KR20150140580A - 왕복 엔진용 피스톤 조립체 - Google Patents

왕복 엔진용 피스톤 조립체 Download PDF

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KR20150140580A
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리차드 존 도나휴
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

왕복 엔진을 위한 파워 실린더 시스템이 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 최상단 홈을 가지는 피스톤을 포함한다. 최상단 홈은 최상단 홈 주위로 둘레방향으로 이격되고 피스톤 조립체의 외측 둘레로부터 내측으로 연장하는 하나 이상의 채널을 포함한다. 시스템은 또한 최상단 홈 내에 위치된 링을 포함하고, 그러한 링은 상단면, 하단면, 내주면, 및 상단면과 하단면 사이에서 테이퍼진 외주면을 포함한다. 공간이 최상단 홈의 부분과 링의 내주면 사이에 형성되고, 공간은 하나 이상의 반경방향 채널과 유체 연통한다.

Description

왕복 엔진용 피스톤 조립체{PISTON ASSEMBLY FOR A RECIPROCATING ENGINE}
본원에서 개시된 청구 대상은 일반적으로 왕복 엔진에 관한 것이고, 보다 특히 왕복 엔진용 피스톤 조립체에 관한 것이다.
왕복 엔진(예를 들어, 왕복 내연 기관)은 산화제(예를 들어, 공기)로 연료를 연소시켜 고온 연소 가스를 생산하고, 그러한 연소 가스는 다시 실린더 또는 피스톤 라이너 내에서 피스톤(예를 들어, 왕복 피스톤)을 구동시킨다. 특히, 고온 연소 가스가 팽창하고 피스톤에 대해서 압력을 가하며, 그러한 압력은 팽창 행정 중에 실린더의 상단 부분으로부터 하단 부분까지 피스톤을 선형으로 이동시킨다. 피스톤은 연소 가스에 의해서 가해진 압력 및 피스톤의 선형 운동을 회전 운동(예를 들어, 피스톤에 연결된 커넥팅 로드 및 크랭크샤프트를 통해서)으로 변환하고, 그러한 회전 운동은 하나 이상의 로드(load), 예를 들어 전기 발전기를 구동시킨다. 피스톤 및 연관된 구조물(예를 들어, 피스톤 조립체)의 구성이 배기 방출물(예를 들어, 미연소된 탄화수소) 및 엔진 효율뿐만 아니라 윤활유(예를 들어, 오일) 소비에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 피스톤 조립체의 구성이 왕복 엔진의 구성요소들 사이의 마찰 및 왕복 엔진의 구성요소의 수명에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그에 따라, 피스톤 조립체 구성의 개선이 바람직할 수 있을 것이다.
원형의 청구된 발명의 범위에 상응하는 특정 실시예가 이하에서 요약되어 있다. 이러한 실시예는 청구된 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니고, 오히려 이러한 실시예는 단지 발명의 가능한 형태의 간단한 요약을 제공하기 위한 것이다. 사실상, 발명은, 이하에서 기술되는 실시예와 유사하거나 상이할 수 있는 다양한 형태를 포함할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 왕복 엔진을 위한 파워(power) 실린더 시스템이, 내벽을 가지고 공동을 형성하는 실린더를 포함한다. 그러한 시스템은 또한 실린더 내에 배치되고 실린더 내에서 왕복 방식으로 이동하도록 구성된 피스톤을 포함한다. 최상단 홈이 피스톤의 상단 랜드(land) 아래에서 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하고, 최상단 홈은 상단 표면, 하단 표면, 및 상단 표면과 하단 표면 사이에서 연장하는 내면에 의해서 형성된다. 링이 최상단 홈 내에 배치되고, 그러한 링은 최상단 홈의 내면에 근접하여 배치된 후방 면 및 후방면에 대향하는 전방 면을 포함한다. 전방 면은 테이퍼진(tapered) 프로파일을 가지고 피스톤이 실린더 내에서 이동함에 따라 실린더의 내벽과 접촉하도록 구성된다. 피스톤 조립체는 또한 상단 랜드 또는 링 내에 형성된 하나 이상의 반경방향 채널을 포함하고, 하나 이상의 채널은 공동으로부터 최상단 홈의 내면과 링의 후방 면 사이의 공간까지 유체가 유동할 수 있게 하도록 구성된다.
제2 실시예에서, 왕복 엔진을 위한 파워 실린더 시스템은 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 최상단 홈을 가지는 피스톤을 포함한다. 최상단 홈은 최상단 홈 주위로 둘레방향으로 이격되고 피스톤 조립체의 외측 둘레로부터 내측으로 연장하는 하나 이상의 채널을 포함한다. 시스템은 또한 최상단 홈 내에 위치된 링을 포함하고, 그러한 링은 상단면, 하단면, 내주면, 및 상단면과 하단면 사이에서 테이퍼진 외주면을 포함한다. 공간이 최상단 홈의 부분과 링의 내주면 사이에 형성되고, 공간은 하나 이상의 반경방향 채널과 유체 연통한다.
제3 실시예에서, 왕복 엔진을 위한 파워 실린더 시스템은 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 최상단 홈을 가지는 피스톤을 포함한다. 왕복 엔진은 또한 최상단 홈 내에 배치된 링을 포함한다. 링은, 링의 높이의 적어도 일부를 따라서 테이퍼진 외주면을 가진다. 링의 상단면 및 최상단 홈의 상단 표면이 축방향 거리 만큼 분리되고, 링의 상단면, 최상단 홈의 상단 표면, 또는 그 조합 내에 형성된 하나 이상의 반경방향 채널이 링의 둘레방향 주위로 축방향 거리가 변화되도록 유도한다.
도면 전체를 통해서 유사한 기호가 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면을 참조한 이하의 구체적인 설명으로부터, 본 발명의 이러한 그리고 다른 특징, 양태 및 장점을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 엔진 구동형 파워 발생 시스템의 일부의 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 2는 엔진의 실린더 내에 배치된 피스톤의 실시예의 횡단면도이다.
