KR20000010686A - 내연기관용 실린더 라이너 - Google Patents

Abstract

내연 기관용 실린더 라이너(1)는, 실린더 라이너의 벽에 있는 소기 포트(8)가 피스톤의 상부표면(9) 위쪽에 노출되는 하사점과 피스톤이 실린더 라이너의 최상 위치에 배치되는 상사점 사이에서 종방향으로 이동 가능한 피스톤(5)을 지닌다. 피스톤은 수개의 피스톤 링(19, 21 - 23)들을 구비하며, 피스톤 링의 외측 표면은 라이너의 내측 표면(13)을 따라 활주한다. 실린더 라이너는 그 내측 표면에 수개의 리세스(25)를 구비하며, 상기 리세스들은 피스톤이 상사점에 있을 때 상부 피스톤 링 맞은편에 배치된다. 종방향에 있어서, 각각의 리세스(25 - 27)의 크기는 상부 피스톤 링(19)의 높이의 적어도 2배이다. 리세스는 피스톤 링이 리세스 맞은편에 배치될 때 피스톤 링 위쪽과 아래쪽의 공간 사이에서 가스 유동 연결부로 작용한다.

Description

내연기관용 실린더 라이너

이러한 형태의 실린더 라이너는 일본 특허 공개 제 62 - 26346 호 공보에 공지되어 있으며, 상기 특허에서는, 상부 피스톤 링 전반에 걸쳐 압력 강하를 감소시키고, 모든 피스톤 링에서 균일한 압력 강하를 달성하기 위하여, 실린더 라이너의 내측 표면에 리세스를 형성하는 것을 주장하고 있다. 그 리세스들은 상당한 깊이로 형성되며, 피스톤 링의 높이보다 단지 약간 더 크게되는 라이너의 종방향 길이를 지닌다. 이러한 리세스들은 피스톤의 압축행정중 압축된 공기로 채워지는 소실(小室 ; small chamber)로서 작용하고, 그 압축된 공기가 피스톤 링 아래의 환상(環狀)공간내로 통과하며, 압축된 공기의 통과후 피스톤 링 아래의 압력을 증가시킴으로써, 계속되는 피스톤의 상향 운동중 피스톤 링 전반에 걸친 압력 강하가 더 작아진다. 이러한 공지된 실린더 라이너의 장점은, 피스톤 링들 사이의 공간이 깨끗한 압축 공기로 충전됨으로써, 환상 그루브와 라이너 내측 표면의 오염을 방지한다는 것이다.

피스톤 링을 지나는 가스를 통과시키는 누출 그루브를 피스톤 링에 제공함으로써, 피스톤 링 전반에 걸친 압력 강하를 감소시키고, 따라서 피스톤 링의 마모를 감소시키는 것이 잘 공지되어 있다. 그러나, 그러한 누출 그루브는 높은 부하의 피스톤 링을 기계적으로 약화시킴으로써, 프스톤 링의 수명을 단축시키는 경향이 있다. 또한, 피스톤 링에 누출 그루브를 형성하는 것은, 상위 피스톤 링의 누출 그루브로부터 고온 가스의 하향 누출 유동이 가해진 영역과 그루브 주위의 재료에서 피스톤 링들이 막대한 열의 영향력에 노출되는 단점을 수반한다. 최신의 내연기관, 특히 2 행정 크로스헤드 엔진에 있어서, 연소압력과 평균 유효압력은 매우 높으며, 그 결과 피스톤 링 전반에 걸쳐 매우 큰 압력차가 발생하며, 또한 이러한 압력차는 피스톤 링과 라이너에 대한 비교적 심각한 마모를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 엔진 효율에 대한 단지 약간의 부정적 효과를 지니는 방식으로 피스톤 링과 라이너에 대한 작동 조건과 수명을 개선하는 것이다.

본 발명은 내연기관용 실린더 라이너에 관한 것으로, 특히 실린더 라이너의 벽에 있는 소기구가 피스톤의 상부 표면 위에 노출되는 하사점과 피스톤이 실린더 라이너의 상부 위치에 배치되는 상사점 사이의 라이너내에서 종방향으로 이동가능한 피스톤을 지니며, 상기 피스톤은 수개의 피스톤 링을 구비하며, 상기 피스톤 링의 외측 표면이 라이너의 내측 표면을 따라 활주하며, 상기 실린더 라이너는 그 내측 표면에 수개의 리세스(recess)를 구비하며, 상기 리세스는 리세스 맞은편에 배치되는 피스톤 링의 상부와 하부에 있는 공간들 사이에서 가스 유동 연결부를 형성하는 2 행정 크로스헤드 엔진(two - stroke crosshead engine)용 실린더 라이너에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실린더 라이너의 외형을 보여주는 부분 종단면도.

도 2는 엔진에 장착된 실린더 라이너 상부 영역의 배척 종단면도.

