KR102568477B1 - 크로스헤드 및 크로스헤드식 내연 기관 - Google Patents

Abstract

크로스헤드(40)는, 피스톤봉(21) 및 연접봉(25)으로 윤활유를 분배하는 윤활 통로(50)를 구비한다. 윤활 통로(50)는, 크로스헤드핀(41)의 외면으로부터 내부로 연장되는 도입로(51)와, 도입로(51)에서 분기하여 연장되며 피스톤봉(21) 내에 형성한 유로(21b)에 연통하는 제 1 분기로(52)와, 도입로(51)에서 분기하여 연장되며 연접봉(25) 내에 형성한 유로(25b)에 연통하는 제 2 분기로(53)를 갖는다. 제 1 분기로(52) 및 제 2 분기로(53)는, 피스톤봉(21) 및 연접봉(25)을 통과하는 단면에서 보면 서로 연통하지 않는다.

Description

크로스헤드 및 크로스헤드식 내연 기관

여기에 개시하는 기술은, 크로스헤드 및 크로스헤드식 내연 기관에 관한 것이다.

선박용 내연 기관 등, 보어-스트로크 비가 큰 내연 기관에 있어서는, 하방에서 피스톤을 지지하는 피스톤봉과, 크랭크 샤프트에 연접되는 연접봉을 연결하기 위하여, 크로스헤드라고 불리는 부품을 이용하는 것이 널리 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 크로스헤드는, 피스톤봉(피스톤로드)의 하측 끝단부에 장착되고, 그 하측 끝단부에 대하여 연접봉(커넥팅로드)을 회동시키는 크로스헤드핀(크로스헤드 저널)과, 이 크로스헤드핀의 내부에 배치되어, 피스톤봉 및 연접봉으로 윤활유를 분배하는 통로(구멍)를 구비한 구성으로 되어 있다.

상기 특허문헌 1에 따른 통로는, 특허문헌 1의 제 2 실시형태에 있어서, 피스톤봉에 형성한 유로(油路)에 연통하는 통로(상향의 직경방향 구멍)와, 연접봉에 형성한 유로에 연통하는 통로(대각선 하향의 2개의 구멍)로 분기된다. 이와 같이 분기된 2종류의 통로는, 피스톤봉 및 연접봉을 통과하는 단면에서 보면 서로 연통한다. 즉, 이 단면에서 봤을 때는, 피스톤봉에 형성한 유로와 연접봉에 형성한 유로가, 크로스헤드핀의 내부에 형성한 통로를 개재하고 상하로 연결되게 된다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2015-057570호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 피스톤봉측의 유로와 연접봉측의 유로가 상하로 연결돼버리면, 윤활유를 균형 있게 분배하는 데 지장을 초래할 수 있음을 본원 발명자들은 깨달았다.

즉, 크로스헤드핀으로부터 연접봉측의 유로를 향하여 흐르는 윤활유는, 피스톤이 상하 운동할 때의 관성력에 기인하여, 상방으로 당겨지게 된다. 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 구성한 경우, 이와 같이 당겨진 윤활유가, 피스톤봉측의 유로로 유입될 가능성이 있다. 이 경우, 연접봉측의 유로를 흐르는 윤활유에 비하여 피스톤봉측의 유로를 흐르는 윤활유가 다량이 되어, 연접봉측을 흐르는 윤활유가 부압이 될 수 있음을 본원 발명자들은 알아내었다.

또한 일반적으로, 연접봉의 상측 끝단부에는, 크로스헤드핀을 지지하는 베어링 및 베어링 쉘이 배치되게 되나, 연접봉측을 흐르는 윤활유가 소량이 되면, 이들 부품이 충분히 윤활되지 못할 우려가 있기 때문에 적합하지 않다.

여기에 개시하는 기술은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 크로스헤드핀을 통하여 공급되는 윤활유를, 피스톤봉측의 유로와 연접봉측의 유로에 균형 있게 분배하는 데 있다.

여기에 개시하는 기술은, 피스톤봉 및 연접봉을 연결하는 크로스헤드에 관한 것이다. 이 크로스헤드는, 상기 피스톤봉의 하측 끝단부에 장착되어, 당해 하측 끝단부에 대하여 상기 연접봉을 회동시키는 크로스헤드핀과, 상기 크로스헤드핀에 형성되어, 당해 크로스헤드핀으로부터 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉으로 윤활유를 분배하는 윤활 통로를 구비한다.

상기 윤활 통로는, 상기 크로스헤드핀의 외면으로부터 내부로 연장되는 도입로와, 상기 도입로에서 분기하여 연장되며, 상기 피스톤봉에 형성한 유로에 연통하는 제 1 분기로와, 상기 도입로에서 분기하여 연장되며, 상기 연접봉에 형성한 유로에 연통하는 제 2 분기로를 갖는다.

그리고, 상기 제 1 분기로 및 상기 제 2 분기로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않도록 구획된다.

상기 구성에 의하면, 크로스헤드핀의 윤활 통로에 유입된 윤활유는, 도입로를 흐른 후, 제 1 분기로와 제 2 분기로에 분배된다. 여기서, 제 1 분기로 및 제 2 분기로는, 피스톤봉 및 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않는다.

