KR20150013770A - 내연기관의 피스톤 - Google Patents

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KR20150013770A KR1020147034959A KR20147034959A KR20150013770A KR 20150013770 A KR20150013770 A KR 20150013770A KR 1020147034959 A KR1020147034959 A KR 1020147034959A KR 20147034959 A KR20147034959 A KR 20147034959A KR 20150013770 A KR20150013770 A KR 20150013770A
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후베르트 펠젤
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

내연기관의 피스톤은, 피스톤 상부 부재(10) 및 피스톤 하부 부재(11), 상기 피스톤 하부 부재(11)에 장착되며 내연기관의 커넥팅 로드(13)에 피스톤을 연결하는 역할을 하는 피스톤 핀(12), 상기 피스톤 상부 부재(10)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는 상기 피스톤 냉각용 냉각 오일을 위한 내부 냉각 챔버(15)로서, 적어도 하나의 전달 보어(17)를 통해 상기 피스톤 상부 부재(10)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는 외부 냉각 챔버(16)에 연결되는 내부 냉각 챔버, 및 상기 피스톤 하부 부재(11) 내에 이동가능하게 장착되고, 스프링 부재(20)에 의해 상기 커넥팅 로드(13)의 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 힘을 받으며 그리고 상기 커넥팅 로드(13) 내의 보어(18)를 통해 안내된 냉각 오일을 상기 내부 냉각 챔버(15) 내로 전달하는 역할을 하는 단일품 슬라이드 슈(19: single-piece slide shoe)를 포함하며, 여기서 상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21)이 상기 단일품 슬라이드 슈(19)와 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되고, 상기 스프링 부재(20)는, 상기 피스톤 및 슬라이드 슈의 축 방향에서 봤을 때, 적어도 부분적으로 상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 상기 안내면(21)에 대해 평행하게 연장된다.

Description

내연기관의 피스톤{PISTON OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 내연기관의 피스톤에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제 8항의 전제부에 따른 내연기관의 피스톤용 슬라이드 슈에 관한 것이다.
DE 35 18 721 C2에는 내연기관의 피스톤이 공지되어 있고, 상기 피스톤은 바람직하게는 서로 나사 결합되는, 피스톤 상부 부재 및 피스톤 하부 부재를 포함한다. 피스톤 하부 부재 내에 피스톤 핀이 장착되고, 상기 피스톤 핀은 내연기관의 커넥팅 로드에 피스톤을 연결하기 위해 사용된다. DE 35 18 721 C2에 따른 피스톤은 오일 냉각되고, 피스톤 상부 부재와 피스톤 하부 부재 사이에 한편으로는 냉각 오일용 내부 냉각 챔버 및 다른 한편으로는 냉각 오일용 외부 냉각 챔버가 형성된다. 내부 냉각 챔버는 적어도 하나의 전달 보어를 통해 외부 냉각 챔버에 연결된다. 냉각 오일을 내부 냉각 챔버 내로 유입시키기 위해, 상기 선행 기술에 따라 커넥팅 로드 내에 냉각 오일용 공급 보어가 통합되고, 냉각 오일은 2 부분의 냉각 오일 안내 슬리브에 의해 커넥팅 로드로부터 내부 냉각 챔버 내로 전달될 수 있다. 2 부분의 냉각 오일 안내 슬리브의 제 1의 목(neck)형 부분은 DE 35 18 721 C2에 따라 이동 불가능하게 피스톤의 피스톤 하부 부재 내에 고정된다. 2 부분의 냉각 오일 안내 슬리브를 이루는 상기 고정된 목형 부분과 깔대기형 가동 부분은, 2 부분의 냉각 오일 안내 슬리브의 2 부분 사이에 고정되는 스프링 부재가 냉각 오일 안내 슬리브의 깔대기형 부분을 탄성에 의해 미끄럼 접촉 방식으로 커넥팅 로드의 커넥팅 로드 헤드에 대항하여 힘을 가하도록, 상호 작용한다. 커넥팅 로드 내의 보어로부터 내부 냉각 챔버 내로 냉각 오일을 전달하기 위해 이러한 다수 부분의 냉각 오일 안내 슬리브를 사용하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 다수 부분의 냉각 오일 안내 슬리브의 조립이 많은 비용을 필요로 하기 때문이다.
