KR20090005085A

KR20090005085A - 하나의 링 그루브가 하나의 링 캐리어를 포함하는 두 개의 링 그루브를 구비한 내연 기관용 피스톤

Info

Publication number: KR20090005085A
Application number: KR1020087026311A
Authority: KR
Inventors: 에메리히 오트릭츠키; 랄프 부쉬베크; 빌리 지코르스키; 알브레히트 로로프
Original assignee: 카에스 콜벤슈미트 게엠베하
Priority date: 2006-04-08
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2009-01-12
Also published as: CN101460769A; US20090173309A1; WO2007115790A1; EP2005040A1; JP2009533589A

Abstract

본 발명은 복수의 링 그루브를 구비한 링 지대(4)를 포함하는 피스톤 상단부(2) 및 피스톤 하단부(3)로 구성된 내연 기관용 피스톤(1)에 관한 것으로서, 본 발명에서는 링 지대(4)가 정확하게 두 개의 링 그루브(5, 6)를 포함하며 적어도 상단 링 그루브(6)가 링 캐리어(7)를 포함한다.

Description

하나의 링 그루브가 하나의 링 캐리어를 포함하는 두 개의 링 그루브를 구비한 내연 기관용 피스톤{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING TWO RING GROOVES, WHEREIN ONE RING GROOVE HAS A RING CARRIER}

본 발명은 복수의 링 그루브를 포함하는 링 지대를 구비한 피스톤 상단부 및 피스톤 하단부를 구비한, 청구항 1항의 전제부의 특징에 따른 내연 기관용 피스톤에 관한 것이다.

내연 기관용 피스톤에서는 원칙적으로 그 피스톤 상단부(피스톤 크라운 또는 피스톤 헤드도)가 링 지대를 포함하는 것이 알려져 있다. 이러한 링 지대는 일반적으로 세 개의 링 그루브를 포함하며, 이 링 그루브는 피스톤의 축방향 동작 방향에서 나란히 배치된다. 이 세 개의 링 그루브에는 가스 실 링(gas seal ring) 및 오일 스크레이퍼 링이 삽입되며, 이 링은 오일이 순환하는 피스톤의 하단 부분으로부터 연소실을 분리하는 작용을 한다. 세 개의 링 그루브를 사용하는 것은 단점으로 작용하는데, 그 이유는 일반적으로 절삭 가공을 통하여 세 개의 링 그루브를 피스톤 상단부에 형성하기 위하여 증가된 제조 비용이 소요되기 때문이다. 이외에도 증가된 조립 비용 및 그와 연관된 부품 다양성이 존재하는데, 그 이유는 서로 다른 형상을 가질 수 있는 세 개의 피스톤 링이 항상 재고로 유지되고 조립되어야 하기 때문이다. 또한 세 개의 피스톤 링을 구비한 이러한 피스톤을 내연 기관의 실린더에 사용하는 경우 증가된 마찰 계수가 나타나며, 그 결과로서 연비가 증가한다. 이외에도 세 개의 피스톤 링은 증가된 공간 소요에서 중량을 증가시킨다. 출력 증대 및 가변적 밸브 제어를 위하여 링 높이의 증가가 요구되며 제공된 압축 높이에서 더 이상 공간이 충분하지 않게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 특히 마찰 손실 감소, 최적화된 내구성 및 중량 및 비용 절감적 측면에서 종래 기술에 비해 개선된 내연 기관용 피스톤을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1의 특징을 통해 달성된다.

본 발명에서는 링 지대가 정확하게 두 개의 링 그루브를 포함하며 적어도 상단 링 그루브가 하나의 링 캐리어를 포함한다. 단지 두 개의 링 그루브만 존재하고 그에 삽입된 가스 실 링 또는 오일 스크라이퍼 링이 존재하므로, 마찰 손실이 감소하는데, 그 이유는 내연 기관의 실린더 내벽에 더 적은 오일 스크레이퍼 링 표면이 접촉하기 때문이다. 이외에도 피스톤 총 중량이 감소되는데, 그 이유는 알려진 종래 기술에 비해 하나의 피스톤 링이 결여되기 때문이다.

동일한 이유에서 비용 절감 및 조립 시 개선이 달성되는데, 그 상세한 이유는 동일한 효과에서 단지 두 개의 오일 스크레이퍼 링만 부착되며 그에 필요한 링 그루브만 필요하기 때문이다.

내연 기관의 연소실을 향하는 상단 링 그루브는 피스톤 상단부와 동일한 또는 상이한 재료로 이루어질 수 있는 하나의 링 캐리어를 포함한다. 피스톤의 주조 시 삽입되는, 선제작이 가능한 링 캐리어로 인하여 이미 주조가 완료된 링 그루브가 제공되며, 이를 통하여 헤드 랜드의 구역에 작용하는 힘 및 그에 형성되는 온도를 더욱 개선되게 수용할 수 있도록 하기 위하여 링 그루브의 수용부가 피스톤 상단부의 재료에 비하여 더 강한 강도를 가질 수 있다.

특히 바람직하게도 피스톤 상단부가 경량 재료로 이루어지는 경우에는 링 캐리어가 강철 소재 또는 니레지스트 소재로 이루어진다.

본 발명의 개선된 형태에서는 하단 링 그루브도 하나의 링 캐리어를 포함한다. 이로써 양측 링 그루브는 각각 하나의 링 캐리어를 포함하며, 이를 통하여 강도가 증가되고 제조 비용이 감소되고 또한 링 그루브의 형성을 위한 절삭 가공이 필요치 않게 된다. 하지만 이러한 경우에는 피스톤의 주조 전에 링 캐리어를 별도로 제작하고 주형에 삽입하며 이어서 주조 용융물로 주형의 채우는 것이 필요하다.