따라서, 적어도 상기 단면에서 봤을 때는, 제 1 분기로에 연통하는 피스톤봉측 유로와, 제 2 분기로에 연통하는 연접봉측 유로가 상하로 연결되지 않게 된다. 그 결과, 관성력에 기인하여 상방으로 당겨진 윤활유가, 피스톤봉측 유로로 유입되는 것을 억제할 수 있어, 연접봉측을 흐르는 윤활유가 부압이 되는 것을 억제할 수 있게 된다. 이와 같이, 크로스헤드핀을 통하여 공급되는 윤활유를, 피스톤봉측의 유로와 연접봉측의 유로에 균형 있게 분배할 수 있다.

또한, 상기 제 1 분기로 및 상기 제 2 분기로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 멀어지는 방향으로 연장되어도 된다.

상기 구성에 의하면, 제 1 분기로 및 제 2 분기로를 적절히 구획하는 데 유리해진다. 이는, 윤활유를 균형 있게 분배하는 데 유효하다.

또한, 상기 연접봉의 상측 끝단부에 배치되어, 상기 크로스헤드핀을 지지하는 베어링과, 상기 베어링과, 상기 크로스헤드핀의 하반부 사이에 배치되는 베어링 쉘을 구비하고, 상기 베어링 쉘에는, 상기 연접봉 내에 형성한 유로에 연통하는 관통공이 형성되어도 된다.

상기 구성에 의하면, 연접봉의 상측 끝단부에는, 크로스헤드핀을 지지하는 베어링이 배치되게 된다. 이 베어링과 크로스헤드핀 사이에는 베어링 쉘이 배치된다. 베어링 쉘에 형성한 관통공을 통하여 윤활유가 공급된다. 이 관통공은, 연접봉측에 형성한 유로에 연통하므로, 연접봉측을 흐르는 윤활유가 소량이 되면, 베어링 및 베어링 쉘이 충분히 윤활되지 못할 우려가 있다.

한편, 상기 구성은, 윤활유를 균형 있게 분배할 수 있으므로, 베어링 및 베어링 쉘을 충분히 윤활시킬 수 있다.

또한, 상기 제 2 분기로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 상기 베어링 쉘의 외연측 부위를 지향하도록 연장되어도 된다.

일반적으로, 크로스헤드핀의 바로 아래에는, 베어링 쉘의 내주면의 중앙부가 위치하게 된다. 이 부위에는, 다른 부위에 비하여 큰 하중이 걸린다. 이러한 부위에서는, 윤활유를 박막상태로 하는 것이 유효하다. 윤활유를 과도하게 공급해버리면 박막상태가 되지 않아, 오히려 불리해진다.

한편, 상기 구성에 의하면, 제 2 분기로는, 베어링 쉘의 중앙부가 아니라 외연측 부위를 지향하므로, 그 중앙부에서는 윤활유의 과도한 공급을 피할 수 있다. 이로써, 윤활유를 박막상태로 하는 데 유리해진다.

또한, 상기 제 1 분기로는, 상기 도입로에 접속되어 상기 크로스헤드핀의 핀축 방향으로 연장되는 제 1 상류로와, 상기 제 1 상류로로부터 연속되어 상기 피스톤봉을 향하여 연장되는 제 1 하류로를 갖고, 상기 제 2 분기로는, 상기 도입로에 접속되어 상기 핀축 방향으로 연장되는 제 2 상류로와, 상기 제 2 상류로로부터 연속되어 상기 연접봉을 향하여 연장되는 제 2 하류로를 갖고, 상기 제 1 상류로 및 상기 제 2 상류로는, 상기 도입로를 개재하고 연통하도록 구획되며, 상기 제 1 하류로 및 상기 제 2 하류로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않도록 구획되어도 된다.

상기 구성에 의하면, 제 1 분기로 및 제 2 분기로를 적절히 구획하는 데 유리해진다. 이는, 윤활유를 균형 있게 분배하는 데 유효하다.

여기에 개시하는 기술은, 상기 크로스헤드를 구비하는 크로스헤드식 내연 기관에 관한 것이기도 하다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 크로스헤드에 의하면, 크로스헤드핀을 통하여 공급되는 윤활유를, 피스톤봉측의 유로와 연접봉측의 유로에 균형 있게 분배할 수 있다.

도 1은, 크로스헤드식 내연 기관의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 2는, 프레임 및 크로스헤드의 구성을 예시하는 정면도이다.
도 3은, 크로스헤드의 횡단면을 예시하는 도면이다.
도 4는, 크로스헤드의 횡단면을 예시하는 도면이다.
도 5는, 크로스헤드핀의 구성을 예시하는 평면도이다.
도 6은, 크로스헤드핀의 종단면을 예시하는 VI-VI 단면도이다.
도 7은, 크로스헤드핀의 종단면을 예시하는 VII-VII 단면도이다.
도 8은, 크로스헤드핀의 횡단면을 예시하는 VIII-VIII 단면도이다.
도 9는, 크로스헤드핀의 횡단면을 예시하는 IX-IX 단면도이다.
도 10은, 크로스헤드핀의 횡단면을 예시하는 X-X 단면도이다.
도 11은, 크로스헤드의 종래예를 예시하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 12는, 크로스헤드의 종래예를 예시하는 도 4에 대응하는 도면이다.

이하, 본 개시의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명은 예시다. 도 1은, 크로스헤드식 내연 기관(이하, 단순히 "엔진(1)"이라고 함)의 구성을 예시하는 개략도이다.

