KR20070020172A - 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그의 섭동 면이 박판의 원주에 걸쳐서 뻗어 있는 정점선을 가진 각 볼록 비대칭 형을 가진 평행한 측면의 2개의 강대-박판 및 박판을 피스톤 링 홈의 측면중의 각 하나에 대하여 축 방향은 물론 실린더 벽에 대하여 반경 방향에 대하여도 압축하는 박판들 사이에 있는 버팀 스프링으로 구성되는 내연기관 피스톤의 분할형 오일스크레이퍼링에 관한 것이다. 발명에 따라서 공지된 선행기술에 비하여 섭동 면의 감소 된 마모에 있어서 개선된 오일스크레이핑 효과는 양 박판(1, 2)의 섭동면(h, h')이 길들여 진 엔진상태에서 마모에 가까운 최종윤곽에 상당하도록 함으로서 이루어지며, 피스톤에 오일 링(10)이 조립된 상태에서 섭동 면(h, h')의 정점 선(3,3')은 링홈(3)의 중심에 대하여 각각 반대방향을 취하고 있다.

Description

내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링{MULTIPART OIL WIPING RING FOR PISTONS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 그의 섭동면(攝動面)들이 각 박판(薄板)의 원주에 걸쳐 뻗어 있는 정점선(頂点線)에 의하여 볼록한 비 대칭형(非 對稱形)의 평행 측면을 가진 강대(鋼帶)(steel strip)로 이루어지고 2 개의 박판을 가지며 그리고 또 축 방향에 따라서 피스톤의 링 홈(ring groove)의 각 한 측면에 대하여는 물론이고 실린더 벽(cylinder wall)에 대하여 반경 방향에 따라 압력을 가하는 박 판 사이에 있는 버팀 스프링(support spring)을 가진, 내연기관의 피스톤의 멀티파트(multipart) 오일스크레이퍼 링에 관한 것이다.

오일소비가 많음은 물론이고 엔진의 배출관계에 불리한 영향을 초래하는 연소실에 과다한 엔진오일이 도달하는 것을 방지하기 위하여 실린더 벽에 반경 방향에 따른 접촉압력을 발생하기 위하여 오일스크레이퍼 링의 충분한 접선방향 하중 및 이에 따른 양호한 오일스크레이핑 작용이 필요하다. 그럼에도 강철-박판의 섭동 면에는 높은 면압이 작용함에 따라서 또한 엔진작동시 마찰하중이 커진다. 이러한 마찰하중은 내연기관의 효율을 저하시켜서 그 결과로 연료 소비량을 증가시킨다. 오일스크레이퍼 링의 접선 방향 하중의 설계는 이에 따라서 언제나 최소의 마찰하 중과 최대의 오일스크레이핑 효과 간에 절충을 요한다. 접선하중을 줄이지 않고 엔진작동시 마찰하중을 감소하기 위한 총체적인 조치는 이에 따라서 오일스크레이퍼 링의 설계 또는 엔진의 효율을 개선 시킨다.

이에 대하여 버팀 스프링의 특수형 외에도 양태 적인 오일스크레이퍼 링에 있어서 이것이 상기 요구사항에 적합하도록 박판의 섭동 면을 형성하기 위한 연구를 하였다. 그 중에서도 US 3,738,668에 제시되어 있는 바와 같이 실린더 벽에 대하여 평행한 섭동 면(攝動面), 또한 DE 36 38 728 A1에 명시된 바와 같이 대칭으로 볼록한 섭동 면 윤곽이 공지되어 있다. 박판의 대칭형의 볼록형 섭동 면을 가진 분할형 오일스크레이퍼 링은 임의의 즉 비(非) 지향(指向)적인 조립위치로 피스톤에 조립된다.

오일스크레이퍼 링 또는 피스톤 링의 비대칭 섭동 면은 DE 38 33 322 A1, DE 43 00 531 C1 또는 DE 44 29 649 C2에 공지되어 있다. 그러나 이러한 실시형 들은 단일 링으로만 되어 있으며 분할형 오일스크레이퍼 링에 관한 조립가능 위치에 관한 명세를 문헌에서 얻을 수 없다.

본 발명의 과제는 공지된 선행기술에 비하여 섭동 면의 마모감소에 있어서 개선된 오일스크레이핑 효과를 가지는 내연기관 피스톤의 분할형 오일스크레이퍼 링을 제공하는 데 있다.

