KR20080063269A - 경량 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링 지대(4)를 포함하는 피스톤 헤드(2) 및 그에 배치된 피스톤 스커트(3)를 구비한 피스톤(1)에 관한 것으로서, 이 피스톤 스커트는 지지하는 스커트 측벽 부분(5) 및 뒤에 배치된 연결 측벽(6)을 포함하며, 연결 측벽은 스커트 측벽 부분(5)을 서로 연결하고 아치 형태이며 핀 구멍(7)을 포함하며, 링 지대(4) 아래의 핀 구멍(7)의 구역에서 피스톤 헤드(2)의 구역에 언더컷된 자유 공간(8)이 존재하고, 본 발명에서는 피스톤(1)의 내부 구역에서 핀 구멍(7)에서부터 스커트 측벽 부분(5f) 방향으로의 전이부에 아치 형태의 구역(15)이 제공된다.

경량 피스톤, 피스톤 헤드, 피스톤 스커트, 링 지대, 연결 측벽

Description

경량 피스톤{LIGHTWEIGHT PISTON}

본 발명은 링 지대를 구비한 피스톤 헤드 및 그에 배치된 피스톤 스커트를 구비한, 청구항 1항의 전제부의 특징들에 따른 피스톤에 관한 것이다.

이러한 피스톤은 독일 특허 DE 101 45 589 A1에 공개되어 있다. 이 피스톤은, 복수의 링 그루브 및 경우에 따라 연소실 오목부(combustion chamber bowl)를 구비한 링 지대를 포함한다. 피스톤의 동작 방향에서 피스톤 헤드 아래에 피스톤 스커트가 배치되며, 이 피스톤 스커트는 내연 엔진의 가동 중에 피스톤을 지지하는 두 개의 스커트 측벽 부분을 포함하고, 이 스커트 측벽 부분은 내연 엔진의 실린더에서 피스톤을 안내하는 기능을 한다. 스커트 측벽 부분은 뒤에 있는 연결 측벽을 통해 서로 연결되며, 연결 측벽은 실린더의 접촉면에 대한 연결부를 갖지 않는다. 독일 특허 DE 101 45 589 A1의 피스톤에서는 그 청구항 1항 내지 3항에 따라 연결 측벽이 볼록한 형태, 오목한 형태 또는 그 조합으로 이루어질 수 있는 아치형 형태를 갖는다. 또한 이 알려진 피스톤에서는 연결 측벽의 구역에서 링 지대의 하단 가장자리가 그에서 돌출되게 형성되며(돌출부) 그에서 적어도 부분적으로나마 중공으로 형성되므로 중량 절감을 위한 자유 공간이 형성된다.

본 발명의 목적은 이러한 유형의 피스톤을 내연 엔진에서의 가동 시 그 특성을 개선하고, 특히 그 강도 및 내구성을 증대시키는 것이다.

이 목적은 청구항 1의 특징을 통해 달성된다.

본 발명에서는 피스톤의 내측 구역에서 핀 구멍에서부터 스커트 측벽 부분 방향으로의 전이부에 아치형 구역이 제공된다. 핀 구멍의 외측 모서리에서부터 스커트 측벽 부분 방향으로의 전이부에 있는 이 아치형 구역을 통해 한편으로는 피스톤 가동 시 그에 요구되는 강도가 달성될 정도의 재료가 남아 있을 수 있고, 다른 한편으로는 피스톤의 최적의 내구성이 유지되는 조건 하에서 중량 절감이 달성되는 정도의 재료가 제거될 수 있다. 이로써 피스톤 내측 구역에서 본 발명에 따른 아치형 형태 및 지지성의 스커트 측벽 부분의 외측 아치형 형태를 통해 피스톤 중량이 감소되는 조건 하에서 피스톤의 요구되는 강도 및 내구성이 증대된다. 또한 이 구조는 링 지대의 링 그루브에서부터 핀 구멍의 방향으로 적어도 하나의 연결부가 피스톤에 형성되는 형태로 개선될 수 있다. 이로써 피스톤의 가동 거동이 현저하게 개선되는데, 그 이유는 링 그루브에 안착된 오일 링(경우에 따라서는 멀티피스형 오일 스크라이퍼 링)이 피스톤의 표면 또는 실린더 측벽의 표면에 존재하는 오일을 모으고 이 오일을 연결부로 압박하고 이로써 핀 구멍의 방향으로 안내하며 오일이 여기에서 핀 구멍에 삽입된 핀의 윤활에 사용되기 때문이다. 이 연결부는 이러한 유형의 피스톤에서 특히 바람직한데, 그 이유는 이 피스톤이 아치 형태의 연결 측벽으로 인해 이미 적은 중량 및 개선된 강도를 갖기 때문이다. 핀 구멍에 삽입된 핀의 윤활을 위한 본 발명에 따른 연결부는 피스톤, 핀 및 커넥팅 로드를 포함하는 장치 전체의 내구성을 현저하게 개선한다. 그 이유는 피스톤 표면 방향에서 핀 구멍의 방향으로의 오일 공급을 통해 그에 삽입된 핀이 윤활되며 이로써 마모가 발생하지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 구멍은 주조 및/또는 보링 과정(보링)을 통해 형성된다.

