KR20170101933A

KR20170101933A - 감소된 컴프레션 하이트를 가진 이중 통로 피스톤, 이 피스톤을 가진 피스톤 조립체 및 이 피스톤 조립체의 제작 방법

Info

Publication number: KR20170101933A
Application number: KR1020177018712A
Authority: KR
Inventors: 미구엘 아제베도; 마이클 웨이넨거
Original assignee: 페더럴-모걸 엘엘씨
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-09-06
Also published as: WO2016109617A1; EP3240950B1; US10450999B2; EP3240950A1; JP6653704B2; US20160186686A1; US10184422B2; BR112017014108A2; CN107257885A; CN107257885B; JP2018502251A; US20190145345A1

Abstract

피스톤 조립체, 피스톤 조립체용 피스톤 및 피스톤 조립체의 제작 방법이 제공되어 있다. 상기 조립체는 피스톤 헤드와 피스톤 핀을 통하여 피스톤 헤드에 작동가능하게 결합된 커넥팅 로드를 포함하고 있다. 피스톤 헤드는 연소 보울과 언더크라운 표면을 가진 상부 크라운을 가지고 있다. 하부 크라운은 피스톤 핀을 수용하는 축방향으로 정렬된 핀 보어를 포함하고 있다. 하부 크라운의 상부 벽은 오일 입구, 오일 출구 그리고 피스톤 핀을 지탱하는 오목한 안장형 베어링면을 가지고 있다. 토로이드 형상의 외측 냉각 통로가 상부 크라운과 하부 크라운의 벽 부분들 사이에 형성되어 있고, 상기 외측 냉각 통로가 내측 냉각 통로를 둘러싸고 있다. 커넥팅 로드는 공동 진동을 위해 피스톤 핀에 고정되어 있다. 커넥팅 로드는 오일이 오일 입구를 통하여 내측 냉각 통로속으로 유동할 수 있도록 피스톤 핀의 관통 구멍과 유체 연통되어 있는 오일 통로를 가지고 있다.

Description

감소된 컴프레션 하이트를 가진 이중 통로 피스톤, 이 피스톤을 가진 피스톤 조립체 및 이 피스톤 조립체의 제작 방법{REDUCED COMPRESSION HEIGHT DUAL GALLERY PISTON, PISTON ASSEMBLY THEREWITH AND METHODS OF CONSTRUCTION THEREOF}

본 발명은 대체로 내연기관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤 및 피스톤의 제작 방법에 관한 것이다.

엔진 제조업자는, 비제한적인 예로서, 연비를 향상시키는 것, 연료 연소를 향상시키는 것, 오일 소비를 감소시키는 것, 차량 내에서 열의 추후 사용을 위해 배기 온도를 증가시키는 것, 실린더 보어 내에서 압축 하중과 온도를 증가시키는 것, 무게를 감소시키는 것 및 엔진을 보다 소형으로 만드는 것을 포함하는, 엔진 효율성 및 성능을 향상시키라는 요구가 증가하는 것에 직면하고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 피스톤의 크기와 컴프레션 하이트가 감소될 필요가 있지만, 연소실 내의 상승된 온도와 압축 부하는 튼튼한 피스톤이 작동가능한 열 한계와 부하 한계 내에서 유지될 것을 요한다. 따라서, 연소실 내의 온도와 압축 부하를 증가시키는 것이 바람직하지만, 이러한 증가는 컴프레션 하이트, 결과적으로, 전체 엔진 크기가 감소될 수 있는 정도를 제한한다는 점에서 트레이드오프(tradeoff)가 존재한다. 또한, 피스톤에 부과된 상승된 온도와 부하 요구가 피스톤을 튼튼하게 그리고 강으로 만들 것을 필요로 한다는 점에서 엔진의 무게가 감소될 수 있는 정도가 제한된다.

본 개시내용을 판독하고 첨부된 도면을 보면 당업자에게 명백하게 되겠지만, 본 발명에 따라 구성된 피스톤은 감소된 컴프레션 하이트(compression height)와 감소된 무게를 가지면서, 상기한 현대의 성능 요구사항을 만족시킬 수 있다.

본 발명의 한 실시형태에 따라 제작된 피스톤은 강으로 제작되어서, 현대의 고성능 엔진에서 볼 수 있는 것과 같이 실린더 보어 내의 증가된 압축 부하를 견디는 향상된 강도와 내구성을 가진 피스톤을 제공한다. 피스톤의 강도와 견고성을 더욱 향상시키기 위해서, 토로이드 형상의 외측 냉각 통로가 언더크라운 표면을 따라서 뻗어 있는 복수의 원주방향으로 이격된 리브를 포함할 수 있고, 상기 리브는 외측 링 벨트 구역과 외측 냉각 통로의 내측 벽의 사이에서 반경방향으로 뻗어 있다. 또한, 외측 냉각 통로에 더하여, 피스톤을 냉각시키는 것을 향상시키기 위해서, 피스톤이 폐쇄되거나 대체로 폐쇄된 중심 내측 냉각 통로를 더 포함할 수 있고, 이로 인해 상기 피스톤이 현대의 고성능 엔진에서 직면하는 높은 온도를 견딜 수 있게 된다. 또한, 피스톤의 새로운 구성으로 인해, 피스톤의 컴프레션 하이트(CH)와 무게가 최소화될 수 있고, 이로 인해 상기 피스톤이 배치되는 엔진이 보다 작고 가볍게 만들어질 수 있다.