본 과제는 양 박판의 섭동 면이 길들여 진 엔진상태에서 마모에 가까운 최종윤곽이 되도록 이루어지며, 여기서 피스톤에 오일 링의 조립상태에서 섭 동면의 정점 선이 각각 링홈(ring groove)의 중심에 대하여 반대방향을 취한다. 박판의 섭동 면은 선행기술에 비하여 현저히 줄어든 볼록 면을 나타내며, 이 경우에 섭동 면 윤곽은 2차다항식으로 개략적으로 기술되어질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서 박판의 섭동 면은 그의 정점 선에 의하여 각각 피스톤헤드와 반대방향의 링 홈 측면과 동일방향을 취한다.

본 발명에 따른 섭동 면 양태에 의하여 그리고 박판의 배열은 서로 양 박판중의 어느 하나에 유리한 유체역학적인 조건에 의하여 접선 하중을 줄이지 않고도 총 강대 오일스크레이퍼 링의 마찰하중의 감소가 이루어지며 여기서 다른 박판의 오일스크레이핑 작용은 이와 동시에 전 원주에 걸쳐서 유지된다.

이로 인하여 마찰하중의 감소는 엔진효율의 개선을 결과시키거나 또는 마찰하중레벨이 변하지 않는 경우에 접선하중의 증가에 의하여 오일스크레이핑의 개선이 가능하다.

본 발명의 적당한 양태가 본 종속청구범위의 대상이다.

본 발명의 한가지 실시 예를 도면에 의하여 다음과 같이 보다 상세히 설명하며 도면의 내용은 다음과 같다:

도 1 제 1 실시예에서 본 발명에 따른 오일스크레이퍼 링의 단면이며,

도 2 제 2 실시예에서 본 발명에 따른 오일스크레이퍼 링의 단면.

도 1에서 보는 바와 같이 오일스크레이퍼 링(10)은, 2개의 강대-박판(1 및 2)과 박판이 피스톤에 있는 링 홈(7)의 측면(5 및 6) 중의 각 하나에 대하여 축 방향에 따라서는 물론이고 실린더 벽(8)에 대하여 반경 방향에 따라서 압축하는 버팀 스프링(4)로 구성되어 있다. 링 측면(5)은 피스톤헤드 측과 링 홈 측면(6) 및 피스톤헤드와 반대방향 측을 나타내고 있다. 본 발명에 따라서 박판(1)은 박판 원주에 걸쳐 뻗어 있는 정점선(vortex line)(3)을 가진 볼록 비대칭형으로 형성된 섭동 면을 가지며 박판(2)은 정점 선(3')을 가진 볼록 비 대칭 섭동면(h')을 가지며 여기서 각 정점 선(3, 3')은 오일스크레이핑에 있어서 실린더벽(8)과 접촉하는 모서리(edge)역할을 한다. 도 1에 따른 제1 실시 예에서 박판(1 및 2)은 피스톤내의 그의 조립된 상태에서 그의 정점 선(3, 3')(모서리)는 각각 링홈(7)의 중심을 향하도록 서로 배열되어 있다. 도 1에 따라서 이러한 박판 배열은 서로 방향이 반대이어야 하나 이와 반대로 도 2에 따라 박판의 배열은 서로 동일한 방향으로 이해 할 수도 있다. 이러한 실시 예에서 양 정점 선(3, 3')(모서리)는 피스톤 헤드 측 링홈 측면(5)으로부터 떨어져 버팀 스프링(4) 사이에 배열되어 있다.

발명에 따라서 박판의 섭동 면(h 및 h')은 수백 시간의 엔진작동후에 길들여진 과정에 상당하는 형상을 하고 있다. 이것은 제1부위(Ⅰ)의 단면에서 양 박판(1 및 2)의 섭동 면(h, h')은 h(x)=ax + bx² 의 2차 다항식의 비 대칭 형에 근사하며 여기에서 mm단위의 직교좌표계에서 x=섭동 면 좌표이며 a, b 계수에서 a는 박판 폭에 대한 박판의 축방향 측면유격의 비로 정의되고 b는 섭 동면 곡률의 수치로 정의되며; 모서리형 마모정점(II) h(x=0), 그리고 제 3 부위(III)에서 함수 h(x)=cx² 의 비 대칭 형에 근접하며, c는 b의 수배로 이루어진다. 0,4mm의 두께를 가진 박판의 예로서 값 h(x)=35x+50x² 이 이루어진다. 이에 도 1 및 도 2에 따라 도시된 단면 곡선들은 x로 mm단위의 섭동 면 좌표이며 h(x)는 μm단위의 볼록비로 얻을 수 있다. 이러한 다항식의 계수들은 특수한 용도와 일치한다는 것을 이해할 수 있으며 기본적인 매개변수는 여기에서 실린더 직경, 박판 단면의 치수, 버팀 스프링에 대한 접촉 면의 양태 및 링 홈에 끼워진 강대-오일스크레이퍼 링의 축 방향 유격이다. 본 발명에 따른 섭동 면(h 및 h')의 대표적인 볼록비는 선행기술의 3 내지 15μm/0,15mm에 비하여 약 2 내지 10μm/0,4mm이다.

