KR20210145790A - 피스톤 냉각 갤러리를 갖는 해양 선외 모터 - Google Patents

Abstract

내연 기관(100)용 피스톤(200)이 제공된다. 피스톤은 상부 연소 표면(211), 링 벨트 영역(214)이 있는 환형 측벽(213), 및 유체 입구(243)를 갖는 피스톤 본체 내에 위치된 냉각 갤러리(240)를 포함하는 피스톤 본체(210)를 포함한다. 피스톤 링(222)이 링 벨트 영역 둘레의 링 홈(216)에 위치되고 정렬 핀(230)이 피스톤 측벽의 구멍(231)에 고정되어 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한한다. 피스톤 본체는 구멍 및 정렬 핀이 연장되는 냉각 갤러리 내에 돌기(250)를 더 포함한다. 돌기는 유체 입구 반대쪽의 냉각 갤러리로 돌출되고 사용 중에 유체 입구를 통해 유동하는 냉각 유체를 제1 및 제2 유체 유동으로 분할하고 제1 및 제2 유체 유동을 냉각 갤러리 둘레에서 반대 방향으로 지향시키도록 구성된 유동 분할기 표면(251)을 제공하는 형상을 갖는다.

Description

피스톤 냉각 갤러리를 갖는 해양 선외 모터

본 발명은 피스톤 본체 내에 위치된 냉각 갤러리(cooling gallery) 및 피스톤 본체 둘레에서 연장되는 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하도록 구성된 정렬 핀을 포함하는 피스톤을 포함하는 내연 기관을 갖는 해양 선외 모터에 관한 것이다.

엔진 성능을 유지하고 조기 피스톤 마모를 방지하기 위해서는, 작동 중에 과도한 피스톤 온도를 피하는 것이 중요하다. 최신 디젤 엔진에서, 이는 피스톤 본체 내에 냉각 갤러리를 통합함으로써 달성되는 경우가 많다. 작동 중에, 크랭크케이스 오일과 같은 냉각 유체가 냉각 갤러리 둘레에서 순환되어 피스톤의 상부 연소 표면의 온도를 감소시킨다. 냉각 유체는 피스톤 로드를 따라 갤러리 입구에 공급되거나, 피스톤 본체 아래에 위치된 오일 제트로부터 피스톤 본체의 밑면에 대해 분사될 수 있다. 이러한 냉각 갤러리는 연소 표면이 통상적으로 사발 형상이고 최대 온도가 중앙보다는 연소 표면의 림 둘레에서 발생하는 디젤 내연 기관에서 특히 효과적이다. 이는 또한 사발 형상의 연소 표면을 갖는 직접 분사 가솔린 엔진의 경우일 수 있다. 링 벨트의 내향으로 피스톤 본체 내부에 냉각 갤러리를 포함함으로써, 연소 표면의 림 둘레 온도가 효과적으로 감소될 수 있고 그에 따라 최대 피스톤 온도도 감소될 수 있다.

냉각 갤러리에 인접하고 피스톤 본체의 환형 측벽 외부에 있는 링 벨트는 통상적으로 피스톤 링이 위치되는 다수의 환형 링 홈을 포함한다. 피스톤 링은 일반적으로 그 대향 단부 사이에 링 간극을 갖는 분할 링이다. 피스톤 링의 적절한 기능을 유지하기 위해서는, 링 홈 내에서 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하는 것이 유리할 수 있다. 이를 통해 링 간극의 원주방향 위치가 엇갈린 배열로 유지될 수 있어, 적절하고 균일한 윤활을 보장하고, 달리 링 간극이 정렬된 경우에 발생할 수 있는 과도한 오일 소비 및 블로바이 가스 증가를 방지할 수 있다. 이는, 실린더 보어가 수평으로 정렬되고 중력 효과가 링 간극 정렬을 더욱 촉진할 수 있는 해양 선외 모터에 흔히 사용되는 것과 같은 수직축 엔진에서 특히 중요할 수 있다.

링 홈 내에서 피스톤 링 회전을 제한하기 위해, 정렬 핀이 링 홈으로 돌출하고 그 홈에서 피스톤 링과 맞물리도록 주어진 링 홈의 구멍 내에 정렬 핀을 고정하는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 정렬 핀은 링 간극에 수용되어 피스톤 링의 원주방향 움직임이 정렬 핀에 의해 방지된다. 정렬 핀이 냉각 갤러리와 함께 사용되는 경우, 정렬 핀은 일반적으로 링 홈으로부터 냉각 갤러리로 연장되는 관통 구멍에 고정된다. 그러나, 이 배열을 사용하면, 작동 중에 정렬 핀이 냉각 갤러리로 떨어질 수 있다. 이는 냉각 갤러리 둘레에서 냉각 유체 유동을 방해하여 냉각 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 정렬 핀이 더 이상 링 홈의 구멍에 올바르게 위치되지 않으면, 링 홈의 구멍을 통해 링 벨트로 냉각 유체가 과도하게 유동하게 되어 냉각 유체의 열악한 방출 및 높은 소비율을 초래할 수 있다.

