KR102599702B1 - 액랭식 피스톤 및 크로스헤드식 내연기관 - Google Patents

Abstract

부품 수를 증대시키지 않고, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열을 억제한다.
피스톤(3)은, 피스톤 크라운(31)과, 피스톤 크라운(31)의 하방에 배치되는 피스톤 스커트(32)와, 냉각실(S1)에 통하는 유로(C1, C2)를 구획하는 피스톤봉(33)과, 축 방향에서는 피스톤 크라운(31)과 피스톤봉(33) 사이에 배치되고 당해 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)에 당접하는 한편, 지름 방향에서는 피스톤 스커트(32)의 내주 측에 배치되고, 냉각실(S1)과 유로(C1, C2)를 접속하는 스프레이 플레이트(35)와, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)에 형성되며, 스프레이 플레이트(35) 및 피스톤봉(33)의 당접면(S3)에 이어진 고리형의 경사면(32b)와, 당접면(S3)을 실링하도록 경사면(32b)에 내접하는 제1 실링부재(38)를 구비한다.

Description

액랭식 피스톤 및 크로스헤드식 내연기관{LIQUID-COOLED PISTON AND CROSSHEAD-TYPE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 개시는, 액랭식 피스톤, 및, 그것을 구비하는 크로스헤드식 내연기관에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 왕복 운동식 내연기관에서의 액랭식 피스톤의 일례가 개시되어 있다. 이 액랭식 피스톤은, 그 내부에 냉각실이 구획된 피스톤 크라운(피스톤 상부)과, 피스톤 스커트와, 냉각실에 통하는 유로(油路)를 구획하는 피스톤봉(피스톤 로드)과, 냉각실과 유로를 중계하는 내부 철물(분사 플레이트)을 구비한다.

여기서, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 내부 철물은, 액랭식 피스톤의 축 방향에서는 피스톤 크라운과 피스톤봉 사이에 배치되는 한편, 지름 방향에서는 피스톤 스커트의 내주 측에 배치되고, 피스톤봉의 끝단면에 당접한 상태로 고정되도록 되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 평8-338304호 공보

상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 액랭식 피스톤의 경우, 그 내부 철물의 외주면과 피스톤 스커트의 내주면이 접촉하게 된다. 이 경우, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열이 예상된다. 따라서, 내부 철물이 과도하게 고온이 되지 않도록 하기 위하여, 그 전열을 가능한 한 억제하는 것이 요구된다.

그러한 요구에 대응하기 위해서는, 내부 철물과 피스톤 스커트와의 사이에 단열성을 갖는 부재를 개재시키는 것도 생각되지만, 부품 수의 증대는 제조 비용의 증대를 초래하기 때문에 적합하지 않다.

본 개시는, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 부품 수를 증대시키지 않고, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열을 억제하는 데 있다.

본 개시의 제1 양태는, 크로스헤드식 내연기관에서의 액랭식 피스톤에 따른 것이다. 이 액랭식 피스톤은, 피스톤의 상부를 구성함과 함께, 그 내부에 냉각실을 구획하는 피스톤 크라운과, 상기 피스톤 크라운의 하방에 배치되고, 피스톤의 하부를 구성하는 원통형의 피스톤 스커트와, 상기 피스톤 크라운 및 상기 피스톤 스커트를 하방에서 지지함과 함께, 상기 냉각실에 통하는 유로를 구획하는 피스톤봉과, 축 방향에서는 상기 피스톤 크라운과 상기 피스톤봉 사이에 배치되고 당해 피스톤봉의 끝단면에 당접하는 한편, 지름 방향에서는 상기 피스톤 스커트의 내주 측에 배치되고, 상기 냉각실과 상기 유로를 접속하는 내부 철물과, 상기 내부 철물의 외주면, 및, 당해 외주면에 접하는 상기 피스톤 스커트의 내주면 중 적어도 한쪽에 형성되며, 상기 내부 철물 및 상기 피스톤봉의 당접면에 이어진 고리형의 노치부와, 상기 당접면을 실링하도록 상기 노치부에 내접하는 실링부재를 구비한다.

여기서, 상기 노치부는, 예를 들어 피스톤 스커트의 내주면에 형성되는 경우, 내부 철물의 외주면, 피스톤봉의 끝단면 등을 개재하여 당접면과 이어져도 되고, 그러한 외주면을 개재하지 않고 당접면과 이어져도 된다.

상기 제1 양태와 같이, 피스톤 크라운 내에 구획되는 냉각실과, 피스톤봉에 구획되는 유로를 내부 철물에 의해 접속하는 경우, 오일 유출을 방지하기 위하여, 내부 철물 및 피스톤봉의 당접면을 실링부재에 의해 실링할 필요가 있다. 종래, 그러한 실링부재는, 내부 철물과 피스톤봉 사이에 협지하는 것이 통례였다.

한편, 상기 제1 양태에 의하면, 내부 철물의 외주면 및 피스톤 스커트의 내주면 중 적어도 한쪽에, 상기 당접면에 통하는 노치부를 형성함과 함께, 그 노치부에 실링부재를 내접시킴으로써, 내부 철물의 외주면과, 피스톤 스커트의 내주면의 접촉 면적을 삭감할 수 있다. 이로써, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열을 억제할 수 있다.

