KR20060066100A - 내연 기관용 스플릿 피스톤 - Google Patents

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Abstract

나사 체결부를 통해 하단부(3)와 결합되는 상단부(2)를 구비한 내연 기관용 스플릿 피스톤(1)이 제안된다. 나사 체결부는, 피스톤 상단부(2)의 하단면에 부착되며, 튜브 형태인 커넥터 피스(24), 외측에 있는 나사산(29) 및 내측에 있는 나사산(28)을 구비한 스페이서 슬리브(27) 및 내측 나사산(26)을 가지며 피스톤(1)의 하단부(3)에 형성되는 서포트 리브(12)로 이루어진다. 상단부(2)는 커넥터 피스(24), 스페이서 슬리브(27) 및 서포트 리브(12)를 통해 하단부(3)와 볼트 체결이 가능하다. 또한 스페이서 슬리브(27)는 압축체로서 작용하며 커넥터 피스(24)는 팽창체로서 작용하고, 이로 인해 나사 체결부의 고정에 필요한 기계적 응력이 발생된다.

Description

내연 기관용 스플릿 피스톤{SPLIT PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관용 스플릿 피스톤에 관한 것이다.
독일 특허 969 838에는 내연 기관용 스플릿 피스톤이 공개되어 있는데, 이 피스톤은 피스톤 바디 및 팽창 볼트를 통해 이 피스톤 바디와 결합된 바닥부로 이루어진다. 피스톤의 빠른 왕복운동에서도 견고한 볼트 체결을 보장하기 위하여, 바닥부를 피스톤 바디에 조립할 때 복수의 팽창 볼트가 필요하다. 이는, 알려진 피스톤의 조립에 상당한 시간이 소요되며 작업이 복잡하다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 이런 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다. 이 목적은 독립항의 특징부에 명시한 특징을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 형태는 종속항에 설명된다.
본 발명에 따른 피스톤의 신속하고, 간단하며 견고한 조립의 이점은, 우선 스페이서 슬리브를 피스톤 하단부의 서포트 리브에 체결하고, 그 후에 피스톤의 상단부 전체를 스페이서 슬리브에 체결함으로써 달성된다. 여기에서 스페이서 슬리브는 볼트 체결부의 고정에 필요한 기계적 응력을 발생시키는 압축체(compressing body)로서 작용한다.
본 발명은 하기 도면 및 실시예를 통해 상세히 설명된다.
도 1은 그 상단부가 스페이서 슬리브를 통해 그 하단부와 체결된 투피스형 피스톤의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스페이서 슬리브를 구비한 피스톤의 부분 확대 단면도이다.
도 1에는 상단부(2)와 하단부(3)로 구성되는 냉각형 스플릿 피스톤(slit piston)(1)이 도시되어 있다. 상단부(2) 및 하단부(3)는 강철로 제작된다. 상단부(2)에서부터 피스톤 베이스(piston base)(4)가 형성되며, 그 내부 구역은 연소 보울(piston bowl)(5)을 갖는다. 피스톤 베이스(4)의 외측 가장자리에 환형 측벽(6)이 형성되며, 그 외측면은 피스톤 베이스 측에서 탑 랜드(top land)(7)를 형성하고, 링지대(ring belt)(8)가 도면에는 도시되지 않은 피스톤 링의 수용을 위해 링홈(ring groove)과 함께 이 링지대에 연결된다.
하단부(3)의 피스톤 베이스(4) 대응측에는 각각 하나의 핀 홀(pin hole)(18, 18')을 포함하는 두 개의 피스톤 핀 보스(piston pin boss)(17, 17')가 배치되는데, 그 정면(19, 19‘)은 환형 측벽(6)에 비해 피스톤 종축(20) 방향으로 뒤로 이동 배치된다. 피스톤 스커트 부재(21)는 피스톤(1)의 하단부(3)와 피스톤핀 보스 (17, 17’)와 결합한다.
