KR101142238B1 - 내연기관용 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 피스톤(1)에 관한 것으로, 이 피스톤은 피스톤베이스 바디(4)와 이에 나사결합되는 환형부재(6)로 구성되며, 환형부재는 피스톤베이스바디(4)와 함께 핀보스(12, 12')의 방향으로 피스톤베이스바디(4)의 돌출부(15)에 의해 밀폐되는 환형의 냉각채널(14)을 형성한다. 돌출부(15)는 탄성으로 휘어지는 판스프링의 형태로 형성되는데, 이 판스프링은 환형부재(6)를 나사결합할 때 변형되어 나사결합부의 강도 향상에 기여한다.

Description

내연기관용 피스톤{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.

독일특허공개 DE 198 46 152 A1에는 핀보스(pin boss) 및 박스 형상의 피스톤스커트(piston skirt)를 구비한 피스톤베이스바디로 이루어지는 내연기관용 피스톤이 공지된다. 피스톤베이스바디의 피스톤헤드 영역에는 환형부재가 용접되며, 환형부재의 외측면에는 링벨트영역의 일부분이 형성되고, 환형부재의 상부는 탑랜드(top land)로 형성된다. 이 부재는 피스톤베이스바디의 피스톤헤드와 함께 환형의 냉각채널을 형성하는데, 이 냉각채널은 피스톤베이스바디에 일체로 형성된 원주벽에 의해 보스 측을 향해 폐쇄된다. 또한 환형부재는 그 양측 정면을 통해 각각 피스톤베이스바디와 용접되는데, 이로 인해 종래 기술로부터 공지된 피스톤의 제조에 상당한 시간과 작업량이 소요된다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 기초로 하여 냉각채널을 구비한 피스톤의 제조 공정을 간소화하고 신속화하여 제조 비용을 낮추는 데 있다.

본 발명의 목적은 독립항에 명시된 특징부를 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 기재된다. 이 경우 피스톤베이스바디와 환형부재 사이에 신속하고 용이하게 제작가능한 나사결합부가 형성되며, 이러한 나사결합부는 탄성적으로 형성된 돌출부를 환형부재와 접하도록 한 기계적 응력으로 인해 큰 강도를 갖는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명된다.

도 1은 90°만큼 오프셋(offset)되어 절개된 피스톤의 두개의 종단면을 나타내는 두 개의 반부로 구성된 내연기관용 피스톤의 단면도를 도시한다.

도 2는 도 1의 선 A-A를 따른 피스톤의 횡단면도이다,

도 3은 피스톤베이스바디와 나사결합된 환형부재의 하단면을 나타내는 도면이다.

도 1은 내연기관용 피스톤(1)을 단면도로 도시하는데, 이 단면도는 핀보어(pin bore)(3)의 종방향축(2)을 따라 피스톤(1)을 절개한 좌측 반부와 이에 대해 90°만큼 오프셋된 피스톤(1)의 종단면인 우측 반부로 구성되는 두개의 반부로 이루어진다. 피스톤(1)은 피스톤베이스바디(piston base body)(4)로 이루어지는데, 환형부재(ring element)(6)가 피스톤헤드 상에 나사산(5)을 통해 이 피스톤베이스바디와 결합되며, 환형부재는 피스톤(1)의 탑랜드(top land)(7)와 링벨트(ring belt)(8)를 형성한다. 피스톤베이스바디(4) 및 환형부재(6)는 강철로 제조된다.

