KR20190049202A - 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤링의 거동 안정성과 함께 윤활성능을 확보하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 피스톤헤드에 형성되어, 피스톤링이 끼워지는 링그루브; 상기 링그루브 사이에 형성되어 피스톤링을 지지하는 랜드부;를 포함하고, 상기 랜드부는, 외주면이 피스톤헤드의 축방향과 나란하게 형성된 베이스랜드부와, 외주면이 상기 베이스랜드부의 외주면보다 피스톤헤드의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성된 확장랜드부를 포함하여 구성하되, 상기 베이스랜드부와 확장랜드부가 피스톤헤드의 원주방향을 따라 교번하여 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤이 소개된다.

Description

피스톤{PISTON}

본 발명은 피스톤링의 거동 안정성과 함께 윤활성능을 확보하는 피스톤에 관한 것이다.

피스톤은 내연기관의 사이클 행정시, 실린더 내에서 왕복운동을 하면서 연소실과 크랭크실 사이의 기밀을 유지하는 역할을 한다.

이러한, 피스톤의 구조를 간단하게 살펴보면, 피스톤헤드에 다수의 링그루브가 원주 방향을 따라 형성되고, 상기 링그루브에는 피스톤링이 각각 끼워진다.

이때에, 상기 피스톤링은 실린더 벽면에 있는 오일이 연소실에 들어가지 못하도록 긁어내리는 오일링과, 연소 가스가 누설되지 못하게 하는 압축링을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 링그루브 사이에는 랜드부가 형성됨으로써, 상기 피스톤링이 랜드부에 안착 및 지지되면서 피스톤의 왕복운동이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 상기 랜드부와 실린더보어의 내벽면 사이에는 오일에 의한 유막이 형성되어 피스톤의 왕복운동에 따른 마찰 및 마모를 저감하게 된다.

이때에, 오일의 유량을 일정범위 내에서 증대시키는 경우, 마찰 저감 성능을 높일 수 있는 효과가 있지만, 단순히 오일 유량 증대를 위해 랜드부와 실린더보어 사이의 거리를 증대시키는 경우, 피스톤링의 거동이 불량해지거나 기밀유지가 어려운 또 다른 문제가 발생할 수 있게 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2016-0086769 A

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 피스톤링의 거동 안정성과 함께 윤활성능을 확보하는 피스톤을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 피스톤헤드에 형성되어, 피스톤링이 끼워지는 링그루브; 상기 링그루브 사이에 형성되어 피스톤링을 지지하는 랜드부;를 포함하고, 상기 랜드부는, 외주면이 피스톤헤드의 축방향과 나란하게 형성된 베이스랜드부와, 외주면이 상기 베이스랜드부의 외주면보다 피스톤헤드의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성된 확장랜드부를 포함하여 구성하되, 상기 베이스랜드부와 확장랜드부가 피스톤헤드의 원주방향을 따라 교번하여 형성될 수 있다.

상기 확장랜드부는, 외주면 상단 일부에 형성된 함몰부가 상기 베이스랜드부보다 피스톤헤드의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성되고, 나머지 외주면 하단 일부에 형성된 돌출부가 상기 베이스랜드부보다 피스톤헤드의 바깥쪽 반경방향을 향해 더 돌출된 형상으로 형성될 수 있다.

상기 피스톤헤드의 최하단 랜드부 하부에는 외주면을 감싸는 형상의 스커트부가 원주방향을 따라 부분적으로 형성되고; 상기 확장랜드부는 상기 스커트부의 원주방향에 대응하는 구간에 형성되며; 상기 베이스랜드부는 상기 스커트부를 제외한 나머지 비스커트부의 원주방향에 대응하는 구간에 형성될 수 있다.

상기 확장랜드부 및 베이스랜드부는 최하단 피스톤링의 상면을 지지하는 랜드부에 형성될 수 있다.

