KR20060014443A

KR20060014443A - 내연 엔진용 피스톤

Info

Publication number: KR20060014443A
Application number: KR1020057024014A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프
Original assignee: 말레 게엠베하
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2006-02-15
Also published as: HK1088941A1; JP4365409B2; US6938537B2; EP1642017B1; BRPI0411090A; CN100412345C; CN1802498A; EP1642017A1; BRPI0411090B1; DE10325914B4; US20040244581A1; WO2004111420A1; DE10325914A1; KR101142238B1; JP2006527326A

Abstract

본 발명은 내연 엔진용 피스톤(1)에 관한 것으로서, 이 피스톤은 피스톤 베이스 바디(4)와 여기에 볼트 체결된 환형 부재(6)로 구성되며, 피스톤 베이스 바디(4)와 함께 이 환형 부재는, 볼트 허브(12, 12‘)의 방향에서 피스톤 베이스 바디(4)의 돌출부(15)에 의해 밀폐되는 환형 냉각 채널(14)을 형성한다. 돌출부(15)는 탄성으로 휘어지는 판스프링의 형태로 형성되는데, 이 판 스프링은 환형 부재(6)를 풀 때 변형되며 이로서 볼트 체결부의 강도 개선에 기여한다.

Description

내연 엔진용 피스톤{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 상위 개념에 따른 내연 엔진용 피스톤에 관한 것이다.

특허 명세서 DE 198 46 152 A1에는 볼트 허브 및 박스 형태의 샤프트를 구비한 피스톤 베이스 바디로 구성된 내연 엔진용 피스톤이 공지되어 있다. 피스톤 베이스 바디의 바닥 구역에는 환형의 부품이 용접되며, 그 외측면에는 링지대의 일부가 형성되고, 그 상단부는 탑랜드로서 형성된다. 이 부품은 피스톤 베이스 바디의 피스톤 바닥부와 함께 환형의 냉각 채널을 형성하는데, 이 냉각 채널은 피스톤 베이스 바디에 형성된 둘레의 측벽에 의해 중앙면에 대해 밀폐된다. 또한 환형 부품이 그 양측 정면을 통해 각각 피스톤 베이스 바디와 용접되는데, 이로 인해 종래 기술에서 알려진 피스톤의 제작 시 상당한 시간이 소요되며 작업이 복잡해진다.

본 발명의 목적은 이런 문제점을 보완하여 냉각 채널을 구비한 피스톤의 제조 공정을 간소화하고, 신속화하며 제조 비용을 낮추는 것이다.

본 발명의 목적은 독립항에 명시된 특징을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 형태는 종속항의 대상이다. 이로서 피스톤 베이스 바디와 환형 부재 사이의 볼트 체결부를 신속하고 용이하게 제작할 수 있으며, 이런 볼트 체결부는 탄성을 갖는 돌출부에 의해 환형 부재에 가해지는 기계적 응력으로 인해 큰 강도를 갖는다.

본 발명의 실시예는 아래에서 도면을 통해 설명된다.

도 1은 90° 엇갈리게 절개된 피스톤의 두 개의 종단면인 두 개의 반쪽으로 구성된 내연 엔진용 피스톤의 단면도를 도시하며,

도 2는 도 1의 A-A 라인을 따라 절개한 피스톤의 횡단면도이고,

도 3은 피스톤 베이스 바디와 볼트 체결된 환형 부재의 하단 정면의 형태를 도시한다.

도 1은 내연 엔진용 피스톤(1)을 도시하는데, 이 피스톤은 중앙 보어(center bore)(3)의 종축(2)을 따라 피스톤(1)을 절개한 좌측 반쪽과 이에 대해 90° 회전시킨 피스톤(1)의 종단면인 우측 반쪽으로 구성되는 두 개의 반쪽으로 이루어진다. 피스톤(1)은 피스톤 베이스 바디(piston base body)(4)로 이루어지는데, 환형 부재(annular element)(6)가 피스톤 바디측 나사산(5)을 통해 이 피스톤 베이스 바디와 결합되며, 환형 부재는 피스톤(1)의 링지대(ring zone)(8) 및 탑랜드(top land)(7)를 지지한다. 피스톤 베이스 바디(4) 및 환형 부재(6)는 강철로 제작된다.