또한, 부품을 추가하지 않고, 실링부재의 배치를 강구함으로써 접촉 면적을 삭감하므로, 전술한 바와 같은 전열을 억제하면서도 부품 수를 억제할 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 양태에 의하면, 부품 수를 증대시키지 않고, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열을 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 개시의 제2 양태에 의하면, 상기 노치부는, 상기 피스톤 스커트의 내주면에 형성되고, 상기 실링부재는, 상기 내부 철물에서의 축 방향을 따라 연장되는 외주면과, 상기 피스톤봉에서의 지름 방향을 따라 연장되는 끝단면과, 상기 피스톤 스커트의 내주면을 노치하여 이루어지고, 축 방향을 따라 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤봉을 향할수록, 지름 방향에서 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤 스커트로 향하도록 경사진 경사면으로서의 상기 노치부에 밀착하여도 된다.

상기 제2 양태에 의하면, 실링부재는, 내부 철물의 외주면에 외측으로부터 끼어 들어가게 된다. 이 경우, 내부 철물과 피스톤봉을 분해시키지 않아도, 내부 철물로부터 실링부재를 빼냄으로써, 이 실링부재를 교환할 수 있게 된다. 이로써, 액랭식 피스톤의 유지관리성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 개시의 제3 양태에 의하면, 액랭식 피스톤은, 상기 피스톤봉과 상기 피스톤 스커트를 체결하는 체결구를 구비하고, 상기 체결구는, 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤봉으로 향하는 방향을 따라 상기 실링부재를 압압하여도 된다.

상기 제3 양태에 의하면, 실링부재는, 축 방향에서는 내부 철물로부터 피스톤봉으로 향하여 압압됨과 동시에, 노치부의 경사 방향을 따라, 지름 방향에서는 내측을 향하여 압압되게 된다. 이로써, 실링부재와, 내부 철물의 외주면 및 피스톤봉의 끝단면을 보다 강고하게 밀착시키고, 더 나아가서는, 실링성을 향상시키는 데 있어서 유리해진다.

또한, 본 개시의 제4 양태에 의하면, 상기 내부 철물에서의 상기 실링부재보다 선단 측의 외주면에는, 당해 외주면과, 상기 피스톤 크라운의 내주면 사이를 실링하는 제2 실링부재가 끼어 들어가고, 상기 제2 실링부재는, 상기 실링부재에 비해, 지름 방향의 내측에 배치되어도 된다.

상기 제4 양태에 의하면, 내부 철물로부터 실링부재를 빼내려고 한 때에, 당해 실링부재와 제2 실링부재의 간섭이 억제된다. 이로써, 액랭식 피스톤의 유지관리성을 향상시키는 데 있어서 유리해진다.

또한, 본 개시의 제5 양태에 의하면, 상기 당접면은, 상기 피스톤봉의 끝단면과 동일 평면상에 배치되어도 된다.

또한, 본 개시의 제6양태에 의하면, 상기 유로는, 상기 피스톤봉으로부터 상기 냉각실을 향하여 상대적으로 고압의 오일이 흐르는 제1 유로와, 상기 냉각실로부터 상기 피스톤봉을 향하여 상대적으로 저압의 오일이 흐르는 제2 유로를 갖고, 상기 내부 철물은, 상기 제1 유로와 상기 냉각실을 중계하는 중계실을 구획하고, 상기 중계실은, 상기 당접면에 이어져도 된다.

또한, 본 개시의 제7 양태는, 상기 액랭식 피스톤을 구비하는 크로스헤드식 내연기관에 따른 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 부품 수를 증대시키지 않고, 피스톤 스커트로부터 내부 철물로의 전열을 억제할 수 있다.

도 1은, 크로스헤드식 내연기관의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 2는, 액랭식 피스톤의 구성을 예시하는 종단면도이다.
도 3은, 액랭식 피스톤의 상단부(上端部)를 도 2와는 상이한 종단면으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 액랭식 피스톤의 실링 구조를 확대하여 나타내는 종단면도이다.
도 5는, 실링 구조의 종래예를 나타내는 도 4에 대응하는 도면이다.
도 6은, 실링 구조의 변형예를 나타내는 도 4에 대응하는 도면이다.

이하, 본 개시의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명은 예시다.

도 1은, 크로스헤드식 내연기관(이하, 단순히 "엔진(1)"이라고도 함)의 구성을 예시하는 개략도이다.

엔진(1)은, 복수의 실린더를 구비한 직렬 다기통식 디젤 엔진이다. 이 엔진(1)은, 유니플로 소기식의 2 스트로크 1 사이클 기관으로 구성되고, 유조선, 컨테이너 선박, 자동차 운반선 등, 대형 선박에 탑재된다.

엔진(1)의 출력축은, 프로펠러축(도시하지 않음)을 개재하여 선박의 프로펠러(도시하지 않음)에 연결된다. 엔진(1)이 운전됨에 따라, 그 출력이 프로펠러에 전달되어 선박이 추진되도록 되어 있다.

본 실시형태에 따른 엔진(1)은, 그 롱 스트로크화를 실현시키기 위하여, 이른바 크로스헤드식 내연기관으로 구성된다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 엔진(1)에 있어서는, 하방에서 피스톤(3)의 상부(피스톤 크라운(31))를 지지하는 피스톤봉(33)과, 크랭크 샤프트(22)에 연접되는 연접봉(25)이 크로스헤드(27)에 의해 연결된다.

(1) 주요 구성

이하, 엔진(1)의 주요부에 대하여 설명한다.

