KR100774733B1 - Rotatable piston ring device - Google Patents

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Abstract

A rotary piston ring device is provided to prevent a ring groove of the piston from being damaged by forcibly rotating a piston ring provided in the ring groove at the time of rising/falling of the piston so as to uniformly distribute the load transferred to the ring groove from the piston ring. A rotary piston ring device includes a plurality of ring grooves formed in a lateral structure along the entire circumference of a piston, a plurality of vertical projections extended in the perpendicularly downward direction from a top part of the position where is spaced outward in the radial direction from the outer circumferential surface of the ring groove, and formed on the entire circumference of the ring groove at regular intervals, and including a first inclination surface inclined in one direction at a lower end thereof, an auxiliary ring(16) inserted into a space between the outer circumference surface and the vertical projection and including a second inclination surface inclined in both directions at a lower end thereof, a return spring(18) provided in a space between the vertical projections so as to compress the upper surface of the auxiliary ring in the perpendicularly downward direction, and a piston ring having third inclination surfaces formed along the inner circumferential surface at regular intervals such that the third inclination surfaces contact the first and the second inclination surfaces.

Description

회전식 피스톤 링 장치{rotatable piston ring device}Rotary piston ring device

도 1은 본 발명에 따른 회전식 피스톤 링 장치가 적용되는 피스톤을 도시한 도면.1 is a view showing a piston to which a rotary piston ring device according to the present invention is applied.

도 2는 도 1의 (가) 부위를 확대하여 실린더 블럭측 보어에 설치된 상태로 도시한 도면.Figure 2 is a view showing a state installed in the cylinder block side bore enlarged (a) of Figure 1;

도 3은 본 발명의 요부로서, 링 그루브내에 설치되는 수직 돌기부와 보조 링 및 수평 돌기부 사이의 결합관계를 이해의 편의를 위해 펼쳐 도시한 도면.Figure 3 is a main portion of the present invention, a view showing the coupling relationship between the vertical projection and the auxiliary ring and the horizontal projection installed in the ring groove for ease of understanding.

도 4는 도 2와 도 3에 도시된 피스톤 링을 도시한 도면.4 shows the piston ring shown in FIGS. 2 and 3;

도 5 내지 도 7은 각각 피스톤의 승/하강시 피스톤 링이 회전되는 상태를 설명하기 위해, 도 3과 동일하게 주요 구성부위에 대한 작동관계를 펼쳐 도시한 도면.5 to 7 are views showing the operation relationship to the main components in the same manner as in Fig. 3, in order to explain the state in which the piston ring is rotated when the piston is raised and lowered, respectively.

본 발명은 피스톤의 링 그루브내에서 피스톤의 승/하강시 강제 회전이 가능 한 회전식 피스톤 링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary piston ring device capable of forcibly rotating the piston in the ring groove of the piston.

일반적으로 내연기관의 실린더 블럭측 보어는 내부에 피스톤을 이동가능하게 수용하고, 상기 피스톤은 연소시 발생되는 폭발력에 의해 하강하여 이에 연결된 커넥팅 로드를 매개로 크랭크 축을 회전시키게 된다.In general, the cylinder block side bore of an internal combustion engine movably receives a piston therein, and the piston is lowered by the explosive force generated during combustion to rotate the crankshaft through a connecting rod connected thereto.

이 경우, 상기 피스톤의 외주면에는 실린더 블럭측 보어와의 사이로 연소압의 누설을 방지하기 위해 다수의 피스톤 링이 설치되는 바, 상기 피스톤 링은 상기 피스톤의 외주면 전 둘레를 따라 형성된 링 그루브내에 수용되어 지지된다.In this case, a plurality of piston rings are installed on the outer circumferential surface of the piston to prevent leakage of combustion pressure between the cylinder block side bores, and the piston ring is accommodated in a ring groove formed along the circumference of the outer circumferential surface of the piston. Supported.

따라서, 상기 피스톤 링은 연소압의 의한 피스톤의 승/하강시 상기 링 그루브내에서 회전을 하게 되면서 연소실내 가스의 기밀 유지와 연소실내 오일의 유입을 차단하는 기능을 수행하게 된다.Accordingly, the piston ring rotates in the ring groove when the piston is raised / lowered due to combustion pressure, thereby performing the function of maintaining the gas tightness of the combustion chamber and blocking the inflow of oil in the combustion chamber.