본 발명에 따라 개선된 오일스크레이핑 작용은 실린더 축방향에 따라서 박판의 섭동면(h, h')을 공격하는 마찰력이 박판을 컵 형의 아치형으로 만드는 회전토크(torque)를 발생시킴으로서 효과적으로 이루어진다. 이것은 버팀 스프링(4)의 양태가 박판(1 및 2)의 운동을 축 방향에 따라서 무엇보다도 내측 접촉 면에서 방해하기때문에 가능하며 이에 반하여 외측 접촉 면에서는 분명히 큰 축 방향 운동진폭이 가능하다. 마찰하중 및 이에 따른 회전 토크는 피스톤의 왕복운동에 따라 그의 방향을 바꾼다. 마찰력의 크기는 또한 속도에 좌우됨으로 이것은 컵 형 아치의 지속적인 변화를 가져오며 이를 동적 비틀림으로 표시한다. 동적 비틀림에 의하여 왕복운동방향에 따라 홈 측면 중의 어느 하나에 접하는 박판이 생겨나며 섭동 면의 비 대칭경사와 결합하여 우수한 오일스크레이핑 작용-"모서리"를 지탱하는 한 편 각각의 다른 박판들은 도 1에 도시한 바와 같이 섭동 면의 일정한 볼록비로 인 하여 개선된 유체효과를 가져서-"면들"을 지탱한다. 이로 인하여 비틀린 상태에서 또한 저하된 오일스크레이핑 효과를 가지는 이러한 박판에서의 마찰하중이 감소 된다. 왕복운동방향의 변화가 각각 다른 위치로의 양 박판의 축 주위의 회전을 일으키며, 이 경우에 기술된 비율들은 이것에 의하여 원칙적으로 변동되지 않는다.

분할형 강대-오일스크레이핑의 조립시에 예컨대 박판 측면 중의 어느 하나의 색표식에 의하여 보정이 될 수 있는 박판의 적정위치의 방향설정에 유의해야 한다.

섭동 면-또는 윤곽의 가공은 예를 들면 래핑(lapping)으로 할 수 있다.

본 발명은 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링에 이용될 수 있다.

Claims (3)

1. 그의 섭동 면들(h, h')이 각각 박판의 원주에 걸쳐서 뻗어 있는 정점 선(3, 3')을 구비한 볼록 비대칭형을 가진, 평행한 측면을 구비한 2개의 강대로 구성되는 박판(1,2)을 가지며, 상기 박판을 피스톤 내에서 링 홈(7)의 각 측 면(5, 6) 중의 하나에 대하여 축 방향은 물론 실린더 벽(8)에 대하여 반경 방향으로도 압축하는, 박판들 사이에 배열된 버팀 스프링(4)을 가진 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링(10)에 있어서,

   양 박판(1, 2)의 섭동면들(h, h')은, 길 들여진 엔진상태에서는 마모 상태에 근접한 최종윤곽에 상당하며, 피스톤에 오일 링(10)의 장착된 상태에서는 섭동면(h, h')의 정점선(3, 3')이 링 홈(3)의 중심 방향에 대해 반대 방향으로 향하도록, 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링(10).
2. 제1항에 있어서,

   양 박판(1, 2)의 횡단면으로 표시된 섭동면(h, h')은

   - 비대칭 형의 제1부위(I)에서 h(x)=ax + bx² 의 2차 다항식에 따르며,

   여기에서

   x = 단위가 mm인 직교좌표계의 섭동면 좌표이며 a, b 는 계수로, a는 박판의 폭에 대한 박판의 축 방향 측면 유격의 비로 정의되고; b는 섭동면 곡 률의 수치로 정의되며;

   - 모서리형태를 가지는 정점(II) h(x=0), 그리고

   - 함수 h(x)=cx² 의 비대칭형의 제3부위(III)에 있어서 c는 b의 수배로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링(10).
3. 제2항에 있어서,

   박판들의 섭동면(h, h')의 정점선(3, 3')은 링 홈(8)의 피스톤헤드와 반대방향 측면(6)과 각각 동일한 방향을 취하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤용 멀티파트 오일 와이핑 링(10).

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