KR101119174B1 - 내연기관용 피스톤 및 이의 제조를 위한 주조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원형 실린더 형상의 상부영역(5)과, 2개의 보스(7)를 구비하며 피스톤중앙축(8) 쪽으로 우묵 들어가는 하부영역(6)으로 구성되며, 상기 상부영역(5)에는 하부영역(6)을 향해 개방된 리세스(12, 12')가 보스(7)에 인접하여 형성되는, 피스톤(1)에 관한 것이다. 보스(7)와 상부영역(5) 사이의 영역에 언더컷(13, 13')을 형성하기 위하여, 솔트성형부품(salt mold part)(15)이 각각의 윈도우인서트(14) 상에 배치된다. 솔트성형부품(15)은 피스톤(1)의 주조시에 언더컷(13, 13')과 리세스(12, 12')를 형성시키는 역할을 하며 피스톤의 주조 후에는 씻겨져 제거된다.

Description

내연기관용 피스톤 및 이의 제조를 위한 주조방법{PISTON FOR A COMBUSTION ENGINE AND CASTING METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 피스톤 및 청구항 2의 전제부에 따른 이의 제조를 위한 주조방법에 관한 것이다.
독일 특허 공보 DE 199 22 809 A1 호에는 피스톤이 공지되는데, 피스톤의 실린더형으로 형성된 상부영역에 성형된 핀보스가 상부영역의 경계에 비해 우묵 들어감에 따라 피스톤의 주조시에 이에 의해 형성된 돌출부(projection)의 하측에 핀보스에 인접하여 우묵 들어간 부분(recess)이 성형될 수 있다. 이를 위해 우묵 들어간 부분마다 1개의 주조코어(casting core)를 구비하는 선회가능한 윈도우인서트(window insert)를 포함하는 주형이 사용되며, 이것은 주조코어가 주조 후에 문제없이 빠져 나올 수 있는 그러한 우묵 들어간 부분을 만들 수 있다. 이것은, 이로 인해 피스톤의 상부영역의 중량이 별로 감소되지 않으며 피스톤의 무게중심이 문제없는 엔진 작동을 위해 가능한 한 피스톤의 하부영역으로 이동하는 단점을 가진다.
독일 특허 공보 DE 101 42 980 A1호에는 피스톤축에 대하여 경사지게 이동 가능한 주조금형에 성형체를 삽입하는 것이 공지되며, 이에 의해 피스톤의 주조시에 피스톤크라운 아래 링벨트 뒤에 리세스(recess)을 형성할 수 있는데, 이것은 피스톤중앙축 방향으로 향하는 코(nose) 형상의 언더컷을 구비한다. 피스톤의 주조후에 주조 금형은 피스톤으로부터 경사지게 아래를 향해 빠지며, 여기서 성형체는 씻겨져 제거될 때까지 잠시 피스톤에 남아 있게 된다.
이에 대한 단점은 피스톤의 주조시에 주조금형을 이를 고려한 위치에 정확히 유지하고 주조 후에 피스톤으로부터 아래를 향해 경사지게 제거하여 성형체로부터 뽑아내기 위하여 상당한 비용이 드는 기구를 필요로 한다는 점이다. 또한 선행기술로부터 공지된 성형부품은 리세스에 리브를 형성할 수 있는 어떠한 절개부도 가지고 있지 않으며 이로 인해 상기 선행기술로부터 공지된 피스톤에서는 낮은 기계적 강도만을 가지는 단점도 가지게 된다.
유럽 특허 공보 0 364 810 A2 호에서는 피스톤크라운에 연소실 보울을 구비하는 피스톤이 공지되는데, 이 피스톤의 하부측은 웨브(web)에 의해 핀보스와 결합된다. 피스톤크라운의 영역과 반경방향으로 외측영역에 피스톤은 또한 냉각채널의 형태로 아래로 향해 개방되는 리세스를 구비하고, 이의 반경방향 내측영역은 웨브에 의해 분할된다. 그러나 웨브는 리세스가 반경방향으로 외측에 경계를 이루는 띠에 이르기에는 불충분하므로 상기 유럽출원으로부터 공지된 피스톤의 피스톤크라운 측 영역의 기계적인 강도가 반경방향으로 외측으로 매우 낮은 단점이 발생한다.
이를 기초로 본 발명은 상기 선행기술의 단점을 방지하기 위한 과제를 기초로 한다. 상기 과제는 독립항과 종속항에 기재된 특징부에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항의 대상이다.
