KR100370434B1 - 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤 - Google Patents

Abstract

디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤(1)은 피스톤 링용의 다수의 링 홈(2-4)을 지닌다. 적어도 몇개의 상기 링에 있어서, 피스톤은 압력 경감 통로를 지니고 있으며, 상기 통로의 축은 배출 개구부(20)를 통한 연장부에서 피스톤 링(14)과 만나는 것을 회피한다. 각각의 피스톤 링과 관련된 압력 경감통로를 mm²의 단위로 표시한 전체 단면적은 D²/68000 내지 D²/10000 의 범위로 되며, 여기서 D는 mm 단위로 표시된 피수톤의 직경이다.

Description

디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤{A PISTON FOR A TWO-STROKE CROSSHEAD ENGINE OF THE DIESEL TYPE}

영국 특허 공개 공보 제2 104 621호와 일본 특허 공고 제2-48737호에는 피스톤 링용의 링 홈을 지니는 피스톤이 기재되어 있는데, 그 피스톤에는, 링 홈의 사이에 있는 피스톤 재료에 직선형의 보어로 된 가스 유동 통로가 형성되며, 그 직선형의 보어는 링 홈내에 배치된 링의 최내측의 후방으로부터 개시하여 하방으로 또한 비스듬히 외향으로 연장하며, 그 보어는 하방의 링 홈의 상부 표면의 거의 중간에서 개방되어 있다. 이것은, 하방의 링 홈내에 있는 피스톤 링이 누출 가스로부터의 바람직하지 않은 열의 영향에 노출되어, 결과적으로, 피스톤 재료가 손상되며, 또한, 링의 외측 표면을 라이너의 내측 표면과 접촉상태로 유지시키는 링의 응력이 손실될 염려가 있다는 것을 의미한다.

독일 특허 공개 공보 제195 14 918호에는, 4행정 트렁크 피스톤 엔진용의 피스톤이 기재되어 있다. 이 공지된 발명의 목적은, 피스톤 링이 링 홈의 상부 표면에 접할 때, 크랭크 하우징으로부터의 윤활유가 링 홈내에 모이는 문제점을 감소시키는 것이며, 그 결과, 그 후, 링의 위치가 변위하여 링 홈의 하부 표면과 접촉할 때, 윤활유가 연소실로 공급된다. 상기 링 홈은, 하나의 축방향 섹션과 2개의 반경방향 섹션을 지니는 연결용 도관을 통하여 상호 연결되어 있다. 상기 독일 특허 공보의 기재에 따르면, 흡기행정 중, 연결용 도관에 의해, 피스톤 링은 링 홈의 상부 표면과 접촉하기 전에 이동하여 링 홈의 하부 표면과 접촉한다. 이것은, 윤활유가 링 홈내로 유동하는 것을 차단하여, 윤활유가 연소실내로 유동하는 것에 저항하는 밀봉동작을 향상시킨다. 크로스헤드 엔진에 있어서, 윤활유의 이송에 따르는 상기의 문제점은 존재하지 않으며, 더우기, 2행정 엔진은 흡기행정을 갖지 않는다. 또한, 연결용 도관의 축방향 섹션을 제작하는 것은 어렵다.

링에 있어서의 압력강하를 감소시키고, 그것에 의해, 링의 마모를 감소시키기 위해, 피스톤 링을 통한 가스 누출을 발생시키는 오목부가 형성된, 여러가지 예의 피스톤 링이 공지되어 있다. 예컨대, 국제 공개 공보 제WO94/12815호에는, 실린더 벽에 대한 링의 접촉 표면에 있는 홈으로서 형성된, 다시 말하면, 링의 상부 표면으로부터 하부 표면까지 연장하는 누출 트랙(leakage track)이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은, 링의 마모를 감소시키기 위해, 제한된 양의 누출 가스가 적어도 하나의 피스톤 링을 통하여 제어된 상태로 유동하는 것을 허용하는 동시에, 피스톤 링을 과도한 영향으로부터 보호하는 피스톤을 제공하는 것이다.

본 발명은, 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤에 관한 것으로, 피스톤용의 다수의 링 홈을 지니며, 상기 링은 링과 관련된 링 홈의 높이보다도 피스톤의 축방향으로 더 낮은 링 높이를 지니며, 적어도 몇개의 링에서, 피스톤은 피스톤의 외측면에서 피스톤 링의 상방 및 하방으로 배치된 환형의 공간의 사이에 가스 유동 연결부를 형성하는 압력 경감 통로(pressure relief passage)를 지니며, 상기 압력 경감 통로의 적어도 일부분이 피스톤에 형성되는 피스톤에 관한 것이다.

도1은 피스톤 링용의 링 홈을 갖는 피스톤의 측면도이다.

