KR101941285B1 - 왕복 내연기관용 피스톤 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 실린더 (2) 를 갖는 왕복 내연 기관, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤으로서,
상기 실린더 (2) 에, 피스톤이 상사점과 하사점 사이에서 실린더 축선 (A) 을 따라 장착 상태에서 축선 방향으로 전후 이동가능하게 배치되고, 상기 피스톤은 재킷 표면 (100) 에 적어도 하나의 피스톤 링 (31, 32) 을 포함하는 피스톤 링 패키지 (3) 를 가지며, 상기 피스톤 링 패키지는 탑 랜드 (5) 를 갖는 피스톤 크라운 (4) 과 피스톤 스커트 (6) 사이에 배치되며, 상기 피스톤 스커트 (6) 가 피스톤의 연소 공간 표면 (7) 으로부터 멀리있는 피스톤의 하부 영역을 형성하는 왕복 내연 기관, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤에 있어서,
피스톤에는 실린더 (2) 에서의 피스톤의 반경 방향 센터링을 위해 센터링 수단 (8, 81, 82, 83, 84, 85) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 왕복 내연 기관, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤.

Description

왕복 내연기관용 피스톤{PISTON FOR A RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 왕복 내연기관, 특히 독립항 제 1 항의 전제부에 따른 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤에 관한 것이다.

대형 디젤 모터용 피스톤이 공지되어 있으며, 예컨대, 이것으로만 제한하는 것은 아니지만, 피스톤에는 통상 별개의 피스톤 링 그루브에서 서로에 대해 위에 배치된 복수 개의 피스톤 링 패키지가 장착된다. 공지된 피스톤 링 패키지는, 통상 적어도 2 개의 피스톤 링을 포함하지만, 일반적으로 엔진의 크기 및/또는 동력에 따라 또는 엔진이 작동하는 특별한 작동 상태와 요구에 따라 3 개, 4 개 또는 심지어 5 개의 피스톤 링을 포함한다. 이 점에 있어서, 가능한 적은 수의 피스톤 링을 갖는 피스톤 링 패키징에 대한 추세가 증가하고 있다. 예컨대, 단지 2 개의 피스톤 링을 갖는 피스톤 링 패키지가 그동안은 유리하게 사용되었다. 아주 특별한 경우에, 피스톤은 아주 기본적으로, 단지 하나의 단일 피스톤 링을 갖는 것이 가능하다.

실린더에서의 피스톤의 가이딩, 실린더의 작용 표면 상에서의 윤활유의 분배 및/또는 닦아냄, 크랭크케이스에 관한 연소 공간의 실링 등과 같은 상이한 기능을 만족하는 피스톤 링이 작동상태에서 상당한 스트레인에 노출된다. 이에 의해, 피스톤 링이 실린더 작용 표면과 마찰 (rubbing) 접촉되며, 연소압이 피스톤 링에 의해 취해져 피스톤 링이 상당한 열적, 기계적 및 화학적 스트레인에 노출된다.

이 점에 있어서, 피스톤 링 패키지는 빈번하게 실수로 가정되기 때문에, 실린더에서의 피스톤의 센트레이션 (centration) 을 다루지 못한다. 이것은 즉, 구조적 이유로 결코 가능하지 않다. 피스톤 링 자체는 명확하게, 실린더에서 반경 방향에 대한 센터링된 형상으로 항상 자동으로 가이드되는데, 이는 비장착 상태에서의 이들 피스톤 링의 외경이 실린더의 내경보다 항상 다소 크게 선택되어, 피스톤 링이 원주 방향으로 한정된 압력 하에 실린더 벽을 향해 항상 가압되도록 피스톤 링의 직경이 탄성적으로 변할 수 있기 때문이다. 이에 반해, 피스톤 링의 내경은, 피스톤 링이 피스톤에 배치되는 위치에서 피스톤 링 그루브의 외경보다 더 크다. 이에 따라, 피스톤 링 패키지 또는 각각의 피스톤 링은 피스톤 또는 피스톤 링 그루브에 대해 "자유롭게 부유되어" 배치된다. 또한, 이는, 피스톤 링이 피스톤 링 그루브와의 영구적인 마찰 접촉이 불가하기 때문에, 그렇지 않으면 피스톤 링이 실린더 벽에서 이상적으로 더이상 안내되지 않기 때문에 절대로 필요하며, 실린더 벽 및/또는 피스톤 링 그루브에서 잡힐 수 있고, 이에 따라 우려되는 스커핑 (scuffing) 에 이르는 심각한 파손이 발생할 수 있다.

