KR200449158Y1 - 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스 - Google Patents

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KR200449158Y1
KR200449158Y1 KR2020080006390U KR20080006390U KR200449158Y1 KR 200449158 Y1 KR200449158 Y1 KR 200449158Y1 KR 2020080006390 U KR2020080006390 U KR 2020080006390U KR 20080006390 U KR20080006390 U KR 20080006390U KR 200449158 Y1 KR200449158 Y1 KR 200449158Y1
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Abstract

본 고안은 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 관한 것으로서, 예컨대 선박용 2-행정 대형 엔진에 있어서 엔진의 실린더 프레임 하부에서 피스톤 로드에 결합되어 실린더 내에서 피스톤 로드에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하는 피스톤 로드 스터핑 박스에 있어서, 특히 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 크랭크 시스템 오일을 회수하기 위한 4단의 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과의 결합구조를 개량하여 최상위 1단 스크래퍼 링과 하우징 사이의 릴리프 그루브를 제거하고, 아래 3단의 스크래퍼 링과 하우징 사이에 각각 릴리프 그루브를 형성함으로써, 최상위 1단 스크래퍼 링을 통하여 배출되는 시스템 오일의 양을 감소시킬 뿐만 아니라, 아래 3단의 스크래퍼 링을 통하여 회수되는 시스템 오일에 대하여 최상위 1단 스크래퍼 링을 통해 전달될 수 있는 실린더로부터의 오염을 최소화하고, 또한 4단의 스크래퍼 링 각각이 독자적으로 지지됨으로써 각 스크래퍼 링 내의 라멜라의 편마모를 감소시켜 수명을 연장할 수 있도록 구성하였다.
2-행정 엔진, 디젤, 피스톤 로드, 스터핑 박스

Description

2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스{Stuffing Box for Piston Rod of 2-Stroke Engine}
본 고안은 일반적으로 선박용 2-행정 대형 엔진 피스톤 로드 스터핑 박스에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 특히 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 크랭크 시스템 오일을 회수하기 위한 4단의 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과의 결합구조 중 특히 최상위 1단 스크래퍼 링과 하우징과의 사이에 드레인 홀 외에 별도의 틈새없는 결합구조를 제공함으로써, 시스템 오일의 배출량을 감소시킬 뿐만 아니라 회수되는 시스템 오일의 오염을 최소화하도록 구성한 새로운 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 관한 것이다.
일반적으로, 예컨대 대형 선박의 추력용 엔진으로서 사용되는 2-행정 대형 디젤 엔진(10)은 복수의 연소실 즉 실린더를 가진다. 각각의 실린더는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 프레임(12) 내에서 연료를 압축 폭발시키는 피스톤(14)과, 이 피스톤(14)의 상하 운동을 하부의 크랭크에 전달하기 위한 피스톤 로드(16)를 구비한다. 또한 실린더 프레임(12)의 하부에는 피스톤 로드(16) 둘레로 피스톤 로드 스터핑 박스(18)가 마련되어 있다. 이 피스톤 로드 스터핑 박스(18)는 엔진(10) 의 실린더 내에서 피스톤 로드(16)에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드(16)에 묻은 시스템 오일을 회수하는 기능을 하는 부분이다.
엔진(10) 내부에는 다양한 오일들이 사용된다. 실린더 라이너 내부에 쓰이는 오일에는 연소를 위한 연료 오일과, 피스톤 라인의 마찰을 감소시켜 주기 위한 실린더 윤활유 오일이 있으며, 또한 프레임 박스 내의 크랭크 등을 위한 윤활유인 시스템 오일이 있다. 특히 실린더 내부와 외부를 연결하고 있는 피스톤 로드(16)에는 상부에서 실린더 윤활유, 하부에서 시스템 오일에 노출된다. 피스톤 로드(16)에 묻게 되는 이들 실린더 윤활유와 시스템 오일은 스터핑 박스(18)에서 배출된다. 스터핑 박스(18)는 실린더 윤활유나 기타 연소 찌꺼기가 하부의 시스템 오일을 오염시키지 않도록, 피스톤 로드(16)의 상부와 하부를 실링(sealing)하고, 피스톤 로드(16)의 표면을 스크래핑한 후 모인 오일을 폐유로서 배출시키거나 또는 재사용을 위하여 회수한다.
