KR19990020856U - 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차량의 실린더 내에 장착되는 피스톤과 크랭축을 연결시키는 컨로드에 관한 것으로서, 특히 피스톤 연결부와 크랭크축 연결부, 그리고 그 사이에 형성되는 생크로 이루어지는 컨로드의 크랭크축 연결부로부터 피스톤 연결부로 관통하는 오일 통로를 개설하고, 피스톤 연결부의 내주면부로부터 외주면부로 관통하는 오일 통로를 개설하여, 오일 통로로 오일이 유입되어 피스톤의 언더 크라운부로 토출되게 함으로써, 피스톤을 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 피스톤 헤드의 두께부 내지 피스톤 링 그루브의 두께부를 줄일 수 있게 됨으로써, 피스톤의 왕복운동에 의한 미연소가스를 감소시키고 피스톤의 중량을 감소시킬 수 있는 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드에 관한 것이다.

Description

피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드

본 고안은 차량의 실린더 내에 장착되는 피스톤과 크랭축을 연결시키는 컨로드(CONROD)에 관한 것으로서, 특히 피스톤 연결부와 크랭크축 연결부, 그리고 그 사이에 형성되는 생크(SHANK)로 이루어지는 컨로드의 크랭크축 연결부로부터 피스톤 연결부로 관통하는 오일 통로를 개설하고, 피스톤 연결부의 내주면부로부터 외주면부로 관통하는 오일 통로를 개설하여, 오일 통로로 오일이 유입되어 피스톤의 언더 크라운(UNDER CROWN)부로 토출되게 함으로써, 피스톤을 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 피스톤 헤드의 두께부 내지 피스톤 링 그루브의 두께부를 줄일 수 있게 됨으로써, 피스톤의 왕복운동에 의한 미연소가스를 감소시키고 피스톤의 중량을 감소시킬 수 있는 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드에 관한 것이다.

일반적으로, 컨로드, 즉 커넥팅 로드는 차량의 실린더내에 장착되는 피스톤과 실린더 블록 하부에 장착되는 크랭크축을 서로 연결시키기 위하여 설치되는 것으로서, 피스톤의 왕복 직선운동을 크랭크축의 회전운동으로 변환시키는데 이용되고 있다.

또한, 차량의 실린더 내부에 장착되는 피스톤은 실린더내를 왕복하면서 팽창행정에서 고온·고압의 가스압력을 받아 이것을 커넥팅 로드를 거쳐 크랭크축에 회전력을 공급하는데 사용된다.

상기와 같은 용도로 사용되고 있는 피스톤 및 컨로드는 도 1과 같이 착설되어 이용된다. 도 1 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더(50) 내에 장착되는 피스톤(10)은 대체로 상부의 피스톤 헤드부(20)와 하부의 피스톤 스커트부(30)로 이루어지며, 상기 피스톤 헤드부(20)의 단부의 외주면상에는 다수의 링 그루브(RING GROOVE)가 형성되어 있고, 상기 피스톤(10)은 컨로드(40)에 의해 크랭크 축에 연결되며,

상기 컨로드(40)는 고리형 피스톤 연결부(41)와 상기 피스톤 연결부(41)의 직경에 비해 직경이 큰 고리형 크랭크축 연결부(42)로 이루어지는 것으로서, 상기 피스톤 연결부(41)와 크랭크축 연결부(42)는 로드형 생크(43)에 의해 일체로 형성되며, 상기 피스톤 연결부(41)의 중심부에는 피스톤 핀 삽입구(44)가 형성되며, 크랭크축 연결부(42)의 중심부에는 크랭크축의 핀 저널 삽입구(45)가 형성되어 구성된다.

상기와 같이 구성되고 이용되는 피스톤 헤드부(20)는 연소실의 일부를 형성하는 실린더(50)와 같은 고온을 받지만 냉각수나 외부의 공기에 의해 직접 냉각시킬 수 있는 수단이 없다. 이러한 이유 때문에 실린더(50)에 비해 그 팽창율은 훨씬 크다. 따라서, 피스톤의 설계치수는 온도의 상위에 의한 팽창을 고려하여 피스톤 헤드부(20)의 직경은 피스톤 스커트부(30)의 직경보다 약간 작게 형성된다.

상기 피스톤(10)의 상부를 구성하는 피스톤 헤드부(20)의 외주면상에는 3∼4개의 피스톤 링을 장착시켜 기밀을 유지하고 동시에 오일이 연소실로 유입되는 것을 방지한다.

