KR200342055Y1 - 왕복동식 피스톤 - Google Patents

Abstract

내연기관이나 공기 압축기의 피스톤 왕복 운동시에 공기 압력 차이와 피스톤 링과 실린더 내벽 및 링 홈간의 간극으로 인하여 크랭크실에 압력이 형성되어 윤활용 오일이 압축 공기와 함께 상부로 유출되는 문제가 있었다.

본 고안은 개량된 피스톤 링과 피스톤 링의 배치방법을 통하여 이러한 문제를 해결하도록 압축링, 키핑링 및 오일링을 구비하는 피스톤에 상부링과 하부링으로 구성되고 상하부링 사이에 탄성체가 설치되는 스프링 압축링을 설치하여 오일 유출을 감소하게 한 것을 특징으로 한다.

이러한 본 고안은 압축 공기와 함께 오일이 유출되는 것을 방지하고, 오일이 함유된 압축 공기의 사용으로 인한 다른 부품들, 특히 식품, 전자제품 또는 의료기기 등의 설비 및 제품의 오염이나 손상을 방지하며, 윤활용 오일의 소모를 줄이는 작용효과가 있다.

Description

왕복동식 피스톤{A piston for a reciprocol type compressor}

본 고안은 왕복동식 피스톤에 관한 것으로, 특히 압축링, 키핑링 및 오일링을 구비하되 압축링과 키핑링 사이에 상부링과 하부링으로 구성되고 그 상하부링 사이에 탄성체를 설치하여 링홈 등에 대해 더욱 탄력적으로 밀착되게 한 피스톤 압축링을 구비한 왕복동식 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 공기 압축기는 산업현장에서 많이 사용되는 압축기로 압축 효율이 좋고 압력과 유량의 특성이 안정되며 가격이 저렴한 장점들이 있다.

그러나, 왕복동식 공기 압축기는 피스톤 왕복 운동시에 공기 압력 차이와 피스톤 링과 실린더 내벽 및 링 홈간의 간극으로 인하여 윤활용 오일이 압축 공기와 함께 외부로 유출이 된다. 압축 공기와 함께 유출된 오일은 에어 청소 시 다른 부품들을 오염시키거나 손상시키며 또한 윤활용 오일이 빨리 소모되며, 또한 청결한 압축 공기를 사용하는 곳에서는 치명적인 결과를 초래하는 단점이 있다.

도1은 종래의 왕복동식 피스톤을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 피스톤은 복수의 피스톤 링들이 소정 간격으로 설치되어 공기압과 오일의 누출을 방지하도록 되어 있다. 피스톤 상부에는 압축링(10)이 설치되어 공기 압축시 발생하는 압력의 80%정도를 차단한다. 상기 압축링(10) 아래쪽으로 코일 스프링(21)이 구비되는 오일 공기 키핑링(oil-Air keeping ring; 이하 "키핑링"이라 칭한다)(20)이 설치된다. 상기 코일 스프링(21)으로 인하여 키핑링(20)과 실린더 라이너간에 간극이 줄고 따라서 공기압의 통과가 최대한 억제된다. 상기 키피링(20) 하부에 형성된 경사 통로(22)는 상기 키핑링(20)에 의하여 모아진 오일을 피스톤 내부로 배출한다. 상기 키핑링(20) 아래쪽에는 오일의 누출을 차단하도록 상부 돌기(31)와 하부 돌기 (32)가 돌출 형성되고 관통홀 (33)이 형성된 오일링(30)이 설치된다. 피스톤 상하 운동시에 상하부 돌기(31,32)에 의하여 실린더 라이너에 잔류하는 오일이 관통홀 (33)로 배출된다.

그러나, 이러한 피스톤 링의 배열에도 불구하고 피스톤 링과 링홈간의 기밀이 완벽하지 못하므로 링홈에 잔류하는 오일이 피스톤 상하 운동시에 피스톤 상부의 공기 압축실로 이동하여 압축 공기와 섞이게 된다.

그 원인을 살펴보면, 피스톤이 하사점에 도달했을때, 이때는 피스톤의 운동이 순간적으로 정지 상태가 되고 링홈과 피스톤 링 사이에서 통로가 열리게 되는데, 이때 크랭크실의 압력이 피스톤 상부의 공간, 즉 압축실의 압력보다 높으므로 실린더 라이너 내벽에 붙어 있던 오일이 도2에 도시한 바와 같이 외부, 즉 피스톤 상부로 빠져나가게 된다.

이와 반대로, 피스톤이 상사점으로 진행시 압력은 상기와 반대가 되고, 이때 압축 공기의 누기(漏氣)로 인하여 크랭크실의 압력이 높아지게 되는데, 이는 피스톤의 하강 작동시 오일 유출을 촉진시키게 한다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 압축링, 키핑링 및 오일링을 구비하되 압축링과 키핑링 사이에 상부링과 하부링으로 구성되고 그 상하부링 사이에 탄성체를 설치하여 피스톤이 상·하사점에 도달시 항상 피스톤 링과 피스톤의 홈의 상하 접촉면에 순간적인 통로 열림을 방지할 수 있게 한 피스톤 압축링을 구비한 왕복동식 피스톤을 제공하는데 있다.

