KR20050044109A

KR20050044109A - Structure of piston ring

Info

Publication number: KR20050044109A
Application number: KR1020030078670A
Authority: KR
Inventors: 조덕형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-05-12

Abstract

본 발명은 내측면에 다수개의 슬롯을 형성함으로써 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성이 뛰어나 연소실 기밀성을 향상시킬 수 있는 피스톤 링의 구조에 관한 것으로서, 연소실의 압력 및 열에 의한 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성을 향상시키기 위하여 피스톤 링의 형상이 유연하게 변형될 수 있도록 내주면에 다수개의 슬롯을 형성하고 슬롯의 안쪽면을 둥글게 한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a structure of a piston ring that can improve the combustion chamber airtightness by providing a plurality of slots on the inner side, which is excellent in following the deformation of the cylinder liner. In order to improve the shape of the piston ring can be flexibly deformed to form a plurality of slots on the inner peripheral surface and characterized in that the inner surface of the slot is rounded.

본 발명에 의하면, 피스톤 링은 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성이 뛰어나 고온 및 고압에 의해 실린더 라이너가 변형되더라도 연소실의 기밀성을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, the piston ring has excellent trackability against deformation of the cylinder liner, and has an effect of maintaining the airtightness of the combustion chamber even when the cylinder liner is deformed by high temperature and high pressure.

Description

Structure of piston ring

본 발명은 피스톤 링의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내측면에 다수개의 슬롯을 형성함으로써 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성이 뛰어나 연소실 기밀성을 향상시킬 수 있는 피스톤 링의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a piston ring, and more particularly, to a structure of a piston ring that can improve combustion chamber tightness by providing a plurality of slots on an inner side thereof and excellent in followability to deformation of a cylinder liner.

일반적으로, 피스톤 링은 피스톤의 상부에 장치되어 연소실의 기밀을 유지하고 동시에 오일이 연소실로 들어가는 것을 방지하고 있다.In general, the piston ring is mounted on top of the piston to maintain the tightness of the combustion chamber and at the same time prevent oil from entering the combustion chamber.

피스톤 링은 적당한 탄성이 필요하기 때문에 원의 한쪽이 개방되어 있는 주철성 또는 강체의 링으로서 피스톤링 그루브에 끼워져 있다.The piston ring is fitted in the piston ring groove as a ring of cast iron or rigid body in which one side of the circle is open because proper elasticity is required.

피스톤 링의 역할은 팽창가스의 압력에 대해서 연소실의 기밀을 유지하여 팽창가스가 연소실에서 크랭크 케이스로 누설되는 것을 방지함과 동시에 피스톤이 받은 열의 대부분을 실린더벽에 전달하는 역할을 한다.The role of the piston ring is to maintain the airtightness of the combustion chamber against the pressure of the expansion gas to prevent the expansion gas from leaking from the combustion chamber to the crankcase and to transfer most of the heat received by the piston to the cylinder wall.

또한 실린더벽에 뿌려진 오일을 긁어내려 필요 최소한도의 유막을 만듬과 동시에 남은 오일이 연소실로 침입해서 올라가는 것을 방지하고 있다. In addition, the oil sprayed on the cylinder wall is scraped off to create the minimum required oil film and the remaining oil is prevented from entering the combustion chamber.

피스톤 링의 종류는 기밀유지에 사용되는 링을 압축링(compression ring)과 오일을 긁어내리는 작용을 하는 링을 오일 링(oil ring)이 있는데, 양자를 모두 포함하여 통상적으로 피스톤 링(piston ring)이라고 한다.The type of piston ring is an air ring, which is a compression ring and an oil ring, which acts to scrape oil. The ring is generally called a piston ring. do.

한편, 일반적으로 엔진의 중량을 가볍게 함과 동시에 열전도를 좋게 하기 위하여 실린더 블록을 경합금으로 주조하고 실린더 부분에는 별도의 주철로 만든 실린더 라이너를 1개씩 실린더 블록에 끼워 넣는다. On the other hand, in general, in order to lighten the weight of the engine and at the same time improve the thermal conductivity, the cylinder block is cast with a light alloy, and the cylinder portion is inserted into the cylinder block one cylinder liner made of a separate cast iron.

