KR20120068891A

KR20120068891A - 내연기관용 알루미늄 피스톤을 제조하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20120068891A
Application number: KR1020127008047A
Authority: KR
Inventors: 필리프 랄; 요아힘 찬더; 라이너 오트뮐러
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-06-27
Also published as: DE102009040120A1; US20130000120A1; WO2011026480A1; CN102575613A

Abstract

둥근 스커트 피스톤으로서 구성되고 피스톤 스커트(5)가 핀 보스(6, 6')의 반경방향 외측 단부면(8, 8')의 영역에 피스톤 축(10)의 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈(9, 9')을 갖는 내연기관용 알루미늄 피스톤(1)을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 적절한 임의 형상의 스커트 홈(9, 9')이 형성된 피스톤(1)을 사용할 수 있도록 먼저 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')을 갖는 피스톤의 외형에 상보적인 내면을 갖는 단조 다이를 이용하는 단조법으로 피스톤 반제품을 제조한 다음, 상기 피스톤 반제품을 마무리 가공하여 알루미늄 피스톤(1)을 제조한다.

Description

내연기관용 알루미늄 피스톤을 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING AN ALUMINUM PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 피스톤 헤드, 링지대(ring belt)와 피스톤 헤드에 대향하는 방향으로 상기 링지대에 연결되는 피스톤 스커트를 구비하는 둥근 스커트 피스톤으로서 구성되고 서로 대향 위치하는 2개의 핀 보스를 포함하되, 상기 피스톤 스커트는 핀 보스의 반경방향 외측 단부면의 영역에 피스톤 축의 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈을 갖는 내연기관용 알루미늄 피스톤을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

유럽특허출원 EP 0 167 791 A2에는 핀 보스의 영역에 피스톤 스커트의 전체 축 길이에 걸쳐 연장되어 있는 스커트 홈을 구비하여 엔진에 피스톤을 설치한 후에 실린더 내벽에 대한 접촉부가 상기 영역에 전혀 존재하지 않는 상술한 기술의 둥근 스커트 피스톤이 공지되어 있다. 상기 영역은 선반에 의해 피스톤 스커트에 성형되는데, 피스톤을 그 길이 방향으로 선반 위에 편심 파지하여 피스톤 스커트 둘레를 따라 스커트 홈을 형성할 수 있다. 이 경우, 종래기술로부터 알려진 회전 방법에 의하면 깊이가 스커트 홈의 모서리를 향해 바깥쪽으로 연속 감소하여 단면이 타원형인 스커트 홈만을 형성할 수 있다는 단점이 있다.

이에 따라 본 발명의 과제는 임의 형상으로 형성할 수 있는 스커트 홈을 가진 피스톤을 제조하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제는 피스톤을 스커트 홈과 홈이 형성되지 않은 피스톤 스커트의 영역이 형성되어 있는 피스톤의 외형, 특히 피스톤 스커트의 형태에 상보적인 내면을 가진 단조 다이를 이용하는 단조법으로 제조하는 것에 의해 해결된다. 이 경우, 상기 단조 다이의 내면은 임의의 모든 형태가 가능하므로 피스톤의 임의의 모든 외형을 제조할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시형태들은 종속항의 요지이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명한다. 도면에서
도 1은 핀 보스의 단부면의 영역에서 피스톤 스커트에 홈이 형성되어 있는 피스톤의 측면도이고,
도 2는 도 1의 AA 선에 따른 피스톤의 단면도이며,
도 3A와 도 3B는 홈이 형성되어 있는 스커트 영역과 홈이 형성되어 있지 않은 스커트 영역 사이의 경계에 대한 2개의 실시형태를 도시하는 도면이다.

도 1은 알루미늄으로 이루어지고 단조법에 의해 제조되는 둥근 스커트 피스톤으로서 구성된 내연기관용 피스톤(1)을 도시하고 있다. 피스톤(1)은 피스톤 헤드(2), 탑랜드(top land)(3), 링지대(ring belt)(4) 및 핀 보스(6, 6')와 핀 홀(7, 7')이 형성되어 있는 피스톤 스커트(5)를 포함하고 있다.

피스톤 스커트(5)는 핀 보스(6, 6')의 단부면(8, 8')의 영역에 스커트 홈(9, 9')를 갖는데, 즉 상기 영역에서 피스톤 스커트(5)에는 반경 방향으로 0.5 mm 내지 2 mm 만큼 홈이 형성되어 있어 영역(9, 9')은 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')보다 피스톤 축(10)으로부터의 거리가 0.5 mm 내지 2 mm 만큼 작다.

