KR101210053B1

KR101210053B1 - 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치

Info

Publication number: KR101210053B1
Application number: KR1020050119616A
Authority: KR
Inventors: 송근철; 심동섭; 김경운
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2012-12-07
Also published as: KR20070060325A

Abstract

본 발명은 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치에 관한 것으로, 내부면에 요철부(22)가 형성되어 있는 실린더보어(20); 실린더보어(20)의 내부에 삽입되어, 내부면(22)을 따라 피스톤 운동하는 피스톤(30); 피스톤(30)의 외주면에 일정 두께로 형성되어 있는 고체윤활층(40)을 포함하며, 엔진의 초기 길들이기 운전 시, 상기 고체윤활층(40)이 실린더보어(20)의 요철부(22)에 도포 되도록 하고, 요철부(22)사이의 간격은 10μm~100μm로 구성된다. 이에 따라, 엔진의 작동과정에서 발생되는 실린더보어 및 피스톤 간의 마찰을 최대한 억제시킬 수 있다.

실린더보어, 요철부, 피스톤, 고체윤활층

Description

실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치 {LUBRICATION STRUCTURE OF CYLINDER BORE AND PISTON}

도 1은 본 발명에 따른 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치를 도시한 부분단면도,

도 2는 본 발명에 따른 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치에서 엔진의 초기 길들이기 운전시 고체윤활층의 상태를 도시한 부분단면도,

도 3은 본 발명에 따른 실린더보어의 요철부 깊이에 따른 마찰계수를 도시한 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 실린더보어의 요철부 사이의 간극에 따른 마찰계수를 도시한 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 실린더보어 22 : 요철부

30 : 피스톤 40 : 고체윤활층

42 : 돌기 44 : 요홈

본 발명은 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤의 운동에 따른 실린더보어와의 마찰을 최소화시킬 수 있는 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 실린더는 피스톤 행정의 약 2배의 길이로 만들어지며, 그 내부에서 피스톤이 기밀을 유지하면서 직선왕복운동을 함으로써 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 필요한 동력을 발생하는 장치의 주체가 되는 부분이다.

그리고 실린더블록은 엔진 본체의 기초가 되는 부분이며, 엔진 본체의 수명을 좌우한다.

실린더블록의 경우에는 그 경도가 상대적으로 낮음으로 인해 피스톤과 직접 접촉시에는 마찰에 의한 마모가 발생되며, 이러한 피스톤의 왕복시 발생되는 마찰마모를 줄이기 위하여 실린더블록의 내벽면에는 대부분 실린더보어가 설치된다.

종래의 실린더보어 및 피스톤은 피스톤이 전?후진 가능하도록 실린더보어의 내부에 수용되어 있는 구조를 지니고 있다. 그러나 상기와 같은 실린더보어 및 피스톤의 결합구조는 피스톤의 전?후진 운동시 실린더보어와 마찰마모가 발생되는 문제점이 있다.

즉, 피스톤의 외주면은 크랭크의 회전에 의해 기구학적으로 발생되는 피스톤의 틸팅에 기인한 2차 운동으로 인해 실린더보어와 직접적으로 접촉하게 되고, 이 과정에서 마찰손실을 발생시킨다.

한편, 외부에서 실린더보어 및 피스톤의 마찰부에 윤활유를 공급해 주는 윤활구조가 개시되어 있으나, 이는 국부적으로 윤활유의 공급이 부족한 부분이 발생할 가능성이 상당히 높다.

이렇게 국부적으로 윤활유의 공급이 부족한 부분이 발생하면 이 부분에서 실린더보어 및 피스톤 간의 마찰손실이 증가되고, 이는 소착 등의 고장을 일으키는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 실린더보어 및 피스톤 간의 윤활특성을 향상시킬 수 있는 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부면에 요철부가 형성되어 있는 실린더보어; 상기 실린더보어의 내부에 삽입되어, 상기 내부면을 따라 피스톤 운동하는 피스톤; 상기 피스톤의 외주면에 일정 두께로 형성되어 있는 고체윤활층을 포함하며, 엔진의 초기 길들이기 운전시, 상기 고체윤활층이 상기 실린더보어의 요철부에 도포되도록 한 것을 그 특징으로 하고 있다.

삭제

상기 요철부의 깊이가 5㎛~20㎛인 것인 것이 바람직하다.

상기 요철부 간의 간격이 10㎛~100㎛인 것이 바람직하다.

상기 고체윤활층은 흑연, PTFE, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더보어(20) 및 피스톤(30)의 윤활구조장치는, 실린더보어(20); 실린더보어(20)의 내부에 삽입되는 피스톤(30); 피스톤(30)의 외주면에 형성되어 있는 고체윤활층(40)을 포함하여 구성된다.

실린더보어(20)의 내부면에는 피스톤(30)이 기밀을 유지한 상태로 직선왕복운동 가능하게 설치된다.

