KR20050057589A - 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤에 관한 것으로, 상기 피스톤은, 피스톤 바닥(2) 내의 연소 캐버티가 구비된 강으로 단조되는 피스톤 헤드(1), 환상 부(11)를 포함하는 환상 벽(4), 그리고 상기 환상 부(11)를 둘러싸는 밀폐된 냉각 채널(7)을 포함하며, 상기 피스톤 축(9)은 상기 피스톤 헤드(1)에 현수된 허브들(12)에 연결된다. 본 발명의 목적은 개선된 냉각 성능 및 양호한 디멘션 안정성을 갖는 이러한 피스톤을 비용-효율적으로 제조하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 냉각 채널(7)은 그 원주 주위에 분포되며 피스톤 바닥(2)을 향하는 보어 홀들(14)을 포함하며, 그리고 상기 보어 홀들은, 상기 보어 홀들(14) 사이의 피스톤 재료가 피스톤 바닥(2)을 위한 지지 리브들(8)을 형성하도록 공간을 둔다.

Description

내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤{SINGLE-PART COOLING CHANNEL PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 피스톤바닥의 연소 캐버티, 링벨트를 가진 링벽, 링벨트 높이에서 환상(環狀)으로 폐쇄(閉鎖)되어 있는 냉각채널을 포함하는 강철로 단조(鍛造)된 피스톤헤드(piston head)를 구비한 내연기관의 싱글-파트(single-part) 냉각채널피스톤에 관한 것으로 피스톤스커트가 피스톤헤드에 걸쳐 있는 허브(hub)와 결합(結合)되어 있다.

상기 종류에 따르는 싱글-파트(single-part) 냉각 채널 피스톤은 예를들면 EP 0 799 373 B1 또는 DE 100 13 395 C1에 공지되어 있다. 여기에 공지된 냉각채널피스톤에 있어서 피스톤소재는 단조에 의하여 제조되며 환상(環狀)홈과 밑으로 개방된 냉각채널이 절삭가공에 의하여 이루어진 다음 피스톤의 외형이 완성가공된다. EP 0 799 373 B1 에 있어서 환상형 홈의 축방향 높이는 적어도 냉각채널의 축방향 높이와 일치한다. 이는 밑으로 개방된 냉각채널을 만들기위하여 후크형 터닝커터를 홈에 삽입하여 이에 따른 축과 반경방향에 따른 피딩에 의하여 냉각채널이 그의 필요한 형상으로 선삭되어야 하기때문이다.

이러한 피스톤의 단점을 들면 후크형 터닝커터의 높이로 인하여 도달할 냉각채널높이와 이에 따라 피스톤크라운으로부터 방열하는 열량이 높은 벽두께로 인하여 결정되어지기때문이다. 냉각채널을 크게한다던지 또는 냉각채널과 피슨톤헤드간의 벽두께를 줄이기위하여 터닝커터를 안내하기위한 홈을 키워야 하지만 이에 의하여 피스톤높이의 바람직하지 않은 증가를 수반하게 된다.

한편 상기 벽두께의 감소로 인한 피스톤안정성이 감소하게 될 것이다. 따라서 이러한 상기 제작방법 또는 피스톤구조는 현대적인 디젤엔진에 있어서 발생하는 높은 연소압력과 온도에 대한 그의 높이 및 그의 안정성에 적합한 피스톤을 개선하기 위하여서는 적합하지 않다.

본 발명은 다음의 실시예에 의하여 보다 상세히 설명되며 도면의 내용은 다음과 같다:

도1 핀방향에 따라 절단된 단면의 본 발명에 따른 피스톤의 횡단면도;

도2 도1의 선 II에 따라 절단된 본 발명에 따른 피스톤의 저면도;

도3 피스톤핀방향에 대하여 직각으로 절단된, 본 발명에 따른 피스톤의 횡단면도;

도4 도1의 선 IV-IV에 따라 절단된 본 발명에 따른 피스톤의 단면도;

도5 본 발명에 따른 피스톤의 사시도;

도6 다른 실시예의 도1의 선 IV-IV에 따라 절단된 본 발명에 따른 피스톤의 단면도.

