KR20050068448A - 피스톤 크라운부의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤의 탑 랜드부에 작용하는 부하에 의해서 크라운부가 파손되거나, 탑 랜드부의 열팽창에 의한 실린더 라이너와 피스톤 간의 타음이 발생되는 것을 줄이기 위한 피스톤 크라운부의 구조에 관한 것으로,

엔진의 실린더에 수용되는 피스톤에 있어서,

상기 피스톤의 크라운부를 이루는 몸체의 도중에, 상기 피스톤의 몸체를 이루는 금속의 열팽창계수와는 다른 열팽창계수를 가지는 재질로 형성된 원판형상의 스틸 플레이트가 인서트 사출되어지되, 상기 스틸 플레이트의 도중에는 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하고,

상기한 스틸 플레이트는 열팽창계수가 알루미늄의 열팽창계수보다 작은 금속재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

피스톤 크라운부의 구조{Piston}

본 발명은 피스톤 크라운부의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤의 탑 랜드부에 작용하는 부하에 의해서 크라운부가 파손되거나, 탑 랜드부의 열팽창에 의한 실린더 라이너와 피스톤 간의 타음이 발생되는 것을 줄이기 위한 피스톤 크라운부의 구조에 관한 것이다.

차량 엔진에 적용되는 피스톤은 실린더 내를 왕복운동하면서 팽창행정에서 고온고압의 가스 압력을 받아 이 힘을 피스톤 로드를 거쳐 크랭크 샤프트에 회전력을 전달해주는 기구로써, 피스톤의 중간부는 피스톤 핀을 매개로 커넥팅 로드의 상단부와 계합되고, 상기 커넥팅 로드의 하단부는 크랭크 샤프트에 계합된다.

특히, 피스톤은 압축 및 폭발행정시에 고온고압의 환경에서도 변형이 발생되지 않도록 단일의 금속재질로 충분한 강성을 갖도록 형성된다.

도 3은 종래의 일반적인 피스톤의 형상을 도시한 도면으로서, 피스톤(10)의 도중에는 가로방향으로 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공(11)이 관통형성되고, 탑 랜드부(12)의 외주에는 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 링홈(13)이 형성된다. 한편, 피스톤(10)의 하부측에는 피스톤의 강성보강을 위한 스커트부(14)가 형성되는데, 상기 스커트부(14)의 내측은 피스톤의 중량을 증대되지 않도록 살빼기 가공된다.

한편, 피스톤(10)의 크라운부에는 엔진에서 요구되는 압축비를 맞추기 위해서 연소실이 요면(concave)이나 철면(convex) 형상으로 마련된다.

그러나, 최근에는 각종 시스템의 개발로 인하여 고출력 엔진이 증가하여 피스톤에 작용하는 부하가 과거의 엔진에 비해서 상대적으로 증가하는 추세에 있으며, 이와 더불어 피스톤의 크라운부의 파손현상이 증가하게 된다. 또한, 연소과정 출력향상에 의해 연소실 온도가 과거의 엔진에 비해 증가하여 피스톤 탑 랜드부의 열팽창에 의한 저속구간에서의 실린더 라이너와 피스톤 간의 타음이 발생된다. 이러한 문제점들은 특히 최근에 개발되는 신엔진에 있어서 출력향상 및 이에 따른 연소실 온도의 상승에 의해 점차 발생 빈도가 높아지고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 피스톤의 탑 랜드부에 작용하는 부하에 의해서 크라운부가 파손되거나, 탑 랜드부의 열팽창에 의한 실린더 라이너와 피스톤 간의 타음이 발생되는 것을 줄이기 위한 피스톤 크라운부의 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 실린더에 수용되는 피스톤에 있어서,

상기 피스톤의 크라운부를 이루는 몸체의 도중에, 상기 피스톤의 몸체를 이루는 금속의 열팽창계수와는 다른 열팽창계수를 가지는 재질로 형성된 원판형상의 스틸 플레이트가 인서트 사출되어지되, 상기 스틸 플레이트의 도중에는 다수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하고,

상기한 스틸 플레이트는 열팽창계수가 알루미늄의 열팽창계수보다 작은 금속재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 피스톤 탑 랜드부의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 스틸 플레이트의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 스틸 플레이트가 적용된 피스톤의 단면도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명이 적용되는 피스톤을 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 스틸 플레이트를 지시하는 것이다.

