KR20020058104A - 일체형 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 피스톤에 관한 것으로서, 피스톤 링이 링 그루브에 장착되는 것을 배제하는 대신에 링 그루브를 양각으로 가공함으로써, 별도의 피스톤 링 없이도 연소실내 연소압의 기밀을 유지할 수 있도록 한 일체형 피스톤을 제공하고자 한 것이다.

이에, 피스톤 링을 마련하기 위한 비용이 줄게 되고, 피스톤의 질량을 저감하여 피스톤의 경량화를 실현할 수 있으며, 피스톤 링의 링갭을 형성할 필요가 없을 뿐만 아니라, 실린더로 전달되는 열을 더욱 효과적으로 전달 시킬 수 있기 때문에 링 그루브의 마모 발생도 억제할 수 있어 연소실내 연소압의 기밀 유지를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

Description

일체형 피스톤{Integrated piston}

본 발명은 일체형 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 링 그루브에 장착되는 피스톤 링을 배제하는 대신에 링 그루브를 양각으로 가공함으로써, 별도의 피스톤 링을 필요로 하지 않으면서도 연소실내 연소압의 기밀을 유지할 수 있도록 한 일체형 피스톤에 관한 것이다.

통상적으로, 피스톤은 실린더 내를 왕복하면서 고온과 고압의 가스를 받아 커넥팅 로드를 거쳐서 크랭크 축에 회전력을 주는 역할을 하는 바, 상기 피스톤에 대한 설명을 도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이 피스톤(10)의 상부에는 피스톤 헤드(12)가 형성되어 있고, 그 하측으로 피스톤 링이 장착되는 링 그루브(16b)가 형성되어 있으며, 상기 링 그루브(16b) 사이에는 랜드(14)가 형성되어 있다.

상기 링 그루브(16b) 중 최하단에 있는 링 그루브(16b)에는 과잉의 오일을 피스톤 내로 빠져나가게 하기 위한 배유구(22)가 형성되어 있다.

또한, 상기 피스톤(10) 하측의 일면에는 커넥팅 로드와 연결되도록 피스톤 핀과 결합되는 피스톤 보스(24)가 형성되어 있다.

상기 링 그루브(16b)는 피스톤 링을 장착하기 위해서 일반적으로 음각으로 가공하게 되고, 상기 피스톤 링은 도 3에 도시한 바와 같이 통상 탑 링(top ring)(18a)과 세컨드 링(second ring)(18b), 그리고 오일 링(oil ring)(18c)의 3개의 피스톤 링(18)으로 구성되어 있는데, 그 재질은 주로 조직이 미세한 특수 주철로 되어 있다.

상기 탑 링(18a)과 세컨드 링(18b)을 통상 압축 링이라고 하는데, 상기 압축링(18a,18b)은 압축행정과 팽창행정시 연소실의 기밀을 유지하고, 팽창행정시 가스가 누설되는 것을 방지함과 동시에 피스톤이 받은 열의 대부분을 실리더 벽에 전달하는 역할을 하며, 각각 탑 그루브와 세컨드 그루브에 장착된다.

그리고, 상기 오일 링(18c)은 실린더(26) 내벽에 뿌려진 오일을 긁어내려 필요한 최소한의 유막을 만듬과 동시에 남은 오일이 연소실로 침입해서 올라가는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 배유구(22)가 형성된 링 그루브(16b)에 장착된다.

또한, 상기 피스톤 링(18)에는 일면이 개방된 부분, 즉 링갭(ring gap)(20)이 형성되어 있어 상기 링갭(20)에 의해 피스톤 링(18)이 벌려지면서 링 그루브(16b)에 장착된다.

이에, 상기 피스톤 링(18)이 장착된 피스톤(10)은 실린더(26) 내를 상하로 왕복 운동 하는 동시에, 실린더(26) 내벽과의 밀착으로 연소실의 연소압의 기밀을 유지할 수 있으며, 동시에 실린더(26) 내부 벽면을 윤활하는 오일을 연소실 내에 침입시키지 않게 된다.

그러나, 종래에는 상기와 같이 피스톤(10)의 링 그루브(16b)에 별도의 피스톤 링(18)을 장착하게 되어 그에 따른 공정이 추가되고, 피스톤 링(18)을 따로 마련하기 위한 추가 비용이 들게 되어 비용 상승의 원인이 된다.

또한, 상기 피스톤(10)의 재질은 통상 알루미늄 합금인데 반하여, 상기 피스톤 링(18)은 특수 주철로 되어 있어 피스톤(10)의 무게가 무거워지게 되고, 상기 피스톤 링(18)에는 링갭(20)이 형성되어 있어 연소실의 기밀을 완전히 유지하기에는 한계가 있게 된다.

