KR20070009683A - 내연 기관 피스톤용 냉각 채널 커버링 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지지면(9)의 구역에서 마모를 방지하기 위하여, 스프링강 판(1)의 방사상 외측 정면과 계단 형태의 홈(19)의 방사상 외측 경계부 사이에서 둘레로 진행하는 틈새(12)가 형성될 정도로 크기가 결정된 스프링강 판(1) 형태의, 내연 기관 피스톤(8)용 냉각 채널 커버링에 관한 것이다.

Description

내연 기관 피스톤용 냉각 채널 커버링{COOLING CHANNEL COVERING FOR A PISTON OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 설명한 내연 기관 피스톤용 냉각 채널 커버링에 관한 것이다.

독일 특허 공보 DE 42 08 037에는, 피스톤 헤드의 구역에서 방사상 외측에 존재하며 피스톤 스커트 방향으로 개방된 냉각 채널을 구비한 내연 기관용 피스톤이 공개되어 있다. 냉각 채널로 공급되는 냉각 오일의 냉각 효과를 개선하기 위해 냉각 채널이 냉각 오일의 유입 및 방출을 위한 개구가 존재하는 냉각 채널 커버링을 통해 밀폐된다. 또한 투피스의 판스프링 형태로 냉각 채널 커버링을 형성하는 방법도 알려져 있는데, 이 판스프링은 개방된 형태로 돌출되는 환형 측벽(24)의 정면(23)에 있는 그루브(22) 내의 그 외측 가장자리(29)에 외측 지지면으로서 고정되며, 그 내측 가장자리에서는 내측 지지면(25)으로서 링 리브(ring rib)에 부착된, 둘레로 진행하는 칼라(collar)(26)에 축방향 초기 응력 상태로 고정된다(도 1 참조).

엔진 구동 시 피스톤에 가해지는 배기가스의 압력 및 피스톤의 왕복 운동 시 환형 측벽(24)으로 작용하는 관성력으로 인해 화살표(27)로 나타낸, 피스톤 헤드 바디(28)에 대한 환형 측벽(24)의 상대적 운동이 발생한다. 또한 이는 지지점(31, 32)의 구역에서 특히 환형 측벽(24)에 대해 판 스프링(30)의 상대적 운동을 발생시키는데, 이로 인해 판 스프링(30) 뿐 아니라 이 구역의 그루브(22)에 손상을 발생시킨다.

종래 기술에서 알려진, 반구형의 판스프링 반쪽으로 구성되는 냉각 채널 커버링의 다른 단점은, 여기에서부터 축방향 및 방사상 방향의 힘이 환형 측벽(24)에 가해지는 것이다. 이 힘은 판스프링 반쪽의 타격 단부에서 최대이므로, 이 구역에서 축방향 힘이 피스톤 링 그루브의 비사인파 형태의(non-sinusoidal form) 변형을 발생시키며, 그 안에 있는 피스톤 링이 이 변형에 맞게 적응되지 않으므로, 해당 피스톤이 포함된 내연 기관의 오일 소비량이 증가한다. 이에 추가적으로, 방사상 방향을 지향하며 판스프링 반쪽의 단부에서 최대 힘을 갖게되는 힘이 피스톤 마모 위험을 동반하는 환형 측벽(24)의 타원형 변형을 발생시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 단점을 극복하는 것이다.

이 목적은 독립항에 명시한 특징들을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속항에 설명된다.

본 발명은 하기 도면을 통해 상세히 설명된다. 도면은 다음과 같다.

도 1은 내연 기관용 피스톤의 냉각 채널 밀폐를 위한 종래 기술의 스프링강 판에 대한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스프링강 판에 대한 정면도이다.

도 3은 도 2의 라인 III-III을 따라 절개한 본 발명에 따른 스프링강 판의 단면도이다.

도 4는 스프링강 판을 피스톤에 부착한 후의 상태를 나타낸다.

- 도면 부호의 설명 -

1 스프링강 판

2, 3 스프링강 판 반쪽

4, 5 돌출부

6,7 개구

8 피스톤

9 제2 지지면

10 제1 지지면

11 외경

12 틈새

13 링 지대

14 피스톤 헤드 바디

15 링 지대(13)의 하단면

16 스프링강 판(1)의 방사상 내측 가장자리 구역

17 돌기부

18 스프링강 판(1)의 방사상 외측 가장자리 구역

19 계단식 홈

20 냉각 채널

21 피스톤 헤드

22 그루브

23 환형 측벽(24)의 정면

24 환형 측벽

25 내측 지지면

26 칼라

27 화살표

28 피스톤 헤드 바디

29 판스프링(30)의 외측 가장자리

30 판스프링

31,32 지지점

도 2 및 도 4는 두 개의 반원형 스프링강 판 반쪽(2, 3)을 포함하는, 내연 기관용 피스톤(8) 냉각 채널(20)을 닫기 위한 환형의 스프링강 판(1)을 나타낸다. 양측 스프링강 판 반쪽(2, 3)의 각각은 돌출부(4, 5)를 포함하며, 이 돌출부의 목적은 피스톤(8)에 부착된 스프링강 판(1)이 비틀리지 않게 고정시키는 것이다. 이외에도 냉각 채널에서 오일이 유입 또는 배출되도록 하기 위해, 양측 스프링강 판 반쪽(2, 3)의 각각에는 개구(6, 7)가 형성되어 있다.

