KR101449063B1

KR101449063B1 - 디젤엔진의 피스톤 및 제조방법

Info

Publication number: KR101449063B1
Application number: KR1020090110294A
Authority: KR
Inventors: 손상철; 송진호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2014-10-13
Also published as: KR20110053666A

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 피스톤 및 제조방법에 관한 것으로, 오일갤러리(21)를 형성하는 랜드부(24)의 내벽면과 그루브(25)의 일측면에 각각 부드러운 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26) 및 그루브돌기(27)가 일체로 돌출 형성됨으로써, 상기 오일갤러리(21)를 흐르는 오일의 유동성이 좋아지게 되므로 피스톤(20)의 냉각성능이 향상되고, 상기 랜드부돌기(26)와 그루브돌기(27)에 의해 오일갤러리(21)의 전체 체적이 감소하게 됨으로써 용량이 작은 오일펌프를 사용하여도 우수한 냉각성능을 발휘할 수 있게 되며, 더 나아가 용량이 작은 오일펌프의 사용으로 인해 비용 절감 및 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

내연기관, 피스톤, 오일갤러리, 쿨링갤러리

Description

디젤엔진의 피스톤 및 제조방법{Manufacturing method of piston and piston of diesel engine}

본 발명은 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 함과 더불어 오일펌프의 용량 축소를 통해 연비 향상에 도움을 줄 수 있도록 하는 디젤엔진의 피스톤 및 제조방법에 관한 기술이다.

일반적으로, 불꽃점화 방식의 가솔린 엔진에 비하여 압축착화 방식을 사용하는 디젤엔진의 피스톤은 보다 강력한 폭발 압력에 노출되기 때문에 상기 가솔린 엔진의 피스톤보다 더 큰 내구강도를 필요로 한다.

이에 따라, 단조 가공된 스틸(stel)재질의 피스톤을 사용하게 되는데, 상기 단조 스틸 피스톤은 크게 일체형 피스톤과 분리형 피스톤이 있다.

상기 일체형 피스톤은 스틸 소재를 피스톤의 형상에 맞추어서 간략하게 단조 가공한 다음 연소실과 오일갤러리 등을 세부적으로 추가 가공하여 제작한 것이고, 상기 분리형 피스톤(10)은 도 1과 같이 오일갤러리(11)의 대략 중간 지점을 기준으로 상부바디(12)와 하부바디(13)로 나누어서 각각 단조 가공한 다음 상기 상부바디(12)와 상기 하부바디(13)를 마찰 용접으로 서로 결합시켜서 제작한 것이다.

그런데, 상기와 같이 상부바디(12)와 하부바디(13)를 마찰 용접으로 서로 결합시켜서 제작한 종래의 피스톤(10)은 오일갤러리(11)를 형성하는 랜드부(14)의 내벽면과 그루브(15)에 각각 날카로운 형상의 스크랩(16,17)이 발생하였으며, 상기 스크랩(16,17)에 의해 피스톤(10)의 냉각성능이 감소되고, 또한 용량이 큰 오일펌프를 사용함에 따라 차량의 연비가 나빠지는 문제점이 있었다.

즉, 상부바디(12)와 하부바디(13)를 마찰 용접으로 서로 결합시킬 때에는 상기 상부바디(12)와 상기 하부바디(13)에 일정한 압력을 가하게 되는데, 이러한 압력에 의해 서로 결합을 이루는 랜드부(14)와 그루브(15)에는 스크랩(16,17)이 각각 발생하게 된다.

특히, 상기 스크랩(16,17)은 오일갤러리(11)의 공간을 침해하는 구조를 갖게 되는데, 상기 오일갤러리(11)내에 위치한 상기 스크랩(16,17)은 제거가 불가능하기 때문에 고온의 냉각오일이 상기 스크랩(16,17)에 계속해서 융착되어 탄화물을 생성하게 된다.

이와 같이, 오일갤러리(11)의 공간속에 생성된 탄화물은 오일의 유동에 방해가되는 요인으로 오일 흐름을 둔화시키게 되고, 이에 따라 피스톤(10)은 냉각성능이 점차 감소하게 된다.

