KR100827492B1 - 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법과 그 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법과 그 구조에 관한 것으로, 그 목적은 피스톤 크라운의 냉각을 위한 외부갤러리와 내부갤러리와의 연결시 튜브를 이용함으로써 외부 갤러리 내에서 윤활유의 액면을 일정하게/자유롭게 유지시킬 뿐만 아니라 냉각 통로가 스커트와의 접촉면에 가공하지 않음으로 해서 접촉 내구성 문제도 줄일 수 있는 피스톤 냉각방법 및 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 크라운과 스커트에 냉각통로를 형성하여 내부 갤러리와 외부 갤러리간에 윤활유가 흐르도록 하여 냉각하는 피스톤의 냉각방법에 있어서, 피스톤의 상부 크라운과 하부 스커트가 접하는 접합면 하부에 냉각통로를 형성하여 접촉압력을 감소시키고, 이 냉각통로를 관통하는 튜브를 삽입하여 외부갤러리의 상부쪽으로 돌출시켜 돌출된 튜브의 높이 만큼 액면을 자유롭게 유지하여 크라운을 냉각토록 하는 방법을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법과 이러한 방법을 수행하는 구조를 제공하는 데 있다.

피스톤, 크라운, 스커트, 냉각, 윤활, 내부갤러리, 외부갤러리

Description

튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법과 그 구조{Improvement Method of Piston Cooling with Tube and structure thereof}

도 1은 본 발명에 따른 튜브를 사용한 피스톤 크라운의 냉각구조를 보인 부분 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 튜브를 사용한 피스톤 크라운의 냉각구조를 보인 평면도이고,

도 3은 종래의 냉각통로를 이용한 한 실시예에 따른 피스톤 크라운 냉각구조를 보인 단면도 및 평면도이고,

도 4는 종래의 냉각통로를 이용한 다른 실시예에 따른 크라운 냉각구조를 보인 단면도 및 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 크라운 (2) : 스커트

(3) : 접합면 (4) : 냉각통로

(5) : 튜브 (6) : 내부갤러리

(7) : 외부 갤러리 (51, 52) : 돌출부

본 발명은 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법과 그 구조에 관한 것으로, 자세하게는 중형 디젤엔진용 분리형 피스톤(2 parts piston)의 피스톤 크라운의 새로운 냉각 방법 및 구조에 대한 것이다.

중형 디젤엔진용 피스톤 크라운은 연소실 내부의 연소시 발생하는 폭발압력과 고온의 연소가스에 의한 열부하를 크게 받는 부품이다. 운전 중 충분한 냉각을 하지 못하면 피스톤 갤러리 내부의 냉각 오일이 버닝(burning) 하면서 피스톤에 손상을 입히고 엔진이 운전됨에 따라 피스톤 내구성에 문제가 생겨 엔진 전체에 손상을 입힐 수 있다.

피스톤 구조 중 상부에 위치한 크라운과 그 하부에 위치하는 스커트로 이루어진 피스톤은, 크라운을 냉각하기 위해 윤활유(lubrication oil, lubricant)를 사용하고 윤활유의 흐름이 피스톤의 외부 갤러리(outer gallery)에서 내부 갤러리(inner gallery)로 흐르도록 구성된다.

외부 갤러리에서 내부 갤러리로 흐르는 윤활유의 통로를 냉각 통로(cooling passage)라고 하고 이 냉각 통로가 어디에 위치하느냐에 따라 피스톤의 냉각이 결정되며, 또한 크라운과 스커트의 접촉면의 접촉 내구성도 결정된다.

외부 갤러리의 냉각을 위해서는 윤활유의 액면을 일정 이상으로 유지하기 위 해 냉각 통로를 되도록 크라운 상부에 가깝게 위치시키며, 냉각 통로로의 흐름을 원활히 하기 위해 냉각 통로의 전체 단면적도 크게 한다.