피스톤 베이스 바디(4)는 일체형으로 형성되며 통해 피스톤 베이스(9) 구역에서 피스톤 보울(piston bowl)(10)을 갖는다. 중앙 서포트(11, 11‘) 상에서 각각 하나의 중앙 보어(3, 3’)를 갖는 두 개의 볼트 허브(bolt hub)(12, 12')가 피스톤 베이스(9)에 형성되며, 중앙 보어의 정면(16)은 피스톤 종축(17) 방향에서 환형 부 재(6)에 대해 후단부에 배치된다. 볼트 허브(12, 12‘)는 샤프트 부재(shaft element)(13, 13')를 통해 서로 결합된다. 샤프트 부재(13, 13’)와 환형 부재(6) 사이를 지지하는 피스톤(1) 상단부 사이에서 피스톤 베이스 바디(4)가 홈(recess)(18)를 갖는데, 본 실시예에서 이 홈은 피스톤 베이스 바디(4)의 샤프트 부재(13, 13‘) 구역에서 부분적으로 둘레에 배치된다. 환형 부재(16)의 서포트로서 피스톤 베이스 바디(4)를 사용할 수도 있는데, 이런 경우에는 볼트 허브(12, 12’)의 정면(16)이 링지대(8)에 대해 후단에 배치되지 않는다. 또한 홈(18)이 피스톤의 모든 둘레에 걸쳐 배치된다. 즉 샤프트 부재(13, 13‘)와 환형 부재(6) 사이의 일부 및 볼트 허브(12, 12’)와 환형 부재(6) 사이의 일부에서 둘레에 배치된다.

피스톤 베이스 바디(4)는 피스톤 베이스(9) 구역에서 환형 부재(6)와 함께 환형 냉각 채널(cooling channel)(14)을 형성하는데, 이 냉각 채널은 피스톤 베이스 바디(4)의 일부 및 환형 부재(6)의 일부에서 형성된다. 볼트 허브(12) 방향에서 냉각 채널(14)은 피스톤 베이스 바디(4)의 돌출부(15)에 의해 덮이는데, 이 돌출부는 판스프링 형태로 형성되며 피스톤 베이스 바디(4)에서 시작하여 피스톤 베이스(9) 방향으로 경사지게 배치된다. 도 1에서는 냉각 채널(14)의 배출구(20)도 도시된다.

도 2는 도 1의 A-A 라인을 따라 절개한 피스톤(1)의 횡단면도를 도시하며, 도면에서는 피스톤 바디(9)의 볼트 허브(12, 12‘) 대응면을 아래에서 관찰할 수 있다. 도 2는 본 실시 형태에서는 식별이 불가능한, 피스톤(1) 냉각용 냉각액을 위 한 냉각 채널(14)의 배출구(20) 및 공급구(19)를 도시한다. 샤프트 부재(13, 13’) 및 샤프트 부재와 결합된 볼트 허브(12, 12‘)는 사선으로 표시된다. 또한 도 2에서는 아래에서 관찰할 때 볼트 허브(12, 12’)의 후단 배치된 정면(16) 구역에서 볼 수 있는 돌출부(15)와 환형 부재(6)의 하단 정면(21)이 도시된다.

피스톤(1)의 제작 시 나사산(5)을 통해 환형 부재(6)를 일차 완성된 피스톤 베이스 바디(4)에 결합하기 전에, 볼트 체결부의 기밀성을 개선하기 위한 목적으로 우선 나사산(5)에 세라믹 재질의 실링제를 도포한다. 이때 환형 부재(6)의 하단 정면(21)이 돌출부(15)의 표면(25)과 접촉하는데, 본 실시예에서 이 표면은 평탄하게, 즉 판의 형태로 형성되어 있지만 루프(roof) 또는 접시 형태로 형성되거나 또는 구형(ball)을 가질 수도 있다. 돌출부(15)는 막판의 형태로 형성되어 있으므로, 환형 부재에 의해 돌출부(15)에 압력이 가해지면, 환형 부재(6)를 풀 때 탄성 변형이 이루어진다. 이로서 환형 부재(6)를 푼 후에는 돌출부(15)가 환형 부재(6)에 기계적 응력을 가하게 되는데, 이런 기계적 응력은 환형 부재(6)와 피스톤 베이스 바디(4)의 바닥 구역 사이에서 볼트 체결부의 강도를 개선하는 기능을 한다.