도2a 및 도2b는 피스톤의 링 홈에 있는 압력 경감 통로의 제1의 실시예의 종단면도 및 횡단면도이다.

도3a 및 도3b는 각각 제2의 실시예의 압력 경감 통로를 갖는 링 홈의 측면도 및 종단면도이다.

도4a는 제3의 실시예의 압력 경감 통로의 단면도이다.

도4b 및 도4c는 상기 제3의 실시예의 2개의 변형예의 측면도이다.

도5a 및 도5b는 제4의 실시예의 압력 경감 통로를 갖는 링 홈의 횡단면도 및 측면도이며, 도5b는 보다 큰 축척으로 도시되어 있다.

도6a는 제5의 실시예의 횡단면도이다.

도6b, 6c, 6d 및 6e는 제5의 실시예의 다른 변형예의 측면도이다.

도7a 및 도7b는 각각 제6의 실시예의 압력 경감 통로를 갖는 링 홈의 횡단면도 및 측면도이다.

이러한 목적에 따라, 본 발명에 따른 피스톤은, 피스톤 링의 상방의 환형의 공간으로부터 하방의 환형의 공간까지 유동하는 고온의 가스에 대한 압력 경감 통로의 배출 개구부는, 상기 배출 개구부를 통한 연장부에서, 상기 압력 경감 통로의 축이 피스톤 링과 만나는 것을 회피하도록 하는 위치 및 방향을 지니며, 상기 압력 경감 통로의 전체 횡단면적(A_tot)은 D²/68000 내지 D²/10000 의 범위로 되며, 여기서 D 는 mm 의 단위로 표시된 피스톤의 직경이며, A_tot는 mm²의 단위로 표시된 면적인 것을 특징으로 한다.

고온의 누출 가스가 압력 경감 통로로부터 유출될때, 그 누출 가스는, 그 가스가 타격하는 재료를 매우 집중적으로 점가열하는 고온 가스의 집중 제트의 형태로 유동한다. 그것은, 그 타격점에서, 상당한 두께의, 열로부터 보호하는 경계층을 완전하게 유지하는 것이 불가능하기 때문이다. 본 발명에 따른 설계는, 고부하가 가해진 피스톤 링을 배출 제트의 점가열로부터 보호하고, 연소실내의 고압이 피스톤의 하방으로 침입하는 것을 방지하는 것과 같은 링의 그 주된 기능을 보다 잘 수행할 수 있도록 한다. 이것은, 매우 높은 실린더 출력을 갖는 현대의 2행정 크로스헤드 엔진에 특히 유리하다.

실린더의 연료 소비량을 적절히 최소화하고, 또한 실린더의 구성요소의 수명을 연장시키는 상반되는 두가지 요구사항을 고려한 제한된 범위내에서 실린더의 마모를 제어하는 것은, 크로스헤드 엔진의 작동에 대하여 필수적이다. 상기 면적이 D²/68000 보다 작을 경우, 피스톤 링에 있어서의 압력차는 바람직하지 않게 크게 되며, 그에 따라, 링이 현저하게 마모된다. D²/10000 의 면적의 상한치는, 링의 마모를 실질적으로 경감하는 것과, 연소상태가 심각하게 악화되는 것을 방지하여 일정한 연료소비로 되도록 하는 범위 사이에서 적절한 타협점을 제시한다. 상기 언급된 범위는, 전체적으로 양호한 엔진 작동상태와 관련하여 링의 수명을 연장시킨다. 또한, 상기 면적의 상한치는, 배기밸브를 개방한 후, 피스톤 링의 하방의 압력이 매우 신속하게 새는 것을 방지하여 피스톤 링은 링 홈내에서 상방으로 이동하지 않는다.

측면에 누출 트랙이 설치된 공지의 피스톤 링과 비교하면, 본 발명에 따른 피스톤 링의 경우, 링의 외측 표면의 전체 또는 일부분에 기계가공한 누출 트랙에 의해 기계적으로 약화되지 않는 피스톤 링을 사용하는 것이 가능하다. 이것은 현저한 이점인데, 그 이유는, 링에서의 응력 수준이 외측 표면에서 높게 되며, 또한, 오목부를 갖는 작은 영역에 있어서도, 외측 표면에 있는 재료에 바람직하지 않은 응력집중을 유발할 수 있기 때문이다.

