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KR102344350B1 - 왕복 기관을 위한 피스톤 조립체 - Google Patents

왕복 기관을 위한 피스톤 조립체 Download PDF

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KR102344350B1
KR102344350B1 KR1020150079686A KR20150079686A KR102344350B1 KR 102344350 B1 KR102344350 B1 KR 102344350B1 KR 1020150079686 A KR1020150079686 A KR 1020150079686A KR 20150079686 A KR20150079686 A KR 20150079686A KR 102344350 B1 KR102344350 B1 KR 102344350B1
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piston
channel
power cylinder
ring
groove
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KR1020150079686A
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리차드 존 도나휴
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에이아이 알파인 유에스 비드코 인크.
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Publication date
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Abstract

왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템(power cylinder system)은, 실린더 내에 배치되도록 그리고 실린더 내에서 왕복 방식으로 운동하도록 구성되는 피스톤을 포함한다. 이러한 피스톤은 또한 피스톤의 상부 랜드부(top land) 아래에서 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈(top-most groove) 및 이 최상부 홈 내에 배치되는 링을 포함한다. 이러한 상부 랜드부 및 링 내에 단일 채널이 형성되며, 이 단일 채널은 피스톤의 외측 둘레부로부터, 최상부 홈의 내측 표면과 링의 내측면 사이의 공간으로 연장된다.

Description

왕복 기관을 위한 피스톤 조립체{PISTON ASSEMBLY FOR A RECIPROCATING ENGINE}
여기 개시되는 대상은 대체적으로 왕복 기관에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 왕복 기관을 위한 피스톤 조립체에 관한 것이다.
왕복 기관(예컨대, 왕복 내연 기관)은 산화제(예컨대, 공기)와 함께 연료를 연소시켜 고온의 연소 가스를 발생시키며, 이러한 고온의 연소 가스는 다시 실린더 내의 피스톤(예컨대, 왕복 피스톤)을 구동시킨다. 구체적으로, 상기 고온의 연소 가스는 팽창하여 피스톤에 대해 압력을 가하며, 팽창 행정 동안 실린더의 상부 부분으로부터 하부 부분으로 피스톤을 선형적으로 운동시킨다. 상기 피스톤은 연소 가스에 의해 가해지는 압력 및 피스톤의 선형 운동을 회전 운동으로 변환시키고(예컨대, 피스톤에 연결되는 크랭크샤프트 및 커넥팅 로드를 통해 변환시킴), 이 회전 운동은 예컨대 전기 발생장치인 하나 이상의 로드(load)를 구동시킨다. 피스톤 및 연관된 구조(예컨대, 피스톤 조립체)의 구조는, 배출물(예컨대, 미연소 탄화수소) 및 엔진 효율에 현저한 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 윤활유(예컨대, 오일) 소비에도 현저한 영향을 줄 수 있다. 더욱이, 피스톤 조립체의 구조는 왕복 기관의 작동 수명에 현저한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 피스톤 조립체의 구조를 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명의 과제는, 개선된 구조의 왕복 기관, 더욱 구체적으로는 왕복 기관을 위한 개선된 구조의 피스톤 조립체를 제공하는 것이다.
원 청구된 발명과 범위 면에서 관련된 특정 실시예는 이하에서 요약된다. 이들 실시예는 청구된 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 이들 실시예는 단지 본 발명의 가능한 형태에 대한 간단한 요약을 제공하려는 의도이다. 실제로, 본 발명은 이하에 개시된 바와 같은 실시예들과 유사할 수 있거나 상이할 수 있는 다양한 형태를 포괄할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템(power cylinder system)은, 실린더 내에 배치되도록 그리고 실린더 내에서 왕복 방식으로 운동하도록 구성되는 피스톤을 포함한다. 이러한 피스톤은 또한 피스톤의 상부 랜드부(top land) 아래에서 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈(top-most groove) 및 이 최상부 홈 내에 배치되는 링을 포함한다. 이러한 상부 랜드부 및 링 내에 단일 채널이 형성되며, 이 단일 채널은 피스톤의 외측 둘레부로부터, 최상부 홈의 내측 표면과 링의 내측면 사이의 공간으로 연장된다.
일 실시예에 있어서, 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템은, 실린더 내에 배치되도록 그리고 실린더 내에서 왕복 방식으로 운동하도록 구성되는 피스톤을 포함한다. 피스톤 조립체는 피스톤의 상부 랜드부 아래에서 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈 및 이 최상부 홈 내에 위치설정되는 링을 포함한다. 상기 상부 랜드부 또는 링 내에는 채널이 형성되며, 이 채널은 연소 챔버로부터, 최상부 홈의 내측 표면과 링의 내측면 사이의 공간으로 연소 가스가 유동 가능하게 하도록 구성되고, 상기 채널은 피스톤의 직경의 약 1 퍼센트 내지 5 퍼센트 사이의 폭을 갖는다.
일 실시예에 있어서, 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템은, 내측 벽을 갖고 캐비티(cavity)를 한정하는 실린더를 포함한다. 상기 파워 실린더 시스템은, 실린더 내에 배치되고 실린더 내에서 왕복 방식으로 운동하도록 구성되는 피스톤, 이 피스톤의 상부 랜드부 아래에서 피스톤의 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈, 그리고 이 최상부 홈 내에 위치설정되는 링을 포함한다. 이러한 상부 랜드부 또는 링 내에는 피스톤의 다른 영역에 대해 저 증착 영역(low deposit region)에 반경 방향 채널이 형성되며, 이 반경 방향 채널은 피스톤의 외측 둘레부로부터, 최상부 홈의 내측 표면과 링의 내측면 사이의 공간을 향해 연장된다.
본 발명에 따르면, 개선된 구조의 왕복 기관, 더욱 구체적으로는 왕복 기관을 위한 개선된 구조의 피스톤 조립체를 얻을 수 있다.
본 발명의 이들 특징, 양태 및 장점 그리고 다른 특징, 양태 및 장점은, 동일 문자가 도면 전반에 걸쳐 동일 부분을 나타내는 첨부 도면을 참고하여 이하의 상세한 설명을 읽을 때 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 왕복 기관 시스템의 일부의 실시예의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 실린더 내에 위치설정되는 피스톤의 실시예의 단면도이다.
도 3은 피스톤의 상부 랜드부 내에 형성되는 반경 방향 채널을 구비한, 피스톤의 실시예의 일부의 측면도이다.
