KR20000070210A - 내연기관 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 피스톤에 관한 것이다. 피스톤(2)은 실린더 마모의 위험성을 제거하기 위해 장경(D1)의 적어도 0.3 % 의 직경차를 가진 상부 링 랜드를 가지고 있다.

Description

내연기관 피스톤{INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON}

연소실내에서의 열의 영향하에서의 기관 작동과 동력의 발생시 내연기관용 피스톤은 그것의 형태가 변한다는 것은 알려진 사실이다.

냉간 상태에서 피스톤의 형태는 따라서 이와같은 형태상의 변화에 알맞아야만 하므로, 너무 작아서 코크(coke)가 피스톤상에 축적될 때 실린더의 마모의 위험성을 낳거나 또는 너무 커서 배기와 성능에 부정적으로 작용하게 되지 않도록 일정의 간극이 피스톤과 실린더 벽 사이에 유지된다.

피스톤의 형태는 기관 블록 자체가 가열되었을 때 기관 블록 자체내에 발생하여 다(多) 실린더 기관내의 바깥쪽 실린더가 중앙 실린더에 대해 경사지게 되는 것을 초래하는 그와 같은 형태상의 변화에도 또한 알맞아야만 한다. 다시말해, 실린더는 기관 블록이 가열될 때 일종의 "팬(fan)" 형태로 될 것이고 기관 작동시 바닥에서보다 상부에서 더욱 더 확장된다.

기관 블록에 있어서의 이런 변화하는 형태에 피스톤의 형태를 맞추기 위해서, 단경이 기관의 길이방향으로 방향맞추어진 상태의 타원형 단면을 만드는 것이 일반적이다. 이 피스톤 부분의 장경과 단경 사이의 차이는 이전의 공지된 기관 설계에 있어서 ca 0.15 mm 보다 크지 않는데, 이는 기관이 냉간 상태일 때 기관의 가로방향에 있어서 0.40 mm 이고 길이방향에 있어서 0.55 mm 인 "일반적인" 소위 상부 링 랜드 간극을 의미한다. 131 mm 실린더 직경을 가진 공지된 기관에 있어서, 이는 장경의 ca 0.1 % 인 장경과 단경 사이의 차이를 의미한다. 이 간극은 하지만 어떤 기관 설계에 있어서는 실리더의 마모의 위험성을 제거하기에 충분하다는 것이 검증되지 않았다. 작은 상부 링 랜드 간극이 실린더를 마모시키는 것의 위험성을 증가시킬 수 있다는 것은 공지된 사실이다. 이는 큰 상부 링 랜드 간극을 가진 피스톤을 제공함으로써 회피될 수 있다. 이런 경우에 있어서의 간극은 ca 2 mm 로 측정되는데, 하지만 이는 배기와 성능에 부정적인 영향을 가지는 큰 손실 체적을 초래한다.

본 발명은 끝부 표면으로부터 이격된 측면내의 복수의 축선방향으로 간격된 링 홈 및 상기 끝부 표면과 가장 인접한 링 홈 사이에 있고 가변의 단면을 가지고 있는 원통형 보디의 제1 부분을 구비한 원통형 보디를 기본적으로 포함하고 있는 내연기관용 피스톤에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤의 부분을 가진 실린더 라이닝을 통한 개략 종단면도,

도 2는 도 1의 피스톤을 위에서 바라본 상태로 그것의 타원도를 과장하여 도시한 도면.

본 발명의 목적은 배기와 성능이 한계치보다 더 크게 영향 받게 될 정도의 큰 손실 체적을 일으킴 없이 실린더 마모를 회피할 수 있는 타입의 피스톤을 성취하는 데 있다.

이는 피스톤의 상부 링 랜드의 단면의 장경과 단경 사이의 차이가 적어도 장경의 0.3 % 인 본 발명에 따라 성취된다.

본 발명은 실린더 마모가 발생하고 가능한한 작은 간극을 주게되는 상부 링 랜드 타원도를 가지는 경우와 마모가 발생하지 않고 마모가 회피되도록 마모되는 실린더 부분에서만 간극을 크게 증가시키는 경우의 제1 연구를 바탕으로 하고 있다. 실시된 시험은 주어진 기관 설계에 있어서 마모는 0.15 mm, 즉 ca 0.1 % 정도의 일반적인 상부 링 랜드 타원도를 가지고서는 회피될 수 없으며, 0.3 % 부터서야 마모를 제거하는 것이 가능하다는 것을 보여 주었다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1에서, 1은 디젤 타입의 다 실린더 내연기관의 실린더 라이닝을 나타내고, 2는 피스톤의 상부 부분을 나타내는데, 그것의 하부 부분(도시생략)은 상부 부분(2)과 하나의 피스(piece)로 만들어지거나 상부 부분과 연결되는 개별적인 부분으로 만들어질 수 있는데, 이때 개별적으로 만들어진 피스톤은 즉 진자(pendulum) 피스톤이 된다. 피스톤의 상부 부분(2)이 피스톤 링(도시생략)을 위해 제1홈(3), 제2 홈(4) 및 제3 홈(5)과 함께 개별적으로 만들어진다.

