KR820000997B1 - Piston and piston ring assembly - Google Patents

Abstract

The piston and piston ring assembly for a fluid pressure cylinder comprises a piston (24) having aperipheral groove formed in it and having at least one inwardly converging wall and a piston ring (10) having at least one inwardly converging wall of a curved cross-section. The piston ring is loosely received within the peripheral groove of the piston with the inwardly converging wall in facing relation to the inwardly converging wall of the grooves of the piston.

Description

피스톤 및 피스톤링 조립체Piston and piston ring assembly

제1도는 본 발명에 의한 피스톤 링을 위에서 본 도면,1 is a view from above of the piston ring according to the invention,

제2도는 제1도를 앞에서 본 도면,2 is a front view of FIG. 1,

제3도는 제1도의 일을 3-3선을 따라 자른 단면도,3 is a cross-sectional view taken along the line 3-3 of the work of FIG. 1,

제4도는 제1 및 2도의 피스톤 링이 피스톤 홈안에 들어가 있는 것을 나타낸 확대부분 단면도.4 is an enlarged partial cross-sectional view showing that the piston rings of the first and second degrees are in the piston groove.

제5도는 제1도 내지 4도에 도시된 링의 상하면 형태를 달성하는 방법을 설명한 개략도,5 is a schematic diagram illustrating how to achieve the top and bottom shape of the rings shown in FIGS.

제6도는 제1도에서 4도까지의 피스톤 및 피스톤링 조립체의 변형된 확대 부분 단면도,6 shows a modified enlarged partial cross-sectional view of the piston and piston ring assembly from FIGS.

본 발명은 엔진의 압축링으로 사용되며 여러 형태의 엔진에 사용할 수 있는 키스톤형 피스톤 링에 관한 것이다. 이 링의 구조는 압축 및 팽창과정에서의 고압의 연소가스 및 공기가 빠져나가지 않도록 피스톤과 실린더 벽 사이를 밀봉할 수 있고 또한 피스톤의 열을 냉각된 실린더 표면으로 전달하고, 피스톤 측면 추력의 일부를 흡수할 수 있어야 한다.The present invention relates to a keystone piston ring which is used as a compression ring of an engine and can be used for various types of engines. The structure of the ring seals between the piston and the cylinder wall to prevent the escape of high pressure combustion gases and air during compression and expansion, and also transfers the heat of the piston to the cooled cylinder surface and transfers part of the piston side thrust. It must be absorbable.

몇몇 내연기관에는 안쪽을 바깥쪽 보다 얇게 만들기 위해서 아랫쪽 혹은 위쪽 모두가 경사지게 만들어진 압축링이 설치되어 있다. 링이 들어갈 피스톤의 홈은 링과 같은 형태로 가공된다. 경사진 아랫면에 의하여 링의 윗면에 작용하는 가스압력은 실린더 벽쪽으로 링을 미는 힘을 발생시키며 따라 원하는 밀봉을 할 수 있게 한다.Some internal combustion engines are equipped with compression rings that are slanted on either the bottom or top to make the inside thinner than the outside. The groove of the piston into which the ring is to be machined is shaped like a ring. The gas pressure acting on the top of the ring by the inclined bottom generates a force that pushes the ring towards the cylinder wall, thus allowing for a desired seal.

반면에 피스톤의 측면 추력이 반대방향으로 작용할 때 링은 홈속으로 약간 미끄러져 들어가서 홈의 윗면에 압착하게 되며 거기에 쌓여 있는 탄소를 분쇄하여 링이 들어붙는 것을 방지한다.On the other hand, when the lateral thrust of the piston acts in the opposite direction, the ring slides slightly into the groove and squeezes onto the top of the groove, crushing the carbon accumulated therein to prevent the ring from sticking.

본 발명의 목적은 기밀(氣密)을 위한 링과 피스톤 사이의 밀봉작용이 증대된 유압장치에 사용되는 피스톤 링을 만드는 것이다. 또한 내연기관에서 연소 가스가 크랭크케이스로 빠지는 것을 방지하고 과잉된 상태의 기름이 연소실로 들어가는 것을 방지하기 위하여 링과 피스톤의 원주홈 사이에서 선 접촉을 할 수 있는 피스톤 링구조를 만드는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 링의 한면이 한쪽으로 경사지고 곡선의 단면 형태를 가지고 이에 상응하는 형태의 피스톤 홈과 결합하여 링의 곡선표면과 피스톤 홈의 가장자리 가선 접촉을 할 수 있도록 하는 것이다.It is an object of the present invention to make a piston ring for use in a hydraulic system in which the sealing action between the ring and the piston for airtightness is increased. In addition, in order to prevent the combustion gas from falling into the crankcase in the internal combustion engine and to prevent excess oil from entering the combustion chamber, a piston ring structure can be made in line contact between the ring and the circumferential groove of the piston. Another object of the present invention is to allow one side of the ring to be inclined to one side and have a curved cross-sectional shape and to be coupled with a correspondingly shaped piston groove so that the edge surface contact of the curved surface of the ring with the piston groove is possible.