도 4는 피스톤의 상부 랜드부 내에 형성되는 반경 방향 채널을 구비한, 피스톤의 실시예의 일부의 측단면도이다.
도 5는 상부 피스톤 링 내에 형성되는 반경 방향 채널을 구비한, 피스톤의 실시예의 일부의 측단면도이다.
도 6은 피스톤의 상부 랜드부 내에 형성되는 축 방향 채널을 구비한, 피스톤의 실시예의 일부의 측단면도이다.
도 7은 V자형 엔진의 중앙 영역에 근접하게 위치설정되는 반경 방향 채널을 구비한, V자형 엔진의 실시예의 일부의 측단면도이다.
이하에서 본 발명의 하나 이상의 특정 실시예가 설명된다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하려는 노력의 일환으로, 본 명세서에서는 실제적인 실시에 관한 모든 특징이 설명되지 않을 수도 있다. 임의의 공학 프로젝트 또는 설계 프로젝트에서와 같은 이러한 임의의 실제적인 실시의 개발에 있어서, 실시에 따라 변동될 수 있는 시스템 관련 제한요소 및 업무 관련 제한요소에 대한 컴플라이언스(compliance)와 같은 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해 다수의 실시 관련 결정이 행해져야만 한다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡할 수 있고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시의 이익을 추구하는 당업자를 위한 설계, 제조 및 제작을 착수하는 루틴(routine)일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소를 도입할 때, 단수 표면 및 "상기"는 하나 이상의 해당 요소가 존재한다는 것을 의미하려는 의도이다. 용어 "포함하는", "비롯한" 및 "구비한"은, 나열된 요소가 아닌 추가적인 요소가 존재할 수 있다는 것을 포괄한다는 것을 의미하도록 하려는 의도이다.
본 개시내용에 따른 왕복 기관(예컨대, 왕복 내연 기관)을 위한 파워 실린더 시스템은 하나 이상의 피스톤을 포함할 수 있으며, 각각의 피스톤은 실린더[예컨대, 라이너(liner)] 내에서 선형으로 이동하도록 구성되어 연소 가스에 의해 가해지는 압력 및 피스톤의 선형 운동을 하나 이상의 로드에 동력 인가하기 위한 회전 운동으로 변환시킨다. 피스톤은, 피스톤의 상부 랜드부 아래에서 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 상부 환형 홈(예컨대, 상부 링 홈)을 구비할 수 있다. 상부 링(예컨대, 상부 피스톤 링)은 상부 홈 내에 배치될 수 있다. 개시된 실시예가 아니라면, (예컨대, 상부 링의 내측면과 외측면 사이에서) 상부 링을 가로지르는 특정 압력 구배는 예컨대 반경 방향 링 수축(예컨대, 실린더의 내측 벽으로부터 멀어지는 상부 링의 이동), 오일 소비의 증가, 미연소 탄화수소의 블로우바이(blowby)의 증가, 배출물의 증가, 및/또는 엔진의 구성요소의 마모 증가를 초래할 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 실시예는 상부 링의 내측면(예컨대, 내측 둘레면)에 이웃한 공간으로의 고압 연소 가스의 전달을 위한 적어도 하나의 채널(예컨대, 반경 방향 채널, 축 방향 채널 또는 양자 모두)을 포함하며, 이는 상부 링을 가로지르는 압력 구배를 감소시키고 가스가 상부 링의 내측면 상에 반경 방향 외측을 향하는 힘을 인가할 수 있도록 한다. 탄소 침전물은 미연소 연료 및/또는 윤활유의 탄화로 인해 엔진의 다양한 위치에 형성될 수 있기 때문에, 예시적인 실시예는, 탄소 침전물이 하나의 채널을 통한 연소 가스의 전달을 방해 또는 차단할 가능성을 감소시키는 형상 및/또는 치수(예컨대, 폭, 직경, 단면 유동 면적, 또는 체적)를 갖는 단일 채널(예컨대, 단 하나의 채널)을 포함한다. 따라서, 본 실시예는 적어도 하나의 채널을 통한 연소 가스의 영속적이고 신뢰성 있는 전달을 가능하게 한다.
추가적으로, 하나의 채널의 치수는 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 할 정도로 충분히 클 수도 있지만, 또한 상부 링과 피스톤의 상부 랜드부 사이의 총 크레비스 체적(total crevice volume)이 크레비스 체적 내의 미연소 연료의 유동을 제한할 수 있도록 충분히 작을 수도 있다. 예를 들면, 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하는 치수를 갖는 다수의 채널이 상부 링을 가로지르는 차압을 효과적으로 감소시킬 수 있는 반면, 이러한 구조는 또한 전반적인 크레비스 체적을 증가시키고, 보다 큰 체적의 미연소 연료가 크레비스 체적 내로 유동할 수 있도록 한다. 따라서, 신뢰성 있는 상부 링 안정화를 위한 하나의 채널의 치수는, 총 크레비스 체적과 균형을 이루어 예컨대 엔진 효율의 바람직하지 않은 변경을 제한할 수 있다.
전술한 바의 관점에서, 여기 개시된 실시예는 엔진의 각각의 피스톤과 연관되는 단일 채널(예컨대, 단 하나의 채널)을 포함하여, 상부 링의 내측면에 이웃한 공간으로의 연소 가스의 전달을 용이하게 함으로써 상부 링을 가로지르는 압력 구배를 감소시킨다. 이러한 하나의 채널은, 상부 링을 안정화시키도록 연소 가스의 적절한 체적의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하고 및/또는 크레비스 체적 내로 유동하는 미연소 연료를 제한하는 치수를 가질 수 있다. 추가적으로, 하나의 채널은 탄소 침전물의 형성을 차단하기 위해 엔진의 저 오일 영역(low oil region)에 및/또는 상대적으로 온도가 낮은 영역에 위치설정될 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에 개시된 특징을 갖는 피스톤은 효과적으로 그리고 효율적으로 상부 링을 안정화시킬 수 있는 반면, 크레비스 체적에서의 미연소 연료의 유동을 제한하고 및/또는 탄소 침전물의 형성을 제한한다. 다음으로, 이들 특징은 예컨대 반경 방향 링 수축의 감소를 초래할 수 있을 뿐만 아니라 블로우바이, 오일 소모 및/또는 배출물의 감소를 초래할 수 있다.
