KR20140123083A

KR20140123083A - 피스톤 및 냉각되는 피스톤 링과 그 제작 방법

Info

Publication number: KR20140123083A
Application number: KR1020147023882A
Authority: KR
Inventors: 케이스 햄프턴; 미구엘 아제베두
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-10-21
Also published as: KR101968487B1; US8955487B2; BR112014019671A8; WO2013119915A1; BR112014019671A2; JP6234943B2; EP2812612B1; US20130206096A1; JP2015508148A; EP2812612A1; CN104220793B; CN104220793A

Abstract

피스톤, 피스톤 링, 그리고 이를 제조하는 방법이 제공된다. 본 피스톤 링은 L-형상이며, 피스톤의 링 그루브(ring groove)로부터 피스톤의 탑 랜드(top land)를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제1 부분과, 링 그루브 내에 수용되도록 구성된 제2 부분를 가진다. 링의 제1 부분 및 제2 부분는 중공의 냉각실을 가지며, 중공의 냉각실 내에는 냉각 매체가 배치되며, 냉각 매체는 링 그루브 내부적으로, 그리고 피스톤 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 자유롭게 흐르게 된다.

Description

피스톤 및 냉각되는 피스톤 링과 그 제작 방법{PISTON AND COOLED PISTON RING THEREFOR AND METHOD OF CONSTRUCTION THEREOF}

본 발명은 일반적으로 내연 엔진에 관련된 것으로 좀 더 구체적으로 이 내연엔진용 피스톤과 피스톤 링에 관한 것이다.

엔진 제조사들은, 연료 경쟁성의 향상, 연료 연소에 대한 향상, 오일 소모량의 감소, 운송수단 내에서 열의 활용을 위한 배기 온도의 증대, 실린더 보어 내에서의 압축하증의 증대, 중량의 감소 및 엔진의 콤팩트화 등을 비제한적으로 포함하여, 엔진의 효율 및 성능 향상에 요구가 증가하는 상황에 직면하고 있다. 따라서 엔진의 연소실 내의 온도 및 압축하중을 증가시키는 것이 바람직하다. 그러나 연소실 내의 온도와 압축하중을 증가시키면, 피스톤에 대한 마모 및 물리적 부담이 증가하여 그 잠재적 유효수명이 줄어들게 된다. 특히, 염려가 되는 부분은, 피스톤의 피스톤 링 영역에서의 열의 축적 및 이에 관련된 마모에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제작된 피스톤 링을 포함하는 피스톤은 현대의 고성능 엔진에서 발생하는 열에 대해 잘 견딜 수 있으며, 이는, 본원에 개시된 내용 및 도면들로부터 당업계 기술자가 자명하게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상에 따라 제작된 내연 엔진용 피스톤 링은 L-형상(L-shaped)이며, 피스톤의 링 그루브(ring groove)로부터 피스톤의 탑 랜드(top land)를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제1 부분(first portion)과, 상기 링 그루브 안에 수용되도록 구성된 제2 부분을 포함한다. 상기 링의 제1 및 제2 부분들은 밀폐된 중공의 냉각실(enclosed hollow chamber)을 가지며, 이 안에는 냉각 매체(cooling medium)가 배치되어, 냉각 매체가 내부적으로 링 그루브로 그리고 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 자유롭게 유동할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면 내연 엔진용 피스톤이 제공된다. 상기 피스톤은, 실린더형의 외측면(outer surface)과, 상기 외측면 속으로 연장되는 환형의 최상단 링 그루브(uppermost ring groove)를 지닌 몸체를 가진다. 상기 피스톤의 탑 랜드는 상기 외측면으로부터 반경방향 내측으로 리세스(recess)된다. 탑 랜드는 최상단 링 그루브로부터 상부 연소면(upper combustion surface)까지 연장된다. 상기 피스톤은 또한, 상기 최상단 링 그루브 내에 수용되도록 구성된 제1 부분과, 상기 최상단 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제2 부분을 갖는 L-형상의 피스톤 링을 포함한다. 상기 피스톤 링의 제1 및 제2 부분은 중공의 냉각실을 가지며, 이 중공의 냉각실 내에는 냉각 매체가 배치되어, 냉각 매체가 내부적으로 최상단 링 그루브로 그리고 상기 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 자유롭게 유동할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 내연 엔진용 피스톤 링의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 피스톤의 링 그루브로부터 피스톤의 탑 랜드를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제1 부분과, 상기 링 그루브 내에 수용되도록 구성된 제2 부분을 포함하여 중공의 냉각실을 갖는 L-형상의 링을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 중공의 냉각실 내에 냉각 매체를 배치하고, 냉각 매체를 상기 냉각실 내에 유지하기 위해 상기 중공의 냉각실의 반대쪽 단부들에 있는 엔드플러그(end plug)를 고정시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 L-형상의 피스톤 링을 형성하는 방법에는 피스톤 링을 형성하기 위해 튜브형 재료를 사용하여 형성하는 것이 포함된다.

