KR20070047283A

KR20070047283A - 내연기관용 조립 피스톤

Info

Publication number: KR20070047283A
Application number: KR1020077001051A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프
Original assignee: 말레 게엠베하
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2007-05-04
Also published as: WO2005124137A1; CN101010504A; EP1761697A1; JP2008503681A; DE102004030218A1; KR101184236B1; CN100510366C; US7584694B2; ES2355979T3; US20080060514A1; JP4598067B2; EP1761697B1; DE502005010583D1

Abstract

본 발명은 내연기관용 조립 피스톤(1)에 관한 것으로서, 상기 조립 피스톤은 연소 캐버티(8)가 제공된 상부 부품(4) 및 하부 부품(5)으로 구성된다. 상기 하부 부품은 피스톤 축(31)에 대해 동축으로 배치된 스크류(6)를 수단으로 상부 부품(4)과 나사체결된다. 상기 스크류(6)는 피스톤 안쪽에서의 육각 소켓(6') 및 피스톤 바닥쪽에서의 헤드(6'')로 이루어진 세트 스크류로서 형성된다. 상기 헤드(6'')는 연소 캐버티(8)의 바닥의 일부를 이루고, 나사체결된 상태에서 연소 캐버티(8)의 바닥과 같은 평면에 놓인다.

Description

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

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

외부 육각 스크류를 수단으로 하부 부품과 나사체결되는 상부 부품으로 구성되는 조립 피스톤은 선행기술로부터 일반적으로 알려져 있으며, 예컨대 공개 문헌 DE 32 49 290 T1 에 기재되어 있다. 상기 문헌에 의하면 외부 육각 스크류의 스크류 헤드는 보통 피스톤 안쪽에 있다. 이는, 상부 부품과 하부 부품을 나사체결하기 위해서는 상부 부품에 내부 나사산을 가진 블라인드 보어를 마련해야만 하게끔 한다. 스크류 헤드와 마찬가지로 블라인드 보어에 대한 자리 요구가 비교적 크고, 따라서 피스톤의 압축 높이(compression height)도 비교적 큰 수치를 가지며, 이로 인해 전체 피스톤이 상당히 큰 축방향 전체 길이를 갖는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 선행기술의 단점들을 피하고, 가능한 한 가장 적은 압축 높이 및 가능한 한 가장 적은 축방향 전체 길이를 갖는 조립 피스톤을 마련하는 것이다.

상기 목적은 주요 청구항의 특징부에 기재된 특징들에 의해 달성된다. 이에 의하면, 본 발명에 따라 사용된 내부 육각 스크류는 비교적 큰 방사상 나사산 직경을 갖는다. 이로 인해 나사산 피치의 감소 및 스크류 연결의 강도의 개선이 달성되는 추가의 장점이 생긴다. 또한 이로 인해 지지하는 나사산 면의 증대가 생긴다. 이는 스크류 연결의 그 밖의 개선에 기여한다. 왜냐하면 이로 인해 스크류뿐만 아니라 상기 스크류를 수용하는 나사산 보어의 나사산 플랭크(thread flanks)가 깎아지는 위험이 감소하기 때문이다.

본 발명의 목적에 부합하는 형태는 종속항의 대상이다. 이에 의하면, 피스톤 하부 부품은 플레이트 스프링식으로 탄성적으로 변형가능한 영역을 구비한다. 이 영역 내로 내부 육각 스크류를 위한 나사산이 만들어지고, 따라서 이로 인해 내부 육각 스크류에는 초기 응력이 가해지고, 이 초기 응력은 스크류 연결의 강도의 그 밖의 개선에 기여한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조로 상세히 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: 스크류; 6' 및 6"을 갖는 세트 스크류

6': 육각 소켓 6": 육각 소켓(6')에 대향한 쪽에 있는 헤드

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 축 32,32': 샤프트 요소

33: 피스톤 내부 공간(24)과 리세스(21) 사이의 영역

34: 보어 35: 리세스

36: 관통 보어 37: 내부 나사산

38: 세트 스크류(6)의 외부 나사산

39: 세트 스크류(6)의 신장 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 구성되며, 상기 상부 부품과 하부 부품은 육각 소켓(6') 및 상기 육각 소켓(6')에 대향한 쪽에 있는 매끄러운 헤드(head)(6'')을 가지며 중심에 배치된 세트 스크류(set screw)(6)를 수단으로 서로 연결된다. 따라서, 세트 스크류(6)의 육각 소켓(6')은 피스톤 안쪽에 기대 있다. 세트 스크류(6)의 헤드(6'')는 외부 나사산(38)보다 큰 방사상 직경을 갖는다. 헤드(6'')와 외부 나사산(38) 사이에 세트 스크류(6)는 외부 나사산(38)에 비해 감소된 방사상 직경을 갖는 신장 영역(39)을 구비한다.

피스톤(1)의 상부 부품(4)과 하부 부품(5)은 바람직하게는 단조강(forged steel)으로 제조된다. 하지만 상부 부품(4)을 강철로 제조하고 하부 부품(5)을 알루미늄으로 제조하는 것도 가능하며, 또는 상부 부품(4)은 단조된 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 부 품(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(annular wall)(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)(32, 32')를 구비한다. 피스톤 헤드쪽으로 하부 부품(5)은 방사상 바깥으로 둘러싸며 단면이 직사각형인 칼라(collar)(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(33)이 피스톤 내부 공간(24)과 리세스(21) 사이에 생긴다.

