KR20140098826A

KR20140098826A - 탄소 퇴적 방지 코팅물질을 가진 피스톤 및 그 구성 방법

Info

Publication number: KR20140098826A
Application number: KR1020147017713A
Authority: KR
Inventors: 에두아르도 마츠오
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-08-08
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: US9169800B2; EP2786005B1; JP6316198B2; WO2013081774A1; JP2014533805A; KR101981565B1; IN2014CN04720A; CN104081030A; US20130133609A1; CN104081030B; EP2786005A1

Abstract

피스톤 및 그 구성 방법이 제공되어 있다. 피스톤은 실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출시키도록 구성된 상부 연소 표면을 가지고 있는 피스톤 바디를 포함하되, 언더크라운 표면이 상부 연소 표면 밑에 위치된다. 피스톤 바디는 또한, 적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성되고 상부 연소 표면에 인접한 링 벨트 영역을 포함하되, 냉각 갤러리가 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성된다. 피스톤은 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착된 비점착성 코팅 재료를 더 포함하고, 여기에서 비점착성 코팅 재료는 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 억제한다.

Description

탄소 퇴적 방지 코팅물질을 가진 피스톤 및 그 구성 방법{PISTON WITH ANTI-CARBON DEPOSIT COATING AND METHOD OF CONSTRUCTION THEREOF}

본 발명은 전체적으로 내연 기관에 관한 것이고, 더 상세하게는 피스톤 및 그 구성 방법에 관한 것이다.

엔진 제조업체는 엔진 효율 및 성능을 향상시키기는 것에 대한 증가하는 요구들에 직면하고 있는데, 이 요구들에는 연비를 향상키시키는 것, 연료 연소를 개선하는 것, 오일 소모를 저감시키는 것, 및 차량 내부의 열의 연속적인 사용을 위하여 배기 온도를 증가시키는 것이 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 연소실 내부의 엔진 작동 온도는 증가될 필요가 있다. 그러나, 연소실 내부의 엔진 작동 온도를 증가시키는 것이 바람직하더라도, 피스톤을 사용 온도로 유지하는 것은 여전히 필요하다. 따라서, 모든 개방형 및 폐쇄형의 외측 및 내측 냉각 갤러리를 피스톤 헤드 내부에 포함시키는 것은 알려져 있는데, 이 피스톤 헤드를 통과하여 엔진 오일이 순환되어 피스톤 헤드의 작동 온도를 감소시킨다. 외측 냉각 갤러리는 통상적으로, 링 그루브 영역을 포함하는 피스톤의 상부 영역(upper land)의 둘레에서 순환하는 한편, 내측 냉각 갤러리는 통상적으로, 보통 오목한 연소통을 포함하는 언더크라운으로 지칭되는 것이 일반적인 피스톤 헤드의 상부 연소 표면 밑에 있다. 따라서, 링 벨트 영역과 연소 표면 모두는 순환되는 오일의 냉각 작용에 유익하다. 그러나, 오래 시간 순환되는 오일은 고온의 표면과 접촉한 결과로서 성능저하되고 산화되기 시작하고, 그 결과 탄소 퇴적물(carbon deposit)은 언더크라운과 상부 영역의 내측 표면 상에 형성된다. 탄소 축적이 계속됨에 따라, 단열층은 각각의 표면 상에 형성된다. 따라서, 순환되는 오일의 냉각 효과는 줄어들고, 이는 차례로 표면 산화와 부식 뿐만 아니라 연소 표면 영역과 상부 영역의 과도한 템퍼링으로 이어진다. 따라서, 피스톤 재료의 기계적 특성은 약화되고, 이는, 특히 연소통 림과 같은 고 응력 영역과 마찬가지로 크랙 형성으로 이어진다.