더욱 구체적으로 살펴보면, 종래 피스톤 로드 스터핑 박스는 도 2 및 도 3에서 더욱 자세히 도시하고 있다. 도 2는 종래 피스톤 로드 스터핑 박스(30) 내에 구비되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과 결합되는 구조와 특히 하부의 4단의 스크래퍼 링 중 최상위 1단 스크래퍼 링과 하우징과의 결합 구조를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스터핑 박스(Stuffing Box)(30)는 통상 원주형인 피스톤 로드 주변에 결합되는 하우징(31) 및 하우징(31)을 엔진의 다른 부위에 결합시키기 위한 플랜지(32)를 포함하며, 하우징(31)의 내부면에는 다단의 실링 링 및 스크래퍼 링들이 결합되어 있다. 이들 링들 중 상위 3단의 링들은 피스톤 로드에 묻은 오염물질을 제거하고 실린더 윤활유가 하위로 내려가는 것을 방지하기 위한 스크래퍼 및 실링을 위한 링이며, 하위 4단 중 아래의 3단의 링들은 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하기 위한 스크래퍼 링이다. 또한 하위 4단 중 최상위인 1단의 스크래퍼 링(20), 즉 스터핑 박스(30)의 중간 높이 위치에 배치되는 스크래퍼 링(20)은 상부의 실린더 윤활유와 하부의 시스템 오일이 혼합된 상태인 것을 폐유로서 배출시키는 역할을 한다. 종래 이 오일 배출용 스크래퍼 링(20)은 하우징(31)과의 사이에 릴리프 그루브(33)를 더 가진다.
일반적으로 스크래퍼 링은, 도 3에 도시된 바와 같이, 측면에 다수의 오일 드레인 홀(26)이 뚫려 있고, 이 홀(26)을 통해 내부의 피스톤 로드 표면으로부터 외부측으로 오일이 드레인될 수 있다. 스크래퍼 링(20)과 하우징(31) 사이에는 공간부가 마련되며, 이 공간부에는 추가적인 가압력을 주기 위하여 탄성스프링(22)이 배치되어 링(20)을 피스톤 로드 표면으로 가압한다. 링(20)의 내부면에는 실제로 피스톤 로드 표면에 접촉하는 한 쌍의 라멜라(24)가 삽입되어 있다.
그런데, 기존의 스터핑 박스(30)의 경우, 하위 3단의 스크래퍼 링들에 의해 회수되는 오일의 양이 제한되어 있어, 오일 배출용 스크래퍼 링(20)의 위치까지 시스템 오일이 상승하고 오일 배출용 스크래퍼 링(20)의 드레인 홀(26)과 릴리프 그루브(33)를 통해 외부로 배출되고 드레인 파이프(미도시된)를 통해 폐유로서 배출되었다. 종래 이러한 오일 배출용 스크래퍼 링(20)을 통한 시스템 오일의 배출량이 지나치게 많아, 불필요하게 폐유가 많이 발생하였으며, 결과적으로 발생된 폐유를 처리하기 위한 비용이 증가하고 또한 폐유처리에 따른 환경문제가 심각하였다.
더욱이 오일 배출용 스크래퍼 링(20)을 통해 배출된 폐유에는 시스템 오일 뿐만 아니라 실린더 윤활유 등이 혼합되어 있는데, 이 혼합된 오일이 릴리프 그루브(33)를 통해 스터핑 박스(30)의 내측으로 및 아래쪽으로 흘러들어가는 문제가 있었다. 통상적으로 실린더 윤활유는 연소실에서 가열된 피스톤 크라운을 거쳐 나왔기 때문에 고온의 산성이며 연소 찌꺼기가 섞어 있는 상태이다. 반면에 시스템 오일은 깨끗한 상태로 회수되어 재사용되어야 한다. 그런데, 실린더 윤활유와 시스템 오일이 오일 배출용 스크래퍼 링(20)을 통해 완전히 배출되지 않고, 릴리프 그루브(33)를 통해 아래쪽 크랭크 케이스로 흘러들어감으로써, 회수되는 시스템 오일이 오염될 수 있다. 이는 회수된 시스템 오일의 품질이 저하되는 원인이 되며, 결과적으로 엔진 시스템의 구동이 원활하게 되지 않을 수 있고 엔진의 효율이 떨어지게 되는 원인이 되어 왔다.
