KR100916453B1 - 내연기관의 피스톤 링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 피스톤 링 구조에 관한 것으로, 압축 행정 과정에는 연소실의 기밀성을 적절히 유지하면서 팽창 행정 과정에는 블로바이 가스의 유동을 원활하게 해서 압력의 역구배 현상을 줄여서 윤활 오일의 소모량과 블로바이 가스의 누출량을 저감시키고, 세컨드 링이 링 스틱이나 카본 퇴적에 의해 고착되지 않고 제기능을 다할 수 있도록 피스톤의 외주면에 세컨드 링 홈을 형성하는 상면과 바닥면에 각각 볼록면과 오목홈이 서로 어긋나게 형성되고, 상기 홈에 상하로 이동가능하게 수용되는 세컨드 링의 상면과 하면에는 각각 볼록면에 대응하는 오목홈과 상기 오목홈에 대응하는 볼록면이 동일한 중심을 형성하도록 형성되어 있다.

피스톤 링, 피스톤 링 홈, 볼록면, 오목홈

Description

내연기관의 피스톤 링 구조{Piston ring structure in internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 피스톤 링 구조에 관한 것으로, 특히 피스톤 링과 피스톤 링 홈의 각 볼록면과 오목홈의 상호 작용으로 피스톤 링의 앤드 갭을 가변시켜 윤활오일의 소모량과 블로바이 가스의 유출량을 줄이고, 피스톤 링의 고착을 방지하도록 한 내연기관의 피스톤 링 구조에 관한 것이다.

종래 내연기관의 피스톤 링은 연소실 내부의 기밀을 유지하는 기능과 연소가스가 연소실에서 크랭크 케이스 측으로 누출되는 방지하는 기능 및 피스톤의 열을 실린더로 전달하는 기능 등을 하도록 피스톤의 외주면에 형성된 링 홈에 끼워져 설치된다.

상기 피스톤 링은 통상적으로 탑 링과 세컨드 링 및 오일 링과 같은 3개의 링으로 이루어진다.

그런데 피스톤을 윤활하기 위한 오일의 공급이 폭발행정의 말기 부근에서 압력의 역구배로 인해 탑 링의 상면으로 비산하는 현상이 발생하게 된다. 이렇게 탑 링의 상면으로 비산된 윤활오일은 높은 연소열에 의해 연소되어 과다한 슈트를 형 성하게 되고, 과다한 슈트의 발생은 세컨드 링이 피스톤의 링 홈에서 고착되어 제기능을 다하지 못하고, 블로바이 가스가 급격하게 증가되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 종래에는 도 1에서 단면으로 도시한 바와 같이, 피스톤(1)의 탑 링 홈(1a)과 세컨드 링 홈(1b) 사이에 보조 홈(1c)을 형성하여, 탑 링과 세컨드 링에서 압력의 역구배 발생하지 않도록 하였다.

그러나 상기와 같이 보조 홈을 피스톤에 형성하는 경우에 각 탑 링 홈(1a)과 세컨드 링 홈(1b)사이의 랜드의 두께가 얇아서 상기 보조 홈을 형성시키기가 매우 곤란하였고, 피스톤의 내구성이 저하되는 결점이 있었다.

한편으로는 세컨드 링의 앤드 갭을 탑 링의 앤드 갭에 비해 크게 형성하여 세컨드 링의 앤드 갭을 통해 가스의 유동을 원활하게 해서 압력의 역구배를 방지하고자 하였지만, 세컨드 링의 앤드 갭을 크게 할 경우에는 압축 행정 과장에 연소실의 기밀성이 저하되므로, 세컨드 링의 앤드 갭의 확장을 통한 역구배 방지의 제안에도 한계가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 압축 행정 과정에는 연소실의 기밀성을 적절히 유지하면서 팽창 행정 과정에는 블로바이 가스의 유동을 원활하게 해서 압력의 역구배 현상을 줄여서 윤활 오일의 소모량과 블로바이 가스의 누출량을 저감시키고, 세컨드 링이 링 스틱이나 카본 퇴적에 의해 고착되지 않고 제기능을 다할 수 있도록 한 내연기관의 피스톤 링 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 세컨드 링이 피스톤의 외주면에 형성된 세컨드 링 홈에 상하로 이동가능하게 수용되되, 상기 세컨드 링은 상기 세컨드 링 홈의 상면에 형성된 볼록홈에 대응하도록 상면으로 오목홈이 형성되고, 상기 세컨드 링 홈의 하면에 형성된 오목홈에 대응하도록 하면으로는 볼록홈을 형성하며, 상기 볼록홈과 오목홈은 서로 어긋나게 형성된다.