상기 함몰부의 외주면 끝단에서 돌출부의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 피스톤링의 폭방향 길이의 70% 이하의 길이로 형성될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 하나의 랜드부에 오일 유량을 증대 가능한 구조의 확장랜드부와, 피스톤링의 안착면 면적을 유지하는 베이스랜드부를 함께 형성함으로써, 피스톤링의 안착면 면적을 안정적으로 확보하여 피스톤링의 거동 안정성 및 조립성을 개선하면서도, 링그루브 외측으로 드레인되어 수용되는 오일유량을 증대시켜 피스톤링의 마찰 및 마모 현상을 저감하는 효과가 있다.

더불어, 돌출부 구조에 의해 하단 피스톤링(오일링)의 지지면적이 증대됨으로써, 피스톤링을 통해 크랭크실을 향해 끌어내리는 오일량이 증대되는바, 오일소모량을 개선할 수 있고, 또한 랜드부의 축소되는 반경 길이만큼 피스톤의 중량이 저감되어 연비 및 원가 절감에 유리한 장점이 있다.

뿐만 아니라, 함몰부 구조에 의해 피스톤링(2nd 압축링) 하단의 랜드부와 실린더보어 사이의 간극이 그 상단의 간극보다 더 커지게 됨으로써, 2nd 압축링 상단 간극에서 하단의 간극으로 내려오는 연소가스가 더 수월하게 내려오게 되고, 이에 2nd 압축링 하단에서의 압력해소 효율이 증대되어 피스톤 운동에 대한 안정성을 증대시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 피스톤헤드의 형상을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스커트부와 비스커트부 구간을 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 확장랜드부가 형성된 스커트부 측의 구조를 설명하기 위한 X-X'선의 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 확장랜드부가 형성되지 않은 비스커트부 측의 구조를 설명하기 위한 Y-Y'선의 개략 단면도.
도 5는 도 3과 도 4에 도시된 스커트부 측 및 비스커트부 측의 랜드부 구조를 비교하여 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 피스톤은, 링그루브(20)와, 랜드부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 링그루브(20)는 피스톤헤드(10)에 형성되어, 피스톤링(60)이 끼워질 수 있다.

그리고, 랜드부(30)는 상기 링그루브(20) 사이에 형성되어 피스톤링(60)을 지지하도록 구성될 수 있다.

특히, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 랜드부(30)는, 그 외주면이 피스톤헤드(10)의 축방향과 나란하게 형성된 베이스랜드부(31)와, 외주면이 상기 베이스랜드부(31)의 외주면보다 피스톤헤드(10)의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성된 확장랜드부(32)를 포함하여 구성할 수 있는데, 이때에 상기 베이스랜드부(31)와 확장랜드부(32)가 피스톤헤드(10)의 원주방향을 따라 교번하여 형성될 수 있다.

조금 더 구체적으로, 상기 확장랜드부(32)는, 외주면 상단 일부에 형성된 함몰부(32a)가 상기 베이스랜드부(31)보다 피스톤헤드(10)의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성되고, 나머지 외주면 하단 일부에 형성된 돌출부(32b)가 상기 베이스랜드부(31)보다 피스톤헤드(10)의 바깥쪽 반경방향을 향해 더 돌출된 형상으로 형성될 수 있다. 이때에, 상기 함몰부(32a)와 돌출부(32b)가 이어지는 부분은 챔퍼 형상으로 가공 형성될 수 있다.

예컨대, 랜드부(30)와 실린더보어(70) 내벽면 사이의 오일량을 증대시키기 위해 피스톤헤드(10)의 원주방향을 따라 랜드부(30)의 내경을 전체적으로 축소하는 구조를 생각해 볼수도 있지만, 이 경우 피스톤링(2nd 압축링, 60)이 안착되는 랜드부(30)의 안착면이 과도하게 축소됨으로써, 피스톤링(60)의 거동이 불량해져 안정성이 크게 떨어지는 문제가 있고, 피스톤링(60)의 조립성이 악화될 수 있다.

