KR20050062204A - Piston ring for vehicle - Google Patents

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장산익
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차용 피스톤 링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압의 연소압력에도 연소가스의 기밀 작용을 용이하게 수행할 수 있고, 링 홈과의 선접촉으로 인한 마모를 방지할 수 있도록 한 자동차용 피스톤 링에 관한 것이다.The present invention relates to a piston ring for an automobile, and more particularly, for an automobile that can easily perform a gas tight effect of combustion gas even at a high pressure combustion pressure, and prevent wear due to line contact with the ring groove. Relates to a piston ring.

이를 위해, 본 발명은 탑링의 외경면으로부터 중심방향으로 슬롯을 가공하고, 이 슬롯에 판스프링을 설치하여, 고압의 연소압이 탑링에 작용하여 상기 탑링이 틸팅되더라도, 상기 판스프링의 복원력에 의하여 상기 탑링의 저면과 링홈의 바닥면이 서로 면접촉을 하게 되어, 종래에 선접촉으로 인한 응력집중 현상을 방지하는 동시에 그로 인한 탑링의 마모를 방지할 수 있도록 한 자동차용 피스톤 링을 제공한다.To this end, the present invention processes the slot from the outer diameter surface of the top ring to the center direction, and install a leaf spring in the slot, even if the high pressure combustion pressure acts on the top ring, even if the top ring is tilted, by the restoring force of the leaf spring The bottom surface of the top ring and the bottom surface of the ring groove are brought into surface contact with each other, thereby providing a piston ring for an automobile which can prevent stress concentration due to line contact and prevent wear of the top ring.

Description

자동차용 피스톤 링{Piston ring for vehicle} Piston ring for automobiles {Piston ring for vehicle}

본 발명은 자동차용 피스톤 링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압의 연소압력에도 연소가스의 기밀 작용을 용이하게 수행할 수 있고, 링 홈과의 선접촉으로 인한 마모를 방지할 수 있도록 한 자동차용 피스톤 링에 관한 것이다.The present invention relates to a piston ring for an automobile, and more particularly, for an automobile that can easily perform a gas tight effect of combustion gas even at a high pressure combustion pressure, and prevent wear due to line contact with the ring groove. Relates to a piston ring.

통상적으로 엔진 실린더 블럭의 각 실린더를 상하로 왕복 운동하는 피스톤의 외경면에는 연소실과의 충분한 기밀을 유지하기 위하여 압축링이 삽입 장착되고, 또한 연소실로 오일이 침투하는 것을 방지하기 위하여 오일을 제거해주는 오일링이 삽입 장착된다.Typically, the outer diameter surface of the piston reciprocating up and down each cylinder of the engine cylinder block is fitted with a compression ring to maintain sufficient air tightness with the combustion chamber, and also removes oil to prevent oil from penetrating into the combustion chamber. The ring is inserted and mounted.

보다 상세하게는, 피스톤의 외경면에는 압축링 장착을 위한 링 홈과 그 아래쪽으로 오일링이 삽입 장착되는 오일링 홈이 형성되어 있고, 기밀을 유지하기 위하여 상기 링 홈에 설계에 따라 여러 형상으로 이루어진 압축링 및 오일링이 삽입 장착된다.More specifically, the outer diameter surface of the piston is formed with a ring groove for mounting the compression ring and an oil ring groove for inserting the oil ring beneath it, and formed in various shapes according to the design in the ring groove to maintain airtightness Compression ring and oil ring are inserted.

상기와 같은 압축링 및 오일링을 갖는 피스톤은 엔진의 구동과 함께 실린더블럭의 실린더 벽면을 따라 상하로 왕복 운동을 하게 되는데, 흡입행정/압축행정/팽창행정/배기행정의 순서로 직선 왕복 운동을 하게 된다.The piston having the compression ring and the oil ring as described above is to reciprocate up and down along the cylinder wall surface of the cylinder block with the driving of the engine, to perform a linear reciprocating motion in the order of suction stroke / compression stroke / expansion stroke / exhaust stroke. do.

이때, 상기 압축링은 연소가스의 기밀의 역할을 주로 하고, 팽창연소 행정시 연소실내에서 발생한 고온열을 피스톤으로부터 전달받아 열의 대부분을 실린더 벽면으로 방출하여 냉각 작용을 하며, 또한 실린더 벽면에 부착된 오일을 긁어내리는 역할도 하게 된다.At this time, the compression ring mainly serves as the airtightness of the combustion gas, and receives the high temperature heat generated in the combustion chamber during the expansion and combustion stroke from the piston to release most of the heat to the cylinder wall surface to cool the oil, and also attached to the cylinder wall surface It also serves to scrape off.

