KR20190086501A - 내연기관용 스틸 피스톤 - Google Patents

내연기관용 스틸 피스톤 Download PDF

Info

Publication number
KR20190086501A
KR20190086501A KR1020197017079A KR20197017079A KR20190086501A KR 20190086501 A KR20190086501 A KR 20190086501A KR 1020197017079 A KR1020197017079 A KR 1020197017079A KR 20197017079 A KR20197017079 A KR 20197017079A KR 20190086501 A KR20190086501 A KR 20190086501A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston
shaft surface
internal combustion
combustion engine
shaft
Prior art date
Application number
KR1020197017079A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102384112B1 (ko
Inventor
랄프 메스케
루카스 메르츠
미카엘 크라에머
크리스토퍼 슈몰
Original Assignee
페데랄-모굴 뉘른베르크 게엠바하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페데랄-모굴 뉘른베르크 게엠바하 filed Critical 페데랄-모굴 뉘른베르크 게엠바하
Publication of KR20190086501A publication Critical patent/KR20190086501A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102384112B1 publication Critical patent/KR102384112B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0084—Pistons  the pistons being constructed from specific materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F02F2003/0061—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping by welding

Abstract

내연기관용 스틸 피스톤(10)으로서, 설치된 상태에서 피스톤(10)이 압력 측 및 역압 측에서 실린더 보어 또는 실린더 라이너와 맞닿는 샤프트 표면(12, 14) 및 냉각 채널을 가지며, 하나의 샤프트 표면(12)은 다른 샤프트 표면(14)보다 25~50% 더 작은 폭을 갖는 내연기관용 스틸 피스톤(10)에 관한 발명이다.

