피스톤 링은 탄성이 있는 금속 개방형 링으로, 기능에 따라 가스 링과 오일 링 두 가지 유형으로 나뉩니다. 피스톤 헤드 상단에는 2~4개의 가스 링이 장착되고, 하단에는 1~2개의 오일 링이 장착됩니다.
가스링의 기능은 피스톤과 실린더 벽 사이의 밀봉을 확보하고 피스톤 상단의 고압 가스가 크랭크케이스로 누출되는 것을 방지하는 것입니다. 밀봉이 불량하면 압축 행정 중 가스 누출이 증가하여 압축 말기 압력이 감소하고, 이로 인해 내연기관 시동이 어려워질 수 있습니다. 고온 가스가 크랭크케이스로 누출되면 피스톤 온도가 상승하고, 열로 인해 오일이 산화되어 열화됩니다. 가스링은 밀봉 기능 외에도 열 전달 역할도 합니다. 피스톤 상단이 흡수한 열의 대부분은 가스링을 통해 실린더 벽으로 전달되고(피스톤 헤드가 실린더 벽에 직접 닿지 않기 때문), 외부 냉각 매체에 의해 제거됩니다.
가스링, 특히 제1 가스링은 피스톤과 함께 실린더 벽을 따라 고속 왕복 운동을 할 뿐만 아니라 고온 고압 가스의 압력과 불량한 윤활 조건의 영향을 받아 기계적 특성이 저하됩니다. 탄성이 감소하면 윤활유의 탄화가 발생하고, 심지어 실린더 당김이나 공기 누출까지 유발할 수 있습니다. 따라서 가스링은 실린더 벽에 밀착될 수 있도록 충분한 탄성력을 가져야 합니다. 이렇게 하면 가스링과 실린더 벽 사이의 접촉면을 통해 고압 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있습니다. 가스가 링의 윗면에 작용하여 링을 피스톤 링 홈에 단단히 밀착시키고, 아랫면이 링 홈에 밀착되도록 합니다. 링의 안쪽 면과 링 홈 사이로 들어가는 가스는 바깥쪽으로 밀어내어 링을 실린더 벽에 더욱 단단히 밀착시킵니다. 따라서 가스링 자체의 탄성력과 가스의 압력을 이용하여 고압 가스 누출을 방지할 수 있습니다.
피스톤 링은 일반적으로 고품질 회주철 또는 합금주철로 제작됩니다. 제1 가스 링의 작동 성능과 내마모성을 향상시키기 위해 다공성 크롬층 또는 몰리브덴층을 표면에 도금하는 경우가 많습니다. 최근에는 제1 가스 링을 연성 주철이나 강철로 제작하는 경우도 있습니다. 피스톤 링은 자유 상태에서 외경이 실린더 직경보다 약간 큽니다. 실린더에 장착되면 피스톤 링은 탄성력을 발생시켜 실린더 벽에 밀착되는데, 이때 피스톤 링이 가열 및 팽창할 때 실린더에 고착되는 것을 방지하기 위해 개구부에 일정 간격(개구 간극 또는 엔드 갭이라고 함, 내연기관 피스톤 링의 개구 간극은 일반적으로 0.4~0.8mm)을 확보해야 합니다. 피스톤 링이 링 홈에 장착된 후에는 높이 방향으로도 일정 간격(측면 간극이라고 함, 내연기관 피스톤 링의 측면 간극은 일반적으로 0.08~0.16mm)을 확보해야 합니다. 피스톤링을 피스톤에 장착할 때, 각 링의 개구부는 120°~180° 정도 어긋나도록 장착해야 하며, 피스톤링 장착 후 실린더 내 가스 누출 현상을 방지하기 위해 피스톤링 개구부는 피스톤 핀 시트 구멍으로부터 45도 이상 어긋나도록 장착해야 합니다.
피스톤 링의 작동 조건을 개선하고 피스톤 링과 실린더의 밀착도를 높이기 위해 일부 피스톤 링은 단면 형상이 다르므로 설치 시 특별한 주의가 필요합니다. 피스톤 링의 기본 단면 형상은 직사각형입니다. 직사각형 링은 제조가 용이하고 널리 사용되지만, 길들이기 성능이 상대적으로 떨어지고 엔진의 점점 강화되는 요구 사항을 충족하지 못합니다. 이 일반적인 압축 링은 피스톤 링 홈에 자유롭게 장착할 수 있습니다. 일부 엔진에서는 원뿔형 링 구조를 사용합니다. 링의 작동면은 0.5°~1.5°의 경사각으로 제작되어 링 작동면과 실린더 벽 사이의 접촉면을 줄여 길들이기 속도를 높입니다. 원뿔형 각도는 오일을 긁어내는 기능도 합니다. 그러나 원뿔형 링은 마모가 빨라 수명에 영향을 미칩니다. 경사면이 아래쪽을 향하도록 설치해야 합니다.
일부 내연기관에는 트위스트 링이 사용됩니다. 트위스트 링의 내측 원의 윗부분이나 외측 원의 아랫부분이 일부 잘려나가 계단형 단면을 이룹니다. 이 단면은 내외부가 비대칭입니다. 링이 실린더에 장착되어 압축되면, 비대칭적인 내부 힘의 작용으로 단면이 크게 기울어지면서 링의 외면이 위쪽은 작고 아래쪽은 큰 테이퍼형을 형성하게 되어 링의 크기가 줄어듭니다. 실린더 벽과의 접촉면이 넓어지면서 링이 쉽게 미끄러져 들어가고 오일을 아래로 밀어내는 효과가 있습니다. 또한, 링의 위쪽 및 아래쪽 단면이 링 홈의 위쪽 및 아래쪽 단면과 일치하는 위치에서 접촉하여 밀봉 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 피스톤 링이 홈 내에서 위아래로 움직여 오일 펌프에 오일이 튀거나 마모되는 것을 방지합니다. 링을 설치할 때는 상하 방향에 주의해야 합니다. 반대로 설치하면 안 됩니다. 안쪽 절단면이 위쪽을 향하고 바깥쪽 절단면이 아래쪽을 향해야 합니다. 열부하가 큰 일부 내연기관에서는 가스링의 탄화 방지 능력을 향상시키기 위해 사다리꼴 링을 사용하는 경우가 많습니다. 링의 단면과 링 홈 사이의 접촉 간격은 피스톤의 횡방향 운동에 따라 변화하며, 이는 링 홈에 쌓인 탄화물을 분쇄하여 피스톤 링이 달라붙거나 고착되는 것을 방지합니다. 이 링은 일반 가스링처럼 자유롭게 장착할 수 있습니다.
가스 링 배럴 페이스 링이라는 형태도 있는데, 작동면이 볼록한 호 모양이고 상하 방향이 실린더 벽과 쐐기형으로 되어 있어 마모가 적고 윤활 성능이 우수하며 밀봉력이 강합니다. 이러한 링은 내연기관 강화에 널리 사용됩니다. 일반 압축 링과 마찬가지로 가스 링 홈에 자유롭게 장착할 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 8월 4일