KR101708616B1 - 다중-부품 피스톤 링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중-부품 피스톤 링(1)에 관한 것으로, 조인트 구역(4)이 제공되는 적어도 단일-부품 스프링 캐리어(8), 및 스프링 캐리어의 내측 원주면의 구역에 제공되는 적어도 단일- 부품 스프링 부재(3)를 포함하며, 스프링 캐리어의 벽 두께(a)가 조인트와 직면하는 스프링 캐리어의 단부(5, 6)의 구역에서 및 이의 후방 구역(7)에서 모두 본질적으로 균일하게 설계된다. 후방 구역과 조인트 단부 사이에, 60°이상의 원주 구역(β)에 걸쳐 연장하고 스프링 캐리어의 국부적 벽 두께 감소(a-b)에 의해 형성되는 포켓(2', 2")이 제공된다.

Description

다중-부품 피스톤 링 {MULTI-PART PISTON RING}
본 발명은 다중-부품 피스톤 링에 관한 것이다.
DE 100 41 802 C1호는 피스톤 링 조인트 구역이 제공되고 링 원주 상에 횡단면 취약 지점을 가지는 단일-부품 압축 피스톤 링을 설명하며, 압축 피스톤의 링 원주는 4개의 사분원으로 분리되며, 하나의 피스톤 링 조인트 에지가 가상의 사분원들 중 제 1 사분원에 위치되고 다른 피스톤 링 조인트 에지가 가상 사분원들 중 제 4 사분원에 위치되며, 각각의 횡단면 취약 지점이 제 1 사분원 및 제 4 사분원에만 제공된다.
DE 12 92 447호는 내연기관 피스톤용 오일 스크래퍼 링을 설명하는데, 인장을 제공하고 고리형 그루브 내에 배치되는 나선형 스프링 링을 가지며, 나선형 스프링 링을 수용하는 상기 고리형 그루브는 피스톤 링 조인트의 구역 내에 편평한(flat) 리세스를 가진다.
DE 24 43 299호는 내연기관의 피스톤용 오일 스트래퍼 링을 설명하는데, 원주 상에 분포된 슬롯 및 실린더 벽에 대해 오일 스크래퍼 링을 가압하는 스프링을 가지며, 오일 스크래퍼 링은 전체 원주에 걸쳐 적어도 개략적으로 일정한 면적 관성 모멘트를 가진다. 면적 관성 모멘트를 달성하도록, 오일 스크래퍼 링의 방사상 내측 회전 대칭 면적들 상의 슬롯들 사이에서 재료가 제거된다.
본 발명은 피스톤 링의 전체 원주에 걸쳐 볼 때, 스프링 부재와의 기능적 연결에서 스프링 지지부를 최적화함으로써 방사상 압력 분포가 더욱 균일하게 될 수 있도록, 스프링 지지부 및 스프링 부재로 이루어지는 다중-부품 피스톤 링을 개선하고자 하는 목적을 기초로 한다. 압력의 영향 하에서 실린더 내의 피스톤 링의 방사상 압력 분포가 특히 더욱 균일하게 이루어져야 한다.
이러한 목적은 피스톤 링 조인트 구역이 제공되는 적어도 단일-부품 스프링 지지부 및 스프링 지지부의 내측 원주 면의 구역 내에 제공되는 그루브 내에 위치되는 적어도 단일-부품 스프링 부재를 포함하며, 스프링 지지부의 벽 두께가 피스톤 링 조인트와 직면하는 스프링 지지부의 단부들의 구역에서 그리고 스프링 지지부의 후방 구역에서 본질적으로 동일하며, 60°이상의 원주 범위에 걸쳐 연장하고 스프링 지지부의 벽 두께의 국부적 감소에 의해 형성되는 포켓이 각각의 경우 후방 구역과 피스톤 링 조인트 단부들 사이에 제공된다.
본 발명의 요지의 유용한 개선책은 종속 청구항에서 찾아 볼 수 있다.
