KR20150120483A - 복잡한 형상의 단조 피스톤 오일 갤러리 - Google Patents

복잡한 형상의 단조 피스톤 오일 갤러리 Download PDF

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Abstract

오일 갤러리를 지닌 강철 피스톤, 및 강철 피스톤 오일 갤러리 채널을 형성하기 위한 공정을 제공하며, 오일 갤러리 채널은 피스톤 크라운 내의 연소 보울의 복잡한 형상에 대응한다. 오일 갤러리 채널은 먼저 연소 보울의 벽들의 형상에 대응하는 기본적인 형상으로 단조된다. 오일 갤러리 채널의 표면들을 기계-선삭 가공하는 것은 원하는 대로 기계-표면 가공될 수 있다. 채널 안으로의 리세스들 및 돌기들과 같이, 기존의 선삭 작업으로 기계 가공될 수 없는 오일 갤러리의 표면들은, 원래의 단조된 상태로 남게 된다.

Description

복잡한 형상의 단조 피스톤 오일 갤러리{COMPLEX-SHAPED FORGED PISTON OIL GALLERIES}
본 발명은 일반적으로 내연 엔진, 특히 디젤 엔진용 피스톤에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 오일 갤러리를 구비한 피스톤에 관한 것이다.
냉각 오일용 폐쇄 갤러리로 형성된 몸체를 지닌 피스톤을 제공하는 것이, 특히 디젤 엔진들에 관한, 내연 엔진 명세서들에 알려져있다. 오일은 갤러리를 통해 순환되며, 연소 열에 의한 손상에 민감한 피스톤의 부품들을 냉각한다. 연소 보울 둘레의 상부 림들은 과열될 때 특히 손상에 민감하다.
냉각 갤러리들은 일반적으로 일정한 단면을 갖는 환형 또는 링-형상이며, 피스톤 링 벨트 및 인접한 피스톤 바디의 상부 벽 및 림 안에 제공된다. 갤러리는 연소 보울과 인접한 내부 벽에 의해 경계가 형성된다. 오일 갤러리들은 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 폐쇄된 경우, 갤러리 채널은 하부 벽에 의해 하부에서 폐쇄된다. 폐쇄된 갤러리들 때문에, 갤러리 안으로 냉각 오일을 수용하기 위해 주입구(inlet)가 하부 벽에 제공될 수 있으며, 또는 냉각 오일은 다른 수단에 의해 갤러리에 공급될 수도 있다.
통상적으로, 디젤 엔진의 연소 보울은 원형의 대칭 형상을 구비하며, 외부 림들부터 우묵한 중심 부분까지 매끄러운 연속된 표면들을 구비한다. 하지만, 오늘날, 새로운 보울들은 비 전통적인 또는 복잡한 형상들로 설계되었다. 이러한 비 전통적인 형상들은 좀 더 효과적으로 연료를 연소시키기 위해서 활용되고, 덜 해로운 배출물을 갖도록 활용되고 있는 것으로 이해된다. 하지만, 복잡한 보울 형상은 전통적인 피스톤 갤러리와 함께 보울들 및 림들의 냉각을 형성한다. 선삭 작업을 갖는 전통적인 기계 가공은, 복잡한 형상의 연소 보울과 같이 유사한 또는 대응하는 복잡한 형상들을 지닌 오일 갤러리를 제공하지 않게 된다.
연소 보울 및 오일 갤러리 사이 구조의 차이가 상당히 상이한 두께를 갖는 벽들을 형성하는 경우, 또는 벽들이 오일 갤러리에서 순환되는 오일에 의해 충분히 냉각되기에 지나치게 두꺼운 경우, 재료가 과열될 수 있는 지점에 피스톤의 "핫 스폿"이 나타날 수 있다. 핫 스폿 영역들은 재료가 갈라지거나 고장나는 피스톤의 취약 지점을 만들 수 있다. 피스톤이 고장나는 경우, 이는 많은 비용, 어쩌면 차량에 새 엔진을 야기하는 엔진 고장을 만들게 된다.