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

실린더 재킷(13) 내에는, 실린더 라이너(14)가 배치된다. 실린더 라이너(14)의 내부에는, 피스톤 크라운(31), 피스톤 스커트(32) 및 피스톤봉(33) 등을 조합하여 이루어진 피스톤(3)이 배치된다. 피스톤(3)은, 실린더 라이너(14)의 내벽을 따라 상하 방향으로 왕복 운동한다. 또한, 실린더 라이너(14)의 상부에는 실린더 커버(15)가 고정된다. 실린더 커버(15)에는 연료 분사 밸브(16)와 배기 밸브(17)가 배치된다. 배기 밸브(17)는, 실린더 라이너(14), 피스톤 크라운(31)의 정상면(31a) 및 실린더 커버(15)와 함께 연소실(18)을 구획한다(도 2도 참조). 배기 밸브(17)는, 연소실(18)과 배기관(19) 사이를 개폐하는 것이다.

따라서, 연소실(18)에 연료와 가스가 공급되면, 연소실(18) 내에서 연소가 일어난다. 이 연소로 발생한 에너지에 의해 피스톤(3)이 피스톤축 방향으로 왕복 운동한다. 이때, 배기 밸브(17)가 작동하여 연소실(18)이 개방되면, 연소로 인해 발생한 가스가 배기관(19)으로 압출되는 한편, 도시하지 않는 소기 포트를 개재하여 연소실(18)에 가스가 도입된다.

한편, 피스톤 크라운(31)의 하단부(下端部)에는, 당해 피스톤 크라운(31)과는 별도의 피스톤 스커트(32)를 개재하여 피스톤봉(33)의 상단부가 연결된다. 베드 플레이트(11)은, 이른바 크랭크 케이스를 구성하고, 도시하지 않는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 크랭크 샤프트(22)를 수용한다. 크랭크 샤프트(22)에는, 연접봉(25)의 하단부가, 크랭크(24)를 개재하여 회동 가능하게 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(27)가 상하 운동 가능하게 배치된다. 크로스헤드(27)는, 도 2에 예시되는 피스톤봉(33)의 하단부(33b)와 연접봉(25)의 상단부를 연결하고, 그 상하 운동은, 가이드판(26)에 의해 안내된다. 크로스헤드(27)는, 피스톤봉(33)에 대해서는 일체적으로 상하 운동하도록 접속되는 한편, 연접봉(25)에 대해서는, 당해 연접봉(25)의 상단부를 출발점으로, 이를 회동시키도록 접속된다.

따라서, 피스톤(3)이 상하 방향을 따라 왕복 이동하면, 그 피스톤 크라운(31)과 함께 피스톤봉(33)이 상하로 왕복 이동한다. 이로써, 피스톤봉(33)에 연결된 크로스헤드(27)는, 가이드판(26)을 따라 상하 방향으로 왕복 이동한다. 크로스헤드(27)는 또한, 연접봉(25)의 회동을 허용한다. 그리고, 연접봉(25)의 하단부에 접속되는 크랭크(24)가 크랭크 운동하여 크랭크 샤프트(22)를 회전시킨다.

(2) 피스톤의 주요 구성

이하, 피스톤(3)의 주요 구성에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는, 액랭식 피스톤으로서의 피스톤(3)의 구성을 예시하는 종단면도이다. 또한, 도 3은, 피스톤(3)의 상단부를 도 2와는 상이한 종단면(도 2의 I-I 단면)으로 나타내는 도면이고, 도 4는, 피스톤(3)의 실링 구조를 확대하여 나타내는 종단면도이다.

여기서, 이하의 설명에서는, 도 2에 예시되는 피스톤(3)의 중심축(A)을 따르는 방향을 "축 방향"이라 정의하고, 이 중심축(A)으로부터 방사형으로 연장되는 방향을 "지름 방향"이라 정의한다.

축 방향은, 전술한 피스톤(3)의 이동 방향과 동등하며, "상하 방향"이라 바꿔 말할 수도 있다. 또한, 축 방향을 따라 피스톤봉(33)으로부터 피스톤 크라운(31) 측을 향하는 방향을 "상방향"이라 호칭하고, 그 반대 방향을 "하방향"이라 호칭하는 경우도 있다.

지름 방향은, 피스톤(3)의 이동 방향에 직교한다. 또한, 지름 방향에 있어서 중심축(A)에 근접하는 일측을 "내측"이라 호칭하고, 중심축(A)으로부터 이격되는 타측을 "외측"이라 호칭하는 경우도 있다.

본 실시형태에 따른 피스톤(3)은, 이른바 액랭식 피스톤이다. 즉, 이 피스톤(3)은, 그 내부에 구획된 냉각실(S1)에 오일을 분사함으로써, 피스톤(3)의 상부 주변을 냉각하도록 구성된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 피스톤(3)은, 주요한 구성 요소로서, 피스톤 크라운(31)과, 피스톤 스커트(32)와, 피스톤봉(33)과, 내통으로서의 오일 튜브(34)와, 내부 철물로서의 스프레이 플레이트(35)와, 분사 노즐(36)을 구비한다.

-피스톤 크라운(31)-

이 중, 피스톤 크라운(31)은, 피스톤(3)의 상부를 구성하는 부재로, 그 내부에 냉각실(S1)을 구획한다. 피스톤 크라운(31)은, 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 그 개구 끝단이 하방을 향하게 한 자세로 배치된다. 피스톤 크라운(31)의 정상면(상방에 면하는 외면)(31a)은, 하방을 향하여 패인 오목형으로 형성된다. 이 정상면(31a)은, 배기 밸브(17), 실린더 라이너(14) 및 실린더 커버(15)와 함께 연소실(18)을 구획한다.

