KR20120136361A

KR20120136361A - 피스톤 조립체

Info

Publication number: KR20120136361A
Application number: KR1020127023909A
Authority: KR
Inventors: 디이터 가브리엘; 미카엘 티. 라프; 마이크 엘. 윌더; 그레이스 차오
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-12-18
Also published as: CN102893005A; EP2536937A1; US8776670B2; BR112012020749A2; JP5847096B2; US20110197758A1; JP2013519833A; WO2011101141A1

Abstract

내연 기관용 실린더 라이너 및 이를 제조하는 방법이 개시된다. 실린더 라이너는 일반적으로 피스톤 조립체를 수용하도록 구성되는 실린더형 본체를 포함할 수 있다. 실린더형 본체는 또한 엔진 보어와 선택적으로 맞물리도록 구성되는 주 본체 부분, 및 엔진 보어 내에서 실린더형 본체를 지지하도록 구성되는 상부 플랜지를 포함할 수 있다. 실린더형 본체는 또한 상부 플랜지에 인접한 파상 냉각 갤러리를 규정할 수 있다. 파상 냉각 갤러리는 대체로 실린더형 본체의 둘레 주위로 연장되는 단일 냉각제 유동 경로를 규정한다.

Description

피스톤 조립체{PISTON ASSEMBLY}

본 발명은 피스톤 조립체에 관한 것이다.

내연 기관 제조업자는 그 제품의 동력 출력 및 연료 효율을 증가시키려고 지속적으로 노력하고 있다. 일반적으로 효율 및 동력을 증가시키는 하나의 방법은 엔진, 예컨대 피스톤, 커넥팅 로드 및 엔진의 다른 이동 부품의 진동 질량(oscillating mass)을 감소시키는 것이다. 엔진 동력은 또한 엔진의 압축비를 높임으로써 증가될 수 있다. 엔진의 압축비를 높이는 것은 또한 일반적으로 작동 중 연소 챔버 내의 압력 및 온도를 높인다.

따라서, 엔진, 특히 피스톤은 이러한 중량의 감소와 엔진 작동과 관련되는 압력 및 온도의 증가로 인해 증가된 부담을 받고 있다. 따라서, 엔진의 수명에 걸쳐 이러한 작동 조건의 증가된 부담을 견디기 위해 피스톤 냉각이 점점 더 중요하다.

피스톤 구성요소의 작동 온도를 감소시키기 위해, 냉각 갤러리(cooling gallery)가 피스톤의 둘레 주위에 제공될 수 있다. 크랭크케이스 오일이 냉각 갤러리로 도입될 수 있고, 피스톤의 왕복 운동에 의해 냉각 갤러리 주위에 분배될 수 있어, 피스톤의 작동 온도를 감소시킨다.

동시에, 냉각 갤러리는 피스톤 조립체의 전체 복잡성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각 갤러리는 냉각 갤러리 전반을 통한 냉각제의 적절한 순환을 촉진하기 위해, 냉각 갤러리 커버와 같은 추가 부품을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 냉각 갤러리는 일반적으로 오일을 냉각 갤러리 내에 가두는 피스톤 크라운에 설치되는 커버 플레이트에 의존할 수 있어, 갤러리의 냉각 효과를 증가시킨다.

따라서, 전체 피스톤 중량 및 복잡성을 최소화시키면서 또한 예를 들어 냉각 갤러리를 제공함으로써 충분한 냉각을 허용하는 피스톤이 필요하다.

명세서에서 "예시적인 예시", "실시예" 또는 유사한 표현에 대한 언급은 예시적인 접근법과 관련되어 기술되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 예시에 포함됨을 의미한다. 명세서의 다양한 부분에서의 어구 "일 예시에서" 또는 유사한 유형의 표현의 출현은 반드시 모두 동일한 예시 또는 실시예를 지칭하는 것은 아니다.

피스톤 조립체 및 이를 제조하는 방법에 대한 다양한 예시적인 예시가 본 명세서에 제공된다. 예시적인 피스톤 조립체는 냉각 갤러리를 규정하는 링 지대(ring belt) 부분 및 리스트 핀(wrist pin) 보어를 규정하기 위해 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿(strut)을 구비하는 피스톤 크라운을 포함할 수 있다. 피스톤은 또한 스트럿에 고정되는 피스톤 스커트 조립체를 포함할 수 있다. 피스톤 스커트 조립체는 2개의 별개의 부분을 포함할 수 있으며, 이들 부분 각각은 그 부분과 일체로 형성되는 폐쇄 플레이트를 구비하고, 이때 폐쇄 플레이트는 대체로 냉각 갤러리를 둘러싼다. 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 크라운 및 스커트 각각은 상이한 재료 및/또는 상이한 유형의 성형 공정으로 형성될 수 있다.