본 발명의 목적은 단조된 강철 오일 갤러리, 및 단조된 강철 오일 갤러리를 형성하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이는 비 전통적인 복잡한 형상의 연소 보울을 수용하며, 과열 걱정을 피하기 위해서 얇고 균일한 벽 두께를 유지한다.
본 발명은 복잡한 형상의 연소 보울을 지닌 단조된 강철 피스톤용 오일 갤러리 뿐 아니라, 오일 갤러리와 같은 것을 형성하기 위한 방법을 제공하는데, 이는 연소 보울 및 오일 갤러리 사이의 벽 두께를 실질적으로 균일하게 제공한다. 본 발명은 핫 스폿들을 최소화하거나 제거하며, 갤러리 내의 오일이 림들과, 피스톤 및 연소 보울의 다른 영역들을 허용할 수 있는 온도 내로 유지하도록 한다.
갤러리는 연소 보울과 동일한 또는 실질적으로 유사한 복잡한 형상으로 형성된다. 갤러리들은 단조에 의해 형성되고, 그 후에 갤러리들을 확장시키고, 일정한 표면을 표면 가공하는 것이 가능한 전통적인 선삭 작업에 의해 기계 가공된다. 리세스들 및 돌출부와 같이, 전통적인 기계 선삭 가공 작업에 의해 표면 가공될 수 없는, 갤러리들에 있는 영역들 및 표면들은, 초기의 단조된 상태로 남아있게 된다. 기계 선삭 가공 동안에, 환형 그루브는 보울 림을 향하는 방향으로 오일 갤러리의 형상으로 연장 형성된다.
여기서 피스톤의 연소 보울의 형상을 나타내는데 사용된 용어 "복잡한"은, 그 외부 주변, 또는 외부 주변 내부가 모두 전통적인 형상으로 형성되지 않는다. "복잡한" 형상은 종래의 형상 이외의 연소 보울의 모든 형상들이며, 이는 예컨대, 직선, 곡선, 또는 아치 모양의 섹션들을 포함하는 에지들을 포함할 수 있으며, 또는 범프, 돌기, 리브, 리세스 및 보울이나 그 외부 주변에 있는 동일한 것들을 모두 구비할 수 있다. 일반적으로, 복잡한 형상들은 전통적인 기계-선삭 가공 작업에 의해 기계 가공되지 않는 어떤 형상들이다.
본 발명은 어떤 내연 엔진용 및 액체 또는 가스 연료를 사용하는 엔진용 피스톤에 활용될 수도 있지만, 바람직하게는 디젤 엔진용 피스톤에 활용된다.
피스톤의 크라운이 일단 형성된 경우, 크라운은 전체 피스톤을 완성하기 위해서 피스톤의 제2 부분에 부착된다. 제2 부분은 일반적으로 나머지 측벽들 및 핀 보어들을 포함한다. 크라운 및 제2 부분은 어떤 알려진 방법으로 함께 연결되지만, 바람직하게는 마찰 용접에 의해 연결된다. 이러한 유형의 연결 공정은 예를 들면, 미국 특허 제6,260,472호에 게시된다.
본 발명에 따르면 전술한 목적을 달성할 수 있다.
다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 고려할 때, 본 발명의 이들 및 다른 특징과 장점들이 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 closed 오일 갤러리를 도시한다.
도 2a, 2b 및 2c는 복잡한 연소 보울의 세 가지 일반적인 유형을 개략적으로 도시한다.
도 3은 연소 보울의 대표 복잡한 형상을 묘사한 피스톤 크라운의 개략 평면도이다.
도 4는 4-4 선을 따라 화살표의 방향으로 취한 도 1에 도시된 피스톤 크라운의 단면도이다.
도 5는 오일 갤러리의 적어도 일면의 기계-선삭 가공한, 도 4와 유사한 피스톤 크라운의 다른 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 실시예의 흐름도이다.
