KR20180030550A - 내연 엔진용 피스톤 - Google Patents

Abstract

내연 엔진용 피스톤은 상측 경계부 및 하측 경계부를 갖는 적어도 하나의 대체로 환형인 냉각 채널을 갖는다. 상측 경계부는, 피스톤 핀 축선을 통과하는 면 또는 면에 수직인 면에 대응하는 적어도 하나의 위치(12)에서, 사이의 영역에서 보다 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있다.

Description

내연 엔진용 피스톤

본 발명은 내연 엔진용 피스톤에 관한 것이다.

디젤 엔진 피스톤에서, 연소 바울(bowl)의 가장자리는 열적 및 기계적 응력을 가장 크게 받는 영역들 중의 하나이다. 일반적으로 사용되는 피스톤 합금의 강도는 온도가 증가함에 따라 크게 감소하기 때문에, 일반적으로 환형 냉각 채널이 피스톤에 형성되는데, 이 냉각 채널은 피스톤의 하측에서 오는 오일의 흐름으로 채워지게 된다. 한편, 이러한 종류의 냉각 채널은 온도를 저하시킨다. 냉각 채널이 더 높게 형성될수록 이 효과는 더 현저하게 된다. 그러나, 이러한 목적에 필요한 공동부에 의해, 굽힘에 대한 기하학적 관성 모멘트가 동시에 감소하게 되며, 그래서 기계적 응력이 증가하게 된다. 그래서, 한편으로 온도를 낮추어야 하고 또한 다른 한편으로는 가능한 최고의 기하학적 관성 모멘트를 유지해야 하기 때문에, 어떤 이해의 상충이 있다.

피스톤 헤드의 방향으로 비교적 "높게" 형성되는 냉각 채널을 갖는 피스톤이 종래에 사용되고 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 냉각 채널은 어떤 경우에 물결형으로 만들어진다.

이러한 배경 기술을 감안한 본 발명의 목적은, 환형 냉각 채널의 온도 저하 효과와 강도 감소 영향 간의 균형이 개선된 내연 엔진용 피스톤을 창안하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 기재되어 있는 피스톤으로 달성된다.

따라서, 이 피스톤은 상측 경계부 및 하측 경계부를 갖는 적어도 하나의 대체로 환형인 냉각 채널을 갖는다. 여기서, 상측 경계부는, 피스톤 핀 축선을 통과하는 면 또는 상기 면에 수직인 면에 대응하는 적어도 하나의 위치(12)에서, 사이의 영역에서 보다 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있다. 피스톤 핀 축선을 통과하는 면은 상기 축선 및 대체로 원통형인 피스톤이 형성되는 피스톤 축선을 포함한다. 이 면을 핀 면이라고 할 수 있다. 이에 수직인 면 또한 피스톤 축선을 포함하고 러닝 면이라고 할 수 있다. 작동 중에 피스톤은 피스톤 핀에 대해 어느 정도 구부러지고, 그래서 핀 면에서 피스톤은 인장을 받고 또한 러닝 면에서는 압력을 받게 된다.

본 발명에 따라, 상기 위치 중의 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 위치, 특히 4개의 모든 위치에서 냉각 채널의 상측 경계부를 낮춤으로써, 특히 기계적 스트레스를 받는 이들 영역에서 기하학적 관성 모멘트가 증가하게 된다. 동시에, 냉각 채널의 상측 경계부가 피스톤 헤드에 더 가까이 있음으로 해써, 사이에 있는 영역에서 온도가 특히 크게 낮아질 수 있다. 스트레스를 덜 받는 이들 영역에서는, 비교적 큰 공동부(기하학적 관성 모멘트를 감소시킴)는 중요하지 않다.

그러나, 상기 면에서, 기하학적 관성 모멘트는 비교적 높게 유지될 수 있고, 그럼에도, 본 발명에 따른 냉각 채널로 얻어지는 냉각 효과는 초기 계산에서 충분한 것으로 입증되었다. 그러므로, 특히 기계적 스트레스를 받는 영역(예컨대, 바울 가장자리)에서, 발생하는 스트레스가 감소될 수 있고, 동시에, 기계적 스트레스를 덜 받는 영역에서 중량을 줄일 수 있는 냉각 채널의 가능성이 또한 크게 이용될 수 있다. 더욱이, 거의 확실히 상기 이점은, 주조가 적절한 사용되는 소금 코어(salt core)에 의해서만 비용 중립적으로 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 피스톤의 바람직한 추가 개량예는 다른 청구항에 기재되어 있다.

일 가능한 실시 형태는, 냉각 채널의 하측 경계부를 그의 전체 원주 주위에서 동일한 레벨로 유지시키는 것이지만, 대안적으로, 상기 냉각 채널의 하측 경계부는, 냉각 채널의 입구와 출구 사이에 있는 적어도 하나의 영역에서, 상기 입구와 출구의 영역에서 보다 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는, 다시 말해, 또한 낮아져 있는 실시 형태가 가능하다. 이렇게 해서, 한편으로, 강도에 부정적인 영향을 줌이 없이 중량이 추가로 감소될 수 있다. 다른 한편으로는, 낮아진 영역에서, 피스톤의 하향 행정시 비워지지 않는 오일 저장부가 형성된다. 이렇게 해서, 특히 오일 펌프가 스위치 오프되는 부분 부하 작동시, 열이 냉각 채널에서 전달된다.

냉각 채널의 상측 경계부가 사이에서 보다 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는 상기 위치의 원주에 대해, 상기 면 주위로 적어도 ±10도 및/또는 최대 ±25도로 연장되어 있는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 여기서, 환형 냉각 채널은 피스톤 축선의 방향으로 고려되고 그래서 360도의 완전한 원으로서 연장되어 있다. 바람직하게는, 상측 경계부는 원주의 상기 연장에 걸쳐 동일한 레벨로 유지된다.