예컨대, 길이방향으로 배기되는 대형 2 행정 디젤 엔진에 의해, 피스톤 링 패키지의 사용은, 배기 단계의 시작시 실린더의 연소 공간 내로 배기 슬릿을 통해 신선 공기가 유입하는 리시버 공간을 향한 하부 피스톤 측에 대해 연소 공간의 밀봉을 위해 2 개 내지 5 개의 피스톤 링으로 이루어진 것을 사용하는 것이 통상적이다. 하부 피스톤 링에는 피스톤과 실린더 벽 사이 고리 형상 간극에 따라 다소 상당한 응력이 작용한다. 이 점에 있어서, 상이한 유형의 불안정성이 하부 피스톤 링 사이에서 발생할 수 있으며, 예컨대, 압력 변동을 유발할 수 있고, 그에 따라 유사한 또는 동일한 기능을 갖는 아주 많은 피스톤 링이 존재하기 때문에, 피스톤 작동시 불안정성을 유발한다.

대형 디젤 엔진은, 이 점에 있어서 예컨대, 선박용 구동 유닛 또는 전기 에너지의 발생을 위한 대형 발전기의 구동을 위해 고정식 (stationary) 작동시 빈번하게 사용된다. 이 점에 있어서, 통상 엔진은 상당한 시간 주기에 걸쳐 영구적으로 작동하여 작업 보증 및 입수가능성에 대한 높은 요구를 만든다. 특히 긴 서비스 간격에 있어서, 따라서 낮은 마모 및 연료 및 작동 재료의 경제적 취급이 작업자에 대해 기계의 조작을 위한 중심 기준이다. 이러한 대형 보어 슬로우 작동 (large-bore slow running) 디젤 엔진의 피스톤 작동 거동은 다른 것들 중에서, 서비스 간격의 길이, 입수 가능성, 및 윤활유 소비 또한 작동 비용 및 작동 효율에 대한 중요한 인자이다. 이는 이에 따라, 더욱 더 중요해지는 엔진의 실린더 윤활의 복잡한 문제만이 아니며, 실린더 윤활은 특히 피스톤에서 전후 방향으로 움직이는 윤활 장치에 의해 대형 디젤 엔진에서 발생하거나, 실린더 벽에 제공된 윤활유 노즐에 의해 실현된다.

연소 엔진의 조작시 계속해서 문제를 발생시키는 일 요점은 엔진에서 가장 많이 변하는 지점에 퇴적되는 연소 잔류물이다. 그 중에서도, 중유 연료에 의해 빈번하게 작동되는 대형의 2 행정 디젤 엔진에 의해, 연료 잔류물이 상당한 문제를 나타내는데, 이는 사용된 연료, 즉 중유가 많은 물질에 의해 채워져 특히 피스톤, 피스톤 링 그루브, 그중에서도 피스톤 크라운 또는 실린더, 바람직하게는 상사점 부근에 퇴적될 수 있는 고체, 액체 및 기체 연소 잔류물을 유발할 수 있다.

특히, 예시로서, 피스톤 크라운으로부터 연소 잔류물의 퇴적을 닦아내기 위해 실린더 라이너의 상부 부분에 소위 안티-폴리싱 (anti-polishing) 링을 제공하는 바르실라 (Wartsila) 2 행정 엔진이 공지되어 있다. 이러한 링은, 예컨대 실린더 자체의 횡단면적보다 더 작은 내부 횡단면을 통상적으로 갖는 직사각형 횡단면을 갖춘 벽이 얇은 소켓으로서 만들어질 수 있다. 닦아 냄 효과는 피스톤 크라운에 있는 퇴적물을 닦아 내기 위한 직경 제한에 의해 발생된다. 안티 폴리싱 링의 내경은 이 점에 있어서 피스톤 크라운의 직경, 사실상 특히 엔진의 작동시 그의 최대 직경에 기초한다. 따라서, 공지된 안티 폴리싱 링에 관한 목적은, 피스톤 크라운과 안티 폴리싱 링 사이의 갭이 가능한 작아지지만, 피스톤 크라운은 안티 폴리싱 링과 직접 접촉하여 기계적으로 브러싱하지 않도록 아주 밀착하게 내경을 설계하는 것이다.