본 발명의 양상들, 특징들 및 장점들은 이하의 바람직한 실시예들 및 최상의 모드에 대한 상세한 설명, 청구항들 및 첨부된 도면들로부터 쉽게 파악이 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따라 제작된 피스톤에 대한 단면도이다.
도 2는 도 1의 피스톤에서 원으로 둘러싸인 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 2a-2d는 본 발명의 부가적인 양상에 따라 제작되는 피스톤 링들에 대해 도 2와 유사한 도면들이다.
도 3은 도 2 및 도 2a-2d의 피스톤 링들에 대한 평면도이다.
도 4는 피스톤 링의 엔드캡(end cap)에 대한 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따라 제작되는 피스톤 링으로 형성되기 전의 튜브형 부재에 대한 단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따라 제작되는 피스톤 링으로 형성된 후의, 도 5a의 튜브형 부재에 대한 단면도이다.

도면을 좀 더 상세히 참조하면, 도 1에는 예컨대, 현대식이고, 콤팩트한, 고성능 차량엔진과 같은 내연 엔진에 있어서, 실린더 라이너(13)(도 2 및 도 2a)의 실린더 보어(12) 내에서 왕복운동하는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제작된 피스톤(10)에 대한 측단면도가 도시되어 있다. 이 피스톤(10)은 몸체(14)를 가지며, 이 몸체(14)는 주조된 재료의, 또는 단조된 재료 또는 강편 재료로부터 형성된 형성된 단일의 일체식 피스(piece)와 같이 도시되어 있는데, 이는 예시적이며 이에 국한되는 것은 아니다. 이 몸체(14)는 중심 종방향 축선(central longitudinal axis)(15)를 따라 연장되며, 이 중심 종방향 축선(15)을 따라 피스톤(10)이 실린더 보어(12) 내에서 왕복운동을 한다. 몸체(14)는 상부 연소벽(upper combustion surface)을 포함하여 형성되며, 상부 연소벽의 일측에는 실린더 보어 내의 연소가스에 직접적으로 노출되도록 구성된 상부 연소면(upper combustion surface)(16)이 있고, 타측에는 상부 연소면(16)에 축방향으로 바로 밑에 위치하는 언더크라운면(undercrown surface)(18)이 있다. 피스톤 몸체(14)는 또한 상부 연소면(16)에 이웃한 링벨트 부위(ring belt region)(20)를 가지는데, 링벨트 부위(20)는, 도면상 각각 제1 및 제2 피스톤 링(19. 21)로 도시된 바와 같은 적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성된다. 또한, 피스톤 몸체(14)는, 도면에 예시적으로 밀폐된 또는 실질적으로 밀폐된 냉각 갤러리(22)로 도시된 바와 같은 냉각 갤러리를 포함하여 형성된다. 냉각 갤러리(22)는 방사상 내측으로, 그리고 링벨트 부위(20)와 실질적인 방사상 정렬(radial alignment)이 되게 구성된다. 제1 피스톤 링(19)은 대체적으로 L-형상이며, 예컨대 아르곤 및/또는 액체 냉매와 같은 냉각 매체(25)를 수용하기 위한 중공의 환형 냉각실(24)을 갖는다. 제2 피스톤 링(21)은 제1 피스톤 링(19)으로부터 축방향 하측으로 이격되어 있으며, 실린더 라이너(13)로부터 과잉의 오일을 닦아 크랭크 케이스로 돌려보내는 보통의 오일 컨트롤 링으로서 제공된다. 제1 피스톤 링(19)은, 제1 피스톤 링(19)의 하부 평탄면(28)으로부터 상향으로 상부 연소면(16)까지 연장되는 직경이 감소된 상부 랜드 부위(26)에 증진된 냉각기능을 발휘한다. 따라서, 이 영역 내에서 발생된 열은 피스톤 몸체(14) 및 제1 피스톤 링(19)으로부터 실린더 라이너(13)로 전달되며, 이로써 피스톤(10)의 유효 수명이 연장된다.