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이와 관련하여 선형으로 이동가능한 슬라이드에는 부적합하나 주조기술상 간단한 방법으로 리세스를 형성할 수 있는 선회가능한 윈도우인서트의 장점과 피스톤 내의 중공(cavity)의 형성 개연성에 제한없는 가능성을 제공하는 솔트코어(salt core)의 장점이 결합된다.
본 발명의 일 실시예는 이하의 도면에 의해 설명된다.
도 1은 선회가능한 윈도우인서트에 고정된 삽입형 솔트성형부품을 구비하는 주조 후의 피스톤의 부분 단면도를 도시하고,
도 2는 삽입된 솔트성형부품 및 솔트성형부품에서 분리되어 외측으로 선회되는 윈도우인서트를 포함하는 피스톤을 도시하며,
도 3은 솔트성형부품이 씻겨져 제거된 후의 피스톤의 부분 단면도를 도시하고, 그리고
도 4는 본 발명에 따른 피스톤의 저면도를 도시한다.
도 1에는 피스톤(1)이 1/2 단면으로 도시되는데, 이의 좌측반부는 도시되지 않은 피스톤 핀(piston pin)의 종축(2)에 따른 피스톤의 단면을 도시하며 이의 우측반부는 피스톤(1)의 측면을 도시하며, 여기서 피스톤스커트(piston skirt)(4)의 코팅영역(3)을 볼 수 있다. 피스톤(1)은 박스형 피스톤으로 형성되는데, 즉 피스톤 링(piston ring)을 수용하는 원형 실린더 형상의 상부영역(5)의 하부에 박스형 단면을 가지는 하부영역(6)이 위치되며, 여기서 보스(7)와 보스(7) 영역의 박스 벽은 피스톤중앙축(8) 쪽으로 우묵 들어가 있으며 압축측(thrust side)과 비압축측(minor thrust side) 영역에 있는 스커트 벽부분(skirt wall part)은 단면에서 피스톤의 직경에 상응하는 직경의 원의 조각의 형상을 가진다.
피스톤(1)은 피스톤크라운에 성형된 연소실 보울(combustion chamber bowl)(11)의 양측에 배열되는 2개의 뱅크(bank)(9 및 10)를 구비한다. 이 뱅크(9 및 10)에 의해 피스톤(1)의 무게중심이 연소실 보울(11)의 방향으로 너무 위로 치우치지 않도록, 피스톤(1)의 주조시에 연소실 보울(11)에 피스톤(1)의 하부영역(6)으로 개방되는 리세스(12)가 형성되고 또한 보스(7)와 상부영역(5) 사이의 영역에 언더컷(13)이 형성되는데 이는 본 실시예에서는 단면으로 볼 때 각각 피스톤중앙축(8)을 향하는 코 형상으로 형성되지만, 피스톤의 중량을 감소시키기 위하여 이에 적합한 여러가지 다른 형상을 가질 수도 있다. 이에 의해 절감된 재료로 인해 또한 피스톤(1)의 무게중심은 보스(7) 쪽으로 이동된다.
여기에 있어서 피스톤(1)의 주조를 위한 주형은 양 뱅크(9 및 10)에 형성될 각각의 리세스(12)를 위한 선회가능한 윈도우인서트(14)를 구비한다. 이것에 의해 피스톤(1)의 상부영역(5)에 언더컷(13)이 성형될 수 있도록, 피스톤(1)의 주조 이전에 윈도우인서트(14)에 미리 제조된 솔트성형부품(salt mold part)(15)을 올려놓는데 이의 형상은 언더컷(13)을 포함하는 리세스(12)의 형상과 동일하다. 솔트성형부품(15)은 윈도우인서트(14)에 배열되는 2개의 원추형 돌기(16)에 의해 윈도우인서트(14) 상에서 회전되지 않도록 고정되며 원추형 돌기 위에 솔트성형부품(15)이 고정된다. 도 1 및 도 2에는 윈도우인서트(14)가 단면도로 도시되어 있어, 양 돌기(16) 중의 1개만을 볼 수 있다. 선회가능한 윈도우인서트(14)와 그 위에 고정된 솔트성형부품(15)으로 피스톤(1)이 주조된다.