또한 스크래퍼 링의 내측에 배치되는 라멜라(lamella)(24)는 실링 및 스크래핑을 위한 부품으로서 열처리된 표면을 가진 피스톤 로드(16)의 표면과 접촉한다. 라멜라(24)는 통상 C2(grey cast iron)으로 제조되기 때문에 마모가 많이 발생된다. 도 2에 도시된 바와 같은 경우의 종래 스터핑 박스의 경우 하위 3단의 스크래퍼 링들이 일체형으로 되어 있기 때문에 이들 스크래퍼 링 내의 라멜라들에 편마모가 발생할 가능성이 많았다. 일단 편마모가 발생하면 계속 한방향으로 치우쳐 마모되는 경향이 크며, 이는 라멜라의 수명이 단축되는 문제의 원인이 될 수 있었다.
그러므로 2-행정 대형 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 있어서, 특히 폐유 로서 배출되는 시스템 오일의 양을 감소시키고, 회수되는 시스템 오일의 오염을 최소화하며, 또한 스크래퍼 링 내의 라멜라의 편마모를 감소시켜 수명을 연장하도록 구성한 새로운 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 대한 요구가 절실히 존재한다.
본 고안은 상술한 종래 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 예컨대 선박용 2-행정 대형 엔진에 있어서 엔진의 실린더 프레임 하부에서 피스톤 로드에 결합되어 실린더 내에서 피스톤 로드에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하는 피스톤 로드 스터핑 박스에 있어서, 특히 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 크랭크 시스템 오일을 회수하기 위한 4단의 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과의 결합구조를 개량함으로써, 최상위 1단 스크래퍼 링을 통하여 배출되는 시스템 오일의 양을 감소시킬 뿐만 아니라, 아래 3단의 스크래퍼 링을 통하여 회수되는 시스템 오일에 대하여 최상위 1단 스크래퍼 링을 통해 전달될 수 있는 실린더로부터의 오염을 최소화하고, 또한 4단의 스크래퍼 링 각각이 독자적으로 지지되도록 하여 각 스크래퍼 링 내의 라멜라의 편마모를 감소시켜 수명을 연장하는 새로운 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 고안에 따라 제공되는 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 의하여 달성된다.
본 고안의 일 실시예에 따른 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스는, 2-행정 대형 엔진의 각 실린더 프레임 하부에서 피스톤 로드에 결합되어 실린더 내에서 피스톤 로드에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하는 피스톤 로드 스터핑 박스로서, 상기 피스톤 로드 표면에서 실린더로부터의 오염물질을 제거하고 실링을 위하여 상기 스터핑 박스의 상부에 복수의 단으로 설치되는 스크래핑 및 실링을 위한 링과, 상기 피스톤 로드 표면에서 시스템 오일을 회수하기 위하여 상기 스터핑 박스의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링을 포함하며; 상기 스터핑 박스의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링 중 최상위 1단의 스크래퍼 링의 상하부면은 스터핑 박스 하우징과의 사이에 간격을 가지지 않도록 밀봉 결합되며; 상기 스터핑 박스의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링 중 하위 3단의 스크래퍼 링의 하부면은 각각 스터핑 박스 하우징과의 사이에 소정 간격의 릴리프 그루브(groove)를 가지도록 결합된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스터핑 박스의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링 중 최상위 1단의 스크래퍼 링의 외측면과 스터핑 박스 하우징과의 사이에는 드레인 파이프와 연결되는 독립적인 공간부를 형성하며; 상기 스터핑 박스의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링 중 하위 3단의 스크래퍼 링의 외측면은 각각 스터핑 박스 하우징과의 사이에 형성되는 공간부는 상하로 관통된 연결공에 의하여 상호 연통되어 있다.
상기 구성을 가지는 본 고안의 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스는, 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 크랭크 시스템 오일을 회수하기 위한 4단의 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과의 결합구조가 개량되어, 최상위 1단 스크래퍼 링을 통하여 배출되는 시스템 오일의 양을 감소시킬 뿐만 아니라, 아래 3단의 스크래퍼 링을 통하여 회수되는 시스템 오일에 대하여 최상위 1단 스크래퍼 링을 통해 전달될 수 있는 실린더로부터의 오염을 최소화하고, 또한 4단의 스크래퍼 링 각각이 독자적으로 지지되도록 하여 각 스크래퍼 링 내의 라멜라의 편마모를 감소시켜 수명을 연장하는 등의 효과를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스를 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 피스톤 로드 스터핑 박스 내에 구비되는 스크래퍼 링과 스터핑 박스 하우징과 결합되는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이고, 도 5는 도 4에서 스크래퍼 링과 하우징과 결합되는 구조를 더 상세히 보여주는 부분 확대도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 스터핑 박스(Stuffing Box)(40)는, 2-행정 대형 엔진의 각 실린더 프레임 하부에서 피스톤 로드(16)에 결합되어 실린더 내에서 피스톤 로드에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하는 기능을 한다.
스터핑 박스(40)는 통상 원주형인 피스톤 로드 주변에 결합되는 하우징(41) 및 하우징(41)을 엔진의 다른 부위에 결합시키기 위한 플랜지(42)를 포함하며, 하우징(41)의 내부면에는 다단의 실링 링 및 스크래퍼 링들이 결합되어 있다. 이들 링들 중 예컨대 상위 3단의 링들은 피스톤 로드에 묻은 오염물질을 제거하고 실린더 윤활유가 하위로 내려가는 것을 방지하기 위한 스크래퍼 및 실링을 위한 링이다. 하위 4단 중 아래의 3단의 링들(20b, 20c, 20d)은 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하기 위한 스크래퍼 링이다. 또한 하위 4단 중 최상위인 1단의 스크래퍼 링(20a), 즉 스터핑 박스(40)의 중간 높이 위치에 배치되는 스크래퍼 링(20a)은 상부의 실린더 윤활유와 하부의 시스템 오일이 혼합된 상태인 것을 폐유로서 배출시키는 역할을 한다. 본 고안에 따라 이 오일 배출용 스크래퍼 링(20a)의 상하부면은 하우징(41)과의 사이에 틈새가 없이 밀봉된다는 특징을 가진다.
본 고안에 따라, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스터핑 박스(40)는, 피스톤 로드 표면에서 시스템 오일을 회수하기 위하여 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함한다. 이 4단의 스크래퍼 링(20a, 20b, 20c, 20d) 중 최상위 1단의 오일 배출용 스크래퍼 링(20a)의 상하부면은 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 간격을 가지지 않도록 밀봉 결합된다. 반면에, 4단의 스크래퍼 링(20a, 20b, 20c, 20d) 중 하위 3단의 스크래퍼 링(20b, 20c, 20d)의 하부면은 각각 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 소정 간격의 릴리프 그루브(groove)(43)를 가진다.
본 고안의 바람직한 실시예에서, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 이 4단의 스크래퍼 링(Scraper Ring)(20a, 20b, 20c, 20d) 중 최상위 1단의 오일 배출용 스크래퍼 링(20a)의 외측면과 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에는 드레인 파이프와 연결되는 독립적인 공간부를 형성한다. 반면에 4단의 스크래퍼 링 중 하위 3단의 스크래퍼 링(20b, 20c, 20d)의 외측면은 각각 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 형성되는 공간부는 상하로 관통된 연결공(44)에 의하여 상호 연통되어 있다.
상술한 바와 같은 구조를 가지는 본 고안의 스터핑 박스에 의하면, 하위 3단의 스크래퍼 링들(20b, 20c, 20d)에 의하여 시스템 오일이 회수되는 양이 크게 증가할 수 있다. 이에 따라 상위 1단의 오일 배출용 스크래퍼 링(20a)에 의해 폐유로서 버려지는 시스템 오일의 양이 크게 감소할 수 있다는 장점이 제공된다. 더 나아가 오일 배출용 스크래퍼 링(20a)에서 릴리프 그루브를 제거하였기 때문에, 종래 릴리프 그루브를 통해 오염된 폐유가 시스템 내부로 되돌아 와서 시스템 오일을 오염시키는 문제가 근본적으로 해소되었다. 이에 따라 회수되는 시스템 오일의 오염이 최소화될 수 있다는 장점이 제공된다. 또한 본 고안의 스터핑 박스에 의하며 각각의 스크래퍼 링이 독립적으로 지지되기 때문에, 피스톤 로드와의 접촉이 각각 이루어짐으로써 각각의 스크래퍼 링 내의 라멜라들과 피스톤 로드 사이의 접촉이 양호하게 이루어질 수 있다. 이에 따라 라멜라의 편마모 현상이 크게 감소될 수 있어 수명이 증가한다는 장점이 제공된다.
이상에서는 본 고안을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 고안의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청 구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 예컨대 대형 선박, 발전소 등에서 이용되는 2-행정 대형 디젤 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스에 관한 것으로서, 디젤 엔진을 이용하는 다양한 분야에서 널리 사용가능하다.
도 1은 일반적인 선박용 2-행정 대형 디젤 엔진의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 종래 피스톤 로드 스터핑 박스 내에 구비되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)과 스터핑 박스 하우징과 결합되는 구조와 특히 하부의 4단의 스크래퍼 링 중 최상위 1단 스크래퍼 링과 하우징과의 결합 구조를 보여주는 개략적인 부분 단면도.
도 3은 일반적인 선박용 2-행정 대형 디젤 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스 내에 구비되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)을 예시하여 보여주는 (a) 전체적인 사시도와 스터핑 박스 하우징과 결합되는 부분의 (b) 확대 단면도.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 피스톤 로드 스터핑 박스 내에 구비되는 스크래퍼 링과 스터핑 박스 하우징과 결합되는 구조를 보여주는 개략적인 단면도.
도 5는 도 4에서 스크래퍼 링과 하우징과 결합되는 구조를 더 상세히 보여주는 부분 확대도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30, 40 : 스터핑 박스
31, 41 : 스터핑 박스 하우징
32, 42 : 스터핑 박스 플랜지
33, 43 : 릴리프 그루브
44 : 연결공

Claims (2)

  1. 2-행정 대형 엔진의 각 실린더 프레임 하부에서 피스톤 로드(16)에 결합되어 실린더 내에서 피스톤 로드에 묻은 찌꺼기를 제거하고 아래 크랭크실로부터 피스톤 로드에 묻은 시스템 오일을 회수하는 피스톤 로드 스터핑 박스(40)로서,
    상기 피스톤 로드 표면에서 실린더로부터의 오염물질을 제거하고 실링을 위하여 상기 스터핑 박스(40)의 상부에 복수의 단으로 설치되는 스크래핑 및 실링을 위한 링과, 상기 피스톤 로드 표면에서 시스템 오일을 회수하기 위하여 상기 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함하며;
    상기 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링(20a, 20b, 20c, 20d) 중 최상위 1단의 스크래퍼 링(20a)의 상하부면은 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 간격을 가지지 않도록 밀봉 결합되며;
    상기 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링(20a, 20b, 20c, 20d) 중 하위 3단의 스크래퍼 링(20b, 20c, 20d)의 하부면은 각각 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 소정 간격의 릴리프 그루브(groove)(43)를 가지도록 결합되는 것을 특징으로 하는 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링(Scraper Ring)(20a, 20b, 20c, 20d) 중 최상위 1단의 스크래퍼 링(20a)의 외측면과 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에는 드레인 파이프와 연결되는 독립적인 공간부를 형성하며 ; 상기 스터핑 박스(40)의 하부에 4단으로 설치되는 스크래퍼 링 중 하위 3단의 스크래퍼 링(20b, 20c, 20d)의 외측면은 각각 스터핑 박스 하우징(41)과의 사이에 형성되는 공간부는 상하로 관통된 연결공(44)에 의하여 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 2-행정 엔진의 피스톤 로드 스터핑 박스.
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