또한, 피스톤 크라운(31)의 내면(하방에 면하는 내면)(31b)은, 상방을 향하여 팽출된 돔형으로 형성된다. 이 내면(31b)은, 스프레이 플레이트(35)와 함께 냉각실(S1)을 구획한다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 피스톤 크라운(31)의 내면(31b)은, 냉각실(S1)의 천장면 및 측벽면을 구획하도록 구성된다.

또한, 피스톤 크라운(31)의 내면(31b)에는, 복수의 냉각공(31c)이 개구한다. 각 냉각공(31c)은, 상방을 향하여 대략 직선으로 연장되고, 피스톤 크라운(31)의 정상면(31a) 부근이면서 당해 정상면(31a)을 관통하지 않는 정도의 길이이다. 각 냉각공(31c)에는, 분사 노즐(36)의 선단부가 삽입된다.

-피스톤 스커트(32)-

피스톤 스커트(32)는, 피스톤 크라운(31)의 하방에 배치되고, 피스톤(3)의 하부를 구성한다. 피스톤 스커트(32)는, 대략 원통형으로 형성되고, 피스톤 크라운(31)과 동일축(중심축(A)과 동일축)에 배치된다. 피스톤 스커트(32)는, 피스톤 크라운(31)의 외벽과 일체적으로, 실린더 라이너(14)의 내벽을 따라 슬라이딩한다.

피스톤 스커트(32)의 상면에는, 피스톤 크라운(31)의 하면이 당접하는 한편, 피스톤 스커트(32)의 하면에는, 피스톤봉(33)의 상면이 당접한다. 즉, 본 실시형태에 따른 피스톤 스커트(32)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 피스톤 크라운(31)과 피스톤봉(33)에 의해 협지되도록 구성된다.

또한, 피스톤 스커트(32)의 중앙부에 형성된 원형의 개구부에는, 스프레이 플레이트(35)가 끼어 들어간다. 후술하는 바와 같이, 냉각용 오일은, 이 스프레이 플레이트(35)를 개재하여 냉각실(S1)과 피스톤봉(33) 사이를 왕래하도록 되어 있다.

-피스톤봉(33)-

피스톤봉(33)은, 피스톤 크라운(31) 및 피스톤 스커트(32)를 하방에서 지지함과 함께, 피스톤 크라운(31) 및 피스톤 스커트(32)와 크로스헤드(27)를 연결하도록 연설된다.

구체적으로, 본 실시형태에 따른 피스톤봉(33)은, 축 방향을 따라 연장되는 봉형으로 형성된다. 피스톤봉(33)의 상단부(33a)는, 하방에서 한 쌍의 볼트(37U, 37U)를 삽입하여 체결함으로써, 피스톤 크라운(31) 및 피스톤 스커트(32)와 일체적으로 접속된다.

한편, 피스톤봉(33)의 하단부(33b)는, 상방에서 한 쌍의 볼트(37D, 37D)를 삽입하여 체결함으로써, 크로스헤드(27)와 일체적으로 연결된다.

피스톤봉(33)은, 그 길이 방향(축 방향)의 양 끝단을 개구시킨 관통공(33c)을 갖는다. 이 관통공(33c)은, 단면 원 형상으로 형성되고, 축 방향을 따라 연설된다. 관통공(33c)에서의 하단(下端) 측의 개구 끝단은, 상단(上端) 측의 개구 끝단에 비하여 작은 직경으로 형성된다.

또한, 관통공(33c)에서의 하단 측의 부위에 있어서, 전술한 작은 직경으로 형성한 부분보다 약간 상측에 위치하는 부분에는, 하방을 향하여 경사진 직선으로 연장되는 2개의 분기공(33e)이 형성된다. 2개의 분기공(33e)과, 관통공(33c)에서의 하단 측의 개구 끝단은, 둘 다, 크로스헤드(27)의 내부에 형성한 유로(도시하지 않음)에 연통한다.

또한, 관통공(33c)은, 후술하는 오일 튜브(34)와 함께, 냉각실(S1)에 통하는 유로(제1 유로(C1) 및 제2 유로(C2))를 구획하도록 구성된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 냉각실(S1)에 통하는 유로 중, 외주 측에 배치되는 제1 유로(C1)는, 피스톤봉(33)으로부터 냉각실(S1)을 향하여 상대적으로 고압의 오일이 흐르는 왕로 측 유로에 해당된다. 제1 유로(C1)는, 전술한 분기공(33e)으로부터 관통공(33c)에서의 상단 측의 개구 끝단까지 연장되고, 이 상단 측의 개구 끝단을 개재하여 냉각실(S1)에 이어진다.

한편, 냉각실(S1)에 통하는 유로 중, 내주 측에 배치되는 제2 유로(C2)는, 냉각실(S1)로부터 피스톤봉(33)을 향하여 상대적으로 저압의 오일이 흐르는 귀로측 유로에 해당된다. 제2 유로(C2)는, 관통공(33c)에서의 상단 측의 개구 끝단에서 하단 측의 개구 끝단에 이르기까지 연설되고, 이 하단 측의 개구 끝단을 개재하여 크로스헤드(27) 내의 유로에 이어진다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 피스톤봉(33)의 상단부(33a)는, 상방에서 한 쌍의 볼트(37I, 37I)를 삽입하여 체결함으로써, 피스톤 스커트(32)와 일체적으로 접속된다. 각 볼트(37I)는, 피스톤봉(33), 피스톤 크라운(31) 및 피스톤 스커트(32)를 일체적으로 접속하기 위한 볼트(37U)보다 빠른 타이밍에 삽입되어 체결되도록 되어 있다.