본 발명의 개선된 형태에서는 자유 공간에서 링 지대 뒤에 적어도 하나의 리브가 링 지대의 지지를 위해 배치된다. 바람직하게도 적어도 하나의 리브는, 링 지대의 돌출된 구역이 뒤에 있는 연결 측벽의 구역에서 효과적으로 지지되도록 하는 작용을 하므로, 가동 중에 피스톤의 변형이 현저하게 감소한다.

본 발명의 다른 형태에서는 각각 하나의 리브가 자유 공간에서 핀 구멍 위의 우측 및 좌측에 존재한다. 이로써 링 지대는 매우 우수한 안정성을 제공하는 핀 구멍의 우측 및 좌측 구역에서 지지된다. 이로써 본 발명에 따라 핀 구멍 위의 우측 및 좌측에 각각 하나의 리브가 배치되는 경우, 피스톤의 동작 시 핀 구멍에서의 핀 동작에 의한 영향이 링 지대로 전달되지 않는다.

본 발명에 따른 다른 형태에서는 연결부가 적어도 하나의 리브, 특히 복수의 리브 또는 모든 리브를 통해 진행한다. 리브 뿐 아니라 연결부도 피스톤 일차 가공품의 제조 시 참작될 수 있다. 그에 대한 대안으로서 또는 그에 추가적으로 적어도 하나의 연결부를 피스톤 일차 가공품의 제조 시 형성하는 것도 생각할 수 있다. 마찬가지로 예를 들어 연결부의 각진 형태 또는 라운딩된 형태에서는 링 그루브에서부터 핀 구멍 방향으로 연결부의 일부를 이미 피스톤 일차 가공품의 제조 시 형성하는 것도 가능하며 연결부의 다른 나머지 부분을 차후 가공 과정, 특히 보링을 통해 형성하는 것이 가능하다. 연결부가 이미 피스톤 일차 가공품의 제조 시 형성되는 경우에는, 차후 연결부의 구역에 코어 또는 핀을 부착하는 것이 가능한데, 이 코어 또는 핀은 피스톤 일차 가공품의 제조 후에 제거된다.

본 발명의 개선된 형태에서는 자유 공간으로 도달하는 배출 슬롯이 링 그루브에 존재한다. 이런 경우에 링 그루브, 특히 최하단 링 그루브의 형성을 통해 연결부가 외측에서부터 자유 공간 방향으로 형성되고, 이 연결부가 자유 공간으로 도달하는 배출 슬롯을 형성하도록 피스톤 일차 가공품의 제조 시 (및 경우에 따라서는 이어지는 후속 가공 후에) 자유 공간이 형성된다. 이것은 링 그루브의 형성과 함께 특히 절삭 가공 단계에서 배출 슬롯이 자동으로 형성되는 것을 의미한다. 형성된 배출 슬롯은, 피스톤의 표면 또는 실린더 내측벽의 표면에 존재하는 오일이 피스톤의 내측 구역 방향으로 배출되도록 하는 작용을 한다. 이 배출 슬롯의 설계적 실시 또는 위치는 종래 방식의 오일 구멍이 비해 내구성을 증대시키는 작용을 한다. 또한 링 지지면의 단절이 나타나지 않으므로, 그루브 마모 및 오일 소비량이 현저하게 감소한다.

다른 실시 형태에서는 핀 구멍이 핀을 위한 고정링(잠금링)을 위한 요홈을 포함하며, 요홈은 자유 공간 아래 및 핀 구멍의 위 첨단에 배치된다. 자유 공간을 통해 핀 구멍의 위 첨단에 요홈을 배치하는 것이 가능하다. 이로 인한 이점은 요홈이 피스톤의 강도에 부정적으로 작용하지 않는 구역에 배치되는 것이다. 이로써 바람직하게도 관성력 안정성이 제고된다.

