(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのためのピストン（１０）を製造するための方法であって、
上記ピストンは、ピストン本体（１１）とピストンリング部（１７）とを備え、
上記ピストン本体（１１）は、ドーム（１３）を含む燃焼くぼみ（１２）の全体と、ボスボア（１５）を備えたピストンボス（１４）とを有し、
上記ピストンボスは、摺動面（１６）を介して互いに接続され、
上記ピストンリング部（１７）は、ピストンクラウン（１８）と、環状のファイアランド（１９）と、環状のリング部（２１）とを有し、
上記ピストン本体（１１）および上記ピストンリング部（１７）は、環状の冷却ダクト（２２）を形成し、
方法は、次の方法ステップ、すなわち、
ａ）鍛造プロセスにより上記ピストン本体（１１）の半加工品（１１’）を製造すること、
ｂ）変形プロセスまたは鋳造プロセスにより上記ピストンリング部（１７）の半加工品（１７’）を製造すること、
ｃ）溶接面（２６，２８，２７，２９）の仕上げ加工を実行することを含んで上記半加工品（１１’，１７’）を予備加工すること、
ｄ）ピストン体（３０，１３０）を形成するために、溶接プロセスにより上記ピストン本体（１１）および上記ピストンリング部（１７）の上記予備加工された半加工品（１１”，１１１’，１７”）を接合すること、
ｅ）完成した上記ピストン（１０）を形成するために、上記ピストン体（３０，１３０）の二次加工、および／または、仕上げ加工を実行すること、
を含んでおり、
ステップａ）で、上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）の製造の間、ドーム領域（１３ａ，１１３ａ）の外側の上記燃焼くぼみ（１２）の輪郭は完全に作製され、上記燃焼くぼみ（１２）の上記ドーム領域（１１３ａ）に余剰部分（２３，１２３）が形成され、
ステップｅ）で、上記燃焼くぼみ（１２）の上記ドーム領域（１３ａ，１１３ａ）における上記余剰部分（２３，１２３）は、上記燃焼くぼみ（１２）の予め規定された容積をもたらすような量だけ除去される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１において、
ステップａ）で形成される上記余剰部分（２３，１２３）は、上記完成したピストン（１０）における上記燃焼くぼみ（１２）の輪郭よりも盛り上がった形状を有し、
ステップｅ）で、上記余剰部分（２３，１２３）は、上記完成したピストン（１０）における上記燃焼くぼみ（１２）の輪郭が連続した曲線状になるように除去される
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
ステップｅ）で、上記燃焼くぼみ（１２）の容積の検査のために、上記ドーム領域（１３ａ，１１３ａ）における上記余剰部分（２３，１２３）の除去の間、上記燃焼くぼみ（１２）の現在の最下点（Ｐ１，Ｐ１１）が検知され、
上記最下点に、ピストン中心軸に対して垂直に延びる平面（Ｅ）が適用され、
上記平面は、上記ピストンクラウン（１８）の次の仕上げ加工のための開始位置として用いられる
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または２において、
ステップｃ）で、上記半加工品（１１’，１７’）内に冷却ダクト領域（２２ａ，２２ｂ）が形成され、および／または、仕上げ加工される
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１または２において、
ステップｃ）で、上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）において、内部空間（２４）が仕上げ加工され、かつ、上記冷却ダクト領域（２２ａ）内に冷却オイルのための入口および出口開口部が形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１または２において、
ステップｄ）の前に行うステップｃ）で、上記ピストン本体（１１）、および／または、上記ピストンリング部（１７）の上記半加工品（１１’，１７’）において外径が予備加工され、および／または、上記ピストンリング部（１７）の上記半加工品（１７’）において上記ピストンクラウン（１８）が予備加工または仕上げ加工され、および／または、上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）において上記ピストンボス（１４）が予備加工される
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１または２において、
ステップｅ）で、上記ボスボア（１５）は、上記ピストンクラウン（１８）が仕上げ加工された後に上記ピストンボス（１４）内に形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１または２において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、１２００〜１３００℃での熱間加工により鍛造され、引き続き、冷間キャリブレーションに供される
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１または２において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、１２００〜１３００℃での熱間加工により鍛造され、引き続き、１５０℃以下での冷間加工に供される
