180 bar 이상의 최대 폭발압과 높은 열부하를 가진 박용 디젤엔진의 분리형 피스톤은 크라운과 스커트를 각각 고강도 합금강과 연성주철을 사용한다. 피스톤의 피로설계를 위해서는 작용 하중, 표면조도 뿐만 아니라 온도영향에 의한 강도 저하를 고려해야 하며, 실린더 내부의 폭발력이 크라운을 거쳐 스커트에 전달되는 하중의 분율도 고려되어야 한다. 본 연구에서는 노치부의 피로강도 증분을 응력구배방법을 사용하여 고려하였으며, 열전달해석과 그에 따른 온도영향을 고려하였다. 하중 분율과 접촉압력은 공차해석을 통해 최적화하였으며, 프로타입 엔진에 대한 실차 시험을 통해 냉각 및 내구설계를 검증하였다.
A composite piston with a crown made of steel and a skirt made of NCI is used in a marine diesel engine, which has a maximum firing pressure of over 180 bar and a high thermal load. In the fatigue design of the composite piston, the fatigue is influenced by factors such as the load type, surface roughness, and temperature; further, the distribution ratio of the firing force from the crown to the skirt is important for optimizing the design of the crown and skirt. In this study, the stress gradient method was used to consider the effect of the load type. The temperature field on the piston was predicted by cocktail-shaking cooling analysis, and influence of high temperature on fatigue strength was investigated. The load transfer ratio and contact pressure were optimized by design of the surface shape and accurate tolerance analysis. Finally, the cooling performance and durability design of the composite piston were verified by performing a long-term prototype test.