자동차용 가솔린 엔진에는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(10)의 외주면에 1개의 압축링(12-1)과 1-2개의 오일링(12-2)이 피스톤 링(12)으로 설치되고, 상기 피스톤 링(12)은 실린더 라이너(20)의 내주면에 접촉되어 사용된다.In an automobile gasoline engine, as shown in FIG. 1, one compression ring 12-1 and one or two oil rings 12-2 are installed on the outer circumferential surface of the piston 10 as the piston ring 12. The piston ring 12 is used in contact with the inner circumferential surface of the cylinder liner 20.

상기 피스톤 링(12)은 피스톤(10)에 설치되어 실린더에 조립된 경우, 그 바깥 외주가 실린더벽에 균등한 면압을 줄 수 있어야 하므로, 고온에서도 탄력을 잃지 않아야 한다. When the piston ring 12 is installed on the piston 10 and assembled to the cylinder, the outer circumference of the piston ring 12 should give an equal surface pressure to the cylinder wall, so that it should not lose its elasticity even at high temperatures.

따라서 마모가 적은 특수주철을 소재로 사용하고 링의 미끄럼 면은 연마 또는 바이트 가공을 한다.Therefore, special cast iron with low wear is used as material and the sliding surface of the ring is polished or bite processed.

그러나 엔진의 실린더 라이너는 연소실의 폭발 압력과 열에 항상 노출되어 있기 때문에 열과 압력에 의해 많은 변형이 일어난다.However, since the cylinder liner of the engine is always exposed to the explosion pressure and heat of the combustion chamber, many deformations are caused by the heat and pressure.

즉, 실린더 라이너는 시간이 지남에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, (a)→(b)→(c)→(d)의 순으로 점차 변형되어진다.That is, as shown in FIG. 2, the cylinder liner gradually deforms in the order of (a) → (b) → (c) → (d).

(a)(b)(c) 정도의 변형에서는 종래의 피스톤 링의 구조를 갖더라도 그 변형된 형상에 추종하는 것이 가능하나, (d)이상의 변형이 일어나면 종래의 피스톤 링의 구조로는 그 변형형상에 맞춰 추종하여 실린더 내의 기밀을 유지하는 것이 어렵다.In (a) (b) (c), it is possible to follow the deformed shape even if it has the structure of the conventional piston ring, but if (d) or more deformation occurs, the deformation of the conventional piston ring structure It is difficult to follow the shape to maintain the airtightness in the cylinder.

예컨대, 실린더 라이너의 단면형상이 (d)이상의 변형이 일어난 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 라이너(20)와 피스톤 링(12)의 외주면(14)사이에 틈(30)이 발생하게 된다.For example, when the cross-sectional shape of the cylinder liner is greater than (d), a gap 30 is generated between the cylinder liner 20 and the outer circumferential surface 14 of the piston ring 12 as shown in FIG. 3. .

종래의 피스톤 링은 상기한 바와 같이 연소실의 열과 압력에 의한 실린더 라이너의 변형에 대하여 피스톤 링 형상의 추종성이 따라가지 못하여 실린더 라이너와 피스톤 링의 사이에 틈이 발생하므로, 크랭크 케이스내의 엔진오일이 연소실로 역류하여 엔진성능의 저하 및 매연발생을 일으키는 문제점이 있다.In the conventional piston ring, as described above, the piston ring shape cannot follow the deformation of the cylinder liner due to the heat and pressure of the combustion chamber, so that a gap occurs between the cylinder liner and the piston ring, so that the engine oil in the crankcase There is a problem in that the flow back to the engine performance degradation and smoke generation.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실린더 라이너가 열 및 압력에 의해 변형되더라도 연소실의 기밀을 유지할 수 있도록 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성이 높은 피스톤 링의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and to provide a structure of a piston ring that is highly followable against deformation of the cylinder liner to maintain the airtightness of the combustion chamber even if the cylinder liner is deformed by heat and pressure. There is this.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더 블록 내부에 실린더 라이너를 삽입하여 실린더를 형성하는 엔진에 있어서, 연소실의 고온 및 고압에 의한 실린더 라이너의 형상변형에 대한 추종성을 향상시키기 위하여 피스톤 링의 형상이 유연하게 변형될 수 있도록 내주면에 다수개의 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the engine to form a cylinder by inserting a cylinder liner inside the cylinder block, in order to improve the followability to the shape deformation of the cylinder liner by the high temperature and high pressure of the combustion chamber of the piston ring It is characterized in that to form a plurality of slots on the inner peripheral surface so that the shape can be flexibly deformed.