엔진(1)은, 복수의 실린더를 구비한 직렬 다기통식 디젤 엔진이다. 이 엔진(1)은, 단류소기식을 채용한 2행정 1사이클 기관으로서 구성되고, 유조선, 컨테이너 선박, 자동차 운반선 등, 대형 선박에 탑재된다. 엔진(1)의 출력축은, 도시하지 않는 프로펠러에 연결된다. 엔진(1)이 운전됨에 따라, 그 출력이 프로펠러에 전달되어 선박이 추진하도록 되어 있다.

여기에 개시하는 엔진(1)은, 그 롱 스트로크화를 실현하기 위하여, 이른바 크로스헤드식 내연 기관으로서 구성된다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 엔진(1)에 있어서는, 하방에서 피스톤(15)을 지지하는 피스톤봉(21)과, 크랭크 샤프트(22)에 연접되는 연접봉(25)이 크로스헤드(40)에 의해 연결된다.

(1) 주요 구성

이하, 엔진(1)의 주요부에 대하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 엔진(1)은, 밑판(11)과, 밑판(11) 상에 배치되는 프레임(12)과, 프레임(12) 상에 배치되는 실린더재킷(13)을 구비한다. 밑판(11), 프레임(12) 및 실린더재킷(13)은, 상하 방향으로 연장되는 복수의 타이 볼트 및 너트에 의해 체결된다.

실린더재킷(13) 내에는, 내통으로서의 실린더 라이너(14)가 배치된다. 실린더 라이너(14)의 내부에는 피스톤(15)이 배치된다. 피스톤(15)은, 실린더 라이너(14)의 내벽을 따라 상하 방향으로 왕복운동한다. 또한, 실린더 라이너(14)의 상부에는 실린더 커버(16)가 고정된다. 실린더 커버(16)에는 배기 밸브(17)가 배치된다. 배기 밸브(17)는, 실린더 라이너(14), 피스톤(15) 및 실린더 커버(16)와 함께 연소실(18)을 구획한다. 배기 밸브(17)는, 연소실(18)과 배기관(19) 사이를 개폐하는 것이다.

따라서, 연소실(18)에 대하여 연료와 가스가 공급되면, 연소실(18) 내에서 연소가 발생한다. 이 연소로 발생한 에너지에 의해 피스톤(15)이 피스톤축 방향으로 왕복운동한다. 이때, 배기 밸브(17)가 작동하여 연소실(18)이 개방되면, 연소로 인해 발생한 배기가스가 배기관(19)으로 압출되는 한편, 도시하지 않는 소기포트를 개재하고 연소실(18)에 가스가 도입된다.

한편, 피스톤(15)의 하측 끝단부에는, 피스톤봉(21)의 상측 끝단부가 연결된다. 밑판(11)은, 이른바 크랭크케이스를 구성하고, 베어링(23)에 의해 회전 자유롭게 지지된 크랭크 샤프트(22)를 수용한다. 크랭크 샤프트(22)에는, 연접봉(25)의 하측 끝단부가, 크랭크(24)를 개재하고 회동 자유롭게 연결된다.

프레임(12)의 내부에는, 상하 방향을 따라 배치되는 한 쌍의 가이드판(26)이, 소정의 간격을 두고 서로 마주하도록 배치된다. 한 쌍의 가이드판(26) 사이에는, 전술한 크로스헤드(40)가 상하운동 자유롭게 배치된다. 크로스헤드(40)는, 피스톤봉(21)의 하측 끝단부(21a)와 연접봉(25)의 상측 끝단부(25a)를 연결하고, 그 상하운동은, 가이드판(26)에 의해 안내된다(도 4도 참조). 크로스헤드(40)는, 피스톤봉(21)에 대해서는 일체적으로 상하운동하도록 접속되는 한편, 연접봉(25)에 대해서는 연접봉(25)의 상측 끝단부를 받침점(fulcrum)으로, 이를 회동시키도록 접속된다.

따라서, 피스톤(15)이 상하 방향을 따라 왕복 이동하면, 피스톤(15)과 함께 피스톤봉(21)이 상하로 왕복 이동한다. 이로써, 피스톤봉(21)에 연결된 크로스헤드(40)는, 가이드판(26)을 따라 상하 방향으로 왕복 이동한다. 크로스헤드(40)는 또한, 연접봉(25)의 회동을 허용한다. 그리고, 연접봉(25)의 하측 끝단부에 접속되는 크랭크(24)가 크랭크 운동하여 크랭크 샤프트(22)를 회전시킨다.

(2) 프레임 및 크로스헤드의 구성

여기서, 프레임(12)과 크로스헤드(40)의 구성에 대하여 간단히 설명한다.

도 2는 엔진(1)의 프레임(12) 및 크로스헤드(40)의 구성을 예시하는 정면도이고, 도 3 및 도 4는 크로스헤드(40)의 횡단면을 예시하는 도면이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 프레임(12)은, 천판(31)과, 지판(32)과, 측판(33)과, 복수의 격벽(34)으로 구성된다. 천판(31)은, 실린더재킷(13)에 배치되고, 프레임(12)의 정상부를 이룬다. 지판(32)은, 밑판(11)에 접속되며 프레임(12)의 바닥부를 이룬다. 측판(33)은, 프레임(12)의 좌우 측부를 이룬다. 측판(33)의 하측 끝단부는 지판(32)에 접속되고, 측판(33)의 상측 끝단부는 천판(31)에 접속된다.