이에, 본 발명에서는 도 3 내지 도 5와 같이, 피스톤헤드(10)의 원주방향을 따라, 피스톤링(2nd 압축링, 60)의 안착면 너비가 축소되기는 하지만 상대적으로 오일 유량을 증대시키는 구조의 확장랜드부(32)와, 피스톤링(60)의 안착면 면적을 일정 부분 유지하는 베이스랜드부(31)가 연속적으로 이어지도록 형성함으로써, 피스톤링(2nd 압축링, 60)의 안착면 면적을 안정적으로 확보하여 피스톤링(60)의 거동 안정성 및 조립성을 개선하게 된다.

더욱이, 돌출부(32b) 구조에 의해 하단 피스톤링(오일링, 60)의 지지면적이 증대됨으로써, 피스톤링(60)을 통해 크랭크실을 향해 끌어내리는 오일량이 증대되는바, 오일소모량을 개선할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 함몰부(32a) 구조에 의해 피스톤링(2nd 압축링, 60) 하단의 랜드부(30)와 실린더보어(70) 사이의 간극이 그 상단의 간극보다 더 커지게 됨으로써, 상기 2nd 압축링 상단 간극에서 하단의 간극으로 내려오는 연소가스가 더 수월하게 내려오게 되고, 이에 2nd 압축링 하단에서의 압력해소 효율이 증대되어 피스톤 운동에 대한 안정성을 증대시키게 된다.

또한, 링그루브(20) 외측으로 드레인되어 수용되는 오일유량이 증대됨으로써, 피스톤 왕복 운동에 의한 피스톤링(60)의 마찰 및 마모 현상이 저감되고, 더불어 랜드부(30)의 축소되는 반경 길이만큼 피스톤의 중량이 저감되어 연비 및 원가 절감에 유리한 장점도 있다.

아울러, 도 1 및 도 2와 같이, 본 발명의 상기 피스톤헤드(10)의 최하단 랜드부(30) 하부에는 상기 피스톤헤드(10)의 외주면을 감싸는 형상의 스커트부(40)가 원주방향을 따라 부분적으로 형성되고, 상기 스커트부(40)를 제외한 나머지 원주방향에는 스커트부(40)가 형성되지 않은 비스커트부(50)가 조성될 수 있다.

이에, 상기 확장랜드부(32)는 상기 스커트부(40)의 원주방향에 대응하는 구간에 형성될 수 있고, 상기 베이스랜드부(31)는 상기 스커트부(40)를 제외한 나머지 비스커트부(50)의 원주방향에 대응하는 구간에 형성될 수 있다.

더불어, 본 발명의 상기 확장랜드부(32) 및 베이스랜드부(31)는 최하단 피스톤링(60)의 상면을 지지하는 랜드부(30)에 형성될 수 있다.

예컨대, 3개의 피스톤링(60)이 장착되는 경우, 2개의 압축링과 1개의 오일링이 체결될 수 있는데, 최하단의 오일링 상면을 지지하는 랜드부(30)에 확장랜드부(32)와 베이스랜드부(31)가 형성될 수 있다.

즉, 스커트부(40)가 형성된 구간에 확장랜드부(32)가 형성됨으로써, 스커트부(40)와 실린더보어(70) 사이에 오일 유량(유막)을 증대시키게 되는바, 스커트부(40)의 윤활성능이 개선된다.

한편, 본 발명은 상기 함몰부(32a)의 외주면 끝단에서 돌출부(32b)의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 피스톤링(60)의 폭방향 길이의 70% 이하의 길이로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 스커트부(40)가 형성된 구간에서, 피스톤링(60)(압축링)이 안착되는 링그루브(20)의 내측 단부로부터 함몰부(32a)의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 A이고, 함몰부(32a)의 외주면 끝단에서 돌출부(32b)의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 B인 경우, (A)+(B)는 피스톤링(60) 폭방향 길이의 근사값이 될 수 있다.

(A)+(B) ≒ 피스톤링의 폭방향 길이

이에, A의 길이를 피스톤링(60) 폭방향 길이의 약 30%의 길이로 형성하면, B의 길이가 피스톤링 폭방향 길이의 약 70%의 길이로 형성되는바, 스커트부(40)가 형성된 구간의 랜드부(30)와 실린더보어(70) 내면 사이에 오일 유량을 증대시킬 수 있게 된다.

