KR940000351B1

KR940000351B1 - 피스톤

Info

Publication number: KR940000351B1
Application number: KR1019850009570A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 리치몬드 존
Original assignee: 에이이 피엘씨; 데이비드 깁슨 한톤
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1994-01-17
Also published as: EP0188108A1; US4715267A; DE3567947D1; EP0188108B1; KR860005124A; JPS61197855A; GB8432015D0

Abstract

내용 없음.

Description

피스톤

제1도는 거전 핀 구멍축에 수직이며 피스톤축을 포함하는 평면에서의 내연기관용 피스톤의 부분 단면도.

제2도는 제1도의 축적보다 큰 제1도의 피스톤의 스커어트 부재의 단면도.

제3도는 제1도 및 제2도의 피스톤의 정면도.

제4도는 제1-3도 피스톤의 저면도.

제5도는 피스톤의 링 밴드로부터 하향 연장하여 랜드가 제공되어 있는 제1-4도의 피스톤의 변형 형태를 보여주는 제1도와 유사한 부분 단면도.

제6도는 피스톤의 스커어트의 상측 및 하측 지지면이 축방향 및 주위로 연장한 캡에 의하여 분리되어 있는 제1-4도의 피스톤의 변형형태를 보여주는 제3도의 유사한 정면도.

본 발명은 피스톤, 특히 크라운, 링 밴드, 거전 핀 구멍을 형성하는 두개의 거전 핀 보스, 및 거전 핀 구멍의 양측에서 링 밴드로부터 이격된 두개의 호상 스커어트 부재로 구성되는 유형의 내연기관 또는 압축기용 피스톤에 관한 것으로, 상기 각 스커어트 부재는 관련 거전 핀 보스로부터 연장되는 최소한 하나의 지주에 지지된다.

스커어트 부재의 기능은 피스톤을 관련 실린더 또는 라이너에서 왕복운동으로 안내하는 것이다. 피스톤은 이와 같은 왕복운동을 행함은 물론, 또한 피스톤은 피스톤과 관련 실린더 도는 라이너 사이에 요구되는 간극 및 관련 연결봉에 의하여 피스톤에 가해지는 힘의 가변방향의 결과로 관련 실린더 또는 라이너내에서 측방으로 이동한다.

이들 운동은 일반적인 엔진 소음이상으로 현저한 소리 에너지를 방사하는 소위 ″피스톤 슬랩(piston slap)″을 일으킬 수 있다. 이 소음은 시동시, 엔진의 가속중 또는 고속이나 고부하에서, 또는 이러한 상태가 두개이상 일어나는 동안에 발생할 수 있다. 비록 대부분의 방사 소음은 통상적으로 발생되긴 하지만, 슬랩은 실린더 압력의 신속한 증가가 피스톤의 큰 측방가속을 일으켜, 피스톤과 관련 실린더 또는 라이너 사이에 고충격 속도를 일으킬때 상사점 점화직후에 내연기관에서 피스톤 싸이클의 어느부분에서도 일어날 수 있다.

이러한 방식으로 발생되는 소음을 감소시키기 위한 여러가지 제안이 있었다. 이들 제안중에는 내연기관용 피스톤에 있어서 피스톤이 냉각되면 관련 실린더 또는 라이너에 억지끼워 맞추어지게 함으로써 피스톤의 측방운동 범위가 감소되도록 크라운으로부터 스커어트까지 열 흐름을 감소시켜야 한다는 제안이 있었다. 이러한 피스톤에 있어서 가열시 피스톤의 팽창을 제한하므로서 보다 치밀한 초기 끼워 맞춤을 가능하게 하는 팽창제어 삽입물의 사용에 의하여 유사한 효과를 추구하였다.