본 발명은 종래 기술과 관련된 하나 이상의 문제를 극복하거나 완화하는 개선된 해양 선외 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 내연 기관을 갖는 해양 선외 모터가 제공되고, 내연 기관은: 적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록; 및 적어도 하나의 실린더에 배치된 피스톤을 포함하고, 피스톤은, 상부 연소 표면, 링 벨트 영역이 있는 환형 측벽, 및 링 벨트 영역으로부터 반경방향 내향으로 피스톤 본체 내에 위치되고 작동 중에 냉각 유체가 냉각 갤러리에 공급되게 하는 유체 입구를 갖는 냉각 갤러리를 포함하는 피스톤 본체; 링 벨트 영역 둘레의 링 홈에 위치된 피스톤 링; 및 피스톤 측벽의 구멍에 고정되고 링홈으로 돌출되어 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하는 정렬 핀을 포함하고, 피스톤 본체는 구멍 및 정렬 핀이 연장되는 냉각 갤러리 내의 돌기를 더 포함하고, 돌기는 유체 입구 반대쪽의 냉각 갤러리로 돌출되고 사용 중에 유체 입구를 통해 유동하는 냉각 유체를 제1 및 제2 유체 유동으로 분할하고 제1 및 제2 유체 유동을 냉각 갤러리 둘레에서 반대 방향으로 지향시키도록 구성된 유동 분할기 표면을 제공하는 형상을 갖는다.

이러한 배열로, 돌기는 피스톤 본체의 측벽 두께의 국소 증가를 형성하고 이에 의해 구멍이 제공되는 추가 재료를 제공한다. 이는 정렬 핀 또는 "회전 방지 핀"이 제위치에 더 확실하게 유지되게 하여 정렬 핀이 작동 중에 냉각 갤러리로 떨어짐으로써 냉각 갤러리 둘레에서 냉각 유체 유동을 방해하는 임의의 위험을 방지할 수 있다. 또한, 돌기는 냉각 갤러리 둘레에서 냉각 유체 순환을 개선시킴으로써, 피스톤의 최대 작동 온도를 감소시키는 유동 분할기로서 작용한다. 따라서, 본 발명에서, 돌기는 정렬 핀 유지를 개선하고 피스톤 냉각 성능을 개선하는 이중 기능의 역할을 한다.

냉각 갤러리는 부분적으로 환형일 수 있다. 냉각 갤러리는 아치형일 수 있다. 바람직하게는, 냉각 갤러리는 환형이다.

돌기는 냉각 갤러리의 전체 길이 중 일부만을 따라 냉각 갤러리로 돌출된다. 바람직하게는, 돌기는 냉각 갤러리의 전체 길이의 20% 미만, 더 바람직하게는 10% 미만을 따라 냉각 갤러리로 돌출된다. 냉각 갤러리가 환형인 경우, 바람직하게 돌기는 70도 미만, 더 바람직하게는 35도 미만의 각도 범위를 갖는 환형 냉각 갤러리의 세그먼트에 걸쳐 냉각 갤러리로 돌출된다.

냉각 갤러리가 환형인 경우, 유동 분할기 표면은 바람직하게는 환형 냉각 갤러리 둘레의 제1 유체 유동을 제1 원주방향으로 지향시키고 환형 냉각 갤러리 둘레의 제2 유체 유동을 제1 원주방향과 반대인 제2 원주방향으로 지향시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 연소 표면은 보다 효과적이고 균일하게 냉각될 수 있다.

바람직하게는, 유동 분할기 표면은 실질적으로 대칭성이다. 이는 냉각 유체의 유동의 균일한 분할 및 유동 분할기의 양 측면에서 일관된 냉각 성능을 용이하게 할 수 있다. 다른 예에서, 유동 분할기 표면은 냉각 유체의 유동이 불균일하게 분할되도록 비대칭일 수 있다. 이는 냉각 갤러리의 냉각 요구 사항이 유동 분할기 표면의 양 측면에서 상이한 경우에 유용할 수 있다.

바람직하게는, 유동 분할기 표면은 만곡된 형상을 갖는다. 즉, 유동 분할기 표면은 적어도 하나의 만곡된 부분을 갖는 형상을 갖는다. 이는 냉각 유체의 유동의 원활한 분할 및 진입 방향으로부터 냉각 채널 둘레의 유동 방향으로의 원활한 천이를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 돌기는 아치 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 다른 예에서, 유동 분할기 표면은 삼각형 형상과 같은 각형 형상을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 유동 분할기 표면은 만곡된 피크, 만곡된 피크로부터 멀어지게 연장되는 측면 플랭크, 및 측면 플랭크와 냉각 갤러리의 인접한 표면 사이의 천이부를 형성하는 만곡된 경사부를 갖는다. 측면 플랭크는 선형일 수 있다. 측면 플랭크는 만곡될 수 있다.

바람직하게는, 유동 분할기 표면은 유체 입구와 정렬된다. 이러한 배열에서, 유동 분할기 표면은 유체 입구의 중심축과 정렬되는 중심축을 갖는다. 이는 냉각 유체의 유동의 균일한 분할 및 유동 분할기의 양 측면에서 일관된 냉각 성능을 용이하게 할 수 있다. 다른 예에서, 유동 분할기는 유체 입구로부터 반경방향으로 및/또는 축방향으로 오프셋될 수 있다.

