KR20180075539A

KR20180075539A - 피스톤, 피스톤용 오일 조절 링 및 피스톤의 제조 방법과 피스톤용 오일 조절 링의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180075539A
Application number: KR1020187012634A
Authority: KR
Inventors: 미구엘 아제베도; 그레고리 살렌비엔; 매튜 벨포드
Original assignee: 페더럴-모걸 엘엘씨
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-07-04
Also published as: CN108431466B; CN108431466A; WO2017075327A1; US20170122248A1; JP2018534469A; EP3368800B1; EP3368800A1; US10125719B2; BR112018007417A2

Abstract

개량된 오일 조절 링을 가지고 있는 내연기관용 피스톤을 제공한다. 상기 피스톤은 상부 연소면과 이 상부 연소면으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽을 제공하는 피스톤 본체를 가지고 있다. 복수의 링 홈을 포함하는 링 벨트 구역이 환형상의 외측 벽에 형성되어 있다. 제1 압축 링이 상기 복수의 링 홈 중의 하나에 배치되어 있고 오일 조절 링이 상기 복수의 링 홈 중의 다른 하나에 배치되어 있다. 오일 조절 링은 대체로 평행한, 평면인 상부면과 하부면을 가지고 있고, 상기 상부면과 하부면은 오목하게 형성된 환형상의 홈을 가지고 있다. 상기 환형상의 홈을 서로 유체 연통시키기 위해서 관통 개구가 형성될 수 있다. 상기 환형상의 홈은 실린더 벽으로부터 긁어낸 오일을 수집하여 상기 오일을 크랭크 섬프로 복귀시키고 오일 조절 링와 상기 링 홈의 벽 사이의 접촉 면적을 줄인다.

Description

피스톤, 피스톤용 오일 조절 링 및 피스톤의 제조 방법과 피스톤용 오일 조절 링의 제조 방법

본 발명은 대체로 내연기관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤, 피스톤의 제조 방법 및 피스톤용 오일 조절 링에 관한 것이다.

엔진 제조업자는, 비제한적인 예로서, 연비를 향상시키는 것, 연료 연소를 향상시키는 것, 오일 소비량을 감소시키는 것, 및 엔진의 크기와 무게를 감소시키는 것을 포함하여, 엔진 효율성 및 성능을 향상시키라는 요구가 증가하는 것에 직면하고 있다. 이러한 문제에 대한 주된 원인은 엔진 내의 피스톤과 직접적으로 관련된다. 피스톤은 증가된 파워에 대한 요구를 처리하도록 충분히 견고해야 함과 동시에, 사이즈와 무게를 줄이기 위해서 크기를 줄여야 한다. 이러한 관심사는 서로 상충되므로, 추가적인 진전을 이루기가 점점 더 어려워진다.