피스톤을 조립하는 예시적인 방법은 냉각 갤러리를 규정하는 링 지대 부분 및 리스트 핀 보어를 규정하기 위해 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿을 구비하는 피스톤 크라운을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 폐쇄 플레이트가 그것과 일체로 형성되는 두 부분을 구비하는 피스톤 스커트 조립체를 성형하는 단계와, 폐쇄 플레이트가 대체로 냉각 갤러리를 둘러싸기 위해 협동하도록 스커트를 크라운에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 전체 피스톤 중량 및 복잡성을 최소화시키면서 또한 예를 들어 냉각 갤러리를 제공함으로써 충분한 냉각을 허용하는 피스톤이 제공된다.

특허청구범위가 예시된 실시예로 제한되지 않긴 하지만, 다양한 태양에 대한 올바른 이해가 그 다양한 실시예의 논의를 통해 최상으로 얻어진다. 이제 도면을 참조하여, 예시적인 실시 형태가 상세히 도시된다. 도면이 실시 형태를 나타내지만, 도면은 반드시 축척에 맞게 도시되지는 않으며, 소정 특징부는 실시 형태의 독창적인 태양을 더욱 양호하게 예시하고 설명하기 위해 과장될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술되는 실시 형태는 완전하거나 또는 도면에 도시되고 하기의 상세한 설명에 개시되는 정확한 형태 및 구성으로 달리 제한하거나 한정하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 예시적인 실시 형태가 다음과 같은 도면을 참조하여 상세히 기술된다:
도 1은 예시적인 피스톤 조립체의 사시도이다.
도 2는 리스트 핀(wrist pin) 보어를 통해 절단한, 도 1의 피스톤 조립체의 하부 사시 절제도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 예시적인 스커트 부분의 외부 표면의 하부 사시도이다.
도 4는 다른 예시적인 피스톤 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 예시적인 스커트 부분의 사시도이다.
도 6은 도 4의 예시적인 스커트 부분의 다른 사시도이다.
도 7은 다른 예시적인 피스톤 조립체의 사시도이다.
도 8은 리스트 핀 보어를 통해 절단한, 도 7의 피스톤 조립체의 하부 사시 절제도이다.
도 9는 피스톤을 조립하는 예시적인 방법의 공정 흐름도이다.

이제 도면, 특히 도 1을 참조하면, 내연 기관을 위한 예시적인 피스톤(20)이 개시된다. 도 1의 예시에서, 피스톤 크라운(22)이 피스톤 스커트(24)에 확고하게 결합된다. 피스톤 크라운(22)은 링 지대 부분(26) 및 연소 보울(combustion bowl)(31)을 포함한다. 링 지대 부분(26)은 피스톤 링(미도시)을 적어도 부분적으로 내부에 수용하기 위한 복수의 링 홈(28a, 28b, 28c)(총괄하여 28)을 포함한다. 특히, 링 지대 부분(26)은 제1 링 홈(28a), 제2 링 홈(28b) 및 제3 링 홈(28c)을 포함할 수 있다. 제3 링 홈(28c)은 내부에 배치되는 오일 제어 링(미도시)을 구비할 수 있다.

피스톤 크라운(22)은 링 지대 부분(26)으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿(30)을 포함한다. 스트럿(30)은 피스톤(20)을 커넥팅 로드(미도시)에 부착하기 위해 리스트 핀(미도시)을 수용하기 위한 리스트 핀 보어(32)를 규정한다. 스트럿(30)은 더욱 상세히 후술될 바와 같이, 예컨대 주조 작업 또는 프로그레시브 단조(progressive forging) 작업으로 링 지대 부분(26)과 일체로 형성될 수 있다.

크라운(22)은 또한 더욱 상세히 후술될 바와 같이, 대체로 크라운(22)의 둘레 주위로 연장되는 냉각 갤러리(56)를 부분적으로 규정할 수 있다. 냉각 갤러리(56)는 냉각제, 예컨대 엔진 오일을 순환시키도록 구성되어, 예컨대 엔진 작동 중 피스톤(20)의 작동 온도를 감소시킨다. 또한, 냉각제 또는 오일의 순환은 크라운(22) 및/또는 스커트(24)에 대한 더욱 안정된 또는 균일한 온도를 유지시킬 수 있다.

피스톤 스커트(24)는 일반적으로 보어 내에서의 왕복 운동 중 피스톤(20)을 안정시키기 위해 예컨대 엔진 보어(미도시)의 표면과 접촉함으로써 엔진 작동 중 크라운(22)을 지지한다. 예를 들어, 스커트(24)는 일반적으로 실린더형 엔진 보어 표면에 대응하는 피스톤(20)의 둘레의 적어도 일부분 주위에 원형 외부 형상을 규정한다. 원형 스커트 표면은 일반적으로 피스톤(20)이 보어 내에서 왕복 운동할 때 보어 표면을 따라 활주될 수 있다.