반면, 스커트부(40)가 형성되지 않은 비스커트부(50)의 경우, 스커트부(40)에 비해 랜드부(30)와 실린더보어(70) 내면 사이의 공간이 좁게 형성된다.

예컨대, 도 4를 참조하면, 피스톤링(압축링)이 안착되는 링그루브(20)의 내측 단부로부터 안착면의 외측 끝단까지의 반경방향 길이가 a이고, 안착면 외측 끝단에서 랜드부(30)의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 b인 경우, 이 역시 (a)+(b)는 피스톤링 폭방향 길이의 근사값이 될 수 있다.

(a)+(b) ≒ 피스톤링의 폭방향 길이

다만, 비스커트부(50)의 구간에서는 a의 길이를 피스톤링 폭방향 길이의 약 50%의 길이로 형성함으로써, b의 길이가 피스톤링 폭방향 길이의 약 50%의 길이로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 하나의 랜드부(30)에 오일 유량을 증대 가능한 구조의 확장랜드부(32)와, 피스톤링(60)의 안착면 면적을 유지하는 베이스랜드부(31)를 함께 형성함으로써, 피스톤링(60)의 안착면 면적을 안정적으로 확보하여 피스톤링(60)의 거동 안정성 및 조립성을 개선하면서도, 링그루브(20) 외측으로 드레인되어 수용되는 오일유량을 증대시켜 피스톤링(60)의 마찰 및 마모 현상을 저감하게 된다.

더불어, 돌출부(32b) 구조에 의해 하단 피스톤링(60)(오일링)의 지지면적이 증대됨으로써, 피스톤링(60)을 통해 크랭크실을 향해 끌어내리는 오일량이 증대되는바, 오일소모량을 개선할 수 있고, 또한 랜드부(30)의 축소되는 반경 길이만큼 피스톤의 중량이 저감되어 연비 및 원가 절감에 유리한 장점이 있다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 피스톤헤드 20 : 링그루브
30 : 랜드부 31 : 베이스랜드부
32 : 확장랜드부 32a : 함몰부
32b : 돌출부 40 : 스커트부
50 : 비스커트부 60 : 피스톤링
70 : 실린더보어

Claims (5)

1. 피스톤헤드에 형성되어, 피스톤링이 끼워지는 링그루브;
   상기 링그루브 사이에 형성되어 피스톤링을 지지하는 랜드부;를 포함하고,
   상기 랜드부는,
   외주면이 피스톤헤드의 축방향과 나란하게 형성된 베이스랜드부와, 외주면이 상기 베이스랜드부의 외주면보다 피스톤헤드의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성된 확장랜드부를 포함하여 구성하되, 상기 베이스랜드부와 확장랜드부가 피스톤헤드의 원주방향을 따라 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 확장랜드부는,
   외주면 상단 일부에 형성된 함몰부가 상기 베이스랜드부보다 피스톤헤드의 안쪽 반경방향을 향해 더 함몰된 형상으로 형성되고, 나머지 외주면 하단 일부에 형성된 돌출부가 상기 베이스랜드부보다 피스톤헤드의 바깥쪽 반경방향을 향해 더 돌출된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 피스톤헤드의 최하단 랜드부 하부에는 외주면을 감싸는 형상의 스커트부가 원주방향을 따라 부분적으로 형성되고;
   상기 확장랜드부는 상기 스커트부의 원주방향에 대응하는 구간에 형성되며;
   상기 베이스랜드부는 상기 스커트부를 제외한 나머지 비스커트부의 원주방향에 대응하는 구간에 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 확장랜드부 및 베이스랜드부는 최하단 피스톤링의 상면을 지지하는 랜드부에 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 함몰부의 외주면 끝단에서 돌출부의 외주면 끝단까지의 반경방향 길이가 피스톤링의 폭방향 길이의 70% 이하의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤.

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