KR101189365B1

KR101189365B1 - 내연기관용 피스톤

Info

Publication number: KR101189365B1
Application number: KR1020067004111A
Authority: KR
Inventors: 라이너 샤르프
Original assignee: 말레 게엠베하
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2012-10-09
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: DE10340291A1; JP4383451B2; US7308850B2; BRPI0414041A; CN1842647A; BRPI0414041B1; US20060243131A1; EP1664514A1; KR20070020170A; WO2005024217A1; EP1664514B1; JP2007504397A; CN1842647B

Abstract

본 발명은 Ni레지스트(NiResist)로 제조되고 피스톤헤드(3)의 반경 방향으로 외측 가장자리 영역에 위치되며 본체(2)와 함께 링 형상의 냉각채널(22)을 형성하는 링 요소(4)를 구비하는 내연기관용 알루미늄피스톤(1)에 관한 것이다. 상기 링 요소(4)는 나사결합부에 의해 피스톤(1)의 본체(2)에 고정된다.

Description

내연기관용 피스톤{PISTON FOR A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.

압축링(compression ring)의 홈(groove)을 위한 보강부를 형성하고 피스톤헤드의 외측 영역에 배치되는, Ni레지스트(NiResist) 재질의 링 요소(ring element)를 구비하는 내연기관용 알루미늄 피스톤은 일본 특허 공개 공보 JP 06002613 호에 공지되어 있다. 링 요소를 알루미늄 본체(body)에 확실하게 고정하기 위해 링요소를 마찰용접방법에 의해 본체(base body)에 고정할 필요가 있다. 이 때 결점은 이러한 고정방법이 비교적 비용이 많이 소요된다는 점에 있다.

본 발명의 과제는 상기 선행기술의 단점을 회피하는 데 있다. 상기 과제는 주청구항의 특징부에 기재된 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 적합한 실시예는 종속청구항들의 대상이다.

이것을 통해 알루미늄 피스톤을 신속하고, 간단하면서도 확실한 방법으로 기계적으로 부하를 받을 수 있는 링 홈 보강부를 제공할 수 있는 장점이 얻어진다.

본 발명의 실시예가 이하에 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 Ni레지스트(NiResist) 링 요소를 구비한 내연기관의 피스톤을, 서로 90°로 오프셋된 피스톤종단면을 도시한 2개의 반부 단면도로 구성되는 단면도로 도시하며, 그리고

도 2는 Ni레지스트(NiResist) 링 요소를 구비한 피스톤헤드의 가장자리 영역을 따라 절단한 확대단면도를 도시한다.

도 1은 내연기관용 피스톤(1)을 2개의 반부들(1/2)로 구성되는 단면도를 도시하며, 여기서 좌측 반부(1/2)는 핀보어(boss hole)(6)의 종축(5)에 따른 피스톤(1)의 단면도를 도시하고 우측 반부(1/2)는 이에 대하여 90°오프셋된, 피스톤(1)의 단면도를 도시한다.

피스톤(1)은 실린더 형상의 본체(2)로 구성되고, 이 본체는 피스톤헤드(3)를 구비하는데, 이 피스톤헤드(3)에는 반경방향 외측 가장자리 영역에 링 요소(4)가 배열되는데, 이 링 요소에 의해 피스톤헤드(3)의 반경방향 외측부분이 형성된다. 피스톤헤드(3)의 중앙 영역에는 연소실(7)이 형성된다. 또한 본체(2)는 피스톤헤드(3)와 반대측에 위치되는 본체의 하측부에 핀보어(pin bore)(6)를 위한 핀보스(pin boss)(8)와, 핀보스(8)를 서로 결합하는 스커트요소(skirt element)(9)를 구비한다. 링 요소(4)는 반경 방향 외측에 위치되는 외주면(10) 상에 도시되지 않은 압축 링을 위한 홈(11)을 구비하며 또한 링요소의 하측면(12)은 제 2 링 홈(13)의 상측 홈 측면의 반경방향 외측부분을 형성한다. 제 2 링 홈(13)의 하측에 본체(2)의 반경 방향 외측 외주면(14)은 오일 링 홈(oil ring groove)(15)을 구비한다.

