KR20070038154A - 중심이 정렬된 핀 홀 및 스커트 프로파일을 구비한 피스톤 - Google Patents

Abstract

피스톤은 종방향 중심 축선을 가지고 있는 피스톤 바디를 포함한다. 피스톤 헤드에는 복수의 링 그루브가 형성되어 있다. 한 쌍의 핀 보스는 헤드에 매달려 있으며, 피스톤의 종방향 축선을 가로지르는 공통 핀 보어 축선에 중심을 둔 한 쌍의 핀 보어로 형성되어 있다. 스커트부는 볼록하게 형성되어 있는 종방향 프로파일을 갖춘 외부 표면을 구비하고 있다. 프로파일의 주 직경은 냉각 및 가열 상태에서 핀 보어 축선의 +/- 2mm 내에 있다.

피스톤, 핀 홀, 스커트 프로파일,

Description

중심이 정렬된 핀 홀 및 스커트 프로파일을 구비한 피스톤{PISTON HAVING CENTERED PIN HOLE AND SKIRT PROFILE}

본 발명은 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.

테이퍼 진(tapered) 스커트가 사용되던 때에, 연성(soft)의 하부 스커트가 채비된(rigged) 상부 스커트에 앞서 실린더 보어에 접촉하도록 하기 위하여, 종래에는 핀 오프셋이 피스톤에 부가되었다. 또한, 스커트의 큰 직경을 핀 중심선 상에 위치시키는 것이 제안되어 왔지만 핀은 오프셋된 핀이었다. 핀 오프셋은 작동 중에 바람직하지 않은 피스톤의 부차적인 운동을 발생시켜, 피스톤, 링 및 라이너의 조기 마모를 야기한다.

대칭적인 피스톤 설계를 위하여 중심 핀 및 중심 스커트 조합이 사용된다. 이러한 설계에 따라, 관성 및 가스 하중(loading)이 더 이상 피스톤에 가해지지 않으므로 피스톤의 부차적인 운동을 발생시키지 않는다.

중심 핀 및 중심 스커트의 조합에 의하여 : 1) 조용한 피스톤이 만들어지고, 2) 피스톤 개방단에서 응력을 감소시키고, 그 결과 질량이 감소되며, 3) 블로바이(blowby)를 줄여줄 타이트한 맞춤 랜드(tighter fitting land)가 가능하고, 4) 스커트 접촉 영역 및 스커트의 연성 영역에서의 접촉을 줄여서 마찰을 감소시키고, 5) 중심 핀이 더 용이하게 제작될 수 있으며, 6) 핸디드(handed) 피스톤을 제거함으로써 중심 핀의 PCS 조립을 줄이고, 7) 피스톤을 한번에 정확하게 설계하기가 쉬워지며, 8) 상사 중심 점화에서 이동의 변화가 상당히 감소되며, 링 측 마모 및 링 마이크로 용접을 줄이는 랜드 간격(land clearance)의 감소가 가능하다.

도 1은 피스톤의 입면도이다.

도 2는 도 1의 피스톤의 저면도이다.

본 발명의 구성 및 효과는 첨부된 도면을 참조하여 아래 상세한 기재에 의하여 더욱 명확하게 이해할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 피스톤(10)은 복수의 피스톤 링(도면에 미 도시)을 수용하기 위하여 복수의 링 그루브(14)가 형성되어 있는 헤드(12)를 포함한다. 링 그루브 사이에는 랜드(16)가 있다. 한 쌍의 핀 보스(18)는 헤드(12) 아래에서 돌출하고, 서로 횡방향으로 이격되어 있다. 핀 보스(18)에는, 종래의 방법으로 커넥팅 로드(도면에 미 도시)에 피스톤을 부착하기 위한 피스톤 핀(wrist pin)(도면에 미 도시)을 수용하기 위하여 축선방향으로 정렬된 핀 보어, 즉 핀 홀(20)이 형성되어 있다. 피스톤(10)은 핀 홀(20)의 축선을 통과하는 종방향의 중심선, 즉 축선(22)을 가지고 있어서, 피스톤 중심선(22)에 대하여 핀 홀 축선(24)의 횡방향 오프셋은 없다.

피스톤(10)은 핀 보스(18) 사이에서 피스톤(10)의 대향하는 측면에 스커트 부(26)를 포함한다. 각각의 스커트 부(26)는 피스톤과 스커트의 종방향으로 볼록하게 형성되어 있는 스커트 프로파일(30)을 구비한 외부 표면(28)을 가지고 있다. 프로파일(30)은, 피스톤이 냉각상태(즉, 작동 전 주위 온도)뿐만 아니라 가열상태(즉, 작동 온도로 가열된 상태)에 있을 때에도 핀 홀 중심선(22)의 +/-2mm 내에 있는 주 직경(즉, 피스톤의 중심선으로부터 반경방향 외측으로 가장 먼 지점)을 가지고 있다. 중심이 정렬된 핀 홀 및 중심이 정렬된 스커트 프로파일의 조합에 의하여, 부차적인 운동 및 마모의 감소를 비롯한, 종래 알려진 피스톤에서는 나타나지 않았던 장점들이 달성된다.