실린더보어(20)의 내부면에는 요철부(22)가 형성되어 있으며, 이러한 요철부(22)는 일정의 크기 및 형상을 가지고 실린더보어(20)의 내부면 상에 형성되어 있다.

피스톤(30)은 실린더보어(20)의 내부면을 따라 직선왕복운동하며, 이와 같은 직선왕복운동에 의해 피스톤(30)의 외주면 및 실린더보어(20)의 내부면 간의 마찰이 발생된다.

고체윤활층(40)은 피스톤(30)의 외주면에 일정의 두께로 형성되며, 도 2에서 와 같이 엔진의 초기 길들이기 운전시에는 피스톤(30)의 외주면에 형성되어 있는 고체윤활층(40)으로부터 고체윤활제가 실린더보어(20)와의 마찰과정에서 실린더보어(20)의 내부면에 형성되어 있는 요철부(22)에 도포된다.

즉, 피스톤(30)의 외주면에 형성되어 있는 고체윤활층(40)이 실린더보어(20)에 형성된 요철부(22)에 의해 연마되고, 이 때, 고체윤활층(40)으로부터 분리된 고체윤활제가 실린더보어(20)에 형성되어 있는 요철부(22)로 도입되어 도포된다.

이와 같이, 실린더보어(20)의 요철부(22)에 고체윤활제가 도포됨으로써 실제 엔진의 작동과정에서 발생되는 피스톤(30) 및 실린더보어(20) 간의 금속 대 금속 마찰을 최대한 억제시켜 엔진 구동계의 마찰을 상대적으로 감소시킬 수 있다.

고체윤활층(40)은 마찰특성이 상대적으로 우수한 흑연, PTFE, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 고체윤활층(40)의 재질은 마찰특성이 우수함은 물론이고 윤활작용을 원활히 수행할 수 있는 범위 내에서 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더보어(20)의 요철부(22) 깊이는 5㎛~20㎛를 유지하는 것이 바람직하다.

예컨대, 요철부(22)의 깊이가 5㎛ 이하인 경우에는 고체윤활층(40)이 시린더보어(20)의 요철부(22)로 거의 전이되지 않거나, 전이되더라도 충분한 윤활효과를 거두지 못하였다.

그리고 요철부(22)의 깊이가 너무 깊은 경우에는 고체윤활층(40)이 요철부(22)를 충분히 메워주지 못함으로 인하여, 역시 충분한 윤활효과를 거두지 못하였다.

요철부(22)의 깊이가 10㎛ 정도인 경우 고체윤활층(40)으로부터 고체윤활제가 충분히 도포됨으로 인해, 고체윤활제에 의한 효과가 가장 극대화되어 매우 낮은 마찰계수를 보였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더보어(20)의 요철부(22) 사이 간격은 10㎛~100㎛를 유지하는 것이 바람직하다.

예컨대, 요철부(22) 사이의 간격이 10㎛ 이하인 경우에는 요철부(22) 간의 간섭효과가 발생하여 충분한 마찰저감 효과가 나타나지 않았다.

반면에, 요철부(22) 사이의 간격이 100㎛ 이상으로 너무 많을 경우에는 실린더보어(20)의 내부면에 도포된 고체윤활제의 양이 너무 적어 역시 충분한 윤활효과를 발휘하지 못하였다.

한편, 상기의 실험결과는 피스톤(30)의 외주면에 흑연을 5㎛의 두께로 고체윤활층(40)을 형성하고, 실린더보어(20)의 내부면에 요철부(22)를 형성한 수 마찰시험을 행하였다.

또한, 실린더보어(20) 내부면의 요철부(22) 깊이와 간격에 따른 마찰감소 효과를 조사하기 위하여 요철부(22)의 형태를 깊이와 간격을 서로 달리하여 다양하게 제작한 후, 수 차례의 실험을 반복 시행함으로써 최적의 형상조건을 찾아낸 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고체윤활층 및 실린더보어에 형성된 요철부를 통해 피스톤 운동에 따른 윤활특성을 극대화시킴으로써 엔진의 작동과정에서 발생되는 실린더보어 및 피스톤 간의 마찰을 최대한 억제시킬 수 있다.

Claims

내부면에 요철부(22)가 형성되어 있는 실린더보어(20);

상기 실린더보어(20)의 내부에 삽입되어, 상기 내부면을 따라 피스톤 운동하는 피스톤(30);

상기 피스톤(30)의 외주면에 일정 두께로 형성되어 있는 고체윤활층(40)을 포함하며,

엔진의 초기 길들이기 운전시, 상기 고체윤활층(40)이 상기 실린더보어(20)의 요철부(22)에 도포되도록 하고, 상기 요철부(22) 사이의 간격이 10μm~100μm로 마련되는 것을 특징으로 하는 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치.
제1항에 있어서,

상기 요철부(22)의 깊이가 5㎛~20㎛인 것을 특징으로 하는 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고체윤활층(40)은 흑연, PTFE, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실린더보어 및 피스톤의 윤활구조장치.