본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 링 구조에 의하면, 세컨드 링의 상면과 하면에 각각 중심이 일치하는 오목홈과 볼록면이 형성됨과 더불어 세컨드 링의 홈에는 상기 오목홈과 볼록면에 각각 대응하는 볼록면과 오목홈의 중심이 서로 어긋나게 형성되어, 압축 행정에는 피스톤 링의 볼록면과 세컨드 링 홈의 오목홈의 상호 작용으로 세컨드 링의 앤드 갭이 축소되어 압력의 순구배 및 연소실의 기밀을 유지하는 반면에 팽창 행정에는 세컨드 링의 오목홈과 세컨드 링 홈의 볼록면의 상호 작용으로 세컨드 링의 앤드 갭이 확장되면서 블로바이 가스의 원활한 배출을 통한 압력의 역구배를 방지하여 피스톤의 윤활오일의 소모량을 줄이고, 블로바이 가스의 누출량을 저감시키며, 링 스틱이나 카본의 퇴적을 방지해서 세컨드 링이 피스톤에 고착되지 않도록 함과 더불어 세컨드 링이 제기능을 원활하게 수행할 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 피스톤 링의 구조가 사시도로 도시되어 있는 바, 즉 피스톤(10)의 외주면에는 세컨드 링 홈(11)이 원주방향으로 원형을 이루도록 형성되고, 상기 세컨드 링 홈(11)의 단면은 일측이 개구된 대체로 ㄷ자 형상을 이루고 있다.

상기 세컨드 링 홈(11)을 형성하는 홈의 상면에는 외측 선단부에서부터 내측으로 편중된 볼록면(11a)이 홈의 바닥면을 돌출하도록 볼록하게 형성되는 반면에 세컨드 링 홈을 형성하는 바닥면의 대략 중앙에 하방으로 파여진 형태의 오목한 오목홈(11b)이 형성되어 있다.

상기 볼록면(11a)의 중심선과 상기 오목홈(11b)의 중심선은 서로 어긋나게 형성된다.

한편 도 3에는 본 발명에 따른 세컨드 링의 단면이 도시되어 있는 바, 즉 상기 세컨드 링 홈(11)에 수용되어 상하로 이동가능하게 설치되는 세컨드 링(12)의 상면에는 상기 세컨드 링 홈의 볼록면을 수용하는 오목홈(12a)이 형성됨과 더불어 하면에는 상기 세컨드 링 홈의 오목홈(11b)에 수용되는 볼록면(12b)이 형성되되, 상기 세컨드 링의 볼록면과 오목홈의 중심선은 일치하도록 형성된다.

도 4에는 엔진의 압축 행정 과정에 발생하는 피스톤 링의 거동을 도시한 것인 바, 엔진의 압축 행정에서는 상기 피스톤(10)이 상승함에 따라 상기 세컨드 링(12)은 하방 압력을 받아서 하강하게 되는 데, 이 때에 피스톤 링의 볼록면(12b)과 세컨드 링 홈의 오목홈(11b)의 상호 작용으로 상기 볼록면(12b)이 홈의 바닥면 에서 미끄러지면서 바닥면의 오목홈(11b) 속에 수용되게 된다.

상기와 같이 세컨드 링의 볼록면(11b)이 오목홈(12b)에 수용되면 피스톤 링의 전체 직경이 축소되면서 세컨드 링의 앤드 갭(a)이 축소되게 되고, 이에 따라 연소실의 기밀이 유지됨과 더불어 압력의 순구배가 일어나서 윤활오일의 비산을 방지하여, 윤활오일의 소모량과 블로바이 가스의 누출을 저감하게 된다.

한편 엔진의 팽창 행정 과정에는 도 5에 도시한 바와 같이 피스톤(10)이 하강 운동을 함에 따라 세컨드 링(12)은 역으로 상승하게 되고, 이 때에 피스톤 링의 오목홈(12a)이 세컨드 링 홈(11)의 볼록면(11a) 쪽으로 이동하면서 오목홈과 볼록면의 상호 작용으로 세컨드 링의 전체 직경이 확장되면서 앤드 갭(b)도 커지게 되고, 이에 따라 블로바이 가스가 앤드 갭을 통해 원활하게 유동하면서 압력의 역구배를 효과적으로 방지하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 피스톤의 절개 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 세컨드 링 홈의 절개 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 세컨드 링의 절개 사시도,

도 4와 5는 각각 본 발명에 따른 세컨드 링 홈과 세컨드 링이 압축 및 팽창 행정 과정의 거동 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-피스톤 11-세컨드 링 홈

11a-볼록면 11b-오목홈

12-세컨드 링 12a-오목홈

12b-볼록면

Claims (3)

1. 세컨드 링(12)이 피스톤(10)의 외주면에 형성된 세컨드 링 홈(11)에 상하로 이동가능하게 수용되되, 상기 세컨드 링(12)은 상기 세컨드 링 홈(11)의 상면에 형성된 볼록홈(11a)에 대응하도록 상면으로 오목홈(12a)이 형성되고, 상기 세컨드 링 홈(11)의 하면에 형성된 오목홈(11b)에 대응하도록 하면으로는 볼록홈(12b)을 형성하며, 상기 볼록홈(11a)과 오목홈(11b)은 서로 어긋나게 형성된 내연기관의 피스톤 링 구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 세컨드 링 홈(11)의 볼록면(11a)은 외측 선단부에서부터 내측으로 상기 바닥면을 통해 돌출해서 형성되는 반면에 상기 오목홈(11b)은 바닥면에 중앙에 위치되게 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 링 구조.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 세컨드 링 홈(11)의 단면이 ㄷ자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 링 구조.

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