KR100365115B1 - Piston ring of engine - Google Patents
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Abstract
Description
(기술 분야)(Technology field)
본 발명은 엔진의 피스톤 링에 관한 것이며, 보다 상세하게는 엔진의 연소실로부터 크랭크 케이스로 연료 가스의 누출을 막는 압축링과 실린더 벽의 오일을 긁어내려 오일이 연소실로 유입되는 것을 방지하는 오일링을 포함하는 피스톤 링으로서 연료 가스와 오일의 실링 성능이 개량된 피스톤 링에 관한 것이다.The present invention relates to a piston ring of an engine, and more particularly to a compression ring that prevents leakage of fuel gas from the engine's combustion chamber to the crankcase and an oil ring that scrapes oil from the cylinder wall to prevent oil from entering the combustion chamber. It relates to a piston ring in which the sealing performance of fuel gas and oil is improved as a piston ring.
(종래 기술)(Prior art)
주지하는 바와 같이, 차량의 엔진은 실런더 블록과 실린더 헤드에 의해 규정되는 연소실 공간으로 흡입된 연료 혼합 가스를 피스톤에 의해 압축하여 연소시키고, 연소 가스의 열에너지를 피스톤의 직선운동으로 전달하여, 커넥팅 로드에 의해 트랭크 축의 회전 운동으로 전환하는 원리에 의해 작동된다.As is known, the engine of the vehicle compresses and combusts fuel mixed gas sucked into the combustion chamber space defined by the cylinder block and the cylinder head by means of a piston, and transfers thermal energy of the combustion gas to the linear motion of the piston, thereby connecting. It is operated by the principle of switching to the rotational movement of the trunk shaft by the rod.
엔진이 최적의 성능을 발휘하기 위해서는, 여러 가지 요건이 구비되어야 하지만, 그 중에서도 연소실의 연소 가스 폭발력이 최대한으로 피스톤의 상하 운동으로 전환되도록 할 것과, 엔진의 각종 운동 부품간의 마찰 저항이 최소화되도록 할 것이 요망된다.In order for the engine to perform optimally, a number of requirements must be provided, among others, to ensure that the combustion gas explosive force of the combustion chamber is converted to the vertical movement of the piston to the maximum and that the frictional resistance between the various moving parts of the engine is minimized. Is desired.
보다 상세히 설명하면, 효율적인 엔진 출력을 위해서는, 먼저 연소 가스가 실린더 블록과 피스톤 사이의 틈새를 통해 연소실로부터 크랭크 케이스로 누출되는 것을 차단하여야 한다. 이를 위해 피스톤에는 그 외주에 형성되어 있는 링홈에 가스 누출을 방지하는 압축링을 설치하고 있으며, 이로써 연소실을 가능한 한 기밀 상태로 유지하고 있다.In more detail, for efficient engine output, the combustion gas must first be blocked from leaking from the combustion chamber into the crankcase through the gap between the cylinder block and the piston. To this end, the piston is provided with a compression ring to prevent gas leakage in the ring groove formed on the outer periphery, thereby keeping the combustion chamber as airtight as possible.
한편, 엔진은 그 작동 중에 실린더 블록, 실린더 헤드, 피스톤, 커넥팅 로드 등의 운동 부품들 간에 필연적으로 마찰이 발생한다. 이와 같이 엔진 작동 중에 일어나는 부품간의 모든 마찰은 하나의 저항으로 작용하여 엔진의 출력을 저하시키는 원인이 될 뿐만 아니라 부품들을 마모시켜 엔진의 수명을 단축시키고 엔진 성능을저하시키게 된다.On the other hand, the engine inevitably generates friction between the moving parts such as the cylinder block, the cylinder head, the piston, and the connecting rod during its operation. As such, all friction between parts occurring during engine operation acts as a resistance to reduce the output of the engine, and wears down the parts to shorten the life of the engine and reduce engine performance.
