KR101755997B1 - 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 내부에 위치하는 오일 갤러리를 상하로 분할하는 분리 플레이트를 포함하여 피스톤 상부 오일 갤러리 챔버의 냉각 성능을 개선하고, 오일 갤러리를 상하로 분할하는 분리 플레이트의 유입홀 및 배출홀의 구성을 통해서 오일 갤러리 내부로 유입되고 배출되는 오일의 유동을 용이하도록 구성되며, 상하로 분리된 오일 갤러리 챔버를 통해서 오일 갤러리 내부에 잔류하는 오일의 량을 최소화하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공하는 데 있다.

Description

오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤{piston for improved cooling ability of the oil gallery}

본 발명은 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는, 오일이 통과되는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하는 오일 갤러리가 환형으로 피스톤 내부에 형성되어, 오일 분사 노즐에서 분사되는 오일이 오일 인렛 파이프를 통해 최상부 오일 갤러리로 유입되도록 안내하여 피스톤의 냉각 성능을 향상시키는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤에 관한 발명이다.

피스톤은 실린더 내를 왕복운동 하면서 팽창행정에서 고온고압의 가스압력을 받아 이것을 커넥팅로드를 거쳐서 크랭크 축에 회전력을 주는 기구로서, 피스톤 헤드는 2000℃ 이상의 고온의 연소가스에 노출되고, 140~160kg/cm의 압력을 단시간에 받을 뿐만 아니라 실린더 내를 고속으로 운동하므로 실린더 벽과의 사이에 강한 마찰이 생긴다.

더욱이, 피스톤은 실린더 내의 왕복운동 및 고온고압가스에 의해 고온에 노출되는바, 열팽창을 방지하여 피스톤의 파손 방지가 요구된다.

따라서, 피스톤의 상기와 같은 열팽창 및 파손의 방지를 위하여 피스톤 내부에 냉각을 위한 오일 갤러리를 고안하였는바, 종래 기술로서 특허공개공보 제2004-0005001호(2004.01.16; 이하 문헌1)에서는 오일 분사 노즐을 통해 오일이 분출되고, 분출된 오일의 일부가 오일 갤러리로 유입된 후, 오일 갤러리 내부를 순환하여 피스톤의 몸체 및 링 캐리어를 냉각하는 기술을 개시하고 있다.

도 1은 문헌 1에 오일 갤러리를 포함하는 피스톤(10)을 개시하고 있는바, 오일 갤러리(11)는 피스톤(10) 몸체 내부에 위치하고, 피스톤 링(12)이 끼워지는 링 캐리어(13)의 내측에 형성된다. 엔진의 운전시 실린더 블록 등에 설치되는 오일 분사 노즐을 통해 오일이 분사되고 이렇게 분사된 오일의 일부가 오일 갤러리로 유입된 후 피스톤 내부로 순환되어 냉각을 수행하는바, 피스톤의 몸체 및 링 캐리어를 냉각하는 기술을 개시하고 있다.

다만, 단일 환형 오일 갤러리를 포함하는 문헌 1의 구성을 포함하는 피스톤의 경우, 오일 갤러리 상하부의 냉각 성능이 상이한 문제점이 존재한다.

더욱이, 피스톤 오일 갤러리 내부 기존 오일 잔류로 인한 미배출 화이트 베이퍼 문제가 발생하여 냉각 성능이 저하되고, 피스톤 오일 갤러리 상부연소실 부분이 고온 영역으로 더 많은 냉각 유량 필요하나 내부 잔류 오일에 따라 냉각이 필요한 부분에 대한 냉각 효율 낮아지는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 피스톤 내부에 위치하는 오일 갤러리를 상하로 분할하는 분리 플레이트를 포함하여 피스톤 상부의 냉각 성능을 개선하는 기술을 제공한다.

또한, 본 발명은 오일 갤러리를 상하챔버로 분할하는 분리 플레이트의 유입홀 및 배출홀의 구성을 통해서 오일 갤러리 내부로 유입 배출되는 오일의 유동을 용이하도록 제공하는 기술이다.

더욱이, 상하로 분리된 오일 갤러리를 구성하는바, 각각의 챔버 내에 잔류하는 오일 유량을 축소하여 오일 갤러리 내부에 잔류하는 총 오일 유량을 최소화할 수 있는 피스톤을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤은 다음과 같은 구성을 포함한다.

피스톤 내부에 환형으로 형성되는 오일 갤러리, 상기 오일 갤러리로 오일이 유입되도록 구성되는 오일 인렛 파이프, 상기 오일 갤러리의 내부에 위치하고, 상기 오일 갤러리를 상하부 오일 갤러리 챔버로 분할되도록 형성되는 적어도 하나 이상의 분리 플레이트;를 포함하고, 상기 분리 플레이트는 상기 오일 인렛 파이프와 유체 연결되어 분할된 상기 최상부 오일 갤러리 챔버로 오일이 유입되도록 구성되는 유입홀 및 상기 상부 오일 갤러리 챔버로 유입된 오일이 하부 오일 갤러리 챔버를 통해 피스톤 외부로 배출되도록 구성되는 배출홀;을 포함하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공한다.