피스톤베이스바디(4)는 일체형으로 형성되며 피스톤헤드(9)의 영역에서 컨버스쳔보울(combustion bowl)(10)을 구비한다. 핀보어(3, 3')를 각각 구비하는 두개의 핀보스(pin boss)(12, 12')가 핀보스서포트(11, 11')에 의해 각각 피스톤헤드(9)에 형성되며, 핀보스의 외측면(16)은 피스톤종방향축(17)의 방향으로 환형부재(6)에 대해 후방에 배치된다. 핀보스(12, 12')는 피스톤스커트부재(piston skirt element)(13, 13')를 통해 서로 결합된다. 피스톤스커트부재(13, 13’)와 환형부재(6)를 지지하는 피스톤(1) 상부영역 사이에 피스톤베이스바디(4)는 홈(recess)(18)을 구비하는데, 이 홈은 본 실시예에서 피스톤베이스바디(4)의 피스톤스커트부재(13, 13')의 영역 둘레에 부분적으로 배치된다. 환형부재(6)의 지지체로 피스톤베이스바디(4)가 사용될 수도 있는데, 이 경우에는 핀보스(12, 12')의 외측면(16)이 링벨트영역(8)에 대해 후방에 배치되지 않는다. 또한 홈(18)은 피스톤의 전체 둘레에 걸쳐 부분적으로는 피스톤스커트부재(13, 13')와 환형부재(6) 사이에, 부분적으로는 핀보스(12, 12')와 환형부재(6) 사이에 환상으로 배치된다.

피스톤베이스바디(4)는 피스톤헤드(9)의 영역에서 환형부재(6)와 함께 환형의 냉각채널(cooling channel)(14)을 형성하는데, 이 냉각채널은 부분적으로는 피스톤베이스바디(4)에, 그리고 부분적으로는 환형부재(6)에 가공형성된다. 핀보스(12)의 방향으로, 냉각채널(14)은 피스톤베이스바디(4)의 돌출부(15)에 의해 덮여지는데, 이 돌출부는 판스프링 형태로 형성되며 피스톤베이스바디(4)에서 시작하여 피스톤헤드(9) 방향으로 경사지게 배치된다. 도 1에서는 냉각채널(14)의 배출구(20)도 도시된다.

도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 피스톤(1)의 횡단면도를 도시하는데, 이 도면에서는 핀보스(12, 12')에 대면하는 피스톤헤드(9)의 측면이 하부로부터 보여진다. 도 2는 피스톤(1)의 냉각을 위해 구비된 냉각유체를 위한, 이 도면에서는 도시되지 않는 냉각채널(14)의 공급구(19) 및 배출구(20)를 도시한다. 피스톤스커트부재(13, 13') 및 피스톤스커트부재와 결합된 핀보스(12, 12')는 사선으로 표시된다. 또한 도 2에서는 아래에서 관찰할 때 핀보스(12, 12')의 후방에 배치된 외측면(16) 영역에서 볼 수 있는 돌출부(15)와 환형부재(6)의 하단면(21)이 도시된다.

피스톤(1)의 제조시에 나사산(5)을 통해 환형부재(6)를 일차 완성된 피스톤 베이스바디(4)에 결합하기 전에, 나사결합부의 기밀성을 개선하기 위한 목적으로 우선 나사산(5)에 세라믹 재질의 실링제를 도포한다. 이 때 환형부재(6)의 하단면(21)이 돌출부(15)의 표면(25)과 접촉하는데, 여기서 이 표면은 평탄하게, 즉 평판의 형태로 형성되지만 루프(roof) 또는 접시 형태로 형성되거나 또는 구형(ball)으로 형성될 수도 있다. 돌출부(15)는 얇은 벽체의 형태로 형성되어, 환형부재(6)를 나사결합할 때 환형부재에 의해 돌출부(15)에 압력이 가해지는 경우에 탄성변형이 이루어진다. 따라서 환형부재(6)의 나사결합 후에 돌출부(15)는 환형부재(6)에 기계적 응력을 가하게 되는데, 이 기계적 응력은 환형부재(6)와 피스톤베이스바디(4)의 저면측 영역 사이에서 나사결합부의 강도를 향상시키는 역할을 한다.

