KR20110126065A

KR20110126065A - Method for optimization of function of piston ring package and piston ring package therefor

Info

Publication number: KR20110126065A
Application number: KR1020110045061A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 아드리안센
Original assignee: 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2011-11-22
Also published as: DE102010020490A1; DE102010020490B4; JP2011241981A; KR101576967B1; CN102242681B; CN102242681A; JP5833340B2

Abstract

PURPOSE: A method for optimizing the function of a piston ring package and a piston ring package therefor are provided to increase the service life of the piston ring package by equalizing the abrasion degree of piston rings. CONSTITUTION: A method for optimizing the function of a piston ring package is as follows. The top of a reciprocating piston internal combustion engine is pressed by combustion pressure generated in an operation chamber(5), and the bottom is pressed by pressure exists in the bottom of a piston(2). Gas exhausted from the operation chamber exists in piston rings(10a,10b,10c,10d) of a piston ring package(11). The piston rings allow the exhausted gas to leak away.

Description

Method for optimization of function of piston ring package and piston ring package therefor}

본 발명은 중첩되어 배치되는 복수의 피스톤 링을 포함하는 피스톤 링 패키지의 기능을 최적화하는 방법에 관한 것으로서, 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 피스톤의 작동 행정마다 상부로부터는 피스톤에 의해 범위 한정되는 작동 챔버에서 생성되는 연소 압력에 의해 가압되고, 하부로부터는 피스톤 하부에 존재하는 압력에 의해 가압되며, 피스톤 링 패키지 영역 내에 작동 챔버로부터 유출되는 가스가 존재하는 2행정 대형 디젤 엔진의 피스톤의 피스톤 링 패키지의 기능을 최적화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for optimizing the function of a piston ring package comprising a plurality of piston rings arranged in an overlapping manner, in a reciprocating piston internal combustion engine, in particular in an operation chamber defined by a piston from above at every stroke of the operation of the piston. The function of the piston ring package of the piston of a two-stroke large diesel engine, pressurized by the resulting combustion pressure, pressurized by the pressure present in the lower part of the piston, and with gas flowing out of the working chamber in the piston ring package area. It is about how to optimize.

또한, 본 발명은 상기 방법을 실행하기에 적합한 피스톤 링 패키지에 관한 것이다.The invention also relates to a piston ring package suitable for carrying out the method.

피스톤 링들의 영역에 존재하는, 작동 챔버로부터의 가스 누출은 특히 피스톤 링들에 반경 방향에서 가스 압력을 공급하며, 이런 점은 피스톤이 반경 방향으로 팽창하고 그로 인해 피스톤의 반경 방향의 안정화를 실현하기 위한 용도에 바람직하다. 다른 한편으로, 작동 챔버로부터 연소 가스의 누출은 출력 손실을 초래한다. 실제로 이용되는 피스톤 링은 두 가지 그룹, 즉 홈붙이 피스톤 링(slotted piston ring)과 이른바 밀봉식 피스톤 링(sealed piston ring)으로 분류된다. 홈붙이 피스톤 링의 경우 그 단부들이 서로 이격되어 있고, 그럼으로써 상부로부터 하부로 연장되는 누출 가스를 위한 유동 경로를 형성하는 홈이 형성된다. 이러한 유동 경로는 피스톤 링의 마모가 누적되고 피스톤 링의 팽창이 누적되면서 더욱 커진다. 밀봉형 피스톤 링은 그루브와 스프링의 방식에 따라 서로 맞물리는 단부를 구비함으로써, 폐쇄되어 원주 방향으로 연장되는 원주면이 형성된다. 여기서 가스 누출이 가능하도록 하기 위해, 피스톤 링들의 상면을 그들의 하면과 연결하는, 예컨대 원주면 측의 그루브 형태로 유동 경로들이 밀봉형 피스톤 링들에 제공될 수 있다. Gas leaks from the working chamber, which are present in the region of the piston rings, in particular supply gas pressure radially to the piston rings, which is intended to realize the radial expansion of the piston and thereby to achieve radial stabilization of the piston. It is suitable for a use. On the other hand, leakage of combustion gases from the working chamber results in power loss. The piston rings actually used are classified into two groups: slotted piston rings and so-called sealed piston rings. In the case of grooved piston rings, the ends are spaced apart from each other, thereby forming a groove forming a flow path for the leaking gas extending from top to bottom. This flow path becomes larger as the wear of the piston ring accumulates and the expansion of the piston ring accumulates. The sealed piston ring has ends that engage each other in the manner of grooves and springs, thereby forming a circumferential surface that is closed and extends in the circumferential direction. In order to enable gas leakage here, flow paths can be provided in the sealed piston rings which connect the upper surfaces of the piston rings with their lower surface, for example in the form of grooves on the circumferential side.

EP 0 742 875 B1에 개시된 피스톤 링 패키지의 경우 최상부 피스톤 링만 밀봉형 피스톤 링으로 형성되고, 이 피스톤 링은 작동 챔버로부터 유출되는 가스의 제어된 누출을 달성하기 위해 원주면 측의 그루브를 구비한다. 나머지 피스톤 링들은 홈붙이 피스톤 링들로 형성될 수 있다. 상기 배치 구조의 경우 최상부 밀봉형 피스톤 링에서의 누출 가능성은 그 아래 위치하는 피스톤 링에 비해 대부분 제한된다. 그에 따라 이 피스톤 링에서는 자신의 상면에 인가되는 압력과 하면에 인가되는 압력 간의 차이가 가장 크다. 따라서 경험에 따라 이 피스톤 링은 나머지 피스톤 링들보다 더욱 빨리 마모된다. 다른 한편으로 홈붙이 피스톤 링의 경우 링 단부의 이격 간격에 의해 각각 형성되는 유동 경로는 밀봉형 피스톤 링의 누출 그루브들에 비해 비교적 크고, 그럼으로써 신속한 압력 보상이 제공되고 누출 가스는 빠르게 아래로 유출될 수 있으며, 하부 피스톤 링들은 작은 시간 간격만으로 최대 압력 부하를 받고, 이는 전체적으로 가용한 에너지의 활용을 악화시킨다는 문제를 발생시킨다. 또한, 홈의 안쪽 너비는 증가하는 마모와 더불어 증가하며, 이는 앞서 언급한 현상을 재차 격화시키면서 피스톤 링 패키지의 수명이 진행됨에 따라 출력 손실을 증가시킨다.In the case of the piston ring package disclosed in EP 0 742 875 B1, only the top piston ring is formed of a sealed piston ring, which has grooves on the circumferential side in order to achieve a controlled leakage of gas flowing out of the working chamber. The remaining piston rings may be formed with grooved piston rings. With this arrangement the possibility of leakage in the top sealed piston ring is largely limited compared to the piston ring located below it. Accordingly, in this piston ring, the difference between the pressure applied to its upper surface and the pressure applied to the lower surface is greatest. As a result, this piston ring wears out faster than the rest of the piston rings. On the other hand, in the case of grooved piston rings, the flow paths, each formed by the spacing of the ring ends, are relatively large compared to the leak grooves of the sealed piston ring, thereby providing fast pressure compensation and allowing the leaking gas to flow down quickly. The lower piston rings are subjected to maximum pressure loads in only small time intervals, which creates a problem that worsens the utilization of the available energy as a whole. In addition, the inner width of the grooves increases with increasing wear, which increases output loss as the piston ring package's life progresses while reinforcing the aforementioned phenomenon.