그런데, 내구시 연소후 발생되는 카본 성분이 상기 링 그루브내에 다량으로 퇴적되면, 상기 피스톤의 승/하강시 상기 피스톤 링은 퇴적된 카본 성분에 의해 링 그루브의 내부에서 원활하게 회전하지 못하게 된다.However, when a large amount of carbon components generated after combustion in durability are deposited in the ring grooves, the piston rings may not rotate smoothly inside the ring grooves due to the deposited carbon components.

이 결과, 상기 피스톤의 링 그루브는 회전하지 못하는 피스톤 링으로부터 국부적인 하중을 받게 되고, 이는 상기 링 그루브의 확장으로 발전되어 피스톤의 파손 원인으로 작용하게 된다.As a result, the ring groove of the piston is subjected to a local load from the piston ring which cannot rotate, which is developed by the expansion of the ring groove and acts as a cause of breakage of the piston.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 피스톤의 승/하강시 링 그루브내에 설치되는 피스톤 링이 강제적으로 회전될 수 있 도록 하여 피스톤 링으로부터 링 그루브에 전달되는 하중을 균일하게 분산함으로써, 피스톤의 링 그루브에 대한 손상을 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned issues, and the piston ring installed in the ring groove when the piston is raised / lowered to be forcibly rotated to uniform the load transmitted from the piston ring to the ring groove The purpose of this is to prevent damage to the ring groove of the piston.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤의 전 둘레를 따라 층상으로 다수로 형성된 링 그루브와; The present invention for achieving the above object, the ring groove formed in a plurality in a layer along the perimeter of the piston;

상기 링 그루브의 외주면으로부터 반경방향의 외측으로 이격된 위치의 천정부에서 연직하방향으로 연장되고, 상기 링 그루브의 전 둘레에 걸쳐 등간격으로 이격되어 형성되며, 하단부에 일방향으로 경사진 제1 경사면을 갖춘 다수의 수직 돌기부; A first inclined surface extending in the vertical direction at a ceiling portion spaced radially outward from the outer circumferential surface of the ring groove, spaced at equal intervals over the entire circumference of the ring groove, and inclined in one direction at a lower end thereof; Multiple vertical protrusions;

상기 링 그루브의 외주면과 상기 수직 돌기부 사이의 공간으로 삽입되고 하단부에 양방향으로 경사진 제2 경사면을 갖춘 보조 링; An auxiliary ring inserted into a space between the outer circumferential surface of the ring groove and the vertical protrusion and having a second inclined surface inclined in both directions at a lower end thereof;

상기 수직 돌기부 사이의 공간에 설치되어 상기 보조 링의 상부면을 연직하방향으로 가압하는 리턴 스프링 및; A return spring installed in the space between the vertical protrusions to press the upper surface of the auxiliary ring in the vertical downward direction;

상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면에 각각 접촉가능하도록 일방향으로 경사진 제3 경사면을 내주면의 전 둘레를 따라 등간격으로 이격되게 형성한 피스톤 링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a piston ring formed to be spaced at equal intervals along the entire circumference of the inner circumferential surface of the third inclined surface inclined in one direction so as to be in contact with the first inclined surface and the second inclined surface, respectively.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면에 도시된 바와 같이, 실린더 블럭측 보어(1)의 내부에 피스톤(10)이 승/하강 가능하게 설치되고, 상기 피스톤(10)의 상측 전 둘레에는 링 그루브(12)가 층상을 이루며 다수로 형성된다.As shown in the figure, the piston 10 is installed in the cylinder block side bore 1 so that it can be lifted / lowered, and the ring groove 12 is formed in a layered layer around the upper front of the piston 10 Is formed.

그리고, 상기 링 그루브(12)의 전 둘레에 걸쳐 다수의 수직 돌기부(14)가 등간격으로 이격되어 일체로 형성되는 데, 상기 수직 돌기부(14)는 상기 링 그루브(12)의 외주면(12a)으로부터 반경방향을 기준으로 볼 때 외측으로 이격된 위치의 천정부(12b)에서 연직하방향으로 연장되고, 그 하단부에는 일방향으로 경사진 형태의 제1 경사면(14a)이 일체로 형성된다.In addition, a plurality of vertical protrusions 14 are integrally spaced at equal intervals over the entire circumference of the ring groove 12, and the vertical protrusions 14 are the outer circumferential surface 12a of the ring groove 12. The first inclined surface 14a having a shape inclined in one direction extends vertically from the ceiling portion 12b in a position spaced outward when viewed from the radial direction from the lower portion thereof.