연소 보울(combustion bowl)이 복잡한(complex) 형상을 갖는 경우에 활용될 수 있는 본 발명의 대표(representative) 피스톤(100)이 도 1에 도시된다. 피스톤(100)은 피스톤 크라운 부재(10), 및 측벽들(104, sidewalls)과 핀 보스들(106, pin boses)을 구비한 하부 부재(102)를 포함한다. 피스톤 크라운(10) 및 하부 부재(102)는 완전한 피스톤(100)을 형성하도록, 함께 확고하게 고정(fixedly secured)되는데, 바람직하게는 마찰 용접(friction welding)에 의해 고정된다.
피스톤(100)은 피스톤, 바람직하게는 상부면, 연소 보울 및 외부 림(outer rim)의 온도를 허용되는 온도 제한 내에서 유지하기 위해서 순환되는 오일의 오일 갤러리를 구비한다. 오일 갤러리는 크라운 부재(10)에 위치된 오일 갤러리 채널(105)을 포함한다. 오일 갤러리는 종래에 잘 알려진 바와 같이 개방(opened)되거나 폐쇄(closed)될 수 있다. 폐쇄되는 경우, 오일 갤러리의 하부 벽은 전형적으로 하부 부재(102)의 일부로서 포함된다.
대표 복잡한 연소 보울(12)을 갖는 피스톤 크라운 부재(10)가 도 3에 묘사된다. 보울(12)의 형상은 기본적으로 네 개의 측면들(15, 16, 17 및 18, sides)을 갖는 사각 형상이다. 도시된 형상에서, 측면들은 둥근 곡선들(21, 22, 23 및 24, rounded corners)과 연결되어 직선(straight)으로 되어 있다.
연소 보울의 형상 및 측면들(15 내지 18)의 직선성(linearity)은 단지 복잡한 연소 보울의 일 예시라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명에 따르면, 연소 보울은 많은 측면들 또는 측면부들과 함께, 어떤 주변 또는 내부 형상을 가질 수 있다. 측면들 및 내부 표면들은 또한 도시된 바와 같이 직선이 되거나, 또는 곡지거나(curved) 아치 모양이(arced) 되는 것과 같은 어떤 형상을 가질 수 있으며, 직선, 곡선, 또는 아치 모양의 섹션들(sections)이나 부분들(portions)을 가지거나, 혹은 범프(bumps), 돌기들(protrusions), 리세스들(recesses), 리브들(ribs) 및 유사한 것을 가질 수 있다. 게다가, 곡선들(21 내지 24), 또는 측면들 사이의 교차점(intersection)이나 연결부위들(joints)은, 어떤 형상을 가질 수 있으며, 보울 안으로 돌출되거나 그로부터 리세스될 수 있다.
피스톤 보울의 형상은 도 2a에 도시된 바와 같이 그 외부 주변에(periphery) 복잡하게 되거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 보울의 내부 영역의 방사상으로 복잡하게 되거나, 또는 도 2c에 도시된 바와 같이 외부 주변 및 내부 영역 양쪽에 대해 복잡하게 될 수 있다. 도 2a, 2b 및 2c는 복잡한 형상의 연소 보울의 세 가지 일반 유형의 대표도이다. 본 발명은 이러한 복잡한 형상을 지닌 연소 보울을 수용할 수 있는 오일 갤러리 및 오일 갤러리 채널을 제공한다.
피스톤 크라운 및 전체 피스톤은 강철 재료로 만들어진다. 피스톤 크라운(10)의 형상은 단조 공정(forging process)으로 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 피스톤 크라운 내의 오일 갤러리 채널은 연소 보울, 또는 그의 일부로서 동일한 공정에 의해 형성된다. 도시된 실시예에서, 오일 갤러리 채널은 단조 공정에 의해 형성되며, 이어서 기계 가공(machining) 공정으로 형성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 연소 보울을 형성하기 위한 단조 다이(forging die) 및 오일 갤러리 채널을 형성하기 위한 단조 다이는 대응하는 형상들을 갖는다. 두 개의 다이들(dies)은 서로 대응하는 비슷한 직선 섹션들 및 비슷한 곡선 섹션들을 갖는다.