참고로, 상기 압축링중 가장 위쪽의 링 홈에 장착된 링은 탑링(top ring) 또는 제1링, 아래쪽 링 홈에 장착된 링은 바텀링(bottom ring) 또는 제2링이라 칭하기도 한다.For reference, the ring mounted in the uppermost ring groove of the compression ring may be referred to as a top ring or a first ring, and the ring mounted in the lower ring groove may be referred to as a bottom ring or a second ring.

여기서, 첨부도면을 참조로 종래의 피스톤 링과 그 장착상태에 따른 문제점을 설명하면 다음과 같다.Here, the problems according to the conventional piston ring and its mounting state with reference to the accompanying drawings as follows.

첨부한 도 4 및 도 5는 종래의 피스톤 링과 그 장착상태를 나타내는 단면도로서, 도 4은 연소압이 가해지지 않는 상태를, 도 5는 연소압이 가해지는 상태를 도시하고 있다.4 and 5 are cross-sectional views showing a conventional piston ring and its mounting state, FIG. 4 shows a state in which no combustion pressure is applied, and FIG. 5 shows a state in which the combustion pressure is applied.

종래의 탑링(10)은 점차 넓어지는 두께로 형성되고, 피스톤(18)의 링 홈(20)은 안쪽으로 좁어지는 형상으로 가공되어 있어, 링 홈(20)에 탑링(10)을 삽입 장착하게 되면 상기 탑링(10)의 안쪽단과 링 홈(20)의 안쪽면 사이에는 간극(틈새)이 형성된다.The conventional top ring 10 is formed to have a gradually wider thickness, and the ring groove 20 of the piston 18 is processed into a shape narrowing inward, so that the top ring 10 is inserted into the ring groove 20. When the gap between the inner end of the top ring 10 and the inner surface of the ring groove 20 is formed.

그러나, 이러한 구조를 갖는 종래의 피스톤은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional piston having such a structure has the following problems.

엔진 구동시 연소압이 상기 탑링에 작용하게 되면, 도 5에 도시한 바와 같이 하경사지듯이 틸팅(TILTING)되면서 연소가스의 기밀 작용을 하게 된다.When the combustion pressure acts on the top ring while driving the engine, as shown in FIG. 5, the combustion gas is tilted (tilting) as shown in FIG.

이때, 상기 탑링이 틸팅되면서 그 저면이 링 홈의 원주방향으로 선접촉을 하게 되는 바, 이러한 선접촉이 반복되면 첨부한 도 6은 탑링(10)의 저면에서 링 홈(20)과 선접촉되는 부위를 나타내는 저면도에서 보듯이, 탑링(10)의 저면(링 홈과의 선접촉부위)에 응력 집중이 발생되어 과도한 마모가 발생하게 된다. At this time, the top ring is tilted and its bottom surface is in line contact in the circumferential direction of the ring groove. If such line contact is repeated, FIG. 6 is in line contact with the ring groove 20 at the bottom of the top ring 10. As shown in the bottom view showing the portion, stress concentration is generated on the bottom surface (line contact portion with the ring groove) of the top ring 10, and excessive wear occurs.

특히, 향후 개발되는 디젤엔진의 경우 연소압력이 180BAR 이상을 요구하기 때문에 탑링에 대한 연소압력이 더 크게 작용하게 되어, 탑링의 저면(링 홈과의 선접촉부위)에 대한 마모가 더 크게 발생할 우려가 있다.In particular, in the case of diesel engines developed in the future, the combustion pressure for the top ring is greater because the combustion pressure requires more than 180 BAR, which may cause more wear on the bottom of the top ring (line contact with the ring groove). There is.