본 발명에 따라 구성된 피스톤은, 냉각 오일에 의해 접촉되는 표면에 오일 퇴적물이 축적되는 경향을 감소시킴으로써 탄소 축적의 형성에 의하여 초래된 전술한 단점을 극복한다. 따라서, 본 발명에 따라서 구성된 피스톤은 향상된 작동 효율을 실현하고, 기반 재료의 내구성과 강도를 사용하는 내내 유지하며, 향상된 유효 작동 수명을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 내연 기관용 피스톤이 제공된다. 피스톤은 실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출시키도록 구성된 상부 연소 표면을 가지고 있는 피스톤 바디(piston body)를 포함하되, 언더크라운 표면이 상부 연소 표면 밑에 위치된다. 피스톤 바디는 또한, 적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성되고 상부 연소 표면에 인접한 링 벨트 영역을 포함하되, 냉각 갤러리가 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성된다. 피스톤은 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착된 비점착성 코팅 재료를 더 포함하고, 여기에서 비점착성 코팅 재료는 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 억제한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 피스톤 바디는 제 1 재료로 구성된 상부 크라운과, 제 2 재료로 구성되고 상부 크라운과 분리되어 있는 하부 크라운을 포함한다. 상부 크라운은 하부 크라운에 고정되고, 비점착성 코팅 재료는 상부 크라운과 하부 크라운 중 적어도 하나에 접착된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 비점착성 코팅 재료는 상부 크라운에 접착되고, 하부 크라운은 비점착성 코팅 재료가 없다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 냉각 갤러리와 언더크라운 표면 모두는 거기에 접착되는 비점착성 코팅 재료를 가진다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 내연 기관용 피스톤을 구성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 다음의 단계들, 즉: 실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출되도록 구성된 상부 연소 표면과, 상부 연소 표면 밑에 있는 언더크라운 표면을 가지고 있는 피스톤 바디를 형성하는 단계; 적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성되고 상부 연소 표면과 인접한 링 벨트 영역을 형성하는 단계; 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역과 실질적으로 반경방향으로 정렬되어 있는 냉각 갤러리를 형성하는 단계;및 비점착성 코팅 재료를 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분 중 하나에 접착시키는 단계;를 포함하고, 비점착성 코팅 재료는 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 저지한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 방법은 하부 크라운을 비점착성 코팅 재료가 없는 상태로 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 비점착성 코팅 재료를 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분에 접착시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 탄소 퇴적 방지 코팅물질을 가진 피스톤 및 그 구성 방법으로서, 본 발명에 의하면 향상된 작동 효율을 실현하는 것, 기반 재료의 내구성과 강도를 사용하는 내내 유지하는 것, 및 향상된 유효 작동 수명을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 여러 가지 양태, 특징 및 이점은, 현재의 바람직한 실시예와 최선의 모드, 첨부된 특허청구범위와 첨부의 도면에 관한 다음에 오는 상세한 설명과 관련하여 참작한다면 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 전체적으로 본 발명의 일 양태에 따라 구성된 피스톤의 핀 보어 축을 따라 절단된 단면도이다.
도 2는 전체적으로 도 1의 피스톤의 핀 보어에 대해 횡단방향으로 절단된 단면도이다.
도 3은 전체적으로 본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 피스톤의 핀 보어에 대해 횡단방향으로 절단된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 양태에 따라 구성된 피스톤의 핀 보어에 대해 전체적으로 횡단방향으로 절단된 단면도이다.
도 5는 전체적으로 본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 피스톤 핀 보어에 대해 횡단방향으로 절단된 단면도이다.

