KR20070020184A - 내연 기관용 피스톤 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연 기관용 피스톤(1)에 관한 것으로서, 이 피스톤은 피스톤 헤드(4)의 가장자리 구역에 배치되는 환형의 냉각 채널(6)을 갖는데, 이 냉각 채널은 스커트측에서 두 개의 반구형 하프 쉘(17, 17‘)로 이루어진 커버(17, 17’)를 통해 밀폐되며, 이 하프 쉘은 피스톤 대향측 내측면에서 순환하는 그루브(18)를 갖는데, 이 그루브를 통해 하프 쉘(17, 17‘)이 피스톤 외측면에 형성된 돌출부(16)에 장착될 수 있다. 또한 하프 쉘(17, 17‘)은 그 접촉면(26, 26’, 28, 28‘)의 구역에서 잠금 결합부(25, 25’)를 갖는데, 이 잠금 결합부를 통해 하프 쉘(17, 17‘)이 간단하게 서로 결합될 수 있다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관용 피스톤에 관한 것이다.
유럽 특허 EP 0 799 373 B1에는 피스톤 헤드의 가장자리 구역에 배치된 냉각 채널을 구비한 피스톤이 공개되어 있는데, 이 냉각 채널은 스커트 측에서 기계적 응력 하에 놓이는 투피스형 커버에 의해 밀폐된다. 여기에서 단점은 커버링의 조립이 매우 복잡하다는 것이다. 이외에도 반구형 부재를 초기 응력 하에서 피스톤 헤드의 그 해당 지지부에 장착하기 전에, 비교적 복잡한 특수 공구를 이용해 커버링의 두 개의 반구형 부재에 초기 응력을 가해야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 이런 단점을 보완하는 것이다.
이 목적은 독립항의 특징부에 명시한 특징을 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 형태는 종속항의 대상이다.
바람직하게도, 본 발명에서는 한편으로 두 개의 하프 쉘로 이루어지는 냉각 채널 커버가 내측을 향하는 그루브를 포함하는데, 조립의 목적으로 이 그루브를 통해 하프 쉘을 피스톤의 외측면에서 그루브 형태에 상보적으로 형성된 돌출부에 신속하고 용이하게 장착할 수 있다. 다른 한편으로는 하프 쉘이 그 접촉면 구역에서 잠금 결합부를 갖는데, 이 잠금 결합부를 통해 하프 쉘을 신속하게 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 실시예는 하기 도면을 통해 설명된다. 도면은 다음과 같다.
도 1은 도 2의 각진 라인 I-I를 따라 절개한 두 개의 반쪽으로 이루어진 단면도로서 도시한 두 개의 하프 쉘에 의해 밀폐되는 냉각 채널을 구비한 내연 기관용 피스톤을 나타낸다.
도 2는 도 1의 라인 A-A를 따라 절개한 피스톤 전체 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2 또는 도 4의 라인 D-D를 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1의 라인 IV-IV를 따라 절개한 잠금 결합부 구역의 부분 단면도를 포함하는 잠긴 양측 하프 쉘의 정면도를 나타낸다.
도 5는 잠긴 양측 하프 쉘의 사시도를 나탄내다.
도 6은 본 발명에 따른 하프 쉘에 의해 밀폐된 냉각 채널을 구비한, 도 1의 화살표 방향의 피스톤에 대한 측면도를 나타낸다.
