KR20090044184A - 피스톤 핀 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤과 커넥팅 로드의 소단부 사이를 연결해 주는 피스톤 핀 장치에 있어, 피스톤의 관통구멍과 피스톤 핀 사이의 접촉부위를 최대로 연장하여 연소압의 작용에 따라 수반되는 피스톤 핀의 국부적 응력의 집중을 방지함으로써 피스톤 핀의 내구 수명을 최대로 보장할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤(10)의 관통구멍(10a)에 삽입되는 피스톤 핀(12)과, 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)에 삽입되어 라이너(18)의 내주면과 접촉하는 한 쌍의 삽입봉(14) 및, 상기 삽입봉(14) 사이에 설치되어 상기 삽입봉(14)을 탄발지지하는 리턴 스프링(16)을 포함하여 구성된다.

Description

피스톤 핀 장치{piston pin device}

본 발명은 고연소압 엔진에 적용할 수 있는 피스톤 핀 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진의 출력은 가솔린 엔진에 비해 높은 데, 특히 근래에 들어 디젤 엔진은 고출력화를 위해 연료의 연소 폭발압력이 160 bar를 넘어 170 ~ 200 bar 수준으로 크게 증대되고 있다. 이로 인해 디젤 엔진은 기존 가솔린 엔진과 다른 구조로 피스톤과 커넥팅 로드 사이를 연결하는 피스톤 핀 장치를 가지게 된다.

즉, 종래 디젤 엔진에 있어 피스톤 핀 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(1)에 횡방향으로 형성된 관통구멍내에 강재의 부시(3)를 압입시켜 고정하고, 상기 부시(3)의 관통구멍내에 피스톤 핀(5)을 삽입시켜 커넥팅 로드의 소단부를 끼워 장착하는 구조로 이루어진다.

이 경우, 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 높은 연소압에 의한 피스톤 핀(5)의 변형으로부터 기인하는 피스톤 핀(5)의 빠짐을 방지하기 위해 상기 부시(3)에 스냅링(7)을 설치한다.

즉, 상기 부시(3)의 내부에서 상기 피스톤 핀(5)의 이탈을 억제하기 위해, 상기 부시(3)의 양단부 입구측 내주면에 전 둘레를 따라 홈을 형성하고, 이 홈에 상기 스냅링(7)을 설치하여 상기 부시(3)로부터 상기 피스톤 핀(5)의 이탈을 방지할 수 있는 구조를 채택하고 있다.

이에 따라, 상기 부시(3)의 전체 길이 대비 상기 피스톤 핀(5)의 전체 길이는 상기 부시(3)의 내주면 양단부에 상기 스냅링(7)의 설치를 위해 확보되는 좌면의 길이 만큼 짧아질 수 밖에 없다.

이 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부시(3)와 상기 피스톤 핀(5) 사이에는 연소압에 의해 화살표로 도시된 응력의 분포를 수반하게 되는 바, 즉 상기 피스톤 핀(5)의 양단부로부터 커넥팅 로드의 소단부가 위치하는 부위에 이르기까지 연소압에 의한 응력의 분포가 점진적으로 증가하는 변화의 분포(화살표로 도시됨)를 수반하게 되고, 아울러 연소압에 따른 상기 피스톤(1)의 거동시 피스톤(1)이 가지는 중량에 의한 관성력에 의해 상기 피스톤 핀(5)에는 점선으로 도시된 바와 같은 변형이 수반된다.

즉, 상기 피스톤(1)의 거동시 연소압에 의해 상기 피스톤 핀(5)은 도 2의 (A)와 같은 변형을 유발하고, 상기 피스톤(1)이 상사점과 하사점 사이에서 이동시 피스톤(1)의 관성력에 의해 도 2의 (B)와 같은 변형을 유발하게 된다.

따라서, 고출력의 디젤 엔진에 있어, 상기와 같은 구조로 부시(3)에 대한 피스톤 핀(5)의 이탈을 방지하게 되면, 연소압에 의해 상기 피스톤 핀(5)에서 발생하 는 응력의 국부적 집중으로 인해 부시(3) 및 피스톤 핀(5)에는 피로 파괴가 발생할 수 있는 문제가 있게 된다.

또한, 상기 부시(3)로부터 상기 피스톤 핀(5)의 이탈을 방지하기 위해 채택하는 상기 스냅링(7)은 정비시 상기 부시(3)로부터 장착 및 탈거가 용이하게 못할 뿐만 아니라, 상기 부시(3)와 피스톤 핀(5) 사이의 길이적 차이를 근본적으로 해소할 수 없는 문제가 잔존하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 피스톤과 커넥팅 로드의 소단부 사이를 연결해 주는 피스톤 핀 장치에 있어, 피스톤의 관통구멍과 피스톤 핀 사이의 접촉부위를 최대로 연장하여 연소압의 작용에 따라 수반되는 피스톤 핀의 국부적 응력의 집중을 방지함으로써 피스톤 핀의 내구 수명을 최대로 보장할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적으로 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤의 관통구멍에 삽입되는 피스톤 핀과, 상기 피스톤 핀의 관통구멍에 삽입되어 라이너의 내주면과 접촉하는 한 쌍의 삽입봉 및, 상기 삽입봉 사이에 설치되어 상기 삽입봉을 탄발지지하는 리턴 스프링을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 피스톤 핀 장치에 의하면, 피스톤의 관통구멍에 설치되어 커넥팅 로드의 소단부를 끼워 지지하는 피스톤 핀이 피스톤의 관통구멍내에서 정위치를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 피스톤의 관통구멍에 대한 피스톤 핀의 설치길이를 최대로 연장하여 피스톤의 관통구멍과 피스톤 핀 사이의 접촉부위를 최대로 연장하고, 이로부터 연소압의 작용에 따른 피스톤의 거동시 수반되는 피스톤 핀의 국부적 응력의 집중 현상을 최소화함으로써 피스톤 핀의 내구성을 최대한 보장할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피스톤 핀 장치는 피스톤(10)과 피스톤 핀(12), 삽입봉(14) 및, 리턴 스프링(16)으로 구성된다.