도 3은 피스톤의 상단 랜드 내에 형성된 반경방향 채널을 가지는 피스톤의 실시예의 일부의 측면도이다.
도 4는 피스톤의 상단 홈 내에 배치된 테이퍼진 외면을 가지는 상단 피스톤 링의 실시예의 일부의 측면 횡단면도이다.
도 5는 피스톤의 상단 홈 내에 배치된 부분적으로 테이퍼진 외면을 가지는 상단 피스톤 링의 실시예의 일부의 측면 횡단면도이다.
도 6은 상단 피스톤 링 내에 형성된 반경방향 채널 및 피스톤의 상단 랜드 내에 형성된 축방향 채널을 가지는 피스톤의 실시예의 일부의 측면 횡단면도이다.
본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시예가 이하에서 설명될 것이다. 이러한 실시예에 관한 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로서, 실제 구현예의 모든 특징을 명세서에서 설명하지 않았을 수 있을 것이다. 임의의 그러한 실제 구현예의 개발에서, 임의의 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 구현예마다 상이할 수 있는 시스템-관련된 그리고 사업-관련된 제약을 따르는 것과 같은, 수많은 구현예-특이적(specific) 결정이 개발자의 특이적 목적의 달성을 위해서 이루어져야 할 것이다. 또한, 그러한 개발 노력이 복잡하고 시간 소모적이나, 그럼에도 불구하고 본 개시 내용의 이점을 이해한 당업자의 일상적인 디자인, 제조, 및 생산 업무가 될 것임을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 여러 가지 실시예의 요소를 도입할 때, 관사("a", "an", "the) 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 존재한다는 것을 의미하기 위한 것이다. "포함하는", "구비하는", 및 "가지는" 이라는 용어는 포괄적으로 의도된 것이고, 나열된 요소 이외의 부가적인 요소가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
본 개시 내용에 따른 왕복 엔진(예를 들어, 왕복 내연 기관)을 위한 파워 실린더 시스템은, 연소 가스에 의해서 가해지는 압력 및 피스톤의 선형 운동을 하나 이상의 로드로 파워를 공급하기 위한(power) 회전 운동으로 변환하기 위해서 실린더(예를 들어, 라이너) 내에서 선형으로 이동하도록 각각 구성된 하나 이상의 피스톤을 포함할 수 있을 것이다. 각각의 피스톤은 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 상단 홈(예를 들어, 상단 링 홈 또는 최상단 링 홈)을 가질 수 있을 것이고, 상단 링(예를 들어, 상단 피스톤 링)이 상단 홈 내에 배치될 수 있을 것이다. 피스톤의 하향-행정(예를 들어, 팽창 행정) 중에 실린더의 내벽으로부터 오일을 효과적 및 효율적으로 긁어 내도록 구성된, 테이퍼진 프로파일 또는 부분적 테이퍼진 프로파일과 같은, 비대칭적 프로파일(예를 들어, 비대칭적 횡단면)을 상단 링이 가지는 것이 유리할 수 있을 것이다. 테이퍼진 프로파일 또는 부분적으로 테이퍼진 프로파일과 같은 이러한 비대칭적 프로파일(예를 들어, 비대칭적 횡단면)은 또한 라이너 상에서의 압력 로드를 감소시키는 유리한 효과를 가지며, 이는 마찰을 감소시킨다. 그러나, 테이퍼진 프로파일 또는 부분적으로 테이퍼진 프로파일은, 상단 링을 가로질러(예를 들어, 상단 링의 외면과 내면 사이에서) 압력 구배를 유발할 수 있을 것이다. 개시된 실시예가 없는 상태에서, 상단 링을 가로지르는 특정 압력 구배는, 다시, 예를 들어, 반경방향 링 붕괴(예를 들어, 상단 링이 실린더의 내벽으로부터 멀리 이동하는 것), 증가된 오일 소비, 증가된 미연소 탄화수소의 누출, 증가된 방출물, 및/또는 상단 링과 실린더의 내벽 사이의 증가된 마찰을 유발할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 개시 내용의 실시예는, 연소 가스가 반경방향-외측으로 지향된 힘을 상단 링의 내면 상으로 가하도록, 고압 연소 가스를 상단 링의 내면에 인접한 공간으로 전달하기 위한 하나 이상의 채널을 포함한다. 유리하게, 본원에서 개시된 특징을 가지는 피스톤이 실린더의 내벽으로부터 윤활제(예를 들어, 오일)를 효율적 및 효과적으로 긁어낼 수 있는 한편, 예를 들어, 적은 마모 및 닳음(scuffing)을 초래할 수 있는, 누출, 오일 소비, 방출 및/또는 구성요소들 사이의 마찰의 감소뿐만 아니라 반경방향 링 붕괴를 방지한다.
