专利名称：内燃机用活塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机用活塞，其包括活塞下部件和设置在活塞下部件上的活塞 上部件，该活塞上部件具有以其周长环绕的活塞顶岸和以其周长环绕的活塞环区。
背景技术：
根据DE 103 40 292A1已知的活塞由一个基本上圆柱体形式的基体构成，该基体 在活塞顶的径向外部区域中具有环形件，其与基体构成冷却通道。环形件容纳有用于密封 环的环形支撑件。
发明内容
根据在现代内燃机上对活塞的多种要求而力求新型的制造方法，通过这样的制造 方法而获得具有多变结构的尽可能成本低廉的活塞，这些结构能够尽可能良好地匹配于发 动机运行中的各种需求。该目的通过具有权利要求1所述的特征的活塞以及具有权利要求14所述的特征 的方法来实现。根据本发明提出，至少活塞上部件由烧结材料制成。根据本发明的方法，其 特征在于，至少活塞上部件通过压制和烧结来制造，活塞下部件通过压制和烧结或铸造或 成型来制造，并且活塞下部件和活塞上部件借助于焊接材料相互连接。在根据本发明的活塞中也不排除活塞上部件和活塞下部件之间仅采用螺纹连接。 至少活塞上部件的设计方案可以作为烧结的构件来设计，根据本发明的结构和属性，例如 重量、结构高度、冷却等，基本不同于现有的活塞。尤其是粉末状的烧结材料可以利用可任 意选择的成分，其将压制出成型件并烧结成活塞上部件或多个活塞上部件和多个活塞下部 件。通过这种方式，以特别简单的形式，例如从铁氧体到奥氏体的状态及其混合物(双重 的)实现最外部的多样的结合结构。此外，根据本发明的方法十分经济实用。有利的改进方案由从属权利要求给出。在优选的实施例中，活塞下部件由锻造或铸造的材料，尤其是钢材制成。而活塞上 部件优选由一种烧结材料制成。这种材料表现出特别高的耐热性，这尤其有利于使用在柴 油发动机中。活塞上部件的烧结材料和有可能是烧结的活塞下部件为了提高其导热性能可 以渗入一种金属材料。由此将改善活塞的热传导并降低构件的温度。特别有利的改进方案提出，活塞下部件和活塞上部件借助于焊接材料相互连接。 在此，焊接材料通过毛细作用不仅渗入到活塞下部件和活塞上部件之间的间隔区域中，也 渗入到至少被烧结的活塞上部件的气孔中。为此而制造出活塞下部件和活塞上部件之间特 别坚固且高机械负载的连接。例如，铜、铜合金、镍、镍合金都适合作为焊接材料。为优化活 塞下部件和活塞上部件之间的连接优选设有内部和外部的、相互一致的接合面，其中焊接 材料有利地设置在接合面区域中。以特别有利的方式，在个别情况下使用的烧结材料可以渗入有焊接材料。在此，烧 结材料的烧结以及活塞下部件和活塞上部件的接合可以在一个制造步骤中进行。尤其是一方面在烧结材料气孔及另一方面在活塞下部件和活塞上部件之间的间隔区域的不同毛细 作用中可以针对性地使用一种金属材料来渗入烧结材料，该金属材料的熔点要低于焊接材 料的熔点，以确保烧结材料可靠及完全的渗入。烧结材料的渗入和活塞上部件及活塞下部 件的接合随后在加热时在不同的温度等级中实现。活塞顶能够以已知的方式设有根据发动机结构任意设计的活塞顶凹坑。这种活塞 顶凹坑可以根据个别情况的需要或仅有活塞上部件构成，或由活塞上部件及活塞下部件构 成。为改善冷却效果，活塞上部件和活塞下部件闭合成外部环绕的冷却通道。额外地 可以设有内部的冷却区和内部的环形冷却通道。然后，来自于活塞，特别是来自于活塞顶区 域的热传导在冷却通道或多个冷却通道的方向上实现。
接下来，根据附图来详细描述本发明的实施例。在示意性示出，非比例尺示出的附 图中，图1以截面图示出了根据本发明活塞的第一实施例，图2以截面图示出了根据本发明活塞的另一实施例。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的活塞10的第一实施例。活塞10具有活塞下部件11，其 在实施例中由锻造或铸造的金属材料制成。例如像AFP钢的锻钢(如38MnVS6)或调质钢 (如42CrMo4)都是合适的。活塞10还具有活塞上部件12，其由一种烧结材料，尤其是一种 烧结的钢材制成。例如，铁和碳的合金或铁、碳和钼的合金都是合适的。通过这些合金尤其 可以实现铁氧体的接合结构。碳含量优选为0. 4-0. 8%，钼含量优选为0. 0-2. 0%，尤其是 0. 8-1. 6%。活塞下部件11具有活塞裙20及活塞顶14的中央或内部区域13，该活塞顶以已知 的方式设有活塞顶凹坑15。在活塞顶14下方设有销座16，其具有用于穿过活塞销(未示 出)的销孔17。活塞上部件12具有环绕的、基本上圆柱形的环形件24，其以已知的方式在其外表 面上设有活塞顶岸25和活塞环区26，该活塞环区带有多个用于容纳活塞环(未示出)的环 形凹槽。