KR100434245B1 - 내연기관의 피스톤링 및 피스톤조립체 - Google Patents

Abstract

내연 기관에서의 피스톤용 피스톤링 (7)은 피스톤의 주위 표면 내의 다수의 축방향 분리 환상 그루브 (3)의 어느 하나에 삽입되어 있다. 각각의 환상 그루브는 그루브 저면 (6)은 물론 상부 및 하부 그루브면 (4) 및 (5)를 구비한다. 피스톤링은 피스톤의 압축 및 연소 행정 동안에 상부 피스톤링을 하향 이동시키고 그 위의 작업실을 밀폐한다. 피스톤링 (7)은 관련 환상 그루브 내에서 상부 및 하부 그루브면 사이의 축상 거리보다 더 작은 축상 높이를 가질 뿐만 아니라 실질적인 기밀링 칸막이를 구비하고 있어서 환상 그루브 내에 장착될 때에 링의 지름이 확장될 수 있게 한다. 피스톤링의 하부면 (15) 내의 다수의 누출 트랙은 링의 주위에 분포되어 있고, 상기 트랙은 슬릿 형상이고 링의 주변 방향에서 슬릿 너비로 마주보고 있으며 축방향으로 확장하는 슬릿 높이보다 적어도 수배가 더 크다. 피스톤링의 저면 (15)이 하부 그루브면 (5)과 인접하게 될 때, 누출 가스는 누출 트랙을 통과하여 흐를 수 있고 이것은 피스톤링을 가로지르는 상이한 압력을 감소시키게 된다.

Description

내연기관의 피스톤링 및 피스톤 조립체

그러한 조립체는 국제 공개 번호 제 WO94/12815 호에 공지되어 있는바, 여기에서 누출 트랙은 실린더 벽면에 맞대어서 링의 표면이 접촉해 있는 그루브 즉, 그루브는 상부면으로부터 링의 하부면으로 확장하고 있다.

피스톤링은 또한 링 칸막이에서 방사 커트로 알려져 있는데, 여기에서는 소위 링갭 (ring gap) 이라 불리는 경사 확장 방사 커트 (obliquely extending radial cut) 의 넓이 수단에 의해서 제어되는 링을 가로질러 압력이 가해진다. 현대의 2 - 행정 크로스헤드 기관에서는 연소 압력은 높고 결과적으로 하부의 피스톤링 및 실린더 라이너 (cylinder liner) 의 내부면을 필연적으로 강하게 부분 가열하게 됨으로써 링갭을 통하여 하향하는 가스의 속도가 매우 커지게 된다. 피스톤링이 환상 그루브 내에서 회전함에 따라, 하부 피스톤링은 초기 장력을 느슨하게 하는 부분적 과열 (local overheating) 로 인하여 수많은 곳에서 충돌할 수 있고, 필요한 라이너의 내부면과의 밀봉 접촉을 유지할 수 없게 된다. 제 2 링과 충돌 후, 상부링에서 링갭을 통하는 가스의 흐름은 증가하는데, 이는 제 3 링으로 내려오는 캐비티 (cavity) 에 대하여 상부링을 가로지르는 더 작은 상이한 압력을 달성하기 위하여 압축되어야하기 때문이다. 이것은 링갭 주위의 영역에서 상부링 상에 열적 하중 (thermal load) 을 증가시키며 그 충돌의 위험을 주게 된다.

국제 공개 번호 제 WO94/12815 호의 피스톤 상부링은 다수의 작은 누출 그루브 상에 분배되는 제어된 가스 누출 수단에 의해서 상기 문제를 해결한다. 그러나, 이러한 누출 그루브는 또한 단점을 갖고 있는데 특히, 피스톤링이 열 및 장력 모두에 관하여 과중한 하중하에 있다는 것으로서, 이는 부분적으로는 누출 그루브 주위의 재료가 매우 뜨거워지기 때문이고 부분적으로는 그루브는 무거운 장력 하중 하에 있는 링의 영역에 장력 집중 (stress concentration) 을 일으키기 때문이다.