도면을 참조하면, 도 1은 엔진 구동형 파워 발생 시스템(8)의 일부의 실시예의 블록도를 도시한다. 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 시스템(8)은 하나 이상의 연소실(12) (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 또는 그 초과의 연소실(12))을 가지는 엔진(10)(예를 들어, 왕복 내연 기관)을 포함한다. 공기 공급부(14)가, 공기, 산소, 산소-부화(riched) 공기, 산소-감소(reduced) 공기, 또는 그 임의 조합과 같은 가압 산화제(16)를 각각의 연소실(12)로 제공하도록 구성된다. 또한, 연소실(12)은 연료 공급부(19)로부터 연료(18)(예를 들어, 액체 및/또는 기체 연료)를 수용하고, 각각의 연소실(12) 내에서 연료-공기 혼합물을 점화하고 연소시키도록 구성된다. 고온 가압 연소 가스는, 각각의 연소실(12)에 인접한 피스톤(20)이 실린더(26) 내에서 선형적으로 이동하도록 그리고 가스에 의해서 가해진 압력을 회전 운동으로 변환하도록 유도하고, 그러한 회전 운동은 샤프트(22)가 회전되도록 한다. 피스톤(20) 및 실린더(26)가 함께 엔진(10)을 위한 파워 실린더 시스템을 형성할 수 있을 것이다. 또한, 샤프트(22)가 로드(24)에 결합될 수 있을 것이고, 그러한 로드(24)는 샤프트(22)의 회전을 통해서 파워를 공급받는다. 예를 들어, 로드(24)가, 발전기와 같이, 시스템(10)의 회전 출력을 통해서 전력을 생산할 수 있는 임의의 적합한 장치일 수 있을 것이다. 부가적으로, 비록 이하의 설명이 산화제(16)로서 공기를 언급하고 있지만, 임의의 적합한 산화제가 개시된 실시예와 함께 이용될 수 있을 것이다. 유사하게, 연료(18)가, 예를 들어, 천연 가스, 연관된 석유 가스, 프로판, 바이오가스, 하수 가스(sewage gas), 매립지 가스, 석탄 광 가스(coal mine gas)와 같은 임의의 적합한 기체 연료일 수 있을 것이다.
본원에서 개시된 시스템(8)이 정지형 적용예(예를 들어, 산업용 파워 발생 엔진) 또는 이동형 적용예(예를 들어, 차량 또는 항공기)에서의 이용을 위해서 구성될 수 있을 것이다. 엔진(10)이 2-행정 엔진, 3-행정 엔진, 4-행정 엔진, 5-행정 엔진, 또는 6-행정 엔진일 수 있을 것이다. 엔진(10)이 또한 임의 수의 연소실(12), 피스톤, 및 연관된 실린더(예를 들어, 1-24개)를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 시스템(8)이, 실린더 내에서 왕복하는 4, 6, 8, 10, 16, 24 또는 그 초과의 피스톤(20)을 가지는 대형 산업용 왕복 엔진을 포함할 수 있을 것이다. 일부 그러한 경우에, 실린더 및/또는 피스톤(20)이 약 13.5-34 센티미터(cm)의 직경을 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 실린더 및/또는 피스톤(20)이 약 10-40 cm, 15-25 cm, 또는 약 15 cm의 직경을 가질 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 피스톤(20)이, 피스톤(20)의 상단 링 홈 내에 니켈-저항(Ni-resist) 링 삽입체를 가지는 스틸 피스톤 또는 알루미늄 피스톤일 수 있을 것이다. 시스템(8)이 10 kW 내지 10 MW 범위의 파워를 생산할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 엔진(10)이 약 1800의 분당 회전수(RPM) 미만으로 동작할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 엔진(10)이 약 2000 RPM, 1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 또는 900 RPM 미만에서 동작할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서에서, 엔진(10)이 약 800-2000 RPM, 900-1800 RPM, 또는 1000-1600 RPM에서 동작할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 엔진(10)이 약 1800 RPM, 1500 RPM, 1200 RPM, 1000, RPM, 또는 900 RPM에서 동작할 수 있을 것이다. 예시적인 엔진(10)이, 예를 들어, General Electric Company의 Jenbacher Engines(예를 들어, Jenbacher Type 2, Type 3, Type 4, Type 6 또는 J920 FleXtra) 또는 Waukesha Engines(예를 들어, Waukesha VGF, VHP, APG, 275GL)를 포함할 수 있을 것이다.
도 2는 왕복 엔진(10)의 실린더(26)(예를 들어, 엔진 실린더) 내에 배치되는 피스톤(20)을 가지는 피스톤 조립체(25)의 실시예의 측면 횡단면도이다. 실린더(26)는 원통형 공동(30)을 형성하는 내측 환형 벽(28)을 가진다. 피스톤(20)이, 축방향 축선 또는 방향(34), 반경방향 축선 또는 방향(36), 및 둘레방향 축선 또는 방향(38)을 참조하여 설명될 수 있을 것이다. 피스톤(20)이 피스톤(20) 주위로 둘레방향으로(예를 들어, 둘레방향(38)으로) 연장하는 상단 부분(40)(예를 들어, 상단 랜드) 및 제1 환형 홈(42)(예를 들어, 상단 홈 또는 상단 링 홈)을 포함한다. 제1 링(44)(예를 들어, 상단 링 또는 상단 피스톤 링)이 상단 홈(42) 내에 배치될 수 있을 것이다. 상단 링(44)은, 시스템(10)의 동작 중에 그러한 상단 링(44)에 가해지는 고온 및 고압의 연소 가스에 응답하여 팽창 및 수축하도록 구성될 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 피스톤(20)이 피스톤(20) 주위로 둘레방향으로 연장하고 축방향 축선(34)을 따라서 상단 홈(42)으로부터 그리고 서로로부터 이격된 복수의 부가적인 홈(46)(예를 들어, 부가적인 링 홈)을 포함한다. 부가적인 피스톤 링(48)이 부가적인 환형 홈(46)의 각각의 내부에 배치된다. 여러 가지 특징이 상단 홈(42) 및 상단 링(44)과 관련하여 본원에서 개시된다. 