KR100333007B1 - 대형선박용디젤엔진과같은내연기관용피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤과 피스톤 로드 사이에 동력전달부재로서 피스톤 헤드와 일체로 된 환형의 리브를 구비하고, 리브와 피스톤의 측벽 사이의 환형의 영역에 리브를 지지하고 피스톤 헤드로부터 하향으로 연장된 요소가 제공되며, 상기 피스톤의 측벽에는 외부에 피스톤 링들이 제공되고, 상기 리브 지지요소는 그 하단이 원추형 벽으로 되고, 상기 원추형 벽은 피스톤의 축에 평행하게 연장된 냉각 오일 통로용의 보어들에 의해 관통되고, 상기 원추형 벽은 피스톤의 종단면으로 볼 때 라운딩된 벽 부분에 의해 측벽에 연결되어 있으며 그 축방향 단면은 원형으로 된 내연기관, 특히 대형 선박용 디젤엔진용 피스톤에 있어서, 상기 라운딩된 벽 부분은 감소된 벽 두께로 측벽의 일부분 속으로 연장된 부분을 가지며, 상기 연장된 부분은 상기 원형의 중심이 냉각용 보어들 각각에 대하여 피스톤의 축으로부터 멀리 떨어지게 배치된 부분보다 피스톤의 축에 더욱 근접하지 않도록 배치되게 하는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 감소된 두께를 갖는 부분에서 약화된 측벽을 통하여, 부분적으로는 구조상 증가된 유연성으로 그리고 부분적으로는 상대적으로 가장 부하가 크게 걸리는 영역들을 적절하게 배치시킴으로써 동역학적인 부하가 감소되어 주요부분에서의 파손의 위험이 최소화된다.

Description

대형 선박용 디젤 엔진과 같은 내연기관용 피스톤{A PISION FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, IN PARTICULAR A BIG MARINE DIESEL ENGINE}

이런 형태의 피스톤들은 저속의 2행정 크로스헤드 디젤 엔진과 연결되어 사용된다. 평균 유효 압력을 증가시킴으로써 이들 엔진의 출력을 증가시킬 수 있었다. 이러한 출력의 증가로 인하여 피스톤 로드로의 부하를 전달하여야 하는 피스톤 헤드와 피스톤의 각 부품들에 대한 부하의 증가가 초래된다. 그 부하는 매우 높은 정도의 동력학이기 때문에 피스톤을 지지하는 요소들은 크랙의 형성을 방지하도록구성되어야 한다. 부하의 증가는 또한 피스톤 냉각을 더욱 더 필요로 하므로 피스톤의 강성 강화는 단지 피스톤의 노출된 부분의 벽두께를 증가시킴으로써만 이루어질 수 없게 한다. 특별히 노출된 영역은 피스톤 헤드의 외부 영역으로부터 동력전달 리브로 힘을 전달하는 지지요소와 피스톤의 측벽 사이의 변이영역이다.

본 발명은 내연기관, 특히 대형 선박용 디젤 엔진용 피스톤에 관한 것으로, 피스톤과 피스톤 로드 사이에 동력전달부재로서 피스톤 헤드와 일체로 된 환형의 리브를 구비하고, 리브와 피스톤의 측벽 사이의 환형의 영역에 리브를 지지하고 피스톤 헤드로부터 하향으로 연장된 요소가 제공되며, 상기 피스톤의 측벽에는 외부에 피스톤 링들이 제공되고, 상기 리브 지지요소는 그 하단이 원추형 벽으로 되고, 상기 원추형 벽은 피스톤의 축에 평행하게 연장된 냉각 오일 통로용의 보어들에 의해 관통되고, 상기 원추형 벽은 피스톤의 종단면으로 볼 때 라운딩된 벽 부분에 의해 측벽에 연결되어 있으며 그 축방향 단면은 원형으로 된 형태의 내연기관, 특히 대형 선박용 디젤엔진용 피스톤에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤 상부의 축방향 절반부분만 도시한 개략적인 부분단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피스톤 상부의 축방향 절반부분만 도시한 개략적인 부분단면도이다.

본 발명의 목적은 주요 영역에서의 파손 위험이 감소되도록 개선된, 전술한 형태의 피스톤을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구범위 제 1항에 따른 피스톤에 의해 달성된다.

주요 부분에서의 피스톤의 측벽 두께가 감소된 구조는 놀랍게도 피스톤의 동역학적 인장부하가 감소되는 것으로 나타났다. 특히 감소된 벽두께는 주요 부분의 측벽의 언더컷팅으로 이루어지며, 지지부재는 라운딩되어 측벽과 이어진다. 상기와 같은 언더컷팅과 라운딩은 구조상 동력학적으로 가장 크게 부하가 걸리는 영역의 분리를 수반하여 절대적인 부하가 감소되지 않음에도 불구하고 파손의 위험을 상당히 감소시키는 결과를 보였다.