미합중국 특허 번호 제 1 988 727 호는 관련 환상 그루브를 높이 방향에서완전하게 채울 수 있는 기밀 피스톤링을 개시하고 있다. 이러한 피스톤링은 각 기관 사이클 동안에 환상 그루브에 대하여 축방향으로 운동하지 않음에 따라, 피스톤링의 코크 (coke) 및 로크 (lock) 를 피하기 위하여 환상 그루브 내에 링리프팅 (ring lifting) 이 필요한 최신 고출력 기관에 사용하기는 부적당하다. 미국 특허의 피스톤링은 링의 로킹을 극복하기 위한 시도로서 모든 링표면에 다수의 리세스 (recess) 및 노치 (notch) 를 구성한다. 하부링면에 있어서, 하부 그루브면에 맞대어 있는 주요 접촉 부분은 제거되고, 정방형의 단면을 가진 두 개의 방사 방향으로 마주보는 누출 개구 (opening) 가 있다. 피스톤링은 제조하기가 매우 복잡하다.

미국 특허 제 1 365 348 호는 높이 방향에서 관련 환상 그루브를 완전히 채우는 또 다른 피스톤링을 개시하고 있다. 링 뒤의 환상 그루브 내에 가스 및 오일의 축척 피하기 위하여, 링은 환상 그루브의 상부 및 하부면을 좀 더 탄탄하게 밀봉하기 위한 평면의 상부 및 하부면으로 구성되고, 링의 배면으로부터 스며나오는 임의의 작은 양의 가스 및 오일을 이끌기 위하여 그 하부면 내에 방사 확장 트랙을 구비한다. 이것은 링 뒤의 압력 집중을 피하게 한다.

상기한 바와 같이, 최신 기관에 있어서 링 리프팅이 각 기관 사이클에서 환상 그루브 내에 발생할 수 있도록 피스톤링이 환상 그루브 내에 축방향으로 이동할 수 있다는 것은 기본적인 사항이다. 연소실 (combustion chamber) 에서의 압력이 높을 때에는 연소 또는 작업 행정 동안에 그러한 링은 하부 그루브 면에 인접한다. 그러므로 피스톤링 뒤의 환상 공간은 실린더 라이너를 향하여 개방되게 되는데, 왜냐하면 피스톤링 뒤의 압력 축척을 피하기 위하여 미국 특허에서 공지된 방사 확장트랙을 사용할 필요가 없어지기 때문이다.

독일 특허 제 39 24 982 호는 링 칸막이에 링갭을 구비하고 상부링 표면에 방사 확장 그루브를 구비하는 피스톤링을 개시하고 있다. 그러한 링 설계에 있어서는 그루브 주위의 장력 집중 때문에 과도하게 하중을 받는 등 효과적이지 못하므로 그루브는 바람직하게는 환상 그루브의 상부 그루브면에 형되는 것이라고 설명하고 있다. 피스톤링을 가로지르는 압력의 차이는 링갭을 통과하는 가스 흐름에 의해서 감소한다. 하부 그루브면에 대한 하부링 표면의 밀봉 접촉이 환상 그루브 내 링의 리프팅에서 깨졌을 때, 방사 확장 그루브는 피스톤링 전반에 신속한 압력 균일화 (pressure equalisation) 의 역할을 한다.

일본 특허 공개 제 2-48737 호는 평면인 상부 및 하부면을 구비하는 피스톤링 및 환상 그루브를 구비한 피스톤링에 대해서 개시하고 있으며, 여기에서 가스의 흐름 통로는 피스톤링을 가로질러 가해지는 압력을 제어하기 위하여 환상 그루브 사이의 피스톤 재료에서 형성된다. 이러한 통로는 제조하기가 어렵다. 모든 링에 균일한 압력을 가하기 위하여 링은 누출에 디멘젼된다고 설명하고 있다. 이것은 사용된 누출량은 아주 작아서 각각의 링을 가로지르는 상이한 압력은 단지 명백한 내구력 감소 효과가 얻어지지 않을 만큼 아주 작게 되고, 누출 가스의 부피 흐름은 저면 피스톤링 사이의 공간에서 압력을 증가시키기 위하여 매우 커지게 되는데, 연소실 내에서 주목할 만큼의 가스 부분이 탈출하기 때문에 기관의 특정 연료 소비는 증가한다.