언급한 EP 0 742 875 B1은 원주면 측의 누출 그루브들을 구비한 복수의 밀봉형 피스톤 링을 포함하는 배치 구조도 언급한다. 이것에 의해 최상부 피스톤 링의 소정의 감압이 달성될 수는 있다. 그러나 연속되는 밀봉형 피스톤 링들은 동일하게 형성된다. 따라서 이러한 피스톤 링들에서 발생하는 누출은 대략 동일하다. 따라서 여기서는 피스톤 링 패키지 전체의 기능을 최적화하기 위해 개별 피스톤 링들에서 지정된 누출 가능성(누출량)들에 개별적으로 영향을 끼치는 것은 불가능하다.The mentioned EP 0 742 875 B1 also refers to an arrangement structure comprising a plurality of sealed piston rings with leak grooves on the circumferential side. By this means, a predetermined decompression of the uppermost piston ring can be achieved. However, continuous sealed piston rings are formed identically. Thus the leakage occurring in these piston rings is about the same. It is therefore not possible here to individually influence the probability of leakage (leakage) specified in the individual piston rings in order to optimize the function of the entire piston ring package.

이는 JP 58 167 860 A로부터 개시된 피스톤 링 패키지에도 해당된다. 언급된 JP 58 167 860 A는 전적으로 밀봉형 피스톤 링들 만으로 구성된 피스톤 링 패키지를 포함하는 피스톤을 개시한다. 이때 중첩되게 배치된 피스톤 링 그루브들은 최상부 피스톤 링의 감압을 위해 피스톤 측면의 보어(bore)들을 통해서 서로 연결된다. 이 경우 중첩되게 배치되는 피스톤 링 그루브들 간의 이러한 각각의 연결들은 동일한 개수의 보어들로 구성되며, 그럼으로써 해당 피스톤 링들에서 그런 방식으로 형성되는 누출 가능성들도 또한 실질적으로 동일하다. 개별 피스톤 링들에서 이루어지는 누출의 개별 조정과, 그와 함께 개별 피스톤 링들에서 개별 피스톤 링의 각각의 부하 거동 및 마모 거동에 대해 유효한 압력 강하의 개별 조정과, 그리고 피스톤 링 패키지 전체의 기능 최적화는 여기서도 가능하지 않다. 이런 점은 제외하더라도 피스톤 측면에서 피스톤 링 그루브로부터 피스톤 링 그루브로 이어지는 보어들은 외부로부터 관찰할 수도, 청소를 위해 접근할 수도 없다.This also applies to the piston ring package disclosed from JP 58 167 860 A. JP 58 167 860 A mentioned discloses a piston comprising a piston ring package consisting entirely of sealed piston rings only. The overlapping piston ring grooves are then connected to each other via bores on the side of the piston for decompression of the uppermost piston ring. In this case each of these connections between the piston ring grooves arranged in an overlap consists of the same number of bores, whereby the likelihoods of leakage formed in that way in the piston rings are also substantially the same. Individual adjustment of the leaks in the individual piston rings, together with the individual adjustment of the effective pressure drop for the respective load and wear behavior of the individual piston rings in the individual piston rings, and also for the optimization of the function of the entire piston ring package are possible here. Not. Apart from this, the bores leading from the piston ring groove to the piston ring groove on the piston side are neither visible from outside nor accessible for cleaning.

따라서, 이러한 사실로부터 출발하여 본 발명의 목적은 피스톤 링 패키지의 기능을 최적화할 수 있는, 서두에 언급한 방식의 방법을 제공하는 데 있다. Thus, starting from this fact, it is an object of the present invention to provide a method of the above-mentioned manner which can optimize the function of a piston ring package.

추가의 목적은 이에 적합한 피스톤 링 패키지를 제공하는 데 있다.A further object is to provide a piston ring package suitable for this.

상기 방법과 관련된 목적은 본 발명에 따라 피스톤 링 패키지의 모든 피스톤 링들에서 작동 챔버로부터 유출되는 가스의 제어된 누출이 허용되되, 홈붙이 피스톤 링들의 배치 구조에 비해 비교적 적은 누출이 허용됨으로써 달성된다. 이러한 누출은 각각의 피스톤 링에 대해 개별적으로 결정되되, 특별한 실시예는 각각 허용되는 누출이 작동 챔버에 가장 가깝게 인접하는 피스톤 링으로부터 출발하여 작동 챔버로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링에 이르기까지 감소한다는 점에 있을 수 있다. The object associated with the method is achieved according to the invention by the controlled leakage of the gas flowing out of the working chamber in all the piston rings of the piston ring package, with relatively little leakage compared to the arrangement of the slotted piston rings. These leaks are determined individually for each piston ring, with particular embodiments that each allowable leak decreases starting from the piston ring closest to the working chamber and closest to the piston ring farthest away from the working chamber. Can be in.

피스톤 링 패키지와 관련된 추가의 목적은 본 발명에 따라 피스톤 링 패키지의 모든 피스톤 링들에 각각 개별적으로 할당된, 각각의 피스톤 링의 상부 및 하부의 공간들을 연결하고 홈붙이 피스톤 링의 피스톤 링 홈에 비해 비교적 작은 총 횡단면을 구비한 가스 누출 경로가 할당됨으로써 달성된다. 가스 누출 경로의 효과적인 횡단면은 해당 피스톤 링이 마모된 경우에도 일정하게 유지되되, 특별한 실시예는 각각 피스톤 링에 할당된 가스 누출 경로들에 의해 형성되는, 자유로운 총 흐름 횡단면의 크기가 최상부 피스톤 링으로부터 출발하여 하부 방향으로 갈수록 개별적으로 단계적으로 감소된다는 점에 있을 수 있다.A further object with respect to the piston ring package is compared with the piston ring groove of the grooved piston ring connecting the spaces of the upper and lower portions of each piston ring, each individually assigned to all the piston rings of the piston ring package according to the invention. This is achieved by assigning a gas leak path with a relatively small total cross section. The effective cross section of the gas leak path remains constant even when the corresponding piston ring is worn, but a particular embodiment is defined by the gas leak paths assigned to the piston ring, each of which has a free total flow cross section size from the top piston ring. It may be that it gradually decreases gradually from the starting to the downward direction.