环形件24的下自由端形成外接合面27，其支撑在活塞下部件11的彼此一致的接 合面28上。环形件24还具有径向向内延伸的、环绕的边缘29，其形成活塞顶14的外部、环形 的区域。边缘2的下自由端形成内部的接合面31，其支撑在活塞下部件11的彼此一致的接 合面32上。活塞下部件11和活塞上部件12借助于焊接材料相互连接，该焊接材料沿着接合 面27、28或31、32设置。例如铜或铜合金或镍或镍合金都是合适的。焊接材料的熔点要低 于活塞下部件11的材料的熔点，并且也低于活塞上部件12的材料的熔点。焊接材料的熔 点同时要高于在活塞10上出现的最大工作温度。环形件24及活塞上部件12的环绕的边缘29或 置在活塞下部件11中的环绕的凹槽33构成外部环绕的冷却通道34。图2示出了根据本发明的活塞110的另一实施例。活塞110具有活塞下部件111， 其在实施例中由与图1中活塞10的活塞下部件11相同的材料制成。活塞110还具有活塞 上部件112，其在实施例中也由与图1中活塞10的活塞上部件12相同的材料制成。活塞下 部件111也还具有活塞裙120及带有销孔117的销座116。活塞上部件112具有活塞顶114，其以已知的方式设有活塞顶凹坑115。活塞顶凹 坑115在该实施例中单独在活塞上部件112中形成。活塞顶114由环绕的、基本上圆柱形 的环形件124限定。环形件124以已知的方式在其外表面上设有活塞顶岸125和活塞环区 126，该活塞环区带有多个用于容纳活塞环(未示出)的环形凹槽。环形件124的下自由端 形成外接合面127，其支撑在活塞下部件111的彼此一致的接合面128上。活塞上部件112在活塞顶凹坑115的下方具有两个另外的接合面。其中设有内部 环绕的接合面131，其制成在活塞下部件111的彼此一致的内部环绕的接合面132上。还设 有中央的接合面135，其支撑在活塞下部件111的彼此一致的接合面136上。活塞下部件111和活塞上部件112借助于焊接材料相互连接，其沿着接合面127、 128或131、132以及135、136设置。例如铜或铜合金或镍或镍合金都是合适的。焊接材料 的熔点要低于活塞下部件111的材料的熔点，并且也低于活塞上部件112的材料的熔点。焊 接材料的熔点同时要高于在活塞110上出现的最大工作温度。在活塞上部件112中设置在环形件124和活塞顶凹坑115之间的环绕的凹槽133a 或设置在活塞下部件111中彼此一致的环绕的凹槽133b构成了外部环绕的冷却通道134。 在内部环绕的接合面131、132和中央的接合面135、136之间还形成有内部环绕的冷却通 道137。如果放弃接合面135、136，则替换内部环绕的冷却通道而形成中央的冷却区(未示 出)。为安装根据本发明的活塞10、110，活塞下部件11、111和活塞上部件12、112借助 于焊接材料以已知的方式相互连接。为此，焊接材料与接合面形成接触，并且连同活塞下 部件11、111和活塞上部件12、112加热至焊接材料的熔点。在此，焊接材料基于毛细作用 不仅进入到接合面之间的间隔区域中，也进入到活塞上部件12、112的烧结材料或活塞10、 110的两个部分的烧结材料的气孔中。在此有利的是，至少活塞上部件12、112的烧结和活 塞下部件11、111和活塞上部件12、112的相互连接都在一个且同时的制造步骤，例如同时 的熔炉过程中实现。在此，已知的用于较低强度的粉末状材料的压制方法要前置预设组合 的烧结-及接合处理，该压制方法随之产生活塞上部件12、112或活塞10、110的两个构件。 由此而提供了用于根据本发明的活塞10、110的特别成本低廉的制造方法。在冷却之后，在活塞下部件11、111和活塞上部件12、112之间实现了一种坚固、高 机械负载的连接。
权利要求
一种内燃机用活塞(10、110)，所述活塞包括活塞下部件(11、111)和设置在所述活塞下部件(11、111)上的活塞上部件(12、112)，所述活塞上部件具有以其周长环绕的活塞顶岸(25、125)和以其周长环绕的活塞环区(12、112)，其特征在于，至少所述活塞上部件(12、112)由烧结材料制成。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)由锻造或铸造 的材料制成。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)由锻造或铸造 的钢材制成，所述活塞上部件(12、112)由烧结的钢材制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述烧结材料渗入一种金属 材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)和 所述活塞上部件(12、112)借助于焊接材料相互连接。