Description

내연기관용 스틸 피스톤
본 발명은 내연기관용 스틸 피스톤에 관한 것이다.
특히 대형 연소기관(heavy-duty combustion engines)의 경우, 일반적으로 피스톤 축에 대하여 회전 대칭으로 설계된 스틸 피스톤이 흔히 이용된다. US 2012/0037112 A1호에 따른 피스톤이 일 예이다. 또한, US 8,220,432 B2호는 피스톤의 샤프트 표면에 대하여 비대칭인 피스톤을 개시하고 있다.
샤프트 표면의 폭는 일반적으로 설치 공간과 관련된 조건들에 의해 결정되는데, 이 조건들은 작은 커넥팅 로드 아이(connecting rod eye)와 피스톤의 내부 영역의 오일 스프레이 노즐 위치에 의해 규정된다. 높은 실린더 피크(peak) 압력으로 인해, 대형 피스톤의 작은 커넥팅 로드 아이는 상대적으로 넓다. 오일 스프레이 노즐은 커넥팅 로드의 회전 동작(swivel movement)이 차지하는 설치 공간의 옆에 배치되며, 그 결과 샤프트 표면의 최소 내부 폭이 결정된다. 이는 샤프트 폭이 피스톤 직경의 70~80%가 되는 결과를 초래한다. 샤프트 표면과 피스톤 허브 사이의 연결 벽은 일반적으로 직선형으로 형성된다.
밸브 포켓이 없고 핀 보어의 전위(dislocation)가 없는 피스톤의 경우, 피스톤 축에 대해 회전 대칭으로 설계하면 엔진 내에서 비틀림 없이 설치 가능하게 된다.
본 발명은 마찰 및 연료 소비와 관련하여 개선된 스틸 피스톤을 제작하려는 목적에 기초한다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항에 기재된 스틸 피스톤에 의해 이룰 수 있다.
결과적으로, 스틸 피스톤은 샤프트 표면들을 포함하는데, 그 샤프트 표면들 중 하나는 다른 하나보다 25~50% 더 좁다. 샤프트 폭의 감소는 30~35%만큼인 것이 바람직하며, 약 33%만큼인 것이 특히 바람직하다. 이는 유체역학적 마찰의 감소로 귀결되며, 발명자가 연구한 결과에 따르면, 이러한 감소는 연료 소비와 관련된다. 샤프트의 폭과 관련하여 감소되는 샤프트 표면의 선택은 오일 스프레이 노즐의 위치로부터 기인하며, 변경이 없는 보다 넓은 샤프트 표면은 바람직하게는 오일 스프레이 노즐 측에 제공되고, 그 반대측 샤프트 표면은 감소되는 측을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 스틸 피스톤에 통상적으로 제공되는 회전 대칭성을 포기하되, 필요한 조건들이 본 발명에 따른 스틸 피스톤에 의해 여전히 충족되며, 마찰뿐만 아니라 중량도 유리하게 감소될 수 있다.
이것은 예를 들어, 연료 소비를 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 스틸 피스톤은 바람직하게는 대형 디젤 엔진에 이용된다. 광범위한 시뮬레이션 계산 결과에 따르면, 고속도로 주행을 위한 정상 작동 지점에서의 대형 스틸 피스톤의 마찰은 유체역학적 요소에 의해 주로 결정된다. 다른 요인들 중에서, 유체역학적 마찰은 접촉면의 크기에 크게 의존한다. 따라서, 피스톤의 샤프트 접촉면의 폭을 감소시킴으로써 연료 소비의 감소를 달성한다.
본 발명에 따른 스틸 피스톤은 적어도 하나의 냉각 채널을 구비하기 때문에, 바람직하게는 보다 작은 샤프트 표면 측에 배치되는 냉각 채널 출구가 제공될 것이다. 이와는 무관하게, 냉각 채널 출구는 본 발명에 따라 중앙에 제공되어, 유출되는 오일이 유리한 방식으로 피봇팅 커넥팅 로드(pivoting connecting rod)에 도달하고 작은 커넥팅 로드 아이의 방향으로 부분적으로 운반되어, 윤활작용이 이 부분에서 유리한 방식으로 일어난다. 이러한 배치는 유리하게는 출구 또는 배출구를 추가할 필요가 없도록 한다.
본 발명의 바람직한 추가적인 개발예는 다른 청구항에 기재되어 있다.
특히, 예를 들어 단조용 다이로부터의 이형(demolding)과 관련하여, 보다 작은 샤프트 표면은 피스톤 크라운을 바라보는 단부에서 반대측 단부에서보다 더 넓은 실시예가 바람직하다.
전형적으로, 샤프트 표면은 소위 연결 벽(connecting wall)에 의해 핀 허브에 연결된다. 본 명세서에서 기술된 본 발명은 적어도 하나의 샤프트 표면이 비스듬히 연결되도록 하며, 이것은 연결의 강성(rigidity)에 유리하다.
압력 측에 바람직하게 제공되는 보다 넓은 샤프트 표면의 강성과 관련하여, 이것은 적어도 하나의 볼록면(convexity), 두껍게 된 부분(thickening) 또는 벌지부(bulge)를 갖는 것이 유리하다.
마지막으로, 본 발명에 따른 스틸 피스톤은 마찰 용접에 의해 연결된 적어도 2개의 구성요소로 구성되는 것이 바람직하다. 피스톤의 하부는 단조 또는 주조에 의해 제조될 수 있다. 단조 제조 공정에서, 이형 챔퍼(demolding chamfer)가 제공되어야 한다. 이것은 샤프트 표면들이 피스톤 크라운을 바라보는 각각의 단부에서 반대측 단부에서보다 더 넓은, 샤프트 표면의 실시예로 귀결된다.
이하, 도면으로부터의 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도면은 다음과 같다:
도 1은 본 발명에 따른 피스톤의 저면도이며;
도 2는 본 발명에 따른 피스톤의 측면도이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예에서 역압 측에 제공되는 샤프트 표면(12) 및 압력 측의 샤프트 표면(14)은 연결 벽(20)에 의해 피스톤 허브(26)에 연결되며, 피스톤 허브는 피스톤 핀 보어를 포함한다. 역압 측의 샤프트 표면(12)은 도 2의 측면도에서 추가적으로 볼 수 있는 바와 같이 명백하게 더 작고, 특히 더 좁다. 그러나, 오일 스프레이 노즐의 위치가 역압 측에 있는 경우, 압력 측의 샤프트 표면(14)이 더 작게 제작될 수도 있다.
도 1은 냉각 채널 입구(24)가 옆으로 배치되는 반면, 냉각 채널 출구(16)는 기본적으로 중심에 배치되는 것을 추가적으로 도시하고 있다. 압력 측과 관련하여, 도 1은 샤프트 벽의 내측이 압력 측의 하단부에 볼록면(convexity)(22)를 가진 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 이것은 바람직하게는 피스톤 축 방향으로 샤프트 벽의 전체 "높이"에 걸쳐 연장된다. 즉, 샤프트의 벽은 기본적으로 중앙에서 두껍게 되어 있거나, 안쪽을 향해 볼록하게(bulged) 되어 있다. 볼록면(convexity)은 예를 들어, 샤프트 표면(14)의 폭의 약 1/3 이상으로 연장되고, 샤프트 표면(14)의 벽 두께로의 2개의 전이부와 마찬가지로, 둥글게 되어있다. 이와 관련하여, 오목부는 볼록면(22)의 각 측면 상에 생성된다.
도 2는 보다 작은 샤프트 표면(12)이 피스톤 크라운(18)을 바라보는 단부에서 반대측 단부에서보다 약간 더 넓은 것을 추가적으로 도시하고 있다. 그러나 명백하게 챔퍼된(chamfered) 하단부를 제외하고, 상단부에서 원주방향으로 측정된 폭은 하단부에서의 폭의 최대 120%이다. 또한, 적어도 하나의 측면 모서리(lateral edge), 바람직하게는 양 샤프트 표면(12, 14)의 측면 모서리는 대체로 직선으로 연장된다. 마지막으로, 도시된 예에서, 보다 큰 샤프트 표면(14)은 상단부 및 하단부에서 실질적으로 동일한 폭을 갖는다.