이 경우에, 개별적인 피스톤 링들에서 이루어지는 누출의 균일화와 그로 인해 개별 피스톤 링들에 각각 할당된 피스톤 링들의 상면과 그것들의 하면에 가해지는 압력들 간의 압력 차이의 균일화 대신에 개별 피스톤 링들에 지정된 누출 가능성들의 개별적 조정과 그로 인해 거기서 각각의 피스톤 링의 거동에 유효한 압력 차이의 개별적 조정이 피스톤 링 패키지 전체의 기능을 지속적으로 최적화하는 측면에서 제공된다. 본 발명에 따른 조치에 의해 작동 챔버로부터 허용된 가스의 누출에 의해 야기되는 출력 손실이 낮은 수준으로 일정하게 유지되고, 그로 인해 전체적으로 피스톤 링 패키지의 수명 전체에 걸쳐서 우수한 종합 효율이 달성된다. 개별 피스톤 링에서 지정된 누출 가능성의 개별 조정을 통해 각각의 피스톤 링에 각각 할당된 최대 압력 부하 발생의 개별적인 시간 지연과 그와 함께 전체 가용한 에너지의 최적의 활용이 피스톤 행정마다 달성될 수 있다. 여기서 개별적으로 조정되는 하부 피스톤 링들의 최대 압력 부하가 발생할 경우, 피스톤 운동의 결과로, 이미 윤활막이 존재하며, 이는 내마모성 작동을 추가로 보조한다. 개별 피스톤 링들에서 누출 가능성들의 개별 조정과 그와 함께 피스톤 링들의 부하의 개별 조정으로 인해 바람직하게는 피스톤 링의 비교적 느린 마모뿐만 아니라 피스톤 링 패키지의 모든 피스톤 링들의 예컨대 균등한 마모가 달성될 수 있고 그와 함께 피스톤 링 패키지 전체의 비교적 긴 총 수명이 실현된다. 이러한 시간이 경과한 후에 바람직하게는 모든 피스톤 링들이 교체할 상태가 되고, 그에 따라 물질 손실없이 시간을 절감하는 동시적인 교체가 가능하다. 또한 피스톤 링들의 교체를 위한 정비 주기가 비교적 길다는 점도 보장된다. 따라서 정비 비용 및 수리 비용이 비교적 적게 발생한다. 본 발명에 따른 조치들의 추가적인 장점은 각각 흡수되어야 할 부하의 개별 조정의 결과 피스톤 링들이 비교적 적은 질량으로 형성될 수 있다는 점이며, 이는 동적 힘을 바람직하게 감소시키고 따라서 출력 손실의 절감에도 유리한 영향을 끼친다.In this case, instead of the equalization of the leaks made in the individual piston rings and hence the pressure difference between the upper and lower pressures of the piston rings respectively assigned to the individual piston rings, the pressures assigned to the individual piston rings are Individual adjustments and thereby individual adjustments of the pressure differentials effective for the respective piston ring's behavior are provided in terms of continually optimizing the function of the entire piston ring package. The action according to the invention keeps the output loss caused by the leakage of gas allowed from the working chamber constant at a low level, thereby achieving good overall efficiency throughout the life of the piston ring package. The individual adjustment of the specified leak potential in the individual piston rings allows individual time delays of the maximum pressure load generation each assigned to each piston ring and, together with the optimum utilization of the total available energy, can be achieved per piston stroke. If a maximum pressure load of the lowerly adjusted piston piston rings occurs here, as a result of the piston movement, there is already a lubricating film, which further aids in wear-resistant operation. The individual adjustment of the leaking possibilities in the individual piston rings together with the individual adjustment of the load of the piston rings can advantageously achieve not only relatively slow wear of the piston ring but also for example equal wear of all the piston rings of the piston ring package and With it a relatively long total lifetime of the entire piston ring package is realized. After this period of time, preferably all piston rings are in a state of replacement, thus allowing simultaneous replacement which saves time without material loss. It is also guaranteed that the maintenance intervals for the replacement of the piston rings are relatively long. Thus, maintenance and repair costs are relatively low. A further advantage of the measures according to the invention is that the piston rings can be formed with a relatively small mass as a result of the individual adjustment of the load to be absorbed, respectively, which advantageously reduces the dynamic force and thus has a beneficial effect on the reduction of the output loss. Inflicted.

일차적인 조치들의 바람직한 실시예들 및 목적에 부합하는 개선 실시예들은 종속항들에 제시된다. Improvements consistent with the preferred embodiments and objectives of the primary measures are set out in the dependent claims.

따라서, 목적에 부합되게 피스톤 링 패키지의 모든 피스톤 링들은 홈이 없는, 원주 방향으로 폐쇄된 피스톤 링들로 형성될 수 있고, 개별 할당된, 피스톤 링들의 상면에서 그들의 하면으로 연장되는 가스 누출 경로들은 원주면 측의 그루브로 형성되되, 그루브의 깊이는 수명에 걸쳐 허용된 피스톤 링 두께의 마모량에, 피스톤과 이것을 수용하는 실린더 라이너(cylinder liner) 사이의 틈의 너비를 합산한 것 이상이고, 그루브의 총 횡단면은 각각 설정되되, 최상부 피스톤 링에는 가장 큰 가스 누출 횡단면(가스 누출 경로 횡단면적)을, 최하부 피스톤 링에는 가장 작은 가스 누출 횡단면을 해당 피스톤 링 패키지(11) 영역에서 형성하도록 그루브들이 개별 피스톤 링에 할당될 수 있다. 원주면 측의 그루브들을 통해 개별 피스톤 링의 원주면 상에서의 가스 누출이 균등하게 분배되고 그와 함께 단지 하나의 홈을 통해 형성되는 누출구를 지닌 배치 구조에 비해 상부 방향에서 하부 방향으로 누출 가스의 브레이크 다운(breakdown)이 감소된다. 또한 원주면 측 그루브들은 실린더 라이너의 세정 가스 슬롯(slot)의 영역에서 쉽게 관찰할 수 있고, 필요한 경우 청소할 수 있다. 개시된 원주면 측 그루브들의 깊이는 가용한 유효 흐름 횡단면이, 이들 그루브가 할당된 피스톤 링의 전체 수명 기간 동안, 피스톤에 의해 커버되지 않는 그루브 영역과 일치하도록 정해지고, 그로 인해 유효 흐름 횡단면이 전체 수명 기간 동안 일정하게 유지되도록 보장한다. 따라서 이를 통해 원주면 측 그루브에 의해 허용된, 제어된 누출이 할당된 피스톤 링의 전체 수명에 걸쳐 일정하게 유지되는 것이 보장되며, 이는 피할 수 없는 출력 손실을 낮은 수준으로 지속시키기 위한 전제 조건이다. 따라서 바람직하게는 피스톤 링 패키지 전체의 총 수명에 걸쳐 엔진의 출력비가 동일하게 유지되도록 할 수 있다. 피스톤 링 패키지의 수명 중에 출력 변화는 바람직하게는 염려하지 않아도 된다. Accordingly, for the purpose all piston rings of the piston ring package can be formed of grooveless, circumferentially closed piston rings, and gas leak paths extending from their upper side to the lower side of their respective assigned piston rings, Formed with grooves on the main surface side, the depth of the groove being greater than the sum of the width of the gap between the piston and the cylinder liner receiving it, plus the amount of wear of the permitted piston ring thickness over its lifetime; The cross sections are each set, with grooves having individual piston rings to form the largest gas leak cross section (gas leak path cross section) in the top piston ring and the smallest gas leak cross section in the bottom piston ring in the area of the corresponding piston ring package 11. Can be assigned to Through the grooves on the circumferential side, the leakage of gas on the circumferential surface of the individual piston ring is equally distributed and therewith the arrangement of leaks formed through only one groove, Breakdown is reduced. The circumferential side grooves are also easily visible in the area of the cleaning gas slot of the cylinder liner and can be cleaned if necessary. The depth of the disclosed circumferential side grooves is such that the available effective flow cross sections are coincident with the groove area not covered by the piston for the entire life of the piston ring to which these grooves are assigned, whereby the effective flow cross section is the full life span. Ensure it stays constant for the duration. This ensures that controlled leakage, permitted by the circumferential side groove, remains constant over the entire life of the assigned piston ring, which is a prerequisite for sustaining unavoidable output losses at low levels. It is therefore advantageously possible to keep the output ratio of the engine the same over the entire life of the piston ring package. During the life of the piston ring package the output change is preferably not to be concerned.

피스톤 링 당(링마다) 모듈 방식으로 제공되는 그루브들은 개별적인 요구 사항에 부합되게 변경될 수 있다.The grooves provided modularly per piston ring (per ring) can be modified to meet individual requirements.