단조 공정 후의 피스톤 크라운(10)의 횡단면(cross-section)이 도 4에 도시된다. 단조 공정은 원주의(circumferential) 균일한(uniform) 넓이(W) 또는 균일한 깊이(D)를 반드시 갖는 것은 아닌 환형 그루브(30, annular groove)를 형성한다. 그루브(30)의 넓이는, 연소 보울의 측면들이 피스톤 크라운의 외부 표면으로부터 가장 먼 부분에서 더 크다. 이 영역들은 도 3에서 부호 40으로 나타난다. 마찬가지로, 그루브(30)가 있는 영역들은 측면 부분들 사이의 곡선들 또는 교차점들에서 가장 좁은 곳이다.
단조에 의해 형성된 그루브(30)의 깊이(D)는 단조 공정에서 사용된 다이들에 의해 결정된다. 단조 다이들이 강철 크라운 부재를 관통할 수 있고, 그들이 대체되거나 재단장되기 전에 반복적으로 사용될 수 있는 깊이에 대한 실질적인(practical) 제한이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 갤러리의 형성의 이후 단계로서, 오일 갤러리의 형상은 도 5에 도시된 형상으로 기계 가공된다. 기계 가공 공정의 일 단계에서, 부재(50)로 나타나는 기계 가공 툴(machining tool)은 단조 공정에 의해 형성된 오일 갤러리(30) 안으로 삽입되며(화살표 52의 방향으로), 그리고 오일 갤러리 채널의 외부 표면을 표면 가공하고(finish) 환형 그루브(60)를 완전히 보울 둘레에 형성하는데 사용된다. 기계 선삭-가공(machine-turning)은 오일 갤러리 채널을 피스톤 크라운의 상부 리치(reaches)(가까운 탑 링 그루브(top ring groove), 및 인접한 피스톤의 상측 표면이나 림(80))로 확장한다. 완전히 기계 가공된, 그루브(60)는 단조 공정으로 형성된 초기의 채널(30)보다 위로 확장된다.
"기계-선삭 가공" 또는 단순히 "선삭"은, 선반(lathe)에서와 같이, 일반적으로 비회전식 공구 비트(non-rotary tool bit)인 절삭 공구가 피삭재(workpiece)가 회전하는 동안에 직선으로 움직이는 기계 가공 공정이다. "기계 선삭 가공"은 피삭재의 내부 표면들 또는 외부 표면들 상의 절삭 또는 표면 가공 작업과 같은 것을 나타(refer)낼 수 있다. 오일 갤러리 채널의 표면의 일부를 기계 가공하는 데 있어서, 기계-선삭 가공은 내부 표면을 표면 가공하거나 형성한다.
기계-선삭 가공 공정은, 표면(31)과 같이, 오일 갤러리 채널(30)의 내부 표면의 일부를 기계 가공하고 표면 가공하는데 사용될 수 있다. 연소 보울의 복잡한 형상을 따라하기(follow) 위한 오일 갤러리의 복잡한 형상으로 인해, 복수의 범프들 또는 리세스들은 단조 공정의 단조 다이에 의해 내부 갤러리 표면상에 형성될 수 있다. 기계 가공 공정에 사용된 선삭 절차 때문에, 리세스들, 및 범프들 사이의 영역들은 이 단계에서 표면 가공되지 않은(즉,기계 가공되지 않은)채로 남는다. 도 5의 내부 갤러리 채널 표면들(32, 33)은 단조 후에 그들의 본래 상태에서 표면 가공되지 않거나 남아 있지 않게 된다.
도 3에서, 표면 가공된 환형 그루브(60)의 외부 원주(circumference)는 은선 60'으로 나타난다. 게다가, 복잡한 형상의 오일 갤러리의 표면 가공된 (표면(31)과 같은)내부 표면은 은선 30'으로 나타난다. 표면 가공되지 않은채로 남은 영역들(즉, 리세스들)은 도 5에 참조 부호 32 및 33으로 나타난다. 도 4에 도시된 형상(30)을 갖는 오일 갤러리 채널은 단조 다이에 의해 형성될 수 있다.