도면에 대해 더 상세하게 참조하면, 도 1과 도 2에는 피스톤 조립체가 도시되어 있는데, 이 피스톤 조립체는 본 발명의 현재의 바람직한 일 실시예에 따라 구성되는 것으로서 이하에서는 간단히 피스톤(10)이라 지칭되며, 예컨대 소형 디젤 엔진, 중형 디젤 엔진, 대형 및 초대형 디젤 엔진과 같은 내연기관(미도시)의 챔버 또는 실린더 보어 내에서의 왕복 운동을 위한 것이다. 피스톤(10)은 피스톤 바디(12)를 가지는데, 이 피스톤 바디는, 예를 들어 단조 재료나 빌릿 재료로 형성되거나 주조 재료로 된 단일의 모놀리식 피스로서 나타나 있되 길이방향 중심 축(14)을 따라 뻗어 있고, 이 길이방향 중심 축을 따라서 피스톤(10)은 실린더 보어 내에서 왕복운동한다. 피스톤 바디(12)는 상부 연소 벽을 포함하도록 형성되어 있는데, 이 상부 연소 벽은, 실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출되도록 구성된 상부 연소 표면(16)을 그 한쪽 측면 상에 가지고 있고, 상부 연소 표면(16) 바로 밑에 축방향으로 위치되어 있는 언더크라운 표면(18)을 그 반대편 측면 상에 가지고 있다. 피스톤 바디(12)는 또한 상부 연소 표면(16)에 인접한 링 벨트 영역(20)을 가지고 있도록 형성되어 있고, 여기에서 링 벨트 영역(20)은 적어도 하나의 피스톤 링(미도시)을 수용하도록 구성된다. 더욱이, 피스톤 바디(12)는, 예를 들어 폐쇄형 또는 실질적인 폐쇄형 냉각 갤러리(22)로서 나타나 있는 냉각 갤러리를 포함하도록 형성되어 있다. 냉각 갤러리(22)는 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역(20)과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성된다. 피스톤(10)은 중앙 갤러리 내부의 언더크라운 표면(18)과 냉각 갤러리(22)의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착되어 있는 비점착성 코팅 재료(24)를 더 포함하고, 여기서 비점착성 코팅 재료(24)는 그 위에 탄소 퇴적물의 축적을 저지한다. 따라서, 순환하는 오일로부터의 탄소 퇴적물을 포함하는 단열층의 축적은 비점착성 코팅 재료(24)를 가지고 있는 표면 상에 형성되는 것이 방지되고, 그 결과 언더크라운 표면(18)에 대항하고 냉각 갤러리(22)를 통과하여 순환되는 오일은 그 냉각 기능을 실행할 수 있고, 이로써 피스톤(10)의 성능을 강화하고 그 유효 수명을 연장시킨다.

피스톤 바디(12)는 상부 크라운 영역(26)과 하부 크라운 영역(28)을 가진다. 하부 크라운 영역(28)은 한 쌍의 핀 보스부(30)를 제공하는데, 이 한 쌍의 핀 보스부는 상부 크라운 영역(26)으로부터 늘어져 있어서 길이방향 중심 축(14)에 대해 대체로 횡단방향으로 뻗어 있는 핀 보어 축(34)를 따라 동축방향으로 정렬되어 있는 측면방향으로 이격되어 있는 핀 보어(32)를 제공한다. 핀 보스부(30)는 스트럿부(38)에 의하여 길이방향으로 이격되어 있는 스커트부(36)에 접합된다. 스커트부(36)들은 핀 보어 축(34)의 양쪽 측면 맞은 편에 서로 직경방향으로 이격되어 있고, 실린더 보어 내부에서의 상호작용을 위하여 윤곽형성된 볼록한 외측 표면을 가져서 스커트부가 실린더 보어를 통과하여 왕복운동할 때 피스톤(10)을 원하는 배향으로 유지한다.

상부 연소 표면(16)은 원하는 가스 유동을 실린더 보어에 제공하는 오목한 연소통(40)을 가지고 있는 것으로 나타나 있다. 적어도 부분적으로는 연소통(40) 때문에, 비교적 얇은 영역의 피스톤 바디 재료는 연소통(40), 냉각 갤러리(22) 및 언더크라운 표면(18) 사이에 형성되어 있다. 따라서, 사용시, 이들 영역은, 예컨대 핀 보스부(30)들 사이의 중앙 갤러리 영역을 가진 언더크라운 표면(18)에 대항하고 냉각 갤러리(22)를 통과하여 유동하는 오일에 의하여 적절히 냉각될 필요가 있다. 언더크라운 냉각은 냉각 오일 제트에 배향되어 있는 오일 스플래시에 의해 제공되거나 중앙 갤러리 영역 내부의 오일에 의하여 제공될 수 있다. 더욱이, 상부 크라운 영역(26)의 외측 벽(42)은 상부 연소 표면(16)으로부터 아래쪽을 향하여 뻗어 있다. 외측 벽(42)은, 대응하는 피스톤 링(미도시)의 수용을 위하여 링 벨트 영역(20) 내에 있는 복수 개의 환형 링 그루브(44)로 나타나 있는 것과 마찬가지로, 적어도 하나의 환형 링 그루브를 가지도록 형성되어 있는데, 여기서 링은 보통 각각의 링 그루브(44) 내부에서 자유롭게 부유한다. 전술된 비교적 얇은 영역에 있어서, 냉각 갤러리(22)와 링 벨트 영역(20) 사이에 뻗어 있는 환형 벽은 비교적 얇고, 그 결과 사용 동안 적절히 냉각될 필요도 있다.