하나의 채널을 구비하는 실시예가 이하에서 상세하게 개시되기는 하지만, 2개 이상(예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 또는 그 이상)의 채널이 각각의 피스톤에 대해 사용될 수 있고, 이에 따라 특히 2개 이상의 채널이 엔진의 저온 영역 및/또는 저 오일 영역 내에 위치설정될 때, 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하고 크레비스 체적을 제한한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 특정 실시예에 있어서, 각각의 피스톤은 엔진 효율의 변화를 제한하는 어떤 임계값 내에서 총 크레비스 체적 영역을 한정하는 제한된 갯수의 채널(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 채널)을 포함할 수 있으며, 각각의 채널은 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 탄소 침전물이 각각의 채널을 통한 연소 가스의 전달을 방해하거나 또는 차단할 가능성을 감소시키기 위해 어떤 최소 임계값을 초과하는 폭 및/또는 단면적을 갖는다.
도면으로 돌아가면, 도 1은 엔진 구동식 동력 발생 시스템(8)의 일부의 실시예의 블록 다이어그램이다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 엔진 구동식 동력 발생 시스템(8)은 하나 이상의 연소 챔버(12)[예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 10개, 12개, 14개, 16개, 18개, 20개 또는 그 이상의 연소 챔버(12)]를 갖춘 엔진(10)(예컨대, 왕복 내연 기관)을 포함한다. 공기 공급부(14)는 공기, 산소, 산소 부화 공기(oxygen-riched air), 산소 감소 공기(oxygen-reduced air), 또는 이들의 임의의 조합과 같은 가압 산화제(16)를 각각의 연소 챔버(12)에 제공하도록 구성된다. 연소 챔버(12)는 또한 연료 공급부(19)로부터의 연료(18)(예컨대, 액체 연료 및/또는 가스 연료)를 수용하도록 구성되며, 연료 공기 혼합물은 각각의 연소 챔버(12) 내에서 점화 및 연소된다. 고온 가압 연소 가스는 각각의 연소 챔버(12)에 이웃한 피스톤(20)이 실린더(26) 내에서 선형으로 이동하도록 하며, 가스에 의해 가해지는 압력을 회전 운동으로 변환하고, 이는 샤프트(22)의 회전을 유발한다. 피스톤(20) 및 실린더(26)는 함께 엔진(10)을 위한 파워 실린더 시스템을 형성할 수 있다. 또한, 샤프트(22)는 로드(24)에 커플링될 수 있으며, 이 로드에는 샤프트(22)의 회전을 통해 동력이 인가된다. 예를 들면, 로드(24)는, 전기 발전기와 같이 시스템(10)의 회전식 출력을 통해 동력을 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 추가적으로, 이하의 설명은 산화제(16)로서 공기를 언급하고 있지만, 개시된 실시예에서는 임의의 적절한 산화제가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 연료(18)는 예컨대 천연 가스, 연관 석유 가스, 프로판, 바이오가스, 폐수 가스, 매립지 가스, 탄광 가스와 같은 임의의 적절한 가스상 연료일 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템(8)은 정적인 용례(예컨대, 산업상 동력 발생 엔진)에서 또는 이동식 용례(예컨대, 차량 또는 항공기)에서 사용하기에 적합할 수 있다. 엔진(10)은 2행정 엔진, 3행정 엔진, 4행정 엔진, 5행정 엔진, 또는 6행정 엔진일 수 있다. 엔진(10)은 또한 임의의 갯수의 연소 챔버(12), 피스톤(20), 및 관련 실린더(예컨대 1 내지 24 개)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예에 있어서, 시스템(8)은 실린더 내에 4개, 6개, 8개, 10개, 16개, 24개 또는 그 이상의 피스톤(20)을 구비한 대형 산업용 왕복 기관을 포함할 수 있다. 이러한 일부 경우에 있어서, 실린더 및/또는 피스톤(20)은 대략 13.5 내지 34 센티미터(cm)의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 실린더 및/또는 피스톤(20)은 대략 10 내지 40 cm, 15 내지 25 cm, 또는 약 15 cm의 직경을 가질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 피스톤(20)은, 피스톤(20)의 상부 링 홈 내에 Ni-레지스트 링 인서트(Ni-Resist ring insert)를 갖춘 강제 피스톤(steel piston) 또는 알루미늄 피스톤일 수 있다. 시스템(8)은 10 kW 내지 10 MW 범위의 동력을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 엔진(10)은 대략 1800의 분당 회전 수(RPM)보다 작은 분당 회전수로 작동할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 엔진(10)은 대략 2000 RPM, 1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 또는 900 RPM보다 작은 분당 회전수에서 작동할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 엔진(10)은 대략 800 내지 2000 RPM, 900 내지 1800 RPM, 또는 1000 내지 1600 RPM에서 작동할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 엔진(10)은 대략 1800 RPM, 1500 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 또는 900 RPM에서 작동할 수 있다. 예시적인 엔진(10)은 예컨대 제너럴 일렉트릭 컴퍼니의 젠바허(Jenbacher) 엔진(예컨대, 젠바허 타입 2, 타입 3, 타입 4, 타입 6, 또는 J920 플렉스트라) 또는 와우케샤(Waukesha) 엔진(예컨대, 와우케샤 VGF, VHP, APG, 275GL)을 포함할 수 있다.
도 2는 왕복 기관(10)의 실린더(26)(예컨대, 엔진 실린더) 내에 배치되는 피스톤(20)을 갖춘 피스톤 조립체(25)의 실시예의 측단면도이다. 실린더(26)는 원통형 캐비티(cylindrical cavity)(30)(예컨대, 보어)를 한정하는 내측 환형 벽(28)을 갖는다. 피스톤(20)은 축 방향 축선 또는 방향(34), 반경 방향 축선 또는 방향(36), 및 둘레 방향 축선 또는 방향(38)으로 형성될 수 있다. 피스톤(20)은, 피스톤(20) 주위에 둘레 방향[예컨대, 둘레 방향(38)]으로 연장되는 제1 환형 홈(42)(예컨대, 상부 홈 또는 상부 링 홈) 및 상부 부분(40)(예컨대, 상부 랜드부)을 포함한다. 제1 링(44)(예컨대, 상부 링 또는 상부 피스톤 링)은 상부 홈(42) 내에 위치설정될 수 있다. 상부 링(44)은 엔진(10)의 작동 중에 상부 링(44)이 겪게 되는 높은 온도 및 높은 압력의 가스에 응답하여 팽창 및 수축하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 피스톤(20)은, 피스톤(20) 주위에 둘레 방향으로 연장되고 상부 홈(42)으로부터 멀리 그리고 축 방향 축선(34)을 따라 서로 이격되는 복수의 추가적인 환형 홈(46)(예컨대, 추가적인 링 홈)을 포함한다. 추가적인 피스톤 링(48)은 각각의 추가적인 환형 홈(46)에 위치설정된다. 상부 홈(42) 및 상부 링(44)과 관련하여 다양한 특징이 본 명세서에 개시된다. 그러나, 복수의 추가적인 홈(46) 및 대응하는 추가적인 피스톤 링(48)이 임의의 다양한 구조를 나타낼 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 복수의 추가적인 홈(46) 및/또는 대응하는 추가적인 링(48) 중 하나 이상은, 이하에 개시되는 특징들 중 일부 또는 모두를 포함할 수도 있고 또는 예컨대 다양한 구조, 형상, 크기 및/또는 기능을 나타낼 수 있다.