피스톤(1)의 상단부(2)와 하단부(3)는 한편으로 내측 서포트(9)를 통해, 다른 한편으로는 이에 동심성으로 배치된 외측 서포트(10)를 통해 서로 결합한다. 내측 서포트(9)는 상단부(2)의 피스톤 보울(5) 대응측에 배치된 지지면(11) 및 하단부(3)의 피스톤 베이스 측의 환형 서포트 리브(support rib)(12)에 배치된 지지면(13)에 의해 형성된다. 외측 서포트(10)는 환형 측벽(6)의 하단면에 접하는 지지면(14) 및 하단부(3)의 피스톤 베이스 측의 환형 서포트 랜드(15)에 배치된 지지면(16)에 의해 형성된다.
피스톤 베이스(4)의 가장자리 구역에 배치된 냉각 채널(22)은 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3)에 의해 형성되며, 이 냉각 채널의 방사상 외측 경계는 환형 측벽(6)에 의해 형성되고, 그 방사상 내측 경계는 서포트 리브(12)의 일부와 피스톤 보울(5)에 접하는 피스톤 베이스(4)의 일부에 의해 형성되며, 그 축방향 하단 경계는 피스톤(1)의 하단부(3)에 의해 형성된다. 도 1에 도시하지 않은 유입구 및 배출구를 통해 냉각 오일이 냉각 채널(22)로 공급되거나 냉각 채널(22)에서 배출된다.
상단부(2)와 하단부(3)를 조립할 때 이 양측 부품의 동축 방향의 정렬은 다음을 통해 달성된다. 서포트 랜드(15)가 그 단면에서 계단 형태로 형성되고 환형 측벽(6)의 하단 정면이 내측면에서 원통형 홈(23)을 가지며, 그 내측 형태가 서포트 랜드(15)의 외측 형태와 일치하여, 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3)의 조립 시 서포트 랜드(15)를 홈(23)에 삽입할 수 있고 따라서 상단부(2) 및 하단부(3)가 동축성으로 정렬될 수 있다.
피스톤 보울(5) 대응측에서 피스톤 베이스(4)는 피스톤 종축(20)에 동축성으로 배치된, 환형 커넥터 피스(connector piece)(24)를 갖는데, 그 길이는 피스톤 베이스(4)와 피스톤핀 보스(17, 17‘) 사이의 간격을 초과하지 않는다. 커넥터 피스(24)의 피스톤 베이스(4) 대응측 단부의 외측면에는 외측 나사산(25)이 형성된다. 또한 피스톤 베이스(4) 근처에서 서포트 리브(12)의 내측에는 내측 나사산(26)이 형성된다. 서포트 리브(12)와 커넥터 피스(24)의 반경은, 서포트 리브(12)의 내측 나사산(26)의 방사상 직경이 커넥터 피스(24)의 외측 나사산(25)의 방사상 직경을 초과하도록 선택된다. 또한 외측 나사산(25)과 피스톤핀 보스(17, 17’) 사이의 축방향 간격은 내측 나사산(26)과 피스톤핀 보스(17, 17‘) 사이의 축방향 간격보다 작다.
