KR20090018932A

KR20090018932A - 내연 기관용 피스톤 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090018932A
Application number: KR1020087029637A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2009-02-24
Also published as: BRPI0712781A2; CN101466938A; DE102006027355A1; US8042512B2; EP2027382B1; EP2027382A1; US20090288632A1; WO2007143967A1; DE502007003019D1; JP2009540199A

Abstract

피스톤 헤드(5)의 인접부에서 방사상 외측에 배치된 닫힌 환형 덕트(4)를 구비한 내연 기관용 피스톤(1)이 제안되는데, 이 환형 덕트는 피스톤 헤드측에서 환형 개구(21)를 포함하며, 이 환형 개구는 단면에서 피스톤 헤드 대응측 방향으로 원추형으로 진행하는 레그를 구비한 사다리꼴 형태를 가지며 환형 밀폐 부재(3)에 의해 닫히고, 이 밀폐 부재는 단면에서 개구(21)와 동일한 사다리꼴 형태를 가지며, 밀폐 부재(3)는 개구(21)에서 마찰 용접을 통해 고정된다.

Description

내연 기관용 피스톤 및 그 제조 방법{PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 내연 기관용 피스톤 및 청구항 5항의 전제부에 따른 그 제조 방법에 관한 것이다.

피스톤 헤드 및 링 지대의 냉각용 오일을 수용하는 기능을 하며 절삭 제조 공정을 통해 피스톤 헤드에서부터 피스톤 바디에 삽입되고 이어서 밀폐되는 환형 덕트를 구비한 피스톤은 종래 기술에서 잘 알려져 있다.

독일 공개 특허 공보 20 17 925 및 독일 특허 공보 12 51 588에는 피스톤 헤드에 삽입된 환형 덕트가 환형 밀폐 부재로 밀폐되고, 이 밀폐 부재는 전하 캐리어 용접법(charge carrier welding method)을 통해 환형 덕트에 고정된다. 이 용접법의 단점은, 매우 오랜 시간과 많은 비용이 소요되며 수행 시 주의해야 하는 파라미터의 수로 인해 매우 복잡하다는 것이다.

독일 특허 공보 10 25 221 및 영국 특허 공보 853,382 및 미국 특허 공보 US 3,181,514에는, 피스톤 헤드에 삽입된 환형 덕트가 먼저 링 부재로 밀폐되고, 이로서 그 위에 존재하는 그루부로 채워진 액상 금속이 환형 덕트의 밀폐를 위해 환형 덕트로 흐르지 않는다. 이를 위하여 복수의 공정 단계가 필요하므로, 환형 덕트의 제조 방법이 매우 복잡하고 오랜 시간이 소요된다.

따라서 본 발명의 목적은, 전술된 종래 기술의 단점을 극복하고, 간단하게 짧은 시간 및 적은 에너지 비용으로 실시 가능한 피스톤 헤드 및 링 지대의 냉각을 위한 냉각유의 수용을 위한 환형 덕트를 구비한 피스톤의 제조 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 독립항 및 종속항에 명시한 특징들을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속항에 설명된다.

본 발명에 따른 피스톤의 제조에 적용된 마찰 용접법은, 그 단순성으로 인해 자동화에 매우 적합하고 용접 시간이 짧은 이점을 갖는다. 이런 이점으로 인해 피스톤의 전체 제조 시간도 단축된다.

본 발명은 하기 도면을 통해 설명된다. 도면은 피스톤 헤드측에서 환형 밀폐 부재를 통해 밀폐된 환형 냉각 덕트를 구비한 내연 기관용 피스톤을 나타낸다.

도면에는 내연 기관용 피스톤(1)이 핀 축(2)에 대해 횡방향으로 나타낸 단면도로 도시되어 있으며, 정밀 가공 후의 피스톤(1)의 윤곽 및 환형 덕트(4)의 밀폐를 위한 환형 밀폐 부재(3)가 브래킷(6)과 함께 도시되어 있다. 이 브래킷을 통해 밀폐 부재(3)가 도면에 도시되지 않은 마찰 용접 장치에 조여진다. 브래킷(6)은 단면에서 화살표 형태를 갖는데, 그 첨단은 밀폐 부재(3)에 의해 형성된다.