도시된 바와 같이, 피스톤(20)은 커넥팅 로드(52) 및 핀(54)을 통해 크랭크샤프트(50)에 부착된다. 크랭크샤프트(50)는 피스톤(24)의 왕복 선형 운동을 회전 운동으로 변환시킨다. 연소 챔버(12)는 피스톤(24)의 상부 랜드부(40)에 이웃하게 위치설정된다. 연료 분사기(56)는 연소 챔버(12)에 연료(18)를 제공하며, 밸브(58)는 연소 챔버(12)에 대한 공기(16)의 이송을 제어한다. 배기 밸브(60)는 엔진(10)으로부터의 배기의 방출을 제어한다. 그러나, 연소 챔버(12)에 연료(18) 및 공기(16)를 제공하기 위한 및/또는 배출물을 방출하기 위한 임의의 적절한 요소 및/또는 기법이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
작동 중에, 연소 챔버(12)에서 공기(16)와 함께 연료(18)를 연소시키면 이에 의해 피스톤(20)이 왕복 방식으로(예컨대, 전후로) 실린더(26)의 캐비티(30) 내에서 축 방향(34)으로 이동하게 된다. 피스톤(20)이 이동할 때, 크랭크샤프트(50)는 회전하여 앞서 언급된 바와 같이 로드(24)(도 1에 도시됨)에 동력을 공급한다. 간격(78)(예컨대 환형 공간을 한정하는 반경 방향 간격)이 피스톤(20)의 외측 표면(80)(예컨대, 환형 표면)과 실린더(26)의 내측 환형 벽(28) 사이에 마련된다. 상부 링(44)은 상부 홈(42)으로부터 간격(78)으로 반경 방향으로 외측을 향해 돌출하도록 그리고 실린더(26)의 내측 환형 벽(28)과 접촉하도록 구성된다. 상부 링(44)은 일반적으로 연소 챔버(12)로부터 연료(18) 및 공기(16) 또는 연료-공기 혼합물(82)이 빠져나가는 것을 차단하며, 및/또는 적절한 압력의 유지를 용이하게 하여 팽창하는 고온의 연소 가스가 피스톤(20)의 왕복 운동을 유발할 수 있도록 한다. 더욱이, 상부 링(44)은 일반적으로 윤활유(예컨대, 오일)의 스크레이핑(scraping)을 용이하게 하는데, 윤활유는 내측 환형 벽(28)을 덮고 예컨대 엔진(10) 내에서의 열 및/또는 마찰을 조절한다. 따라서, 상부 링(44)과 내측 환형 벽(28) 사이의 접촉을 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 이하에서 더욱 상세하게 언급되는 바와 같이, 연소 챔버(12)로부터의 연소 가스는 상부 링(44)의 외측면(90)(예컨대, 외측 둘레면)과 접촉하고, 실린더(26)의 내측 벽(28)으로부터 멀리 반경 방향 내측을 향해[예컨대, 반경 방향 축선(36)을 따라] 상부 링(44)을 구동하는 힘을 가한다. 이에 따라, 반경 방향 채널(100)[예컨대, 통로, 트라우프(trough), 홈 등)이 마련되어 상부 링(44)을 안정화시킬 수 있고 및/또는 이하에서 더욱 상세하게 언급되는 바와 같이 상부 링(44)이 실린더(26)의 내측 환형 벽(28)과의 접촉을 유지할 수 있도록 한다.
도 3은 피스톤(20)의 상부 랜드부(40) 내에 형성되는 반경 방향 채널(100)을 구비한, 피스톤(20)의 실시예의 일부의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 반경 방향 채널(100)은 축 방향으로 면하는 표면(101)(예컨대, 환형 표면) 내로 또는 이 표면을 따라 형성되는데, 상기 표면은 상부 랜드부(40)의 하부 표면 및 상부 홈(42)의 상부 표면(예컨대, 상부 표면 또는 상부 둘레) 양자 모두에 대응된다. 반경 방향 채널(100)은 피스톤(20)의 상부 랜드부(40)의 외측 표면(80)으로부터 반경 방향으로 내측을 향해[예컨대, 반경 방향(36)으로] 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 반경 방향 채널(100)은 상부 홈(42)을 향해 개방되며 상부 링(44)과 축 방향으로 면하는 표면(101) 사이의 축 방향 거리(102)는 상부 링(44) 주위에서 둘레 방향으로[예컨대, 둘레 방향 축선(38)을 따라] 변할 수 있다[예컨대, 도시된 바와 같이 제1 축 방향 거리(102) 그리고 제1 축 방향 거리(102)보다 크고 반경 방향 채널(100)과 부합하는 제2 축 방향 거리(103)에 의함]. 바람직하게는, 상부 링(44)과 축 방향으로 면하는 표면(101) 사이의 제1 축 방향 거리(102)는, 엔진(10)의 작동 중에 나타나는 높은 온도 및 높은 압력으로 인한 상부 링(44)의 어느 정도의 팽창 및 수축을 가능하게 하도록 구성될 수 있는 반면, 과도한 링 상승(ring lift) 또는 링의 흔들림(flutter)을 차단한다. 따라서, 반경 방향 채널(100)은 캐비티(30)(도 2에 도시됨)로부터 반경 방향 채널(100)을 따르는 연소 가스의 전달을 용이하게 하여 상부 링(44)을 가로지르는 압력 구배를 감소시키고(예컨대, 실질적으로 압력 구배의 균형을 맞춤), 또한 링 상승을 제한하도록 제1 축 방향 거리(102)가 최소화되게 할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 엔진(10)에서 사용되는 윤활유 및 특정 연료는 탄소 침전물을 생성할 수 있다. 이러한 탄소 침전물은 엔진(10)의 다양한 부분에 들러붙을 수 있다. 그러나, 반경 방향 채널(100)은, 반경 방향 채널(100)을 통한 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하는 형상 및/또는 치수(예컨대, 폭, 직경, 단면적, 및/또는 체적)를 나타낼 수 있다[예컨대, 반경 방향 채널(100)은 탄소 침전물에 의해 차단되지 않음]. 구체적으로, 반경 방향 채널(100)은 임의의 적절한 단면 형상을 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 반경 방향 채널(100)은 곡선형 단면을 나타낸다[예컨대, 반경 방향 채널(100)은 반원형 곡선 벽(104)와 같은 곡선 벽(104)을 갖는 반경 방향 슬롯임]. 일부 실시예에 있어서, 곡선형 벽(104)에서의 이러한 곡률 및/또는 날카로운 각도 혹은 코너의 존재는, 반경 방향 채널(100) 내에서의 오일의 부착을 최소화할 수 있고 및/또는 반경 방향 채널(100)로부터의 오일의 유동을 용이하게 할 수 있다.
