KR101484332B1 - 내연 기관용 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 핀의 고정을 위한 각각 하나의 허브 구멍(18)을 갖는 피스톤 허브(17)를 구비한 피스톤 스커트(16) 및 피스톤 헤드(11)를 포함하는 내연 기관용 피스톤(10)에 관한 것으로서, 피스톤 허브(17)는 사다리꼴 형태의 지지부를 포함하며, 그에서 피스톤 허브(17)의 내측면(19)은 피스톤 중심축(M)에 대해 예각(α)을 갖는다. 본 발명에서는 각각의 허브 구멍(18)이 성형 구멍으로서 형성되고, 이 성형 구멍이 그 내부 영역에서 확장되는 확장부를 포함하며, 이 확장부는 계단 형태로 진행하고, 허브 구멍(18)의 내측 단부(18'')의 방향에서 패시트(facet)(120, 220)의 형성 하에서 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 확장되며, 패시트(120, 220)는 피스톤 중심축(M)에 대해 예각(α, β)을 갖는다.

Description

내연 기관용 피스톤{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 피스톤 핀의 고정을 위한 각각 하나의 허브 구멍을 갖는 통합된 피스톤 허브를 구비한 피스톤 스커트 및 피스톤 헤드를 포함하는 내연 기관용 피스톤에 관한 것으로서, 피스톤 허브는 사다리꼴 또는 계단 형태의 지지부를 포함하며, 그에서 피스톤 허브의 내측면은 피스톤 중심축에 대해 예각을 형성한다.

독일 특허 DE 44 31 990 A1에는 고부하 내연 기관용 경금속 피스톤이 공개되어 있다. 이 특허에서는 점화 압력으로 인한 높은 피스톤 부하 시 특히 피스톤 핀의 휨으로 인한 허브 균열을 방지하기 위하여 피스톤 핀 허브가 소위 성형 구멍으로서 형성된다. 이러한 목적에서 피스톤 핀과 허브 구멍 사이에서의 마찰 및 압력 부하를 현저하게 감소시키기 위하여 허브 구멍이 그 단부의 구역에서 확장되게 형성된다.

사다리꼴 연결부(매끄러운 내측면 뿐만 아니라 계단 형태의 내측면을 갖는)를 구비한 피스톤에서는 이러한 확장부가 문제를 야기할 수 있는데, 그 이유는 허브 구멍의 하단 영역에서 확장부가 너무 작게 형성되고 그리고/또는 허브 구멍의 상단 영역에서는 너무 크게 형성되어 너무 거친 계단을 갖기 때문이다. 이는 매우 강한 부하에서 그리고 피스톤이 심하게 휘는 경우에 피스톤 핀과 허브 구멍 사이에서 너무 큰 점 형태의 부하를 발생시킬 수 있고 이로써 확장부에도 불구하고 허브 균열이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 피스톤의 높은 부하에서도 피스톤 핀 뿐 아니라 허브 구멍에서 손상이 발생하지 않도록 하는 사다리꼴 연결부를 구비한 피스톤을 형성하는 것이다.

본 발명에 따른 아이디어는 피스톤 허브의 내측면에 대해 평행하게 진행하는 패시트(facet)와 부채꼴로 진행하는 패시트를 통해 달성된다. 그 형태는 개별 상황의 요구에 따라 결정된다. 이로써 허브 구멍의 확장부는 그 하단 영역, 즉 최저점에서 뿐 아니라 그 상단 영역, 즉 최고점에서도 각 요구에 상응하게 개별적으로 설계될 수 있다.

삭제

하기에서는 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 근거로 상세히 설명된다. 도면은 개략도이며 현척이 아니다.

도 1은 종래 기술에 따른 피스톤의 부분 정면 단면도로서, 좌측 반쪽은 종래 기술의 제1 변형(A) 및 우측 반쪽은 제2 변형(B)을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 피스톤의 실시예에 대한 부분 단면 정면도를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤의 다른 실시예에 대한 부분 단면 정면도를 나타낸다.

도 4는 도 3에 따른 패시트의 형성 및 배치에 대한 확대도를 나타낸다.

이 목적을 달성하기 위해 청구항 1항의 특징을 포함하는 피스톤이 제공된다. 본 발명에서는 각각의 허브 구멍이 성형 구멍으로서 형성되고 이 성형 구멍이 그 내부 영역에서 확장되는 확장부를 포함하며, 이 확장부는 계단 형태로 진행하고 허브 구멍의 내측 단부의 방향으로 패시트(facet)의 형성 하에 허브 구멍의 외측면에서 확장되며, 패시트는 피스톤 중심축에 대해 예각을 갖는다.