본 발명의 한 실시형태에 따르면, 내연기관용 피스톤 조립체가 제공된다. 상기 피스톤 조립체는 피스톤 헤드를 포함하고 있고 커넥팅 로드가 피스톤 핀을 통하여 피스톤 헤드에 작동가능하게 결합되어 있다. 상기 피스톤 헤드는 상부 크라운과 하부 크라운을 가지고 있고, 상기 상부 크라운은 연소 보울(combustion bowl)을 가진 상부 연소 표면을 형성하고 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면이 제공되어 있다. 상기 상부 크라운은 적어도 부분적으로 링 벨트 구역을 형성하는 원주방향으로 연속인 상부 외측 벽 부분과 언더크라운 표면으로부터 아래로 뻗은 원주방향으로 연속인 상부 내측 벽 부분을 더 포함하고 있고, 상기 상부 내측 벽 부분은 상기 상부 외측 벽 부분과 대체로 동심 관계로 상기 상부 외측 벽 부분으로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되어 있다. 상기 하부 크라운은 상기 상부 크라운으로부터 아래로 뻗어서 피스톤 핀을 수용하도록 구성된 축방향으로 정렬된 핀 보어를 가진 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스를 형성한다. 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분이 핀 보스들의 사이에 뻗어 있고, 하부 크라운의 상부 벽이 상부 벽에 형성된 오목한 안장형 베어링면을 가지고 있고, 상기 베어링면은 상기 핀 보어와 함께 피스톤 핀의 전체 길이를 지탱하는 연속적인 베어링면을 제공하기 위해 상기 핀 보스들의 사이에 뻗어 있다. 상기 상부 벽은 피스톤 조립체의 냉각을 촉진시키기 위해 적어도 하나의 오일 입구와 적어도 하나의 오일 출구를 가지고 있다. 상기 하부 크라운은 원주방향으로 연속인 하부 외측 벽 부분과 원주방향으로 연속인 하부 내측 벽 부분을 가지고 있고, 상기 원주방향으로 연속인 하부 외측 벽 부분과 원주방향으로 연속인 하부 내측 벽 부분은 상부 벽으로부터 위쪽으로 뻗어 있고, 환형인 상부 외측 벽 부분과 하부 외측 벽 부분이 서로 고정되어 있고 환형인 상부 내측 벽 부분과 하부 내측 벽 부분이 서로 고정되어 있어서, 중심 내측 냉각 통로를 둘러싸는 토로이드 형상의 외측 냉각 통로를 형성한다. 커넥팅 로드는 피스톤 핀과의 공동 진동(conjoint oscillation)을 위해 상기 피스톤 핀에 고정된 단부를 가지고 있다. 피스톤 핀은 그 길이를 대체로 가로질러서 형성된 관통 구멍을 가지고 있고 커넥팅 로드는 오일이 커넥팅 로드를 통하고, 피스톤 핀을 통하고, 그리고 오일 입구를 통하여 상기 내측 냉각 통로속으로 유동할 수 있도록 상기 관통 구멍과 유체 연통되도록 정렬된 오일 통로를 가지고 있어서, 오일이 상기 적어도 하나의 오일 출구를 통하여 상기 내측 냉각 통로로부터 바깥쪽으로 자유롭게 유동한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 오일 통로가 상기 피스톤 핀의 관통 구멍과 일정하게 유체 연통하고 상기 오일 입구와 단속적으로 유체 연통하도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 오일을 상기 피스톤 핀의 외측 표면으로 직접 향하게 하도록 정렬되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피스톤 핀에 윤활유를 제공하는 것을 용이하게 하기 위해서 상기 적어도 하나의 오일 출구가 상기 피스톤 핀의 외측 표면과 대체로 접선으로 정렬되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 서로 상기 핀 보어 축의 반대측에 형성된 한 쌍의 오일 출구를 포함하도록 제공될 수 있고, 상기 한 쌍의 오일 출구의 각각은 피스톤 핀 보어 내의 피스톤 핀에 윤활유를 제공하는 것을 향상시키기 위해서 오일을 피스톤 핀의 양 측으로 직접 향하게 하도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 오일 입구가 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 정렬되어 있어서 피스톤 핀이 진동(oscilation)할 때 피스톤 핀의 관통 개구와의 단속적인 정렬상태를 제공하는 것을 용이하게 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 복수의 반경방향으로 뻗어 있는 보강 리브가 상기 외측 냉각 통로 내에서 상기 언더크라운 표면을 따라서 뻗어 있도록 제공될 수 있고, 상기 보강 리브는 하부 크라운의 상부 벽으로부터 이격되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 외측 냉각 통로가 언더크라운 표면을 따라서 보강 리브를 가지거나 가지지 않고 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피스톤의 컴프레션 하이트를 줄이는 것을 용이하게 하기 위해서 상기 상부 벽이 중앙 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 피스톤의 컴프레션 하이트를 줄이는 것을 용이하게 하기 위해서 상기 상부 벽이 환형 외측 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 마찰 용접 또는 유도 용접을 통하여 서로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 주조 공정으로 단일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관용 피스톤이 제공된다. 상기 피스톤은 상부 크라운과 하부 크라운을 가진 피스톤 헤드를 포함하고 있고, 상기 상부 크라운은 연소 보울을 가진 상부 연소 표면을 형성하고 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면이 제공되어 있다. 상기 상부 크라운은 적어도 부분적으로 링 벨트 구역을 형성하는 원주방향으로 연속인 상부 외측 벽 부분을 더 포함하고 있고, 그리고 언더크라운 표면으로부터 아래로 뻗은 원주방향으로 연속인 상부 내측 벽 부분을 더 포함하고 있고, 상기 상부 내측 벽 부분은 상기 상부 외측 벽 부분과 대체로 동심 관계로 상기 상부 외측 벽 부분으로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되어 있다. 상기 하부 크라운은 상기 상부 크라운으로부터 아래로 뻗어서 피스톤 핀을 수용하도록 축방향으로 정렬된 핀 보어를 가진 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스를 형성한다. 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분이 핀 보스들의 사이에 뻗어 있고, 하부 크라운의 상부 벽은, 상기 핀 보어와 함께 피스톤 핀의 전체 길이를 지탱하도록 구성되어 있는 연속적인 베어링면을 제공하기 위해 상기 핀 보스들의 사이에 뻗어 있는 오목한 안장형 베어링면을 가지고 있다. 상기 하부 크라운은 원주방향으로 연속인 환형 하부 외측 벽 부분과 원주방향으로 연속인 환형 하부 내측 벽 부분을 가지고 있고, 상기 원주방향으로 연속인 환형 하부 외측 벽 부분과 원주방향으로 연속인 환형 하부 내측 벽 부분은 하부 크라운의 상부 벽으로부터 위쪽으로 뻗어 있다. 상기 환형 상부 외측 벽 부분과 환형 하부 외측 벽 부분이 서로 고정되어 있고 상기 환형 상부 내측 벽 부분과 환형 하부 내측 벽 부분이 서로 고정되어 있어서, 내측 냉각 통로를 둘러싸는 토로이드 형상의 외측 냉각 통로를 형성한다. 적어도 하나의 오일 입구가 사용하는 동안 피스톤 핀에 의해 대체로 덮혀있도록 안장형 베어링면을 통과하여 내측 냉각 통로로 뻗어 있다. 적어도 하나의 오일 출구가 내측 냉각 통로로부터 나오는 오일이 중앙 냉각 통로로부터 피스톤 핀으로 바깥쪽으로 유동할 수 있도록 안장형 베어링면과 대체로 접선 관계로 상부 벽을 통과하여 뻗어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 안장형 베어링면에 윤활유를 제공하는 것을 용이하게 하기 위해서 적어도 하나의 오일 출구가 서로 핀 보어 축의 반대측에 형성된 한 쌍의 오일 출구를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 오일 입구가 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 정렬되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 피스톤이 외측 냉각 통로 내에서 언더크라운 표면을 따라서 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 보강 리브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 용접 접합부에 의해 서로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관용 피스톤 조립체를 제작하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 피스톤 헤드를 형성하는 것과 커넥팅 로드를 피스톤 핀을 통하여 피스톤 헤드에 작동가능하게 결합시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 상부 크라운과 하부 크라운을 가진 피스톤 헤드를 형성하는 것을 포함하고, 상기 상부 크라운은 연소 보울을 가진 상부 연소 표면을 형성하고 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면이 제공되어 있다. 상기 방법은 적어도 부분적으로 링 벨트 구역을 형성하는 원주방향으로 연속인 상부 외측 벽 부분과 언더크라운 표면으로부터 아래로 뻗은 원주방향으로 연속인 상부 내측 벽 부분을 가진 상부 크라운을 형성하는 것을 포함한다. 상기 방법은 피스톤 핀을 수용하기 위한 축방향으로 정렬된 오목한 핀 보어를 가진 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스를 형성하기 위해서 상부 크라운으로부터 아래로 뻗은 하부 크라운을 형성하는 것을 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 핀 보스들의 사이에 뻗어 있는 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분과 상기 핀 보어와 함께 피스톤 핀의 전체 길이를 지탱하는 연속적인 베어링면을 제공하기 위해 상기 핀 보스들의 사이에 뻗어 있는 오목한 안장형 베어링면을 가진 상부 벽을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 안장형 베어링면을 통과하여 적어도 하나의 오일 출구 개구와 적어도 하나의 오일 입구 개구를 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 상부 벽으로부터 위쪽으로 뻗어 있는 원주방향으로 연속인 하부 외측 벽 부분 및 원주방향으로 연속인 하부 내측 벽 부분을 가진 하부 크라운을 형성하고, 환형 상부 외측 벽 부분과 환형 하부 외측 벽 부분을 서로 고정시키고 환형 상부 내측 벽 부분과 환형 하부 내측 벽 부분을 서로 고정시켜서, 내측 냉각 통로를 둘러싸는 토로이드 형상의 외측 냉각 통로를 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 피스톤 핀과의 공동 진동을 위해 커넥팅 로드의 단부를 피스톤 핀에 고정시키는 것과, 커넥팅 로드의 오일 통로를 피스톤 핀의 관통 구멍과 유체 연통시키는 것을 포함하고, 피스톤 핀이 안장형 베어링면에 대해 왕복운동하는 동안 피스톤 핀의 관통 구멍이 상부 벽의 적어도 하나의 오일 입구와 유체 연통된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 커넥팅 로드의 오일 통로를 피스톤 핀의 관통 구멍과 일정하게 유체 연통되고 상부 벽의 적어도 하나의 오일 입구와 단속적으로 유체 연통되도록 구성하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 오일을 피스톤 핀의 외측 표면으로 직접 향하게 하도록 적어도 하나의 오일 출구를 정렬시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 적어도 하나의 오일 출구를 피스톤 핀의 외측 표면과 대체로 접선 관계로 정렬시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 적어도 하나의 오일 출구를 서로 핀 보어 축의 반대측의 한 쌍의 오일 출구로 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 적어도 하나의 오일 입구를 정렬시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 외측 냉각 통로 내에서 언더크라운 표면을 따라서 복수의 반경방향으로 뻗어 있는 보강 리브를 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 보강 리브는 하부 크라운의 상부 벽으로 부터 이격되어 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 언더크라운 표면을 따라서 보강 리브를 가지거나 가지지 않은 내측 냉각 통로를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 상부 크라운과 하부 크라운을 마찰 용접 또는 유도 용접을 통하여 서로 연결시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법이 상부 크라운과 하부 크라운을 주조 공정으로 단일체로 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.