추가적으로, 반경 방향 채널(100)은 임의의 적절한 치수를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 반경 방향 채널(100)은 폭(105)(예컨대, 직경)을 나타낸다. 예로서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 대략 1 내지 10 밀리미터(mm), 2 내지 8 mm, 또는 3 내지 5 mm일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 대략 10 mm, 8 mm, 6 mm, 4 mm, 또는 2 mm보다 작을 수 있다. 다른 예로서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 보어 직경(도 4에 도시됨)의 대략 2 퍼센트일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 보어 직경(도 4에 도시됨)의 대략 0.5 퍼센트, 1 퍼센트, 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 또는 그 이상일 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 보어 직경(도 4에 도시됨)의 0.5 내지 5 퍼센트, 1 내지 4 퍼센트, 또는 2 내지 3 퍼센트일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 피스톤 직경(106)의 대략 2 퍼센트일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 피스톤 직경(106)의 대략 0.5 퍼센트, 1 퍼센트, 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 피스톤 직경(106)의 0.5 내지 5 퍼센트, 1 내지 4 퍼센트, 또는 2 내지 3 퍼센트일 수 있다. 이러한 치수는 반경“‡항 채널(100)과 윤활유 사이의 부착을 최소화할 수 있어, 오일이 반경 방향 채널(100)로부터 유동하는 것을 가능하게 하고 및/또는 반경 방향 채널(100) 내에서의 탄소 침전물의 형성을 차단한다. 추가적으로 또는 대안으로, 이러한 치수는 어느 정도의 탄소 침전물의 존재 하에서 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 할 수 있다. 추가적으로, 엔진(10) 내에서의 높은 온도 조건 및 높은 압력 조건은 불완전하게 연소된 연료 및/또는 오일의 탄화를 용이하게 할 수 있다. 따라서, 반경 방향 채널(100)은 엔진(10)의 온도가 비교적 낮은 영역에 위치설정되어, 이하에서 더욱 상세하게 언급되는 바와 같이 반경 방향 채널(100) 내에서의 탄소 침전물의 형성을 제한할 수 있다.
이상을 감안하는 것과 아울러, 도 4는 피스톤(25)의 상부 홈(42) 내에 위치설정되는 상부 링(44)을 구비한, 피스톤 조립체(25)의 실시예의 일부의 측단면도이다. 상부 링(44)은 하방 행정 동안 실린더(26)의 내측 환형 벽(28)을 따라 오일을 스크레이핑한다. 외측 표면(90)은 내측 환형 벽(28)과 접촉하여 밀봉점(114)(예컨대, 환형 시일)을 형성하도록 구성된다. 연소 가스는 화살표(116)로 도시된 바와 같이 상부 링(44)의 외측면(90)을 향해 유동하며, 이에 따라 반경 방향으로 내측을 향해[예컨대, 반경 방향(36)으로] 상부 링(44)을 구동하는, 반경 방향으로 내측을 향한 힘(118)을 발생시킨다. 상부 홈(42)의 축 방향으로 면하는 표면(101)과 상부 링(44)의 상부면(110) 사이에 마련되는 환형 간격은, 상부 홈(42) 내에서의 상부 링(44)의 일부 팽창(예컨대, 열 팽창)을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 이러한 간격은 상부 링(44)의 반경 방향 내측면(124)(예컨대, 내측 둘레면)에 대한 연소 가스의 효율적인 전달을 가능하게 하지 못할 수 있는데, 축 방향으로 면하는 표면(101)과 상부 링(44)의 상부면(110) 사이의 제1 축 방향 거리(102)(예컨대, 환형 간격)가 최소화되어 예컨대 링의 흔들림 및/또는 상승을 제어하고 링 안정성을 유지하는 것이 일반적으로 바람직하기 때문이다.
앞서 언급된 바와 같이, 개시된 실시예는 상부 링(44)의 내측면(124)에 이웃한 공간(130)에 대한 연소 가스의 전달을 용이하게 하도록 구성된, 하나의 반경 방향 채널(100)을 포함한다. 전술한 공간(130)은 상부 홈(42)의 내측 표면(131)(예컨대, 내측 환형 벽) 및 상부 링(44)의 내측면(124)에 의해 한정될 수도 있고 또는 상기 내측 표면 및 내측면에 이웃하게 위치설정될 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 축 방향으로 면하는 표면(101) 및 상부 링(44)은 상부 링(44)의 둘레 대부분의 주위에서 제1 축 방향 거리(102)만큼 떨어져 있고, 이에 따라 링의 흔들림 및/또는 상승을 제어하는 한편, 연소 가스는 화살표(132)로 도시된 바와 같이 캐비티(30)로부터 그리고 반경 방향 채널(100)을 따라 공간(130) 내로 유동하도록 허용된다. 따라서, 상부 링(44)을 가로지르는 압력 구배[예컨대, 내측면(124)과 환형 외측면(90) 사이의 압력 구배]는 감소될 수 있고, 연소 가스는 상부 링(44)의 외측면(90)에 대해 가해지는 반경 방향 내측을 향한 힘에 대항하도록 상부 링(44)을 반경 방향 외측을 향해[예컨대, 반경 방향 축선(36)을 따라] 구동하는, 반경 방향 외측을 향한 힘(134)을 인가할 수 있다.
