KR20020051230A

KR20020051230A - 자동차 엔진용 피스톤

Info

Publication number: KR20020051230A
Application number: KR1020000080824A
Authority: KR
Inventors: 조동현
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-06-28

Abstract

본 발명은 자동차 엔진용 피스톤에 관한 것으로서, 링 그루브 및 랜드를 포함하는 피스톤 상부의 외주부를 형성하고 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부와, 나머지 부분인 피스톤 본체로 분리 구성함으로써, 엔진의 내구력 향상과 연소실의 단열효과로 인한 연비개선을 이루고, 동시에 냉각효과 향상 및 경량화를 이룰 수 있는 자동차 엔진용 피스톤을 제공하고자 한 것이다.

또한, 상기 링형 삽입부의 내주측과 이에 접하는 피스톤 본체의 접합부가 오일 갤러리를 함께 형성토록 함으로써, 오일 갤러리의 형상 및 위치를 용이하게 변경할 수 있고, 주조시 코어가 필요없게 되며, 오일 갤러리의 막힘을 용이하게 확인할 수 있게 된다.

또한, 링 팩(ring pack) 및 오일 갤러리의 개발에 유리하고, 금형의 수정이 필요없어 개발기간 및 비용이 절감될 수 있는 자동차 엔진용 피스톤을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차 엔진용 피스톤{Piston for automobile engine}

본 발명은 자동차 엔진용 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 링 그루브 및 랜드를 포함하는 피스톤 상부의 외주부를 이루며 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부와, 나머지 부분인 피스톤 본체로 분리 구성하고, 링형 삽입부의 내주측과 이에 접하는 피스톤 본체의 접합부가 오일 갤러리를 함께 형성토록 한 자동차 엔진용 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진용 피스톤은 실린더 내부에서 왕복하며 팽창행정에서 고온ㆍ고압의 가스압력을 받아 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축에 회전력을 전달하는 부품이다.

상기 피스톤은 고온의 연소가스에 피스톤 헤드가 노출되고 고압을 충격적으로 받으며 실린더 내부에서의 고속운동으로 큰 마찰이 생기는 등 악조건하에서 그 기능을 발휘해야 하므로 주로 알루미늄 합금이나 주철로 제작된다.

첨부한 도 3은 종래의 자동차 엔진용 피스톤을 나타내는 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 피스톤(100)의 주요 부분으로는 피스톤 헤드(110), 링 장착을 위한 피스톤 랜드(121) 및 피스톤 링 그루브(122), 피스톤 보스(130), 피스톤 스커트(140) 등이 있다.

피스톤(100)은 엔진 작동중 열팽창하므로 이 팽창을 감안하여 상온에서 실린더(미도시됨)와의 사이에 일정정도의 틈새를 주는 피스톤 클리어런스(clearance)가 고려되며, 연소가스에 노출되는 피스톤 헤드(110)의 직경은 열팽창을 감안하여 피스톤 스커트(140)의 직경에 비해 작게 설계된다.

상기 피스톤 헤드(110)는 피스톤(100)이 상사점에 도달되었을 때 실린더 헤드(미도시됨)의 내면과 연소실을 형성하게 되므로 실린더 헤드(110)의 형상에 따라그 형상이 달라지게 되고, 특히 디젤 엔진에서는 피스톤 헤드(110)에 연소실의 일부(112)가 형성되어 있다.

피스톤(100)의 상부 주위에는 3~4개의 피스톤 링(미도시됨)을 장치하여 기밀을 유지하고, 동시에 오일이 연소실로 들어가는 것을 방지하고 있다.

상기 링이 끼워지는 홈이 피스톤 링 그루브(122)이며, 상기 홈과 홈 사이는 피스톤 랜드(121)가 된다.

디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비하여 압축비가 높아 열효율이 높은 것으로 알려지고 있다.

따라서, 엔진의 출력을 올리게 되면 피스톤(100) 상부에 미치는 열부하가 커지게 되고 링 그루브(122)의 온도가 상승되므로 피스톤 냉각에 대한 특별한 고려가 요구되고 있는 바, 열부하 대책의 일환으로 도 3에 도시한 바와 같이 링 그루브(122) 내측으로 오일 갤러리(126)가 구비되고 있다.