바람직하게는, 정렬 핀이 고정되는 링 홈의 구멍은 돌기로 연장되는 블라인드 구멍이다. 이는 정렬 핀이 구멍으로부터 냉각 갤러리로 떨어질 수 있는 임의의 가능성을 제거한다. 다른 예에서, 구멍은 돌기를 통해 연장되는 관통 구멍일 수 있다. 예를 들어, 구멍은 정렬 핀의 직경보다 작은 직경을 갖고 내부에서 정렬 핀의 이동이 방지되는 반경방향 내부 부분을 가질 수 있다.

돌기는 유체 입구의 반대쪽 위치에서 냉각 갤러리로 돌출된다. 바람직하게는, 유체 입구는 냉각 갤러리의 하부 표면에 위치되고 돌기는 냉각 갤러리의 상부 표면으로부터 돌출된다. 이러한 실시예에서, 냉각 유체의 유동은 피스톤 본체 밑면으로부터 냉각 갤러리에 진입하고 반대쪽 상부 표면에서 유동 분할기에 의해 분할된다. 다른 예에서, 유체 입구 및 돌기는 냉각 갤러리의 다른 부분에 위치될 수 있다. 예를 들어, 유체 입구는 냉각 갤러리의 반경방향 내부 측면 표면 상에 있을 수 있고, 돌기는 냉각 갤러리의 반경방향 외부 측면 표면으로부터 돌출된다.

바람직하게는, 냉각 갤러리는 냉각 유체의 유동이 작동 중에 냉각 갤러리를 떠나게 하고 유체 입구와 별개인 유체 출구를 더 포함한다. 다른 예에서, 냉각 갤러리는 냉각 유체가 동일한 위치에서 냉각 갤러리로 진입하고 냉각 갤러리로부터 배출되도록 유체 입구 및 유체 출구 모두로서 작용하는 단일 포트를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 유체 출구는 냉각 갤러리가 유체 입구와 유체 출구에 의해 제1 및 제2 냉각 갤러리 절반부로 분할되도록 냉각 갤러리의 유체 입구 반대쪽 단부에 위치 설정된다. 냉각 갤러리가 환형인 경우, 유체 출구는 바람직하게는 유체 입구와 정반대로 대향된다.

바람직하게는, 유체 출구는 냉각 갤러리의 하부 표면에 위치된다. 이러한 배열로, 냉각 유체는 피스톤 본체의 밑면으로부터 냉각 갤러리로부터 멀리 배출된다. 특정 실시예에서, 유체 입구 및 유체 출구 모두는 냉각 갤러리의 하부 표면에 위치된다.

냉각 갤러리는 단일 유체 입구 또는 복수의 유체 입구를 가질 수 있다.

냉각 갤러리는 단일 유체 출구 또는 복수의 유체 출구를 가질 수 있다.

피스톤은 복수의 피스톤 링을 포함할 수 있고, 각각의 피스톤 링은 링 벨트 영역의 링 홈에 위치된다. 피스톤은 복수의 정렬 핀을 포함할 수 있고, 각각의 정렬 핀은 복수의 링 홈 중 상이한 링 홈으로 돌출되어 복수의 링 홈에 위치된 복수의 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한한다.

바람직하게는, 피스톤 링은 대향 단부 사이에 링 간극이 있는 분할 링이고, 정렬 핀은 링 간극에 수용된다. 다른 예에서, 정렬 핀은 피스톤 링의 반경방향 내부 표면의 블라인드 공동에 수용될 수 있거나, 피스톤 링의 반경방향 내부 표면에 대해 단순히 가압될 수 있다.

바람직하게는, 피스톤 링은 오일 제어 링 또는 스크레이퍼 링이다.

바람직하게는, 내연 기관은 수직축 내연 기관이다. 이러한 엔진에서, 크랭크샤프트는 엔진에 수직으로 장착된다. 내연 기관은 가솔린 엔진일 수 있다. 바람직하게는, 내연 기관은 디젤 엔진이다. 내연 기관은 터보차지 디젤 엔진일 수 있다.

냉각 유체는 임의의 적절한 냉각 유체일 수 있다. 냉각 유체는 내연 기관에 사용되는 윤활유일 수 있다. 냉각 유체는 오일일 수 있다. 냉각 유체는 작동 중에 내연 기관의 크랭크케이스로부터 끌어올린 크랭크케이스 오일일 수 있다. 냉각 유체는 피스톤의 피스톤 로드를 따라 냉각 갤러리의 유체 입구에 공급될 수 있다. 내연 기관은 피스톤 본체를 향해 냉각 유체의 제트를 분사하도록 구성되는 냉각 유체 제트를 더 포함할 수 있다. 냉각 유체 제트는 냉각 유체의 제트를 유체 입구를 통해 냉각 갤러리로 직접 분사하도록 구성될 수 있다. 엔진이 복수의 실린더를 포함하는 경우, 냉각 유체 제트는 메인 오일 갤러리와 같은 엔진의 메인 냉각 유체 갤러리로부터 피스톤 본체를 향해 냉각 유체를 분사하도록 각각의 실린더에 제공될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "엔진 블록"이라는 용어는 엔진의 적어도 하나의 실린더가 제공되는 중실 구조를 지칭한다. 이 용어는 실린더 블록과 실린더 헤드 및 크랭크케이스의 조합을 지칭하거나 실린더 블록만을 지칭할 수 있다. 엔진 블록은 단일 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다. 엔진 블록은, 예를 들어 볼트를 사용하여 함께 연결된 복수의 개별 엔진 블록 캐스팅으로 형성될 수 있다.