또한, 감소된 냉각성능을 보상하기 위해 용량이 큰 오일펌프를 사용하는 경유도 있으나, 이럴 경우 비용이 상승하는 문제가 뒤따르고 더 나아가 차량의 연비가 나빠지는 문제가 발생하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 상부바디와 하부바디를 마찰 용접으로 서로 결합시킬 때에 오일갤러리를 형성하는 랜드부의 내벽면과 그루브에 날카로운 형상의 스크랩 대신에 부드러운 곡면형상의 돌기부가 형성되도록 함으로써, 상기 오일갤러리를 따라 이동하는 오일의 흐름에 도움을 줄 수 있도록 함으로써 전체적인 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 하고, 아울러 오일펌프의 용량 축소를 가능하게 함으로써 차량의 연비 향상에 도움을 줄 수 있도록 하는 디젤엔진의 피스톤 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 디젤엔진의 피스톤은, 오일갤러리를 형성하는 랜드부의 내벽면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 랜드부돌기와; 상기 오일갤러리를 형성하는 그루브의 일측면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 그루브돌기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 디젤엔진의 피스톤 제조방법은, 스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 상부오일갤러리를 형성하는 상부랜드부와 상부그루브를 구비하도록 상부바디를 제작하는 단계와; 스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 하부오일갤러리를 형성하는 하부랜드부와 하부그루브를 구비하도록 하부바디를 제작하는 단계와; 상기 상부바디와 상기 하부바디를 마찰 용접으로 결합해서 오일갤러리 및 상기 오일갤러리를 형성하는 랜드부와 그루브가 갖추어지도록 함과 동시에 상기 랜드부의 내 벽면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 랜드부돌기 및 상기 그루브의 일측면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 그루브돌기가 일체로 구비된 완제품의 피스톤을 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 피스톤은, 오일갤러리를 형성하는 랜드부의 내벽면과 그루브의 일측면에 각각 부드러운 라운드 단면 형상의 랜드부돌기 및 그루브돌기가 일체로 돌출 형성됨으로써, 상기 오일갤러리를 흐르는 오일의 유동성이 좋아지게 되므로 피스톤의 냉각성능이 향상되고, 상기 랜드부돌기와 그루브돌기에 의해 오일갤러리의 전체 체적이 감소하게 됨으로써 용량이 작은 오일펌프를 사용하여도 우수한 냉각성능을 발휘할 수 있게 되며, 더 나아가 용량이 작은 오일펌프의 사용으로 인해 비용 절감 및 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 분리형 단조 스틸 피스톤이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 단조 스틸 피스톤 제조방법이 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤 제조방법이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 디젤엔진 피스톤(20)은 도 2와 같이 오일갤러리(21)의 대략 중간 지점을 기준으로 상부바디(22)와 하부바디(23)로 나누어서 각각 단조 가공한 다음 상기 상부바디(22)와 상기 하부바디(23)를 마찰 용접으로 서로 결합시켜서 제작한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 피스톤(20)은 각각 단조 가공된 상부바디(22)와 하부바디(23)의 마찰 용접 결합에 의해 오일의 이동통로에 해당하는 오일갤러리(21), 압축링과 오일링이 끼워지는 랜드부(24) 및 그루부(25)를 포함한 구성을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 랜드부(24)의 내벽면에는 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26)가 상기 오일갤러리(21)의 내측을 향하여 일체로 돌출 형성되고, 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 그루브(25)의 일측면에는 라운드 단면 형상의 그루브돌기(27)가 상기 오일갤러리(21)의 내측을 향하여 일체로 돌출 형성된다.

그리고, 상기 랜드부돌기(26)와 상기 그루브돌기(27)는 상기 오일갤러리(21)의 원주방향을 따라 링 형상으로 돌출 형성된 구조를 가지며, 특히 상기 랜드부돌기(26)는 상기 랜드부(24)의 길이방향을 따라 대략 중간지점에 위치하도록 형성된 구조이다.

도 3에는 상기 피스톤(20)의 제조방법에 대한 도면이 도시되어 있은 바, 먼저 스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 상부오일갤러리(22a)를 형성하는 상부랜드부(22b)와 상부그루브(22c)를 구비하도록 상부바디(22)를 제작한다.

특히, 상기 상부바디(22)를 제작할 때에는 상기 상부랜드부(22b) 및 상기 상부그루브(22c)의 길이방향을 따라 각각 상부랜드부돌기(22d)와 상부그루브돌기(22e)도 함께 제작한다.