전형적인 단조 작업에서, 피스톤 크라운 부재(10)의 하부 표면에 있는 오일 갤러리 채널은, 또 다른 단조 다이가 복잡한 형상의 연소 보울을 형성하고 있는 동시에 피스톤 크라운 부재의 상부 표면 또는 상측(upper side)상에 형성된다.
본 발명의 공정은 복잡한 형상의 연소 보울의 외부 경계와 비슷한 또는 실질적으로 같은 경계 내부를 갖는 피스톤용 환형 오일 갤러리를 제공한다. 이는 오일 갤러리와 연소 보울(12) 사이의 벽 영역(70)의 두께를 최소화하고, 연소 보울의 외부 둘레에(around) 균일하게 벽 두께를 형성한다. 단조 및 기계 가공 공정의 실질상의 제한 때문에, 모든 벽들의 두께는 연소 보울의 원주의 둘레에 정확하게 일치하지 않는다. 하지만, 본 발명은, 전체 오일 갤러리의 실질적인 둘레에 벽 두께(70)를 얇고 균일하게 형성한다. 이는 해로운 핫 스폿(hot spots)의 적절한 제한 및 회피 내에서, 피스톤이 표면 가공될 때 오일 갤러리에 주입된 오일이 보울 벽 표면 및 림(80)의 온도를 유지할 수 있게 한다.
본 발명으로, 핫 스폿을 만들 수 있는 두꺼운 벽 부분들은 최소화되거나 제거된다. ("핫 스폿"으로도 불리는) 과열(overheat)된 피스톤의 영역들은 갈라지거나(crack) 고장나는(fail) 취약 지점들(weak spots)을 만들 수 있다. 이런 방법에서 피스톤의 고장(failure)은 비싼 수리로 이어지게 되고, 어쩌면 엔진의 교체로 이어지게 된다.
피스톤을 위한 바람직한 냉각(cooling)은 벽들이 균일한 두께를 가지면서 상대적으로 얇을 때 제공된다. 더 얇은 벽을 지닌 피스톤은 또한 엔진에 적은 변형(strain)을 제공하는 적은 무게를 갖는다. 이는 결과적으로 더 나은 가스 마일리지(gas mileage)가 되고, 해로운 배출(emissions)이 적어지게 된다.
도 6은 피스톤 크라운의 복잡한 연소 보울의 형상의 형상에 대응하는 피스톤 크라운의 오일 갤러리 채널을 형성하는 바람직한 방법의 흐름도(108)를 나타낸다. 먼저, 피스톤 크라운 부재가 강철 재료로 형성된다(110). 이는 임의의 종래 제조 절차에 의해 행해질 수 있다.
그 이후에, 복잡한 형상의 연소 보울이 피스톤 크라운 부재의 탑 또는 상부 표면에 형성된다(112). 이 단계는 강철 단조 공정에 의해 형성된다.
동시에 또는 그리고 나서, 오일 갤러리 채널(30)이 연소 보울의 형상과 유사하거나, 대응하는 형상을 지닌 피스톤 크라운 부재의 하부 표면 또는 하부 측면에 형성된다. 이는 박스 114에 도시된다. 이 단계 또한 단조 공정에 의해 형성되며, 바람직하게는 동시에 보울을 단조하면서 형성된다.