복수의 격벽(34)은, 크랭크 샤프트(22)가 연장되는 방향(크랭크축 방향)을 따라 나열되며, 서로 소정 간격을 두고 배치된다. 각 격벽(34)은, 프레임(12) 내의 공간을 구획하는 칸막이로서 기능한다.

전술한 크로스헤드(40)는, 상기 천판(31)과, 지판(32)과, 측판(33)과, 각 격벽(34)에 의하여 구획되며 또한 한 쌍의 가이드판(26) 사이에 위치하는 공간에 수용되도록 되어 있다.

구체적으로, 크로스헤드(40)는, 피스톤봉(21)의 하측 끝단부(21a)에 장착되고, 이 하측 끝단부(21a)에 대하여 연접봉(25)을 회동시키는 크로스헤드핀(41)과, 크로스헤드핀(41)에 장착되는 가이드슈(42)와, 연접봉(25)의 상측 끝단부(25a)에 배치되고, 크로스헤드핀(41)을 회동 자유롭게 지지하는 베어링(43)을 구비한다.

상세하게는, 크로스헤드핀(41)은, 도 3 및 도 4의 지면(紙面)에 직교하는 방향으로 연장되는 원주형으로 형성되고, 그 상면(41a)의 일부분이, 대략 평면 상으로 잘려 있다. 이 상면(41a)에 피스톤봉(21)의 하측 끝단부(21a)를 체결함으로써, 크로스헤드핀(41)과 피스톤봉(21)을, 일체적으로 상하운동시킬 수 있다.

가이드슈(42)는, 크로스헤드핀(41)에 대하여 회동 불가능하게 장착되고, 가이드판(26)에 대하여 미끄럼 접촉하도록 구성된다. 이 미끄럼 접촉을 이용하여, 크로스헤드(40)의 왕복 이동을 안내할 수 있다.

베어링(43)은, 상방을 향하여 개방된 대략 반원형으로 함몰되고, 크랭크축 방향을 따라 크로스헤드핀(41)이 삽입되도록 구성된다. 베어링(43)에 크로스헤드핀(41)을 삽입함으로써, 연접봉(25)은, 크로스헤드핀(41)에 대하여 베어링(43)을 받침점으로 회동 자유롭게 된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 베어링(43)과, 크로스헤드핀(41)의 하반부 사이에는, 베어링 쉘(44)이 배치된다. 이 베어링 쉘(44)은, 이른바 베어링 메탈로서, 원호형의 횡단면을 갖는다. 베어링 쉘(44)은, 크로스헤드핀(41)의 외면(특히, 하반부의 외면)에 대하여 미끄럼 접촉함과 더불어, 이 외면을 하방에서 지지하도록 되어 있다. 또한, 베어링 쉘(44)에는, 이를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통공(44a)이 형성된다. 이들 관통공(44a)은, 후술하는 크랭크측 유로(25b)에 연통한다.

그리고, 본 개시에 따른 크로스헤드(40)는, 엔진(1)의 각 부를 윤활시키기 위한 윤활 통로(50)를 구비한 구성으로 되어 있다. 이 윤활 통로(50)는, 크로스헤드핀(41)에 형성되고, 크로스헤드핀(41)을 통하여 도입된 윤활유를 피스톤봉(21)과 연접봉(25)으로 분배할 수 있다.

여기서, 크로스헤드핀(41)으로부터 피스톤봉(21)에 분배되는 윤활유는, 피스톤봉(21)의 내부에 형성한 유로(이하, 이를 "피스톤측 유로"라고 함)(21b)를 통하여 피스톤(15)에 공급된다. 이 피스톤측 유로(21b)는, 피스톤봉(21)이 연장되는 방향(즉, 상하 방향)을 따라 연장되는 관통공으로서 구성된다. 피스톤측 유로(21b)의 하측 끝단부는, 피스톤봉(21)의 하면으로 개구되어 윤활 통로(50)에 연통한다. 한편, 피스톤측 유로(21b)의 상측 끝단부는 피스톤(15)에 연통한다. 이와 같이 구성된 피스톤측 유로(21b)를 개재하고 윤활유를 피스톤(15)에 공급할 수 있다.

한편, 크로스헤드핀(41)으로부터 연접봉(25)에 분배되는 윤활유는, 연접봉(25)의 내부에 형성한 유로(이하, 이를 "크랭크측 유로"라고 함)(25b)를 통하여 크랭크(24)에 공급된다. 이 크랭크측 유로(25b)는, 연접봉(25)이 연장되는 방향(상사점에서는, 상하 방향)을 따라 연장되는 관통공으로서 구성된다. 크랭크측 유로(25b)의 상측 끝단부는, 베어링(43)의 내저면으로 개구되어, 베어링 쉘(44)을 개재하고 윤활 통로(50)에 연통한다. 한편, 크랭크측 유로(25b)의 하측 끝단부는 크랭크(24)로 통한다. 이와 같이 구성된 크랭크측 유로(25b)를 개재하고, 윤활유를 크랭크(24)에 공급할 수 있다.

