KR20180122636A - 복잡한 형상의 단조된 피스톤 오일 갤러리 - Google Patents

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Abstract

냉각 갤러리 및 복잡한 연소 표면을 포함한 내연 기관용 피스톤이 제공된다. 피스톤은 예를 들어 하이브리드 유도 용접에 의해 하부 부재에 결합된 상부 크라운 부재를 포함한다. 복잡한 연소 통은 단조에 의해 상부 크라운 부재에 형성된다. 연소 통은 적어도 하나의 돌기 및 통상적으로 서로 이격된 복수의 돌기를 포함한다. 단조 단계 후에 그리고 결합 단계 전에, 돌기들 사이의 공간과 대향하게 위치된 언더크라운 표면의 부분이 기계 가공되며, 돌기와 정반대로 위치된 부분은 단조된 대로로 남는다. 크라운 부재는 예를 들어, 하이브리드 유도 용접에 의해 하부 부재에 결합된다.

Description

복잡한 형상의 단조된 피스톤 오일 갤러리
본 출원은 그 전체가 원용에 의해 본 출원에 포함되는, 2016년 3월 23일자로 출원된 미국 실용신안 출원 번호 15/078,813호의 이득을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 내연 기관, 특히 디젤 엔진용 피스톤에 관한 것이며, 더 구체적으로는 오일 갤러리를 갖는 피스톤에 관한 것이다.
특히 디젤 엔진에 관한 내연 기관의 용례에서, 냉각 오일용 폐쇄형 갤러리가 형성된 몸체를 피스톤에 제공하는 것이 공지되어 있다. 오일은 갤러리를 통해 순환하고 연소 열로부터 손상을 받기 쉬운 피스톤 부품을 냉각시킨다. 피스톤의 연소 통(combustion bowl) 주위의 외부 테두리는 특히 과열시 손상에 민감할 수 있다.
냉각 갤러리는 일반적으로 일정한 단면을 갖는 환형 또는 링-형상이고, 피스톤 링 벨트 내측 및 피스톤 몸체의 최상부 벽 및 외부 테두리에 인접하게 제공된다. 갤러리는 연소 통에 인접한 내부 벽에 의해 구획된다. 오일 갤러리는 개폐될 수 있다. 폐쇄되면, 갤러리 채널은 바닥 벽에 의해 바닥에서 폐쇄된다. 폐쇄된 갤러리에 대해서, 냉각 오일을 갤러리에 수용하기 위해 입구가 바닥 벽에 제공될 수 있거나 냉각 오일이 다른 수단에 의해 갤러리로 공급될 수 있다.
전통적으로, 디젤 엔진의 연소 통은 원형 대칭 형상을 가지며, 외부 테두리로부터 함몰된 중앙 부분까지 부드러운 파손되지 않은 표면을 가진다. 그러나, 오늘날 신규한 연소 통이 비-전통적이거나 복잡한 형상으로 설계되고 있다. 이들 비-전통적 형상은 연료를 더 효과적으로 그리고 덜 바람직하지 않은 배기가스로 연소시키기 위해 사용되는 것으로 이해된다. 그러나, 복잡한 연소 통 형상은 종래의 피스톤 갤러리가 있는 연소 통과 외부 테두리의 냉각을 더욱 어렵게 한다. 선삭 작업(turning operation)에 의한 종래의 기계 가공은 복잡한 형상의 연소 통과 유사하거나 대응하는 복잡한 형상을 오일 갤러리에 제공하지 못 할 것이다.
연소 통과 오일 갤러리 사이의 구조상의 차이가 상당히 상이한 두께를 갖는 벽, 또는 오일 갤러리 내에서 순환되는 오일에 의해 적절하게 냉각되는데 너무 두꺼운 벽을 생성하면, 재료가 과열될 수 있는 피스톤 내에 "핫 스폿(hot-spot)"이 발생할 수 있다. 핫 스폿 구역은 피스톤에 약점을 생성하여 피스톤 재료가 균열되거나 고장나게 할 수 있다. 피스톤이 고장나면, 이는 엔진 고장을 일으켜 차량에 대한 막대한 비용과 아마도 새로운 엔진 교체를 유발한다.