또한, 상기 링 그루브(12)의 외주면(12a)과 상기 수직 돌기부(14) 사이의 공간에는 보조 링(16)이 삽입되는 데, 상기 보조 링(16)의 하단부에는 역삼각형의 형태로서 양방향으로 경사진 형태의 제2 경사면(16a)이 일체로 형성된다.In addition, an auxiliary ring 16 is inserted into a space between the outer circumferential surface 12a of the ring groove 12 and the vertical protrusion 14, and an inverted triangle is inserted into the lower end of the auxiliary ring 16 in both directions. The inclined second inclined surface 16a is integrally formed.

그리고, 상기 링 그루브(12)의 전 둘레에 걸쳐 상기 수직 돌기부(14) 사이에 형성되는 공간에는 리턴 스프링(18)이 설치되는 데, 상기 리턴 스프링(18)은 일단이 상기 링 그루브(12)의 천정부(12b)에 지지되어 타단이 상기 보조 링(16)의 상부면을 연직하방향으로 가압하게 된다.In addition, a return spring 18 is installed in a space formed between the vertical protrusions 14 over the entire circumference of the ring groove 12, and one end of the return spring 18 is the ring groove 12. It is supported by the ceiling (12b) of the other end is to press the upper surface of the auxiliary ring 16 in the vertical down direction.

또한, 상기 링 그루브(12)에 설치되는 피스톤 링(20)에는 상기 제1 경사면(14a)과 상기 제2 경사면(16a)에 각각 접촉가능하도록 일방향으로 경사진 형태의 제3 경사면(20a)이 내주면의 전 둘레를 따라 등간격으로 이격되게 형성된다.In addition, the piston ring 20 installed in the ring groove 12 has a third inclined surface 20a inclined in one direction so as to be in contact with the first inclined surface 14a and the second inclined surface 16a, respectively. It is formed at equal intervals along the entire circumference of the inner circumferential surface.

여기서, 상기 보조 링(16)은 내주면이 상기 링 그루브(12)의 외주면(12a)에 밀착되는 링형상으로 이루어진다.Here, the auxiliary ring 16 has a ring shape in which the inner circumferential surface is in close contact with the outer circumferential surface 12a of the ring groove 12.

그리고, 상기 리턴 스프링(18)은 상기 수직 돌기부(14) 사이의 공간에서 교번적으로 설치되거나, 상기 링 그루브(12)의 중심에 대해 방사상으로 이격된 위치 에서 몇몇의 개소에 국한되어 설치될 수도 있는 바, 이는 상기 리턴 스프링(18)이 가지는 탄성력이 상기 수직 돌기부(14) 사이의 공간에서 상기 보조 링(16)을 연직하방향으로 가압하는 데 필요한 최소의 정도로 설정되어도 무방하기 때문이다.In addition, the return spring 18 may be alternately installed in the space between the vertical protrusions 14, or may be limited to a few places at a position radially spaced from the center of the ring groove 12. This is because the elastic force of the return spring 18 may be set to the minimum degree required to press the auxiliary ring 16 vertically in the space between the vertical protrusions 14.

또한, 상기 제3 경사면(20a)은 상기 피스톤 링(20)의 내주면에서 반경방향으로 중심을 향해 돌출된 다수의 수평 돌기부(20b)의 선단부에 형성되는 데, 이때, 상기 수평 돌기부(20b)의 선단부는 상기 링 그루브(12)의 외주면(12a)에 밀착되는 것이 바람직한 바, 이는 상기 수직 돌기부(14)의 제1 경사면(14a)과 상기 보조 링(16)의 제2 경사면(16a)에 각각 상기 수평 돌기부(20b)의 제3 경사면(20a)이 상기 링 그루브(12)의 전 둘레에 걸쳐 균일한 접촉면적을 유지하기 위함인 것이다.In addition, the third inclined surface 20a is formed at the front end of the plurality of horizontal protrusions 20b protruding toward the center in the radial direction from the inner circumferential surface of the piston ring 20, wherein the horizontal protrusions 20b The front end portion is preferably in close contact with the outer circumferential surface 12a of the ring groove 12, which is in contact with the first inclined surface 14a of the vertical protrusion 14 and the second inclined surface 16a of the auxiliary ring 16, respectively. The third inclined surface 20a of the horizontal protrusion 20b is to maintain a uniform contact area over the entire circumference of the ring groove 12.

