（４）と、封止部品（６）と、コネクティングロッド軸受（８）と、コネクティングロッド軸受壁（９）と、燃焼凹部（１１）とを有するピストン（１）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
好ましい形態では、ピストンは、ピストン上側部分（１２）に、１つ又は複数の冷却管路（４）を有する。この場合、冷却管路は、連続的であってよく、又は複数のセグメントに分割されてもよい。後者の場合には、複数の冷却管路について言及されることもある。少なくとも１つの冷却管路が、ピストン内部及び／又は環状壁（５）に向かう穿孔又はオリフィス（７、７’）を有する。
【００２５】
ピストン内部に向かう穿孔又はオリフィス（７）は、冷却液又は油の交換用である。これらは、典型的には円形のオリフィス又はボアである。しかし、要件に応じて他の幾何形状も実装されうる。これは、例えば適切に形成された鋳造中子又は挿入部品が使用されることによって、特に本発明に従って選択される鋳造製造方法によって単純な様式で行うことができる。この場合、オリフィスの穴開けが不要になることがある。
【００２６】
更に、冷却管路（４）は、環状壁に向かって中断されることもあり、それによりオリフィス（７’）が得られる。冷却管路（４）は、環状壁（５）に向かうオフィリスによって外方向に開かないように、少なくとも１つの封止部品（６）によって外方向に閉じられる。したがって、冷却管システムが、多部品構成を有する。封止部品（６）は、好ましくは、金属シート又は封止シート又は鋼リングによって形成される。この場合、クランプ固定のために、封止部品が冷却管路内に突出することがある。封止部品は、典型的には溶接又ははんだ付けされる。穿孔又はオリフィス（７’）と封止部品（６）とは、好ましくは、環状溝（１０）の領域内、又は環状溝（１０）の内部に配置される。
【００２７】
本発明の更なる好ましい実施形態では、少なくとも１つの冷却管路（４）が、鋳入鋼管（３）によって形成される。一般に、鋼管は、境界領域又はランナ領域での構造の不整により、鋳鋼製ピストンにおいてさえ特定することができない。鋼管が、より良い接続のために、鋳入される前に例えばＳｎで被覆される場合、混合合金で構成される境界領域が冷却管路（４）の周りに形成される。
【００２８】
本発明による更なる変形形態では、１つ又は複数の冷却管路（４）が、鋳入鋼管（３）によって完全に形成され、冷却管路（４）は、環状壁に向かうオリフィス（７’）を有さない。管路（４）は、外方向に閉じられ、封止部品（６）を必要としない。ここでもまた、好ましくは、オフィリス（７）が内方向に存在する。したがって、冷却管システムは、一部品構成を有する。
【００２９】
ピストンの鋼と鋳入鋼管（３）の鋼とが異なる組成を有することが可能である。同様に、ピストンと鋳入鋼管との間に、ピストンの鋼とは異なる組成を有する中間層が形成されることがある。好ましくは、鋼管は、高融点鋼又は高耐熱鋼から形成される。簡単に鋳造可能な鋼を使用する必要はない。また、鋳入鋼管の材料は、ＭｏＣｒ４、４２ＣｒＭｏ４、ＣｒＭｏ４、又は３１ＣｒＭｏＶ６からなる群からの実証済みの鋼を含むこともある。
【００３０】
本発明の更なる実施形態では、コネクティングロッド軸受壁（９）が軸受シェルを有し、又はコネクティングロッド軸受壁（９）が、鋳入部品からなる軸受シェルによって少なくとも一部を形成される。鋳入部品、又はそれによって形成される軸受シェルは、好ましくは高耐摩耗鋼で構成される。本発明によって選択される鋼製ピストンの鋳造により、軸受シェルに特に適した材料を、鋳込によって単純な様式で導入することができる。特に、ＭｏＣｒ４、４２ＣｒＭｏ４、ＣｒＭｏ４、又は３１ＣｒＭｏＶ６からなる群からの鋼が、軸受シェル用の材料として選択される。軸受シェルは、適切な場合には、特別な摺動コーティングを上に有することもある。
【００３１】
本発明の更なる変形形態では、一体成形で且つ単一材料で鋳造されるのは、ピストン全体ではなく、ピストン上側部分のみである。本発明によれば、内燃機関用のピストンであって、燃焼凹部（１１）及び環状壁（５）を有する少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を有するピストン下側部分（１３）とを備え、ピストン下側部分（１３）が、Ｍｎ：１８〜３５、Ａｌ：８〜１２、Ｓｉ：０．３〜３、Ｃ：０．８〜１．１、Ｔｉ：０．０３以下、残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素という組成の低密度合金鋼から、又はＭｎ：４〜６、Ｓｉ：０．３〜１、Ｃ：０．０１〜０．０３、Ｃｒ：１９〜２２、Ｎｉ：１〜３、Ｃｕ：０．２〜１、Ｎ：０．０５〜０．１７、残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素という組成を有する高グレード合金鋼から、又はオーステンパダクタイル鋳鉄から、又はバーミキュラ黒鉛鋳鉄（ＧＪＶ）から、又はオーステナイト又は合金球状黒鉛鋳鉄から、一体成形で且つ単一材料で鋳造され、鋼で構成されるピストン上側部分（１２）に溶接することによって接続されるピストンが提供される。