안티 폴리싱 링의 설계는 매우 많은 수의 절충안을 따라야 한다는 것이 명확하다. 저 부하 및 더 차가운 피스톤 크라운에서, 간극, 즉 피스톤 크라운과 안티 폴리싱 링 사이의 간격은, 열 팽창의 효과에 기인하여 단순히 높은 부하보다 더 크다. 실린더 작동 표면, 피스톤, 특히 피스톤 링, 피스톤 링 그루브 뿐만 아니라 피스톤 크라운과 같은 실린더에서의 상이한 부품은 실행되는 다수의 작동 시간에 따라 원주 방향 및 길이 방향의 양자에서 일반적으로 상이한 마모를 가지며, 이에 따라 임의의 고정적으로 한정된 직경을 갖지 않는 것이 이 점에 있어서 추가로 고려되어야만 한다.

이에 따라, 안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운은 모든 작동 조건 하에 그리고 종래 기술로부터 공지된 엔진에 있는 부품의 총 서비스 주기에 걸쳐 이상적으로 상호작용할 수 없다는 것은 명백하다.

안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운 사이의 이상적인 실링 효과는 이들 양자가 상사점의 부근에서 실링 방식으로 실제로 상호작용해야 한다면 모든 상황 하에서 무엇보다도 보장되지 못한다. 연소 잔류물을 닦아내는 것 이외에, 즉 안티 폴리싱 링/피스톤 크라운의 쌍을 이루는 주 목적은, 압축 스트로크 또는 피스톤의 하부 측에 대해 실린더에서의 피스톤의 상사점 부근에서의 연소 공간에서의 공연비의 착화에 의해 생성되며 이에 따라 피스톤 크라운 아래에 배치된 피스톤 링 패키지에 주로 대향하는 아주 큰 가스 압력을 밀봉시키는 것이다.

특히, 상사점 부근에 있는 연소 공간에서 발생된 압력 에너지는 가능한 완벽하게 사용가능하며, 실린더의 하부 부품 및 리시버 공간으로의 가스 유입의 형태로 일부가 사용되지 않은 지난 피스톤을 흐르지 않는 것이 보장되어야 한다. 게다가, 안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운 사이의 불충분한 시일링에 의해, 각각의 입자가 지난 피스톤을 하방으로 흐르는 가스 흐름에 의해 제어되지 않은 방식으로 연소 잔류물의 퇴적물로부터 떨어져 나와 이들이 예컨대, 실린더 작동 표면에서 실린더의 하부 부분에 퇴적될 수 있어, 이들이 실린더 윤활유를 적어도 오염시킬 수 있고, 최악의 경우에, 우려되는 스커핑과 같은 파손을 유발할 우려가 항상 존재한다.

전술한 파괴된 퇴적물이 이 점에 있어서 피스톤 크라운에만 문제를 유발하는 것은 아니다. 임의의 유형의 퇴적물 및 오염물이 피스톤 스커트의 영역 뿐만 아니라 피스톤 링 패키지의 영역에서 피스톤의 나머지 원주 표면에 파괴의 영향을 유발할 수 있다.

피스톤의 원주 표면에서 이러한 퇴적물의 회피가 점차 중요해지는 이유는, 특히 더 높은 성능 레벨이 연료 소비 및 윤활유 소비의 동시적인 감소에 필요하며, 그중에서도 배출 기준이 끊임없이 더 엄격해진다는 사실에 기인한 것이다.

그러나, 먼지 또는 녹 퇴적물 또는 다른 퇴적물은 피스톤의 원주 표면에서 뿐만 아니라 연료 소비 및 윤활유 소비를 더 유발하고, 당연히 피스톤, 피스톤 링 및 실린더 벽에서 오염으로 유도된 마모 현상 및 배출 값의 저하를 유발한다.

이 점에 있어서, 실린더에서 피스톤 스커트에 의해 실질적으로 안내되고, 실린더에서 항상 정확하게 센터링되는 것이 아니라 피스톤이 사실상 약간 경사지거나 약간 중심이 벗어나게 작동할 수 있어, 이러한 작동 상태에서, 원주 방향으로 피스톤의 원주 표면이 와이퍼 링에 의해 균일하고 완벽하게 항상 세정되지는 않는다는 실질적인 문제점이 피스톤에서 발생한다. 이는, 이미 설명한 바와 같이, 피스톤의 외경이 실런더의 내경, 특히 피스톤 스커트의 영역에서 피스톤의 직경 보다 모든 지점에서 작기 때문에, 피스톤링이 실린더에서 피스톤을 센터링할 수 없거나 피스톤 크라운, 피스톤 패키지 또는 피스톤 스커트의 영역에서 피스톤의 다른 재킷 표면에 의해 가능하지 않다는 사실에 기인한 것이다.

