KR20070090909A

KR20070090909A - 두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤

Info

Publication number: KR20070090909A
Application number: KR1020077012980A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프; 베른트 말
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-09-06
Also published as: US7946216B2; BRPI0518609A2; CN101091052A; DE102004058968A1; DE502005005495D1; JP2008523290A; ES2315938T3; EP1859155B1; EP1859155A1; CN100535424C; WO2006060987A1; US20070289568A1

Abstract

피스톤 상부 (2) 와 피스톤 하부 (2) 로 구성된, 두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤이 개시된다. 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 피스톤 상부 (2) 의 하면에는 피스톤축 (15) 에 대해 동축으로 놓인 원통형 성형부 (24) 가 배치되며, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 상기 원통형 성형부의 단부에는 갈고리 모양이며 방사상 바깥을 향하는 2 개의 돌출부 (27) 가 제공된다. 피스톤 하부 (6) 는 피스톤 헤드쪽에 개구부 (16) 를 구비하며, 피스톤 하부 (6) 상에 피스톤 상부 (2) 의 조립시 상기 개구부 안으로 돌출부 (27) 들을 갖는 원통형 성형부 (24) 가 삽입되고 회전되며, 따라서 돌출부 (27) 들은 개구부 (16) 뒤에 맞물린다.

Description

두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤 {TWO-PIECE PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.

특허문헌 DE 42 03 384 C2 로부터, 피스톤 헤드와 피스톤 스커트로 구성되며, 상기 양 부분들은 바요넷 (bayonet) 폐쇄장치를 수단으로 서로 연결되는, 두 부분으로 이루어진 피스톤이 공지되어 있다. 이때, 피스톤 헤드에는 피스톤 스커트 안에 맞물리는 넥 (neck) 이 형성되며, 상기 넥의 단부에는 방사상 바깥으로 돌출하는 4 개의 록킹 러그가 돌출하고, 상기 록킹 러그는 연결 위치에서 피스톤 스커트의 방사상 안쪽을 가리키는 록킹 돌출부들 아래에 맞물린다. 바요넷 폐쇄장치의 회전 위치를 제동하기 위해 각각의 록킹 돌출부의 하면에는 디텐트 돌출부가 형성되며, 상기 디텐트 돌출부는 해당 록킹 러그의 각각 하나의 디텐트 리세스 안에 맞물린다. 여기에서의 단점은 바요넷 폐쇄장치의 복잡성이며, 이는 선행기술에 의해 공지된 두 부분으로 이루어진 피스톤의 현저한 비용상승을 야기한다.

본 발명의 목적은 선행기술의 상기 단점을 피하는 것이다.

상기 목적은 주요 청구항의 특징부에 기재된 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 목적에 부합하는 형태는 종속항의 대상이다.

피스톤 상부를 피스톤 하부와 연결하기 위해서는 동축으로 배치된 원통형 성형부 (cylindrical moulded part) 만이 필요하며, 상기 원통형 성형부의 단부에는 서로 마주하여 놓이며 갈고리 모양이고 방사상 바깥을 향한 돌출부들이 위치하고, 상기 돌출부들은 양 피스톤 부분을 조립할 때 피스톤 하부에 마련된 개구부의 가장자리 뒤에 맞물린다.

상기 개구부는 피스톤 하부의 탄성적으로 휘어지는 영역 안에 배치되고, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 상기 개구부의 가장자리에는 디텐트 돌기들이 위치함으로써, 피스톤 상부와 피스톤 하부 사이의 영속적으로 단단한 디텐트 연결이 생긴다.