엔진 블록은 단일 실린더를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 엔진 블록은 복수의 실린더를 포함한다.

엔진 블록은 단일 실린더 뱅크를 포함할 수 있다.

엔진 블록은 제1 실린더 뱅크 및 제2 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 실린더 뱅크는 V 구성으로 배열될 수 있다.

엔진 블록은 3개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 3개의 실린더 뱅크는 넓은 화살표 구성으로 배열될 수 있다. 엔진 블록은 4개의 실린더 뱅크를 포함할 수 있다. 4개의 실린더 뱅크는 W 또는 이중 V 구성으로 배열될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "상부", "하부", "밑면", "아래", 및 유사한 용어는, 피스톤이 실질적으로 수평인 작동 중에 배향된 상태가 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 연소 표면이 상부 단부에 있도록 피스톤이 배향된 경우에 피스톤의 구성요소의 상대 위치를 지칭한다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록; 및 적어도 하나의 실린더에 배치된 피스톤을 포함하는 내연 기관이 제공되고, 피스톤은, 상부 연소 표면, 링 벨트 영역이 있는 환형 측벽, 및 링 벨트 영역으로부터 반경방향 내향으로 피스톤 본체 내에 위치되고 작동 중에 냉각 유체가 냉각 갤러리에 공급되게 하는 유체 입구를 갖는 냉각 갤러리를 포함하는 피스톤 본체; 링 벨트 영역 둘레의 링 홈에 위치된 피스톤 링; 및 피스톤 측벽의 구멍에 고정되고 링홈으로 돌출되어 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하는 정렬 핀을 포함하고, 피스톤 본체는 구멍 및 정렬 핀이 연장되는 냉각 갤러리 내의 돌기를 더 포함하고, 돌기는 유체 입구 반대쪽의 냉각 갤러리로 돌출되고 사용 중에 유체 입구를 통해 유동하는 냉각 유체를 제1 및 제2 유체 유동으로 분할하고 제1 및 제2 유체 유동을 냉각 갤러리 둘레에서 반대 방향으로 지향시키도록 구성된 유동 분할기 표면을 제공하는 형상을 갖는다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 내연 기관용 피스톤이 제공되며, 피스톤은, 상부 연소 표면, 링 벨트 영역이 있는 환형 측벽, 및 링 벨트 영역으로부터 반경방향 내향으로 피스톤 본체 내에 위치되고 작동 중에 냉각 유체가 냉각 갤러리에 공급되게 하는 유체 입구를 갖는 냉각 갤러리를 포함하는 피스톤 본체; 링 벨트 영역 둘레의 링 홈에 위치된 피스톤 링; 및 피스톤 측벽의 구멍에 고정되고 링홈으로 돌출되어 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하는 정렬 핀을 포함하고, 피스톤 본체는 구멍 및 정렬 핀이 연장되는 냉각 갤러리 내의 돌기를 더 포함하고, 돌기는 유체 입구 반대쪽의 냉각 갤러리로 돌출되고 사용 중에 유체 입구를 통해 유동하는 냉각 유체를 제1 및 제2 유체 유동으로 분할하고 제1 및 제2 유체 유동을 냉각 갤러리 둘레에서 반대 방향으로 지향시키도록 구성된 유동 분할기 표면을 제공하는 형상을 갖는다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 해양 선외 모터를 포함하는 해양 선박이 제공된다.

본 출원의 범위 내에서, 선행 단락, 청구범위 및/또는 아래의 설명 및 도면에 기재된 다양한 양태, 실시예, 예 및 변형예, 특히 그 개별 피처는 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취할 수 있음이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시예 및/또는 임의의 실시예의 피처는 이러한 피처가 양립할 수 없는 한 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 출원인은, 해당 방식으로 원래 청구되지는 않았지만 임의의 다른 청구항의 임의의 피처에 종속하고 및/또는 임의의 피처를 통합하도록 임의의 원래 출원된 청구항을 보정할 권리를 비롯하여, 임의의 원래 출원된 청구항을 변경하거나 이에 따라 임의의 새로운 청구항을 출원할 권리를 보유한다.

본 발명의 추가 피처 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 이하에서 추가로 설명될 것이다:
도 1은 해양 선외 모터가 제공된 경량 해양 선박의 개략적인 측면도이고;
도 2a는 틸팅된 위치에 있는 해양 선외 모터의 개략도를 도시하며;
도 2b 내지 도 2d는 해양 선외 모터의 다양한 트리밍 위치 및 수역 내 해양 선박의 대응하는 배향을 도시하고;
도 3은 본 발명에 따른 해양 선외 모터의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 4는 도 3의 해양 선외 모터의 피스톤의 측면 사시도를 도시하고;
도 5는 도 4의 선 V-V를 따라 취한 도 4의 피스톤의 축방향 단면도를 도시하며;
도 6은 도 4의 피스톤의 저면도를 도시하고;
도 7은 도 5의 선 VII-VII를 따라 취한 도 4의 피스톤의 측방향 단면도를 도시하며;
도 8은 도 5의 선 VIII-VIII를 따라 취한 도 4의 피스톤의 축방향 단면도를 도시하고;
도 9는 도 8의 선 IX-IX를 따라 취한 도 4의 피스톤의 측방향 단면도를 도시한다.