바람직한 실시례와 최적의 유형의 아래의 상세한 설명, 첨부된 청구범위 그리고 첨부 도면과 관련하여 고려하면 본 발명의 상기 실시형태, 특징 및 장점과 다른 실시형태, 특징 및 장점을 보다 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따라 구성된 피스톤과 커넥팅 로드 조립체의 핀 보어 축을 대체로 따라서 도시한 단면 측면도이고;
도 2는 도 1의 피스톤과 커넥팅 로드 조립체의 핀 보어 축을 대체로 가로질러서 도시한 단면 측면도이고;
도 3은 상기 핀 보어 축을 대체로 따라서 도시한 도 1의 피스톤의 단면 측면도이고;
도 4는 상기 핀 보어 축을 대체로 가로질러서 도시한 도 1의 피스톤의 단면 측면도이고;
도 5는 상기 핀 보어 축을 대체로 지나서 도시한 도 1의 피스톤의 단면 저면도이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 구성된 피스톤의 도 3과 유사한 단면 측면도이고;
도 7은 상기 핀 보어 축을 대체로 가로질러서 도시한 도 6의 피스톤의 단면 측면도이고;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 구성된 피스톤의 도 3과 유사한 단면 측면도이고;
도 9는 상기 핀 보어 축을 대체로 가로질러서 도시한 도 8의 피스톤의 단면 측면도이고; 그리고
도 10은 상기 핀 보어 축을 대체로 지나서 도시한 도 8의 피스톤의 단면 저면도이다.