따라서, 연소실내 연소압의 발생에 따라 상기 피스톤(10)이 승/하강하게 되면, 상기 링 그루브(12)의 내부에서 상기 피스톤 링(20)은 강제적으로 회전할 수 있게 되는 바, 이의 상세한 과정은 다음과 같다.Therefore, when the piston 10 is raised / lowered according to the generation of combustion pressure in the combustion chamber, the piston ring 20 can be forcibly rotated inside the ring groove 12, the detailed process thereof Is as follows.

먼저, 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(10)이 하강하게 되면, 상기 피스톤 링(20)의 제3 경사면(20a)은 상기 보조 링(16)의 제2 경사면(16a)과 접촉된 상태에서 상기 리턴 스프링(18)을 수축하는 방향으로 상기 보조 링(16)을 가압하게 되고, 이후 상기 피스톤 링(20)의 제3 경사면(20a)은 상기 수직 돌기부(14)의 제1 경사면(14a)에 접촉하게 된다.First, as shown in FIGS. 3 and 5, when the piston 10 is lowered, the third inclined surface 20a of the piston ring 20 is the second inclined surface 16a of the auxiliary ring 16. The auxiliary ring 16 is pressed in the direction in which the return spring 18 is contracted in a state of being in contact with the second spring, and then the third inclined surface 20a of the piston ring 20 1 is in contact with the inclined surface 14a.

즉, 상기 피스톤(10)의 하강시 상기 피스톤 링(20)은 실린더 블럭측 보어(1)와의 마찰에 의해 발생된 힘(F)을 매개로 상기 보조 링(16)의 제2 경사면(16a)과 접촉되어 이를 상방향으로 가압하게 되고, 이후, 상기 수직 돌기부(14)의 제1 경사 면(14a)에 접촉하게 되는 것이다.That is, when the piston 10 is lowered, the piston ring 20 has a second inclined surface 16a of the auxiliary ring 16 via a force F generated by friction with the cylinder block side bore 1. It comes in contact with and presses it upwards, and then comes into contact with the first inclined surface 14a of the vertical protrusion 14.

이어, 상기 피스톤(10)의 하강이 더욱 진행되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 링(20)의 제3 경사면(20a)은 상기 수직 돌기부(14)의 제1 경사면(14a)과의 접촉에 따라 이들 사이의 접촉면이 가지는 경사각에 의해 다음번 수직 돌기부(14)의 사이의 공간으로 이동하게 된다.Subsequently, when the lowering of the piston 10 proceeds further, as illustrated in FIG. 6, the third inclined surface 20a of the piston ring 20 may correspond to the first inclined surface 14a of the vertical protrusion 14. According to the contact of, the inclined angle of the contact surface therebetween moves to the space between the next vertical protrusions 14.

이때, 상기 링 그루브(12)내에서 상기 피스톤 링(20)의 회전이 발생하게 되는 것이다.At this time, the rotation of the piston ring 20 is generated in the ring groove 12.

이어, 상기 피스톤(10)이 상승하게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 리턴 스프링(18)의 복원력에 의해 상기 보조 링(16)은 하강하게 되고, 이에 따라 상기 피스톤 링(20)도 함께 하강하게 되어 다음번 피스톤(10)의 하강시까지 동일한 수직 돌기부(14) 사이의 공간내에 위치하게 된다.Subsequently, when the piston 10 rises, as shown in FIG. 7, the auxiliary ring 16 is lowered by the restoring force of the return spring 18, and thus the piston ring 20 is also lowered. It is lowered together and positioned in the space between the same vertical protrusions 14 until the next lowering of the piston 10.

