KR20030030245A

KR20030030245A - Piston

Info

Publication number: KR20030030245A
Application number: KR1020010062100A
Authority: KR
Inventors: 신연호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-18

Abstract

PURPOSE: A piston is provided to achieve improved cooling performance of piston by forming an oil gallery in the vicinity of the combustion chamber, while improving fluidity of oil. CONSTITUTION: A piston(1) comprises a groove combustion chamber(2) formed at the top surface of the piston; an iron insert ring(3) inserted into a piston top ring groove; an oil gallery(4) for cooling the peripheral area around the combustion chamber; an oil inlet channel(6) and an oil outlet channel(7) which are communicated to the oil gallery. The oil gallery is constituted by a hollow steel ring(5), and arranged to contact the iron insert ring inserted into the piston top ring groove. The oil inlet channel and the oil outlet channel are formed of steel pipes(8,9). The iron insert ring and the steel ring forming the oil gallery are welded with each other.

Description

피스톤{Piston}Piston {Piston}

본 발명은 냉각성이 우수하여 고출력 엔진에 적합한 피스톤에 관한 것이다.The present invention relates to a piston suitable for high power engines having excellent cooling properties.

직접분사식 고출력 엔진은 연소실 온도가 높으므로 피스톤의 재질을 Aℓ합금중에서 내열성 증대 재질을 사용하거나 강도와 내열성이 높은 주철재를 사용하기도 한다.The direct injection type high power engine has a high combustion chamber temperature, so the piston material is made of heat-resistant material in Aℓ alloy or cast iron material with high strength and heat resistance.

그러나 주철재의 피스톤의 경우 단가가 비싸며, 또한 왕복 운동하는 피스톤의 중량이 증가되어 마찰손실이 증가하고, 운동계의 내구력 설계가 병행되어야 하므로 일반적으로 Aℓ합금을 많이 사용한다.However, in case of the cast iron piston, the unit cost is high, and the weight of the reciprocating piston is increased, so the friction loss is increased, and the durability design of the kinematic system is required.

그리고 연소실내에서 연소가 이루어지면 연소 온도는 2000℃이상에 달하고, 그 열의 상당량이 피스톤에 전달되므로 피스톤의 상부는 350℃정도까지 상승하게 되며, 피스톤이 받는 이 열의 상당량은 피스톤 탑링을 통하여 실린더 라이너로 전달되고, 이때 탑링 그루우브의 온도는 260℃ 수준이 된다.When the combustion occurs in the combustion chamber, the combustion temperature reaches 2000 ℃ or more, and since much of the heat is transferred to the piston, the upper part of the piston rises to about 350 ° C. The temperature of the top ring groove is at 260 ° C.

이와같이 탑링그루우브의 온도가 상승하게 되면 Aℓ재의 피스톤의 경우 탑링그루우브의 마모가 심화되어 엔진 전체 파손의 한 원인을 제공하게 되므로 이를 방지하기 위하여 도 2에 도시하는 것과 같이 피스톤(20)의 링그루우브내에 주철재 인서트링(21)을 끼워 넣어 마모를 방지하고 있다.In this way, when the temperature of the top ring groove increases, the piston of the Al material intensifies the wear of the top ring groove to provide a cause of total damage to the engine, so that the ring of the piston 20 as shown in FIG. 2 is prevented. The cast iron insert ring 21 is inserted into the groove to prevent wear.

