KR100489134B1 - 오프셋 크랭크샤프트 장착 엔진의 피스톤 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 오프셋 크랭크 샤프트가 장착된 엔진에서 피스톤의 마찰저감을 통하여 피스톤의 거동성능이 향상되도록 하기 위한 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

피스톤의 외주면에 환형상의 오일 링 및 압축 링이 끼워지기 위한 링홈이 다수 형성되어지되, 상기 피스톤은 피스톤 핀에 의해서 오프셋 크랭크샤프트와 연결되는 구조에 있어서,

상기한 링홈과, 피스톤의 스커트부가 경계되는 스커트 상단 부분을 소정의 각도로 챔퍼가공한 다음에, 상기 챔퍼가공에 의해 형성된 챔퍼가공면으로 곡면이 단계적으로 연속되는 다단의 엠보싱면이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조{Embossing skirt piston for offset crankshaft}

본 발명은 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오프셋 크랭크 샤프트가 장착된 엔진에서 피스톤의 마찰저감을 통하여 피스톤의 거동성능이 향상되도록 하기 위한 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조에 관한 것이다.

차량 엔진에 적용되는 피스톤은 실린더를 왕복운동하면서 팽창 행정에서 고온, 고압의 가스압력을 받아 이것을 커넥팅 로드를 거쳐 크랭크샤프트에 회전력을 주는 기구로써, 도 3에 도시하는 것과 같이 피스톤(10)에 피스톤 핀(11)을 끼우고, 피스톤 핀(11)을 커넥팅 로드(12)의 소단부(13)에 계합하고, 커넥팅 로드(13)의 대단부는 크랭크샤프트에 계합되는 구조로 되어 있다.

한편, 오프셋 크랭크샤프트는 실린더와 피스톤에 가변적인 압축비와 스트로크를 가지도록 하기 위해 크랭크샤프트를 편심시켜 장착한 것인데, 이와 같이 크랭크샤프트를 편심되도록 장착하는 이유는 폭발행정시에 크랭크샤프트가 편심으로 회전되므로서 실린더와 피스톤 사이의 마찰을 감소되도록 하기 위한 것이다. 따라서 상기한 오프셋 크랭크샤프트를 적용하는 궁극적인 이유는 엔진의 마찰을 저감하므로서 엔진의 연비를 향상시키는 데 있는 것이다.

이러한 오프셋 크랭크샤프트가 적용되는 엔진은, 일반적으로 엔진회전수가 낮을 경우에 마찰저감효과가 크고, 엔진회전수가 높을 경우에는 마찰저감효과는 감소된다. 또한, 엔진의 마찰저감효과의 영향은 피스톤 거동에 크게 좌우되고, 엔진마다의 특성에 따라 크게 변화된다.

따라서 오프셋 크랭크샤프트가 적용된 엔진에서 피스톤 거동에 따른 마찰저감효과의 관계를 살펴보면, 피스톤의 측압(Side Force)은 2배이상 감소되는데 비해, 실린더와 피스톤 간의 마찰(Friction)은 미묘하게 감소되는데 불과하다는 문제점이 있었다. 이는 피스톤 거동이 폭발행정시에 어퍼 스커트(Upper Skirt)에 예각으로 닿아서, 오일막의 생성에 방해가 될 뿐만 아니라 마찰의 증가를 야기하기 때문에 오프셋 크랭크샤프트의 효과를 줄이게 되는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 오프셋 크랭크 샤프트가 장착된 엔진에서 피스톤의 마찰저감을 통하여 피스톤의 거동성능이 향상되도록 하기 위한 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

피스톤의 외주면에 환형상의 오일 링 및 압축 링이 끼워지기 위한 링홈이 다수 형성되어지되, 상기 피스톤은 피스톤 핀에 의해서 오프셋 크랭크샤프트와 연결되는 구조에 있어서,

상기한 링홈과, 피스톤의 스커트부가 경계되는 스커트 상단 부분을 소정의 각도로 챔퍼가공한 다음에, 상기 챔퍼가공에 의해 형성된 챔퍼가공면으로 곡면이 단계적으로 연속되는 다단의 엠보싱면이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 피스톤의 요부를 확대도시한 도면이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 피스톤을 지시하는 것으로서, 상기한 피스톤(20)의 상부 외주면에는 오일 링 및 압축 링이 끼워지기 위한 링홈(21)이 다수 형성된다.

또한, 상기한 피스톤(20)의 축공부는 피스톤 핀을 매개로 하여 크랭크샤프트와 연결되어지는데, 상기한 크랭크샤프트는 피스톤의 마찰저감을 위해 편심된 채로 장착되는 오프셋(Offset) 크랭크샤프트이다.

