KR20040039364A

KR20040039364A - 핀공윤활구조를 갖는 밀폐형 갤러리 피스톤

Info

Publication number: KR20040039364A
Application number: KR10-2004-7003869A
Authority: KR
Inventors: 가이서랜달알.; 리베이로카모; 마츄오에두아르도에이치.
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-05-10
Also published as: EP1427922A1; WO2003025359A1; JP2005503511A; EP1427922A4; US6513477B1

Abstract

디젤엔진용 피스톤(10)이 밀폐형의 오일 갤러리(42)와 축방향으로 정렬된 핀공(58)을 갖는 한쌍의 핀보스(44)가 형성되어 있는 피스톤동체(12)를 포함하고 핀공의 핀공면(60)은 핀보스(44) 사이의 중간공간을 가로질러 이들의 주연방향으로 서로 간격을 두고 있다. 핀공면(60)에는 각 핀공면(60)의 전폭을 가로질러 핀공(58)의 축방향으로 연장된 요구(88)가 형성되어 있다. 갤러리로부터 각 요구(88)측으로 연장되고 갤러리로부터 윤활오일을 요구(88)측으로 공급한다. 요구(88)는 피스톤(10)의 전 싸이클중에 윤활오일을 저장하였다가 핀공면(60)에 공급하는 저장조의 작용을 한다.

Description

핀공윤활구조를 갖는 밀폐형 갤러리 피스톤 {CLOSED GALLERY PISTON HAVING PIN BORE LUBRICATION}

종래의 디젤엔진에 있어서는 피스톤동체에 냉각오일을 위한 밀폐형 갤러리가 형성된 피스톤을 제공하는 것이 알려져 있다. 오일은 갤러리를 통하여 순환하여 연소열에 의하여 손상되기 쉬운 피스톤부분을 냉각시킨다. 이러한 냉각 갤러리는 일반적으로 환상 또는 링형이고 피스톤동체의 상부벽에 인접한 링벨트의 내측부에 형성된다. 갤러리는 내벽에 의하여 둘러싸이고 저면벽에 의하여 저면이 밀폐된다. 갤러리에 냉각오일이 공급될 수 있도록 하는 하나 이상의 유입구가 제공된다. 또한 냉각 또는 윤활목적을 위하여 갤러리로부터 피스톤의 다른 영역으로 오일이 분배될 수 있도록 하는 여러 유출구가 제공된다. 또한 피스톤핀을 윤활시키기 위하여 냉각갤러리로부터 핀보스의 핀공측으로 연장된 오일통로를 제공하는 것이 알려져 있다. 윤활을 위한 유입점이 일부에 치우쳐 있어서, 피스톤의 행정 전체에 걸쳐서 윤활공급이 전체적으로 이루어지지 않는 제한된 오일공급만을 제공한다.

본 발명은 디젤엔진용 피스톤에 관한 것으로, 특히 밀폐형 오일 갤러리를 갖는 디젤엔진용 피스톤에 관한 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 적절한 실시형태에 따라 형성된 피스톤의 정면도,

도 2는 도 1에서 보인 피스톤의 단면도,

도 3은 도 2의 3-3선에 대해서 일부를 절개하여 나타낸 정면도,

도 4는 도 2의 4-4선에 대한 단면도,

도 5는 도 1에서 보인 피스톤의 저면부를 보인 부분사시도,

도 6은 도 2에서 보인 바와 같이 피스톤의 상부를 제거하여 보인 부분사시도,

도 7은 도 6의 7-7선에 대한 부분단면도이다.

본 발명의 목적은 핀공과 밀폐형 갤러리 피스톤의 윤활을 개선하는데 있다.

본 발명의 실시형태에 따라 구성된 디젤엔진용 피스톤은 오일 갤러리를 갖는 피스톤동체와, 공통의 핀공축선을 갖도록 배치된 핀공을 구비하고 핀보스사이에 간격을 두어서 원주둘레로 상호 이격되게 형성된 핀공면을 갖는 한쌍의 핀보스를 포함한다. 본 발명에 따라서, 적어도 하나의 핀공면에 적어도 하나의 요구가 형성되어 있고 요구는 적어도 하나의 핀공면을 가로질러 축방향으로 뻗어있다. 갤러리로부터 요구측으로 오일을 공급하기 위하여 적어도 하나의 오일통로가 갤러리로부터 요구에 걸쳐 형성되어 있다.