그리고, 또 다른 스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 하부오일갤러리(23a)를 형성하는 하부랜드부(23b)와 하부그루브(23c)를 구비하도록 하부바디(23)를 제작한다.

상부바디(22)와 하부바디(23)가 제작 완료되고 나면, 상기 상부바디(22)와 상기 하부바디(23)를 마찰 용접으로 결합한다.

이때, 상부바디(22)의 상부오일갤러리(22a)와 상부랜드부(22b) 및 상부그루브(22c)는 하부바디(23)의 하부오일갤러리(23a)와 하부랜드부(23b) 및 하부그루브(23c)와 각각 일치하도록 결합한다.

또한, 상부바디(22)와 하부바디(23)의 마찰 용접 결합시 상기 상부바디(22)에 구비된 상부랜드부돌기(22d)와 상부그루브돌기(22e)는 상기 하부바디(23)의 하부랜드부(23b) 및 하부그루브(23c)와 각각 일체로 결합되면서 형상이 변형된다.

즉, 상부바디(22)와 하부바디(23)의 마찰 용접 결합에 의해 제작 완료된 피스톤(20)은 상부오일갤러리(22a)와 하부오일갤러리(23a)의 결합에 의해 오일갤러리(21)가 형성되고, 상부랜드부(22b)와 하부랜드부(23b)의 결합에 의해 랜드부(24)가 형성되며, 상부그루브(22c)와 하부그루브(23c)의 결합에 의해 그루브(25)가 형성된다.

또한, 상부랜드부돌기(22d)와 하부랜드부(23b)의 결합에 의해 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 랜드부(24)의 내벽면에 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26)가 일체로 형성되고, 상부그루브돌기(22e)와 하부그루브(23c)의 결합에 의해 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 그루브(25)의 일측면에 라운드 단면 형상의 그루브돌기(27)가 일체로 돌출 형성된다.

한편, 도 4에는 상기 피스톤(20)의 다른 제조방법에 대한 도면이 도시되어 있은 바, 상부오일갤러리(22a)와 상부랜드부(22b) 및 상부그루브(22c)를 구비하도록 상부바디(22)를 제작하고, 하부오일갤러리(23a)와 하부랜드부(23b) 및 하부그루브(23c)를 구비하도록 하부바디(23)를 제작한다.

특히, 상기 하부바디(23)를 제작할 때에는 상기 하부랜드부(23b) 및 상기 하부그루브(23c)의 길이방향을 따라 각각 하부랜드부돌기(23d)와 하부그루브돌기(23e)도 함께 제작한다.

그리고, 제작 완료된 상부바디(22)와 하부바디(23)를 마찰 용접으로 결합할 때에 하부랜드부돌기(23d)와 하부그루브돌기(23e)가 상기 상부바디(22)의 상부랜드부(22b) 및 상부그루브(22c)와 각각 일체로 결합되도록 한다.

그러면, 상부바디(22)와 하부바디(23)의 마찰 용접 결합에 의해 제작 완료된 피스톤(20)에는 도 3을 참조로 전술한 바와 같이 오일갤러리(21)와 랜드부(24) 및 그루브(25)가 형성되고, 또한 하부랜드부돌기(23d)와 상부랜드부(22b)의 결합에 의해 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 랜드부(24)의 내벽면에 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26)가 일체로 형성되며, 하부그루브돌기(23e)와 상부그루브(22c)의 결합에 의해 상기 오일갤러리(21)를 형성하는 상기 그루브(25)의 일측면에 라운드 단면 형상의 그루브돌기(27)가 일체로 돌출 형성된 구조를 갖게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 피스톤(20)은 오일갤러리(21)를 형성하는 랜드부(24)의 내벽면과 그루브(25)의 일측면에 각각 부드러운 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26) 및 그루브돌기(27)가 일체로 돌출 형성된 구조를 갖게 됨으로써, 상기 피스톤(20)의 냉각성능 향상에 큰 도움을 줄 수 있게 되고, 또한 오일펌프이 용량 축소가 가능해짐으로써 차량의 연비 향상에도 큰 도움을 줄 수 있게 된다.

즉, 오일갤러리(21)의 내측으로 돌출 형성된 부드러운 라운드 단면 형상의 랜드부돌기(26) 및 그루브돌기(27)에는 고온의 냉각오일이 융착되지 못하므로 종래와 스크랩(16,17)과 같이 탄화물이 생성되지 않게 된다.