6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，铜或铜合金或镍或镍合金都适合作为所 述焊接材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)和 所述活塞上部件(12,112)设有内部和外部的、相互一致的接合面(27,28 ；127,128 ；31,32 ； 131,132 ；135,136)。
8.根据权利要求7所述的活塞，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)和所述活塞上 部件(12,112)借助于设置在所述接合面(27,28 ；127,128 ；31,32 ；131,132 ；135,136)区域 中的所述焊接材料相互连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有活塞顶凹坑 (15,115)。
10.根据权利要求9所述的活塞，其特征在于，活塞顶凹坑(15)不仅由活塞下部件 (11)，也由活塞上部件(12)构成。
11.根据权利要求9所述的活塞，其特征在于，活塞顶凹坑(115)在活塞上部件(112) 中形成。
12.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件(11、111) 和所述活塞下部件(12、112)闭合成外部环绕的冷却通道(35、135)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的活塞，其特征在于，所述活塞上部件(111)和所 述活塞下部件(112)闭合成内部的冷却区或内部环绕的冷却通道(137)。
14.一种用于制造内燃机用活塞(10、110)的方法，所述活塞包括活塞下部件(11、111) 和设置在活塞下部件(11、111)上的活塞上部件(12、112)，所述活塞上部件具有以其周长 环绕的活塞顶岸(25、125)和以其周长环绕的活塞环区(26、126)，其特征在于，至少所述活 塞上部件(12、112)通过压制和烧结来制造，所述活塞下部件(11、111)通过压制和烧结或 铸造或成型来制造，并且所述活塞下部件(11、111)和所述活塞上部件(12、112)借助于焊 接材料相互连接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)由锻造或铸 造的钢材制成，所述活塞上部件(12、112)由烧结的钢材制成。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述活塞下部件(11、111)和所述活塞上部件(12、112)借助于焊接材料相互连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，铜或铜合金或镍或镍合金都作为所述 焊接材料使用。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述烧结材料渗入有一 种金属材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述烧结材料渗入有焊接材料。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述烧结材料渗入有金属材料，所述金 属材料的熔点低于所述焊接材料的熔点。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述活塞下部件(11、 111)和所述活塞上部件(12、112)的烧结和相互连接在同一制造步骤中进行。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机用活塞(10、110)，其包括活塞下部件(11、111)和设置在活塞下部件(11、111)上的活塞上部件(12、112)，所述活塞上部件具有以其周长环绕的活塞顶岸(25、125)和以其周长环绕的活塞环区(12、112)，根据本发明提出，至少活塞上部件(12、112)由烧结材料制成。本发明还涉及一种用于制造这种活塞的方法。
文档编号F02F3/00GK101903633SQ200880122152
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月10日 优先权日2007年12月20日
发明者安德烈亚斯·泽格-万尼, 彼得·格拉尔, 约阿希姆·舒尔茨, 维尔弗里德·桑德尔 申请人:马勒国际公司