KR20120058150A - 오일 포켓이 형성된 실린더 보어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 포켓이 형성된 실린더 보어에 관한 것으로서 다수의 오일 포켓이 형성되어 있어 오일을 공급함에 의해 피스톤 링이 원활하게 이동할 수 있도록 하는 원통형의 실린더 보어에 있어서, 상기 실린더 보어의 내주면에는 피스톤과 접촉하는 전구간에 오일 포켓이 형성되어 있고, 상기 오일 포켓은 스트로크 구간별로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어를 제공하여,
레이저 호닝 기법에 의하여 피스톤의 스트로크 속도에 따른 구간별로 오일 포켓의 형상을 달리함으로써 오일의 소모를 최소화하면서 마찰 손실을 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

오일 포켓이 형성된 실린더 보어{CYLINDER BORE FORMED WITH OIL POCKET}

본 발명은 실린더 보어에 관한 것으로 보다 상세하게는 레이저 호닝 기법을 활용하여 피스톤의 속도에 따라 스트로크 구간별로 형상을 달리하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 실린더는 피스톤 행정의 약 2배의 길이로 만들지며, 그 내부에서 피스톤의 기밀을 유지하면서 직선 왕복운동을 함으로써 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 필요한 동력을 발생시키는 장치이다.

그리고, 실린더 블록은 엔진 본체의 기초가 되는 부분으로서 엔진 본체의 수명에 큰 영향을 미친다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(10)의 경우에는 그 경도가 상대적으로 낮음으로 인하여 피스톤과 직접 접촉시에는 마찰에 의한 마모가 발생되며, 이러한 피스톤의 왕복시 발생되는 마찰에 의한 마모를 줄이기 위하여 실린더 블록(10)의 내벽면에는 실린더 보어(20)가 설치된다.

상기의 실린더 보어(20) 및 피스톤(미도시)은 피스톤이 전후진이 가능하도록 실린더 보어(20)의 내부에 수용되어있는 구조를 지니고 있으나, 실린더 보어(20) 는 피스톤의 전후진 운동시 실린더 보어(20)와의 마찰에 의한 마모가 발생되는 문제가 있었다.

이를 위하여 외부에서 실린더 보어 및 피스톤의 마찰부에 윤활유를 공급해주어야 한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 보어의 내주면에 다수의 오일 포켓을 형성하는 것이다. 도 1은 오일 포켓이 상사점 근처에만 형성되어 있는 실린더 보어(20)를 도시한 것이고, 도 2는 동일한 형상의 오일 포켓을 전구간에 걸쳐 형성한 실린더 보어(20)를 나타낸 것이다.

도 2에서 D는 오일 포켓(30)간의 거리를 나타내고, L은 오일 포켓(30)의 길이를 나타내며, P는 피치(pitch)로서 오일 포켓(30)이 형성되는 라인간의 간격을 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 보어의 내주면에 스트로크에 따른 차별화 없이 전구간에 걸쳐 피스톤의 스트로크 속도에 무관하게 동일한 형상의 오일 포켓을 설치하면 전구간에 걸쳐 오일의 양이 동일하게 공급된다.

만약, 피스톤의 스트로크 속도가 빠르다면 많은 양의 오일 공급이 불필요하다. 왜냐 하면, 피스톤이 고속으로 움직일 때는 오일의 공급이 적더라도 관성에 의해 이동하게 되므로 마찰이 많지 않게 되기 때문이다. 즉, 피스톤이 고속으로 움직일 때는 운동마찰력이 작용하게 되어 정지마찰력이 작용하는 피스톤의 상사점이나 하사점에서보다 작게 된다.

그러나, 피스톤이 상사점이나 하사점 근처에 있는 경우에는 피스톤이 이동방향을 전환함에 따라 순간적으로 정지하게 되고 정지 후에 다시 운동을 시작하게 되므로 정지마찰력이 작용하게 된다. 결국, 스트로크 중간 부분에서의 운동마찰력보다 더 큰 마찰력이 작용하므로 더 많은 오일의 양이 필요하게 된다.