본 발명에 의하면, 크라운, 링 밴드, 거전 핀 구멍을 형성하는 두개의 거전 핀 보스, 및 거전 핀 구멍의 양측에서 링 밴드로부터 일정간격 이격되어 설치되며 관련 거전 핀 보스로부터 연장되는 최소한 하나의 지주에 각각 지지되는 두개의 호상 스커어트 부재로 구성되는 유형의 내연기관 또는 압축기용 피스톤에 있어서, 상기 각 스커어트 부재는 왕복운동중 측방하중을 전달하고 피스톤을 안내하기 위한 주위로 연장된 지지면, 및 상기 지지면을 이에 관련된 최소한 하나의 지주로부터 축방향으로 이격시키기 위하여 지지면과 이에 관련된 최소한 하나의 지주사이에 연결된 가요성 플랜지를 포함하며, 상기 가요성 플랜지는 높은 측방하중하에서 관련 지지면이 만곡되게 하여 피스톤 소음을 감소시킴을 특징으로 하는 내연기관 또는 압축기용 피스톤이 제공된다.

따라서, 본 발명은 스커어트의 안내부분이 유연한 방식으로 설치되는 스커어트를 제공한다. 큰 측방하중이 종래의 피스톤에서 피스톤 슬랩을 발생하는 경향이 있는 유형의 것에 가해지는 경우, 본 발명의 스커어트 부분은 만곡되어 그와 같은 소음을 감소시킨다.

본 발명을 첨부도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

피스톤을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되며 주조법에 의하여 형성되는데, 상기 주조법은 중력에 의하여 다이에 공급된 용융금속을 수톤의 힘을 가하여 응고시키는 압착주조법으로 할 수도 있다. 피스톤은 공지 방법에 의하여 보강될 수도 있다.

피스톤은 크라운(10), 링 밴드(11), 거전 핀 구멍(13)을 형성하는 두개의 거전 핀 보스(12) 및 거전 핀 구멍의 양측에 있는 두개의 호상 스커어트 부재(14)로 구성되어 있다. 크라운은 거전 핀 보스(12)로부터 상향 연장되어 있는 웨브(15)(제1도)에 지지되어 있다. 링 밴드(11)는 두개의 상측 압축링 홈 및 하측 오일 스크레이퍼 링 홈을 포함하는 통상의 형태를 이루고 있다.

각 스커어트 부재(14)는 제3도 및 제4도로 부터 알 수 있는 바와 같이 호상 외측 및 내측면(16, 17), 피스톤 축에 수직인 평면에 놓이는 상측 및 하측변부(18, 19), 및 피스톤 축을 포함하는 평면에 놓이는 측변부(20)를 갖는 원통의 부채꼴 형상이다. 각 스커어트 부재(14)의 상측변부(18)와 링 밴드(11)의 하측변부 사이의 간극은 작다(예컨대 1mm). 각 스커어트 부재(14)의 호의 크기는 60-80°사이로 할 수 있다.

각 스커어트 부재(14)는 한쌍의 평행한 지주(21)에 의하여 지지되어 있다. 제4도로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 지주(21)는 피스톤 축과 거전 핀 구멍축을 포함하는 평면에 수직인 방향으로 관련 거전 핀 보스(12)로부터 연장되어 있다. 각 지주(21)는 거전 핀 구멍축(13)에 수직인 평면에 놓여 있으며 관련 스커어트부재(14)의 각 측변부(20)에 인접하여 연결되어 있다. 각 지주(21)는 지주의 상측 및 하측변부 사이의 중간지점에서 관련 스커어트 부재(14)에 연결되어 있다. 방사상으로 두께가 증가한 중앙리브(22)는 지주(21)와 관련 스커어트 부재(14)의 연결지점 사이에서 각 스커어트 부재(14)의 호상 내측면(17)의 주위 둘레로 연장되어 있다.

중앙 리브의 방사상 두께는 제4도에서 파선(30)으로 도시한 바와 같이 그의 중앙을 향하여 감소될 수도 있다. 각 스커어트 부재(14)는 다음과 같이 구성되어 있다(특히 제2도와 관련하여).

