KR20030032105A - 진동 및 소음 감쇄 구조를 갖는 피스톤 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 서로 상대운동을 하는 조립부품들간에 운동방향이 변하는 순간 발생하게 되는 충격력을 흡수하여 소음을 감쇄할 수 있는 피스톤 조립체를 제공하는 데 있다.

이를위해 본 발명은 피스톤과 피스톤 핀 및 컨넥팅로드를 포함하는 피스톤 조립체에 있어서,

피스톤핀의 단부 외주에 끼워져 결합되는 원형의 아웃터부쉬와;

상기 아웃터부쉬의 외측으로부터 ㄷ자 단면형을 가지도록 파여진 환상의 압입공간과;

상기 압입공간에 끼워져 체결되는 인너부쉬와;

상기 아웃터 및 인너부쉬가 결합되는 경계면에 삽입되어 충격을 흡수하는 완충부재와;

상기 아웃터부쉬의 삽입을 위해 피스톤핀 보스부에 형성된 아웃터부쉬 삽입구멍; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체{Piston}

본 발명은 자동차용 엔진의 진동 및 소음을 개선하기 위한 피스톤 조립체의 구조 개선에 관한 것이다.

엔진의 주요 운동부는 피스톤, 컨로드, 크랭크축, 플라이휠 및 이들을 지지하는 베어링으로 구성되어 있다.

이 피스톤이나 컨로드 및 크랭크축은 연소실에서의 에너지를 회전운동으로 바꾸는 중요한 역활을 하며, 그중 피스톤은 엔진의 부품 중에서 가장 많은 운동량과 격심한 온도변화 및 높은 압력을 받는다.

따라서 피스톤은 연소압력에 의한 하중 및 자체 왕복운동에 의한 관성력을 받으며 상사점에서 하사점 또는 하사점에서 상사점으로 운동하는 동안 순간적인 운동변화에 의한 충격력으로 엔진의 소음을 발생시키는 중요한 소음발생원중 하나이다.

그런데 피스톤은 엔진 작동중 열팽창을 일으키게 되므로 이 팽창량을 감안하여 상온에서 실린더와의 사이에 어느정도 틈새(피스톤 클리어런스)를 설치하게 되는데 클리어런스가 너무 작으면 실린더와의 사이에서 타붙음 현상이 발생하고 반대로 클리어런스가 너무 크면 압축압력이 저하하고 블로바이가스 발생량이 많아지며, 특히 피스톤 슬랩이라는 이상 소음을 발생하는 원인이 된다.

피스톤 슬랩은 사이드 노크라고도 말하는데 실린더벽에 접한 피스톤 스커트부가 컨넥팅로드의 경사에 의해 생기는 트러스트를 받아 피스톤의 직선운동을 정확하게 유지하는 작용을 하게 되지만 피스톤의 클리어런스로 인하여 피스톤이 운동방향을 바꿀때마다 실린더벽에 충격을 주어 피스톤 슬랩이라는 큰 소음을 발생시키게 되는 것이다.

이러한 피스톤에 의한 진동소음을 개선하기 위해서는 피스톤의 경량화 및 피스톤핀의 오프셋의 최적화 방안이 있다. 피스톤의 관성질량을 낮추기 위한 경량화는 사용재질과 엔진의 기본제원등에 의해 결정되므로 경량화 개선에는 한계가 있을 수 밖에 없으며, 피스톤핀 직경의 중심과 피스톤의 중심을 편심(offset)시켜 트러스트면에 발생하는 충격적 소음을 감쇄시키는 피스톤 오프셋 방안이 가장 실효성이 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 피스톤의 오프셋양을 최적화하기 위한 시험방법은 여러가지 안을 가지고 시행착오를 거치면서 진행해야 하며, 또한 엔진 연소상태등과 같이 엔진특성에 따라 그 경향이 상이하기 때문에 주로 경험적인 방법에 의해 결정되며, 그 개선효과 또한 명확하게 정량적으로 얻어지기 어렵다는 점 때문에 복합적 요인에 의해 발생되는 피스톤 소음문제를 오프셋만으로는 해결할 수 없다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은