따라서, 피스톤의 스트로크 구간에 따른 오일의 공급량을 달리해야 할 필요가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 호닝 기법에 의하여 스트로크 구간별로 오일 포켓의 형상을 달리하여 마찰 손실을 최소화할 수 있는 실린더 보어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 다수의 오일 포켓이 형성되어 있어 오일을 공급함에 의해 피스톤 링이 원활하게 이동할 수 있도록 하는 원통형의 실린더 보어에 있어서, 상기 실린더 보어의 내주면에는 피스톤과 접촉하는 전 구간에 오일 포켓이 형성되어 있고, 상기 오일 포켓은 스트로크 구간별로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어를 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 오일 포켓은 피스톤 속도에 따라 스트로크 구간별로 형상을 달리하는데, 스트로크 속도가 빠른 부분에는 오일 포켓의 길이를 더욱 작게 하고, 오일 포켓의 깊이를 얇게 형성하며, 스트로크 속도가 느린 부분에는 오일 포켓의 길이를 더욱 길게 하고, 오일 포켓의 깊이를 깊게 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 오일 포켓의 형상은 상사점과 하사점 근처에서는 동일한 형상을 가지며, 그 중간부와는 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 오일 포켓은 레이저 호닝 기법에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 호닝 기법에 의하여 피스톤의 스트로크 속도에 따른 구간별로 오일 포켓의 형상을 달리함으로써 오일의 소모를 최소화하면서 마찰 손실을 줄일 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 오일 포켓이 형성된 실린더 보어를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실린더 보어의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 실린더 보어와 피스톤 링이 접촉하는 것을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 실린더 보어와 피스톤 링의 접촉하는 것을 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.

이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

먼저 도 3는 본 발명에 따른 실시예의 실린더 보어를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 실린더 보어(20)에 피스톤의 스트로크의 속도에 따라 구간별로 오일 포켓(30)의 형상을 달리하여 오일 손실과 마찰 손실을 최소화하는 실린더 보어(20)를 제공한다.

이를 위하여 본 발명에 따른 실시예에서는 다수의 오일 포켓(30)이 형성되어 있어 오일을 공급하여 피스톤 링(40)이 원활하게 이동할 수 있도록 한다.

상기 피스톤 링(40)은 피스톤의 외주면에 위치하여 피스톤이 실린더 내에서 기밀을 유지하면서 미끄럼 운동을 하도록 만든 링으로서 연소가스의 누설을 방지하는 압축 링과 실린더 벽과 피스톤 사이를 윤활하는 오일량을 제어하는 오일 링이 있다.

상기 실린더 보어(20)의 내주면에는 피스톤과 접촉하는 전구간에 오일 포켓(30)이 형성되어 있는데, 상기 오일 포켓(30)은 오일이 저장되어 피스톤 링(40)이 이동함에 의해 발생되는 마찰을 최소화하기 위해 형성된다.

그러나, 상기 마찰은 피스톤의 스트로크의 속도에 따라 다른데, 특히 피스톤이 상사점 또는 하사점에 있는 경우의 마찰력이 크게 작용하고, 중간 부분에서 이동하는 경우에는 마찰력이 작게 작용한다. 이는 피스톤의 상사점 또는 하사점에서는 일단 정지한 후 다시 이동방향을 전환하여 운동을 시작하기 때문에 정지마찰력이 작용하기 때문이다.

예를 들어, 피스톤이 상사점에 다달할 시점에서는 속도를 천천히 줄이다가 순간적으로 정지하게 된다. 운동마찰력은 운동 속도가 작을수록 커지고, 정지마찰력이 운동마찰력에 비하여 크므로 피스톤이 상사점에 도달하기 직전부터 정지한 후 다시 운동을 시작하는 순간에는 매우 큰 마찰력이 작용한다. 이를 해소하기 위하여는 보다 많은 오일을 공급해줘야 한다.

이는 피스톤이 하사점에 도달할 시점에서도 동일하다. 즉, 피스톤이 하사점에 도달하기 직전에는 속도를 줄이고, 완전 정지 후 다시 상승운동을 시작하므로 피스톤 링(40)과 실린더 보어(20) 사이에서는 매우 큰 마찰력이 작용하게 된다. 따라서, 피스톤의 하사점에 대응되는 실린더 보어(20)의 내주면(21)에서는 오일의 공급이 충분히 이루어지도록 해야 한다.

이에 반하여, 피스톤이 상사점과 하사점 중간 부분에서 운동하고 있을 경우에는 최고의 속도로 이동하고 있으므로 상사점 또는 하사점 근처에서 운동하는 경우보다는 피스톤 링(40)과 실린더 보어(20) 사이의 마찰력이 작게 된다. 따라서, 상사점 또는 하사점 근처에서 운동하는 경우보다는 오일을 적게 공급해도 된다.