상기 피스톤(10)은 실린더 보어내에 설치되는 라이너(18)에 삽입되어 라이너(18)의 내주면과 접촉하고, 상기 피스톤 핀(12)의 설치를 위한 관통구멍(10a)을 갖추고 있다.

상기 피스톤 핀(12)은 상기 피스톤(10)의 관통구멍(10a)내에 삽입되어 커넥팅 로드(20)의 소단부를 끼워 지지하는 것으로, 내주면에 길이방향을 따라 관통구멍(12a)을 형성하고 있다.

상기 삽입봉(14)은 상기 피스톤 핀(12)의 내주면에 형성된 관통구멍(12a)의 내부에 삽입되는 것으로, 보다 상세하게는 상기 관통구멍(12a)의 양단부에 각각 위치하여 상기 라이너(18)의 내주면과 직접 접촉하게 설치된다. 또한, 상기 삽입봉(14)은 상기 라이너(18)와의 접촉을 고려하여 내마모성을 가지는 재질로 이루어지는 바, 바람직하기로는 플라스틱재의 경량물로 제작된다.

상기 리턴 스프링(16)은 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)의 내부에서 상기 삽입봉(14) 사이에 설치되어 상기 삽입봉(14)들을 각각 탄발지지하는 역할을 수행하게 된다.

이 경우, 상기 한 쌍의 삽입봉(14)중 하나는 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)의 일측에서 압입되어 그 위치가 고정되고, 다른 하나의 삽입봉(14)은 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)내에서 이동가능하게 설치되는 바, 이는 상기 한 쌍의 삽입봉(14)이 각각 상기 라이너(18)의 내주면에 대해 상기 리턴 스프링(16)이 가지는 탄성력을 매개로 접촉될 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)내에서 리턴 스프링(16)을 매개로 탄발지지되는 상기 한 쌍의 삽입봉(14)은 상기 피스톤(10)의 관통구멍(10a)내에서 상기 피스톤 핀(12)이 정위치에서 지속적으로 위치할 수 있도록 하는 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 삽입봉(14)은 상기 라이너(18)의 내주면과 접촉하는 일측에 마찰을 최소화할 수 있도록 만곡진 형태의 구면부(14a)를 형성하고, 상기 리턴 스프링(16)의 선단부와 접촉하는 타측에 리턴 스프링(16)의 이탈을 억제시켜 리턴 스프 링(16)의 위치를 정위치로 한정할 수 있도록 해 주는 단차부(14b)를 형성하고 있다.

이 결과, 상기 피스톤 핀(12)은 상기 피스톤(10)의 관통구멍(10a)내에서 접촉 길이를 최대로 연장할 수 있도록 설정될 수 있어, 연소압에 의한 상기 피스톤 핀(12)의 국부적 응력 집중 현상은 최소화될 수 있게 된다.

또한, 연소압에 따른 상기 피스톤(10)의 거동시 상기 피스톤 핀(12)은 리턴 스프링(16)을 매개로 탄발지지되는 삽입봉(14)에 의해 상기 피스톤(10)의 관통구멍(10a)내에서 항상 정위치를 유지할 수 있게 된다.

아울러, 상기 피스톤(10)과 피스톤 핀(12) 사이의 결합에 있어 종래와 같은 부시 및 스냅링의 설치가 불필요하게 되므로, 조립 생산성이 향상되고, 정비시 피스톤(10)으로부터 피스톤 핀(12)의 장착 및 탈거가 용이해지는 이점이 있게 된다.

도 1은 종래 피스톤 핀 장치의 구성을 도시한 단면도.

도 2는 종래 피스톤 핀의 응력분포와 변형상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤 핀 장치의 구성을 도시한 단면도.

도 4는 도 3의 사시도.

도 5는 본 발명의 요부인 삽입봉의 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-피스톤 12-피스톤 핀

14-삽입봉 16-리턴 스프링

18-라이너 20-커넥팅 로드

Claims (3)

1. 피스톤(10)의 관통구멍(10a)에 삽입되는 피스톤 핀(12)과, 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)에 삽입되어 라이너(18)의 내주면과 접촉하는 한 쌍의 삽입봉(14) 및, 상기 삽입봉(14) 사이에 설치되어 상기 삽입봉(14)을 탄발지지하는 리턴 스프링(16)을 포함하는 피스톤 핀 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 한 쌍의 삽입봉(14)중 하나는 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)의 일측에 압입되어 고정되고, 다른 하나는 상기 피스톤 핀(12)의 관통구멍(12a)내에서 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 핀 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 삽입봉(14)은 상기 라이너(18)의 내주면과 접촉하는 일측에 만곡진 형태의 구면부(14a)를 형성하고, 상기 리턴 스프링(16)의 선단부와 접촉하는 타측에 단차부(14b)를 형성한 것을 특징으로 하는 피스톤 핀 장치.

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