KR20160054057A

KR20160054057A - 차량 엔진용 피스톤 어셈블리

Info

Publication number: KR20160054057A
Application number: KR1020140147485A
Authority: KR
Inventors: 손상철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-16
Also published as: KR101637705B1

Abstract

엔진 실린더를 왕복운동하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리에 있어서, 피스톤의 둘레부에 마련된 적어도 하나 이상의 피스톤 링; 및 상기 피스톤 링의 일면에 형성되고, 피스톤 링이 자전하도록 피스톤 링의 원주를 따라 형성된 복수개의 홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리가 소개된다.

Description

차량 엔진용 피스톤 어셈블리{Piston Assembly for Vehicle Engine}

본 발명은 차량 엔진용 피스톤 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더와 피스톤 사이에서 발생되는 오일 소모 및 블로바이 가스의 유출을 저감시키는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리에 관한 것이다.

차량에 사용되는 내연기관은 복수개의 실린더와 실린더의 내부를 왕복 운동하는 피스톤을 포함하며, 실질적으로 연소가 이루어지는 연소실에 연료가 분사되고 폭발이 발생되면 피스톤이 하강하여 피스톤과 연결된 크랭크 축을 회전시킴으로써 최종적으로 엔진의 동력이 출력된다.

이러한 피스톤은 실린더의 내부를 왕복 운동하면서 실린더의 내벽과 마찰접촉을 하게 되는데, 과도한 마찰 발생을 방지하도록 피스톤과 실린더 내벽 사이에는 일정한 간극이 형성되어 있고, 이에 따라 피스톤과 실린더 사이에 형성된 간극을 메우고 연소실의 기밀을 유지하며 미연소된 블로바이 가스가 연소실의 외부로 유출되거나 연소실 외부에서 연소실 내부로 오일이 유입되어 연소되는 것을 방지하도록 다수개의 링이 구비되어 있다.

상기 링에는 엔진의 연소시 발생되는 고열에 의해 링이 확장되어 변형이 발생되는 것을 방지하도록 절개되어 있으며, 절개되어 대면하는 링의 양단부는 설정된 이격 거리를 두도록 형성되어 있다.

하지만, 이러한 종래의 링 구조에는 각각의 링에 이격되어 형성된 절개부들이 서로 일치하게 될 때 절개부를 통해 오일이 연소실 내부로 유입되거나 연소실의 블로바이 가스가 피스톤을 지나 피스톤의 하부 공간으로 유출되어 왔으며, 이로 인해 오일이 소모되거나 피스톤 하부 공간의 압력이 증가되는 등의 문제가 발생되어 왔던 것이다.

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

KR

10-1986-0006625

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 링들에 형성된 절개부가 서로 중첩되어 오일 유입 및 블로바이 가스 유출을 방지하도록 링들에 강제 회전력을 가하도록 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리는 엔진 실린더를 상하로 왕복운동하는 피스톤; 상기 피스톤의 둘레부에 마련된 적어도 하나 이상의 피스톤 링; 및 상기 피스톤 링의 일면에 형성되고, 피스톤 링이 자전하도록 피스톤 링의 원주를 따라 형성된 복수개의 홈부;를 포함한다.

상기 복수개의 홈부는 피스톤 링의 내주면과 외주면이 통공되도록 형성될 수 있다.

상기 복수개의 홈부는 내주측 단부가 외주측 단부보다 설정된 회전방향 측을 향하도록 사선으로 형성될 수 있다.

상기 피스톤 링은 피스톤의 이동방향으로 설정된 간격을 두고 복수개 마련되고, 상기 홈부는 상기 복수개의 피스톤 링 중 인접한 피스톤 링이 서로 다른 회전방향을 가지도록 형성될 수 있다.

상기 홈부의 체적은 상기 피스톤 링의 반경방향 길이에 비례할 수 있다.

상기 홈부의 체적은 상기 피스톤 링의 중량에 비례할 수 있다.

상기 피스톤 링은 일측이 절개되고, 절개되어 서로 대면하는 양단부 사이에는 기 설정된 간극이 형성되며, 상기 간극을 두고 서로 대면하는 피스톤 링의 양단부 중 회전방향 측 단부에는 편심을 위한 홈 또는 홀이 형성될 수 있다.

상기 편심을 위한 홈 또는 홀의 체적은 피스톤 링의 반경방향 너비에 비례할 수 있다.

상기 편심을 위한 홈 또는 홀의 체적은 상기 피스톤 링의 중량에 비례할 수 있다.

상기 피스톤의 상방에서 연소가 이루어지고, 상기 홈부는 피스톤 링의 하면에 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 엔진용 피스톤 어셈블리에 따르면, 설정된 회전방향으로 형성된 사선의 홈부들을 통해 피스톤 링이 강제 회전됨에 따라 피스톤 링에 형성된 간극이 중첩되는 것이 억제되고, 이로써 연소실로의 오일의 유입 및 연소실 외부로의 블로바이 가스 유출이 억제될 수 있다.