가솔린 엔진인 경우 피스톤의 재질은 경량화를 위해 전술한 바와 같이 주로 알루미늄 합금을 사용하게 되며, 디젤 엔진인 경우 고출력이므로 내구력을 우선시하여 주철재질의 피스톤을 사용하게 된다.

그러나, 주철재질의 디젤 엔진용 피스톤은 내구력이 우수할 뿐만 아니라, 주철의 상대적으로 낮은 열전도율로 인해 피스톤 헤드(110)에 형성된 연소실(112)의 단열효과가 연비 향상에 도움을 주게 되나, 중량이 무거워 마찰 손실이 증가되므로 연비를 악화시키는 요인이 되기도 한다.

특히, 오일 갤러리(126)가 설치된 피스톤(100)의 경우 오일 갤러리(126)를형성시키기 위해 코어를 이용, 일체형으로 주조해야 하고, 주조 후 코어를 완전히 제거해야 하는 공정이 필요하게 된다.

이는 결국 내구력 증대의 목적으로 오일 갤러리(126)의 형상을 개선하게 되거나, 엔진성능 및 배기향상을 위해 연소실(112)의 형상이 변경되면 오일 갤러리(126)의 위치가 변경되어야 하므로 금형의 신규제작 등으로 개발비와 제작기간이 증가하는 문제점이 있었다.

알루미늄 합금과 주철의 장점을 고려하여 피스톤 스커트는 알루미늄 합금, 연소실은 주철로 제작하여 경량화를 이룬 피스톤도 있으나, 이는 제조비가 상대적으로 비싸고 구조상 오일 갤러리가 개방되어 오일 펌프의 용량을 증가시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 링 그루브 및 랜드를 포함하는 피스톤 상부의 외주부를 이루며 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부와, 나머지 부분인 피스톤 본체로 분리 구성하고, 링형 삽입부의 내주측과 이에 접하는 피스톤 본체의 접합부가 오일 갤러리를 함께 형성토록 한 자동차 엔진용 피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 엔진용 피스톤을 나타내는 단면도

도 2는 본 발명에서 반분된 링형 삽입부를 나타내는 평면도

도 3은 종래의 자동차 엔진용 피스톤을 나타내는 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 피스톤102 : 피스톤 본체

110 : 피스톤 헤드112 : 연소실

120 : 링형 삽입부120a : 체결용 핀

120b : 핀 홀121 : 피스톤 랜드

122 : 피스톤 링 그루브126 : 오일 갤러리

130 : 피스톤 보스140 : 피스톤 스커트

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차 엔진용 피스톤은 랜드(121) 및 링 그루브(122)를 포함하는 피스톤(100) 상부의 외주부를 이루며 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부(120)와, 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 작은 피스톤 본체(102)로 분리 구성되어 상기 링형 삽입부(120)가 상기 피스톤 본체(102)에서 피스톤 헤드(110) 하측에 압입되고, 상기 링형 삽입부(120)의 내주 일측에서 전둘레를 따라 형성된 오일 갤러리 형성부(126a)가 피스톤 본체(102)의 접합부 외주에 형성된 오일 갤러리 형성부(126b)와 함께 오일 갤러리(126)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 링형 삽입부(120)는 반분되어 제작되되, 서로 체결될 수 있도록 반분된 링형 삽입부(120)의 일측 체결면상에는 체결용 핀(120a)이 돌출 형성되고 타측 체결면상에는 핀 홀(120b)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차 엔진용 피스톤을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에서 반분된 링형 삽입부를 나타내는 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 엔진용 피스톤은 피스톤(100) 상부의 외주부를 이루며 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부(120)와, 나머지 부분인 피스톤 본체(102)로 분리 구성된다.

상기 링형 삽입부(120)는 그 외주면에 랜드(121)와 링 그루브(122)가 형성되고, 피스톤 본체(102)에서 피스톤 헤드(110) 하측에 압입되게 된다.