DE 100 41 802 C1호에 따른 종래 기술과 유사하게, 피스톤 링은 관념적으로 4개의 사분원으로 분할될 수 있다. 각각의 포켓은 제 1 사분원 또는 제 4 사분원 내에 위치될 수 있다. 대안적으로, 포켓은 제 2 사분원 또는 제 3 사분원에 위치될 수 있다.
또한 포켓이 링의 후방과 각각의 피스톤 링 조인트 단부 사이의 스프링 지지부 내의 사분원들에 걸쳐 형성되는 것이 착상가능하다.
포켓들이 각각의 사분원의 구역에 대칭으로 제공되는 경우 방사상 압력 분포에 대해 특히 유용하다.
제안된 조치가 피스톤 링의 원주 방향으로 최적의 방사상 압력 분포를 형성하기에 충분하지 않다면, 고리형 스프링 부재가 미리 규정가능한 난형도(ovality)를 갖는 그루브 내부에 위치되는 방식으로 스프링 지지부의 원주 방향으로 본, 원주 그루브의 방사상 깊이가 스프링 지지부의 형성면(running surface)에 대한 방사상 벽 두께에서의 횡단면적 변화에 의해 변형되도록 하는 것이 추가로 제안된다.
그루브의 횡단면적 변화가 스프링 지지부의 각각의 포켓의 구역 내에만 제공하는 경우 더욱 더 유용하다.
본 발명의 주요 구성은 제 1 예에서 일반적으로 임의의 타입의 피스톤 링에 적용되어야 한다. 그러나, 압축 링이 일반적으로 단일-부품 피스톤 링으로서 형성되는 경우에, 적어도 두-부품(two-part) 오일 스크래퍼 링으로서 본 발명에 따른 피스톤 링을 이용하는 것이 특히 유용하다.
본 발명에 따른 피스톤 링이 오일 스크래퍼 링인 경우, 스프링 지지부에 두 개 이상의 형성면 웨브가 제공되는 것을 추가로 제안한다.
본 발명의 주요 구성에 의해, 스프링 위치를 적용함으로써 그리고 스프링 지지부의 면적 관성 모멘트를 국부적으로 변경함으로써 스프링 지지부의 접촉면에 의한 실린더 벽 상의 표면 압력이 국부적으로 조정될 수 있다. 이러한 경우 횡단면적 변화가 원주 상에 국부적으로 이루어지며(면적 관성 모멘트에서의 국부적 변화), 이는 유용하게는 스프링 지지부 상의 그리고 이에 따라 실린더 벽 상의 스프링 위치 및 스프링 접촉력 모두에 영향을 미친다.
스프링 지지부 상의 시스템 내의 온도 영향은 연료가 공급된 엔진의 작동시 양(positive)의 난형도를 형성한다. 이러한 양의 난형도(실린더 벽 상에 작용하는, 피스톤 링 조인트 단부 상의 증가된 방사상 압력)는 저급한 오일 스크래핑 및 실린더 벽 상에 가는 홈(striation)의 형성과 같이 실린더 내에 악 영향을 초래한다. 링 지지부의 국부적 변화의 결과로서, 실린더 내의 방사상 압력 분포는 온도의 영향 하에서 균일하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라, 비-균일 방사상 압력 분포를 구비한, 스프링-지지된 피스톤 링, 특히 오일 스크래퍼 링은 따라서, 방사상 압력 분포가 피스톤 링 조인트 단부들의 구역에서 최소값을 취하고 피스톤 링 조인트로부터 시작하여 20 내지 120°의 범위 내의 최대값을 취하는 방식으로 제안된다. 이러한 경우 벽 두께에서의 변화는, 형성면 상의 방사상 압력 분포가 일정한 함수를 취하며 이에 따라 점프가 없도록, 개방 스프링 지지부의 곡률 반경과 제 5 차 코사인 함수의 중첩으로부터 생성된다.