도 3에 도시한 본 발명의 바람직한 형태에서 환형 부재(6)의 하단 정면(21)에 홈(24)이 형성되는데, 이 홈은 그 내측면에서 방사상 방향으로 형성된 면(22) 및 그 외측면에서 방사상 방향의 면에 연결되는 축방향 면(23)을 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 피스톤(1)의 환형 부재(6)를 풀 때 환형 부재(6) 하단 정면(21)의 방사상 방향의 면(22)이 돌출부(15)의 표면(25)과 최초로 접촉할 경우, 돌출부(15)의 축방향의 외측 상단 경계면(26)과 홈(24)의 축방향 면(23) 사이에서 방사상 공차(27)가 발생하도록 방사상 방향에서 축방향의 면(23)이 환형 부재(6)의 하단 정면(21)으로 삽입된다. 이런 경우에 이 방사상 공차의 방사상 간격은 0㎛와 300㎛ 사이이다.

환형 부재(6)를 계속 풀 때 돌출부(15)의 탄성력은, 돌출부(15)의 외측 경계면(26)이 홈(24)의 축방향 면(23)에 접할 때까지 돌출부(15)의 상단부가 화살표(28) 방향으로 동작하도록 하는 기능을 한다. 이는 상단 피스톤 구역의 강성 및 볼트 체결부의 강도를 개선하는데 기여한다.

- 도면부호의 설명 -

1 피스톤 2 중앙 보어의 종축

3 중앙 보어 4 피스톤 베이스 바디

5 나사산 6 환형 부재

7 탑랜드 8 링지대

9 피스톤 베이스 10 피스톤 보울

11, 11‘ 중앙 서포트 12, 12’ 볼트 허브

13, 13‘ 샤프트 부재 14 냉각 채널

15 돌출부 16 정면

17 피스톤 종축 18 홈

19 공급구 20 배출구

21 환형부재(6)의 하단 정면 22 홈(24)의 방사상 면

23 홈(24)의 축방향 면 24 홈

25 돌출부(15)의 표면 26 돌출부(15)의 외측 상단 경계면

27 방사상 공차 28 화살표

본 발명은 내연 엔진용 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims

내연 엔진용 피스톤(1)으로서,

- 두 개의 피스톤 베이스(9)에 형성된 샤프트 부재(13, 13‘)를 통해 서로 결합되며, 각각 하나의 중앙 서포트(11, 11’)를 통해 피스톤 바디(9)와 결합된 두 개의 볼트 허브(12, 12‘)를 갖는, 단조 강철 재질의 피스톤 베이스 바디(4) 및

- 피스톤 베이스(9)의 방사상측 일부, 탑랜드(7), 적어도 링지대(8)의 일부 및 피스톤 베이스 바디(4)의 환형 냉각 채널(14)을 형성하는 환형 부재(6)를 포함하며,

볼트 허브(12, 12‘)의 외측 정면(16)이 피스톤 실린더의 외측면에 대해 후단에 배치되며, 환형 부재(6)와 함께 냉각 채널(14)의 방사상 외측 및 축방향 하단의 경계를 형성하는 돌출부(15)가 둘레에 배치되도록, 환형 부재(6) 사이를 지지하는 피스톤(1) 상단부와 환형 부재(6) 사이에 홈(18)이 형성되는 내연 엔진용 피스톤에 있어서,

- 환형 부재(6)가 피스톤 베이스 바디(4)에 볼트 체결되며,

- 돌출부(15)가, 환형 부재(6)를 풀 때 탄성으로 변형되는 판 스프링 또는 탄성에 의해 휘어지는 서포트 링(support ring)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤(1).
제1항에 있어서,

볼트 허브(12, 12‘)에 대응하는 환형 부재(6)의 정면(21)이 방사상 방향의 내측 면(22) 및 여기에 연결되는, 볼트 허브(12, 12’)의 축방향으로 형성된 면(23)을 구비한 내측으로 향한 홈(24)을 포함하며, 피스톤 베이스(9)에 대응하는 돌출부(15)의 경계면(25, 26)이 환형 부재(6)를 푼 후에 홈(24)의 면(22, 23)에 접하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤(1).