도 1에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스커트(24)는 각각 폐쇄 플레이트(50a 또는 50b)(총괄하여 50) 및 하부 부분(25)을 포함하는 2개의 별개의 스커트 부분(24a, 24b)을 포함한다. 폐쇄 플레이트(50a, 50b)는 일반적으로 냉각 갤러리(56)를 둘러싸도록 협동하는 반면, 하부 부분(25)은 일반적으로 피스톤(20)을 수용하는 엔진의 보어 표면(미도시)과 접촉한다. 냉각 갤러리(56)는 피스톤(20) 내에, 예컨대 크라운(22)의 링 지대 부분(26) 내에 위치되고, 일반적으로 크라운(22)의 표면, 예컨대 환형 링 지대 벽(60) 및 연소 보울 벽(61)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 또한, 냉각 갤러리(56)는 일반적으로 폐쇄 플레이트(50), 연소 보울 벽(61) 및 환형 링 지대 벽(60)에 의해 경계지어진다. 냉각 갤러리(56)는 또한 냉각제가 각각 냉각 갤러리(56)로 유입되고 유출되도록 허용하기 위한 하나 이상의 유체 입구 및/또는 출구 구멍(도 1에 미도시)을 포함할 수 있다.

폐쇄 플레이트(50)는 도 1에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 일반적으로 냉각 갤러리(56)의 증가된 전체 크기를 허용한다. 예를 들어, 폐쇄 플레이트(50b)는 냉각 갤러리(56)가 크라운(22)의 링 지대 부분(26)의 하부, 예컨대 최하부 부분 아래로 연장되도록 요홈(51)을 포함한다. 따라서, 냉각 갤러리(56)의 전체 크기 또는 형상은 피스톤 냉각 갤러리의 하부 표면에 걸쳐 대체로 평평한 형상을 규정하는 폐쇄 플레이트와 비교할 때 폐쇄 플레이트(50)에 의해 확대될 수 있다.

스트럿(30) 및/또는 리스트 핀 보어(32)의 대향측들에 배치되는 두 별개의 부분(24a, 24b) 내에 스커트(24)가 제공되는 실시예에서, 각각의 스커트 부분(24a, 24b)은 크라운(22)에 별도로 고정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스커트 부분(24a, 24b)은 더욱 상세히 후술될 바와 같이, 스트럿(30)을 따라 고정될 수 있다. 스커트 부분(24a, 24b) 각각은 스커트 부분(24a, 24b)을 크라운(22)에 조립시 폐쇄 플레이트(50)를 형성하도록 협동하는 별개의 폐쇄 플레이트 부분(50a, 50b)을 포함한다. 더욱 상세히 후술될 바와 같이, 스커트 부분(24a, 24b)은 각각 별도로 형성될 수 있거나, 초기에 단일 스커트(24)로서 형성되고 크라운(22)에 대한 조립을 허용하기 위해 분리될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 스커트 조립체(24)는 2개의 별개의 부분(24a, 24b) 대신에 단일 일체형 부품으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 스커트(24)가 크라운(22)에 조립되도록 허용하기 위해 스커트(24)가 스트럿(30) 위에 끼워맞추어지도록 허용하는 내경으로 일체형 스커트(24)가 크기지어질 수 있다.

폐쇄 플레이트(50)는 일반적으로 예컨대 단조 또는 주조 작업으로 각각의 스커트(24) 또는 스커트 부분(24a, 24b)의 하부 부분(25)과 단일 부품으로 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시에서, 폐쇄 플레이트(50) 및 스커트(24)는 단일 블랭크로부터 프로그레시브 스탬핑 또는 단조 공정으로 형성된다.

하나의 스커트 부분(24a)을 예시하는 도 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스커트 부분(24a, 24b)은 엔진 작동 중 보어 표면과 접촉하는 표면(들) 상에 표면 텍스처(62)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 텍스처(62)는 원형 보어 표면에 대해 파상 표면을 나타낼 수 있다. 파상 표면은 예를 들어 상당량의 엔진 오일 또는 다른 윤활제가 스커트(24)의 표면 텍스처(62) 및 엔진 보어의 상보형 형상에 의해 형성되는 포켓 내에 적어도 일시적으로 축적되도록 허용함으로써 스커트(24)와 보어 표면 사이의 접촉면에서 마찰을 감소시킬 수 있다. 또한, 스커트(24)의 접촉 표면(들) 상의 표면 파상부 또는 텍스처는 축적되지 않으면 스커트(24)와 보어 표면 사이의 마찰 접촉면과 간섭될 작은 잔해를 축적할 수 있다. 표면 텍스처(62)의 크기는 예컨대 스커트(24)의 원형 형상에 대해 1 밀리미터 미만의 깊이로 비교적 작을 수 있다. 하나의 예시에서, 표면 텍스처(62)는 널링(knurling) 공정으로 스커트(24)의 표면 상에 형성된다.

도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스커트(24)는 스커트(24)의 하부 부분(25)과 폐쇄 플레이트(50) 사이에서 연장되는 하나 이상의 보강 웨브(80)를 포함할 수 있다. 보강 웨브(80)는 일반적으로 예컨대 폐쇄 플레이트(50) 및/또는 스커트(24)의 하부 부분(25)에 대체로 수직한 평면에서 연장되고 폐쇄 플레이트(50) 및 스커트(24)의 하부 부분(25) 둘 모두에 고정됨으로써 스커트(24)에 추가의 강성을 제공할 수 있다. 도 2에 도시된 예시적인 예시에서, 보강 웨브(80)는 예컨대 단지 예로서 단조 또는 스탬핑에 의해 폐쇄 플레이트(50) 및/또는 스커트(24)와 일체로 형성된다.