그러나, 복수의 부가적인 홈(46) 및 상응하는 부가적인 피스톤 링(48)이 다양한 구성 중 임의의 구성을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 복수의 부가적인 홈(46) 및/또는 상응하는 부가적인 링(48) 중 하나 이상이 이하에서 개시되는 특징의 일부 또는 전부를 포함할 수 있거나, 예를 들어, 상이한 구성, 형상, 크기 및/또는 기능을 가질 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 피스톤(20)이 커넥팅 로드(52) 및 핀(54)을 통해서 크랭크샤프트(50)에 부착된다. 크랭크샤프트(50)는 피스톤(20)의 왕복 선형 운동을 회전 운동으로 전환한다. 연소실(12)이 피스톤(24)의 상단 랜드(40)에 인접하여 배치된다. 연료 주입기(56)가 연료(18)를 연소실(12)로 제공하고, 밸브(58)는 연소실(12)에 대한 공기(16)의 전달을 제어한다. 배기 밸브(60)가 엔진으로부터의 배기물의 방출을 제어한다. 그러나, 연료 및 공기(16)를 연소실(12)로 제공하기 위한 및/또는 배기물을 방출하기 위한 임의의 적합한 요소 및/또는 기술이 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
동작 중에, 연소실(12) 내에서의 공기(16)를 이용한 연료(18)의 연소는 피스톤(20)이 실린더(26)의 공동(30) 내에서 축방향(34)으로 왕복 방식(예를 들어, 전후)으로 이동하도록 한다. 피스톤(20)이 이동함에 따라, 전술한 바와 같이, 크랭크샤프트(50)가 회전되어 로드(24)(도 1에 도시됨)로 파워를 공급한다. 간극(78)(예를 들어, 환형 공간을 형성하는 반경방향 간극)이 실린더(26)의 내벽(28)과 피스톤(20)의 외면(80) 사이에 제공된다. 상단 링(44)이 상단 홈(42)으로부터 간극(78) 내로 돌출하도록 그리고 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉하도록 구성된다. 상단 링(44)은 일반적으로 연료(18) 및 공기(16), 또는 연료-공기 혼합물(82)이 연소실(12)로부터 빠져나가는 것을 방지하고 및/또는 팽창하는 고온 연소 가스가 피스톤(20)의 왕복 운동을 유도할 수 있게 하기 위한 적절한 압력의 유지를 돕는다. 또한, 상단 링(44)은 일반적으로, 예를 들어, 내벽(28)을 코팅하고 엔진(10) 내의 열 및/또는 마찰을 제어하는 윤활제(예를 들어, 오일)의 긁어 냄 및 분포를 돕는다. 그에 따라, 상단 링(44)이 내벽(28)으로부터 오일을 효과적으로 그리고 효율적으로 긁어낼 수 있게 하는 형상 뿐만 아니라, 임의의 유체(예를 들어, 고온 연소 가스, 연료, 또는 공기 등)의 누출을 방지하기 위해서 상단 링(44)과 내벽(28) 사이의 접촉 유지를 돕기 위한 다른 특징을, 상단 링(44) 가지는 것이 바람직할 것이다.
본 실시예에 따라서, 상단 링(44)이, 테이퍼진 환형 프로파일(예를 들어, 테이퍼진 환형 외면) 또는 부분적으로 테이퍼진 프로파일(예를 들어, 부분적으로 테이퍼진 환형 외면)과 같은, 비대칭적 프로파일(예를 들어, 비대칭적 횡단면)을 가지는 외면(90)(예를 들어, 외주면)을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 외측 환형 면(90)이 절두원추형 형상, 곡선형 환형 형상, 또는 양자 모두를 가질 수 있을 것이다. 그러한 구성은, 상단 링(44)이 피스톤(20)의 하향 행정 중에 내벽(28)으로부터 오일을 효과적 및 효율적으로 긁어 낼 수 있게 하고, 그에 따라, 또한 엔진(10) 내의 전체적인 오일 소비를 줄일 수 있게 한다. 그러나, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 연소실(12)로부터의 고온 가압 연소 가스(예를 들어, 연소 가스)가 테이퍼진 환형 외면(90)과 접촉하고 상단 링(44)을 실린더(26)의 내벽(28)으로부터 멀리 반경방향-내측으로(예를 들어, 반경방향 축선(36)을 따라서) 구동하는 힘을 가한다. 그에 따라, 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지하게 할 수 있는 여러 가지 특징이 본원에서 개시된다.
도 3은 피스톤(20)의 상단 랜드(40) 내에 형성된 반경방향 채널(100)(예를 들어, 통로, 홈통, 또는 홈, 등)을 가지는 피스톤(20)의 실시예의 일부의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 반경방향 채널(100)이 피스톤(20) 주위의 서로 떨어진 위치(예를 들어, 피스톤(20) 주위의 둘레방향으로 이격된 서로 떨어진 위치)에 형성된다. 도시된 바와 같이, 반경방향 채널(100)이 곡선형 횡단면을 가지고(예를 들어, 곡선형 벽(99)을 가지고), 상단 랜드(40)의 하단 표면 및 상단 홈(42)의 상부 표면(예를 들어, 상단 표면 또는 상단 둘레) 모두에 상응하는 축방향-대면 표면(101)(예를 들어, 환형 표면)을 따라서 또는 그 내부로 형성된다. 반경방향 채널(100)이 피스톤(20)의 상단 랜드(40)의 외면(80)(예를 들어, 외측 환형 표면)으로부터 반경방향-내측으로(예를 들어, 반경방향(36)으로) 연장할 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 반경방향 채널(100)이 상단 홈(42)을 향해서 개방되고, 상단 링(44)과 상단 홈(42)의 상부 표면(104) 사이의 축방향 거리(102)가 반경방향 채널(100)을 따라서 증가된다(예를 들어, 제1 축방향 거리(102), 및 제1 축방향 거리(102)보다 크고, 반경방향 채널(100)과 일치하는 제2 축방향 거리(103)에 의해서 도시된 바와 같다). 그에 따라, 상단 링(44)과 상단 홈(42)의 상부 표면(101) 사이의 축방향 거리가 상단 링(44) 주위에서 둘레방향으로 변화된다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 그러한 구성은 공동(30)으로부터 반경방향 채널(100)을 따라서 공간(도 4에 도시됨)으로 연소 가스를 전달하는 것을 돕고, 상기 공간에서는 연소 가스가 반경방향-외측방향 힘(예를 들어, 압력-유도된 편향력)을 상단 링(44)의 내면(도 4에 도시됨)에 대해서 가한다. 그에 따라, 반경방향 채널(100)이 상단 링(44)에 걸친 압력 구배의 제어를 도울 수 있고 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지하게 할 수 있을 것이다.