도1은 종래의 왕복동식 피스톤을 나타낸 도면,

도2는 종래의 왕복동식 피스톤에서 피스톤의 상사점 또는 하사점에서의 통로 열림 상태를 나타낸 도면,

도3은 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤을 나타낸 부분 확대 도면,

도4는 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤에서 피스톤 압축링을 나타낸 도면,

도5는 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤에서 피스톤 압축링에 개재되는 탄성체를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100: 압축링 200: 스프링 압축링

201: 상부링 202: 하부링

203: 탄성체 300: 키핑링

400: 오일링

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 왕복동식 피스톤은 피스톤 상부에 공기압 누출을 방지하는 압축링이 설치되고 이 압축링 하부에 공기압 누출과 오일 누출을 방지하는 키핑링이 설치되며 이 키핑링 하부에는 오일 누출을 방지하는 오일링이 설치된 왕복동식 피스톤에 있어서, 상기 압축링과 상기 키핑링 사이에 설치되며 상부링과 하부링으로 구성되며 이 상하부링 사이에 탄성체를 설치하여 된 스프링 압축링을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구조에서, 상기 탄성체는 상하부링과 일정한 접촉 압력을 갖도록 단면이 S자 형상인 환형 스프링인 것이 바람직하다.

또, 상기 스프링 압축링의 상하부링은 "L"자 형상이며 서로 마주 보도록 설치됨이 바람직하다.

이하, 본 고안의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤을 나타낸 부분 확대 도면, 도4는 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤에서 피스톤 압축링을 나타낸 도면, 도5는 본 고안에 따른 왕복동식 피스톤에서 피스톤 압축링에 개재되는 탄성체를 나타낸 도면이다.

도3은 상부링(201)과 하부링(202)으로 구성되고 상하부링(201,202) 사이에 탄성체(203)가 설치되어 링홈과 실린더 내벽에 더욱 밀착되는 스프링 압축링(200)이 구비된 실시예를 도시하고 있다.

피스톤 상부에 설치되는 압축링(100)에 의하여 압축력의 80%~90%가 차단되고 압축링(100)의 외주면에 형성된 홈은 압축링(100)과 실린더 라이너가 흡착되는 것을 방지한다. 상기 압축링(100)에서 흡수되지 못한 압축력은 스프링 압축링(200)에 의해서 흡수된다. 스프링 압축링(200)은 상기 상하부링(201,202) 사이에 탄성체 (203)가 설치되므로 상하부링(210,220)과 링홈 사이가 항상 접촉하도록 되며, 피스톤의 하사점에서 생기는 오일 통로 생성 및 크랭크실 압력 차이로 인한 오일의 상승을 방지할 수 있다.

또한, 상하부링(201,202)과 링홈이 긴밀한 접촉을 유지하여 공기압을 차단하므로 크랭크실의 압력 상승을 차단한다.

스프링 압축링(200)은 도4에 도시된 바와 같이 "L" 자형의 상부링(201)과 하부링(202)이 서로 마주 보도록 링홈에 설치된다. 상기 상하부링(201,202) 사이에는 S자형상의 스프링이 탄성체(203)로 사용되며 이 스프링은 상기 상하부링(201,202)을 상하방향으로 밀어내어 링홈과 상하부링(201,202)간의 완전한 접촉이 되도록 한다.

상기 탄성체(203)의 형상은 상하부링(201,202)과 링홈간의 접촉면적이 크면서도 고르게 되는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 스프링 압축링(200)의 구조가 도4에 상세히 도시되어 있다. 링홈의 높이(h)가 7~8mm인 경우 상하부링 (201,202)의 두께(t)는 약 2.5mm 정도이며, 상하부링(201,202)의 턱부위 두께(b)는 약 1.5~2.5mm이고, 상부링(201)과 하부링(202) 턱부위 사이의 간격(d)은 약 0.5~1 mm정도이다.

상하부링(201,202) 사이에 설치되는 탄성체(203)는 단면이 S자 형상이고 환형링 구조의 스프링이 사용된다. 이 S형상 스프링은 상하부링(201,202)과 동일한 수의 접촉점을 갖고 있어서 탄성력이 고르게 전달된다. 실린더 라이너와 접하는 상하부링(201,202)의 외주면은 압축링(100)과 달리 홈이 형성되지 아니하여 상기 상하부링과 실린더 내벽간에 약간의 흡착이 발생한다. 이 현상으로 인하여 기밀성이 향상되는 효과가 발생한다.

또한, 본 고안의 왕복동식 피스톤에 따른 키핑링(300), 오일링(400)은 실린더 내벽에 묻어 있는 오일이 피스톤 상부의 압축실로의 유출을 차단하게 하며, 상기 스프링 압축링(200)의 구조에 의해서 상기 압축실로의 오일 유출을 더 효과적으로 차단하게 한다.

한편, 본 고안은 내연기관에도 사용되어 피스톤의 왕복운동 시 크랭크측 챔버에서 발생되는 내압에 의해 윤활용 오일이나 공기가 실린더의 연소실로 역류하거나 또는 피스톤의 내부로 연료가 유입되는 문제를 근본적으로 방지하여, 불완전 연소를 해소하게 한 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 공기 압축기에 있어서 압축 공기와 함께 오일이 유출되는 것을 방지하고 오일 유출로 인한 다른 부품들, 특히 식품, 전자제품 또는 의료기기 등의 설비 및 제품의 오염이나 손상을 방지하며, 공기 압축기의 윤활용 오일의 소모를 줄이게 한 작용효과가 있다.

Claims (3)

1. 피스톤 상부에 공기압 누출을 방지하는 압축링이 설치되고 이 압축링 하부에 공기압 누출과 오일 누출을 방지하는 키핑링이 설치되며 이 키핑링 하부에는 오일 누출을 방지하는 오일링이 설치된 왕복동식 피스톤에 있어서,

   상기 압축링과 상기 키핑링 사이에 설치되며 상부링과 하부링으로 구성되며 이 상하부링 사이에 탄성체를 설치하는 스프링 압축링을 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 피스톤.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성체는 상하부링과 일정한 접촉 압력을 갖도록 단면이 S자 형상인 환형 스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 피스톤.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스프링 압축링의 상하부링은 "L"자 형상이며 서로 마주 보도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 피스톤.