도면을 보다 상세하게 참고하면, 도 1은, 예를 들면, 현대식 소형 고성능 자동차 엔진, 예를 들면, 가스 또는 디젤 엔진과 같은 내연기관의 실린더 보어 또는 챔버(도시되어 있지 않음)에서 왕복운동하는 본 발명의 바람직한 한 실시형태에 따라 구성된, 이하에서 조립체(10)라고 칭하는, 피스톤과 커넥팅 로드 조립체를 나타내고 있다. 상기 조립체(10)는 피스톤(12), 커넥팅 로드(14) 그리고 피스톤 핀(16)을 포함하고 있다. 커넥팅 로드(14)는 피스톤 핀(16)과의 공동 진동(conjoint oscillation)을 위해, 비제한적인 예로서, 하나의 나사식 파스너 또는 복수의 나사식 파스너에 의해 피스톤 핀(16)에 고정되게 부착되는 것을 통하여 피스톤(12)에 작동가능하게 연결되어 있다. 피스톤(12)은 처음에는 별개의 부분으로 제작되어 차후에 몇몇 형태의 용접 접합부(다시 말해서, 유도 용접 접합부, 마찰 용접 접합부, 납땜 연결 접합부, 대전 입자 광선(charge carrier ray) 용접 접합부, 레이저 용접 접합부, 저항 용접 접합부 등)를 가로질러서 헤드 구역 내에서 서로 연결되는 두 부분으로 만들어져 있는 것으로 도 1 내지 도 4에 도시된 본체(18)을 가지고 있다. 상기 두 부분은 하부 부분(20)이라고도 칭하는 하부 크라운과 상부 부분(22)이라고도 칭하는 상부 크라운으로 이루어져 있다. 본 명세서에서 "정상부", "바닥부", "상부" 그리고 "하부" 라는 표현은 사용시에 피스톤(12)이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 수직의 길이방향의 피스톤 중심축(A)을 따라서 배향되어 있는 피스톤(12)을 기준으로 한 것이다. 이것은 설명의 편의를 위한 것이며 피스톤(12)이 완전히 수직방향이 아니라 경사진 상태로 설치되고 작동할 수 있기 때문에 이에 제한되는 것은 아니다. 하부 부분(20)과 상부 부분(22)을 제작하는데 사용된 재료(다시 말해서, 강 합금)는 의도한 엔진 사용처에서의 피스톤(12)의 요건에 따라 동일한 재료(예를 들면, SAE 1040 grade)이거나 상이한 재료일 수 있다. 상부 부분(22)은 주조되거나, 모재로부터 기계가공되거나, 소결되거나, 단조되거나, 또는 여러 공정에 의해 만들어질 수 있다. 강으로 제작된 하부 부분(20)과 상부 부분(22)은 실린더 보어 내의 상승된 온도와 압축 부하를 견디는 향상된 강도와 내구성을 가진 피스톤(12)을 제공하고, 피스톤 핀(16) 및 커넥팅 로드(14)와 함께 이들의 새로운 구성으로 인해, 피스톤(12)의 무게와 컴프레션 하이트(CH)(도 1에서 핀 보어 축(B)과 상부 연소 표면(24)의 사이에 뻗어 있는 거리로 표시되어 있음)를 최소화 하고, 이로 인해 상기 피스톤(12)이 배치되는 엔진이 향상된 성능을 달성할 수 있게 하고 무게를 감소시킬 수 있게 하며 보다 소형으로 만들어질 수 있게 한다.

피스톤(12)의 헤드 구역은 상부 연소 표면(24)이라고도 칭하는 환형 상부 벽을 가지고 있고, 상부 연소 표면에는 아래쪽으로 중앙 연소 보울(26)이 형성되어 있다. 연소 보울(26)은 두께(도 3에서, t로 표시되어 있음)를 가진 벽(28)에 의해 경계를 이루고 있고, 두께(t)는 상부 연소 표면(24)과 벽(28)의 언더크라운 표면(30) 사이에 뻗어 있다. 연소 보울(26)의 외형은 피스톤(12)의 중심 축(A)을 따라서 동축으로 놓일 수 있거나 피스톤의 중심 축(A)에 대해서 반경방향으로 벗어날 수 있는 상부 꼭대기 또는 중앙 정상부(32)를 제공하도록 외형이 이루어져 있는 것으로 형성되어 있다. 연소 보울 벽(28)의 외형은 또한, 중앙 정상부(32)에 대해서 동심상으로 놓여 있으며 연소 보울(26)의 최하부를 형성하는 것으로 도시된, 중앙 정상부(32)를 둘러싸고 있는 환형 오목부(34)를 제공한다. 연소 보울(26)의 벽(28)은 상기 환형 오목부(34)로부터 위쪽으로 뻗어서 연소 보울 림(33)을 형성하고, 이 연소 보울 림(33)은 통상적으로 사용하는 동안 가장 높은 열이 발생되는 곳이다.

피스톤(12)의 상부 부분(22)은, 적어도 부분적으로, 링 벨트(38)를 형성하는 원주방향으로 연속인 환형 상부 외측 벽 부분(36)을 더 포함하고 있고, 언더크라운 표면(30)으로부터 아래로 뻗어 있는, 상부 내측 링(40)이라고도 칭하는, 원주방향으로 연속인 환형 상부 내측 벽 부분을 더 포함하고 있고, 상부 내측 링(40)은 상부 외측 벽 부분(36)과 대체로 동심 관계로 상부 외측 벽 부분(36)으로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되어 있다. 링 벨트(38)는 피스톤 링(도시되어 있지 않음)이 수용되는 복수의 링 홈을 가지고 있다.