본 발명에 따라 구성된 피스톤과 이 피스톤용 오일 링은 고강도와 내구성을 가지고 또한 엔진의 전체적인 크기와 질량을 줄이면서, 향상된 엔진 운전 효율성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링을 가진 내연기관용 피스톤이 제공된다. 상기 피스톤은 중심 세로축을 따라서 뻗어 있는 피스톤 본체를 가지고 있다. 상기 피스톤 본체는 상부 연소면을 가지고 있고, 상기 상부 연소면에 대한 연소 폭발력이 상기 피스톤 본체를 상기 중심 세로축을 따라서 왕복운동하게 작용한다. 상기 피스톤 본체는 상기 상부 연소면으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽을 가지고 있고, 상기 환형상의 외측 벽에는 링 벨트 구역이 형성되어 있다. 상기 링 벨트 구역은 상기 중심 세로축의 방향을 따라서 서로 축방향으로 이격된 복수의 환형상의 링 홈을 포함하고 있다. 제1 압축 링이 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치되어 있고, 오일 조절 링이 상기 제1 압축 링보다 상기 상부 연소면으로부터 더 멀어지게 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치되어 있다. 상기 오일 조절 링은 상기 중심 세로축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 상부면과 하부면을 가지고 있고, 상기 상부면과 하부면의 사이에 상기 오일 조절 링의 내측면과 외측면이 뻗어 있다. 게다가, 상기 상부면과 하부면은 각각 환형상의 홈을 가지고 있다. 상기 환형상의 홈은 실린더 벽으로부터 긁어낸 오일을 모으는 것을 용이하게 하고, 또한 이렇게 모은 오일을 크랭크 케이스 섬프(crank case sump)로 복귀시키는 것을 용이하게 한다. 또한, 상기 홈은 오일 조절 링과 피스톤 본체의 링 홈 사이의 접촉 면적을 감소시키고, 이것에 의해 오일 조절 링과 피스톤 본체 사이의 들러붙는 상태(stick condition)에 대한 가능성을 줄인다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 오일 조절 링이 일체형 부재로 형성되고, 이것에 의해 상기 오일 조절 링이 상기 세로축을 따라서 뻗은 축방향의 공간을 덜 차지할 수 있어서, 상기 피스톤에 감소된 컴프레션 하이트를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링으로 인해 이 개량된 오일 조절 링을 가진 피스톤이, 주로 연소 가스를 밀봉하는 기능을 하는 최상부 압축 링과 한 개의 오일 조절 링을 포함하는 단 두 개의 피스톤 링으로 효율적으로 기능할 수 있고, 이것에 의해 피스톤의 컴프레션 하이트를 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키기 위해 상기 상부면과 하부면의 환형상의 홈들 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 관통 개구를 포함할 수 있고, 이것에 의해 긁어낸 오일을 모으는 것과 배출시키는 것을 더욱 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 오일 소비량을 최소화하기 위해 실린더 벽에 대한 오일 조절 링 외측면의 최적의 접촉 압력을 얻는 것을 가능하게 하기 위해서, 개량된 오일 조절 링이 상기 내측면으로 뻗어 있는 환형상의 익스팬더 홈(annular expander groove)을 포함할 수 있고, 이 익스팬더 홈에는 익스팬더 링(expander ring)이 배치된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 실린더 벽에 대한 오일 조절 링의 활주 마찰(running friction)을 최소화하는 것을 용이하게 하기 위해서 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향 바깥쪽으로 비스듬하게 뻗어 있는 적어도 하나의 테이퍼 면(tapered surface)을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 자신의 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 테이퍼 면을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 실린더 벽으로부터 오일을 긁어내는 것을 촉진시키기 위해서 개량된 오일 조절 링이 자신의 상부면으로부터 아래로 뻗은 하나의 테이퍼 면을 포함할 수 있고 상기 테이퍼 면 아래에 환형상의 오목한 면을 더 포함할 수 있고, 이것에 의해 상기 오일 조절 링의 둘레로 뻗어 있는 갈고리형상의 환형 돌출부를 형성된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 열에 의해 형성되고 성형될 수 있고, 이것에 의해 별개의 익스팬더 링을 필요로 하지 않을 수 있고, 그 결과 구성요소의 갯수와 재료 비용을 줄일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 비교적 저렴한 철금속으로 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 개량된 오일 조절 링이 외측면에 도금된 개질 크롬-기반 코팅(modified chromium-based coating)을 포함할 수 있고, 게다가, 상기 코팅 내에 첨착된 나노다이아몬드를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링이 제공된다. 