KR19980071704A - 내연 기관용 피스톤 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 링의 외주면에 홈을 제공할 필요없이 연소 가스의 적당한 누출이 보장되어 피스톤 링의 마모를 억제시키며, 그에 따라 피스톤 링의 수명이 개선되는 피스톤 링을 제공한다.

내연 기관용 피스톤 링(1)은 링(1)의 양 절취부에서 서로 맞물림된 볼록부(21) 및 오목부(22)로 이루어진 기밀형 맞물림 절취부(a gas-tight engaged cut area)(2)를 그 양 절취부에 구비하고 있으며, 피스톤 링의 하면(13) 또는 양 상하면(12, 13)에는 얕고 대략 등간격의 다수의 누출 홈(3)이 형성되고, 이 홈(3)은 피스톤 링의 외주면과 내주면을 서로 연통시킨다.

Description

내연 기관용 피스톤 링

본 발명은 내연 기관용 피스톤 링, 특히 선박 또는 다른 구조물용 등의 대형 내연 기관에 적합한 피스톤 링에 관한 것이다.

내연 기관의 피스톤에 장착하여 연소실내의 압력을 유지하기 위한 피스톤 링은 피스톤의 소정의 부분에 장착할 경우 그 내경을 일단 피스톤의 외경보다 커지도록 강제적으로 확대시켜야 하며, 피스톤의 링 홈에 장착된 후, 반경방향의 팽창에 의해 실린더의 내벽과 밀착하도록, 맞물림 절취부(engaged cut ares)라 불리우는 1개의 절취부를 포함한다. 그러나, 선박용 등의 대형 내연 기관에 사용되는 상부 링(top ring)과 같은 소위 압력 링(pressure ring)[이하, 단지 피스톤 링(piston ring)이라 함]의 경우, 피스톤 링의 맞물림 절취부가 단순히 절취부로서 반경방향으로 절단되었다면, 맞물림 절취부의 갭은 이를 통해 연소 가스가 통과하도록 하며, 이는 압력 저하 및 맞물림 절취부 주위에 열 부하가 집중되게 한다. 따라서, 이렇게 연소 가스가 통과하는 것을 방지하기 위해, 절취부를 피스톤의 축에 대해 경사지게 하거나, 절취부를 계단 형상으로 하는 것과 같은 각종 수단이 적용되었다. 예를 들면, 일본 공개 특허 공보 제 175850/1985 호에는 도 4에 도시된 종래 기술인 피스톤 링의 기밀 맞물림 절취부를 개시하고 있다.

도 4에 도시된 예의 맞물림 절취부(2)에 있어서, 링의 좌단면은 대향된 링의 우단면쪽으로 향한 볼록[또는 철(凸)]부(21)를 가지며, 상기 볼록부는 링의 두께보다 얇고 링의 폭보다 좁으며, 우단면은 대향된 오목[또는 요(凹)]부(22)를 가져서, 볼록부(21) 및 오목부(22)가 서로 겹쳐 이들 표면이 서로 맞물려 이들의 표면은 서로 중첩되며, 이는 양 단면이 보다 근접하게 하거나 또는 서로 떨어지게 할 수 있으며, 피스톤 링의 상면(12) 및 하면(13) 사이의 갭을 더 폐쇄하여 이를 통해 연소 가스가 통과하지 못하도록 한다. 도면에서 참조번호(e)는 피스톤의 링 홈의 외주연부를 나타낸다.

부수적으로, 기밀형 맞물림 절취부를 갖는 피스톤 링은 비교적 마모되기 쉽다는 단점이 있으며, 이의 마모성은 피스톤 링의 상면(연소실측)과 하면사이의 압력 차이에 따라 좌우됨을 알 수 있다. 따라서, 압력 차이를 줄이기 위한 수단으로는 피스톤 링의 외주면에는 피스톤 링의 상면으로부터 하면으로 연장하는 홈이 형성되어 고압 연소 가스가 적절한 양으로 이 홈을 통해 유동하도록 하는 것이 일본 공개 특허 공보 제 504739/1995 호에 기재되어 있다.

도 5에는 이러한 피스톤 링(1)의 평면도가 도시되어 있다. 도면에서 참조번호(2)는 도 4에 도시된 것과 유사한 것으로 볼록부(21) 및 오목부(22)를 갖는 기밀형 맞물림 절취부를 나타내며, 참조번호(9)는 누출 홈을 나타내는 것으로, 상기 누출 홈은 실시예로서 피스톤 링의 외주면상에 거의 등간격으로 이격된 4개의 위치에 형성되어 있다.