실무에 있어 잘 이용될 수 있는 결정 규칙은 피스톤 링 당 제공되는 동일한 크기의 원주면 측 그루브들의 개수가, 최상부 피스톤 링으로부터 출발하여 피스톤 링에서 피스톤 링으로 갈수록 각각, 많아야 1개의 원주면 측 그루브가진 피스톤 링에 이르기까지 절반씩 감소되고, 그런 다음 바람직하게는 동일하게 유지된다는 점에 있을 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 그루브가 존재한다. 실무 중심의 해법은 상부 피스톤 링들에서, 여하튼 보다 덜 압력을 받는 하부의 피스톤 링들에서 보다 더욱 큰 감압이 제공되고, 그럼으로써 전체적으로 예컨대 피스톤 링들의 균등한 부하와 그와 더불어 균등한 마모 및 출력 손실의 일관성이 제공되는 것이다.A well-determined decision rule in practice is that the number of equally sized circumferential side grooves provided per piston ring has at least one circumferential side groove, starting from the top piston ring and going from the piston ring to the piston ring, respectively. It may be in that it is reduced by half up to the piston ring and then preferably remains the same. Preferably at least one groove is present. A practical center solution provides greater depressurization in the upper piston rings, in some cases the lower piston rings, which are less pressured, so that, for example, the overall load of, for example, the equal load of the piston rings together with the equivalent wear and output loss. Consistency is provided.

일차적인 조치들의 추가적인 바람직한 실시예들과 목적에 부합하는 개선 실시예들은 나머지 종속항들에서 개시되고 다음의 실시예 설명은 도면을 이용하여 더욱 상세하게 추론할 수 있다.Further preferred embodiments and improvements of the primary measures consistent with the objectives are disclosed in the remaining dependent claims and the following embodiment description can be inferred in more detail using the drawings.

본 발명에 따르면, 피스톤 링 패키지의 기능을 최적화하여 왕복 피스톤 내연 기관의 출력 손실을 줄이고, 피스톤 링 패키지 내의 피스톤 링 간의 마모도를 균등하게 하여 피스톤 링 패키지 전체의 수명을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to optimize the function of the piston ring package to reduce the output loss of the reciprocating piston internal combustion engine, and to equalize the wear between the piston rings in the piston ring package, thereby increasing the life of the whole piston ring package.

도 1은 왕복 피스톤 내연 기관의 실린더-피스톤 유닛의 상부 영역을 절단하여 도시하는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 피스톤 링의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 세부 사항(III)을 수직 방향으로 연장되는 그루브와 함께 확대하여 도시한 개략도이다.
도 4-7은 도 1의 기초가 되는 피스톤 링 패키지의, 경사진 그루브들을 지닌 피스톤 링 4개의 전개도들이다. 1 is a longitudinal cross-sectional view of the upper region of the cylinder-piston unit of a reciprocating piston internal combustion engine;
2 is a perspective view showing a part of a piston ring according to the present invention.
3 is an enlarged schematic view of detail (III) of FIG. 1 with a groove extending in the vertical direction.
4-7 are exploded views of four piston rings with inclined grooves of the piston ring package underlying FIG. 1.

본 발명의 주된 응용 분야는 대형 엔진으로서 형성되는 왕복 피스톤 내연 기관, 예컨대 선박의 엔진에 이용되는 것과 같은 특히 2행정 대형 디젤 엔진이다. 그러한 배치 구조의 기본적인 구조와 작동 방식은 공지되어 있고, 따라서 본 맥락에서는 추가적으로 설명할 필요가 없다. The main field of application of the invention is in particular two-stroke large diesel engines, such as those used in engines of ships, such as reciprocating piston internal combustion engines that are formed as large engines. The basic structure and manner of operation of such an arrangement is known and therefore does not need to be further explained in this context.

도 1의 기초가 되는 실린더-피스톤 유닛은 2행정 대형 디젤 엔진에 속한다. 도시된 실린더-피스톤 유닛은 실린더(1)와 이에 수용된 피스톤(2)으로 이루어진다. 실린더(1)는 원주 방향으로 연장되는 실린더 라이너(3)와 그 위에 수용되는 실린더 커버(4)를 포함한다. 실린더(1) 내에 작동 챔버(5)가 제공되고, 이 작동 챔버(5)의 하부 경계는 실린더 라이너(3) 내에서 안내되고 상하로 승강하는 피스톤(2)에 의해 형성된다. 작동 챔버(5)에는 상부의 배출 가스 유출구(6)가 제공되고, 포핏 밸브(poppet valve)로 형성되는 배기 밸브(7)가 할당된다. 작동 챔버(5)는 실린더 커버(4)에 배치된 적어도 하나의 분사 밸브(8)를 통해서는 연료를, 실린더 라이너(3) 하부 영역에 제공되고 여기서 상세하게 도시되지 않는 유입 홈을 통해서는 본질적으로 공기로 구성되는 세정 가스를 공급받을 수 있다.The cylinder-piston unit, which is the basis of FIG. 1, belongs to a two-stroke large diesel engine. The illustrated cylinder-piston unit consists of a cylinder 1 and a piston 2 housed therein. The cylinder 1 comprises a cylinder liner 3 extending in the circumferential direction and a cylinder cover 4 received thereon. An operating chamber 5 is provided in the cylinder 1, the lower boundary of which is formed by a piston 2 which is guided in the cylinder liner 3 and lifts up and down. The working chamber 5 is provided with an exhaust gas outlet 6 at the top, and is assigned an exhaust valve 7 which is formed as a poppet valve. The operating chamber 5 essentially feeds fuel through at least one injection valve 8 disposed in the cylinder cover 4 through an inlet groove provided in the lower region of the cylinder liner 3 and not shown in detail here. It can be supplied with a cleaning gas consisting of air.

본원의 방식의 대형 엔진의 피스톤(2)은 대체로 도 1에 도시된 상부와 이와 연결된, 상세히 도시되지 않는 하부로 구성되되, 하부는 상세히 설명되지 않으나 피스톤 로드를 지나서는 크로스헤드와, 크로스헤드에 관절 형태로 연결되는 커넥팅 로드를 지나서는 크랭크 샤프트와 상호 작용한다. 피스톤(2)은 도시된 상부 영역에 복수의, 중첩되게 배치되는 피스톤 링 그루브들(9a, b, c, d)을 구비하며, 이 피스톤 링 그루브들 내에 각각 할당된 피스톤 링(10a, b, c, d)이 배치된다. 도시된 실시예에는 중첩되게 배치된 4개의 피스톤 링 그루브들(9a, b, c, d)과 그에 부합하여 중첩되게 배치된 피스톤 링들(10a, b, c, d) 4개가 제공된다. 중첩되게 배치된 피스톤 링들(10a, b, c, d)은 이른바 피스톤 링 패키지(11)를 형성한다. The piston 2 of the large engine of the present application is generally composed of an upper part shown in FIG. 1 and a lower part not connected in detail, connected thereto, the lower part of which is not described in detail but crosses over the piston rod and crosshead. Interact with the crankshaft past the articulating connecting rod. The piston 2 has a plurality of overlapping piston ring grooves 9a, b, c, d in the upper region shown, each of which is assigned a piston ring 10a, b, c, d) are arranged. The illustrated embodiment is provided with four piston ring grooves 9a, b, c, d arranged in overlap and four piston rings 10a, b, c, d arranged in correspondence with each other. The superposed piston rings 10a, b, c, d form a so-called piston ring package 11.

피스톤 링 패키지(11)의 피스톤 링들은 피스톤(2)의 외부 원주부와 실린더 라이너(3)의 내부 원주부 사이의 틈을 메운다. 따라서 피스톤 링 패키지(11)는 피스톤(2)의 작동 행정마다 상부로부터는 작동 챔버(5)에서 생성되는 연소 압력에 의해 가압되고, 하부로부터는 피스톤(2) 하부의 공간에 존재하는 압력에 의해 가압되되, 이 압력은 앞서 언급한 실린더 라이너(3)의 유입 슬롯을 지나서 작동 챔버(5)로 공급되는 세정 가스의 압력이다. The piston rings of the piston ring package 11 fill a gap between the outer circumference of the piston 2 and the inner circumference of the cylinder liner 3. Thus, the piston ring package 11 is pressurized by the combustion pressure generated in the working chamber 5 from the top at every operating stroke of the piston 2, and from the bottom by the pressure present in the space below the piston 2. Pressurized but this pressure is the pressure of the cleaning gas which is fed to the working chamber 5 past the inlet slot of the cylinder liner 3 mentioned above.