한편, 피스톤링(22)을 통한 실린더라이너(23)에의 열전달만으로는 피스톤(20)의 과열을 피할 수 없기 때문에 실린더블록(23) 하부에 오일갤러리(도시생략)를 형성하고, 그 오일갤러리에 접속하는 오일제트(24)를 피스톤(20) 하부위치에 설치하여 오일제트(24)로부터 분사되는 오일에 의해 피스톤(20)을 냉각시키게 되며, 보다 효과적인 냉각을 위해서는 피스톤(20)의 상부에도 오일갤러리(25)를 형성하고, 오일제트(24)에서 분사되는 오일이 입구통로(26)를 통해 피스톤 상부에 형성된 오일갤러리(25)에 들어가 순환하면서 냉각한 후 배출통로(27)를 통해 낙하하여 오일팬으로 귀환되도록 하고 있다.On the other hand, since an overheating of the piston 20 cannot be avoided only by heat transfer to the cylinder liner 23 through the piston ring 22, an oil gallery (not shown) is formed under the cylinder block 23 and connected to the oil gallery. The oil jet 24 is installed in the lower position of the piston 20 to cool the piston 20 by the oil injected from the oil jet 24, and in order to more effectively cool the oil gallery in the upper portion of the piston 20 (25) is formed, and the oil injected from the oil jet 24 enters and circulates through the oil gallery 25 formed on the piston through the inlet passage 26 to cool, and then falls through the discharge passage 27 to oil. I'm returning to the fan.

그러나 상기와 같은 피스톤(20)의 냉각 방식에 의하면 피스톤(20)의 상부에 오일갤러리(25)를 형성함에 있어서 소재상태에서 솔트코어(solt core)를 이용하여오일갤러리(25)를 형성하고, 오일제트의 입구통로(26)와 출구통로(27)를 드릴 등의 가공작업으로 제작하기 때문에 통로 및 오일갤러리 내부에 거친면이 존재하게 되어 오일의 유동을 방해하는 점이 지적되고 있다.However, according to the cooling method of the piston 20 as described above, in forming the oil gallery 25 on the upper portion of the piston 20, the oil gallery 25 is formed by using a salt core in the state of the material. It is pointed out that since the inlet passage 26 and the outlet passage 27 of the oil jet are manufactured by a machining operation such as a drill, a rough surface exists inside the passage and the oil gallery, thereby preventing the flow of oil.

또 오일갤러리(25)의 설계시 연소실(28)과 인서트링(21)과의 간섭 때문에 상당한 거리 L₁과 L₂를 유지하는 관계로 오일갤러리(25)를 피스톤 상면에 가깝게 가져가는데 한계가 있을 수 밖에 없어 냉각성 향상에 한계가 있으며, 또한 연소실(28)의 높이(H)와 직경(D)은 연소 매칭에 중요한 인자로 작용하나 오일갤러리(25)에 의해 연소실(28)의 형상 설계에 제한을 받게 되는 문제도 지적되고 있다.In the design of the oil gallery 25, there is a limit in bringing the oil gallery 25 close to the piston surface because of maintaining a considerable distance L ₁ and L ₂ due to the interference between the combustion chamber 28 and the insert ring 21. In addition, there is a limit in improving the cooling performance, and the height (H) and the diameter (D) of the combustion chamber 28 are important factors for combustion matching, but the oil gallery 25 restricts the shape design of the combustion chamber 28. The problem of receiving is also pointed out.

이에 본 발명은 상기한 점들을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 피스톤 냉각을 위한 오일갤러리를 연소실 및 피스톤 탑링 그루우브에 가깝게 설치할 수 있어 연소실 설계가 용이하고 오일갤러리의 입출구를 드릴 가공할 필요가 없이 매끄한 강관으로 형성하여 오일의 유동성을 향상하여 냉각성을 향상시킨 피스톤을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed in view of the above points, and its object is to install the oil gallery for piston cooling close to the combustion chamber and the piston top ring groove so that the combustion chamber design is easy and the inlet and outlet of the oil gallery need to be drilled. It is to provide a piston formed by a smooth steel pipe without improving the fluidity of the oil to improve the cooling.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피스톤 상면에 요홈의 연소실이 형성되고, 피스톤 탑링 그루우브에 주철재링이 인서트되며, 피스톤 상부의 연소실 주변을 냉각하기 위하여 오일갤러리가 형성되며, 오일갤러리와 연통하는 오일유입통로와 오일배출통로를 구비하고 있는 피스톤에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is the combustion chamber of the groove is formed on the upper surface of the piston, the cast iron ring is inserted into the piston top ring groove, the oil gallery is formed to cool around the combustion chamber of the upper piston, the oil gallery and A piston having an oil inflow passage and an oil discharge passage communicating therewith,