피스톤 크라운(22)과 피스톤 스커트(24)는 빔 용접, 레이저 용접, 형태-로킹(form-locking), 접착 본딩 또는 하나 이상의 볼트, 스크류 등에 의한 기계적 체결을 포함하지만 이로 제한되지 않는 편리한 임의의 방식으로 서로 고정되거나 확고하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 스커트 부분(24a, 24b)은 각각 스커트 부분(24a, 24b) 및 스트럿(30)에 의해 규정되는 대응하는 결합 표면(90, 92)을 따라 스트럿(30)에 고정될 수 있다. 보다 구체적으로, 스커트 부분(24a)은 스트럿 결합 표면(92a)에 용접되는 스커트 결합 표면(90a)을 규정할 수 있다. 유사하게, 스커트 부분(24b)은 제1 스트럿 결합 표면(92a)에 대해 리스트 핀 보어(32)의 대향측에 배치되는 제2 스트럿 결합 표면(92b)에 용접되는 스커트 결합 표면(90b)을 규정한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 결합 표면(90, 92)은 크라운(22) 및/또는 피스톤(20)의 종축(A-A)에 실질적으로 평행할 수 있다. 결합 표면은 또한 도시된 바와 같이 실질적으로 곧게 연장될 수 있다. 결합 표면(92), 즉 크라운(22)과 스커트(24)가 영구적으로 결합되는 곳은 스트럿(30)에 국한될 수 있어, 크라운(22)에 대한 스커트 부분(24)의 조립을 간단하게 한다. 바꾸어 말하면, 스커트 부분(24a, 24b)은 단지 결합 표면(90, 92)을 따라 영구적 고정 공정, 예컨대 용접으로 크라운(22)에 고정될 수 있어, 스커트(24)의 다른 영역을 크라운(22)에 용접하거나 달리 영구적으로 고정할 어떠한 필요성도 배제한다.

하나의 예시적인 예시에서, 폐쇄 플레이트(50) 및 크라운(22)은 스커트(24)를 예컨대 용접에 의해 크라운(22)에 영구적으로 고정하는 것과는 대조적으로, 비-영구적 방식으로 서로 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 플레이트(50) 및 크라운(22)은 예컨대 페쇄 플레이트(50) 및 크라운(22) 중 하나의 연장부가 다른 하나의 요홈 내에 수용되는 정합/요홈 배열로 맞물릴 수 있다. 하나의 예시에서, 폐쇄 플레이트(50)는 크라운(22)과 맞물리는 연장부 또는 립(lip)(도 1 내지 도 3에 미도시)을 규정할 수 있다. 또한, 크라운(22)은 요홈 또는 슬롯(99)(선택적으로 도 1에 점선으로 도시됨)을 규정할 수 있어, 링 지대 부분(26)에 인접한 폐쇄 플레이트(50) 및 스커트(24)의 상부 부분에 추가의 반경 방향 지지를 제공한다. 바꾸어 말하면, 연장부/요홈 배열은 스커트(24)가 스커트(24)에 인접한 보어 표면에 대해 크라운과 맞물리는 곳에서 스커트(24)에 추가의 반경 방향 강성을 제공할 수 있다. 대안적으로, 폐쇄 플레이트(50)는 피스톤(20)에 추가의 안정성 또는 강도를 제공하기 위해, 영구적인 방식으로, 예컨대 폐쇄 플레이트(50)의 둘레의 일부분을 따라 용접함으로써 크라운에 고정될 수 있다.

피스톤 크라운(22)과 피스톤 스커트(24)를 확고하게 결합시킴으로써, 피스톤(20)은 일반적으로 일체형 또는 "모노블록(monobloc)" 피스톤 조립체로서 형성된다. 즉, 피스톤 크라운(22)은 일반적으로 피스톤 스커트(24)가 크라운(22)에 고정 후 피스톤 크라운(22)에 대해 움직일 수 없도록 피스톤 스커트(24)와 함께 사용된다.

피스톤 크라운(22)과 피스톤 스커트(24)는 편리한 임의의 재료로 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 예시에서, 크라운(22)과 스커트(24)는 동일한 재료로 형성된다. 다른 실시예에서, 피스톤 크라운(22)은 피스톤 스커트(24)와는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 피스톤 크라운(22)을 위해 사용되는 재료는 피스톤 스커트(24)와는 상이한 기계적 특성, 예컨대 항복점, 인장 강도 또는 노치 인성을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 크라운(22)은 강재, 주철 또는 알루미늄 재료로 형성될 수 있고, 스커트(24)는 주철, 복합재, 알루미늄, 분말 금속으로 형성된다. 편리한 임의의 다른 재료 또는 조합이 크라운(22) 및 스커트(24)를 위해 채용될 수 있다. 크라운(22)과 스커트(24)는 또한 상이한 공정으로 형성될 수 있으며, 예컨대 크라운(22)은 대체로 단일의 주편(cast piece)일 수 있는 반면, 스커트(24)는 단조될 수 있다. 편리한 임의의 재료 및/또는 성형 조합이 채용될 수 있다.