도 3은 내측표면 리세스를 구비한 실린더 라이너의 상부영역의 일부, 도면의 좌측에 삽입된 상사점에 있는 피스톤의 일부 및 도면의 우측에 돌출 냉각 보어가 삽입된 종단면의 전개도.

도 4는 도 3의 리세스 주위의 라이너 영역의 확대도.

도 5는 본 발명에 따른 실린더 라이너의 횡단면도.

도 6은 도 5에서 원(S)으로 지시된 리세스 주위의 벽부분의 확대 단면도.

이러한 관점에서, 본 발명에 따르는 실린더 라이너는, 피스톤이 그 상사점에 있을 때, 상부 피스톤 링의 맞은편에 적어도 수개의 리세스가 배치되며, 라이너의 종방향에서 보면, 각각의 리세스가 상부 피스톤 링의 적어도 2 배 정도의 높이를 지니는 것을 특징으로 한다.

피스톤이 그 상사점에 있을 때 상부 피스톤 링의 맞은편 위치에 있는 내측 라이너 표면의 리세스 위치는, 피스톤 위쪽에 있는 연소실에서 연소의 개시에 의해 유발된 강한 압력 증가가 리세스를 통하여 상부 피스톤 링 또는 피스톤 링들 아래의 하향으로 연소가스의 누출 유동을 발생시킴으로써, 압력차가 최대로 되는 엔진 사이클에서 피스톤 링 또는 피스톤 링들 전반에 걸친 압력차가 감소되는 것을 의미한다.

피스톤이 상사점으로부터 하향으로 적절히 멀리 이동하면, 피스톤 링들은, 리세스들이 없어서 누출가스의 유동이 없는 라이너의 영역에서 활주한다. 엔진 사이클의 이러한 부분에서 피스톤 위쪽의 압력은 실질적으로 더 낮아지므로, 상사점 주위에서의 마모의 문제와 같은 것은 더 이상 존재하지 않는다. 피스톤 링들에 있는 누출 그루브의 배치와 비교하여, 본 발명에 따른 실린더 라이너는, 엔진 효율에 중대한 영향을 주는 연소실에서의 압력이 단지 상사점 근처의 피스톤 위치에서 피스톤 링들 아래쪽 하향으로 누출하는 장점을 지니며, 상기 상사점 근처의 위치에서는 피스톤 링들 맞은편에 있는 라이너 내측 표면에 리세스들이 형성된다. 본 발명에 다른 다른 장점은 리세스 주위의 재료에 대한 열의 공급이 더 적어진다는 것이며, 그 이유는 엔진 사이클의 비교적 짧은 부분중 연소가스가 단지 리세스를 통하여서만 유동하기 때문이다.

상부 피스톤의 높이보다 실질적으로 더 긴 길이의 리세스를 형성하면, 연소가스가 더 긴 기간동안 피스톤 링/피스톤 링들을 지나 유동하게 되며, 피스톤 링들 사이의 공간의 체적이 리세스의 설계에 의해 영향을 받지 않으므로, 단위시간당 누출가스 유동의 더 적은 체적으로 피스톤 링들 전반에 걸친 압력차의 소기의 감소가 달성될 수 있다. 따라서, 리세스의 누출영역은 유리하게 작게 만들어질 수 있으며, 이것은 리세스 주위의 라이너 재료에 대한 국부적인 열의 영향을 제한하여, 리세스 주위의 재료에서 발생하는 응력집중을 감소시킨다.

내측 라이너 표면에 누출 그루브로 작용하는 리세스를 배치시킴으로써, 적어도 그러한 누출 그루브가 없는 상부 피스톤 링이 형성될 수 있으며, 따라서 피스톤 링들의 강도에 있어서 감소를 방지하며, 또한 피스톤 링들의 제조를 단순화한다. 라이너 재료는 피스톤 링보다 더 높은 온도에 저항할 수 있으며, 또한 피스톤 링 반대편의 라이너의 상부 영역의 재료는 재료에 공급된 열을 제거하는 냉각 보어에 의해 정상적으로 냉각된다.

더욱이, 내측 라이너 표면의 상부 영역에 형성된 리세스의 배치는 리세스들이 라이너 영역에 배치된다는 장점을 제공하며, 상기 라이너 영역에서 공칭응력 수준은 연소의 초기에 고온수준에 의해 발생된 열응력에 기인하는 압축 응력이다. 이것은 리세스 주위의 재료에 있어서 피로 균열(fatigue crack)이 형성되는 위험을 실질적으로 감소시킨다. 본 발명의 또 다른 장점은, 실린더 라이너가 피스톤 링들보다 실질적으로 더 느린 속도로 마모됨으로써,피스톤 링의 외측 표면에 누출 그루브들이 제공되는 경우보다, 리세스가 더 긴 시간동안 소기의 크기의 누출 영역을 유지한다는 것이다