(3) 크로스헤드핀의 구성

이하, 크로스헤드핀(41) 및 윤활 통로(50)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 크로스헤드핀(41)의 구성을 예시하는 평면도이다. 또한, 도 6은 크로스헤드핀(41)의 종단면을 예시하는 VI-VI 단면도이고, 도 7은 크로스헤드핀(41)의 종단면을 예시하는 VII-VII 단면도이며, 도 8은 크로스헤드핀(41)의 횡단면을 예시하는 VIII-VIII 단면도이고, 도 9는 크로스헤드핀(41)의 횡단면을 예시하는 IX-IX 단면도이며, 도 10은 크로스헤드핀(41)의 횡단면을 예시하는 X-X 단면도이다. 도 9에 예시한 IX-IX 단면은, "피스톤봉 및 연접봉을 통과하는 단면"의 예시다. 이 IX-IX 단면은, 도 4에 나타내는 횡단면과 동일하다. 도 4에 나타내는 바와 같이, IX-IX 단면은, 피스톤봉(21)에 형성한 피스톤측 유로(21b)와, 연접봉(25)에 형성한 크랭크측 유로(25b)를 양쪽 모두 종단한다.

여기서, 이하의 설명에서는, 크로스헤드핀(41)의 중심축을 따르는 방향(핀축 방향)의 일방을 "전방향"으로 정의하고, 타방을 "후방향"으로 정의한다. 또한, 전술한 바와 같이, 이 구성예에서, 피스톤축 방향은 상하 방향과 일치한다. 그리고, 전후 방향과 상하 방향 양쪽에 직교하는 방향의 일방을 "좌방향"으로 정의하고, 타방을 "우방향"으로 정의한다.

또한, 본 명세서에서는, 상하 방향 및 좌우 방향은, 각각, 도 1~도 4의 지면 상하 방향 및 지면 좌우 방향에 일치한다.

도 5~도 10에 나타내는 바와 같이, 윤활 통로(50)는, 드릴 등을 이용하여 형성된 복수의 천공을 조합하여 이루어진다. 구체적으로, 본 개시에 따른 윤활 통로(50)는, 크로스헤드핀(41)의 외면으로부터 내부로 연장되는 도입로(51)와, 이 도입로(51)에서 분기하여 연장되며 피스톤측 유로(21b)에 연통하는 제 1 분기로(52)와, 도입로(51)에서 분기하여 연장되며 크랭크측 유로(25b)에 연통하는 제 2 분기로(53)를 갖는다.

각 도면에 나타내는 바와 같이, 제 1 분기로(52)와 제 2 분기로(53)는, 양쪽 모두, 크로스헤드핀(41)의 중심축을 사이에 두고 좌우로 하나씩 형성된다. 또한, 제 1 분기로(52)와 제 2 분기로(53)는, 양쪽 모두, 좌우로 배치된 각각이 상하로 나열된다.

상세하게는, 도입로(51)는, 크로스헤드핀(41)의 외면으로부터 하방을 향하여 연장되는 상류측 도입로(51a)와, 크로스헤드핀(41)의 좌측면으로부터 우방을 향하여 연장되는 상하 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b)를 갖는다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 상류측 도입로(51a)는, 크로스헤드핀(41)의 전측이면서 약간 좌측의 상면으로 개구된다. 이 개구를 통하여, 크로스헤드핀(41)의 내부로 윤활유를 유도할 수 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 상류측 도입로(51a)의 상하 방향 중앙부와, 상류측 도입로(51a)의 하측 끝단부는, 각각, 하류측 도입로(51b)와 연결된다.

도 7~도 8에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b)는, 좌우 방향을 따라 서로 평행하게 연장되고, 전술한 바와 같이, 각각이 상류측 도입로(51a)에 연통한다.

그리고, 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b) 중, 상방에 위치하는 일방은 제 1 분기로(52)에 연통하고, 하방에 위치하는 타방은 제 2 분기로(53)에 연통한다.

상세하게는, 상방에 위치하는 하류측 도입로(51b)는, 상류측 도입로(51a)와 교차하는 부위의 근방 및 당해 하류측 도입로(51b)의 우측 끝단부에서, 제 1 분기로(52)(구체적으로는, 후술하는 제 1 상류로(52a))와 연통한다.

한편, 하방에 위치하는 하류측 도입로(51b)는, 상류측 도입로(51a)와 교차하는 부위의 근방 및 당해 하류측 도입로(51b)의 우측 끝단부에서, 제 2 분기로(53)(구체적으로는, 후술하는 제 2 상류로(53a))와 연통한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b)는 상류측 도입로(51a)를 개재하고 상호 연통하게 된다. 이를 바꾸어 말하면, 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b)는, 상류측 도입로(51a)를 개재하지 않고는 연통하지 않게 되어 있다.

여기서, 한 쌍의 하류측 도입로(51b, 51b)는, 양쪽 모두 크로스헤드핀(41)의 좌측면으로 개구되기는 하나, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이들 개구는 가이드슈(42)에 의해 폐색된다.

도 7∼도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 분기로(52)는, 도입로(51)에 접속되면서 크로스헤드핀(41)의 핀축 방향으로 연장되는 제 1 상류로(52a)와, 제 1 상류로(52a)로부터 연속되어 연장되면서 피스톤봉(21)을 향하여 연장되는 제 1 하류로(52b)를 갖는다.

상세하게는, 제 1 상류로(52a)는, 좌우 한 쌍의 통로로 구성되고, 핀축 방향으로서의 전후 방향을 따라 대략 직선으로 연장된다. 각 제 1 상류로(52a)는, 크로스헤드핀(41)의 중심축보다 상측에 배치된다.