이하, 본 발명의 몇 가지 실시예를 도면을 참조로 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 회전 폐쇄장치의 제 1 형태를 통해 피스톤의 하부와 연결된 상부를 갖는, 두 부분으로 이루어진 피스톤의 단면도,

도 2 는 회전 폐쇄장치의 일부인 개구부의 평면도를 보이는, 도 1 의 선 (II-II) 를 따른 단면도,

도 3 은 상부와 하부가 회전 폐쇄장치의 그 밖의 형태를 통해 서로 연결되는, 두 부분으로 이루어진 피스톤의 단면도,

도 4 는 회전 폐쇄장치의 일부인 피스톤 하부 안의 개구부를 도시하고 있는, 피스톤의 상부와 하부의 부분 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

x : 지지부 (33) 의 두께 1 : 피스톤

2 : 피스톤 상부 3 : 연소 캐버티

4 : 환형벽 5 : 환형부

6 : 피스톤 하부 7 : 피스톤 스커트

8 : 피스톤 핀 보스 9 : 피스톤 핀 보어

10, 10' : 외부 냉각채널 11 : 내부 냉각채널

12 : 피스톤 핀 축 13 : 피스톤 헤드

14 : 분리벽 14' : 분리벽 영역

15 : 피스톤축 16 : 개구부

17 : 지지 리브 18 : 지지부

19 : 커버 20 : 플레이트 스프링

21 : 지지부 22 : 리세스

23 : 환형벽 (4) 의 정면 24 : 원통형 성형부

24' : 성형부 (24) 의 공 모양의 영역 25 : 냉각 리브

26 : 보어 27 : 돌출부, 갈고리 모양의 성형부

28 : 맞춤핀 28' : 맞춤핀 (28) 의 돌출부

29 : 가이드부 30 : 리세스

31, 31' : 디텐트 돌기 32 : 가이드부 (29) 의 영역

33 : 지지부

도 1 은 왼쪽 절반은 피스톤 핀 축 (12) 의 방향으로 놓여 있고 오른쪽 절반은 이에 대해 수직으로 놓여 있는 2 개의 절반으로 구성된 단면도로서 피스톤 헤드 (13) 를 갖는 피스톤 상부 (2) 및 피스톤 하부 (6) 로 구성된 두 부분으로 이루어진 냉각된 피스톤 (1) 을 도시하고 있다. 피스톤 상부 (2) 는 피스톤 헤드 (13) 안으로 만들어진 연소 캐버티 (combustion cavity) (3) 를 구비하며, 또한 피스톤 상부는 그 방사상 외면에 환형부 (5) 를 갖는 환형벽 (4) 을 구비한다.

피스톤 하부 (6) 는 상자 모양의 피스톤 스커트 (7) 및 도면에 도시되어 있지 않은 피스톤 핀을 수용하기 위한 각각 하나의 피스톤 핀 보어 (9) 를 갖고 상기 피스톤 스커트와 연결된 피스톤 핀 보스 (8) 를 포함한다. 피스톤 헤드쪽에서 피스톤 하부 (6) 는 분리벽 (14) 에 의해 한정되며, 상기 분리벽은 피스톤축 (15) 가까이에 박벽의 (thin-walled) 탄성적으로 휘어지는 분리벽 영역 (14') 을 구비하고, 상기 분리벽 영역 안으로는 중심에 배치된 개구부 (16) 가 제공되며, 상기 개구부는 피스톤 상부 (2) 를 피스톤 하부 (6) 와 연결하는 회전 폐쇄장치의 요소이다.

피스톤 헤드 (13) 로부터 멀리 향하는 하면에는, 방사상 외부에, 피스톤 상부 (2) 안으로 외부 냉각채널 (10, 10') 이 만들어지며, 상기 외부 냉각채널은 방사상 외부에서는 환형벽 (4) 에 의해 한정되고 방사상 내부에서는 일부는 피스톤 헤드 (13) 에 의해 한정되며 일부는 피스톤 헤드쪽에 분리벽 (14) 에 제공된 환형의 지지 리브 (support rib) (17) 에 의해 한정되고, 상기 지지 리브는 피스톤 상부 (2) 를 위한 환형 지지부 (18) 를 형성한다.

