KR20100127449A - 피스톤 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4사이클 내연기관용 V형 엔진의 피스톤 조립체에 있어서, 기존 피스톤 조립체의 구성인 피스톤 크라운, 피스톤 스커트에 피스톤 캐리어가 추가되어 구성되어 있으며, 크라운 재질은 구상화흑연주철로 하고, 내부의 오일갤러리에는 방사형 리브를 설치하여, 크라운의 냉각 효과 개선 및 피스톤의 구조 강도를 강화하는 것은 물론 크라운 내부의 리브가 팬의 역할을 수행하여 피스톤이 회전함에 따라 피스톤의 편마모와 스크래치를 방지하여, 피스톤의 수명을 개선하는 효과를 가지고 있다.

피스톤 크라운, 피스톤 스커트, 피스톤 캐리어, 팬형 리브, 오일 채널, 회전, 편마모, 스크래치, 냉각

Description

피스톤 조립체{A PISTON ASSEMBLY}

본 발명은 디젤 엔진의 피스톤 조립체에 관한 것으로, 특히 조립체 피스톤 에 있어서 피스톤 크라운 내부에 리브를 설치하고, 구상흑연주철로 제작된 크라운을 갖는 피스톤에 관한 것이다. 또한 V형 엔진의 피스톤의 경우 피스톤 스커트 내부에 피스톤 캐리어를 장착하여 운전 중 피스톤 조립체가 회전하는 피스톤 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관용 피스톤은 엔진의 흡기 - 압축 - 폭발 - 배기의 행정 순서에 따라 실린더 내벽을 타고 상,하 왕복운동을 하며 커넥팅 로드로 힘을 전달하는 기능을 한다.

고성능의 엔진의 경우 운전 중 발생하는 고온의 열과 고압의 폭발압에 견디기 위해 피스톤 폭발면과 피스톤 링 홈을 포함하는 피스톤 상부 구조는 피스톤 크라운이라 하여 기계적 특성이 우수한 단조로 제작하고, 상대적으로 받는 힘이 약한 나머지 부분은 피스톤 스커트라 하여 주철등의 소재로 제작하게 되는데 이처럼 단조에 의해 피스톤 크라운을 제작하는 경우 단조 소재의 원가가 비싸고, 가공이 어려우며 생산성이 떨어져 피스톤 가격이 비싸지게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 실린더가 서로 마주보게 V형으로 구성된 엔진의 경우 피스톤 조립체가 경사지게 배치되어 있어 피스톤 스커트의 하부쪽은 운전 중 실린더 라이너 내벽과의 집중적인 마찰에 의하여 피스톤 조립체에 편마모 및 스크래치 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

이에 2싸이클 기관의 경우 실린더 라이너 하단에 위치한 공기 흡입구로부터 유입되는 공기 압력을 이용하여 피스톤이 운전 중 회전하도록 만들어, 피스톤 스커 트의 마모가 한면에 치우치지 않게하는 매커니즘이 구현된 엔진들이 있었으나, 4사이클 기관에서는 이런 공기 흡입구가 존재하지 않아 피스톤을 회전시켜 피스톤 스커트의 편마모와 스크래치를 방지하는 구조를 갖는 것이 불가능하였다.

본 발명은 냉각 성능 문제와 구조 강도 문제로 사용되어온 피스톤 크라운의 단조 소재를, 주조 소재로 대체하며, 피스톤의 스크래치 및 편마모 현상을 해결한 회전형 피스톤 조립체를 얻고자 한다.

상기의 문제점을 해결하기 위해, 피스톤 크라운의 오일 갤러리 내부에는 주조시 피스톤 크라운 상부로부터 연장되는 방사형 리브들을 팬 형상으로 형성한다.