본 발명의 일 양태는 과열 우려를 감소시키기 위해 복잡한 연소 통 설계로 형성된 내연 기관용 피스톤을 제공한다. 피스톤은 외부 테두리에서 늘어진 링 벨트의 상부 부분, 및 링 벨트와 대향하게 외부 테두리에서 내향으로 늘어진 연소 통을 포함한다. 연소 통은 적어도 하나의 돌기, 및 전형적으로 중심축을 중심으로 원주 방향으로 서로 이격된 복수의 돌기를 포함한다. 피스톤의 하부 부재는 링 벨트의 상부 부분에 결합된 링 벨트의 하부 부분을 포함한다. 하부 부재는 또한 링 벨트에서 늘어진 측면 벽을 포함하며, 측면 벽은 핀 보어를 제공하는 핀 보스에 의해 서로 이격된다.
본 발명의 다른 양태는 피스톤 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 중심축 주위에 원주 방향으로 연장하는 외부 테두리를 포함하는 상부 크라운 부재, 외부 테두리에서 내향으로 늘어진 연소 통, 및 연소 통과 대향하게 외부 테두리에서 늘어진 링 벨트의 상부 부분을 포함하는 상부 크라운 부재를 제공하는 단계를 포함한다. 연소 통은 적어도 하나의 돌기를 포함한다. 상기 방법은 링 벨트의 하부 부분 및 링 벨트에서 늘어진 측면 벽을 포함하는 하부 부재를 제공하는 단계, 및 링 벨트의 하부 부분을 링 벨트의 상부 부분에 결합시키는 단계를 더 포함하며, 측면 벽은 핀 보어를 제공하는 핀 보스에 의해 서로 이격된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징과 장점은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 폐쇄된 오일 갤러리를 갖춘 피스톤을 예시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 복잡한 연소 통의 3 개의 예를 개략적으로 예시한다.
도 3은 연소 통의 대표적인 복합한 형상을 도시하는 피스톤 크라운(piston crown)의 개략적인 평면도이다.
도 4는 4-4 선을 따라 그리고 화살표의 방향으로 취한 도 1에 도시된 바와 같은 피스톤 크라운의 횡단면도이다.
도 5는 오일 갤러리의 적어도 하나의 표면의 기계 가공-선삭 다음의, 도 4와 유사한 피스톤 크라운의 다른 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 실시예에 대한 흐름도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 복잡한 형상을 갖는 연소 통을 포함하는 피스톤의 사시도이다.
도 8은 하부 부재와 결합하기 전인 도 7의 피스톤의 상부 크라운 부재의 횡단면도이다.
도 9는 상부 크라운 부재를 하부 부재에 결합한 후인 도 7의 피스톤의 횡단면도이다.
도 10은 도 7의 피스톤을 형성하는데 사용되는 예시적인 방법에 대한 흐름도이다.
연소 통이 복잡한 형상을 갖는 경우에 본 발명이 사용될 수 있는 대표적인 피스톤(100)이 도 1에 도시된다. 피스톤(100)은 피스톤 크라운 부재(10) 및 측벽(104)과 핀 보스(106)를 포함하는 하부 부재(102)를 포함한다. 피스톤 크라운(10) 및 하부 부재(102)는 완전한 피스톤(100)을 형성하기 위해서, 바람직하게 마찰 용접에 의해 함께 단단히 고정된다.
피스톤(100)은 피스톤, 특히 상부 표면, 연소 통 및 외부 테두리의 온도를 허용 가능한 온도 한계 내에서 유지하기 위해 오일이 순환되는 오일 갤러리를 가진다. 오일 갤러리는 크라운 부재(10) 내에 위치된 오일 갤러리 채널(105)을 포함한다. 오일 갤러리는 당업계에 주지된 바와 같이 개폐될 수 있다. 폐쇄된 경우에, 오일 갤러리의 바닥 벽은 통상적으로 하부 부재(102)의 일부로서 포함된다.
대표적인 복합 연소 통(12)을 갖춘 피스톤 크라운 부재(10)가 도 3에 도시된다. 연소 통(12)의 형상은 본질적으로 4 개의 측면(15, 16, 17 및 18)을 갖는 정사각형 형상이다. 도시된 형상에서, 측면은 둥근 코너(21, 22, 23 및 24)를 갖춘 직선형이다.
