KR101911550B1

KR101911550B1 - 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치

Info

Publication number: KR101911550B1
Application number: KR1020110137703A
Authority: KR
Inventors: 오석주; 김성기
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2018-10-25
Also published as: KR20130070397A

Abstract

본 발명은 피스톤의 상사점 부근과 하사점 부근에 각각 내연기관의 작동 환경을 고려하여 유막형성을 유지시키고 미세 마모분을 포집하는 미세요철을 형성함으로써 마찰에 의한 피스톤 링과 실린더 보어면의 마모를 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 트러스트면과 안티-트러스트면에 이상과 같은 미세요철을 형성하여 피스톤의 직선왕복운동시 마찰 등에 의해 발생하는 2차 거동을 저감시킴으로써 피스톤과의 직접 저촉에 의한 마모 역시 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 관한 것이다.

Description

미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치{Cylinder device wear resistance improved by optimal locations of micro texturing}

본 발명은 피스톤의 상사점 부근과 하사점 부근에 각각 내연기관의 작동 환경을 고려하여 미세요철을 형성함으로써 마찰에 의한 피스톤 링과 실린더 보어면의 마모를 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 피스톤의 직선왕복운동시 마찰 등에 의해 발생하는 2차 거동을 저감시킴으로써 피스톤과의 직접 저촉에 의한 마모 역시 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 관한 것이다.

내연기관은 연료 연소에 의한 폭발력을 받아 운동하는 실린더 장치를 사용하는데, 가솔린기관이나 디젤기관에서는 실린더 장치 내에 연소용 공기와 함께 연료를 뿜어 넣고 점화 및 폭발시켜 그 폭발력으로 실린더 장치를 작동시킨다.

이러한 실린더 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더 블럭(10)과 상기 실린더 블럭(10) 내부에서 직선왕복운동을 하는 피스톤(20)으로 이루어지며, 필요에 따라서는 실린더 블럭(10) 내부에 내마모 특성이 뛰어난 실린더 라이너(11)를 삽입하기도 한다.

따라서, 실린더 라이너(11)를 추가로 삽입하지 않는 타입의 경우에는 실린더 블럭(10) 내주면이 실린더 보어면(bore side)(BS)이 되고, 실린더 라이너(11)를 추가로 삽입한 타입의 경우에는 실린더 라이너(11)의 내주면이 실린더 보어면(BS')이 된다.

또한, 실린더 블럭(10) 내부를 따라 운동하는 피스톤(20)의 상부에는 피스톤 링(R)이 끼워져 있고 피스톤(20)의 하부에는 피스톤 스커트(skirt)(20a)가 구비되어 있으며, 피스톤(20)은 피스톤 핀(21)을 통해 커넥팅 로드(22)와 연결되고, 커넥링 로드(22)는 크랭크 샤프트(23)와 연결되며, 크랭크 샤프트(23)에는 CRS 회전축이 끼워진다.

그러나, 이상과 같은 피스톤 링(R)은 실린더 보어면(BS, BS')과 윤활제를 매개로 행정거리(S) 상에서 직선 왕복운동을 하므로, 왕복운동시 피스톤(20)의 이동방향이 바뀌는 지점이 발생하게 되고, 이때 피스톤(20)의 속도가 점차 느려져 순간속도가 '0'이 되는 현상이 발생한다.

행정거리(S)상에서 피스톤(20)의 운동 방향이 바뀌는 두 지점을 상사점(TDC: Top Dead Center)과 하사점(BDC: Bottom Dead Center)이라고 하며 피스톤(20)이 상사점(TDC)과 하사점(BDC)을 지날 때 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이에는 오일 부족현상 및 링 선속도 감소로 인한 윤활제 부족 현상이 나타난다.

따라서, 윤활제 부족으로 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이에 직접 접촉이 발생하게 되고, 이는 마찰손실을 증가시켜서 두 표면의 마모량 발생을 증가시킨다는 문제점이 있었다.