통상, 가이드 밴드는 청동과 같은 비교적 연질 재료로 제조되어 피스톤 스커트에 제공되며, 명백하게는 실린더에서 피스톤을 안내하는 기능은 하지만, 센터링 기능은 결코 하지 못한다. 명백하게, 가이드 밴드는 피스톤 스커트 자체보다 다소 더 큰 외경을 갖는다. 그러나, 가이드 밴드와 실린더의 작용 표면 사이에는 밀리미터 범위의 상당한 갭이 아직 존재한다. 이상적인 경우에는, 즉, 가이드 밴드는 결코 실린더 작용 표면과 접촉하지 않아야 한다. 청동 가이드 밴드는 단지 예컨대, 피스톤 스커트의 비교적 경질 재료가 실린더 작용 표면과 접촉하여 그를 파괴시키는 피스톤 경사를 방지해야 하는 안전 조치이다. 따라서, 피스톤의 원치 않는 경사가 발생한다면, 청동제의 비교적 연질 가이드 밴드만이 실린더 작동 표면과 접촉하여 실린더 작동 표면의 파괴가 대부분 방지될 수 있다.

실제로, 대형 디젤 엔진에서 피스톤과 실린더 사이에 대략 평균 1 ~ 1.5 ㎜ 의 고리 형상 간극이 존재하여, 이에 의해 피스톤이 실린더에 잡히지 않는 것이 회피되어야 한다.

이상적인 경우에, 작동 상태에서 피스톤 크라운에 형성되는 퇴적물이 안티 폴리싱 링에 의해 깨끗하게 제거된다. 그러나, 예컨대, 엔진이 저부하로부터 고부하 상태까지 작동하면, 피스톤 크라운의 직경은 예컨대, 열 효과에 기인하여 실린더의 내경보다 더 크게 증가할 수 있다. 이는, 피스톤에 있는 퇴적물이 실린더의 작동 표면과 접촉하여, 작동 표면에 파손을 유발하여 최악의 경우 우려되는 스커핑을 유발할 수 있는 결과를 갖는다. 게다가, 피스톤이 안티 폴리싱 링과 충돌하지 않을 수도 있기 때문에, 안티 폴리싱 링의 작용시, 예컨대, 엔진의 부하의 감소시 피스톤 크라운의 직경이 안티 폴리싱 링의 내경보다 더 작아지거나 실린더의 내경보다 더 많이 감소되어야 한다면, 주목할만한 감소를 유발하는 임의의 작동 상태를 위해 충분한 갭이 안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운 사이에 확보되어야만 한다.

따라서, 기본적으로는, 피스톤과 실린더 벽 사이 또는 피스톤과 안티 폴리싱 링 사이의 갭의 크기를 감소시킬 뿐만 아니라 안티 폴리싱 링의 보다 양호한 작용을 가능한 보장하는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 예컨대, 고부하 또는 고회전 속도를 향한 엔진의 작동 상태의 변화시, 외부 피스톤 직경이 실린더 또는 안티 폴리싱 링의 내경 보다 더 크다면, 피스톤이 실린더를 잡거나 또는 피스톤 크라운이 안티 폴리싱 링과 접촉하게 되어 어떻게 해서든 회피되어야 한다는 문제점을 야기한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술에 대해 이미 기술한 문제점, 특히 피스톤에서의 퇴적물의 제거와 관련된 문제점이 더이상 발생하지 않아, 대형 2 행정 디젤 엔진의 더욱 경제적인 작동, 더 긴 서비스 간격, 및 궁극적으로, 각각의 부품및 대형 디젤 엔진의 긴 서비스 수명이 보장되는 개선된 피스톤을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 만족하는 본 발명의 대상은 독립 청구항 1 의 특징에 의해 특성화된다.

종속항들은, 특히 본 발명의 유리한 실시형태에 관한 것이다.