연소 통의 형상 및 측면(15 내지 18)의 선형성은 단지 복잡한 연소 통의 일례일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 본 발명에 따라서, 연소 통은 임의의 수의 측면 또는 측면 부분을 갖춘 임의의 둘레 또는 내부 형상을 가질 수 있다. 측면 및 내부 표면은 또한, 도시된 바와 같은 직선형 또는 곡선형 또는 아치형과 같은 임의의 형상을 가질 수 있고 직선형, 곡선형 또는 아치형이거나 범프(bump), 돌기, 리 세스, 리브(rib) 등을 갖는 섹션 또는 부분을 가질 수 있다. 또한, 코너(21 내지 24), 또는 측면 부분들 사이의 교차부 또는 결합부는 임의의 형상을 가질 수 있고 연소 통 내로 돌출되거나 연소 통으로부터 오목하게 될 수 있다.
피스톤 연소 통의 형상은 도 2a에 도시된 바와 같이 그의 외부 둘레가 복잡하거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 연소 통의 반경 방향 내측 구역에서 복잡하거나, 도 2c에 도시된 바와 같이 외부 둘레 및 내구 구역 모두에 대해 복잡할 수 있다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 이들 3 개의 일반적인 유형의 복잡한 형상을 갖는 연소 통을 대표한다. 본 발명은 그러한 복잡한 형상을 갖춘 연소 통을 수용할 수 있는 오일 갤러리 및 오일 갤러리 채널을 제공한다.
피스톤 크라운 및 전체 피스톤은 스틸 재료로 만들어진다. 피스톤 크라운(10)의 형상은 단조 공정에 의해 형성된다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라서, 피스톤 크라운의 오일 갤러리 채널은 연소 통 또는 그의 일부분과 동일한 공정에 의해 만들어진다. 도시된 실시예에서, 오일 갤러리 채널은 단조 공정에 이은 기계 가공 공정에 의해 만들어진다.
예시적인 실시예에 따라서, 연소 통을 형성하기 위한 단조 다이 및 오일 갤러리 채널을 형성하기 위한 단조 다이는 상응하는 형상을 가진다. 2 개의 다이는 유사한 직선 섹션 및 서로 대응하는 유사한 곡선 섹션을 가진다.
단조 공정 후의 피스톤 크라운(10)의 횡단면이 도 4에 도시된다. 단조 공정은 반드시 원주 방향으로 균일한 폭("W") 또는 균일한 깊이("D")를 가질 필요가 없는 환형 홈(30)을 형성한다. 홈(30)의 폭은 연소 통의 측면이 피스톤 크라운의 외부 표면으로부터 가장 먼 부분에서 더 넓다. 이들 구역은 도 3에 참조 부호 40으로 지정된다. 유사하게, 홈(30)이 가장 좁은 구역은 측면 부분들 사이의 코너 또는 교차부에 있다.
단조에 의해 만들어진 홈(30)의 깊이(D)는 단조 공정에서 사용되는 다이에 의존한다. 단조 다이가 교체 또는 개장될 필요가 있기 전에 단조 다이는 스틸 크라운 부재를 관통할 수 있고 여전히 반복적으로 사용될 수 있는 깊이에 대한 실제 제한이 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라서 오일 갤러리를 형성하는 후속 단계로서, 오일 갤러리의 형상은 도 5에 도시된 형상으로 기계 가공된다. 기계 가공 공정의 한 단계에서, 부재(50)로 대표되는 기계 가공 공구는 단조 공정에 의해 (화살표 52의 방향으로)형성된 오일 갤러리(30) 내로 삽입되며 오일 갤러리 채널의 외부 표면을 마무리하고 연소 통 주위에 전체적으로 환형 홈(60)을 형성는데 사용된다. 이러한 기계 가공 선삭은 오일 갤러리 채널을 피스톤 크라운의 상류(최상부 링 홈 근처 및 피스톤의 최상부 면 또는 외부 테두리(80) 근처)로 연장시킨다. 완전 기계 가공된 홈(60)은 단조 공정에서 만들어진 초기 채널(30) 위로 연장한다.