상기 오일 조절 링은 중심축 둘레로 뻗어 있는 환형상의 본체를 가지고 있다. 상기 환형상의 본체는 상기 중심축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 대체로 평면인 상부면과 하부면 그리고 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측 오목한 면과 외측 볼록한 면을 가지고 있다. 상기 상부면과 하부면은 각각 환형상의 홈을 가지고 있고, 이것에 의해 실린더 벽으로부터 오일을 모으는 것과 이렇게 모은 오일을 크랭크 케이스 섬프로 복귀시키는 것을 용이하게 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관용 피스톤의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 중심 세로축을 따라서 뻗어 있으며, 상부 연소면과 상기 상부 연소면으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽을 가지고 있고, 상기 환형상의 외측 벽에는 링 벨트 구역이 형성되어 있고, 상기 링 벨트 구역은 복수의 환형상의 링 홈을 포함하는, 피스톤 본체를 제공하는 것을 포함하고, 상기 상부 연소면에 대한 연소 폭발력이 상기 피스톤 본체를 상기 중심 세로축을 따라서 왕복운동하게 작용한다. 상기 방법은 또한, 제1 압축 링을 상기 상부 연소면에 가장 가까운 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치시키는 것과 오일 조절 링을 상기 제1 압축 링보다 상기 상부 연소면으로부터 더 멀어지게 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 중심 세로축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 상부면과 하부면 그리고 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측면과 외측면을 가지는 상기 오일 조절 링을 제공하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 환형상의 홈을 각각 가지는 상기 상부면과 하부면을 제공하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키기 위해 상기 환형상의 홈들 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 관통 개구를 가지는 상기 오일 조절 링을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 관통 개구를 복수의 관통 개구로 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향으로 비스듬하게 뻗은 적어도 하나의 테이퍼 면을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면을 상기 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 반대 위치에 있는 테이퍼 면으로 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 상부면으로부터 뻗어 나온 테이퍼 면의 아래에 환형상의 오목한 면을 제공하는 것을 더 포함할 수 있고, 이것에 의해 대체로 갈고리 형상의 환형 외측 립을 가지는 오일 조절 링을 제공하여 오일 조절 링의 오일 긁기 능력(oil scraping capacity)을 향상시킨다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 중심축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 대체로 평면인 상부면과 하부면을 가진 환형상의 본체를 얻는 것을 포함하고, 상기 본체가 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측 오목한 면과 외측 볼록한 면을 가지고 있다. 상기 방법은 또한 환형상의 홈을 상기 상부면과 하부면에 형성하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 오일 조절 링을 제조하는 상기 방법이 상기 환형상의 홈들을 관통하여 뻗은 적어도 하나의 개구를 형성함으로써 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키는 것을 포함할 수 있고, 이것에 의해 실린더 벽으로부터 오일을 모으는 것과 이렇게 모은 오일을 크랭크 케이스 섬프로 복귀시키는 것을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 피스톤과 이 피스톤용 오일 소비 링은 고강도와 내구성을 가지고 또한 엔진의 전체적인 크기와 질량을 줄이면서 향상된 엔진 운전 효율성을 제공한다.