도 1은 해양 선외 모터(2)를 갖는 해양 선박(1)의 개략적인 측면도를 도시한다. 해양 선박(1)은 텐더 또는 스쿠버 다이빙 보트와 같은 해양 선외 모터와 함께 사용하기에 적절한 임의의 종류의 선박일 수 있다. 도 1에 도시된 해양 선외 모터(2)는 선박(1)의 선미에 부착된다. 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 해양 선박(1)의 선체 내에 수용되는 연료 탱크(3)에 연결된다. 저장조 또는 탱크(3)로부터의 연료가 연료 라인(4)을 통해 해양 선외 모터(2)에 제공된다. 연료 라인(4)은 연료 탱크(3)와 해양 선외 모터(2) 사이에 배열된 하나 이상의 필터, 저압 펌프 및 분리기 탱크(물이 해양 선외 모터(2)로 진입하는 것을 방지하기 위한)의 집합적인 배열을 나타낼 수 있다.

아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션, 즉 상부 섹션(21), 중간 섹션(22), 및 하부 섹션(23)으로 분할된다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 흔히 집합적으로 다리 섹션으로 공지되어 있으며, 다리는 배기 시스템을 수용한다. 프로펠러(8)는 해양 선외 모터(2)의 기어박스로도 공지된 하부 섹션(23)의 프로펠러 샤프트 상에 회전 가능하게 배열된다. 물론, 작동 중에, 프로펠러(8)는 적어도 부분적으로 물에 잠기고 해양 선박(1)을 추진하기 위해 다양한 회전 속도로 작동될 수 있다.

통상적으로, 해양 선외 모터(2)는 피봇 핀에 의해 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 연결된다. 피봇 핀을 중심으로 한 피봇 움직임은 조작자가 당업계에 공지된 방식으로 수평축을 중심으로 해양 선외 모터(2)를 틸팅시키고 트리밍할 수 있게 한다. 또한, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 해양 선외 모터(2)는 또한 해양 선박(1)을 조향하기 위해 대체로 직립축을 중심으로 피봇할 수 있도록 해양 선박(1)의 선미에 피봇식으로 장착된다.

틸팅은 전체 해양 선외 모터(2)가 물 밖으로 완전히 상승될 수 있을 만큼 충분히 해양 선외 모터(2)를 상승시키는 움직임이다. 해양 선외 모터(2)의 틸팅은 해양 선외 모터(2)가 턴오프된 상태 또는 중립 상태에서 수행될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 해양 선외 모터(2)는 얕은 물에서 작동이 가능하도록 틸팅 범위에서 해양 선외 모터(2)의 제한된 작동을 허용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 해양 엔진 조립체는 실질적으로 수직 방향의 다리의 길이방향 축으로 주로 작동된다. 이와 같이, 해양 선외 모터(2)의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 해양 선외 모터(2)의 엔진의 크랭크샤프트는 일반적으로 해양 선외 모터(2)의 정상 작동 동안 수직 배향으로 배향되지만, 또한 특정 작동 조건 하에서, 특히 얕은 물의 선박에서 작동될 때 수직이 아닌 방향으로 배향될 수도 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수직 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다. 엔진 조립체의 다리의 길이방향 축에 실질적으로 직교하게 배향된 해양 선외 모터(2)의 크랭크샤프트는 또한 수평 크랭크샤프트 배열이라고 명명될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 제대로 작동하기 위해서는, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)이 물 속으로 연장되어야 한다. 그러나, 매우 얕은 물에서, 또는 트레일러에서 선박을 진수할 때, 해양 선외 모터(2)의 하부 섹션(23)은 하향 틸팅된 위치에 있는 경우 해저 또는 보트 경사부에서 드래그될 수 있다. 해양 선외 모터(2)를 도 2a에 도시된 위치와 같이 상향 틸팅된 위치로 틸팅하면 하부 섹션(23) 및 프로펠러에 대한 그러한 손상이 방지된다.

대조적으로, 트리밍은 도 2b 내지 도 2d의 3가지 예에 도시된 바와 같이 완전한 하향 위치로부터 몇 도 상향 위치로 더 작은 범위에 걸쳐 해양 선외 모터(2)를 이동시키는 메커니즘이다. 트리밍은 해양 선박(1)의 연료 효율성, 가속 및 고속 작동의 최상의 조합을 제공하는 방향으로 프로펠러(8)의 추력을 유도하는 데 도움이 된다.

선박(1)이 평면에 있을 때(즉, 선박(1)의 중량이 정수적 양력이 아닌 유체역학적 양력에 의해 주로 지지되는 경우), 보우-업(bow-up) 구성은 더 적은 드래그, 더 큰 안정성 및 효율성을 초래한다. 이는 일반적으로, 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이 보트 또는 해양 선박(1)의 용골 라인이 약 3도 내지 5도인 경우이다.

너무 많은 트리밍 아웃은 도 2c에 도시된 위치와 같이 선박(1)의 선수를 물에서 너무 높게 만든다. 이 구성에서는, 선박(1)의 선체가 물을 밀어내고 그 결과 더 많은 공기 드래그가 발생하기 때문에 성능과 경제성이 감소된다. 과도한 트리밍 아웃은 또한 프로펠러가 환기되도록 하여, 성능을 더욱 감소시킬 수 있다. 더욱 더 심각한 경우에는, 선박(1)이 물에서 뛰어다닐 수 있으며, 이로 인해 조작자와 승객이 배 밖으로 던져질 수 있다.