피스톤 몸체(14)는, 중심 종방향 축선(15)에 대체로 가로질러 연장되는 핀 보어 축선(pin bore axis)(34)를 따라 동축으로 정렬되고 횡방향으로 간격을 두고 있는 핀 보어(32)들을 제공하기 위해, 언더크라운면(18)에 달려 있는 한 쌍의 핀 보스(30)들을 가진다. 이러한 핀 보스(30)들은 횡방향으로 간격을 둔 스커트부(skirt portion)(36)들에 연결되는데, 스커트부(36)들은 핀 보어 축선(34)과 교차하는 대향하는 측면들에 180도 간격을 두고 있으며, 실린더 보어(12) 내에서 슬라이딩 운동할 수 있도록 윤곽을 지닌 볼록한 외측면들을 가지고 있어, 피스톤(10)이 실린더 보어(12) 내에서 왕복운동할 때 원하는 바의 방향으로 피스톤(10)이 유지되는 것을 용이하게 해준다.

상부 연소면(16)은 실린더 보어 내에 원하는 가스 유동을 제공하도록 리세스된 연소 보울(combustion bowl)(38)을 가지는 것으로 도시되었다. 연소 보울(38)로 인해 적어도 어느 한 부분에서, 피스톤 몸체 재료의 상대적으로 얇은 부위가 연소 보울(38), 냉각 갤러리(22) 및 언더크라운면(18) 사이에 형성된다. 따라서, 이러한 부위는 사용시에, 핀 보스(30)들 사이의 중앙 갤러리 부위 내에 냉각 갤러리(22)를 통해 언더크라운면(18)을 향해 흐르는 냉각 매체(25)에 의해 적절하게 냉각될 필요가 있다. 언더크라운 냉각은 오일 스플래시(oil splash), 냉각 오일 제트 또는 중앙 갤러리 부위 내의 오일을 통해 제공될 수 있다.

상부 랜드 부위(26)의 냉각을 더 촉진시키기 위해서, 내부에 냉각 매체(25)가 들어있는 중공의 제1 피스톤 링(19)이 상부 랜드 부위(26)의 환형의 외측벽(outer wall)(40)과 실린더 라이너(13) 사이에 배치된다. 상기 외측벽(40)은 상부 연소면(16)으로부터 하향으로 연장된다. 외벽(40)은, 상기 외측벽(40)은, 상부 랜드 부위(26)로부터 늘어진 링벨트 부위(20)의 최대 직경에서 감소된 직경을 갖도록 형성되며, 이로써 외측벽(40)과 실린더 라이너(13) 사이에 제1 피스톤 링(19)의 직립상태인 제1 부분(44)를 수용할 수 있는 사이즈(size)의 환형의 갭 또는 공간(42)이 제공된다. 직경 D1의 크기는, 제1 피스톤 링(19)의 제1 부분(44)이 상부 랜드 부위(26) 및 실린더 라이너(13) 사이에서 자유롭게 부동(浮動)할 수 있도록 정해져서, 자동적으로 원하는 바의 슬라이딩 방향을 찾아갈 수 있게 된다. 또한 제1 피스톤 링(19)을 수용하고 위치시키기 위해, 환형의 링 그루브(46)가 상부 랜드 부위(26)의 직경이 감소된 외측벽(40) 속으로 방사상 내측으로 연장되며, 링 그루브(46)의 사이즈(size)는 제1 피스톤 링(19)의 횡방향으로 연장되는 제2 부분(48)을 수용할 수 있도록 정해진다. 링 그루브(46)의 사이즈는, 제1 피스톤 링(19)의 제2 부분(48)이 그 안에서 자유롭게 부동될 수 있는 크기로 형성되어서, 피스톤 링(19)이 자동적으로 원하는 바의 슬라이딩 방향을 찾아 가는 것을 더욱 가능케 한다.