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 1a는 본 발명의 한 실시례에 따라 구성된 피스톤의 단면도이고;
도 1b는 본 발명의 다른 실시례에 따라 구성된 피스톤의 도 1a와 유사한 단면도이고;
도 2는 도 1a와 도 1b의 피스톤의 본 발명의 한 실시례에 따라 구성된 오일 조절 링의 부분 단면 사시도이고;
도 3은 도 1a와 도 1b의 피스톤의 본 발명의 다른 실시례에 따라 구성된 오일 조절 링의 부분 단면 사시도이고; 그리고
도 4는 도 2와 도 3의 오일 조절 링의 평면도이다.

도면을 보다 상세하게 참고하면, 도 1a와 도 1b는, 예를 들면, 중형 디젤 엔진과 같은, 내연기관의 실린더 보어 또는 챔버(도시되어 있지 않음)에서 왕복운동하는 본 발명의 바람직한 실시례에 따라 구성된 각각의 피스톤(10, 10')을 나타내고 있다.

두 개의 피스톤(10, 10')의 차이는, 피스톤(10)은 두 개의 부분이 서로 고정된 구성이고 피스톤(10')은 일체형으로 구성되어 있다는 것이다. 그 밖의 점에서는, 양 피스톤이 유사하므로, 유사한 부분을 식별하기 위해서 피스톤(10')에 대한 참고 번호에는 프라임(')을 붙인 동일한 참고 번호가 이하에서 사용된다. 피스톤(10, 10')은 주조 또는 단조되거나, 임의의 다른 제조 방법에 의해 형성된, 피스톤(10, 10')이 실린더 보어 내에서 왕복운동하는데 있어서 중심이 되는 세로방향의 중심축(14, 14')을 따라서 뻗어 있는 본체(12, 12')를 가지고 있다. 본체(12)는 하부 크라운(18)이라고도 칭하는 하부 부분에 연결된 상부 크라운(16)이라고도 칭하는 상부 부분을 가지고 있다. 본체(12, 12')는 한 쌍의 핀 보스(20, 20')를 가지고 있고, 핀 보스(20)는 상부 크라운(16)으로부터 아래로 뻗어서, 세로방향의 중심축(14, 14')을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 핀 보어 축(24, 24')을 따라서 정렬된 횡방향으로 이격된 핀 보어(22, 22')을 제공한다. 핀 보스(20, 20')는 지주 부분(28, 28')을 통하여 횡방향으로 이격된 스커트 부분(26, 26')에 연결되어 있다. 스커트 부분(26, 26')은 핀 보어 축(24, 24')의 양 측을 가로질러서 서로 정반대로 이격되어 있고 피스톤(10, 10')이 실린더 보어에서 왕복운동할 때 피스톤(10, 10')을 원하는 방향으로 유지시키기 위해서 실린더 보어 내에서 실린더 벽(29)을 따라 미끄럼 운동할 수 있게 형성된 볼록한 외측면을 가지고 있다. 상부 크라운(16)과 각각의 본체(12, 12')가 실린더 보어와 함께 원하는 가스 유동을 제공하기 위해서 오목하게 형성된 연소 보울(32, 32')을 가진 상부 연소면(30, 30')을 가지고 있다. 외측 벽(34, 34')은 상부 연소면(30, 30')으로부터 아래로 뻗어 있고, 상부 크라운(16)에 의해 형성된 외측 벽(34)의 일부분은 외측 자유 단부(36)로 뻗어 있는 것으로 도시되어 있고, 링 벨트 구역(38)의 적어도 일부분이 상부 크라운(16)에 의해 제공된 외측 벽(34)의 상기 일부분에 형성되어 있는 반면에, 일체형 본체(12')의 외측 벽(34')은 링 벨트 구역(38')을 더 포함하고 있다. 상부 크라운(16)은 또한 연소 보울(32)의 언더크라운 면으로부터 내측 자유 단부(39)로 뻗어 있는 환형상의 내측 리브(37)를 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 링 벨트 구역(38, 38')은 한 쌍의 링 홈(40, 42; 40', 42')으로 도시된 복수의 환형상의 링 홈을 포함하고 있고, 제1 링 홈(40, 40')은 본체(12, 12')의 외측 벽(34, 34')에서 상부 연소면(30, 30')에 가장 가까이 형성되어 있고 제2 링 홈(42, 42')은 외측 벽(34, 34')에서 제1 링 홈(40, 40')보다 상부 연소면(30, 30')으로부터 더 멀리 떨어져서 형성되어 있다. 제1 링 홈(40, 40')은 반경방향으로 오목한 상부면을 가지고 있는 것으로 도시되어 있어서, 단면으로 보았을 때 대체로 L자 형상의 환형 포켓을 형성한다. 압축 링(44, 44')으로 제공된 제1 피스톤 링은 제1 링 홈(40, 40')에 배치되어 있고, 도 1a 및 도 1b에서 부재 번호 46으로 표시되어 있고, 도 2에서 제1 바람직한 실시례로서 부재 번호 46'로 표시되어 있으며, 도 3에서 제2 바람직한 실시례로서 부재 번호 46"로 표시되어 있는, 개량된 오일 조절 링으로 제공된 제2 피스톤 링은 제2 링 홈(42, 42')에 배치되어 있다. 제2 링 홈(42, 42')은 제2 링 홈(42, 42')의 하부 또는 바닥 면을 따라서 뻗어 있는 복수의 오일 배출 포트(43, 43')를 가지고 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 오일 배출 포트(43, 43')는 외측 벽(34, 34')을 통하여 적어도 부분적으로 제2 링 홈(42, 42')의 바닥 면을 따라 제2 링 홈(42, 42')의 뒷벽까지 뻗어 있는 천공된 구멍으로 형성되어 있다. 복수의 오일 배출 포트(43, 43')는 바람직하게는 피스톤(10, 10')의 전방 측과 후방 측을 따라서, 대체로 핀 보어 축(24, 24')과 일치하여 형성되고, 비제한적인 예로서, 도 2 내지 도 3에서 상기 오일 배출 포트(43, 43')는 바람직하게는 각각 반대쪽으로 뻗어 있다. 압축 링(44, 44')은, 당해 기술 분야에서 다이크스-형 피스톤 링(Dykes-type piston ring)으로 알려진, 대체로 L자 형상의 단면을 가지고 있는 것으로 도시되어 있고, 압축 링(44, 44')의 상부면은 상부 연소면(30, 30')과 대체로 동일 평면으로 되고, 본 발명에 따른 개량된 오일 조절 링(46)은 피스톤(10, 10")에 적어도 다음과 같은 장점: 피스톤 컴프레션 하이트(CH)(상부 연소면(30, 30')으로부터 핀 보어 축(24, 24')까지의 거리로 알려져 있음)의 감소. 피스톤 크기의 감소, 피스톤 링(44, 44', 46)으로부터 초래되는 마찰 손실의 감소, 연료 소비량의 감소, 동력 손실의 감소, 오일 소비량의 감소, 링 홈(42, 42') 내에서의 오일 조절 링(46)의 달라붙기의 감소 및 제조 비용의 감소를 제공한다. 여러가지 다른 장점 중에서도 이러한 장점은 피스톤 기술 분야의 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.