상기와 같은 이유로 본 발명에 따른 실시예에서는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더 보어(20)의 내주면(21)에 피스톤의 스트로크 속도에 따라 구간별로 실린더 보어의 내주면(21)에 형성되는 오일 포켓(30)의 형상을 달리하였다. 도 5에서 피스톤 링(40)과 오일 포켓(30a, 30b)의 사이에는 오일(51)이 개재되어 있어 마찰을 줄일 수 있도록 되어 있다.

특히, 상기와 같이 오일의 공급이 많이 필요한 부분 즉, 피스톤의 스트로크의 속도가 작은 부위에는 오일 포켓(30b)의 길이를 보다 길게 하고, 깊이를 보다 깊게 형성하는 반면, 오일의 공급이 적게 필요한 부분 즉, 피스톤의 스트로크의 속도가 빠른 부위에는 오일 포켓(30a)의 길이를 보다 짧게 하고, 오일 포켓(30)의 깊이를 보다 얇게 형성하였다.

이를 위하여 본 발명에 따른 실시예에서는 피스톤의 상사점과 하사점 근처에 대응되는 실린더 보어(20)의 부위에는 오일 포켓(30b)의 길이를 보다 길고, 깊게 형성하는 반면, 피스톤의 상사점과 하사점의 중간 부분에 대응되는 실린더 보어(20)의 부위에는 오일 포켓(30a)의 길이를 보다 짧고, 얇게 형성한다.

이 때, 피스톤의 상사점과 하사점 근처에 대응되는 실린더 보어(20)의 부위에는 서로 동일한 형상을 갖는 오일 포켓(30)을 형성할 수 있다.

상기의 오일 포켓(30)은 레이저 호닝 기법에 의하여 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 스트로크에 따라 A, B, C 세 구간으로 나누어 A, C 구간에서는 오일 포켓(30)의 길이를 4mm, 오일 포켓(30)간의 거리를 2mm, 피치를 2mm, 오일 포켓(30)의 깊이를 15 ~20㎛로 형성하였다.

이에 반하여, B 구간에서는 오일 포켓(30)간의 거리를 2mm, 피치를 2mm로 함으로써, A, C 구간에서와 동일하게 형성하나, 오일 포켓(30)의 길이를 1mm, 오일 포켓(30)의 깊이를 5 ~ 10㎛로 형성함으로써 적은 양의 오일을 공급할 수 있도록 하였다.

상기와 같이 오일 포켓(30)을 형성함으로써 피스톤 속도가 상대적으로 낮은 A, C 구간에서는 호닝 형상의 영향도를 최대한 높게 하고, 피스톤 속도가 상대적으로 빠른 B 구간에서는 장력의 영향도가 상대적으로 적어 호닝 형상을 다르게 함으로써 오일 소모를 최소화함과 동시에 마찰 손실을 줄일 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 실시예에서는 구간별로 차별화된 형상을 레이저 호닝 기법을 적용하여 연비를 향상시킬 수 있다.

10: 실린더 블록 20: 실린더 보어
21: 실린더 보어 내면 30: 포켓
30a: 포켓 30b: 포켓
40: 피스톤 링 51: 오일

Claims (5)

1. 다수의 오일 포켓이 형성되어 있어 오일을 공급함에 의해 피스톤 링이 원활하게 이동할 수 있도록 하는 원통형의 실린더 보어에 있어서,
   상기 실린더 보어의 내주면에는 피스톤과 접촉하는 전 구간에 오일 포켓이 형성되어 있고, 상기 오일 포켓은 스트로크 구간별로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일 포켓은 피스톤 속도에 따라 스트로크 구간별로 형상을 달리하는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어.
3. 제2항에 있어서,
   상기 오일 포켓은 스트로크 속도가 빠른 부분에는 오일 포켓의 길이를 더욱 작게 하고, 오일 포켓의 깊이를 얇게 형성하며, 스트로크 속도가 느린 부분에는 오일 포켓의 길이를 더욱 길게 하고, 오일 포켓의 깊이를 깊게 형성하는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어.
4. 제2항 또는 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 오일 포켓의 형상은 상사점과 하사점 근처에서는 동일한 형상을 가지며, 그 중간부와는 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어.
5. 제1항 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 오일 포켓은 레이저 호닝 기법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 포켓이 형성된 실린더 보어.

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