제1 피스톤 링(19)은 대체로 L-형상으로, 제1 부분(44)은 L-형상에서 직립 또는 수직으로 연장되는 레그(leg)를 제공하고, 제2 부분(48)은 L-형상에서 횡방향 또는 수평으로 연장되는 레그를 제공한다. 상기 제1 부분(44)은 환형의 공간(42) 내에 수용되고, 제2 부분(48)은 링 그루브(46) 내에 수용된다. 제1 피스톤 링(19)은, 피스톤 상부 랜드 부위(26)와 실린더 라이너(13)의 사이의 바람직한 밀봉을 제공하기 위해, 실린더 라이너(13)와 밀착하여 슬라이딩 이동하도록 크기가 정해진 실린더형 외측면(outer surface)(50)을 갖는다. 이 외측면(50)은 종방향 축선(15)과 평행 또는 실질적으로 평행한 제1 부분(44)의 직립한 외측 레그(ourter leg)(52)를 따라 연장된다. 또한 제1 부분(44)은, 외측 레그(52)로부터 반경방향 내측으로 냉각실(24)의 일부에 의해 간격을 두고 직립하는 내측 레그(inner leg)(54)를 가지며, 외측 레그 및 내측 레그(52, 54) 사이에서 반경방향으로 연장되는 상측 레그(upper leg)(56)를 갖는다. 상측 레그(56)는, 상부 연소면(16)과 플러시(flush)하게 또는 실질적으로 플러시하게 연장되는 최상단면을 갖는다.

제1 피스톤 링(19)의 제2 부분(48)은, 냉각실(24)의 일부에 의해 서로 이격되어서 방사상으로 연장되는 상측 및 하측 레그(58, 60)를 가지며, 상측 및 하측 레그(58, 60) 사이에서 연장되면서 반경방향으로 제일 안쪽의 직립 레그(62)를 갖는다. 상측 및 하측 레그(58, 60)는, 링 그루브(46) 내에서 느슨하게 장착될 수 있는 치수의 외측면을 가지며, 직립 레그(62)는 링 그루브(46) 내에 느슨하게 장착될 수 있는 크기의 반경방향 최내측면을 가짐으로써, 작동 중에 피스톤 링은 링 그루브(46) 내에서 자유롭게 부동될 수 있게 된다. 따라서, 피스톤 링(19)은 자동적으로 위치를 잡아 실린더 라이너(13)와 밀봉식 결합을 이룰 수 있다.