이제 도 4 내지 도 6을 참조하면, 크라운(122) 및 스커트 조립체(124)를 구비하는 다른 예시적인 피스톤 조립체(120)가 예시된다. 스커트 조립체(124)는 두 스커트 부분(124a, 124b)을 포함한다. 도 4에 구체적으로 도시되진 않았지만, 크라운(122)은 실질적으로 위에서 예시적인 피스톤(20)에 도시된 바와 같이, 대체로 크라운(122)의 둘레 주위로 연장되는 냉각 갤러리(미도시)를 부분적으로 규정할 수 있다. 스커트(124)는 각각 폐쇄 플레이트(150)를 포함하는 두 별개의 스커트 부분(124a, 124b)을 포함할 수 있다. 폐쇄 플레이트(150a, 150b)는 대체로 냉각 갤러리(도 4 내지 도 6에 미도시)를 둘러싸도록 협동한다.

냉각제가 냉각 갤러리로 유입되고 유출되도록 허용하기 위해, 하나 이상의 유체 입구 및/또는 출구 구멍(170a, 170b)(총괄하여 170)이 예컨대 각각 폐쇄 플레이트(150a, 150b) 내에 제공될 수 있다. 유체 입구 구멍(170a)은 유체, 예컨대 크랭크케이스 오일을 냉각 갤러리(도 4 내지 도 6에 미도시) 내로 지향시키기 위해 피스톤(120) 내에서 작동되는 하나 이상의 노즐(미도시)과 연통될 수 있다. 피스톤(20)에 대해 전술된 바와 같이, 냉각 갤러리 내의 유체는 일반적으로 내연 기관(미도시)과 함께 작동될 때 피스톤(120)의 왕복 운동에 의해 냉각 갤러리의 내벽을 냉각시킬 수 있다. 냉각 갤러리(56) 내로 도입된 유체는 다시 엔진의 크랭크 케이스(미도시) 내로 배출되기 위해 하나 이상의 유체 출구 구멍(170b)을 통해 유출되도록 허용될 수 있다. 또한, 예컨대 피스톤(120)과 접촉하는 보어 표면에 인접하게 냉각 갤러리로부터 피스톤(120)의 외부 표면으로 반경 방향 외향으로 연장되는 환형 통로(미도시)가 제공될 수 있어, 냉각 갤러리로의/냉각 갤러리로부터의 냉각제의 추가적인 유입/유출을 허용함으로써 냉각제 순환을 증진시킨다.

하나의 예시적인 스커트 부분(124a)을 예시하는 도 5 및 도 6에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 폐쇄 플레이트(150a)는 대체로 폐쇄 플레이트(150)의 주연부 주위로 연장되는 그리고 냉각제(미도시)가 작동 중 냉각 갤러리 주위로 유동할 경로를 제공하는 요홈 또는 냉각제 채널(152a)을 규정할 수 있다. 도 5 및 도 6에 단지 스커트 부분(124a)만이 예시되지만, 스커트 부분(124b)은 스커트 부분(124a)에 대해 기술된 바와 같이 요홈 또는 냉각제 채널을 구비할 수 있다. 또한, 채널(152)의 종방향 연장은 즉, 피스톤(120)의 종축에 대해 폐쇄 플레이트(150a, 150b)에 의해 둘러싸이는 냉각 갤러리의 종방향 범위를 늘림으로써 추가의 냉각 갤러리 용량을 제공할 수 있다.

도 5에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스커트 부분(124a)은 피스톤(120)의 주연부의 적어도 일부분 또는 심지어 전체 부분 주위로 연장되는 연장 립(154a)을 구비할 수 있다. 도 5 및 도 6에 단지 스커트 부분(124a)만이 예시되지만, 스커트 부분(124b)은 스커트 부분(124a)에 대해 기술된 바와 같이 연장 립을 구비할 수 있다. 연장 립(154a)은 다양한 방식으로 영구적 및 비-영구적 둘 모두로 크라운(122)과 맞물릴 수 있다.

예를 들어, 연장 립(154), 폐쇄 플레이트(150) 및 크라운(122)은 스커트(124)를 크라운(122)에 예컨대 용접에 의해 영구적으로 고정하는 것과는 대조적으로, 비-영구적 방식으로 서로 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 플레이트(150)와 크라운(122)은 예컨대 폐쇄 플레이트(150) 및 크라운(122) 중 하나의 연장부가 다른 하나의 요홈 내에 수용되는 정합 방식으로 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 폐쇄 플레이트(150)는 크라운(122)의 슬롯(도 4 내지 도 6에 미도시) 내에 수용되는 연장 립(154)을 규정할 수 있어, 스커트(124)의 상부 부분 및 폐쇄 플레이트(150)를 크라운(122)에 대해 반경 방향으로 지지한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(124a)은 스커트 부분(124)의 하부 부분(125)과 폐쇄 플레이트(150) 사이에서 연장되는 하나 이상의 보강 웨브(180a)를 포함할 수 있다. 보강 웨브(180a)는 일반적으로 예컨대 웨브(180a)가 폐쇄 플레이트(150a)에 대체로 수직하게 연장되는 평면에서 연장됨으로써 스커트 부분(124a)에 추가의 강성을 제공할 수 있다. 보강 웨브(180a)는 폐쇄 플레이트(150a) 및 스커트(124a)의 하부 부분(125a) 둘 모두에 고정될 수 있다. 예를 들어, 보강 웨브(180a)는 예컨대 단지 예로서 단조, 스탬핑 또는 주조에 의해 폐쇄 플레이트(150) 및/또는 스커트 부분(124a)과 일체로 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6에 스커트 부분(124a)이 도시되지만, 스커트 부분(124b)은 스커트 부분(124a)에 대해 기술된 바와 동일한 방식으로 보강 웨브를 구비할 수 있다.