공간(130)으로 연소 가스를 전달하기 위해 상부 링(44)의 둘레 주위로 이산되어 있는 위치에 다수의 반경 방향 채널(100)이 마련될 수 있지만, 이러한 구조는 크레비스 체적(136)[예컨대, 상부 랜드부(40)와 상부 링(44) 사이의 공간의 총 체적]을 증가시킬 수 있고, 크레비스 체적(136)을 통한 미연소된 연료의 유동을 증가시킬 수 있다. 다음으로, 크레비스 체적(136)을 통한 미연소된 연료의 유동이 증가하면, 엔진의 효율이 감소될 수 있고 및/또는 배출물이 증가될 수 있다. 추가적으로, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)이 감소함에 따라, 반경 방향 채널(100)이 탄소 침전물에 의해 차단될 가능성은 일반적으로 증가하며 및/또는 반경 방향 채널(100)이 공간(130)으로 연소 가스를 전달하는 것과 관련된 신뢰성은 일반적으로 저하된다. 예로서, 작은 폭(105)을 갖는 하나 이상의 반경 방향 채널(100)은 연소 가스의 영속적이고 신뢰성 있는 전달을 제공하지 못할 수도 있다. 추가적인 예로서, 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 위해 더 큰 폭(105)을 갖는 다수의 반경 방향 채널(100)은 크레비스 체적(136)을 증가시킬 수 있고 엔진 효율을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시예는, 상부 링(44)을 안정화시키기 위해 및/또는 크레비스 체적(136)을 통한 미연소된 연료의 유동을 제한하기 위해 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하는 치수를 나타내는 하나의 반경 방향 채널(100)을 포함한다. 앞서 언급된 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 보어 직경(138)의 대략 2 퍼센트이거나 또는 피스톤 직경(106)의 대략 2 퍼센트이다. 특정 실시예에 있어서, 폭(105)은 피스톤 직경(106) 또는 보어 직경(138)의 대략 0.5 퍼센트, 1 퍼센트, 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 폭(105)은 피스톤 직경(106) 또는 보어 직경(138)의 0.5 내지 5 퍼센트, 1 내지 4 퍼센트, 또는 2 내지 3 퍼센트일 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 특정 실시예에 있어서, 각각의 반경 방향 채널(100) 내에서의 탄소 침전물의 형성을 최소화하기 위해 각각 최소 임계 폭[예컨대 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 대략 1 내지 10 밀리미터(mm), 2 내지 8 mm, 또는 3 내지 5 mm임]을 갖는 2개 이상의 반경 방향 채널(100)이 마련될 수 있으며, 예컨대 총 크레비스 체적(136)이 엔진 효율의 변화를 제한하기 위한 사전에 정해진 임계값 내에 있도록(예컨대, 사전에 정해진 임계값보다 작게 되도록) 하기 위해 반경 방향 채널(100)의 갯수 및 치수는 제한될 수 있다.
도 5는 상부 링(44) 내에 형성되는 반경 방향 채널(100)을 구비한, 피스톤 조립체(25)의 실시예의 일부의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 반경 방향 채널(100)은 상부 링(44)의 상부면(110) 내에 형성된다. 상부 링(44) 내에 형성되는 반경 방향 채널(100)은, 외측면(90)으로부터 상부 링(44)의 내측면(124)으로 반경 방향 내측을 향해[예컨대, 반경 방향(36)으로] 연장될 수 있다. 축 방향으로 면하는 표면(101)과 상부 링(44) 사이의 축 방향 거리(102)는 상부 링(44) 주위에 둘레 방향으로[예컨대, 둘레 방향 축선(38)을 따라] 변할 수 있다[예컨대, 제1 축 방향 거리(102) 그리고 제1 축 방향 거리(102)보다 크고 반경 방향 채널(100)과 부합하는 제2 축 방향 거리(103)에 의해 도시된 바와 같음]. 따라서, 반경 방향 채널(100)은 화살표(142)로 도시된 바와 같이 캐비티(30)로부터, 내측면(124)에 이웃한 공간(130)으로의 연소 가스의 유동을 용이하게 할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 공간(130)에 대한 연소 가스의 전달은 상부 링(44)의 내측면(124)과 외측면(90) 사이의 차압을 조절할 수 있으며, 이에 따라 엔진(10)의 작동 중에 상부 링(44)은 실린더(26)의 내측 벽(28)과의 접촉을 유지할 수 있다. 상부 링(44) 내에 형성되는 반경 방향 채널(100)은 또한, 연소 가스의 신뢰성 있는 전달을 가능하게 하여 상부 링(44)을 안정화시키고 및/또는 크레비스 체적(136)을 통한 미연소된 연료의 유동을 제한하는 형상 및/또는 치수[예컨대, 폭(105), 단면적, 및/또는 체적]를 나타낼 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 반경 방향 채널(100)의 폭(105)은 보어 직경(138) 또는 피스톤 직경(106)의 대략 2 퍼센트이다. 특정 실시예에 있어서, 폭(105)은 피스톤 직경(106) 또는 보어 직경(138)의 대략 0.5 퍼센트, 1 퍼센트, 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 또는 그 이상일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 폭(105)은 피스톤 직경(106) 또는 보어 직경(138)의 0.5 내지 5 퍼센트, 1 내지 4 퍼센트, 또는 2 내지 3 퍼센트일 수 있다.
도 6은 피스톤(20)의 상부 랜드부(40)를 통과하는 하나의 축 방향 채널(160)을 구비한, 피스톤(20)의 실시예의 일부의 측단면도이다. 하나의 축 방향 채널(160)은 축 방향(34)으로 피스톤(20)의 상부 표면(161)으로부터 상부 랜드부(40)를 통해 공간(130)으로 연장된다. 따라서, 축 방향 채널(160)은 화살표(166)로 도시된 바와 같이 연소 챔버(12)로부터, 내측면(124)에 이웃한 공간(130)으로의 연소 가스의 유동을 용이하게 할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 공간(130)에 대한 연소 가스의 전달은 상부 링(44)의 내측면(124)과 외측면(90) 사이의 차압을 조절할 수 있으며, 이에 따라 상부 링(44)이 실린더(26)의 내측 벽(28)과의 접촉을 유지하게 할 수 있다. 축 방향 채널(160)은 또한, 연소 가스의 전달을 가능하게 하여 상부 링(44)을 안정화시키고 및/또는 크레비스 체적(136)을 통한 및/또는 크레비스 체적 내로의 미연소된 연료의 유동을 제한하는 치수[예컨대, 직경(164), 단면적, 및/또는 체적]를 나타낼 수 있다.