서로 상대운동을 하는 조립부품들간에 운동방향이 변하는 순간 발생하게 되는 충격력을 흡수하여 소음을 감쇄할 수 있는 피스톤 조립체를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

피스톤과 피스톤 및 컨넥팅로드를 포함하는 피스톤 조립체에 있어서,

피스톤핀의 단부 외주에 끼워져 결합되는 원형의 아웃터부쉬와;

상기 아웃터부쉬의 외측으로부터 ㄷ자 단면형을 가지도록 파여진 환상의 압입공간과;

상기 압입공간에 끼워져 체결되는 인너부쉬와;

상기 아웃터 및 인너부쉬가 결합되는 경계면에 삽입되어 충격을 흡수하는 완충부재와;

상기 아웃터부쉬의 삽입을 위해 피스톤핀 보스부에 형성된 아웃터부쉬 삽입구멍; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체를 나타내는 일부 단면도

도 2는 본 발명에 의한 아웃터부쉬를 나타내는 단면도

도 3은 본 발명에 의한 인너부쉬를 나타내는 단면도

도 4는 본 발명의 아웃터부쉬와 인너부쉬의 조립과정을 설명하는 도면

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 2 : 소단부

3 : 컨넥팅로드 4 : 피스톤핀

5 : 피스톤핀 보스부 6 : 아웃터부쉬 삽입구멍

7 : 아웃터부쉬 8 : 경사턱

9 : 피스톤핀 삽입구멍 10 : 압입공간

11 : 인너부쉬 12,13,14,15 : 요홈

16,17 : 완충부재 18 : 링형요홈

19 : 리테이너 22 : 틈새

23 : 면취부

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤 조립체를 나타내는 일부 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 아웃터부쉬의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 인너부쉬의 단면도이다.

그리고 도 4는 본 발명에 의한 아웃터부쉬와 인너부쉬를 조립하는 과정을 설명하는 도면이다.

도면중 부호 1은 피스톤이며, 부호 2는 컨넥팅로드(3)의 소단부(3)이며, 부호 4는 그 소단부(2)와 피스톤(1)을 체결하는 피스톤핀이다.

피스톤핀(4)의 양단인 피스톤핀 보스부(5)에는 아웃터부쉬 삽입구멍(6)에 아웃터부쉬(7)가 압입량을 조절하기 위한 경사턱(8)에 닿을때까지 압입되어 있다.

그 아웃터부쉬(7)의 중심에는 피스톤핀(4)의 삽입구멍(9)이 그리고 바깥쪽에는 ㄷ자 단면형의 환상의 압입공간(10)이 형성되어 있다.

그리고 그 환상의 압입공간(10)에는 그 공간형상에 해당되는 형상을 가지는 인너부쉬(11)가 압입되는데, 아웃터부쉬(7)에 형성된 요홈(12)(13)과 인너부쉬(11)에 형성된 요홈(14)(15) 사이에 실리콘 등 내열성 고무재의 완충부재(16)(17)를 개재하여 억지끼워맞춤으로 결합되어 있다.

상기 완충부재(17)는 수평방향의 변위에 대한 완충용이고, 완충부재(16)는 상하방향의 변위에 대한 완충용이다.

또 상기 아웃터부쉬(7)가 이탈하지 않도록, 피스톤핀 보스부(5)에 링형요홈(8)을 형성하고 링형의 리테이너(19)를 끼워서 걸림턱의 역활을 하도록 하였다.