스커어트 부재(14)의 주위로 연장되는 상측 호상 지지면(이하 상측 지지면이라 함)(23)은 방사상으로 두꺼워진 중앙 리브(22)로부터 이어지는 가요성 플랜지(24)에 의하여 스커어트 부재(14)와 관련지주(21)의 연결지점으로부터 상향으로(즉 크라운을 향하여) 이격되어 있다. 이러한 배치는 중앙 리브(22) 하측에도 유사하게 되어 있다. 즉 주위로 연장되는 하측 호상 지지면(이하 하측 지지면이라 함)(25)은 스커어트 부재(14)와 관련 지주(21)의 연결지점으로부터 하향으로(즉 크라운으로부터 멀리) 이격되어 있으며(비록, 하측 지지면(25)의 경우에 있어서, 이는 생략될 수도 있음에도 불구하고) 가요성 플랜지(26)에 의하여 이격되어 있다. 상측 및 하측 플랜지(24, 26)는 상이한 가요성을 가질 수도 있다. 예컨대 상측 플랜지(24)는 하측 플랜지(26)보다 가요성이 적을 수도 있는데, 그 이유는 하측 플랜지(26)는 상측 플랜지(24)보다 큰 하중을 덜 받으므로 피로를 받음이 없이 보다 유연할 수 있기 때문이다.

상측 및 하측 지지면(23, 25)은 125미크론 이하의 거리로 각 스커어트 부재(14)의 호상 외측면(16)의 잔부로부터 방사상 외향으로 이격되어 있다. 이들 상·하측 지지면(23, 25)과 상·하측 플랜지(24, 26)이 방사상 외측면 사이에, 2°이하의 각도를 갖는 램프(27)가 있다. 이와 유사한 램프(28)가 상·하측 지지면(23, 25)과 스커어트 부재(14)의 상·하측 변부(18, 19) 사이에 각각 형성될 수도 있다.

사용시, 피스톤은 거전 핀(도시하지 않았음)에 의하여 연결봉에 연결되어 내연기관 또는 압축기의 내연기관 또는 압축기의 실린더에 설치된다.

지주(21) 사이에 스커어트 부재의 배치로 인하여, 스크어트 부재(14)는 내측으로 만곡되며, 따라서 피스톤은 관련 실린더 또는 라이너에 매우 억지끼워맞춤(tight fit) 될 수 있다.

사용시, 피스톤은 실린더에서 왕복운동하며 스커어트 부재(14)의 상·하측 지지면(23, 25)에 의하여 안내된다. 왕복운동은 물론, 또한 피스톤은 피스톤과 관련 실린더 또는 라이너 사이에 요구되는 적은 간극 및 관련 연결봉에 의하여 피스톤에 가해지는 힘의 가변방향의 결과로 관련 피스톤 또는 라이너 내에서 측방으로 이동된다. 측방힘은 상·하측 지지면(23, 25)에 의하여 관련 라이너 또는 실린더에 전달된다.

이들 측방운동은 스커어트 부재와 관련 실린더 또는 라이너 사이에 통상 존재하는 유막(oil film)에 의하여 통상 지지되지만, 측방힘이 지나치게 큰 경우 및/또는 유막이 분산된 경우, 피스톤이 관련 실린더 또는 라이너에 대하여 상당한 힘으로 억지로 전진되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 일이 일어나면, 상·하측 지지면(23, 25)은 관련 플랜지(24, 26)의 가요성으로 인하여 내측으로 만곡되어 상당한 소음의 발생없이 이들 힘을 흡수한다. 예컨대 상·하측 지지면(23, 25)은 약 0.1mm까지 내측으로 만곡될 수 있다. 따라서 피스톤은 소음을 발생하지 않는다.

이외에, 스커어트와 크라운은 분리되어 있으므로 스커어트에서 열의 영향을 감소시키고 스커어트 간극의 작은 상부가 최적 스커어트 윤곽을 이루게 한다. 호상 스커어트 부분으로부터 멀리 및 호상 스커어트 부분까지 이르는 램프(27, 28)는 본 출원인의 영국특허 명세서 제2104188호에 기술된 방법으로 이들 부분의 적당한 윤활을 확실하게 한다. 이는 상·하측 지지면(23, 25) 표면의 유체 역학적 윤활을 제공하되 대단히 큰 효율의 유체 역학적 윤활을 제공하기 때문에 그와 같은 유체역학적 윤활에 의하여 야기된 마찰은 최소화 된다.

더우기, 단지 일부분의 스커어트만이 있기 때문에, 피스톤은 무게가 가벼우며, 이는 피스톤을 포함하는 엔진의 전체 성능을 더욱 향상시킨다.