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１または２において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、６００〜９００℃での温間加工により鍛造される
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１または２において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、温間加工の後に、１５０℃以下の温度での冷間加工に供される
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１または２において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、１５０℃以下での冷間加工により鍛造される
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
内燃エンジンのためのピストン（１０）であって、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法に従って製造できる
ことを特徴とするピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのためのピストンを製造する方法に関するものである。当該ピストンは、ピストン本体およびピストンリング部を備え、ピストン本体は、ドームを有する燃焼くぼみとボスボアを備えたピストンボスとを有し、ピストンボスは、摺動面を介して互いに接続され、ピストンリング部は、ピストンクラウンと環状ファイアランドと環状リング部とを有し、ピストン本体とピストンリング部とは環状冷却ダクトを形成している。本発明は、また、当該方法により製造され得るピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンを製造するための方法が特許文献１および特許文献２から知られており、当該方法では、ピストン本体の半加工品は燃焼くぼみの全体において鍛造により仕上げられる。よって、燃焼くぼみの輪郭は二次加工プロセスに関係しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１０１３１４１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０１３０６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半加工品の溶接におけるピストン本体の局所加熱が、材料における微細構造および応力散逸の変化をもたらし、そのことが形状およびそれゆえに燃焼くぼみの容積の変化に影響を与えることが判明した。したがって、完成したピストンにおける燃焼くぼみの容積が、予め規定された容積から大幅に逸脱し得る。燃焼くぼみは鍛造により仕上げられるため、追加的な切削加工はもはや不可能である。このことは、特に、複雑な形状を有する燃焼くぼみに当てはまる。
【０００５】
完成したピストンにおける燃焼くぼみの容積が、複雑な形状である場合にさえ、予め規定された許容差範囲内に収まるように、可能な限りシンプルな態様で、一般的な方法をより改善することが本発明の主題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
解決方法は、ステップａ）で、ピストン本体の半加工品の製造の間、ドーム領域の外側の燃焼くぼみの輪郭は完全に作製され、燃焼くぼみのドーム領域に余剰部分が形成され、ステップｅ）で、燃焼くぼみのドーム領域における余剰部分は、燃焼くぼみの予め規定された容積をもたらすような量だけ除去されることである。
【０００７】
本発明は、また、本発明に係る方法により製造可能なピストンに関する。
【０００８】
本発明に係る方法は、変形プロセスによるピストン本体の製造の間、燃焼くぼみのドーム領域において余剰部分が形成され、一方、燃焼くぼみの残りの領域は完全に作製され、すなわちさらなる二次加工を全く必要としないことに特徴がある。特定の量の余剰部分の除去を通して、ドーム領域の外側の燃焼くぼみの形状を操作することを必要とせずに、燃焼くぼみの予め規定された容積が半加工品の溶接の後に正確に調節され得る。
【０００９】
有利な改良点は、従属請求項から明らかになるだろう。
【００１０】
本発明に係る方法の改良点は、ステップｅ）で、燃焼くぼみの容積の検査のために、ドーム領域における余剰部分の除去の間、燃焼くぼみの現在の最下点が検知され、当該最下点に、ピストン中心軸に対して垂直に延びる平面が適用され、当該平面は、ピストンクラウンの次の仕上げ加工のための開始位置として用いられることを提供する。
【００１１】
便宜的には、半加工品の溶接の後には冷却ダクト領域にもはやアクセスできなくなるため、ステップｃ）で、半加工品内に冷却ダクト領域が形成され、および／または、仕上げ加工される。
【００１２】
さらに有利には、ステップｃ）で、ピストン本体の半加工品において、内部空間が仕上げ加工され、かつ、冷却ダクト領域内に冷却オイルのための入口および出口開口部が形成される。ピストン本体は、この目的のために、溶接されたピストン体よりも容易に処理することができる。
【００１３】
さらに、同様の思考に基づいて、ステップｃ）で、ピストン本体、および／または、ピストンリング部の半加工品において外径が予備加工され、および／または、ピストンリング部の半加工品においてピストンクラウンが予備加工され、および／または、ピストン本体の半加工品においてピストンボスが予備加工されることが推奨される。