밀폐된 피스톤 링 냉각실(24)은 외측, 내측 및 상측 레그(52, 54, 56)의 내측면들(64, 66, 68)과, 상측, 하측 및 직립 레그(58, 60, 62)의 내측면들(70, 72, 74)에 의해서 각각 경계지어진다. 내측면들(64 내지 74)은, 작동 중에 냉각 매체(25)가 인근 상부 랜드 부위(26)에 최적화된 냉각을 제공하기 위해, 냉각실(24) 전체에 걸쳐 "칵테일 세이커(cocktail shaker)"와 같은 유형으로 슬로싱(sloshing)되도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내측면들(64, 66)은 서로 평행 또는 실질적으로 평행하고, 내측면들(70, 72)은 서로 평행 또는 실질적으로 평행하며, 피스톤 링(10)의 벽 두께는 단면에 나타난 바와 같이 전체에 걸쳐 균일하다. 이에 반해, 본 발명의 다른 양상에 따른 도 2A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 양상에 따라 제작된 피스톤 링(10')의 벽 두께는, 단면에 나타난 바와 같이 전체에 걸쳐 균일하지 않다. 특히, 직립한 외측 레그(52')는 그 길이를 따라 두께가 균일하지 않고, 이 두께는, 외측 레그(52')의 최상단부는 가장 얇은 부위가 되고 외측 레그(52')의 최하단부는 가장 두꺼운 부위가 되면서, 그 전체 길이를 따라 연속적으로 또는 실질적인 연속적으로 변화한다. 외측면(50')은 종방향 축선(15)에 대해 평행 또는 실질적으로 평행하게 연장되어서, 두께가 균일하지 않은 상태에서 내측면(64')은 종방향 축선(15) 및 핀 보어축선(34)에 대해 경사지게 연장된다. 내측면(64')은 도시된 바와 같이 상부 연소면(16)을 향하여 상향으로 연장되면서 반경방향 외측으로 그리고 하측 레그(60')로부터 멀어지게 발산된다. 경사진 내측면(64')은 냉각실(24') 내의 냉각 매체(25)의 유체 유동 역학을 변화시킴으로써 상부 랜드 부위(26)의 냉각을 촉진시키며, 이로써 제1 피스톤 링(19')의 내경으로부터 그 외경 부위로의 열의 전달이 증진되고, 외경 부위로부터 열이 실린더 라이너(13)로 쉽게 전달된다. 냉각 매체(25)가 경사진 내측면(64')에 관련하여 하향으로 유동 또는 하향으로 이동하면서 냉각 매체는 반경방향 내측으로 흐르게 되며, 이로써 전체 냉각실(24')에 걸쳐 냉각 매체(24')의 교반이 촉진된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤 링(19)은, 냉각실(24)의 서로 마주하는 자유단들(78, 80)을 막는 역할을 하는 한 쌍의 엔드캡(76, 도 4 참조)을 갖도록 형성된다. 따라서, 냉각 매체(25)는 냉각실(24) 내에 유지되고, 냉각실(24)로부터 외부로 누출되는 것이 방지된다. 엔드플러그(76)는 예컨대 접착제 또는 용접 이음을 포함하는 적절한 메카니즘을 통해 자유단(78, 80)에 고정될 수 있다. 엔드플러그(76)가 자유단(78, 80)에 고정된 다음, 엔드플러그(76)의 단부면(82)은 링 구조의 편향력(bias force) 하에서 서로 접하도록 구성될 수 있으며, 또는 바람직하게 서로 약간 이격된 관계로 위치하도록 구성될 수 있다. 이로써 실린더 라이너(13) 내에 설치될 때 서로를 향해 약간 붕괴(collapse)될 수 있는 능력을 제공하여, 결과적으로 실린더 라이너(13)에 대한 제1 피스톤 링(19)의 방사상 외측으로 작용하는 스프링 편향력을 제공하여 이들 사이에 완전한 밀봉을 이룰 수 있다.

제조할 때는, 도 2 및 도 2a에 잘 도시된 바와 같이, 피스톤 링(19)은 편평한 금속판 재료의 복수의 분리된 피스들로 구성될 수 있으며, 비교적 길고 좁은 개별적 판재 피스들은 실린더형 형태를 갖기 위해, 예컨대 연속적인 다이 스탬핑 작업(progrssive die stamping operation)에서 냉간성형될 수 있으며, 그 다음 연삭되지 않은 상태의 각자의 최종 형상을 얻기 위해 냉간성형되거나 스탬핑될 수 있다. 개별의 피스들이 형성되면, 용접 또는 브레이징(brazing) 이음 또는 엔드플러그(76)에 적합한 접착제를 통해 각 피스들은 엔드플러그(76)를 포함하여 서로에게 고정되며, 그 후, 피스톤 링(19)의 제조를 완료하기 위해, 예컨대 그라인딩(grinding) 및 코팅(coating)과 같은 마감 처리가 수행될 수 있다. 냉각실(24)을 완전히 밀봉하기 전에 냉각 매체를 냉각실(24) 내에 넣는 것을 잊지 말아야 한다. 냉각 매체는 대기 온도와 압력에서 고체 상태인 재료로서 제공될 수 있으며 또는 예컨대 아르곤과 같은 불활성 가스로서 제공될 수 있다. 도 2 및 도 2a의 실시예에서, 피스톤 링(10, 10')은 스탬핑된 두 개의 평 판재 피스들로 형성되는데, 이는 예시적으로서 이에 국한되는 것은 아니다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 내측면(64')은 경사진 면을 형성하기 위해서, 예컨대 압인가공 또는 그 밖의 가공, 또는 기계가공 또는 연삭가공을 통해 냉간성형될 수 있다. 분리된 피스들을 서로 고정한 후에, 최종 사이즈를 제공하기 위해 연삭작업이 수행되는데, 연삭된 표면은 원하는 바의 코팅 두께를 수용할 수 있는 공간의 여유를 제공하도록 한다. 원하는 바의 코팅은, 연삭된 표면의 질화처리는 옵션으로 하고, 예컨대 물리적 증착(PVD) 작업에서 내마모성 코팅을 입힘으로써 이루어질 수 있다.