피스톤 링 패키지(11)는 자신의 피스톤 링들이 실린더 라이너(3)와 접촉함으로써 작동 챔버(5)부터의 연소 가스의 과도한 누출을 방지하고 동시에 피스톤(2)의 반경 방향의 안정화를 실현한다. 이를 위해 피스톤 링들(10a, b, c, d)은 반경 방향으로 내부로부터 인가되는 가스 압력에 의해 반경 방향으로 팽창되고, 실린더 라이너(3)에 밀착된다. 이를 실행하기 위해, 피스톤 링 패키지(11) 영역에 소정의 가스 누출이 요구되고, 그럼으로써 최상부 피스톤 링(10a) 뿐만 아니라, 그 하부로 연속되는 피스톤 링들(10b, c, d) 또한 반경 방향으로 내부로부터 가스 압력을 공급받는다. 이를 위해 피스톤 링들(10a, b, c, d)에는 제어된 누출을 위한 수단이 제공된다. 따라서 피스톤 링들(10a, b, c, d)의 각각에서는 할당된 누출에 좌우되고 자신의 상면과 자신의 하면에 인가되는 압력들 간의 압력차가 생겨난다. 이러한 압력차에 의해 해당 피스톤 링의 마모가 실질적으로 영향을 받는다. The piston ring package 11 prevents excessive leakage of combustion gas from the working chamber 5 by bringing its piston rings into contact with the cylinder liner 3 and at the same time realizes stabilization of the radial direction of the piston 2. To this end, the piston rings 10a, b, c, d are inflated in the radial direction by the gas pressure applied from the inside in the radial direction and in close contact with the cylinder liner 3. In order to do this, a certain gas leak is required in the region of the piston ring package 11, whereby not only the top piston ring 10a but also the piston rings 10b, c, d which are continuous below it are also radially. The gas pressure is supplied from the inside. For this purpose the piston rings 10a, b, c, d are provided with means for controlled leakage. Thus, in each of the piston rings 10a, b, c, d, a pressure difference arises between the pressure applied to its upper surface and its lower surface, depending on the assigned leak. This pressure difference substantially affects the wear of the piston ring.

피스톤 링 패키지(11)의 영역 내에서 연소 가스의 불가피한 누출은 필연적으로 소정의 출력 손실을 초래한다. 이는 실질적으로 피할 수 없으나, 최소화해야 하고, 피스톤 링 패키지(11)의 목표 수명에 걸쳐 본질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 이를 위해 마모와 마모의 전제 조건으로서 누출이 피스톤 링 패키지의 각각의 피스톤 링들(10a, b, c, d)에서 피스톤 링 패키지(11)의 목표 수명에 걸쳐 일정하게 유지되어야 한다. 이와 관련하여 모든 혹은 어쨌든 복수의 영향 인자를 고려하여, 개별 피스톤 링들(10a, b, c, d)에서 각각 실현되는, 제어된 누출이 각각의 피스톤 링(10a, b, c, d)에 대해 개별적으로 각각 존재하는 비율에 맞추어 조정된다. 이러한 개별적인 조정은 개별 피스톤 링들(10a, b, c, d)에서 균등한 마모와 그럼으로써 총 수명에 걸쳐 일정한 누출이 제공되도록 이루어진다. 이로 인해 개별 피스톤 링들(10a, b, c, d)에서 발생하는 누출들 간의 관계 역시도 피스톤 링 패키지(11)의 총 수명에 걸쳐 변하지 않으며, 그럼으로써 전체적으로 피스톤 링 패키지(11)의 총 수명에 걸쳐 출력 손실이 일정하도록 할 수 있다.Unavoidable leakage of combustion gas in the region of the piston ring package 11 inevitably results in some output loss. This is substantially unavoidable but should be minimized and kept essentially constant over the target life of the piston ring package 11. To this end, leakage must be kept constant over the target life of the piston ring package 11 in the respective piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package as a prerequisite for wear and abrasion. In this regard, controlled leakage is realized for each piston ring 10a, b, c, d, respectively, which is realized in individual piston rings 10a, b, c, d, taking into account all or any plurality of influence factors. Individually adjusted for each existing proportion. These individual adjustments are made to provide even wear in the individual piston rings 10a, b, c, d and thereby provide a constant leak over the total life. Due to this the relationship between leaks occurring in the individual piston rings 10a, b, c, d also does not change over the total life of the piston ring package 11, thereby over the entire life of the piston ring package 11. The output loss can be made constant.

언급된 조치들은 피스톤 링 패키지(11)의 모든 피스톤 링들(10a, b, c, d)이 홈이 없는, 원주 방향으로 폐쇄된, 도 2에 도시된 방식의 이른바 밀봉형 피스톤 링들로서 형성되고, 이 피스톤 링들에 개별적으로 결정된 가스 누출 경로는 예컨대 원주면 측의 그루브들(12) 형태로 할당됨으로써 용이해진다. 그루브들(12)은 여기서 비스듬히 경사지며, 이는 할당된 그루브들(12) 내에서 피스톤 축을 중심으로 피스톤 링들의 회전을 야기하며 그와 함께 경우에 따른 마모의 균일화를 보조한다. 도시된 예시들(도 4-7)에서 도시된 피스톤 링 패키지(11)의 모든 피스톤 링들(10a-d)의 모든 그루브들(12)은 동일한 방향으로, 즉 통상적인 사선 형태로 우측 상단에서부터 좌측 하단으로 경사진다. 연속되는 피스톤 링들에서 이루어지는 누출들의 바람직하지 못한 결합, 즉 이른바 블로 바이(blow by)를 방지하기 위하여 연속되는 피스톤 링들의 그루브들(12)은 적합하게는 서로 반대 방향으로 경사지게 해야 한다. The measures mentioned are formed as so-called sealed piston rings in the manner shown in FIG. 2, in which all the piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11 are closed in the circumferential direction without grooves, The gas leakage path determined individually to these piston rings is facilitated by, for example, being assigned in the form of grooves 12 on the circumferential side. The grooves 12 are inclined obliquely here, which causes the rotation of the piston rings about the piston axis in the assigned grooves 12 and with it assists the uniformity of the wear in some cases. All the grooves 12 of all the piston rings 10a-d of the piston ring package 11 shown in the illustrated examples (FIGS. 4-7) are in the same direction, i. Incline to the bottom. The grooves 12 of the continuous piston rings should suitably be inclined in opposite directions to each other in order to prevent undesired coupling of leaks in the successive piston rings, ie blow-by.

