KR20090089331A - 내연 기관용 투 파트형 피스톤 - Google Patents

내연 기관용 투 파트형 피스톤 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상단부(2) 및 그에 체결된 하단부(3)를 구비한 내연 기관용 투 파트형 피스톤(1)에 관한 것으로서, 상단부(2)와 하단부(3)는 부분적으로 상단 환형 리브(10)의 하단면 및 하단 환형 리브(11)의 상단면을 한정하는 내측 지지면(25, 26)을 통해 그리고 부분적으로 환형 측벽(9)의 하단면 및 하단부(29)에 부착된 칼라(27)의 상단면을 한정하는 외측 지지면(28, 29)를 통해 서로 접촉한다. 진동 마찰 마모, 마찰 고착 및 압력에 의한 재료 고착을 방지하기 위하여 지지면(25, 26, 28, 29)의 적어도 하나가 구조화되고 복수의 요철 및 요홈을 갖는 표면을 포함하는 크롬 층(30)을 통해 간단하고 저렴한 방식으로 코팅된다.

Description

내연 기관용 투 파트형 피스톤{TWO-PART PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 설명된 내연 기관용 투 파트형 피스톤에 관한 것이다.
출원 번호가 10 2006 015 587.4인 독일 특허 출원에는 결합된 피스톤의 상단부가 공개되어 있는데, 이 상단부는 그 피스톤 헤드 대응측 하단면에서 내측 접촉면을 갖는 환형 리브 및 외측 접촉면을 갖는 환형 측벽을 포함한다. 피스톤 하단부와 피스톤 상단부의 결합 후 피스톤 상단부와 피스톤 하단부의 상대적 운동을 발생시키는 엔진의 구동 중에 진동 마찰 마모 및 양측 피스톤 부분의 접촉면의 고착 및 이로 인한 접촉면의 마모를 방지하기 위하여 상단부의 접촉면에 그루브 형태의 요홈이 형성되어 있다. 이 요홈은 선삭 또는 레이저를 통해 제작되는데, 이러한 경우에는 요홈의 제조가 비교적 복잡하고 고비용이 소요되는 단점이 나타난다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 이러한 단점을 극복하는 것이다. 이 목적은 독립항의 특징부에 명시한 특징들을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속항에 설명된다.
본 발명의 몇몇 실시예는 하기 도면을 통해 설명된다. 도면은 다음과 같다.
도 1은 양측 피스톤 부분이 팽창 볼트를 통해 서로 결합된, 상단부와 하단부를 포함하는 피스톤의 단면도를 나타낸다.
도 2는 피스톤의 하단부와 지지면에 대한 사시도로서, 이 지지면을 통하여 피스톤의 상단부가 그 하단부에 배치된다.
도 3은 피스톤의 상단부 및 지지면의 사시도를 나타낸다.
도 4는 크롬 층을 갖는 지지면의 횡단면도를 나타낸다.
도 1은 상단부(2) 및 하단부(3)를 포함하는 내연 기관용 피스톤(1)을 나타낸다. 피스톤(1)의 상단부(2)는 스틸 그리고 하단부(3)는 구상 흑연 주철 또는 알루미늄 재질이거나 또는 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3)가 스틸 재질로 이루질 수 있다.
상단부(2) 및 하단부(3)는 두 개의 팽창 볼트(4, 5)를 통해 서로 결합되어 있다. 상단부(2)는 피스톤 헤드(6)를 형성하며 그에는 연소 공동(7)이 배치되어 있다. 피스톤 헤드(6)의 인접부에서 피스톤(1)은 방사상 외측에 둘레로 진행하는 냉각 채널(8)을 포함하며, 이 냉각 채널은 부분적으로 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3)에 형성된다. 냉각 채널(8)은 방사상 외측에서 피스톤 헤드(6)와 결합된 환형 측벽(9)에 의해 그리고 방사상 내측에서는 부분적으로 피스톤 헤드(6), 부분적으로 상단부(2)의 피스톤 헤드 대응측 하단면에 형성되고 둘레로 진행하는 상단 환 형 리브(10)에 의해 그리고 부분적으로 하단부(3)의 피스톤 헤드 대향측에 부착된 하단 환형 리브(11)에 의해 한정된다. 양측 팽창 볼트(4, 5)를 위하여 하단 환형 리브(11)에는 두 개의 구멍(12, 13) 그리고 상단 환형 리브(10)에는 암나사를 갖는 두 개의 막힌 구멍(14, 15)이 형성되어 있다.
