KR20070043784A

KR20070043784A - 내연기관용 조립 피스톤

Info

Publication number: KR20070043784A
Application number: KR1020077000986A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프; 페터 켐니츠
Original assignee: 말레 게엠베하
Priority date: 2004-06-19
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2007-04-25
Also published as: WO2005124136A1; CN101018941B; DE102004029877A1; US7464684B2; JP2008503676A; US20080011262A1; JP4809335B2; EP1761698A1; CN101018941A

Abstract

본 발명은 내연기관용 조립 피스톤(1)에 관한 것으로서, 이 조립 피스톤은 상부 부품(4) 및 하부 부품(5)으로 구성된다. 상기 상부 부품과 하부 부품은 상부 절반부(37) 및 하부 절반부(38)로 구성된 내부 육각 스크류(6)를 수단으로 서로 연결된다. 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부(37)는 외부 나사산(39)을 구비하며, 이 외부 나사산은 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)에 대해 평행하게 형성되고 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)보다 큰 리드각을 갖는다. 양 외부 나사산들(39, 40)의 리드각들간의 차이로부터 생기는 리드각은 매우 작으며 스크류 연결의 큰 강도에 기여한다.

Description

내연기관용 조립 피스톤{ASSEMBLED PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 내연기관용 조립 피스톤에 관한 것이다.

DE 공고용 문헌 22 12 922로부터 상부 부품 및 하부 부품으로 구성된 조립 피스톤이 공지되어 있다. 상기 양 피스톤 부품들은 내부 육각 스크류를 수단으로 서로 연결되며, 상기 내부 육각 스크류는 볼트 헤드 및 볼트 샤프트로 구성되고, 상기 볼트 헤드는 상기 볼트 샤프트에 대해 평행한 외부 나사산을 구비한다. 일반적으로 스크류 연결의 강도는 스크류 나사산의 리드각(lead angle)이 작으면 작을수록 크기 때문에, 그리고 이와 관련하여 결정적인 리드각이 상기 선행기술로부터 공지된 스크류 연결에서는 평행한 양 외부 나사산들의 리드각들의 합으로부터 생기기 때문에 상기 스크류 연결은 매우 적은 강도를 갖는다.

본 발명의 목적은 선행기술의 상기 단점을 피하는 것으로서, 즉 조립 피스톤의 상부 부품과 하부 부품 사이에 지속적으로 확고한 스크류 연결을 마련하는 것이다.

상기 목적은 주요 청구항의 특징부에 기재된 특징들에 의해 달성된다. 이에 의하면 2개의 절반부(half)들로 구성된 나사산을 가진 내부 육각 스크류가 사용되며, 상기 나사산들은 평행하게 형성되고 상이한 리드각을 갖는다. 따라서, 스크류 연결(screw connection)의 강도에 대해 결정적인 리드각은 양 나사산 절반부들의 리드각들의 차이로부터 계산될 수 있다. 상기 차이는 매우 적다. 따라서, 이로 인해 스크류 연결의 비교적 큰 강도가 나타난다.

본 발명의 목적에 부합하는 형태는 종속항의 대상이다. 이에 의하면, 나사산을 가진 관통 보어(through bore) 둘레의 영역은 플레이트 스프링식으로 탄성적일 정도로 박벽으로(thin-walled) 형성되며, 상기 관통 보어 안으로 내부 육각 스크류를 돌려 끼울 때 상기 영역은 변형이 되고, 이로 인해 스크류 연결에는 상기 스크류 연결의 강도를 높이는 초기 응력이 발생한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조로 설명한다.

도면은 상부 부품 및 하부 부품으로 구성된 조립 피스톤의 단면도로서, 상기 단면도는 2개의 절반부들로 구성되어 있으며 90°만큼 옮겨진 피스톤의 2개의 종방향 단면들을 도시하고 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 피스톤 2: 종축

3,3': 허브 보어 4: 상부 부품

5: 하부 부품 6: 내부 육각 스크류

7: 피스톤 헤드 8: 연소 캐버티

9: 환형부 10,11,12: 환형 그루브

13,14: 리세스 15: 외부 냉각 채널

16: 환형 플랜지 17: 환형 리브

18: 제 1 지지면 19: 제 2 지지면

20,21: 리세스 22: 내부 냉각 채널

23: 오일 유출 개구부 24: 피스톤 내부 공간

25: 오일 채널 26: 오일 유출 개구부

27,27': 피스톤 핀 보스 28: 칼라

29: 환형벽 30: 리세스

31: 피스톤(1)의 종축 32: 블라인드 보어

33: 블라인드 보어(32)의 내부 나사산 34: 관통 보어

35: 관통 보어(34)의 나사산 37: 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부

38: 내부 육각 스크류(6)의 하부 절반부 39: 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부(37)의 외부 나사산

