KR101797909B1 - 윤활 배열체 - Google Patents

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Abstract

내연 엔진의 피스톤 (9) 의 스커트 (9b) 를 위한 윤활 배열체는 피스톤 (9) 내측에 배열된 냉각 오일 갤러리 (1), 피스톤 스커트 (9b) 의 외부 표면 상에 배열된 윤활 그루브 (2), 윤활 그루브 (2) 내로 윤활 오일을 공급하기 위한 적어도 하나의 오일 채널 (10), 피스톤 (9) 내측에서 냉각 오일 갤러리 (1) 아래에 배열된 적어도 하나의 오일 챔버 (6), 및 냉각 오일 갤러리 (1) 와 오일 챔버 (6) 사이의 유체 소통을 확립하기 위한 오일 이송 덕트 (5) 를 포함한다. 오일 채널 (10) 의 유입구 (10a) 는 오일 챔버 (6) 에서 오일 이송 덕트 (5) 의 유출구 (5b) 위에 배열된다.

Description

윤활 배열체{LUBRICATION ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1 항의 서문에 따른 내연 엔진의 피스톤의 스커트를 위한 윤활 배열체에 관한 것이다.
대형 저속 및 중속 내연 엔진들에서, 피스톤 스커트의 윤활은 일반적으로 피스톤의 냉각 오일을 이용함으로써, 또는 크랭크 메카니즘으로부터 오일을 스플래쉬 (splash) 함으로써 실시된다. 피스톤 윤활 배열체들의 하나의 타입에서는, 냉각 오일이 연결 로드, 거드전 (gudgeon) 핀, 및 피스톤 내측에 배열된 냉각 오일 채널들을 통해 피스톤의 크라운 내측의 냉각 오일 갤러리 내로 도입된다. 동일한 냉각 오일은 피스톤 스커트 윤활을 위해 사용되고 피스톤 스커트의 외부 표면 상에 배열된 윤활 그루브 내로 냉각 오일 채널들로부터 드릴링들 (drillings) 을 통해 공급된다. 따라서 가압된 윤활 오일은 피스톤이 상사점 근처이고 연소 압력이 피스톤에 영향을 주는 때에, 피스톤과 실린더 라이너 사이로 도입될 수 있고, 따라서 실린더 라이너에 대한 부하가 그 가장 최고점에 있다.
많은 고속 엔진들의 피스톤들 및 또한 일부 중속 엔진들의 피스톤들은 냉각 오일들이 피스톤의 바닥 표면 상으로 분무되는 소위 제트 냉각 배열체에 의해 냉각되고, 냉각 오일들은 피스톤의 바닥 표면으로부터 피스톤 내측의 냉각 오일 갤러리 내로 유동한다. 이러한 제트 냉각 배열체들의 문제점은 제어되고 가압된 오일 공급이 존재하지 않으므로, 피스톤 스커트의 윤활이 상사점 근처에 발생하도록 윤활이 조절 (arrange) 되는 것은 어렵다는 점이다.
본 발명의 목적은 내연 엔진의 피스톤의 스커트를 위한 개선된 윤활 배열체를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 윤활 배열체의 특징적인 구성들은 청구항 1 의 특징부에서 주어진다.
본 발명에 따른 윤활 배열체는 피스톤 내측에 배열된 냉각 오일 갤러리, 피스톤 스커트의 외부 표면 상에 배열된 윤활 그루브, 윤활 그루브 내로 윤활 오일을 공급하기 위한 적어도 하나의 오일 채널, 피스톤의 내측에서 냉각 오일 갤러리 아래에 배열된 적어도 하나의 오일 챔버 및 냉각 오일 갤러리와 오일 챔버 사이의 유체 소통을 확립하기 위한 오일 이송 덕트를 포함한다. 윤활 그루브 내로 윤활 오일을 공급하는 오일 채널의 유입구는 오일 챔버에서 오일 이송 덕트의 유출구 위에 배열된다.
본 발명에 따른 윤활 배열체에 있어서, 매스 포스들 (mass forces) 은 피스톤이 하향으로의 감속 이동이거나 또는 상향으로의 가속 이동일 때, 즉 하사점에 근접할 때 오일 챔버 내로 냉각 오일 갤러리로부터 윤활 오일을 민다. 피스톤이 상향으로의 감속 이동이거나 또는 하향으로의 가속 이동일 때, 즉 상사점에 근접할 때, 매스 포스들은 오일 챔버의 상부 단부로 그리고 추가로 오일 채널을 통해 윤활 그루브 내로 윤활 오일을 민다. 본 발명은 피스톤의 제트 냉각이 사용되는 엔진에서 또한 상사점 근처에서의 피스톤 스커트의 효과적인 윤활을 가능하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 오일 이송 덕트는 오일 챔버의 상부 단부로부터 오일 챔버 내로 돌출한 오일 이송 파이프이고, 오일 채널의 유입구는 오일 챔버의 벽에서 오일 이송 파이프의 팁 위에 배열된다.