상세하게는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 피스톤(3)을 조립하는 때에는, 먼저, 피스톤봉(33) 상에 피스톤 스커트(32)를 재치한 후에 각 볼트(37I)를 삽입함으로써, 피스톤봉(33)에 피스톤 스커트(32)가 체결된다. 그 후, 도 2에 나타내는 바와 같이, 피스톤 스커트(32) 상에 피스톤 크라운(31)을 재치한 후에 각 볼트(37U)를 삽입함으로써, 피스톤 크라운(31), 피스톤 스커트(32) 및 피스톤봉(33)이 상호 체결된다. 또한, 각 부품이 체결되는 때에는, 적절히, 오일 튜브(34), 분사 노즐(36) 등의 부품이 조립되도록 되어 있다. 각 볼트(37I)는, 본 실시형태의 "체결구"의 예시다.

-오일 튜브(34)-

오일 튜브(34)는, 피스톤봉(33)의 관통공(33c)에 삽입된다. 오일 튜브(34)는, 관통공(33c)보다 작은 직경으로 형성되고, 이 관통공(33c)과 동일축에 배치된다. 관통공(33c) 내에는, 전술한 제1 유로(C1)와 제2 유로(C2)가 구획된다.

-스프레이 플레이트(35)-

스프레이 플레이트(35)는, 축 방향에서는 피스톤 크라운(31)과 피스톤봉(33) 사이에 배치되고, 도 4에 나타내는 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)에 당접한다. 또한, 스프레이 플레이트(35)는, 지름 방향에서는 피스톤 스커트(32)의 내주 측에 배치되고, 냉각실(S1)과 제1 유로(C1) 및 제2 유로(C2)를 접속하도록 구성된다.

상세하게는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스프레이 플레이트(35)는, 그 중앙부를 개구시킨 원판형으로 형성된다. 구체적으로, 스프레이 플레이트(35)의 중앙부에는, 오일 튜브(34)의 내주면과 대략 동일 직경의 내경측 관통공(35a)이 형성된다. 이 내경측 관통공(35a)은, 냉각실(S1)과 제2 유로(C2)를 중계한다.

또한, 스프레이 플레이트(35)에는, 당해 스프레이 플레이트(35)를 두께 방향으로 관통하는 복수의 외경측 관통공(35b)이 형성된다. 각 외경측 관통공(35b)은, 내경측 관통공(35a)을 둘러싸도록 배치된다.

또한, 스프레이 플레이트(35)의 하면(35d) 중 적어도 일부는, 전술한 바와 같이 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)과 당접한다. 한편, 이 하면(35d) 중 타부에는, 하방을 향하여 개구한 오목부(35c)가 형성된다. 이 오목부(35c)는, 전술한 외경측 관통공(35b)과 이어진다. 오목부(35c)는, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)과 함께, 냉각실(S1)과 제1 유로(C1)를 중계하는 중계실(S2)을 구획한다.

-분사 노즐(36)-

분사 노즐(36)은, 피스톤봉(33)으로부터 스프레이 플레이트(35)를 개재하여 공급된 오일을 분사함으로써, 그 오일을 냉각실(S1)의 실내에 공급하도록 구성된다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 분사 노즐(36)은, 대략 관형으로 형성되고, 스프레이 플레이트(35)의 외주 측에 형성한 외경측 관통공(35b)에 삽입된다. 각 분사 노즐(36)은, 상방을 향하여 연설되고, 그 상단부는, 피스톤 크라운(31)의 냉각공(31c) 내에 개구한다.

-오일의 흐름에 대하여-

크로스헤드(27)로부터 공급된 오일은, 피스톤봉(33)에 형성한 분기공(33e)으로부터 제1 유로(C1)에 유입되고, 당해 제1 유로(C1)를 따라 상방으로 흐른다. 상방으로 향하여 흐른 오일은, 스프레이 플레이트(35) 및 피스톤봉(33)에 의해 구성된 중계실(S2)에 유입되고, 당해 중계실(S2)로부터 분사 노즐(36)을 개재하여 냉각실(S1) 내에 분사된다.

냉각실(S1) 내에 분사된 오일은, 피스톤 크라운(31)의 냉각공(31c)을 따라 흐른 후, 스프레이 플레이트(35)에 형성한 내경측 관통공(35a)을 개재하여 제2 유로(C2)에 유입된다. 제2 유로(C2)에 유입된 오일은, 당해 제2 유로(C2)를 따라 하방으로 흐른 후, 그 하단부(33b) 측의 개구 끝단으로부터 크로스헤드(27)에 돌아온다.

(3) 피스톤의 실링 구조

-본 실시형태에 따른 실링 구조-

전술한 바와 같이 오일이 흐르는 경우, 피스톤(3) 내로부터의 오일 유출을 방지하기 위해서는, 적어도, 피스톤봉(33)과 스프레이 플레이트(35) 사이를 실링하는 것이 요구된다.