또한, 피스톤 링이 편심되도록 형성함으로써 효과적인 피스톤 링의 회전이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리의 편심을 위한 홈 또는 홀을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리에 대하여 살펴본다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리의 구성도 및 피스톤 링의 홈부를 도시한 도면이며, 엔진 실린더를 왕복 운동하는 피스톤(100), 상기 피스톤(100)의 둘레부에 마련된 적어도 하나 이상의 피스톤 링(200); 및 상기 피스톤 링(200)의 일면에 형성되고, 피스톤 링(200)이 자전하도록 피스톤 링(200)의 원주를 따라 형성된 복수개의 홈부(210);를 포함한다.

더 구체적으로, 피스톤(100)의 둘레부에는 외주면을 따라 환상의 피스톤 링(200)이 삽입되어 결합되는 삽입홈(110)이 형성되며, 상기 삽입홈(110)은 피스톤(100)의 상하 이동방향으로 설정된 간격을 두고 복수개 형성됨이 바람직하다. 그리고 상기 피스톤 링(200) 또한 각 삽입홈(110) 별로 마련되도록 복수개 마련됨이 바람직하다. 상기 복수개의 삽입홈(110)과 이에 설치되는 피스톤 링(200)들 간의 설정된 간격은 각 피스톤 링(200)의 기능 및 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

물론, 피스톤 링(200)은 반드시 복수개가 마련되어야 하는 것은 아니며 삽입홈(110)의 개수에 따라 하나 또는 그 이상 마련될 수 있다. 또한, 상기 피스톤 링(200)은 일측이 절개되고, 절개되어 서로 대면하는 양단부 사이에는 기 설정된 간극(201)이 형성됨에 따라 연소에 의한 가열시 피스톤 링(200)이 신장하게 되더라도 외부로 돌출되는 일 없이 환상을 유지할 수 있다. 상기 간극(201)의 크기는 피스톤 링(200)의 소재 및 위치에 따라 실험에 의해 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 도 1b는 피스톤 링(200)의 하면을 도시한 도면으로서, 상기 복수개의 홈부(210)는 피스톤 링(200)의 일면, 바람직하게는 하면에 형성될 수 있는데, 하면에 형성됨에 따라 피스톤(100)의 상방에서 연소가 발생될 시 유입될 수 있는 연소 부산물 또는 퇴적물에 의해 상기 홈부(210)가 막히게 되는 것을 방지할 수 있다. 물론, 반드시 하면에만 형성되어야 하는 것은 아니며 상면에 형성될 수도 있고 상면과 하면에 모두 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 홈부(210)는 피스톤 링(200)의 내주에서 외주측으로 내주면과 외주면이 통공되도록 형성됨이 바람직한데, 피스톤 링(200)과 상기 삽입홈(110) 사이에 유입된 오일 또는 가스가 상기 홈부(210)를 타고 피스톤 링(200)의 외측으로 빠져나가도록 이루어질 수 있다. 각 홈부(210)는 서로 설정된 간격을 두고 형성됨이 바람직하며, 간격은 후술할 피스톤 링(200)의 회전속도 또는 피스톤 링(200)의 관성, 내구성 등 다양한 요소들을 판단하여 설계자의 의도 및 실험에 의해 결정될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 홈부(210)는 내주측 단부가 외주측 단부보다 설정된 회전방향 측을 향하도록 사선으로 형성되어 삽입홈(110)에 유입된 오일 또는 가스가 홈부(210)의 내주측 단부를 통해 외주측 단부로 빠져나가면서 피스톤 링(200)을 가압하게 되고, 이로 인해 상기 피스톤 링(200)이 미리 설정된 회전방향으로 회전할 수 있다.

상기 피스톤 링(200)의 회전방향은 복수개의 피스톤 링(200) 중 인접한 피스톤 링(200)이 서로 다른 회전방향을 가지도록 설정됨이 바람직한데, 예를 들어 도1b에 도시된 바와 같이, 피스톤(100)의 하방에서 바라보았을 때 최상단의 첫번째 피스톤 링(200A)이 시계방향으로 회전하도록 상기 홈부(210)가 형성되었다면, 그 아래의 두번째 피스톤 링(200B)은 반시계방향으로 회전하도록 홈부(210)가 형성되며, 그 아래의 세번째 피스톤 링(200C)은 시계방향으로 회전하도록 홈부(210)가 형성될 수 있는 것이다.

이처럼, 인접한 피스톤 링(200)과 서로 다른 회전방향을 갖도록 홈부(210)가 형성됨에 따라 각 피스톤 링(200)의 양단부 사이에 형성된 간극(201)이 서로 겹치는 것을 피할 수 있고, 겹치더라도 피스톤 링(200)이 계속해서 회전하기 때문에 겹치는 지속 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서 복수개의 피스톤 링(200)에 형성된 간극(201)의 겹침시 발생되는 오일의 유입 및 블로바이 가스의 유출을 저감할 수 있으며 이로 인해 오일의 과다 소모 내지는 피스톤 하방 공간의 압력 증가를 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 홈부(210)의 경사각은 피스톤 링(200)의 회전 관성, 중량, 반경방향 너비 등을 고려하여 결정될 수 있다. 회전 관성, 중량, 너비등이 증가할수록 홈부(210)가 피스톤 링(200)의 내주면 또는 외주면과 이루는 피스톤 링(200)의 경사각(a)이 더욱 작아질 수 있다.