하부 부분(20)은 상부 부분(22)으로부터 아래로 뻗어서 피스톤 핀(16)을 수용하기 위해 중심 세로축(A)을 가로질러서 뻗어 있는 핀 보어 축(B)을 따라서 정렬된 축방향으로 정렬된 오목한 핀 보어(44)를 가진 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스(42)를 형성한다. 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분(46)은 한 쌍의 핀 보스(42)의 사이에 뻗어 있고, 평면이거나 대체로 평면인 하부 크라운(20)의 상부 벽(48)은, 핀 보어(44)와 연합하여 연속적인 베어링면을 제공하기 위해서 한 쌍의 핀 보스(42)의 사이에 뻗어 있는, 안장형 베어링면(50)이라고도 칭하는, 아치형의 오목한 안장 형상의 베어링면을 가지고 있고, 연합하여 형성된 베어링면은 피스톤 핀(16)의 전체 길이를 지탱한다. 하부 부분(20)의 상부 벽(48)은, 하부 부분(20)의 상부 구역을 가로질러서 뻗어 있는, 바닥부(52)(도 3 참고)라고도 칭하는, 평면이거나 대체로 평면인 상부 표면(52)을 형성한다. 하부 부분(20)은, 대체로 서로 동심 관계로 상부 표면(52)으로부터 위쪽으로 뻗어 있는, 원주방향으로 연속인 환형 하부 외측 벽 부분(54)과 원주방향으로 연속인 환형 하부 내측 벽 부분(56)을 가지고 있다.

피스톤(12)을 냉각시키는 것과 피스톤 핀(16)에 윤활유를 바르는 것을 촉진시키기 위해서, 상부 벽(48)은, 포트 또는 개구(58)라고도 칭하는, 적어도 하나의 오일 입구를 가지고 있는 것으로 도시된, 적어도 하나의 개구와 과 오일 출구, 포트 또는 개구(60)라고도 칭하는 적어도 하나의 배출 개구(drainage opening)를 가지고 있다. 오일 입구(58)는 the 중심 축(A)을 따라서 뻗어 있는 것으로 도시되어 있고, 오일 출구(60)는 피스톤 핀(16)의 외측 표면 및 안장형 베어링면(50)과 접선방향으로 또는 대체로 접선방향으로 뻗어 있는 것으로 도시되어 있다. 오일 입구(58)와 오일 출구(60)는 피스톤 핀(16)의 폭을 가로지르는 것과 정렬되어 있는 것으로 도시되어 있고, 오일 출구(60)는 피스톤 핀(16)의 길이를 따라서 다른 곳에 엇갈리게 배치되거나 형성될 수 있다고 생각되지만, 바람직하게는 피스톤 핀(16)과 접선방향으로 또는 대체로 접선방향으로 유지되어 있다. 따라서, 오일 출구(60)를 통하여 유출되는 오일은 피스톤 핀(16) 그리고 각각의 안장형 베어링면(50)과 핀 보어(44)을 냉각시키며 윤활유를 제공한다.

따로따로 만들어진 피스톤(12)의 상부 부분(22)과 하부 부분(20)을 연결시키는 외측 용접 접합부(62)가 하부 부분(20)의 하부 외측 벽 부분(54)의 환형상의 제1 하부 연결 표면과 상부 부분(22)의 상부 외측 벽 부분(36)의 제1 상부 연결 표면의 사이에 형성되어 있다. 또한, 내측 용접 접합부(64)가 하부 부분(20)의 하부 내측 벽 부분(56)의 제2 상부 연결 표면과 상부 부분(22)의 상부 내측 벽 부분(40)의 제2 상부 연결 표면의 사이에 형성되어 있다. 제1 용접 접합부(62)는 상부 외측 벽 부분(36)과 하부 외측 벽 부분(54)의 각각의 길이를 변화시킴으로써 링 벨트(38) 내의 다른 장소에 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 도 6과 도 7의 대체 실시례에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 따라 구성된 피스톤(12')은 별개의 부분들을 서로 연결시킬 필요없이 주조 공정으로 단일체로 제작될 수 있다. 상기 피스톤(12)에 대해서 이미 논의한 것과 대체로 동일한 구조가 도 6과 도 7에 도시되어 있으므로, 더 이상의 논의는 필요하지 않다고 생각된다.