또한 이러한 형태의 피스톤링 및 피스톤 홈을 값싸고 쉽게 만드는 것도 목적이다.It is also an object to make these types of piston rings and piston grooves cheap and easy.

위와 같은 본 발명의 목적은 적어도 한쪽으로 경사진 벽을 가진 홈이 설치된 피스톤과 곡선단면을 가지고 한쪽으로 경사진 피스톤링으로 구성된 유압 실린더용 피스톤 및 피스톤링에 의하여 달성될 수 있으며 이때 피스톤링은 피스톤의 경사진 면과 면하면서 피스톤의 홈에 느슨하게 끼워진다.The object of the present invention as described above can be achieved by a piston and a piston ring for a hydraulic cylinder composed of a piston ring having a groove having a wall inclined to one side and a piston ring inclined to one side with a curved cross section, wherein the piston ring is a piston It faces loosely on the inclined surface of the piston and fits loosely in the groove of the piston.

본 발명은 내연기관의 연소실과 크랭크케이스 사이의 가동 밀봉을 할 수 있는 자체 인장력을 가진 원형의 금속으로 만들어진 피스톤링에 관한 것이다. 피스톤링에 사용되는 금속은 여러가지 조건을 만족시켜야 한다. 이 금속은 우수한 베어링 물질이어야 하며 마모가 적어야 한다.The present invention relates to a piston ring made of a circular metal having a self-tensioning force capable of movable sealing between a combustion chamber and a crankcase of an internal combustion engine. The metal used for the piston ring must satisfy several conditions. This metal should be a good bearing material and have low wear.

어떤 경우에는 이런한 특성을 가진 물질로 링 금속표면을 입히기도 한다. 또 높은 강도와 경도를 가진 반면 쉽게 가공할 수도 있어야 한다. 좋은 스프링 물질이어야 함은 물론 피로에도 잘 견딜 수 있어야 한다. 링 재료는 높은 하중을 견디면서 경계면의 윤활상태에서 작동할 수 있어야 한다. 또한 고온, 고압하에서도 기계적 강도를 그대로 유지할 수 있어야 한다. 고온의 부식성 연소물질은 내마모성에 극단적인 역효과를 미치지 않아야 하며 금속의 성질에도 변화를 주지 않아야 한다.In some cases, ring metal surfaces are coated with materials with these properties. It must also have high strength and hardness while also being easily machined. It must be a good spring material as well as to withstand fatigue. The ring material must be able to operate under lubrication of the interface, withstanding high loads. In addition, the mechanical strength should be maintained as it is even under high temperature and high pressure. High temperature corrosive combustion materials should not have extreme adverse effects on wear resistance and should not alter the properties of metals.

피스톤 링의 마모를 줄이고 그렇게 함으로써 원하는 특성을 부여하기 위해서 코우팅 및 도금을 많이 할 수도 있다.A lot of coating and plating may be done to reduce wear of the piston ring and thereby give the desired properties.

마찰 방지용 금속으로 된 얇은 베어링 표면이나 화학처리된 특별한 형태의 표면물질들이 새로운 링의 설치를 용이하게 한다.Thin bearing surfaces made of anti-friction metal or specially shaped surface materials that are chemically treated facilitate the installation of new rings.

이러한 것들은 링 및 실린더의 표면을 서서히 마모시키도록 하는 작은 거친 점들을 형성하여, 힘을 가져올 과도한 마찰력을 발생시키지 않고서 좋은 면 접촉을 이룰 수 있게 한다.These form small rough spots that cause the surfaces of the rings and cylinders to wear out slowly, allowing good surface contact without creating excessive frictional forces that would result in force.