적절한 실시예에 있어서, 라이너는 적어도 3 개의 그룹의 리세스를 구비하는데, 그중 제 1 그룹의 리세스는 상부 피스톤 링의 맞은편에 배치되고, 제 2 그룹의 리세스는 상부로부터 제 2 피스톤 링의 맞은편에 배치되어 다른 그룹의 리세스에 관하여 라이너의 원주방향으로 변위되며, 제 3 그룹의 리세스는 피스톤이 그 상사점에 있을 때 상부로부터 제 3 피스톤 링의 맞은편에 배치되며, 제 1 및 제 3 그룹의 리세스들이 최소한 부분적으로 배치되는 라이너 길이 영역 위에서 제 2 그룹의 리세스가 연장한다. 3개 그룹의 리세스들은 상부 피스톤 링 뿐만 아니라 2개의 하위 피스톤 링을 지나는 연소 가스의 제어된 누출을 가능하게 함으로써, 상기 3개의 피스톤 링 전반에 걸쳐 압력차를 제어한다. 이러한 실시예의 변형으로써, 예를들면, 피스톤이 그 상사점에 있을 때 2개 또는 3개의 최상부 피스톤 링을 지나 연장하는 길이로되는 단일 그룹의 리세스가 제공될 수 있다. 그러나, 이러한 변형 실시예에서는 피스톤 링들 전반에 걸친 압력차의 개별적 제어는 불가능하다. 적절한 실시예에 있어서, 제 2 그룹의 리세스는 상부 피스톤 링 아래의 하향으로 연소가스의 연속적인 누출을 보장하는 바, 연소가스는 피스톤 링의 하향 이동시 리세스를 구비한 영역을 지나 하향으로 이동한다. 다른 리세스들에 관한 제 2 그룹 리세스들의 원주방향 병위는, 피스톤 링을 지나 유동하는 누출가스로 하여금 유동이 계속되기 전에 가능하면 하위 피스톤 링 아래에서 하향으로, 원주방향으로 유동하도록 한다. 이러한 유동 경로의 확대는 누출 가스를 냉각시키며, 리세스간의 유동에 의해 가스의 유리한 압력 손실을 발생시킨다. 리세스를 그룹으로 분할하는 것은, 또한 상사점으로부터 이격되게 피스톤의 이동시 피스톤 링들의 하부 표면이 다양한 그룹의 리세스의 하단부를 지나 하향으로 통과하면 누출 체적이 단계적으로 감소된다는 장점을 제공한다

다른 적절한 실시예에 있어서 상부로부터 제 2 피스톤 링의 높이보다 더 길게 리세스의 종방향으로 상호 분리부를 지닌 제 1 그룹 리세스에 연속하여 제 3 그룹의 리세스가 배치된다. 피스톤이 상사점 주변에 배치되면, 상부로부터 제 2 피스톤 링은 제 1 그룹의 리세스와 제 3 그룹의 리세스 사이의 분리부에 대하여 맞은편에 배치되며, 상부로부터 제 3 피스톤 링 아래의 하향으로 연소실로부터의 직접적인 유동 연결을 방해한다. 또한, 서로 연속하여 배치된 2개의 그룹의 리세스는 제조상의 장점을 제공한다

라이너의 적어도 하나의 종방향 위치에, 라이너의 주위에 분포된 적어도 4개의, 바람직하게는 적어도 8개의 리세스가 형성될 수 있으며, 상기 리세스들은, 원주방향에서 보면, 제 1 또는 제 3 그룹중 하나와 제 2 그룹에 선택적으로 속한다. 더많은 리세스상에 전체 누출 영역을 분포시키면, 각각의 리세스의 단면적이 감고되고,누출가스로부터 수개의 위치로 열의 영향이 분포되어, 국부적 가열이 더 낮아진다. 라이너의 적절한 종방향 위치에 따라 제 1 의 또는 제 3 의 그룹중 하나에 속하는 리세스 사이에 제 2 그룹에 속하는 리세스를 삽입하면, 모든 리세스를 통한 가스유동에 대한 보다 유리하게 긴 유동 경로를 발생시킨다. 만일 라이너의 특정 원주방향 영역에 더 짧은 또는 더 긴 유동 경로를 위한 특별한 상황이 있을 경우, 다른 그룹의 다수의 리세스 사이에서 제 2 그룹에 속하는 리세스를 생략하여 유동경로를 연장할수 있거나, 또는 다수의 리세스를 연결될 제 1 또는 제 3 그룹에 배치함으로써 직접적인 유동을 제공할 수 있지만, 후자는 바람직한 해결책은 아니다

연소실로부터 가능한한 가장 적은 압력 손실을 달성할 목적으로, 라이너는 피스톤이 그 상사점에 있을 때 어떠한 리세스도 하부 피스톤 링 아래로 연장하지 않도록 형성될 수 있다. 따라서, 피스톤상의 링 팩(ring pack)은 연소실의 완전한 하향 차단을 제공하며, 피스톤 링들이 리세스 맞은편에 있을 때 비교적 짧은 기간 중 누출가스가 3개의 최상부 피스톤 링들 아래의 하향으로 유동할 뿐이다