본 발명은, 적어도 하나의 실린더를 갖는 왕복 내연 기관, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤에 관한 것으로, 상기 실린더에, 피스톤이 상사점과 하사점 사이에서 실린더 축선을 따라 장착 상태에서 축선 방향으로 전후 이동가능하게 배치되고, 상기 피스톤은 재킷 표면에 적어도 하나의 피스톤 링을 포함하는 피스톤 링 패키지를 가지며, 상기 피스톤 링 패키지는 탑 랜드를 갖는 피스톤 크라운과 피스톤 스커트 사이에 배치되며, 상기 피스톤 스커트가 피스톤의 연소 공간 표면으로부터 멀리있는 피스톤의 하부 영역을 형성한다. 본 발명에 따르면, 피스톤에는 실린더에서의 피스톤의 반경 방향 센터링을 위해 센터링 수단이 제공된다.

피스톤에 본 발명에 따른 센터링 수단을 사용함으로써, 본질적으로 실린더에 피스톤 스커트를 통해 안내되는 피스톤이 센터링 수단에 의해 실린더에서 항상 정확하게 센터링되는 것이 처음으로 보장된다. 즉, 실제로, 피스톤이 더이상 축선 방향으로 작동 상태에서 경사지지 않으며, 거의 완벽하게 센터링된 방식으로 작동한다. 이에 의해, 피스톤과 실린더 사이에서 가능한 작게 고리 형상 간극이 선택되는 것이 처음으로 가능하다. 예컨대, 대형 2 행정 디젤 엔진을 갖는 본 발명에 의해 1.5 mm 미만, 특히 1 mm 미만 또는 0.5 mm 미만의 고리 형상 간극을 선택할 수 있고, 그리고 사실상, 피스톤이 실린더를 잡을 우려가 존재하지 않는다.

작동 상태에서 피스톤 크라운에 형성된 퇴적물이 왕복 내연 기관의 매 작동 상태마다 안티 폴리싱 링에 의해 깨끗하게 제거된다. 예컨대, 엔진이 저부하로부터 고부하 상태까지 작동하면, 피스톤 크라운의 직경은 예컨대, 열 효과에 기인하여 실린더의 내경보다 더 크게 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 피스톤이 실제로 더이상 경사지지 않고 거의 이상적으로 센터링 방식으로 안내되기 때문에, 작동 표면에 파손을 일으키고 최악의 경우에, 우려되는 스커핑을 유발할 수 있는 실린더의 작동 표면과 피스톤에 있는 퇴적물이 접촉할 수 있는 종래 기술과 반대인 본 발명에 기인하여 이 문제는 더이상 유발되지 않는다.

본 발명은, 또한, 피스톤이 더 증가된 직경을 가질지라도, 안티 폴리싱 링과 충돌하지 않아, 예컨대 피스톤과 실린더 사이에 1 mm 미만의 매우 작은 고리 형상 간극을 유발하고, 안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운 사이의 충분한 갭이 매 작동 상태마다 보장되는 것을 유발한다. 안티 폴리싱 링과 피스톤 크라운 사이의 고리 형상 간극이 종래 기술과 비교하여 본 발명에 따른 피스톤의 사용시 많이 작게 선택될 수 있기 때문에, 피스톤 크라운의 직경이 안티 폴리싱 링의 내경보다 엔진의 회전 속도 또는 부하가 더 많이 감소되거나, 실린더의 내경보다 더 많이 감소될지라도, 안티 폴리싱 링의 세정 효과가 크게 증가된다.

실제로 특히 바람직한 실시형태에서, 센터링 수단이 피스톤 스커트에 제공되어, 당연히 상이한 영역의 피스톤, 예컨대, 피스톤 크라운 또는 피스톤 패키징의 영역에 센터링 수단을 제공할 수 있다.

이 점에 있어서, 본 발명의 센터링 수단은, 예컨대 피스톤에 직접적으로 반경 방향 외측으로 향해 있으며, 특히 바람직하게는 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 반경 방향으로 작용하는 스프링 부재에 의해 부하를 받아 피스톤과 실린더 벽 사이의 반경 방향 간격 변화가 한정된 경계 내에서 보상될 수 있는 가이드 슈일 수 있다. 반경 방향으로 이동가능한 가이드가 반경 방향으로 실행될 수 있는 스트로크가 선택되고 가이드 슈가 실린더 벽 상에 너무 큰 힘을 부과하지 않도록 제한되어 실린더 벽과 오일 막에 대한 위험이 존재하지 않는다. 스프링 부재를 갖는 가이드 슈의 탑재 대신에, 가이드 슈는 동시에 또는 대안으로 유압식 또는 공압식으로 지지될 수 있음이 이해된다.