더욱이, 상기 피스톤(10)의 재질이 알루미늄인데 반하여 상기 피스톤 링(18)의 재질은 주철로서 열전달 효율이 알루미늄에 비하여 낮기 때문에 피스톤(10)으로부터 피스톤 링(18)이 받은 열을 실린더(26)에 전달하는 효과가 낮아지게 되고, 그에 따라 상기 피스톤 링(18)의 마모 발생을 유발시켜 마모 현상이 조기에 발생되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 단점을 감안하여 안출한 것으로서, 링 그루브를 양각으로 가공하여 이것이 피스톤 링의 역할을 하게 됨으로써, 상기 피스톤 링 없이도 연소실내 연소압의 기밀을 유지할 수 있는 일체형 피스톤을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

그에 따라, 피스톤 링을 장착하는 공정을 생략하여 비용을 절감할 수 있고, 링갭이 필요치 않게 되며, 피스톤의 경량화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 피스톤 링의 마모 발생을 극소화 할 수 있는 부가적인 효과도 얻게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 피스톤을 나타내는 정면도.

도 2는 종래에 피스톤을 나타내는 정면도.

도 3은 종래에 피스톤 링이 장착된 피스톤이 실린더 내에 삽입된 상태를 나타내는 내부 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 피스톤 12 : 피스톤 헤드

14 : 랜드 16a,16b : 링 그루브(ring groove)

18 : 피스톤 링 18a : 탑 링(top ring)

18b : 세컨드 링(second ring) 18c : 오일 링(oil ring)

20 : 링갭(ring gap) 22 : 배유구

24 : 피스톤 보스 26 : 실린더

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 하나 이상의 압축링(18a,18b)과 오일링(18c)으로 이루어진 피스톤 링(18)이 장착되는 링 그루브(16)를 포함하는 피스톤(10)에 있어서, 상기 링 그루브(16a)를 양각으로 가공하여 실린더(26) 내벽에 상기 링 그루브(16a)가 밀착될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

여기서 본 발명을 실시예로서, 첨부한 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 피스톤 구조를 나타낸 정면도로서, 피스톤 헤드(12)의 하측에는 링 그루브(16a)가 형성되는데, 상기 링 그루브(16a)는 본 발명에 따라 양각으로 가공하게 된다.

양각으로 가공된 상기 링 그루브(16a)는 그 사이에 있는 랜드(14)보다 외측으로 돌출된 형상을 갖게 되고, 이에 상기 링 그루브(16a)의 돌출된 부분은 실린더(26)의 내벽에 밀착되어 피스톤 링(18)의 역할, 즉 압축 링(18a,18b)과 오일 링(18c)의 역할을 할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 링 그루브(16a)를 가공하면 링갭(20)이 필요치 않게 되어, 링 그루브(16a)의 돌출된 면과 실린더(26)의 내벽간에 간극이 없기 때문에, 연소압의 기밀 유지가 더욱 효과적으로 이루어 질 수 있게 된다.

한편, 상기 링 그루브(16a)의 재질은 상기 피스톤(10)의 재질과 마찬가지로 알루미늄 합금이기 때문에, 열을 실린더로 쉽게 전달할 수 있어 상기 링 그루브(16a)의 마모 발생을 억제시켜 마모량을 극소화 할 수 있다.

또한, 상기 링 그루브는 종래의 피스톤 링(18)의 재료인 주철보다 가벼워 피스톤(10)의 중량이 저감되기 때문에, 피스톤(10)의 왕복 운동시 크랭크 샤프트의 균형추의 중량도 저감할 수 있게 된다.

게다가, 별도의 피스톤 링(18)을 구비하지 않아도 되므로 상기 피스톤 링(18)을 링 그루브(16a)에 장착시키기 위한 공정 자체가 필요치 않게 되며, 그에 따른 비용 절감을 가져올 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 피스톤에 의하면 링 그루브를 양각으로 가공하여 피스톤 링의 역할을 하게 함으로써, 링갭을 형성할 필요가 없어 연소실내의 연소압의 기밀 유지를 향상시킬 수 있고, 열전달 효율이 높아져서 마모 발생을 억제할 수 있으며, 별도의 피스톤 링을 마련할 필요가 없어 피스톤 링을 링 그루브에 장착하는 공정 자체가 생략될 수 있어, 그에 따라 비용이 절감되고 피스톤의 중량이 저감되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 적어도 하나 이상의 압축링과 오일링으로 이루어진 피스톤 링이 장착되는 링 그루브를 포함하는 피스톤에 있어서,

   상기 링 그루브를 양각으로 가공하여 실린더 내벽에 상기 링 그루브가 밀착될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 일체형 피스톤.