도 1 에 따른 단면도의 왼쪽 절반에 도시된 바와 같이, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 외부 냉각채널 (10) 의 하면은, 지지 리브 (17) 에 형성되며, 둘러싸고, 디스크 모양인 (disk-shaped) 커버 (19) 에 의해 폐쇄될 수 있다. 냉각채널 (10') 의 하면을 폐쇄하는 그 밖의 가능성으로는 도 1 에 도시된 단면도의 오른쪽 절반에 따라 환형의 플레이트 스프링 (20) 이 사용될 수 있으며, 상기 플레이트 스프링의 방사상 내면은 초기응력하에서 지지 리브 (17) 의 방사상 외면에 제공되는 둘러싸는 지지부 (21) 상에 인접하고, 상기 플레이트 스프링의 방사상 외면은 리세스 (recess) (22) 안에 인접하며, 상기 리세스는 피스톤 헤드 (13) 로부터 멀리 향하는 환형벽 (4) 의 정면 (23) 안에 만들어진다. 커버 (19) 뿐만 아니라 플레이트 스프링 (20) 도 도면에 도시되어 있지 않은 오일 유입 및 오일 유출 개구부들을 구비하며, 상기 오일 유입 및 오일 유출 개구부들을 통해 냉각오일은 냉각채널 (10, 10') 안으로 도입되고, 그리고 그곳에서 다시 배출된다.

냉각채널 (10) 을 통해 흐르는 오일의 냉각 효과를 개선하기 위해, 냉각채널 (10) 의 상면은 단면도의 왼쪽 절반에 도시된 바와 같이 냉각 리브 (25) 들을 구비할 수 있다. 게다가, 도 1 에 따른 단면도의 오른쪽 절반에 도시된 바와 같이, 냉각채널 (10') 의 상면 안에 보어 (bore) (26) 를 제공함으로써, 냉각채널 (10') 을 통해 흐르는 냉각오일의 냉각 효과를 개선하는 것이 가능하다.

방사상 안쪽으로 지지 리브 (17) 에는 내부 냉각채널 (11) 이 이어지며, 상기 내부 냉각채널의 상면은 피스톤 헤드 (13) 에 의해 형성되고 하면은 분리벽 영역 (14') 에 의해 형성된다. 내부 냉각채널 (11) 은 방사상 외부에서는 지지 리브 (17) 에 의해 한정되며 방사상 내부에서는 피스톤축 (15) 에 대해 동축으로 놓인 원통형 성형부 (24) 에 의해 한정되며, 상기 원통형 성형부는 피스톤 헤드 (13) 의 하면에 형성된다. 외부 냉각채널 (10, 10') 과 내부 냉각채널 (11) 사이에는 도면에 도시되어 있지 않은 오버플로우 채널 (overflow channel) 이 배치되며, 상기 오버플로우 채널을 통해 냉각오일은 외부 냉각채널로부터 내부 냉각채널로 보내진다. 내부 냉각채널 (11) 안에 위치한 냉각오일은 개구부 (16) 를 통해 피스톤 내부로 보내진다.

피스톤 헤드 (13) 로부터 멀리 향하는 원통형 성형부 (24) 의 단부에는, 서로 마주하여 놓이며, 방사상 바깥을 향하고, 갈고리 모양인 돌출부들이 제공되고, 상기 돌출부들은 갈고리 모양의 성형부 (27) 로서 원통형 성형부 (24) 에 형성되고, 피스톤 하부 (6) 에 피스톤 상부 (2) 를 고정하기 위해 회전 폐쇄장치의 방식으로 개구부 (16) 의 가장자리 뒤에 맞물린다. 도 1 에서는 양 성형부 (27) 들 중 왼쪽 성형부만을 알아볼 수 있는데, 왜냐하면 도 1 의 오른쪽 절반은 도 1 의 왼쪽 절반의 단면 평면에 대해 수직으로 놓인 단면을 도시하고 있으며, 따라서 여기에서는 돌출부 (27) 가 시선 방향으로 원통형 성형부 (24) 뒤에 배치되고, 그것에 의해 감춰지기 때문이다. 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 내부 분리벽 영역 (14') 의 탄성은 상기 회전 폐쇄장치의 강도에 기여한다.