피스톤 링 전반에 걸친 압력차의 감소에 대한 필요는 상부 피스톤 링에 대하여 가장 크다. 한가지 실시예에 있어서, 리세스는 단지 3개의 최상부 피스톤 링들중 하나 또는 그 이상을 지나는 가스 유동 연결부를 형성할 뿐이며, 피스톤은 0 크랭크도(crank degree)의 상사점과, 상부 피스톤 링에 대한 상사점 전 또는 후의 15 - 20도의 크랭크 각도 범위 상부로부터 제 2 피스톤 링에 대한 10 -15도의 크랭크 각도범위 그리고 상부로부터 제 3 피스톤 링에 대한 5 - 8도의 크랭크 각도범위인 피스톤 위치에 배치된다. 상사점으로부터 하사점까지 피스톤의 전체 이동이 0 - 180도의 크랭크 각도에서 일어나며, 리세스가 실린더 라이너의 내측 표면의 최상부 영역에 배치될 수 있는 것은 상기의 각도 간격에서이다

상부 피스톤 링을 지나는 가스유동에 대한 리세스에 의해 형성된 누출영역(A)은 D²/70000 내지D²/2000mm²사이로 되며, 여기서, D는 라이너의 내경을 mm단위로 나타낸 것이며, A는 면적을 mm²단위로 나타낸 것이다. 누출 영역이 D²/70000mm²보다 더 적을 경우, 피스톤 링 전반에 걸친 압력차는 부적절하게 커지며, 이는 누출가스에 대한 높은 유동 속도를 발생시켜, 리세스 주위의 재료에 증가된 열부하를 가할 뿐 아니라, 피스톤 링과 라이너에 대하여 비교적 높은 마모를 발생시킨다. 만일 누출영역이 D²/2000mm²보다 더 크게 되면, 피스톤 링 전반에 걸친 압력차는 매우 작아져서, 피스톤 링이 실린더 라이너의 내측 표면에 대한 확실한 시일을 하는데 어려움이 있으며, 그 결과, 피스톤 위쪽의 연소압력의 중요한 부분이 피스톤 링을 지나 빠져 나가는 위험이 있다

유럽 특허 공고 제0558583호 공보에 공지된 바와같이, 실린더 라이너의 상부영역은 냉각 보어를 구비할 수 있으며, 그 냉각보어의 종축은 라이너의 종축에 관하여 비스듬하게 연장한다. 그러한 라이너가 본 발명에 관련하여 사용되는 때에, 각각의 리세스의 종축은 인접 냉각 보어의 종축과 실질적으로 평행하게 연장하는 것이 바람직하다. 이러한 리세스 코스는 누출 가스에 의해 공급된 열의 제거를 촉진하여,리세스 주위에 있는 재료의 온도 수준이 가능한 한 리세스 전체 길이를 따라 동일한 수준으로 적절히 낮게 유지되도록 한다. 상기 유럽 특허 공보는 라이너의 내측 표면에 가장 인접한 냉각 보어의 영역으로부터 냉각제를 차단하는 스크린을 장착하거나 또는 장착하지 않음으로서 각각의 냉각 보어의 냉각 강도가 제어될 수 있는 방법을 개시하고 있다. 만일 리세스가 냉각 보어에 대하여 바로 맞은편에서 연장하는 경우, 냉각 보어에 있는 스크린이 리세스에 대하여 맞은편에 있는 영역에서 제거될 수 있으므로, 여기서 냉각은 인접한 곳에 리세스가 없는 영역에서 보다 더 강해진다.

리세스에 대한 맞은편에 증가된 냉각 효과를 제공하기 위한 변형예로서, 본 발명에 따른 라이너는, 실린더 라이너가 라이너의 주위에 균일하게 분포된 수개의 냉각보어를 지니도록 더 개선될 수 있으며, 상기 각각의 리세스는 균일하게 분포된 냉각 보어의 2개의 가장 인접한 냉각 보어로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 연장하며, 리세스의 맞은편에는 균일하게 분포된 냉각 보어 사이의 영역에 보충의 냉각보어가 제공된다. 보충의 냉각 보어는 리세스 주위의 재료에 공급된 열을 제거할 수 있다.

제 1 그룹의 리세스의 최상부 영역 주위 재료의 여분의 냉각을 제공하기 위하여, 제 1 그룹에 속하는 리세스 맞은편의 보충의 냉각 보어는 균일하게 분포된 냉각 보어보다 라이너의 벽에서 더 높이 연장하는 것이 바람직하다

이제, 본 발명의 실시예들이 첨부도면을 참조로하여 상세히 후술될 것이다.