본 발명의 주요 구성은 예시적인 일 실시예를 이용하여 도면에 도시되고 아래와 같이 설명된다.
도 1은 방사상 압력 분포가 표시된, 오일 스크래퍼 링으로서 구성되는 본 발명에 따른 피스톤 링의 원리도를 보여주며;
도 2는 그루브에 스프링 부재가 수용된, 도 1에 따른 오일 스크래퍼 링을 보여주며;
도 3은 피스톤 링의 원주 위에서 볼 때, 스프링 부재를 수용하는 그루브의 벽 두께가 변화하는 도 1에 따른 오일 스크래퍼 링을 보여준다.
도 1은 방사상 압력 분포가 표시된, 오일 스크래퍼 링으로서 구성되는 본 발명에 따른 피스톤 링(1)의 원리도를 보여준다. 오일 스크래퍼 링(1)은 청구된 바와 같이 두 개의 부품으로 되어야 하며, 고리형 스프링 지지부(2) 및 또한 고리형 스프링 부재(3)를 포함하며, 여기서 간단히 표시된다. 스프링 지지부(2)에는 피스톤 링 조인트(4)가 제공되며, 따라서 두 개의 피스톤 링 조인트 단부들(5, 6)이 형성된다. 종래 기술과 유사하게, 피스톤 링(1)은 시계 방향으로 배치된 4개의 사분원(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ)으로 분할된다. 스프링 지지부(2)의 벽 두께(a)는 피스톤 링 조인트 단부들(5, 6)의 구역에서 그리고 피스톤 링 조인트(4)와 마주하는 링 후방 구역(7)에서 본질적으로 동일하다. 원주 방향으로 볼 때 피스톤 링(1)의 방사상 압력 분포는 화살표에 의해 표시된다. 원주 방향으로 비-균일한 방사상 압력 분포가 있음을 볼 수 있다. 방사상 압력 분포가 피스톤 링 조인트 단부들(5, 6)의 구역에서 최소 값을 취하고 범위(β)에서 최대 값을 취하는 방식으로, 스프링 지지부(2)의 단면적은 피스톤 링 조인트(4)로부터 범위(β)(α>20°내지 최대 α' 120°) 내에서 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하는 벽 두께(b)에서의 변화를 겪는다. 벽 두께에서의 변화(a-b)는 형성면(8) 상의 방사상 압력 분포가 일정한 함수를 취하고 이에 따라 점프를 가지지 않는 형태로 개방 스프링 지지부(2)의 곡률 반경과 5차 코사인 함수의 중첩으로부터 생성된다.
원주 범위(α-α')는 이러한 경우 벽 두께에서의 감소(a-b)를 수반하는 포켓(2', 2")을 형성함으로써 생성된다.
도 2는 도 1에 따른 피스톤 링(1)을 상이한 도면 및 단면으로 도시한다. 동일한 부품에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 고리형 스프링 지지부(2) 뿐만 아니라 스프링 지지부(2) 내의 원주 그루브(9) 내로 도입되는 동일한 고리형 스프링 부재(3)가 도시된다. 도 1과 유사하게, 피스톤 링(1)이 4개의 사분원(Ⅰ내지 Ⅳ)으로 분할되는 것을 볼 수 있다. 피스톤 링 조인트에는 도면 부호 4가 제공된다. 이러한 예에서, 피스톤 링(1)은 두 개의 형성면 웨브(10, 11)를 가진다. 피스톤 링 조인트 단부(5, 6)의 구역이 완전한 벽 두께(a)를 포함하는 것을 단면(D-D 및 E-E)에서 볼 수 있다. 도 1과 유사하게 a로부터 b로의 벽 두께의 감소가 20°의 각도(α)에서 시작하고 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하여 120°의 각도(α')에 걸쳐 연장한다. 최소 벽 두께(b)는 도 2의 단면(D-D)에서 볼 수 있다. 원주 그루브(9)의 그루브 바닥(9')으로부터 형성 웨브(10, 11)까지의 벽 두께(c)는 원주 방향으로 볼 수 있는 바와 같이 변화하지 않는다.
