KR20040031938A - 피스톤 탑 랜드의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 맞닿는 에지부를 보호하면서 하드 아노다이징에 의한 보어 스커핑을 방지할 수 있는 피스톤 탑랜드의 구조에 관한 것으로,

피스톤 크라운부의 강성을 보강하기 위해 하드 아노다이징 처리를 하게되는 피스톤에 있어서,

상기한 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 맞닿는 에지부에서 하향으로 3~5mm 위치까지의 탑 랜드의 외주면이 0.05 ~ 0.15mm 두께로 컷백가공되고, 상기 컷백가공된 위치까지 하드 아노다이징 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

피스톤 탑 랜드의 구조{Top land apparatus or piston}

본 발명은 피스톤 탑랜드의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 맞닿는 에지부를 보호하면서 하드 아노다이징에 의한 보어 스커핑을 방지할 수 있는 하드 피스톤 탑랜드의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 엔진은 연소개시 전에 공기와 연료를 균일하게 혼합시킨혼합기를 점화플러그로써 점화시켜 연소되도록 하는 것이 원칙이며, 디젤 엔진은 공기만을 흡입하여 고압축비로 압축한 후 여기에 연료를 고압으로 분사시킴으로서 자기착화 연소에 도달되도록 하는 것이 원칙이다.

특히, 일반적인 디젤 엔진은 인젝터에서 분사되는 연료를 피스톤에 형성된 보울에서 스월시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하여 연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

도 4는 종래 디젤엔진의 연소실을 설명하기 위한 정단면도이고, 도 5는 종래 피스톤의 평면도로서, 흡기의 유입을 위한 흡기포트(1)와 배기가스의 배출을 위한 배기포트(2)가 연소실(3)의 상측에 연결되어 있고, 연소실(3)의 상측 중앙부분에는 연료의 분사를 위한 인젝터(4)가 형성되어 있다.

그리고 연소실(3)에는 공기 압축을 위한 피스톤(6)이 설치되는데, 이 피스톤(6)의 상면에는 도면에 도시된 바와 같이 인젝터(4)에서 분사되는 연료가 스월되도록 하기 위한 보울(7)이 형성되어 있다.

따라서, 흡기포트(1)를 통해 흡입된 공기가 피스톤(6)의 상승에 의해 압축된 상태에서 인젝터(4)에서 고압의 연료가 분사되면, 상기 인젝터(4)에서 분사된 연료가 상기 피스톤(6)의 상면에 형성된 보울(7)에서 스월을 일으키면서 난류를 형성하므로 공기와 잘 혼합되는 것이다.

그런데 최근의 디젤엔진은 고성능화를 추구하면서 그 연소압이 점점 높아지고 있는 실정이다. 과거의 간접분사식(IDI)엔진은 불과 100bar 내외의 연소압을 가졌으나, 최근에는 연소압이 150~160bar에까지 이르렀으며, 현재는 170bar 이상의연소압을 갖는 엔진을 개발하는 자동차회사도 있는 실정이다. 이에 따라 차량의 성능면에서는 많은 향상을 가져왔으나, 연소압의 직접적인 영향을 받는 피스톤의 경우에 연소압의 상승에 따라서 손상을 입을 확률이 매우 높아졌고, 앞으로 더욱 거세질 고출력화에 따라서 파손위험에 노출될 확률은 더욱 높아지고 있다.

따라서 피스톤의 제작에 있어서 그 재질의 변경만으로는 연소압 상승에 따른 한계를 극복할 수가 없게 되므로서, 하드 아노다이징(Hard Anodizing)처리 등에 의한 연소압을 직접적으로 받는 부분의 표면처리를 통해서 피스톤의 강성을 보강하고 있는 실정이다. 상기한 하드 아노다이징 처리는 피스톤 크라운부의 표면에 산화피막을 생성시킴으로서 경도를 높이고, 잔류인장응력을 인위적으로 생성시켜 압축응력에 대한 대항력을 키우는 것으로, 피스톤의 크라운부나 에지(Edge)부에 열적피로에 의해 생기는 크랙을 방지하기 위한 후처리방법 중이 하나이다.