본 발명에 따른 아이디어는 허브 구멍의 확장을 가져오는 패시트가 예를 들어 독일 특허 DE 44 31 990 A1에서 피스톤 중심축에 대해 평행하게 진행하지 않는 것에서 출발한다. 패시트는 피스톤 중심축에 대해 예각으로, 즉 어느 정도 "경사지게" 또는 "구배를 가지면서" 진행한다.

피스톤 허브 구멍이 이러한 유형으로 본 발명에 따라 형성되는 것은, 가동 중 부하 조건에서 휘어지는 피스톤 핀이 허브 구멍의 하부 영역, 즉 최저점(nadir)에서 뿐 아니라 허브 구멍의 상부 영역, 즉 최고점(zenith)에서도 허브 구멍의 외측면에서 (패시트의 폭에 상응하는) 표면 영역으로 롤링되는 이점을 갖는다. 각각의 패시트는 허브 구멍의 외측면에 압력점을 형성하며, 가동 중에 휘어지는 피스톤 핀이 허브 구멍의 외측면에서 압력점에 지지된다. 이 경우 개별 압력점이 균일하게 분포되게 상하로 이어지지만, 종래 방식에서는 압력점이 허브 구멍의 최저점에서 밀집되게 나란히 존재하고, 최악의 경우 허브 구멍의 내측 모서리에 존재하는 반면에, 최고점에서는 성형 구멍에서 너무 큰 계단이 발생한다. 본 발명에 따른 형태는 허브 구멍의 상부 영역에서 뿐 아니라 하부 구역에서도 최적의 형상이 나타나는 것을 가능하게 한다. 그 결과로서 이로 인해 허브 구멍 및 허브 연결부에서 발생하는 부하력이 균일하게 분포되며 이는 예를 들어 허브 균열을 현저하게 억제한다. 이로써 관성력 하에서 부하를 견디는 능력이 현저하게 개선된다.

바람직한 개선된 형태는 종속항에 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따른 피스톤(10)을 나타낸다. 실시예에서 일체형 피스톤(10)은 피스톤 크라운(12), 둘레로 진행하는 헤드 랜드(13) 및 도시하지 않은 피스톤 링을 위한 링 그루브(15)를 구비한 둘레로 진행하는 링 지대(14)를 갖는 피스톤 헤드(11)를 포함한다. 피스톤 헤드(11)의 아래에는 (도시되지 않은) 피스톤 핀의 고정을 위한 허브 구멍(18)을 갖는 피스톤 허브(17) 및 피스톤 스커트(16)가 제공된다. 피스톤 허브(17)의 내측면(19)은 예각(α)으로 피스톤 중심축(M)과 만나고 이로써 (도시되지 않은) 커넥팅 로드를 위한 사다리꼴 지지부를 형성한다. 허브 구멍(18)은 성형 구멍으로서 형성되며, 이 성형 구멍은 실시예에서 허브 구멍(18)의 내측 단부(18'')의 방향으로, 즉 피스톤 중심축(M)의 방향으로 계단 형태로 확장되어 있고 더욱 상세하게는 패시트(20)의 형성하에 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 확장되어 있다. 패시트(20)는 피스톤 중심축(M)에 대해 평행하게 진행한다. 피스톤(10)은 임의의 금속 재료 또는 스틸 또는 경금속 합금 재질로 이루어진다. 도 1의 좌측 반쪽에는, 피스톤 허브(17)의 상단 부분에는 패시트(20)가 존재하지만, 피스톤 허브(17)의 하단 부분에는 패시트가 존재하지 않는 변형(A)이 도시되어 있다. 도 1의 우측 반쪽에는, 피스톤 허브(17)의 하단 부분에는 패시트(20)가 존재하며 피스톤 허브(17)의 상단 부분에는 외측면(18')에 확대된 계단이 존재하는 변형(B)이 도시되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 피스톤(100)의 제1 실시예를 나타내며, 도 1에 따른 유사한 피스톤(10)의 동일한 부분은 동일한 부호로 표시되어 있다. 피스톤(100)은 피스톤(10)과 원칙적으로 동일한 구조를 가지며 따라서 단지 부분적으로만 도시되어 있다. 유사한 종류의 피스톤(10)과 본 발명에 따른 피스톤(100) 사이의 주요 차이점은, 성형 구멍으로서 형성된 허브 구멍(18)을 계단 형태로 확장시키기 위하여 허브 구멍(18)의 외측면(18')을 따라서 패시트(120)가 형성되어 있고, 이 패시트는 피스톤 허브(17)의 내측면(19)에 대해 평행하게 진행하고 이로써 상호 간에도 평행하게 진행하며 피스톤 중심축(M)에 대해 예각(α)을 갖는다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤(200)의 제2 실시예를 나타내며, 이 피스톤은 이미 전술된 도 2에 따른 피스톤(100)과 같은 원리의 구조를 갖는다. 성형 구멍으로서 형성된 허브 구멍(18)을 계단 형태로 확장시키기 위하여 허브 구멍(18)의 외측면(18')을 따라 부채꼴 형태로 진행하는 패시트(220)가 형성되어 있으며, 즉 허브 구멍(18)의 최저점에서 패시트(220)의 상호 간격은 허브 구멍(18)의 최고점에서의 그것보다 작다. 이로써 각각의 패시트(220)도 피스톤 중심축(M)에 대해 예각을 갖는다. 각도값은 각각의 패시트(220)에 대해 서로 다르다. 따라서 도 3에는 하나의 각도(β)가 예시적으로 도시되어 있다.