2 부분 피스톤(10)에 대해서, 하부 크라운(18)은, 비제한적인 예로서, 예를 들면, 단조 공정으로 상부 크라운(16)과는 별도로 제조된 다음, 직립한 환형상의 외측 리브 자유 단부(48)과 직립한 환형상의 내측 리브 자유 단부(50)를 통하여 상부 크라운(16)에 연결된다. 하부 크라운(18)은 임의의 적절한 강, 예를 들어, 경제적인 강 재료, 예를 들면, 저급 강합금(low grade steel alloy), 예를 들면, 4140H, 또는 예를 들면, 마이크로 합금강(micro-alloyed steel)으로 제조될 수 있다. 상부 크라운(16)과 하부 크라운(18)은 본 명세서에서 각각의 외측 자유 단부(36, 48)와 내측 자유 단부(39, 50)를 가로질러서 형성된 마찰 용접 또는 임의의 다른 적절한 종류의 용접 접합부(52)에 의해 서로 연결되어 있는 것으로 표현되어 있다. 따라서, 피스톤(10')에서와 같이, 대체로 폐쇄된 외측 냉각 통로(54, 54')는 상부 크라운(16)과 하부 크라운(18)의 사이에 제공되고, 개방된 내측 통로(56, 56')는 연소 보울(32, 32')의 중심 부분 아래의 핀 보어(22, 22')의 위쪽에 제공된다. 본 발명에 따라 구성된 피스톤(10)은 다른 방식으로 형성된 상부 크라운 부분과 하부 크라운 부분을 가질 수 있고, 양 피스톤(10, 10')이, 예를 들면, 상이한 구성의 냉각 통로를 가지거나, 냉각 통로가 없거나 실질적으로 냉각 통로가 없는 구성으로 될 수 있다는 것을 알아야 한다.

오일 조절 링(46', 46")은, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 피스톤(10, 10')의 세로방향의 중심축(14, 14')과 동축으로 정렬되도록 되어 있는 중심축(59)(상기 중심축(59)은 도시된 지면에 대해 수직으로 뻗어 있다) 둘레로 뻗어 있는 원주방향으로 분할된 토로이드 형상인, 환형상의 본체(58', 58")를 가지고 있다. 링(46', 46")의 대향하는 양측 자유 단부(63', 63", 65', 65") 사이에 형성되어 있는 틈새(61', 61")에 의해 틈이 제공되어 있어서, 필요에 따라, 반경방향의 팽창과 수축이 가능하다. 도 2와 도 3을 참고하면, 환형상의 본체(58', 58")는 중심축(59)을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 평면 또는 대체로 평면인 상부면(60', 60")과 하부면(62', 62") 그리고 상기 상부면(60', 60")과 하부면(62', 62")의 사이에 뻗어 있는 오목한 내측면(64', 64")과 볼록한 외측면(66', 66")을 가지고 있다. 실린더 벽으로부터 오일을 모으는 것과 상기 오일을 크랭크 섬프(crank sump)로 복귀시키는 것을 용이하게 하기 위해서, 상부면과 하부면(60', 60", 62', 62")의 각각은 각각의 환형상의 홈(68', 68", 70'. 70")을 가지고 있다. 상기 환형상의 홈(68', 68", 70', 70")은, 비제한적인 예로서, 서로 대체로 거울대칭형 배치 형태로 배치되어 있는 것으로 도시되어 있고, 비제한적인 예로서, 단면이 대체로 U자 형상인 것으로 도시되어 있다. 실린더 벽으로부터 오일을 모으는 것과 상기 오일을 크랭크 섬프로 복귀시키는 것을 더욱 더 향상시키기 위해서, 본체(58', 58")는 환형상의 홈(68', 68", 70', 70")을 서로 유체 연통시키기 위해 환형상의 홈(68', 68", 70', 70") 사이에 형성되어 있는 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 관통 개구(72', 72")를 가지고 있다. 단순히 개구라고도 칭하는, 상기 관통 개구(72', 72")는 상기 환형상의 홈(68', 68", 70', 70")의 최하부(valley)를 통과하고 서로 등거리로 일정하게 원주방향으로 이격되어 있는 것으로 도시되어 있다. 또한, 관통 개구(72', 72")의 적어도 일부는 오일 배출 포트(43, 43')와 축방향으로 정렬될 수 있고, 이것에 의해 크랭크 섬프로 오일을 복귀시키는 것을 더욱 향상시킨다. 실린더 벽으로부터 오일을 모으는 것과 상기 오일을 크랭크 섬프로 복귀시키는 것을 용이하게 하는 것에 더하여, 상기 홈(68', 68", 70', 70")은 마찰과 오일 조절 링(46', 46")이 링 홈(42, 42') 내에 들러붙는 것을 줄이는데 더욱 기여한다. 이것은 부분적으로는 상기 홈(68', 68", 70', 70") 내에 존재하는 오일의 양이 증가한 것으로 인한 것이고, 게다가 링 홈(42, 42')의 양쪽 면과 상부면 및 하부면(60', 60", 62', 62")의 접촉 면적이 감소한 것으로 인한 것이다.