이와 같은 종래의 피스톤 크라운 냉각방법을 보인 것으로 도 3 및 도 4가 있는데, 도 3은 종래의 냉각통로를 이용한 한 실시예에 따른 피스톤 크라운 냉각구조를 보인 단면도 및 평면도이고, 도 4는 종래의 냉각통로를 이용한 다른 실시예에 따른 크라운 냉각구조를 보인 단면도 및 평면도이다.

도시된 바와 같이 종래에는 냉각 성능을 향상시키기 위해 외부 갤러리 내부의 윤활유 액면을 높게 유지하는 방법으로 냉각 통로를 크라운과 스커트 접촉면에 위치시키거나(도 3 참조) 냉각 통로의 개수를 2개에서 4개로 늘리는 방법을 주로 사용하였다.(도 4 참조)

하지만 냉각 통로를 크라운 상부에 가까이 가져가면 온도 구배가 커져 열응력이 크게 발생할 수 있으며 가공 측면에서 가공 툴(tool)이 접근되지 않아 가공하는데 제약이 있다는 문제점과,

또한 스커트와의 접촉면에 냉각 통로의 개수를 늘리면 전체 접촉면적이 감소함에 따라 접촉압력이 상승하고 결국 접촉 내구성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 피스톤 크라운의 냉각을 위한 외부갤러리와 내부갤러리와의 연결시 튜브를 이용함으로써 외부 갤러리 내에서 윤활유의 액면을 일정하게/자유롭게 유지시킬 뿐만 아니라 냉각 통로가 스커트와의 접촉면에 가공하지 않음으로 해서 접촉 내구성 문제도 줄일 수 있는 피스톤 냉각방법 및 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부갤러리와 내부갤러리와의 연결시 튜브의 방향을 외부 갤러리 상부로 향하게 하여 분사(injection)에 의한 추가적인 냉각 성능을 향상토록 한 피스톤 냉각방법 및 구조를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 크라운과 스커트에 냉각통로를 형성하여 내부 갤러리와 외부 갤러리간에 윤활유가 흐르도록 하여 냉각하는 피스톤의 냉각방법에 있어서,

피스톤의 상부 크라운과 하부 스커트가 접하는 접하면 하부에 냉각통로를 형성하여 접촉압력을 감소시키고, 이 냉각통로를 관통하는 튜브를 삽입하여 외부갤러리의 상부쪽으로 돌출시켜 돌출된 튜브의 높이 만큼 액면을 자유롭게 유지하여 크라운을 냉각토록 하는 방법을 특징으로 한다.

상기 외부 갤러리로 돌출된 튜브는 수직 또는 경사를 가지도록 하여 피스톤이 상승할 때 튜브 안에 있던 윤활유가 외부 갤러리 상면으로 분사되도록 하여 냉각하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 내부 갤러리 쪽에 돌출된 튜브는 'ㄱ'자 형으로 절곡되도록 삽입하여 내부 갤러리 내부에 윤활유가 머무르는 시간을 길게 하여 내부 갤러리의 냉각 성능도 향상시킨 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 냉각 방법을 수행하는 본 발명의 피스톤 구조는 크라운과 스커트에 냉각통로를 형성하여 내부 갤러리와 외부 갤러리간에 윤활유가 흐르도록 하여 냉각하는 피스톤의 냉각구조에 있어서,

피스톤의 상부 크라운과 하부 스커트가 접하는 접합면 하부에 형성된 냉각통로와;

상기 냉각통로를 관통하여 외부갤러리의 상부쪽으로 돌출된 튜브 구조를 포함구성한 것을 특징으로 한다.

상기 외부 갤러리로 돌출된 튜브는 수직 또는 경사 돌출부를 가지도록 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 내부 갤러리 쪽에 돌출된 튜브는 'ㄱ'자 형으로 절곡된 돌출부를 형성한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 튜브를 사용한 피스톤 크라운의 냉각구조를 보인 부분 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 튜브를 사용한 피스톤 크라운의 냉각구조를 보인 평면도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이

크라운(1)과 스커트(2)가 접하는 접합면(3)의 하부에 냉각통로(4)가 위치토록 그 구조를 형성하고, 냉각통로에는 윤활유 이동을 위한 튜브(5)가 끼워맞춤 형식으로 삽입되어 윤활유를 공급하도록 구성된다. 이러한 구성으로 이루어진 튜브를 통해 내부갤러리(6)와 외부 갤러리(7) 간에 윤활유가 이동하면서 크라운(1)을 냉각하게 된다.