피스톤(10)의 연장된 유효 수명 이상의 사용 동안 링 벨트 영역(20)과, 연소통(40)을 포함하는 상부 연소 표면(16)의 적합한 냉각을 촉진하기 위하여, 비점착성 코팅 재료(24)는 냉각 갤러리(22)를 구획하는 적어도 일부의 표면에 접착되고 언더크라운 표면(18)에도 접착된다. 비점착성 코팅 재료(24)는 그 위에서의 탄소의 축적을 저지하는 재료들로부터 선택되는데, 이 재료들은 크롬, 크롬-다이아몬드, 니켈, 다이아몬드 유사 코팅물질, 질화크롬, 세라믹 및 폴리머 재료;로 이루어진 그룹으로부터 포함되어 있다. 도 1과 도 2에 나타나 있는 실시예에서, 비점착성 코팅 재료(24)는 환형 냉각 갤러리(22)를 구획하는 전체 표면 둘레에 접착되거나 냉각 갤러리(22)의 상부 부분에만 나란히 접착되며, 코팅 재료(24)는 실질적으로 링 벨트 영역(20)의 길이와 나란히 뻗어 있고 연소통(40)의 위쪽을 향하여 뻗어 있는 일 부분과도 나란히 뻗어 있다. 따라서, 탄소 퇴적물은 이들 영역 내에 축적되는 것이 방지되어서 탄소 퇴적물을 포함하는 단열층이 형성되는 것을 방지하지만, 만약 그렇지 않다면 냉각 갤러리(22)를 통과하여 순환하는 오일의 냉각 효율을 저해할 것이다. 따라서, 순환되는 오일에 의하여 적합한 냉각이 발생하는 것을 허용함으로써, 냉각된 영역 전체에 걸친 피스톤 바디(12)의 재료는 의도되지 않은 템퍼링에 의해 약화되는 것이 방지된다. 따라서, 피스톤 바디(12)의 재료는 균열 진전에 대한 저항력과 고 강도를 유지한다. 더욱이, 피스톤 링과 링 그루브(44)는 적절히 냉각되어 그 위에서의 탄소 축적을 방지하고, 이로써 링이 각각의 링 그루브(44) 내에 붙잡히지 않으면서 의도된 대로 기능하고 부유하는 것을 허용한다.

거기에 접착되어 있는 비점착성 코팅 재료(24)로 된 층을 가지고 있는 냉각 갤러리(22)에 더하여, 언더크라운 표면(18)은 거기에 접착되어 있는 비점착성 코팅 재료(24)로 된 층을 가지고 있는 것으로 나타나 있고 거기와 완전히 나란히 뻗어 있는 것으로 나타나 있다. 따라서, 탄소 퇴적물은 언더크라운 표면(18) 상에 축적되는 것이 방지되고, 이로써 탄소 퇴적물로 된 단열층이 형성되는 것이 방지되지만, 만약 그렇지 않다면 언더크라운 표면(18)에 대항하여 스플래싱하는 오일의 냉각 효율을 저해할 것이다. 따라서, 전체 연소통(40)을 포함하는 상부 연소 표면(16)의 적합한 냉각을 허용함으로써, 이 영역 내에서의 피스톤 바디(12)의 재료 역시 의도하지 않은 템퍼링에 의하여 약해지는 것이 방지된다. 따라서, 상부 연소 표면(16)의 재료는 균열 진전에 대한 저항력과 고 강도를 유지한다.