소위 피스톤의 상부 링 랜드, 즉 상부 표면(7)과 제1 피스톤 링 홈(3)의 상부 에지(8) 사이의 피스톤 부분(6)은 도 1에서 과장되게 도시된 바와 같이 첫째 얇은 원추형이고, 둘째 도 2에서 과장되게 도시된 바와 같이 타원형이다. D1은 기초원의 직경, 즉 타원형 피스톤 부분(6)의 가장 큰 직경을 나타내는 반면 D2는 이 부분(6)의 가장 작은 직경을 나타낸다.

실시된 시험은 D1과 D2 사이의 차이가 피스톤의 상부 링 랜드(6)의 높이(h)의 임의의 부분에 걸쳐 D1의 적어도 0.3 % 가 되어야만 하고 가장 큰 차이는 3 % 를 초과해서는 안된다는 것을 보여 주었다. 실린더 라이닝의 131 mm 의 내경을 가진 기관 및 0.99 mm 인 피스톤 상부 링 랜드의 타원도를 가진 피스톤에 대해 실시된 시험에서, 피스톤과 냉간 기관을 위한 실린더 라이닝 사이의 가장 큰 간극은 기관의 길이방향에 있어 9.5 mm 이었고 기관의 가로방향에 있어 0.51 mm 이었다. 상부 링 랜드 타원도가 0.15 mm 이었을 때의 실린더 마모에 관한 동일 기관에서의 종전의 문제점은 타원도가 0.99 mm 로 증가되었을 때, 즉 ca 0.1 % 대신에 ca 0.8 % 의 직경 차이를 가지고 있었을 때 한계치보다 크게 성능 및 배기에 영향을 줌 없이 완전히 제거될 수 있다는 것을 발견하였다.

도 2에서, 빗금친 영역은 상부 링 랜드 타원의 완전 원으로부터의 편차를 나타내고 있다. 각도 범위(α) 내의 섹터(A)는 장경(D1)을 가지고서 작은 상부 링 랜드 간극을 가지는 반면에 각도 범위(β) 내의 섹터(B)는 범위의 중심에서 단경(D2)을 가지고서 가변의 직경을 가져, 부드러운 천이가 큰 간극을 가진 섹터(B)와 실린더 라이닝에 대해 작은 간극을 가진 섹터(A) 사이에서 얻어진다. 섹터 각도(α)는 최소 15^o에서부터 최대 120^o까지 기관에 의존하여 변경될 수 있다. 섹터의 위치는 마모의 위험성이 있다고 시험에서 보여준 위치에 의해 결정된다. 하지만, 마모가 기관의 길이방향으로 발생한다는 것은 아주 일반적인 사실이며, 따라서 D2는 이 길이방향과 평행하게 된다.

Claims (4)

1. 끝부 표면(7)으로부터 이격된 측면내에 있는 복수의 축선방향으로 간격된 링 홈(3,4,5) 및 상기 끝부 표면(7)과 가장 인접한 링 홈(3) 사이에 있고 가변의 단면을 가지고 있는 원통형 보디의 제1 부분(6)을 구비한 원통형 보디(2)를 기본적으로 포함하고 있는 내연기관용 피스톤에 있어서;

   상기 제1 피스톤의 임의의 부분에서 단면의 최대 직경(D1)과 최소 직경(D2) 사이의 차이는 적어도 최대 직경(D1)의 0.3% 인 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 피스톤의 임의의 부분에서 단면의 최대 직경(D1)과 최소 직경(D2) 사이의 차이는 최대한이 최대 직경(D1)의 3% 인 것을 특징으로 하는 피스톤.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 직경(D1,D2)은 끝부 표면(7)로부터 링 홈(3)까지 증가하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤은 일정한 직경을 가진 실린더(1)내에 하우징되고 실린더의 직경과 상기 피스톤 부분(2)의 최소 직경(D2) 사이의 차이는 실린더 직경의 3%보다 작고, 반면에 실린더 직경과 상기 피스톤 부분(2)의 최대 직경(D1) 사이의 차이는 실린더 직경의 0.3%보다 큰 것을 특징으로 하는 피스톤.