KR0152531B1 - 피스톤링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤링 구조에 관한 것으로, 탑링과 2차링(3)을 끼워주는 링홈(4)을 일체로 형성시켜 랜드부의 높이를 감소시킨 구조로 되어, 상기 홈(4)속으로 서로 다른 두께(링의 너비)를 가지면서 소정의 각도로 기울어져 각각의 링(2)(3)이 면접촉 되도록 형성된 테이퍼 형상의 단면으로 된 탑링(2)과 2차링(3)을 끼워 줌으로써, 피스톤(1)의 중량을 감소시켜주는 동시에 상기 각 링(2)(3)과 실린더벽과의 접촉면을 적게하여 단위 면적에 대한 압력을 크게함으로써 연소실의 기밀 유지 및 플로바이 가스의 통과량을 최소화시키도록 되어 있다.

Description

피스톤링 구조

본 발명은 내연기관의 피스톤링 구조에 관한 것으로, 특히 링홈의 형상을 변화시키므로서 링홈과 링홈 사이의 랜드(Land) 부위를 줄여 주어 엔진의 경량화에 기여하는 한편, 피스톤링의 열전달 기능 및 연소실의 기밀유지 기능 뿐만 아니라 블로바이 가스(blow by gas)량을 줄여 주도록 한 피스톤링 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관에 사용되는 피스톤은 실린더내를 왕복운동하며 연소실로부터 압축된 고온·고압의 혼합기 또는 연소가스를 받아 이것을 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트에 전달하여 회전력을 발생시키도록 하는 것인데, 40∼60kg/cm²의 압력을 충격적으로 받으며 실린더 안에서 약 13∼18m/s정도로 고속운동을 하기 때문에, 기본적으로 열팽창으로 인한 변형을 고려하여 열팽창 계수가 낮은 인바아 등과 같은 고강도 합금강을 피스톤 보스부에 넣어서 주조된 알루미늄 피스톤이 사용되고 있다. 또 피스톤의 동력 행정시에는 실린더벽과 큰 마찰이 생기게 되어 이러한 실린더 벽과의 마찰을 감소시키면서 피스톤이 받는 열을 실린더 벽으로 방열시키는 동시에 연소실의 기밀을 유지시켜 주기 위하여 대개 다수의 피스톤링을 끼워 주도록 되어 있다. 이 피스톤링은 상기한 바와 같은 기본적인 기능외에도 실린더 벽을 타고 흐르는 오일을 긁어내려 최소한의 유막을 형성시키고, 여분의 오일이 연소실로 흘러들어 소비되는 것을 막아주며, 실린더와의 틈새를 지나 크랭크 케이스 안으로 빠져 나가는 블로바이 가스를 줄여주는 역할도 동시에 하고 있다.

그런데, 상기와 같은 역할을 하는 피스톤링은 대개 제2도에 도시된 바와 같이, 피스톤(1) 윗부분의 외주면을 따라 일정한 간격으로 층을 이루며 형성된 링 홈(20) 안으로 기밀 유지용으로 쓰이는 압축링(탑링)(21) 및 오일을 긁어내는 역할을 하는 2차링(22) 및 오일링 등을 3∼4개 끼워 주는 구조로 되어 있다. 이와 같이 끼워진 각 피스톤링은 실린더 벽과 균일한 면압을 유지하면서 상기한 바와 같은 여러 가지 역할을 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 피스톤링 구조는 피스톤의 윗부분에 삽입시키고자 하는 피스톤링 숫자만큼의 링홈을 각각 형성시켜 주어야만 하고, 또 상기 각 링이 그들의 기능을 충분히 발휘하도록 해주기 위해서는 일정한 간격을 두고 끼워줄 필요가 있는데, 이를 위해서는 소정의 두께를 가진 랜드(7)(홈과 홈사이의 수직간격)가 필요하게 되고, 이에 따라 결과적으로 피스톤의 길이가 길어지게 되어 피스톤의 중량 및 엔진의 전체 높이가 커지게 되는 하나의 원인이 되었다.

