具有开放式冷却通道的两件式活塞的制作方法

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的特征的、用于内燃机的活塞。

背景技术：

到目前为止，在具有开放式冷却通道的两件式活塞中通过局部材料节约来优化重量，但成本劣势上升。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于提供一种具有优化质量的活塞，借助该活塞避免了开头所述的缺点。

所述任务如下解决：下部件包括具有至少一个凹槽的面状接合区域，并且上部件具有一个面状接合区域以及从所述接合区域延伸到下部件中的环形凹槽，其中，在所述材料锁合连接之后，下部件的所述至少一个凹槽与环形凹槽的部分区域重叠。通过在上部件中的环形凹槽提供了在活塞运行时构成冷却通道的空间，该冷却通道在观察活塞冲程轴线时向下开放或可通过封闭元件封闭。通过以合适的方式(如铸造、锻造或类似方式)单独制造上部件，可实现对之后的冷却通道的期望的造型。当上部件通过锻造制造时，环形凹槽的加工也可在锻造时进行，但也可通过其它加工方式、如通过切削加工制成。因此，既可在锻造时也可在铸造上部件时实现具有或不具有侧凹的任意造型、如在环形延伸中相同或彼此不同的横截面。在制造或加工环形凹槽的同时，在下部件中实现与之相邻的接合区域(之后朝向活塞环区方向和之后朝向活塞冲程轴线的那些接合区域)。通过这些接合面(接合区域)上部件可以适合的方式与下部件连接。

也通过合适的方式、如通过锻造、铸造或这些方法的组合与上部件分开地制造下部件，包括之后将活塞元件设置到活塞基座上、如将活塞裙焊接到活塞基座上。在制造时或之后，为下部件设置至少一个凹槽，围绕所述至少一个凹槽也形成接合区域。由此无论是在上部件还是下部件中都可省却用于材料锁合连接的特殊造型。尤其是可在下部件和上部件上省却现有技术中已知的具有接合面的环岸。换言之，所制造的下部件和上部件都具有大面积的接合区域用于材料锁合连接，仅除了上部件中的环形凹槽和下部件中的所述至少一个凹槽之外。通过该大面积的接合区域，在将上部件与下部件材料锁合连接之后，成品活塞的整体稳定性提高。此外，不仅在对上部件的环形凹槽(如已经描述的)时造型，而且也在加工在下部件中的所述至少一个凹槽时都有非常高的灵活性，这也可通过切削加工(如铣削或类似方式)或锻造实现。尤其是当在上部件中的环形凹槽用作(开放或封闭的)冷却通道时，在下部件中的所述至少一个凹槽实现显著的材料节约。

在本发明的扩展方案中，在下部件中设置有多于两个凹槽、优选四个凹槽。所述至少两个凹槽也与上部件的环形凹槽重叠，使得通过在下部件中的多个凹槽能进一步节约材料并且降低成品活塞的重量。此外，通过所述至少两个或多于两个凹槽可将冷却介质喷入在上部件中的环形凹槽的冷却通道中。尤其是当在下部件中的所述至少两个凹槽在环形冷却通道的较大圆弧区段上延伸(并且因此不构造为圆形凹槽)时，可喷入大体积的冷却介质，同时在安装用于冷却介质的喷嘴时补偿公差，因为给由喷嘴喷出的冷却油束提供了较大的冲击面。

在本发明的扩展方案中，在下部件和上部件之间插入一个封闭元件。这种一件式或多件式的封闭元件可与下部件和上部件分开制造并且在材料锁合地连接上部件与下部件时将其插入。在材料锁合连接的同时将封闭元件固定在下部件和/或上部件上。一件式或多件式的封闭元件通过覆盖环形凹槽在上部件中形成自身封闭的空间，从而在成品活塞后来的运行中该空间用作环形冷却通道。为了将冷却介质导入该空间中并且又可再次排出或循环，还需设置至少一个入口和一个出口。所述入口和出口可在适合的位置上根据成品活塞的几何形状被加工到下部件和/或上部件和/或封闭元件中。重要的是，喷嘴的冷却油束可经由所述至少一个入口被喷入在上部件中的环形冷却通道中、随后可在环形冷却通道内循环并且在此之后通过所述至少一个出口再次排出。

在本发明的扩展方案中，封闭元件具有至少一个开口、优选两个开口。所述至少一个开口用作入口和出口，使得冷却油束可经由下部件中的所述至少一个凹槽通过封闭元件中的所述至少一个开口喷入上部件的环形凹槽中。为了使冷却介质能够在上部件中的冷却通道内循环，有利的是，封闭元件具有两个开口，其中一个开口(如钻孔)用作入口并且另一开口(例如同样是钻孔)用作出口。在此，当然，封闭元件的这两个开口设置在下部件中的所述至少一个凹槽的区域中或下部件的不同凹槽中。

对于材料锁合连接优选考虑使用摩擦焊连接，因为在下部件和上部件上的相互面对的面状接合区域特别适合于此。在摩擦焊过程中产生的摩擦焊隆起可全部或部分或根本不去除。根本不去除它们取决于它们是否可接近(如果它们不可接近，则不能去除)或者它们是否妨碍活塞运行亦或例如冷却介质的流动。