- 도면의 주요부호의 설명 -
1 피스톤
2 종축
3, 3‘ 허브 보어
4 피스톤 헤드
5 연소실 그루브
6 냉각 채널
7 환형 측벽
8 환형 리브
9, 9' 허브 서포트
10, 10' 스커트 연결부
11, 11' 피스톤핀 보스
12 피스톤핀(11, 11‘)의 정면
13 피스톤 종축
14, 14' 스커트 부재
15 홈
16 돌출부
17, 17' 하프 쉘
18 하프 쉘(17, 17‘) 내의 그루브
19 하프 쉘(17, 17‘)의 피스톤 헤드측 에이프런
20 환형 측벽(7)의 스커트측 정면
21, 21' 하프 쉘(17, 17‘)의 스커트측 에이프런
22 스커트 부재(14, 14‘)의 층단부
23 틈새
24, 24‘ 잠금 아암
25, 25‘ 잠금 결합부
26, 26‘ 접촉면
27, 27‘ 언더컷
28, 28‘ 접촉면
29, 29‘ 잠금 후크
30, 30‘ 고정 클립
31, 31‘ 홈
32 개구
33 개구
34 피스톤 내부공간
35, 36, 37, 38 작은 레그
39 칼라
40 돌출부(16)의 홈
41, 41' 스커트 부재(14, 14’)의 정면
도 1은 내연 기관용의 일체형으로 형성된 피스톤(1)을 도 2의 각진 라인 I-I를 따라 절개한 단면도로 나타내는데, 이 단면도는 두 개의 반쪽으로 이루어지며, 여기에서 좌측 반쪽은 허브 보어(hub bore)(3)의 종축(2)을 따라 절개한 피스톤(1)의 단면을 나타내고 우측 반쪽은 이에 대해 피스톤(1)을 90°회전시킨 종단면을 나타낸다. 피스톤(1)은 강철로 제작되며 피스톤 헤드(4)의 구역에서 연소실 그루브(5)를 갖는다. 피스톤 헤드(4)의 방사상 외측 구역에는 환형의 순환하는 냉각 채 널(6)이 배치되며, 그 방사상 외측 경계는 피스톤 헤드(4)에 성형된 환형 측벽(7)으로 형성되고 그 방사상 내측 경계는 일부 환형 리브(8), 일부 허브 서포트(9, 9‘) 및 일부 스커트 연결부(10, 10’)에 의해 형성된다. 여기에서 환형 측벽(7)은 피스톤링 서포트로서 기능한다.
허브 서포트(9, 9‘)를 통해 피스톤 헤드(4)에 각각 하나의 피스톤핀 보스(piston pin boss)(11, 11’)가 각각 하나의 허브 보어(3, 3‘)와 함께 형성된다. 피스톤핀 보스(11, 11’)의 정면(12)은 환형 측벽(7)에 비해 피스톤 종축(13) 방향에서 뒤로 배치된다. 피스톤핀 보스(11, 11‘)는 스커트 부재(14, 14’)를 통해 서로 연결되며, 이 스커트 부재는 각각 하나의 스커트 연결부(10, 10‘)를 통해 피스톤 헤드(4)에 형성된다. 스커트 부재(14, 14’)와 환형 측벽(7) 사이에서 피스톤(1)이 홈(15)을 갖는다.
피스톤핀 보스(11, 11‘)의 방사상 외측 및 스커트 연결부(10, 10’)에는 순환하는 돌출부(16)가 성형되는데, 이 돌출부는 거의 직각형으로 형성된 횡단면을 가지며, 그 기능은 두 개의 하프 쉘(half shell)(17, 17‘)을 위한 고정 레일로서 사용하는 것이며, 이 하프 쉘을 통해 냉각 채널(6)이 밀폐되고, 또한 이 하프 쉘을 통해 스커트 부재(14, 14’)의 구역에서 홈(15)이 덮인다. 이 목적을 위해 하프 쉘(17, 17‘)은 그 내측에서 각각 하나의 순환하는 그루브(18)를 가지며, 그 내측면은 돌출부(16)의 외측면에 대해 상보적으로 형성되므로, 하프 쉘(17, 17’)이 그 그루브(18)를 통해 돌출부(16)에 안착될 수 있다. 본 실시예에서는 하프 쉘(17, 17‘)이 내열성 플라스틱으로 이루어지며 사출성형법으로 제조된다. 본 발명의 범위 에는, 하프 쉘(17, 17‘)이 예를 들어 강철 또는 알루미늄과 같은 다른 재료로도 이루어질 수 있으며, 또한 하프 쉘이 주조 또는 단조될 수 있다.
하기에 설명되는 바와 같이, 하프 쉘(17, 17‘)의 횡단면은, 도 1의 좌측 반쪽에 도시한 바와 같이 하프 쉘이 피스톤핀 보스(11, 11’)의 정면(12) 구역에서 냉각 채널(6)을 덮는지 또는 도 1에 따른 우측 단면도에 도시한 바와 같이 스커트 부재(14, 14’)의 구역에서 냉각 채널(6)을 덮는 지에 따라 결정된다. 피스톤핀 보스(11, 11‘)의 정면(12) 구역에서 하프 쉘은 피스톤 헤드(4) 방향의 위를 향하며, 환형 측벽(7)의 스커트 측 정면(20)에 접하는 에이프런(19)만을 가지며, 이와 달리 정면(12)의 방향에서는 지지력의 부족으로 인해 부착부품을 갖지 않는다. 이에 비해, 도 1에 따른 단면도의 우측 반쪽에 도시한 바와 같이, 하프 쉘(17, 17‘)은 스커트 부재(14, 14’)의 구역에서 피스톤 헤드측 에이프런(19) 외에도 스커트측 에이프런(21)을 갖는데(도 5도 참조), 이 에이프런은 스커트 부재(14, 14‘)의 피스톤 헤드측 측단부(22)에 접한다.
양측 에이프런(19, 21, 21‘)의 기능은, 특히 피스톤의 빠른 왕복 운동 시 하프 쉘(17, 17‘)을 부분적으로 환형 측벽(7)의 스커트측 정면(20)에 대항하여, 부분적으로 스커트 부재(14, 14’)의 피스톤 헤드측 층단부(22)에 대항하여 지지하고 이로서 축방향에서 안정적으로 고정시키는 것이다. 이외에도 하프 쉘이 강철로 이루어지는 경우, 하프 쉘(17, 17‘)은 환형 측벽(7) 및 이로서 피스톤 헤드(4)의 가장자리를 위한 서포트를 형성하며, 이로서 피스톤(1)에 큰 부하가 가해질 때 피스톤핀 보스(11, 11’) 방향으로의 피스톤 헤드 가장자리의 휘어짐이 방지된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 도 1의 라인 IV-IV에 해당하는 라인 A-A를 따라 절개한 양측 하프 쉘(17, 17‘) 및 피스톤(1)의 단면도에서는, 우선 도 1의 우측 반쪽에 도시한 하프 쉘(17, 17‘)의 단면이 하프 쉘(17, 17‘)의 접촉면(26, 28’)과 접촉면(26‘, 28) 사이의 틈새(23)를 통과하여 진행하고 이로서 도 1의 우측 단면도에서 하프 쉘(17‘)의 접촉면(26)이 정면도에 도시되며 그 잠금 아암(24)은 단면도에 도시된다.
도 2에서 피스톤(1)으로부터 피스톤 서포트(9, 9‘) 및 스커트 연결부(10, 10’)의 단면들을 볼 수 있어야 한다. 이외에도 하프 쉘(17, 17‘)의 허브 측 에이프런(21, 21‘)이 도시되는데, 이 각 에이프런은 대향측에서 하프 쉘(17, 17‘)에 의해 형성된 원의 4분의 1에 달하며 도 1에서는 단지 스커트 부재(14, 14’)의 구역에만 배치된다. 특히 도 2는 양측 하프 쉘(17, 17‘)를 결합시키고 이로서 피스톤(1)에 고정시키는 잠금 결합부(25, 25’)를 나타낸다. 여기에서 피스톤 바디에 성형되고 둘레에 형성되며, 하프 쉘(17, 17‘)가 그 둘레에 형성된 그루브(18)를 통해 맞물리는 돌출부(16)가 축방향에서 하프 쉘(17, 17‘)를 고정시키고 방사상 방향에서 잠금 결합부(25, 25’)를 고정시키는 기능을 한다.