마지막으로, 피스톤 크라운 부재에 있는 오일 갤러리 채널은 자체 크기보다 확장되도록, 그리고 피스톤 크라운 부재 및 연소 보울의 상부 림에 인접해지도록 기계 표면 가공된다(116). 이 단계에서, 환형 그루브(60)가 절삭 공구에 의해 형성되며, 기계-선삭 가공(machine-turning operation)에 의해 표면 가공될 수 있는 갤러리 채널의 외부 표면들(즉, 리세스들 이외의 범프들 사이의 영역들)은 설명된 바와 같이 표면 가공될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 따라 설명되었지만, 다음 청구범위에 의해 설명된 바와 같이 본 발명의 전체 범위 내에서 변경 및 수정이 형성될 수 있으므로, 그에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
10 : 피스톤 크라운 부재 12 : 연소 보울
30 : 그루브 32 : 내부 갤러리 채널 표면
50 : 기계 가공 툴 60 : 환형 그루브
100 : 피스톤 102 : 하부 부재
104 : 측벽들 105 : 오일 갤러리 채널
106 : 핀 보스들

Claims (22)

  1. 측벽 부분 및 핀 보어를 포함하는 하부 부재; 및
    상기 하부 부재에 결합된 상부 크라운 부재를 포함하며,
    상기 상부 크라운 부재는 단조강으로 제조되며, 그 상부 측면상에 연소 보울을 구비하고, 그 하부 측면상에 오일 갤러리 채널을 구비하며, 상기 오일 갤러리 채널은 적어도 하나의 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분 및 적어도 하나의 단조된 상태로 비-기계 가공된 포켓 부분을 포함하며, 상기 포켓 부분은 피스톤의 길이방향 축선을 향해 반경 방향 내측으로 리세스되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 리세스된 비-기계 가공된 포켓 부분이 제공되며, 상기 포켓 부분들은 상기 오일 갤러리 채널 원주에 균일하게 이격되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 포켓 부분이 제공되며, 상기 포켓 부분들은 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분들의 섹션들을 개입함으로써 서로로부터 원주에 분리되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 포켓 부분 위에서 상기 상부 측면 쪽으로 축의 방향으로 확장하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일 갤러리 채널은 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분으로 완전히 구성된 외부 벽 부분을 포함하는 피스톤.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부 벽 부분은 기계 선삭 가공되는 상기 오일 갤러리 채널에 있는 유일한 벽 표면 부분인 것을 특징으로 하는 피스톤.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기계 선삭 가공된 외부 벽 부분은 상기 적어도 하나의 포켓 부분 위에서 상기 외부 측면 쪽으로 축 방향으로 확장하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오일 갤러리 채널은 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분들로 완전히 구성된 최상단 구역(region)을 포함하는 피스톤.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오일 갤러리 채널은 피스톤에 있는 폐쇄된 오일 갤러리의 부분인 것을 특징으로 하는 피스톤.
  10. 하부 크라운; 및
    상기 하부 크라운에 결합된 상부 크라운을 포함하며,
    상기 상부 크라운은 단조강으로 제조되며, 그 상부 측면상에 연소 보울을 구비하고, 그 하부 측면상에 오일 갤러리 채널을 구비하며, 상기 오일 갤러리 채널은 적어도 하나의 비-기계 가공되고 단조된 상태인 포켓 부분과 짝지어 기계-선삭 가공된 벽 표면 부분을 포함하고, 상기 포켓 부분은 상기 기계-선삭 가공된 표면에 비해 리세스 되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  11. 제10항에 있어서,
    멀티플 포켓 부분들은 상기 기계 선삭 가공된 벽 표면 부분들의 섹션들을 개입함으로써 서로로부터 원주에 분리되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기계-선삭 가공된 벽 표면 부분의 섹션은 상기 적어도 하나의 포켓 부분 위에 확장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기계-선삭 가공된 벽 표면 부분의 섹션은 모든 상기 멀티플 포켓 부분들 위에 확장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 오일 갤러리 채널은 상기 기계-선삭 가공된 모든 표면 부분의 대응 섹션으로 완전히 구성된 방사상으로의 외부 벽 부분을 포함하는 피스톤.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 오일 갤러리 채널은 상기 기계-선삭 가공된 모든 표면 부분의 대응 섹션으로 완전히 구성된 최상단 영역을 포함하는 피스톤.
  16. 복잡한 형상의 연소 보울을 구비한 강철 피스톤 크라운 부재;
    연소 보울의 복잡한 형상에 대응하는 형상을 구비하며, 상기 형상은 단조에 의해 형성되는, 피스톤 크라운 부재에 있는 오일 갤러리 채널; 및
    상기 피스톤 크라운 부재에 부착되며, 측벽 부재들과 핀 보어들을 구비한 하부 피스톤 부재를 포함하는 내연 엔진용 피스톤.