상기 오목한 내측면(64', 64")은 환형상의 익스팬더 홈 또는 오목부(74', 74")를 가지고 있는 것으로 도시되어 있고, 상기 오목부(74', 74")는 익스팬더 링(expander ring)(76)을 적어도 부분적으로 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 익스팬더 링(76)은 특정 압력을 높이기 위해 오일 조절 링(46', 46")을 실린더 벽(29)과 근접하게 반경방향으로 바깥쪽으로 가압하는 것을 용이하게 하여, 오일 조절 링(46', 46")에 의해 오일의 소모량과 통행(passage)을 줄임으로써 오일 조절 링(46', 46")의 오일 조절 특성을 향상시킨다. 하지만, 익스팬더 링을 사용하지 않고, 오일 조절 링(46', 46")이 탄성을 가진 소정의 형상을 유지하도록 열성형된 상태에서, 상기 내측면(64', 64")이 상기 오목부(74', 74")를 가지지 않는 형태로 될 수 있는 것을 고려할 수 있다.

오일 조절 링(46)은 상부면과 하부면(60', 60", 62', 62") 중의 적어도 하나로부터 외측면(66', 66")쪽으로 반경방향으로 비스듬하게 뻗어 있는 적어도 하나의 테이퍼 면(tapered surface)을 더 포함하고 있다. 도 2에 도시된 오일 조절 링(46')의 실시예에서는, 하나의 테이퍼 면(78')은 상부면(60')으로부터 외측면(66')쪽으로 비스듬하게 뻗어 있고 다른 하나의 반대쪽 테이퍼 면(80')은 하부면(62')으로부터 외측면(66')쪽으로 비스듬하게 뻗어 있는 형태로, 한 쌍의 테이퍼 면(78', 80')이 중심축(59)으로부터 반경방향으로 바깥쪽으로 뻗어나감에 따라 서로를 향해서 수렴하는 것으로 도시되어 있다. 상기 테이퍼 면(78', 80')은 오일 조절 링(46')의 반경방향으로 외측 부분에 단면상으로, 절두 원추형이라고도 칭하는, 원뿔대 형상을 제공한다. 상기 테이퍼 면(78', 80')은 상부면과 하부면(60', 62')으로부터 임의의 원하는 각도 α로, 비제한적인 예로서, 바람직하게는 약 10도 내지 60도, 보다 바람직하게는 약 25도 내지 45도로 경사질 수 있다. 상기 테이퍼 면(78', 80')은 자신들의 각각의 상부면과 하부면(60', 62')으로부터 동일한 각도 α로 뻗은, 서로 대체로 거울대칭 관계로 형성될 수 있지만, 상기 테이퍼 면(78', 80') 중의 하나가 각각의 상부면과 하부면(60', 62')에 대해 상기 테이퍼 면(78', 80') 중의 다른 하나와는 다른 각도 α로 경사질 수 있는 것도 고려할 수 있다.