추가적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 링(44)은 반경 방향 축선(166)을 중심으로, 테이퍼진 프로파일 또는 부분적으로 테이퍼진 프로파일(예컨대, 원추형 또는 곡선형인 환형 프로파일)과 같은 비대칭 프로파일(예컨대, 비대칭 단면)을 나타낼 수 있으며, 이러한 비대칭 프로파일은 피스톤의 하방 행정(예컨대, 팽창 행정) 동안 실린더의 내측 벽으로부터 오일을 효과적으로 그리고 효율적으로 스크레이핑하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 상부 링(44)은 상부 링(44)의 높이(167)에 걸쳐 테이퍼져 있다. 상부 링(44)의 반경(168)(및 이에 따른 직경)은 상부 링(44)의 상부면(110)과 하부면(112) 사이에서 증가한다. 상부 링(44)의 최소 반경(168)은 상부면(110)과 부합하는 반면, 상부 링(44)의 최대 반경(168)은 하부면(112)과 부합한다. 이러한 구성에 있어서, 외측 표면(90)은 내측 환형 벽(28)과 접촉하도록 구성되어 상부 링(44)의 하부면(112)에서 또는 이 하부면에 근접하여 밀봉점(114)(예컨대, 환형 시일)을 형성한다. 제시된 실시예에 있어서, 외측면(90)은 선형 프로파일을 나타내지만, 이러한 프로파일은 단차형이거나 또는 곡선형(예컨대, 오목형 또는 볼록형)일 수 있다. 테이퍼진 프로파일 또는 부분적으로 테이퍼진 프로파일은 상부 링(44)을 가로지르는 압력 구배를 유발할 수 있지만, 반경 방향 채널(100) 또는 축 방향 채널(160)은 공간(130)으로 연소 가스를 전달하도록 구성되어 상부 링(44)을 가로지르는 압력을 제어함으로써 앞서 언급된 방식으로 상부 링(44)을 안정화시킬 수 있다.
엔진(10) 내에서의 높은 온도 조건 및 높은 압력 조건은 불완전하게 연소된 연료 및/또는 오일의 탄화를 용이하게 할 수 있으며, 탄소 침전물이 엔진(10)의 특정 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 반경 방향 채널(100) 내에서의 및/또는 하나의 축 방향 채널(160) 내에서의 탄소 침전물의 형성을 제한 또는 차단하기 위해, 엔진(10)의 온도가 낮은 영역에 및/또는 저 오일 영역에 하나의 반경 방향 채널(100) 및/또는 하나의 축 방향 채널(160)을 위치설정하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 온도가 낮은 영역은, 엔진 유형에 따라 및/또는 엔진 모델에 따라 변경될 수 있으며, 일반적으로 평균 온도를 나타내는 피스톤 조립체(25)의 일부[피스톤(20), 상부 랜드부(40), 상부 홈(42), 상부 링(44) 등의 일부]를 포함할 수 있고, 상기 평균 온도는 예컨대 정격 온도에서의 엔진(10)의 작동 중에 피스톤 조립체(25) 또는 피스톤 조립체(25)의 일부의 전반적인 평균 온도보다 적어도 대략 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 15 퍼센트, 20 퍼센트 또는 그 이상만큼 낮다. 추가적으로, 상기 저 오일 영역은, 엔진 유형에 따라 및/또는 엔진 모델에 따라 변경될 수 있으며, 일반적으로 피스톤 조립체(25)의 일부[예컨대, 피스톤(20), 상부 랜드부(40), 상부 홈(42), 상부 링(44) 등의 일부]를 포함할 수 있고, 이러한 부분들은 예컨대 정격 온도에서 엔진(10)이 작동하는 동안 피스톤 조립체(25)의 다른 부분에 의해 오일 지지(oil-supported)되는 평균 체적보다 대략 1 퍼센트, 2 퍼센트, 3 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 6 퍼센트, 7 퍼센트, 8 퍼센트, 9 퍼센트, 10 퍼센트, 15 퍼센트, 20 퍼센트 또는 그 이상만큼 적은 오일을 지지한다.
이에 따라, 도 7은 V자형 엔진(170)의 각각의 피스톤(174)의 상부 랜드부(172)에 형성되는 하나의 반경 방향 채널(100)을 구비한, V자형(또는 V자 유형) 엔진(170)의 측단면도를 도시한 것이다. 상부 랜드부(172)에 하나의 반경 방향 채널이 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 하나의 반경 방향 채널(100)은 상부 링(44)(도 5에 도시된 바와 같음)에 형성될 수 있다는 것 또는 하나의 축 방향 채널(160)(도 6에 도시된 바와 같음)이 앞서 언급한 바와 같이 V자형 엔진(170)의 각각의 피스톤(174)의 상부 랜드부(172)에 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나의 반경 방향 채널(100)은 V자형 엔진(170)의 중앙 영역(176)에 마련되는데, 이 중앙 영역은 일반적으로 비교적 저 오일 영역이다. V자형 엔진(170)의 작동 중에, 비교적 큰 체적의 오일이 제1 환형 면(180)(예컨대, 하부측)에 축적되는 경향이 있는 반면, 비교적 적은 체적의 오일이 제2 환형 면(182)(예컨대, 상부측)에 축적될 수 있다. 따라서, 탄소 침전물은 중앙 영역(176)에 위치설정되는 반경 방향 채널(100)에 형성되지 않을 수도 있고, 반경 방향 채널(100)은 앞서 기술한 바와 같이 연소 가스를 신뢰성 있게 전달할 수도 있다.
개시된 실시예의 기술적인 효과는, 반경 방향 채널(100) 및/또는 축 방향 채널(160)과 같은 채널을 통해 엔진(10) 내에서의 연소 가스의 분포를 제어하기 위한 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 예를 들면, 연소 가스는 피스톤 조립체(25)의 상부 링(44)의 외측면(90)에 대해 압력을 인가할 수 있다. 반경 방향 채널(100) 또는 축 방향 채널(160)은 상부 링(44)의 내측면(124)에 이웃한 공간(130)으로 연소 가스를 전달할 수 있고, 이에 따라 외측면(90)과 내측면(124) 사이의 압력 구배를 조절할 수 있다. 반경 방향 채널(100) 또는 축 방향 채널(160)은, 상부 링(44)을 안정화시키기 위한 연소 가스의 전달을 가능하게 하는 치수를 나타낼 수 있는 반면, 크레비스 체적(136)을 또한 제한할 수도 있다. 이러한 구조는 유리하게는 오일 소비, 배출물, 블로우바이, 반경 방향 링 수축, 및/또는 엔진(10)의 구성요소 상의 마모를 감소시킬 수 있다.