상기 돌출된 튜브는 외부갤러리 쪽에서 수직방향 뿐만 아니라 기울임도 가능하게 돌출부(51)를 가지도록 형성한다. 이에 따라 피스톤이 상승할 때 튜브 안에 있던 윤활유가 외부 갤러리 상면으로 분사됨으로써 추가적으로 냉각하게 된다.

또한 내부 갤러리 쪽에 돌출된 튜브는 'ㄱ'자 형으로 절곡된 돌출부(52)를 가지게 삽입 구성됨으로써 내부 갤러리 내부에 윤활유가 머무르는 시간을 길게 하여 내부 갤러리의 냉각 성능도 향상시킨 냉각방법이다.

상기와 같은 튜브를 가지는 냉각방법은 냉각통로의 개수도 접촉면에 가공하는 것이 아니기 때문에 개수의 제한이 덜한 냉각방법이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위 에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 외부 갤러리의 액면을 자유롭게 조절할 수 있는 튜브의 삽입과 삽입되는 튜브의 각도, 튜브의 개수를 자유롭게 할 수 있다는 장점과,

또한 튜브를 외부 갤러리뿐만 아니라 내부 갤러리에도 삽입이 가능하다는 장점과,

또한 가공 측면에서는 크라운에 냉각 통로를 가공할 경우 표면 가공정도 좋아야 하기 때문에 가공시간이 많이 소요되나, 크라운 쪽에 추가적인 냉각 통로 가공이 필요없다는 장점을 가져,

운전 중인 피스톤에 대하여 접촉 내구성 문제가 있는 경우 피스톤에 대한 설계 변경이 용이하고, 설계단계에서 1개의 피스톤 단면 형상에 대하여 튜브의 개수와 위치를 조절함으로써 여러 가지 운전조건에서 사용할 수 있다는 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 크라운과 스커트에 냉각통로를 형성하여 내부 갤러리와 외부 갤러리간에 윤활유가 흐르도록 하여 냉각하는 피스톤의 냉각방법에 있어서,

   피스톤의 상부 크라운과 하부 스커트가 접하는 접합면 하부에 냉각통로를 형성하여 접촉압력을 감소시키고, 이 냉각통로를 관통하는 튜브를 삽입하여 외부갤러리의 상부쪽으로 돌출시켜 돌출된 튜브의 높이 만큼 액면을 자유롭게 유지하여 크라운을 냉각토록 하는 방법을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 외부 갤러리로 돌출된 튜브는 수직 또는 경사를 가지도록 하여 피스톤이 상승할 때 튜브 안에 있던 윤활유가 외부 갤러리 상면으로 분사되도록 하여 냉각하는 방법을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 내부 갤러리 쪽에 돌출된 튜브는 'ㄱ'자 형으로 절곡되도록 삽입하여 내부 갤러리 내부에 윤활유가 머무르는 시간을 길게 하여 내부 갤러리의 냉각 성능도 향상시킨 방법을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 방법.
4. 크라운과 스커트에 냉각통로를 형성하여 내부 갤러리와 외부 갤러리간에 윤활유가 흐르도록 하여 냉각하는 피스톤의 냉각구조에 있어서,

   피스톤의 상부 크라운과 하부 스커트가 접하는 접합면 하부에 형성된 냉각통로와;

   상기 냉각통로를 관통하여 외부갤러리의 상부쪽으로 돌출된 튜브 구조를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 구조.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 외부 갤러리로 돌출된 튜브는 수직 또는 경사 돌출부를 가지도록 형성한 것을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 구조.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 내부 갤러리 쪽에 돌출된 튜브는 'ㄱ'자 형으로 절곡된 돌출부를 형성한 것을 특징으로 하는 튜브를 이용한 피스톤 냉각 구조.

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