한편, 4기통 또는 그 이상의 배기량을 가진 내연기관에 있어서, 피스톤의 중량은 엔진의 경량화 및 차체의 진동과 밀접한 관계가 있는 바, 즉 상기 피스톤의 중량이 작으면 엔진의 경량화가 가능하며, 이로 인하여 크랭크 샤프트에 걸리는 충격이 감소되어 차체의 진동이 감소되는 반면, 피스톤의 중량이 증가되면 이에 따라 크랭크 샤프트 베어링의 하중이 커지고 따라서 엔진의 경량화가 불가능해지게 된다.

또한, 상기한 바와같이, 피스톤이 실린더내에서 고온·고압·고속 왕복운동을 할 때에는, 연소실에 닿게 되는 피스톤 헤드 부위가 온도에 따른 열팽창을 심하게 받게 되어, 상기 피스톤링 중 피스톤 헤드쪽과 가까운 곳에 끼워진 탑링(압축링)부터 상대적으로 빨리 마모가 되게 되고, 탄력을 잃게 되므로 특히 기밀 유지나 실린더 벽에 흐르는 엔진 오일을 긁어주는 기능 및 블로바이 가스를 차단시키는 기능에 있어서 상당한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 탑링과 2차링을 일체로 형성된 링홈에 끼워주도록 하여 종래의 피스톤의 높이 및 중량을 감소시키면서도 각 피스톤링의 기능을 최대화시켜 주도록 한 피스톤링의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1a도는 본 발명이 적용된 피스톤의 일부 절개 사시도.

제1b도는 본 발명에 따른 피스톤링이 삽입된 홈부의 확대 단면도.

제2도는 피스톤링이 조립된 종래의 링홈 구조에 대한 일부 절개 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 2 : 압축링(탑링)

3 : 2차링 4 : 링홈

5 : 랜드 6 : 피스톤 헤드

7 : 실린더 벽

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 피스톤링 구조는, 피스톤 윗부분(피스톤 헤드쪽)의 외주면을 따라 형성된 3개 또는 그 이상의 링홈 중에서 탑링과 2차링을 끼워주는 링홈을 일체로 형성시켜 랜드부의 높이를 감소시킨 구조로 되고, 또 상기 홈속으로 서로 다른 두께(링의 너비)를 가지면서 소정의 각도로 기울어져 각각의 링이 면접촉 되도록 형성된 테이퍼 형상의 단면으로 된 탑링과 2차링을 끼워줌으로써 피스톤의 중량을 감소시켜주는 동시에 상기 각 링과 실린더 벽과의 접촉면을 적게하여 단위면적에 대한 압력을 크게하여 연소실의 기밀 유지 및 블로바이 가스의 통과량을 최소화시키도록 되어 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

제1도의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피스톤링 구조는 피스톤(1) 윗부분의 외주면을 따라 탑링(2)과 2차링(3)을 동시에 끼워주도록 된 일체화된 링홈(4)이 형성되어 있다.

여기서 상기 링홈(4)은 서로 다른 두께(링의 너비 및 지름방향의 두께)를 가지면서 소정의 각도로 기울어진 각각의 링(2)(3)을 용이하게 끼울 수 있도록 홈의 깊이가 상이하게 형성되어 있다. 즉 탑링(2)의 경우, 링의 단면이 테이퍼 형상을 이루도록 링의 안쪽원의 높이보다 바깥쪽 높이가 다소 높은 형태로 되어 전체적으로는 동심원형상으로 되어 있고, 2차링(3)의 경우, 상기 탑링(2)의 테이퍼진 각도와 면접촉되는 면은 이와 밀착되어 끼워질 수 있도록 소정의 각도로 기울어진 단면으로 형성되어 있으며, 상기 각각의 링(2)(3)을 링홈(4)속으로 끼워주게 되면, 각 링(2)(3)이 서로 면접촉되면서 소정의 간극을 가지고 링홈(4)에 조립되게 된다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 작용 원리 및 효과에 대해서 설명한다.