도 2b 내지 도 2d에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따라 제작되는 피스톤 링들(10'', 10''', 10'''')이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 최종의 형태들은 도 2의 실시예와 유사하나, 도시된 바와 같이 금속스트립재(metal strip material)의 개별 피스들은 도 2의 것들과 다른 형상으로 되어 있다. 도 2b에서는 스트립재의 평 피스가 스트립재의 스탬핑된 피스에 고정되며; 도 2c에서는 재료 피스들 중 하나가 L-형상이고 다른 피스는 대체로 M 또는 W 형상으로 되어 있으며; 도 2d에서는 분리된 스트립재 세 피스들이 서로 고정되어 있다. 그러나 여타의 적절한 수량의 분리된 피스들이 사용될 수 있음을 인식해야 한다.

도 5b에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제작된 피스톤 링(10''''')이 도시되어 있다. 피스톤 링(10''''')은, 서로 고정되는 다수의 금속스트립재 피스들로부터 형성되는 것이 아니라, 튜브형 금속(84, 도 5a)의 하나의 솔리드 피스로부터 형성된다. 궁극적으로 이 피스톤 링(10''''')의 최종 형상은 동일하게 형성되므로, 형상에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 튜브형 금속 피스는 예컨대 스탬핑 또는 압출과 같은 냉간성형작업에서, 원하는 바의 최종 형상을 갖도록 성형될 수 있으며, 그 후 절단되어 도 3에 도시된 바와 같은 라운드 형태로 컬링(curling) 될 수 있다. 물론, 공정 단계는 변경될 수 있으며, 튜브형 피스 재료(84)가 먼저 길이에 맞춰 절단되고, 그 다음에 최종 형태를 얻기 위해 성형될 수 있는데 예를 들면 컬링 그리고 성형 또는 성형 그리고 컬링이 될 수 있다. 그 다음에는 전술한 바와 같이 엔드플러그(76)가 개방 단부들에 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 바람직한 실시예들에 대한 상세 설명으로부터 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 자명한 일이다. 그러므로 본 발명은 청구항에 기술된 발명의 범위 내에서, 본원에서 특정적으로 기술된 바와는 달리 실현될 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims

내연 엔진용 피스톤 링(piston ring)으로서 상기 피스톤 링은,
피스톤의 링 그루브(ring groove)로부터 피스톤의 탑 랜드(top land)를 따라 상향으로 연장되게 구성되는 제1 부분(first portion)과, 상기 링 그루브 내에 수용되도록 구성되는 제2 부분을 가지는 L-형상의 링(L-shaped ring);을 포함하며,
상기 링의 제1 부분 및 제2 부분은 밀폐된 중공의 냉각실(enclosed hollow cooling chamber)을 가지며, 상기 냉각실 내에는 냉각 매체(cooling medium)가 배치되고, 상기 냉각 매체는 상기 링 그루브 내부적으로 그리고 상기 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 자유롭게 유동할 수 있는 것을 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제1항에 있어서,
상기 L-형상의 링은 복수의 분리된 피스(plurality of separate pieces) 재료들로 제작되는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제2항에 있어서,
상기 복수의 분리된 피스 재료들은 용접 또는 브레이징(brazing) 이음 중 하나를 통해 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제2항에 있어서,
상기 복수의 분리된 피스 재료들 중 적어도 하나는 냉간성형되는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제2항에 있어서,
상기 밀폐된 중공의 냉각실은 대향하는 단부들(opposite ends)에서 엔드플러그(end plug)들에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제5항에 있어서,
상기 L-형상의 링이 이완되어 비편향된 상태(unbiased state)에 있는 동안, 상기 엔드플러그는 서로 이격된 단부면들(end faces)을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제1항에 있어서,
상기 제1 부분는, 실린더 라이너에 맞대어 슬라이딩 운동을 할 수 있도록 구성된 외측면 및 상기 냉각실의 일부분의 경계를 형성하는 내측면을 갖는 벽을 포함하며, 상기 벽은, 실질적으로 연속적으로 변하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제7항에 있어서,
상기 내측면은 상기 제2 부분에서 멀어지게 상향으로 연장되는 방향을 따라, 반경방향 외측으로 발산하는(diverge) 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
내연 엔진용 피스톤으로서, 상기 피스톤은,
실린더형 외측면과, 상기 외측면 속으로 연장되는 최상단 링 그루부(uppermost ring groove)를 지니며, 상기 외측면으로부터 반경방향 내측으로 리세스되면서 상기 최상단 링 그루브로부터 상부 연소면까지 연장되는 탑 랜드를 지니는 몸체; 및
상기 최상단 링 그루브 내에 수용되도록 구성된 제1 부분과, 상기 최상단 링 그루브로부터 상기 탑 랜드를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제2 부분를 가지는 L-형상의 피스톤 링;을 포함하며,
상기 피스톤 링의 상기 제1 부분 및 제2 부분은 중공의 냉각실을 가지며, 상기 냉각실 내에는 냉각 매체가 배치되고, 상기 냉각 매체는 상기 최상단 링 그루브 내부적으로 그리고 상기 링 그루브로부터 탑 랜드를 따라 상향으로 자유롭게 유동할 수 있는 것을 하는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
제9항에 있어서,
상기 최상부면(uppermost surface)은 외경을 가지며, 핀 보어 축선의 반대측 면(opposite side)에 한 쌍의 스커트 패널을 더 포함하며, 상기 스커트 패널은 상기 외경의 약 2.0% 내지 3.0% 사이의 범위에서 반경방향으로 연장되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제10항에 있어서,
상기 연소 보울 벽 두께는 상기 외경의 약 2.5% 내지 4.0%인 것을 특징으로 하는 피스톤.
제9항에 있어서,
압축 높이는 상기 핀 보어 축선과 상기 최상단면 사이에서 연장되며, 상기 최상단면은 외경을 가지며, 상기 외경에 대한 상기 압축 높이의 비율은 약 38% 내지 45% 사이인 것을 특징으로 하는 피스톤.
제9항에 있어서,
상기 상단부와 하단부는 길이방향의 중심 축선을 따라 연장되고, 상기 냉각 갤러리는 상기 길이방향의 중심 축선과 비동심(non-concentric)인 것을 특징으로 하는 피스톤.
내연 엔진용 피스톤 링의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은,
피스톤의 링 그루브로부터 피스톤의 탑 랜드를 따라 상향으로 연장되게 구성된 제1 부분과, 상기 링 그루브 내에 수용되도록 구성된 제2 부분를 포함하여 중공의 냉각실을 가지는 L-형상의 링을 형성하는 단계;
상기 중공의 냉각실에 냉각 매체를 배치하는 단계; 및
상기 중공의 냉각실 내에 상기 냉각 매체를 유지하기 위해서 상기 중공의 냉각실의 대향하는 단부들에 엔드플러그들을 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제14항에 있어서,
복수의 분리된 금속 스트립재 피스들(plurality of separate pieces of metal strip material)로부터 상기 L-형상의 링을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제15항에 있어서,
용접 또는 브레이징(brazing) 이음을 통해 상기 복수의 분리된 금속 스트립재 피스들을 서로 고정시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 복수의 분리된 금속 스트립재 피스들을 냉간성형하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제14항에 있어서, 튜브형 재료로부터 상기 L-형상의 링을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제18항에 있어서,
L-형상으로 상기 튜브형 재료를 압출시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.