도 1 의 선 (II-II) 을 따라 도 2 에 도시된 단면은 분리벽 영역 (14') 안으로 만들어진 개구부 (16) 의 평면도이며, 상기 개구부는 도 1 에도 암시된 바와 같이 서로 마주하여 놓인 2 개의 리세스 (recess) (30) 를 구비한다. 또한, 원통형 성형부 (24) 가 단면도로 나타나 있으며, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 성형부 (24) 의 단부에 배치된 갈고리 모양의 성형부 (27) 들은 일부는 평면도로 일부는 파선으로 나타나 있다. 도 2 에서 상기 성형부들은 상기 성형부들이 개구부 (16) 의 가장자리 뒤에 맞물리는 위치에서 도시되어 있다. 피스톤 하부 (6) 상에 피스톤 상부 (2) 의 조립시, 양 부분 (2, 6) 은, 갈고리 모양의 성형부 (27) 들이 도 2 에 도시된 위치에 비해 90°만큼 비틀려지며, 따라서 상기 성형부들이 리세스 (30) 들을 관통하여 가이드될 수 있는 위치를 서로 차지해야만 한다. 이로 인해 피스톤 상부 (2) 가 피스톤 하부 (6) 의 지지부 (18) 에 인접하게 되면, 그리고 이때 갈고리 모양의 성형부 (27) 들이 멀리 충분히 개구부 (16) 안으로 삽입되면, 피스톤 상부 (2) 는 90°만큼 회전되고 갈고리 모양의 성형부 (27) 들은 도 2 에 도시된 위치를 차지하며, 상기 위치에서 상기 성형부들은 개구부 (16) 의 가장자리 뒤에 맞물리고, 그리고 이로써 피스톤 상부 (2) 를 피스톤 하부 (6) 와 연결한다.

도 3 은 회전 폐쇄장치의 그 밖의 형태를 도시하고 있으며, 피스톤 헤드 (13) 로부터 멀리 향하는 원통형 성형부 (24) 의 단부에는 서로 마주하여 놓인 2 개의 돌출부 (28') 가 제공되며, 상기 돌출부들은 맞춤핀 (dowel pin) (28) 에 의해 형성되고, 상기 맞춤핀은 원통형 성형부 (24) 의 공 모양의 단부 (24') 안의 관 통 보어 안에 배치되며 돌출부 (28') 를 형성하면서 양쪽에서 보어보다 더 돌출한다. 피스톤 (1) 이 완성되어 조립되면 돌출부 (28') 는 개구부 (16) 의 가장자리 뒤에 맞물린다. 선택된 도시 형태로 인해, 즉 도 3 의 오른쪽 절반은 도 3 의 왼쪽 절반의 절반 단면에 대해 수직으로 놓인 단면을 도시하고 있기 때문에, 도 3 의 왼쪽 절반에서 맞춤핀 (28) 은 측면도로 나타나 있고 도 3 의 오른쪽 절반에서는 횡단면으로 나타나 있다.

도 4 는 확대된 부분 단면도로 개구부 (16) 를 나타내고 있으며, 상기 개구부의 하부 가장자리는 도 4 에 도시되어 있지 않은 돌출부 (27, 28') 를 위한 가이드부 (29) 로서 형성된다. 개구부 (16) 의 양쪽에 리세스 (30) 가 배치되며, 상기 리세스들은 돌출부 (27, 28') 의 방사상 치수보다 더 큰 치수를 구비하고, 따라서, 돌출부 (27, 28') 는 리세스 (30) 의 방향을 가리키고 피스톤 하부 (6) 와는 마주보고 있는 피스톤 상부 (2) 의 위치에서, 원통형 성형부 (24) 는 돌출부 (27, 28') 와 함께 문제없이 개구부 (16) 안으로 삽입될 수 있다. 이에 이어 피스톤 상부 (2) 는 회전되고, 따라서 돌출부 (27, 28') 는 리세스 (30) 들의 양쪽에 배치된 디텐트 돌기 (31, 31') 로부터 방사상 서로 마주하여 놓인 2 개의 디텐트 돌기 (31, 31') 를 넘어 놓이도록 강요되며, 이때 내부 분리벽 영역 (14') 은 단기적으로 피스톤 헤드 (13) 의 방향으로 편향된다. 상기 디텐트 돌기 (31, 31') 는 회전 폐쇄장치의 풀림에 대한 안전부로서 쓰인다.