"기계 가공-선삭(machine-turning)" 또는 간단히 "선삭"은 공작물이 예컨대, 선반에서 회전하는 동안 절삭 공구, 전형적으로 비-회전 공구 비트가 선형으로 이동하는 기계 가공 공정이다. "기계 가공 선삭"은 공작물의 내부 표면 또는 외부 표면에서의 그러한 절단 또는 마무리 작업을 지칭할 수 있다. 오일 갤러리 채널의 일부 표면을 기계 가공할 때, 기계 가공 선삭은 내부 표면을 마무리하거나 형성한다.
기계 가공 선삭 공정은 또한 오일 갤러리 채널(30)의 내부 표면, 예컨대 표면(31)의 일부를 기계 가공하고 마무리하는데 사용될 수 있다. 연소 통의 복잡한 형상을 따르기 위한 오일 갤러리의 복잡한 형상으로 인해, 단조 공정에서 단조 다이에 의해 내측 갤러리 표면에 복수의 범프 또는 리세스가 형성될 수 있다. 기계 가공 공정에서 사용된 선삭 절차로 인해, 리세스 및 범프들 사이의 구역은 이러한 단계에서 마무리되지 않은(즉, 기계 가공되지 않은) 상태로 남는다. 도 5의 내부 갤러리 채널 표면(32 및 33)은 마무리되지 않고 단조 후에 그들 원래의 상태로 남아있다.
도 3에서, 마무리된 환형 홈(60)의 외부 원주는 은선(hidden line)(60')으로 표시된다. 또한, 복잡한 형상의 오일 갤러리의 내부 마감 표면(예컨대, 표면(31))은 은선(30')으로 표시된다. 마무리되지 않은 상태로 남은 구역(예를 들어, 리세스)는 도 5의 참조 부호(32 및 33)로 표시된다. 도 4에 도시된 형상(30)을 갖는 오일 갤러리 채널은 단조 다이에 의해 형성될 수 있다.
통상적인 단조 작업에서, 피스톤 크라운 부재(10)의 하부 표면 내의 오일 갤러리 채널은 다른 단조 다이가 피스톤 크라운 부재의 상부 표면 또는 상부 측면 상에 복잡한 형상의 연소 통을 형성하는 동시에 형성될 것이다.
본 발명의 공정은 복잡한 형상의 연소 통의 외부 둘레 형상과 유사하거나 실질적으로 동일한 둘레 내부 형상을 갖는 피스톤을 위한 환형 오일 갤러리를 제공한다. 이는 오일 갤러리와 연소 통(12) 사이의 벽 구역(70)의 두께를 최소화하고 연소 통 외측 주위의 벽 두께를 균일하게 한다. 단조 및 기계 가공 공정의 실제 한계로 인해, 모든 벽의 두께는 연소 통의 원주 주위에서 정확하게 동일하지 않을 것이다. 그러나, 본 발명은 전체 오일 갤러리 주위에서 벽 두께(70)를 실제처럼 얇고 균일하게 한다. 이는 피스톤이 연소 통 벽 표면 및 외부 테두리(80)의 온도를 적절한 한계 내에서 유지하도록 마무리될 때 오일 갤러리로 오일의 도입을 허용하고 해로운 핫 스폿을 예방한다.
본 발명에 의해서, 핫 스폿을 생성할 수 있는 두꺼운 벽 섹션이 최소화되거나 제거된다. 피스톤의 과열 구역("핫 스폿"이라고 또한 불림)은 균열 또는 고장날 수 있는 약점을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로 피스톤의 고장은 고가의 수리 및 엔진 교체 가능성을 유도할 수 있다.
피스톤에 대한 바람직한 냉각은 벽이 균일한 두께를 갖고 비교적 얇을 때 제공될 수 있다. 얇은 벽을 갖춘 피스톤은 또한 무게가 적어 엔진에 대한 작은 변형만을 제공한다. 이는 양호한 가스 연비와 적은 유해 배출가스를 초래한다.