피스톤(1)의 축(31)에 대해 동축으로, 세트 스크류(6)의 외부 나사산(38)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 관통 보어(34)가 피스톤 헤드(7) 내로 제공된다. 상기 관통 보어(34)는 피스톤 헤드쪽에 배치되며 둘러싸는 리세스(35)를 구비하며, 이 리세스는 세트 스크류(6)의 헤드(6'')의 방사상 직경보다 약간의 허용 오차 치수만큼 큰 방사상 직경을 가지며, 상기 방사상 직경의 횡단면은 상부 부품(4)과 하부 부품(5)의 나사체결시 리세스(35)가 세트 스크류(6)의 헤드(6'')를 수용하는데 쓰일 수 있다는 점에서 헤드(6'')의 횡단면에 일치한다.

하부 부품(5)의 상면 내에, 즉 탄성적으로 유연한 영역(33) 내로 내부 나사산(37)을 가진 관통 보어(36)가 만들어지며, 상기 내부 나사산은 세트 스크류(6)가 그 외부 나사산(38)을 통해 관통 보어(36) 안으로 돌려 끼워질 수 있도록 형성된다.

나사체결을 위해 먼저 상부 부품(4)은 하부 부품(5) 상으로 올려지고, 따라서 피스톤(1)의 상부 부품과 하부 부품은 특정한 위치에 서로 배치된다. 이에 이어 세트 스크류(6)는 위로부터 상부 부품(4)의 보어(34)로 삽입되고, 아래로부터 육각 소켓 철(iron)을 수단으로 내부 나사산(37)이 마련된 관통 보어(36)에 단단히 돌려 끼워진다. 이와 관련하여 생기는 관통 보어(36) 양쪽에서의 영역(33)의 플레이트 스프링식 변형은 세트 스크류(6)에 작용하는 초기 응력을 높이고, 이로 인해 스크류 연결의 강도의 개선에 기여한다.

또한 스크류 연결의 그 밖의 개선은 구조상 세트 스크류(6)의 외부 나사산(38)이, 스크류 헤드 및 스크류 샤프트를 구비하며 일반적으로 사용되는 외부 육각 스크류보다 큰 축방향 직경을 가짐으로써 나타난다. 스크류 길이당 나선의 변함없는 수량에서, 방사상 나사산 직경의 증대는 나사산 피치의 감소를 야기한다. 일반적으로 스크류 연결의 강도는 나사산의 피치가 적으면 적을수록 크기 때문에, 이로 인해 본 발명에 따른 스크류 연결의 강도의 또 다른 개선이 나타난다.

이 이외에, 방사상 나사산 직경의 증대는 스크류뿐만 아니라 상기 스크류를 수용하는 나사산 보어의 지지 나사산 면들의 증대를 의미한다. 이로써 피스톤의 더욱 큰 하중시 나사산 면들이 깎아지는 위험이 감소한다. 이로 인해, 보다 큰 피스톤 손상 및 모터 손상이 피해진다.

Claims

피스톤 헤드에 대향한 하면에 배치되며 피스톤 종축(31)에 대해 회전 대칭적으로 둘러싸는 리세스(20)를 구비하고,

연소 캐버티(8)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(32, 32') 및

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)를 구비하며,

피스톤 종축(31)에 대해 동축으로 배치된 스크류(6)를 도움으로 상부 부품(4)과 나사체결되는 하부 부품(5)으로 구성되는, 내연기관용 조립 피스톤(1)으로서,

피스톤 축(31)에 대해 동축으로, 둘러싸는 피스톤 헤드쪽 리세스(35)를 가진 관통 보어(34)가 상부 부품(4) 내로 제공되고, 상기 리세스는 보어(34)에 비해 보다 큰 방사상 직경을 가지며,

피스톤 축(31)에 대해 동축으로, 내부 나사산(37)을 가진 관통 보어(36)가 하부 부품(5) 내로 제공되고, 상기 관통 보어의 방사상 직경은 관통 보어(34)의 직 경보다 약간 작으며,

상기 스크류는 내부 나사산(37)에 대해 동일한 외부 나사산(38), 피스톤 안쪽에서의 육각 소켓(6') 및 리세스(35)에 대해 상보적인(complementary) 형태를 갖는 피스톤 헤드쪽에서의 헤드(6'')를 구비한 세트 스크류(6)로서 상기 헤드(6'')가 연소 캐버티(8)의 바닥의 일부를 형성하고 나사체결된 상태에서 연소 캐버티(8)의 바닥과 같은 평면에 놓이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조립 피스톤.
제 1 항에 있어서,

상기 리세스(21)는 피스톤 하부 부품(5) 내로 멀리 만들어지며, 따라서 박벽(thin-walled) 영역(33)이 피스톤 내부 공간(24)과 리세스(21) 사이에 생기고, 상기 영역은 플레이트 스프링식으로 탄성적으로 변형가능하며 내부 나사산(37)을 가진 관통 보어(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조립 피스톤.