본 발명에 따라 라운딩된 벽부분은 감소된 벽두께로 측벽부분으로 연장된다. 이런 특징으로 라운딩된 반경은 명세서 서두에서 언급한 실시예들과 비교하여 증가될 수 있으며, 동력학적인 부하에 대한 민감도가 감소된다.

원추형 벽과 피스톤의 측벽 사이의 주요부분에서 가장 크게 부하가 걸리는 부분을 분리시키기 위하여 피스톤의 축방향 부분에서 보이는 라운딩된 부분은 거의 원형의 형상을 가지며, 그 중심은 냉각용 보어의 다른 부분 보다 피스톤의 축으로부터 더욱 멀리 떨어지게 배치된다.

본 발명에 따라, 원추형 벽과 피스톤 축 사이의 각도는 30°- 60°사이이다. 그러한 각도로 냉각용 보어는, 동력학적으로 가장 부하가 크게 걸리는 부분들 사이에서 최적의 거리가 얻어지는 원추형 표면과의 거의 타원형의 교차면을 가지게 된다.

본 발명에 따른 구조는, 예를들어 피스톤 링들이 배치되는 측벽부분이 측벽의 하단에 근접하는 커다란 상부를 구비한 피스톤에 적합하다. 본 발명에 따라, 측벽의 감소된 벽두께를 갖는 영역은 피스톤 링들보다 피스톤 헤드에 근접하여 배치된다.

본 발명에 따라, 감소된 벽 두께를 갖는 측벽의 영역은 가장 상측의 피스톤 링 위의 피스톤 링의 1/2 높이로부터 라운딩된 벽부분에 까지 연장된다.

감소된 벽두께를 갖는 영역은, 감소된 벽두께를 갖는 영역이 라운딩된 벽부분과 원추형 표면에 의해 형성될 때 원추형 표면의 가이드부분과 피스톤의 축 사이의 각도가 5°- 25°로 되게 형성된다.

본 발명은 첨부된 아래 도면들을 참고하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 피스톤 상부는 하향으로 향한 원형의 리브(2)와 일체로 된 피스톤 헤드(1)를 포함하며, 상기 하향으로 향한 단부면(3)은 홀(4)에 삽입되는 복수개의 볼트들에 의해 피스톤 로드의 플랜지에 고정되도록 되어 있다. 상기 리브(2)는 따라서 피스톤 헤드에 대해 작용하는 힘을 피스톤 로드로 전달하도록 한다. 상기 리브와 일체로 된 피스톤 헤드(1)는 더욱이 하향으로 향한 측벽(5)을 포함하며, 그 높이의 대부분에는 피스톤 링을 수용하는 복수의 홈(6)이 형성되어 있다. 상기 측벽(5)의 하단부면(7)에는 복수개의 나사가 형성된 볼트 홀(8)이 형성되며, 상기 홀들은 피스톤의 하측부를 이루고 피스톤의 중공 내부공간을 밀폐하는 하부를 고정시키기 위한 것이다. 측벽(5)과 환형 리브(2)의 벽 사이에는 원주방향의 공간부(9)가 형성되며, 그 공간부는 환형의 보어(10)에 의해 상부까지 연장된다. 상기 보어(10)들은 덕트(12)에 의해 리브 벽(2) 속의 중공부(11)와 연통된다. 피스톤 로드의 덕트를 통해 중앙의 중공부(11)로 전달되는 냉각오일을 덕트(12)를 통해 보어(10) 내부로 분사할 수 있으며, 그로부터 공간부(9)를 통하여 오일이 피스톤 로드의 귀환통로로 전달된다.

보어(10)들 사이에는 벽(13)들이 제공되어 환형의 리브(2)와 측벽(5) 사이의 지지요소로서 작용한다. 벽(13)들은, 환형의 리브(2)와 원만하게 형성된 라운딩부분(15)으로 연결되는 원추형 벽(14)의 하단에서 끝나게 된다. 원추형 벽은 상단에서 라운딩된 부분(16)에 의해 측벽(5)과 연결되어 감소된 두께로 된 측벽(5)의 부분(17)의 상측 경계를 이룬다. 부분(17)의 하부는 원추형 벽(18)에 의해 형성된다.라운딩된 부분(16)은 축방향 단면에서 보면 피스톤의 직경에 따라 5-24mm 범위의 원형으로 되는 것이 바람직하다. 상기 원의 중심은 피스톤 축으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 보어(10)용 가이드(모선 형태)의 연장부에 또는 그 외측에 위치하는 것이 바람직하다. 감소된 벽 두께를 갖는 측벽(5)의 영역은 원추형 벽(14)과 벽(13) 사이에의 전이영역에서 동역학적으로 가장 크게 부하가 걸리는 영역을 제거하기 위하여 제공된다. 감소된 두께를 갖는 부분에서 약화된 측벽(5)을 통하여, 부분적으로는 구조상 증가된 유연성으로 그리고 부분적으로는 상대적으로 가장 부하가 크게 걸리는 영역들을 적절하게 배치시킴으로써 동역학적인 부하가 감소되어 주요부분에서의 파손의 위험이 최소화된다. 본 발명에 따른 실시예는 특히 피스톤 링들이 피스톤 헤드(1)로부터 멀리 떨어져 배치되는 형태의 상부를 갖는 피스톤에 적합하다. 감소된 벽 두께를 갖는 측벽 부분과 피스톤 링들을 갖는 측벽의 나머지 부분 사이의 전이영역(19)은 상측 피스톤 링 홈(6) 위 높이의 1/2 높이에 위치되는 것이 바람직하다. 피스톤 축과 원추형 벽(18) 사이의 각도는 5°- 25°로 되는 것이 바람직하다. 원추형 벽(14)과 피스톤 축 사이의 통상적인 각도는 30°- 60°사이이다.