본 발명은 핀보스를 윤활시키기 위한 윤활오일을 저장하는 저장조로서 사용되는 밀폐형 갤러리를 갖는 디젤엔진 피스톤의 핀보스에 대한 개선된 윤활구조를 제공하는 잇점이 있다.

본 발명은 또한 핀공면에는 이 핀공면에 인접하여 윤활오일을 부분적으로 저장하기 위한 저장조로서 사용되는 축방향 요입부 또는 요구를 제공하는 잇점을 갖는다. 오일통로에 연결된 요구는 오일을 포착하고 있다가 갤러리에서 핀공에 공급되어야할 오일의 양이 적을 때 피스톤 행정의 상사점을 포함하여 전행정에 걸쳐 오일을 핀공면에 공급한다. 이때에, 핀공 요구에 남아 있는 오일포켓이 핀공면에 윤활오일을 공급하는데 사용된다.

본 발명의 다른 잇점은 밀폐형 갤러리 디젤엔진의 핀공을 윤활시키는 것을 크게 개선하기 위한 간단한 방법을 제공하는 것이다. 요구는 간단한 연마가공으로 핀공면에 형성될 수 있으며 핀공면을 연마가공하는 것은 기존의 제조공정중에 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 또한 피스톤, 커넥팅로드 및 피스톤핀의 작동중에 이들의 상호작용면의 윤활을 개선함으로서 이들의 사용수명을 연장시킬 수 있는 잇점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따라 구성된 밀폐형 갤러리 피스톤조립체(10)를 나타낸 것으로, 이는 상부면(16)을 갖는 환상 상부벽(14)이 구비된 피스톤동체(12)를 포함하고 있다. 연소구(燃燒溝)(18)가 상부면(16)으로부터 상부벽(14)으로 연장되어 있다. 상부벽(14)은 상부면(16)에 대향하는 하부면(22)을 갖는다.

피스톤동체(12)는 환상의 형태이고 상부벽(14)으로부터 하측으로 연장된 외벽(24), 즉 링벨트를 갖는다. 외벽(24)은 다수의 링요구(28)가 형성된 외주연의 환상으로 되어 있는 외면(26)을 갖는다. 외벽(24)은 외면(26)으로부터 방사상 내측으로 간격을 둔 환상의 내면(30)을 포함한다.

피스톤동체(12)는 연소구(18)로부터 하측으로 돌출되고 외벽(24)의 내면(30)으로부터 방사상 내측으로 간격을 둔 방사상 외향면(34)을 갖는 내벽(32)을 포함한다.

피스톤동체(12)는 상부벽(14)으로부터 간격을 두고 있으며 외벽(24)과 내벽(32)사이에 형성되고 이들의 하측단부에 인접하여 상호 연결된 환상 저면벽(36)을 갖는다. 이 저면벽(36)은 상부바닥면(38)과 하측면(40)을 갖는다.

이들 벽(14)(24)(32)(36)이 피스톤동체(12)내에서 이들 벽에 의하여 폐쇄된 내부의 환상, 또는 링형의 캐비티, 즉 갤러리(42)를 형성한다. 도 2 내지 도 4에서 보인 바와 같이, 갤러리(42)는 피스톤동체(12)내에 완전히 둘러싸여 있으며 상부벽(14), 저면벽(36), 외벽(24) 및 내주연의 내벽(32)에 의하여 둘러싸인다. 여기에서 "밀폐"라는 용어는 갤러리(42)가 저면에서 피스톤동체(12)의 구성요소, 즉 외벽(24)과 내벽(32)사이에 형성되고 이들의 하측단부가 결합된 저면벽(36)에 의하여 밀폐됨을 의미한다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 여러 개방부와 통로가 제공되어 갤러리(42)에 대하여 냉각오일이 출입될 수 있도록 하므로 이러한 "밀폐"라는 용어는 갤러리(42)를 통한 냉각오일의 유동이 허용되는 개방부나 통로가 형성되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 기술분야에 전문가라면 본문에서 "상부", "저면부", "내부" 및 "외부"를 정의하는 용어가 갤러리(42)를 둘러싸고 있는 주위의 벽구조를 나타내는 용어로서 사용된 것이며 갤러리(42)의 특정한 형상이나 크기는 특정분야에 요구된 특정한 냉각조건에 따라서 피스톤마다 달라질 수 있으므로 도면에 예시된 실시형태의 구조로 한정되지 않음을 이해할 것이다.