도 6은 피스톤 크라운 내의 복잡한 연소 통의 형상에 그 형상이 대응하는 오일 갤러리 채널을 피스톤 크라운 내에 형성하는 예시적인 방법에 대한 흐름도(108)를 제시한다. 먼저, 피스톤 크라운 부재는 스틸 재료(110)로 만들어진다. 이는 임의의 종래 제작 절차에 의해 행해질 수 있다.
그 후, 복잡한 형상의 연소 통이 피스톤 크라운 부재(112)의 최상부 또는 상부 표면에 형성된다. 이러한 단계는 스틸 단조 공정에 의해 형성된다.
동시에 또는 그 후에, 오일 갤러리 채널(30)은 연소 통의 형상과 유사하거나 그 형상에 대응하는 형상으로 피스톤 크라운 부재의 하부 표면 또는 하부 측면에 형성된다. 이는 박스(114)에 도시된다. 이러한 단계는 또한 단조 공정에 의해 수행되고, 바람직하게 연소 통을 단조하는 것과 동시에 수행된다.
마지막으로, 피스톤 크라운 부재의 오일 갤러리 채널은 그의 크기를 확대시키고 이를 피스톤 크라운 부재 및 연소 통의 외부 테두리(80)에 더 가깝게 하도록 기계 가공하여 마무리된다(116). 이러한 단계에서, 환형 홈(60)이 절삭 공구에 의해 형성되며, 기계 가공 선삭 작동에 의해 마무리될 수 있는 갤러리 채널의 다른 표면(즉, 리세스 및 범프들 사이의 구역을 제외한 표면)은 원하는 대로 마무리될 수 있다.
복잡한 연소 통(212)을 갖춘 다른 예시적인 피스톤(200)이 도 7 내지 도 9에 일반적으로 도시된다. 예시적인 피스톤(210)의 크라운 부재(210)는 복합한 연소 통(212)을 생성하기 위해 단조에 의해 제작된다. 크라운 부재(210)는 중심축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 외부 테두리(280)를 포함한다. 연소 통(212)은 외부 테두리(280)에서 내향으로 늘어져 있고 외부 테두리(280)에서 내향으로 연장하는 적어도 하나의 돌기(226)를 포함한다. 도 7 내지 도 9의 예시적인 실시예에서, 연소 통(212)은 서로 대향하게 배치된 한 쌍의 돌기(226)를 포함한다. 대안으로, 피스톤(200)은 외부 테두리(280)를 따라 원주 방향으로 서로 이격된 더 많은 수의 돌기(226), 예를 들어 4 개, 5 개 내지 8 개 또는 10 개까지의 돌기(226)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 돌기(226)는 동일한 크기이며, 돌기(226)는 동일한 거리만큼 서로로부터 이격되며, 각각의 돌기(226)는 외부 테두리(280)로부터 연소 통(212)의 기저부까지 연장한다. 그러나, 돌기(226)는 상이한 크기 및 형상을 포함할 수 있고 동일하지 않은 거리만큼 이격될 수 있다. 도 7 내지 도 9의 예시적인 실시예에서, 연소 통(212)의 기저부는 중앙축에 정점을 형성하도록 돌기(226)로부터 상향으로 연장한다. 그러나, 연소 통(212)은 다른 형상을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예의 돌기(226)는 또한 외부 테두리(280)와 연소 통(212)의 기저부 사이에 예리한 지점을 제공하며, 돌기(226)들 사이의 공간은 오목한 표면을 제공한다.
크라운 부재(210)는 연소 통(212)에 대향하게 지향하는 언더크라운 표면(231)을 더 포함한다. 돌기(226)와 대향되게 위치된 언더크라운 표면(231)의 부분은 단조된 상태로 남게 되며, 돌기(226)들 사이의 공간에 대향되게 위치된 언더크라운 표면(231)의 부분이 기계 가공된다. 기계 가공된 부분은 오일 냉각 갤러리(230)의 부분을 최종적으로 형성하게 될 부분이다. 복수의 링 홈을 포함하는 링 벨트(228)의 상부 부분은 연소 통(212)에 대향하는 외부 테두리(280)에서 늘어져 있다. 내부 리브(238)의 상부 부분은 언더크라운 표면(231)으로부터 하향으로 그리고 중심축을 중심으로 원주 방향으로 연장한다. 도 8은 크라운 부재(210)를 하부 부재(202)에 결합하기 전의 크라운 부재(210)의 횡단면이다.
