KR101371313B1 - 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)를 형성하기 위한 솔트코어(30)에 있어서: 상기 솔트코어(30)는 외주면 상으로 나선홈(35)을 지닌 환형부(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 일면에 의하면, 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)를 형성하기 위한 솔트코어(30)를 제조하는 방법에 있어서: 상기 솔트코어(30)의 환형부(31)와 동일한 형태의 모형을 생성하는 제1단계(S10); 상기 목업으로 제조된 금형을 사용하여 나선홈(35)을 지닌 솔트코어를 성형하는 제2단계(S20); 및 상기 완성된 솔트코어를 용융 금속에 침지하여 피막층을 형성하는 제3단계(S30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 디젤엔진의 피스톤에 형성되는 냉각 갤러리의 구조 변경을 통하여 냉각 오일의 유동저항을 축소하여 고온에 노출된 피스톤의 냉각능력을 향상하는 효과가 있다.

Description

엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어 및 그 제조방법{Salt core for forming engine piston cooling gallery and Method of manufacturing the same}

본 발명은 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디젤엔진의 피스톤에 형성되는 냉각 갤러리의 구조 변경을 통하여 냉각 오일의 유동저항을 축소하여 고온에 노출된 피스톤의 냉각능력을 향상하는 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

디젤엔진의 경우 연소실 온도가 매우 높아 국부적 면적에 순간적인 열유속에 의한 균열 및 연소 압력에 의한 열ㅇ기계적 피로로 피스톤 파손의 원인이 된다. 이를 해결하기 위한 냉각 갤러리는 엔진의 피스톤에 형성되는 동공 형태의 냉각 채널로서 실린더 내에서 생성된 고온의 연소열이 주변부품과 피스톤 헤드부로 유입될 때 피스톤 재질의 이상변화와 피스톤 자체의 응력상승을 방어한다. 이와 관련되는 선행특허로서, 한국 공개특허공보 제2005-0035350호의 "오일갤러리를 갖는 피스톤의 냉각성능 향상장치", 한국 공개특허공보 제2010-0138496호의 "엔진피스톤의 오일갤러리 형성용 솔트코어 및 중공지지핀 구조"등이 있다.

한국 공개특허공보 제2005-0035350호는 피스톤의 내부에 환형의 오일갤러리가 형성되어 있는 것에 있어서, 상기 오일갤러리의 내측면상에 열전달율이 높은 재질로 된 열전달수단을 내향 돌출되게 형성하여 오일갤러리의 열전달면적이 증대되도록 한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 열전달 면적이 확대될 뿐만 아니라 피스톤에 인가된 열이 오일갤러리 내부를 순환하는 오일에 빠르게 전달되어 피스톤 열의 냉각을 증대하는 효과를 기대한다.

