KR0178034B1 - Piston of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 피스톤 로드의 상부에 장착되었을 때의 본 발명에 따른 피스톤의 종단면도.1 is a longitudinal sectional view of a piston according to the invention when mounted on top of a piston rod;
제2도는 제1도와 유사하지만 환상 리브와 피스톤 헤드 사이의 전이부가 원추 표면으로 설계된, 피스톤의 단면도.FIG. 2 is a cross sectional view of the piston, similar to FIG. 1 but with the transition portion between the annular rib and the piston head designed as a conical surface.
제3도는 제2도의 화살표 Ⅲ-Ⅲ 의 방향에서 본 피스톤을 도시한 평면도.3 is a plan view of the piston viewed from the direction of arrow III-III of FIG. 2;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 피스톤 헤드 2 : 측면 벽1: piston head 2: side wall
5 : 리브 6 : 단면5: rib 6: cross section
7 : 플랜지 8 : 피스톤 로드7: flange 8: piston rod
10 : 스커트 부재 13 : 보어10: skirt member 13: bore
14 : 덕트 15 : 중앙 캐비티14
16 : 폐쇄 단부 17 : 환상 챔버16: closed end 17: annular chamber
20 : 삽입부20: insertion part
본 발명은 연소 기관용 피스톤에 관한 것이며, 특히 피스톤과 피스톤 로드 사이에 동력 전달 요소로서, 피스톤 헤드와 일체화된 환상의 리브를 지닌 형태인, 대형의 선박용 디이젤 기관에 관한 것이다. 그러한 기관에서는, 원주상에 균일하게 분포된 복수개의 보어가, 환상 리브의 외측 측부와 피스톤 헤드로부터 하향으로 연장된 피스톤의 측면벽 사이 환상의 부위에 제공된다. 상기 각각의 보어는 폐쇄 단부로부터 피스톤 헤드를 향해 피스톤의 축에 거의 평행하게 연장되어 하부의 환상 챔버내로 배출구를 만든다. 리브에는 반경방향의 덕트가 제공되며, 이 덕트는, 보어를 경유하여, 리브내의 중앙 캐비티와 하부의 환산 챔버 사이에서 유체 연결부로 작용한다.The present invention relates to a piston for a combustion engine, and more particularly to a large marine diesel engine, in the form of an annular rib integrated with the piston head as a power transmission element between the piston and the piston rod. In such an engine, a plurality of bores uniformly distributed on the circumference are provided at the annular portion between the outer side of the annular rib and the side wall of the piston extending downward from the piston head. Each bore extends from the closed end toward the piston head almost parallel to the axis of the piston to create an outlet into the lower annular chamber. The rib is provided with a radial duct which, via the bore, serves as a fluid connection between the central cavity in the rib and the lower conversion chamber.
상기의 피스톤은 독일 특허 제37 02 694호에 개시되어 있으며, 상기 특허에 따르면, 일부의 보어들만이 관련 덕트를 지니며, 반면에 냉각제는 환상의 챔버로부터 여분의 보어로 스플래쉬 냉각(splash cooling)방식으로 제공된다. 피스톤이 기관의 실린더내에서 상하 왕복운동할때, 피스톤 냉각제는 중앙의 캐비티로부터 덕트 및 보어를 통해 환상 챔버내로 하향 펌핑되어, 이 환상 챔버안에서 모든 보어 아래로 분산된다. 덕트는 보어와 거의 같은 직경을 가지며, 보어내로의 유입 이후에 피스톤 냉각제는 주로 보어의 길이 방향으로 이동한다.Said piston is disclosed in German Patent No. 3 7 02 694, according to the patent, only some of the bores have an associated duct, while the coolant is splash cooling from the annular chamber to the extra bore. Provided in a manner. As the piston reciprocates up and down within the cylinder of the engine, the piston coolant is pumped down into the annular chamber through the duct and the bore from the central cavity, dispersing below all the bores in this annular chamber. The duct has a diameter approximately equal to that of the bore, and after inflow into the bore, the piston coolant mainly moves in the longitudinal direction of the bore.
본 발명의 목적은 향상된 냉각성을 지닌 피스톤을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a piston with improved cooling.
이러한 관점에서, 본 발명에 따른 피스톤은 다음과 같은 점에서 선행기술의 것과 상이하다. 즉, 각각의 덕트는 관련 보어보다 충분히 작은 직경을 지니고, 덕트의 축은, 보어와 동축선상에 있으며 보어 직경의 0.4 내지 0.6 배인 직경을 지니는 가상의 실린더 (imaginary cylinder) 에 대해 거의 접선방향이다.In this respect, the piston according to the invention differs from that of the prior art in the following points. That is, each duct has a diameter sufficiently smaller than the associated bore, and the axis of the duct is nearly tangential to an imaginary cylinder coaxial with the bore and having a diameter of 0.4 to 0.6 times the bore diameter.