각 잠금 결합부(25, 25‘)는 하프 쉘(17, 17‘)의 접촉면(28, 28’) 구역에서 그 외측에 부착된 언더컷(27, 27‘) 및 각 하프 쉘(17’, 17)의 다른 접촉면(26, 26‘)의 구역에 형성된 잠금 아암(24’, 24)을 포함하는데, 이 잠금 아암은 내측을 향하는 잠금 후크(29, 29‘)를 가지며, 이 잠금 후크는 양측 하프 쉘(17, 17‘)을 결합할 때 각각의 다른 하프 쉘(17’, 17)의 언더컷(27, 27‘)에 잠긴다. 하프 쉘(17, 17‘)을 결합할 때 그 잠금 아암(24, 24’)이 고정 클립(30, 30‘)에 의해 형성된 루프로 삽입될 수 있도록, 접촉면(28, 28’)의 구역에서 고정 클립(30, 30‘)이 형성된다(이와 관련해 도 5 참조). 고정 클립(30, 30’)은 하프 쉘(17, 17‘)의 조립을 용이하게 하는데, 그 이유는 이 고정 클립이 잠금 아암(14, 14’)을 위한 안내부를 형성하기 때문이다. 이외에도 이 고정 클립은 피스톤(1)에 매우 강한 부하가 형성될 때 잠금 결합부(25, 25’)가 의도치 않게 분리되는 것을 방지하는 어느 정도의 안전을 제공한다.
또한 하프 쉘(17, 17‘)은 반원형 단면의 홈(31, 31’)을 가지며, 하나의 홈(31‘)은 단면에서 마찬가지로 반원형이며 돌출부(16)의 구역에서 피스톤 외측에 형성된 홈(40)과 대응하고 이로서 단면이 원형인 개구(32)를 형성한다. 또한 도 2에는 하프 쉘(17, 17‘)에 형성된 작은 레그(35, 36, 37, 38)가 도시되어 있는데, 그 형태 및 기능은 아래에서 설명된다.
도 2 또는 도 4의 라인 D-D를 따라 절개한 단면도를 나타내는 도 3을 근거로 하여, 아래에서는 일부 돌출부(16) 및 일부 하프 쉘(17‘)에 형성된 개구(32)의 기능을 설명한다. 이 개구는 축방향을 향하며 스커트 연결부(10’)에 형성된 개구(33)를 통해 피스톤 내부공간(34)에까지 연장된다. 개구(32, 33)로 이루어진 채널의 기능은, 축방향에서 피스톤 내부공간(34)으로 분사된, 특히 개구(33)의 방향으로 분사된 냉각 오일을 냉각 채널(6)로 전달하는 것이다. 또한 도 3 뿐 아니라 도 4 및 도 5에는 피스톤 헤드측에서 개구(32)의 경계를 형성하는 칼라(collar)(39)가 도시된다.
도 4는 하프 쉘(17, 17‘)에 대한 정면도로서, 잠금 결합부(25)의 구역이 도 1의 라인 IV-IV를 따라 절개한 부분 단면도로서 도시된다.
조립된 하프 쉘(17, 17‘)에 대한 도 5의 사시도를 근거로 한편으로 피스톤 헤드측 에이프런(19) 뿐 아니라 스커트측 에이프런(21, 21’)의 배치도 알 수 있다. 다른 한편으로는 작은 레그(35, 36, 37, 38)가 스커트측 에이프런(21, 21‘)의 가장자리에 부착되는 것을 알 수 있는데, 더욱 상세하게는 도 6에 도시한 피스톤(1)의 측면도에서 알 수 있듯이(도 1의 화살표 VI의 방향), 이 작은 레그가 스커트 부재(14, 14’)의 측면으로 돌출되며 하프 쉘(17, 17‘)의 스커트측 에이프런(21, 21’)이 스커트 부재(14, 14‘)의 피스톤 헤드측 정면(41, 41’) 위에 놓인다. 이로서 피스톤(1)에 대한 하프 쉘(17, 17‘)의 위치를 명확하게 결정할 수 있다.
본 발명은 내연 기관용 피스톤에 이용될 수 있다.