본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 피스톤(110)은 도 3에 나타나 있고, 여기에서 100이 더해져 오프셋되어 있는 동일한 참조번호는 상술된 유사한 부재를 지시하는데 사용된다. 피스톤(110)은 피스톤 바디(112)를 가지는데, 이 피스톤 바디는 그 내부에 오목하게 형성되어 있는 연소통(140)을 가지고 있는 것으로 나타나 있는 상부 연소 표면(116)과, 상부 연소 표면(116) 밑에 있는 언더크라운 표면(118)을 포함하고 있다. 피스톤 바디(112)는 또한 상부 연소 표면(116)에 인접한 링 벨트 영역(120)을 포함하고, 폐쇄형 또는 실질적인 폐쇄형 냉각 갤러리(122)는 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역(120)과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성된다. 비점착성 코팅 재료(124)는 언더크라운 표면(118)과 냉각 갤러리(122)의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착되고, 여기에서 비점착성 코팅 재료(124)는 상술된 바와 같이 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 억제한다.

피스톤 바디(112)는 상부 크라운 영역(126)으로 지칭되는 상부 부분과, 측면방향으로 이격되어 있는 핀 보어(132)를 가지고 있는 한 쌍의 핀 보스부(130) 쪽으로 뻗어 있는 하부 크라운 영역(128)로 지칭되는 하부 부분을 가진다. 상술되어 있는 피스톤(10)과 달리, 상부 크라운 영역(126)과 하부 크라운 영역(128)은 별개의 재료로 구성되고, 예컨대 용접 공정이나 다른 접합 공정에 의해 나중에 서로 고정된다.

제 1 용접 조인트(50)는 개별적으로 만들어진 피스톤(110)의 상부 크라운 영역(126)과 하부 크라운 영역(128)의 일 부분을 결합시킨다. 제 1 용접 조인트(50)는 연소통(140)의 환형 골부(annular valley)(52) 위에서 연소통(140)의 직립 벽을 통과하여 뻗어 있다. 따라서, 제 1 용접 조인트(50)는 환형 골부(52) 위에서 연소통(140) 쪽으로 개방되어 있다. 연소통(140)의 직립 벽을 통과하여 뻗어 있는 제 1 용접 조인트(50)에 더하여, 제 2 용접 조인트(54)는 링 벨트 영역(120) 내의 외측 벽(142)을 통과하여 뻗어 있다. 따라서 상부 크라운 영역(126)은, 링 벨트 영역(120)의 반경방향 외측의 아래쪽을 향하고 있는 상부 접합 표면(57)과 반경방향 내측의 아래쪽을 향하고 있는 접합 표면(56)을 포함하는 한 쌍의 상부 접합 표면을 포함할 수 있다. 한편, 하부 크라운 영역(128)은, 반경방향 내측의 위쪽을 향하고 있는 하부 표면(58)과 반경방향 외측의 위쪽을 향하고 있는 하부 접합 표면(59)을 포함하는 한 쌍의 하부 접합 표면을 포함할 수 있다. 결합된 하부 및 상부 접합 표면(56, 57; 58, 59)은 유도 용접, 마찰 용접, 저항 용접, 전하 운반 광선, 전자 빔 용접, 레이저 용접, 교반 용접, 납땜, 땜납, 열간 또는 냉간 확산 등과 같은 선택된 접합 공정에 의해 결합될 수 있다.