도 6은 피스톤 링(1)의 누출 홈(9) 및 그 주변부를 도시하는 부분 평면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 부분의 부분 측면도이다. 누출 홈(9)은 외주면(11)상에 형성되어 있으며, 피스톤 링(1)의 상면 및 하면에 대해 각도(α)(예를 들면, 45°)로 기울어져 있어서, 연소 가스가 상기 홈을 통해 통과할 때 피스톤 링(1)이 적절하게 회전하도록 하여, 그에 따라 피스톤 링(1)은 피스톤에 대해 이동되게 되어 국부적으로 과열되는 것을 방지하게 된다.

링의 마모량과, 링 아래에 배치된 다른 링에 대한 열 부하 등을 고려해서, 누출시키는 연소 가스량은 누출 홈(9)의 단면적 크기와 홈의 개수를 적절하게 결정하므로써 조절할 수 있다.

반면, 일본 공개 특허 공보 제 504739/1995 호 개시된 피스톤 링은 적절히 가스를 누출시켜 마모량을 효과적으로 감소시키는 점에 대해서 효과가 인정되었지만, 하기에 기술된 것과 같은 문제점이 있다.

1) 피스톤 링에 있어서, 마모량이 가장 큰 곳은 외주면이다. 그러나, 피스톤 링은 외주면상에 홈이 형성되어 있기 때문에, 마모를 고려해서 홈의 깊이가 더 켜져야 할 필요성이 있다. 이러한 것은 홈부가 피스톤 링의 강도에서 약한 곳이 되어 파손되는 결점을 갖는다.

2) 내마모성을 향상시키기 위해 크롬 도금, 용사(thermal spraying) 등의 적절한 표면 처리가 피스톤 링의 외주면상에 실시되는 것이 일반적이지만, 외주면상에 홈이 존재하는 것은 상기 표면 처리를 실시하는데 어려움을 줄뿐만 아니라, 홈주변부의 도금 층의 접착력의 저하를 초래한다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해소하고, 연소 가스의 적절한 누출을 도모하여 피스톤 링의 마모를 감소시키는 새로운 개선된 피스톤을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 피스톤 링의 양 절취부에 서로 맞물림된 볼록부 및 오목부를 구비한 기밀형 맞물림 절취부를 가진 내연 기관용 피스톤 링으로, 상기 피스톤 링의 하면에 피스톤 링의 외주면과 내주면을 서로 연통기키는 얇고 대략 등간격인 다수의 누출 홈이 형성된 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 그러한 피스톤 링은 피스톤 링에 방사상으로 형성된 누출 홈을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤 링의 실시예의 저면도,

도 2는 도 1의 A부를 나타내는 부분 정면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 있어서 피스톤 링 및 그 주변부를 도시하는 개략도,

도 4는 종래 기술의 피스톤 링의 기밀형 맞물림 절취부(a gas-tight engaged cut area)의 사시도,

도 5는 종래 기술의 피스톤 링의 평면도,

도 6은 종래 기술의 피스톤 링의 부분 평면도,

도 7은 종래 기술의 피스톤 링의 부분 정면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 링 2 : 기밀형 맞물림 절취부

3 : 누출 홈 12 : 피스톤 링의 상면

13 : 피스톤 링의 하면 C : 실린더

P : 피스톤

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 보다 자세히 상술한다.

도 1은 본 발명의 피스톤 링의 실시예로 아래에서 본 저면도이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 수평방향으로 외측에서 본 부분 정면도이다. 상기 도면에 있어서, 참조번호(1)는 피스톤 링이며, 참조번호(12)는 링의 상면이며, 참조번호(13)는 링의 하면이며, 참조번호(2)는 맞물림 절취부를 나타내며, 참조번호(3)는 링의 누출 홈이다. 즉, 도시된 실시예에 있어서, 피스톤 링(1)의 하면(13)에는 4개의 얇고 원주방향으로 거의 등간격으로 이격되었으며 반경방향으로 배향된 누출 홈(3)이 형성되어 있으며, 상기 누출 홈(3)은 링의 내주면과 외주면사이를 연통한다. 맞물림 절취부(2)는 도 1에 도시된 전술한 기밀형 맞물림 절취부와 동일하거나 또는 유사하다. 누출 홈(3)의 단면 형상 및 그 치수는 엔진 사양, 피스톤 링 및 피스톤상의 열 부하, 연료에 따라 좌우되는 연료 생성물의 양 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다. 도 1에 도시된 일 실시예에 있어서, 외경이 800㎜ , 반경방향의 두께가 25㎜, 축방향의 폭이 18㎜인 피스톤 링의 경우에 있어서, 누출 홈(3)의 원주방향 길이는 3㎜이고, 축방향 깊이는 2㎜이고, 홈의 하부에서의 반경은 1.5㎜이다.

