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■ 피스톤(Piston) 과 피스톤링(Piston Ring) |
피스톤은 폭발행정에서 고온, 고압의 가스 압력을 받아 실린더 안을 왕복운동하며, 커넥팅로드를 통해 크랭크축에 회전력을 발생시키는 일을 한다.
피스톤 헤드는 고온(2000℃이상)의 연소가스에 노출되고 30~40kg/㎤의 압력을 충격적으로 받으며, 실린더 안에서 고속직선운동(10~20m/s)을 반복하여야 하므로 경량으로 강도가 높고 열에 의한 팽창이 적어야 한다. 최근에는 주철재에서 알루미늄 합금재로 거의 바뀌었으며 디젤 엔진의 일부만 주철제로 남아 있다.
피스톤의 주요부분으로는 피스톤 헤드, 링지대, 스커트(Skirt),보스(Boss)등으로 되어 있으며, 피스톤 헤드는 연소실의 일부를 형성하고 고온에 의한 팽창을 고려하여 스커트 부분의 지름보다 작게 되어 있다.
피스톤링은 피스톤 상부에 있는 3∼4개의 링으로 실린더 벽면에 있는 오일은 연소실에 들어가지 못하게 하는 오일링(Oil Ring)과 연소가스가 새지 못하게 하는 압축링(Compressing Ring)이 있다.
압축링은 압축과 팽창시의 기밀을 유지하고 피스톤의 받은 높은 열을 실린더 블록으로 전달하며, 오일이 연소실로 들어가지 못하도록 최소한의 유막을 남겨 놓고 긁어 내리는 역할을 한다. 오일링은 실린더 보어에 윤활유가 균일하게 묻을 수 있도록 하고 여분의 오일을 긁어 내리는 역할을 한다.
피스톤 스커트부는 피스톤의 왕복운동을 할 때 가이드 역할을 하며, 보스 부분은 피스톤 핀이 장착되는 부분으로 냉각시는 타원형이나 웜업시는 팽창하여 진원으로 된다.
피스톤 핀은 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 핀으로, 피스톤 핀 중앙에 커넥팅 로드가 결합되고 핀의 양쪽은 피스톤 보스에 지지된다. 피스톤 핀 설치 방법에는 반부동식과 부동식이 많이 이용되고 있다.
반부동식은 가솔린 엔진에서 많이 이용되고 있는 방식으로, 커넥팅 로드의 작은쪽에 피스톤 핀이 압입되는 형식이다.
부동식은 피스톤 보스 양쪽에 스냅링이 설치 되어 있고 커넥팅 로드의 작은 쪽에는 부싱이 끼워져 있는 형식으로 디젤 엔진에서 많이 이용되고 있다
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■ 커넥팅로드(Connecting Rod : 약어 콘로드/Con.Rod) |
왕복운동하는 피스톤과 회전운동하는 크랭크샤프트를 이어주는 기구로
작은끝(Small end)은 피스톤 핀과 연결되고 큰 끝(Big end)은 분할하여 크랭크축과 커넥팅 로드 캡에 의해 연결된다.
콘로드(Con.Rod)는 콘로드 베어링(Con.Rod Bearing), 캡(Cap), 오일젯트(Oil Jet), 캡 볼트(Cap Bolt), 부싱(Bushing)의 부속품이 있으며, 운전중 압축력, 인장력, 휨등의 하중을 반복하여 받기 때문에 이것을 충분히 견딜 수 있는 강도와 강성이 필요하고, 또 무게를 가볍개 하기 위하여 I형 단면으로 되어 있다. 재질은 니켈 크롬강, 크롬 몰리브덴강, 탄소강 등을 사용하여 형타 단조(Drop foring)하여 만든다.
크랭크 축은 크랭크케이스 안에 설치된 메인 베어링으로 지지되어 있고 각 실린더의 동력 행정에서 발생한 피스톤의 직선동력을 콘로드를 통해 회전동력으로 바꾸며, 반대로 다른 행정에서는 피스톤에 운동을 가해 연속하여 동력을 발생하는 기능을 한다.
크랭크축의 주요부로는
- 메인 베어링에지지되는 메인베어링 저널
- 커넥팅로드가 연결되는 크랭크 핀
- 메인 베어링 저널에서 크랭크 핀을 연결하는 크랭크암
- 핀의 평형을 유지하기 위해 설치죈 평형추(Blance Weight)
- 뒤 축 끝에는 플라이휠을 설치하기 위한 플렌지
- 플렌지 외경에는 오일의 유출을 막는 리어 오일씰 장착부
- 앞족에는 캠축을 구동하기 위한 크랭크 스프로킷 장착부
- 워터 펌프, 발전기를 구동할 수 있는 크랭크풀리 장착부로 되어있다.
또한, 크랭크축 내부에는 윤할을 위한 구정이 저널에서 핀까지 가로 질러 가공되어 있다.
크랭크샤프트의 회전력을 균일하게 하여 휠에 연결시켜 회전시키고 엔진시동기, 전기기동모터(Starter Motor)의 기동력으로 크랭크샤프트를 돌려 피스톤이 왕복운동을 하게 하는데 이용된다.
플라이 휠은 주철제로 만들어 크랭크축 뒤쪽의 플렌지에 고정되어 있다. 크랭크축은 폭발행정에서만 큰 회전력을 얻을뿐 그 밖의 행정에서는 회전관성을 이용하여 회전속도의 변동을 적게하고 원활한 회전을 하고 있다.
따라서 플라이휠은 관성을 크게 하고 또 중량은 가볍게 하기 위해 중심부분은 얇게 하고 주위는 두껍게 한 원판으로 하고 있다.
플라이 휠의 뒷면은 클러치의 마찰면으로 이용하며, 바깥 둘레에는 엔진을 시동할 때 스타트 모터(시동기)의 피니언 기어와 맞물려 돌아가도록 기어가 열박음으로 압입되어 있다. 자동변속기인 경우에는 토크 컨버터가 플라이휠과 동일한 역활을 한다.
참고 자료 : 한국교재개발 "자동차편람"
현대자동차 사이버정비교실
크라운출판사 "자동차공학"
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