하부 부분(20)과 상부 부분(22)을 서로 고정시키는, 대체로 폐쇄된 토로이드 형상의 외측 냉각 통로(66)가 링 벨트(38)에 인접하여 형성되고, 비제한적인 예로서, 오일 제트와 같은 것을 통해서 오일이 분사될 수 있도록 하기 위해 오일 입구 또는 개구(68)(도 2, 도 4 및 도 5)가 하부 부분(20)의 상부 벽(48)을 통과하여 외측 냉각 통로(66)로 뻗어 있다. 또한, 오일이 외측 냉각 통로(66)를 빠져날 수 있도록 오일 출구 또는 개구(70)가 하부 부분(20)의 상부 벽(48)을 통과하여, 약간 어긋나 있지만, 대체로 정반대로 놓인 피스톤의 측면으로 뻗어 있다. 추가적으로, 내측 중앙 냉각 통로(72)가 외측 냉각 통로(66)로부터 반경방향으로 안쪽으로 형성되어 있고, 상기 내측 냉각 통로(72)는 언더크라운 표면(30)에 의해 형성된 아치형상의 대체로 원뿔형 상부 표면과 하부 부분의 상부 벽(48)의 상부 표면(52)에 의해 형성된 편평한 평면 바닥부를 가지고 있고, 입구 개구와 외측 개구(58, 60)만 가지고 있는 대체로 폐쇄된 냉각 통로로 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 도 8 내지 도 10의 대체 실시례에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 따라 구성된 피스톤(12")이 완전히 폐쇄된 밀폐식 내측 냉각 통로(72")를 가지고 있는 것으로 형성될 수 있다. 밀폐식 냉각 통로로 구성되면, 비제한적인 예로서, 금속 함유 냉각제 조성물의 형태로 된 냉각제가 냉각 통로(72") 내에 밀봉될 수 있다. 금속 함유 조성물로 제공되면, 냉각제 물질이 고체, 액체, 또는 고체 입자와 액체의 혼합물의 형태로 냉각 통로(72")로 배치될 수 있다. 내부에 밀봉된 냉각 매체를 포함하는 내측 냉각 통로(72")에 의하면, 링 벨트 구역에서 피스톤에 의해 발생된 열이 냉각 매체에 열적 효과를 미치지 못하므로, 밀봉된 냉각 매체는 상부 연소 표면(24)에 증가된 냉각 효과를 줄 수 있고, 외측 냉각 통로(66)를 통하여 순환하는 오일 냉각제는 링 벨트 구역을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 밀폐식 내측 냉각 통로(72")에는 공기 외에 다른 냉각 매체가 없을 수 있고, 이 경우 밀봉된 공기가 단열재로 작용하여, 밑에 있는 안장형 베어링면과 피스톤 핀이 과열되는 것을 막는다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상부 부분(22)은 반경방향으로 뻗어 있는 리브(74)를 가지도록 형성될 수 있고, 상기 리브(74)는 내측 벽 부분(40)과 외측 벽 부분(36)의 사이에 뻗어 있다. 상기 리브(74)는 임의의 원하는 갯수로 제공될 수 있고, 바람직하게는 피스톤의 원주 둘레로 서로로부터 동일한 거리로 이격되어, 상기 축(A)으로부터 반경방향으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 바퀴살과 같은 외관을 형성한다. 한 실시례에서는, 리브(74)들이 서로 60도로 이격되어, 6개의 리브를 가지만, 본 명세서에서 다른 배치형태와 갯수 또는 리브를 고려할 수 있다. 리브(74)는 언더크라운 표면(30)으로부터 아래쪽으로 뻗어 있으며 하부 부분(20)의 상부 표면(52)의 바로 앞에서 끝이 나는 것으로 도시되어 있어서, 오일은 리브(74) 아래로 자유롭게 유동할 수 있게 된다. 따라서, 리브(74)는 오일의 유동이 입구 개구(68)와 출구 개구(70)의 사이의 외측 냉각 통로(66)의 전체에 걸쳐서 순환하는 것을 거의 방해하지 않는다. 비교적 짧지만 튼튼한 리브(74)가 존재하는 것으로 인해, 피스톤이 견딜 수 있는 압축 부하를 크게 증가시키며, 테스트에 의하면 견딜 수 있는 압축 부하의 크기가 약 40 퍼센트 이상 증가하는 것을 나타내었다. 하나의 예시적인 테스트에서는, 피스톤의 압축 부하가 약 180bar(리브(74)를 가지지 않은 경우)에서 약 250bar(리브(74)를 가진 경우)로 증가하였다.

피스톤 핀(16)은 커넥팅 로드(14)를 피스톤 핀(16)에 고정시키는 파스너(도시되어 있지 않음)를 수용하기 위한 한 쌍의 나사형성 개구(76)로 도시된 적어도 하나의 개구를 가지고 있다. 따라서, 피스톤 핀(16)과 커넥팅 로드(14)는 서로 상대 이동하지 않도록 고정된다. 피스톤 핀(16)은 포켓 또는 리세스(82)를 가진 양 단부(78, 8O)를 더 포함하고 있어서, 피스톤 조립체(10)의 무게와 사용시에 피스톤 조립체의 관성 모멘트를 더욱 감소시킨다. 무게 감소에 더 기여하는 것은, 오일이 통과하여 흐르는 것을 가능하게 하여, 사용시에 피스톤 핀(16)을 냉각시키는 것과 피스톤 핀(16)에 윤활유를 제공하는 것을 향상시키는 나사형성 개구(76)들 사이의 중간에 폭방향을 따라서 뻗어 있는, 관통 구멍(84)이라고도 칭하는, 오일 구멍이다. 또한, 피스톤 핀(16)의 전체 길이가 핀 보어(44)와 안장형 베어링면(50)에 지탱되는 구조에서는, 압축 또는 배기 행정 동안 피스톤 핀(16)이 캔틸레버식으로가 아니라 그 전체 길이에 걸쳐서 지지되기 때문에 피스톤 핀(16)의 직경이 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 피스톤 핀(16)의 직경의 감소는 피스톤 조립체(10)의 무게를 더욱 감소시키면서, 종래의 캔틸레버식 피스톤 핀 형태에 비해서 증가된 연소 압력을 견딜 수 있다.

커넥팅 로드(14)는 크랭크축(도시되어 있지 않음)의 저널에 결합되도록 구성된 큰 단부(도시되어 있지 않음)와 피스톤 핀(16)에 고정되게 부착되도록 구성되어 있는 반대쪽 작은 단부(86) 사이의 길이에 걸쳐서 뻗어 있다. 상기 작은 단부(86)는 피스톤 핀(16)의 나사형성 개구(76)와 정렬되도록 구성된 한 쌍의 관통 개구(88)를 가진 플랜지를 가지고 있다. 나사형성 개구(76)가 관통 개구(88)와 정렬된 상태에서, 커넥팅 로드(14)를 피스톤 핀(16)에 고정시키기 위해 파스너가 관통 개구(88)를 통하여 삽입되어 나사형성 개구(76)와 나사결합된다. 커넥팅 로드(14)는 자신의 길이에 걸쳐서 형성되어 있는 오일 통로(90)를 가지고 있고, 큰 단부(도시되어 있지 않음)와의 간섭을 피하기 위해서, 오일 통로(90)가 커넥팅 로드(14)의 길이방향의 중심축에 대해서 기울어져 있으므로, 피스톤 핀(16)의 관통 개구(84)와 유체 연통되도록 구성되어 있지만, 상기 오일 통로(90)와 관통 개구(84)가 서로에 대해 기울어져 있다. 따라서, 오일 통로(90)가 피스톤 핀(16)의 관통 구멍(84)과 정렬되어 있으며, 상기와 같이, 오일이 커넥팅 로드(14)를 통하여, 피스톤 핀(16)을 통하여, 입구 개구(58)를 통하여 중앙 냉각 통로(72)로 자유롭게 유동할 수 있도록 하고, 그 결과 오일이 출구 개구(60)를 통하여 중앙 냉각 통로(72)로부터 자유롭게 배출될 수 있다. 따라서, 중앙 냉각 통로(72)를 통하여 연소 보울 벽(28)을 냉각시키면서, 피스톤 핀(16)이 냉각되고 피스톤 핀(16)에 윤활유가 제공된다.