그리고 상기한 피스톤(20)의 링홈(21) 중에서 최하부에 위치되어 오일 링이 끼워지는 링홈과, 상기 피스톤(20)의 스커트부(22)가 경계되는 스커트 상단에는 도 2에서와 같이 엠보싱면(30)이 형성된다.

상기한 엠보싱면(30)은 주물과정에 의해서 형성될 수 있으나, 보다 정밀한 가공을 위해서는 절삭가공에 의해서 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 기존의 엔진에 장착중인 경우에는 절삭가공만을 통하여 형성할 수도 있는 것이다.

상기와 같이 절삭가공에 의해 상기한 엠보싱이 형성되는 경우에는, 우선 상기한 스커트부(22) 상단에 소정의 각도로 챔퍼가공을 한 다음에, 챔퍼가공에 의해 형성된 챔퍼가공면(40)을 따라 도면에서와 같은 엠보싱 형상의 엠보싱면(30)을 가공하게 되는 것이다. 특히, 상기한 엠보싱면(30)의 반지름 크기는 0.5mm ~ 1.0 mm인 것이 바람직하다.

상기와 같이 피스톤(20)의 스커트부(22) 상단에 엠보싱면(30)이 형성되도록 가공하는 이유는, 피스톤(20)의 거동특성상 폭발행정시에 상기한 스커트부(30) 상단 부분이 오프셋 크랭크샤프트에 의해서 실린더 내벽에 예각으로 부딪치게 되는데, 이 때 실린더 벽과의 마찰을 줄이고, 오일막의 생성에 유리하도록 하기 위한 것이다.

이상과 같이 형성되는 피스톤의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어, 특히 폭발행정이 되었을 경우에, 피스톤(20)은 편심되도록 장착된 오프셋 크랭크샤프트에 의해서 상기한 피스톤은 스러스트 면에 대하여 스커트부 상단이 예각으로 부딪치게 된다. 또한, 피스톤(20)이 실린더 벽에 예각으로 부딪치게 되므로서 오일막의 생성이 원활하게 이루어지지 않게 된다. 그리고 실린더 벽에 피스톤(20)이 부딪치는 측력(Side Force)은 줄어들지만, 피스톤(20)의 마찰(Friction)은 크게 줄어들지 않는 것이 일반적이었다.

그런데 본 발명에 의한 피스톤의 경우에는 스커트 상단부에 엠보싱면(30)이 형성되므로서, 엔진의 폭발행정시에 피스톤의 거동특성에 의해서 피스톤(20)의 스커트부(22) 상단이 스러스트 면에 부딪치더라도 다단의 곡면으로 형성된 상기한 엠보싱면(30)에 의해서 마찰면이 감소되므로서 오프셋 크랭크샤프트의 효과를 극대화기키게 된다.

즉, 상기한 피스톤의 스커트 상단에 형성되는 엠보싱 부분이 실린더 벽에 부딪치게 되므로서 피스톤 엔진의 폭발행정시에 피스톤 벽에 피스톤의 스커트 상단이 부딪치면서 발생되는 마찰이 감소되는 것이다.

이상과 같이 스커트 상단부에 엠보싱면이 형성되는 피스톤은 특히, 오프셋 크랭크샤프트가 적용되는 엔진에서 피스톤이 폭발행정에 중일 경우에 측력뿐만이 아니라, 피스톤 벽과의 마찰을 줄이게 되므로서 오프셋 크랭크샤프트가 적용되는 엔진에서 측력에 대비하여 마찰이 상대적으로 감소되지 않았던 문제점이 해결된다. 따라서 피스톤의 스커트부 상단의 형상이 변경되는 단순한 구조변경만으로고 오프셋 크랭크샤프트가 적용되는 엔진에서 마찰감소에 따은 연비가 향상될 뿐만 아니라, 오일벽이 원활하게 생성되므로서 엔진의 윤활성능이 냉각성능도 향상되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 피스톤의 요부를 확대도시한 도면.

도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 피스톤

21 : 링홈

22 : 스커트부

30 : 엠보싱면

40 : 챔퍼가공면

Claims (2)

1. 피스톤의 외주면에 환형상의 오일 링 및 압축 링이 끼워지기 위한 링홈이 다수 형성되어지되, 상기 피스톤은 피스톤 핀에 의해서 오프셋 크랭크샤프트와 연결되는 구조에 있어서,

   상기한 링홈(21)과, 피스톤(20)의 스커트부(22)가 경계되는 스커트 상단 부분을 소정의 각도로 챔퍼가공한 다음에, 상기 챔퍼가공에 의해 형성된 챔퍼가공면(40)으로 곡면이 단계적으로 연속되는 다단의 엠보싱면(30)이 형성된 것을 특징으로 하는 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 엠보싱면(30)의 반지름 크기는 0.5mm ~ 1.0mm 범위 내에서 가공되는 것을 특징으로 하는 오프셋 크랭크샤프트 장착엔진의 피스톤 구조.