또한 피스톤동체(12)에는 한쌍의 핀보스(44)가 형성되어 있으며 이들은 강철로 내벽(32)과 저면벽(36)을 갖는 단일체로서 형성되거나 주조된다. 핀보스(44)는 상대측으로부터 외측으로 향하는 외면(46)과 상대측을 향하여 대면하는 내면(48)을 갖는다. 일반적으로 내면(48)은 평면상으로 핀보스(44)의 저면을 향하여 벌어져 있고 커넥팅로드(52)가 삽입될 수 있도록 내면(48)사이에 공간(50)이 형성되어 있다(도 4). 도시된 바와 같이 연소구(18)를 냉각시키기 위하여 돔형 요입부(54)가 공간(50)의 상측으로 연장되어 있다. 요입부(54)를 형성하는 면은 핀보스(44)의 내면(48)으로부터 연장되고, 예시된 실시형태에서는 부분적으로 내벽(32)의 내면(56)이 형성되어 있다. 핀보스(44)에는 실질적으로 원통형이고 핀공축선 A(도 3)을 중심으로 하여 형성된 핀공면(60)을 갖는 축방향으로 정렬된 핀공(58)이 형성되어 있다. 외면 및 내면(46)(48)이 핀공(58)을 둘러싸고 있다. 핀공(58)에는 피스톤동체(12)를 커넥팅로드(52)에 연결하는 피스톤핀(도시하지 않았음)이 삽입된다. 핀공면(60)은 부싱없이 피스톤핀을 지지할 수 있도록 함으로서 핀공(58)은 부싱이 사용되지 않는 형태이다. 각 핀공(58)은 통상적인 방식으로 핀공(58)내에 피스톤핀을 고정하기 위한 스냅링(도시하지 않았음)이 삽입되는 환상 스냅링요구(62)를 포함한다.

또한 피스톤동체(12)는 피스톤 스커트(64)를 포함한다. 이 피스톤 스커트(64)는 핀보스(44)를 갖는 단일체로 주조되어 관절형 스커트와는 다른 모노블록형의 피스톤구조를 제공한다. 그러나, 스커트는 피스톤동체(12)와는 별도 구성요소로서 제작되어 피스톤동체(12)의 밀폐형 갤러리구조를 유지한 상태에서 관절연결방식으로 피스톤핀(도시하지 않았음)을 통하여 핀보스(44)에 결합될 수 있으나, 모노블록형으로 구성되는 것이 좋다. 피스톤 스커트(64)는 실질적으로 직선형인 핀보스(44)사이에 연장되고 외벽(24)의 외면(26)에 연장되는 외면(66)을 갖는다. 이 외면(66)은 스커트(64)가 핀보스(44)에 연결되는 요입형 측면부(68)를 제공하도록 핀공(58)을 가로질러 중단되어 있다. 피스톤 스커트(64)의 내면(70)은 핀공(58)에 인접하여 스커트(64)로 둘러싸이는 공간(72)을 형성한다.

피스톤동체(12)의 밀폐형 갤러리구조는 결합되었을 때 단일체를 구성토록 조인트(74)에서 결합되는 적어도 두개의 별도 부품으로 피스톤동체(12)를 구성하여 얻는다. 이러한 별도 부품을 결합하는 방법은 다양한 바, 이러한 방법 모두는 본 발명에 포함될 수 있으며, 좋은 방법으로서는 도 3과 도 4에서 보인 바와 같이 이들 별도 부품을 마찰용접을 통하여 조인트(74)에서 결합될 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 경우, 조인트(74)의 상부인 상측부(76)는 조인트(74)의 반대측인 하측부(78)와는 별도로 구성되고, 이들 상측부(76)와 하측부(78)가 조인트(74)에서 함께 마찰용접되어 도시된 바와 같은 단일체로 구성될 수 있다. 다른 결합기술로서는 용접, 접착, 스크류결합 등으로 별도 부품을 야금학적 수단에 의하여 결합하여 단일체로 구성되면서 피스톤동체(12)의 밀폐형 갤러리구조를 얻을 수 있는 방법을 포함한다.

본 발명의 다른 관점에 따라서, 하측부(78)가 강철로 주조되고 상측부(76)도 강철로 주조되거나 단조 또는 가타 다른 주조기술로 구성될 수 있다.