또한, 내연기관의 피스톤(20)은 연소압이나 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이에서 발생하는 마찰력 등의 영향으로 행정거리(S)를 왕복하는 동안 피스톤 핀(21)을 중심으로 요동운동을 하는데, 이러한 요동운동을 피스톤 2차 거동(piston secondary motion)이라고 한다.

따라서, 2차 거동시의 요동운동으로 인하여 실린더 보어면(BS, BS')은 피스톤 링(R)뿐만 아니라 피스톤(20)과도 직접 접촉하게 되므로, 피스톤(20)의 요동 운동에 기인된 직접 접촉으로 인해 실린더 보어면(BS, BS')의 마모 발생량이 더욱 커지는 문제점이 있다.

한편, 종래에는 실린더 보어면(BS, BS')의 마모를 저감시키기 위해 열처리, 표면 조도 개선, 호닝(horning) 등의 방법이 사용되어 왔지만, 최근 엔진 작동환경이 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모에 취약한 방향으로 점차 변해감에 따라 기존의 방법보다 더욱 효과적으로 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모를 저감 시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.

이에, 한국공개특허 제2011-26739호에서는 상기 열처리, 표면 조도 개선, 호닝 등의 방법보다 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모를 더욱 저감시킬 수 있도록, 실린더 보어면(BS, BS')에 미세요철을 가공함으로써 제작비용과 가공시간을 단축시키면서도 윤활성능을 향상시키는 가공방법을 제안하였다.

그러나, 이러한 미세요철 가공방법도 피스톤(20)의 왕복운동시 각각 상사점(TDC)과 하사점(BDC)에서 순간속도가 크게 변화함에 따른 마모 발생에 모두 대응할 수 없음은 물론, 특히 피스톤 2차 거동시의 요동운동에 의한 마모 발생에도 대응할 수 없어서 최적의 효과를 가져올 수 있는 미세요철 가공방법이라고 볼 수 없었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 피스톤의 상사점 부근과 하사점 부근에 각각 내연기관의 작동 환경을 고려하여 미세요철을 형성함으로써 마찰에 의한 피스톤 링과 실린더 보어면의 마모를 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 피스톤의 직선왕복운동시 마찰 등에 의해 발생하는 2차 거동을 저감시킴으로써 피스톤과의 직접 저촉에 의한 마모 역시 저감시킬 수 있는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치는 실린더 블럭 내부의 실린더 보어면(bore side)에 형성되며, 상기 실린더 보어면을 따라 직선왕복운동하는 피스톤의 상사점으로부터 5% 내지 35% 거리 영역에 복수개의 미세요철을 가공하여 형성된 제1요철부; 및 상기 실린더 블럭 내부의 실린더 보어면에 형성되며, 상기 피스톤의 상사점으로부터 110% 내지 130% 거리 영역에 복수개의 미세요철을 가공하여 형성된 제2요철부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2요철부는 상기 실린더 보어면에 존재하는 트러스트면(thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있거나, 상기 실린더 보어면에 존재하는 안티-트러스트면(anti-thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있거나, 혹은 상기 트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위와 상기 안티-트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 각각 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1요철부와 제2요철부를 각각 구성하는 미세요철은 단면이 원형인 딤플(dimple) 형상의 미세홈인 것이 바람직하다.

또한, 상기 미세홈은 직경은 100 내지 150μm이고, 깊이는 10 내지 20μm이며, 배열 간격은 350μm 내지 450μm인 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 의하면 피스톤의 상사점 부근과 하사점 부근에 각각 내연기관의 작동 환경을 고려하여 유막형성을 유지시키고 미세 마모분을 포집하는 미세요철을 형성함으로써 마찰에 의한 피스톤 링과 실린더 보어면의 마모를 저감시킬 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 의하면 트러스트면과 안티-트러스트면에 이상과 같은 미세요철을 형성하여 피스톤의 직선왕복운동시 마찰 등에 의해 발생하는 2차 거동을 저감시킴으로써 피스톤과의 직접 저촉에 의한 마모 역시 저감시킬 수 있게 한다.

도 1은 일반적인 실린더 장치를 나타낸 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치를 나타낸 부분도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치의 미세요철을 나타낸 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치를 나타낸 부분도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치의 실린더 보어면 마모분포를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 대해 설명한다.

단, 이하에서 설명하는 실린더 보어면(bore side)은 직선 왕복운동하는 피스톤(20)과 직접 접하는 면을 의미하는 것으로, 도 1과 같이 실린더 라이너(11)를 추가로 삽입하지 않는 타입의 경우에는 실린더 블럭(10) 내주면이 실린더 보어면(BS)이 될 것이다.

반면, 실린더 라이너(11)를 추가로 삽입한 타입의 경우에는 상기 실린더 라이너(11)의 내주면이 실린더 보어면(BS')이 될 것이며, 그 외 실린더 블럭(10) 내주면에 각종 막을 코팅한 코팅층(미도시)이 있는 경우에는 그 코팅층이 실린더 보어면이 될 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치는 실린더 블럭(10) 내부의 실린더 보어면(BS, BS')에 형성된 것으로 행정거리(S) 범위 내에서 직선왕복운동하는 피스톤(20)의 상사점(TDC: Top Dead Center) 부근에 형성된 제1요철부(30) 및 하사점(BDC: Bottom Dead Center) 부근에 형성된 제2요철부(40)를 포함한다.

이때, 실린더 보어면(BS, BS')에 미세요철을 형성함으로써 마찰 및 마모를 저감시키기 위해서는 미세요철의 형태, 배열 방법 및 가공 영역 등이 최적으로 정해져야 하며, 마찰 및 마모가 최소가 되는 요철의 형태, 배열 방법 및 가공 영역 등은 두 면의 접촉 형태, 하중, 미끄럼 속도 등의 운전 조건에 따라 크게 영향을 받는다.

예를 들어, 접촉부의 형태가 선 형상인 것과, 점 형상인 것 및 면 형상인 것의 여부에 따라 마찰 및 마모를 최소로 하기 위한 요철의 형태 및 배열 방법이 달라진다. 따라서, 마찰 및 마모 저감을 위한 표면 요철 기술 개발은 그 작동 환경이나 운전 조건에 대한 정의가 먼저 이루어져야 하며, 정해진 작동환경이나 운전조건 하에서 미세요철의 형태 및 배열이 선택되어야 한다.

이에, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제1요철부(30)는 실린더 보어면(BS, BS')을 따라 직선왕복운동하는 피스톤(20)의 상사점(TDC)으로부터 5% 내지 35% 거리 영역(A~B)에 복수개의 미세요철(31)을 가공하여 형성된다.

그리고, 상기 제2요철부(40)는 실린더 블럭(10) 내부의 실린더 보어면(BS, BS')에 형성되며, 피스톤(20)의 상사점(TDC)으로부터 100% 내지 140% 거리 영역(C~D)에 복수개의 미세요철(41)을 가공하여 형성된다.

제1요철부(30)는 복수개의 미세요철(31)들의 집합으로 이루어지며 실린더 보어면(BS, BS')의 원주 방향을 따라 연속하여 형성되어 있다. 또한, 각각의 미세요철(31)은 도 3에 도시된 바와 같이 단면이 원형인 딤플(dimple) 형상의 미세홈으로 이루어져 있는데, 미세홈의 직경(Db)은 100 내지 150μm이고, 깊이(Dc)는 10 내지 20μm이며, 배열 간격(Da)은 350μm 내지 450μm인 것이 바람직하다.

이상과 같이 실린더 보어면(BS, BS')의 최적 위치에 최적의 밀도로 미세요철(31, 41)을 가공하면 그 미세요철(31, 41) 안에 포집되어 있는 액체 윤활제가 유막 형성을 유지시키는데 기여하므로 윤활상태를 개선시키고 경계면에서 발생하는 마모를 저감시키는 역할을 한다.

미세요철(31, 41)을 너무 많이 가공하면 미세요철(31, 41)이 가공되지 않은 마찰부의 면적이 지나치게 작아져서, 마찰부에 면압이 집중 및 증가되어 오히려 마찰 특성을 악화시키고, 반대로 미세요철(31, 41)을 너무 적게 가공하면 그 개선 효과가 미미하여 연료 소모나 엔진 오일 소모량이 증가된다.

따라서, 본 발명은 이상과 같이 미세요철(31, 41)을 최적으로 형성함으로써, 실린더 보어면(BS, BS') 상에서 피스톤(20)이 직선 왕복운동을 하더라도 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이에 윤활제가 부족한 현상을 억제한다. 또한, 내연기관의 운전특성에 기인한 높은 연소압과 연소열로 인해 실린더 보어면(BS, BS')에 엔진오일이 부족한 상태에서 운전되는 것을 방지한다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치에 대해 설명한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치는 실린더 블럭(10) 내부의 실린더 보어면(BS, BS')에 형성된 것으로 행정거리(S)의 범위 내에서 직선왕복운동하는 피스톤(20)의 상사점(TDC) 부근에 형성된 제1요철부(30) 및 하사점(BDC) 부근에 형성된 제2요철부(40a)를 포함한다.

제1요철부(30)는 실린더 보어면(BS, BS')을 따라 직선왕복운동하는 피스톤(20)의 상사점(TDC)으로부터 5% 내지 35% 거리 영역(A~B)에 복수개의 미세요철(31)을 가공하여 형성된다. 이러한 제1요철부(30)는 실린더 보어면(BS, BS')의 원주 방향을 연속하여 전체에 형성되며, 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예와 같다.

그러나, 제2요철부(40a)는 피스톤(20)의 상사점(TDC)으로부터 110% 내지 130% 거리 영역(C'~D')에 복수개의 미세요철(41)을 가공하여 형성되어 있다는 점에서, 피스톤(20)의 상사점(TDC)으로부터 100% 내지 140% 거리 영역(C~D)에 미세요철(41)을 형성한 본 발명의 일 실시예와 다르다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 도 4의 (b)와 같이, 제2요철부(40a)가 실린더 보어면(BS, BS')에 존재하는 트러스트면(thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있거나, 안티-트러스트면(anti-thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있다.

물론, 트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위와 안티-트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 각각 형성될 수도 있음은 자명하며, 이점에서 미세요철(41)이 실린더 보어면(BS, BS')의 원주 방향을 따라 전체에 형성되어 있는 본 발명의 일 실시예와 다르다.

상기 제2요철부(40a)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 크랭크 샤프트(23)의 회전축인 'CRS 회전축'에 수직한 방향(즉, 트러스트면이나 안티-트러스트면의 중심점)을 기준점으로 하여 시계 방향으로 120°내지 180°범위에 형성될 수 있으나, 그 외 반시계 방향으로 120°내지 180°범위에 형성될 수도 있다.

제2요철부(40a)의 미세요철(41)은 도 3을 통해 설명한 본 발명의 일 실시예와 마찬가지로 단면이 원형인 딤플 형상의 미세홈으로 이루어지고. 각 미세홈의 직경(Db)은 100 내지 150μm이고, 깊이(Dc)는 10 내지 20μm이며, 배열 간격(Da)은 350μm 내지 450μm이다.

이상과 같이 본 발명의 다른 실시예는 직선왕복운동하는 피스톤(20)의 순간속도가 급격히 변하는 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 부근에 해당하면서도 2차 거동(piston secondary motion)시 요동운동을 유발시키는 트러스트면과 안티-트러스트면에 미세요철(31, 41)을 형성한다.

즉, 피스톤(20)은 엔진 연소실의 폭발압력이 피스톤(20)의 상면에 가해지는 압력분포나 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이의 마찰력 등에 의해 피스톤 핀(21)을 중심으로 한쪽으로 기울어지면서 하강하게 된다.