따라서, 엔진에는 이런 운동 부품들의 마찰에 의한 엔진 출력의 저감과 부품 마모를 최소화하기 위해, 상기한 운동 부품들의 접동 부분에 윤활유를 공급하는 윤활 장치가 구비되어 있다. 피스톤에 의해 계속적인 마찰 접촉을 받는 실린더 블록의 벽에도 당연히 윤활유가 공급되어 마찰저항을 최소화하고 있다.Accordingly, the engine is provided with a lubrication device for supplying lubricating oil to the sliding parts of the above-described moving parts in order to minimize the reduction of engine output and the wear of the parts by friction of such moving parts. Naturally, lubricating oil is also supplied to the wall of the cylinder block which is subjected to continuous frictional contact by the piston to minimize frictional resistance.
그러나 실린더 블록의 벽에 공급된 윤활유는 피스톤의 상하운동에 따라 연소실로 유입되어 연료와 함께 연소되며, 이로 인해 윤활유 소비량이 증가되고 유독성 매연이 방출되게 된다. 따라서 피스톤에는 실린더 블록의 벽에 묻어 있는 오일을 긁어내려 연소실로 유입되지 못하게 하는 오일링이 상기한 압축링의 하부에 끼워져 있다.However, the lubricating oil supplied to the wall of the cylinder block is introduced into the combustion chamber according to the vertical movement of the piston and combusted with the fuel, thereby increasing the lubricating oil consumption and releasing toxic fumes. Therefore, the piston has an oil ring fitted to the lower portion of the compression ring, which scrapes oil from the wall of the cylinder block and prevents it from entering the combustion chamber.
도1은 피스톤 링이 장착된 일반적인 엔진 실린더 블록의 부분 단면도이고, 도2는 종래 피스톤 링의 여러 가지 이음매 구조를 보여주는 피스톤 링의 부분 사시도이다.1 is a partial cross-sectional view of a typical engine cylinder block mounted with a piston ring, and FIG. 2 is a partial perspective view of a piston ring showing various joint structures of a conventional piston ring.
도시된 바와 같이, 압축링(3,3')과 오일링(5)을 포함하는 피스톤 링(1)은 피스톤(7)에 오목하게 형성된 링홈(9)에 끼워져 실린더 블록(11)과 피스톤(7) 사이의 틈새를 밀폐시키고 있으며, 일반적으로 피스톤 링(1)은 제1링 (3)과 제2링(3')으로 된 피스톤(7) 상부의 압축링과 하부의 오일링(5)으로 구성된다.As shown, the
피스톤 링(1)을 완전한 원형 밴드 형상으로 제작하면, 피스톤(7)의 직경 보다 좁게 형성된 링홈(9)에 피스톤 링(1)을 끼울 수 없을 뿐만 아니라, 엔진의 고온 환경에 노출되므로써 발생하는 열팽창에 따른 링(1)의 길이 증가를 수용할 수 없다. 따라서 피스톤 링(1)은, 도2에 도시된 바와 같이, 완전한 밴드 형상으로 되어 있지 않고 소정 간격의 간극을 가지는 이음매(13)가 피스톤 링(1)의 일 부분에 형성되어 있다.When the
피스톤 링(1)의 이음매(13) 종류로서는, 수직으로 잘린 이음 부분을 가지는 버트 조인트(butt joint; 도2a 참조), 계단상의 이음 부분을 가지는 스텝 조인트(step joint; 도2b 참조), 및 경사진 이음 부분을 가지는 경사 조인트(도2c 참조) 등이 있다.Examples of the
피스톤 링 (1)의 이음매(13)는 그 간극이 넓으면 기밀과 오일 제거 성능이 저하되고, 반대로 간극이 좁으면 피스톤 링이 열팽착했을 때 피스톤 링의 파손, 실린더 벽의 손상, 마찰 저항 증가 등의 문제가 발생한다. 따라서 피스톤 링(1)의 적절한 이음매 간격을 결정함에 있어서는 가능한 한 상기한 상반된 두 조건에 부합하여야 하는 어려움이 따른다. 그러나 종래의 피스톤 링은 상기한 상반된 두 조건을 모두 만족시키기 어려웠음으로 어느 한쪽의 결점을 감수하던가 두 조건을 절충하는 선에서 피스톤 링의 이음매 크기를 결정하였다.If the
이와 같은 기술 배경에 따라, 상기한 종래의 피스톤 링의 이음매 구조가 지니는 한계를 극복하여 연료 가스와 오일의 실링 성능이 우수할 뿐만 아니라 피스톤 링의 열팽창에 따른 제반 문제점을 제거할 수 있는 피스톤 링이 요망되고 있다.In accordance with this technical background, the piston ring which overcomes the limitations of the joint structure of the conventional piston ring as well as excellent sealing performance of fuel gas and oil, and can eliminate all problems caused by thermal expansion of the piston ring. It is requested.