내측 냉각 공간(17)은 피스톤 헤드(6)에 의해, 상단 및 하단 환형 리브(10, 11)에 의해 그리고 하단부(3)의 상단 천장부(16)에 의해 한정되며, 내측 냉각 공간은 냉각유가 내측 냉각 공간(17)으로 분사되는 하단 개구(18)를 포함한다. 도 2에 정확하게 도시된 바와 같이 방사상으로 배치된 채널(19)을 통하여 냉각유는 냉각 공간(17)에서부터 냉각 채널(8)로 도달하며, 이 냉각 채널은 도 2에 도시된 오일 방출구(20)를 포함하며, 이 방출구를 통해 냉각유가 피스톤 내부 공간(21)으로 전달된다. 또한 피스톤(1)의 하단부(3)는 도 1 및 도 2에 도시된 두 개의 핀 구멍(23, 24)과 하나의 피스톤 스커트(22)를 포함한다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상단 환형 리브(10)는 그 하단면에서 그리고 하단 환형 리브(11)는 그 상단면에서 각각 하나의 환형 지지면(25, 26)을 포함하며, 그를 통하여 피스톤(1)의 상단부(2) 및 하단부(3)의 방사상 내측 부분이 상하로 배치된다. 방사상 외측에서 환형 측벽(9)의 피스톤 헤드 대응측 정면 및 하단부(3)의 상단면에 부착된 칼라(27)는 각각 하나의 환형 외측 지지면(28, 29)을 포함하며, 그를 통하여 상단부(2) 및 하단부(3)의 방사상 외측 부분이 상하로 배치된다. 피스톤 헤드(6)로부터의 내측 지지면(25, 26)의 간격은 피스톤 헤드(6)로부터의 외측 지지면(28, 29)의 간격보다 작다.
본 발명에서는 상단부(2)의 내측 및 외측 지지면(25, 28) 또는 하단부(3)의 내측 및 외측 지지면(26, 29) 또는 피스톤(1)의 상단부(2)와 하단부(3)의 모든 지지면(25, 26, 28, 29)이 크롬 층(30)으로 코팅되며, 이 크롬 층은 도 4에서 크롬 층(30)이 포함된 지지면을 절개한 단면으로 도시되어 있으며 구조화된 표면 및 15 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 또한 상단부(2)의 내측 지지면(25) 및/또는 하단부(3)의 내측 지지면(26)만 코팅하는 것도 가능하다.
크롬 층(30)의 표면은 봉오리 또는 혹의 형태를 갖는다. 크롬 층(30)의 조도(Rz)는 10 ㎛ 내지 25 ㎛이다. 구조화된 표면의 크롬 층(30)은 전기 화학적 방식(갈바니 방식)으로 코팅될 수 있는데, 이러한 경우에는 전기적 전압 펄스를 통하여 지지면에서 크롬의 핵형성 과정이 시작되며 그 후에 다른 후속 펄스를 통하여 다른 크롬의 침착에 의한 크롬 핵의 성장이 이루어진다.
상단부(2) 및 하단부(3)를 포함하는 체결된 피스톤(1)의 지지면(25, 26, 28, 29)은 엔진 구동 시 서로 상대적으로 움직이므로, 이로 인하여 지지면에서 진동 마찰 마모 및 지지면의 마찰 고착이 나타난다. 이외에도 연소 과정 중에 상단부(2)가 피스톤(1)의 하단부(3)에 가하는 높은 압력으로 인하여 지지면의 부분의 재료 고착 및 그로 인한 부분적인 재료 박리가 나타난다. 구조화된 표면을 갖는 본 발명에 따른 크롬 층(30)의 이점은, 구조화된 크롬 층(30) 표면의 함유 부피(oil retaining volume)가 증가하고 이로써 서로 상대적으로 움직이는 지지면의 진동 마찰 마모 및 마찰 고착이 억제되는 것이다. 또한 크롬 층(30) 표면의 구조화는 압력으로 인한 지지면의 손상 및 재료 고착을 감소시킨다.
이외에도 크롬 층(30)이 더 높은 경도를 가지며 이로써 피스톤 소재보다 마모에 더욱 강하고 따라서 크롬 층이 엔진 구동 중에 크롬 층이 없는 종래 방식에 따른 피스톤 소재보다 더 경미한 마찰 마모를 나타낸다.
본 발명은 내연 기관용 피스톤에 이용될 수 있다.
[도면 부호의 설명]
1 피스톤
2 피스톤(1)의 상단부
3 피스톤(1)의 하단부
4, 5 팽창 볼트
6 피스톤 헤드
7 연소 공동
8 냉각 채널
9 환형 측벽
10 상단 환형 리브
11 하단 환형 리브
12,13 구멍
14,15 막힌 구멍
16 피스톤(1) 하단부의 천장부
17 내측 냉각 공간
18 내측 냉각 공간의 하단 개구
19 채널
20 오일 방출구
21 피스톤 내부 공간
22 피스톤 스커트
23,24 핀 구멍
25 상단부의 내측 지지면
26 하단부의 내측 지지면
27 칼라
28 상단부의 외측 지지면
29 하단부의 외측 지지면
30 크롬 층