양측 나사산(25, 26)을 통해 상단부(2)와 하단부(3)를 서로 체결시키기 위해, 튜브 형태의 스페이서 슬리브(27)가 필요한데, 그 길이는 피스톤핀 보스(17, 17‘)와 외측 나사산(25) 사이의 간격과 피스톤핀 보스와 내측 나사산(26) 사이의 간격의 편차에 해당하며, 스페이서 슬리브는 적어도 그 단부에서 내측에 있는 나사산(28)과 외측에 있는 나사산(29)을 갖는다. 내측에 있는 나사산(28)은 커넥터 피스(24)의 외측 나사산(25)에 맞고 외측에 있는 나사산(29)은 서포트 리브(12)의 내측 나사산(26)에 맞는다. 스페이서 슬리브(27)가 나사 체결부(25, 26, 28, 29)의 구역에서만 커넥터 피스(24) 및 서프트 리브(12)와 접촉하므로, 피스톤(1)의 상단부(2)와 하단부(3)의 조립 시 커넥터 피스(24)에 팽창력이 가해지고 스페이서 슬리 브(27)에는 압축력이 가해지는데, 이런 변형으로 인해 피스톤(1)의 상단부(2)와 하단부(3) 사이의 나사 체결부에는 이런 체합부를 고정시키는 기능을 하는 기계적 응력이 가해진다. 나사 체결부를 고정시키는 기능을 하는, 커넥터 피스(24) 및 스페이서 슬리브(27)의 변형이 충분히 크므로, 그 벽두께를 이에 상응하게 결정해야 한다.
도면에 따른 실시예에서 커넥터 피스(24)는 그 피스톤핀 보스(17, 17‘) 대향측 단부에서 외측 나사산(25)을 갖는 나사 플랜지(threaded flange)(30)를 포함하며, 내측에 있는 나사산(28)은 스페이서 슬리브(27)의 모든 내측면에 배치되고, 또한 스페이서 슬리브(27)의 피스톤 베이스(4) 대향측 단부도 외측에 있는 나사산(29)을 갖는 나사 플랜지(31)를 포함한다. 이로서 스페이서 슬리브(27) 및 커넥터 피스(24)의 변형에 필요한 전술한 조건이 충족된다.
도 2는 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3) 사이에서 스페이서 슬리브(27)를 통해 실시되는 나사 체결부에 대한 확대도를 나타낸다. 나사 체결을 위해 커넥터 피스(24)는 그 피스톤 베이스(4) 대응측 단부에서 나사 플랜지(30)를 갖는데, 이 나사 플랜지는 그 방사상 외측에 있는 둘레면에서 외측 나사산(25)을 지지한다. 스페이서 슬리브(27)는 그 내측에 있는 모든 면에서 나사산(28)을 갖는데, 이 나사산으로 나사 플랜지(30)의 외측 나사산(25)이 맞물린다. 또한 스페이서 슬리브(27)도 그 피스톤 베이스(4) 대향측 단부에서 나사 플랜지(31)를 갖는데, 이 나사 플랜지는 그 방사상 외측에 있는 둘레면에서 내측 나사산(26)에 맞물리는 나사산(29)을 지지하며, 이 내측 나사산은 방사상 내측에서 상단부(2)와 접하는 서포트 리브(12) 의 면에 배치된다. 또한 스페이서 슬리브(27)의 피스톤 베이스측 정면(32)은 서포트 리브(12) 상에 배치된 지지면(13)과 함께 피스톤(1)의 상단부(2)를 위한 평평한 공동의 지지면을 형성한다.
우선 스페이서 슬리브(27)를 하단부(3)의 서포트 리브(12)에 체결하고 그 다음 피스톤(1)의 상단부(2)를 커넥터 피스(24)의 외측 나사산(25)을 통해 스페이서 슬리브(27)의 내측에 있는 나사산(28)에 체결함으로써, 피스톤(1)의 조립이 간단한 방식으로 실시된다. 상단부(2)와 하단부(3)의 볼트 체결 시 우선 상단부(2)의 하단 지지면(11)이 서포트 리브(12)와 스페이서 슬리브(27)에 의해 형성된 지지면(13, 32)와 접하게 되고, 그 후에 하단부(3)에서 상단부(2)를 계속 조임으로써, 화살표(33)의 방향에서 커넥터 피스(24)로 팽창력이 가해지고 화살표(34) 방향에서 스페이서 슬리브(27)에 압축력이 가해진다. 이런 변형으로 인해 특히 커넥터 피스(24)와 스페이서 슬리브(27) 사이의 나사 체결부(25, 28)에 기계적 응력이 가해지는데, 이런 응력은 이 나사 체결부(25, 28)의 고정에 상당히 기여한다.