이러한 요구에 대응하기 위해, 본 실시형태에 따른 피스톤(3)은, 스프레이 플레이트(35) 및 피스톤봉(33)의 당접면(S3)에 이어진 고리형의 노치부와, 이 당접면(S3)을 실링하도록 노치부에 내접하는 제1 실링부재(38)를 구비한다. 제1 실링부재(38)는, 본 실시형태의 "실링부재"의 예시다.

여기서, 노치부는, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e) 및 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a) 중 적어도 한쪽에 형성할 수 있다. 특히, 본 실시형태에 따른 노치부는, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)에 형성되고, 도 4에 나타내는 경사면(32b)에 의해 구성된다.

상세하게는, 본 실시형태에서는, 제1 실링부재(38)는, 스프레이 플레이트(35)에서의 축 방향을 따라 연장되는 외주면(35e)과, 피스톤봉(33)에서의 지름 방향을 따라 연장되는 끝단면(33d)과, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)을 노치하여 이루어진 노치부로서의 경사면(32b)에 밀착하도록 되어 있다. 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e), 피스톤봉(33)의 끝단면(33d) 및 경사면(32b)은, 제1 실링부재(38)의 수용 공간(S4)을 구획한다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 노치부는, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)을 노치하여 이루어진다.

더 상세하게는, 노치부로서의 경사면(32b)은, 축 방향을 따라 스프레이 플레이트(35)로부터 피스톤봉(33)을 향할수록, 지름 방향에서 스프레이 플레이트(35)로부터 피스톤 스커트(32)로 향하도록 경사진다. 환언하면, 경사면(32b)은, 축 방향을 따라 하방을 향할수록, 지름 방향에서 외측으로 향하여 경사진다. 본 실시형태에서는, 노치부로서의 경사면(32b)은, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e) 및 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)을 개재하여 당접면(S3)에 이어진다.

한편, 제1 실링부재(38)도 또한, 경사면(32b)과 마찬가지로 경사진 경사면(38a)을 가지며, 이 경사면(38a)을 개재하여 피스톤 스커트(32)의 경사면(32b)에 밀착하도록 되어 있다.

또한, 제1 실링부재(38)에 의해 실링되는 당접면(S3)은, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)과 동일 평면상에 배치된다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 당접면(S3)은, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d) 그 자체와, 스프레이 플레이트(35)의 하면(35d)에 의해 구성된다.

즉, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)은, 지름 방향의 중심 부근에 위치하면서 스프레이 플레이트(35)의 하면(35d)에 형성한 오목부(35c)와 함께 중계실(S2)로 구획하는 부위와, 중계실(S2)을 구획하는 부위보다 외측에 위치하면서 당접면(S3)을 구성하는 부위와, 당접면(S3)을 구성하는 부위보다 외측에 위치하면서 수용 공간(S4)을 구획하는 부위를 갖는다. 그리고, 중계실(S2)과 수용 공간(S4)은, 당접면(S3)을 개재하여 이어지도록 되어 있다. 중계실(S2)은 제1 유로(C1)에 접속되어 있기 때문에, 본 실시형태에 따른 수용 공간(S4)은, 당접면(S3)과 중계실(S2)을 개재하여 제1 유로(C1)에 접속되도록 되어 있다.

또한, 피스톤봉(33)과 피스톤 스커트(32)를 체결하는 볼트(37I)는, 도 4의 화살표(F1)로 나타내는 바와 같이, 피스톤 스커트(32)로부터 피스톤봉(33)으로 향하는 방향(하방향)을 따라 제1 실링부재(38)를 압압한다. 볼트(37I)가 제1 실링부재(38)에 미치는 하향의 힘은, 도 4의 화살표(F2)로 나타내는 바와 같이, 경사면(38a)의 경사 방향을 따라 내향의 힘으로 변환된다. 하향의 힘(화살표(F1))은, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)에 제1 실링부재(38)를 누르도록 작용하는 한편, 내향의 힘(화살표(F2))은, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e)에 제1 실링부재(38)를 누르도록 작용한다. 이들 2가지 작용에 의해, 제1 실링부재(38)는 당접면(S3)을 실링한다.

또한, 본 실시형태에 따른 피스톤(3)은, 피스톤봉(33)과 스프레이 플레이트(35) 사이를 실링하기 위한 제1 실링부재(38)와 더불어, 피스톤 크라운(31)과 스프레이 플레이트(35) 사이를 실링하기 위한 제2 실링부재(39)를 구비한다. 제2 실링부재(39)는, 본 실시형태의 "제2 실링부재"의 예시다.

구체적으로, 제2 실링부재(39)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 스프레이 플레이트(35)에서의 제1 실링부재(38)보다 선단 측(상단 측)의 외주면(35e)에 끼어 들어간다. 이 제2 실링부재(39)는, 전술한 선단 측(상단 측)의 외주면(35e)과, 피스톤 크라운(31)의 내주면(31d) 사이를 실링할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 제2 실링부재(39)는, 제1 실링부재(38)에 비해, 지름 방향의 내측에 배치된다. 그리고, 여기서 말하는 피스톤 크라운(31)의 내주면(31d)이란, 피스톤 크라운(31)의 내면(31b) 중, 특히 냉각실(S1)의 측벽면을 구획하는 부위를 말한다.

-종래의 실링 구조와 대비-

도 5는, 실링 구조의 종래예를 나타내는 도 4에 대응하는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 종래예에 따른 피스톤(103)은, 본 실시형태와 마찬가지로, 피스톤 크라운(131), 피스톤 스커트(132), 피스톤봉(133), 스프레이 플레이트(135), 분사 노즐(136), 볼트(137I), 제1 실링부재(138) 및 제2 실링부재(139)를 구비한 구성으로 되어 있다.