【００１４】
好ましい改良では、ステップｅ）で、ボスボアは、ピストンクラウンが仕上げ加工された後にピストンボス内に形成される。ピストンのコンプレッションハイトはピストンクラウンとボスボアの中心軸との間の距離によって規定されるため、完成したピストンの予め規定されたコンプレッションハイトが特にシンプルな態様で得られる。
【００１５】
ピストン本体の半加工品の製造のためにさまざまな変形的な方法が選択され得る。半加工品は、１２００〜１３００℃での熱間加工により鍛造され、引き続き、冷間キャリブレーションに供されてもよい。半加工品は、また、１２００〜１３００℃での熱間加工により鍛造され、引き続き、１５０℃以下の温度での冷間加工に供されてもよい。半加工品は、さらに、６００〜９００℃での温間加工により鍛造されてもよい。さらに、半加工品は、温間加工の後に、１５０℃以下の温度での冷間加工に供されてもよい。最後に、半加工品は、１５０℃以下での冷間加工により鍛造されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る方法により製造されたピストンの代表的な実施形態を示す図である。
【図２】図２は、図１に係るピストンのためのピストン本体とピストンリング部との半加工品の各ケースにおける第１の代表的な実施形態を示す図である。
【図３】図３は、予備加工が実行された後の図２に係る半加工品を示す図である。
【図４】図４は、図３に係る予備加工された半加工品から形成された溶接されたピストン体を示す図である。
【図５】図５は、別の実施形態に係るピストン下側部のための予備加工された半加工品を有する溶接されたピストン体の代表的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の代表的な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。それぞれの場合において、概略図は正確な縮尺ではない。
【００１８】
図１は、本発明に係るピストン１０の代表的な実施形態を示している。ピストン１０は、中央ドーム１３を備えた燃焼くぼみ１２を有するピストン本体１１を備えている。ピストン本体１１は、さらに、それ自体公知の態様で、ピストンピン（図示せず）を収容するためのボスボア１５を含むピストンボス１４と、内部空間２４とを有している。ピストンボス１４は、摺動面１６を介して互いに接続されている。
【００１９】
ピストン１０は、ピストンクラウン１８と、環状ファイアランド１９と、ピストンリング（図示せず）を収容するための環状溝を含む環状リング部２１とを有するピストンリング部１７をさらに備えている。冷却オイル（図示せず）のための入口および出口開口部を有する環状冷却ダクト２２がリング部２１の高さに設けられている。
【００２０】
目下の代表的な実施形態では、ピストン本体１１とピストンリング部１７とは、溶接プロセス、例えば電子ビーム溶接またはレーザ溶接により互いに接合されている。
【００２１】
ピストン本体は、変形プロセスに供され得る材料から製造される。これは、典型的には焼戻し鋼、例えば４２ＣｒＭｏ４または３８ＭｎＶＳ６のようなＡＦＰ鋼である。
【００２２】
本発明によると、燃焼くぼみ１２が予め規定された許容差範囲内の容積を有するピストン１０を製造することが目的である。燃焼くぼみの形状に関係なくこの目的を達成することが意図されており、それにより、複雑な形状の燃焼くぼみでさえ製造プロセスの完了後に予め規定された許容差範囲内の容積を有する。本発明に係る方法により、ピストンの中心軸に対して径方向にオフセットを有するかまたは傾斜して配置された燃焼くぼみに対してさえ、本発明に係る目的が達成され得ることが意図されている。
【００２３】
この目的のために、図２に示すように、まず第一に、ピストン本体１１およびピストンリング部１７のための半加工品が製造される。ピストン本体１１のための半加工品１１’は、代表的な実施形態では、１２００〜１３００℃での熱間加工およびそれに続く冷間キャリブレーション（半加工品１１’の表面を室温で加圧する）によりさらに処理される。
【００２４】
代表的な実施形態では、燃焼くぼみ１２の形状は、ドーム１３周りのドーム領域１３ａを除いて、鍛造により仕上げられる。このことは、完成したピストン１０の製造のために、ドーム領域１３ａ以外には、燃焼くぼみ１２の二次加工が全く必要ないことを意味する。
【００２５】
鍛造プロセスの後、燃焼くぼみ１２の容積が本発明に従って正確に調節され得るために、ドーム領域１３ａが十分な量の余剰部分２３を有していることが必須である（この点については、以下をさらに参照されたい）。
【００２６】
ピストンリング部１７の半加工品１７’は、例えば変形または鋳造により、任意の適当な材料から製造され得る。
【００２７】
図３に示すように、鍛造プロセスの後に、加工半加工品１１”，１７”を形成するために半加工品１１’，１７’を予備加工することが可能である。両方の半加工品１１’，１７’において、例えば外径を予備加工することが可能である。
【００２８】
ピストン本体１１のための半加工品１１’において、ボス領域を予備加工することがまた可能である。最後に、内部空間２４が仕上げ加工され得る。さらに、冷却ダクト領域２２ａは、完成したピストン１０において冷却ダクト２２の一部を形成するものであって、半加工品１１’内に形成される。冷却ダクト領域２２ａは、また、鍛造プロセスの間に形成されてもよく、この場合には、鍛造プロセスの後に仕上げ加工される。冷却オイルのための入口および出口開口部は、冷却ダクト領域２２ａ内に形成される。