또한, 상기 링형 삽입부(120)는 피스톤 본체(102)에 비해 열팽창률이 큰 재질로 제작되므로 압입 후 엔진의 극심한 운전에도 잘 견디어 낼 수 있도록 되어 있으며, 상대적으로 큰 열팽창률로 인한 반경방향의 열팽창에 대비할 수 있도록 피스톤 본체(102)의 직경에 비해 소정의 양(l)만큼 작게 제작된다.

연소실(112)은 상대적으로 열전달율이 낮은 재질로 제작된 피스톤 본체(102)의 헤드부(110)에 형성되어 있므로 상대적으로 높은 단열상태가 된다.

또한, 본 발명의 피스톤(100)에서는 상기 링형 삽입부(120)의 내주측과 이에 접하는 피스톤 본체(102)의 접합부가 오일 갤러리(126)를 형성하도록 되어 있다.

따라서, 링형 삽입부(120)의 내주 일측에는 전둘레를 따라 오일 갤러리 형성부(126a)가 형성되고, 피스톤 본체(102)의 외주에 형성된 오일 갤러리 형성부(126b)와 함께 오일 갤러리(126)를 형성하게 된다.

상기 각 오일 갤러리 형성부(126a)는 링형 삽입부(120)가 피스톤 본체(102)로부터 분리된 상태에서 개방된 상태가 된다.

상기 링형 삽입부(120)는 용이한 탈거 및 압입을 위해 도 2에 도시한 바와 같이 양측으로 반분되어 제작되는데, 반분된 하나의 링형 삽입부(120)에는 압입시 양측이 결합될 수 있도록 일측 체결면상에 체결용 핀(120a)이 형성되고 타측의 체결면상에 핀 홀(120b)이 형성된다.

바람직하게는 링형 삽입부(120)를 상대적으로 열전도율과 열팽창률이 크고경량인 알루미늄 합금으로 제작하고, 피스톤 본체(102)를 내구력이 좋은 주철로 제작한다.

이와 같이, 본 발명에서는 랜드(121) 및 링 그루브(122)를 포함하는 피스톤(100) 상부의 외주부, 즉 링형 삽입부(120)를 열전도율 및 열팽창률이 크고 경량인 재질로 제작하되, 피스톤 헤드(110) 및 연소실(112)을 포함하는 피스톤 본체(102)는 열전도율 및 열팽창률이 상대적으로 작은 재질로 제작하게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 엔진용 피스톤에 의하면 엔진의 내구력 향상과 연소실의 단열효과로 연비 개선을 이룰 수 있고, 동시에 냉각효과 향상 및 경량화를 이룰 수 있며, 마찰손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

링형 삽입부를 별도로 제작하게 되므로 오일 갤러리의 형상 및 위치를 용이하게 변경할 수 있고, 주조시 코어가 필요없게 되며, 오일 갤러리의 막힘을 용이하게 확인할 수 있다.

또한, 링 팩 및 오일 갤러리의 개발에 유리하고, 금형의 수정이 필요없어 개발기간 및 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.

Claims

랜드(121) 및 링 그루브(122)를 포함하는 피스톤(100) 상부의 외주부를 이루며 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 크고 경량인 재질로 제작되는 링형 삽입부(120)와, 상대적으로 열팽창률과 열전도율이 작은 피스톤 본체(102)로 분리 구성되어 상기 링형 삽입부(120)가 상기 피스톤 본체(102)에서 피스톤 헤드(110) 하측에 압입되고, 상기 링형 삽입부(120)의 내주 일측에서 전둘레를 따라 형성된 오일 갤러리 형성부(126a)가 피스톤 본체(102)의 접합부 외주에 형성된 오일 갤러리 형성부(126b)와 함께 오일 갤러리(126)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 피스톤.
제 1 항에 있어서, 상기 링형 삽입부(120)는 반분되어 제작되되, 서로 체결될 수 있도록 반분된 링형 삽입부(120)의 일측 체결면상에는 체결용 핀(120a)이 돌출 형성되고 타측 체결면상에는 핀 홀(120b)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 피스톤.