40: 내부 육각 스크류(6)의 하부 절반부(38)의 외부 나사산 41,41': 샤프트 요소

42: 육각 소켓 43: 그 밖의 리세스(21)와 피스톤 내부 공간(24) 사이의 플레이트 스프링식 영역

도면은 조립 피스톤(1)의 단면을 도시하고 있다. 상기 도면의 왼쪽 절반은 허브 보어(hub bore)(3)의 종축(2)을 따라서 피스톤(1)의 단면을 보이고 있고, 오른쪽 절반은 이에 대해 90°만큼 옮겨진 피스톤(1)의 단면을 보이고 있다. 피스톤(1)은 상부 부품(4) 및 하부 부품(5)으로 구성된다. 상기 상부 부품과 하부 부품은 가운데에 배치된 내부 육각 스크류(6)를 수단으로 서로 연결되며, 따라서 상기 내부 육각 스크류(6)의 육각 소켓(42)은 피스톤 안쪽에 기대 있다.

피스톤(1)의 상부 부품(4)과 하부 부품(5)은 바람직하게는 단조강(forged steel)으로 제조된다. 하지만 상부 부품(4)은 강철로 제조하고 하부 부품(5)은 알루미늄으로 제조하는 것도 가능하며, 또는 상부 부품(4)은 정련된 알루미늄으로 제조하고 하부 부품은 주조된 알루미늄으로 제조할 수 있다.

원통형의 상부 부품(4)은 피스톤 헤드(7)를 형성하며, 이 피스톤 헤드 내로 회전 대칭적인 연소 캐버티(combustion cavity)(8)가 형성된다. 방사상 바깥에 놓인 상부 부품(4)의 외피면은 환형부(annular part)(9)로서 형성되며, 이 환형부는 도시되어 있지 않은 피스톤 링들을 수용하기 위한 3개의 환형 그루브(annular groove)(10, 11, 12)를 구비한다. 피스톤 헤드(7)에 대향하는 상부 부품(4)의 하면은 방사상 바깥으로 둘러싸는 리세스(13)를 구비하며, 이 리세스는 하부 부품(5)의 상응하는 피스톤 헤드쪽 리세스(14)와 공동으로 환형의 외부 냉각 채널(15)을 형성하고, 이 외부 냉각 채널은 방사상 바깥으로 피스톤 헤드(7)에 형성된 환형벽(29)에 의해 제한된다.

방사상 안쪽으로 외부 냉각 채널(15)은 부분적으로 상부 부품(4)의 하면에 배치된 환형 플랜지(annular flange)(16)에 의해, 그리고 부분적으로 하부 부품(5)의 상면에 배치된 환형 리브(annular rib)(17)에 의해 제한되며, 피스톤(1)의 상부 부품(4)과 하부 부품(5)은 환형 플랜지(16) 및 환형 리브(17)를 통해 포개어져 놓여 있다. 환형 플랜지(16)는 제 1 지지면(18)을 구비하며 환형 리브(17)는 제 2 지지면(19)을 구비하고, 상기 지지면들(18, 19)을 통해 환형 플랜지(16)와 환형 리브(17)는 서로 접촉되어 있다.

환형 플랜지(16)의 방사상 내부에서 상부 부품(4)의 하면에는 그 밖의 둘러싸는 리세스(20)가 마련된다. 이 리세스는 하부 부품(5)의 상면에 형성된 상응하는 그 밖의 리세스(21)와 함께 내부의 환형 냉각 채널(22)을 형성한다. 외부 냉각 채널(15)은 오일 유입 개구부(23)를 통해 피스톤 내부 공간(24)과 연결되며 오일 채널(25)을 통해 내부 냉각 채널(22)과 연결된다. 오일 유출 개구부(26)를 통해 내부 냉각 채널(22)은 피스톤 내부 공간(24)과 연결된다. 피스톤(1)의 냉각을 위해 오일은 도시되어 있지 않은 오일 유입 개구부를 통해 외부 냉각 채널(15)로 주입되고, 얼마간의 시간 후에 오일 채널(25)을 통해 내부 냉각 채널(22)에 도달하며, 오일 유출 개구부(23와 26)를 통해 다시 피스톤 내부 공간(24)으로 되돌아온다.