【００２９】
ピストンリング部１７のための半加工品１７’において、例えば、冷却ダクト領域２２ｂが、完成したピストン１０において冷却ダクト２２の一部を形成するものであって、半加工品１７’内に形成される。
【００３０】
最後に、鍛造プロセスの後に、両方の半加工品１１’，１７’において、溶接面２６，２７，２８，２９が、それらにより半加工品１１’，１７’が互いに接合されるものであって、それぞれ仕上げ加工される。
【００３１】
そして、半加工品１１’，１７’は、それらの溶接面２６および溶接面２８と、溶接面２７および溶接面２９とをそれぞれ介して、例えば図４に示すように、ピストン体３０を形成するためにそれ自体公知の態様で適当な溶接プロセスにより互いに接合される。この場合、溶接プロセスは、溶接面２６および溶接面２８と、溶接面２７および溶接面２９とのそれぞれの領域における材料の局所加熱につながる。当該局所加熱は、材料内において微細構造および応力散逸の変化に影響する。このことは、燃焼くぼみ１２の形状およびそれゆえに容積が、完成したピストン１０に対して予め規定された値から大幅に逸脱するという影響を概して有する。
【００３２】
そして、次の方法ステップでは、溶接プロセスの結果として生じるピストン体３０において、余剰部分２３が除去されることによりドーム領域１３ａが仕上げ加工される。これは、ドーム領域１３ａの外側の燃焼くぼみ１１の形状を操作することを必要とせずに、結果として、半加工品１１”，１７”の溶接の後にピストンくぼみ１２の予め規定された容積が正確に調節される程度まで行われる。燃焼くぼみ１２の残りの領域は、変形プロセスによって既に完全に製作されていて、すなわち、さらなる二次加工を全く必要としない。
【００３３】
ピストンクラウン１８が仕上げ加工されるのはドーム領域１３ａにおける余剰部分２３の除去の後においてのみであるため、燃焼くぼみ１２の容積の検査のために、ドーム領域１３ａにおける余剰部分２３の除去の間、燃焼くぼみ１２の現在の最下点Ｐ１が検知され、ピストンの中心軸に対して垂直に延びる平面Ｅが当該最下点に適用され、当該平面は、ピストンクラウン１８の仕上げ加工のための開始位置として用いられる。
【００３４】
本発明に係る方法を完了させるために、ピストン体３０は、例えば、製作される最終的な精細な輪郭と、リング領域２１に形成される環状溝およびピストンボス１４に形成されるボスボア１５とに基づいて仕上げ加工される。ボスボア１５は、完成したピストンの予め規定されたコンプレッションハイトがピストンクラウン１８に対する上記ボスボアの中心軸により定められるように形成される。図１に係るピストンが結果として得られる。
【００３５】
図５は、図１〜図４に係る第１の代表的な実施形態に係るピストンリング部１７のための加工半加工品１７”と、ピストン本体１１のための加工半加工品１１１’とから成るピストン体１３０を示しており、後者の加工半加工品は図１〜図４に係る第１の代表的な実施形態に係る半加工品１１’とは異なる。同じ参照符号が２つの実施形態に係るピストン体３０，１３０の共通の構造に使用されており、この点については、図１〜図４に関連する記載を参照されたい。
【００３６】
ピストン本体１１のための加工半加工品１１１”は、図１〜図４に係る代表的な実施形態のために記載された態様において製造される。加工半加工品１１１”，１７”の接合は、図１〜図４に係る代表的な実施形態のために記載された態様により実行される。
【００３７】
この代表的な実施形態では、また、燃焼くぼみ１２の形状は、ドーム領域１１３ａを除いて、鍛造により仕上げられる。図１〜図４に係る代表的な実施形態との主な相違点は、ドーム領域１１３ａがドーム１３の先端部から燃焼くぼみ１３の最下点Ｐ１１まで延びていることである。このことは、完成したピストン１０の製造のために、ドーム領域１１３ａ以外には、燃焼くぼみ１２の二次加工が全く必要ないことを意味する。
【００３８】
この代表的な実施形態では、また、溶接プロセスの結果として得られるピストン体１３０において、余剰部分１２３が除去されることによりドーム領域１１３ａが仕上げ加工される。これは、ドーム領域１１３ａの外側の燃焼くぼみ１１の形状を操作することを必要とせずに、結果として、半加工品１１１”，１７”の溶接の後に燃焼くぼみ１２の予め規定された容積が正確に調節される程度まで行われる。燃焼くぼみ１２の残りの領域は、変形プロセスによって既に完全に製作されていて、すなわち、さらなる二次加工を全く必要としない。
【００３９】
ピストンクラウン１８が仕上げ加工されるのはドーム領域１１３ａにおける余剰部分１２３の除去の後においてのみであるため、燃焼くぼみ１２の容積の検査のために、ドーム領域１１３ａにおける余剰部分１２３の除去の間、燃焼くぼみ１２の現在の最下点Ｐ１１が検知され、ピストンの中心軸に対して垂直に延びる平面Ｅが当該最下点に適用され、当該平面は、ピストンクラウン１８の仕上げ加工のための開始位置として用いられる。
【００４０】
本発明に係る方法を完了させるために、ピストン体１３０は、図１〜図４に係る代表的な実施形態のために記載されたように仕上げ加工される。図１に係るピストンが結果として得られる。
【図１】
0006340410.tif 000002
【図２】
0006340410.tif 000003
【図３】
0006340410.tif 000004
【図４】
0006340410.tif 000005
【図５】
0006340410.tif 000006