이 결과, 오일갤러리(21)를 흐르는 오일의 유동성이 좋아지게 되므로 피스톤(20)은 냉각성능이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 랜드부돌기(26)와 그루브돌기(27)에 의해 오일갤러리(21)의 전체 체적이 감소하게 되므로, 용량이 작은 오일펌프를 사용하여도 우수한 냉각성능을 발휘할 수 있게 되고, 용량이 작은 오일펌프의 사용으로 인해 비용 절감 및 더 나아가 차량의 연비 향상에 큰 도움이 있게 된다.

도 1은 종래의 분리형 단조 스틸 피스톤을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 분리형 단조 스틸 피스톤의 도면,

도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 분리형 단조 스틸 피스톤 제조방법을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤 제조방법 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 - 피스톤 21 - 오일캘러리

22 - 상부바디 23 - 하부바디

24 - 랜드부 25 - 그루브

26 - 랜드부돌기 27 - 그루브돌기

Claims

오일갤러리를 형성하는 랜드부의 내벽면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 랜드부돌기와;

상기 오일갤러리를 형성하는 그루브의 일측면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 그루브돌기;

를 포함하는 디젤엔진의 피스톤.
청구항 1에 있어서, 상기 랜드부돌기와 상기 그루브돌기는 상기 오일갤러리의 원주방향을 따라 링 형상으로 돌출 형성된 것;

을 특징으로 하는 디젤엔진의 피스톤.
청구항 1에 있어서, 상기 랜드부돌기는 상기 랜드부의 길이방향을 따라 중간지점에 위치하도록 형성된 것;

을 특징으로 하는 디젤엔진의 피스톤.
스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 상부오일갤러리를 형성하는 상부랜드부와 상부그루브를 구비하도록 상부바디를 제작하는 단계와;

스틸 재질의 소재를 단조 가공하여 하부오일갤러리를 형성하는 하부랜드부와 하부그루브를 구비하도록 하부바디를 제작하는 단계와;

상기 상부바디와 상기 하부바디를 마찰 용접으로 결합해서 오일갤러리 및 상기 오일갤러리를 형성하는 랜드부와 그루브가 갖추어지도록 함과 동시에 상기 랜드부의 내벽면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 랜드부돌기 및 상기 그루브의 일측면으로부터 상기 오일갤러리의 내측으로 일체로 돌출 형성된 라운드 단면 형상의 그루브돌기가 일체로 구비된 완제품의 피스톤을 제작하는 단계;

를 포함하는 디젤엔진의 피스톤 제조방법.
청구항 4에 있어서, 상기 랜드부돌기와 상기 그루브돌기는 상기 완제품의 피스톤에서 상기 오일갤러리의 원주방향을 따라 링 형상으로 돌출되게 제작된 것;

을 특징으로 하는 디젤엔진의 피스톤 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 상부바디를 제작할 때에 상기 상부랜드부 및 상기 상부그루브의 길이방향을 따라 각각 상부랜드부돌기와 상부그루브돌기가 일체로 제작되고;

상기 상부바디와 상기 하부바디가 마찰 용접으로 결합되어 상기 완제품의 피스톤으로 제작될 때에 상기 상부랜드부돌기와 상기 상부그루브돌기는 상기 하부랜드부 및 상기 하부그루브와 각각 일체로 결합되면서 라운드형상 단면을 갖는 상기 랜드부돌기와 상기 그루브돌기로 제작되는 것;

을 특징으로 하는 디젤엔진의 피스톤 제조방법.
청구항 5에 있어서, 상기 하부바디를 제작할 때에 상기 하부랜드부 및 상기 하부그루브의 길이방향을 따라 각각 하부랜드부돌기와 하부그루브돌기가 일체로 제작되고;

상기 상부바디와 상기 하부바디가 마찰 용접으로 결합되어 상기 완제품의 피스톤으로 제작될 때에 상기 하부랜드부돌기와 상기 하부그루브돌기는 상기 상부랜드부 및 상기 상부그루브와 각각 일체로 결합되면서 라운드형상 단면을 갖는 상기 랜드부돌기와 상기 그루브돌기로 제작되는 것;

을 특징으로 하는 디젤엔진의 피스톤 제조방법.