도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서 환형부재(6)의 하단면(21)에 홈(24)이 형성되는데, 이 홈은 그 내측에 반경방향으로 연장되는 면(22) 및 그 외측에 반경방향으로 연장되는 면에 연결되고 축방향으로 연장되는 면(23)을 갖는다. 이 경우에 축방향으로 연장되는 면(23)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 환형부재(6)를 피스톤(1)에 나사결합할 때 환형부재(6)의 하단면(21)의 반경방향으로 연장되는 면(22)이 돌출부(15)의 표면(25)과 최초로 접촉하는 경우에, 돌출부(15)의 축방향으로 향하는 외측 상단 경계면(26)과 홈(24)의 축방향으로 연장되는 면(23) 사이에서 반경방향 공차(27)가 발생하도록, 반경방향으로 환형부재(6)의 하단면(21)으로 방향전환되어 절삭가공된다. 이 경우에 반경방향 공차의 반경방향 간격은 0㎛ 내지 300㎛ 사이이다.

돌출부(15)의 탄성력은, 환형부재(6)를 계속 나사결합할 때 돌출부(15)의 외측 상단 경계면(26)이 홈(24)의 축방향으로 연장되는 면(23)에 접할 때까지 돌출부(15)의 상부영역이 화살표(28)의 방향으로 이동되도록 하는 기능을 한다. 이것은 나사결합부의 강도 및 상부 피스톤 영역의 강성을 향상시키는 데 기여한다.

- 도면부호의 설명 -

1 피스톤 2 핀보어의 종방향축

3 핀보어 4 피스톤베이스바디

5 나사산 6 환형부재

7 탑랜드 8 링벨트영역

9 피스톤헤드 10 컴버스쳔보울

11, 11' 핀보스서포트 12, 12' 핀보스

13, 13' 피스톤스커트부재 14 냉각채널

15 돌출부 16 외측면

17 피스톤종방향축 18 홈

19 공급구 20 배출구

21 환형부재(6)의 하단면 22 홈(24)의 반경방향으로 연장되는 면

23 홈(24)의 축방향으로 연장되는 면 24 홈

25 돌출부(15)의 표면 26 돌출부(15)의 외측 상단 경계면

27 반경방향 공차 28 화살표

본 발명은 내연기관용 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (2)

1. - 각각 1개의 핀보스지지대(11, 11')를 통해 피스톤헤드(9)와 결합되는 2개의 핀보스(12, 12')를 구비하며 상기 핀보스는 피스톤헤드(9)에 형성되는 2개의 피스톤스커트부재(13, 13')를 통해 서로 결합되는, 단조강 재질의 피스톤베이스바디(4) 및

   - 피스톤헤드(9)의 반경방향 외측에 위치하는 부분, 탑랜드(7), 링벨트영역(8)의 적어도 일부를 형성하고 피스톤베이스바디(4)와 함께 환형의 냉각채널(14)을 형성하는 환형부재(6)를 포함하며,

   핀보스(12, 12')의 외측면(16)은 피스톤종방향축(17)의 방향으로 환형부재(6)에 대해 후방에 배치되고, 피스톤스커트부재(13, 13')와 환형부재(6)를 지지하는 피스톤(1)의 상부영역 사이에 홈(18)이 형성되며, 이 홈에 의해 환형부재(6)와 함께 냉각채널(14)의 반경방향 외측 및 축방향 하단의 경계를 형성하는 돌출부(15)가 형성되는 내연기관용 피스톤에 있어서,

   - 환형부재(6)는 피스톤베이스바디(4)에 나사결합되며,

   - 돌출부(15)는, 환형부재(6)의 나사결합시에 변형가능한, 탄성적으로 플렉서블한 서포트링 또는 판스프링의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(1).
2. 제 1 항에 있어서,

   환형 부재(6)의, 핀보스(12, 12')로 향하는 하단면(21)은 그 내측에 반경방향으로 연장되는 면(22) 및 그 외측에 반경방향으로 연장되는 면에 연결되고 축방향으로 연장되는 면(23)을 구비하는 내측으로 향한 홈(24)을 구비하며, 피스톤헤드(9)로 향하는 돌출부(15)의 표면(25)과 외측 상단 경계면(26)은 환형부재(6)의 나사결합 후에 홈(24)의 면(22, 23)에 접하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(1).

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