여기서, 제2 실링부재(139)에 대해서는, 본 실시형태와 마찬가지로, 피스톤 크라운(131)의 내주면(131d)과, 스프레이 플레이트(135)의 외주면(135e) 사이에 끼어 들어가고, 피스톤 크라운(131)과 스프레이 플레이트(135) 사이를 실링하도록 구성된다.

한편, 종래예에 따른 제1 실링부재(138)는, 본 실시형태와는 달리, 피스톤봉(133)의 끝단면(133d)과, 스프레이 플레이트(135)의 하면(135d) 사이에 협지되도록 구성된다. 이와 같이 구성한 경우, 스프레이 플레이트(135)와 피스톤봉(133) 사이를 실링함으로써, 중계실(S2)로부터의 오일 유출을 가령 억제할 수 있었다 하더라도, 스프레이 플레이트(135)와 피스톤 스커트(132)와의 접촉 면적이 본 실시형태에 비해 상대적으로 커진다.

따라서, 종래예에 따른 피스톤(103)의 경우, 피스톤 스커트(132)로부터 스프레이 플레이트(135)로의 전열이 상대적으로 커질 것으로 예상된다. 따라서, 스프레이 플레이트가 과도하게 고온이 되지 않도록 하기 위하여, 그 전열을 가능한 한 억제하는 강구책이 요구되고 있었다.

한편, 본 실시형태에 의하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 내부 철물로서의 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e)과, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)의 적어도 한쪽에 노치부로서의 경사면(32b)을 형성함과 함께, 그 경사면(32b)에 제1 실링부재(38)를 내접시킴으로써, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e)과, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)의 접촉 면적을 삭감할 수 있다. 이로써, 피스톤 스커트(32)로부터 스프레이 플레이트(35)로의 전열을 억제할 수 있다.

또한, 부품을 추가하지 않고, 제1 실링부재(38)의 배치를 강구함으로써 접촉 면적을 삭감하므로, 전술한 바와 같은 전열을 억제하면서도 부품 수를 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 부품 수를 증대시키지 않고, 피스톤 스커트(32)로부터 스프레이 플레이트(35)로의 전열을 억제할 수 있게 된다.

특히 본 실시형태에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 실링부재(38)는, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e)에 외측으로부터 끼어 들어가게 된다. 이 경우, 스프레이 플레이트(35)와 피스톤봉(33)을 분해하지 않아도, 스프레이 플레이트(35)로부터 제1 실링부재(38)를 빼냄으로써, 이 제1 실링부재(38)를 교환할 수 있게 된다. 이로써, 피스톤(3)의 유지관리성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 피스톤봉(33)과 피스톤 스커트(32)를 체결하는 볼트(37I)는, 피스톤 스커트(32)로부터 피스톤봉(33)으로 향하는 방향(하방향)을 따라 실링부재를 압압한다. 볼트(37I)에 의해 압압되는 제1 실링부재(38)는, 축 방향에서는 피스톤 스커트(32)로부터 피스톤봉(33)으로 향하여 압압됨(도 4의 화살표(F1) 참조)과 동시에, 경사면(32b)의 경사 방향을 따라, 지름 방향에서는 내측을 향하여 압압(도 4의 화살표(F2) 참조)되게 된다. 이로써, 제1 실링부재(38)와, 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e) 및 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)을 보다 강고하게 밀착시키고, 더 나아가서는, 실링성을 향상시키는 데 있어서 유리해진다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 실링부재(39)는, 제1 실링부재(38)에 비해, 지름 방향의 내측에 배치된다. 이와 같이 배치한 경우, 스프레이 플레이트(35)로부터 제1 실링부재(38)를 빼내려고 한 때에, 당해 실링부재와 제2 실링부재의 간섭이 억제된다. 이로써, 피스톤(3)의 유지관리성을 향상시키는 데 있어서 유리해진다.

《그 밖의 실시형태》

상기 실시형태에서는, 노치부는, 피스톤 스커트(32)의 내주면(32a)에 형성되도록 구성되었지만, 본 개시는 그러한 구성에 한정되지 않는다. 스프레이 플레이트(35)의 외주면(35e)에 노치부를 형성하여도 된다.

도 6은, 실링 구조의 변형예를 나타내는 도 4에 대응하는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 변형예에 따른 피스톤(3')은, 본 실시형태와 마찬가지로, 피스톤 크라운(31), 피스톤 스커트(32'), 피스톤봉(33), 스프레이 플레이트(35'), 분사 노즐(36), 볼트(37I), 제1 실링부재(38') 및 제2 실링부재(39)를 구비한다.

이 변형예에 있어서는, 상기 실시형태와 마찬가지로, 피스톤봉(33)의 끝단면(33d)과, 스프레이 플레이트(35)의 하면(35d')에 의해 중계실(S2)에 통하는 당접면(S3)이 구성된다.

그리고, 변형예에 따른 노치부는, 피스톤 스커트(32')의 내주면(32a')이 아니라 스프레이 플레이트(35')의 외주면(35e')에 형성되고, 도 6에 나타내는 경사면(35f')에 의해 구성된다.