상기한 피스톤(30)의 탑 랜드부(31)를 이루는 몸체의 외주연에는 종래의 일반적인 피스톤에서와 같이 압축 링 및 오일 링이 끼워지기 위한 다수의 링 홈(32)이 형성된다.

그리고 탑 랜드부(31)의 내측 즉, 피스톤의 크라운부(33)를 이루는 몸체의 도중에는 피스톤 몸체를 이루는 금속과는 다른 열팽창계수를 가지는 스틸 플레이트(40)가 삽입된다.

이를 위해, 상기한 크라운부(31)의 몸체 도중에는 상기한 피스톤(30)의 주조공정에서 별도로 미리 제작되어진 스틸 플레이트(40)가 인서트 사출된다.

상기한 스틸 플레이트(40)는 피스톤(30)의 직경보다는 작은 지름을 갖는 원형의 금속판으로 형성되며, 알루미늄보다는 열팽창계수가 다른 금속 중에서 선택되어 제작된다.

그리고 스틸 플레이트(40)의 도중에는 응력을 받을 경우에 각 방향으로 로드(load)가 분산될 수 있도록 하기 위한 관통공(42)이 다수 형성된다.

상기와 같이 크라운부(33)를 이루는 몸체의 도중에 스틸 플레이트(40)가 인서트된 피스톤(30)이 엔진이 적용될 경우에는, 피스톤(30) 크라운부(33)에 돔형 구조가 형성됨으로 인해서 피스톤의 크라운부(33)에 작용하는 연소압력이 상대적으로 강성이 큰 탑 랜드부로 분산되어 내하중성이 향상된다.

한편, 상기한 스틸 플레이트(40)의 도중에 형성된 다수의 관통공(42)에 의해서 피스톤(30)의 크라운부(33) 및 스틸 플레이트(40)에 집중되는 하중이 여러 방향으로 분산되어 한 곳이 집중적으로 약해지는 것이 방지된다. 따라서 동일 또는 저하중용 재질로 형성된 피스톤으로써 고하중을 견딜 수 있도록 하는 피스톤의 제작이 가능하게 되어 피스톤을 제작하기 위한 단가가 절감될 수 있다.

그리고 피스톤(30) 열팽창계수가 상대적으로 작은 스틸 플레이트(40)가 탑 랜드부(31)의 내측에 삽입되므로서, 피스톤(30) 탑 랜드부(31)의 열팽창량이 줄어들어 실린더 라이너와 피스톤(30) 간의 마찰에 의한 타음의 발생이 저감된다.

특히, 피스톤(30)의 크라운부에 연소실의 형성을 위해서 요면(concave) 혹은 철면(convex) 등이 형성되어 특정 부위의 살두께가 두꺼워지거나 얇아지게 된 경우에, 그 곳에 작용하는 연소압력이 상대적으로 가장 하드한 탑 랜드부 쪽으로 분산되게 되므로서 내하중성이 향상된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 피스톤의 크라운부를 이루는 몸체의 도중에 피스톤의 몸체를 이루는 금속과는 열팽창계수가 다른 재질로 형성된 스틸 플레이트가 삽입형성되므로서, 엔진의 운전과정에서 피스톤 탑 랜드부의 열팽창율이 줄게 되어 실린더 라이너와 피스톤 간의 타음의 발생이 줄게 될 뿐만 아니라, 이와 같은 피스톤은 더욱 고출력을 지향하는 최근의 엔진에 적용될 경우에 피스톤 탑 랜드부 및 크라운부의 파손이 방지될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 스틸 플레이트의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 스틸 플레이트가 적용된 피스톤의 단면도.

도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 피스톤

31 : 탑 랜드부

32 : 링 홈

33 : 크라운부

40 : 스틸 플레이트

42 : 관통공

Claims (3)

1. 엔진의 실린더에 수용되는 피스톤에 있어서,

   상기 피스톤(30)의 크라운부(33)를 이루는 몸체의 도중에, 상기 피스톤의 몸체를 이루는 금속의 열팽창계수와는 다른 열팽창계수를 가지는 재질로 형성된 원판형상의 스틸 플레이트(40)가 삽입형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 크라운부의 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 스틸 플레이트(40)의 도중에는 다수의 관통공(42)이 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 크라운부의 구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기한 스틸 플레이트(40)는 열팽창계수가 알루미늄의 열팽창계수보다 작은 금속재질로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 크라운부의 구조.