먼저, 본 발명은 탑링(2)과 2차링(3)을 일체화된 링홈(4)에 삽입하므로 종래 탑링 하부에 있었던 랜드가 불필요하게 된다. 다라서 이 랜드 높이만큼 피스톤 높이를 작게할 수 있어 피스톤의 중량 감소 및 엔진의 전체적인 높이를 작게할 수 있다.

또, 본 발명은 피스톤(1)의 일체형 링홈(4)에 설치된 각 링(2)(3)이 제1b도에 도시된 바와 같이, 서로 빗면으로 접하기 때문에 링(2)(3)간의 접촉 면적이 넓어져서 엔진의 불완전 연소시 발생하는 카본 성분의 생성물이 각 링(2)(3) 사이에 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 또한 링(2)(3)간의 접촉 면적이 넓어짐에 따라 온도 구배에 따른 열전달 면적이 넓어지게 되어 피스톤의 왕복운동시 발생된 열을 실린더 벽으로 방열시키기가 용이해진다. 여기서 상기 카본 성분의 생성물은 링사이의 공간부에 퇴적되어 열전달을 방해하게 되므로 이와 같은 생성물이 퇴적될 수 있는 공간을 줄여주는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 탑링과 2차링을 빗면으로 접촉시켜 접촉면적을 크게하므로서 연소 생성물이 퇴적되는 것을 방지하고 있다.

또한, 본 발명은 엔진의 흡기 계통으로 들어오는 먼지 등으로 인한 연삭마모를 줄일 수 있는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 상기 먼지는 피스톤링 홈속으로 끼어 들어가서 피스톤링의 상,하면(특히 아래면)을 마모시키게 되는데, 링홈을 일체화시켜주게 되면 링홈의 수가 줄어들게 되어 링홈과 각 피스톤링간에 형성되는 간극을 최대한 줄일 수 있어, 상기한 연삭마모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 간극을 통하여 빠져나가는 블로바이 가스량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 2차링(3)의 선단부, 즉 실린더 벽 접촉단부와 링홈(4)에 수납되는 부분의 크기가 다르게, 예컨대 테이퍼 형상으로 형성되므로서 2차링과 실린더 벽과의 접촉면이 작아지므로, 링(3)의 후미에서 밀어주는 압력이 보어면(실린더벽)에 높게 작용하여 엔진 오일을 보다 잘 긁어낼 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 피스톤링 구조는 피스톤 링홈을 일체화하여 이에 탑링과 2차링을 압입하는 구조로써, 피스톤의 랜드부 제거로 인한 피스톤의 중량 및 높이를 줄일 수 있어 기관의 열효율을 향상시킬 수 있고, 링간 사이의 접촉 면적 증대로 연속 생성물이 퇴적되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 연소열의 방열이 용이해지는 효과도 있다.

또, 본 발명은 링홈의 수가 줄어들어 링홈가 링간의 간극이 작아지게 되므로 이 간극을 통하여 블로바이 가스가 빠져나가는 것을 최소화할 수 있으며, 2차링의 후미에서 후미에서 밀어주는 압력이 보어면에 높게 작용하여 실린더 내면을 통한 연소실로의 오일 누출을 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 피스톤(1)의 외주면상에 다수개의 링홈(4)이 소정 간격을 두고 형성됨과 아울러 이 링홈(4)에 기밀 유지를 위한 압축링(2)과, 실린더 벽에 소정 두께의 유막을 유지시켜 주는 2차링(3이 상,하 순차적으로 배치된 피스톤링 구조에 있어서, 상기 2차링(3)은 그 폭이 압축링(2)의 폭보다 넓게 형성되고, 상기 압축링(2)의 하부면과 2차링(3)의 상부면이 경사지게 형성되어 면접촉됨과 아울러 이 면접촉된 압축링(2)과 2차링(3)이 계단상의 일체형 링홈(4)에 수납된 것을 특징으로 하는 피스톤링 구조.