또 다른 본 발명의 실시형태에 따르면, 오일 이송 파이프는 냉각 오일 갤러리와 오일 챔버 사이에 배열된 스로틀의 일부를 형성한다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 스로틀은 오일 챔버를 향해 테이퍼지고 오일 이송 파이프와 합체되는 원뿔-형상의 피딩 퍼넬을 포함한다. 본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 스로틀은 오일 챔버의 상부 단부를 규정한다. 스로틀 배열체에 있어서, 오일 챔버는 효과적으로 충전되고 냉각 오일 갤러리로의 역류는 최소화된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 배열체는 복수의 오일 챔버들을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 배열체는 복수의 오일 이송 파이프들을 포함한다. 본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 배열체는 복수의 오일 채널들을 포함한다. 윤활 배열체에 몇몇 오일 채널들이 제공된다면, 윤활 오일은 피스톤 스커트 주위로 고르게 공급될 수 있다. 오일 채널들은 동일한 오일 챔버에 연결될 수 있거나 또는 각각의 오일 채널은 자체 오일 챔버에 연결될 수 있다.
도 1 은 내연 엔진의 피스톤을 도시한다.
도 2 는 도 1 의 피스톤의 단면도를 도시한다.
도 3 은 도 2 의 상세 X 의 확대도를 도시한다.
지금부터 본 발명의 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1 에서는 내연 엔진의 왕복 피스톤 (9) 이 도시된다. 피스톤이 사용되는 엔진은 대형 중속 또는 고속 내연 엔진이다. 엔진은 예를 들면 선박의 메인 또는 보조 엔진으로서, 또는 전기를 생성하기 위한 발전소에서 사용될 수 있다. 엔진에는 예를 들면 직렬 또는 V-구성으로 배열될 수 있는 임의의 합리적인 수의 실린더들이 제공될 수 있다. 피스톤 (9) 은 엔진의 실린더 내측에 배열되고 실린더 라이너의 벽에 의해 둘러싸인다. 피스톤 (9) 은 피스톤 크라운 (9a) 및 피스톤 스커트 (9b) 를 포함한다. 피스톤 크라운 (9a) 에는 통상적인 피스톤 링들 (11) 이 제공된다. 피스톤 링들 (11) 아래에는, 피스톤 (9) 과 실린더 라이너 사이에 윤활 오일을 제공하기 위한 윤활 그루브 (2) 가 존재한다. 피스톤 (9) 에는 윤활 그루브 (2) 내로 개방되는 복수의 오일 채널들 (10) 이 제공된다. 오일 채널들 (10) 을 통해, 윤활 오일은 실린더 라이너의 내부 표면 및 피스톤 스커트 (9b) 의 외부 표면을 윤활하기 위해 윤활 그루브 (2) 내로 도입될 수 있다.
도 2 는 도 1 의 피스톤 (9) 의 일부의 단면도를 도시한다. 또한 실린더 라이너 (12) 의 일부가 도시된다. 또한 도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 윤활 배열체를 도시한다. 피스톤 (9) 에는 피스톤 스커트 (9b) 와 피스톤 크라운 (9a) 사이의 피스톤 (9) 내측에 배열된 냉각 오일 갤러리 (1) 가 제공된다. 냉각 오일 갤러리 (1) 는 피스톤 (9) 의 전체 원주 주위로 연장되는 원형 챔버이다. 엔진에는 제트 냉각 배열체가 제공된다. 제트 냉각 배열체에서는 피스톤 (9) 의 바닥 표면 상에 냉각 오일을 분무함으로써 냉각 오일이 냉각 오일 갤러리 (1) 로 도입되고, 냉각 오일은 피스톤 (9) 의 바닥 표면으로부터 피스톤 스커트 (9b) 로 드릴링들 (drillings) 을 통해 냉각 오일 갤러리 (1) 로 들어올 수 있다. 그러나, 또한 본 발명에 따른 윤활 배열체는 냉각 오일이 연결 로드, 거드전 (gudgeon) 핀, 및 피스톤 (9) 내측에 배열된 오일 채널들을 통해 냉각 오일 갤러리 (1) 내로 도입되는 통상적인 피스톤 냉각 배열체와 연결되어 사용될 수 있다.