실제로 DE 35 18 721 C2에 공지된, 다수 부분의 냉각 오일 안내 슬리브를 단일품 슬라이드 슈로 대체하는 것이 이미 공지되어 있다. 도 1은 피스톤 상부 부재(1)와 피스톤 하부 부재(2) 사이에 형성되는 내부 냉각 챔버(3)의 영역에서 내연기관의 피스톤의 일부를 도시한다. 피스톤 하부 부재(2) 내에 단일품 슬라이드 슈(4)가 이동가능하게 장착된다. 상기 슬라이드 슈(4)는 목형 단부(5) 및 깔대기형 단부(6)를 포함하고, 상기 슬라이드 슈(4)는 도 1에 도시되지 않은 커넥팅 로드로부터 내부 냉각 챔버(3) 내로 냉각 오일을 전달하기 위해 사용된다. 이를 위해, 슬라이드 슈(4) 내에 보어(7)가 형성되고, 상기 보어는 슬라이드 슈(4)의 목형 단부(5) 및 깔대기형 단부(6)를 관통하고, 깔대기형 단부(6) 내에서 깔대기형으로 확대된다. 도 1에는 또한 슬라이드 슈(4)와 피스톤 하부 부재(2) 사이에 슬라이드 슈(4)를 위한 안내면(8)이 형성되는, 즉 슬라이드 슈(4)의 목형 단부(5)의 영역에서 상기 슬라이드 슈(4)의 깔때기형 단부(6)에 인접하게 형성되는 것이 나타난다. 슬라이드 슈(4)를 도 1에 도시되지 않은 커넥팅 로드 내로 가압할 수 있는 스프링 부재(9)가 한편으로는 슬라이드 슈(4)에 그리고 다른 한편으로는 하우징 하부(2)에 지지되고, 피스톤 또는 슬라이드 슈(4)의 축 방향에서 봤을 때, 상기 스프링 부재(9)는 안내면(8)에 대해 직렬로 배치된다.
내연기관용 상기 피스톤에서 소위 압축 높이는 특성 값이며, 상기 압축 높이는 피스톤 핀의 축과 피스톤의 상부 에지 사이의 간격에 상응한다. 내연기관의 높이는 특히 내연기관의 상기 또는 각각의 피스톤의 상기 압축 높이에 의해 결정된다. 내연기관의 높이에 영향을 주는, 내연기관의 피스톤의 다른 특성 값은 피스톤 상부 부재의 영역에 형성되는 피스톤 보울(piston bowl)의 소위 피스톤 보울 깊이이다. 비교적 깊은 피스톤 보울에 의해, 각각의 피스톤이 사용되는 각각의 내연기관의 실린더 내의 연소가 개선될 수 있다. 그러나, 피스톤 보울이 더 깊게 형성될수록, 압축 높이, 그에 따라 내연기관의 높이가 더 높아진다.
본 발명의 과제는 내연기관의 새로운 피스톤 및 새로운 상기 피스톤용 슬라이드 슈를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 피스톤에 의해 달성된다. 본 발명에 따라 스프링 부재는 피스톤 또는 슬라이드 슈의 축 방향에서 볼 때 적어도 부분적으로 단일품 슬라이드 슈를 위한 안내면에 대해 평행하게 연장된다.
본 발명에 의해, 피스톤의 압축 높이가 일정할 때 피스톤 보울을 더 깊게 구현하거나 또는 피스톤 보울 깊이가 일정할 때 각각의 피스톤의 압축 높이를 줄이는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라, 단일품 슬라이드 슈를 위한 안내면이 스프링 부재를 방사방향 외부로부터 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이 실시예는 단일품 슬라이드 슈의 특히 바람직한 실시 및 그에 따른 피스톤의 압축 높이 및/또는 피스톤 보울 깊이의 특히 바람직한 조절을 허용한다.