목적에 부합하게는, 최상부 피스톤 링(10a)은 도 4에 도시된 것과 반대로 역슬래쉬(backslash) 형태로 좌측 상단에서 우측 하단으로 경사진 그루브들(12)을 구비할 수 있다. 이로 인해 2행정 엔진인 경우, 통상 동일한 방향으로 경사지는 과급 공기 슬롯(charge air slot)을 통해 이러한 그루브들의 관찰이 용이해진다. 원주면 측 그루브들(12)에 대해 추가로 또는 대안으로, 중첩되게 배치되는 피스톤 링 그루브들(9a, b, c, d)을 서로 연결하고 혹은 최하부 피스톤 링 그루브(9d)로부터 하부 방향으로 출발하는, 바람직하게는 보어(bore)들에 의해 형성되는 유동 경로가 피스톤 측에 제공될 수도 있다. 원주 방향으로 폐쇄된, 홈 없는 피스톤 링들(10a, b, c, d)의 구조는, 도 2에서 분명하게 알 수 있듯이, 그루브와 스프링의 방식에 따라 맞물리는 단부 영역이 제공됨으로써 달성된다. 일측 단부 영역은, 도 2 좌측에 도시된 바, 반경 방향으로 외부와 하부로 개방된 챔버 형태의 리세스부(13)를 구비한다. 타측 단부 영역은, 도 2 우측에 도시된 바, 원주 방향으로 돌출된 핑거(14)(finger)를 구비하며, 이 핑거(14)는 횡단면에 따라 리세스부(13)의 횡단면에 맞추어 조절되고 이에 맞물린다. 리세스부(13)와 핑거(14)의 상호 맞물림 길이는 피스톤 링이 팽창되는 경우에도 마모의 결과로 상호 맞물림이 결코 완전히 제거되지 않도록 설정된다. 이런 방식으로 원주면 측으로 폐쇄되고, 실린더 라이너의 활주면과 밀폐되는 방식으로 상호 작용하는 원주면 뿐만 아니라 바닥 측으로 폐쇄되어 원주 방향으로 연장되며, 할당된 피스톤 링 그루브의 하면과 밀폐하는 방식으로 상호 작용하는 바닥면이 형성된다. 이 2 면들은 함께 협력하여 상부 방향에서 하부 방향으로의 가스의 관통을 저지한다. 바닥면은 이 때 그루브들이 없는 편평한 면 같은 것으로서 형성되고, 그럼으로써 어떠한 회전 위치에서도 밀봉 작용이 제공된다. For the purpose, the top piston ring 10a may have grooves 12 inclined from the top left to the bottom right in the form of backslashes as opposed to that shown in FIG. This facilitates the observation of these grooves in a two-stroke engine, usually through a charge air slot that slopes in the same direction. In addition or alternatively to the circumferential side grooves 12, the piston ring grooves 9a, b, c, d arranged in an overlapping manner are connected to each other or start downward from the lowest piston ring groove 9d. A flow path, preferably formed by bores, may be provided on the piston side. The structure of the grooveless piston rings 10a, b, c, d, which are closed in the circumferential direction, is achieved by providing an end region which engages in the manner of a groove and a spring, as can be clearly seen in FIG. One end portion region, as shown on the left side of FIG. 2, has a recess 13 in the form of a chamber that is open to the outside and the bottom in the radial direction. The other end region has a finger 14 projecting in the circumferential direction, as shown on the right side of FIG. 2, which finger 14 is adapted to the cross section of the recess 13 according to the cross section. Engage with this. The interengagement length of the recess 13 and the finger 14 is set such that even when the piston ring is inflated, the interengagement is never completely eliminated as a result of wear. In this way it is closed to the circumferential side, closed to the bottom and extending in the circumferential direction as well as the circumferential surface, which interacts in a closed manner with the sliding surface of the cylinder liner, and interacts in a closed manner with the bottom of the assigned piston ring groove. The bottom surface is formed. These two sides work together to prevent the penetration of gas from the top direction to the bottom direction. The bottom surface is then formed as a flat surface without grooves, thereby providing a sealing action in any rotary position.

가스 누출 경로를 형성하고, 도 3에서는 편의상 수직 방향으로 연장되는 방식으로 도시된, 원주면 측 그루브들(12)의 깊이(t)는 도 3에서 가장 잘 알 수 있듯이, 할당된 피스톤 링(10)의 전체 수명에 걸쳐 허용된 피스톤 링 두께의 마모량을 피스톤(2)의 외부면과 실린더 라이너(3)의 활주면 간의 틈의 너비(b)에 합산한 것과 일치한다. 이런 방식으로 피스톤 링(10)의 전체 수명 기간 동안, 틈 너비(b)×그루브 폭(a)으로 생성되는 유효 흐름 횡단면이 일정하게 유지된다. 적합하게는 여기서 원주면 측의 그루브들(12)에 의해 형성되는 가스 누출 경로는 링 면에 대해 비스듬히, 바람직하게 여기서는 45°로 경사지게 배치될 수 있다. 이는 피스톤 링 패키지(11)의 중첩되게 배치된 피스톤 링들(10a, b, c, d)에 나타나는 최대 부하 발생이 바람직하게 시간적으로 지연되도록 보조한다. The depth t of the circumferential side grooves 12, which forms a gas leak path and is shown in a manner extending in the vertical direction for convenience in FIG. 3, is best seen in FIG. The amount of wear of the piston ring thickness allowed over the entire lifetime of the φ is equal to the sum of the width b of the gap between the outer surface of the piston 2 and the sliding surface of the cylinder liner 3. In this way, during the entire life of the piston ring 10, the effective flow cross section produced by the gap width b × groove width a is kept constant. Suitably the gas leak path formed by the grooves 12 on the circumferential surface side may be arranged obliquely to the ring surface, preferably here inclined at 45 °. This helps to ensure that the maximum load generation present in the superposedly arranged piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11 is preferably delayed in time.

중첩되게 배치되는 피스톤 링들(10a, b, c, d)에 각각 할당된 가스 누출 경로, 즉 그것의 유효 흐름 횡단면의 개별 설정은 그것의 개수, 여기서는 그루브들(12)의 개수 및/또는 그것의 너비, 여기서는 그루브 폭(a)의 변경에 의해 이루어질 수 있다. 목적에 부합되게 유효 흐름 횡단면의 크기는 작동 챔버(5)와 가장 가깝게 인접한 최상부 피스톤 링(10a)으로부터 출발하여 하부 방향으로 그 다음 피스톤 링들(10b, c, d)로 갈수록 단계적으로 감소된다. 이때 최상부 피스톤 링(10a)에 가장 큰 누출 흐름 횡단면이 할당되고, 그 하부에 위치한 피스톤 링들(10b, c, d)에는 점차 더 작은 누출 흐름 횡단면이 할당된다. 따라서 각각 허용된, 제어된 누출은 작동 챔버(5)로부터의 이격 간격이 커지면서 감소된다. The gas leakage path assigned to each of the piston rings 10a, b, c, d arranged overlapping, i.e. the individual setting of its effective flow cross section, is its number, here the number of grooves 12 and / or its By changing the width, here the groove width a. For the purpose, the size of the effective flow cross section decreases step by step starting from the top piston ring 10a closest to the working chamber 5 and downwards to the next piston rings 10b, c, d. The largest leakage flow cross section is then assigned to the top piston ring 10a, and gradually smaller leakage flow cross sections are assigned to the piston rings 10b, c, d located below it. Thus, each allowed controlled leak is reduced as the separation distance from the working chamber 5 increases.

목적에 부합하게 모든 원주면 측 그루브들(12)은 폭이 동일하고, 그럼으로써 최상부 피스톤 링(10a)이 가장 많은 그루브들(12)을 보유하고 그 하부에 위치하는 피스톤 링들의 그루브들(12)의 개수는 하부 방향으로 갈수록 감소한다. 바람직하게는 이때 각각 선행하는 피스톤 링의 그루브들(12)의 개수의 절반씩 감소가 이루어지게 된다. 이 경우 하부 피스톤 링들에 대해서는 하나를 넘는 원주면 측 그루브를 포함하는 마지막 피스톤 링 아래의 모든 피스톤 링들은 각각 하나의 원주면 측 그루브를 포함하는 점이 적용된다. In accordance with the purpose all the circumferential side grooves 12 have the same width, so that the grooves of the piston rings 12, with the top piston ring 10a holding the most grooves 12 and located below it, 12 ) Decreases toward the bottom direction. Preferably at this time a reduction is made by half of the number of grooves 12 of each preceding piston ring. In this case it applies to the lower piston rings that all piston rings below the last piston ring, including more than one circumferential side groove, each comprise one circumferential side groove.