상기 피스톤 링은 피스톤 헤드부(20)의 외주면상에 홈으로 형성된 다수의 링 그루브에 각각 끼워지며, 이 홈과 홈 사이를 랜드(LAND)라고 부르며, 위로부터 순서대로 제 1 랜드, 제 2 랜드···라고 한다.

상기 오일 링(21)이 끼워지는 링 그루브에는 과잉의 오일이 피스톤(10)내로 빠져나가게 하기 위하여 배유구 구멍(도면상에 미도시됨)이 형성된다.

도 1상의 미설명 부호 (71)은 조정나사, (72)는 푸시 로드, (73)은 로커 암, (74)는 밸브 스프링, (75)는 밸브, (76)은 태핏, 그리고 (77)은 캠축을 나타낸다.

상술한 피스톤(10)은 엔진의 작동 중에 열팽창하게 되는데, 이러한 열팽창을 미리 감안하여 상온에서 실린더(50)와의 사이에 어느 정도의 틈새가 형성되게 설치된다. 이 틈새를 피스톤 클리어런스(CLEARANCE)라고 하는데 실린더(50) 내경과 피스톤(10)의 최대 외경과의 차이로 나타난다.

상기 클리어런스가 너무 작으면 실린더와의 사이에 타붙음이 발생하고, 이와 반대로 클리어런스가 너무 크면 압축 압력이 저하되며, 실린더(50)와 피스톤(10) 사이의 클리어런스에서 크랭크 케이스내로 가스를 불어내는 블로우 바이(BLOW BY)가 발생될 뿐만 아니라, 가솔린에 의해 오일이 희석되는 딜루션(DILUTION)의 원인이 된다.

뿐만 아니라, 다음과 같은 원인에 의하여 피스톤 사이드의 노킹 현상, 즉 피스톤 슬랩이 발생한다.

실린더(50) 벽에 접하는 피스톤 스커트부(30)는 커넥팅 로드(40) 경사에 의해 발생되는 사이드 스러스트(SIDE THRUST)를 받아 피스톤(10)의 직선 운동을 정확하게 유지하는 작용을 하고 있지만 피스톤 클리어런스가 있기 때문에 피스톤(10)이 운동방향을 변경할 때 실린더(50) 벽에 충격을 준다. 이러한 현상을 피스톤 슬랩이라고 하는데, 피스톤 슬랩이 격심하면 피스톤 링과 링 그루브의 마모가 빨리 진행되어 링의 기능을 저해하고, 오일의 소비량을 늘려 정상적인 운전을 유지할 수 없게 된다. 이에 따라 여기에 지장이 생기지 않는 범위에서 최소의 피스톤 클리어런스가 요구되고 있다.

이러한 사정 뿐만 아니라, 피스톤(10)의 외주면과 실린더(50)의 내벽 사이에 불충분한 오일 공급으로 인하여 마찰이 발생하고, 이러한 마찰은 노킹 또는 소음의 원인이 되고 있다.

또한, 상술한 피스톤 헤드부(20)의 외주면부와 실린더(50) 벽 사이에 형성되는 클리어런스가 크면 클수록 연소가 되지 않은 가스가 그 만큼 많이 모여있게 되어 그러한 미연소가스가 배기되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 사정 및 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 피스톤 연결부와 크랭크축 연결부, 그리고 그 사이에 형성되는 생크로 이루어지는 컨로드의 크랭크축 연결부로부터 피스톤 연결부로 관통하는 오일 통로를 개설하고, 피스톤 연결부의 내주면부로부터 외주면부로 관통하는 오일 통로를 개설하여, 오일 통로로 오일이 유입되어 피스톤의 언더 크라운부로 토출되게 함으로써, 피스톤을 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 피스톤 헤드의 두께부 내지 피스톤 링 그루브의 두께부를 줄일 수 있게 됨으로써, 피스톤의 왕복운동에 의한 미연소가스를 감소시키고 피스톤의 중량을 감소시킬 수 있는 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드(40)는 고리형 피스톤 연결부(41)와 상기 피스톤 연결부(41)의 직경에 비해 직경이 큰 고리형 크랭크축 연결부(42)로 이루어지는 것으로서, 상기 피스톤 연결부(41)와 크랭크축 연결부(42)는 로드형 생크(43)에 의해 일체로 형성되며, 상기 피스톤 연결부(41)의 중심부에는 피스톤 핀 삽입구(44)가 형성되며, 크랭크축 연결부(42)의 중심부에는 크랭크축의 핀 저널 삽입구(45)가 형성되며, 상기 고리형 크랭크축 연결부(42)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 유입구(86)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 토출구(87)가 형성되며, 상기 제 1 오일 유입구(86)와 제 1 오일 토출구(87)를 서로 연통하는 제 1 오일 통로(88)가 상기 로드형 생크(43)의 내부에 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 타측에는 적어도 하나 이상의 제 2 오일 유입구(89)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 외주면부의 일측에는 적어도 하나 이상의 제 2 오일 토출구(90)가 형성되며, 상기 제 2 오일 유입구(89)와 제 2 오일 토출구(90)를 서로 연통하는 제 2 오일 통로(91)가 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 컨로드의 착설 상태도.

