KR20050017333A - 피스톤 링 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 링 구조에 관한 것으로서, 특히 피스톤 링의 내부에 주변 온도변화에 따라 수축 및 팽창하는 왁스체와 상기 왁스체의 팽창에 의해 피스톤 링의 중심부로 돌출되는 보조링을 형성하므로서, 엔진의 고속 고부하 운전시 연소실 내의 온도가 상승할때 왁스체의 팽창에 의해 보조링이 돌출되면서 열변형에 의해 평평하지 않게 변형된 실린더보어면에 긴밀한 접촉을 유지할 수 있고, 전진한 보조링의 돌출로 전체 피스톤링의 장력이 상승하여 추종성, 오일의 윤활 및 실링성의 향상을 기대할 수 있도록 한 피스톤 링 구조에 관한 것이다.

Description

피스톤 링 구조{Piston ring structure}

본 발명은 피스톤 링 구조에 관한 것으로서, 특히 엔진의 고속 고부하 운전시 연소실 내의 온도가 상승할때 왁스체의 팽창에 의해 보조링이 돌출되면서 열변형에 의해 평평하지 않게 변형된 실린더보어면에 긴밀한 접촉을 유지할 수 있고, 전진한 보조링의 돌출로 전체 피스톤링의 장력이 상승하여 추종성, 오일의 윤활 및 실링성의 향상을 기대할 수 있도록 한 피스톤 링 구조에 관한 것이다.

왕복동식 내연기관인 엔진은 실린더블록에 형성된 실린더에 피스톤을 삽입하고, 상기 피스톤과 실린더 블록에 결합된 실린더 헤드 사이에 연소실을 형성하여 피스톤이 실린더 내부를 상하로 왕복운동하면서 폭발행정에서 고온고압의 가스로부터 받은 압력에 의해 컨넥팅로드를 거쳐 크랭크 샤프트에 회전동력을 전달하도록 구성되어 있다.

상기와같이 실린더 내부에 장착되는 피스톤은 2000℃ 이상의 연소가스에 노출되어있고, 이 높은 열에 의해 열팽창하게되므로 이 팽창을 고려하여 피스톤과 실린더 사이에 간극을 설정하고 있으며, 피스톤의 상부 외주연에는 피스톤링(압축링)을 설치하여 압축과 폭발가스의 압력에 대하여 연소실의 기밀이 유지되도록 하는 한편, 피스톤이 받는 열의 대부분을 실린더 벽에 전달하는 열전도 작용 및 실린더에 뿌려진 오일을 긁어내려 여분의 오일이 연소실에 들어가지 못하도록 하는 오일제어작용 등을 수행하도록 하고 있다.

즉, 종래의 피스톤링은 도 4 에 도시된 바와같이 피스톤(10)의 외주연에 형성된 링홈(11)에 피스톤링(12)이 장착되어 상기 설명된 것과같은 열전도 작용, 기밀유지 및 오일제어작용을 수행하게되는 것이다.

그러나, 종래의 피스톤 링은 자체 중량에 의해 피스톤의 상하 왕복운동시 관성력을 받게되어 링홈의 중간에 떠버리는 플러터링 현상이 발생하게되고, 피스톤의 작동시간이 길어짐에 따라 연소실내의 온도 또한 상승하면서 피스톤 링의 장력이 약해져 피스톤링(압축링) 고유의 기능인 기밀성이 떨어지게되는 문제점이 발생하였고, 상기와같이 피스톤 링에 의한 연소실의 기밀성이 떨어지게되면 엔진의 출력이 감소함은 물론 피스톤링의 마모에 의해 수명이 짧아지게되는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 피스톤 링의 내부에 주변 온도변화에 따라 수축 및 팽창하는 왁스체와 상기 왁스체의 팽창에 의해 피스톤 링의 중심부로 돌출되는 보조링을 형성하므로서, 엔진의 고속 고부하 운전시 연소실 내의 온도가 상승할때 왁스체의 팽창에 의해 보조링이 돌출되면서 열변형에 의해 평평하지 않게 변형된 실린더보어면에 긴밀한 접촉을 유지할 수 있고, 전진한 보조링의 돌출로 전체 피스톤링의 장력이 상승하여 추종성, 오일의 윤활 및 실링성의 향상을 기대할 수 있도록 한 피스톤 링 구조를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

피스톤의 링홈에 장착되는 피스톤링에 있어서,

상기 피스톤링의 내부에 장착홈을 요입 형성하고, 상기 장착홈의 개구부상에 출몰가능하게 보조링을 형성하며, 장착홈의 내측에는 피스톤링에 가해진 온도에 따라 수축 및 팽창하면서 상기 보조링을 장착홈 외부로 밀어내는 왁스체를 형성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 왁스체와 보조링 사이에 그 일측이 보조링에 결합되도록 플랜지를 개재하고, 상기 플랜지의 상하단 일측에 왁스체의 수축시 플랜지를 장착홈 내측으로 몰입시켜 보조링이 장착홈에 수용되도록 하는 리턴스프링을 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기하여 중복설명을 피하기로 한다.

도면부호 1 은 피스톤(10)의 링홈(11)에 장착되는 피스톤 링을 나타내며, 이 피스톤 링의 내부에는 보조링(4), 플랜지(5) 왁스체(7) 등이 수용되기 위한 장착홈(2)이 형성되는데, 상기 장착홈(2)의 중간부분에는 타 부위에 비해 넓게 형성된 확장부(3)가 형성되어 있다.