이와 같은 과정이 반복적으로 수행되면, 상기 피스톤 링(20)은 상기 피스톤(10)의 링 그루브(12)내의 공간에서 지속적으로 회전할 수 있게 되고, 이러한 피스톤 링(20)의 회전에 의해 실린더 블럭측 보어(1)로부터 피스톤 링(20)을 거쳐 링 그루브(12)에 가해지는 불균일한 하중은 강제회전되는 피스톤 링(20)에 의해 링 그루브(12)의 전 둘레에 걸쳐 균일하게 분산될 수 있게 된다.When this process is repeatedly performed, the piston ring 20 can be continuously rotated in the space in the ring groove 12 of the piston 10, the cylinder block by the rotation of the piston ring 20 The nonuniform load exerted on the ring groove 12 from the side bore 1 via the piston ring 20 can be evenly distributed over the entire circumference of the ring groove 12 by the piston ring 20 which is forcibly rotated. Will be.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 회전식 피스톤 링 장치에 의하면, 피스톤에 형성된 링 그루브의 내부에 설치되는 피스톤 링을 피스톤의 승/하강시 강제 로 회전시킴으로써, 실린더 블럭측 보어로부터 피스톤 링을 통해 링 그루브에 국부적으로 전달되는 하중의 집중을 링 그루브의 전 둘레에 걸쳐 균일하게 분산할 수 있게 되어, 링 그루브의 내구성능을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the rotary piston ring device according to the present invention, by forcibly rotating the piston ring installed in the ring groove formed in the piston when the piston is raised or lowered, the ring groove is moved from the cylinder block side bore through the piston ring. Concentration of the load transmitted locally to can be uniformly distributed over the entire circumference of the ring groove, thereby improving the durability of the ring groove.

Claims (4)

피스톤의 전 둘레를 따라 층상으로 다수로 형성된 링 그루브와; A ring groove formed in plural in layers along the entire circumference of the piston; 상기 링 그루브의 외주면으로부터 반경방향의 외측으로 이격된 위치의 천정부에서 연직하방향으로 연장되고, 상기 링 그루브의 전 둘레에 걸쳐 등간격으로 이격되어 형성되며, 하단부에 일방향으로 경사진 제1 경사면을 갖춘 다수의 수직 돌기부; A first inclined surface extending in the vertical direction at a ceiling portion spaced radially outward from the outer circumferential surface of the ring groove, spaced at equal intervals over the entire circumference of the ring groove, and inclined in one direction at a lower end thereof; Multiple vertical protrusions; 상기 링 그루브의 외주면과 상기 수직 돌기부 사이의 공간으로 삽입되고 하단부에 양방향으로 경사진 제2 경사면을 갖춘 보조 링; An auxiliary ring inserted into a space between the outer circumferential surface of the ring groove and the vertical protrusion and having a second inclined surface inclined in both directions at a lower end thereof; 상기 수직 돌기부 사이의 공간에 설치되어 상기 보조 링의 상부면을 연직하방향으로 가압하는 리턴 스프링 및; A return spring installed in the space between the vertical protrusions to press the upper surface of the auxiliary ring in the vertical downward direction; 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면에 각각 접촉가능하도록 일방향으로 경사진 제3 경사면을 내주면의 전 둘레를 따라 등간격으로 이격되게 형성한 피스톤 링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 피스톤 링 장치.And a piston ring having a third inclined surface inclined in one direction so as to be in contact with each of the first inclined surface and the second inclined surface at equal intervals along the entire circumference of the inner circumferential surface. . 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 보조 링은 내주면이 상기 링 그루브의 외주면에 밀착되는 링형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전식 피스톤 링 장치.The auxiliary ring is a rotary piston ring device, characterized in that the inner peripheral surface is made of a ring shape in close contact with the outer peripheral surface of the ring groove. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제3 경사면은 상기 피스톤 링의 내주면에서 반경방향으로 중심을 향해 돌출된 다수의 수평 돌기부의 선단부에 형성된 것을 특징으로 하는 회전식 피스톤 링 장치.The third inclined surface is a rotary piston ring device, characterized in that formed in the front end of the plurality of horizontal projections projecting toward the center in the radial direction from the inner peripheral surface of the piston ring. 청구항 3에 있어서, The method according to claim 3, 상기 수평 돌기부의 선단부는 상기 링 그루브의 외주면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 회전식 피스톤 링 장치.Rotary piston ring device, characterized in that the front end of the horizontal projection is in close contact with the outer peripheral surface of the ring groove.
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