실린더에서의 피스톤의 안내 및 센트레이션을 위해서, 복수 개의 가이드 슈, 바람직하게는 2 개, 4 개 또는 5 개의 가이드 슈가 (원주 방향에 대해) 서로 한정된 간격으로 실제로 피스톤에 배치된다. 이 점에 있어서, 2 개의 가이드 슈가 축선 방향에 대해 서로 오프셋되어 피스톤에 배치될 수 있어, 이에 의해 피스톤의 경사가 훨씬 양호하게 방지될 수 있다.

다른 실시형태에서, 본 발명의 센터링 수단은 가이드 링이며, 가이드 링은 특히, 링 형상 가이드 스프링에 의해 부하를 받으며, 또는 유압식으로 또는 공압식으로 지지되는 것이 특히 유리하다. 특히, 복수 개의 가이드 링, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 가이드 링이 축선 방향으로 서로 한정된 간격으로 피스톤에 배치될 수 있어, 이에 의해 피스톤의 경사가 특히 쉽게 방지될 수 있다.

또한, 다른 실시형태에서는, 센터링 수단은 원주 방향으로 신장하는 가이드 웹을 갖는 가이드 밴드이며, 당연히, 복수 개의 가이드 밴드, 바람직하게는 2 개 또는 3 개의 가이드 밴드가 축선 방향으로 서로 한정된 간격으로 피스톤에 배치될 수 있어, 피스톤의 경사에 대한 더 개선된 안정화를 보장한다. 이 점에 있어서, 그 자체로 공지되어 빈번하게 피스톤에 존재하는 청동 밴드가, 예컨대 단순히 더 두꺼워질 수 있고 청동 밴드에서 원주 홈에 의해 형성된 웨브를 갖도록 설계될 수 있다. 가이드 밴드에서의 웹은 축선 방향으로 매우 좁아 실린더 벽을 따라 미끄러져 실린더에 센터링 방식으로 피스톤을 안내한다. 청동 밴드의 전체 표면이 아니라, 단지 실린더의 표면 상을 미끄러지는 매우 좁은 가이드 웨브이기 때문에, 실린더의 작동 표면을 파손시키지 않으며 실린더의 작동 표면 상의 윤활막의 손상이 존재하지 않는다.

본 발명의 다른 특별한 실시형태에 있어서, 센터링 수단은 반경 방향으로 탄성적으로 작용하며 피스톤 스커트에 배치되고 축선 방향으로 피스톤 스커트로부터 이격되어 신장하는 가이드 표면이다. 실린더에서의 피스톤의 확실한 가이딩과 신뢰가능한 센터링을 위해서, 복수 개의 가이드 표면, 바람직하게는 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 가이드 표면이 원주 방향에 대해 서로 한정된 간격으로 통상적으로 실제로 피스톤에 배치된다.

본 출원에서 기술된 본 발명에 따른 피스톤의 실시형태의 실시예는 예시적 형태로서 이해되며, 특히 도시된 실시형태의 적절한 모든 조합이 본 발명에 의해 포함되는 것은 자명하다.

본 발명은 도면을 참조로 하기에 더 상세히 설명된다. 이들 도면은 개략적으로 도시한다.

도 1a 는 스프링에 의해 부하를 받는 가이드 슈를 갖는 본 발명에 따른 피스톤의 제 1 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 1b 는 도 1a 의 선Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도이다.
도 2 는 가이드 스프링에 의해 부하를 받는 가이드 링을 갖는 제 2 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 3 은 고정식 피스톤 가이드 슈를 갖는 제 3 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 4 는 가이드 웹을 갖춘 가이드 밴드를 갖는 제 4 실시형태를 나타낸 도면이다.
도 5 는 반경방향으로 탄성적으로 작용하는 가이드면을 갖는 제 5 실시형태를 나타낸 도면이다.

스프링에 의해 부하를 받는 가이드 슈 (8, 81) 를 갖는 본 발명에 따른 피스톤 (1) 의 실시형태 중 제 1 실시형태가 도 1a 에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1b 는 보다 양호한 이해를 위해 선Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도이다.