전술한 내용을 염두에 두고, 도 4는 테이퍼진 환형 외면(90)(예를 들어, 절두원추형 면)을 가지는 상단 링(44)의 실시예의 일부의 측면 횡단면도이고, 상단 링(44)은 피스톤(20)의 상단 홈(42) 내에 배치된다. 도시된 실시예에서, 상단 링(44)이 비대칭적 프로파일(예를 들어, 비대칭적 횡단면)을 가지고 반경방향 라인(105) 주위로 비대칭적이다. 상단 링(44)의 테이퍼진 환형 외면(90)은 일반적으로 하향-행정 중에 실린더(26)의 내벽(28)을 따라서 오일을 효과적 및 효율적으로 긁어 내는 것을 돕는다. 도시된 바와 같이, 상단 링(44)의 반경(104)(및 그에 따른 직경)이 상단 링(44)의 상단면(110)(예를 들어, 축방향-상부 면)과 하단면(112)(예를 들어, 축방-하부 면) 사이에서 증가된다. 도시된 실시예에서, 테이퍼진 환형 외면(90)이 각도형(angled) 선형 프로파일을 가지고, 상단 링(44)의 가장 작은 반경(104)이 상단면(110)과 일치하는 한편, 상단 링(44)의 가장 큰 반경(104)이 하단면(112)과 일치된다. 그러한 구성에서, 외면(90)은 내벽(28)과 접촉하여 상단 링(44)의 하단면(112)에서 또는 그에 근접하여 환형 밀봉 지점(114)(예를 들어, 환형 밀봉부)을 형성하도록 구성된다. 반경(104)이 선형 방식(도시된 바와 같음) 또는 비-선형 방식(예를 들어, 곡선형)으로 변화될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 외면(90)이, 실린더(26)의 내벽(28)에 대해서 약 1.5 도보다 큰 각도(115)와 같은, 임의의 적합한 각도로 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 각도(115)가 1, 2, 3, 4 또는 5도보다 클 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 각도(115)가 약 1 내지 15도 사이, 1.25 내지 10도 사이, 또는 1.5 내지 5도일 수 있을 것이다.
부가적으로, 그러한 구성에서, 연소 가스가 상단 링(44)의 높이(118)를 가로질러 테이퍼진 환형 외면(90) 상에 압력을 가한다. 예를 들어, 연소 가스가 화살표(116)로 도시된 바와 같이 테이퍼진 환형 외면(90)을 향해서 유동하고, 그에 따라, 상단 링(44)을 반경방향-내측으로(예를 들어, 반경방향(36)으로) 상단 링(44)을 구동하는 반경방향-내향 힘(119)을 생성한다. 상단 링(44)의 상단면(110)과 상단 홈(42)의 상부 표면(101) 사이에 제공된 환형 갭(120)이 상단 홈(42) 내에서 상단 링(44)의 일부 팽창을 가능하게 할 수 있을 것이다. 그러나, 예를 들어, 링 흔들림(flutter) 및/또는 들림(lift)을 제어하기 위해서 그리고 링 안정성을 유지하기 위해서, 상단 링(44)의 상단면(110)과 상단 홈(42)의 상부 표면(101) 사이의 제1 거리(102)(예를 들어, 환형 간극)이 최소화되는 것이 바람직할 수 있음에 따라, 갭(120)이 상단 링(44)의 반경방향-내면(124)(예를 들어, 내주면)으로 연소 가스를 효율적으로 전달하지 못할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이, 상단 링(44)의 내면(124)에 인접한 공간(130)(예를 들어, 환형 챔버)으로의 연소 가스 전달을 돕도록 구성된 하나 이상의 반경방향 채널(100)과 함께 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 초과의 반경방향 채널(100)이 피스톤(20) 주위로 균일한 둘레방향 간격으로 공간(130)에 대해서 분포될 수 있을 것이다. 공간(130)은 상단 링(44)의 내면(124) 및 상단 홈(42)의 내면(131)(예를 들어, 내측 환형 벽)에 인접하여 배치되거나 상단 링(44)의 내면(124) 및 상단 홈(42)의 내면(131)(예를 들어, 내측 환형 벽)에 의해서 형성될 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 상단 링(44) 및 상단 홈(42)의 상부 표면(101)이 상단 링(44)의 둘레의 일부 또는 대부분의 주위에서 제1 거리(102) 만큼 분리되고, 그에 따라 링의 흔들림 및/또는 들림을 제어하고 링의 안정성을 유지하는 한편, 화살표(132)에 의해서 도시된 바와 같이, 연소 가스가 공동(30)으로부터 그리고 반경방향 채널(100)을 따라서 공간(130) 내로 유동할 수 있게 허용된다. 그에 따라, 상단 링(44)에 걸친 압력 구배가 감소될 수 있을 것이고(예를 들어, 테이퍼진 환형 외면(90)과 내면(124) 사이의 압력 구배), 연소 가스는, 테이퍼진 환형 외면(90)에 대해서 가해지는 반경방향-내향 힘(119)에 반대로 작용하도록(counter) 상단 링을 반경방향-외측으로(예를 들어, 반경방향 축선(36)을 따라서) 구동하는 반경방향-외향 힘(134)을 가할 수 있을 것이다.
그러한 구성은 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)의 이용을 가능하게 할 수 있게 하는 한편, 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지할 수 있게 하며, 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)의 이용은 하향-행정 중에 실린더(26)의 내벽(28)으로부터 오일을 효과적 및 효율적으로 긁어낼 수 있을 것이다. 그에 따라, 오일 소비, 누출, 및 반경방향 링 붕괴가 감소될 수 있을 것이다. 또한, 그러한 구성은 엔진(10) 내의(예를 들어, 상단 링(44)과 실린더(26)의 내벽(28) 사이의) 마찰을 감소시킬 수 있을 것인데, 이는 상단 링(44)을 반경방향-외측으로(예를 들어, 반경방향 축선(36)을 따라) 구동하는 반경방향-외향 힘(134)이 테이퍼진 환형 외면(90)에 대해서 가해지는 실질적으로 동일한 반경방향-내향 힘(119)에 의해서 균형이 이루어지기 때문이다. 이러한 균형을 이루는 힘이 또한 엔진(10)의 여러 가지 구성요소 및 부분(예를 들어, 상단 링(44)의 외면(90) 및 실린더(26)의 내벽(28))의 마모 및 닳음을 감소시킨다.