본 발명의 목적은 링 자체 및 실린더 라이너에 대하여 뿐만 아니라 기관에대하여 개선된 작동 특성을 갖는 피스톤링 및 피스톤 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명은 내연 기관, 특히 2 - 행정 유니플로 - 소기 크로스헤드 기관 (uniflow-scavenged crosshead engine) 용 피스톤링 및 피스톤 조립체에 관한 것으로서, 외주면에서 피스톤은 다수의 축방향 분리 환상 그루브 (axially separated annular groove) 를 포함하고 각각은 상부 및 하부 그루브면 및 그루브 저면을 포함하고, 그 내부에서는 피스톤링이 피스톤의 압축 및 연소 행정 동안에 상부 피스톤링을 하향 이동시켜 작업실 (working chamber)을 밀폐하기 위하여 환상 그루브 내에 삽입된다. 또한 적어도 하나의 피스톤링은 환상 그루브 내에서 축방향으로 이동할 수 있도록 관련된 환상 그루브 내에 피스톤링은 상부 및 하부 그루브면 사이의 축방향 거리보다 작은 축방향 높이를 가지며, 환상 그루브 내 마운팅에서 링의 지름을 확장시킬 수 있도록 실질적인 기밀 링 칸막이 (gastight ring partition) 를 구비하며, 링의 원주를 따라서 배치된 다수의 누출 트랙 (leakage track) 을 구비한다.

도 1은 실린더 내에 배치된 피스톤에서 환상 그루브 내에 배치된 피스톤링에 관한 본 발명에 따른 조립체를 관통하는 부분 단면도를 도시한다.

도 2는 링 부분 주위의 영역에서 피스톤링을 확대해서 도시하는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 조립체내의 피스톤링에 대한 평면도를 도시한다.

도 4는 누출 트랙 주위의 영역에서 도 3의 피스톤링을 확대하여 도시하는 단면도이다.

도 5는 도 4의 링 칸막이에 대한 측면도를 도시한다.

도 6은 링 그루브에 삽입된 피스톤링의 확대된 단면도를 도시한다.

도 7은 장력과 관련하여 효과적인 형태를 구비하는 누출 트랙을 관통하는 단면도를 도시한다.

상기 목적의 관점에서, 본 발명에 따른 조립체는 누출 트랙이 하부 그루브면에 접촉해 있으려는 경향이 있는 하부 링 내에 형성되고, 링의 주변 방향에서 슬릿 너비로 마주보는 슬릿 - 형상을 하고, 축 방향으로 확장하는 슬릿의 높이보다 적어도 수배 더 크다는 특징을 갖고 있다.

하부링면 내의 누출 트랙의 위치는 몇가지 효과를 준다. 무엇보다도 누출 가스가 하부링의 상부 위가 직접 가열되는 것을 방지하게 되는 것이고, 탄성 장력에 의해서 심하게 하중을 받을 때, 피로 파괴 (fatigue fracture) 에 민감하게 되는 링의 외측 주변 물질에서 장력 집중이 실질적으로 작아지게 된다. 방사 방향으로 방출하는 누출 가스는 실린더 라이너의 내부 표면에 충격을 가하게 되는 반면, 내부면과의 관계에서 피스톤링의 이동이 하부 피스톤링과 관계된 것보다 훨씬 큼에 따라서 물질에 대한 손상의 위험은 축방향 확장 누출 트랙을 구비하는 상기 피스톤 상부링에서 실질적으로 작아지게 된다. 또 다른 효과는 누출 영역은 링의 외측 주변 표면 상의 링 마모에 의해서 영향을 받지 않는다는 점이다.

누출 트랙의 슬릿 형상은 본질적으로 양호한 작동 특성을 갖게 한다. 슬릿 형상의 트랙을 통과하게 되는 흐름에서, 가스의 흐름은 점성 가스 및 넓으나 링 상에 비교적 가깝게 배치된 벽면 및 환상 그루브의 하부 그루브면 사이의 마찰력에 의해서 정지되며, 여기에서 가스는 트랙 주위의 물질에 조절된 에너지양을 운송하고, 트랙은 운송된 에너지에 의해서 가열된다. 통상적으로 가스는 800 - 1800 ℃사이의 온도를 가지고, 트랙의 슬릿 형상은 트랙 내에서 가장 빠른 가스의 속도를 적당하게 감소시킬 수 있어서 트랙 벽의 온도는 500 ℃ 부근 또는 그 이상으로 되게 할 뿐만 아니라, 상기 경우에 누출 가스의 부피가 적당하게 된다. 이렇게 높은 온도에서는, 연소 잔여물은 트랙벽에 증착 (deposit) 될 수 없고 코크 (coke) 화된다. 트랙 내에 부착된 임의의 코크는 온도가 약 500 ℃ 까지 올라가게 되었을 때 떨어지게 됨에 따라, 물질 내에서 상기 온도를 한 번이라도 잠시동안 얻을 수 있는 한, 지속되는 기간 내내 물질 내의 온도가 높을 필요는 없다.