트리밍 인은 선박(1)의 선수가 내려가게 하고, 이는 서 있는 출발에서 가속하는 데 도움이 된다. 도 2d에 도시된 너무 많은 트리밍 인은 선박(1)이 물을 헤치고 "달려가게" 하여, 연비를 감소시키고 속도를 증가시키기 어렵게 만든다. 고속에서, 트리밍 인으로 인해 선박(1)이 불안정해질 수도 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선외 모터(2)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 선외 모터(2)는 앞서 설명한 틸팅 및 트리밍 작동을 수행하기 위한 틸트 및 트림 메커니즘(10)을 포함한다. 이 실시예에서, 틸트 및 트림 메커니즘(10)은 전기 제어 시스템을 통해 선외 모터(2)를 틸팅 및 트리밍하도록 작동될 수 있는 유압 액추에이터(11)를 포함한다. 대안적으로, 조작자가 유압 액추에이터를 사용하는 대신 손으로 선외 모터(2)를 피봇시키는 수동 틸트 및 트림 메커니즘을 제공하는 것도 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이, 선외 모터(2)는 일반적으로 3개의 섹션으로 분할된다. 파워헤드로도 공지된 상부 섹션(21)은 해양 선박(1)에 동력을 공급하기 위한 내연 기관(100)을 포함한다. 엔진(100) 주위에는 카울링(25)이 배치된다. 상부 섹션(21) 또는 파워헤드에 인접하고 아래로 연장되는 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)이 제공된다. 하부 섹션(23)은 중간 섹션(22)에 인접하여 그 아래로 연장하고, 중간 섹션(22)은 상부 섹션(21)을 하부 섹션(23)에 연결한다. 중간 섹션(22)은 연소 엔진(100)과 프로펠러 샤프트(29) 사이에서 연장되고 플로팅 커넥터(33)(예를 들어, 스플라인 연결)를 통해 연소 엔진의 크랭크샤프트(31)에 연결되는 구동 샤프트(27)를 수용한다. 구동 샤프트(27)의 하부 단부에는 구동 샤프트(27)의 회전 에너지를 수평 방향으로 프로펠러(8)에 공급하는 기어 박스/트랜스미션이 제공된다. 보다 상세하게, 구동 샤프트(27)의 하단 단부는 프로펠러(8)의 프로펠러 샤프트(29)에 회전식으로 연결 가능한 한 쌍의 베벨 기어(37, 39)에 연결된 베벨 기어(35)를 포함할 수 있다. 중간 섹션(22) 및 하부 섹션(23)은 내연 기관(100)의 배기 가스 출구(170)로부터 그리고 선외 모터(2) 밖으로 배기 가스를 수송하기 위한 배기 가스 유로를 획정하는 배기 시스템을 형성한다.

내연 기관(100)은 4행정 V8 디젤 엔진의 하나의 뱅크로서 개략적으로 도시되어 있다. 임의의 다른 양의 실린더가 V자형 실린더 뱅크에 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 숙련자는 또한 인라인 배열과 같은 임의의 다른 배열이 대안적으로 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 엔진은 2행정형 연소 엔진과 동등하게 구성될 수 있다.