한국 공개특허공보 제2010-0138496호에 의하면 솔트코어는 고정핀이 끼워질 수 있는 핀홀을 구비하고, 상기 핀홀의 하단부에는 상기 중공지지핀의 상단이 끼워질 수 있는 끼움홈을 구비하며, 상기 중공지지핀은 진공배기관에 연결되어 오일갤러리 주조시 진공배기용으로 사용된다. 이에 따라, 용탕의 완전한 밀착이 가능하여 냉각기능을 위한 오일갤러리의 주조품질을 크게 향상하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기 어느 경우에나 오일 펌프에 의해 분사된 오일이 수직 방향으로 상승한 후 냉각 갤러리의 수평 방향으로 진행하면서 갤러리 벽면에 대한 유동저항을 유발하여 오일 공급이 원활하게 이루어지지 못하므로 냉각능력 향상에 한계성을 보인다. 이에 따라, 피스톤 재질의 이상변화와 응력상승에 따른 문제점을 해소하기 미흡하다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 디젤엔진의 피스톤에 형성되는 냉각 갤러리의 구조 변경을 통하여 냉각 오일의 유동저항을 축소하여 고온에 노출된 피스톤의 냉각능력을 향상하는 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일면에 의하면, 피스톤의 냉각갤러리를 형성하기 위한 솔트코어에 있어서: 상기 솔트코어는 외주면 상으로 나선홈을 지닌 환형부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 나선홈은 180˚의 위상차를 지닌 이중나선 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 솔트코어는 환형부 상에 직선부의 나팔형 확장부와 맞물리는 결합공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 솔트코어는 나선홈을 지닌 직선부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 피스톤의 냉각갤러리를 형성하기 위한 솔트코어를 제조하는 방법에 있어서: 상기 솔트코어의 환형부와 동일한 형태의 모형을 생성하는 제1단계; 상기 목업으로 제조된 금형을 사용하여 나선홈을 지닌 솔트코어를 성형하는 제2단계; 및 상기 완성된 솔트코어를 용융 금속에 침지하여 피막층을 형성하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 디젤엔진의 피스톤에 형성되는 냉각 갤러리의 구조 변경을 통하여 냉각 오일의 유동저항을 축소하여 고온에 노출된 피스톤의 냉각능력을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 솔트코어를 설치상태로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 솔트코어를 분해하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 솔트코어의 요부를 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 솔트코어의 제조방법을 나타내는 블럭도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일면은 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)를 형성하기 위한 솔트코어(30)에 관련된다. 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)는 오일젯(15)에 의하여 분사된 오일이 이동하는 통로이다. 냉각갤러리(20)는 단면이 일정한 원형링 형태의 환형홈(21)을 기준으로 하지만, 환형홈(21) 상에 가변 단면을 가진 형태에도 동일한 원리로 적용이 가능하다.

본 발명에 따르면 상기 솔트코어(30)는 외주면 상으로 나선홈(35)을 지닌 환형부(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 솔트코어(30)의 환형부(31)는 피스톤(10)의 주조시 냉각갤러리(20)의 환형홈(21)을 형성하는 부분이다. 솔트코어(30)의 나선홈(35)은 냉각갤러리(20)의 나선홈(25)을 형성한다. 냉각갤러리(20)의 환형홈(21)에 나선홈(25)이 형성되면 엔진 연소시 고온에 노출되는 피스톤(10)의 냉각 성능이 향상된다. 즉, 전열 면적의 증대와 함께 오일의 유동저항 축소를 통하여 동일한 오일 충진량 조건에서도 냉각 효율이 개선된다. 다만 솔트코어(30)의 양산에 있어서 환형부(31)의 나선홈(35)은 가공성을 저하시키므로 나선 피치를 충분히 넓게 확보한다.

피스톤(10)은 약 2000℃ 이상의 고온이 작용하고 연소가스에 노출되며 30~40kg/㎠의 압력을 충격적으로 받으면서 실린더 안에서 고속운동을 수행하여 큰 마찰열을 수반한다. 통상적으로 승용차 디젤 엔진용 피스톤들은 고강도 알루미늄 합금으로 주조되지만, 어느 방식으로 주조되더라도 솔트코어(30)의 나선홈(35)에 의하여 나선홈(25)을 지닌 냉각갤러리(20)가 형성된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 나선홈(35)은 180˚의 위상차를 지닌 이중나선 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 솔트코어(30)의 환형부(31)에서 임의의 지점을 절단하면 일측의 나선홈(35)과 이와 정반대 위치에 있는 타측의 나선홈(35)이 드러난다. 이중의 나선 구조를 지닌 나선홈(35)을 적용하면 가공성이 다소 저하되지만 냉각갤러리(20)에서 오일의 전열 면적을 증대하여 피스톤(10)에 대한 냉각 성능의 향상을 기대할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 솔트코어(30)는 환형부(31) 상에 직선부(33)의 나팔형 확장부(33a)와 맞물리는 결합공(31a)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 직선부(33)는 피스톤(10)의 주조시 냉각갤러리(20)의 직선홈(23)을 형성하여 오일을 출입하는 통로를 이룬다. 도 3에서 직선부(33)의 확장부(33a)는 냉각갤러리(20)의 곡선부(27)를 구현한다. 직선부(33)의 상단은 나팔형 단면을 지닌 확장부(33a)를 형성하여 오일의 유동저항을 축소한다. 이와 같은 직선부(33)를 환형부(31)에 결합하기 위해 환형부(31)의 결합공(31a)은 나선홈(35)의 일지점에 기계적인 가공을 통하여 형성된다. 직선부(33)는 오일젯(15)의 분사 위치가 고정됨에 따라 냉각갤러리(20)의 오일 입구로서 위치가 결정된다.