Claims (7)

  1. 내연 기관용 투 파트형 피스톤(1)으로서,
    - 상단부(2)와 그에 결합된 하단부(3)를 포함하며,
    - 상단부(2)에 의해 형성된 피스톤 헤드(6) 및 하단부(3)에 의해 형성되고 서로 대향하는 두 개의 핀 구멍(23, 24)을 갖는 피스톤 스커트(22)를 포함하며,
    - 피스톤 헤드(6)의 인접부에서 방사상 외측에 배치되며 둘레로 진행하는 냉각 채널(8)을 포함하고,
    = 냉각 채널은 부분적으로 상단부(2) 및 부분적으로 하단부(3)에 형성되어 있고,
    = 냉각 채널은 방사상 외측에서 피스톤 헤드(6)와 결합된 환형 측벽(9)에 의해 그리고 방사상 외측에서는 하단부(3) 상단면에 부착되어 둘레로 진행하는 칼라(27)에 의해 한정되며,
    = 냉각 채널은 방사상 내측에서 부분적으로 상단부(2)의 피스톤 헤드 대응측 하단면에 형성되고, 둘레로 진행하는 상단 환형 리브(10)에 의해 그리고 부분적으로 하단면(3)의 피스톤 헤드 대향측 상단면에 부착되고 둘레로 진행하는 하단 환형 리브(11)에 의해 한정되며,
    - 상단부(2)와 하단부(3)는 부분적으로 상단 환형 리브(10)의 하단면 및 하단 환형 리브(11)의 상단면을 한정하는 내측 지지면(25, 26)을 통해 그리고 부분적으로 환형 측벽(9)의 하단면 및 칼라(27)의 상단면을 한정하는 외측 지지면(28, 29)을 통해 서로 접촉하는 피스톤(1)에 있어서,
    지지면(25, 26, 28, 29)의 최소한 하나가 구조화되고 복수의 요철 및 요홈을 갖는 표면을 포함하는 크롬 층(30)을 통해 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  2. 제1항에 있어서,
    내측 지지면(25, 26)의 최소한 하나가 크롬 층(30)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  3. 제1항에 있어서,
    피스톤(1) 상단부(2)의 내측 및 외측 지지면(25, 28)이 크롬 층(30)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  4. 제1항에 있어서,
    피스톤(1) 하단부(3)의 내측 및 외측 지지면(26, 29)이 크롬 층(30)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  5. 제1항에 있어서,
    피스톤(1) 상단부(2) 및 하단부(3)의 내측 및 외측 지지면(25, 26, 28, 29)이 크롬 층(30)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    크롬 층(30)이 15 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    크롬 층(30)이 10 ㎛ 내지 25 ㎛의 조도(Rz)를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
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