따라서 본 발명에 있어서는 싱글-파트 냉각채널피스톤의 개선된 피스톤개념을 제공하기위한 과제를 기본으로 하고 있어서 보다 작은 피스톤높이의 비용절감형 제작을 보장하며 높은 가스압력과 온도작용으로 인한 피스톤변형을 효과적으로 저지시킬 수 있다.

본 과제는 특히 피스톤헤드내에 성형된 냉각채널이 그의 주위에 배열되고 구멍간에 존재하는 피스톤재질이 피스톤크라운의 지지 립을 형성하도록 서로 떨어져 간격을 유지하는 피스톤 바닥 쪽으로 향한 구멍을 가지도록 함으로서 해결된다.

이와 같이 제작된 피스톤은 적어도 냉각채널의 일부는 피스톤크라운 또는 연소 캐버티 방향에 보다 가까히 구성가능하며 그럼에도 불구하고 피스톤 높이가 낮아서 우수한 형상안정성을 가진다. 이밖에도 지지리브의 배열에 의하여 냉각채널에 일종의 챔버 형성 즉 세이커-공간(shaker space)(요동공간)이 이루어짐으로서 냉각오일의 체류시간 연장 및 이에 따른 냉각할 피스톤영역의 열전달의 개선이 이루어진다.방사열이 피스톤크라운에 특히 피스톤크라운의 방사열이 닿는 냉각채널영역에서 구멍수를 늘려서 냉각효과를 더욱 개선할 수 있다.

유리한 또 다른 구성들은 종속청구항의 대상이다.

본 발명에 따른 싱글-파트 냉각 채널 피스톤은 그의 피스톤 바닥(2)에 연소 캐버티(3)을 가진 강철 또는 단조가능한 Al-합금으로 된 단조 피스톤헤드(1), 링벨트(11)를 가진 링벽(4), 링벨트(11)높이 주위의 폐쇄된 냉각채널(7)로 되어 있으며 피스톤축(9)은 피스톤헤드(1)에 걸쳐 있는 허브(hub)(12)와 연결되어 있다. 피스톤의 제작은 EP 0 799 373 B1에 의하여 이루어지며 커버(13)에 의하여 냉각채널(7)을 폐쇄하기 전에 본 발명에 따라서 냉각채널(7)에 구멍(14)이 배열되는데 이것은 주위에 걸쳐서 대칭으로 배분 배열되고 피스톤 바닥(2)의 방향에 따라서 즉 피스톤종축(K)에 대하여 평행하게 위치시킨다. 구멍(14)의 깊이(h_B )는 냉각오일순환이 방해받지 않도록 냉각채널(7)의 전체 높이(H)의 최대 1/4이다. 이러한 구조로 인하여 냉각오일의 세이커 공간이 이루어져서 냉각효과를 증가시킨다.

냉각오일주입구(5)와 냉각오일유출구(10)는 서로 마주하여 위치한 2개 분활형 스프링요소로 되어 있는 냉각채널커버(13)에 들어 있다. 냉각채널커버(13)에 의하여 냉각체널(7)의 폐쇄가 그의 피스톤축(9)쪽으로 개방된 단부에서 이루어진다.

도3과 4가 도시하는 바와 같이 구멍(14)간에 표시된 재질영역은 그의 폭이 구멍(14)의 간격과 일치하는 지지 립(8)을 형성한다. 구멍(14)은 냉각채널(7)에서 이것이 적어도 구멍(14)직경의 1/2이 되도록 주위방향에 따라 서로 간격을 두고 있으며 구멍의 직경은 모두 동일하다. 당업자의 판단에 따라서는 물론 상이한 구멍직경을 사용할 수 있으며 이 때 엔진운전중에 피스톤변형을 저지하기 위하여 최대 구멍직경의 1/2간격을 유지해야 한다.