피스톤 링(1)은 전술한 바와 같이 피스톤의 링 홈내에서 반경방향으로 팽창되기 쉽기 때문에, 링 홈의 하면과 피스톤 링의 내주면사이에 약간의 간극이 형성된다. 또한, 링 홈은 그 내에 피스톤 링의 축방향으로 약간의 간극을 갖는다. 따라서, 내연 기관의 각 연소 싸이클에 있어서, 특히 폭발 행정의 대부분의 순간에 있어서 피스톤 링은 하면이 링 홈의 하면으로 가압식으로 눌려져 링 홈의 상면에 갭이 발생한다.

도 3에 피스톤 링(1) 및 그의 주변부의 이러한 조건이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 참조번호(P)는 피스톤을 나타내며, 참조번호(C)는 실린더를 나타낸다. 연소 가스는 화살표로 도시된 것과 같이 피스톤 링(1)의 상면에서 링의 내주면과 링 홈의 하면사이의 갭을 거쳐 누출 홈(3)을 통해 피스톤 링(1)의 하면으로 누출된다. 즉, 연소 가스가 누출하는 기능에 대해, 본 발명의 피스톤 링은 전술한 일본 공개 특허 공보 제 504739/1995 호에 개시된 것과 같은 몇몇 기능을 한다. 반면, 본 발명에 따른 피스톤 링(1)은 그의 외주면이 아니라 하면에 누출 홈(3)을 구비하고 있기 때문에, 누출 홈은 피스톤 링의 강도 뿐만 아니라 피스톤 링의 외주면상에 가해진 도금, 용사(thermal spraying) 등과 같은 표면 처리에 악영향을 끼치지 않는다. 또한, 본 발명의 피스톤 링에 있어서, 피스톤 링(1)의 하면의 마모량은 외주면의 마모량보다 크지 않도록 추정할 수 있어서 누출 홈(3)의 단면적의 필요충분한 적용이 가능하며, 따라서 전술한 일본 공개 특허 공보 제 504739/1995 호에 개시된 피스톤 링과 관련한 모든 문제를 완전히 해결된다.

따라서, 전술한 이유로 인해, 누출 홈(3)을 피스톤 링(1)의 하면에 설치해도 올바로 작용하지만, 누출 홈(3)을 피스톤 링의 하면 및 상면상에 형성하는 것도 아무런 지장이 없으며, 더욱이 양 표면에 누출 홈(3)을 형성하는 것은 연소 가스용 통로가 링 홈내의 피스톤 링의 작동에 관계없이 항상 유지되도록 하기 때문에 보다 바람직하다. 또한, 연소 가스를 잘 균형을 맞춰 누출시키도록 하기 위해, 1개의 누출 홈이 아닌 적어도 2개의 누출 홈을 형성하는 것이 바람직하다. 다수의 누출 홈이 형성되는 경우, 맞물림 절취부의 위치를 고려하여 대략 등간격으로 이격된 간격을 가지고 누출 홈을 배치하는 것이 매우 바람직하다. 그렇지 않으면, 누출 홈을 반경방향에서 벗어나 기울어진 방향으로 배향시킨다.

본 발명이 자세히 상술되었지만, 본 명세서에 개시된 발명의 정신 및 개념을 벗어남이 없이 당업자에 의해 많은 변화 및 변형이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 연소 가스의 적절한 누출은 피스톤 링의 마모를 감소시켜 피스톤 링의 수명을 연장시키며, 그에 따라 내연 기관의 효과적인 작동을 가능하게 한다. 더욱이, 피스톤 링의 외주면상의 표면 처리를 용이하게 하고 표면 처리의 접착력의 저하를 방지하는 탁월한 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 피스톤 링의 양 절취부에 서로 맞물림된 볼록부(21) 및 오목부(22)를 구비한 기밀형 맞물림 절취부(a gas-tight engaged cut area)(2)를 가진 내연 기관용 피스톤 링에 있어서,

   상기 피스톤 링(1)의 하면(13)에 피스톤 링(1)의 외주면과 내주면을 서로 연통기키는 얇고 대략 등간격인 다수의 누출 홈(3)이 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
2. 피스톤 링의 양 절취부에 서로 맞물림된 볼록부(21) 및 오목부(22)를 구비한 기밀형 맞물림 절취부(2)를 가진 내연 기관용 피스톤 링에 있어서,

   상기 피스톤 링(1)의 양 상면(12) 및 하면(13)의 각각에 피스톤 링의 외주면과 내주면을 서로 연통시키는 얇고 대략 등간격인 다수의 누출 홈(3)이 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 링.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 각 누출 홈(3)이 피스톤 링(1)의 반경방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤 링.