附图说明

在下面对一种不具有封闭元件的活塞的实施例和一种具有封闭元件的活塞的实施例进行描述并且参考附图进行详细说明。

具体实施方式

图1示出活塞的下部件1，该下部件在其上侧具有大面积的接合区域2。接合区域2仅设有至少一个凹槽3、在此总共四个位于一个圆形轨道上的凹槽3。接合区域2从下部件1的外径一直朝向中心区域方向延伸并且可一直朝向下部件1的中心轴线(活塞冲程轴线)方向面状地构造。在根据图1的实施例中，与下部件1的中心轴线同心地构造有一个突起，该突起可已通过下部件1的制造实现并且之后可构成成品活塞的燃烧室凹腔的一部分、尤其是其圆顶形突起。此外，下部件具有本身已知的活塞元件、如销孔、销毂、支承裙壁区段和类似物。应指出，下部件1的设计——尤其是在图1的左图中所看到的——仅仅是示例性的并且也可具有其它设计(如连续的圆柱形支承裙部)。

图2以不同视图示出与根据图1的下部件1相对应的上部件4。如在左上图中所见，上部件4围绕中心轴线(在此仍然是活塞冲程轴线)具有凹口，该凹口对应于根据图1的上部件1的突起，从而可在之后通过进一步加工由该凹口形成活塞的燃烧室凹腔。在根据图2的实施例中设有该凹口，但其并非必须存在。此外，上部件4在其下侧(图2的右上图和下图)具有一个环形凹槽5。该环形凹槽5可已通过上部件4的制造被加工出(例如在铸造或锻造方法或类似方法中)，但也可在实际制造上部件4之后在事后加工出(例如通过铣削过程或类似过程)。

适用于加工出下部件1的所述至少一个凹槽3以及上部件4的环形凹槽5的方法例如有锻造、切削方法、腐蚀和类似方法。在此重要的是，在加工环形凹槽5时具有很大的自由度，从而由此可调整并且优化设计成品活塞的之后的冷却通道的期望的内部轮廓。在下部件1中加工所述至少一个凹槽3时无论是在加工这些凹槽时还是在对它们造型时都具有很大的自由度，从而由此既能实现功能(冷却油束在凹槽5方向上穿过)也可节约材料同时保持强度。

图3示出成品活塞6，在该成品活塞中上部件4与下部件1材料锁合地、优选通过摩擦焊连接不可分离地连接。在此可看出，下部件1的所述至少一个凹槽3与上部件4的环形凹槽5重叠。

图4以不同视图示出相同活塞6，在其中下部件1和上部件4材料锁合地、不可分离地连接在一起。在此可以看出，材料锁合通过摩擦焊连接实现并且在上部件4凹槽5朝向下部件1凹槽3方向的过渡区域中的摩擦焊隆起被保留、即未被去除。朝向内部区域方向、即朝向燃烧室凹腔方向以及朝向活塞6外侧方向、即朝向已经加工出的环区方向产生的摩擦焊隆起被去除。

图5和6示出活塞7的一种替代实施例，在其中使用前面附图中已经显示和详细描述的部件1、4。唯一的区别在于封闭元件8与所述部件1、4分开制造。封闭元件8、在此优选显示为一件式元件(也可设想多件式实施方式)在材料锁合连接之前被插入两个部件1、4之间(参见图5的右下图)。之后将两个部件1、4材料锁合地、再次优选通过摩擦焊连接不可分离地彼此连接。一件式或多件式的封闭元件8的贴靠几何形状这样匹配于下部件1和/或上部件4的贴靠几何结构，使得在下部件1与上部件4材料锁合连接时封闭元件8根本不会仅材料锁合连接在一个部件1或4上或连接在两个部件1、4上。有利的是，这样设计贴靠几何形状(如在凹槽3和/或环形凹槽5边缘区域中的凸肩)，使得在将下部件1与上部件4摩擦焊连接时封闭元件8至少被夹住、但优选同时被摩擦焊连接。

如图5(尤其是左图)所示，在上部件4中的环形凹槽5完全通过封闭元件8封闭，封闭元件8在其制造时或之后被设置有至少一个开口9、优选两个开口9，所述开口优选通过钻孔制出，如图6左图所示。由此实现至少一个入口和至少一个出口10(图6的右图)，从而冷却油束可经由所述至少一个入口被喷入基本上封闭的冷却通道(通过封闭元件8封闭环形凹槽5)中。随后通过另一个开口10可将在冷却通道中循环的介质排出。这种变型方案是特别有利的，因为在封闭元件8中的开口9可与实际活塞的制造分开进行，从而在将封闭元件8插入两个部件1、4之间后无需进一步的切削加工来制造入口和出口10。由此有效避免了在冷却介质回路中包含在切削加工中产生的颗粒。尽管如此，可设想另一种替代方案，即，将完全连续的封闭元件——如图5中右上图所示——插入两个部件1、4之间并且将它们材料锁合地彼此连接并且在此之后才加工所述至少一个开口以实现所述至少一个入口或所述至少一个出口10。

关于根据图1至4的活塞6的设计同样也适用于根据图5和6的活塞7的设计。

根据本发明提出一种内燃机的活塞，该活塞包括下部件和具有活塞顶和冷却通道的上部件，所述活塞具有通过调整的锻造轮廓和接合平面产生的材料凹槽。

材料凹槽通过调整的锻造轮廓和接合平面定位。由此实现局部材料节约。通过在活塞设计时考虑接合平面，实现了显著的材料节约并且因此减小了活塞质量。锻造轮廓在节约材料方面的优化也使得活塞的质量显著减小。

此外，根据本发明规定，冷却通道具有封闭元件。

根据本发明的活塞例如可构造为钢制活塞。

附图标记列表

1 活塞

2 下部件

3 上部件

4 封闭元件

5 环形凹槽

6 活塞

7 活塞

8 封闭元件

9 开口

10 出口