피스톤(1)의 하부 부품(5)은, 서로 마주하여 놓이며 단면이 마름모꼴이고 각각 하나의 피스톤 핀 보어(3, 3')를 구비한 2개의 피스톤 핀 보스(27, 27')로 구성된다. 상기 피스톤 핀 보스들은 그 사이에 연결봉(도시되어 있지 않음)의 상부가 자리를 잡을 수 있도록 서로 간격을 두고 배치된다. 이 이외에, 하부 부품(5)은 피스톤 핀 보스(27, 27')를 서로 연결하는 샤프트 요소(shaft elements)(41, 41')를 구비한다. 피스톤 헤드쪽으로 하부 부품(5)은 방사상 바깥으로 둘러싸며 단면이 직사각형인 칼라(28)를 구비한다. 이 칼라는 피스톤 헤드에 대향한 환형벽(29)의 정면에서 방사상 안쪽에 배치된 리세스(30)에 맞는다. 따라서, 피스톤(1)의 조립시 하부 부품(5)은 칼라(28) 및 리세스(30)를 통해 가이드되고 상부 부품(4)에 대해 상대적으로 중심에 놓인다.

하부 부품(5)의 피스톤 헤드쪽 표면에서 방사상 안쪽으로 칼라(28)에는 상부 부품(4)의 리세스(13)와 함께 외부 냉각 채널(15)을 형성하는 리세스(14), 환형 리브(17) 및 상부 부품(4)의 그 밖의 리세스(20)와 함께 내부 냉각 채널(22)을 형성하는 그 밖의 리세스(21)가 이어진다. 상기 리세스(21)는 피스톤 하부 부품(5) 내로 멀리 만들어지며, 따라서 플레이트 스프링식으로 탄성적으로 형성된 박벽(thin-walled) 영역(43)이 피스톤 내부 공간(24)과 리세스(21) 사이에 생긴다.

피스톤(1)의 종축(31)에 대해 동축으로 피스톤 헤드(7)의 하면에는 내부 나사산(33)을 가진 블라인드 보어(blind bore)(32)가 만들어지고, 하부 부품(5)의 상면에는, 즉 탄성적으로 유연한 영역(43) 내에는 내부 나사산(33)에 대해 평행한 나사산(35)을 가진 관통 보어(34)가 만들어진다. 내부 나사산(33)의 리드각은 나사산(35)의 리드각보다 크다. 게다가, 블라인드 보어(32)의 내경은 관통 보어(34)의 내경보다 1/2 mm 내지 1mm 만큼 작다.

상부 절반부(37) 및 하부 절반부(38)로 구성된 내부 육각 스크류(6)의 도움으로 상부 부품(4)은 하부 부품(5)과 나사체결되고, 상부 스크류 절반부(37)는 블라인드 보어(32) 안으로 돌려 끼워질 수 있도록 직경과 외부 나사산(39)을 가지며, 하부 스크류 절반부(38)는 관통 보어(34) 안으로 돌려 끼워질 수 있도록 직경과 외부 나사산을 갖는다. 그러므로, 상부 스크류 절반부(37)의 직경은 하부 스크류 절반부(38)의 직경보다 1/2 mm 내지 1 mm 만큼 작고, 상부 스크류 절반부(37)의 외부 나사산(39)은 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산보다 큰 리드각을 갖는다.

피스톤(1)의 상부 부품(4)을 하부 부품(5)과 나사체결할 때, 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부(37)가 관통 보어(34)로부터 돌출할 정도로 내부 육각 스크류(6)는 그 하부 절반부(38)의 외부 나사산(40)을 통해 먼저 아래로부터 관통 보어(34) 안으로 돌려 끼워진다. 이에 이어 상부 부품(4)은 하부 부품(5) 상으로 올려지며, 따라서 피스톤(1)의 상부 부품과 하부 부품은 특정한 위치에 서로 배치되고, 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부(37)의 외부 나사산(39)은 상부 부품(4)의 블라인드 보어(32)에 대해 터치 접촉하게 된다. 내부 육각 스크류(6)의 그 밖의 회전은 스크류(6)의 하부 절반부(38)의 외부 나사산(40)의 리드각에 비해 스크류(6)의 상부 절반부(37)의 외부 나사산(39)의 큰 리드각으로 인해 스크류(6)의 하부 절반부(38)의 외부 나사산(40)이 관통 보어(34)의 나사산(35)으로 완전히 돌려 끼워지는 것보다 이전에 상부 부품(4)의 제 1 지지면(18)이 하부 부품(5)의 제 2 지지면(19)에 밀착하도록 한다.