도 7~도 9에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 상류로(52a)는, 전후 방향에서의 전측 부위(도 6의 VIII－VIII 단면에 상당)에서, 상측의 하류측 도입로(51b)에 연통한다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 상류로(52a)는, 전후 방향에서의 중앙부(도 6의 IX－IX 단면에 상당)에서, 제 1 하류로(52b)의 하측 끝단부와 연통한다. 또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 좌우로 나열된 제 1 상류로(52a, 52a) 중, 좌측에 위치하는 제 1 상류로(52a)는, 그 후측 끝단부 근방에서 제 3 하류로(52c)에 연통한다.

여기서, 제 1 하류로(52b)는, 제 1 상류로(52a)와 마찬가지로, 좌우 한 쌍의 통로로 구성되고, 상방향을 향하여 대략 직선으로 연장된다. 각 제 1 하류로(52b)는, 크로스헤드핀(41)의 상면(41a)으로 개구된다. 이와 같이 개구된 제 1 하류로(52b)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 피스톤봉(21)에 형성한 피스톤측 유로(21b)에 연통한다. 각 제 1 하류로(52b)는 또한, IX－IX 단면 상에 배치된다. 즉, 각 제 1 하류로(52b)와 피스톤측 유로(21b)와 크랭크측 유로(25b)는, 동일 평면 상에 배치되도록 되어 있다(도 4 참조).

제 3 하류로(52c)는, 대각선 상방향을 향하여 방사형으로 연장되고, 크로스헤드핀(41)에서의 상측 외면으로 개구된다. 이 제 3 하류로(52c)는, 피스톤측 유로(21b)와는 연통하지 않고, 가이드슈(42) 등을 윤활시키도록, 윤활유를 토출한다.

한편, 제 2 분기로(53)는, 도입로(51)에 접속되면서 핀축 방향으로 연장되는 제 2 상류로(53a)와, 제 2 상류로(53a)로부터 연속되어 연장되면서 연접봉(25)을 향하여 연장되는 제 2 하류로(53b)를 갖는다.

상세하게는, 제 2 상류로(53a)는, 제 1 상류로(52a)와 마찬가지로 좌우 한 쌍의 통로로 구성되고, 핀축 방향으로서의 전후 방향을 따라 대략 직선으로 연장된다. 각 제 2 상류로(53a)는, 크로스헤드핀(41)의 중심축보다 하측에 배치된다.

도 7~도 9에 나타내는 바와 같이, 각 제 2 상류로(53a)는, 전후 방향에서의 전측 부위(도 6의 VIII－VIII 단면에 상당)에 있어서, 하측의 하류측 도입로(51b)에 연통한다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 각 제 2 상류로(53a)는, 전후 방향에서의 중앙부(도 6의 IX－IX 단면에 상당)에서, 제 2 하류로(53b)의 상측 끝단부와 연통한다.

여기서, 제 2 하류로(53b)는, 제 2 상류로(53a)와 마찬가지로, 좌우 한 쌍의 통로로 구성되고, 대각선 하방향을 향하여 방사형으로 연장된다. 각 제 2 하류로(53b)는, 크로스헤드핀(41)에서의 하측 외면으로 개구된다. 이와 같이 개구된 각 제 2 하류로(53b)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 베어링 쉘(44)에 형성한 복수의 관통공(44a)을 개재하고 크랭크측 유로(25b)에 연통한다.

보다 상세하게, 제 2 하류로(53b)는, 적어도 IX-IX 단면에서 보면, 베어링 쉘(44)의 둘레 방향 중앙부가 아니라, 그 외연측 부위(둘레 방향 중앙부에 비해 외연측 부위)를 지향하도록 연장된다. 즉, 제 2 하류로(53b)는, 하방향에 대하여 약간 경사지게 연장되고, 그 결과, 전술한 바와 같이 대각선 하방향을 향하여 연장되게 된다.

여기서, 각 제 2 하류로(53b)는, 각 제 1 하류로(52b)와 마찬가지로 IX－IX 단면 상에 배치된다. 즉, 각 제 2 하류로(53b)와 피스톤측 유로(21b)와 크랭크측 유로(25b)는, 동일 평면 상에 배치되게 된다(도 4를 참조).

그리고, 제 1 분기로(52)는, 적어도 IX-IX 단면에서 보면, 상방을 향하여 연장된다. 한편, 제 2 분기로(53)는, IX-IX 단면에서 보아 대각선 하방을 향하여 연장된다. 그 결과, 제 1 분기로(52)와 제 2 분기로(53)는, 적어도 피스톤봉(21) 및 연접봉(25)을 통과하는 단면에서 보면, 서로 멀어지는 방향으로 연장되게 된다.

이와 같이 구성한 결과, 제 1 분기로(52) 및 상기 제 2 분기로(53)는, 피스톤봉(21) 및 연접봉(25)을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않도록 구획된다. 즉, 도 9에 나타내는 IX-IX 단면에서 보아, 제 1 분기로(52)와 상기 제 2 분기로(53)는, 서로 독립된 통로로서 구성되게 된다.

구체적으로, 제 1 상류로(52a)와 제 2 상류로(53a)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 도입로(51)를 개재하고 간접적으로 연통한다. 반면, 제 1 하류로(52b)와 제 2 하류로(53b)는, 도 9에 나타내는 단면 상에서는, 직접적인 연통은 물론, 간접적으로도 연통하지 않도록 구획된다.

윤활 통로(50)는 또한, 크로스헤드핀(41)의 중심축을 통과하는 중앙 통로(54)와, 중앙 통로(54)에 연통하는 복귀 통로(55)를 갖는다.