상세하게는, 이 변형예에서는, 제1 실링부재(38')는, 피스톤 스커트(32')에서의 축 방향을 따라 연장되는 내주면(32a')과, 피스톤봉(33)에서의 지름 방향을 따라 연장되는 끝단면(33d)과, 스프레이 플레이트(35')의 외주면(35e')을 노치하여 이루어진 노치부로서의 경사면(35f')에 밀착하도록 되어 있다. 피스톤 스커트(32')의 내주면(32a'), 피스톤봉(33)의 끝단면(33d) 및 경사면(35f')은, 변형예에 따른 수용 공간(S4)을 구획한다.

더 상세하게는, 변형예에 따른 노치부로서의 경사면(35f')은, 축 방향을 따라 스프레이 플레이트(35')로부터 피스톤봉(33)을 향할수록, 지름 방향에서 피스톤 스커트(32')로부터 스프레이 플레이트(35')로 향하도록 경사진다. 환언하면, 경사면(35f')은, 축 방향을 따라 하방을 향할수록, 지름 방향에서 내측으로 향하여 경사진다.

한편, 변형예에 따른 제1 실링부재(38')도 또한, 경사면(35f')과 마찬가지로 경사진 경사면(38a')을 가지며, 이 경사면(38a')을 개재하여 스프레이 플레이트(35')의 경사면(35f')에 밀착하도록 되어 있다. 변형예에 따른 제1 실링부재(38')는, 상기 실시형태와 마찬가지로, 당접면(S3)을 양호하게 실링할 수 있다.

1 : 엔진(크로스헤드식 내연기관)
3 : 피스톤(액랭식 피스톤)
31 : 피스톤 크라운
31d : 피스톤 크라운의 내주면
32 : 피스톤 스커트
32a : 피스톤 스커트의 내주면
32b : 경사면(노치부)
33 : 피스톤봉
33d : 피스톤봉의 끝단면
35 : 스프레이 플레이트(내부 철물)
35e : 스프레이 플레이트의 외주면(내부 철물의 외주면)
37I : 볼트(체결구)
38 : 제1 실링부재(실링부재)
39 : 제2 실링부재(제2 실링부재)
C1 : 유로(제1 유로)
C2 : 유로(제2 유로)
S1 : 냉각실
S2 : 중계실
S3 : 당접면
S4 : 수용 공간

Claims (7)

1. 크로스헤드식 내연기관에서의 액랭식 피스톤으로서,
   피스톤의 상부를 구성함과 함께, 그 내부에 냉각실을 구획하는 피스톤 크라운과,
   상기 피스톤 크라운의 하방에 배치되고, 피스톤의 하부를 구성하는 원통형의 피스톤 스커트와,
   상기 피스톤 크라운 및 상기 피스톤 스커트를 하방에서 지지함과 함께, 상기 냉각실에 통하는 유로를 구획하는 피스톤봉과,
   축 방향에서는 상기 피스톤 크라운과 상기 피스톤봉 사이에 배치되고 당해 피스톤봉의 끝단면에 당접하는 한편, 지름 방향에서는 상기 피스톤 스커트의 내주 측에 배치되고, 상기 냉각실과 상기 유로를 접속하는 내부 철물과,
   상기 내부 철물의 외주면으로, 상기 축 방향을 따라 연장되고 또한 상기 피스톤 스커트의 내주면에 마주하는 외주면, 및, 당해 외주면에 접하는 상기 피스톤 스커트의 내주면으로, 상기 축 방향을 따라 연장되는 내주면 중 적어도 한쪽에 형성되며, 상기 내부 철물 및 상기 피스톤봉의 당접면에 이어진 고리형의 노치부와,
   상기 당접면을 실링하도록 상기 노치부에 내접하는 실링부재를 구비하는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 노치부는, 상기 피스톤 스커트의 내주면에 형성되고,
   상기 실링부재는,
   상기 내부 철물에서의 축 방향을 따라 연장되는 외주면과,
   상기 피스톤봉에서의 지름 방향을 따라 연장되는 끝단면과,
   상기 피스톤 스커트의 내주면을 노치하여 이루어지고, 축 방향을 따라 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤봉을 향할수록, 지름 방향에서 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤 스커트로 향하도록 경사진 경사면으로서의 상기 노치부
   에 밀착하는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 피스톤봉과 상기 피스톤 스커트를 체결하는 체결구를 구비하고,
   상기 체결구는, 상기 내부 철물로부터 상기 피스톤봉으로 향하는 방향을 따라 상기 실링부재를 압압하는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 내부 철물에서의 상기 실링부재보다 선단 측의 외주면에는, 당해 외주면과, 상기 피스톤 크라운의 내주면 사이를 실링하는 제2 실링부재가 끼어 들어가고,
   상기 제2 실링부재는, 상기 실링부재에 비해, 지름 방향의 내측에 배치되는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 당접면은, 상기 피스톤봉의 끝단면과 동일 평면상에 배치되는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 유로는,
   상기 피스톤봉으로부터 상기 냉각실을 향하여 상대적으로 고압의 오일이 흐르는 제1 유로와,
   상기 냉각실로부터 상기 피스톤봉을 향하여 상대적으로 저압의 오일이 흐르는 제2 유로를 갖고,
   상기 내부 철물은, 상기 제1 유로와 상기 냉각실을 중계하는 중계실을 구획하고,
   상기 중계실은, 상기 당접면에 이어지는
   것을 특징으로 하는 액랭식 피스톤.
7. 제1 항에 기재된 액랭식 피스톤을 구비하는
   것을 특징으로 하는 크로스헤드식 내연기관.