상기 원리를 구현하는 여러가지 변형 구조물이 있음을 알 수 있을 것이다. 하나의 변형 피스톤이 제5도에 도시되어 있는데, 이 경우 제1-4도와 제5도에 공통되는 부분은 동일한 참조부호가 주어져 있다. 이 피스톤에서, 두개의 정반대로 배치된 랜드(32)가 링 밴드(11)의 하측변부로 부터 현수되어 있다. 각 랜드(32)는 관련 스커어트 부재(14)와 정렬되어 있으며 또한 스커어트 부재(14)와 동일한 각도의 크기를 이루고 있다. 각 랜드(32)에는 피스톤 축에 수직인 평면에 놓이며 관련 스커어트 부재(14)의 상측변부(18)로부터 간극에 의하여 일정간격 이격된 하측변부(33)가 형성되어 있다. 이 간극은 제1-4도의 피스톤의 대응하는 간극과 동일한 치수를 가질 수도 있다.

랜드(32)의 설비는 관련 실린더 또는 라이너에서 왕복운동할때 피스톤에 대한 부가적인 안내를 제공한다. 이 안내는 높은 피스톤 속도 및 온도에서 상측 지지면(23)이 편향되어 피로문제를 일으키는 경향이 있을 수 있기 때문에 요구될 수도 있다. 랜드(32)의 부가적인 안내는 그와 같은 조건하에서 상측 지지면(23)에 대한 하중을 감소시키므로 그와 같은 문제를 감소 또는 제거하여 준다.

더우기, 두개의 스커어트 부재(14)가 거전 핀 구멍(13)의 각 측부에 제공될 수 있는바, 각각은 관련 지주(21)에 의하여 거전 핀 보스(12)에 연결된다. 이 경우, 인접 스커어트 부재는 오일이 통과할 수 있는 축방향 및 주위로 연장된 간극에 의하여 분리되어 상·하로 배열된다.

두개의 그와 같은 스커어트 부재(14)가 거전 핀 구멍(13)의 각 측부에 제공되는 경우, 그들의 단부는 서로 연결되어 대략 장방향 스커어트 구조물을 형성할 수도 있다.

제6도는 다른 변형예를 도시한 것으로, 이 경우 제1-4도와 제6도에 공통되는 부분은 동일한 참조부호가 주어져 있다. 이 변형예에서, 가요성 플랜지는 관련 스커어트 부재(14) 둘레로 연속하고 있지 않다. 오히려, 각각의 상·하측 지지면(23, 25)은 상·하측 지지면(23, 25)이 지주(21)로부터 이격되도록 관련 상·하측 지지면(23, 25)의 양단부에 배치된 플랜지 세그먼트(34)에 의하여 관련 지주(21)에 연결되어 있다. 따라서, 각 스커어트 부재(14)의 두개의 상·하측 지지면(23, 25)은 관련 지주(21) 사이에서 축방향 및 주위로 연장된 창(35)에 의하여 이격되므로 이들은 관련 지주(21) 사이에 지지되지 않는다.

또한 알 수 있는 바와 같이, 각 쌍의 지주(21)는 서로 평행을 이룰 필요가 있다. 예컨대, 각 쌍의 지주(21)는 그들의 관련 보스(12)로부터 외향으로 사면이 형성되게 모를 깍으므로서 평면도에서 그들 사이에 일정한 각도(즉 90°)가 형성되게 할 수 있다. 이는 도면과 관련하여 상술한 실시예의 스커어트 부재(14)보다 주위 길이가 큰 스커어트 부재(14)의 설비를 가능하게 한다. 이와는 달리, 각 쌍의 지주(21)는 이들이 관련보스로부터 멀리 연장될때 수렴되게 하여 한번 더 그들 사이에 일정한 각도(90)가 형성되게 할 수 있다. 이 경우, 스커어트 부재(14)는 도면과 관련하여 상술한 실시예의 스커어트 부재(14)보다 작은 주위 길이를 갖게 된다. 더우기, 각 지주(21)는 각 스커어트 부재(14)에 대하여 네개의 지주가 존재하도록 한쌍의 일정간격 이격된 상측 및 하측 지주로 교체시킬 수도 있다.