각 누출 트랙의 단면적은 높이가 높아질수록 너무 커지게 되므로 슬릿의 높이는 바람직하게는 1 mm 보다 작다. 특히 효과적인 가스의 흐름 및 온도 조건은 0.35 내지 0.55 mm의 슬릿 높이에서 얻어질 수 있는데, 왜냐하면 가깝게 배치된 넓은 트랙 벽은 또한 트랙의 중앙부 가스의 흐름으로부터 에너지를 받을 수 있고 그곳의 속도를 감소시킬 수 있기 때문이다. 동시에 넓은 범위에서 균일한 흐름 조건이 전체 트랙 너비에 걸쳐서 달성될 수 있다. 마찬가지로 효과적인 면에서 트랙의 높이가 작을 경우는 누출 트랙과 동일한 단면적을 얻기 위하여 수개의 트랙을 사용할 필요가 있고, 결과적으로 기관 사이클 동안에 링에 가해지는 전체 열전달량은 좀 더 균일하게 분배될 수 있게 된다.

바람직한 실시예에서는, 링 높이는 적어도 슬릿 높이에 비하여 8배로서 이는 링에 대하여 누출 트랙 위로 큰 물질의 두께를 줄 수 있고 링 물질은 넓은 영역에 걸쳐서 가스로부터 받은 에너지를 분배하게 된다. 이것은 링의 상부면에서의 온도가 누출 트랙의 표면 상에서의 높은 온도보다 적당하게 낮아지게 되는 것을 보장한다.

환상 그루브 상의 링 물질 내에서의 온도는 단지 슬릿의 최고 높이에 비하여 20 배 까지 더 큰 슬릿의 너비에 의하여 한정될 수 있다. 그리고 열의 일부는 환상 그루브의 옆에 위치하는 물질에 주변방향으로 퍼지게 된다.

바람직하게는 링 부분의 맞은편 지름에 위치하는 링 영역은 누출 트랙으로부터 자유롭게 되는데, 이 영역에서의 기계적 장력은 커지게 됨에 따른 것이다. 상기 영역을 누출 트랙으로부터 자유롭게 유지함으로써 장력 집중으로 인한 더이상의 하중이나 열적 하중은 피하게 된다.

링이 적어도 4 개의 누출 트랙을 구비할 때에, 링 상에 열적 하중에 대한 임의의 분포를 얻을 수 있다. 그러나 열의 분포를 좀 더 알맞게 하게 되는 것은 피스톤링이 하부 링 표면내에 적어도 6 개의 누출 트랙을 구비할 때이다. 열적 분포 외에도, 가장 적당한 트랙의 수가 결정되었을 때에는 링의 배면 및 그루브 저면 사이의 환상 공간에서의 코크 증착의 위험과 같은 다른 환경 요소가 중요해질 수 있다. 누출 가스는 피스톤 상의 수 개의 피스톤링을 통과하여 하부로 흐르게 될 것이고 이를 위하여 피스톤링 내의 누출 트랙으로부터 하부 피스톤링내의 누출 트랙으로 흐르게 하기 위하여 피스톤의 주변 방향으로 이동할 필요가 있다. 가스는 오일 찌꺼기 및 연소로 인한 찌꺼기 산물을 만들수 있고 찌꺼기 물질의 증착에 대한 위험은 가스의 흐름이 길어질수록 코크가 커질 수 있다. 피스톤링 뒤의 환상 공간에서 코크 증착과 반대 작용을 하기 위하여, 피스톤링은 바람직하게는 그 하부 표면 내에 8 내지 16 개의 누출 트랙을 구비한다. 두 개의 피스톤링 사이의 주변 방향에서가장 긴 흐름의 경로는 만약 가스가 다음 차례 링 내의 가장 인접한 누출 트랙으로 흐르게 될 경우, 누출 트랙의 수에 의해서 나누어진 링의 주변 길이의 약 반에 해당한다. 이것은 트랙의 수가 많아지면 흐름의 경로가 감소되기는 하나 동시에 더 많은 트랙이 링 내에 합체되어야 하므로 제조 비용은 증가하게 된다.