바람직하게는 단일품 슬라이드 슈가 목형 단부 및 깔대기형 단부를 포함하고, 상기 깔대기형 단부는 스프링 부재에 의해 커넥팅 로드의 커넥팅 로드 헤드에 대항하도록 힘을 받으며, 깔대기형 단부로부터 적어도 부분적으로 방사방향 외부로부터 목형 단부 둘레로의 돌출부가 목형 단부에 대해 방사방향으로 간격을 두고 연장된다. 슬라이드 슈를 위한 안내면은 돌출부와 피스톤 하부 부재 사이에 형성된다. 스프링 부재는 돌출부와 목형 단부 사이에 형성되는 자유 공간 내로 연장된다. 피스톤의 단일품 슬라이드 슈의 상기 실시예가 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 슬라이드 슈는 청구항 제 8항에 한정된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들이 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 이것에 국한되지는 않는다.
도 1은 단일품 슬라이드 슈의 범주 내의 종래 기술에 공지된 피스톤을 도시한 도시한 단면도.
도 2는 단일품 슬라이드 슈의 범주 내의 본 발명에 따른 피스톤을 도시한 제1 단면도.
도 3은 단일품 슬라이드 슈의 범주 내의 본 발명에 따른 피스톤을 도시한 제2 단면도.
도 4는 도 2의 슬라이드 슈를 독립적으로 도시한 도면.
본 발명은 내연기관, 특히 디젤 엔진 또는 가스 엔진 또는 디젤-가스 엔진으로서 구현된 내연기관, 예를 들면 선박 디젤 엔진의 오일 냉각식 피스톤에 관한 것이다. 이러한 피스톤은 플런저 피스톤이라고도 한다.
도 2 및 도 3은 각각 내연기관의 본 발명에 따른 피스톤을 도시한 단면도이다. 피스톤은 피스톤 상부 부재(10) 및 피스톤 하부 부재(11)를 포함한다. 피스톤 상부 부재(10) 및 피스톤 하부 부재(11)는 바람직하게 경금속, 강 또는 구상 흑연으로 제조된다. 피스톤 상부 부재(10) 및 피스톤 하부 부재(11)는 연달아 장착되고, 바람직하게는 조임 나사로서 구현된 고정 수단을 통해 서로 고정된다.
피스톤 하부 부재(11)의 보어 내에 피스톤 핀(12)이 지지되고, 상기 피스톤 핀(12)은 내연기관의 커넥팅 로드(13)에 피스톤을 연결하기 위해 사용된다. 도 2에는 커넥팅 로드(13)의 소위 커넥팅 로드 헤드(14)가 도시된다.
피스톤 상부 부재(10)와 피스톤 하부 부재(11) 사이에 한편으로는 냉각 오일용 내부 냉각 챔버(15)가 그리고 다른 한편으로는 외부 냉각 챔버(16)가 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 냉각 챔버(15)는 전달 보어(17)를 통해 외부 냉각 챔버(16)와 연결된다. 냉각 오일은 보어(18)를 통해 내부 냉각 챔버(15)에 공급될 수 있고, 상기 보어(18)는 커넥팅 로드(13) 및 커넥팅 로드 헤드(14)를 통해 연장된다. 냉각 오일은 슬라이드 슈(19)에 의해 커넥팅 로드(13)로부터 내부 냉각 챔버(15) 내로 전달될 수 있다. 상기 슬라이드 슈(19)는 피스톤 하부 부재(11) 내에 이동가능하게 장착된다. 피스톤 하부 부재(11) 내에 이동가능하게 장착된 슬라이드 슈(19)는 단일품 슬라이드 슈(19)로서 구현되고, 밀봉을 위해 스프링 부재(20)에 의해 커넥팅 로드(13)의 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 힘을 받는다. 단일품 슬라이드 슈(19)와 피스톤 하부 부재(11) 사이에 안내면(21)이 형성되고, 상기 안내면(21)은 피스톤 하부 부재(11) 내에 이동가능하게 장착되는 단일품 슬라이드 슈(19)의 안내를 위해 사용된다.