상기 장착홈(2)의 선단부(입구측)에는 출몰가능하게 보조링(4)이 형성되고, 장착홈(2)의 내측에는 피스톤 링(1)을 통해 가해지는 온도에 따라 수축 또는 팽창하는 왁스체(7)를 형성한다.

그리고, 상기 장착홈(2)의 확장부(3)에는 상기 왁스체(7)와 보조링(4)의 사이에 존재하도록 별도의 플랜지(5)를 형성하는데, 상기 플랜지(5)의 일측이 보조링(4)에 결합되도록 하여 플랜지(5)와 보조링(4)이 연동하도록 하고, 상기 확장부(3)의 상하부 일측에는 상기 플랜지(5)를 장착홈(2) 내측으로 밀어내는 방향으로 탄성을 가하는 리턴스프링(6)이 형성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 도 2 와 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 도 2 와 도 3 에는 피스톤링(1)이 밀착되는 실린더보어가 도시되어 있는데, 이 실린더보어는 열응력에 의해 변형된 형상을 확대 과장한 것임을 밝혀둔다.

도 2 는 엔진이 저속 저부하상태로 구동할때의 피스톤링(1)을 도시한 것으로, 저속 저부하시에는 피스톤링(1)으로 전달되는 온도가 그리 높지 못하므로 왁스체(7)가 수축된 상태를 유지하게된다.

왁스체(7)가 수축되어 있으면 도 2 와같이 리턴스프링(6)의 탄성력에 의해 보조링(4)이 장착홈(2) 내측으로 몰입된 상태, 즉, 피스톤링(1)과 보조링(4)의 외부 표면이 일치하게되어 피스톤링의 마모를 최소화할 수 있게된다.

한편, 도 3 은 엔진이 고속 고부하상태로 구동할때의 피스톤링(1)을 도시한 것으로서, 고속 고부하시에는 피스톤(10)이 고속으로 상하 왕복운동함에 따라 연소실의 높은 온도가 그대로 피스톤링(1)에 전달되고, 이 열에 의해 장착홈(2) 내측에 형성되어 있는 왁스체(7)가 팽창하게된다.

상기 왁스체(7)가 팽창하게되면 리턴스프링(6)의 탄성을 이기고 플랜지(5)를 밀어내게되고, 상기 플랜지(5)가 장착홈(2)의 외곽으로 밀림에 따라 보조링(4)이 도 3 과같이 피스톤링(1)의 중심부로부터 외곽으로 돌출하게되며, 이와같이 돌출된 보조링(4)은 실린더 보어 벽면에 접촉되어 기밀성이 유지되도록 한다.

특히, 도 3 과같이 열변형에 의해 평평하지 못한 실린더 보어면에도 보조링(4)이 긴밀한 접촉을 유지하게되므로 고속 고부하시의 연소실 기밀성이 향상될 수 있게되는 것이다.

또한, 상기 보조링(4)이 피스톤링(1)으로부터 돌출됨에 따라 피스톤링(1)의 전체적인 장력이 상승하게되어 피스톤링(1)의 추종성이 향상되면서 플로터링현상이 줄어들게되고, 윤활성 및 실링성의 향상을 기대할 수 있게된다.

한편, 고속 고부하상태에서 엔진이 저속 저부하상태로 전환되어 피스톤링(1)으로 가해지는 온도가 하락하게되면 왁스체(7)는 다시 수축하게되고, 왁스체(7)가 수축함에 따라 리턴스프링(6)의 탄성력에 의해 플랜지(5)가 장착홈(2)의 내측으로 유동하므로서 보조링(4)이 장착홈(2) 내측으로 몰입하게된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 피스톤 링의 내부에 주변 온도변화에 따라 수축 및 팽창하는 왁스체와 상기 왁스체의 팽창에 의해 피스톤 링의 중심부로 돌출되는 보조링을 형성하므로서, 엔진의 고속 고부하 운전시 연소실 내의 온도가 상승할때 왁스체의 팽창에 의해 보조링이 돌출되면서 열변형에 의해 평평하지 않게 변형된 실린더보어면에 긴밀한 접촉을 유지할 수 있고, 전진한 보조링의 돌출로 전체 피스톤링의 장력이 상승하여 추종성, 오일의 윤활 및 실링성의 향상을 기대할 수 있도록 한 피스톤 링 구조를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 피스톤 링 구조를 보인 단면도.

도 2 는 본 발명의 초기상태를 보인 부분 확대 단면도.

도 3 은 본 발명의 작동상태를 보인 도면.

도 4 는 종래의 피스톤 링 구조를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤링 2 : 장착홈

3 : 확장부 4 : 보조링

5 : 플랜지 6 : 리턴스프링

7 : 왁스체 10 : 피스톤

11 : 링홈

Claims (2)

1. 피스톤의 링홈에 장착되는 피스톤링에 있어서,

   상기 피스톤링의 내부에 장착홈을 요입 형성하고, 상기 장착홈의 개구부상에 출몰가능하게 보조링을 형성하며, 장착홈의 내측에는 피스톤링에 가해진 온도에 따라 수축 및 팽창하면서 상기 보조링을 장착홈 외부로 밀어내는 왁스체를 형성한 것을 특징으로 하는 피스톤링 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 왁스체와 보조링 사이에 그 일측이 보조링에 결합되도록 플랜지를 개재하고, 상기 플랜지의 상하단 일측에 왁스체의 수축시 플랜지를 장착홈 내측으로 몰입시켜 보조링이 장착홈에 수용되도록 하는 리턴스프링을 형성한 것을 특징으로 하는 피스톤 링 구조.