피스톤에 대해 알고 싶었던 모든 것 – 기능 – 자동차와 운전자

엔진 내부의 알루미늄 슬러그는 불타는 지옥에 살고 있습니다. 풀 스로틀 및 6000rpm에서 가솔린 엔진의 피스톤은 반복적인 폭발로 인해 금속이 화씨 600도 이상으로 가열됨에 따라 0.02초마다 거의 10톤의 힘을 받습니다.

요즘 그 원통형 하데스는 그 어느 때보다 더 뜨겁고 강렬하며, 피스톤의 경우 더욱 악화될 가능성이 높습니다. 자동차 제조업체가 더 높은 효율성을 추구함에 따라 피스톤 제조업체는 가장 강력한 자연 흡기 가솔린 엔진이 현재 130마력에서 리터당 175마력을 생산하는 미래를 준비하고 있습니다. 터보차저와 출력 증가로 인해 상황은 더욱 까다로워졌습니다. 지난 10년 동안 피스톤 작동 온도는 120도 상승했고, 최고 실린더 압력은 1500psi에서 2200psi로 높아졌습니다.

피스톤은 자신이 속한 엔진에 대한 이야기를 들려줍니다. 크라운을 통해 보어, 밸브 수, 연료가 실린더에 직접 분사되는지 여부 등을 확인할 수 있습니다. 그러나 피스톤의 설계와 기술은 자동차 산업이 직면한 광범위한 추세와 과제에 대해 많은 것을 말해 줄 수도 있습니다. 격언을 만들어 보면 다음과 같습니다. 자동차가 움직이면 엔진도 움직입니다. 엔진이 움직이면 피스톤도 움직입니다. 연비 향상과 배기가스 배출 감소를 추구하는 자동차 제조업체에서는 더 가혹한 작동 조건을 견딜 수 있는 내구성을 갖춘 더 가볍고 마찰이 적은 피스톤을 요구하고 있습니다. 피스톤 공급업체의 근무 시간을 소모하는 것은 내구성, 마찰 및 질량이라는 세 가지 문제입니다.

여러 면에서 가솔린 엔진 개발은 15년 전 디젤 엔진이 세운 길을 따르고 있습니다. 최대 실린더 압력의 50% 증가를 보상하기 위해 일부 알루미늄 피스톤에는 이제 상단 링을 지지하는 철 또는 강철 인서트가 있습니다. 가장 뜨거운 가솔린 엔진에는 머지않아 냉각 갤러리 또는 피스톤 아래쪽에 오일을 뿌리는 오늘날의 방법보다 열을 제거하는 데 더 효율적인 크라운 아래쪽에 밀폐된 채널이 필요할 것입니다. 분출 장치는 갤러리에 공급되는 피스톤 바닥의 작은 구멍으로 오일을 분사합니다. 겉보기에 단순해 보이는 기술은 제조가 쉽지 않습니다. 속이 빈 통로를 만든다는 것은 피스톤을 두 조각으로 주조하고 마찰이나 레이저 용접을 통해 결합하는 것을 의미합니다.

피스톤은 엔진 마찰의 최소 60%를 차지하며, 피스톤의 개선은 연료 소비에 직접적인 영향을 미칩니다. 스커트에 스크린 인쇄된 마찰 감소 흑연 함침 수지 패치는 이제 거의 보편적입니다. 피스톤 공급업체 Federal-Mogul은 오일 소비를 늘리지 않고도 링 장력을 줄일 수 있는 오일 링의 테이퍼형 면을 실험하고 있습니다. 낮은 링 마찰은 실린더당 최대 0.15마력의 잠금을 해제할 수 있습니다.

자동차 제조업체들은 서로 마찰되거나 회전하는 부품 사이의 새로운 마찰 감소 마감재에 대한 갈망도 있습니다. 단단하고 미끄러운 다이아몬드형 코팅(DLC)은 핀과 커넥팅 로드 사이에 베어링이 필요하지 않은 실린더 라이너, 피스톤 링 및 손목 핀에 적합합니다. 하지만 가격이 비싸고 오늘날의 자동차에는 거의 적용되지 않습니다.

독일 자동차 부품 공급업체인 Mahle의 제품 개발 담당 수석 이사인 Joachim Wagenblast는 "[제조업체]는 DLC에 대해 자주 논의하고 있지만, DLC를 양산차에 적용할지 여부는 의문입니다."라고 말합니다.

점점 더 정교해지는 컴퓨터 모델링과 더욱 정밀한 제조 방법으로 인해 더욱 복잡한 형상도 가능해졌습니다. 간격을 두고 특정 압축비를 달성하는 데 필요한 보울, 돔 및 밸브 인덴트 외에도 비대칭 스커트는 마찰과 응력 집중을 줄이기 위해 피스톤의 스러스트 측에 더 작고 견고한 영역이 있습니다. 피스톤을 뒤집으면 두께가 0.1인치를 넘지 않는 점점 가늘어지는 벽을 볼 수 있습니다. 벽이 얇을수록 이미 미크론 또는 1/1000mm 단위로 측정된 공차를 더욱 엄격하게 제어해야 합니다.

벽이 얇아지면 물체의 열팽창에 대한 더 나은 이해가 필요합니다. 때로는 영하에서 몇 ​​초 만에 수백도까지 따뜻해져야 합니다. 엔진의 금속은 가열될 때 균일하게 팽창하지 않으므로 공차를 최적화하려면 부품에 약간의 편심을 생성할 수 있는 설계 경험과 정밀 가공 기능이 필요합니다.