도 2는 다른 형태의 피스톤을 도시하고 있으며, 보어(10)들은 원주방향의 중공부(20)에 의해 교체된다. 중공부(20)는 지지벽(13')에 의해 형성되며, 그 하부에는 원추형 벽(14)이 제공된다. 상기 지지벽(13')에는 이격된 보어(10)가 제공되고, 덕트(12)를 통해 중공부(20)로 유입된 냉각 오일이 상기 보어를 통해 피스톤 로드의 귀환 통로로 귀환된다.

도 2에 도시된 피스톤은 도 1에 도시된 것과 같은 것으로 감소된 벽 두께를 갖는 측벽(5)의 부분(17)이 제공된다. 도 2에서, 도 1과 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 이들 유사한 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였다. 상기 부분은, 동일한 방법으로, 피스톤을 축방향으로 보면, 원통형의 단면을 가진 라운딩된 부분에 의해 상방향으로 형성될 수 있고, 상기 라운딩된 부분은, 반경방향으로 보면, 보어(10)에 대하여 최외측 가이드의 연장부의 반경 외측 방향으로 또는 보다 바람직하게 측벽(5)의 내면에 대한 가이드의 위, 또는 그 외측에 배치된 곡률 반경의 중심을 갖고 있다. 그밖에 감소된 벽두께를 갖는 부분에 대한 치수는 도 1에 대해 설명한 것과 같다.

피스톤의 측벽 두께가 감소된 구조는 놀랍게도 피스톤의 동역학적 인장부하가 감소되는 것으로 나타났다. 특히 감소된 벽두께는 주요 부분의 측벽의 언더컷팅으로 이루어지며, 지지부재는 라운딩되어 측벽과 이어진다. 상기와 같은 언더컷팅과 라운딩은 구조상 동역학적으로 가장 크게 부하가 걸리는 영역의 분리를 수반하여 절대적인 부하가 감소되지 않음에도 불구하고 파손의 위험을 상당히 감소시키는 결과를 보였다. 감소된 두께를 갖는 부분에서 약화된 측벽을 통하여, 부분적으로는 구조상 증가된 유연성으로 그리고 부분적으로는 상대적으로 가장 부하가 크게 걸리는 영역들을 적절하게 배치시킴으로써 동역학적인 부하가 감소되어 주요부분에서의 파손의 위험이 최소화된다.

Claims (3)

1. 피스톤과 피스톤 로드 사이에 동력전달부재로서, 피스톤 헤드와 일체로 된 환형의 리브와, 피스톤 헤드로부터 아래쪽으로 향하는 동시에 외측의 피스톤 링이 설치된 피스톤의 측벽과의 사이의 환상 영역내에 리브 지지요소가 설치되어, 그 리브 지지요소가 원추형 벽의 하단에서 끝나게 되고, 그 원추형 벽에는, 냉각 오일의 흐름을 위하여 피스톤의 축선과 거의 평행하게 연장되는 보어가 관통하고, 그 원추형 벽은, 피스톤의 축방향 단면에서 볼 경우, 라운딩된 벽 부분에 의해 측벽에 연결되어, 그 축방향 단면은 원형의 일부분으로 되며, 상기 라운딩된 벽 부분은 감소된 벽 두께를 가지는 측벽의 일부분내로 연장되어 그 자체로 공지인 연장부를 가지며, 그 연장부는 상기 원형의 중심이 냉각용 보어 각각에 비하여 피스톤의 축으로부터 반경방향으로 더 멀리 떨어지도록 위치시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 선박용 디젤 엔진과 같은 내연기관용 피스톤.
2. 제 1항에 있어서, 상기 측벽의 두께가 감소된 영역은 피스톤 링들 보다 피스톤의 헤드에 더욱 근접하여 위치한 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.
3. 제 2항에 있어서, 두께가 감소된 측벽의 영역은 가장 상측의 피스톤 링 위에서 라운딩된 벽부분까지 높이의 1/2 정도 연장된 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤.