KR20120099141A

KR20120099141A - 왕복동 엔진

Info

Publication number: KR20120099141A
Application number: KR1020127019695A
Authority: KR
Inventors: 시게루 반도
Original assignee: 반도키코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-09-06
Also published as: EP2532871A4; US9133788B2; WO2011093106A1; KR101349064B1; EP2532871B1; CN102725503A; US20140000548A1; US20120298084A1; CN102725503B; EP2532871A1

Abstract

왕복동 엔진(1)은, 피스톤(2)의 톱 링(5)와 세컨드 링(6)과 세컨드 랜드(7) 및 실린더 내면(8)에 의해 둘러싸여 형성된 가스실(4)에, 팽창 행정 초기에 실린더 내면(8)의 스러스트측(10)의 상부위(22)에 마련된 가스 통로 구멍(23)으로부터 피스톤(2) 윗쪽의 고압 연소 가스(12)를 도입하고, 이 도입 고압 연소 가스(12)에 의해 피스톤(2)를 스러스트측(10)으로부터 지지하도록 되어 있고, 가스실(4) 내에 반할(半割) 링(13)이 스러스트측(10)에서 세컨드 랜드(7)에 씌워진 상태로, 또한 상하 방향으로 간극(20)을 두고 상하동이 자유롭게 삽입되어, 피스톤(2)의 왕복 운동에 의해 간극(20)만큼 상하 운동하여 가스실(4) 내가 항상 청소되도록 하였다.

Description

왕복동 엔진{Reciprocating engine}

본 발명은, 폭발 팽창 행정에서 피스톤에 작용하는 측압에 대항하여 피스톤을 고압 연소 가스에 의해 지지(가스압 플로팅)하여 피스톤과 실린더와의 마찰 저항을 감소시킨 왕복동 엔진의 개량에 관한 것이다.

특허문헌 1 내지 4에 기재된 기술은, 피스톤의 세컨드 랜드부에 가스실을 형성하고 폭발 팽창 행정 초기에 이 가스실에, 실린더 내면에 마련된 가스 통로 구멍으로부터 피스톤 윗쪽의 고압 연소 가스를 도입, 보유시키고, 이 도입, 보유된 고압 연소 가스에 의해 피스톤을 스러스트측으로부터 지지하여 피스톤과 실린더 내면과의 마찰 저항을 줄이는 기술이다.

특허문헌 1: 국제공개 제92/02722호 특허문헌 2: 국제공개 제2004/079177호 특허문헌 3: 유럽특허출원공개 제1878901호 특허문헌 4: 국제공개 제2008/047453호

그러나 엔진 운전중 상기 가스실에는 피스톤 윗쪽의 고압 연소 가스의 도입, 보유, 배출이 반복된다. 그러면 가스실의 표면에는 점차 카본의 부착 퇴적이 발생하게 된다.

그래서 본 발명은, 엔진 운전이 장기간에 걸쳐 상기 가스실에 고압 연소 가스의 도입, 보유, 배출이 반복되더라도 가스실에는 카본의 부착, 퇴적이 발생하지 않는 왕복동 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명은, 피스톤의 톱 링과 세컨드 링과 세컨드 랜드 및 실린더 내면에 의해 둘러싸여 형성된 가스실에, 팽창 행정의 초기에 실린더 내면의 스러스트측 상부위에 마련된 가스 통로 구멍으로부터 피스톤 윗쪽의 고압 연소 가스를 도입하고, 이 도입 고압 연소 가스에 의해 피스톤을 스러스트측으로부터 지지하도록 한 왕복동 엔진에 있어서, 상기 가스실 내에 반할(半割) 링이 스러스트측으로부터 세컨드 랜드에 씌워진 상태로, 또한 상하 방향으로 간극을 두고 상하동(上下動)이 자유롭게 삽입되어, 피스톤의 왕복 운동에 의해 상기 간극만큼 상하 운동하여 가스실 내가 항상 청소되도록 한 왕복동 엔진이다.

본 발명의 왕복동 엔진에서는, 가스실이 고압 연소 가스의 도입, 보유, 배출의 반복에 노출되어 있더라도 가스실 내는 반할 링이 항상 상하동을 계속하면서 청소 행위를 하기 때문에 가스실 내는 카본의 부착, 퇴적이 발생하지 않는다.

본 발명에서는 반할 링은 스테인레스, 스프링강 등 내열성 금속판에 의해 형성되어 있어도 좋지만, 본 발명의 바람직한 예에서는, 반할 링은 알루미늄 합금 등에 의해 형성된 피스톤의 형성 재료보다 단열성이 높은, 예를 들면 스테인레스강에 의해 형성된 금속판에 의해 형성되어 있다.

이러한 예에서는, 반할 링이 단열성을 가지고 있기 때문에 가스실 내에 도입된 고압 연소 가스를 고온으로 유지할 수 있는 결과, 가스실 내에서의 카본의 부착, 퇴적 발생을 더욱 더 바람직하게 방지할 수 있다.

아울러 본 발명의 왕복동 엔진에서, 상기 「상하 방향」 및 「상하동」은 피스톤의 왕복 운동 방향에 따른 방향의 움직임을 의미한다.

상기 가스실이 고압 연소 가스의 도입, 보유, 배출의 반복에 노출되어 있더라도 가스실 내는 반할 링이 항상 상하동을 계속하여 청소 행위를 하고 있기 때문에 가스실 내는 카본의 부착, 퇴적이 발생하지 않아, 도입된 고압 연소 가스는 고온을 유지할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시예의 왕복동 엔진의 종단면 설명도,
도 2는, 도 1에서 반할 링을 단면으로 도시한 동일 종단면 설명도,
도 3은, 도 1 및 도 2에 도시한 반할 링의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 도시한 실시예에 기초하여 설명하기로 한다.

<실시예>

도 1 및 도 2는, 폭발 팽창 행정에서의 피스톤(2)의 강하 공정 초기의 상태를 도시한다.

도 1 및 도 2에는, 폭발 팽창 행정 초기에 있는 본 실시예의 왕복동 엔진(1)이 도시되어 있다.

2는 피스톤, 3은 실린더이다. 그리고 4는 가스실이다.

가스실(4)은, 피스톤(2)의 톱 링(5)와 세컨드 링(6)과, 세컨드 랜드(7)와 실린더 내면(8)으로 둘러싸여 형성되어 있다. 가스실(4)은 세로폭(9)이 스러스트측(10)에서 넓고 반스러스트측(11)에서 좁게 되어 있다.

이것은, 가스압을 받는 면적을 스러스트측(10)에서 넓게 하고, 반스러스트측(11)에서 작게 하여 도입, 보유한 고압 연소 가스(12)에 의해 피스톤(2)를 스러스트측(10)으로부터 지지(피스톤측압에 대항하여)하여, 반스러스트측(11)로부터의 밀어냄을 줄이기 위함이다.

그런데 가스실(4)에는 원호 형상의 반할(半割)링(13)이 스러스트측(10)에서 세컨드 랜드(7)에 씌워진 상태로 삽입되어 있다.

또한 반할 링(13)은 가스실(4) 내에서 상하 방향(피스톤(2)의 왕복동 방향)으로 간극(17)을 두고 상하동이 자유롭게 삽입되어 있다.

이하, 도 3에 도시한 바와 같이 반할 링(13)은 세컨드 랜드(7)의 원주면에 맞춘 원호 형상으로 형성되어 있다.

또 반할 링(13)은 정면, 측면을 가스실(4)의 형상에 맞춰 세로폭(14)이 정면 중앙부(15)에서 넓고 양측단(16),(16)에서 좁게 형성되어 있다.

또한 반할 링(13)은 세로폭(14)이 전체적으로 가스실(4)의 세로폭(9)보다 짧게 되어 있다. 이것은, 이 반할 링(13)이 가스실(4)에 삽입된 상태에서 상하 방향으로 간극(17)을 만들기 위함이다. 이 간극(17)의 거리만큼 반할 링(13)은 가스실(4) 내에서 상하동한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 반할 링(13)은 그 정면 중앙부(15)를 스러스트측(10)에 맞춰 가스실(4)에 삽입되어 있다.

특히 반할 링(13)은 엔진 운전중 피스톤(2)의 왕복 운동에 의해 가스실(4)을 형성하는 세컨드 랜드(7)의 표면을 상하로 쓸도록 상하동한다.

또 물론 반할 링(13)의 두께(t)는, 실린더 내면(8)과 세컨드 랜드(7)의 표면(19) 사이의 간극(20) 내에서 엔진 운전중, 자유롭게 상하(피스톤(2)의 왕복동 방향을 따라) 이동할 수 있는 두께이다.

또 반할 링(13)은, 알루미늄 합금 등에 의해 형성된 피스톤(2)의 형성 재료보다 단열성이 높은, 예를 들면 스테인레스강으로 형성된 금속판에 의해 형성되어 있다.