피스톤 스커트 (9b) 를 윤활하기 위한 윤활 오일은 냉각 오일 갤러리 (1) 로부터 취출된다. 피스톤 스커트 (9b) 에는 실린더 라이너 (12) 의 내부 표면 및 피스톤 스커트 (9b) 의 외부 표면을 윤활하기 위한 윤활 그루브 (2) 가 제공된다. 윤활 그루브 (2) 는 통상적인 방식으로 피스톤 스커트 (9b) 의 외부 표면 상에 배열된다. 윤활 오일은 피스톤 스커트 (9b) 의 벽을 통해 진행하도록 배열된 오일 채널들 (10) 을 통해 윤활 그루브 (2) 내로 도입된다. 윤활 오일은 오일 챔버들 (6) 로부터 윤활 그루브 (2) 내로 도입된다. 도면들의 실시형태에서, 윤활 배열체에는 오일 채널들 (10) 의 각각을 위한 하나의 오일 챔버 (6) 가 제공된다. 오일 챔버들 (6) 은 냉각 오일 갤러리 (1) 아래의 피스톤 스커트 (9b) 내측에 그리고 피스톤 스커트 (9b) 의 원주 주위에 배열된다. 본원에서 표현 "아래에" 는 냉각 오일 갤러리 (1) 보다 피스톤 (9) 의 상단으로부터 멀리 배열된다는 것을 의미한다. 따라서 오일 챔버들 (6) 은 냉각 오일 갤러리 (1) 보다 크랭크 샤프트에 보다 근접한다. 오일 채널 (10) 및 오일 챔버 (6) 의 확대도는 도 3 에 도시된다. 오일 채널 (10) 의 유입구 (10a) 는 오일 챔버 (6) 의 벽에 존재한다. 도면들의 실시형태에서, 오일 챔버 (6) 는 피스톤 스커트 (9b) 의 상부 표면의 방향으로부터 보어링된 보어 구멍이다. 따라서 오일 챔버 (6) 는 피스톤 크라운 (9a) 을 향해 개방되고 바닥에서 폐쇄된다. 보어링 대신에, 오일 챔버들 (6) 은 약간 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 배열체에는 피스톤 (9) 의 전체 원주 주위로 연장될 수 있는 단일 오일 챔버 (6) 가 제공될 수 있다. 또한 오일 챔버들 (6) 의 각각에 연결되는 몇몇 오일 채널들 (10) 이 존재할 수 있다.
오일 챔버 (6) 내로 윤활 오일을 도입하기 위해, 윤활 배열체는 오일 이송 덕트 (5) 를 포함한다. 오일 이송 덕트 (5) 는 냉각 오일 갤러리 (1) 와 오일 챔버 (6) 사이에 유체 소통을 확립하기 위해 냉각 오일 갤러리 (1) 와 오일 챔버 (6) 사이에 배열된다. 윤활 그루브 (2) 내로 윤활 오일을 공급하는 오일 채널 (10) 의 유입구 (10a) 는 오일 챔버 (6) 에서 오일 이송 덕트 (5) 의 유출구 (5b) 위에 배열된다. 도면들의 실시형태에서, 오일 이송 덕트는 오일 챔버 (6) 의 상부 단부로부터 오일 챔버 (6) 내로 돌출하도록 배열된 오일 이송 파이프 (5) 이다. 오일 채널 (10) 의 유입구 (10a) 는 오일 이송 파이프 (5) 의 팁 (8) 위에 배열된다. 도면들의 실시형태에서, 오일 이송 파이프 (5) 는 냉각 오일 갤러리 (1) 와 오일 챔버 (6) 사이에 배열된 스로틀 (3) 의 일부를 형성한다. 스로틀 (3) 은 오일 챔버 (6) 를 형성하는 동일한 보어 구멍에 배열된다. 따라서 스로틀 (3) 은 또한 오일 챔버 (6) 의 상부 단부를 규정한다. 스로틀 (3) 의 상부 단부, 즉 냉각 오일 갤러리 (1) 에 보다 근접한 단부에는 오일 챔버 (6) 를 향해 테이퍼지고 오일 이송 파이프 (5) 와 합체되는 원뿔-형상의 피딩 퍼넬 (4) 이 제공된다.