균일한 작동 조건을 획득하기 위하여 링 부분의 반대 영역을 제외하고는 누출 트랙은 링 주변 너머로 효과적으로 균일하게 분포할 수 있다.

누출 트랙의 전체 단면적 A_tot은 D²/68000 내지 D²/5000 의 적당한 적당한 값이 될 것이고, 여기에서 D 는 mm 단위의 실린더 지름이고 A_tot은 ㎟의 면적이다. 만약 면적이 D²/68000 보다 작아지게 된다면, 피스톤링을 가로지르는 상이한 압력의 감소는 너무 완화되어서 링 마모의 실질적인 감소를 주지 못한다. 상부 면적 한계인 D²/5000 은 실질적인 링 마모의 감소와 연소 조건의 강한 악화 그리고 특정 연료 연소의 사이에 적당한 타협을 준다. 효과적으로 링의 수명이 길도록 하기 위한 간격은 기관을 전체적으로 양호한 작동 조건에서 조합하는 것을 달성할 수 있다. 면적은 상기한 상부 면적 한계보다 더 크게 선택될 수 있으나, 너무 크게 선택되어서 피스톤링 하의 압력이 방출 밸브가 열리자마자 즉시 탈출하게 되어 피스톤링이 환상 그루브 내로 들어올려질 수 없게 되지 않도록 해야만 한다.

특히 심하게 하중을 받는 피스톤링에 있어서는, 누출 트랙 주위의 장력 집중은 트랙의 설계를 적당하게 함으로써 감소시킬 수 있다. 장력에 관하여 매우 좋은실시예에 있어서, 누출 트랙의 상부 표면의 단면은 적어도 3 개의 원호 부분들로 이루어져 있고, 그 중 두 개의 가장 바깥쪽 원호 부분들은 그 중심들을 하부 링 표면 (15) 위쪽에 가지며, 중간 원호 부분은 하부 링 표면 (15)의 아래쪽에 중심이 위치하도록 배치되어 있다.

본 발명에 따른 실시예의 보기로서 개략적으로 도시한 도면을 참조하여 아래에 상세하게 개시하고 있다.

도 1은 실린더 라이너 (2) 내에 장착된 피스톤 (1)을 도시한다. 피스톤은 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 상부 그루브면 (4), 하부 그루브면 (5) 및 그루브저면 (6)을 구비하는 다수의 동축 분리 환상 그루브 (3)을 포함한다. 피스톤링 (7)은 환상 그루브 내에 삽입되어 피스톤 상의 작업실 (8)에서 가스 압력이 피스톤 아래의 공간으로 퍼지는 것을 방지한다. 피스톤링은 커다란 기밀 칸막이(9)를 구비하고 있어서 환상 그루브 (3)에 설치되어 있는 링의 지름이 확장될 수 있게 하고 칸막이에서 링의 양단부가 링이 점점 마모되어 감에 따라서 서로 이탈할 수 있게 한다.

환상 칸막이 (9)의 설계의 예는 도 2에 도시되어 있으며, 칸막이를 관통하여 흐르는 가스는 크게 방해받는다. 환상 그루브의 외부 림은 일점쇄선 (10)에 의해서 도시되어 있다. 링의 외부면 (11)은 실린더 라이너 (2)의 내부면과 인접해 있다. 링 칸막이에서, 링의 제 1 단부는 돌출부 (12)를 구비하고 있어서 링의 제 2 단부에 대응하는 리세스 (13)내로 통과하게 한다. 방사 방향에서 돌출부 (12)는 링 (7)보다 협소하고, 링의 내부면에서 리세스 (13)은 돌출부의 내부면과 인접해 있는 동축 확장벽에 의해서 한정된다. 돌출부 (12)의 높이는 또한 링의 높이보다 작고 리세스 (13)은 돌출부의 외부면과 인접해 있는 방사 돌출벽에 의해서 상향으로 한정된다. 돌출부 (12)의 단면이 리세스 (13)의 단면을 채워감에 따라, 링 칸막이의 실질적으로 기밀이 달성된다. 기밀의 다른 방법으로 링 칸막이를 설계할 수 있음은 공지의 기술이다.