전술한 규칙들은 도 4-7을 이용하여 설명되고, 각각 4 개의 피스톤 링들을 포함한 피스톤 링 패키지(11)의 피스톤 링이 이 도들에 기초가 된다. 도 4에 기초가 되는 최상부 피스톤 링(10a)는 여기서 4개의 원주면 측 그루브들(12)을 보유한다. 그 아래에 위치하는, 도 5에 기초가 되는 피스톤 링(10b)의 그루브들(12)의 개수는 최상부 피스톤 링(10a)의 그루브들(12)의 개수보다 절반만큼 더 적다. 그러므로 피스톤 링(10b)은 원주면 측 그루브들(12)을 2개만 보유한다. 이러한 규칙은 그 다음의, 도 6에 기초가 되는 피스톤 링(10c)에도 적용된다. 따라서 이 피스톤 링(10c)은 원주면 측 그루브(12)를 1개만 보유한다. 이 개수는 추가의 모든 피스톤 링들, 여기서는 도 7에 근간이 되고 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 최하부 피스톤 링(10d)에 대해 유지된다. 그러나 또 다른 감소 규칙도 생각해 볼 수 있다. 예컨대 2 개의 가운데 피스톤 링들(10b, c)이 각각 동일한 개수의 예컨대 2 개의 그루브들(12)을, 최하위 피스톤 링(10d)은 하나의 그루브(12)를 보유하든지 또는 하나도 구비하지 않을 수도 있다. 중첩되게 배치된 피스톤 링들의 개수도 역시 4 개의 피스톤 링들로 설명된 실시예와 위쪽으로 또는 아래쪽으로 차이가 날 수 있다. 어쨌거나 각각 허용된 누출 규모가 작동 챔버(5)로부터 멀어 질수록 감소된다. 즉 작동 챔버(5)에 바로 인접한 상부에서의 누출 규모가 보다 하부 혹은 최하부에서의 누출 규모보다 크다.The foregoing rules are explained using FIGS. 4-7, the piston rings of the piston ring package 11 comprising four piston rings each based on these figures. The top piston ring 10a, which is based on FIG. 4, here holds four circumferential side grooves 12. Located below it, the number of grooves 12 of the piston ring 10b based on FIG. 5 is half less than the number of grooves 12 of the top piston ring 10a. The piston ring 10b therefore holds only two circumferential side grooves 12. This rule also applies to the piston ring 10c, which is then based on FIG. 6. Therefore, this piston ring 10c has only one circumferential side groove 12. This number is maintained for all further piston rings, here the lowest piston ring 10d, which is based on FIG. 7 and spaced farthest from the working chamber 5. But another reduction rule is conceivable. For example, two middle piston rings 10b and c may each have the same number of two grooves 12, for example, and the lowest piston ring 10d may or may not have one groove 12. The number of piston rings arranged in an overlap may also differ upwards or downwards from the embodiment described by the four piston rings. In any case, the amount of leakage allowed for each decreases further away from the working chamber 5. That is, the leak magnitude at the top immediately adjacent to the working chamber 5 is greater than the leak magnitude at the bottom or bottom.

도 4-7에서는, 앞서 이미 언급하였듯이 간단하게 도시된, 도시된 피스톤 링 패키지의 모든 피스톤 링들(10a-d)이 오른 나사의 경우와 같이 경사진 그루브들(12)을 구비한다. 그러나 실제로는 목적에 부합하게 연속되는 피스톤 링들의 그루브들(12)은 서로 반대 방향으로 경사지게 된다. 예컨대 최상부 피스톤 링(10a)의 그루브들(12)들은 왼 나사에서와 같이 경사지게 되고, 제 2의 피스톤 링(10b)의 그루브들(12)은 오른 나사에서와 같이 경사지게 되는 등이다. 이와 같은 방식으로 그루브들(12)에 의해 실질적으로 형성되는, 연속되는 피스톤들의 흐름 노즐들이 동일한 방향으로 배향되어, 그 흐름 노즐로부터 유출되는 제트들이 실제로 편향 없이 피스톤 링 그루브로부터 다음 피스톤링 그루브로 블로 바이(blow by) 될 수 있는 점이 방지된다. 이러한 블로 바이 효과(blow by effect)는 앞서 언급된 연속되는 피스톤 링들의 서로 반대 방향의 기울기에 의해 방지된다. In Figures 4-7, all the piston rings 10a-d of the illustrated piston ring package, shown briefly as already mentioned above, have inclined grooves 12 as in the case of a right screw. In practice, however, the grooves 12 of the piston rings that are continuous for the purpose are inclined in opposite directions to each other. For example, the grooves 12 of the top piston ring 10a are inclined as in the left hand thread, the grooves 12 of the second piston ring 10b are inclined as in the right hand thread and so on. In this way the flow nozzles of successive pistons, substantially formed by the grooves 12, are oriented in the same direction so that the jets exiting from the flow nozzle blow from the piston ring groove to the next piston ring groove without actually deflecting. What can be blown by is avoided. This blow by effect is prevented by the inclination of the consecutive piston rings mentioned above in opposite directions.

2행정 엔진의 경우 실린더 라이너 하부 영역에 제공되는 과급 공기 유입 슬롯에 의해 형성되는 창을 통해 그루브들의 육안 점검이 용이하기 위해서는, 피스톤 운동 시에 이 유입 슬롯 영역에 도달하는 최상부 피스톤 링(10a)의 그루브들(12)이 유입 슬롯과 동일한 기울기를 보유하는 것이 바람직하다. 통상 기울기는 왼 나사 기울기이다.In the case of a two-stroke engine, in order to facilitate visual inspection of the grooves through the window formed by the boost air inlet slot provided in the cylinder liner lower region, the top piston ring 10a reaching this inlet slot region during piston movement is It is preferred that the grooves 12 have the same slope as the inlet slot. The slope is usually the left screw slope.