도1은 피스톤 링이 장착된 일반적인 엔진 실린더 블록의 부분 단면도.1 is a partial cross-sectional view of a typical engine cylinder block mounted with a piston ring.
도2는 종래 피스톤 링의 여러 가지 이음매 구조를 보여주는 부분 사시도.Figure 2 is a partial perspective view showing various joint structures of a conventional piston ring.
도3은 본 발명에 따른 피스톤 링의 이음매 부분의 횡단면도.3 is a cross sectional view of a seam portion of a piston ring according to the present invention;
도4는 본 발명에 따른 피스톤 링의 이음매 부분 일단의 분해 사시도.4 is an exploded perspective view of one end of a joint portion of a piston ring according to the present invention;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 피스톤 링 3, 3': 압축링1:
5: 오일링 7: 피스톤5: oil ring 7: piston
9: 피스톤의 링홈 11: 실린더 블록9: ring groove of piston 11: cylinder block
13: 이음매 15: 홈13: seam 15: home
17: 스프링 19: 밀폐 부재17: spring 19: sealing member
상기한 본 발명의 목적은, 피스톤 링의 이음매 부분에 이음매 사이의 간극을탄성적으로 밀폐하는 밀폐 부재를 설치하는 것에 의해 달성된다.The object of the present invention described above is achieved by providing a sealing member that elastically closes the gap between the joints in the joint portion of the piston ring.
보다 구체적으로 본 발명의 목적은, 피스톤에 형성된 링홈에 삽입되고 소정 간격의 간극을 가지는 이음매가 링의 일부분에 형성되어 있는 피스톤 링에 있어서, 상기 피스톤 링의 상기 이음매 양단부에는 상기 링의 원주를 따라 길게 신장된 홈이 형성되어 있고, 상기 각각의 홈에는 스프링과 상기 스프링에 의해 탄성을 가지고 상기 링의 원주 방향으로 이동 가능한 밀폐 부재가 삽입되어 있으며, 상기 두 밀폐 부재는 상기 두 스프링에 의해 가압되어 상기 이음매의 대략 중앙에서 서로 접하는 것을 특징으로 하는 피스톤 링에 의해 달성된다.More specifically, an object of the present invention is a piston ring in which a joint is inserted into a ring groove formed in a piston and has a gap of a predetermined interval, and is formed in a portion of the ring, wherein both ends of the piston ring are disposed along the circumference of the ring. An elongated groove is formed, and each of the grooves is inserted with a spring and a sealing member elastically moved by the spring and movable in the circumferential direction of the ring, and the two sealing members are pressed by the two springs. It is achieved by a piston ring characterized by abutting each other at approximately the center of the seam.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 피스톤 링을 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 피스톤 링을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a piston ring according to the present invention. The following specific examples merely illustrate the piston ring according to the present invention, but do not limit the scope of the present invention.
도3은 본 발명에 따른 피스톤 링의 이음매 부분의 횡단면도이고, 도4는 본 발명에 따른 피스톤 링의 이음매 부분 일단의 분해 사시도이다.Fig. 3 is a cross sectional view of a seam portion of a piston ring according to the present invention, and Fig. 4 is an exploded perspective view of one end of a seam portion of a piston ring according to the present invention.
본 발명에 따른 피스톤 링(1)도, 도1에 도시된 바와 같이, 피스톤(1)의 외주 형상 즉 실린더 블록(11)의 내주 형상에 대응하는 대략 원형의 링 형상으로 이루어지며, 피스톤(7)에 형성된 링홈(9)에 삽입되고, 피스톤 링(1)의 일부분에는 소정 간격의 간극을 가지는 이음매(13)가 형성되어 있다.