또한, 적어도 3개 이상의 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공한다.

또한, 상기 유입홀 및 배출홀은 각각 동일한 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공한다.

또한, 피스톤은 상부 피스톤과 하부 피스톤으로 형성되는바, 상기 상부 피스톤과 하부 피스톤은 마찰용접 또는 나사 연결부에 의해 상기 피스톤 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공한다.

또한, 상기 분리 플레이트는 상기 상부 피스톤에 용접되어 구성되는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤을 제공한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 오일 갤러리 내부의 오일 윤활 성능을 향상하여 오일 갤러리 상하 챔버간의 냉각률의 차이를 최소화하고, 상부 챔버의 냉각을 용이하게 수행하여 피스톤 전 영역의 냉각 효율을 증대하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 오일 갤러리에 잔류하는 오일량을 최소화하여 화이트 베이퍼 현상을 방지하는 효과가 있다.

더욱이, 오일 갤러리 내부에 다수의 유입홀 및 배출홀을 구성하는 분리 플레이트를 구성하는바, 오일의 유입 및 배출이 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래기술로서 환형 오일 갤러리를 포함하는 피스톤의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 종래기술로서 환형 오일 갤러리를 포함하는 피스톤의 열 해석도를 도시하고 있습니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 상하부 챔버로 분리된 환형 오일 갤러리를 포함하는 피스톤의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 분리 플레이트의 정면도를 도시하고 있다

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 오일 갤러리(23) 냉각 성능 개선 피스톤(20)의 단면도를 도시하고 있다.

본 발명의 피스톤(20)은 도시된 바와 같이, 환형 오일 갤러리(23)를 포함하여 구성되며, 환형 갤러리는 피스톤의 링이 끼워지기 위한 다수의 링 홈부와 대응되는 높이를 갖도록 구성된다. 상기 오일 갤러리(23)의 일측 하부는 오일이 분사되어 오일 갤러리(23) 내부로 오일이 유입되도록 개방된 형상을 취하고 있는바, 오일 인렛 파이프(26)가 연결되어 오일 분사 노즐을 통해 오일이 오일 갤러리(23) 내부로 유입되도록 형성된다. 더 바람직하게, 상기 오일 인렛 파이프(26)를 통해 상부 오일 갤러리 챔버(24)내로 상기 오일이 유입되도록 구성된다.

오일 인렛 파이프(26)의 경우, 오일 분사 노즐에 의해 오일 갤러리(23)로 유입되는 오일을 유체연결하는 구성으로서, 오일 인렛 파이프(26) 내부에는 오일에 강한 모멘텀을 부여하기 위한 구조물을 포함할 수 있다. 즉, 오일 인렛 파이프(26) 내벽에 일정한 패턴을 포함할 수 있는바, 오일 인렛 파이프(26)를 통해 유입되는 오일에 회전력을 인가하여 오일 갤러리(23)로 유입되는 오일을 통한 냉각 효율을 증대할 수 있다.

이렇게 유입된 오일은 오일 갤러리(23)를 순환하여 피스톤(20)을 냉각한 다음에 다시 크랭크 케이스 측으로 귀환하기 위한 오일 출구(도시되지 않음)가 형성된다.

더욱이, 오일 갤러리(23) 상하부를 분리하도록 구성되는 분리 플레이트(27)를 형성하는바, 환형 오일 갤러리(23)의 적어도 두 개 이상의 챔버(24, 25)를 형성하도록 구성된다. 이렇게 구성되는 오일 갤러리(23) 분리 플레이트(27)는 최상부로 오일이 유입될 수 있도록 오일 인렛 파이프(26)와 유체 연결되는 구성을 포함하고, 분리된 오일 갤러리(23)의 각 상부 오일 갤러리 챔버(24)를 순환하고 하부 오일 갤러리 챔버(25)로 유입될 수 있도록 구성되는 적어도 하나 이상의 배출홀(31)을 포함하여 구성된다. 더 바람직하게, 본 발명의 배출홀(31)의 경우, 3개로 구성될 수 있는바, 유입홀(30) 및 3개의 배출홀(31)은 서로 동일한 거리만큼 이격되어 위치할 수 있도록 구성된다.

상기와 같이, 다수의 배출홀(31)을 포함하는 본 발명의 분리 플레이트(27)의 경우, 오일 갤러리(23)로 유입된 오일이 용이하게 배출될 수 있도록 구성되는바, 오일 갤러리(23) 내부에 잔류하는 오일의 양을 최소화할 수 있도록 구성된다.

피스톤(20)의 경우, 상부 피스톤(21)을 하부 피스톤(22)과 용접을 통해 접합하도록 구성될 수 있다. 예를 들면 마찰 접합식으로 상부 피스톤(21)과 하부 피스톤(22)을 조립하거나 재료 접합식으로 용접하여 액냉식 더블-파트 피스톤을 구성될 수 있다. 하부 피스톤(22)과 상부 피스톤(21)이 마찰 접합식 연결부 또는 나사 연결부에 의해 또는 재료 접합식 연결부, 바람직하게는 용접 연결부에 의해 서로 견고하게 결합된다.