피스톤(1)은 그 내부에 형성된 연소 공동(7)을 구비한 피스톤 헤드(5)를 포함한다. 방사상 외측에서 피스톤 헤드(5)에 인접한 원통형 피스톤(1)의 외측면(8)에는 세 개의 피스톤 링 그루브로 구성된 링 지대(9)가 형성되어 있다. 연소 공동(7)과 링 지대(9) 사이에는 피스톤 헤드측에서 밀폐 부재(3)에서 밀폐된 닫힌 환형 덕트(4)가 배치되며, 이 밀폐 부재는 단면에서 피스톤 헤드 대응측 방향으로 원추형으로 진행하는 측면(16, 17)을 구비한 동일한 레그의 사다리꼴 형태를 갖는다. 측면(16, 17)을 통하여 밀폐 부재(3)가 피스톤 헤드(5)와 마찰 용접법으로 용접된다. 환형 덕트(4)는 환형 덕트(4)를 피스톤 내부 공간(18)과 연결하는 오일 방출구(20) 및 오일 공급구(19)를 포함한다.

피스톤 헤드 대응측 방향에서 두 개의 서로 대향하는 스커트 부재(10, 11)가 링 지대(9)에 연결된다. 이 스커트 부재는 각각 양측에서 연결 바(12, 13)를 통해 서로 대향하는 핀 보스와 결합되는데, 도면에는 절개 위치로 인해 핀 구멍(15)이 포함된 핀 보스(14)만 정면도로 도시되어 있다.

피스톤(1) 및 밀폐 부재(3)는 강철로 제조되며, 이로 인해 피스톤(1)은 비교적 강한 강도 및 내하중성을 갖는다. 제조 공정의 일환으로 먼저 강철 재질의 블랭크가 단조되는데, 이런 블랭크는 연소 공동(7) 및 피스톤 내부 공간(18)을 위한 홈을 구비한 피스톤(1)의 개략적 윤곽을 갖는다. 그에 이어서 선삭, 밀링 및 보링과 같은 절삭 제조 공정을 통해 피스톤(1)의 정밀 가공이 이루어진다. 이를 통해 핀 구멍(15), 피스톤 링 그루브를 구비한 링 지대(9), 스커트 부재(10, 11)의 방사상 외측면 및 연소실 오목부(7)가 제조된다.

이어서 절삭 제조 공정을 통해 연소실 오목부(7)와 피스톤 헤드(5)의 방사상 외측 가장자리 사이의 피스톤 헤드(5)의 방사상 외측 구역에서 피스톤 축(22)의 방향으로 홈이 가공되는데, 이 홈은 환형 덕트(4)의 형태를 가지며 피스톤 헤드측에서 환형 개구(21)를 구비하며 환형 개구는 단면이 밀폐 부재(3)와 동일한 사다리꼴 형태를 갖는다. 피스톤 내부 공간(18)에서부터 이런 방식으로 형성된 환형 덕트(4) 방향으로 오일 공급구(19) 및 오일 방출구(20)가 천공된다.

그 다음 마찰 용접법으로 환형 덕트(4)가 밀폐되고, 이때 가공이 완료된 피스톤(1)이 마찰 용접 장치의 고정 척(chuck)에 조여지고 브래킷(6)이 밀폐 부재(3)와 함께 마찰 용접 장치의 회전 척에 조여진다. 회전 가능한 척이 회전되고 회전하는 밀폐 부재(3)는 고정 피스톤(1)의 헤드(5)에 있는 환형 개구(21)로 가압되며, 이때 밀폐 부재(3)의 측면(16, 17) 및 개구(21)의 방사상 외측면에는 피스톤(1)과 밀폐 부재(3) 사이에서의 상대적 운동으로 인해 마찰열이 형성된다. 충분한 열이 발생한 후에 상대적 운동이 중지되고 밀폐 부재(3)가 증가된 힘으로 개구(21)로 접합된다. 이를 통해 형성된 피스톤 헤드(5)와 밀폐 부재(3) 사이의 용접 결합으로 인해 환형 덕트(4)의 개구(21)가 밀폐된다.