내연 기관(100)은 실린더 블록(120), 실린더 헤드(130), 및 크랭크케이스(140)를 포함하는 엔진 블록(110)을 포함한다. 실린더 블록은 각각의 실린더(122) 내에서 왕복 운동하고 피스톤 로드(124) 또는 "연결 로드"에 의해 크랭크샤프트(31)에 연결되는 피스톤(200)을 각각 수용하는 복수의 실린더(122)를 획정한다. 크랭크샤프트(31)는 수직 크랭크샤프트 축(32)을 중심으로 한 회전을 위해 크랭크케이스(140)에 장착된다. 엔진(100)은 또한 엔진 블록의 실린더에 공기의 유동을 전달하기 위한 흡기 매니폴드(150), 실린더로부터 배기 가스의 유동을 지향시키도록 구성된 배기 매니폴드(160)를 포함한다. 엔진(100)은 배기 매니폴드(160)로부터 흡기 매니폴드(150)로 배기 가스의 유동의 일부를 재순환하도록 구성되고 재순환된 배기 가스를 냉각시키기 위한 열 교환기 또는 "EGR 냉각기"를 포함하는 임의적인 배기 가스 재순환 시스템(도시되지 않음)을 더 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 피스톤(200)의 측면 사시도를 도시한다. 피스톤(200)은 연소 사발(212)을 갖는 상부 연소 표면(211), 및 링 벨트 영역(214)을 갖는 환형 측벽(213)이 있는 피스톤 본체(210)를 포함한다. 링 벨트 영역(214)은 환형 측벽(213) 둘레에서 원주방향으로 연장되는 복수의 링 홈에 위치된 복수의 피스톤 링을 포함한다. 이 예에서, 링 벨트 영역(214)은 상단 링 홈(215)에 압축 링(221), 제2 링 홈(216)에 스크레이퍼 링(222), 및 제3 링 홈(217)에 오일 제어 링(223) 형태의 3개의 피스톤 링을 포함한다. 그러나, 임의의 적절한 수 및 배열의 피스톤 링이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 링 홈(215-217) 중 하나에 정렬 핀(230)이 고정되어 해당 링 홈에서 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한한다. 이 예에서, 정렬 핀(230)은 제2 링 홈(216)으로 돌출되어 스크레이퍼 링(222)의 회전을 제한한다. 정렬 핀은 대안적으로 제1 또는 제3 링 홈으로 돌출될 수 있다. 다른 피스톤 링의 회전을 제한하기 위해 동일한 방식으로 추가 정렬 핀이 제공될 수 있다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 피스톤 본체(210)는 링 벨트 부분(214)의 반경방향 내향으로 그리고 연소 사발(212)의 림에 인접하여 피스톤 본체 내에 형성된 환형 냉각 갤러리(240)를 더 포함한다. 냉각 갤러리(240)는 상부 표면(241) 및 하부 표면(242)을 갖는다. 유체 입구(243) 및 유체 출구(244)가 냉각 갤러리(240)의 하부 표면(242)에 각각 제공되어 피스톤의 축방향으로 연장된다. 따라서, 유체 입구(243) 및 유체 출구(244)는 도 5 및 도 6에서 가장 잘 확인되는 바와 같이 피스톤 본체(210)의 밑면으로 개방된다. 이 예에서, 냉각 갤러리(240)는 환형 냉각 갤러리(240)의 반대쪽 단부에 서로 위치 설정되는 단일 유체 입구(243) 및 단일 유체 출구(244)를 갖는다. 유체 입구(243) 및 유체 출구(244)는 냉각 갤러리(240)를 제1 및 제2 냉각 갤러리 절반부(245, 246)로 분할하며, 여기서 제1 냉각 갤러리 절반부는 유체 입구(243)로부터 유체 출구(244)로 제1 원주방향으로 연장되고 제2 냉각 갤러리 절반부는 제1 원주방향과 반대인 제2 원주방향으로 유체 입구(243)로부터 유체 출구(244)로 연장된다.

정렬 핀(230)은 중간 링 홈(216)에 개구를 갖고 피스톤 본체(210)의 측벽(213)으로 연장되는 구멍(231)에 고정된다. 구멍(231)은 바람직하게는 천공된 구멍이다. 환형 냉각 갤러리(240)는 효과적인 냉각을 위해 연소 사발(212)에 대한 근접도를 보장하도록 피스톤 본체(210)의 상부 단부에 근접하게 위치된다. 그러나, 이는, 환형 냉각 갤러리(240)가 링 벨트 영역(214)의 반경방향 내향으로 직접 위치되어 정렬 핀(230)이 유지될 수 있는 측벽(213)의 반경방향 두께를 제한한다는 것을 의미한다. 이를 해결하기 위해, 피스톤 본체(210)는 상부 표면(241)으로부터 냉각 갤러리(240) 내로 하향 돌출하는 돌기(250)를 더 포함한다. 돌기(250)는 피스톤 본체의 연장부이며 구멍(231)이 연장될 수 있는 추가 재료를 제공한다. 이는 정렬 핀(230)이 구멍(231)에 확실하게 유지되는 정도를 개선시킨다. 이 예에서, 구멍(231)은 링 홈(216)의 반경방향 외부 개방 단부로부터 돌기(250) 내의 반경방향 내부 폐쇄 단부까지 중단 없이 연장되는 블라인드 구멍이다. 따라서, 구멍(231)은 돌기(250)에서 종결된다. 이러한 방식으로, 정렬 핀(230)은, 그렇지 않으면 냉각 유체의 유동을 방해하여 피스톤의 냉각 성능에 영향을 미칠 수 있는 냉각 갤러리(240)로의 낙하가 방지된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 스크레이퍼 링(222)은 분할 링이고 정렬 핀(230)이 링 홈에서 돌출되어 분할 링의 대향 단부 사이의 링 간극(224)에 수용된다. 이는 피스톤 본체(210)에 대한 스크레이퍼 링(222)의 원주방향 회전을 방지한다.

도 8에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 돌기(250)는 냉각 갤러리(240)의 높이의 국소적 감소를 유발하지만, 본 발명자는 이것을 돌기(250)를 유체 입구(243) 바로 맞은 편에 위치 설정하고 냉각 갤러리(240) 둘레에서 냉각수 유동을 개선하는 유동 분할기 표면을 획정하도록 형상화함으로써 그 이점으로 사용하였다. 유동 분할기 표면은 만곡된 형상을 갖는다. 즉, 유동 분할기 표면은 적어도 하나의 만곡된 부분을 갖는 형상을 갖는다. 이 예에서, 유동 분할기 표면은 만곡된 피크(251), 만곡된 피크(251)로부터 멀어지게 연장되는 측면 플랭크(252), 및 측면 플랭크(252)와 냉각 갤러리(240)의 상부 표면(241)의 인접한 부분 사이의 천이부를 형성하는 만곡된 경사부(253)를 갖는다. 이 예에서, 유동 분할기 표면은 중심축(254)을 중심으로 대칭성이다. 유동 분할기 표면의 중심축(254)은 도 8에 도시된 바와 같이 유체 입구(243)의 중심축(245)과 정렬되거나, 반경방향 및/또는 원주방향으로 오프셋될 수 있다.