도 3에 도시된 실시례에서는, 오일 조절 링(46")이 중심축(59)으로부터 외측면(66")으로 반경방향으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 테이퍼 면(78")으로 도시된 한 개의 테이퍼 면을 가지고 있는 것으로 형성되어 있고, 상기 테이퍼 면(78")은, 상부면(60')에 대해서 상기한 것과 같이, 경사 각도 α로 상부면(60")으로부터 뻗어 있다. 하지만, 오일 조절 링(46')에 대해서 도시하고 기술한 것과 같이, 반대쪽 테이퍼 면을 가지는 대신에, 환형상의 오목한 면(82)이 테이퍼 면(78")의 아래에 형성되어 있다. 상기 오목한 면(82)은 처음에는 하부면(62")으로부터 위쪽으로 아치형으로 만곡된 다음에 편평한 정상부(plateau) 또는 뾰족한 정상부(peak)에 도달하고, 그 다음에 외측면(66")으로 약간 아래쪽으로 뻗어 있는 것으로 도시된 것 같이, 외측면(66")으로 바깥쪽으로 만곡되어, 상부면(60")으로부터 약간 아래쪽으로 아치형으로 만곡된 대체로 갈고리형 돌출부를 형성하는 것으로 도시되어 있다. 상기 오목한 면(82)을 형성하기 위해, 일정한 반경 또는 가변적인 반경을 포함하여, 다양한 곡률 반경이 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 내연기관용 피스톤(10, 10')을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 중심 세로축(14, 14')을 따라서 뻗어 있으며 상부 연소면(30, 30')을 가지고 있는 피스톤 본체(12, 12')를 제공하는 것을 포함하고 있고, 상기 상부 연소면에 대한 연소 폭발력이 상기 피스톤 본체(12, 12')를 상기 중심 세로축(14, 14')을 따라서 왕복운동하게 작용한다. 상기 방법은 또한, 링 벨트 구역(38, 38')이 형성된, 상부 연소면(30, 30')으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽(34, 34')을 가진 피스톤 본체(12, 12')를 제공하는 것을 포함하고, 상기 링 벨트 구역(38, 38')은 복수의 환형상의 링 홈(40, 40', 42, 42')을 포함하고 있다. 상기 방법은 또한, 제1 압축 링(44)을 상부 연소면(30, 30')에 가장 가까운 링 홈(40, 40') 중의 하나에 배치시키는 것과 오일 조절 링(46', 46")을 제1 압축 링(40, 40')보다 상부 연소면(30, 30')으로부터 더 멀어지게 링 홈(42, 42') 중의 하나에 배치시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 중심 세로축(14, 14')을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62") 및 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62") 사이에 뻗어 있는 내측면(64', 64")과 외측면(66', 66")을 가진 오일 조절 링(46', 46")을 제공하는 것과, 환형상의 홈(68', 70' 68", 70")을 각각 가지고 있는 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62")을 제공하는 것을 포함한다. 상기 방법은 각각의 오일 조절 링(46', 46")에, 예를 들면, 환형상의 홈(68', 70', 68", 70")을 서로 유체 연통시키는 하나 이상의 관통 개구(72', 72")와 같은, 상기한 것과 같은 구조를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 내연기관의 피스톤(10, 10')용 오일 조절 링(46', 46")을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 중심축(59)을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 대체로 평면인 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62")을 가진 환형상의 본체를 얻는 것을 포함하고, 상기 본체는 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62")의 사이에 뻗어 있는 내측 오목한 면(64', 64")과 외측 볼록한 면(66', 66")을 가지고 있다. 상기 방법은 또한, 상부 면(60', 60")과 하부 면(62', 62")에 환형상의 홈(68', 70", 68", 70")을 형성하는 것을 포함한다. 상기 방법은 각각의 오일 조절 링(46', 46")에, 예를 들면, 환형상의 홈(68', 70', 68", 70")을 서로 유체 연통시키는 하나 이상의 관통 개구(72', 72")와 같은, 상기한 것과 같은 구조를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 게다가, 상기 방법은 오일 조절 링(46")의 테이퍼 면(78")의 아래에 환형상의 오목한 면(82)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 오목한 면(82)은, 비제한적인 예로서, 처음에는 하부면(62")으로부터 위쪽으로 아치형으로 만곡된 다음에 편평한 정상부 또는 뾰족한 정상부에 도달하고, 그 다음에 외측면(66")으로 약간 아래쪽으로 뻗어 있는 것으로 도시된 것 같이, 외측면(66")으로 바깥쪽으로 만곡되어, 상부면(60")으로부터 약간 아래쪽으로 아치형으로 만곡된 대체로 갈고리형 돌출부를 형성하는 것으로 형성될 수 있다. 상기 오목한 면(82)을 형성하는 동안, 상기 오목한 면(82)의 곡률을 형성하기 위해, 일정한 반경 또는 가변적인 반경을 포함하여, 원하는 대로, 다양한 곡률 반경이 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