도 2는 본 고안에 따른 컨로드의 개략적 정면도.

도 3은 본 고안에 따른 컨로드의 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

40 : 컨로드 41 : 피스톤 연결부 42 : 크랭크축 연결부

43 : 생크 44 : 피스톤핀 삽입구 45 : 저널 삽입구

86 : 제 1오일유입구 87 : 제 1오일토출구 88 : 제 1오일통로

89 : 제 2오일유입구 90 : 제 2오일토출구 91 : 제 2오일통로

92 : 피스톤 언더 크라운부

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 고안에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드의 정면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드의 사시도이다. 종래의 구성도인 도 1과 동일 또는 동등 부분은 설명의 편의상 동일 부호를 사용하여 설명할 것이다.

도 2 및 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드(40)는 고리형 피스톤 연결부(41)와 상기 피스톤 연결부(41)의 직경에 비해 직경이 큰 고리형 크랭크축 연결부(42)로 이루어지는 것으로서, 상기 피스톤 연결부(41)와 크랭크축 연결부(42)는 로드형 생크(43)에 의해 일체로 형성되며, 상기 피스톤 연결부(41)의 중심부에는 피스톤 핀 삽입구(44)가 형성되며, 크랭크축 연결부(42)의 중심부에는 크랭크축의 핀 저널 삽입구(45)가 형성되며, 상기 고리형 크랭크축 연결부(42)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 유입구(86)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 토출구(87)가 형성되며, 상기 제 1 오일 유입구(86)와 제 1 오일 토출구(87)를 서로 연통하는 제 1 오일 통로(88)가 상기 로드형 생크(43)의 내부에 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 타측에는 상기 제 1 오일 토출구(87)에 대응하여 적어도 하나 이상의 제 2 오일 유입구(89)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 외주면부의 일측에는 피스톤 언더 크라운부(92)에 대향하여 적어도 하나 이상의 제 2 오일 토출구(90)가 형성되며, 상기 제 2 오일 유입구(89)와 제 2 오일 토출구(90)를 서로 연통하는 제 2 오일 통로(91)가 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내부에 형성되어 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드는 하기와 같이 작용한다.

먼저, 차량의 운행 시에 엔진이 작동되면 이와 함께 엔진 윤활장치가 작동하게 된다. 엔진의 윤활장치는 엔진의 각 회전부 또는 운동부의 금속과 금속간의 직접 마찰을 방지하기 위하여 설치되는 것으로서 엔진의 회전을 원활하게 하는 장치이다.

이러한 엔진 윤활장치는 도면상에 미도시되어 있지만 주로 오일팬, 오일스트레이너, 오일 펌프, 오일 필터 및 오일 통로 등으로 이루어진다. 오일팬에 저장되어 있는 엔진 오일을 오일 펌프 등을 이용하여 펌핑시키면 엔진 오일은 차량의 엔진부의 크랭크축, 피스톤 및 피스톤 헤드 등으로 공급된다. 이러한 일련의 엔진 오일 공급작동은 매우 큰 압력에 의해 엔진의 각 해당부위에 엔진오일을 공급하게 된다.

이와 같이 매우 큰 압력에 의해 공급된 오일은 도 3에 도시되어 있는 컨로드의 크랭크축의 핀 저널 삽입구(45)에도 공급되어지는데, 이렇게 공급된 오일은 크랭크축 연결부(42)의 제 1 오일 유입구(86)를 통해 유입된다. 제 1 오일 유입구(86)를 통해 유입된 오일은 컨로드의 생크(43)에 내설되어 있는 제 1 오일 통로(88)를 통해 유동(또는 압류)되어 피스톤 연결부(41)의 내주면부에 형성된 제 1 오일 토출구(87)를 통해 토출된다. 이렇게 토출된 오일은 피스톤 연결부(41)의 내주면부에 형성된 제 2 오일 유입구(89)를 통해 유입된 다음에, 제 2 오일 통로(91)를 통해 유동된 후, 피스톤 연결부(41)의 외주면부에 형성된 제 2 오일 토출구(90)를 통해 토출된다.