앞서 서술한, 개별 피스톤 링들(10a, b, c, d)의 각각 제어된 허용 누출의 개별 설정은 개별 피스톤 링들의 균등한 마모를 위해 적합한 개별 부하들과, 피스톤 링 패키지(11)의 수명 전체에 걸쳐 불가피한 지속적인 출력 손실의 일관성에 대해 바람직한 관계를 발생시킨다. 이러한 출력 손실을 최소화하기 위하여 피스톤 링들(10a, b, c, d)은 피스톤 링 패키지(11) 전체의 밀봉 작용이 전체적으로 서두에 설명된, 공지된 배치 구조의 밀봉 작용을 능가하도록 형성되고, 그럼으로써 작동 행정마다 작동 챔버로부터 유출되는 누출 볼륨이 공지된 배치 구조에서 기대되는 누출보다 적다. 이를 위해 개별 피스톤 링들(10a, b, c, d)에 각각 할당된 가스 누출 경로의 유효 흐름 횡단면은 구체적인 경우의 각각의 요구에 부합하여 각각 조정된다. 도시된 실시예에서는 유효 흐름 횡단면이 하부 방향으로 갈수록 단계적으로 감소된다. 즉 유효 흐름 횡단면이 작동 챔버(5)에 가장 가깝게 인접한 최상부 피스톤 링(10a)로부터 출발하여 작동 챔버로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(10d)에 이르기까지 하부 방향으로 감소된다. 그런 방식으로 상부 방향에서 하부 방향으로, 즉 작동 챔버로부터 점차 이격되면서 본 발명에 따라 조정되는 누출 용량은 바람직하게는 비교적 느린 피스톤 링들의 마모와 또한 그로 인해 긴 수명을 가져온다. As described above, the individual setting of each controlled permissible leakage of the individual piston rings 10a, b, c, d is characterized by the individual loads suitable for even wear of the individual piston rings and the entire life of the piston ring package 11. This creates a desirable relationship for the consistency of unavoidable sustained output losses over time. To minimize this output loss, the piston rings 10a, b, c, d are formed so that the sealing action of the piston ring package 11 as a whole exceeds the sealing action of the known arrangement structure, described earlier. As a result, the volume of leaks exiting the working chamber from each working stroke is less than the leaks expected in known batch structures. For this purpose the effective flow cross section of the gas leak path, respectively assigned to the individual piston rings 10a, b, c, d, is individually adapted to the respective needs of the specific case. In the illustrated embodiment, the effective flow cross section decreases step by step in the downward direction. That is, the effective flow cross section is reduced in the downward direction starting from the top piston ring 10a closest to the working chamber 5 to the piston ring 10d farthest away from the working chamber. In such a way the leakage capacity which is adjusted according to the invention from the upper direction to the lower direction, ie gradually away from the working chamber, preferably leads to wear of the relatively slow piston rings and thus a long life.

본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않는다. The invention is not limited to the described embodiments.

Claims

A method of optimizing the function of a piston ring package 11 of a piston (2) having a plurality of overlapping piston rings (10a, b, c, d), in which every actuation of the reciprocating piston internal combustion engine, in particular the piston At the time of stroke, it is pressurized by the combustion pressure generated in the working chamber 5 which is bounded by the piston 2 from the top, and from the bottom by the pressure present under the piston 2, To optimize the function of the reciprocating piston internal combustion engine, in particular the piston ring package 11 of the piston of a two-stroke large diesel engine, in which the gas exiting the working chamber 5 is present in the region of the piston ring package 11. In the method, all the piston rings (10a, b, c, d) of the piston ring package 11 is allowed to withdraw the gas from the working stroke (5), in the arrangement of the grooved piston rings It is allowed a relatively small, controlled leakage, the leakage characterized in that the separately determined for each of the piston rings (10a, b, c, d).

The controlled leakage of the gas flowing out of the working stroke 5, as realized in the respective piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11, is thereby brought about. The output loss is characterized in that it is individually determined to be constant over the life of the piston ring package (11).

The controlled leakage of the gas exiting the working chamber 5 according to claim 1 or 2, realized in the individual piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11, respectively. Separately determined, the total pressure drop between the pressures above and below the piston ring package 11 is distributed over all the piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11 so that the piston ring Characterized in that an even wear of all the piston rings (10a, b, c, d) of the package (11) occurs.

4. The leaking gas out of the working chamber 5, according to claim 1, wherein at each of the piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11. Each allowable, controlled and individually determined leak is individually affected, with the maximum pressure load of the successive piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11 at each stroke being lower in the upper direction. Effected to be delayed in the direction of time.

2. The leak of claim 1, wherein each of the allowed leaks starts from the piston ring 10a closest to the working chamber 5 to the piston ring 10d farthest away from the working chamber 5; Decreasing.

A piston ring package comprising a plurality of piston rings 10a, b, c, d arranged in an overlapping manner, wherein the piston rings 10a, b, c, d are pistons of a reciprocating piston internal combustion engine, in particular a two-stroke large diesel engine. A piston ring in each of the assigned piston ring grooves 9a, b, c, d of (2), wherein a leak of gas exiting the working chamber 5 is present in the piston ring package 11 region. In the package, all the piston rings 10a, b, c, d of the piston ring package 11 connect the spaces of the upper and lower portions of the respective piston rings 10a, b, c, d and the grooved piston An individually determined gas leakage path is assigned with a relatively small total cross section relative to the grooves of the rings, the effective cross section of which remains constant even if the assigned piston rings 10a, b, c, d are worn. Piston ring package, characterized in that.

A piston ring package according to claim 6 for carrying out the method according to claim 1.

8. The size of the free full flow cross section defined by the gas leakage paths assigned to the piston rings 10a, b, c, d, respectively, according to claim 6, Piston ring package, characterized in that it is reduced in individual adjusted steps starting from the upper piston ring (10a) to the piston ring (10d) spaced farthest from the working chamber (5) in the downward direction.

7. A piston ring package according to claim 6, wherein all the piston rings (10a, b, c, d) of the piston ring package (11) are formed from grooveless, circumferentially closed piston rings.

10. A method according to any one of claims 6 to 9, extending from an upper surface to a lower surface of the piston rings 10a, b, c, d, which are individually assigned to the piston rings 10a, b, c, d. The gas leak path is formed as circumferential side grooves 12, the depth of the grooves 12 being the piston 2 and the cylinder liner containing the sum of the allowable wear of the piston ring thickness over its lifetime. (3) The piston ring package, characterized in that more than the width of the gap.

The total cross section for each piston ring is individually determined, in which case the largest individual gas leak cross section is at the top piston ring 10a and the smallest individual gas leak is at the bottom piston ring 10d. A piston ring package, characterized in that a cross section is assigned, but within the area of the piston ring package (11) forming grooves (12).

12. A piston ring package according to claim 10 or 11, characterized in that the circumferential side grooves (12) extend in an inclined manner with respect to the ring plane.

The inclination of all the grooves 12 in the individual piston rings 10a, b, c, d is oriented in the same direction and the inclinations of the grooves 12 are opposite to each other in adjacent piston rings. Piston ring package, characterized in that the direction.

14. A groove according to claim 12 or 13, wherein the groove 12 of the uppermost piston ring 10a is formed from the upper left side in the form of a backslash on the radially visible surface of the piston ring lying horizontally from the outside in the radial direction. Piston ring package, characterized in that inclined in a way falling to the lower right.

15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that each of the piston rings (10a, b, c, d) is individually assigned a specified number of circumferential side grooves (12). Piston ring package.

15. The circumferential side grooves (12) of any one of claims 10-14, wherein each of the piston rings (10a, b, c, d) has a circumferential side groove (12) of the piston ring (10a, b, c, d). A piston ring package, characterized in that each of the individually specified width is assigned.

17. The structure of any one of claims 10 to 16, wherein the circumferential side grooves 12 of all the piston rings 10a, b, c, d are identical and the piston rings 10a, b, c, d) the number of the circumferential side grooves (12) decreases stepwise from the top of the piston ring (10a) to the downward direction.

18. The number of identical circumferential side grooves (12) provided per piston ring (10a, b, c, d), starting from the top piston ring (10a) and gradually going from piston ring to piston ring. Piston ring package, characterized in that the circumferential side groove (12) is reduced in half until at least one.

20. All of the piston rings (10c, d) provided below the bottommost piston ring (10b) having more than one circumferential side groove (12) each have one circumferential side groove (12). Piston ring package characterized in that it comprises.

20. The structure according to any one of claims 10 to 19, wherein the piston rings (10a, b, c, d) are at least four, and the structure of the circumferential side grooves (12) of the uppermost piston ring (10a). Is the same, the top piston ring 10a has four circumferential side grooves 12, the second piston ring 10b has two circumferential side grooves 12, and the additional Piston ring package, characterized in that the piston rings (10c, d) each have one circumferential side groove (12).