【００３２】
この場合、ピストン上側部分は、従来の様式で製造されてよい。ピストン上側部分（１３）は、好ましくは鍛造物である。
【００３３】
ピストン上側部分の材料は、下側部分の鋼に制限されない。そうではなく、既に実証済みの鋼が採用されてよい。適切な鋼は、とりわけ、ＭｏＣｒ４、４２ＣｒＭｏ４、ＣｒＭｏ４、又は３１ＣｒＭｏＶ６を含む。
【００３４】
本発明によれば、ピストン上側部分（１２）とピストン下側部分（１３）との接合は、溶接によって行われる。摩擦圧接が特に好ましい。ピストンの形状に応じて、上側部分と下側部分との間の区分線が、ピストンにおいて異なる高さに延びることがある。好ましくは、区分線は、ほぼ環状壁（５）の下端部に位置される（図３参照）。
【００３５】
ピストン下側部分のオーステンパダクタイル鋳鉄（ＡＤＩ）は、ベイナイト／フェライト球状黒鉛鋳鉄とも表される。ＡＤＩは、低歪の等熱アニール処理された球状黒鉛鋳鉄である。これは、強度と延性との非常に有利な組合せによって、また、両振応力下での高い疲労限界、及び好ましい摩耗挙動によって特徴付けられる。ＡＤＩの基本的な質量は、針状炭化物を含有しないフェライトと、炭化物を有さない高炭素含有の安定化された残留オーステナイトとからなるベイナイト状構造である。
【００３６】
バーミキュラ黒鉛鋳鉄（しばしばＧＪＶ又はＧＧＶと呼ばれる）では、黒鉛は、片状、又は球状では存在せず、バーミキュラの形態で存在する。この材料の機械的性質は、片状黒鉛を有する鋳鉄の性質と、球状黒鉛鋳鉄の性質との間にある。しかし、その製造は、より困難であり、狭い許容範囲内で管理される溶融処理を必要とする。
【００３７】
ＡＤＩ材料とＧＪＶ又はＧＪＳ材料とは共に、鋳造面で、上に列挙された鋼よりも単純に制御することができるが、鋼の高い機械的負荷耐性能力は有さない。したがって、本発明によれば、これらの材料は、例えば上側部分（１２）の燃焼凹部（１１）におけるほど機械的及び熱的負荷が高くないピストン下側部分でのみ使用される。
【００３８】
この複合タイプの構成は、鋼よりも費用対効果が高いＡＤＩ又はＧＪＶ又はＧＪＳ材料を使用することができるという利点を有する。
【００３９】
本発明の更なる態様は、鋳造によって鋼製ピストンを製造するのに特に適した方法に関する。
【００４０】
燃焼凹部（１１）及び環状壁（５）を有する少なくとも１つのピストン上側部分（１２）と、コネクティングロッド軸受（８）を有するピストン下側部分（１３）とを備える一体成形であり単一材料の鋼製ピストンを製造するための本発明による方法は、低圧鋳造法の使用を提供する。この場合、鋼溶融物が、ライザによって、制御された様式で、取り付けられた鋳型の成形キャビティ内に下から０．３〜５バールの過剰圧力で押入され、ピストンの鋳造が、ピストン凹部（１１）の領域を介して下から行われる。図１は、ピストン凹部（１１）の領域内への下からの溶融物の流入（２）を図式的に示す。
【００４１】
この場合、本発明による鋼溶融物への低圧鋳造法の適用が、本質的に重要である。
【００４２】
低圧鋳造法では、金属溶融物がライザによって、制御された様式で、取り付けられた鋳型の成形キャビティ内に下から、すなわち重力に逆らって押入される鋳造構成が選択される。使用される鋳型は、永久鋳型であってよく、あるいは砂型鋳型であってもよい。鋳造すべきピストンの複雑な形態に応じて、永久鋳型を砂中子と組み合わせること、或いは砂中子又は中子パッケージを鋳型内に挿入することが好適である。
【００４３】
低圧鋳造で使用される圧力は、通常は比較的低く、鋳造材料の所要の上昇高さ及び密度に応じて０．０２〜０．１ＭＰａの範囲内である。
【００４４】
本発明によれば、鋳造圧力は、約０．３〜５バールの過剰圧力にある。均一であり収縮巣のない鋳型充填のために、鋳造圧力及び圧力プロファイル（圧力蓄積、維持段階、及び保圧）の正確な調整が必要である。好ましくは０．５〜１．５バールの圧力が使用される。
【００４５】