본 발명의 변형예로서, 상기 솔트코어(30)는 나선홈(35)을 지닌 직선부(33)를 더 포함할 수도 있다. 도시에는 생략되나, 이와 같이 하면 직선부(33)에 의하여 형성되는 냉각갤러리(20)의 직선홈(23)에서 전열 면적이 증대하여 냉각 성능의 개선에 일조한다.

본 발명의 다른 일면은 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)를 형성하기 위한 솔트코어(30)를 제조하는 방법에 관련된다. 외주면에 나선홈(35)을 지니는 상기의 솔트코어(30)를 양산적 측면에서 접근하는 제조방법을 요지로 한다.

본 발명의 제1단계(S10)는 상기 솔트코어(30)의 환형부(31)와 동일한 형태의 모형을 생성하는 과정을 거친다. 모형(목업)은 솔트코어(30)의 환형부(31)와 동일한 형태를 기반으로 하여 나선홈(35)을 구비한다. 나선홈(35)은 단일나선 구조 또는 이중나선 구조 중에서 선택할 수 있다.

본 발명의 제2단계(S20)는 상기 목업으로 제조된 금형을 사용하여 나선홈(35)을 지닌 솔트코어(30)를 성형하는 과정을 거친다. 목업을 코어로 투입하여 프레스 금형의 다이를 주조하면, 이후 어떠한 피치의 나선홈(35)이라도 솔트코어(30) 상에 구현이 가능하다.

본 발명의 제3단계(S30)는 상기 완성된 솔트코어(30)를 용융 금속에 침지하여 피막층을 형성하는 과정을 거친다. 솔트코어(30)를 용융금속에 짧은 시간동안 침지시킨 후 고압주조를 거치면 기포를 비롯한 용접결함 발생의 우려를 경감하여 고품질을 유지할 수 있다. 용융금속은 특별한 제한이 없으나 피스톤(10)과 동일한 재질을 사용하는 것이 좋다.

이와 같은 방식에 의하면 나선홈(35)을 지닌 솔트코어(30)의 양산시 상대적으로 높은 생산성을 확보할 수 있다.

이후 제4단계의 제조에 있어서, 피스톤(10)은 악조건에서 그 기능을 발휘할 수 있도록 구리, 로엑스, 규소를 부가한 알루미늄 합금을 선택하지만 특수주철이나 여타의 다른 합금을 선택할 수도 있다. 피스톤 주조용 금형(도시 생략)의 내부에 솔트코어(30)를 위치시킨 후 금형내부에 용탕을 부어 응고시키고, 응고된 피스톤(10)의 내부에 존재하는 솔트코어(30)를 다시 물로 용융시켜 제거하면, 솔트코어(30) 위치했던 자리에 공동이 형성되면서 나선홈(25)과 곡선부(27)를 지닌 냉각갤러리(20)를 구현한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 피스톤 15: 오일젯
20: 냉각 갤러리 21: 환형홈
23: 직선홈 25: 나선홈
27: 곡선부 30: 솔트코어
31: 환형부 33: 직선부
35: 나선홈

Claims (5)

1. 피스톤(10)의 냉각갤러리(20)를 형성하기 위한 솔트코어(30)에 있어서:
   상기 솔트코어(30)는 외주면 상으로 나선홈(35)을 지닌 환형부(31)를 구비하고,
   상기 나선홈(35)은 180˚의 위상차를 지닌 이중나선 구조로 형성되며,
   상기 솔트코어(30)는 환형부(31) 상에 직선부(33)의 나팔형 확장부(33a)와 맞물리는 결합공(31a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 솔트코어(30)는 나선홈(35)을 지닌 직선부(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진피스톤 냉각 갤러리 성형용 솔트코어.
5. 삭제

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