도 1a 또는 도 1b 에 따른 본 발명의 피스톤 (1) 은, 통상, 복수 개의 실린더 (2) 를 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤 (1) 이다. 피스톤 (1) 은 장착 상태인 것으로 도시되어 있으며, 상사점과 하사점 사이에서 실린더 축선 (A) 을 따라 축선 방향으로 그 자체로 공지된 방식으로 전후 이동 가능하게 배치된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 2 개의 피스톤 링 (31, 32) 을 포함하는 피스톤 링 패키지 (3) 는 재킷 면 (jacket surface)(100) 에 제공되며, 탑 랜드 (5) 를 갖는 피스톤 크라운 (4) 과 피스톤 스커트 (6) 사이에 배치된다. 피스톤 스커트 (6) 는, 그 자체로 공지된 바와 같이, 피스톤 (1) 의 연소 공간 표면 (7) 으로부터 멀리있는 피스톤 (1) 의 하부 섹션을 형성한다. 본 발명에 따르면, 이 점에 있어서, 스프링 부재 (801) 에 의해 부하를 받는 가이드 슈 (81) 형태의 총 4 개의 센터링 수단 (8, 81) 이 피스톤 (1) 의 피스톤 스커트 (6) 에서 실린더 (2) 로의 피스톤 (1) 의 반경방향 센터링을 위해 피스톤 (1) 에 제공된다. 4 개의 가이드 슈 (81) 는, 피스톤 (1) 이 대형 디젤 엔진의 모든 작동 상태시 실린더 (2) 에 확실하게 안내되어 깨끗하게 센터링되어, 예컨대, 피스톤 (1) 과 실린더 벽 사이의 고리형상 간극이 공지된 피스톤의 사용에 전적으로 필수인 것보다 더 작게 선택되지만, 안티 폴리싱 링 (명확함을 위해 도시 생략) 은, 피스톤 (1) 이 그의 이동시 안티 폴리싱 링 또는 실린더 벽과 접촉될 수 없게 피스톤 크라운 (4) 으로부터 모든 적층물을 선택적으로 제거할 수 있는 것을 보장한다. 이 점에 있어서, 예컨대, 4 개 미만, 가능한 단지 3 개의 가이드 슈, 또는 그러나 심지어 4 개 초과의 가이드 슈가 제공될 수 있음이 자명하다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따른 피스톤 (1) 의 횡단면도가 도 2 를 참조하여 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 센터링 수단 (8) 은 가이드 링 (802) 에 의해 부하를 받게 되는 가이드 링 (82) 이다. 가이드 링 (82) 은, 이 점에 있어서, 외경이 실린더 (2) 의 내경보다 단지 아주 미세하게 작도록 설계된다. 이후, 피스톤 (1) 은 가이드 스프링 (802) 에 의해 가이드 링 (82) 에 대해 센터링되는 방식으로 유지된다. 이것이 피스톤 링 (31, 32) 과의 결정적인 차이점이다. 피스톤 링 (31, 32) 은 피스톤 링 그루브에 자유롭게 부유하는 방식으로 지지되며, 그 결과, 피스톤 링 (31, 32) 은 일반적으로 실린더 (2) 에 피스톤 (1) 을 센터링 처리하는 위치에 있지 않게되어 가이드 링 (82) 의 사용시 가이드 스프링 (802) 에 의해 영향을 받는다.

도 3 은, 스프링 또는 공압 또는 유압에 의해 부하를 받지 않고, 본원에서 예시로서 피스톤 크라운 (4) 에 배치된 고정식 위치 가이드 슈 (83) 의 형태인 센터링 수단 (8, 83) 을 갖는 특정의 제 3 실시형태를 도시한다. 예컨대, 피스톤 (1) 의 원주를 중심으로 3 개가 동일 간격으로 배치될 수 있는 고정식 위치 가이드 슈는, 이 점에 있어서, 이들의 반경 방향 범위가 모든 가이드 슈 (83) 가 실린더 벽에서 동시에 미끄러져 이에 의해 피스톤 (1) 을 센터링되는 방식으로 유지되게 선택되도록 설계된다. 실린더 벽에 접촉되는 가이드 슈 (83) 의 표면은 아주 작게 선택되고, 이 점에 있어서 실린더 벽 또는 실린더 벽 상의 윤활막이 가이드 슈 (83) 에 의해 부정적으로 파손되지 않도록 설계된다.

도 4 는 가이드 웹 (804) 을 갖는 가이드 밴드 (84) 를 갖춘 제 4 실시형태를 도시하며, 가이드 밴드 (84) 는, 본 실시예에서 가이드 밴드 (84) 에 스크류 형태로 제공된 단지 폭이 매우 좁은 가이드 웹 (804) 이 실린더 벽에 접촉되어 실린더 (2) 에 센터링 방식으로 확실하게 피스톤 (1) 을 안내하도록 설계된다. 실린더 (2) 의 실린더 벽에 접촉되는 가이드 웹 (804) 의 표면은 아주 작게 선택되고, 이 점에 있어서 실린더 벽 또는 실린더 벽 상의 윤활막이 가이드 웹 (804) 에 의해 부정적으로 파손되지 않도록 설계된다.