이때, 피스톤(20)이 기울어진 방향의 외경면을 트러스트면이라 하고 그에 대향하는 방향을 안티-트러스트면이라 하는데, 본 발명은 실린더 보어면(BS, BS') 중 트러스트면과 안티-트러스트면에 대응하는 면에 미세요철(31, 41)을 형성함으로써 마찰 및 마모를 저감시킨다.

따라서, 2차 거동시의 요동운동으로 인하여 실린더 보어면(BS, BS')과 피스톤 링(R) 뿐만 아니라 피스톤 스커트(skirt)(20a)를 포함한 피스톤(20) 전체가 실린더 보어면(BS, BS')과 직접 접촉하면서 발생하는 심각한 마모 역시 월등히 저감시킬 수 있게 한다.

이하, 본 발명에 따른 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치의 마모 시험 결과를 설명한다.

먼저, 내연기관의 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모발생을 저감시킬 수 있는 미세요철(31, 41)의 최적 가공영역을 확인하기 위해 도 5와 같이 실 사용된 실린더 보어면(BS, BS')의 마모 상태를 측정하였다.

도 5를 보면, 16~19cm 영역 및 4~6cm 영역에서 큰 마모가 발생하는 것을 알 수 있다. 이 엔진의 행정거리 S는 12.6cm이며, 도 5의 마모영역을 도 4의 A, B, C, D, S로 표기하면 A/S=8%, B/S=32%, C/S=110%, D/S=135%가 된다.

즉, 내연기관에 사용되는 실린더 보어면(BS, BS')에 있어서, 실린더 보어면(BS, BS')의 상사점(TDC)으로부터 행정거리(S)의 8~32% 영역 및 110~135% 영역에서 가장 많은 마모가 발생되는 것을 알 수 있다.

이는 앞서 언급한 것과 같이 피스톤(20)의 운동방향이 바뀌는 행정거리(S) 양끝단 영역에서 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS') 사이의 유막 두께가 감소하여 마찰이 증가하고 이로 인하여 큰 마모가 발생한다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명에서 제안한 미세요철(31, 41)을 위와 같은 동작특성이 고려된 최적 배치 영역에 가공하면 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모가 감소될 수 있는 최적의 상태로 개선될 수 있음을 의미한다.

다음, 본 발명에서 제안한 미세요철(31, 41)의 최적 배치조건을 통한 피스톤 링(R)과 실린더 보어의 마모 개선 효과를 확인하기 위해 아래의 [표 1]과 같이 마모 시험을 수행하였다.

미세요철(31, 41)의 직경(Db)은 100μm이고, 깊이(Dc)는 15μm이며, 배열 간격(Da)은 350μm이 되도록 원형 형태의 미세요철(31, 41)을 직사각형 배열로 가공하였으며, 도 4와 같이 상사점(TDC) 근처의 제1요철부(30)는 실린더 보어면(BS, BS') 전체에 가공하였고, 하사점(BDC) 근처의 제2요철부(40a)는 엔진의 트러스트/안티-트러스트 영역 일부에만 가공하였다.

이는 하사점(BDC) 영역이 상사점(TDC) 영역보다 2차 거동에 따른 피스톤(20)과 실린더 보어면(BS, BS')의 직접접촉이 발생하기 쉽기 때문이며, 그에 따른 마모발생을 줄이고자 피스톤(20)의 스커트(20a)까지 고려하여 가공영역을 설정하였기 때문이다.

[표 1]

시험 결과 [표 1]의 '실시예 2'와 '실시예 5'의 마모 개선 효과가 우수하였으나 이는 최적화된 실시예가 아니므로 [표 1]의 9개의 시험 결과를 통계적으로 분석하여 최대의 개선 효과가 예상되는 '실시예 10'을 도출하였다.

그 결과를 [표 2]에 나타내었다. [표 2]에 나타낸 '비교예'는 미세요철(31, 41)을 가공하지 않은 것에 대한 시험결과이며, [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이 '실시예 10'의 마모량은 '비교예'의 마모량 대비 45% 이상 마모가 개선되었으며, '다른 실시예 1~9'에 비해서도 마모 개선효과가 뛰어났다.