이와 같은 피스톤 링의 여러가지 요구조건들은 피스톤의 움직임에 따라 염소가스가 크랭크케이스로 빠지는 것을 방지하고 과다한 상태의 기름이 연소실내로 들어가는 것을 방지하는 밀봉작용을 돕는다. 이와 같은 두가지 특성으로 인해 두가지 기본적인 피스톤 링형태 즉 압축링 및 오일링이 개발되었다. 이와 같은 넓은 범주내에서 수백가지의 설계변화가 이루어졌다.These various requirements of the piston ring help to prevent chlorine gas from escaping into the crankcase as the piston moves and to prevent the excess oil from entering the combustion chamber. These two characteristics led to the development of two basic piston ring types: compression rings and oil rings. Within this broad category, hundreds of design changes have taken place.

보통 적절한 형태의 링들이 서로 결합하여 모든 작동상태하에서 각각의 엔진이 최고의 그리고 적정한 효율을 낼 수 있도록 한다.Normally, the right types of rings are combined with each other to ensure that each engine achieves the best and most efficient efficiency under all operating conditions.

제1도에서 4도까지에는 본 발명에 의한 피스톤 링(10)이 예시되어 있다. 피스톤 링에는 틈(12)가 있다. 링(10)은 대개 키스톤형 링이라고 부르는데 링은 피스톤 링이라 불리는 바깥면 벽(14) 및 안쪽면 벽(20) 또 링의 중심쪽으로 경사져 있는 상부면(16)과 하부면(18)로 구성되어 있다. 상부면(16) 및 하부면(18)은 모두 약간 움푹 파인 만곡된 단면을 갖도록 되어 있는데 링이 피스톤안으로 들어가 있는 상태의 단면을 보여주는 제4도를 보면 잘 알 수 있다.1 to 4, the piston ring 10 according to the invention is illustrated. The piston ring has a gap 12. The ring 10 is usually called a keystone ring, which consists of an outer wall 14 and an inner wall 20 called a piston ring and an upper surface 16 and a lower surface 18 which are inclined toward the center of the ring. It is. The upper face 16 and the lower face 18 are both designed to have a slightly curved curved cross section, as can be seen in FIG. 4 which shows a cross section with the ring in the piston.

피스톤(24)에는 링이 들어갈 수 있도록 외주(外住)를 따라서 홈(22)가 파여 있다. 홈(22)는 제4도에서와 같이 내부로 경사진 상부면(26) 및 하부면(28)이 있으며 (30)은 안쪽면이다.The groove | channel 22 is dug in the piston 24 along the outer periphery so that a ring may enter. The groove 22 has an upper surface 26 and a lower surface 28 inclined inward as in FIG. 4 and 30 is an inner surface.