도 1은 발전기의 운전을 위한 정지기관 또는 선박용 추진기관으로 사용되는 대형 2행정 크로스헤드 엔진용 실린더 라이너(1)를 제시한다. 기관의 크기에 따라, 실린더 라이너는, 일반적으로 250mm내지 1000mm 범위의 실린너 보어와, 이에 상응하게 일반적으로 1000mm 내지 4500mm 범위의 길이로 되는 상이한 크기로 제조될수 있다. 라이너는 일반적으로 주철로 제조되며, 또한 그것은 일체형으로 되거나 또는 끝과 끝을 이어서 조립된 2개 또는 그 이상의 부품으로 분할될 수도 있다. 분할형 라이너의 경우에는 그 상부 부분을 강철로 제조하는 것 또한 가능하다. 상기한 형태의 크로스헤드 엔진은 예를들면 1 : 16 내지 1 : 20 과같은 매우 높은 유효 압축비를 지니도록 개발되었으며, 그러한 높은 압축비는 피스톤 링에 대한 높은 부하를 수반한다.

도면에서, 종축(2)의 우측에 대한 절반의 라이너가 종단면으로 도시되어 있다. 잘 공지된 방식으로 (도2참조), 엔진의 프레임 박스 또는 실린더 블록의 상부 플레이트(4)상에 배치된 환상 하향 표면(3)에 의해, 단지 부분적으로 도시된 엔진에 라이너가 장착될 수 있으며, 그 후에 실린더 라이너에 피스톤(5)이 장착되며, 실린더 커버(6)가 그 환상 상향 표면(7) 상에서 라이너의 상부에 정렬되어, 커버 스터드(도시되지 않았음)에 의해 상부 플레이트상으로 고정된다.

실린더 라이너의 하부 영역은 환형 열의 소기 포트(8)를 지닌다. 도 1에서 A로 표시된 위치, 즉 피스톤 상부표면(9)이 실린더 커버(6;도 2참조)의 보어에 배치되는 상사점과, 도 1에서 B로 표시된 위치, 즉 피스톤 상부표면(9)이 소기포트의 하단부 바로 아래에 배치되는 하사점 사이에서 피스톤이 라이너의 종방향으로 이동된다.

피스톤 로드(10), 크로스헤드 및 커넥팅로드를 통하여, 피스톤은 잘 공지된 방식으로 엔진의 크랭크 샤프트와 연결된다. 크랭크 샤르트가 360도 회전할 때마다, 피스톤은 하사점으로부터 상사점까지 이동하며, 다시 후퇴한다. 따라서, 크랭크샤프트의 환상 위치와 실린더 라이너내에 있는 피스톤의 위치 사이에 연결부가 확실히 존재한다. 피스톤의 상사점에 상당하는 환상 위치가 0도의 크랭크 각도로 정해지면,하사점에 대한 하향 피스톤 운동은 다음의 180도 크랭크 각도중 이루어진다

40 도의 크랭크 각도의 피스톤 위치 또는 더 아래의 상사점 위치에서, 내측 라이너 표면은, 라이너 내측 표면(13)의 활주면의 윤활을 위해 공급 구멍(12)을 통하여 윤활유가 공급되는 파형의 윤활유 트랙(11)을 구비한다.

표면(3)과 표면(7) 사이에 배치된 상부 영역에서, 실린더 라이너(1)는 더 큰 외경으로 형성되며, 이러한 영역의 상부에서 다수의 종방향 냉각 보어(14)가 외측 리세스(15)로부터 라이너 벽내로 보링가공되어, 일직선의 냉각 보어의 종축이 라이너의 종축(2)에 관하여 경사진 또는 비스듬한 코스를 지닌다. 각각의 냉각 보어에서는, 리세스(15)로부터 보어의 상사단부까지 유입 유동하는 냉각제를 안내하기 위해 파이프 또는 안내 플레이트가 삽입되며, 상기 보어로부터 냉각제는 하향으로 유동하여 챔버(16)내로 유동하며, 상기 챔버로부터 냉각제는 파이프(17)를 통하여 실린더 커버내로 상향 이동된다. 도 2의 냉각 보어들은, 사실상 절삭면에 관하여 경사지게 연장하지만, 절삭면에서 그들의 종축이 연장하는 것처럼 도시되었다는 것이 주목되어야 한다. 리세스(15)는 환상 커버 플레이트(18)에 의해 둘러싸인다. 냉각 보어들은 라이너의 벽내로 주조되어, 외측 라이너 표면의 상부에서 챔버내로 개방하는 굽은 파이프와 같은 다른 설계로 될 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 2는 상사점에서의 피스톤(5)을 제시한다. 피스톤은 4개의 피스톤 링을 구비하고 있으며, 그들중 상부 피스톤 링(19)은 기밀형, 즉 도 5에서 참조번호 20으로 도시된 링의 절단부가 그 절단부를 통하여 가스가 유동하는 것을 실질적으로 방지하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이것은, 예를들면, 링의 다른 단부에서 상응하는 리세스내로 돌출하는 평탄한 돌출 텅(tongue)을 지니는 링의 일단부에 의해, 상호 중첩하는 링 단부를 지니는 링을 설계함으로써 실시될 수 있다. 텅과 리세스는 피스톤 링보다 더 작은 반경방향 폭을 지님으로써, 링의 내측 표면상에서 벽부분이 리세스를 덮어, 가스가 유동하는 것을 방지한다. 상부로부터 제 2 피스톤 링(21), 상부로부터 제 3 피스톤 링(22) 및 하부 피스톤 링(23)은, 그 절단부가 링 표면의 상부로부터 하부까지 원주방향으로 비스듬히 연장하는 갭으로서 형성된 일반 링들이다. 상부로부터 제 3 피스톤 링의 갭은 상부로부터 제 2 피스톤 링과 하부 피스톤 링에 있는 갭들의 반대방향으로 경사지게 연장하는 것이 바람직하다. 기밀형 상부 피스톤 링(19)의 사용에 대한 변형예로서, 링은 하위 피스톤 링(21-23)과 동일한 형태로 될 수 있다. 내측 라이너 표면(13)을 따라 활주하는 외측 링 표면은 원활하며, 누출 그루브 없이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 피스톤이라는 용어는 피스톤 압축링을 의미한다.