상기 피스톤 연결부(41)의 내주면부에 형성된 제 2 오일 유입구(89)는 피스톤의 용량과 엔진의 성능에 따라 그 설치 개수를 조정할 수 있을 것이다.

상기와 같이 피스톤 연결부(41)의 외주면부에 형성된 제 2 오일 토출구(90)를 통해 토출된 엔진 오일은 그 토출압에 의해 피스톤의 언더 크라운부(92)로 토출된다.

상기 피스톤 언더 크라운부(92)는 차량의 실린더내에 장착되는 피스톤의 저부에 해당한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드는 피스톤 연결부(41)의 외주면상에 형성된 제 2 오일 토출구(90)를 통해 엔진 오일을 토출케 함으로써, 토출된 오일이 피스톤 언더 크라운부(92)에 공급되게 한다.

이렇게 함으로써, 피스톤의 작동에 의해 고온화된 피스톤 언더 크라운부 및 그 주변 부위는 공급된 오일에 의해 냉각하게 될 것이다. 이러한 피스톤의 냉각효과는 피스톤의 강도를 그 만큼 높여주게 될 것이며, 이에 따라 (부연하면, 피스톤의 압축, 팽창 및 연소 작용에 따른 피스톤 헤드의 강도를 높이기 위하여 종래에는 피스톤 헤드가 일정 두께를 유지하여야 함) 본 고안의 컨로드가 장착된 피스톤은 기존의 피스톤 헤드의 두께보다 비교적 작은 두께를 가져도 충분하게 됨으로써 그 만큼 피스톤의 중량을 감소시키게 될 것이다.

또한, 상기와 같은 피스톤 헤드의 두께의 감소는 피스톤 헤드의 외주면상에 형성된 그루브의 사이즈를 줄일 수 있게 함으로써, 실린더의 연소 작동 시에 그루브(또는 클리어런스)에 모여지는 미연소 가스를 그 만큼 줄일 수 있을 것이다.

더욱이, 피스톤 언더 크라운부에 오일이 공급되어지기 때문에, 이렇게 공급된 오일은 결국 실린더의 내주면부 또는 피스톤의 외주면부에 공급되게 됨으로써, 그 만큼 피스톤의 왕복 운동을 원활하게 할 뿐만 아니라, 피스톤과 실린더 사이의 마모를 그 만큼 방지하게 한다. 이에 따라, 기존에는 피스톤에 오일을 공급하기 위하여 피스톤 헤드의 외주면에 형성된 그루브에 배유구를 형성하였으나, 본 고안의 컨로드를 장착 사용 시에는 그 배유구가 불필요할 수도 있다.

Claims (1)

1. 차량의 실린더내에 장착되는 피스톤과 크랭크축을 서로 연결시키기 위하여,고리형 피스톤 연결부(41)와 상기 피스톤 연결부(41)의 직경에 비해 직경이 큰 고리형 크랭크축 연결부(42)로 이루어지며, 상기 피스톤 연결부(41)와 크랭크축 연결부(42)는 로드형 생크(43)에 의해 일체로 형성되는 컨로드에 있어서, 상기 피스톤 연결부(41)의 중심부에는 피스톤 핀 삽입구(44)가 형성되며, 크랭크축 연결부(42)의 중심부에는 크랭크축의 핀 저널 삽입구(45)가 형성되며, 상기 고리형 크랭크축 연결부(42)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 유입구(86)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 일측에는 제 1 오일 토출구(87)가 형성되며, 상기 제 1 오일 유입구(86)와 제 1 오일 토출구(87)를 서로 연통하는 제 1 오일 통로(88)가 상기 로드형 생크(43)의 내부에 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내주면부의 타측에는 상기 제 1 오일 토출구(87)에 대응하여 적어도 하나 이상의 제 2 오일 유입구(89)가 형성되며, 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 외주면부의 일측에는 피스톤 언더 크라운부(92)에 대향하여 적어도 하나 이상의 제 2 오일 토출구(90)가 형성되며, 상기 제 2 오일 유입구(89)와 제 2 오일 토출구(90)를 서로 연통하는 제 2 오일 통로(91)가 상기 고리형 피스톤 연결부(41)의 내부에 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 언더 크라운부 냉각용 컨로드.