Claims (8)
- 내연 기관용 피스톤(1)으로서,- 하나의 피스톤 헤드(4),- 허브 서포트(9, 9‘)가 피스톤 헤드(4)의 방사상 외측 가장자리에 비해 피스톤 종축(13)의 방향에서 뒤로 배치되며, 두 개의 피스톤핀 보스(11, 11’)를 위해 피스톤 헤드(4)에 성형된 허브 서포트(9, 9‘),- 피스톤핀 보스(11, 11‘)를 결합하는 두 개의 스커트 부재(14, 14’),- 및 피스톤 헤드(4)의 가장자리 구역에 배치된 환형의 냉각 채널(6)로서, 그 방사상 외측 경계가 피스톤 헤드(4)에 형성된 환형 측벽(7), 그 방사상 내측 경계가 일부 허브 서포트(9, 9‘) 및 일부 피스톤 헤드(4)에 형성된 환형 리브(8) 및 그 스커트측 경계가 투피스형 커버(17, 17’)에 의해 형성되는 냉각 채널을포함하는 피스톤에 있어서,- 냉각 채널(6)에 인접한 피스톤 외측면에서 순환하는 돌출부(6)가 형성되며,- 커버가 두 개의 반구형 하프 쉘(17, 17‘)을 포함하며, 이 하프 쉘은 피스톤 대향측 내측면에서 돌출부(16)의 형태에 상보적인 그루브 형태를 갖는 각각 하나의 순환하는 그루브(18)를 포함하므로, 하프 쉘(17, 17‘)이 각각의 그루브(18)를 통해 돌출부(16)에 장착될 수 있고,- 하프 쉘(17, 17‘)이 피스톤 헤드측에서 각각 하나의 에이프런(19)을 갖는 데, 이 에이프런을 통해 하프 쉘(17, 17‘)이 환형 측벽(7)의 스커트측 정명(20)에 접하며,- 하프 쉘(17, 17‘)이 그 접촉면(26, 26’, 28, 28‘) 구역에서 잠금 결합부(25, 25’)를 가지며, 돌출부(16) 상으로 장착된 하프 쉘(17, 17‘)이 이 잠금 결합부를 통해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항에 있어서, 하프 쉘(17, 17‘)이 내열성 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항에 있어서, 하프 쉘(17, 17‘)이 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항에 있어서, 하프 쉘(17, 17‘)이 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하프 쉘(17, 17‘)이 스커트 부재(14, 14’)의 구역에서 스커트측 에이프런(21, 21‘)포함하며, 이 에이프런이 스커트 부재(14, 14’)의 피스톤 헤드측 층단부(22)에 놓이는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 잠금 결합부(25, 25‘)가 하프 쉘(17, 17‘)의 접촉면(28, 28’) 구역에서 그 외측에 부착된, 내측으로 향한 언더컷(27, 27‘) 및 각 하프 쉘(17’, 17)의 다른 접촉면(26, 26‘)의 구역에 형성되며, 내측을 향하고 언더컷(27, 27‘)에 잠길 수 있는 잠금 후크(29, 29’)를 갖는 잠금 아암(24, 24‘)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,하프 쉘(17, 17‘)이 그 내측면에서 반원형 단면의 홈(31, 31’)을 가지며, 이 홈이 적어도 일부에서 돌출부(16)의 외측면에 형성된 반원형 단면의 홈(40)과 대응하고 이로서 축방향을 향하는 원형 단면의 개구(32)를 형성하고, 이 개구가 한편으로 냉각 채널(6)에 연결되고 다른 한편으로는 스커트 연결부에 형성된 개구 (33)를 통해 피스톤 내부공간(34)에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤(1).
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 하프 쉘(17, 17‘)이 언더컷(27, 27’)과 접촉면(28, 28‘) 사이의 그 외측면에서 피스톤 종축(13)을 향하는 고정 클립(30, 30’)을 가지며, 하프 쉘(17, 17‘)의 조립 시 잠금 아암(24, 24’)을 삽입할 수 있는 루프가 이 고정 클립을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 피스톤 (1).
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