상기 피스톤(10)은 경량의 현대식 고성능 차량 디젤 엔진 사용처에 사용하기에 적합하다. 강으로 되어 있지만, 얇은 벽을 가진 설계형태에 의해, 피스톤(10)은, 알루미늄 피스톤 조립체에 사용된 알루미늄 피스톤 및 대응하는 삽입 핀 보어 부싱 등의 크기를 고려하면, 알루미늄 대응물(counterpart)보다 더 가볍지 않더라도, 알루미늄 대응물만큼 가볍다. 강 피스톤(10)은 또한 현저하게 작은 컴프레션 하이트(CH)를 가진다. 비슷한 무게와 작은 컴프레션 하이트(CH)는 엔진을 보다 작고 보다 콤팩트하게 만들 수 있게 한다. 컴프레션 하이트(CH)를 크게 감소시킨 것은, 감소된 직경의 피스톤 핀(16), 피스톤 핀(16)이 맞닿아서 진동(oscillation)하는 안장형상의 최상부 피스톤 핀 안장형 베어링면(50)의 상승된 위치, 어느 정도는 편평하거나 대체로 편평한 바닥 표면(52)으로 인한, 비교적 낮은 프로파일(low profile) 형태의 냉각 통로(66, 72), 그리고 피스톤 핀(16)의 둘레를 둘러쌀 필요없이 커넥팅 로드 단부(86)를 피스톤 핀(16)에 직접 고정시키는 것을 포함하는 상승적인 특징(synergistic feature)들에 의해 가능해 졌다.

피스톤(12)의 감소된 컴프레션 하이트(CH)와 전체적인 엔빌로프(overall envelope)의 결과로, 커넥팅 로드(14)의 전체 길이는 컴프레션 하이트(CH)의 감소분과 동일하거나 대략 동일한 길이만큼 연장될 수 있다. 그러나, 필요한 경우, 크랭크 대 데크 표면 높이(crank-to-deck face height)를 감소시키는 것에 의해 일반적인 커넥팅 로드의 동일한 중심 대 중심 관계(center-to-center relation)가 얻어질 수 있고, 이로 인해 엔진 블록 무게와 엔진의 엔빌로프를 줄일 수 있다. 그렇지 않으면, 커넥팅 로드(14)의 길이가 연장될 수 있고, 이는 전체 행정에 걸쳐서 감소된 각진 모양(angularity)의 진동을 초래하므로, 스커트 패널(46)에 부여된 스러스트 부하를 감소시킨다. 이것은 또한 라이너의 한 측으로부터 다른 측으로 피스톤의 병진 이동으로부터 초래되는 충격 손실의 감소를 초래하여, 라이너 캐비테이션(liner cavitation)을 감소시킨다. 또한, 커넥팅 로드의 길이가 증가되어 있는 상태에서는, 연소하는 동안 상사점(TDC)에 근접한 피스톤(12)에 의해 소모된 크랭크 각도당 추가 체류 시간(added residence time per crank angle)으로 인해 열 효율의 증가가 달성되고, 이로 인해 브레이크 파워(brake power)로의 전환의 효율성을 증가시킨다.

명백히, 상기의 개시내용에 기초하여 본 발명의 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명을 상기한 것과 다르게 실시할 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims

내연기관용 피스톤 조립체로서,
환형 외측 벽과 환형 내측 벽에 의해 함께 연결된 상부 크라운과 하부 크라운을 가지고 있고, 상기 상부 크라운이 상부 연소 표면과 연소 보울을 가지고 있으며 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면이 제공되어 있고, 상기 하부 크라운이 상부 벽과 상기 상부 벽으로부터 아래로 뻗어 있는 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스를 가지고 있고, 상기 핀 보스가 핀 보어 축을 따라서 서로 축방향으로 정렬된 핀 보어를 가지고 있고, 오목한 베어링면이 상기 상부 벽에 형성되어 있으며 상기 핀 보어와 함께 연속적인 베어링면을 형성하기 위해 상기 핀 보스들의 사이에 뻗어 있고, 토로이드 형상의 외측 냉각 통로가 상기 환형 외측 벽과 상기 환형 내측 벽의 사이에 경계를 이루고 있으며 내측 냉각 통로가 상기 환형 내측 벽에 의해 경계를 이루고 있고, 상기 상부 벽이 상기 내측 냉각 통로로 뻗은 적어도 하나의 오일 입구와 적어도 하나의 오일 출구를 가지고 있는, 피스톤 헤드;
관통 구멍을 가지고 있는 피스톤 핀; 그리고
피스톤 핀과의 공동 진동을 위해 상기 피스톤 핀에 고정된 단부를 가지고 있는 커넥팅 로드;
를 포함하고 있고,
오일이 커넥팅 로드를 통하고, 피스톤 핀을 통하고, 그리고 오일 입구를 통하여 상기 내측 냉각 통로속으로 유동할 수 있고 상기 적어도 하나의 오일 출구를 통하여 상기 내측 냉각 통로로부터 바깥쪽으로 유동할 수 있도록 하기 위해 상기 커넥팅 로드가 상기 피스톤 핀의 상기 관통 구멍 및 상기 오일 입구와 유체 연통되도록 정렬된 오일 통로를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 오일 통로가 상기 관통 구멍과 일정하게 유체 연통하고 상기 적어도 하나의 오일 입구와 단속적으로 유체 연통하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 오일을 상기 피스톤 핀의 외측 표면으로 직접 향하게 하도록 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 상기 피스톤 핀의 외측 표면과 대체로 접선으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 서로 상기 핀 보어 축의 반대측에 형성된 한 쌍의 오일 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 입구가 상기 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 외측 냉각 통로 내에서 상기 언더크라운 표면을 따라서 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 보강 리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 용접 접합부에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 주조 공정으로 단일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 상부 벽이 상기 내측 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제10항에 있어서, 상기 상부 벽이 상기 외측 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
제1항에 있어서, 상기 관통 구멍이 제1 세로축을 따라서 뻗어 있고 상기 관통 통로가 제2 세로축을 따라서 뻗어 있고, 상기 제1 세로축이 상기 제2 세로축에 대해서 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체.
내연기관용 피스톤으로서,
상부 크라운과 하부 크라운을 가지고 있는 피스톤 헤드를 포함하고 있고, 상기 상부 크라운이 연소 보울을 가진 상부 연소 표면을 포함하고 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면을 가지고 있고, 상기 상부 크라운이 상기 언더크라운 표면으로부터 아래로 뻗어 있는 환형 상부 내측 벽 부분과 환형 상부 외측 벽 부분을 더 포함하고, 상기 상부 내측 벽 부분이 상기 상부 외측 벽 부분으로부터 반경방향으로 안쪽으로 이격되어 있고; 그리고
상기 하부 크라운은 상기 상부 크라운으로부터 아래로 뻗어 있으며 피스톤 핀의 수용을 위해 축방향으로 정렬된 핀 보어를 가진 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스와 상기 핀 보스들 사이에 뻗어 있는 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분을 포함하고 있고, 상기 하부 크라운이 상기 핀 보어와 연합하여 연속적인 베어링면을 제공하기 위해 상기 핀 보스들 사이에 뻗어 있는 오목한 안장형 베어링면을 가진 상부 벽을 포함하고 있고, 상기 하부 크라운이 환형 하부 외측 벽 부분과 환형 하부 내측 벽 부분을 포함하고 있고, 상기 환형 하부 외측 벽 부분과 상기 환형 하부 내측 벽 부분이 상기 상부 벽으로부터 위쪽으로 뻗어 있고, 상기 환형 상부 외측 벽 부분과 상기 환형 하부 외측 벽 부분이 서로 고정되고 상기 환형 상부 내측 벽 부분과 상기 환형 하부 내측 벽 부분이 서로 고정되어 내측 냉각 통로를 둘러싸는 토로이드 형상의 외측 냉각 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 안장형 베어링면을 통과하여 상기 내측 냉각 통로로 뻗어 있는 적어도 하나의 오일 입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제14항에 있어서, 오일이 상기 내측 냉각 통로로부터 피스톤 핀으로 바깥쪽으로 유동할 수 있게 하기 위해서 상기 안장형 베어링면과 대체로 접선 관계로 상기 상부 벽을 통과하여 뻗어 있는 적어도 하나의 오일 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 출구가 서로 상기 핀 보어 축의 반대측에 형성된 한 쌍의 오일 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 오일 입구가 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 외측 냉각 통로 내에서 상기 언더크라운 표면을 따라서 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 보강 리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 용접 접합부에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운이 주조 공정으로 단일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 상부 벽이 상기 내측 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제21항에 있어서, 상기 상부 벽이 상기 외측 냉각 통로에 대체로 편평한 바닥을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제13항에 있어서, 상기 내측 냉각 통로가 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법으로서,
상부 크라운과 하부 크라운을 가진 피스톤 헤드를 형성하는 것;
연소 보울을 가진 상부 연소 표면을 가지고 있고, 상기 연소 보울의 반대쪽에 언더크라운 표면을 가지고 있는 상부 크라운을 형성하는 것;
언더크라운 표면으로부터 아래로 뻗은 환형 상부 외측 벽 부분과 환형 상부 내측 벽 부분을 형성하는 것;
하부 크라운의 상부 벽으로부터 아래로 뻗어 있으며 피스톤 핀의 수용을 위한 축방향으로 정렬된 핀 보어를 가지고 있는 한 쌍의 측면방향으로 이격된 핀 보스를 형성하는 것;
핀 보스들 사이에 뻗어 있는 한 쌍의 정반대로 놓인 스커트 부분을 형성하는 것;
하부 크라운의 상부 벽에 핀 보스들 사이에 뻗어 있는 오목한 안장형 베어링면을 형성하는 것;
안장형 베어링면을 통과하여 적어도 하나의 오일 입구를 형성하는 것;
하부 크라운의 상부 벽에 적어도 하나의 오일 출구를 형성하는 것;
상부 벽으로부터 위쪽으로 뻗어 있는 환형 하부 외측 벽 부분과 환형 하부 내측 벽 부분을 가진 하부 크라운을 형성하는 것;
환형 상부 외측 벽 부분과 환형 하부 외측 벽 부분을 서로 고정시키고 환형 상부 내측 벽 부분과 환형 하부 내측 벽 부분을 서로 고정시켜서 내측 냉각 통로를 둘러싸는 토로이드 형상의 외측 냉각 통로를 형성하는 것;
피스톤 핀과의 공동 진동을 위해 커넥팅 로드의 단부를 피스톤 핀에 고정시키고 커넥팅 로드의 오일 통로를 피스톤 핀의 관통 구멍과 유체 연통시키는 것; 그리고
피스톤 핀이 안장형 베어링면에 대해서 왕복운동하는 동안 상부 벽의 적어도 하나의 오일 입구와 유체 연통하도록 피스톤 핀의 관통 구멍을 구성하는 것;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 피스톤 핀이 안장형 베어링면에 대해서 왕복운동하는 동안 상부 벽의 적어도 하나의 오일 입구와 단속적으로 유체 연통하도록 피스톤 핀의 관통 구멍을 구성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 오일을 피스톤 핀의 외측 표면으로 직접 향하게 하도록 적어도 하나의 오일 출구를 배향시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제26항에 있어서, 적어도 하나의 오일 출구를 피스톤 핀의 외측 표면과 대체로 접선 관계로 정렬시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 적어도 하나의 오일 출구를 서로 핀 보어 축의 반대측의 한 쌍의 오일 출구로 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 피스톤이 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 중심 세로축을 따라서 적어도 하나의 오일 입구를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 외측 냉각 통로 내에서 언더크라운 표면을 따라서 복수의 반경방향으로 뻗어 있는 보강 리브를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제30항에 있어서, 내측 냉각 통로 내에서 언더크라운 표면을 따라서 보강 리브를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 상부 크라운과 하부 크라운을 마찰 용접 또는 유도 용접을 통하여 서로 연결시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.
제24항에 있어서, 상부 크라운과 하부 크라운을 주조 공정으로 단일체로 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 조립체의 제작 방법.