작동 중에, 냉각 유체는 피스톤 본체(210)의 밑면을 향해 지향되고 유체 입구(243)를 통한 냉각 유체의 유동으로서 축방향으로 냉각 갤러리(240)에 진입한다. 예를 들어, 각각의 실린더는 메인 오일 갤러리로부터 공급되고 피스톤 본체의 밑면을 향해 오일을 분사하는 유체 제트를 포함할 수 있다. 냉각 갤러리(240)에 진입하면, 냉각 유체의 유동은 유체 입구(243)의 바로 맞은 편에 위치 설정된 돌기(250)의 유동 분할기 표면에 충돌하며, 이에 의해 유동 분할기 표면의 양 측면에서 제1 및 제2 유체 유동으로 분할된다. 제1 유체 유동은 제1 냉각 갤러리 절반부(245) 둘레에서 제1 원주방향으로 유동 분할기 표면에 의해 지향된다. 제2 유체 유동은 제2 냉각 갤러리 절반부(246) 둘레에서 제2 원주방향으로 유동 분할기 표면에 의해 지향된다. 냉각 갤러리 둘레를 통과함으로써, 냉각 유체는 연소 표면(211) 및 연소 사발(212)로부터 주위의 열을 흡인하여 피스톤(200)의 최대 작동 온도를 감소시킨다. 이어서, 제1 및 제2 유체 유동은 유체 출구(244)를 통해 냉각 갤러리(240)를 떠난다.

추가 측벽 두께를 제공하고 유동 분할기 표면으로서 구성된 돌기를 냉각 갤러리에 제공함으로써, 정렬 핀 유지 및 피스톤 냉각 성능 모두가 본 발명의 피스톤으로 개선될 수 있다.

본 발명이 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 앞서 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (17)

1. 내연 기관용 피스톤이며,
   피스톤 본체로서, 상부 연소 표면, 링 벨트 영역이 있는 환형 측벽, 및 링 벨트 영역으로부터 반경방향 내향으로 피스톤 본체 내에 위치되고 작동 중에 냉각 유체가 냉각 갤러리에 공급되게 하는 유체 입구를 갖는 냉각 갤러리를 포함하는, 피스톤 본체;
   링 벨트 영역 둘레의 링 홈에 위치된 피스톤 링; 및
   피스톤 측벽의 구멍에 고정되고 링홈으로 돌출되어 피스톤 링의 원주방향 변위를 제한하는 정렬 핀을 포함하고,
   피스톤 본체는 구멍 및 정렬 핀이 연장되는 냉각 갤러리 내의 돌기를 더 포함하고, 돌기는 유체 입구 반대쪽의 냉각 갤러리로 돌출되고 사용 중에 유체 입구를 통해 유동하는 냉각 유체를 제1 및 제2 유체 유동으로 분할하고 제1 및 제2 유체 유동을 냉각 갤러리 둘레에서 반대 방향으로 지향시키도록 구성된 유동 분할기 표면을 제공하는 형상을 갖는, 피스톤.
2. 제1항에 있어서, 냉각 갤러리는 환형인, 피스톤.
3. 제2항에 있어서, 유동 분할기 표면은 환형 냉각 갤러리 둘레의 제1 유체 유동을 제1 원주방향으로 지향시키고 환형 냉각 갤러리 둘레의 제2 유체 유동을 제1 원주방향과 반대인 제2 원주방향으로 지향시키도록 구성되는, 피스톤.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 분할기 표면은 실질적으로 대칭성인, 피스톤.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 분할기 표면은 만곡된 형상을 갖는, 피스톤.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 분할기 표면은 유체 입구와 정렬되는, 피스톤.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 구멍은 돌기 내에서 종결되는 블라인드 구멍인, 피스톤.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 입구는 냉각 갤러리의 하부 표면에 위치되고 돌기는 냉각 갤러리의 상부 표면으로부터 돌출되는, 피스톤.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 갤러리는 냉각 유체의 유동이 작동 중에 냉각 갤러리를 떠나게 하고 유체 입구와 별개인 유체 출구를 더 포함하는, 피스톤.
10. 제9항에 있어서, 유체 출구는 냉각 갤러리가 유체 입구와 유체 출구에 의해 제1 및 제2 냉각 갤러리 절반부로 분할되도록 냉각 갤러리의 유체 입구 반대쪽 단부에 위치 설정되는, 피스톤.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 유체 출구는 냉각 갤러리의 하부 표면에 위치되는, 피스톤.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤 링은 대향 단부 사이에 링 간극이 있는 분할 링이고, 정렬 핀은 링 간극에 수용되는, 피스톤.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤 링은 오일 제어 링 또는 스크레이퍼 링인, 피스톤.
14. 내연 기관을 갖는 해양 선외 모터이며, 내연 기관은:
    적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록; 및
    적어도 하나의 실린더에 배치되는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 피스톤을 포함하는, 해양 선외 모터.
15. 제14항에 있어서, 내연 기관은 수직축 내연 기관인, 해양 선외 모터.
16. 내연 기관이며,
    적어도 하나의 실린더를 획정하는 엔진 블록; 및
    적어도 하나의 실린더에 배치되는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 피스톤을 포함하는, 내연 기관.
17. 제14항 또는 제15항에 따른 해양 선외 모터를 포함하는 해양 선박.

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