이렇게 탑링의 마모가 발생하게 되면 링 홈과 미끌림 현상(LINER SCUFFING)이 발생하면서 연소가스의 기밀 유지 기능이 저하되기 마련이고, 그로 인하여 과도한 블로바이 가스가 발생하게 되면, 이 블로바이 가스에 의하여 윤활유의 과도한 외부 유출이 발생하여 결국 엔진 출력의 저하를 일으키게 된다.When the wear of the top ring occurs, the ring groove and the sliding phenomenon occur, and the airtight holding function of the combustion gas is deteriorated. Therefore, when excessive blow-by gas is generated, the lubricating oil is caused by this blow-by gas. Excessive external leakage of the gas will occur, resulting in a decrease in engine power.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 자동차용 피스톤 링 즉, 탑링의 외경면으로부터 중심방향으로 슬롯을 가공하고, 이 슬롯에 판스프링을 설치하여, 고압의 연소압이 탑링에 작용하여 상기 탑링이 틸팅되더라도, 상기 판스프링의 복원력에 의하여 상기 탑링의 저면과 링홈의 바닥면이 서로 면접촉을 하게 되어, 종래에 선접촉으로 인한 응력집중 현상을 방지하는 동시에 그로 인한 탑링의 마모를 방지할 수 있도록 한 자동차용 피스톤 링을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been conceived in view of the above, and the slot is processed in the center direction from the outer diameter surface of the piston ring of the vehicle, that is, the top ring, and the plate spring is installed in the slot, so that the high pressure combustion pressure acts on the top ring. Even if the top ring is tilted, the bottom surface of the top ring and the bottom surface of the ring groove are brought into surface contact with each other by the restoring force of the leaf spring, thereby preventing stress concentration due to the line contact and preventing wear of the top ring. It is an object of the present invention to provide an automotive piston ring that can be prevented.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차용 피스톤 링에 있어서, 피스톤 링의 탑링의 외경면으로부터 그 중심방향으로 슬롯을 가공하고, 이 슬롯에 판스프링을 내설하여서 달성된 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 링을 제공한다.The present invention for achieving the above object is an automobile piston ring, which is achieved by machining a slot in the center direction from the outer diameter surface of the top ring of the piston ring, and built in a leaf spring in the slot Provide a piston ring.

바람직한 구현예로서, 상기 판스프링은 서로 평행하면서 짧은 길이의 상단 및 하단과, 이 상단 및 하단간에 대각으로 이어진 길다란 길이의 중간단으로 형성되고, 상기 판스프링의 하단은 슬롯의 입구 하면에 상단은 슬롯의 후면 상단에 지지되게 장착된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the leaf springs are formed in parallel with each other, the upper end and the lower end of the short length, and the middle end of the long length diagonally between the upper end and the lower end, the lower end of the leaf spring is the upper end of the slot inlet It is characterized in that it is mounted to be supported on the rear top of the slot.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 판스프링의 이탈을 방지하기 위하여 상기 슬롯의 입구 하단에는 상기 판스프링의 하단이 걸리게 되는 걸림턱이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.As a more preferred embodiment, in order to prevent the separation of the leaf spring, the lower end of the inlet of the slot is characterized in that the locking step is formed integrally to the lower end of the leaf spring.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링을 나타내는 단면도로서, 도 1은 탑링에 연소압이 가해지지 않는 상태를 나타내고, 도 2는 탑링에 연소압이 가해지는 상태를 나타내며, 도 3은 본 발명의 피스톤 링을 나타내는 평면도이다.1 and 2 are cross-sectional views showing a piston ring for an automobile according to the present invention, FIG. 1 shows a state in which no combustion pressure is applied to the top ring, and FIG. 2 shows a state in which combustion pressure is applied to the top ring. 3 is a plan view of the piston ring of the present invention.

본 발명은 고압의 연소압이 가해져 탑링이 틸팅되더라도, 탑링의 저면이 링홈의 바닥면과 면접촉되게 함으로써, 탑링의 연소가스 기밀 유지 기능을 그대로 유지하도록 한 점에 주된 특징이 있다.The present invention is characterized in that the top ring is in contact with the bottom surface of the ring groove even when the top ring is tilted due to the high pressure combustion pressure, thereby maintaining the combustion gas hermetic holding function of the top ring as it is.

이를 위해, 상기 탑링(10)의 외경면으로부터 소정의 깊이를 갖는 슬롯(12)을 가공하고, 이 슬롯(12)의 내부에 판스프링(14)을 설치하게 된다.To this end, the slot 12 having a predetermined depth from the outer diameter surface of the top ring 10 is processed, and the leaf spring 14 is installed inside the slot 12.

상기 판스프링(14)의 형상을 살펴보면, 상단과 하단은 서로 평행하면서 짧은 길이로 형성되고, 중간단은 상기 상단 및 하단간을 대각으로 이어주면서 길다란 길이로 형성된 것으로 적용한다.Looking at the shape of the leaf spring 14, the upper end and the lower end is formed in parallel with each other and a short length, the middle end is applied to be formed with a long length while diagonally connecting the upper and lower ends.