또한 피스톤 크라운과 피스톤 스커트 결합체가 커넥팅 로드와 연결된 피스톤 캐리어 위에 얹혀져 구성하게 되며 엔진의 운전 중 공급되는 고압의 냉각 오일이 피스톤 크라운의 오일 갤러리 내부의 팬 형상의 리브에 압력을 가하게 되고, 이에 의하여 피스톤 크라운과 피스톤 스커트의 결합체가 회전하게 된다.

상기와 같은 구성에 의하면, 운전 중 피스톤 조립체가 회전하게 되서, 피스톤 조립체가 기울어지게 배치된 V형 엔진에서 발생하는 피스톤의 편마모 및 스크래치 현상을 최소화 한다. 뿐만 아니라 오일 갤러리 내부에 방사형 리브를 갖게 되면, 방사형 리브가 없을 때 보다 냉각 오일과의 접촉면적이 넓어지며, 오일 채널에 의해 냉각 오일의 순환이 원활해져 보다 강력한 냉각 효과를 내게 된다. 또한, 방사형 리브는 크라운 내부에서 폭발압이 직접 전달되는 폭발면 즉, 피스톤 크라운의 상부면을 지지하는 보강재 역할을 하게 되어 피스톤 크라운에 전달되는 폭발압에 대한 내구성이 높아지게 된다.

이에 의하여 본 발명은 종래의 조립체 피스톤에 비하여, 피스톤의 품질, 신뢰성과 수명을 향상시켰으며, 더 높은 출력을 요구하는 엔진에 적용할 수 있는 효과가 있게 되었다.

또한 이와 같이 향상된 성능으로 기존의 단조 제작하던 피스톤 크라운을 주조로 제작함으로써 공정 변경에 따른 생산성 향상과 소재의 가공성을 향상시켰다.

이하 첨부된 도면에 따라, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다. 여기서 각 도면에 붙여진 도면부호는 일관성을 유지하고 있으므로 다른 도면이라도 동일한 부호로 표기된 것은 동일한 구성 및 작용을 가지는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 피스톤 조립체로서 피스톤 크라운(11)은 단조로 제작되고 오일 갤러리(13)는 드릴에 의해 형성되며, 피스톤 스커트(12)는 주조로 제작하여 피스톤크라운(11)과 조립되어 있다.

도 2 또한 종래의 피스톤 조립체로서 피스톤 크라운(11)은 단조로 제작되고 오일 갤러리(13)는 선삭에 의해 형성되며, 피스톤 스커트(12)는 주조로 제작되어 피스톤 크라운(11)과 조립되어 있다.

도 1 및 도 2의 피스톤 조립체에서 냉각 오일은 피스톤 스커트(12)의 냉각 오일 홀을 통해 오일 갤러리(13)로 공급되고 오일 갤러리(13)의 냉각 오일은 오일 통로를 통해 중앙 부분으로 공급되어 스커트 중앙에 뚫린 오일 드레인 홀을 통해 하부로 순환한다.

도 3, 도4는 본 발명에 의한 바람직한 일실시예를 나타내는 피스톤 조립체의 종단면으로서 본 발명은, 엔진의 운전에 따른 압력과 열을 직접적으로 받는 피스톤 크라운(111)과 실린더 라이너 내벽과 접촉하며 상기 피스톤 크라운(111)과 스터드 볼트(115)에 의해 결합되는 피스톤 스커트(112) 및 상기 피스톤 크라운(111) 및 피스톤 스커트(112)의 결합체가 놓여져 있고 커넥팅 로드와 결합되는 피스톤 캐리어(121)로 구성되어 있으며 피스톤 크라운(111)과 피스톤 스커트(112)의 결합체는 피스톤 캐리어(121) 위에서 자유롭게 회전이 가능하다.