본 발명의 다른 특징은 크랙 발생방지 및 유연성을 높일 수 있도록 상기 슬롯의 홈 안쪽면을 둥글게 반원형으로 형성시키고, 형상변화의 유연성을 높이기 위해 슬롯 홈의 폭이 바깥쪽으로 갈수록 점차 넓어지도록 한 것이다.Another feature of the present invention is to form a semi-circular round the inner surface of the groove of the slot to prevent cracking and increase the flexibility, and to increase the width of the slot groove gradually toward the outside to increase the flexibility of the shape change.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 피스톤 링 구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a piston ring structure according to the present invention.

본 발명에 따른 피스톤 링의 구조는 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤 링(12)의 내주면(16)에 다수개의 슬롯(40)이 형성된 것이다.As shown in FIG. 4, the piston ring has a plurality of slots 40 formed on the inner circumferential surface 16 of the piston ring 12.

더욱 상세히 설명하면, 피스톤 링(12)의 내주면(16)에 형성된 상기 슬롯(40)은 피스톤 링(12)의 내주면(16)에 깊게 패인 길쭉한 홈의 형상을 갖고, 그 홈의 바깥쪽 부분이 오므렸다 벌어졌다하면서 피스톤 링(12)의 길이방향 형상이 자유자재로 변화하는 것이 가능하도록 하는 기능을 갖고 있다.More specifically, the slot 40 formed in the inner circumferential surface 16 of the piston ring 12 has a shape of an elongated groove deeply recessed in the inner circumferential surface 16 of the piston ring 12, and the outer portion of the groove is It has a function to enable the longitudinal shape of the piston ring 12 to be changed freely while being closed and opened.

도 4의 확대부에서 보듯이, 상기 슬롯(40)은 상,하 방향과 전방이 모두 개구되어 있고, 원주방향으로 깊게 패인 홈의 형상으로 이루어져 있다.As shown in the enlarged portion of FIG. 4, the slot 40 is open in both up and down directions and is formed in the shape of a groove deeply circumferentially.

또한, 상기 슬롯(40)의 양 측면(43)은 홈의 폭이 바깥쪽으로 갈수록 점차 넓어지도록 경사져 있어서, 상기 슬롯(40)이 오므렸다 또는 벌어졌다하는 유동폭이 최대한 클 수 있도록 하였다. In addition, both sides 43 of the slot 40 are inclined such that the width of the grooves gradually increases toward the outside, so that the flow width of the slot 40 is retracted or opened can be as large as possible.

즉, 상기 슬롯(40)의 홈은 바깥쪽으로 갈수록 폭이 커지는 형상으로 이루어져 있다.That is, the groove of the slot 40 has a shape that increases in width toward the outside.

그리고, 상기 슬롯의 홈 안쪽면(42)은 상기 슬롯(40)이 오므렸다 벌어졌다하는 동작이 원활히 이루어질 뿐 아니라 이러한 동작을 반복하더라도 크랙이 발생하지 않도록 반원 형상으로 둥글게 하는 것이 바람직하다.In addition, the groove inner surface 42 of the slot is preferably smoothly rounded in a semi-circular shape so that cracks do not occur even if the operation of the slot 40 is retracted and opened smoothly.