도 5는 피스톤(20)의 상단 홈(42) 내에 배치된 상단 링(44)의 실시예의 일부의 측면 횡단면도이고, 상단 링의 외면(90)은 부분적으로 테이퍼진다(예를 들어, 부분적으로 테이퍼진 환형 외면 또는 절두원추형 면). 상단 링(44)이 반경방향 라인(138) 주위로 비대칭적인 프로파일(예를 들어, 비대칭적 횡단면)을 가진다. 그러한 경우에, 상단 링(44)의 가장 큰 반경(104)이, 상단면(110)과 하단면(112) 사이의 그리고 상단 링(44)의 높이(118)을 따라서 배치된 상단 링(44)의 중간 부분(140)과 일치된다. 일부 실시예에서, 중간 부분(140)이 중간점(142)(예를 들어, 높이(118)를 따라 상단면(110)과 하단면(112) 사이의 축방향 절반에 위치된 지점)과 상단 링(44)의 하단면(112) 사이에 위치될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 반경(104)이 상단면(110)에서부터 중간 부분(14)에 이르기까지 증가되도록 상단 링(44)이 구성될 수 있을 것이고, 환형 밀봉 지점(114)이 중간 부분(140)과 실린더(26)의 내벽(28) 사이에 형성될 수 있을 것이다. 일부 그러한 경우에, 상단 링(44)의 반경(104)이 중간 부분(140)에서부터 하단면(112)까지 선형, 단차형 또는 노치형 방식으로 감소될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 환형 노치(143)가 중간 부분(140)과 하단면(112) 사이에 제공된다.
도시된 바와 같이, 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)은 상부 부분(150)(예를 들어, 중간 부분(140)과 상단면(110) 사이) 및 하부 부분(152)(예를 들어, 중간 부분(140)과 하부 면(112) 사이)을 포함한다. 그러한 경우에, 상단 링(44) 및 상단 홈(42)의 특징부를 이용하여 상단 링(44)에 걸친 압력 구배를 조정 및/또는 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 연소 가스는 상부 부분(150)을 반경방향-내측으로(예를 들어, 반경방향(36)으로) 구동하는 반경방향-내향 힘(144)을 가한다. 연소 가스는 반경방향 채널(100)을 통해서 상단 링(44)의 내면(124)에 인접한 공간(130)으로 유동할 수 있을 것이고 반경방향-내향 힘(144)에 반대로 작용하도록 상단 링(44)을 반경방향-외측으로(예를 들어, 반경방향(36)으로) 구동하는 반경방향-외향 힘(146)을 가할 수 있을 것이다. 부가적으로, 상단 링(44)의 하단 부분(152)에 걸친 압력 차이가 제어될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상단 링(44)의 밀봉 지점(114)이 하단 부분(152)에 인접한 공동(30) 내로의 연소 가스 전달을 대체로 차단함에 따라, 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)의 하단 부분(152)에 인접한 압력이 비교적 낮을 수 있을 것이다. 그러나, 반경방향 채널(100)을 통해서 공간(130) 내에서 유동하는 연소 가스가 내면(124)의 하단 부분(152)에 대해서 반경방향-외향 힘(146)을 가할 수 있음에 따라, 내면(124)의 하단 부분(152)에 인접한 압력이 외면(90)의 하단 부분(152)에 인접한 압력보다 클 수 있을 것이다. 그에 따라, 반경방향-외향 힘(152)이 반경방향-내향 힘(144)보다 크다. 그러한 구성은, 상단 링(44)을 반경방향-외측으로 가압하고, 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지할 수 있게 한다.
또한, 상단 링(44)과 실린더(26)의 내벽(28) 사이의 마찰과 같은, 엔진(10) 내의 마찰을 감소시키기 위해서, 압력 구배가 또한 (예를 들어, 상단 링(44) 및/또는 반경방향 채널(100)의 형상을 통해서) 제어될 수 있을 것이다. 상단 링(44)의 상이한 프로파일 및/또는 반경방향 채널(100)의 상이한 부피는, 예를 들어, 상단 링(44)에 걸친 압력 구배의 제어를 가능하게 하여, 반경방향 링 붕괴를 차단할 수 있게 하거나 및/또는 마찰을 감소시킬 수 있게 한다. 예를 들어, 밀봉 지점(114)과 하단면(112) 사이의 축방향 거리(158)가 감소됨에 따라, 상단 링(44)의 하단 부분(152)에 걸친 압력차 힘이 또한 감소될 수 있을 것이다. 따라서, 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지할 수 있을 것인 한편, 상단 링(44)과 실린더(26)의 내벽(28) 사이의 마찰이 또한 상단 링(44)의 프로파일 및/또는 기하형태를 조정하는 것에 의해서 제어된다. 일부 실시예에서, 중간 부분(140)이 실린더(26)의 내벽(28)과 밀봉 지점(114)을 형성하도록 구성되는 경우에, 중간 부분(140)이 상단 링(44)의 높이(118)의 약 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%, 또는 그 초과에서 상단면(110)에 대해서 배치될 수 있을 것이다. 부가적으로, 전술한 바와 같이, 외면(90)의 상부 부분(150)이 1, 1.5, 2, 3, 4, 5 도 또는 그 초과보다 큰 각도와 같은, 실린더(26)의 내벽(28)에 대한 임의의 적합한 각도로 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 각도(115)가 약 1 내지 15도 사이, 1.25 내지 10도 사이, 또는 1.5 내지 5도 사이일 수 있을 것이다.