본 발명의 개선된 형태에서는 상단 링 그루브의 적어도 하나의 링 캐리어, 또는 양측 링 캐리어도 피스톤 상단부의 재료로 완전히 감싸인다. 이는 강도 증가라는 이점을 갖는데, 그 이유는 링 캐리어가 완전히 (그루브가 배치된 외측을 향하는 면은 제외됨) 피스톤 상단부의 재료로 감싸이고 이로써 충분하게 지지될 수 있기 때문이다.

본 발명의 개선된 형태에서는 적어도 하나의 링 캐리어를 알핀 공정으로 처리된다. 링 캐리어가 피스톤 상단부의 재료로 감싸인 구역에 있는 링 캐리어의 이 알핀 층은, 그로 인하여 링 캐리어와 그를 감싸는 피스톤 상단부 재료 사이의 결합이 개선되는 이점을 가지며 이로써 강도가 추가적으로 증가된다. 이는, 특히 본 발명의 다른 형태에서 적어도 피스톤 상단부, 특히 또한 피스톤 전체가 경금속 소재로 이루어지고 링 캐리어가 강철 소재로 이루어지는 경우에 특히 이점으로 작용한다.

이로써 적어도 피스톤 상단부, 특히 피스톤 전체가 경금속 소재(예를 들어 알루미늄)로 이루어지고 반면 링 캐리어는 강철 소재로 제조되는 것이 가능하다. 하지만 그 대안으로써 동일한 재료 쌍(강철 재질의 피스톤 상단부 및 링 캐리어 또는 알루미늄 재질의 피스톤 상단부 및 링 캐리어)도 배제되지 않는다.

따라서 본 발명은 바람직하게는 특히 디젤 엔진 및 가솔린 엔진용의 경금속 소재의 단지 두 개의 링 그루브만 구비한 피스톤을 제공하며, 적어도 상단 링 그루브는 링 캐리어를 포함하고, 이로써 바람직하게도 마찰 손실 감소, 중량 절감, 재료 및 제조 비용으로 인한 비용 절감, 내구성 증대 및 적은 공간 소요가 달성된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예를 도시한다.

본 발명의 실시예는 도 1 및 도 2의 두 개의 도면에 도시되어 있으며, 피스톤은 부호(1)로 표시된다. 피스톤(1)은 피스톤 상단부(2) 및 피스톤 하단부(3)으로 구성되는데, 이 부분들은 서로 독립적으로 제조될 수 있으며 이어서 조립되거나 또는 양측 부분이 일체형 부품(피스톤 블랭크)를 형성한다. 피스톤 상단부(2)는 링 지대(4)를 포함하며, 피스톤(1)의 실시에 따라서 링 지대(4) 내에서 동축성으로 연 소실 오목부가 존재할 수 있지만 필수적인 것은 아니다. 피스톤 하단부(3)는 내연 기관의 실린더에서 피스톤(1)를 안내하는 알려진 방식의 피스톤 스커트를 포함한다. 또한 피스톤 스커트는 커넥팅 로드와의 연결을 위하여 피스톤 핀이 삽입되는 핀 구멍을 포함한다.

본 발명에서 링 지대(4)는 정확하게 두 개의 링 그루브, 즉 하단 링 그루브(5) 및 상단 링 그루브(6)를 포함하며, 적어도 상단 링 그루브(6)는 하나의 링 캐리어(7)를 포함한다. 바람직하게도 링 캐리어(7)는 피스톤 블랭크의 주조 시 원하는 위치에 고정되는 주형에 삽입되는 일체형 부품이며, 주조 후에는 주형이 주조 용융물로 채워지고 링 캐리어(7)가 완전하게 주조 용융물에 의해 감싸인다. 링 캐리어(7)가 강철 소재로 이루어지고 주조 용융물이 경금속 소재로 이루어지는 경우에는, 바람직하게도 링 캐리어(7)가 주형에 삽입되기 전에 알핀 공정(alfin processing)으로 처리된다. 동일한 방식으로 하단 링 그루브(5)를 위한 링 캐리어가 삽입될 수도 있다. 상단 링 그루브(6)만 링 캐리어(7)를 포함하는 경우에는, 피스톤 블랭크의 주조 후에 하단 링 그루브(5)가 절삭 가공을 통해 삽입된다. 이어서 완성된 피스톤(1)에 대한 원하는 치수에 맞게 피스톤 블랭크를 가공하기 위하여 알려진 방식에 따라 미세 가공이 이루어진다.

본 발명은 내연 기관용 피스톤에 이용될 수 있다.

[도면 부호의 설명]

1. 피스톤

2. 피스톤 상단부

3. 피스톤 하단부

4. 링 지대

5. 하단 링 그루브

6. 상단 링 그루브

7. 링 캐리어

8. 피스톤 행정축

9. 피스톤 핀 축

Claims

복수의 링 그루브를 구비한 링 지대(4)를 포함하는 피스톤 상단부(2) 및 피스톤 하단부(3)로 구성된 내연 기관용 피스톤(1)에 있어서, 링 지대(4)가 정확하게 두 개의 링 그루브(5, 6)를 포함하며 최소한 상단 링 그루브(6)가 링 캐리어(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항에 있어서, 하단 링 그루브(5)가 하나의 링 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 최소한 링 캐리어(7)가 피스톤 상단부(2)의 재료로 완전히 감싸이는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 최소한 링 캐리어(7)가 알핀 공정으로 처리되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 최소한 피스톤 상단부(2)가 경금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).