도 7 내지 도 9의 예시적인 피스톤(200)의 하부 부재(202)는 링 벨트(228)의 하부 부분을 포함하여 복수의 링 홈을 제공하고 링 벨트(228)의 상부 부분에 결합된다. 피스톤(200)의 하부 부재(202)는 또한 내부 리브(238)의 상부 부분에 결합된 내부 리브(238)의 하부 부분을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 하이브리드 유도 용접은 크라운 부재(210)를 하부 부재(202)에 결합하는데 사용된다. 도 9는 결합 단계 후의 크라운 부재(210) 및 하부 부재(202)의 횡단면도이다. 그러나, 다른 결합 방법, 예를 들어 마찰 용접, 레이저 용접, 다른 용접 기술 또는 접착이 사용될 수 있다. 하부 부재(202)는 또한 링 벨트(228)로부터 내부 리브(238)까지 연장하는 하부 벽(242)을 포함한다. 링 벨트(228), 하부 벽(242), 내부 리브(238) 및 언더크라운 표면(231)은 함께, 피스톤(200)의 중심축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 냉각 갤러리(230)를 그 사이에 형성한다. 피스톤(200)의 하부 부재(202)는 또한 링 벨트(228)에서 늘어져 있는 측벽(204)을 포함하며, 측벽(204)은 핀 보스(206)를 개재시킴으로써 서로 이격된다. 각각의 핀 보스(206)에는 핀 보어(244)가 형성된다.
본 발명의 다른 양태는 도 7 내지 도 9에 도시된 예시적인 피스톤(200)을 제작하는 방법을 제공한다. 도 10은 예시적인 실시예에 따른 피스톤(200)을 제작하는 일반적인 단계를 열거한 흐름도이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 상기 방법은 상부 크라운 부재(210)를 형성하기 위해서 스틸과 같은 금속 재료를 단조함으로써 시작한다. 단조 단계는 외부 테두리(280) 및 외부 테두리(280)를 따라 원주 방향으로 서로 이격된 적어도 하나의 돌기(226) 또는 복수의 돌기(226)를 포함하는 연소 통(212)을 형성하는 것을 포함한다. 상부 크라운 부재(210)는 또한 연소 통(212)에 대향하는 외부 테두리(280)에서 늘어진 링 벨트(228)의 상부 부분을 포함하도록 단조된다. 예시적인 실시예에 따라서, 단조 단계는 950 ℃ 초과의 온도에서 열간 단조 또는 750 ℃ 내지 950 ℃ 범위의 온도에서 온간 단조(warm forging)를 포함한다. 또한, 예시적인 실시예에 따라서, 단조 단계 동안 복잡한 연소 통(212)을 형성한 후에, 연소 통(212)의 추가 기계 가공은 수행되지 않는다. 그러나, 외부 테두리(280)는 부분적으로 기계 가공되며, 연소 통(212)은 연소 통(212)의 일부 구역에서 선택적으로 기계 가공될 수 있다. 하부 부재(202)는 단조, 주조 또는 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 방법은 크라운 부재(210)를 하부 부재(202)에 결합시키기 전에 단조된 크라운 부재(210)의 연소 통(212)에 대향하게 위치된 언더크라운 표면(231)의 부분을 기계 가공하는 단계를 더 포함한다. 예시적인 실시예에서, 상기 방법은 오일 냉각 갤러리(230)를 형성할 언더크라운 표면(231)의 부분을 부분 기계 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따라서, 언더크라운 표면(231)의 기계 가공된 부분은 돌기(226)들 사이의 공간에 대향하게 위치된다. 돌기(226)와 대향하게 위치된 언더크라운 표면(231)의 부분은 단조 및 기계 가공되지 않은 채로 남는다. 상기 방법은 또한 피스톤(200) 주위에 환형 홈(260)을 기계 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기계 가공된 환형 홈(260)은 링 벨트(228)에 인접하게 위치된다.