피스톤(1)의 상부 부품과 하부 부품은 보어(32와 34)에 가까운 영역에서, 여기에서는 나사체결 강요 없이 상부 부품과 하부 부품 사이에 틈이 생기도록 형성된다. 표면들(18과 19)이 서로 접촉하게 된 후 상부 부품과 하부 부품을 나사체결할 때 스크류(6)에 가해진 토크가 상승하면, 이로 인해 플레이트 스프링식 영역(43)의 변형이 생긴다. 이 변형은 피스톤 상부 부품과 하부 부품 간의 틈이 작아지도록 하고, 변형된 영역(43)에 의해 스크류 연결에 가해진 초기 응력을 야기한다. 이 초기 응력은 본 발명에 따른 스크류 연결의 강화를 수반한다.

스크류 연결의 강도의 그 밖의 개선은 스크류 나사산의 리드각이 작으면 작을수록 스크류 연결의 풀림을 저지하는 스크류의 셀프 리텐션(self-retention)이 커짐으로써 나타난다. 이와 관련하여 본 발명에 따른 스크류 연결에서 결정적인 리드각은 블라인드 보어(32)의 내부 나사산(33)과 관통 보어(34)의 나사산(35) 사이, 또는 내부 육각 스크류(6)의 상부 절반부(37)의 외부 나사산(39)과 하부 절반부(38)의 외부 나사산(40) 사이의 리드각들의 차이로부터 계산할 수 있다. 상기 차이는 매우 작다. 이는 본 발명에 따른 스크류 연결의 강도의 그 밖의 개선에 기여한다.

Claims

= 피스톤 헤드에 대향한 하면에 배치되며 피스톤 종축(31)에 대해 회전 대칭적으로 둘러싸는 리세스(20) 및

= 하면에, 그리고 피스톤 종축(31)에 대해 동축으로 배치되며 내부 나사산(33)을 가진 블라인드 보어(32)를 구비하며,

- 피스톤 헤드(7)를 형성하는 상부 부품(4)으로 구성되고, 또한,

= 각각 하나의 허브 보어(3, 3')를 구비하며 하면에 서로 간격을 두고 배치된 2개의 피스톤 핀 보스(27, 27'),

= 상기 피스톤 핀 보스(27, 27')를 서로 연결하는 샤프트 요소(41, 41'),

= 상면에 배치되며, 피스톤 종축(31)에 대해 회전 대칭적으로 둘러싸고, 상부 부품(4)의 리세스(20)와 함께 내부 냉각 채널(22)을 형성하는 리세스(21) 및

= 상면에, 그리고 피스톤 종축(31)에 대해 동축으로 배치되며 나사산(35)을 가진 관통 보어(34)를 구비하는,

- 하부 부품(5)으로 구성되며,

- 상기 상부 부품(4)과 하부 부품(5)은 내부 육각 스크류(6)를 수단으로 서로 연결되고, 상기 내부 육각 스크류는 각각 하나의 외부 나사산(39, 40)을 가진 상부 절반부(37) 및 하부 절반부(38)로 구성되며, 상부 스크류 절반부(37)의 외부 나사산(39)은 블라인드 보어(32) 안으로 돌려 끼워질 수 있고 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)은 관통 보어(34) 안으로 돌려 끼워질 수 있도록 형성되 며, 상부 스크류 절반부(37)가 방해받지 않고 관통 보어(40)를 관통하여 밀어 넣어질 수 있는 정도로 상부 스크류 절반부(37)의 외부 나사산(39)의 직경이 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)의 직경보다 작은, 내연기관용 조립 피스톤(1)에 있어서,

- 상기 상부 스크류 절반부(37)의 외부 나사산(39)은 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)과 평행하게 형성되며,

- 상기 상부 스크류 절반부(37)의 외부 나사산(39)은 하부 스크류 절반부(38)의 외부 나사산(40)보다 큰 리드각을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 조립 피스톤.
제 1 항에 있어서,

상기 피스톤 하부 부품(5)은 리세스(21)의 영역(43)에서 상기 영역(43)이 플레이트 스프링식으로 탄성적으로 유연할 정도로 박벽으로(thin-walled) 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 조립 피스톤.