상기 오일갤러리는 속이 빈 강재링으로 구성되어 상기 피스톤 탑링 그루우브의 주철재 인서트링과 당접하도록 설치되며, 상기 오일유입통로와 오일배출통로는 강관으로 형성된 것을 특징으로 한다.The oil gallery is composed of a hollow steel ring is installed to abut the cast iron insert ring of the piston top ring groove, characterized in that the oil inflow passage and the oil discharge passage is formed of a steel pipe.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤을 나타내는 도면1 is a view showing a piston according to the present invention

도 2는 종래기술2 is a prior art

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

1 : 피스톤 2 : 실린더라이너(블록)1: Piston 2: Cylinder Liner (Block)

3 : 주철재 인서트링 4 : 오일갤러리3: cast iron insert ring 4: oil gallery

5 : 강재링 6 : 오일유입통로5: steel ring 6: oil inflow passage

7 : 오일배출통로 8,9 : 강관7: oil discharge passage 8,9: steel pipe

10 : 오일제트10: oil jet

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤을 나타내는 도면으로 도면중 부호 1은 피스톤이고, 부호 2는 실린더 라이너이다.1 is a view showing a piston according to the present invention, 1 is a piston, 2 is a cylinder liner.

피스톤(1)의 상부에는 요홈연소실(2)이 형성되어 있고, 피스톤 탑링 그루우브에는 주철재 인서트링(3)이 끼워져 있다.The groove combustion chamber 2 is formed in the upper part of the piston 1, and the cast iron insert ring 3 is fitted in the piston top ring groove.

그리고 부호 4는 종래의 오일갤러리 공간에 속이 빈 강재링(5)을 끼워 넣어 형성한 오일갤러리(4)로서, 이 강재링(5)은 요홈연소실(2)과 피스톤 탑링 그루우브의 인서트링(3) 부위까지 상승하여 주철재 인서트링(3)에 용접되어 있다.And reference numeral 4 is an oil gallery (4) formed by inserting a hollow steel ring (5) in the conventional oil gallery space, the steel ring (5) is an insert ring of the groove combustion chamber (2) and the piston top ring groove ( 3) It is raised to the site and welded to the cast iron insert ring (3).

그러나 강재와 주철재는 일반 용접으로는 접합이 불가능하므로 주철재 인서트링(3) 내주면에 돌기를 형성하고 순간적으로 고전압을 방전시켜 이 돌기 부분이 용융되어 강재링(5)과 접합되는 CDW 특수 용접 방식을 적용하여 용접하며, 이는 순간 저항 용접방식이므로 열변형을 일으키는 일은 없다.However, since steel and cast iron cannot be joined by general welding, a protrusion is formed on the inner circumferential surface of the cast iron insert ring (3), and a high voltage is discharged instantaneously, so that the protrusion is melted and welded to the steel ring (5). The welding method is applied. Since this is a resistance welding method, there is no thermal deformation.

또 상기 강재링(5)의 오일갤러리(4)에 연통하는 오일유입통로(6)와 오일배출통로(7)에는 각각 강관(8)(9)이 삽입되어 상기 강재링(5)과 용접되어 있다.In addition, the oil inlet passage (6) and the oil discharge passage (7) communicating with the oil gallery (4) of the steel ring (5) are respectively inserted into the steel pipe (8) (9) is welded to the steel ring (5) have.