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 피스톤으로서,
중심 세로축을 따라서 뻗어 있는 피스톤 본체를 포함하고 있고, 상기 피스톤 본체는 상부 연소면을 가지고 있고, 상기 상부 연소면에 대한 연소 폭발력이 상기 피스톤 본체를 상기 중심 세로축을 따라서 왕복운동하게 작용하고, 상기 피스톤 본체는 상기 상부 연소면으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽을 가지고 있고, 상기 환형상의 외측 벽에는 링 벨트 구역이 형성되어 있고, 상기 링 벨트 구역은 상기 중심 세로축을 따라서 서로 이격된 복수의 환형상의 링 홈을 포함하고 있고;
상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치된 압축 링; 그리고
상기 제1 압축 링보다 상기 상부 연소면으로부터 더 멀어지게 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치된 오일 조절 링을 포함하고 있고, 상기 오일 조절 링은 상기 중심 세로축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 상부면과 하부면 그리고 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측면과 외측면을 가지고 있고, 상기 상부면과 하부면은 각각 환형상의 홈을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제1항에 있어서, 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키기 위해 상기 환형상의 홈들 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 관통 개구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제2항에 있어서, 원주방향으로 연속인 벽이 상기 적어도 하나의 관통 개구의 경계를 이루는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통 개구가 복수의 관통 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제4항에 있어서, 상기 복수의 관통 개구가 서로 등거리로 일정하게 원주방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제1항에 있어서, 상기 환형상의 홈이 서로 거울대칭형 배치 형태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제1항에 있어서, 상기 내측면으로 뻗어 있는 환형상의 익스팬더 홈을 더 포함하고 있고, 익스팬더 링이 상기 익스팬더 홈에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제1항에 있어서, 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향 바깥쪽으로 비스듬하게 뻗어 있는 적어도 하나의 테이퍼 면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면이 상기 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 테이퍼 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면이 상기 상부면으로부터 아래로 뻗어 있으며 상기 테이퍼 면의 아래에 환형상의 오목한 면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
내연기관의 피스톤용 오일 조절 링으로서,
중심축 둘레로 뻗어 있는 환형상의 본체를 포함하고 있고, 상기 환형상의 본체는 상기 중심축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 대체로 평면인 상부면과 하부면 그리고 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측 오목한 면과 외측 볼록한 면을 가지고 있고, 상기 상부면과 하부면은 각각 환형상의 홈을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제11항에 있어서, 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키기 위해 상기 환형상의 홈들 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 관통 개구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통 개구가 복수의 관통 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제13항에 있어서, 상기 복수의 관통 개구가 서로 등거리로 일정하게 원주방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제14항에 있어서, 상기 오목한 내측면으로 뻗어 있는 환형상의 익스팬더 홈을 더 포함하고 있고, 익스팬더 링이 상기 익스팬더 홈에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제11항에 있어서, 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향으로 비스듬하게 뻗어 있는 적어도 하나의 테이퍼 면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면이 상기 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 테이퍼 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면이 상기 상부면으로부터 아래로 뻗어 있으며 상기 테이퍼 면의 아래에 환형상의 오목한 면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 오일 조절 링.
내연기관용 피스톤의 제조 방법으로서,
중심 세로축을 따라서 뻗어 있으며, 상부 연소면과 상기 상부 연소면으로부터 아래로 뻗은 환형상의 외측 벽을 가지고 있고, 상기 환형상의 외측 벽에는 링 벨트 구역이 형성되어 있고, 상기 링 벨트 구역은 복수의 환형상의 링 홈을 포함하는, 피스톤 본체를 제공하는 것을 포함하고, 상기 상부 연소면에 대한 연소 폭발력이 상기 피스톤 본체를 상기 중심 세로축을 따라서 왕복운동하게 작용하고;
제1 압축 링을 상기 상부 연소면에 가장 가까운 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치시키는 것;
오일 조절 링을 상기 제1 압축 링보다 상기 상부 연소면으로부터 더 멀어지게 상기 복수의 환형상의 링 홈 중의 하나에 배치시키는 것; 그리고
상기 중심 세로축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 상부면과 하부면 그리고 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측면과 외측면을 가지는 상기 오일 조절 링을 제공하는 것과, 환형상의 홈을 각각 가지는 상기 상부면과 하부면을 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키기 위해 상기 환형상의 홈들 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 관통 개구를 가지는 상기 오일 조절 링을 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관통 개구를 복수의 관통 개구로 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향으로 비스듬하게 뻗은 적어도 하나의 테이퍼 면을 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면을 상기 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 테이퍼 면으로 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
제22항에 있어서, 상기 상부면으로부터 아래로 뻗어 있는 상기 적어도 하나의 테이퍼 면을 제공하는 것을 더 포함하고, 상기 테이퍼 면의 아래에 환형상의 오목한 면을 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤의 제조 방법.
오일 조절 링의 제조 방법으로서,:
중심축을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 대체로 평면인 상부면과 하부면을 가진 환형상의 본체를 얻는 것을 포함하고, 상기 본체가 상기 상부면과 하부면의 사이에 뻗어 있는 내측 오목한 면과 외측 볼록한 면을 가지고 있고; 그리고
환형상의 홈을 상기 상부면과 하부면에 형성하는 것;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 환형상의 홈들을 관통하여 뻗은 적어도 하나의 개구를 형성함으로써 상기 환형상의 홈들을 서로 유체 연통시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구를 서로 이격된 복수의 개구로 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제27항에 있어서, 상기 복수의 개구를 서로 등거리로 일정하게 이격시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제25항에 있어서, 환형상의 익스팬더 홈을 오목한 내측면에 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 상부면과 하부면 중의 적어도 하나로부터 상기 외측면쪽으로 반경방향 바깥쪽으로 비스듬하게 뻗은 적어도 하나의 테이퍼 면을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼 면을 상기 외측면쪽으로 수렴하는 한 쌍의 테이퍼 면으로 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.
제30항에 있어서, 상기 상부면으로부터 아래로 뻗어 있는 상기 적어도 하나의 테이퍼 면을 형성하는 것을 더 포함하고, 상기 테이퍼 면의 아래에 환형상의 오목한 면을 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 조절 링의 제조 방법.