하지만, 상술와 바와 같은 우수한 특성을 갖는 하드 아노다이징 처리의 경우에 하드 아노다이징 피막부가 가지는 높은 경도 때문에 피스톤이 실린더블럭의 보어와 충돌할 경우 생기는 스커핑(Scuffing) 문제 때문에 피스톤의 크라운부에만 제한적으로 적용되고 있는 실정이다. 즉, 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 만나는 에지부는 열적피로에 의한 크랙이 가장 잘 발생되는 곳중의 한 곳인데도 불구하고 날카로운 형상때문에 크랙의 시발점이 될 가능성이 높다는 이유로 하드 아노다이징 처리의 적용에 어려웠다. 따라서 종래의 경우에 보어 스커핑이 발생될 가능성 때문에 도 5에 빗금으로 표시되는 바와 같이 에지부에서 약간 경계를 주어 크라운부만을 하드 아노다이징 처리를 하게되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 맞닿는 에지부를 보호하면서 하드 아노다이징에 의한 보어 스커핑을 방지할 수 있는 피스톤 탑랜드의 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

피스톤 크라운부의 강성을 보강하기 위해 하드 아노다이징 처리를 하게되는 피스톤에 있어서,

상기한 피스톤의 크라운부와 탑 랜드가 맞닿는 에지부에서 하향으로 3~5mm 위치까지의 탑 랜드의 외주면이 0.05 ~ 0.15mm 두께로 컷백가공되고, 상기 컷백가공된 위치까지 하드 아노다이징 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤의 측면도.

도 2는 본 발명에 의한 피스톤의 상부를 확대도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 피스톤 에지부의 확대단면도.

도 4 및 도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 피스톤

21 : 크라운부

22 : 탑 랜드

23 : 에지부

이하, 본 발명에 의한 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 피스톤의 상부를 확대도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 피스톤 에지부의 확대단면도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 피스톤을 지시하는 것으로서, 상기 피스톤(20)의 크라운부(21)에는 종래기술에서와 같이 하드 아노다이징 처리가 이루어진다.

도 2에 도시되는 부와 같이, 피스톤(20)의 상부를 확대도시한 단면도를 살펴보면, 피스톤(20)의 크라운부(21)와 탑 랜드(22)가 맞닿는 에지부(23)의 하향으로 3~5mm위치까지의 탑 랜드 외주면이 0.05~0.15mm의 두께로 컷백(Cut back) 가공된다. 따라서 컷백 가공되는 거리만큼 탑랜드(22) 상부의 지름은 축소되는 것이다.

그리고 크라운부(21)와 탑 랜드22()가 맞닿는 에지부(23)는 종래의 기술에서와 같이 라운딩 가공되는데, 본 발명에 의한 에지부(23)의 라운딩 면은 에지부(23)의 중간부에서 지름이 소정의 거리 d(약 0.2mm) 만큼 확장되는 단면으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 컷백 가공된 탑 랜드(22) 외주면은 크라운부(21)를 하드 아노다이징 처리할 때에 함께 표면처리를 하면 된다.

이 때, 하드 아노다이징 처리에 의한 표면처리 후의 코팅두께는 0.1mm가 적당하며, 이를 감안하여 컷백 가공의 두께 및 에지부의 라운딩 폭이 결정되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 하드 아노다이징 처리를 하게 되므로서 피스톤(20)의 탑 랜드(22)가 실린더 보어와 직접 접촉이 일어나는 현상이 방지되고, 그에 따라 크라운부(21)와 탑 랜드(22)가 맞닿는 에지부(23)가 보호되면서 하드 아노다이징에 의한 보어 스커핑이 방지된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 피스톤 크라운부와 탑 랜드부가 맞닿는 에지부뿐만이 아니라 탑 랜드의 상부 일정부위까지 하드 아노다이징 처리가 이루어지게 되므로서 피스톤의 에지부가 실린더 보어와 직접 접촉하는 현상이 방지되며, 보어 스커핑이 방지된다. 또한, 피스톤의 내구성능이 향상되며 소음감쇄측면에서도 유리한 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 피스톤 크라운부의 강성을 보강하기 위해 하드 아노다이징 처리를 하게되는 피스톤에 있어서,

   상기한 피스톤(20)의 크라운부(21)와 탑 랜드(22)가 맞닿는 에지부(23)부터 하향으로 소정구간에 이르는 탑 랜드(22)의 외주면이 소정두께로 컷백가공되고, 상기와 같이 컷백가공된 부위에는 하드 아노다이징 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤 탑랜드의 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기한 피스톤(20)은 에지부(23)부터 하향으로 3~5mm 위치까지의 탑 랜드(22)의 외주면이 0.05 ~ 0.15mm 두께로 컷백 가공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 탑랜드의 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 에지부(23)는 라운딩 가공되어지되, 상기 에지부(23)는 그 중간부에서 지름이 0.2mm 확장되는 단층구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤의 탑랜드의 구조.