상부 크라운 영역(126)은 피스톤(110)의 길이방향 중심 축(114)를 따라 절단된 대체로 U자 형상의 단면을 가지고 있는 냉각 갤러리(122)의 상부를 제공한다. 하부 크라운 영역(128)은 길이방향 중심 축(114)을 따라 절단된 대체로 U자 형상의 단면을 가지고 있는 냉각 갤러리(122)의 하부를 제공하고, 상부 연소 표면(116)과 언더크라운 표면(118)으로 된 벽도 제공한다. 따라서, 상부 크라운 영역(126)을 하부 크라운 영역(128)에 접합시키기 전에, 비점착성 코팅 재료(124)는 별개의 상부 부분(126)과 하부 부분(128)의 원하는 표면에 접착될 수 있는데, 이 원하는 표면은 도 3에서 모두 대체로 U자 형상의 표면들로 나타나 있는 냉각 갤러리(122)를 구획하는 대체로 U자 형상의 표면들 중 하나 또는 모두 및/또는 언더크라운 표면(118)을 포함한다. 따라서, 비점착성 코팅 재료(124)가 모두 대체로 U자 형상의 표면들에 접착되는 상태에서, 냉각 갤러리(122)의 전체 또는 상부 부분은 코팅처리되고, 그 결과 상부 연소 표면과 링 벨트 영역(120) 모두를 따라서 이어지는 전체 직립 표면들은 코팅처리된다. 따라서, 탄소 퇴적물은 단열층을 이들 영역 내에 형성하는 것이 방지되고, 그 결과 이들 영역들이 냉각 갤러리(122) 내의 오일을 순환시킴으로써 적절히 냉각되는 것을 허용한다.

본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 피스톤(210)은 도 4에 나타나 있고, 여기에서 200이 더해져 오프셋되어 있는 동일한 참조번호는 상술된 유사한 부재를 지시하는데 사용된다. 피스톤(210)은 피스톤 바디(212)를 가지고 있는데, 이 피스톤 바디는 그 내부에 오목하게 형성되어 있는 연소통(240)을 가지고 있는 것으로 나타나 있는 상부 연소 표면(216)과, 상부 연소 표면(216) 밑에 있는 언더크라운 표면(218)을 포함한다. 피스톤 바디(212)는 또한 상부 연소 표면(216)에 인접한 링 벨트 영역(220)을 포함한다. 전체적으로, 피스톤 바디(212)는 도 3에 도시되어 있는 피스톤 바디와 마찬가지로 유사하게 구성되어 있지만, 별개의 재료로 구성되지 않고 단일의 모놀리식 재료로 구성된다. 또한, 피스톤 바디(212)는, 폐쇄형 또는 실질적인 패쇄형 냉각 갤러리를 가지고 있지 않고, 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역(220)과 실질적으로 반경방향으로 정렬게 구성되는, "개방된" 냉각 갤러리(222)를 가지고 있다. "개방상태(open)"로 지칭되는 것은, 냉각 갤러리(222)가 그 하부를 따라 개방되어 있어서 앞선 실시예에 있는 것과 같이 바닥부를 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 비점착성 코팅 재료(224)는 모두 마찬가지로 나타나 있는 언더크라운 표면(218)과 냉각 갤러리(222) 중 적어도 하나에 접착되어 있고, 여기에서 비점착성 코팅 재료(224)는 상술된 바와 같이 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 억제한다. 나타나 있는 바와 같이, 비점착성 코팅 재료(224)는 연속적인 끊임없는 코팅층으로서 냉각 갤러리(222)를 구획하는 표면과 언더크라운 표면(218)을 따라 뻗어 있다. 코팅물질이 열 분무(thermal spray) 방법에 의해 도포되는 경우에는, 코팅물질은 분무 방향과 수직인 갤러리 구역을 따라 우선적으로 접착될 것이다.

본 발명의 다른 양태에 따라 구성된 피스톤(310)은 도 5에 나타나 있고, 여기에서 300이 더해져 오프셋되어 있는 동일한 참조번호는 상술된 유사한 부재를 지시하는데 사용된다. 피스톤(310)은 피스톤 바디(312)를 가지고 있는데, 이 바디는 그 내부에 오목하게 형성되어 있는 연소통(640)을 가지고 있는 것으로 나타나 있는 상부 연소 표면(316)과, 상부 연소 표면(316) 밑에 있는 언더크라운 표면(318)을 포함한다. 피스톤 바디(312)는 또한 상부 연소 표면(316)에 인접한 링 벨트 영역(320)을 포함하고, 폐쇄형 또는 실질적인 폐쇄형 냉각 갤러리(322)가 반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역(320)과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성된다. 비점착성 코팅 재료(324)는 언더크라운 표면(318)과 냉각 갤러리(322)의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착되어 있고, 여기에서 비점착성 코팅 재료(324)는 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 억제한다.