피스톤링 (7)은 그 하부면 (15)에 다수의 누출 트랙 (14)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서는, 링은 열 개의 누출 트랙 (14)을 구비하고 있는데, 상기 트랙은 이러한 지름 중에서 가장 하중을 받는 링의 영역 (17)이 두 개의 누출 트랙사이에 위치하도록 하기 위하여 링 칸막이를 관통하여 지나가는 지름 (16)에 대하여 대칭이 되게 두 개씩의 누출 트랙이 지름의 양끝에 배치되는 방법으로 링의 원주를 따라서 균일하게 분포하고 있다. 만약 다른 방법으로서 피스톤링이 균일하지 않은 트랙수로 제조된다면, 영역 (17)에서 두 개의 누출 트랙 사이의 거리는 다른 누출 트랙 사이보다 더 길어야 할 필요가 있을 것이다.

도 4에 가장 분명하게 도시된 바와 같이, 누출 트랙 (14)의 종축은 링의 방사 방향과 α 의 각도를 이루고 있어서 리크 가스의 유출은 원주 방향으로의 힘을 피스톤링 상에 작용하게 될 것이고, 그 힘은 링을 환상 그루브에서 회전하게 할 것이다. 각도 α 는 예를 들어 20° 내지 70° 일 수 있으며, 실시예에서 도시된 예는 30°이다.

도 5는 누출 트랙 (14)의 외향 단부를 외부에서 바라보았을 때의 전체 형상을 도시하고 있고, 내부 단부는 쇄선으로 도시되어 있다. 피스톤링은 높이가 6.5 mm 이고, 누출 트랙은 높이 h = 0.5 mm 이고 넓이 5 mm 이다. 단면에서, 누출 트랙의 저면 (18)은 실질적으로 선형 직선이고, 트랙의 각 측면은 S - 형태이고 두 개의 원호 부분으로 구성되어 있다. 여기에서 최외각 원호는 반지름 R이 2 mm 이고 그 중심이 저면 링 표면 (15) 상에 있고 후자에 대해서 탄젠트 코스를 구성하는 반면, 최내부 원호는 반지름이 2 mm 이고 그 중심은 하부 링 표면 (15) 밑에 위치하고 누출 트랙의 저면 (18)과 제 1 측면 및 최외각 원호 부분과 제 2 측면에 탄젠트 코스를 구성한다. 이것은 물론 4분각 단면을 가진 누출 트랙을 형성 가능하게 하지만, 이것은 트랙의 일 코너에 좀 더 큰 장력의 집중을 가져오게 된다. 도 7에 도시된 또 다른 실시예에 따르면, 누출 트랙의 저면 (18)은 또한 비교적 큰 곡률 반경을 가지고 그 중심이 하부 링 표면 (15) 밑에 존재하는 원호 - 형상 단면을 가지고 있다.

도 6에 도시된 단면에 따르면, 피스톤링의 하부 표면 (15)는 하부 그루브면 (5)에 인접해 있고 누출 트랙 (14)는 피스톤링의 내부 표면 (20)과 그루브 저면 (6) 사이에 위치하는 환상 공간 (19) 및 실린더 라이너 (2)와 피스톤 (1)의 외부면 사이의 피스톤링 밑에 위치하는 환상 공간 (21) 사이에 가스 흐름의 유통을 창출하는 것을 도시한다. 피스톤링의 상부면 (22)는 상부 그루브면 (4)의 밑으로 약간의 거리를 두고 있기 때문에, 가스는 실린더 라이너 (2)의 내부 표면 및 피스톤의 내부 표면사이의 피스톤링 위에 위치하는 환상 공간으로부터 피스톤링 위의 공간을 통하여 환상 공간 (19), 누출 트랙 (14) 및 환상 공간 (21) 내로 흐르게 되고, 후자를 압축하게 되며, 피스톤링을 가로지르는 상이한 압력을 감소시키게 된다.

피스톤링의 누출 영역은 링에서 링으로 다양하게 변화할 수 있고, 저면 피스톤링은 피스톤 밑의 공간에 맞서서 저면 밀봉을 형성함에 따라 본질적으로 누출 영역을 갖지 않는다.

피스톤링이 환상 그루브 (3) 내에 배치되고 피스톤 (1)이 실린더 라이너 (2) 내에 삽입될 경우에, 링의 지름은 링의 장력없는 조건에서보다 작고 외부면 (11) 주위의 링 재료에 탄성 장력이 있고 내부 표면 (20) 주위의 재료에 압축 장력이 있게 된다. 그러므로 링 장력은 링의 외부면 (11)을 실린더 라이너의 내부면에 접촉해 있는 것을 유지시켜 준다.