분리 플레이트(27)의 경우, 상부 피스톤(21)에 일체로 구성되어 형성될 수 있고, 더 바람직하게, 상부 피스톤(21)과 하부 피스톤(22)이 접합 되기 이전에 상부 피스톤(21)의 접합면 또는 상부 피스톤(21) 내부에 고정될 수 있으며, 분리 플레이트(27)는 상부 피스톤(21)과 하부 피스톤(22)이 서로 접하는 면상에 위치하는 구성이다. 상기 분리 플레이트(27)의 위치는 제작 공정에서 상부 피스톤(21)내에서 변경될 수 있다.

또한, 분리 플레이트(27)가 상부 피스톤(21)과 결합되기 위해 마찰 접합식 또는 재료 접합식 또는 용접 연결부를 통해 고정될 수 있다. 더 바람직하게, 모노스틸 상부 피스톤(21)에 오일 갤러리(23) 분리 플레이트(27)가 용접 연결을 통해서 부착되고, 이렇게 구성되는 상부 피스톤(21)이 하부 피스톤(22)과 마찰 용접을 통해서 접합되도록 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 분리 플레이의 정면도를 도시하고 있다.

분리 플레이트(27)의 경우, 오일 갤러리(23)의 상하부를 분리하여 두 개의 상부 오일 갤러리 챔버(24)와 하부 오일 갤러리 챔버(25)를 포함하는 오일 갤러리(23)를 제공하는바, 분리 플레이트(27)는 피스톤 링들이 결합되는 링 홈부가 위치하는 높이에 구성된다. 이렇게 구성되는 분리 플레이트(27)의 경우, 유입홀(30)을 통해 피스톤(20)의 상면으로 최초 엔진 오일을 유입시켜 피스톤(20) 헤드부를 먼저 냉각시키도록 형성된다. 또한 본 발명의 분리 플레이트(27)는 다수의 배출홀(31)을 포함하도록 구성되는바, 등간격으로 형성되는 유입홀(30) 및 배출홀(31)을 구성하여 오일 갤러리(23) 내부에 잔류하는 엔진 오일의 배출을 원활하게 제공하도록 구성된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 피스톤(20)의 냉각 구조의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동 되면 엔진의 습동부 및 마찰부를 냉각시키거나 윤활시키기 위한 오일이 펌핑된다. 오일 펌프로부터 펑핑된 오일은 각 장치로 이송되고, 피스톤(20)을 냉각하기 위한 일부의 오일이 오일 분사 노즐을 통해 피스톤(20)의 하부로 분사된다.

오일 분사 노즐로부터 분사되는 오일은 오일 인렛 파이프(26)를 통해 오일 갤러리(23)의 내부로 안내돼 피스톤(20)의 내부를 냉각한다. 더욱이 상기 오일 인렛 파이프(26)는 분리 플레이트(27)의 유입홀(30)과 유체 연결되는바 오일 갤러리(23)의 최상층 오일 갤러리 챔버(24)를 선 순환하고, 분리 플레이트(27)의 배출홀(31)에 따라 하부 오일 갤러리 챔버(25)를 순차적으로 냉각하고 피스톤(20) 외측으로 배출된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 피스톤
11: 오일 갤러리
12: 피스톤 링
13: 링 캐리어
14: 오일 입구
15: 오일 출구
20: 피스톤
21: 상부 피스톤
22: 하부 피스톤
23: 오일 갤러리
24: 상부 오일 갤러리 챔버
25: 하부 오일 갤러리 챔버
26: 오일 인렛 파이프
27: 분리 플레이트
30: 유입홀
31: 배출홀

Claims (5)

1. 피스톤 내부에 환형으로 형성되는 오일 갤러리;
   상기 오일 갤러리로 오일이 유입되도록 구성되는 오일 인렛 파이프;
   상기 오일 갤러리의 내부에 위치하고, 상기 오일 갤러리를 상하부 오일 갤러리 챔버로 분할되도록 형성되는 적어도 하나 이상의 분리 플레이트;를 포함하고,
   상기 분리 플레이트에 위치하고 상기 오일 인렛 파이프와 유체 연결되어 분할된 상기 상부 오일 갤러리 챔버로 오일이 선행하여 유입되도록 구성되는 유입홀; 및
   상기 상부 오일 갤러리 챔버로 유입된 오일이 상기 분리 플레이트에 의해 분할되는 하부 오일 갤러리 챔버를 냉각한 뒤 피스톤 외부로 배출되도록 구성되는 배출홀;을 포함하는바,
   상기 상부 오일 갤러리 챔버와 하부 오일 갤러리 챔버를 순차적으로 냉각하도록 구성되는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤.
   
2. 제 1항에 있어서,
   적어도 3개 이상의 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 유입홀 및 배출홀은 각각 동일한 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤.
   
4. 제 1항에 있어서,
   피스톤은 상부 피스톤과 하부 피스톤으로 형성되는바, 상기 상부 피스톤과 하부 피스톤은 마찰용접 또는 나사 연결부에 의해 상기 피스톤 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 분리 플레이트는 상기 상부 피스톤에 용접되어 구성되는 것을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 성능 개선 피스톤.
   

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