피스톤 바디(312)는 도 3의 피스톤 바디(112)에 대해 설명된 바와 마찬가지로, 상부 크라운 영역(326)으로 지칭되는 상부와, 하부 크라운 영역(328)으로 지칭되는 하부를 가지는데, 이 하부는 측면방향으로 이격되어 있는 핀 보어(332)를 가지고 있는 한 쌍의 핀 보스부(330) 쪽으로 뻗어 있다. 상부 크라운 영역(326)과 하부 크라운 영역(328)은 별개의 재료로 구성되고 나중에 서로 고정된다.

제 1 용접 조인트(350)는 개별적으로 만들어진 피스톤(310)의 상부 크라운 영역(326)과 하부 크라운 영역(328) 중 일 부분을 결합시킨다. 그러나, 피스톤(110)과 달리, 제 1 용접 조인트(350)는 연소통(340)의 환형 골부(352) 위에서 연소통(340)의 직립 벽을 통과하여 뻗어 있는 것이 아니고, 오히려 제 1 용접 조인트(350)는 연소통(340) 밑에 형성된다. 연소통(340)은 전체적으로, 연소통의 직립 벽을 포함하는 상부 크라운 영역(326)과 동일한 재료로 형성된다. 제 1 용접 조인트(350)에 더하여, 제 2 용접 조인트(354)는 링 벨트 영역(320) 내에서 외측 벽(342)을 통과하여 뻗어 있다. 상부 크라운 영역(326)은 한 쌍의 상부 접합 표면을 포함할 수 있는데, 이 한 쌍의 상부 접합 표면은 연소통(340) 아래에 뻗어 있는 반경방향 내측의 아래쪽을 향하고 있는 접합 표면(356)과, 링 벨트 영역(320) 내부에 있는 반경방향 외측의 아래쪽을 향하고 있는 상부 접합 표면(357)을 포함한다. 한편, 하부 크라운 영역(328)은 한 쌍의 하부 접합 표면을 포함할 수 있는데, 이 한 쌍의 하부 접합 표면은 반경방향 내측의 위쪽을 향하고 있는 하부 표면(358)과, 반경방향 외측의 위쪽을 향하고 있는 하부 접합 표면(359)를 포함한다. 결합된 하부 및 상부 접합 표면(356, 357; 358, 359)은 유도 용접, 마찰 용접, 저항 용접, 전하 운반 광선, 전자 빔 용접, 레이저 용접, 교반 용접, 납땜, 땜납, 열간 또는 냉간 확산 등과 같은 선택된 접합 공정에 의해 결합될 수 있다.

상부 크라운 영역(326)은 피스톤(310)의 길이방향 중심 축(314)을 따라 절단된 대체로 U자 형상의 단면을 가지는 냉각 갤러리(322)의 상부를 제공한다. 하부 크라운 영역(328)은 길이방향 중심 축(314)를 따라 절단된 대체로 U자 형상의 단면을 가지는 냉각 갤러리(322)의 하부를 제공한다. 따라서, 상부 크라운 영역(326)을 하부 크라운 영역(328)에 접합시키기 전에, 비점착성 코팅 재료(324)는 별개의 상부 부분(326)과 하부 부분(328)의 원하는 표면에 접착될 수 있는데, 이 원하는 표면은, 도 5에서 냉각 갤러리(322)의 상부를 구획하는 단 하나의 대체로 U자 형상의 표면으로 나타나 있는 냉각 갤러리(322)를 구획하는 대체로 U자 형상의 표면들 중 하나 또는 모두 및/또는 언더크라운 표면(318)을 포함한다. 따라서, 냉각 갤러리(322)의 단 하나의 상부는 연소통(340)을 따라 뻗어 있는 일 부분을 포함하는 한편, 하부 부분(328)에 의해 제공되는 냉각 갤러리(322)의 하부는 코팅 재료(324)가 없는 상태로 남아있다. 따라서, 구성시, 비점착성 코팅 재료(324)는 상부 부분(326) 상의 원하는 표면들에 접착될 수 있는 한편, 하부 부분(328)은 미코팅처리된 상태로 남아있을 수 있다. 따라서, 비점착성 코팅 재료(324)는 원하는 구역에 허비하지 않고 필요한 만큼 도포된다.