도3과 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특징에 따라 상기 이음매(13)의 양단부에는 상기 피스톤 링(1)의 원주를 따라 길게 신장된 홈(15)이 형성되어 있다. 상기 각 홈(15)의 안쪽에는 스프링(17)이 끼워져 있으며, 그 위에는 작은 피스톤 형상의 밀폐 부재(19)가 상기 홈(15)으로부터 소정 길이 노출되게 끼워져 있다. 상기 밀폐 부재(19)는 상기 스프링(17)에 의해 탄성을 가지고 상기 피스톤 링(1)의 원주 방향 따라 이동 가능하며, 각각의 스프링(17)에 의해 이음매(13) 쪽으로 가압된다. 따라서 두 밀폐 부재(19)는 상기 이음매(13)의 대략 중앙에서 서로 당접하게 된다.As shown in Figs. 3 and 4,
상기 홈(15)의 길이는 엔진의 고온 환경에 노출될 때 일반적인 피스톤 링(1)의 열팽창률에 의해 발생되는 길이 증가분과 여기에 끼워지는 상기 스프링(17)과 밀폐 부재(19)가 차지하는 길이를 감안하여 설정된다. 밀폐 부재(19)의 길이는 상기 이음매(13)의 간극 길이, 홈(15)의 깊이, 피스톤 링(1)의 일팽창률을 고려하여 상기 홈(15)으로부터 밀폐 부재(19)가 용이하게 이탈되지 않는 길이로 선택된다.The length of the
상기와 같은 구성의 피스톤 링(1)은 기본적으로 이음매(13)를 구비고 있기 때문에 종래의 피스톤 링과 마찬가지로 상기 이음매 부분을 약간 벌려서 피스톤(7)의 링홈(9)에 삽입할 수 있다. 일단 피스톤 링(1)이 피스톤(7)에 삽입되면, 상기 이음매(13)의 양단에 형성된 홈(15)에 삽입되어 있는 각 스프링(17)의 탄성에 의해 두 밀폐 부재(19)가 이음매(13)의 중앙 쪽으로 가압되어 접하므로, 실질적으로 피스톤 링(1)의 이음매(13)는 상기 밀폐 부재(19)에 의해 밀봉되게 된다. 따라서, 앞서 종래 기술과 관련하여 설명한 가스 또는 오일의 누출을 방지할 수 있다.Since the
한편, 엔진의 고열에 의해 피스톤 링(1)의 길이가 길어져서 상기 이음매(13)의 간극 길이가 짧아지면, 상기 두 밀폐 부재(19)가 스프링(17)을 가압하면서 피스톤 링(1)의 길이 증가분에 대응하는 길이만큼 상기 홈(15) 안으로 밀려들어가게 되고, 두 밀폐 부재(19)는 스프링(17)에 의해 이음매(13)의 중앙 쪽으로 가압되어 여전히 접하게 된다.On the other hand, when the length of the
따라서 밀폐 부재(19)는 피스톤 링(1)의 좁아진 이음매(13)를 완전히 밀봉하면서도 피스톤 링(1)의 열팽창에 의한 길이 증가분을 흡수하여 피스톤 링의 파손, 실린더 벽의 손상, 마찰 저항 증가 등의 문제가 발생하지 아니한다.Accordingly, the sealing
이상의 본 발명에 따른 피스톤 링은 압축링과 오일링 양자에 모두 적용될 수 있다.The piston ring according to the present invention can be applied to both the compression ring and the oil ring.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 피스톤 링에 의하면, 연료 가스와 오일의 실링 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 열팽창에 따른 제반 문제점을 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 피스톤 링의 이음매 간극의 크기를 정함에 있어서 최대의 실링 성능을 유지하면서 피스톤 링의 열팽창을 수용할 수 있도록 이음매의 간극을 가능한 한 작게 하는 것과 같은 정밀한 간극 제어를 요하지 아니하고, 종래보다 간극을 크게 하여도 실링 성능이 저하되지 아니한다.According to the piston ring according to the present invention described above, it is possible to improve the sealing performance of the fuel gas and oil as well as to eliminate all problems caused by thermal expansion. In addition, in determining the size of the joint gap of the piston ring, it is not necessary to precisely control the gap such as to make the gap of the joint as small as possible to accommodate the thermal expansion of the piston ring while maintaining the maximum sealing performance. Even if it enlarges, sealing performance will not fall.
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