Claims

크라운(10), 링 밴드(11), 거전 핀 구멍(13)을 형성하는 두개의 거전 핀 보스(12), 및 거전 핀 구멍의 양측에서 링 밴드로부터 일정간격 이격되어 설치되며 관련 거전 핀 보스(12)로부터 연장되는 최소한 하나의 지주(21)에 각각 지지되는 두개의 호상 스커어트 부재(14)로 구성되는 유형의 내연기관 또는 압축기용 피스톤에 있어서, 상기 각 스커어트 부재에는 왕복운동중 측방 하중을 전달하고 피스톤을 안내하기 위한 주위로 연장된 상측 호상 지지면(23), 및 이 상측 호상 지지면을 이와 관련된 최소한 하나의 지주(21)로부터 축방향으로 이격시키기 위하여 상측 호상 지지면과 이와 관련된 최소한 하나의 지주(21) 사이에 연결된 가요성 플랜저(24)를 형성시키되, 상기 가요성 플랜지(24)는 피스톤 소음을 감소시키도록 큰 측방 하중하에서 관련 지지면의 만곡이 가능하도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서, 각 스커어트 부재(14)에는 왕복운동중 측방 하중을 전달하고 피스톤을 안내하도록 상측 호상 지지면(23)의 간격에 반대방향에서 가요성 플랜지(26)에 의하여 관련 지주(21)로부터 축방향으로 이격된 주위로 연장되는 하측 호상 지지면(25)을 형성시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제2항에 있어서, 각 스커어트 부재(14)를 두개의 지주(21)에 지지시키고 일정간격 이격된 상·하측변부(18, 19) 사이로 연장되는 측변부(20)를 형성시키되, 상기 지주(21)를 관련 기전 핀 보스(12)로 부터 연장시켜 상·하측변부(18, 19) 사이에서 스커어트 부재의 각 측변부(20)에 인접하여 연결시키므로서, 스커어트 부재(14)가 상기 지주(21) 사이로 연장되고, 상기 상측 호상 지지면(23)은 상기 지주와 스커어트 부재사이의 상기 연결보다 크라운(10)에 더 가까이 위치되고 상기 하측 호상 지지면(25)은 상기 연결보다 크라운으로부터 더 멀리 위치되도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제3항에 있어서, 각 가용성 플랜지를 관련 스커어트 부재(14)가 주위로 연속하도록 관련 지지면의 주위 범위 둘레로 연속하는 상·하측 플랜지(24, 26)에 의하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제4항에 있어서, 각 스커어트 부재(14)에는 관련 지주(21)와 스커어트 부재의 연결점 사이에서 각 스커어트 부재(14)의 방사상 내측면(17)의 주위 둘레로 연장되는 증가된 방사상 두께를 갖는 중앙 리브(22)를 형성시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제3항에 있어서, 각 스커어트 부재(14)의 상·하측 호상 지지면(23, 25)을 주위방향에서 관련 상·하측 지지면의 단부와 관련 지주(21)사이로만 연장되는 각각의 플랜지 세그먼트(34 : 제6도)에 의하여 관련지주(21)에 연결시키므로서, 지주사이와 상·하측 호상 지지면(23, 25) 사이로 연장되는 창(35)을 형성시키는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제3항에 있어서, 각각의 상·하측 호상 지지면(23, 25)의 호의 크기를 60°-80°로 한 것을 특징으로 하는 피스톤.
제3항에 있어서, 최상측 가용성 플랜지(24)의 가요성을 하측 가요성 플랜지(26)의 가요성과 상이하게 한 것을 특징으로 하는 피스톤.
제3항에 있어서, 각 스커어트 부재(14)의 각 지지면(23, 25)을 관련 플랜지(24, 26)의 방사상 외측면의 방사상 외향으로 이격시키되, 상기 지지면을 램프(27)에 의하여 연결시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.
제9항에 있어서, 간격을 125미크론 이하로 하고 램프 각도를 2°이하로 한 것을 특징으로 하는 피스톤.