피스톤 (9) 이 하사점 (BDC) 에 접근하고 감속할 때, 냉각 오일 갤러리 (1) 에 존재하는 오일에 영향을 주는 매스 포스들 (mass forces) 은 스로틀 (3)의 피딩 퍼넬 (feeding funnel) (4) 내로 오일을 민다. 피딩 퍼넬 (4) 로부터, 오일은 오일 챔버 (6) 내로 오일 이송 파이프 (5) 를 통해 더 밀린다. 더 많은 오일은 피스톤 (9) 이 BDC 를 통과하고 가속할 때 오일 챔버 (6) 내로 스로틀 (3) 을 통해 밀린다. 피스톤 (9) 이 상사점 (TDC) 에 접근하고 피스톤 (9) 의 속도가 감소하기 시작할 때, 매스 포스들은 오일 챔버 (6) 에서 상향으로, 즉 스로틀 (3) 을 향해 오일을 이동시킨다. 매스 포스들은 또한 피스톤 (9) 이 TDC 를 통과하고 가속할 때 상향으로 오일을 민다. 오일 이송 파이프 (5) 의 내부 직경이 오일 챔버 (6) 의 직경에 비해 상대적으로 작으므로, 오일의 작은 일부만이 오일 이송 파이프 (5) 를 통해 오일 챔버 (6) 를 탈출하고 오일 챔버 (6) 위에 냉각 오일 갤러리 (1) 로 역류할 수 있다. 오일 챔버 (6) 에서의 오일의 대부분은 오일 챔버 (6) 의 상부 단부에서 수집된다. 오일 챔버 (6) 의 상부 단부로부터, 오일은 오일 채널 (10) 내로 그리고 추가로 윤활 그루브 (2) 내로 유동한다. 본 발명에 따른 윤활 배열체에 있어서, 윤활 오일은 피스톤 (9) 이 TDC 에 근접하고 피스톤 (9) 상에 작용하는 힘으로 인해 윤활이 요구될 때 윤활 그루브 (2) 내로 들어간다.
윤활 그루브 (2) 내로 공급되는 윤활 오일의 양은 오일 챔버 (6) 의 부피에 따른다. 보다 큰 오일 챔버 (6) 는 더 많은 윤활 오일을 수용할 수 있고 더 큰 오일 유동을 가능하게 한다. 윤활 오일의 양은 또한 스로틀 (3) 의 선택에 의해 조정될 수 있다. 오일 이송 파이프 (5) 의 보다 큰 직경은 보다 많은 양의 윤활 오일 및 오일 챔버 (6) 의 보다 빠른 충전을 이끈다.
본 발명은 상기 설명된 실시형태들에 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변경될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 당업자에게는 이해될 것이다. 예를 들면, 오일 이송 덕트는 오일 챔버와 평행하게 배열될 수 있고, 오일 이송 덕트의 유출구는 오일 챔버의 벽에 배열될 수 있다. 오일 채널의 유입구는 오일 챔버의 벽에서 존재하도록 요구되지 않고, 또한 오일 챔버의 상부 단부에 배열될 수 있다.

Claims (8)

  1. 내연 엔진의 피스톤 (9) 의 스커트 (9b) 를 위한 윤활 배열체로서,
    상기 윤활 배열체는,
    - 상기 피스톤 (9) 내측에 배열된 냉각 오일 갤러리 (1),
    - 상기 피스톤의 스커트 (9b) 의 외부 표면 상에 배열된 윤활 그루브 (2),
    - 상기 윤활 그루브 (2) 내로 윤활 오일을 공급하기 위한 적어도 하나의 오일 채널 (10),
    - 상기 피스톤 (9) 내측에서 상기 냉각 오일 갤러리 (1) 아래에 배열된 적어도 하나의 오일 챔버 (6), 및
    - 상기 냉각 오일 갤러리 (1) 와 상기 오일 챔버 (6) 사이의 유체 소통을 확립하기 위한 오일 이송 덕트 (5) 를 포함하고,
    상기 윤활 그루브 (2) 내로 윤활 오일을 공급하는 상기 오일 채널 (10) 의 유입구 (10a) 는 상기 오일 챔버 (6) 에서 상기 오일 이송 덕트 (5) 의 유출구 (5b) 위에 배열되고,
    상기 오일 이송 덕트는 상기 오일 챔버 (6) 의 상부 단부로부터 상기 오일 챔버 (6) 내로 돌출하는 오일 이송 파이프 (5) 이고, 상기 오일 채널 (10) 의 상기 유입구 (10a) 는 상기 오일 챔버 (6) 의 벽에서 상기 오일 이송 파이프 (5) 의 팁 (8) 위에 배열되는, 윤활 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 이송 파이프 (5) 는 상기 냉각 오일 갤러리 (1) 와 상기 오일 챔버 (6) 사이에 배열된 스로틀 (3) 의 일부를 형성하는, 윤활 배열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스로틀 (3) 은, 상기 오일 챔버 (6) 를 향해 테이퍼지고 상기 오일 이송 파이프 (5) 와 합체되는 원뿔-형상의 피딩 퍼넬 (4) 을 포함하는, 윤활 배열체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스로틀 (3) 은 상기 오일 챔버 (6) 의 상기 상부 단부를 규정하는, 윤활 배열체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활 배열체는 복수의 오일 챔버들 (6) 을 포함하는, 윤활 배열체.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활 배열체는 복수의 오일 이송 파이프들 (5) 을 포함하는, 윤활 배열체.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활 배열체는 복수의 오일 채널들 (10) 을 포함하는, 윤활 배열체.
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