피스톤이 그 상사점에 있을 때, 피스톤 링들은 내측 라이너 표면의 상부영역에 대하여 맞은편에 위치하며, 상기 상부영역은 도 1에서 참조번호 24로 지시되어 있다. 도 3은 피스톤 상부 영역을 더 큰 척도로 제시한다. 도시된 실시예에 있어서, 내측 라이너 표면은, 상부 피스톤 링(19)에 대하여 맞은편에서 상부 피스톤 링(19)을 지나 연장하는 제 1 그룹의 리세스(25)를 구비하고, 제 2 피스톤 링(21)에 대하여 맞은편에서 상부로부터 제 2 피스톤 링(21)을 지나 연장하는 제 2 그룹의 리세스(26)를 구비하며, 피스톤이 도시된 바와같이 그 상사점에 있을 때 제 3 피스톤 링(22)의 맞은편에서 상부로부터 제 3 피스톤 링을 지나 연장하는 제 3 그룹의 리세스를 구비하고 있다. 상사점에서 피스톤 링들의 중간에 상응하는 라이너의 종방향 위치가 도 4에서 참조번호 19', 21', 22' 및 23'로 지시된 선들로 표시되어 있다.

도시된 실시예에 있어서, 리세스의 종축은, 냉각 보어(14)와 유사하게 라이너의 종축(2)에 관하여 경사지거나 또는 비스듬한 코스를 지니며, 그 결과 리세스는 인접한 냉각 보어와 실질적으로 평행하게 연장한다. 또한, 어떠한 리세스도 하부 피스톤 링(23) 아래로 연장하지 않는다는 것을 알 수 있다. 제 3 그룹에 있어서 리세스(27)는 제 1 그룹의 리세스(25)와 평행하게 연장하고, 제 1 그룹의 리세스에 연속하여 연장하지만 ,상호간의 분리부(28)를 지니며, 그 분리부는 상부로부터 제 2 피스톤 링(12)의 높이보다 더 크게 되는 것이 유리할 수 있지만 꼭 필요한 것은 아니다. 제 2 그룹의 리세스(26)들은 다른 리세스들보다 더 길게 형성되어, 상부 피스톤 링(19)이 리세스(27)의 하단부까지 하향이동할 때까지 상부 피스톤 링(19)을 지나 연속적인 가스 누출을 제공한다. 도 4의 우측 부분은, 리세스(27)를 통한 누출 가스의 유동이 저지되어 순차적으로 개방하도록 리세스(27)들 중 적어도 하나가 제 3 그룹의 다른 리세스보다 라이너에서 더 하향으로 연장하는 가능성 있는 실시예를 제시한다

상사점에서 고온의 연소가스는, 피스톤 위쪽의 연소실로부터 리세스(25)를 통하여, 외측 피스톤 표면과 라이너 내측 표면(13) 사이에 배치된 피스톤 링(19및21)들 사이의 환상공간까지 하향으로 유동한다. 그 후 가스는 원주방향으로 리세스 (26)까지 유동하여, 피스톤 링(21및22)들 사이의 환상공간 내로 하향 전진하며, 거기서부터 가스는 다시 원주방향으로 유동하며, 리세스(27)를 경유하여 피스톤 링(22및23)들 사이의 환상공간까지 하향 유동한다. 동시에 가스는 피스톤 링(21 - 23)에 형성된 링 절단부를 통하여 유동하며, 기밀형이 아닌 경우 또한 상부 피스톤 링(19)의 링 절단부를 통하여 유동할 수 있다. 피스톤의 하향 이동시, 피스톤 링들이 리세스(27)의 하단부를 통과하기 때문에 누출체적은 감소될 것이다.