피스톤 상부 (2) 의 그 밖의 회전에서 돌출부 (27, 28') 는 디텐트 돌기들 (31, 31') 사이에 놓인 가이드부 (29) 의 영역 (32) 과 접촉하게 되며, 상기 영역 은 두께 'x' 를 갖는 지지부 (33) 를 구비하고, 상기 두께는 디텐트 돌기 (31, 31') 의 최대의 축방향 치수보다 작다. 이때, 지지부 (33) 에 의해 분리벽 영역 (14') 이 영속적으로 수치 'x' 만큼 피스톤 헤드 (13) 의 방향으로 편향되는 것이 달성되며, 이는 원통형 성형부 (24) 에 그리고 이로써 피스톤 상부 (2) 에 영속적인 초기응력을 가하고, 상기 초기응력은 본 발명에 따른 회전 폐쇄장치의 매우 좋은 강도를 야기한다.

Claims

피스톤 헤드 (13) 를 형성하는 피스톤 상부 (2) 를 가지며,

피스톤 상부 (2) 와 연결된 피스톤 하부 (6) 를 갖고, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 쪽에는 피스톤 스커트 (7) 및 각각 하나의 피스톤 핀 보어 (9) 를 갖고 서로 마주하여 놓인 2 개의 피스톤 핀 보스 (8) 가 배치되는, 두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤 (1) 에 있어서,

피스톤 상부 (2) 의 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 쪽에는 피스톤축 (15) 에 대해 동축으로 놓인 원통형 성형부 (24) 가 배치되며, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 상기 원통형 성형부의 단부에는 서로 마주하여 놓이며 갈고리 모양이고 방사상 바깥을 향한 돌출부 (27, 28') 가 제공되며,

피스톤 하부 (6) 는 피스톤 헤드쪽에서 피스톤 스커트 (7) 및 피스톤 핀 보스 (8) 와 연결된 분리벽 (14) 에 의해 한정되고, 상기 분리벽은 피스톤축 (15) 에 대해 동축으로 개구부 (16) 를 구비하며, 상기 개구부의 방사상 직경은 돌출부 (27, 28') 의 방사상 길이보다 작고, 상기 개구부는, 돌출부 (27, 28') 의 방사상 치수보다 더 큰 방사상 치수를 갖고 방사상 서로 마주하여 놓인 2 개의 리세스 (30) 를 구비하며,

원통형 성형부 (24) 는, 리세스 (30) 안으로 돌출부 (27, 28') 의 삽입 및 피스톤 상부 (2) 의 회전과 함께 피스톤 하부 (6) 상에 피스톤 상부 (2) 를 조립하는 범위 내에서 돌출부 (27, 28') 가 개구부 (16) 의 가장자리 뒤에 맞물리는 길이 를 구비하는 것을 특징으로 하는 두 부분으로 이루어진 내연기관용 피스톤 (1).
제 1 항에 있어서, 분리벽 (14) 은 방사상 내부에 피스톤축 (15) 에 대해 동축으로 놓이며 탄성적으로 휘어지는 분리벽 영역 (14') 을 구비하며, 상기 분리벽 영역 안에 개구부 (16) 가 배치되고, 상기 분리벽 영역은 피스톤 상부 (2) 와 피스톤 하부 (6) 로 형성된 내부 냉각채널 (11) 의 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 쪽을 한정하며, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 개구부 (16) 의 가장자리는 리세스 (30) 의 양쪽에 디텐트 돌기 (31, 31') 를 구비하며 디텐트 돌기 (31, 31') 의 리세스 (30) 로부터 멀리 향하는 쪽에 지지부 (33) 를 구비하고, 상기 지지부의 두께 'x' 는 디텐트 돌기 (31, 31') 의 최대의 축방향 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부들은, 원통형 성형부 (24) 에 배치되며 원통형 성형부 (24) 와 일체인 갈고리 모양의 성형부 (27) 로서 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 피스톤 헤드로부터 멀리 향하는 원통형 성형부 (24) 의 단부에는 맞춤핀 (28) 이 배치되며, 상기 맞춤핀의 단부들은 양쪽에서 성형부 (24) 보다 방사상 더 돌출하고, 그리고 이로 인해 돌출부 (28') 를 형성하는 것을 특징으로 하는 피스톤.