기술된 본 설명은 최적 모드를 비롯한 예를 사용하여 본 발명을 개시하고 있으며, 또한 당업자가, 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용 그리고 임의의 통합적 방법을 비롯하여 본 발명을 실시 가능하도록 하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 청구범위는 이하의 특허청구범위에 의해 한정되며, 당업자에게 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 이들 예가 청구범위의 문언적 내용과 상이하지 않은 구조 요소를 구비하는 한, 또는 이들 예가 청구범위의 문언적 내용과 실질적으로 상이하지 않은 등가의 구조 요소를 포함하는 한, 청구범위의 범주에 속하도록 의도된다.
8 : 동력 발생 시스템
10 : 엔진
12 : 연소 챔버
14 : 공기 공급부
16 : 산화제
18 : 연료
19 : 연료 공급부
20 : 피스톤
22 : 샤프트
24 : 로드
26 : 실린더

Claims (20)

  1. 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템(power cylinder system)으로서,
    실린더 내에 배치되도록 그리고 상기 실린더 내에서 왕복 방식으로 이동하도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤의 상부 랜드부(top land) 아래에서 상기 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈(top-most groove);
    상기 최상부 홈 내에 배치되는 링; 및
    상기 상부 랜드부 또는 상기 링 내에 형성되는 단일 채널로서, 상기 단일 채널은 상기 피스톤의 외측 둘레부로부터, 상기 최상부 홈의 내측 표면과 상기 링의 내측면 사이의 공간으로 연장되는 것인 단일 채널
    을 포함하고,
    상기 단일 채널은 상기 피스톤의 원주에 대하여 분리된 위치에 위치설정되고, 상기 단일 채널은 상기 피스톤의 원주보다 짧게 연장되고, 상기 단일 채널은 상기 최상부 홈의 온도가 낮은 영역에 위치설정되고, 상기 최상부 홈의 온도가 낮은 영역은, 정격 온도에서의 상기 왕복 기관의 작동 중 상기 최상부 홈의 전체적인 평균 온도보다 적어도 5 퍼센트 낮은 평균 온도를 나타내는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단일 채널은 상기 최상부 홈의 축 방향 상부 표면 내로 연장되는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단일 채널은 상기 최상부 홈의 축 방향 상부 표면을 따라 반경 방향으로 연장되는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단일 채널은 상기 피스톤의 상부 랜드부를 통해 상기 공간으로 축 방향으로 연장되는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단일 채널은 V자형 엔진의 중앙 영역에 위치설정되는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피스톤은 직경을 가지며, 상기 단일 채널은 상기 직경의 적어도 2 퍼센트인 폭을 갖는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 링은 반경 방향 내측면에 대향하게 배치되는 반경 방향 외측면을 포함하며, 상기 반경 방향 외측면은 비대칭 프로파일을 포함하는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    실린더
    를 더 포함하는 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  10. 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템으로서,
    실린더 내에 배치되도록 그리고 상기 실린더 내에서 왕복 방식으로 이동하도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤의 상부 랜드부(top land) 아래에서 상기 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈(top-most groove);
    상기 최상부 홈 내에 위치설정되는 링; 및
    상기 상부 랜드부 또는 상기 링 내에 형성되는 채널로서, 상기 채널은 연소 챔버로부터, 상기 최상부 홈의 내측 표면과 상기 링의 내측면 사이의 공간으로 연소 가스가 유동 가능하게 하도록 구성되고, 상기 채널은 상기 피스톤의 원주에 대하여 분리된 위치에 위치설정되고, 상기 채널은 피스톤의 직경의 1 퍼센트 내지 3 퍼센트 사이의 폭을 갖는 것인 채널
    을 포함하는 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상부 랜드부 또는 상기 링에는 오직 단일 채널만이 형성되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 채널은 상기 최상부 홈의 둘레 내로 연장되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 채널은 반경 방향으로 연장되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 채널은 V자형 엔진의 중앙 영역에 위치설정되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 채널은 상기 피스톤의 온도가 높은 다른 영역들에 비해 온도가 낮은 피스톤의 영역에 위치설정되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 채널은 상기 피스톤의 상부 랜드부를 통해 상기 공간으로 축 방향으로 연장되는 것인 왕복 기관 시스템을 위한 파워 실린더 시스템.
  17. 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템으로서,
    내측 벽을 갖고 캐비티(cavity)를 한정하는 실린더;
    상기 실린더 내에 배치되고, 상기 실린더 내에서 왕복 방식으로 이동하도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤의 상부 랜드부(top land) 아래에서 피스톤 주위에 둘레 방향으로 연장되는 최상부 홈(top-most groove);
    상기 최상부 홈 내에 위치설정되는 링; 및
    상기 상부 랜드부 내에서 상기 최상부 홈의 저 증착 영역(low deposit region)에 형성되는 반경 방향 채널로서, 상기 최상부 홈의 저 증착 영역은 상기 최상부 홈의 다른 부분들에 의해 지지되는 평균 체적의 오일보다 적어도 5 퍼센트 작은 오일을 지지하고, 상기 반경 방향 채널은 상기 피스톤의 외측 둘레부로부터, 상기 최상부 홈의 내측 표면과 상기 링의 내측면 사이의 공간을 향해 연장되고, 상기 반경 방향 채널은 상기 피스톤의 원주에 대하여 분리된 위치에 위치설정되고, 상기 반경 방향 채널은 상기 피스톤의 원주보다 짧게 연장되고, 상기 상부 랜드부에는 오직 단일 반경 방향 채널만이 형성되는 것인 반경 방향 채널
    을 포함하는 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 저 증착 영역은, 정격 온도에서의 상기 왕복 기관의 작동 중 피스톤의 다른 영역에서의 온도보다 평균적으로 적어도 5 퍼센트 낮은 온도를 나타내는 것인 왕복 기관을 위한 파워 실린더 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
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