바람직하게는, 냉각 채널의 상측 경계 및 선택적으로 하측 경계부는, 각각의 경계부가 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는 상기 위치와 사이의 영역 사이에서 경사져 있다.

현재, 경사진 연장부는 상기 원주를 따라 적어도 대략 10도 및/또는 최대 대략 25도, 바람직하게는 대략 20도로 형성되어 있는 것이 특히 바람직하다.

피스톤 헤드로부터의 증가된 거리과 관련하여, 이 거리는 "더 높은" 영역에서 피스톤 축선을 따라 측정할 때, 냉각 채널의 전체 높이의 적어도 대략 20% 만큼 증가되어 있는 것이 바람직하다.

상기 피스톤 헤드에 더 가까운 레벨에서 상기 냉각 채널의 상측 경계부가 최상측 피스톤 링 홈의 상측 플랭크(flank)와 대략 동일한 높이(피스톤 축선을 따른 높이)면, 냉각 채널의 원하는 냉각 효과가 본 발명에 따른 피스톤으로 얻어질 수 있다.

바람직하게는, 주조될 수 있고 선택적으로 제공되는 피스톤 링 지지부 및/또는 나중에 끼워맞춤될 수 있고 선택적으로 제공되는 피스톤 부싱을 제외하고, 본 발명에 따른 피스톤은 단일 부품으로 만들어진다. 그러나, 처음에 두 부분으로 구성되는 피스톤(예컨대, 상측 부분과 하측 부분으로 분리되고 나중에 조립됨)은 제공되지 않는다.

이러한 점을 감안하여 본 발명에 따른 피스톤은 바람직하게 주조된다.

본 발명에 따른 피스톤의 재료로서는, 특히 주조 공정 내에 있는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 강이 바람직하다.

이하, 도면에서 예시되어 있는 본 발명의 일 실시 형태를 더 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤에 있는 냉각 채널을 형성하기 위해 사용되는 염 코어의 사시도를 나타낸다.

도면에 나타나 있는 소금 코어(10)에서 보는 바와 같이, 이 소금 코어는 실질적으로 환형인 냉각 채널을 형성하는 역할을 하며, 나타나 있는 경우에, 그 냉각 채널은 핀 면과 러닝 면 주위에서 ±10도로 연장되어 있는 4개의 위치(12)에서 높이가 사이의 영역에서 보다 낮도록 만들어져 있다. 다시 말해, 상기 위치에서 냉각 채널의 상측 경계부는 사이의 영역에서 보다 피스톤 헤드(도면에서는 정상부에 위치함)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 상측 경계부의 두 레벨 사이에서 영역(14)에서 이는 원주를 따라 대략 20도에 걸쳐 경사져 있으며, 그래서 대략 30도의 영역이 원주를 따라 경사부 사이에 있고, 나타나 있는 경우에, 냉각 채널의 상측 경계부는 변하지 않는 레벨에서 더 높게 위치한다.

나타나 있는 예에서, 냉각 채널의 하측 경계부(16)는 실질적으로 동일한 레벨로 있다. 또한, 나타나 있는 예에서, 냉각 채널의 단면은 실질적으로 타원형이고, 나타나 있는 경우에는 외측으로 약간 경사져 있다.

Claims (10)

1. 내연 엔진용 피스톤으로서, 상측 경계부 및 하측 경계부(16)를 갖는 적어도 하나의 대체로 환형인 냉각 채널을 포함하고, 상기 상측 경계부는, 피스톤 핀 축선을 통과하는 면 또는 상기 면에 수직인 면에 대응하는 적어도 하나의 위치(12)에서, 사이의 영역에서 보다 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는, 내연 엔진용 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 채널의 하측 경계부는, 냉각 채널의 입구와 출구 사이에 있는 적어도 하나의 영역에서, 상기 입구와 출구의 영역에서 보다 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는, 내연 엔진용 피스톤.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 상측 경계부가 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는 상기 위치(12)는 상기 면 주위에서 원주 방향으로 적어도 ±10도 및/또는 최대 ±25도에 걸쳐 연장되어 있는, 내연 엔진용 피스톤.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각 채널의 상측 경계부는 상측 경계부가 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는 상기 위치(12)와 사이의 영역(14) 사이에서 경사져 있는, 내연 엔진용 피스톤.
5. 제 4 항에 있어서,
   경사진 연장부는 상기 원주를 따라 적어도 대략 10도 및/또는 최대 대략 25도, 바람직하게는 대략 20도에 걸쳐 형성되어 있는, 내연 엔진용 피스톤.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상측 경계부가 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는 상기 위치에서, 상측 경계부는, 상기 위치 사이에 있는 일 영역에서, 피스톤 축선을 따라 측정할 때, 사이의 영역에서 보다 냉각 채널의 높이의 적어도 대략 20% 만큼 상기 피스톤 헤드로부터 더 멀리 떨어져 있는, 내연 엔진용 피스톤.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤 헤드에 더 가까이 위치하는 레벨에서, 상기 냉각 채널의 상측 경계부는 최상측 피스톤 링 홈의 상측 플랭크(flank)와 대략 동일한 높이에 있는, 내연 엔진용 피스톤.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤은 단일 부품으로 만들어지고, 또한 주조되는 적어도 하나의 피스톤 링 지지부 및/또는 끼워 맞춤되는 적어도 하나의 피스톤 부싱을 선택적으로 가지고 있는, 내연 엔진용 피스톤.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤은 주조되는, 내연 엔진용 피스톤.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤은 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 강으로 만들어져 있는, 내연 엔진용 피스톤.

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