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特許6471144内燃エンジン用ピストンの製造方法および当該方法により製造されたピストン
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6471144
(24)【登録日】2019年1月25日
(45)【発行日】2019年2月13日
(54)【発明の名称】内燃エンジン用ピストンの製造方法および当該方法により製造されたピストン
(51)【国際特許分類】
F02F 3/00 20060101AFI20190204BHJP
F02F 3/22 20060101ALI20190204BHJP
F02F 3/26 20060101ALI20190204BHJP
F16J 1/09 20060101ALI20190204BHJP
【ＦＩ】
F02F3/00 G
F02F3/00 301B
F02F3/22 Z
F02F3/26 C
F16J1/09
【請求項の数】11
【全頁数】7
(21)【出願番号】特願2016-503542(P2016-503542)
(86)(22)【出願日】2014年3月18日
(65)【公表番号】特表2016-516155(P2016-516155A)
(43)【公表日】2016年6月2日
(86)【国際出願番号】DE2014000139
(87)【国際公開番号】WO2014146637
(87)【国際公開日】20140925
【審査請求日】2017年1月11日
(31)【優先権主張番号】102013004577.0
(32)【優先日】2013年3月18日
(33)【優先権主張国】DE
(31)【優先権主張番号】102013014344.6
(32)【優先日】2013年8月28日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】506292974
【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ゲーアハルト ベルー
(72)【発明者】
【氏名】ザシャ オリバー ボッゼク
(72)【発明者】
【氏名】ライナー ミュラー
(72)【発明者】
【氏名】ライナー シャルプ
【審査官】
木村 麻乃
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／００８０００４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
欧州特許出願公開第０１０７７３２３（ＥＰ，Ａ２）
【文献】
特表２００７−５００６０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／０２２２３０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／０２２２３０５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／０１９５９５（ＷＯ，Ａ２）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０２Ｆ ３／００
Ｆ０２Ｆ ３／２２
Ｆ０２Ｆ ３／２６
Ｆ１６Ｊ １／０９
(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）変形プロセスにより上記ピストン本体（１１）の半加工品（１１’）を製造し、上記燃焼くぼみ（１２）の輪郭を完全に作製すること、
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）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）の二次加工、および／または、仕上げ加工を実行すること、
を含んでいる
ことを特徴とする方法。
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）変形プロセスにより上記ピストン本体（１１）の半加工品（１１’）を製造し、上記燃焼くぼみ（１２）の輪郭を完全に作製すること、
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）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）の二次加工、および／または、仕上げ加工を実行すること、
を含んでいる
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。
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3】
請求項１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の開口部が形成される
ことを特徴とする方法。
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の開口部が形成される
ことを特徴とする方法。
【請求項4】
請求項１において、
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。
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5】
請求項１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、冷間加工に供される
ことを特徴とする方法。
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、冷間加工に供される
ことを特徴とする方法。
【請求項6】
請求項１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℃以下での冷間キャリブレーションに供される
ことを特徴とする方法。
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7】
請求項１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。
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8】
請求項７において、
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、上記温間加工の後に、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。
上記ピストン本体（１１）の上記半加工品（１１’）が、上記温間加工の後に、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9】
請求項１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。
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10】
内燃エンジンのためのピストン（１０）であって、請求項１〜９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。
ことを特徴とするピストン。
【請求項11】
請求項１０において、
上記ピストンが、ピストン中心軸に対して非対称であるか、および／または、径方向にオフセットを有し、および／または、傾斜した燃焼くぼみ（１２）を備えている
ことを特徴とするピストン。
上記ピストンが、ピストン中心軸に対して非対称であるか、および／または、径方向にオフセットを有し、および／または、傾斜した燃焼くぼみ（１２）を備えている
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、当該製造方法は、ピストン上側部がピストンヘッドを有しかつピストン下側部がピストンスカートを有するピストンのためにのみ使用され得る。その他のピストン構造は実現され得ない。
【0005】
異なったピストン構造が実現され得るように、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に、燃焼くぼみの輪郭が完全に作製されることである。
【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、リング部が異なる材料および構造で構成され得るピストンが製造され得ることに特徴がある。例えば、強化されたリング部を備えたピストンを実現することが可能である。
【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】
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。
【0011】
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の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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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の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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
本発明によると、複雑な形状の燃焼くぼみでも製造できることが目的である。さらに、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を製造できることが意図されている。
【0022】
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。
【0023】
代表的な実施形態では、燃焼くぼみ１２の形状は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、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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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の開口部は、冷却ダクト領域２２ａ内に形成される。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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に基づいて仕上げ加工され、ピストンクラウン１８が仕上げ加工され、リング領域２１に環状溝が形成され、そしてピストンボス１４内にボスボア１５が形成される。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。