본 발명에 따른 피스톤링 및 피스톤 조립체는 2 - 행정 및 4 - 행정 타입 모두의 내연 기관용으로 적용될 수 있으나, 특히 유니폴로 소기 즉, 실린더 라이너의 하부 부분에 공기 소거 포트 및 실린더 외피에 소모 밸브를 구비하는 대형 2 - 행정 크로스헤드 기관에 효과적이다. 상기 기관은 예를 들어, 실린더 직경이 간격 250 내지 1000 mm 이고 스트로크 길이가 900 내지 2400 mm인 것을 들 수 있고 피스톤링 상에 커다란 하중을 초래할 수 있는 간격 10 내지 19 바의 매우 높은 수단 압력하에서 작동될 수 있다. 이러한 기관에서는 본 발명에 따른 조립체는 피스톤링의 긴 수명을 보장할 수 있고 링에 대한 높은 하중에도 불구하고 실린더 라이너의 긴 수명을 보장할 수 있다.

Claims (9)

1. 내연기관, 특히 2행정 유니플로-소기 크로스헤드 기관 안의 피스톤링 및 피스톤 조립체로서,

   상기 피스톤은 그것의 외주면에 축방향으로 분리된 환상(環狀) 그루브(3)들을 가지고, 그 그루브는 상부 및 하부 그루브면(4, 5) 그리고 그루브 저면(6)을 구비하고,

   상기 피스톤링들은, 상기 피스톤의 압축과 연소 행정 동안에, 상부 피스톤링 위의 작업실(working chamber)을 아래쪽으로 밀폐하기 위해, 상기 환상 그루브들 안에 삽입되며,

   상기 피스톤링(7)들 중 적어도 하나는, 그것이 속하는 환상 그루브내의 상부 및 하부 그루브면 사이의 축방향 길이보다 더 작은 축방향 높이를 구비하여서 상기 피스톤링이 상기 환상 그루브 내에서 축방향으로 움직임이 가능하며, 환상 그루브 내에 장착된 상태에서 링 지름의 확장을 허용하는 실질적인 가스 기밀 링 칸막이를 구비하고, 링의 주변에 분포된 수 개의 누출 트랙을 구비하는, 피스톤링 및 피스톤 조립체에 있어서,

   상기 누출 트랙(14)들은, 하부 그루브 (5)면과 접촉하기 위하여 상기 하부 링 표면(15) 내에 형성되어 있으며, 상기 링의 외주면 방향으로 마주보고 그리고 축방향으로 연장된 슬릿 높이(h)보다 적어도 수 배는 큰 슬릿 너비를 가지는 슬릿형상인 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 슬릿 높이 (h)는 1mm 보다 작고 바람직하게는 0.35 mm 내지 0.55 mm 사이의 값인 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
3. 제 2 항에 있어서, 링 높이는 슬릿 높이 (h) 에 비해서 적어도 8 배 더 큰 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬릿의 너비는 슬릿의 최고 높이 (h) 보다 20 배 까지 더 큰 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 링 칸막이의 지름 반대 방향에 위치하는 링 면적 (17)은 누출 트랙 (14)으로부터 자유로운 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 링 표면 (15) 내에는 적어도 4 개, 바람직하게는 6 개, 적당하게는 8 내지 16 개의 누출 트랙 (14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
7. 제 6 항에 있어서, 누출 트랙 (14)는 링 (7)의 주변을 따라서 균일하게 분포하는 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 누출 트랙 (14)의 전체 단면적 A_tot은 D²/68000 내지 D²/5000 사이의 값이고, 여기에서 D는 mm 단위의 실린더 지름이고 A_tot은 ㎟의 단위를 갖는 면적인 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 누출 트랙 (14)의 상부 표면의 단면은 적어도 3 개의 원호 부분들로 이루어져 있고, 그 중 두 개의 가장 바깥쪽 원호 부분들은 그 중심들을 하부 링 표면 (15) 위쪽에 가지며, 중간 원호 부분은 하부 링 표면 (15)의 아래쪽에 위치한 중심을 가지는 것을 특징으로 하는 피스톤링 및 피스톤 조립체.