엔진 피스톤 관련 부품 알아보기

 엔진은 피스톤의 상하왕복 운동을 회전 운동으로 변환시키는 기관이다. 여기서 중요한 피스톤은 어떻게 구성되어 있으며 어떤 역할을 하는지 알아보자. 피스톤은 실린더 내를 왕복 운동하며 고온 고압의 가스로부터 동역을 받아 커넥팅 로드를 거쳐 크랭크축에 동력을 전달한다. 피스톤의 구조는 피스톤 헤드와 링홈, 랜드, 보스부, 히트 댐, 리브 등으로 이루어져 있다. 피스톤 헤드는 연소실의 일부가 되는 부분이며 내면에 리브를 설치하여 피스톤을 보강하여 강성을 증대시킨다. 링홈은 피스톤 링을 설치하기 위한 홈이다. 랜드는 링홈과 링홈 사이를 뜻하며, 보스부는 커넥팅 로드와 연결되는 피스톤 핀을 설치되는 부분이다. 히트 댐은 헤드부의 열이 스커트부로 전달되는 것을 방지하는 피스톤 링의 윗부분이다.  피스톤이 구비해야 할 조건은 관성력을 적게 하기 위해 가벼워야 하며, 기계적 강도가 강하고, 열팽창이 적고, 열전도가 좋으며, 폭발 압력을 유용하게 이용할 수 있어야 한다.

 피스톤 간극은 피스톤의 재질 및 형상에 따라 다르나 피스톤과 실린더벽 사이에는 피스톤의 열팽창을 고려하여 알맞은 간극이 필요하기 때문에 존재한다. 간극은 피스톤 최대 바깥지름과 실린더 안 지름과의 차이이다. 경합금으로 만든 피스톤의 경우 실린더 안 지름의 0.05% 이내의 열팽창을 고려하여 피스톤 간극을 둔다. 피스톤 간극이 클 때는 블로바이 가스에 의한 압축력이 낮아진다. 또한 피스톤 링의 기능 저하로 인하여 오일이 연소실에 유입되어 오일 소비가 많아지며 흰색 매연을 발생시키며, 피스톤 슬랩 현상이 발생되어서 기관의 출력이 저하된다. 피스톤 간극이 적을 때는 오일 간극이 적어지면서 유막이 파괴되어 마찰 마멸이 발생되며 마찰열에 의해 엔진이 소결 되어 멈출 수도 있다.

 피스톤에는 피스톤 링이 같이 조립된다. 피스톤 링은 압축가스 누출을 방지하는 기밀작용을 한다. 또한 연소실내의 오일 유입방지 및 실린더 벽 윤활작용과 같은 오일 제어 작용을 하고 냉각 작용도 한다. 따라서 피스톤 링은 내열성, 내 마멸 성, 열전도율, 탄성률 등이 좋아야 한다. 재질은 보통 특수 주철이나 크롬 도금한 회색주철, 구상 흑연 주철이 사용된다. 피스톤 링은 보통 실린더 당 4개씩 조립되며 1~2번 피스톤 링은 압축 링의 기능으로 열전도 작용과 기밀유지 작용을 한다. 3~4번 링은 오일링으로 오일 제어 기능을 한다. 피스톤과 커넥팅 로드를 연결해주는 부품은 피스톤 핀이다. 앞서 설명한 보스부에 체결되어 커넥팅 로드와 피스톤을 조립된다.

 커넥팅 로드는 연소실 내에서 왕복운동을 하는 피스톤의 힘을 크랭크 축으로 전달하는 역할을 한다. 따라서 강한 인장력과 압축력이 작용하므로 높은 강성과 경도를 가져야 하며 관성력을 줄이기 위해 경량이어야한다.