도 2와 도 5-도 7에서, 피스톤동체(12)의 저면벽(36)에는 공간(72)에서 저면벽(36)의 하측면(40)으로부터 오일 갤러리(42)측으로연장되는 적어도 하나 또는 두개의 오일공(80)이 형성되어 있다. 이 오일공(80)은 냉각오일이 갤러리(42)측으로 유입되게 하는 유입구이다. 피스톤(10)이 디젤엔진에 탑재되었을 때, 오일공(80)은 이 오일공(80)을 통하여 공간(72)과 갤러리(42)측으로 냉각오일이 주입될 수 있도록 하는 오일주입노즐(도시하지 않았음)과 연통한다. 갤러리(42)에서 냉각오일은 피스톤(10)이 왕복동하는 동안에 "칵테일 세이커(cocktail shaker)" 방식의 작동으로 오일이 갤러리(42)에서 이동하면서 이를 둘러싸고 있는 벽으로부터 열을 빼앗아 피스톤동체(12)의 상측부를 냉각시킨다.

피스톤동체(12)의 밀폐형 갤러리 구조 때문에, 상부벽(14)에 가하여져 실린더에서 피스톤(10)을 하측으로 구동시키는 연소력은 내벽(32)을 통하여 또한 외벽(24)과 저면벽(36)을 통하여 핀보스(44)에 전달된다. 이와 같이 함으로서, 외벽(24)과 저면벽(36)은 연소의 힘을 지탱하고 달리 문제없이 이러한 부하를 핀보스(44)에 전달하여야 하는 피스톤의 구조적인 부하담지부로서 작용한다. 오일공(80)과 저면벽(36)은 저면벽 구조에서 연속성이 단절되어 있어 이 부위에서 응력이 집중되어 문제가 일어날 잠재적인 요소를 안고 있다. 본 발명에 있어서는 저면벽(36)에 오일공(80)이 형성됨으로서 일어나는 응력집중효과를 방지하기 위하여 오일공(80)의 부근에서 피스톤동체의 구조를 보강하여 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 본 발명에 따라서, 피스톤동체(12)에는 도 2, 도 6 및 도 7에서 보인 바와 같이 오일공(80)의 둘레에 오일공 보스(82)를 형성하였다. 이러한 오일공 보스(82)는 오일공(80)을 둘러싸고 있는 영역에서 저면벽(36)에 일체로 구성되는 구조를 부가하기 위하여 오일공(80)을 둘러싸는 저면벽(36)의 부분을 부분적으로 두껍게 하여 구성한다. 도 6과 도 7에서 보인 바와 같이, 오일공 보스(82)는 상부바닥면(38)으로부터 상측으로 연장되어 오일공 보스(82)에 근접한 저면벽(36)의 두께가 오일공 보스(82)를 구성하는 저면벽(36)의 부분 보다 얇다. 이 오일공 보스(82)는 외벽(24)측으로 연장되고 이와 일체로 구성됨으로서 오일공(80)의 부근에서 외벽(24)와 저면벽(36) 사이의 전이영역에 부가적인 보강구조를 제공한다. 오일공 보스(82)의 모든 모서리는 도 6과 도 7에서 보인 바와 같이 만곡되어 응력집중을 줄여준다.

도 2와 도 6에 도시한 바와 같이, 상부로부터 보았을 때, 오일공 보스는 비원형의 형상을 가지며 일반적으로 오일공 보스(82)가 외벽(24)에 연결되는 삼각형 영역(84)을 포함한다. 오일공 보스(82)의 특별한 크기와 형상은 대부분이 오일공(80)의 존재 때문에 일어나는 응력집중현상을 방지하는데 필요한 구조에 의하여 결정됨을 이해할 것이다. 하측부(78)를 주조하여 구성하는 한 가지 잇점은 오일공 보스(82)가 오일공(80)의 응력집중에 대항하는 요구된 구조를 제공하기 위하여 필요한 형상에 가깝게 정밀히 형성될 수 있다는 점이다.