이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 다른 예시적인 피스톤 조립체(220)가 예시된다. 피스톤 조립체(220)는 피스톤 조립체(20, 120)와 유사하게, 크라운(222)과 제1 스커트 부분(224a) 및 제2 스커트 부분(224b)으로 구성되는 스커트 조립체(224)를 포함한다. 스커트 부분(224a, 224b) 각각은 대체로 피스톤 조립체(220)의 중심을 통해 서로를 향해 연장되는 연장 립(285a, 285b)을 각각 포함한다. 예를 들어, 도 7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 연장 립(285a, 285b)은 스트럿(230)을 통해 서로를 향해 연장되고, 립(285a, 285b)의 단부 사이에 비교적 작은 갭을 규정하도록 협동한다. 이 점에서, 스커트 부분(224) 및 크라운(222)에 의해 규정되는 냉각 갤러리(256)는 대체로 피스톤 조립체(220)의 중심을 향해 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 갤러리의 중심 부분(256')이 대체로 폐쇄 플레이트(250b) 및 크라운(222)에 의해 규정된다. 작동 중, 갤러리를 통해 순환하는 오일 또는 다른 냉각제/윤활제가 냉각 갤러리(256)의 이 중심 부분(256')을 통해 연장 립(285) 사이의 갭으로 이동할 수 있고, 갭을 통해 중심 부분(256')으로부터 배출될 수 있다. 따라서, 오일은 대체로 다시 엔진 크랭크케이스(미도시)로 낙하될 수 있고, 또한 대체로 스트럿(230), 커넥팅 로드(미도시) 및 갭에 인접한 리스트 핀(미도시) 사이의 접촉면을 윤활할 수 있어, 피스톤 조립체(220), 리스트 핀 및/또는 커넥팅 로드의 이들 영역에 냉각 및/또는 윤활을 제공한다. 폐쇄 플레이트(250a, 250b) 사이에 규정되는 갭이 냉각 갤러리(256)의 다른 유입/유출 구멍[예컨대, 도 4에 도시된 스커트 부분(124) 내의 구멍(170)]에 대안적으로 또는 그것에 추가적으로 제공될 수 있어, 냉각 갤러리(256)를 통한 냉각제 또는 윤활제의 순환이 주어진 응용에 더욱 맞추어지도록 허용한다.

스커트 부분(224a, 224b)[스커트 부분(224a)은 도 8에 도시되지 않음]의 하부 부분(225a, 225b)은 하부 부분(225)의 대향측들에서 플래시(flash) 부분(227)을 구비할 수 있다. 이들 플래시 부분(227)은 스커트 부분(224)이 단조 공정으로 형성되는 경우에 형성될 수 있다. 이와 대조적으로, 예컨대 도 4의 피스톤 조립체(120)에 도시된 바와 같은 대체로 곧은 에지가 스커트(224)가 단지 예로서 주조 작업으로 형성되는 경우에 스커트 부분(224)의 하부 부분(225) 측에 제공될 수 있다. 플래시 부분(227)은 일반적으로 에컨대 하부 부분(225)을 측방향으로 볼 때 하부 부분(225) 각각에 전체적인 "벨" 형상을 제공하도록 협동한다.

이제 도 9를 참조하여, 피스톤을 제조하는 에시적인 공정(700)이 기술된다. 공정(700)은 냉각 갤러리를 규정하는 링 지대 부분 및 리스트 핀 보어를 규정하도록 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿을 구비하는 피스톤 크라운이 제공되는 블록(702)에 있을 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 링 지대 부분(26) 내에 냉각 갤러리(56)를 규정하는 피스톤 크라운(22)이 제공될 수 있다. 또한, 피스톤 크라운(22, 122)은 리스트 핀 보어(32, 132)를 규정하도록 링 지대 부분(26)으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿 부분(30, 130)을 포함할 수 있다. 스트럿 부분(30, 130)과 링 지대 부분(26, 126)은 예컨대 단조 또는 스탬핑 작업으로 서로 대체로 일체로 형성될 수 있다. 공정(700)은 이어서 블록(704)으로 진행할 수 있다.