이러한 스커트 프로파일은, 연성의 중심 스커트가 스커트의 부분 중에서 보어와 접촉하는 유일한 부분이 되도록 한다. 스커트 프로파일은 스커트 주 직경이 핀 중심선 높이에 있도록 설계된다. 이러한 설계에서의 차이점은, 그것이 중심 핀과 결합하고, 프로파일은 주 직경의 어느 일측에서 급격하게 하락한다는 것이다. 주 직경의 어느 일측에서의 이러한 급격한 하락은, 주 직경이 (냉각된 시작 온도 및 가열된 구동 온도를 포함하는) 모든 피스톤 온도에서 핀 중심선에 있도록 보장한다.

종래의 피스톤 랜드는 구동 중, 특히 시작시에 랜드가 접촉하지 않도록 보장하기 위하여 짧게 절단되어 있었다. 피스톤 랜드의 접촉은 소음, 보어 손상 및 마모를 일으킬 수 있다. 본 프로파일에 의하여, 핀 오프셋 및 스커트 오프셋이 더 이상 피스톤에 가해지지 않아서 상당한 부차적인 운동을 발생시키지 않는다. 부차 적인 운동을 발생시키는데 가해지는 유일한 힘은 스커트 마찰력 및 핀 마찰력이다. 따라서, 피스톤 랜드를 짧게 절단할 필요가 없으며, 본 발명의 중심 핀 및 중심 스커트 프로파일 피스톤 상의 피스톤 랜드 직경은 작동시에 랜드의 열 성장을 고려함으로써만 좌우된다. 랜드에서 보어의 간격은 랜드가 보어에 붙잡히는 것을 방지하기에 충분할 정도로만 설계되는 것이 유리하다. 랜드가 보어에 접촉하면, 피스톤은 균형이 잡혀있을 뿐만 아니라 오프셋 핀 홀을 구비한 종래의 피스톤과 관련된 합력 및 부차적인 운동이 없기 때문에 소음 및 마모를 일으킬 랜드에서의 에너지가 거의 없다. 그 결과, 랜드는 피스톤을 안정화시키는 것을 돕는데에 사용되기가 유리하게 될 수 있다.

따라서, 본 발명은, 피스톤이 냉각상태뿐만 아니라 가열상태에 있을 때에도 피스톤의 종방향으로 핀 홀 중심선의 +/-2mm 내에 있는 주 직경을 가지고 있는 볼록 피스톤 스커트 프로파일과 함께, 종방향 축선, 즉 피스톤의 중심선에 대하여 0의 피스톤 핀 오프셋을 갖춘 피스톤을 제공한다.

전술한 바에 비추어 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백하다. 그러므로, 특허청구범위에 기재되어 있는 범위 내에서 본 발명이 전술한 바와는 다르게 실시될 수 있다는 사실이 자명하다.

Claims (3)

1. 중심 종방향 축선을 가지고 있는 피스톤 바디;

   복수의 링 그루브가 형성되어 있는 피스톤 헤드부;

   상기 피스톤 바디의 상기 종방향 축선을 가로지르는 공통 핀 보어 축선에 중심을 둔 한 쌍의 핀 보어가 형성되어 있는, 상기 피스톤 헤드부 아래에 구비되어 있는 핀 보어부; 및

   상기 핀 보스부와 단일 편으로 형성되어 있는 한 쌍의 스커트부;를 포함하고,

   각각의 상기 스커트부는,

   종방향으로 볼록하게 형성되어 있고; 피스톤이 피스톤의 작동 전 냉각 상태에서뿐만 아니라 피스톤이 작동 온도로 가열된 가열 상태에 있을 때에도 상기 핀 보어 축선의 +/- 2mm 내에 있는 주 직경을 가지고 있는; 스커트 프로파일을 갖는 외부 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스커트의 상기 외부 표면은 상기 주 직경으로부터 양 종방향으로 작은 사이즈로 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 피스톤.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 테이퍼는,

   상기 +/- 2mm 영역을 넘어서는 상기 스커트의 다른 영역이, 피스톤이 설치되어 피스톤 작동 중에 피스톤이 움직이는 피스톤 보어에 접촉하는 것을 방지하기에 충분한 것을 특징으로 하는 피스톤.

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