본 실시예의 왕복동 엔진(1)의 피스톤(2)에 대해서, 가스실(4)를 형성하는 부분의 톱 링(5)은 피스톤 꼭대기면(18)과 평행하게 설치되어 있고, 다른 쪽 세컨드 링(6)은 스러스트측(10)을 향해 아래쪽으로 경사지게 설치되어 있다. 즉, 세컨드 링(6)은 스러스트측(10)에서 톱 링(5)로부터 멀리 떨어지고 반스러스트측에 가까워짐에 따라 접근하도록 설치되어 있다.

따라서 톱 링(5)와 세컨드 링(6)과의 사이(거리), 즉 가스실(4)의 세로폭(9)는 스러스트측(10)에서 폭이 넓고 반스러스트측(11)에 가까워짐에 따라 점차 폭이 좁아지도록 되어 있다.

또 실린더 내면(8)의 스러스트측(10) 상부위(22)에는 여러 개의 가스 통로 구멍(23)이 마련되어 있다. 피스톤(2)의 강하 행정에서 피스톤(2)의 톱 링(5)이 가스 통로 구멍(23) 위를 통과할 때 이 가스 통로 구멍(23)의 홈(24)를 통해 피스톤(2) 윗쪽의 연소실(25)와 피스톤(2)의 가스실(4)이 연통되고 연소실(25)의 고압 연소 가스(12)가 가스실(4)에 도입되어 보유된다.

즉, 폭발 팽창 행정의 초기에서 피스톤(2)의 톱 링(5)이 실린더 내면(8)의 상부위의 가스 통로 구멍(23)을 통과할 때 피스톤(2) 윗쪽의 연소실(25)와 피스톤(2)의 가스실(4)이 서로 통해 고압 연소 가스(12)가 가스실(4)에 도입, 보유된다.

이 때 피스톤(2)는 측압의 작용을 받아 스러스트측(10)으로 실린더 내면(8)에 밀어붙여지려고 하는데, 가스실(4)에 도입, 보유된 고압 연소 가스(12)에 의해 스러스트측(10)으로부터 지지(피스톤(2)에 작용하는 측압에 대항하여)된 상태로 강하 행정을 강하한다.

본 실시예의 왕복동 엔진(1)에 의하면, 엔진 운전중 즉, 피스톤(2)가 왕복 운동중에 피스톤(2)의 가스실(4)에는 연소 가스(12)의 도입(유입), 보유, 배출이 반복하여 이루어짐과 동시에 이 가스실(4) 내는 반할 링(13)이 상하동을 계속하여 그 가스실(4) 안의 청소 행위를 항상 하고 있다. 따라서 가스실(4)은 반복하여 고압 연소 가스(12)가 도입, 보유되는데, 반할 링(13)의 청소 행위에 의해 가스실(4) 안, 특히 세컨드 랜드(7)의 표면(19) 등에 카본의 부착, 퇴적의 발생이 방지된다.

1 왕복동 엔진
2 피스톤
3 실린더
4 가스실
5 톱 링
6 세컨드 링
7 세컨드 랜드
8 실린더 내면
9 가스실의 세로폭
10 스러스트측
11 반스러스트측
12 고압 연소 가스
13 반할 링
14 반할 링의 세로폭
15 정면 중앙부
16 양측단
17 상하 간극
18 피스톤 꼭대기면
19 세컨드 랜드의 표면
20 간극
22 상부위
23 가스 통로 구멍
24 홈
25 연소실

Claims

피스톤의 톱 링과 세컨드 링과 세컨드 랜드 및 실린더 내면에 의해 둘러싸여 형성된 가스실에, 팽창 행정의 초기에 실린더 내면의 스러스트측의 상부위에 마련된 가스 통로 구멍으로부터 피스톤 윗쪽의 고압 연소 가스를 도입하고, 이 도입 고압 연소 가스에 의해 피스톤을 스러스트측으로부터 지지하도록 한 왕복동 엔진에 있어서, 상기 가스실 내에 반할 링이 스러스트측으로부터 세컨드 랜드에 씌워진 상태로, 또한 상하 방향으로 간극을 두고 상하동(上下動)이 자유롭게 삽입되어, 피스톤의 왕복 운동에 의해, 상기 간극만큼 상하 운동하여 가스실 내가 항상 청소되도록 한 왕복동 엔진.
제1항에 있어서,
상기 반할 링은 피스톤의 형성 재료보다 단열성이 높은 금속판으로 이루어진 왕복동 엔진.