鋳造炉と永久鋳型とが、ライザによって接続される永久鋳型鋳造ユニットを形成する。鋳造炉は、全体を耐圧的に密閉される。炉は、好ましくは、金属を高温で保持するのみであり、金属の溶融は行わない。この場合、金属溶融物は、調整された鋳造圧力及び制御された鋳造速度で、高温保持炉に対する圧力の作用によって、少ない乱流で下から鋳型内に鋳造される。圧縮空気ではなく、不活性ガスが使用されることもある。好ましくは、この作業が窒素を用いて行われる。
【００４６】
得られるピストンは、その凝固の終了まで、現行の鋳造圧力によって供給され続ける。それにより、永久鋳型鋳造又は重力鋳造におけるよりも高密度の構造が実現される。
【００４７】
ピストンの繊細な形状、特に薄壁ゆえに、できるだけ収縮巣のない鋳造が非常に重要である。
【００４８】
第１の実施形態では、供給がライザによって行われるので、フィーダがほぼ完全になくされる。この利点を利用することができるように、この方法は、上から、ライザのすぐ上の所定の点まで凝固が行われ、ライザ中では金属が液体のままであるように設計される。これは、例えばライザが加熱される又は特別な断熱を受けることによって実現されることがある。更に、単独で、又は加熱されたライザに加えて、特別な点で鋳型を冷却することが可能である。これは、鋳型が、金属又は黒鉛で構成される永久鋳型であるときに特に効果的である。
【００４９】
更なる変形形態は、砂型鋳型の使用、及び上昇鋳型充填の利点の利用を提供し、しかしライザによる供給をなくす。鋳造ピストンが完全に凝固される前に、鋳型のゲートが閉じられる。その後、低圧鋳造炉内の圧力が低下され、溶融物が、ライザから出て炉内に戻る。それにより、プロセス時間を短縮することができる。
【００５０】
また、低圧鋳造法は、従来の鋳造方法に比べて、溶融物の温度を正確に設定することができるという利点を有する。それにより、鋳造プロファイル又は正確な鋳型充填を容易に計算することができる。
【００５１】
低圧鋳造の更なる利点は、正確に制御された鋳型充填、特に正確に制御された充填速度によって、乱流鋳型充填によるガス混入や、非常に遅い鋳型充填による低温通過などの鋳造不良が防止されることである。
【００５２】
本発明による方法では、一体成形の単一材料の鋳造物が形成される。鋼製ピストンが、例えば冷却管路など更なる特別な構成要素を有する場合、これらは、仕上がったピストンで、鋳造物と一体成形で且つ単一材料である可能性がある。
【００５３】
特に好ましくは、材料性質及び可鋳性の面で特に適した以下の合金が、鋳造金属として使用される。
−以下の組成で構成される低密度合金鋼
Ｍｎ：１８〜３５
Ａｌ：８〜１２
Ｓｉ：０．３〜３
Ｃ：０．８〜１．１
Ｔｉ：０．０３以下
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
−以下の組成を有する高グレード合金鋼
Ｍｎ：４〜６
Ｓｉ：０．３〜１
Ｃ：０．０１〜０．０３
Ｃｒ：１９〜２２
Ｎｉ：１〜３
Ｃｕ：０．２〜１
Ｎ：０．０５〜０．１７
残部Ｆｅ、及び不可避の鋼付随元素
【００５４】
本発明の好ましい実施形態では、ピストンの特別な構成要素を形成するための１つ又は複数の挿入部品が、鋳型内に挿入される。この場合、鋳造で同様に使用することができる砂中子とは対照的に、挿入部品は、鋳造ピストン内に残る部品を表すものと理解される。
【００５５】
この場合、挿入部品は、好適には鋼からなり、その理由は、その際、ピストンの鋼との良好な材料適合性が存在するためである。特に好ましくは、挿入部品によって、少なくとも１つの冷却管路（４）及び／又は切断ロッド軸受壁（９）が形成される。この目的で、それに対応して、鋼管（３）又は鋼シェルが鋳型内に挿入される。挿入部品は、好ましくは、砂中子パッケージの一体部分である。
【００５６】
また、鋼管は、砂を充填された管であってもよい。管の砂充填によって、管の均一な予備成形が可能である。鋳造時、砂充填は、管の部分的な溶融開孔による溶融物の予定外の漏出を防止する。
【００５７】
特に好ましくは、その際、環状壁（５）に向かうオリフィス（７’）又はピストン内部に向かう大きなオリフィス（７）を有するとき、鋼管が鋳物砂で充填される。
【００５８】
ピストン内部に向かうオリフィス（７）は、鋳造によって、及び／又は鋳造物の後の機械加工によって導入されることがある。対照的に、環状壁（５）へのオリフィス（７’）は、好適には鋳造中に形成され、この理由は、大きなオリフィスが、鋼管内に含まれる中子砂の簡単で完全な除去を可能にするためである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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