도 6은 피스톤 크라운(111)의 저면도(低面圖)이며 도 3과 도 4의 오일 갤러리(113)에는 피스톤 크라운(111)의 상부에서 연장되는 리브(114)가 팬형으로 배열되어 형성되어 있다. 피스톤 캐리어(121)의 내부 또는 외부에서 피스톤 크라운(111)의 오일 갤러리(113)로 순환되는 고압의 냉각유는 유압 모터가 작동되는 원리와 같이 팬형 리브(114)에 압력을 가하여 피스톤 크라운(111) 및 피스톤 스커트(112)의 결합체를 회전시키는 힘을 발생시키게 된다. 도 3에서 보는 바와 같이 냉각유는 피스톤 캐리어(121)의 외부에서 피스톤 크라운(111)의 오일 갤러리(113)으로 전달될 수 있고, 도 4에서 보는 바와 같이 냉각유는 피스톤 캐리어(121)의 중심에서 피스톤 크라운(111)의 오일 갤러리(113)로 전달될 수도 있다. 이와 같이, 도 3 및 도 4에서 오일 갤러리(113)로 공급되는 냉각 오일은 오일 갤러리(113) 내 부의 팬형 리브(114)에 압력을 가하여 피스톤 크라운(111)과 피스톤 스커트(112)의 결합체가 회전한다. 도 4에는 피스톤 캐리어의 위쪽에 노즐 형태의 가이드 슈가 조립되어 있는데 이는 커넥팅 로드를 통해 올라오는 냉각유를 피스톤 크라운(111)의 오일갤러리(113)로 효율적으로 전달하기 위한 구성이다.

또한, 열응력과 구조강도에서 개선되어 피스톤 조립체를 구성할 때, 크라운을 주강 혹은 주철 또는 구상흑연주철을 사용하여 제작할 수 있게 되며, 이와 같이 주조 제작되는 경우 생산성과 가공성에서 대폭적인 개선 효과를 볼 수 있게 된다.

또한 이와 같이 피스톤 조립체의 피스톤 크라운(11) 및 스커트(12)의 재질은 구상흑연 주철로 제작하여, 내부의 오일 갤러리와 리브를 소재상태에서 생성하여 별도의 가공 공정을 거치지 않는 장점을 갖게된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 발명으로서 피스톤 크라운의 오일 갤러리가 드릴에 의한 냉각홀이 형성된 피스톤 조립체.

도 2는 종래의 발명으로서 피스톤 크라운의 오일 갤러리가 선삭에 의해 형성된 피스톤 조립체.

도 3은 본 발명에 있어서 바람직한 일실시예를 나타내는 회전형 피스톤 조립체의 단면도.

도 4는 본 발명에 있어서 바람직한 일실시예를 나타내는 회전형 피스톤 조립체의 단면도.

도 5는 본 발명에 있어서 바람직한 일실시예를 나타내는 회전형 피스톤 조립체가 장착된 V형 엔진의 단면도.

도 6는 본 발명에 있어서 바람직한 일실시예를 나타내는 피스톤 조립체의 피스톤 크라운의 저면도.

<도면의 중요부분에 대한 부호의 설명>

11: 피스톤 크라운 12: 피스톤 스커트

13: 오일 갤러리

111: 피스톤 크라운 112: 피스톤 스커트

113: 오일 갤러리 114: 방사형 리브

115: 스터드볼트 116: 오일홀

117: 피스톤 핀홀 121: 피스톤 캐리어

Claims (3)

1. 피스톤 크라운(111)과 피스톤 스커트(112)의 결합체를 포함하는 내연기관의 피스톤 조립체에 있어서, 상기 피스톤 크라운(111)의 오일갤러리(113) 내부에는 피스톤 크라운의 상부에서 연장되는 방사형 리브(114)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤 크라운(111)과 피스톤 스커트(112) 결합체가 피스톤 캐리어(121)위에 놓여지고, 운전 중 냉각유가 상기 오일갤러리(113) 내부의 방사형 리브(114)에 압력을 가하여 상기 결합체가 회전하는 것을 특징으로 하는 회전형 피스톤 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 피스톤 크라운(111), 상기 피스톤 스커트(112) 및 상기 피스톤 캐리어(121)는 주조로 제작된 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.

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