도 6은 상단 링(44) 내에 형성된 반경방향 채널(100) 및 피스톤(20)의 상단 랜드(40)를 통해서 형성된 축방향 채널(160)을 가지는 피스톤(20)의 실시예를 도시한다. 특정 실시예에서, 반경방향 채널(100)이 상단 링(44)의 상단면(110)을 따라서 형성될 수 있고 및/또는 축방향 채널(160)이 피스톤(20)의 상단 랜드(40)를 통해서 제공될 수 있을 것이다. 그러한 채널은, 예를 들어, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤(20)의 상단 랜드(40) 내에 형성된 반경방향 채널(100)에 부가적으로 또는 그에 대한 대안으로서 제공될 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 상단 링(44) 내에 형성된 반경방향 채널(100)이 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)으로부터 상단 링(44)의 내면(124)까지 반경방향-내측으로(예를 들어, 반경방향(36)으로) 연장할 수 있을 것이다. 반경방향 채널(100)이, 반경방향 채널(100)과 일치하는 반경(104)을 따른 상단 링(44)의 상단면(110)과 상단 홈(42)의 상부 표면(101) 사이의 축방향 거리(102)를 증가시킬 수 있을 것이다. 그에 따라, 반경방향 채널(100)이, 화살표(162)에 의해서 도시된 바와 같이, 공동(30)으로부터 내면(124)에 인접한 공간(130)까지의 연소 가스의 유동을 도울 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 공간(130)에 대한 가스의 전달은 테이퍼진 환형 외면(90)과 상단 링(44)의 내면(124) 사이의 압력차를 제어할 수 있을 것이고, 그에 따라 테이퍼진 또는 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지하게 할 수 있을 것이다.
또한, 피스톤(20)의 상단 표면(161)으로부터 상단 랜드(40)를 통해서 공간(130)까지 축방향(34)으로 연장하는 축방향 채널(160)이 도시되어 있다. 그에 따라, 축방향 채널(160)이, 화살표(166)에 의해서 도시된 바와 같이, 연소실(12)로부터 내면(124)에 인접한 공간(130)까지의 연소 가스의 유동을 도울 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 공간(130)에 대한 가스의 전달은 외면(90)과 상단 링(44)의 내면(124) 사이의 압력차를 제어할 수 있을 것이고, 그에 따라 테이퍼진 또는 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지하게 할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)이 상단 링(44)의 내면(124)과 상단 링(44)의 외면(90) 사이의 압력을 동일하게 하거나 그 사이의 압력 차를 생성하는데 도움을 줄 수 있을 것이고, 그에 의해서, 예를 들어, 반경방향 링 붕괴 및/또는 누출을 차단하기 위해서 실린더(26)에 대항하여(against) 상단 링(44)을 반경방향-외측으로 편향시키는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 부가적으로, 상단 링(44), 반경방향 채널(100), 및/또는 축방향 채널(160)이, 반경방향 링 붕괴 및 누출을 차단하도록, 또한 한편으로 엔진(10)의 여러 가지 구성요소들 사이의 마찰을 제한하도록 구성될 수 있을 것이다. 비록 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)이 엔진(10) 내의 여러 위치에서 도시되었지만, 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)이, 상단 링(44)의 내면(124)에 인접한 공간(130)으로 연소 가스를 전달하는 것을 돕기 위한 임의의 적합한 위치 내에 배치될 수 있을 것이다. 부가적으로, 임의의 적합한 수의 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)이 제공될 수 있을 것이다. 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 초과의 반경방향 채널(100)이 제공될 수 있을 것이고, 및/또는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 초과의 축방향 채널(160)이 제공될 수 있을 것이다. 상단 링(44) 내의 반경방향 채널(100), 상단 홈(42)의 상부 표면(101) 내의 반경방향 채널(100), 및/또는 축방향 채널(160)이 피스톤(20) 둘레를 따라 서로 떨어진 위치들로 이격될 수 있을 것이고, 일부 경우에, 서로로부터 균일한 거리로 이격될 수 있을 것이다. 또한, 본원에서 개시된 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)에 더하여 여러 가지 저마찰 코팅이 이용될 수 있을 것이다.
개시된 실시예의 기술적 효과는, 반경방향 채널(100) 및/또는 축방향 채널(160)과 같은 채널을 통한 엔진(10) 내의 연소 가스의 분포를 제어하기 위한 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 연소 가스가 피스톤 조립체의 상단 링(44)의 테이퍼진 또는 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)에 대하여 압력을 가할 수 있을 것이다. 상단 랜드(40) 내에 또는 상단 링(44) 내에 형성된 반경방향 채널(100)이 연소 가스를 상단 링(44)의 내면(124)에 인접한 공간(130)으로 전달할 수 있고, 그에 따라 테이퍼진 외면(90)과 내면(124) 사이의 압력 구배를 제어할 수 있고, 테이퍼진 또는 부분적으로 테이퍼진 환형 외면(90)을 가지는 상단 링(44)이 실린더(26)의 내벽(28)과 접촉을 유지하게 할 수 있을 것이다. 그러한 구성은 또한 엔진(10) 내의 오일 소비, 배출, 누출, 반경방향 링 붕괴, 및/또는 마찰을 유리하게 감소시킬 수 있을 것이다.