Claims (5)

  1. 내연기관용 스틸 피스톤(10)으로서, 설치된 상태에서 상기 피스톤(10)이 압력 측 및 역압 측에서 실린더 보어 또는 실린더 라이너와 맞닿는 샤프트 표면(12, 14) 및 적어도 하나의 냉각 채널을 가지며,
    하나의 샤프트 표면(12)은 다른 샤프트 표면보다 25~50% 더 작은 폭을 가지며,
    보다 좁은 샤프트 표면 측에 냉각 채널 출구(16)가 중앙에 배치되는, 내연기관용 스틸 피스톤.
  2. 제1항에 있어서, 보다 좁은 샤프트 표면(12)은 피스톤 크라운(18)쪽으로 향하는 단부에서 피스톤 크라운(18) 반대측 단부에서보다 더 넓은, 내연기관용 스틸 피스톤.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샤프트 표면(12, 14)은 연결 벽(20)에 의해 피스톤 허브(26)에 연결되며, 상기 샤프트 표면(12, 14)과 피스톤 허브(26) 사이의 적어도 하나의 연결 벽(20)은 비스듬히 설계된, 내연기관용 스틸 피스톤.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 보다 넓은 샤프트 표면(14)은 안쪽에 적어도 하나의 볼록면(convexity)(22)를 갖는, 내연기관용 스틸 피스톤.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 마찰 용접에 의해 결합되는 적어도 2개의 구성요소로 구성된, 내연기관용 스틸 피스톤.
KR1020197017079A 2016-11-28 2017-08-17 내연기관용 스틸 피스톤 KR102384112B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016223530.3 2016-11-28
DE102016223530.3A DE102016223530A1 (de) 2016-11-28 2016-11-28 Stahlkolben für einen Verbrennungsmotor
PCT/EP2017/070830 WO2018095601A1 (de) 2016-11-28 2017-08-17 Stahlkolben für einen verbrennungsmotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190086501A true KR20190086501A (ko) 2019-07-22
KR102384112B1 KR102384112B1 (ko) 2022-04-06

Family

ID=59738312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197017079A KR102384112B1 (ko) 2016-11-28 2017-08-17 내연기관용 스틸 피스톤

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11131269B2 (ko)
EP (1) EP3545182B1 (ko)
KR (1) KR102384112B1 (ko)
CN (1) CN109996948B (ko)
DE (1) DE102016223530A1 (ko)
MX (1) MX2019006116A (ko)
WO (1) WO2018095601A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5894824A (en) * 1996-02-29 1999-04-20 Unisia Jecs Corporation Piston for internal combustion engines
US20100229820A1 (en) * 2009-03-12 2010-09-16 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Internal Combustion Engine Piston
US20110107997A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Florin Muscas Steel piston with cooling gallery and method of construction thereof
JP2012136972A (ja) * 2010-12-24 2012-07-19 Honda Kinzoku Gijutsu Kk エンジン用のピストン