블록(704)에서, 폐쇄 플레이트와 일체로 형성되는 피스톤 스커트가 형성될 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 두 스커트 부분(24a, 24b 또는 124a, 124b)이 각각 일체로 형성된 폐쇄 플레이트(50, 150)를 구비할 수 있다. 단지 예로서, 프로그레시브 단조 작업이 일체형 스커트 부분(24, 124)을 형성하기 위해 채용될 수 있다. 스커트(24, 124)는 예컨대 보어 표면을 따라 활주됨으로써 작동 중 관련 엔진의 보어 표면과 접촉하도록 구성되는 보어 맞물림 부분 또는 하부 부분(25, 125)을 포함할 수 있다. 스커트(24, 124)의 보어 맞물림 표면의 외부 표면은 표면 텍스처를 구비할 수 있어, 스커트(124)와 보어 표면 사이의 접촉면의 마찰 특성을 향상시킨다. 또한, 스커트(124)는 편리한 임의의 구성으로, 예컨대 위에서 논의된 바와 같이, 단조 작업으로 형성될 수 있는 "벨" 형상으로 형상화될 수 있다. 또한, 스커트(24, 124)는 다양한 상이한 재료로, 또는 심지어 완전히 상이한 유형의 성형 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 크라운(22, 122)은 강재로 주조될 수 있는 반면, 스커트(24, 124)는 단지 예로서 상이한 강재 또는 복합재로 단조된다. 또한, 강, 알루미늄, 복합재, 분말 금속 또는 임의의 다른 적합한 재료가 주어진 응용에 맞추기 위해 크라운(22, 122) 및/또는 스커트(24, 124)에 사용될 수 있다. 공정(700)은 이어서 블록(706)으로 진행할 수 있다.

블록(706)에서, 스커트는 폐쇄 플레이트가 대체로 냉각 갤러리를 둘러싸도록 크라운에 고정될 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 페쇄 플레이트(50, 150)가 대체로 피스톤(20, 120) 또는 그 일부분을 냉각시키기 위해 냉각제, 예컨대 엔진 오일을 갤러리를 통해 순환시키도록 구성되는 냉각 갤러리를 규정하기 위해서 대체로 크라운(22, 122)의 내부 표면과 협동하도록 스커트(24, 124)가 크라운(22, 122)에 고정될 수 있다. 스커트(24, 124)는 대응하는 결합 표면(90, 92)을 따라 크라운에 고정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 스커트(24, 124) 및 크라운(22, 122)의 결합 표면(90, 92)은 크라운의 종축(A-A)에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 또한, 스커트(24, 124) 및 크라운(22, 122)이 대체로 영구적으로 결합되는 결합 표면(90, 92)은 크라운(22, 122)의 스터럿(30, 130)에 국한될 수 있어, 피스톤(20, 120)의 조립을 간단하게 한다.

블록(708)으로 진행하여, 폐쇄 플레이트(50, 150)가 크라운(22, 122)과 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 특징부, 예컨대 연장 립(154)이 스커트(24, 124)의 폐쇄 플레이트(50, 150) 내에 제공될 수 있다. 연장 립(154)은 크라운에 대해 스커트(24)의 상부 부분의 반경 방향 지지를 향상시키기 위해 크라운(22)의 대응하는 특징부, 예컨대 요홈(99) 내에 수용될 수 있어, 스커트(24)를 크라운(22)에 예컨대 용접에 의해 추가로 고정시킬 필요성을 감소시킨다. 대안적으로, 폐쇄 플레이트(50, 150)는 피스톤(20, 120)의 추가의 강성 또는 안정성이 요망되는 경우에, 예컨대 용접에 의해 크라운(22, 122)에 영구적으로 고정될 수 있다.

본 명세서에 기술된 공정, 시스템, 방법, 발견적 교수법 등에 대해, 이러한 공정 등의 단계가 소정 순서에 따라 일어나는 것으로 기술되었지만, 이러한 공정은 본 명세서에 기술된 순서와는 다른 순서로 수행되는 기술된 단계로 실시될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 또한, 소정 단계들이 동시에 수행될 수 있는 것으로, 다른 단계가 추가될 수 있는 것으로, 또는 본 명세서에 기술된 소정 단계가 생략될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 바꾸어 말하면, 본 명세서의 공정에 대한 기술은 소정 실시 형태를 예시할 목적으로 제공되며, 결코 청구되는 발명을 제한하도록 해석되지 않아야 한다.

따라서, 위의 설명은 예시적이고 비제한적이도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 위의 설명을 읽을 때 제공된 실시예와는 다른 많은 실시 형태 및 응용이 생길 것이다. 본 발명의 범위는 위의 설명을 참조하여서가 아니라, 대신에 첨부 특허청구범위와 함께 이러한 특허청구범위의 등가물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다. 본 명세서에서 논의된 기술 분야에서 향후 개발이 일어날 것이고, 이러한 향후 실시 형태 내에 개시된 시스템 및 방법이 통합될 것으로 예상되고 의도된다. 요컨대, 본 발명은 변경 및 변화될 수 있고 오직 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해하여야 한다.

특허청구범위에 사용되는 모든 용어는 본 명세서에서 명백히 반대로 지시되지 않는 한 그 가장 넓은 합리적 구성 및 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 그 통상의 의미가 주어지도록 의도된다. 특히, "어떤 하나의", "그", "상기" 등과 같은 단수형 관사의 사용은 특허청구범위가 명백히 반대로 제한하지 않는 한 지시된 요소 중 하나 이상을 인용하도록 해독되어야 한다.

20: 피스톤 22: 피스톤 크라운
24: 피스톤 스커트 26: 링 지대 부분
28: 링 홈 30: 스트럿
31: 연소 보울 32: 리스트 핀 보어
50: 폐쇄 플레이트 56: 냉각 갤러리

Claims

피스톤 크라운으로서,
적어도 부분적으로 냉각 갤러리를 규정하는 링 지대 부분; 및
리스트 핀 보어를 규정하기 위해 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿
을 포함하는 피스톤 크라운; 및
스트럿에 고정되는 피스톤 스커트 조립체로서, 두 스커트 부분을 포함하고, 스커트 부분 각각은 스커트 부분과 일체로 형성되는 폐쇄 플레이트를 구비하며, 폐쇄 플레이트는 대체로 냉각 갤러리를 둘러싸도록 협동하는, 피스톤 스커트 조립체
를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.
제1항에 있어서,
크라운 및 스커트는 스트럿 및 스커트의 대응하는 결합 표면을 따라 확고하게 고정되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제2항에 있어서,
결합 표면은 크라운의 종축에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 피스톤.
제2항에 있어서,
결합 표면은 실질적으로 곧게 연장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제2항에 있어서,
크라운 및 스커트는 대응하는 결합 표면을 따라 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제2항에 있어서,
크라운의 결합 표면은 크라운의 스트럿에 국한되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서,
폐쇄 플레이트는 크라운과 맞물리기 위한 연장 립을 규정하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제7항에 있어서,
폐쇄 플레이트 및 링 지대 부분은 링 지대 부분에 의해 규정되는 요홈을 통해 맞물리고, 요홈은 폐쇄 플레이트의 연장 립을 수용하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제7항에 있어서,
연장 립은 크라운에 영구적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서,
크라운 및 스커트는 상이한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서,
페쇄 플레이트는 냉각 갤러리가 크라운의 링 지대 부분 아래에서 연장되도록 링 지대 부분으로부터 멀어지게 종방향으로 연장되는 요홈을 규정하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서,
폐쇄 플레이트 각각은 냉각 갤러리가 피스톤 조립체의 중심을 향해 연장되도록 피스톤 조립체의 중심을 향해 연장되는 연장 립을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
피스톤을 조립하는 방법으로서,
냉각 갤러리를 규정하는 링 지대 부분 및 리스트 핀 보어를 규정하기 위해 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는 스트럿을 구비하는 피스톤 크라운을 제공하는 단계;
각각 폐쇄 플레이트와 일체로 형성되는 두 스커트 부분을 포함하는 피스톤 스커트 조립체를 형성하는 단계; 및
폐쇄 플레이트가 대체로 냉각 갤러리를 둘러싸기 위해 협동하도록 스커트 조립체를 크라운에 고정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제13항에 있어서,
스커트를 크라운에 고정하는 단계를 스커트 및 크라운을 스트럿 및 스커트의 대응하는 결합 표면을 따라 확고하게 고정하는 단계로서 확립하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제14항에 있어서,
대응하는 결합 표면을 크라운의 종축에 실질적으로 평행한 것으로서 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제15항에 있어서,
크라운의 결합 표면을 스트럿을 따라 연장되는 것으로서 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 크라운의 결합 표면은 스트럿에 국한되는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제13항에 있어서,
폐쇄 플레이트 및 링 지대 부분을 폐쇄 플레이트 및 링 지대 부분 중 하나에 의해 규정되는 요홈을 통해 맞물리는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제13항에 있어서,
크라운 및 스커트를 상이한 재료로 형성되는 것으로서 확립하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립 방법.
제1 재료로 형성되는 피스톤 크라운으로서,
적어도 부분적으로 냉각 갤러리를 규정하는 링 지대 부분; 및
링 지대 부분과 일체로 형성되고, 리스트 핀 보어를 규정하기 위해 링 지대 부분으로부터 멀어지게 연장되는, 스트럿
을 포함하는 피스톤 크라운; 및
제1 재료와는 상이한 제2 재료로 형성되는 피스톤 스커트 조립체로서, 스트럿에 고정되고, 두 스커트 부분을 포함하며, 스커트 부분 각각은 스커트 부분과 일체로 형성되는 폐쇄 플레이트를 구비하고, 폐쇄 플레이트 각각은 크라운과 맞물리기 위한 연장 립을 규정하며, 폐쇄 플레이트는 대체로 냉각 갤러리를 둘러싸도록 협동하는, 피스톤 스커트 조립체
를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.
제19항에 있어서,
폐쇄 플레이트 및 링 지대 부분은 링 지대 부분에 의해 규정되는 요홈을 통해 맞물리고, 요홈은 폐쇄 플레이트의 연장 립을 수용하는 것을 특징으로 하는 피스톤 조립체.