링 요소(4)의 피스톤헤드측 영역에는 반경방향 내측으로 칼라(collar)(16)가 형성되는데, 이 칼라는 피스톤헤드(3)와 반대측 하부면에 링표면(ring surface)(17)을 구비하며, 이 링표면은 본 실시예에서 피스톤헤드(3)와 평행하게 배치되지만, 단면으로 볼 때 피스톤헤드(3)에 대해 경사지게 배치되어 링표면(17)이 원추 형상을 가질 수도 있다. 피스톤헤드(3)의 반경 방향 외측 영역에는 단면으로 볼 때 계단 형상의 홈(18)이 형성되는데, 이 홈은, 칼라(16)가 홈(18)에 맞물리고 또한 링표면(17)과 홈(18) 사이에 판스프링(plate spring) 형태로 형성되는 링 형상의 실링 요소(sealing element)(19)가 매설되도록, 칼라(16)에 대해 상호 보완적인 형상을 가진다.

링표면(17)의 하측에 링 요소(4)는 그의 내측에 홈(20)을 구비하는데, 이 홈은 피스톤헤드(3)의 근방에 본체(2)의 외측을 향해 파여진 홈(21)과 함께 링 형상의 냉각채널(cooling channel)(22)을 형성한다. 냉각채널(22)과 피스톤 내측(23)을 연결하는 오일채널(oil channel)을 통해 냉각오일(cooling oil)이 냉각채널(22)로부터 배출되고 이 오일은 또한 도시되지 않은 오일채널을 통해 냉각채널(22)로 유입된다. 여기서 실링요소(19)는 연소가스에 대해 피스톤(1)을 밀폐시키는 역할을 한다.

본체(2)로의 링 요소(4)의 고정은 링 요소(4)의 내측에서 하측면(12) 근방에 위치되는 암나사산(25)에 의해 이루어지는데, 이 암나사산은 외주면(14)에서 제 2 링 홈(13)의 근방에 위치되는 숫나사산(26)과 맞물린다. 본체(2)와 링 요소(4) 사이에 암나사산(25)과 숫나사산(26)으로 이루어지는 나사결합부에 엔진작동을 위한 충분한 강도를 제공하기 위하여, 링 요소(4)는 암나사산(25)과 홈(20) 사이에 배치되고 피스톤헤드(3)에 대해 평행하게 위치되는 링 형상의 접촉면(27)을 구비하는데, 이 접촉면은 링 요소(4)를 본체(2)에 나사결합할 때에 역시 피스톤헤드(3)에 대해 평행하게 위치되고 본체(2)의 홈(21)과 숫나사산(26) 사이에 위치되는 링 형상의 접촉면(28)에 접한다.

나사결합부의 강도의 개선은, 링 요소(4)의 접촉면(27)과 암나사산(25)의 사이에 축방향에 따라 배치되는, 링 요소의 얇은 벽 영역(29)에 의해 발생하는데, 이 벽 영역은 암나사산을 가지지 않으며 본체(2)에 링 요소를 나사결합할 때 신장(伸張)된다. 이것에 의해 나사결합부에 그 강도를 현저히 개선시키는 기계적인 응력이 가해진다.

실링요소(19)는 판스프링 형상 구조에 기초하여 본체(2)에 링 요소(4)를 나사결합할 때 변형되는데, 이것에 의해 링 요소는 기계적으로 응력을 받게 되며 양 피스톤부분, 즉 본체와 링 요소(2, 4)에 힘이 작용한다. 이로 인해 나사결합부의 상당한 강도 개선이 이루어진다.

또한 본체(2)의 외주면은 칼라(16)와 냉각채널(22) 사이에 반경방향 외측으로 향하는 돌출부(30)를 구비하는데, 이 돌출부는 피스톤헤드측으로 홈(18)을 형성하며 피스톤헤드(3)와는 반대측으로 냉각채널(22)의 경계를 형성한다. 돌출부(30)는, 링 요소(4)를 본체(2)에 체결할 때 변형되고 이와 함께 나사결합부의 풀림을 방지하기 위해 부가적으로 기여하도록, 얇은 벽두께를 가진다.

본체(2)는 단조에 의해 원하는 형상으로 변형되는 알루미늄으로 제조된다. 링 요소(4)는 주조방법에 의해 Ni레지스트(NiResist)로 제조된다. Ni레지스트는 12% 내지 20% 니켈을 함유하는 오스테나이트 주철이며, 이 주철은 합금성분들 망간, 동 및 크롬을 함유한다. Ni레지스트는 특히 피스톤 링 홈의 보강을 위하여 특히 적합하다.