마지막으로, 본 발명의 제 5 실시형태는 도 5 를 참조하여 개략적으로 도시하며, 반경 방향으로 탄성적으로 안내되는 가이드 표면 (85) 이 축선 방향으로 피스톤 스커트 (6) 로부터 멀어지게 신장하는 피스톤 스커트 (6) 에 제공되며, 복수 개의 안내 표면 (85), 바람직하게는, 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 가이드 표면 (85) 이 피스톤 (1) 에서 원주 방향에 대해 서로 한정된 간격으로 배치될 수 있다. 가이드 표면 (85) 의 영역에서 피스톤 (1) 의 외경은, 이 점에 있어서 실린더 (2) 의 내경보다 단지 약간 더 크게 선택된다. 가이드 표면 (85) 이 반경 방향에 탄성적으로 설계되기 때문에, 피스톤 (1) 이 실린더 (2) 에서 센터링된 위치에서 가이드 표면 (85) 을 통해 항상 신뢰가능하게 안내된다. 실린더 (2) 의 실린더 벽과 접촉하는 가이드 표면 (85) 의 표면과 가이드 표면 (85) 을 통해 실린더 벽 상에서 반경방향으로 작용하는 힘의 크기가 이 점에 있어서 선택되고, 실린더 벽 또는 실린더 벽 상의 윤활막이 가이드 표면 (85) 에 의해 부정적으로 파손되지 않도록 설계된다.

요약하면, 본 발명에 의하면, 피스톤과 실린더 벽 사이 또는 피스톤과 안티 폴리싱 링 사이의 갭을 크게 감소시켜 안티 폴리싱 링의 상당히 개선된 효과가 처음으로 보장될 수 있다. 사실상, 예컨대, 고부하 또는 고회전 속도를 향한 엔진의 작동 상태의 변화시, 외부 피스톤 직경이 실린더 또는 안티 폴리싱 링의 내경 보다 더 크다면, 피스톤이 실린더를 잡거나 또는 피스톤 크라운이 안티 폴리싱 링과 접촉하게 되는 문제가 본 발명에 따른 피스톤을 사용함으로써 신뢰가능하게 회피된다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 실린더 (2) 를 갖는 왕복 내연 기관용 피스톤으로서,
   상기 실린더 (2) 에, 피스톤이 상사점과 하사점 사이에서 실린더 축선 (A) 을 따라 장착 상태에서 축선 방향으로 전후 이동가능하게 배치되고, 상기 피스톤은 재킷 표면 (100) 에 적어도 하나의 피스톤 링 (31, 32) 을 포함하는 피스톤 링 패키지 (3) 를 가지며, 상기 피스톤 링 패키지는 탑 랜드 (5) 를 갖는 피스톤 크라운 (4) 과 피스톤 스커트 (6) 사이에 배치되며, 상기 피스톤 스커트 (6) 가 피스톤의 연소 공간 표면 (7) 으로부터 멀리 있는 피스톤의 하부 영역을 형성하고,
   피스톤에는 실린더 (2) 에서의 피스톤의 반경 방향 센터링을 위해 센터링 수단 (8, 81, 82, 83, 84, 85) 이 제공되고,
   상기 센터링 수단 (8, 81, 82, 83, 84, 85) 은, 반경 방향으로 탄성적으로 작용하며 피스톤 스커트 (6) 에 배치되고 축선 방향으로 피스톤 스커트 (6) 로부터 멀리 신장하는 가이드 표면 (8, 85) 인 것을 특징으로 하는, 왕복 내연 기관용 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,
   복수 개의 가이드 표면 (8, 85) 이 원주 방향에 대해 서로 한정된 간격으로 피스톤에 배치되는 것을 특징으로 하는, 왕복 내연 기관용 피스톤.
3. 제 2 항에 있어서,
   2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 가이드 표면 (8, 85) 이 피스톤에 배치되는 것을 특징으로 하는, 왕복 내연 기관용 피스톤.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤은 대형 2 행정 디젤 엔진용 피스톤인 것을 특징으로 하는, 왕복 내연 기관용 피스톤.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images