이 경우, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이의 경계 영역(12, 12')은 도 1에 따른 실시예에서와 같이 서로 평행하거나 또는 (도 1에 도시되어 있지 않은) 피스톤 헤드(2)의 방향 또는 피스톤 스커트(5)의 피스톤 헤드에 대향하는 하부 단부(15)의 방향으로 서로 원뿔 형태를 이룬다. 더욱이 스커트 홈(9, 9')은 원형 실린더의 외면과 같이 형성될 수 있다. 상기 스커트 홈은 피스톤 축(10)에 수직인 단면이 타원형을 갖는 것도 고려될 수 있는데, 이때 핀 홀(7)의 축(13)(도 2)은 타원의 단축이 된다.

본 실시예에서 스커트 홈(9, 9')의 축 방향 높이(14)는 피스톤 스커트(5)의 전체 축 방향 길이, 즉 링지대(4)로부터 피스톤 헤드에 대향하는 피스톤 스커트(5)의 하부 단부(15)에 이른다. 이때, 스커트 홈(9, 9')의 높이는 자유로이 선택할 수 있다.

도 2에는 도 1의 AA 선에 따른 피스톤의 단면도로서, 핀 홀(7)의 축(13)과 피스톤 축(10) 모두에 대해 수직인 직선(16)과 피스톤 축(10)을 경계 영역(12')과 연결하는 직선(17) 사이의 각(α)에 따라 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')의 둘레방향 연장부가 한정될 수 있음이 도시되어 있다. 본 실시예에서 각(α)은 32˚의 값을 갖는다. 상기 각은 5˚ 내지 85˚일 수 있다.

도 3은 스커트 홈(9)과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11) 사이의 경계 영역(12a, 12b)에 대한 2개의 실시형태 A와 B를 도시하고 있다. 도 3A에 따른 경계 영역(12a)은 영역(9, 11)으로부터 스커트 홈(9)의 전체 높이(14)를 따라 모서리(18, 19)를 갖는다. 도 3B에 따른 경계 영역(12b)은 경사와 모서리 없이 2개의 영역(9, 11)을 연결한다.

영역(11, 9)의 모서리가 (도 3에는 도시되어 있지 않은) 피스톤 축(10)과 연결되고 피스톤 축(10)에 대해 수직인 직선(20, 21) 사이의 각(β, β')을 통해 경계 영역(12a, 12b)의 둘레방향 연장부가 한정될 수 있다. 각(β, β')은 5˚ 내지 20˚ 사이일 수 있다.

스커트 홈(9, 9')은 피스톤 스커트(5)에 상보적으로 구성된 단조 다이를 이용하여 피스톤(1)의 단조 제조기술의 범위에서 형성된다. 이에 따라 먼저 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')을 갖는 피스톤 반제품(블랭크)(1)을 제조한다.

피스톤 반제품을 단조법으로 제조하는 방법은 종래기술(예를 들면 DE 10 2005 041 000)에 공지되어 있으므로 더 이상 설명하지 않기로 한다. 본 발명에서는 만드렐(심봉)과 단조 다이로 구성된 단조 장치에서 상기 만드렐은 피스톤 내부공간을 형성하고 상기 단조 다이는 피스톤 외면을 형성하기 위해 사용된다는 점을 명심해야 한다. 이 경우 상기 단조 다이는 도 2에 따른 피스톤 외면의 형태에 상보적인 형태를 갖되, 상기 단조 다이는 링지대(4)의 홈과 핀 홀(7, 7')에 상응하는 형상을 갖지 않는다.

이에 따라 상기 피스톤 반제품을 단조할 때에는 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')과 스커트 홈(9, 9')이 형성된다. 본 발명에 따라 피스톤 반제품을 제조하기 위한 단조법의 장점은 스커트 홈(9, 9')과 경계 영역(12, 12')의 임의 형태를 단순한 방법으로 제조할 수 있다는데 있다. 따라서 이를 통해 단면 형태가 원형이거나 단면이 타원형인 스커트 홈을 제조할 수 있다. 더욱이 경계 영역(12a 또는 12b)이 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이에 형성되어 피스톤 축(10)에 평행하게 위치하거나 피스톤 헤드(2) 방향 또는 피스톤 스커트(5)의 하부 단부(15)의 방향으로 서로 원뿔 형태를 이룰 수 있다.

단조공정과 관련하여 핀 홀(7, 7')은 보링머신에 의해, 링지대(4)의 홈은 선반에 의해 제조된다.

이 경우, 실린더 내면과 접촉하는 피스톤 스커트(5)의 면(11, 11')이 스커트 홈(9, 9')에 의해 감소하여 피스톤의 미끄럼성이 개선된다는 장점이 있다. 게다가 스커트 홈이 형성된 둥근 스커트 피스톤은 링지대의 후방에 위치한 핀 보스의 단부면을 구비하고 있는 박스형 피스톤에 비해 핀 축(13)의 방향으로 핀 홀(7, 7')의 길이가 더 길고 이에 따라 피스톤 핀에 대한 접촉면이 더욱 커지므로 둥근 스커트 피스톤은 더 큰 연소압력을 가할 수 있게 된다.

더욱이 본 발명에 따른 방법은 상기 스커트 홈을 임의의 형상으로 형성할 수 있다는 장점이 있다. 피스톤 축 방향으로 스커트 홈과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트의 영역 사이의 경계 영역은 임의의 모든 형태를 가질 수 있으며 예를 들면 파형으로 형성될 수 있다.

참조부호 리스트
α, β, β' 각
1 피스톤
2 피스톤 헤드
3 탑랜드
4 링지대
5 피스톤 스커트
6, 6' 핀 보스
7, 7' 핀 홀
8, 8' 핀 보스(6, 6')의 단부면
9, 9' 스커트 홈
10 피스톤 축
11, 11' 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역
12, 12' 스커트 홈(9)과 영역(11) 사이의 경계 영역
12a, 12b 스커트 홈(9)과 영역(11) 사이의 경계 영역
13 핀 홀(7)의 축
14 스커트 홈(9)의 높이
15 피스톤 스커트(5)의 하부 단부
16 연결 직선
17 연결 직선
18, 19 경계 영역(12a)과 스커트 홈(9) 또는 홈이 형성되어 있지 않은
피스톤 스커트(5)의 영역(11) 사이의 모서리
20, 21 직선

Claims

피스톤 헤드(2), 링지대(4)와 피스톤 헤드에 대향하는 방향으로 링지대(4)에 연결되는 피스톤 스커트(5)를 구비하는 둥근 스커트 피스톤으로서 구성되고 서로 대향 위치하는 2개의 핀 보스(6, 6')를 포함하되, 피스톤 스커트(5)가 핀 보스(6, 6')의 반경방향 외측 단부면(8, 8')의 영역에 피스톤 축(10)의 방향으로 연장되어 있는 스커트 홈(9, 9')을 갖는 내연기관용 알루미늄 피스톤(1)을 제조하기 위한 방법으로서, 다음과 같은 방법 단계를 특징으로 하는 방법:
- 피스톤 내부공간을 형성하기 위해 만드렐을 이용하고 피스톤(1)의 외형을 형성하기 위해 내면에 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')을 갖는 피스톤 스커트(5)의 상보적인 외형이 성형되어 있는 단조 다이를 이용하는 단조 방법으로 피스톤 반제품을 제조하는 단계,
- 보링머신에 의해 핀 홀(7, 7')을 형성하고 선반에 의해 링지대(4)의 홈을 제조하는 피스톤 반제품의 마무리 가공에 의해 피스톤(1)을 제조하는 단계.
제1항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')이 0.5 mm 내지 2 mm의 깊이로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이에 형성되는 경계 영역(12a)이 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 영역(11, 11')으로부터 각각 스커트 홈(9, 9')의 전체 높이(14)를 따라 모서리(18, 19)와 모서리(18, 19) 사이에 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 스커트 홈(9, 9')과 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11') 사이에 형성되는 경계 영역(12b)이 스커트 홈(9, 9')을 경사와 모서리 없이 홈이 형성되어 있지 않은 피스톤 스커트(5)의 영역(11, 11')과 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 피스톤 반제품의 단조시 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 축(10)에 평행하게 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 피스톤 반제품의 단조시 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 헤드(2) 방향으로 서로 원뿔 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 피스톤 반제품의 단조시 경계 영역(12a, 12b)이 피스톤 헤드에 대향하는 피스톤 스커트(5)의 단부(15)의 방향으로 서로 원뿔 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.