구멍(14) 및 이에 따른 지지리브(8)는 도4에 도시한 바와 같이 냉각채널(7)주위에 걸쳐서 반경방향에 따라 대칭으로 배분 배열되어 있으며 한가지 다른 실시예(도시되어 있지 않음)에서는 구멍(14)수 및 이에 따른 지지리브(8)의 배치는 스러스트측-반스러스트측(D 또는 GD)에서 보다 많은 수의 지지리브(8)가 배열되고 이에 대하여 직각방향으로서 즉 냉각채널(7)에서 비대칭 주위측 배치가 이루어진다. 그리하여 구멍(14)의 배치 및 이에 따른 냉각채널(7)의 지지리브(8)의 배치가 이루어지는데 이 때 이것은 4분원내에서 대칭(도4) 또는 비대칭 또는 부분 대칭 배치(도6)가 제공되거나 또는 배치가 피스톤 크라운의 국부적인 온도분포에 따르도록 피스톤주축(K_H)에 의하여 형성되는 4분원(I-IV)에 의하여 특성이 부여된다. 특히 착화된 연료의 방사열이 피스톤 바닥(2)에 접하는 냉각채널(7)영역의 구멍수가 증가되어서 냉각효과가 더욱 개선이 될 수 있다. 이로인하여 부하에 따라서 또한 피스톤에 발생하는 응력하중을 보다 저지가능하다.

구멍(14)은 도4와 6에 도시한 바와 같이 둥근구멍이나 또는 피스톤중앙에서 피스톤벽에 대하여 반경방향에 따라 외측방향으로 그의 긴측에 의하여 배열되어 있는 긴구멍(도시되어 있지 않음)으로 이루어진다. 이러한 각각의 구멍배열의 실시예에 의하여 이러한 상이한 간격을 가지며 동시에 지지리브(8)으로 구성되어 있는 재질이 커지도록 이루어진다. 구멍간격의 표준을 든다면 구멍축과 구멍축간의 간격은 주위에 걸쳐서 적어도 최대로 이용된 구멍직경의 1/2에 상당하다.

연소 캐버티(3)로부터의 더욱 방열효과를 위하여 구멍(14)의 단부를 둥글게 또는 도1에 도시한 바와 같이 각지게 할 수 있다.

구멍(14)축은 도1에 도시한 바와 같이 피스톤종축(K)에 평행 및/또는 즉 그외에 예각의 결합으로 배열이 가능하며 구멍은 피스톤 바닥(2) 또는 연소 캐버티(3) 방향이 유리하다.

본 발명은 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 피스톤 바닥(2)내의 연소 캐버티(3), 링벨트(11)를 가진 링벽(4) 및 링벨트(11)높이에서 주위에 걸쳐 폐쇄된 냉각채널(7)을 포함하는 강철로 단조된 피스톤헤드(1)를 구비하고, 여기서 피스톤축(9)은 피스톤헤드(1)에 현수된 허브(12)와 연결되는, 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤에 있어서,

   상기 냉각 채널(7)은, 그 원주 주위에 분포되며 피스톤 바닥(2)을 향하는 구멍들(14)을 포함하며, 그리고 상기 구멍들은, 상기 구멍들(14) 사이의 피스톤 재료가 피스톤 바닥(2)을 위한 지지 리브들(8)을 형성하도록 간격을 두는 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구멍들(14)은 반경방향에 따라 대칭 및/또는 비대칭으로 냉각채널(7)의 주위에 걸쳐서 분포 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구멍(14)의 간격은 냉각채널(7)의 주위에서 서로간에 구멍(14) 직경의 최소한 1/2인 것을 특징으로 하는 피스톤.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 구멍(14)은 동일한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구멍(14)의 깊이(h_B)는 최대로 냉각채널(7)의 전체 높이(H)의 1/4인 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   적어도 구멍(14)의 축의 일부는 피스톤종축(K)에 대하여 평행인 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 구멍(14)의 축은 피스톤종축(K)에 대하여 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 구멍(14)은 원통형 또는 긴구멍형을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 싱글-파트 냉각 채널 피스톤.