명백하게도, 본 발명의 다수의 수정과 변경은 위 교시의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 본 발명이 특별히 설명된 바와 달리 실시될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

Claims

피스톤 바디; 및
비점착성 코팅 재료;를 구비하고,
상기 피스톤 바디는, 실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출되도록 구성된 상부 연소 표면을 가지되 언더크라운 표면이 상기 상부 연소 표면 밑에 있고, 적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성되고 상기 상부 연소 표면에 인접한 링 벨트 영역을 가지되 냉각 갤러리가 반경방향으로 안쪽을 향하면서 상기 링 벨트 영역과 실질적으로 반경방향으로 정렬되게 구성되며,
상기 비점착성 코팅 재료는 상기 언더크라운 표면과 상기 냉각 갤러리의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착되어 있고, 그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 저지하는 내연 기관용 피스톤.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅물질은 상기 언더크라운 표면과 상기 냉각 갤러리의 적어도 일 부분에 접착되어 있는 내연 기관용 피스톤.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤 바디는 모놀리식 재료로 구성되는 내연 기관용 피스톤.
제 3 항에 있어서,
상기 냉각 갤러리는 폐쇄형 갤러리인 내연 기관용 피스톤.
제 1 항에 있어서,
상기 비점착성 코팅 재료는 크롬, 크롬-다이아몬드, 니켈, 다이아몬드 유사 코팅 재료 및 질화크롬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 내연 기관용 피스톤.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤 바디는 제 1 재료로 구성된 상부 크라운과, 제 2 재료로 구성되고 상기 상부 크라운과 분리되어 있는 하부 크라운을 포함하고,
상기 상부 크라운은 상기 하부 크라운에 고정되어 있고,
상기 비점착성 코팅 재료는 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운 중 적어도 하나에 접착되는 내연 기관용 피스톤.
제 6 항에 있어서,
상기 하부 크라운은 상기 비점착식 코팅 재료가 없는 내연 기관용 피스톤.
제 7 항에 있어서,
상기 비점착성 코팅 재료는 상기 언더크라운 표면과 상기 냉각 갤러리의 적어도 일 부분에 접착되는 내연 기관용 피스톤.
제 8 항에 있어서,
상기 냉각 갤러리는 폐쇄형 갤러리인 내연 기관용 피스톤.
제 6 항에 있어서,
상기 비점착성 코팅 재료는 상기 상부 크라운과 상기 하부 크라운에 접착되는 내연 기관용 피스톤.
내연 기관용 피스톤을 구성하는 방법으로서,
상기 방법은:
실린더 보어 내부에서 연소 가스에 직접 노출되도록 구성된 상부 연소 표면과, 상부 연소 표면 밑에 있는 언더크라운 표면을 가지는 피스톤 바디를 형성하는 단계;
적어도 하나의 피스톤 링을 수용하도록 구성되고 상부 연소 표면에 인접한 링 벨트 영역을 형성하는 단계;
반경방향으로 안쪽을 향하면서 링 벨트 영역과 실질적으로 반경방향으로 정렬되어 있는 냉각 갤러리를 형성하는 단계;
그 위에서의 탄소 퇴적물의 축적을 저지하는 비점착성 코팅 재료를 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분 중 적어도 하나에 접착시키는 단계;를 구비하는 방법.
제 11 항에 있어서,
피스톤 바디를 모놀리식 재료로 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서,
냉각 갤러리를 폐쇄형 갤러리로 형성하는 단계와, 비점착성 코팅 재료를 냉각 갤러리 내에 접착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 11 항에 있어서,
별개의 재료로 구성되고 분리되어 있는 상부 크라운과 하부 크라운을 가지고 있는 피스톤 바디를 형성하는 단계와, 상부 크라운을 하부 크라운에 고정시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 14 항에 있어서,
하부 크라운을 비점착성 코팅 재료가 없는 상태로 유지시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서,
비점착성 코팅 재료를 언더크라운 표면과 냉각 갤러리의 적어도 일 부분에 접착시키는 단계를 더 포함하는 방법.