도 4는 도 3에 따른 허브 구멍(18)의 부분 확대도를 나타낸다. 도 4에서는, 개별 패시트(220)가 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 압력점(221)을 형성하며, 가동 중에 휘어지는 피스톤 핀이 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 압력점에 지지되는 것을 뚜렷하게 알 수 있다. 개별 압력점(221)은 거의 균일한 간격으로, 즉 균일하게 분포되게 상하로 이어진다. 이는, 가동 중 부하 조건에서 휘어지는 피스톤 핀이 허브 구멍(18)의 최저점에서 뿐 아니라 최고점에서도 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 (패시트의 폭에 상응하는) 표면 영역으로 롤링되는 것을 의미한다. 물론 이 고찰은 피스톤 허브(17)의 내측면(19)에 대해 평행하게 배치된 도 2의 패시트(120)에 대해서도 적용된다.

도 1에 따른 도시를 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명에 따른 실시 형태와 비교할 때, 피스톤 중심축(M)에 대해 평행한 패시트에서 허브 구멍의 최고점에 큰 계단이 형성되며 반면 최저점에는 피스톤 핀이 점의 형태로 지지되는 모서리가 형성된다. 전체적으로 최고점에서는 패시트가 허브 구멍(18)의 내부에서 너무 멀리 배치되고 최저점에서는 허브 구멍(18)의 내측 단부(18'')에 너무 인접하게 배치되어 있다. 이는 허브 구멍(18)이 가동 중에 휘어지는 허브 핀으로 인해 매우 불균일한 부하를 받게 되는 것을 의미한다. 그와 달리 본 발명에 따른 패시트(120, 220)의 배치 및 형태는 피스톤 중심축(M)에 대해 예각의 조건에서 패시트가 허브 구멍(18)에 걸쳐 균일한 분포를 갖는 것을 허용하며, 이러한 분포는 피스톤 설계 시 개별 요구에 맞게 매우 쉽게 조정될 수 있다. 이로써 가동 중에 발생하는 힘이 매우 균일하게 허브 구멍(18)에 걸쳐 그리고 이로써 피스톤 허브(17) 전체에 걸쳐 분포되며, 따라서 허브 구멍 및 피스톤 핀에서의 손상이 현저하게 억제된다.

삭제

본 발명은 내연 기관용 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (5)

1. 피스톤 핀의 고정을 위한 각각 하나의 허브 구멍(18)을 갖는 피스톤 허브(17)를 구비한 피스톤 스커트(16) 및 피스톤 헤드(11)를 포함하는 내연 기관용 피스톤(10)으로서, 피스톤 허브(17)는 사다리꼴 형태의 지지부를 포함하며, 피스톤 허브(17)의 내측면(19)은 피스톤 중심축(M)에 대해 예각(α)을 갖는, 피스톤에 있어서,

   각각의 허브 구멍(18)이 성형 구멍으로서 형성되고, 이 성형 구멍이 최소한 그 내부 영역에서 확장되는 확장부를 포함하며, 상기 확장부는 계단 형태로 진행하고, 허브 구멍(18)의 내측 단부(18'')의 방향으로 패시트(120, 220)의 형성 하에서 허브 구멍(18)의 외측면(18')에서 확장되며, 상기 패시트(120, 220)는 피스톤 중심축(M)에 대해 예각(α, β)을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤.
2. 제1항에 있어서, 상기 패시트(120)가 피스톤 허브(17)의 내측면(19)에 대해 평행하게 진행하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
3. 제1항에 있어서, 상기 패시트(220)가 부채꼴 형태로 진행하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
4. 삭제
5. 삭제

Images