32는 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더의 내면이다. 링(10)이 실린더 안에 들어가기 전에는 실린더의 내경보다 크므로 실린더 내에 링을 넣으면 링은 실린더 벽(32)에 압력을 가하여 밀폐작용을 한다. 실제로 피스톤이 작동하게 되면 제4도에서 보듯이 작용기체의 압력이 링의 상부면(16)에 작용하여 링을 밑으로 내려 누르며 피스톤 하부면(28)에서 링은 캠작용을 하여 바깥방향으로 나가려고 하게 된다. 이 경우 링의 상부와 피스톤 사이에는 공간이 생겨서 작용기체의 압력이 링의 안쪽면에 작용하여 링을 바깥쪽으로 더욱 밀어여 실린더 면(20)와의 접촉력을 증대한다. 실린더 내에 기체가 줄어들면 압력도 감소하므로 자체 인장력에 의해 링이 실린더에 아주 작은 압력만을 가하게 되고 따라서 마찰력과 마모를 최소로 하며 기체가 많아지면 압력이 커져 피스톤 링을 실린더 벽(32)와 피스톤 홈(32)에 크게 압착시켜서 밀폐작용을 증가시키고 누출을 방지하여 더욱 성능이 좋고 공해가 없는 엔진이 되게 한다. 링의 상하부면에 움푹파인 만곡면이 있음으로써 링과 피스톤 홈의 면과는 선접촉을 하게 되며 따라서 밀폐효과가 증대되며 따라서 엔진의 작용특성이 좋아진다. 제4도에서 보듯이 실린더내에서 팽창운동을 할 경우 링의 상부면(16)과 안쪽면(20)에 순간적으로 작용하는 연소 가스의 압력으로 인하여 링의 바깥면(14)가 실린더 면(32)에 더욱 밀착하게 된다. 이렇게 링의 상부 및 안쪽에 작용하는 압력으로 인하여 링의 하부면(18)이 캠작용을 하여 링을 홈(22)의 경사면(28)을 따라서 바깥쪽(실린더 쪽)으로 밀어붙이며 링면(14)와 실린더 벽(32) 사이의 밀착 효과는 증대하게 되는 것이다. 이때 링의 하부면(18)은 피스톤에 파인 홈의 하부면(28)과 링의 안쪽면(20)의 아랫쪽인 A점 및 홈(22)의 아랫면의 바깥쪽 끝점인 B점에서 선접촉을 하게 된다. 이렇게 하여 링(10)을 홈(22)와의 밀봉위에 밀어부치는 수직력은 A와 B의 선 접촉을 따라서 집중된다. 실제 실험의 결과 링을 처음 끼우고 작동할 경우 이러한 장치가 훨씬 좋은 작동효과를 가져온다는 것과 기름의 소모도 훨씬 줄어들었다는 것이 증명되었다.32 is the inner surface of the cylinder in which the piston reciprocates. Since the ring 10 is larger than the inner diameter of the cylinder before it enters the cylinder, when the ring is placed in the cylinder, the ring pressurizes the cylinder wall 32 to seal. In fact, when the piston is in operation, as shown in FIG. 4, the pressure of the working gas acts on the upper surface 16 of the ring and pushes the ring down. On the piston lower surface 28, the ring acts as a cam outward. I'm going to go. In this case, a space is formed between the top of the ring and the piston so that the pressure of the working gas acts on the inner surface of the ring to push the ring further outward to increase the contact force with the cylinder surface 20. As the gas decreases in the cylinder, the pressure decreases, so that the ring exerts only a very small pressure on the cylinder by self-tensioning force, thus minimizing friction and abrasion. Large compression on (32) increases sealing performance and prevents leakage, resulting in a better and pollution free engine. The recessed upper and lower surfaces of the ring make linear contact with the surface of the ring and the piston groove, thereby increasing the sealing effect and thus improving the operating characteristics of the engine. As shown in FIG. 4, when the expansion motion is performed in the cylinder, the outer surface 14 of the ring is caused by the pressure of the combustion gas acting on the upper surface 16 and the inner surface 20 of the ring. More closely to). Due to the pressure acting on the upper and the inner side of the ring, the lower surface 18 of the ring acts as a cam to push the ring outward (cylinder side) along the inclined surface 28 of the groove 22 and the ring surface 14. And the adhesion effect between the cylinder wall 32 is to be increased. At this time, the lower surface 18 of the ring is in line contact at the lower surface 28 of the grooves in the piston and the lower point A of the inner surface 20 of the ring and the outer end of the lower surface of the groove 22 at the point B. Done. In this way the vertical force pushing the ring 10 on the seal with the groove 22 is concentrated along the line contact of A and B. Practical experiments have shown that the first time the ring is put into operation, the device has a much better operating effect and a much lower oil consumption.

제5도에는 링(10)의 상부(16) 및 하부면(18)에 만곡면을 만드는 방법을 도시하였다. 40은 연마 장치이며 원주형 외면을 가지고 있으며 외면에는 연마제가 발라져 있다. 연마된 링을 원형 고정구(42)에 고정시키고 고정구의 내경보다 약간 작은 지름을 가진 지지판(44)를 장치하여 링의 상부면(16)에 균등한 하향 힘이 배포되도록 한다. 이렇게 하여 링의 하부면을 연마장치(40)에 접촉시킨 후 연마장치(40)을 회전하면 링의 면에 만곡면이 만들어진다. 링의 한쪽 작업이 끝나면 링을 돌려놓고 다른 쪽면을 연마한다. 연마장치(40)의 직경을 구하려면 다음에 의거한다.5 illustrates a method of making curved surfaces on the top 16 and bottom 18 of the ring 10. 40 is a polishing device with a cylindrical outer surface, and is coated with an abrasive on the outer surface. The polished ring is fixed to the circular fixture 42 and a support plate 44 having a diameter slightly smaller than the inner diameter of the fixture is arranged so that an even downward force is distributed to the upper surface 16 of the ring. In this way, when the lower surface of the ring is in contact with the polishing apparatus 40, the polishing apparatus 40 is rotated to form a curved surface on the surface of the ring. When you have finished working on one side of the ring, turn the ring and polish the other side. To calculate the diameter of the polishing apparatus 40, it is based on the following.