이와같은 본 발명은 실린더블록 하부의 오일제트(10)에서 오일이 분사되면, 그 오일이 오일유입통로인 강관(8)을 따라 상승하여 연소실(2)의 근접거리에 강재링(5)으로 형성된 오일갤러리(4)에 들어가서 연소실(2)의 외주를 순환하면서 냉각한 후 오일배출통로인 강관(9)을 통해 낙하되어 오일팬으로 귀환하게 된다.In the present invention, when the oil is injected from the oil jet 10 of the lower cylinder block, the oil is raised along the steel pipe (8) which is the oil inflow passage formed by the steel ring (5) in the proximity of the combustion chamber (2) After entering the oil gallery (4) and cooling while circulating the outer periphery of the combustion chamber (2) it is dropped through the steel pipe (9) which is the oil discharge passage is returned to the oil pan.

이상과 같은 본 발명은 피스톤 냉각을 위한 오일갤러리를 강재링으로 형성하여 요홈 연소실의 외주를 감싸도록 형성하되 피스톤 탑링 그루우브의 주철재 인서트링과 용접에 의해 용착시키는 것에 의해서, 또 오일유입통로와 오일배출통로를 강관으로 형성하는 것에 의해서, 오일갤러리가 피스톤 탑링 그루우브와 일체형이고, 연소실의 근접 위치인 연소실 외주에 형성되므로 피스톤의 냉각 성능이 향상되는 효과가 있으며, 연소실 설계의 자유도가 증진되고, 오일의 유출입통로가 매끄한 강관으로 형성되기 때문에 오일의 유동성이 크게 좋아지게 되는 효과가 있다.The present invention as described above is formed to cover the outer circumference of the groove combustion chamber by forming an oil gallery for cooling the piston with a steel ring, but by welding by cast iron insert ring and welding of the piston top ring groove, and the oil inflow passage and By forming the oil discharge passage as a steel pipe, the oil gallery is formed integrally with the piston top ring groove and is formed on the outer circumference of the combustion chamber, which is a proximal position of the combustion chamber, thereby improving the cooling performance of the piston and improving the freedom of combustion chamber design. In addition, since the oil inflow and outflow path is formed of a smooth steel pipe, the fluidity of the oil is greatly improved.

Claims

피스톤 상면에 요홈의 연소실이 형성되고, 피스톤 탑링 그루우브에 주철재링이 인서트되며, 피스톤 상부의 연소실 주변을 냉각하기 위하여 오일갤러리가 형성되며, 오일갤러리와 연통하는 오일유입통로와 오일배출통로를 구비하고 있는 피스톤에 있어서,A combustion chamber of the groove is formed on the upper surface of the piston, a cast iron ring is inserted into the piston top ring groove, an oil gallery is formed to cool around the combustion chamber at the top of the piston, and an oil inflow passage and an oil discharge passage communicating with the oil gallery are formed. In the piston provided,

상기 오일갤러리는 속이 빈 강재링으로 구성되어 상기 피스톤 탑링 그루우브의 주철재 인서트링과 당접하도록 설치되며, 상기 오일유입통로와 오일배출통로는 강관으로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.The oil gallery is composed of a hollow steel ring is installed to abut the cast iron insert ring of the piston top ring groove, the oil inflow passage and the oil discharge passage is characterized in that the piston formed of a steel pipe.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 주철재 인서트링과 오일갤러리를 형성하는 강재링은 용접에 의해 용착되는 것을 특징으로 하는 피스톤.Piston, characterized in that the cast steel insert ring and the steel ring forming the oil gallery is welded.

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 주철재의 인서트링은 그의 내주면에 돌기를 형성하고 순간적으로 고전압을 방전시켜 이 돌기부분을 용융시켜 상기 강재링과 접합시킨 것을 특징으로 하는 피스톤.The insert ring of the cast iron is a piston, characterized in that forming a projection on the inner circumferential surface and instantaneously discharge a high voltage to melt the projection portion to join the steel ring.

제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3,

상기 오일유입 및 배출통로에는 강관이 삽입되어 상기 오일갤러리의 강재링과 연통하도록 용접된 것을 특징으로 하는 피스톤.The oil inlet and outlet passage is inserted into a steel pipe is characterized in that the welded to communicate with the steel ring of the oil gallery.