기계 가공 단계 후에, 상기 방법은 상부 크라운 부재(210)를 하부 부재(202)에 결합하는 단계를 포함한다. 결합 단계는 내부 리브(238)의 하부 부분을 내부 리브(238)의 상부 부분에 결합시키며, 링 벨트(228)의 상부 부분을 링 벨트(228)의 하부 부분에 결합시키며, 따라서 냉각 갤러리(230)를 내부 리브(238), 링 벨트(228), 하부 벽(242) 및 언더크라운 표면(231) 사이에 형성하는 것을 포함한다.
예시적인 방법은 상부 크라운 부재(210)를 하부 부재(202)에 결합하는 하이브리드 유도 용접 단계를 포함한다. 하이브리드 유도 용접 기술은 유도에 의해 부재(202, 210)를 가열하고, 결합 직후에 중심축을 중심으로 서로에 대해 360 °미만으로 부재(202, 210)를 회전시키는 것을 포함한다. 하이브리드 유도 용접 단계의 종료시, 적어도 하나의 돌기(226) 또는 돌기(226)들은 핀 보어(244)에 대해 특정 위치에 위치된다. 그러나, 크라운 부재를 하부 부재에 결합하는 방법은 대안으로, 마찰 용접 또는 레이저 용접과 같은 다른 용접 기술 또는 접착을 포함할 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예에 대해 설명되었지만, 다음 청구범위의 전체 범주 내에 있는 변경 및 수정이 그 범위 내에서 이루어질 수 있기 때문에 본 발명은 예시적인 실시예에 한정되지 않는다는 것이 또한 이해되어야 한다.
모든 청구범위 및 모든 실시예의 모든 특징은 그러한 조합이 서로 모순되지 않는 한, 서로 조합될 수 있는 것으로 고려된다.

Claims (20)

  1. 피스톤으로서,
    중심축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 외부 테두리, 외부 테두리에서 늘어진 링 벨트의 상부 부분, 및 링 벨트와 대향하는 외부 테두리에서 내향으로 늘어져 있고 적어도 하나의 돌기를 포함하는 연소 통을 포함하는 상부 크라운 부재; 및
    링 벨트의 상부 부분에 결합되는 링 벨트의 하부 부분 및 링 벨트에서 늘어져 있고 핀 보어를 제공하는 핀 보스에 의해 서로 이격된 측면 벽을 포함하는 하부 부재를 포함하는
    피스톤.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중심축을 중심으로 원주 방향으로 서로 이격된 복수의 돌기를 포함하는
    피스톤.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재는 연소 통과 대향하는 언더크라운 표면을 포함하며, 상기 돌기와 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분은 단조된 상태로 남아 있으며, 돌기들 사이의 공간과 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분은 기계 가공되는
    피스톤.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기는 크기가 동일하고 동일한 거리만큼 서로 이격되는
    피스톤.
  5. 제 4 항에 있어서,
    인접한 돌기들 사이의 각각의 공간은 오목한 표면을 제공하는
    피스톤.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 돌기는 외부 테두리로부터 연소 통의 기저부까지 연장하며, 연소 통의 기저부는 피스톤의 중심축에 정점을 형성하기 위해 적어도 하나의 돌기로부터 상향으로 연장하는
    피스톤.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재는 연소 통과 대향하게 지향하는 언더크라운 표면을 포함하며, 상기 상부크라운 부재는 언더크라운 표면으로부터 그리고 중심축을 중심으로 원주 방향으로 연장하는 내부 리브의 상부 부분을 포함하며, 상기 하부 부재는 내부 리브의 상부 부분에 결합된 내부 리브의 하부 부분을 포함하며, 상기 하부 부재는 링 벨트의 하부 부분으로부터 내부 리브의 하부 부분까지 연장하는 하부 벽을 포함하며, 상기 내부 리브, 링 벨트, 하부 벽 및 언더크라운 표면은 그 사이에 냉각 갤러리를 한정하는
    피스톤.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재는 중심축을 중심으로 원주 방향으로 서로 이격된 복수의 돌기를 포함하며,
    상기 돌기는 동일한 크기이고 동일한 거리만큼 서로 이격되며,
    각각의 돌기는 외부 테두리로부터 연소 통의 기저부까지 연장하며,
    상기 연소 통의 기저부는 중심축에 정점을 형성하기 위해 돌기로부터 상향으로 연장하며,
    상기 돌기들 사이의 각각의 공간은 오목한 표면을 제공하며,
    상기 돌기와 대향하게 위치된 언더크라운 표면의 부분은 단조된 상태대로 남아 있으며,
    상기 돌기들 사이의 공간과 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분은 기계 가공되는
    피스톤.