이러한 기술된 설명은, 최적의 모드를 포함한, 발명을 개시하기 위해서, 그리고 또한 임의의 디바이스 및 시스템을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법을 실시하는 것을 포함하는, 발명의 실시를 당업자가 실행할 수 있게 하기 위해서, 예를 이용하였다. 발명의 특허받을 수 있는 범위는 청구항에 의해서 정해지고, 당업자가 생각할 수 있는 다른 예를 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예가 청구항의 문헌적 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 가진다면, 또는 청구항의 문헌적 언어와 사소한 차이를 가지는 균등한 구조적 요소를 포함한다면, 그러한 다른 예는 청구항의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (20)

  1. 왕복 엔진용 파워 실린더 시스템으로서:
    내벽을 구비하고 공동을 형성하는 실린더;
    상기 실린더 내에 배치되고 실린더 내에서 왕복 방식으로 이동하도록 구성된 피스톤;
    상기 피스톤의 상단 랜드 아래에서 피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하며, 상단 표면, 하단 표면, 및 상단 표면과 하단 표면 사이에서 연장하는 내면에 의해서 형성되는 최상단 홈;
    상기 최상단 홈 내에 배치된 링으로서, 상기 링은 최상단 홈의 내면에 근접하여 배치된 내면 및 상기 내면에 대향하는 외면을 포함하고, 상기 외면은 테이퍼진 프로파일을 포함하고 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 이동함에 따라 실린더의 내벽과 접촉하도록 구성되는, 링; 및
    상기 상단 랜드 또는 상기 링의 상부 면 내에 형성된 하나 이상의 채널로서, 상기 하나 이상의 채널은 상기 공동으로부터 최상단 홈의 내면과 링의 후방 면 사이의 공간으로 연소 가스가 유동할 수 있게 하도록 구성되는, 채널
    을 포함하는 것인 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널 중 적어도 일부가 하나 이상의 서로 떨어진 위치에서 상기 최상단 홈의 상부 표면 내로 연장하는 것인 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널 중 적어도 일부가 상기 최상단 홈의 상단 표면 내에서 상기 공간으로 반경방향으로 연장하는 것인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널 중 적어도 일부가 상기 피스톤의 상단 랜드를 통해서 상기 공간 내로 축방향으로 연장하는 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 링의 반경이 링의 상단면에서부터 하단면에 이르기까지 증가되며, 상기 하단면은 최상단 홈의 하단 표면과 접촉하도록 구성되는 것인 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 링의 외면이 실린더의 내벽에 대해서 약 1.5도 초과의 각도로 배치되는 것인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상단 링의 외면이 실린더의 내벽과 접촉하는 밀봉 지점이 링의 상단면과 하단면 사이에 배치되고, 상기 링이 링의 밀봉 지점과 하단면 사이의 노치를 포함하고, 하단면이 최상단 홈의 하단 표면과 접촉하도록 구성되는 것인 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밀봉 지점이 링의 상단면으로부터 제1 축방향 거리에 위치되고, 상기 제1 축방향 거리가 링의 높이의 약 75 내지 99 퍼센트인 것인 시스템.
  9. 왕복 엔진용 파워 실린더 시스템으로서:
    피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 최상단 홈을 가지는 피스톤으로서, 상기 최상단 홈으로 개방된 하나 이상의 채널이 최상단 홈 주위로 둘레방향으로 서로 이격되어 배치되고 피스톤의 외측 둘레로부터 내측으로 연장하는, 피스톤; 및
    상기 최상단 홈 내에 위치된 링으로서, 상기 링은 상단면, 하단면, 내주면, 및 외주면을 포함하고, 상기 외주면이 상단면과 하단면 사이에서 테이퍼진 프로파일을 가지고, 공간이 최상단 홈의 부분과 링의 내주면 사이에 형성되어 상기 하나 이상의 채널과 유체 연통하는, 링
    을 포함하는 것인 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널은 피스톤, 또는 링, 또는 그 조합 내의 하나 이상의 반경방향 채널을 포함하는 것인 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널의 적어도 일부가 상기 최상단 홈의 상단 표면 내에 형성되는 것인 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널의 적어도 일부가 링의 상단면 내에 형성되는 것인 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널이 피스톤 내에서 하나 이상의 축방향 채널을 포함하는 것인 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 링의 반경이 링의 상단면으로부터 하단면에 이르기까지 증가되는 것인 시스템
  15. 제9항에 있어서, 상기 링의 반경이 상기 링의 상단면에서부터, 상기 링의 상단면으로부터 제1 축방향 거리에 위치된 중간 부분까지 선형적으로 증가되고, 상기 제1 축방향 거리가 링의 높이의 약 75 내지 99 퍼센트이고, 상기 링의 반경이 상기 중간 부분에서부터 상기 링의 하단면에 이르기까지 감소되는 것인 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 링의 외면이 실린더의 내벽과 접촉하도록 구성되는 밀봉 지점이 링의 상단면과 하단면 사이에 배치되고, 상기 링이 상기 밀봉 지점과 상기 링의 하단면 사이의 노치를 포함하는 것인 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    내벽을 가지고 공동을 형성하는 실린더를 포함하고, 상기 링의 외주면은, 피스톤이 실린더 내에서 이동함에 따라, 실린더의 내벽과 접촉하는 것인 시스템.
  18. 왕복 엔진용 파워 실린더 시스템으로서:
    피스톤 주위로 둘레방향으로 연장하는 최상단 홈을 포함하는 피스톤; 및
    상기 최상단 홈 내에 배치된 링으로서, 상기 링은, 링의 높이의 적어도 일부를 따라서 테이퍼진 외주면을 가지고, 상기 링의 상단면과 상기 최상단 홈의 상단 표면은 제1 축방향 거리만큼 떨어져 있고, 상기 링의 상단면, 상기 최상단 홈의 상단 표면, 또는 그 조합 내에 형성된 하나 이상의 반경방향 채널이 링의 둘레 주위로 상기 제1 축방향 거리가 변화되도록 유도하는, 링
    을 포함하는 것인 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 반경방향 채널은, 상기 링의 내주면 상으로 반경방향-외향 힘을 가하도록, 상기 최상단 홈의 일부와 상기 링의 내주면 사이에 형성된 공간 내로 가압 연소 가스를 전달하도록 구성되는 것인 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 내벽을 가지고 공동을 형성하는 실린더를 포함하고, 상기 링의 외주면은, 피스톤이 실린더 내에서 이동함에 따라, 실린더의 내벽과 접촉하는 것인 시스템.
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