냉각 보어(14)들은 라이너의 주위를 따라 균일하게 분포되며, 각각의 리세스(25 - 27)는 2개의 가장 인접한 냉각 보어까지 동일한 거리를 지닌다. 관련된 냉각보어(14) 사이에서 리세스(26)의 바로 맞은편에, 리세스(26)를 통한 누출가스의 유동으로부터 공급된 열을 제거하기 위한 보충의 냉각 보어(14')가 보링가공된다. 관련된 냉각 보어(14) 사이에서 리세스(25 및 27)의 바로 맞은편에, 리세스(25 및 27)를 통한 누출가스의 유동으로부터 공급된 열을 제거하기 위한 보충의 냉각 보어(14")가 보링가공된다. 냉각 보어(14")는 라이너 벽에서 냉각 보어(14)보다 더 높이 연장한다. 균일하게 분포된 냉각보어(14) 바로 맞은편에 리세스(25 - 27)를 배치하여, 보충 냉각 보어의 제작을 회피할 수 있다.

도 5에 제시된 횡단면도는 상부 피스톤 링(10) 바로 위의 피스톤과 약간 낮은 수준의 라이너에서 연장하여, 냉각 보어의 상단부들이 횡단면에서 보인다. 간략히 하기 위해, 도면에서 피스톤 자체는 생략되었다. 제 1 그룹은 라이너의 주위를 따라 균일하게 분포된 4개의 리세스(25)를 지니며, 이들 사이에 제 2 그룹의 4개의 리세스(26)가 형성된다. 리세스(25)아래에, 제 3 그룹의 4개의 리세스(27)가 형성된다. 각각의 그룹은 적게는, 예를들면 2개의 리세스를 지닐 수 있거나, 또는 많게는 6개, 8개, 10개 또는 12개의 리세스를 지닐 수 있다는 것을 알 수 있다. 그 수는 각각의 리세스의 소기의 횡단면 영역에 적합하고, 또한 상부 피스톤 링을 지나는 가스 유동에 대한 소기의 최대 누출 영역에 적합하다. 상부 피스톤 링이 기밀형이 아닌 경우, 피스톤의 외측에 배치된 링 절단부에서 갭의 횡단면 영역은 소기의 최대 누출영역에 포함되어야 하며, 그 결과 내측 라이너 표면은 더 적은 수의 리세스로 형성될 수 있다.

실시예로서, 다음과 같은 것이 언급될 수 있다. 도 5에 제시된 실린더 라이너(1)가 600mm의 내경을 지닐 경우, 각각의 그룹의 4개의 리세스의 경우 각각의 리세스가 약12.5mm²의 단멱적으로 되는 것이 적절하며, 이것은 리세스가 도 6에 도시된 바와같이 응력에 관하여 유리한 횡단면 형상을 지닐 때, 원주방향으로 약 9mm의 리세스 폭과, 반경방향으로 약 2.5mm의 리세스 깊이로 함으로써 달성될 수 있으며, 여기서, 피스톤 측에서 보면, 하부는 라이너의 내측표면(13)내로 접하게 지나가는 2개의 볼록한 측부내로 원활하게 지나가는 오목한 중앙부를 지닌다. 라이너가 엔진의 작동에 의해 마모될 경우, 내측 표면(13)이 리세스내로 어느정도 마모되기 때문에, 누출영역은 감소된다. 누출영역이 하한에 다다를 경우, 라이너의 새로운 기계가공에 의해 리세스의 형태를 재확립할 필요가 있다.

본 발명에 따른 리세스를 구비한 라이너는, 또한 이미 사용된 실린더 라이너를 사용하여 제조될 수도 있다. 상부 피스톤 링과 같은 피스톤 링의 교체와 관련하여, 이미 존재하는 냉각 보어에 대하여 맞은편에 종방향으로 내측 라이너 표면내로 리세스(25 - 27)가 기계가공될 수 있다

리세스 주위의 재료의 냉각에 대한 어떠한 특별한 고려가 없을 경우, 예를들면 재료는 현재의 온도 수준에 저항할 수 있으므로, 리세스는 라이너의 종축(2)과 평행하게 연장할 수 있다. 라이너는 또한 단지 하나의 그룹의 리세스로 형성되거나,또는 3개 이상의 그룹의 리세스로 형성될 수 있다. 피스톤이 그 상사점에 있을 때 하부 피스톤 링보다 더 낮은 수준에 하나 또는 그 이상의 리세스가 형성될 수 있지만, 오일 분배 트랙(11)보다 더 아래의 라이너에 리세스를 형성하여 얻는 이득은 전혀없다.