본 발명의 다른 형태에서는 링 지대 아래의 모서리가 뒤에 있는 연결 측벽의 구역에서 라운딩된다. 피스톤 일차 가공품의 제조 후에 이 구역이 절삭 가공, 특히 선삭을 통해 완성된다. 그 결과로서, 뒤에 있는 연결 측벽의 구역에서 링 지대 아래의 모서리가 매우 날카로우며 버르(burr)를 포함하는데, 이 버르는 피스톤의 취급 시 특히 피스톤의 조립 시 조립 인원에 상해를 입힐 수 있다. 따라서 바람직하게도 링 지대의 아래에 있는 이런 날카로운 모서리가 라운딩되거나 또는 라운딩부를 포함한다. 마찬가지로 이 라운딩부는 절삭 가공, 특히 밀링 가공을 통해 제조될 수 있다.

한정하는 의미를 갖지 않는 본 발명의 실시예가 아래에 기술되며 도면을 통해 설명된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따르는 실시예들을 도시한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 경량 피스톤으로 설계될 수 있지만 반드시 그러할 필요는 없는 연소실 피스톤(1)을 각각 나타낸다. 피스톤이 경량 피스톤인 경우에는, 먼저 피스톤 일차 가공품이 특히 알루미늄과 같은 경량 재료에서 주조되고 그 다음 절삭 가공을 통해 최종적으로 가공된다. 이 피스톤(1)은 연결된 피스톤 스커트(3)를 구비한 피스톤 헤드(2)를 포함하며, 피스톤 헤드(2) 및 피스톤 스커트(3)는 일체형으로 형성되거나 또는 두 개의 부품으로 형성되는데, 이러한 부품은 그 제조 후에 결합된다.

또한 피스톤(1)은 일반적으로 세 개의 링 그루브를 구비한 링 지대(4)를 포 함한다. 피스톤 스커트(3)는 피스톤(1)을 지지하는 스커트 측벽 부분(5)을 포함하며, 스커트 측벽 부분(5)은 뒤에 있는 연결 측벽(6)을 통해 서로 결합된다. 연결 측벽(6)은 직선형, 아치형 또는 기타 형태를 가지며, 아치 형태의 연결 측벽(6)과 관련하여 독일 특허 DE 101 45 589 A1의 청구항 1항 내지 3항에서 가능한 형상이 설명되어 있다. 이 아치 형태(다른 스커트 측별 부분에 대한 스커트 측벽 부분 및/또는 피스톤 동작축에서의 그 진행에 대해 오목 및/또는 볼록)가 언급되는 것은, 요구되는 강도가 유지되는 조건 하에서 중량 절감의 측면에서 이러한 형태가 매우 중요한 역할을 하기 때문이다. 하지만 피스톤(1)의 기하학적 구조 및 사용 목적에 따라서 직선형 연결 측벽도 중요할 수 있다. 또한 뒤에 있는 연결 측벽(6)은 도시하지 않은 커넥팅 로드를 통해 피스톤(1)을 연결하기 위한 핀을 수용하기 위해 핀 구멍(7)을 포함한다. 도 1에서는, 피스톤 헤드(2)의 구역에서 뒤에서 링 지대(4) 뒤 및 핀 구멍(7) 위에 자유 공간(8)이 존재하는 것을 알 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같은 제1 실시 형태에서는 핀 구멍에 존재하는 (도시하지 않은) 핀을 윤활하기 위하여 링 지대(4)의 링 그루브(9)에서 시작하여 핀 구멍(7)의 방향으로 연결부(10)가 진행한다. 도 1에 따른 연결부(10)는 구멍으로서, 이 구멍은 그 일부가 링 그루브(9)의 방향 및 다른 일부가 피스톤 스커트(3)의 방향에서 피스톤 헤드(2)의 방향으로 형성된다. 도 1의 아래 우측의 도시는 도 1의 위 우측에 따른 도시에서 라인 A-A를 따라 절개한 단면도를 나타낸다.