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR822409A (fr) * 1936-09-05 1937-12-30 Perfectionnements au moulage des pistons, à ces pistons et nouveaux pistons obtenus
JPS63112666U (ko) * 1987-01-14 1988-07-20
JP2549460Y2 (ja) * 1990-01-10 1997-09-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関用ピストン
JPH03112551U (ko) * 1990-03-02 1991-11-18
JPH1136978A (ja) * 1997-07-16 1999-02-09 Unisia Jecs Corp 内燃機関用ピストン
JPH11303674A (ja) * 1998-04-24 1999-11-02 Unisia Jecs Corp 内燃機関のピストン
JP2000303905A (ja) * 1999-04-16 2000-10-31 Toyota Motor Corp ピストンの冷却構造
US6244161B1 (en) * 1999-10-07 2001-06-12 Cummins Engine Company, Inc. High temperature-resistant material for articulated pistons
EP1242759B1 (en) * 1999-12-30 2008-12-17 Federal-Mogul Corporation Piston having uncoupled skirt
GB2367602B (en) 2000-10-07 2004-10-27 Federal Mogul Bradford Ltd Piston for internal combustion engine
JP2002317691A (ja) * 2001-04-19 2002-10-31 Unisia Jecs Corp 内燃機関のピストン
US6526871B1 (en) * 2001-08-24 2003-03-04 Federal-Mogul World Wide, Inc. Monobloc piston for diesel engines
DE10230746B4 (de) * 2002-07-09 2015-10-01 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben
US7895937B2 (en) * 2006-11-08 2011-03-01 Federal-Mogul World Wide, Inc. Piston having twisted skirt panels
US9970384B2 (en) 2009-11-06 2018-05-15 Federal-Mogul Llc Steel piston with cooling gallery and method of construction thereof
DE102011080822A1 (de) 2011-08-11 2013-02-14 Mahle International Gmbh Kolben
CN104024615B (zh) * 2011-12-28 2016-08-17 本田技研工业株式会社 用于内燃发动机的活塞
DE102012203570A1 (de) * 2012-03-07 2013-09-12 Mahle International Gmbh Gegossener Leichtmetallkolben, insbesondere ein Aluminiumkolben
CN202970934U (zh) 2012-12-07 2013-06-05 山东滨州渤海活塞股份有限公司 新型汽油机轻量化内冷镶圈活塞
DE102013013962A1 (de) * 2013-08-23 2015-02-26 Mahle International Gmbh Baueinheit aus einem Kolben und einer Anspritzdüse für einen Verbrennungsmotor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5894824A (en) * 1996-02-29 1999-04-20 Unisia Jecs Corporation Piston for internal combustion engines
US20100229820A1 (en) * 2009-03-12 2010-09-16 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Internal Combustion Engine Piston
US20110107997A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Florin Muscas Steel piston with cooling gallery and method of construction thereof
JP2012136972A (ja) * 2010-12-24 2012-07-19 Honda Kinzoku Gijutsu Kk エンジン用のピストン

Also Published As

Publication number Publication date
US11131269B2 (en) 2021-09-28
DE102016223530A1 (de) 2018-05-30
CN109996948A (zh) 2019-07-09
MX2019006116A (es) 2019-08-01
EP3545182A1 (de) 2019-10-02
US20210115874A1 (en) 2021-04-22
EP3545182B1 (de) 2020-11-25
WO2018095601A1 (de) 2018-05-31
CN109996948B (zh) 2022-06-17
KR102384112B1 (ko) 2022-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10151269B2 (en) Mass efficient piston
US8539928B2 (en) Piston assembly and connecting rod having a profiled wrist pin bore therefor
US8701619B2 (en) Internal combustion engine piston
EP3071823B1 (en) Monolithic, galleryless piston and method of construction thereof
JP6668377B2 (ja) 低いコンプレッションハイトを有する、頑丈かつ軽量のピストンおよびその構成方法
US20060096557A1 (en) Monosteel piston having oil drainage groove with enhanced drainage features
US20110174153A1 (en) Piston for an internal combustion engine
JP6242693B2 (ja) 内燃機関のピストン
US4683808A (en) Light alloy piston for internal combustion engines
EP2626598B1 (en) Engines and pistons for them
CN201284698Y (zh) 销孔镶铜质衬套式内冷结构活塞
KR102384112B1 (ko) 내연기관용 스틸 피스톤
CN101896744A (zh) 用于内燃机的销毂以及设有该销毂的活塞
CN107636276B (zh) 四冲程内燃发动机以及用于该发动机的活塞
JP6206191B2 (ja) 内燃機関のピストン
EP2908033B1 (en) Connecting rod
US9909526B2 (en) Monobloc piston with a low friction skirt
JP2021032171A (ja) 内燃機関のピストン、及び内燃機関
US20170254290A1 (en) Galleryless piston with connection to pockets
WO2017130457A1 (ja) 連接棒およびこれを備えたクロスヘッド型エンジン
US20220275768A1 (en) Friction Loss-Reduced Piston For An Internal Combustion Engine
JP5564133B2 (ja) 内燃機関のピストン
JP7271238B2 (ja) エンジンシリンダ構造
JP5307209B2 (ja) 内燃機関のピストン
EP3400381B1 (en) Monolithic, galleryless piston and method of construction thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant