KR19980064640U - 열응력 분산 구조를 가지는 자동차 엔진의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 피스톤 링에 열응력이 집중되는 것을 방지하여, 피스톤과 실린더 사이의 기밀성을 보다 효율적으로 유지할 수 있도록 열응력 분산 구조를 가지는 자동차 엔진의 피스톤에 관한 것이다. 피스톤은, 실린더의 내주면 사이에 기밀성을 유지하기 위한 다수의 피스톤 링이 설치되는 피스톤 헤드와; 피스톤 헤드의 하부에 위치되어, 피스톤 헤드에 다수의 볼트에 의하여 연결되며, 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축과 연결되는 피스톤 본체와; 피스톤 본체와 피스톤 헤드에 형성된 다수의 수용홈에 수용되며, 피스톤 헤드에 가해지는 열응력을 분산시키기 위한 열응력 분산재를 포함한다.

Description

열응력 분산 구조를 가지는 자동차 엔진의 피스톤

본 고안은 자동차의 엔진의 피스톤에 관한 것이고, 보다 상세하게는 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동할 때, 피스톤에 작용하는 열응력를 용이하게 분산시켜 피스톤의 내구성을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 열응력 분산 구조를 가지는 자동차 엔진의 피스톤에 관한 것이다.

통상적으로, 자동차에서 동력이 발생되는 엔진은 실린더 헤드, 실린더 블럭, 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축, 플라이휠, 캠축, 및 밸브 및 밸브 개폐기구로 구성되어 있다. 실린더 블럭의 상부에 실린더 헤드가 장착되고, 실린더 헤드에는 연료의 유입구와 연소가스의 배출구가 각각 형성되어 있다. 유입구 및 배출구에 각각 흡기 및 배기 밸브가 설치되고, 이 흡기 및 배기 밸브는 캠축에서 동력을 전달받는 개폐기구에 의해 동작된다.

또한, 실린더 내에는 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤(1)이 실린더(2)내에서 상하로 왕복이동가능하게 설치되어, 유입구를 통해 유입된 연료를 압축시켜 폭발하게 한다. 피스톤(1)의 하단에는 크랭크 축(3)과 연결된 커넥팅 로드(4)가 피스톤 핀(도시되지 않음)에 의하여 연결되고, 커넥팅 로드(4)가 피스톤(1)의 직선운동력을 회전운동력으로 전환시킨다.

여기서, 연료를 압축,폭발시켜 동력을 발생시키는 피스톤(1)은 전술한 바와같이, 실린더(2) 내에서 상하로 왕복이동되며, 고출력을 발생시키기 위해서는 최우선적으로 피스톤(1)과 실린더(2) 사이의 기밀성이 유지되어야 한다.

이러한 기밀성 유지에 대해서 설명하면, 만일 피스톤(1)이 상사점으로 이동하여 실린더(2)의 상부와 연소실(5)을 형성함과 아울러 흡입구를 통해 유입된 연료가 피스톤(1)에 의하여 압축될 때, 피스톤(1)의 외주면과 실린더(2)의 내주면 사이로 연료가 누설되면 압축력이 감소하게 되므로, 효율적인 폭발 행정이 이루어지지 않으므로써 엔진의 출력이 크게 저하된다.

또한, 피스톤(1)이 실린더(2)의 내주면에 마찰되면서 왕복 운동을 하므로, 마찰 저항을 저감시키기 위한 오일이 공급되어야만 된다. 따라서, 기밀성이 유지가 되지 않으면, 오일이 상승되는 피스톤(1)에 의하여 연소실(5) 내로 침투하여 연료와 혼합되고, 적정량만큼 공급된 오일이 연소실(5)에서 계속적으로 소비되어, 나중에는 절대적인 양의 부족으로 본래의 기능인 마찰저항을 저감시키지 못하게 된다. 그러면, 피스톤(1)이 실린더(2)와 심한 마찰을 일으켜서 피스톤(1)이 계속적으로 마모되고, 이로 인하여 피스톤(1)의 상하운동이 심하게 제한을 받는다. 또한, 피스톤(1)이 마모되므로써 피스톤(1)과 실린더(2) 사이의 틈새가 점점 넓어지게 되고, 상기된 바와 같은 마찰 저항이 보다 증대된다.

따라서, 피스톤(1)의 외주면에는 실린더(2)와 기밀성 유지를 위해 다수의 피스톤 링(6)이 끼워진다. 피스톤 링(6)은 일부가 절개된 주철제 또는 강철제이며, 피스톤의 외주면에 형성된 홈부에 끼워진다.

피스톤 링(6)은 통상적으로, 두 개의 압축링과 한 개의 오일링으로 구분되고, 압축링 2개가 상부에 끼워진다. 압축링은 피스톤(1)의 압축과 팽창가스의 압력에 대해 연소실(5)의 기밀을 유지시키고, 팽창가스가 연소실(5)에서 크랭크케이스(7)로 누설되는 것을 방지하며, 또한 피스톤(1)이 고온의 팽창가스러부터 받는 열을 실린더(2)로 전달하는 역할도 수행한다.

그러므로, 피스톤 링(6)은 피스톤(1)이 작동될 때, 계속적으로 열응력을 받게 되므로, 열응력에 의하여 마모 및 파손이 따르게 되어, 피스톤(1)과 실린더(2) 사이의 기밀성이 유지될 수 없게 된다.