도 2는 도 1에 따른 동일한 피스톤(1)을 나타내는 것으로서, 이 도면에서는 자유 공간(8)의 핀 구멍(7) 위에서 핀 구멍(7)의 우측 및 좌측에 각각 하나의 리 브(11)가 배치된다. 이 리브(11)는 피스톤(1)의 작동 중에 링 지대(4)를 지지하는 기능을 하므로, 피스톤 헤드(2)에 작용하는 힘이 리브(11)를 통해 뒤에 있는 연결 측벽(6)으로 전달된다. 또한 도 2에서는 핀 구멍(7)이 핀을 위한 고정링(잠금링)을 위한 요홈(12)을 포함하는 것을 알 수 있으며, 요홈(12)은 자유 공간(8) 아래 및 핀 구멍(7)의 위 첨단에 배치된다. 도 2의 도시에서 우측에는 배출 슬롯(13)이 도시되어 있는데, 그 위치 및 배치는 도 3에서도 알 수 있다. 배출 슬롯(13)이 링 그루브(9)의 구역에 배치되므로, 링 그루브(9)가 피스톤 일차 가공품에 형성되는 경우 자유 공간(8)과 링 그루브(9)의 연결이 이루어진다. 링 그루브(9)의 뒤에서, 즉 자유 공간(8)의 구역에서 배출 슬롯(13) 구역이 컵 형태로 형성될 수 있다. 링 그루브(9)에 특히 쓰리피스형 오일 링을 투입하는 경우에 오일이 배출 슬롯(13)을 통해 피스톤(1)의 표면에서 또는 실린더 배럴(cylinder barrel)에서 피스톤(1)의 내부 구역 방향으로 배출될 수 있다. 이 목적을 위해 특히 각각 하나의 배출 슬롯이 핀 구멍(7)의 좌측 및 우측에 대칭적으로 배치되는 형태로 배출 슬롯(13)이 뒤에 있는 연결 측벽(6)의 구역에 존재하는데, 그 이유는 여기에서 배출되는 오일에 대한 충분한 공간이 제공되기 때문이다.

도면에는 도시되지 않았지만, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 연결부(10)가 링 그루브(9)에서부터 리브(11)를 거쳐 핀 구멍(7)의 방향으로 진행할 수 있다.

도 3에서는 피스톤(1)의 내축 구역에 아치형 구역(15)이 제공되며, 이 구역이 핀 구멍(7)에서부터 스커트 측벽 부분(5)(그 내측에 존재하는 면)의 방향으로 진행하는 것을 알 수 있다. 이 아치형 구역(15)은 둘레 방향 및/또는 피스톤 스트로크 축의 방향에서 연속적 또는 불연속적 진행 형태를 가질 수 있으며 이로써 피스톤(1)의 내측 구역의 각각의 형상에 맞게 조정될 수 있다. 이 아치형 구역(15)은 피스톤(1)의 주조 또는 추가적인 가공, 특히 밀링과 같은 절삭 가공을 통해 형성될 수 있다.

또한 아치형 구역(15)의 진행 및/또는 진행 형태는, 피스톤의 내측 구역에 자유 공간이 제공되는 이점을 제공하는데, 이러한 자유 공간은 피스톤을 크랭크 샤프트와 결합시키는 사다리꼴 커넥팅 로드의 여유 공간으로서 필요하다.

본 발명은 피스톤에 이용될 수 있다.

[도면부호의 설명]

1. 피스톤

2. 피스톤 헤드

3. 피스톤 스커트

4. 링 지대

5. 스커트 측벽 부분

6. 연결 측벽

7. 핀 구멍

8. 자유 공간

9. 링 그루브

10. 연결부

11. 리브

12. 요홈

13. 배출 슬롯

14. 라운딩부

15. 아치형 구역

Claims (10)

1. 링 지대(4)를 포함하는 피스톤 헤드(2) 및 그에 배치된 피스톤 스커트(3)를 구비한 피스톤(1)으로서, 피스톤 스커트는 지지하는 스커트 측벽 부분(5) 및 뒤에 배치된 연결 측벽(6)을 포함하며, 연결 측벽은 스커트 측벽 부분(5)을 서로 연결하고 아치 형태이며 핀 구멍(7)을 포함하는 피스톤에 있어서,

   피스톤(1)의 내부 구역에서 핀 구멍(7)에서부터 스커트 측벽 부분(5) 방향으로의 전이부에 아치 형태의 구역(15)이 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
2. 제1항에 있어서, 링 지대(4)의 링 그루브(9)에서부터 핀 구멍(7)의 방향으로 최소한 하나의 연결부(10)가 피스톤(1)에 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자유 공간(8) 내에 링 지대(4)의 지지를 위한 최소한 하나의 리브(11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
4. 제3항에 있어서, 각각 하나의 리브(11)가 핀 구멍(7) 위의 우측 및 좌측에 존재하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 연결부(10)가 최소한 하나의 리브(11)를 통해 진행하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 링 그루브(9) 내에 자유 공간(8)으로 도달하는 최소한 하나의 배출 슬롯(13)이 존재하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 핀 구멍(7)이 고정링을 위한 요홈(12)을 포함하며, 요홈(12)이 자유 공간(8) 아래 및 핀 구멍(7)의 위 첨단에 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 링 지대(4) 아래의 모서리가 뒤에 존재하는 연결 측벽(6)의 구역에서 라운딩되는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스커트 측벽 부분(5)이 아치 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 링 지대(4) 아래의 핀 구멍(7)의 구역에서 언더컷된 자유 공간(8)이 피스톤 헤드(2) 구역에 존재하는 것을 특징으로 하는 피스톤(1).

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