즉, 전체 행정거리 S를 기준으로 상사점(TDC)에서 10~30% 영역과 110~130% 영역에, 그리고 트러스트/안티-트러스트 방향의 실린더 보어면(BS, BS') 중 150°영역에 미세요철(31, 41)을 배치하면 마모가 45% 이상 감소될 수 있음을 확인하였다.

[표 2]

상기 시험 결과를 바탕으로 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모 저감을 좀더 최적화시키기 위해서 원형의 미세요철(31, 41)의 직경(Db), 깊이(Dc) 및 배열 간격(Da)을 설계 변수로 하여 [표 3]과 같이 마모시험을 하였다. 이때 미세요철(31, 41)의 가공영역은 '실시예 10'과 동일하게 설정하였다.

[표 3]

상기 시험 결과 '실시예 12'와 '실시예 15'의 마모 개선 효과가 우수하였으나 이는 최적화된 실시예가 아니므로, [표 3]의 9개의 시험 결과를 통계적으로 분석하여 최대의 개선 효과가 예상되는 '실시예 20'을 도출하고 그 결과를 [표 4]에 나타내었다.

[표 4]

[표 4]에 나타낸 '실시예 10'은 원형 미세요철(31, 41)의 설계변수를 최적화하기 전의 시험결과이고 '비교예'는 미세요철(31, 41)을 가공하지 않은 것에 대한 시험결과이다.

[표 4]에서 알 수 있는 바와 같이 '실시예 20'의 마모량은 '비교예'의 마모량 대비 58% 이상 마모가 개선되었으며, '실시예 10'에 비해서도 마모 개선효과가 뛰어났다.

즉, 직경(Db) 120μm, 깊이(Dc) 15μm, 배열 간격(Da) 400μm의 원형의 미세요철(31, 41)을 '실시예 10'의 영역에 배치하여 가공하면 피스톤 링(R)과 실린더 보어면(BS, BS')의 마모가 60% 가까이 저감되는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

10: 실린더 블럭 11: 실린더 라이너
20: 피스톤 20a: 스커트(skirt)
21: 피스톤 핀 22: 커넥링 로드
23: 크랭크 샤프트(CRS) 30: 제1요홈부
40, 40a: 제2요홈부 31, 41: 미세요철
BS, BS': 실린더 보어면 R: 피스톤 링

Claims

실린더 블럭 내부의 실린더 보어면(BS, BS')에 형성되며, 상기 실린더 보어면(BS, BS')을 따라 직선왕복운동하는 피스톤의 상사점(TDC)으로부터 5% 내지 35% 거리 영역에 복수개의 미세요철을 가공하여 형성된 제1요철부; 및
상기 실린더 블럭 내부의 실린더 보어면(BS, BS')에 형성되며, 상기 피스톤의 상사점(TDC)으로부터 110% 내지 130% 거리 영역에 복수개의 미세요철을 가공하여 형성된 제2요철부;를 포함하며,
상기 제2요철부는 상기 실린더 보어면(BS, BS')에 존재하는 트러스트면(thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있거나, 상기 실린더 보어면(BS, BS')에 존재하는 안티-트러스트면(anti-thrust side)의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 형성되어 있거나, 혹은 상기 트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위와 상기 안티-트러스트면의 중심점으로부터 120°내지 180°범위에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1요철부와 제2요철부를 각각 구성하는 미세요철은,
단면이 원형인 딤플(dimple) 형상의 미세홈인 것을 특징으로 하는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치.
제2항에 있어서,
상기 미세홈은,
직경(Db)은 100 내지 150μm이고, 깊이(Dc)는 10 내지 20μm이며, 배열 간격(Da)은 350μm 내지 450μm인 것을 특징으로 하는 미세요철 최적 배치에 의해 내마모성이 개선된 실린더 장치.
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