  17. 제16항에 있어서,
    종래의 기계-선삭 가공 작업에 의해 기계 가공될 수 없는, 단조된 오일 갤러리 채널에 있는 표면들은 기계 가공되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  18. 제17항에 있어서,
    종래의 기계-선삭 가공 작업에 의해 기계 가공될 수 없는, 단조된 표면들은 기계 가공되지 않고 단조된 상태로 남는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  19. 강철 피스톤 크라운 부재에 있는 오일 갤러리 채널을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    강철 재료로 형성된 피스톤 크라운 부재를 제공하는 단계;
    상기 피스톤 크라운 부재의 상부 표면에 있는 복잡한 형상의 연소 보울을 단조 작업에 의해 형성하는 단계; 및
    상기 피스톤 크라운 부재의 하부 표면에 있는 복잡한 형상의 오일 갤러리 채널을 단조 작업에 의해 형성하는 단계를 포함하며,
    오일 갤러리 채널의 형상은 연소 보울의 복잡한 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    오일 갤러리 채널의 적어도 하나의 표면에서 기계-선삭 가공 작업에 의해 표면 가공하는 단계를 더 포함하는 피스톤.
  21. 제20항에 있어서,
    종래의 기계-선삭 가공 작업에 의해 표면 가공될 수 없는 오일 갤러리 채널에 있는 표면들은 단조된 상태로 남아있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기계-선삭 가공된 표면은 상기 단조된 오일 갤러리 채널 위에서 축 방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.


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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10787991B2 (en) 2013-02-18 2020-09-29 Tenneco Inc. Complex-shaped forged piston oil galleries
US9334958B2 (en) 2013-02-18 2016-05-10 Federal-Mogul Corporation Complex-shaped forged piston oil galleries
US20180119635A1 (en) * 2015-04-17 2018-05-03 Henry Maurice Wandrie, III Piston with multi-arcuate cross-section and lubricant exhaust aperture
CN108779738B (zh) * 2016-03-23 2021-04-23 天纳克股份有限公司 复杂形状的锻造活塞油道
US10294888B2 (en) * 2016-09-01 2019-05-21 Caterpillar Inc. Piston balancing heat dissipation and combustion properties in internal combustion engine
DE102016221352A1 (de) * 2016-10-28 2018-05-03 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
US10227949B2 (en) * 2016-12-23 2019-03-12 Caterpillar Inc. Piston for an internal combustion engine and method for producing said piston
DE102017210818A1 (de) * 2017-06-27 2018-12-27 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine aus einem Kolbenoberteil und aus einem Kolbenunterteil
US11148189B2 (en) * 2018-10-10 2021-10-19 Race Winning Brands, Inc. Forged piston with oriented grain flow
EP3943827A4 (en) 2019-03-18 2022-05-11 NEC Corporation DATA CENTER AIR CONDITIONING CONTROL DEVICE, METHOD, NON TRANSIENT COMPUTER READABLE MEDIA AND AIR CONDITIONING SYSTEM
US11118533B1 (en) 2020-06-02 2021-09-14 Caterpillar Inc. Piston for internal combustion engine having congruous combustion bowl and gallery surfaces and method of making the same
US11274628B2 (en) 2020-06-02 2022-03-15 Caterpillar Inc. Internal combustion engine and piston having stepped combustion bowl with non-axisymmetric profile

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB768992A (en) 1952-04-30 1957-02-27 Mondial Piston Co Improvements in or relating to the combustion chambers of fuel injection internal combustion engines
DE2919638A1 (de) 1979-05-16 1980-11-20 Schmidt Gmbh Karl Kolben fuer brennkraftmaschinen
US4867119A (en) * 1988-10-21 1989-09-19 Caterpillar Inc. Engine piston assembly and forged piston member therefor having a cooling recess
BR9004990A (pt) 1990-09-28 1992-03-31 Metal Leve Sa Processo de fabricacao de cabeca de embolo articulado e embolo articulado
US6260472B1 (en) 1998-07-28 2001-07-17 Federal-Mogul World Wide, Inc. One-piece integral skirt piston and method of making the same
US6286477B1 (en) * 1999-12-21 2001-09-11 Ford Global Technologies, Inc. Combustion chamber for direct-injected spark-ignited engines with swirl airflows