상세하게는, 중앙 통로(54)는, 크로스헤드핀(41)의 중심축을 통과하도록, 전후 방향으로 연설된다. 중앙 통로(54)의 전후 일측에는 도시하지 않는 장치가 접속되어, 윤활유를 토출할 수 있도록 되어 있다.

한편, 복귀 통로(55)는, 중앙 통로(54)에서의 전후 방향의 중앙부로부터 상방을 향하여 연장되어, 크로스헤드핀(41)의 상면(41a)으로 개구된다. 복귀 통로(55)는 피스톤측 유로(21b)에 연통한다. 복귀 통로(55)는, 피스톤(15)을 냉각시켜 크로스헤드(40)측으로 돌아온 윤활유가 흐르는 통로다.

(4) 윤활유의 분배에 대하여

도 11은 크로스헤드의 종래예를 예시하는 도 3에 대응하는 도면이고, 도 12는 종래예의 크로스헤드를 예시하는 도 4에 대응하는 도면이다. 도 11~도 12에 나타내는 크로스헤드(140)는, 상기 실시형태와 유사한 크로스헤드핀(141), 베어링(143) 및 베어링 쉘(144)을 구비하기는 하나, 이 크로스헤드핀(141)에 형성되는 윤활 통로(150)는, 전술한 실시형태와는 상이한 구성으로 되어 있다.

즉, 도 11~도 12에 나타내는 윤활 통로(150)는, 크로스헤드핀(141)의 외면으로 개구된 도입로(151)와, 이 도입로(151)와 연통한 분기로(152)를 구비한다.

구체적으로, 도입로(151)는, 상하 방향으로 연장되는 상류측 도입로(151a)와, 이 상류측 도입로(151a)에 연통하면서 좌우 방향으로 연장되는 하류측 도입로(151b)를 갖는다.

한편, 분기로(152)는, 좌우 한 쌍의 구성으로 되어 있고, 하류측 도입로(151b)에 연통하면서 전후 방향으로 연장되는 상류로(152a)와, 상류로(152a)로부터 연속되면서 상하 방향으로 연장되는 하류로(152b)를 갖는다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 좌우 하류로(152b) 중, 우측에 위치하는 일방의 통로는, 상류로(152a)로부터 상방을 향하여 연장되어, 크로스헤드핀(141)의 상면으로 개구된다. 한편, 좌측의 하류로(152b)는, 상류로(152a)와의 연통부로부터 상방 및 하방을 향하여 연장되어, 크로스헤드핀(141)을 상하 방향으로 관통한다.

따라서, 도 12에 나타내는 단면에서 봤을 때, 피스톤봉(121)에 형성한 유로(121b)와, 연접봉(125)에 형성한 유로(125b)는, 좌측의 하류로(152b)를 개재하고 상하로 연결되게 된다.

그러나, 도 12에 나타내는 바와 같이, 피스톤봉(121)측의 유로(121b)와 연접봉(125)측의 유로(125b)가 상하로 연결돼버리면, 윤활유를 균형 있게 분배하는 데 지장을 초래할 수 있음을 본원 발명자들은 깨달았다.

즉, 크로스헤드핀(141)으로부터, 연접봉(125)측의 유로(125b)를 향하여 흐르는 윤활유는, 피스톤(15)이 상하운동할 때의 관성력에 기인하여, 상방으로 당겨지게 된다(도 12의 화살표 F를 참조). 상기 종래예와 같이 구성한 경우, 이와 같이 당겨진 윤활유가, 피스톤봉(121)측의 유로(121b)로 유입될 가능성이 있다. 이 경우, 연접봉(125)측의 유로(125b)를 흐르는 윤활유에 비하여 피스톤봉(121)측의 유로(121b)를 흐르는 윤활유가 다량이 되어, 연접봉(125)측을 흐르는 윤활유가 부압이 될 수 있음을 본원 발명자들은 알아내었다.

또한, 일반적으로 연접봉(125)의 상측 끝단부에는, 크로스헤드핀(141)을 지지하는 베어링(143) 및 베어링 쉘(144)이 배치되게 되기는 하나, 연접봉(125)측을 흐르는 윤활유가 소량이 되면, 이들 부품이 충분히 윤활되지 못할 우려가 있기 때문에 적합하지 않다.

이에 반해, 상기 실시형태에 의하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 크로스헤드핀(41)의 윤활 통로(50)로 유입된 윤활유는, 도입로(51)를 흐른 후, 제 1 분기로(52)와 제 2 분기로(53)에 분배된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 분기로(52) 및 제 2 분기로(53)는, 피스톤봉(21) 및 연접봉(25)을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않는다.

따라서, 적어도 상기 단면에서 봤을 때에는, 제 1 분기로(52)에 연통하는 피스톤측 유로(21b)와, 제 2 분기로(53)에 연통하는 크랭크측 유로(25b)가 상하로 연결되지 않게 된다. 그 결과, 관성력에 기인하여 상방으로 당겨진 윤활유가, 피스톤측 유로(21b)로 유입하는 것을 억제할 수 있어, 연접봉(25), 베어링(43) 및 베어링 쉘(44)측을 흐르는 윤활유가 부압이 되는 것을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 실시형태에 의하면, 크로스헤드핀(41)을 통하여 공급되는 윤활유를, 피스톤측 유로(21b)와 크랭크측 유로(25b)에 균형 있게 분배할 수 있다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 하류로(52b)와 제 2 하류로(53b)를 서로 멀어지는 방향으로 연설함으로써, 제 1 분기로(52)와 제 2 분기로(53)가 서로 연통하지 않도록 구성하는 데 유리해진다. 이는, 윤활유를 균형 있게 분배하는 데 유효하다.

