건설기계기술사_피스톤링과 플러터(flutter)현상
1. 피스톤링이란
피스톤링은 피스톤 헤드부분 링홈에 끼워져 연소실의 기밀을 유지하여 실린더 블록과
피스톤 사이에 적당한 오일막을 유지시키는 것을 목적으로 설계된 부품을 뜻한다.
2. 피스톤링의 구성과 기능
피스톤링은 가솔린 엔진 또는 소형 디젤엔진에는 압축링 2개, 오일링 1개가 사용되고
대형디젤 엔진의 경우에는 압축링 3~6개, 오일링 1~3개가 사용된다.
피스톤링의 기능은 압력과 연소가스 leak를 방지하여 엔진효율을 향상시키는 기밀성
유지, 피스톤이 받는 열을 실린더 벽으로 전달하는 열전도 냉각 기능, 실린더 벽면의
유막을 형성시키고 여분의 오일을 제거하는 오일량 제거 기능, 마지막으로 적정 유격
거리를 두게하여 노킹으로 인한 충격을 방지하는 피스톤 보호기능이 있다.
3. 피스톤링 재질의 특성
피스톤링은 고온고압을 견뎌야 하기 때문에 내마모성이 요구되며 기밀을 유지해야 하기
때문에 충분한 밀착성이 필요하다. 또한 탄성을 유지하고 열전도성이 우수해야 한다.
4. 플러터 현상이란
플러터(flutter)는 사전적 '의미로 떨리다, (곤충의 날개)파다닥 거리다' 라는 뜻으로
피스톤링이 피스톤 홈 속에서 진동하는 현상을 의미한다. 링이 홈 내에서 떨리게 되면
정상적인 기밀유지가 곤란하고 블로바이가스(Blow-by gas)가 급증하게 된다.
여기서 블로바이가스란 피스톤과 실린더 벽 사이의 틈새에서 나오는 미량의 혼합기(가스)
로서 오일링의 기밀 유지가 안될 때 발생하거나 엔진오일 점도저하 및 유입된 먼지로 마모
되어진 틈이 점점 커지게 되어 블로바이가스의 유량도 증가한다.
5. 플러터 현상이 발생원인
피스톤링의 홈은 링의 폭보다 조금 넓어 링이 홈 속을 상하로 움직이면서 조금씩 회전한다.
이 때 피스톤링의 강성이 부족하면 고속회전시 링이 불규칙적으로 홈 속에서 회전하는데
링이 떨리는 순간을 틈타 혼합기의 기밀유지가 안되어 블로바이가스가 급증하게 된다.
6. 플러터 현상의 문제점 및 예방대책
플러터가 발생하면 블로바이가스 급증으로 엔진 출력이 감소하고 링의 기밀 불량으로 인해
유막이 손상된다. 마찰이 급증하면 피스톤 온도가 상승하게 되며 윤활유에 퇴적물이 생기고
윤활유 소비량이 증가한다.
이를 방지하기 위해서는 피스톤링의 장력을 높여 면압을 증가시키고 얇은 링을 사용하여
관성력을 감소시키는 방법이 있다. 또한 링 이음부의 면압 분포를 높이고 링 홈 상하간격과
깊이를 적정히 하여 플러터 현상을 예방할 수 있다.
7. 실무적용
자동차를 운전시 엔진소리가 평소와 다르게 느껴지거나 연비가 낮아지는 경우, 또는 윤활유가
평상시보다 누설이 많이 생겨 보충을 자주 해줘야 하는 증상이 인지된다면 피스톤링을 점검
하여 교체 등의 조치를 취해야 한다.