DE10013395C1 (de) * 2000-03-17 2001-08-02 Ks Kolbenschmidt Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kühlkanalkolbens, insbesondere für einen Dieselmotor, sowie ein danach hergestellter einteiliger Kühlkanalkolben
US6557514B1 (en) 2001-10-23 2003-05-06 Federal-Mogul World Wide, Inc. Closed gallery monobloc piston having oil drainage groove
US6588396B1 (en) * 2002-02-01 2003-07-08 General Motors Corporation Spark ignition direct injection engine with oval fuel spray into oblong piston bowl
DE10244510A1 (de) * 2002-09-25 2004-04-08 Mahle Gmbh Einteiliger Kühlkanalkolben für einen Verbrennungsmotor
DE10244512A1 (de) 2002-09-25 2004-04-15 Mahle Gmbh Mehrteiliger gekühlter Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE10322921A1 (de) * 2003-05-21 2004-12-16 Mahle Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kolbens für einen Verbrennungsmotor
US7005620B2 (en) 2003-11-04 2006-02-28 Federal-Mogul World Wide, Inc. Piston and method of manufacture
KR100588542B1 (ko) 2003-12-30 2006-06-14 현대자동차주식회사 직접 분사식 엔진
DE102004003658A1 (de) * 2004-01-24 2005-08-25 Mahle Gmbh Verbrennungsmulde im Boden eines Kolbens für einen Dieselmotor
US7438039B2 (en) 2004-02-06 2008-10-21 Electro-Motive Diesel, Inc. Large-bore, medium-speed diesel engine having piston crown bowl with acute re-entrant angle
US7104183B2 (en) * 2004-07-07 2006-09-12 Karl Schmidt Unisia, Inc. One-piece steel piston
US7185614B2 (en) 2004-10-28 2007-03-06 Caterpillar Inc Double bowl piston
JP4088627B2 (ja) 2005-01-24 2008-05-21 三菱電機株式会社 内燃機関の燃料圧力制御装置
US20060207424A1 (en) * 2005-03-18 2006-09-21 Federal--Mogul World Wide, Inc. Piston and method of manufacture
DE102006002949A1 (de) 2006-01-21 2007-08-02 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kühlkanalkolben für eine Brennkraftmaschine
US7318406B2 (en) 2006-04-10 2008-01-15 Ford Global Technologies Llc Bowl-in-piston of a cylinder in a direct injection engine
DE102006027810A1 (de) 2006-06-16 2007-12-20 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kolbens sowie damit hergestellter Kolben
US7578229B2 (en) * 2006-12-01 2009-08-25 Karl Schmidt Unisia, Inc. Piston produced from a single forged or cast piston blank
DE102008011922A1 (de) * 2008-02-29 2009-09-03 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben für Brennkraftmaschinen, hergestellt mittels eines Multi-Orbitalen Reibschweißverfahrens
KR101072316B1 (ko) * 2008-12-02 2011-10-11 기아자동차주식회사 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤
CN102395819B (zh) 2009-02-27 2014-04-30 费德罗-莫格尔公司 具有中心导向油流动和活塞销润滑机构的活塞及其构造方法
US8807109B2 (en) 2009-11-06 2014-08-19 Federal-Mogul Corporation Steel piston with cooling gallery and method of construction thereof
US20110185889A1 (en) 2010-02-03 2011-08-04 Florin Muscas Piston with central cooling gallery cooling feature
CH704511A1 (de) 2011-02-18 2012-08-31 Liebherr Machines Bulle Sa Gasottomotor.
DE102011013141A1 (de) * 2011-03-04 2012-09-06 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
DE102011013067A1 (de) * 2011-03-04 2012-09-06 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor
CN202348466U (zh) * 2011-11-02 2012-07-25 山东滨州渤海活塞股份有限公司 带内冷却油腔的旋压制锻钢整体活塞
US9334958B2 (en) 2013-02-18 2016-05-10 Federal-Mogul Corporation Complex-shaped forged piston oil galleries

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