본 발명의 다른 관점에 따라서, 핀보스(44)와 커넥팅로드(52) 사이의 내면(48)을 직접 윤활처리하기 위하여 적어도 하나 또는 한쌍의 통로(86)가 갤러리(42)로부터 직접 핀보스(44)의 내면(48)측으로 연장된다. 통로(86)는 도 4와 도 5에 상세히 도시되어 있다. 예시된 실시형태에서, 이러한 통로(86)는 4개로 핌 보스 축선 A의 대향측에 핀보스(44)의 각 내면(48)에 두개씩 배치되어 있다. 통로(86)는 핀보스(44)와 커넥팅로드(52) 사이의 간극에 직접 윤활처리가 이루어질 수 있도록 돔형 요입부(54)를 형성하고 내면(48)측으로 직접 개방된 벽으로부터 간격을 두고 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따라서 그리고 도 1 및 도 3에서 상세히 보인 바와 같이, 핀공(58)에는 이 핀공(58)의 축선 A의 방향인 축방향으로 연장되고 원통형 핀공면(60)에서 불연속부분이 형성되도록 하는 축방향 요구(88) 또는 포켓이 형성되어 있다. 이 요구(88)는 요입형이고 핀공의 중심축선 A의 상부에 적어도 부분적으로 배치된다. 요구(88)는 핀공(58)의 전폭을 가로질러 축방향으로 연장되어 핀보스(44)의 외면(46)과 내면(48) 사이의 핀공면(60)의 폭과 같이 연장된다. 요구(88)는 서로 축방향으로 정렬되어 있으며 핀공면(60)과 같이 핀보스(44)의 내면(48) 사이의 공간(50)에 의하여 단절되어 있다. 이 요구(88)는 핀공 축선 A의 방향에서 보았을 때 단면이 돔형 또는 요입형으로 되어 있다. 핀공(58)의 전폭을 가로질러 피스톤(10)의 작동중에 요구(88)에 오일을 공급하기 위하여 오일통로(90)가 갤러리(42)로부터 연장되고 각 요구(88)측으로 직접 개방되어 있다. 이 오일통로(90)는 갤러리(42)의 최하측으로부터 연장되어 피스톤 운동의 전 싸이클중에 일정량의 오일이 핀공(58)으로 공급될 수 있도록 한다. 요구(88)측으로 연장된 각 오일통로(90)는 오일의 균일한 분배가 이루어질 수 있도록 외면(46)과 내면(48) 사이의 중간에 걸쳐 있다. 요구(88)는 오일이 저장되는 저장조 또는 저장포켓과 같이 작용하여 항상 균일한 윤활이 이루어질 수 있도록 피스톤(10)의 전 스트로크 중에 핀공면(60)에 오일을 공급한다.

본 발명의 많은 개량 및 변형이 상기한 내용을 바탕으로 가능하다 할 것은 자명한 바, 특별한 언급이 없는 한 본 발명은 청구범위의 내용에 한정하여 이해하여야 한다.

Claims

다음으로 구성된 디젤엔진용 피스톤 :

오일 갤러리(42)를 구비한 피스톤동체(12) ;

공통의 핀공축선(A)을 갖도록 배치된 핀공(58)을 구비하고 있고, 핀보스(44)사이에 간격을 두어서 원주둘레로 상호 이격되게 핀공면(60)이 형성되어 있는 한쌍의 핀보스(44) ; 및

갤러리(42)로부터 최소한 하나의 요구(88)까지에 걸쳐 형성된 오일통로(90)와 최소한 하나의 핀공면(60)을 가로질러 형성되어서, 오일을 갤러리로부터 요구까지 안내하도록 최소한 하나의 핀공면(60)에 형성된 최소한 하나의 요구(88).
제1항에 있어서, 각각의 핀공면(60)이 적어도 하나의 요구(88)와 적어도 하나의 오일통로를 구비하고 있는 피스톤.
제2항에 있어서, 핀공의 요구(88)가 핀보스(44) 사이의 공간(50)에 의하여 서로 이격되어 있는 피스톤.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 요구(88)가 핀공축선(A)의 방향에서 보았을 때 돔형을 이루고 있는 피스톤.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 요구(88)가 핀공면(60)의 전체 폭에 걸쳐 형성되어 있는 피스톤.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 요구(88)가 적어도 부분적으로 핀공축선(A)상으로 뻗어있는 피스톤.
제1항에 있어서, 핀공면(60)이 부싱이 없는 형태로 이루어진 피스톤.
다음으로 구성된 디젤엔진용 피스톤 :

내부 오일 갤러리를 구비한 피스톤동체(12) ;

핀공축선(A)을 따라 일직선으로 배치된 핀공(58)을 구비하고 있고, 이 핀공(58)이 핀보스(44) 사이의 공간(50)에 의해서 상호 이격된 핀공면(60)을 구비하도록 핀공(58) 위로 형성된 핀보스(44) 사이의 공간(50)에 의해서 핀공(58)이 이격되어 있는 한쌍의 핀보스(44) ;

냉각 갤러리(42)로부터 각각의 핀공(58)까지에 걸쳐 형성된 오일통로 ; 및

각각의 핀공면(60) 전체 폭에 걸쳐 오일통로(90)와 개방되게 일직선으로 형성되어 있는 요구(88).