이때, 상기 판스프링(14)은 탑링(10)의 원주면을 따라 설치되도록 끊어진 원형으로 성형된 것이다.At this time, the leaf spring 14 is molded in a broken circle to be installed along the circumferential surface of the top ring 10.

또한, 상기 슬롯(12)의 입구 하면에는 판스프링(14)의 이탈을 방지하기 위하여 위쪽으로 돌출된 걸림턱(16)이 일체로 형성된다.In addition, the locking projection 16 protruding upwardly is integrally formed on the lower surface of the inlet of the slot 12 to prevent the leaf spring 14 from being separated.

따라서, 상기 판스프링(14)의 설치 상태를 보면, 판스프링(14)의 하단이 상기 슬롯(12)의 입구 하면에 형성된 걸림턱(16)에 걸리게 되는 동시에 상단이 상기 슬롯(12)의 후면 상단에 지지된 상태가 되며, 상기 판스프링(14)의 중간단은 상하단을 대각으로 이어 주면서 압축 또는 복원 가능하게 위치된 상태가 된다.Therefore, when the installation state of the leaf spring 14 is viewed, the lower end of the leaf spring 14 is caught by the engaging jaw 16 formed on the lower surface of the inlet of the slot 12 and the upper end is the rear of the slot 12. It is supported on the upper end, the middle end of the leaf spring 14 is in a state that can be compressed or restored while diagonally connecting the upper and lower ends.

여기서, 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.Here, the operational state of the automobile piston ring according to the present invention will be described.

도 1에 도시한 바와 같이, 엔진의 연소압이 탑링에 작용하지 않을 때는 판스프링(14)에 변형이 발생되지 않으며, 물론 탑링(10)의 연소가스 기밀 기능이 정상적으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, when the combustion pressure of the engine does not act on the top ring, deformation does not occur in the leaf spring 14, and of course, the combustion gas tight function of the top ring 10 is normally performed.

반면에, 고압의 연소압이 상기 탑링(10)에 작용하게 되면, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 탑링(10)은 링 홈(20)의 바닥면을 향하여 틸팅되는 바, 탑링(10)의 저면과 링 홈(20)의 바닥면은 서로 면접촉을 하게 된다.On the other hand, when a high pressure combustion pressure acts on the top ring 10, the top ring 10 is tilted toward the bottom surface of the ring groove 20, as shown in FIG. The bottom surface and the bottom surface of the ring groove 20 are in surface contact with each other.

보다 상세하게는, 상기 고압의 연소압에 의하여 탑링(10)이 틸팅되면서 링 홈(20)의 바닥면에 접촉하는 순간 상기 판스프링(14)이 미세하게 압축되면서 연소압을 이기려는 힘을 발휘하게 되므로, 탑링(10)의 저면은 링 홈(20)의 바닥면에 면접촉된 상태를 그대로 유지하게 된다.More specifically, at the moment when the top ring 10 is tilted by the combustion pressure of the high pressure and contacts the bottom surface of the ring groove 20, the leaf spring 14 is minutely compressed to exert the force to overcome the combustion pressure. Since the bottom surface of the top ring 10 is in contact with the bottom surface of the ring groove 20 is maintained as it is.

즉, 상기 판스프링(14)의 복원력이 상기 탑링(10)의 저면과 링 홈(20)의 바닥면이 면접촉된 다음 탑링(10)이 더 틸팅되어 선접촉으로 넘어가는 것을 잡아주는 역할을 하게 되므로, 탑링(10)의 저면과 링 홈(20)의 바닥면은 서로 면접촉된 상태를 그대로 유지하게 되어, 결국 탑링(10)은 연소가스의 기밀 유지 기능을 용이하게 발휘하게 된다.That is, the restoring force of the leaf spring 14 serves to hold the bottom surface of the top ring 10 and the bottom surface of the ring groove 20 in contact with the surface, and then the top ring 10 is further tilted to move over the line contact. Since the bottom surface of the top ring 10 and the bottom surface of the ring groove 20 remain in surface contact with each other, the top ring 10 easily exerts a gastight holding function of the combustion gas.