상기한 아웃터부쉬(7)에 인너부쉬(11)와 완충부재(16)(17)를 조립하는 방법은 도 4에 도시하는 것과 같이 아웃터부쉬(7)의 압입공간(10)을 상부로 위치시킨 상태에서 요홈(13)에 완충부재(17)를 올려놓고 인너부쉬(11)를 압입공간(10)위로 가볍게 위치시킨 상태에서 안내지그(20)에 완충부재(16)를 놓고 압입지그(21)로 완충부재(16)를 눌러붙여 틈새(22)를 통하여 완충부재(16)가 요홈(12)(14) 사이에 수용되도록 압입하며, 동시에 인너부쉬(11)도 눌러붙여 인너부쉬(11)가 압축된 완충부재(16)(17)를 통하여 아웃터부쉬(7)측에 접촉되도록 한다.

이를위해 아웃터부쉬(7)와 인너부쉬(11) 사이에 강한 체결력을 주기 위하여 아웃터부쉬(7)와 인너부쉬(11) 사이의 틈새(22) 및 요홈틈새(12)(14)(13)(15)보다훨씬 큰 직경의 완충부재(17)(16)를 사용하게 되며, 이러한방식은 크랭크 축의 비틀림 진동을 감쇄시켜주기 위하여 댐퍼풀리에 댐퍼고무를 강제로 압입하는 방식과 유사하다. 그리고 미설명 부호 23은 완충부재(16)의 압입작업을 손쉽게하고 노치효과에 의한 응력집중을 방지하기 위해 형성한 면취부들이다.

이하에 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

피스톤(1)이 상하로 왕복구동되면 아웃터부쉬(7)와 인너부쉬(11)는 서로 상대운동을 하게 되어 양측부재(7)(11) 사이에 형성된 틈새(22)가 변화하게 되는데 이때 그 사이에 개재된 완충부재(16)(17)가 눌려져 변형되면서 충격을 흡수하여 소음발생을 방지하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 조립되는 경계면상에 완충부재를 사이에 두고 게합된 아웃터부쉬와 인너부쉬로 구성된 부쉬 조립체를 피스톤핀의 양단에 끼워 조립하는 것에 의해서 피스톤운동에 따라 아웃터부쉬와 인너부쉬가 완충 부재를 통해 서로 상대 운동에 의한 충격을 흡수하게 되므로써 피스톤의 진동 및 소음을 감쇄시키게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 피스톤과 피스톤 핀 및 컨넥팅로드를 포함하는 피스톤 조립체에 있어서,

   피스톤핀의 단부 외주에 끼워져 결합되는 원형의 아웃터부쉬와;

   상기 아웃터부쉬의 외측으로부터 ㄷ자 단면형을 가지도록 파여진 환상의 압입공간과;

   상기 압입공간에 끼워져 체결되는 인너부쉬와;

   상기 아웃터 및 인너부쉬가 결합되는 경계면에 삽입되어 충격을 흡수하는 완충부재와;

   상기 아웃터부쉬의 삽입을 위해 피스톤핀 보스부에 형성된 아웃터부쉬 삽입구멍; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 완충부재는 수평방향의 하중용과 수직방향의 하중용의 2개가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 완충부재는 내열성 고무재인 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 완충부재를 수용하여 간직하기 위한 요홈이 상기 아웃터부쉬와 인너부쉬 사이의 경계면에 형성된 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 완충부재를 수용하는 요홈에는 완충부재가 틈새사이로 압입될 때 손상을 방지하기 위하여 면취부가 형성된 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 완충부재가 압입시 일어나는 아웃터부쉬와 인너부쉬의 경계면 모서리에 노치효과를 감소시키기 위하여 면취부를 형성한 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 아웃터부쉬를 지지하기 위하여 피스톤핀 보스부에 링형요홈이 형성되고, 그 링형요홈에 링형 리테이너를 끼우므로써 상기 아웃터부쉬의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 피스톤핀 보스부의 아웃터 부쉬 삽입구멍은 아웃터부쉬의 더이상의 전진을 차단하는 턱을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 턱은 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 진동 및 소음 감쇄구조를 갖는 피스톤 조립체.