보어에 비해 작은 직경을 지닌 덕트 때문에, 중앙의 캐비티로부터의 냉각제는 상대적으로 높은 유속을 지닌 집중 제트류로서 보어로 들어가며, 덕트가 보어의 축에 관하여 변위된다는 사실 때문에, 냉각제는 보어내에서 접선상으로 유동하고 보어의 벽을 따라 강한 회전이 이루어짐으로써, 상기 벽으로부터 냉각제로 강력한 열전달이 이루어질 수 있고, 따라서 피스톤의 냉각성도 향상된다.Because of the smaller diameter ducts compared to the bore, the coolant from the central cavity enters the bore as a concentrated jet with a relatively high flow rate, and due to the fact that the duct is displaced about the axis of the bore, the coolant is tangential in the bore. By flowing and making a strong rotation along the bore's wall, strong heat transfer from the wall to the coolant can be achieved, thus improving the cooling of the piston.
모든 보어의 균일한 냉각에 의해 피스톤의 냉각성을 향상시키도록, 본 발명에 따른 피스톤은, 덕트가 각각의 보어내로 연장된다는 것을 특징으로 할 수 있다. 덕트가 작은 직경을 지닌다는 사실에 비추어, 피스톤은, 환상의 리브가 덕트에 의해 각각의 보어로 통공되었을 때 조차도 충분한 기계적 강도를 유지한다.The piston according to the invention can be characterized in that the duct extends into each bore so that the cooling of the piston is improved by uniform cooling of all bores. In view of the fact that the duct has a small diameter, the piston maintains sufficient mechanical strength even when the annular rib is perforated by the duct to each bore.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 덕트는 원추형 표면내 중앙 캐비티내로 개방된다. 상기 원추형 표면은 피스톤과 동축선상이며, 리브의 내측 표면과 피스톤 헤드의 하부사이에서의 전이(transition) 영역을 형성한다. 이러한 것은 반경방향 덕트의 가공을 용이하게 하고, 또한 리브와 피스톤 헤드 사이의 전이영역에서 덕트의 유출부 또는 개방부 둘레 영역의 용력 집중이 감소되는 장점을 지닌다.According to a preferred embodiment of the present invention, the duct is open into the central cavity in the conical surface. The conical surface is coaxial with the piston and forms a transition region between the inner surface of the rib and the bottom of the piston head. This facilitates the machining of the radial duct and also has the advantage that the concentration of forces in the area around the outlet or opening of the duct in the transition region between the rib and the piston head is reduced.
덕트의 모든 외측 단부가 관련 보어축의 같은 측부에 배치되는 본 발명에 따른 피스톤의 바람직한 실시예에서는, 덕트가 환상 리브의 상부에 균일하게 분포되어 있기 때문에 피스톤의 균일한 냉각이 이루어진다.In a preferred embodiment of the piston according to the invention in which all outer ends of the duct are arranged on the same side of the associated bore shaft, even cooling of the piston is achieved because the duct is distributed evenly on top of the annular rib.
이제, 본 발명이 첨부도면을 참고로 하여, 실시예 방식으로 설명된다.The invention is now described by way of example, with reference to the accompanying drawings.
도시된 피스톤은 오목하게 만곡된 피스톤 헤드(1)를 지니며, 이 피스톤 헤드는 그 원주상에서 하향으로 면하는 피스톤 측면 벽(2)과 일체로 형성되며, 그 피스톤 측변 벽(2)에는 4개의 피스톤 링용 홈(3)이 제공된다. 피스톤의 상부 측부 아래에 근접하여 측면 벽의 상부 영역에 있는 홈(4)은, 관련 기관 실린더 내외로 피스톤을 삽입하고 제거할 때에 리프트용 공구(lifting tool)를 수용하는 역할을 한다.The illustrated piston has a concavely curved piston head 1, which is integrally formed with a piston side wall 2 facing downward on its circumference, the piston side wall 2 having four
피스톤 헤드(1)와 일체화되어 하향으로 면하는 환상의 리브(5)가 제공되며, 도시된 실시예에서 환상 리브의 평균 직경은 피스톤 직경의 절반정도이며, 이것은 하향으로 면하는 단면(6)을 따라서 수개의 볼트(9)에 의해 피스톤 로드(8)상의 플랜지(7)에 고정된다. 분리된 환상의 스커트 부재(10)가 측면 벽(2)의 하부 측부에 볼트 결합되고, 플랜지(7)에 대한 내측의 원주를 따라서 플랜지내 원주상의 슬롯에 끼워진(embedded) 시일용 링(11)에 의해 시일된다.An
피스톤 측변 벽(2)내 나사가공된 구멍 및 스커트 부재(10) 내간극 구멍과 함께 간극 구멍 및 나사가공된 구멍을 지닌 볼트(9)가 설명 목적용으로 각각의 도면의 단면인 평면상에 나타나 있다.
측면 벽(2)과 리브(5)의 외측 사이의 부위에서, 피스톤은 다수개의 보어(13)들을 지니며, 이 보어는 피스톤 헤드(1)를 향해서는 폐쇄되고, 피스톤 헤드로부터 이격된 단부에서는 하부의 환상 챔버(17)내로 연장된다. 보어의 폐쇄 단부에서, 보어(13)에는 오목하게 만곡된 상부가 제공된다. 이 경우에, 피스톤의 길이방향 축에 평행한 축을 지니는 보어(13)는 동등하게 이격됨으로써, 측면 벽(2)과 환상리브(5) 사이에서 보강용 리브로서 작용하는 격벽(12)을 형성한다.At the site between the side wall 2 and the outside of the
도시되지 않은 실시예에서, 보어의 축은 반경방향 평면상에서 피스톤의 길이 방향 축에 대해 0 내지 5 도의 각도를 형성할 수 있다. 이러한 것은 피스톤 헤드(1)와 피스톤의 측면 벽(2) 사이에서, 소기의 방식으로 냉각 효과를 분포시키는데 대한 대비가 된다. 보어의 축이, 예를들어 피스톤 헤드 아래에서 피스톤의 길이방향 축에 교차되도록 위치되었다면, 피스톤 링 및 피스톤 헤드의 부위에서 그 원주를 따라 더 강력한 냉각이 이루어진다. 반대로, 보어의 축이 피스톤 헤드 위에서 피스톤 축과 교차된다면, 리브(5) 위쪽의 피스톤 헤드의 아치형 부분이 더 강력하게 냉각될 수 있다.In an embodiment not shown, the axis of the bore may form an angle of 0 to 5 degrees with respect to the longitudinal axis of the piston on the radial plane. This is in contrast to distributing the cooling effect in a desired way between the piston head 1 and the side wall 2 of the piston. If the axis of the bore is positioned to intersect the longitudinal axis of the piston, for example under the piston head, more intense cooling occurs along its circumference at the site of the piston ring and the piston head. In contrast, if the axis of the bore intersects the piston axis over the piston head, the arcuate portion of the piston head above the
각각의 보어(13)는, 덕트(14)가 피스톤 헤드(1)내로 들어가는 지점에 근접한 리브(5)의 내측부로부터 보어의 폐쇄 단부(16)에 근접한 지점까지 연장된 직선의 덕트(14)에 의해 중앙의 캐비티(15)와 연결되며, 덕트의 축은, 보어와 동축선상에 있고 도시된 경우에 보어의 직경의 0.5 배인 직경을 지니는 가상의 실린더에 접선방향이 되도록 배향된다.Each
제1도에서 환상 리브(5)와 피스톤 헤드(1) 사이의 전이는 단면상에서 보아 균일한 곡률을 지닌 것으로 도시되었지만, 제2도의 해당 전이는 피스톤과 동축선상에 있는 원추 표면의 형상을 지닌다. 후자의 실시예를 따르면 응력의 집중이 감소되고, 덕트의 가공이 용이해진다.In FIG. 1 the transition between the
피스톤 로드(8)는 중앙의 보어를 지니며, 그 보어는 관형의 삽입부(20)에 의해 내측의 유동 통로(21) 및 외측의 환상 유동 통로(19)로 분할된다. 내측의 유동 통로(21)는 상부에서 중앙의 캐비티(15)내로 배출되는 반면에, 외측의 유동 통로(19)는 상부에서 삽입부(20)에 의해 폐쇄된다. 모든 모어(13)와 유체 연결상태에 있는 하부의 환상 챔버(17)는 플랜지(7) 내의 하나 또는 그 이상의 횡단보어(18)를 통해 유동 통로(19)와 유체 연결상태에 있다.The
기관의 작동중에, 피스톤 냉각제, 바람직하게는 냉각용 오일이 펌프에 의해 피스톤 로드(8)내의 유동 통로(21)로 공급되며, 냉각제는 유동 통로(19)를 통해 귀환된다. 피스톤이 증가된 가속으로 상향으로 운동할 때, 피스톤내에 있을 수 있는 냉각제는 피스톤 로드로 귀환되게끔 강제되지만, 피스톤이 그 상사점(top dead centre)에 도달할때의 가속 감소와 함께 냉각제는 유동 통로(21, 19)를 통해 상향으로 유동하며, 또한 중앙의 캐비티(15) 및 보어(13)내로도 각각 유동한다. 후자의 경우에는 덕트(18) 및 하부의 환상 챔버(17)를 통해 유동하기도 한다. 이러한 피스톤 운동의 단계에서 피스톤 헤드의 하부 측부는 스플래쉬 냉각 방식으로 냉각된다. 피스톤의 운동중, 피스톤 냉각제가 중앙의 캐비티(15)내로 강제되고, 이로부터 덕트(14)를 통해 보어내로 유동하며, 보어내로의 접선방향 유동에 기인하여 그 안의 냉각제는 활발한 회전을 받게 된다. 유동의 각운동 모멘트 벡터(angular momentum vector)는 피스톤의 운동 방향에 거의 평행하며, 따라서 냉각제의 회전은 피스톤의 운동에 의해 혼란되지 아니한다. 피스톤이 하사점에 접근할 때, 오일은 중앙의 캐비티(15) 및 보어(13)의 외측으로 강제되어, 중공(hollow)의 피스톤 로드로 재순환되고, 이후에 위와 같은 사이클이 계속된다.During operation of the engine, a piston coolant, preferably cooling oil, is supplied by means of a pump to the
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