만일, 슬롯 홈의 안쪽면(42)을 둥글게 하지 않고 삼각형으로 한다면 피스톤 링(12)은 고온, 고압에 노출되어 있기 때문에 노치효과에 의해 크랙이 쉽게 발생할 것이다.If the inner surface 42 of the slot groove is triangular without being rounded, since the piston ring 12 is exposed to high temperature and high pressure, cracks may easily occur due to the notch effect.

한편, 상기 슬롯(40)이 오므려지는 경우 양쪽 외측 모서리(44)의 접촉에 의해 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위하여 외측 모서리(44)는 모따기 또는 라운딩 처리되어 있다.On the other hand, when the slot 40 is closed, the outer edge 44 is chamfered or rounded in order to prevent cracks from being caused by the contact of both outer edges 44.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 2 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.The operation of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 and 5.

도 2에 도시된 바와 같이, 고온과 고압에서 장시간 사용함에 따라 실린더 라이너(20)는 변형되어 원래의 중심원형(21)에 비하여 오목하게 들어가거나 볼록하게 나온 부분이 생긴다.As shown in FIG. 2, the cylinder liner 20 deforms with prolonged use at high temperatures and pressures, resulting in a concave or convex portion as compared to the original center circle 21.

이와 같이 변형된 실린더 라이너(20)에 대한 본 발명에 따른 피스톤 링(12)의 추종성을 설명하면 다음과 같다.As described above, the followability of the piston ring 12 according to the present invention with respect to the deformed cylinder liner 20 is as follows.

피스톤 링(12)의 형상은 내주면(16)에 형성된 슬롯(40)이 오므려지거나 벌어지는 것에 따라 자유자재로 길이방향의 형상변화가 가능하다.The shape of the piston ring 12 can be freely changed in the longitudinal direction as the slot 40 formed in the inner peripheral surface 16 is closed or opened.

예컨대, 내주면(16)에 형성된 슬롯(40)이 오므려지면 피스톤 링(12)의 형상은 원래의 원호보다 더욱 작은 반경의 원호를 그리게 되므로 오목한 형상으로 변하게 되고, 슬롯(40)의 오므려지는 양이 커질수록 더욱 오목한 형상이 된다.For example, when the slot 40 formed on the inner circumferential surface 16 is retracted, the shape of the piston ring 12 is changed into a concave shape since the circular arc of a smaller radius than the original arc is drawn, and the slot 40 is retracted. The larger the amount, the more concave.

반대로 내주면(16)에 형성된 슬롯(40)이 벌어지면 피스톤 링(12)의 형상은 바깥쪽으로 원호을 그리게 되므로 안쪽에서 볼 때 볼록한 형상으로 변한다.On the contrary, when the slot 40 formed on the inner circumferential surface 16 is opened, the shape of the piston ring 12 changes to a convex shape when viewed from the inside because an arc is drawn outward.

즉, 상기 슬롯(40)이 조금 벌어지면 상기 피스톤 링(12)의 형상은 원래의 원형보다 더 큰 직경의 원호를 그리게 되고, 슬롯(40)의 홈이 많이 벌어지면 상기 피스톤 링(12)의 형상은 점점 더 큰 원호를 그리다가 마침내 직선을 이루게 되고, 이보다 더 많이 슬롯(40)의 홈이 벌어지면 바깥쪽으로 원호를 그리게 되어 볼록한 형상으로 된다. That is, when the slot 40 is opened slightly, the shape of the piston ring 12 draws an arc of a larger diameter than the original circle, and when the groove of the slot 40 is opened, the piston ring 12 is opened. The shape draws an increasingly larger arc and finally forms a straight line. When the groove of the slot 40 is opened more than this, the arc is drawn outward to become a convex shape.