제6도의 링은 제1도에서 5도까지의 링과 비슷하나 여기에는 링(10′)의 한쪽 벽면만 경사져 있다. 여기서 링 상부면(16′)은 평평하며 링의 바깥쪽 면(14′)와 거의 수직이다. 링에는 바깥쪽 면(14′)과 수평인 안쪽면(20′) 및 안쪽으로 경사진 만곡된 하부면(18′)이 있다. 피스톤(24′)의 홈(22′)도 링(10′)의 단면과 같은 형상으로 되어 있다. 특히 홈(22′)는 일반적으로 평편한 윗면(29′)와 경사면(28′) 및 평편한 안쪽면(30′)로 구성된다.The ring of FIG. 6 is similar to the ring of FIGS. 1 to 5 but only one wall of the ring 10 'is inclined. Here the ring top face 16 'is flat and is substantially perpendicular to the outer face 14' of the ring. The ring has an inner surface 20 'that is horizontal with the outer surface 14' and an inwardly inclined curved bottom surface 18 '. The groove 22 'of the piston 24' also has the same shape as the cross section of the ring 10 '. In particular, the groove 22 'generally consists of a flat top surface 29' and an inclined surface 28 'and a flat inner surface 30'.

앞에서 설명한 바와 같이 피스톤 링(10′)의 밀봉효과는 작동중에 엔진가스의 압력에 의하여 증대된다. 예를들어 팽창과정중에는 링(10′)의 윗면(16′)에 작용하는 가스의 압력은 피스톤(24′)의 홈(22′)의 아랫면(28′)으로 링을 밀며 이에 따라 링을 바깥쪽으로 밀게 된다. 이러한 작동에 의해 링(10′)의 윗면(16′)에는 틈이 생겨서 가스의 압력을 안쪽면(20′)로 작용시키게 하며 이로 인해 링을 실린더(32′)의 바깥쪽으로 팽창하게 한다As described above, the sealing effect of the piston ring 10 'is increased by the pressure of the engine gas during operation. For example, during the expansion process, the pressure of the gas acting on the top face 16 'of the ring 10' pushes the ring down to the bottom face 28 'of the groove 22' of the piston 24 'and thus outwards the ring. Pushed towards. This action creates a gap in the top surface 16 'of the ring 10', which causes the pressure of the gas to act on the inner surface 20 ', thereby causing the ring to expand out of the cylinder 32'.

앞에서와 같이 아랫면(18′)의 만공면으로 인해 밀봉 및 작동특성이 증가한다.As before, the sealing surface of the lower surface 18 'increases the sealing and operating characteristics.

이와 같이 링(10′)의 만곡된 아랫면(18′)과 홈(22′)의 아랫면(28′)과의 A,B에서의 선접촉에 의해서 작동 특성이 증대된다. 여기서 링의 밀착작용은 앞서 설명한 상하면이 모두 만곡되었으며 경사된 링에서와 동일하다.As such, the operating characteristics are increased by line contact at A and B between the curved bottom surface 18 'of the ring 10' and the bottom surface 28 'of the groove 22'. Here, the close contact of the ring is the same as in the inclined ring with both the upper and lower surfaces described above.

이밖에도 링의 면이 음푹 파이지 않고 볼록 튀어나온 단면을 가진 피스톤 링도 있으나 앞서 것보다는 좋지 않다.In addition, there is a piston ring with a convex protruding cross section of the ring, but not as good as before.

이미 설명했던 바와 같이 본 발명의 특징은 링과 피스톤과의 사이에 선접촉을 하여 밀폐 작용을 증진하였다는 것이며, 각각의 선 접촉은 링의 반경상에 퍼져 있어 링면에 작용하는 기체의 압력이 정확히 선접촉면에 집중 작용하도록 한다.As described above, the feature of the present invention is that the line contact between the ring and the piston promotes the sealing action, and each line contact spreads over the radius of the ring so that the pressure of the gas acting on the ring surface is precise. Concentrate on the line contact surface.

Claims (1)

하나 이상의 안쪽으로 경사진 면이 있는 홈을 가진 피스톤과 하나 이상의 안쪽으로 경사진 면을 가졌고 링의 경사면이 피스톤의 경사진 면에 대응하면서 상기 피스톤의 홈내에 수용되는 피스톤 링으로 구성되며, 피스톤 및 피스톤링의 면중 하나 이상의 만곡되어 있어 대응하는 면과 선 접촉을 하도록 된 유압실린더에 사용되는 피스톤 및 피스톤링 조립체.A piston having at least one inwardly inclined surface and a piston ring having at least one inwardly inclined surface, the inclined surface of the ring being received in the groove of the piston while corresponding to the inclined surface of the piston; A piston and piston ring assembly for use in a hydraulic cylinder in which at least one of the surfaces of the piston ring is curved to make a linear contact with the corresponding surface.

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