또한, 상기 홈부(210)의 체적은 상기 피스톤 링(200)의 반경방향 너비에 비례하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 링(200)의 너비가 증가할수록 관성력이 증가하게 될 수 있으며, 이에 따라 피스톤 링(200)을 회전시키는데 더 많은 힘이 필요로 하는 바, 홈부(210)의 체적을 그에 비례하게 증가시켜 형성함으로써 피스톤 링(200)이 충분히 힘을 받을 수 있도록 함이 바람직한 것이다. 상기 홈부(210)의 체적을 증가시키도록 상기 홈부(210)의 너비와 깊이 중 적어도 하나 이상을 증가시킬 수 있다. 감소하는 경우도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 홈부(210)의 체적은 상기 피스톤 링(200)의 중량에도 비례하여 형성될 수 있는데, 중량이 증가하면 피스톤 링(200)을 회전시키기 위해 더 많은 힘이 요구되기 때문에 홈부(210)의 너비와 깊이 중 적어도 하나 이상의 요소를 증가시켜 체적을 증가시킴에 따라 피스톤 링(200)이 충분한 회전력을 받도록 할 수 있다.

이 외에도 피스톤 링(200)의 회전 관성에 따라 상기 홈부(210)의 체적을 설정할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진용 피스톤 어셈블리의 편심을 위한 홈 또는 홀을 도시한 도면으로서, 상기 홈부(210)를 형성하는 것에 더해서 상기 간극(201)을 두고 서로 대면하는 피스톤 링(200)의 양단부 중 회전방향 측 단부에는 편심을 위한 홈 또는 홀(220)이 형성될 수 있다.

상기 편심을 위한 홈 또는 홀(220)이 형성됨에 따라 피스톤 링(200)의 양단부에 무게 편차가 발생하게 되며, 이에 따라 편심을 위한 홈 또는 홀(220)이 형성된 가벼운 단부측 방향으로 피스톤 링(200)이 편심 회전력을 받게 되는 것이다.

따라서, 상기 홈부(210)와 유사하게 상기 편심을 위한 홈 또는 홀(220)의 체적은 피스톤 링(200)의 반경방향 너비 내지는 중량 및 회전 관성에 비례하게 형성됨이 바람직하며, 복수개의 피스톤 링(200) 중 서로 인접한 피스톤 링(200)은 서로 다른 단부에 상기 편심을 위한 홈 또는 홀(220)이 형성되도록 함이 바람직하다. 체적을 설정하기 위해 홈 또는 홀(220)의 직경, 깊이 등을 설정할 수 있을 것이다.

상기 편심을 위한 홈 또는 홀(220)은 홈부(210)와 유사하게 피스톤 링(200)의 하면에 형성됨이 바람직하지만, 반드시 그러해야 하는 것은 아니며, 피스톤 링(200)의 상면에 형성되거나 상면과 하면에 모두 형성될 수도 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 피스톤
110 : 삽입홈
200 : 피스톤 링
210 : 홈부
220 : 홈 또는 홀

Claims

엔진 실린더를 상하로 왕복운동하는 피스톤;
상기 피스톤의 둘레부에 마련된 적어도 하나 이상의 피스톤 링; 및
상기 피스톤 링의 일면에 형성되고, 피스톤 링이 자전하도록 피스톤 링의 원주를 따라 형성된 복수개의 홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 1항에 있어서,
상기 복수개의 홈부는 피스톤 링의 내주면과 외주면이 통공되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 2항에 있어서,
상기 복수개의 홈부는 내주측 단부가 외주측 단부보다 설정된 회전방향 측을 향하도록 사선으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 3항에 있어서,
상기 피스톤 링은 피스톤의 이동방향으로 설정된 간격을 두고 복수개 마련되고,
상기 홈부는 상기 복수개의 피스톤 링 중 인접한 피스톤 링이 서로 다른 회전방향을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 홈부의 체적은 상기 피스톤 링의 반경방향 길이에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 홈부의 체적은 상기 피스톤 링의 중량에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤 링은 일측이 절개되고, 절개되어 서로 대면하는 양단부 사이에는 기 설정된 간극이 형성되며,
상기 간극을 두고 서로 대면하는 피스톤 링의 양단부 중 회전방향 측 단부에는 편심을 위한 홈 또는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 7에 있어서,
상기 편심을 위한 홈 또는 홀의 체적은 피스톤 링의 반경방향 너비에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 7에 있어서,
상기 편심을 위한 홈 또는 홀의 체적은 상기 피스톤 링의 중량에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤의 상방에서 연소가 이루어지고, 상기 홈부는 피스톤 링의 하면에 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 피스톤 어셈블리.