마찰 용접법의 이점은, 이 용접법이 자동화에 적합하고 용접 시간이 비교적 짧다는 것이다.

마지막 공정 단계에서는 브래킷(6)이 밀폐 부재(3)로부터 절단되고 피스톤 헤드(5)의 표면의 평삭 가공이 이루어진다.

본 발명은 내연 기관용 피스톤 및 그 제조 방법에 이용될 수 있다.

[도면 부호의 설명]

1 피스톤

2 핀 축

3 밀폐 부재

4 환형 덕트

5 피스톤 헤드

6 밀폐 부재(3)의 브래킷

7 연소 공동

8 외측면

9 링 지대

10, 11 스커트 부재

12, 13 연결 바

14 핀 보스

15 핀 구멍

16, 17 밀폐 부재(3)의 측면

18 피스톤 내부 공간

19 오일 공급구

20 오일 방출구

21 환형 개구

22 피스톤 축

Claims

내연 기관용 피스톤(1)으로서

- 피스톤 헤드(5)를 포함하며,

- 피스톤(1)의 방사상 외측면에서 피스톤 헤드(5) 인접부에 배치된 링 지대(9)를 포함하고,

- 환형 덕트(4)가 오일 공급구(19) 및 오일 방출구(20)를 통해 피스톤 내부 공간(18)과 연결되고, 단면에서 피스톤 헤드 대응측 방향으로 원추형으로 진행하는 레그를 구비한 사다리꼴 형태를 갖는 환형 개구(21)를 피스톤 헤드측에서 포함하는, 피스톤 헤드(5) 인접부에서 방사상 외측에 배치된 환형 덕트(4)를 포함하며,

- 피스톤 헤드 대응측 방향으로 링 지대(9)에 연결되며 서로 대향하는 스커트 부재(10, 11)를 포함하고,

- 각각 하나의 핀 구멍(15)을 구비하며 서로 대향하고 스커트 부재(10, 11)와 결합된 핀 보스(14)를 포함하는,

내연 기관용 피스톤(1)에 있어서,

개구(21)가, 단면에서 개구(21)와 동일한 사다리꼴 형태를 갖는 환형 밀폐 부재(3)에 의해 밀폐되므로, 밀폐 부재(3)가 개구(21)에서 마찰 용접법으로 고정 가능한 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항에 있어서, 상기 개구(21) 및 상기 밀폐 부재(3)가 단면에서 동일한 레 그의 사다리꼴 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 피스톤이 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀폐 부재(3)가 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
하기 공정 단계:

- 피스톤 내부 공간(18)을 위한 홈을 구비한 피스톤 블랭크의 단조,

- 핀 구멍(15), 링 지대(9) 및 스커트 부재(10, 11)의 방사상 외측면의 제조를 위한 하나 또는 복수의 절삭 제조 공정의 적용 하에서의 피스톤 블랭크의 정밀 가공,

- 개구(21)가 단면에서 피스톤 헤드 대응측 방향으로 원추형으로 진행하는 레그를 구비한 사다리꼴 형태를 가지며, 절삭 제조 공정을 통하여 피스톤 헤드(5)에서부터 시작되는 환형의 피스톤 헤드측 개구(21)를 구비한 환형 덕트(4)로서의 사용을 위한 피스톤 축(22) 방향에 존재하는 홈의 주조 단계,

- 환형 덕트(4)로 오일 공급구(19) 및 오일 방출구(20)를 삽입하는 단계를 포함하는 내연 기관용 피스톤(1)의 제조 방법에 있어서,

하기 공정 단계를 특징으로 하는 피스톤(1) 제조 방법:

- 개구(21)와 동일한 횡단면 형태 및 동일한 방사상 직경을 갖는 환형 밀폐 부재(3)의 제조, 및

- 마찰 용접법의 적용 하에 개구(21)에서의 밀폐 부재(3)의 고정.
제5항에 있어서, 피스톤 블랭크의 단조를 위한 강철의 사용을 특징으로 하는 피스톤(1)의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 밀폐 부재(3)의 제조를 위한 강철의 사용을 특징으로 하는 피스톤(1)의 제조 방법.