또한, 고압의 연소압에도 상기 판스프링(14)에 의하여 탑링(14)과 링 홈(20) 간의 면접촉이 이루어짐에 따라, 기존에 선접촉으로 인한 탑링의 마모를 용이하게 방지할 수 있다.In addition, as the surface contact between the top ring 14 and the ring groove 20 is made by the leaf spring 14 even at high pressure combustion pressure, wear of the top ring due to the line contact can be easily prevented.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링에 의하면 탑링의 외경면으로부터 중심방향으로 슬롯을 가공하고, 이 슬롯에 판스프링을 설치하여, 고압의 연소압이 탑링에 작용하여 탑링이 틸팅되더라도, 상기 판스프링의 복원력에 의하여 상기 탑링의 저면과 링홈의 바닥면이 서로 면접촉을 하게 되어, 연소가스의 기밀 기능을 유지하면서 블로바이 가스의 발생을 억제할 수 있다.As described above, according to the piston ring for automobile according to the present invention, the slot is machined from the outer diameter surface of the top ring to the center direction, and a leaf spring is installed in the slot, so that the high pressure combustion pressure acts on the top ring and the top ring tilts. Even though the bottom surface of the top ring and the bottom surface of the ring groove are in surface contact with each other by the restoring force of the leaf spring, generation of blow-by gas can be suppressed while maintaining the airtight function of the combustion gas.

종래에 탑링의 저면과 링 홈간의 선접촉으로 인한 응력집중 현상을 방지하는 동시에 그로 인한 탑링의 마모를 방지할 수 있다.Conventionally, it is possible to prevent stress concentration due to line contact between the bottom surface of the top ring and the ring groove, and at the same time prevent wear of the top ring.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링을 나타내는 단면도로서, 연소압이 가해지지 않는 상태를 나타내고,1 is a cross-sectional view showing a piston ring for an automobile according to the present invention, showing a state in which no combustion pressure is applied,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링을 나타내는 단면도로서, 연소압이 가해지는 상태를 나타내며,2 is a cross-sectional view showing a piston ring for an automobile according to the present invention, showing a state in which combustion pressure is applied,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 피스톤 링을 나타내는 평면도,3 is a plan view showing a piston ring for an automobile according to the present invention,

도 4 및 도 5는 종래의 자동차용 피스톤 링을 나타내는 단면도로서, 연소압이 가해지지 않는 상태와 연소압이 가해지는 상태를 나타내며,4 and 5 are cross-sectional views showing a conventional piston ring for a vehicle, showing a state in which no combustion pressure is applied and a state in which the combustion pressure is applied,

도 6은 종래의 피스톤 링의 마모 위치를 나타내는 저면도.Fig. 6 is a bottom view showing a wear position of a conventional piston ring.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 탑링 12 : 슬롯10: top ring 12: slot

14 : 판스프링 16 : 걸림턱14: leaf spring 16: hanging jaw

18 : 피스톤 20 : 링 홈18: piston 20: ring groove

Claims (4)

자동차용 피스톤 링에 있어서, In the piston ring for an automobile, 상기 피스톤 링의 탑링의 외경면으로부터 그 중심방향으로 슬롯을 가공하고, 이 슬롯에 탄성체를 내설하여서 달성된 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 링.A piston ring for an automobile, which is achieved by machining a slot in the center direction from an outer diameter surface of the top ring of the piston ring, and incorporating an elastic body in the slot. 청구항 1에 있어서, 상기 탄성체는 판스프링인 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 링.The piston ring of claim 1, wherein the elastic body is a leaf spring. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 판스프링은 서로 평행하면서 짧은 길이의 상단 및 하단과, 이 상단 및 하단간에 대각으로 이어진 길다란 길이의 중간단으로 형성되고, 상기 판스프링의 하단은 슬롯의 입구 하면에 상단은 슬롯의 후면 상단에 지지되게 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 링.The leaf spring of claim 1 or 2, wherein the leaf springs are formed in parallel with each other and have a short length of the upper end and a lower end, and a middle end of a long length diagonally extending between the upper end and the lower end, and the lower end of the leaf spring is formed at the bottom of the inlet of the slot. The upper piston ring is characterized in that the vehicle is mounted to be supported on the rear top of the slot. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 판스프링의 이탈을 방지하기 위하여 상기 슬롯의 입구 하단에는 상기 판스프링의 하단이 걸리게 되는 걸림턱이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 링.The piston ring for automobile according to claim 1 or 2, wherein a locking jaw for engaging the lower end of the leaf spring is integrally formed at the lower end of the inlet of the slot to prevent the leaf spring from being separated.
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