도 3은 도 2의 라인 III-III을 따라 절개한 스프링강 판(1)의 단면도를 나타낸다. 여기에서 돌출부(4)와 개구(7)를 관찰할 수 있다. 특히 스프링강 판(1)이 이완된 상태에서 평평한 호퍼의 형태를 갖는다는 것을 알 수 있다.

도 4에는 피스톤(8)에 장착한 후의 스프링강 판(1)의 상태가 도시되어 있다. 도면에서는 스프링강 판(1)이 평평한 위치를 갖는다는 것을 알 수 있다. 즉 도 3에 도시한 호퍼 형태의 위치에 비해 비틀림이 관찰된다. 이로 인해 스프링강 판(1)에 형성된 비틀림 응력은, 그 방사상 내측 가장자리 구역(16)이, 제1 지지면(10)을 형성하며, 방사상 외측으로 향하는 피스톤 헤드 바디(14) 돌기부(17)의 피스톤 헤드측 상단면에 놓이게 하며, 그 방사상 외측 가장자리 구역(18)이 링 지대(ring zone)(13)를 형성하는 제2 지지면(9)의 피스톤 헤드 대응측 하단면(15)의 계단식 홈(19)에 초기 응력 상태로 놓이게 하고, 스프링강 판(1)이 피스톤(8)에 고정되게 하는 작용을 한다.

스프링강 판(1)은, 스프링강 판(1)과 피스톤(8) 사이에 틈새(12)(도 4)가 형성되도록 크기가 결정된 외측 반경(11)(도 2)을 갖는다. 이로써 피스톤(8)과 스프링강 판(1) 사이의 상대적 운동 시 틈새(12)의 구역에서 스프링강 판(1) 및 피스톤(8)의 손상을 방지하는 것이 가능하다. 이외에도 지지면(9, 10)의 면적은, 피스톤(8)과 스프링강 판(1) 사이의 상대적 운동 시 최소한의 마모가 발생하도록 결정된다.

이 상대적 운동은 피스톤(8)에 작용하는 연소 압력 및 높은 엔진속도에서 링 지대(13)에 작용하는 관성력의 결과이며, 이로써 링 지대(13)가 피스톤 헤드 바 디(14)에 대해 상대적으로 동작하게 되는데, 이는 링 지대(13) 및 피스톤 헤드 바디(14)에 대한 스프링강 판(1)의 상대적 운동을 발생시킨다.

조립 시 양측 스프링강 판 반쪽(2, 3)이 링 지대(13)의 피스톤 헤드 대응측 하단면(15)에 접하며, 그 방사상 내측면은 피스톤 헤드(21)의 방향으로 작용하는 축방향 힘에 노출되고 이로써 스프링강 판 반쪽(2, 3)의 방사상 내측 가장자리 구역(16)이 제1 지지면(10)의 위에 놓일 정도로 비틀림이 가해진다. 그 후에 스프링강 판 반쪽(2, 3)이 방사상 내측을 향하는 힘에 의해 도 4에 도시한 그 위치로 밀리게된다.

본 발명은 내연 기관 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims (2)

1. 내연 기관 피스톤(8)의 헤드(21)의 구역에서 방사상 외측에 놓이며, 피스톤 헤드 대응측 하단면 방향으로 개방된 냉각 채널(20)을 위한 냉각 채널 커버링으로서, 냉각 채널 커버링이 두 개의 반원형 반쪽(2, 3)으로 이루어지는 환형의 스프링강 판(1)을 포함하며, 그 방사상 내측 가장자리 구역(16)이 제1 지지면(10)에 놓이며, 이 지지면은 냉각 채널(20)을 방사상 내측에서 한정하는 피스톤 헤드 바디(14)의 방사상 외측을 향하는 돌기부(17)의 상단면에 의해 형성되고, 그 방사상 외측 가장자리 구역(18)이 초기 응력 하에서 제2 지지면(9)에 놓이며, 이 지지면은 냉각 채널(20)을 방사상 외측에서 한정하는 피스톤(8) 링 지대(13)의 하단면(15)의 계단식 홈(19)에 의해 형성되는 냉각 채널 커버링에 있어서,

   - 스프링강 판(1)의 방사상 외측 정면과 계단식 홈(19)의 방사상 외측 경계부 사이에서 둘레로 진행하는 틈새(12)가 형성될 정도의 크기로 스프링강 판(1)의 외경(11)이 결정되며,

   - 제2 지지면(9)이 제1 지지면(10)에 비해 스프링강 판(1)의 두께만큼 적어도 근사하게나마 피스톤 헤드(21)에 인접하게 배치되므로 피스톤(8)에 부착한 후에 스프링강 판(1)이 적어도 근사하게나마 평평한 위치를 차지하는 것을 특징으로 하는 냉각 채널 커버링.
2. 제1항에 따른 냉각 채널(20)용 냉각 채널 커버링에 있어서, 양측 스프링강 판 반쪽(2, 3)이 방사상 외측을 향하는 적어도 하나의 돌출부(4, 5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 채널 커버링.

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