도 2에는 피스톤(1)의 피스톤헤드 측 가장자리 영역을 따라 절단한 확대단면도가 도시하는데, 이것은 나사결합된 링 요소(4)를 구비하는 본체(2)를 도시한다. 피스톤헤드(3)의 가장자리 영역에 형성된 홈(21)이 명백히 보여지는데, 이 홈은 냉각채널(22)의 형성을 위해 Ni레지스트로 이루어지는 링 요소(4)에 의해 덮여지고, 여기서 링 요소(4)는 암나사산(25)을 통해 본체(2)의 숫나사산(26)에 맞물려진다.

본 발명은 내연기관용 피스톤에 이용될 수 있다.

Claims

- 알루미늄으로 이루어지는 실린더 형상의 본체(2)를 구비하고, 상기 본체의 일면은 피스톤헤드(3)를 형성하며,

- 본체(2)의, 피스톤헤드(3)의 반대측 하측에 배치되는 핀보스(8)를 구비하고, 상기 핀보스는 핀보어(6)를 구비하며,

- 핀 보스(8)를 서로 결합하는 스커트요소(9)를 구비하고,

- Ni레지스트(NiResist)로 이루어지고 피스톤헤드(3)의 반경방향 외측 가장자리 영역에 위치되는 링 요소(4)를 구비하며, 상기 링 요소는 본체(2)와 함께 링 형상의 냉각채널(22)을 형성하고, 그리고 상기 링 요소는 본체(2)에 나사결합부에 의해 고정되며, 상기 나사결합부는 냉각채널(22)과 링 요소(4)의 하측면(12) 사이에 위치되며 상기 링 요소의 반경방향 내측에 위치되는 면에 배치되는 암나사산(25)과, 상기 암나사산에 맞물리며 본체(2)의 외주면(14) 상에서 냉각채널(22)의 하측에 배치되는 숫나사산(26)으로 구성되는, 내연기관용 피스톤(1)에 있어서,

- 상기 링 요소(4)는 단면으로 볼 때 2단계로 형성되며,

= 여기서 피스톤헤드측의 제 1 단계는, 링 요소(4)의 피스톤헤드측 영역에 반경방향으로 내측으로 향하는 방향을 따라 단면으로 볼 때 계단 형상의 칼라(16)가 형성되는 것에 의해 형성되며, 상기 칼라를 따라 핀보스 측으로 냉각채널(22)이 형성되며, 그리고

= 여기서 제 2 단계는, 링 요소(4)가 냉각채널(22)과 암나사산(25) 사이에 피스톤헤드(3)에 대해 평행하게 위치되고 냉각채널(22)로부터 반경방향 외측을 향해 연장되는 링 형상의 접촉면(27)을 가지는 것에 의해 형성되며, 이 접촉면(27)은 링요소(4)를 본체(2)에 나사결합할 때 접촉면(28) 상에 놓여지고, 접촉면(28)은 냉각채널(22)과 숫나사산(26) 사이에서 피스톤헤드 측으로 본체(2)에 배치되며,

- 그리고 링 요소(4)는 접촉면(27)과 암나사산(25) 사이에 축방향으로 위치되는 얇은 벽 영역(29)을 가지며, 이 벽 영역은 링 요소(4)를 본체(2)에 나사결합할 때 축방향으로 신장가능하며,

상기 칼라(16)는 피스톤헤드(3)와는 반대측 하측면에 피스톤헤드(3)에 대해 평행하게 위치되는 링표면(17)을 구비하며, 피스톤헤드(3)의 반경방향 외측 영역에는 단면으로 볼 때 계단 형상의 홈(18)이 형성되고, 상기 홈은 칼라(16)에 대해 상호 보완적인 형상을 가지며, 그리고 링표면(17)과 홈(18) 사이에는 판스프링 형태로 형성되는 링 형상의 실링요소(19)가 배열되고, 상기 실링요소는 링 요소(4)를 본체(2)에 나사결합할 때 변형가능한 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(1).
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제1항에 있어서,

상기 본체(2)는 반경방향 외측으로 향하는 탄성변형가능한 링 형상의 돌출부(30)를 구비하며, 상기 돌출부는 피스톤헤드 측에 홈(18)을 형성하고 상기 돌출부는 냉각채널(22)의 피스톤헤드측의 경계를 형성하며, 그리고 상기 돌출부는 링 요소(4)를 본체(2)에 나사결합할 때 변형가능한 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(1).