  9. 피스톤 제작 방법으로서,
    중심축 주위에서 원주 방향으로 연장하는 외부 테두리, 외부 테두리에서 내향으로 늘어져 있고 적어도 하나의 돌기를 포함하는 연소 통, 및 연소 통과 대향하게 외부 테두리에서 늘어지는 링 벨트의 상부 부분을 포함하는 상부 크라운 부재를 제공하는 단계;
    링 벨트의 하부 부분, 및 링 벨트에서 늘어지고 핀 보어를 제공하는 핀 보스에 의해 서로 이격되는 측면 벽을 포함하는 하부 부재를 제공하는 단계; 및
    링 벨트의 하부 부분을 링 벨트의 상부 부분에 결합하는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재를 제공하는 단계는 재료 단편을 단조하는 단계, 및 단조 단계 중에 적어도 하나의 돌기를 연소 통에 형성하는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단조 단계는 950 ℃ 초과의 온도에서의 열간 단조 또는 750 ℃ 내지 950 ℃ 범위의 온도에서의 온간 단조를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 단조 단계는 중심축을 중심으로 원주 방향으로 서로 이격된 복수의 돌기를 형성하는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 상부 크라운은 언더크라운 표면을 포함하고 돌기들 사이의 공간과 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분을 기계 가공하는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    단조되고 기계 가공되지 않은 대로 돌기와 대향하게 위치된 언더크라운 표면의 부분 남기는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 언더크라운 표면을 따라 환형 홈을 기계 가공하고 피스톤 주위로 연장하는 단계를 포함하며, 상기 기계 가공된 환형 홈은 단조된 대로의 부분과 링 벨트 사이에 위치되는
    피스톤 제작 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 연소 통의 기계 가공은 단조 단계 후에 수행되지 않는
    피스톤 제작 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 결합 단계는 용접 또는 접착을 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 결합 단계는 하이브리드 유도 용접을 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재는 연소 통과 대향하게 지향하는 언더크라운 표면을 포함하며, 상기 상부 크라운 부재는 언더크라운 표면으로부터 그리고 중심축을 중심으로 원주 방향으로 연장하는 내부 리브의 상부 부분을 포함하며, 상기 하부 부재는 내부 리브의 하부 부분을 포함하며, 상기 하부 부재는 링 벨트의 하부 부분으로부터 내부 리브의 하부 부분까지 연장하는 하부 벽을 포함하며;
    상기 결합 단계는 내부 리브의 상부 부분에 내부 리브의 하부 부분을 결합하는 단계, 및 내부 리브, 링 벨트, 하부 벽 및 언더크라운 표면 사이에 냉각 갤러리를 형성하는 단계를 포함하는
    피스톤 제작 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 상부 크라운 부재를 제공하는 단계는 재료 단편을 단조하는 단계 및 단조 단계 중에 복수의 돌기를 연소 통에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 돌기는 중심축을 중심으로 원주 방향으로 서로 이격되며,
    상기 단조 단계는 950 ℃ 초과의 온도에서의 열간 단조 또는 750 ℃ 내지 950 ℃ 범위의 온도에서의 온간 단조를 포함하며,
    상기 결합 단계는 하이브리드 유도 용접을 포함하며,
    결합 단계 전에 돌기들 사이의 공간과 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분을 기계 가공하는 단계,
    결합 단계 전에 언더크라운 표면을 따라 그리고 피스톤 주위로 연장하는 환형 홈을 기계 가공하는 단계, 및
    단조되고 기계 가공되지 않은 대로 돌기와 대향하게 위치되는 언더크라운 표면의 부분을 남겨두는 단계를 더 포함하며,
    상기 기계 가공된 환형 홈은 단조된 대로의 부분과 링 벨트 사이에 위치되는
    피스톤 제작 방법.
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