주조 공정에 이어 도 2에 따르면 윈도우인서트(14)가 도면에 도시되지 않은 주형의 나머지의 개방에 의하여 시계방향으로 선회되며, 여기서 솔트성형부품(15)은 윈도우인서트(14)로부터 떨어져서 피스톤(1)에 남아있다가 추후에 씻겨져 제거된다.
이에 대하여 도 3에 도시된 피스톤(1)은 언더컷(13)을 포함하는 리세스(12)를 구비하는데, 이러한 리세스(12)는 도 4에 도시된 바와 같이 뱅크(9 및 10)의 벽(18)의 성형강도의 향상에 기여하는 리브(rib)(17, 17')로 분할되어 있다. 이로 인하 벽(18)을 아주 얇게 형성할 수 있으며 이것에 의해 냉각오일의 분사를 통해 피스톤(1)의 상부영역(5)의 냉각을 개선할 수 있다.
도 4에 따른 피스톤의 저면도는 파선으로 도시된 언더컷(13, 13')을 구비하는 리세스(12, 12')의 신장(腎臟; kidney) 형상을 도시하는데, 여기서 언더컷들은 본 실시예에서 각각 2개의 리브(17, 17')에 의해 분할된다. 여기서 사용된 솔트성형부품(15)의 제조시에 리브(17, 17')의 형상 및 배열은 솔트성형부품(15)의 상응하는 형상에 의해 간단한 방법으로 고려될 수 있다. 도시된 실시예에서 솔트성형부품(15)의 형상은 도시된 리세스(12, 12')와 언더컷(13, 13')의 음형(negative form)에 해당한다. 이와 대하여 도 1 및 도 2는 솔트성형부품(15)의 단면도를 도시하는데, 이 솔트성형부품은 일부품으로 구성되고 도 3 및 도 4에 도시된 리브(17, 17')의 형성을 위해 절개부를 구비하며, 이 절개부는 형상과 깊이 면에서 도 3에 따른 리브(17)의 형상에 상응하고 그 배열은 도 4에 따른 리브(17, 17')의 배열에 상응한다.
본 발명은 내연기관용 피스톤 및 이의 제조를 위한 주조방법에 이용될 수 있다.

Claims (5)

  1. - 링홈의 수용을 위한 원형 실린더 형상의 상부영역(5)과
    - 피스톤핀의 수용을 위한 2개의 보스(7)를 구비하며 피스톤중앙축(8) 쪽으로 우묵 들어가는 하부영역(6)으로 구성되며,
    - 여기서, 상부영역(5)에는, 하부영역(6)을 향해 개방된 리세스(12, 12')가 보스(7)의 영역에 배열되며, 상기 리세스는 보스(7)와 상부영역(5) 사이의 영역에 성형되는 언더컷(13, 13')을 구비하는, 내연기관용 피스톤(1)에 있어서,
    상기 리세스(12, 12')는 각각 적어도 1개의 반경 방향으로 배열된 리브(17, 17')에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤(1).
  2. 리세스(12, 12')의 형성을 위해 선회가능한 윈도우인서트(14)를 구비한 주형이 사용되는, 피스톤의 제조를 위한 주조 방법에 있어서,
    이하의 방법 단계들:
    - 피스톤(1)의 주조시에 리세스(12,12')와, 보스(7) 및 피스톤(1)의 상부영역(5) 사이의 영역에 돌출되는 언더컷(13, 13')을 형성하는, 솔트성형부품(15)을 제조하는 단계,
    - 피스톤(1)의 주조시에 리세스(12, 12')와 언더컷(13, 13') 내에 배열되는 리브(17, 17')의 제조를 위해 솔트성형부품(15)에 절개부를 형성하는 단계,
    - 각각의 윈도우인서트(14)에 솔트성형부품(15)을 고정하는 단계,
    - 피스톤(1)을 주조하는 단계,
    - 완성 주조된 피스톤(1)으로부터 윈도우인서트(14)를 선회시켜 제거하며, 여기서 솔트성형부품(15)은 상기 윈도우인서트에서 분리되어 피스톤에 남게 되는 단계, 및
    - 피스톤(1)으로부터 솔트성형부품(15)을 씻어 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조를 위한 주조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    윈도우인서트(14)는 각각 적어도 2개의 원추형 돌기(16)를 구비하며, 상기 원추형 돌기 위에 각각의 솔트성형부품(15)이 고정되는 것을 특징으로 하는 피스톤의 제조를 위한 주조 방법.
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