본 발명은 내연 기관용 스플릿 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 내연 기관용 스플릿 피스톤(1)으로서,
    - 링 지대(8)와 함께 환형 측벽(6)이 형성되며, 피스톤 베이스(4)를 갖는 상단부(2), 및
    - 나사 체결부(12, 24-31)를 통해 상단부(2)와 결합하고, 그 상단부(2) 대항측 하단면에서 피스톤핀 보스(17, 17‘)에서 핀 홀(18, 18’) 및 피스톤핀 보스(17, 17‘)와 결합하는 피스톤 스커트 부재(21)를 갖는 하단부(3)를
    구비한 스플릿 피스톤에 있어서,
    나사 체결부가 다음과 같은 부재, 즉
    - 피스톤 베이스(4)의 하단면에 부착되며 거의 튜브 형태인 커넥터 피스(24)로서, 피스톤 종축(20)에 대해 동축성으로 배치되며 축방향에서 피스톤 베이스(4)로부터 멀어지는 그 단부에서 외측 나사산(25)을 가지며, 이 외측 나사산이 방사상으로 외측에 있는 커넥터 피스(24)의 둘레면에 배치되는, 커넥터 피스,
    - 하단부(3)의 피스톤 베이스 측에 형성된 서포트 리브(12)로서, 축방향에서 볼 때 그 피스톤 베이스측 단부에서 내측 나사산(26)을 가지며, 이 내측 나사산이 방사상 내측에 있는 면에 배치되는, 서포트 리브 및
    - 내측에 있는 나사산(28) 및 외측에 있는 나사산(29)을 구비한 거의 튜브 형태인 스페이서 슬리브(27)로서, 이 나사산을 통해 상단부(2)가 커넥터 피스(24) 및 서포트 리브(12)에 의해 하단부(3)에 체결될 수 있으며, 커넥터 피스(24)에 팽 창력이 가해지고 스페이서 슬리브(27)에 압축력이 가해질 수 있도록 이 나사산이 형성되는, 스페이서 슬리브로
    이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  2. 제1항에 있어서, 외측에 있는 나사산(29)이 방사상 외측에 있는 둘레면에서 스페이서 슬리브(27)의 피스톤 베이스측 단부에 배치되며 서포트 리브(12)의 내측 나사산(26)에 맞물리고, 내측에 있는 나사산(28)이 방사상 내측에 있는 스페이서 슬리브(27)의 면에 배치되며 커넥터 피스(24)의 외측 나사산(25)에 맞물리는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  3. 제2항에 있어서, 서포트 리브(12)의 내측 나사산(26)과 피스톤 베이스(4) 사이의 축방향 간격이 커넥터 피스(24)의 외측 나사산(25)과 피스톤 베이스(4) 사이의 축방향 간격보다 작고, 내측 나사산(26)의 방사상 직경이 외측 나사산(25)의 방사상 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 피스톤.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 커넥터 피스(24) 및 스페이서 슬리브(27)를 통해 상단부(2)를 하단부(3)와 체결할 때 커넥터 피스(24)가 팽창하고 스페이서 슬리브(27)가 압축되어, 이로 인해 나사 체결부(12, 24-31)의 고정시키는 기능을 하는 기계적 응력이 발생할 수 있도록, 커넥터 피스(24) 및 스페이서 슬리브(27)의 벽두께가 결정되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 커넥터 피스(24)가 그 피스톤 베이스(4) 대항측에서 외측 나사산(25)을 구비한 나사 플랜지(30)를 가지며, 내측에 있는 나사산(28)이 스페이서 슬리브(27)의 전체 내측면에 걸쳐 배치되고, 스페이서 슬리브(27)가 그 피스톤 베이스(4) 대향측 단부에서 외측에 있는 나사산(29)을 구비한 나사 플랜지(31)를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤.
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