또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연접봉(25)의 상측 끝단부(25a)에는, 크로스헤드핀(41)을 지지하는 베어링(43)이 배치되게 된다. 이 베어링(43)과 크로스헤드핀(41) 사이에는 베어링 쉘(44)이 배치된다. 베어링 쉘(44)에 형성한 관통공(44a)을 통하여 윤활유가 공급된다. 이 관통공(44a)은, 크랭크측 유로(25b)에 연통하므로, 연접봉(25)측을 흐르는 윤활유가 소량이 되면, 베어링(43) 및 베어링 쉘(44)이 충분히 윤활되지 못할 우려가 있다.

한편, 상기 실시형태에 따른 구성은, 윤활유를 균형 있게 분배할 수 있으므로, 베어링(43) 및 베어링 쉘(44)을 충분히 윤활시킬 수 있다.

일반적으로, 크로스헤드핀(41)의 바로 아래에는, 베어링 쉘(44)의 내주면의 중앙부가 위치하게 된다. 이 부위에는, 다른 부위에 비하여 큰 하중이 걸린다. 이러한 부위에서는, 윤활유를 박막 상태로 하는 것이 유효하다. 윤활유를 과도하게 공급해버리면 박막 상태가 되지 않아, 오히려 불리해진다.

한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 2 분기로(53)는, 베어링 쉘(44)의 중앙부가 아니라 외연측 부위를 지향하므로, 그 중앙부에서는, 윤활유의 과도한 공급을 피할 수 있다. 이로써, 윤활유를 박막상태로 하는 데 유리해진다.

1 : 엔진(크로스헤드식 내연 기관)
21 : 피스톤봉
21a : 피스톤봉의 하측 끝단부
21b : 피스톤측 유로(피스톤봉 내에 형성한 유로)
25 : 연접봉
25a : 연접봉의 상측 끝단부
25b : 크랭크측 유로(연접봉 내에 형성한 유로)
40 : 크로스헤드
41 : 크로스헤드핀
43 : 베어링
44 : 베어링 쉘
44a : 관통공
50 : 윤활 통로
51 : 도입로
52 : 제 1 분기로
52a : 제 1 상류로
52b : 제 1 하류로
53 : 제 2 분기로
53a : 제 2 상류로
53b : 제 2 하류로

Claims (6)

1. 피스톤봉 및 연접봉을 연결하는 크로스헤드로서,
   상기 피스톤봉의 하측 끝단부에 장착되어, 당해 하측 끝단부에 대하여 상기 연접봉을 회동시키는 크로스헤드핀과,
   상기 크로스헤드핀에 형성되어, 당해 크로스헤드핀으로부터 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉으로 윤활유를 분배하는 윤활 통로를 구비하며,
   상기 윤활 통로는,
   상기 크로스헤드핀의 외면으로부터 내부로 연장되는 도입로와,
   상기 도입로에서 분기하여 연장되며, 상기 피스톤봉 내에 형성한 유로에 연통하는 제 1 분기로와,
   상기 도입로에서 분기하여 연장되며, 상기 연접봉 내에 형성한 유로에 연통하는 제 2 분기로를 갖고,
   상기 피스톤봉, 상기 연접봉, 상기 제 1 분기로 및 상기 제 2 분기로를 통과함과 함께, 상기 크로스헤드핀의 핀축방향에 직교하는 소정의 단면에서 보면, 상기 도입로, 상기 제 1 분기로 및 상기 제 2 분기로는, 서로 연통하지 않도록 구획되는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 분기로 및 상기 제 2 분기로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 멀어지는 방향으로 연장되는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 연접봉의 상측 끝단부에 배치되어, 상기 크로스헤드핀을 지지하는 베어링과,
   상기 베어링과, 상기 크로스헤드핀의 하반부 사이에 배치되는 베어링 쉘을 구비하고,
   상기 베어링 쉘에는, 상기 연접봉 내에 형성한 유로에 연통하는 관통공이 형성되는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 분기로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 상기 베어링 쉘의 외연측 부위를 지향하도록 연장되는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 분기로는,
   상기 도입로에 접속되어 상기 크로스헤드핀의 핀축 방향으로 연장되는 제 1 상류로와,
   상기 제 1 상류로로부터 연속되어 상기 피스톤봉을 향하여 연장되는 제 1 하류로를 갖고,
   상기 제 2 분기로는,
   상기 도입로에 접속되어 상기 핀축 방향으로 연장되는 제 2 상류로와,
   상기 제 2 상류로로부터 연속되어 상기 연접봉을 향하여 연장되는 제 2 하류로를 갖고,
   상기 제 1 상류로 및 상기 제 2 상류로는, 상기 도입로를 개재하고 연통하도록 구획되며,
   상기 제 1 하류로 및 상기 제 2 하류로는, 상기 피스톤봉 및 상기 연접봉을 통과하는 단면에서 보면, 서로 연통하지 않도록 구획되는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드.
6. 제 1 항에 기재된 크로스헤드를 구비하는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드식 내연 기관.

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