도 1에 표시된 포켓(2', 2")이 또한 도 2에서 볼 수 있다.
이는 도 3에서 상이하다. 이 도면은 벽 두께(c)(단면 A-A, B-B)가 제 2 사분원으로부터 제 1 사분원까지 벽 두께(c')로 감소된다.

Claims (10)

  1. 다중-부품(multi-part) 피스톤 링(1)으로서,
    피스톤 링 조인트 구역(4)을 구비하는 적어도 단일-부품(at least single-part) 스프링 지지부(2) 및 상기 스프링 지지부(2)의 내측 원주면의 구역에 제공된 그루브(groove,9) 내에 위치되는 적어도 단일-부품 스프링 부재(3)를 포함하며,
    상기 스프링 지지부(2)의 벽 두께(a)는 피스톤 링 조인트(4)와 직면하는 상기 스프링 지지부(2)의 단부들(5, 6)의 구역에서 그리고 상기 스프링 지지부의 후방 구역(7)에서 동일하고,
    60°이상의 원주 범위(β)에 걸쳐 연장하고 상기 스프링 지지부(2)의 벽 두께의 국부적 감소(a-b)에 의해 생성되는 하나 이상의 포켓(2', 2")이 각각 상기 후방 구역(7)과 피스톤 링 조인트 단부들(5, 6)들 사이에 제공되며,
    비 균일(non-uniform) 방사상 압력 분포를 형성하도록, 상기 방사상 압력 분포가 상기 피스톤 링 조인트 단부들(5, 6)의 구역에서 최소값을 그리고 상기 원주 범위(β)에서 최대값을 취하는 방식으로, 상기 스프링 지지부(2)의 횡단면은 상기 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하여 α>20°로부터 최대 120°인 α'까지의 원주 범위(β)에서 벽 두께가 감소(a-b)되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 지지부(2)는 상기 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하여 4개의 사분원(Ⅰ-Ⅳ)으로 분할되고, 각각의 포켓(2', 2")은 제 1 사분원(Ⅰ) 및 제 4 사분원(Ⅳ)에 위치되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 지지부(2)는 상기 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하여 4개의 사분원(Ⅰ-Ⅳ)으로 분할되고, 각각의 포켓(2', 2")은 제 2 사분원(II) 및 제 3 사분원(III)에 위치되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링 지지부(2)는 상기 피스톤 링 조인트(4)로부터 시작하여 4개의 사분원(Ⅰ-Ⅳ)으로 분할되고,
    각각의 포켓(2', 2")은, 제 1 사분원(Ⅰ) 및 제 2 사분원(II) 및 제 3 사분원(III) 및 제 4 사분원(Ⅳ)을 포함하는(cover), 상기 스프링 지지부(2)의 원주 범위에 위치되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포켓(2', 2")은 각각의 사분원(I 내지 Ⅳ)의 구역에서 대칭되게 제공되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 지지부(2)의 원주 방향으로 볼 때, 고리형의 상기 스프링 부재(3)가 원주 그루브(9) 내부에 미리 규정가능한(predefinable) 난형도(ovality)를 가지면서 위치될 수 있는 방식으로, 상기 스프링 지지부(2)의 형성면(running surface)(10, 11)에 대해 방사상 벽 두께의 횡단면을 변경(c-c')함으로써 상기 원주 그루브(9)의 방사상 깊이가 변형되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 그루브(9) 내의 횡단면의 변경(c-c')은 상기 스프링 지지부(2)의 각각의 포켓(2', 2")의 구역에 제공되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤 링(1)은 적어도 두-부품(at least two-part) 오일 스크래퍼(scraper) 링(1)에 의해 형성되는,
    다중-부품 피스톤 링.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스프링 지지부(2)는 두 개 이상의 형성면 웨브(running surface web)(10, 11)를 가지는,
    다중-부품 피스톤 링.
  10. 삭제
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