본 발명의 의미에서, 스프링 부재(20)는, 피스톤 및 슬라이드 슈(19)의 축 방향에서 볼 때, 적어도 부분적으로 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21)에 대해 평행하게 연장된다. 이로 인해, 선행 기술에 비해 단일품 슬라이드 슈의 높이가 줄어들 수 있다. 슬라이드 슈(19)의 줄어든 높이는 피스톤의 소위 압축 높이를 줄이기 위해, 즉 피스톤 핀(12)의 축과 피스톤의 상부 에지 사이의 간격을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이로 인해, 압축 높이가 일정할 때, 피스톤 상부 부재(10)에 의해 제공되는 피스톤 보울(22)의 깊이가 내연기관의 연소에 긍정적인 영향을 주기 위해 커질 수 있다.
단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21)은 적어도 부분적으로 스프링 부재(20)를 방사방향 외부에서 둘러싼다. 그에 따라, 스프링 부재(20)는, 피스톤 또는 슬라이드 슈(19)의 방사 방향에서 볼 때, 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21) 내부에 방사방향으로 위치 설정된다.
전술한 바와 같이, 슬라이드 슈(19)는 커넥팅 로드(13)로부터 내부 냉각 챔버(15) 내로 냉각 오일의 전달을 위해 사용된다. 이를 위해 축 방향으로 슬라이드 슈(19)를 통해 보어(22)가 연장된다.
단일품 슬라이드 슈(19)는 제1 목형 단부(23) 및 제2 깔대기형 단부(24)를 포함하고, 상기 슬라이드 슈(19)의 깔대기형 단부(24)는 스프링 부재(20)에 의해 커넥팅 로드(13)의 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 밀봉 방식으로 힘을 받는다. 제2 깔대기형 단부(24)로부터 적어도 부분적으로 방사방향 외부로부터 목형 단부(23) 둘레로 돌출부(25)가 연장되고, 상기 돌출부(25)는 목형 단부(23)에 대해 방사방향 간격을 갖기 때문에, 방사방향 내부의 목형 단부(23)와 방사방향 외부의 돌출부(25) 사이에 자유 공간(26)이 형성된다. 한편으로는 단일품 슬라이드 슈(19)에 그리고 다른 한편으로는 피스톤 하부 부재(11)에 지지되는 스프링 부재(20)는 상기 자유 공간(26) 내로 연장된다. 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21)은 돌출부(25)와 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성된다.
본 발명은 또한 도 4에 단독 도시된, 내연기관의 피스톤용 슬라이드 슈(19)에 관한 것이다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 단일품 슬라이드 슈(19)의 세부 사항과 관련해서는 상기 실시예가 참고된다.
도 3에 가장 잘 나타나는 바와 같이, 단일품 슬라이드 슈(19)의 목형 단부(23)에는 지지 링(27)이 고정되며, 피스톤의 조립 또는 분해 시에 커넥팅 로드(13)가 분해될 때도, 상기 지지 링(27)에 의해 슬라이드 슈(19)가 피스톤 하부 부재(11)에 지지된다.
본 발명에 의해, 피스톤의 압축 높이가 일정할 때 피스톤 보울(22)이 더 깊게 구현될 수 있다. 또한, 피스톤 보울(22)의 깊이가 일정할 때 피스톤의 압축 높이가 줄어들 수 있다. 또한, 2가지 효과가 조합해서 사용될 수 있다. 즉, 한편으로는 피스톤 보울 깊이의 증가 및 다른 한편으로는 피스톤의 압축 높이의 감소가 사용될 수 있다.