본 발명에 따른 실린더 라이너는 또한 예를들면 라이너벽 내측에 냉각 보어가 없는 4행정 중속 엔진과 같은, 상기한 엔진과 다른 형태의 엔진에 대하여도 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 내연기관용 실린더 라이너(1), 특히 실린더 라이너의 벽에 있는 소기구(8)가 피스톤의 상부 표면(9) 위에 노출되는 하사점과 피스톤(5)이 실린더 라이너의 상부 위치에 배치되는 상사점 사이의 라이너내에서 종방향으로 이동가능한 피스톤(5)을 지니며, 상기 피스톤은 수개의 피스톤 링(19, 21-23)을 구비하며, 상기 피스톤 링의 외측 표면이 라이너의 내측 표면(13)을 따라 활주하며, 상기 실린더 라이너는 그 내측 표면에 수개의 리세스(recess)를 구비하며, 상기 리세스는 리세스 맞은편에 배치되는 피스톤 링의 상부와 하부에 있는 공간들 사이에서 가스 유동 연결부를 형성하는 2 행정 크로스헤드 엔진(two - stroke crosshead engine)용 실린더 라이너(1)에 있어서, 피스톤이 그 상사점에 있을 때, 상부 피스톤 링의 맞은편에 적어도 수개의 리세스(25)가 배치되며, 라이너의 종방향에서 보면, 각각의 리세스(25 -27)가 상부 피스톤 링(19)의 높이의 적어도 2 배 정도의 크기를 지니는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더 라이너.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 라이너(1)는 적어도 3 개의 그룹의 리세스를 구비하며, 그중 제 1 그룹의 리세스(25)는 상부 피스톤 링(19)의 맞은편에 배치되고, 제 2 그룹의 리세스(26)는 상부로부터 제 2 피스톤 링(21)의 맞은편에 배치되어 다른 그룹의 리세스(25, 27)에 관하여 라이너의 원주방향으로 변위되며, 제 3 그룹의 리세스(27)는 피스톤이 그 상사점에 있을 때 상부로부터 제 3 피스톤 링(22)의 맞은편에 배치되며, 제 1 및 제 3 그룹의 리세스(25, 27)들이 최소한 부분적으로 배치되는 라이너 길이 영역 위에서 제 2 그룹의 리세스(26)가 연장하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
3. 제 2 항에 있어서, 상부로부터 제 2 피스톤 링(21)의 높이보다 더 길게 리세스의 종방향으로 상호 분리부(28)를 지닌 제 1 그룹 리세스(25)에 연속하여 제 3 그룹의 리세스(27)가 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 라이너의 적어도 하나의 종방향 위치에, 라이너의 주위에 분포된 적어도 4개의, 바람직하게는 적어도 8개의 리세스(25, 26; 25, 27)가 형성될 수 있으며, 상기 리세스들은, 원주방향에서 보면, 제 1 또는 제 3 그룹중 하나와 제 2 그룹에 선택적으로 속하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한항에 있어서, 피스톤이 그 상사점에 있을 때 어떠한 리세스도 하부 피스톤 링(23) 아래로 연장하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스(25 -27)는 단지 3개의 최상부 피스톤 링(19, 21, 22)들중 하나 또는 그 이상을 지나는 가스 유동 연결부를 형성하며, 피스톤(5)은 0 크랭크 각도(crank degree)의 상사점과, 상부 피스톤 링(19)에 대한 상사점 전 또는 후의 15 - 20도의 크랭크 각도 범위 상부로부터 제 2 피스톤 링(21)에 대한 10 -15도의 크랭크 각도범위, 그리고 상부로부터 제 3 피스톤 링(22)에 대한 5 - 8도의 크랭크 각도범위인 피스톤 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
7. 선행항 중 어느 한항에 있어서, 상부 피스톤 링(19)을 지나는 가스유동에 대한 리세스(25 -27)에 의해 형성된 누출영역(A)은 D²/70000 내지D²/2000mm²사이로 되며, 여기서, D는 라이너의 내경을 mm단위로 나타낸 것이며, A는 면적을 mm²단위로 나타낸 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한항에 있어서, 상기 실린더 라이너의 상부영역은 냉각 보어( 14, 14', 14")를 구비하며, 그 냉각보어의 종축은 라이너의 종축(2)에 관하여 비스듬하게 연장하며, 각각의 리세스(25 - 27)의 종축은 인접 냉각 보어의 종축과 실질적으로 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
9. 제 8 항에 있어서,상기 실린더 라이너가 라이너의 주위에 균일하게 분포된 수개의 냉각보어(14)를 지니며, 상기 각각의 리세스(25 - 27)는 균일하게 분포된 냉각 보어의 2개의 가장 인접한 냉각 보어로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 연장하며, 리세스의 맞은편에는 균일하게 분포된 냉각 보어 사이의 영역에 보충의 냉각보어(14', 14")가 제공되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 그룹에 속하는 리세스(25) 맞은편의 보충의 냉각 보어(14")는 균일하게 분포된 냉각 보어(14)보다 라이너의 벽에서 더 높이 연장하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.