따라서, 본 고안의 목적은 피스톤 링에 열응력이 집중되는 것을 방지하여, 피스톤과 실린더 사이의 기밀성을 보다 효율적으로 유지할 수 있도록 열응력 분산 구조를 가지는 자동차 엔진의 피스톤을 제공하는 데 있다.

도 1은 커넥팅 로드에 의하여 실린더 내에서 왕복운동되는 피스톤을 도시하는 도면.

도 2는 본 고안에 따라서 열응력 분산 구조를 가지는 피스톤을 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 피스톤 11 : 피스톤 헤드

12 : 피스톤 본체 13 : 열응력 분산재

14 : 실린더 15 : 피스톤 링

16 : 볼트 17 : 열응력 분산재 수용홈

상기된 바와 같은 목적은, 커넥팅 로드에 의하여 크랭크 축을 회전 운동시키기 위하여, 연소실 내에서 연소되는 연소 가스의 동력에 의하여, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤에 있어서, 실린더의 내주면 사이에 기밀성을 유지하기 위한 다수의 피스톤 링이 설치되는 피스톤 헤드와; 상기 피스톤 헤드의 하부에 위치되어, 상기 피스톤 헤드에 다수의 볼트에 의하여 연결되며, 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축과 연결되는 피스톤 본체와; 상기 피스톤 본체와 상기 피스톤 헤드에 형성된 다수의 수용홈에 수용되며, 상기 피스톤 헤드에 가해지는 열응력을 분산시키기 위한 열응력 분산재를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 고안에 따른 자동차 엔진의 피스톤에 의하여 달성된다.

상기에서, 열응력 분산재는 고체 상태의 나트륨이다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따라서 열응력 분산 구조를 가지는 피스톤을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 열응력 분산 구조를 가지는 피스톤(10)은 피스톤 헤드(11), 피스톤 본체(12) 및 열응력 분산재(13)를 포함한다. 피스톤 헤드(11)는 실린더(14)의 내주면과 기밀성을 유지하기 위하여, 외주면에 형성된 다수의 홈에 각각 피스톤 링(15)이 설치되어, 피스톤(10)이 왕복 운동될 때, 연소 가스가 크랭크 케이스로 누설되는 것을 방지하는 한편, 마찰 저항을 감소시키기 위한 오일이 연소실로 침투되는 것을 방지한다.

한편, 피스톤 본체(12)는 피스톤 헤드(11)의 하부에 위치되어, 피스톤 헤드(11)에 다수의 볼트(16)에 의하여 연결되며, 커넥팅 로드(도시되지 않음)를 통하여 크랭크 축(도시되지 않음)과 연결된다.

열응력 분산재(13)는 피스톤 본체(11)와 상기 피스톤 헤드(12)에 형성된 수용홈(17)에 수용되어, 피스톤 헤드(11)에 가해지는 열응력이 피스톤 링(15)에 집중되는 것을 방지하도록 피스톤 헤드(11)에 가해지는 열응력을 분산시킨다.

이러한 열응력 분산재(13)는 고체 상태의 나트륨으로 이루어지며, 고체 상태로 피스톤 본체(11)와 피스톤 헤드(12)에 형성된 수용홈(17)에 수용되어, 피스톤(10)이 작동될 때 발생되는 고온의 열에 의하여 액화되고, 액화 상태에서의 나트륨의 성질은 열전달 성능이 보다 향상되어, 피스톤 헤드(11)에 전달되는 고온의 열을 피스톤(10)의 하부로 분산시킨다.

피스톤 헤드(11)에 전달되는 고온의 열은 오일 분사부에서 분사되는 오일에 의하여 신속하게 냉각되는 것에 의하여 피스톤 링(15)에 열응력이 집중되는 것을 방지한다.

그러므로, 본 고안에 따른 열응력 분산 구조를 가지는 피스톤에 의하면, 피스톤 헤드와 피스톤 본체에 수용되는 고체 상태의 나트륨과 같은 열응력 분산재에 의하여 연소실과 접촉되는 피스톤 헤드의 열을 피스톤 하부로 신속하게 분산시키는 것에 의하여, 피스톤 헤드에 설치되는 피스톤 링에 열응력이 집중되는 것을 방지하여, 피스톤과 실린더 사이의 기밀성을 보다 효율적으로 유지될 수 있다.

한편, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 커넥팅 로드에 의하여 크랭크 축을 회전 운동시키기 위하여, 연소실 내에서 연소되는 연소 가스의 동력에 의하여, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤에 있어서,

   실린더의 내주면 사이에 기밀성을 유지하기 위한 다수의 피스톤 링이 설치되는 피스톤 헤드와;

   상기 피스톤 헤드의 하부에 위치되어, 상기 피스톤 헤드에 다수의 볼트에 의하여 연결되며, 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축과 연결되는 피스톤 본체와;

   상기 피스톤 본체와 상기 피스톤 헤드에 형성된 다수의 수용홈에 수용되며, 상기 피스톤 헤드에 가해지는 열응력을 분산시키기 위한 열응력 분산재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열응력 분산재는 고체 상태의 나트륨인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 피스톤.