1: 피스톤 상부 부재 2: 피스톤 하부 부재
3: 냉각 챔버 4: 슬라이드 슈
5: 단부 6: 단부
7: 보어 8: 안내면
9: 스프링 부재 10: 피스톤 상부 부재
11: 피스톤 하부 부재 12: 피스톤 핀
13: 커넥팅 로드 14: 커넥팅 로드 헤드
15: 냉각 챔버 16: 냉각 챔버
17: 전달 보어 18: 보어
19: 슬라이드 슈 20: 스프링 부재
21: 안내면 22: 보어
23: 단부 24: 단부
25: 돌출부 26: 자유 공간
27: 지지 링

Claims (9)

  1. 내연기관의 피스톤으로서,
    피스톤 상부 부재(10) 및 피스톤 하부 부재(11),
    상기 피스톤 하부 부재(11)에 지지되며 상기 내연기관의 커넥팅 로드(13)에 상기 피스톤을 연결하기 위해 사용되는 피스톤 핀(12),
    상기 피스톤 상부 부재(10)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는 피스톤 냉각용 냉각 오일을 위한 내부 냉각 챔버(15)로서, 적어도 하나의 전달 보어(17)를 통해 상기 피스톤 상부 부재(10)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는 외부 냉각 챔버(16)에 연결되는 내부 냉각 챔버(15), 및
    상기 피스톤 하부 부재(11) 내에 이동가능하게 장착되고, 스프링 부재(20)에 의해 상기 커넥팅 로드(13)의 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 힘을 받으며, 그리고 상기 커넥팅 로드(13) 내의 보어(18)를 통해 안내된 냉각 오일을 상기 내부 냉각 챔버(15) 내로 전달하는 역할을 하는 단일품 슬라이드 슈(19)를 포함하며,
    상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 안내면(21)이 상기 단일품 슬라이드 슈(19)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는, 내연기관의 피스톤에 있어서,
    상기 스프링 부재(20)는, 상기 피스톤 또는 슬라이드 슈의 축 방향에서 볼 때, 적어도 부분적으로 상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 상기 안내면(21)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 상기 안내면(21)은 상기 스프링 부재(20)를 방사방향 외부로부터 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스프링 부재(20)는, 상기 피스톤 또는 슬라이드 슈의 방사방향에서 볼 때, 상기 단일품 슬라이드 슈(19)를 위한 상기 안내면(21) 내부에 방사방향으로 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 부재(20)는, 한편으로는 상기 단일품 슬라이드 슈(19)에 그리고 다른 한편으로는 상기 피스톤 하부 부재(11)에 지지되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단일품 슬라이드 슈(19)는 목형 단부(23) 및 깔대기형 단부(24)를 포함하고, 상기 깔대기형 단부(24)는 상기 스프링 부재(20)에 의해 상기 커넥팅 로드(13)의 상기 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 힘을 받으며, 상기 깔대기형 단부(24)로부터 적어도 부분적으로 방사방향 외부로부터 상기 목형 단부(23) 둘레로 돌출부(25)가 상기 목형 단부(23)에 대해 방사방향 간격을 두고 연장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 슬라이드 슈(19)를 위한 상기 안내면(21)은 상기 돌출부(25)와 상기 피스톤 하부 부재(11) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 스프링 부재(20)는 상기 돌출부(25)와 상기 목형 단부(23) 사이에 형성되는 자유 공간(26) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  8. 내연기관의 오일 냉각식 피스톤용 슬라이드 슈로서,
    상기 슬라이드 슈는 스프링 부재(20)에 의해 커넥팅 로드(13)의 커넥팅 로드 헤드(14)에 대항하도록 힘을 받을 수 있고, 단일품으로 구현되는 슬라이드 슈와 상기 피스톤 하부 부재 사이에 상기 단일품 슬라이드 슈를 위한 안내면(21)이 형성되는, 슬라이드 슈에 있어서,
    상기 스프링 부재(20)는, 상기 슬라이드 슈의 축 방향에서 볼 때, 적어도 부분적으로 상기 단일품 슬라이드 슈를 위한 상기 안내면(21)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 슬라이드 슈.
  9. 제 8항에 있어서,
    제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이드 슈.
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