따라서, 실린더 라이너(20)의 원주면 중 오목하게 들어가도록 변형된 부분에 대응하는 피스톤 링(12)의 슬롯(40)은 오므려지고, 반대로 볼록하게 튀어나온 부분에 대응하는 피스톤 링(12)의 슬롯(40)은 벌어지게 된다.Accordingly, the piston ring 12 of the piston ring 12 corresponding to the portion of the circumferential surface of the cylinder liner 20 that is deformed so as to be concave is retracted and conversely protrudes convexly. The slot 40 is opened.

그러므로 본 발명에 따른 피스톤 링(12)은 실린더 라이너(20)가 어떠한 형태로 변형되더라도 그 형태에 맞춰 같은 형태로 빠르게 추종하므로 연소실의 기밀을 유지할 수 있다.Therefore, the piston ring 12 according to the present invention can maintain the airtightness of the combustion chamber because the cylinder liner 20 is quickly followed in the same form according to its shape even if the cylinder liner 20 is deformed in any form.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited to the above embodiment.

상술한 본 발명에 따른 피스톤 링의 구조에 의하면, 실린더 라이너의 변형에 대한 추종성이 뛰어나 고온 고압에 의해 실린더 라이너가 변형되더라도 연소실의 기밀성을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.According to the structure of the piston ring according to the present invention described above, excellent trackability against deformation of the cylinder liner has an effect that can maintain the airtightness of the combustion chamber even if the cylinder liner is deformed by high temperature and high pressure.

또한, 본 발명은 피스톤 링의 내측면에 형성된 슬롯의 안쪽면과 외측 모서리를 둥근 형태로 만들어 노치발생을 억제함으로써 상기 슬롯이 오므렸다 벌어졌다 하는 동작을 반복하더라도 크랙에 의해 파손되지 않아 내구성이 뛰어난 장점을 갖는다. In addition, the present invention by the inner and outer edges of the slot formed on the inner side of the piston ring in a round shape to suppress the notch generation by repeating the operation of opening and closing the slot, even if the operation is not broken by the cracks excellent durability Has

도 1은 실린더 내부를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the inside of the cylinder,

도 2는 실린더 라이너의 변형과정을 보여주는 설명도,2 is an explanatory diagram showing a deformation process of a cylinder liner;

도 3은 종래 피스톤 링과 변형된 실린더 라이너와의 접촉상태를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a state of contact between the conventional piston ring and the deformed cylinder liner,

도 4는 본 발명에 따른 피스톤 링 구조를 나타내는 단면도,4 is a cross-sectional view showing a piston ring structure according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 피스톤 링과 변형된 실린더 라이너와의 접촉상태를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a contact state between the piston ring and the deformed cylinder liner according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10: 피스톤 12: 피스톤 링10: piston 12: piston ring

14: 외주면 16: 내주면14: outer peripheral surface 16: inner peripheral surface

20: 실린더 라이너 21: 중심원형20: cylinder liner 21: center circle

30: 틈 40: 슬롯30: slot 40: slot

42: 안쪽면 43: 측면42: inside 43: side

Claims

In an engine in which a piston reciprocates in a cylinder,

It is to be noted that a plurality of slots 40 are formed in the inner circumferential surface 16 so that the longitudinal shape of the piston ring 12 can be flexibly changed in order to follow the deformation of the cylinder inner wall due to the high temperature and the high pressure of the combustion chamber. The piston ring structure.

The method of claim 1,

The slot 40 is a piston ring structure, characterized in that the groove inner surface (42) is made of a semi-circular round shape so as to prevent the occurrence of cracks even if the operation is repeated.

The method of claim 1,

The outer edge (44) of the slot (40) is the structure of the piston ring, characterized in that the chamfered or rounded process to prevent cracking due to contact when the slot (40) is retracted.

The method of claim 1,

The groove of the slot 40 is a piston ring structure, characterized in that both sides (43) are formed to be inclined so that the width of the groove gradually widens toward the outside in order to sufficiently move the opening and closing of the slot (40).

The method of claim 1,

Piston ring structure, characterized in that the cylinder liner 20 is inserted into the inner wall of the cylinder.