한가지 실시예에 있어서, 압력 경감 통로의 개구부는, 피스톤 링의 후면의 내측에서, 반경방향으로 배치되어 있으며, 압력 경감 통로는, 피스톤의 축방향에 대하여 평행하게 연장된다. 전체의 링 홈을 교차하는 1회의 천공공정에 의해, 피스톤의 하부 표면으로부터 상부 링의 홈까지의 전체 거리에 걸쳐, 이러한 압력 경감 통로를 횡렬(row-wise)상으로 천공하는 것이 가능하다. 다수의 보어 섹션을 사용하는 것을 원하지 않을 경우, 그 보어 섹션에 마개(plug)를 설치할 수 있다. 천공된 통로는 피스톤 링의 후방에서 링 홈의 저부에 배치되기 때문에, 누출 가스의 배출 제트는, 피스톤 링을 직접 타격하는 것이 방지된다. 이 실시예는, 피스톤을 바람직할 정도로 간단하게 제조하는 것을 가능하게 한다.

한가지 변형 실시예에 있어서, 압력 경감 통로의 개구부는 피스톤의 주위 표면에 배치되어 있으며, 따라서, 누출 가스의 배출 제트는 실린더 라이너의 내측 표면을 타격한다. 피스톤이 라이너 내에서 이동하므로, 배출 제트는 항상 새로운 영역에 작용하며, 그것은 과열을 방지한다. 피스톤 링과 다르게, 라이너는 또한 누출 가스에 의해 운반된 열을 제거하는 냉각제에 의해 직접 냉각된다.

만일 링 홈 및 피스톤 링을 완전히 누출 트랙이 존재하지 않는 상태로 유지하는 것을 원할 경우, 각각의 압력 경감 통로는 적어도 2개의 통로 부분을 구비할 수 있다. 상기 통로 부분은 피스톤의 원통형 외측면으로부터 피스톤의 내향으로 연장하며, 바람직하게는, 직선형의 수렴 경로를 지니며 교선의 접점에서 교차하는 부분을 통하여 피스톤 내에서 상호 유동 연통하고 있다.

압력 경감 통로의 적어도 일부분이, 링 홈의 상부면 또는 하부면에 대하여 실질적으로 평행하게 링 홈의 함몰부로부터 연장하며, 또한, 피스톤의 주위 표면에서 개방되도록 함으로써, 통로의 제조가 보다 용이하게 된다. 그 이유는 제조시에 공구가 피스톤의 반경방향으로 전진하기 때문이다.

한가지 적절한 실시예에 있어서, 압력 경감 통로는 링 홈의 오목부내에 제거가능하게 삽입되는 피스톤 부분에서 연장된다. 각각의 링 홈에, 제거가능한 피스톤 부분이 배치되도록 할 수 있다. 그 피스톤 부분은 링 홈 장착부에서 피스톤의 전체 부분으로 조립되는 다수의 부품부분으로부터 형성될 수 있다. 별개의 피스톤 부분은 피스톤의 전체보다도 실질적으로 더 작으며, 따라서, 압력 경감 통로의 제조시에 보다 취급이 용이하다. 또한, 그 피스톤 부분은 피스톤의 다른 부분으로부터 독립적으로 교체될 수 있으며, 이러한 사실은 압력 경감 통로 주위의 재료가 부식되는 경향이 있기 때문에 유리하다.

링 홈의 하부면에는, 피스톤의 베이스 재료보다 더 경질의 재료인 크롬과 같은 재료의 코팅을 하는 것이 바람직하다. 압력 경감 통로는 링 홈의 하부면에서 상방으로 개방된 통로이다. 압력 경감 통로는 상기 경질 재료 코팅의 두께보다도 피스톤의 축방향으로 더 높은 높이를 지니고 있다. 상향으로 개방된 통로내의 누출 가스로부터의 압력은, 상향력(upward force)으로 피스톤의 하부면에 작용한다. 상기 상향력은, 피스톤이 작동 행정의 끝에 있을 때, 피스톤 링이 링 홈의 하부면으로부터 신속하게 상승(lifting off)되는 것에 기여한다. 링 홈에서 피스톤 링의 상방 및 하방으로의 이동을 수반하는 이러한 상승운동은 링 홈에 코크스의 형성물이 생기지 않는 상태를 유지하기 위해 중요하다. 또한, 통로는 상기 경질 재료의 두께보다도 더 깊게 되는 것이 유리한데, 그 이유는, 그것의 하부의 베이스 재료보다도 열에 대하여 더 민감하기 때문이다. 통로가 상기 경질 재료를 통하여 전체 행정에 걸쳐 배치되도록 허용될 때, 상기 경질 재료의 매우 적은 부분만이 누출 가스로부터의 열의 영향에 노출될 것이다.

압력 경감 통로는, 피스톤 링을 관통하여 그 상부면으로부터 그 하부면까지 연장하는, 수개의 통로 섹션을 구비하도록 할 수 있다. 피스톤 링의 하부면에 있는 통로 섹션은, 링 홈의 하부면에 형성된 적어도 한개의 상향으로 개방된 환형의 통로내로 개방되며, 또한, 상기 통로 섹션은 반경방향 외향으로 연장하는 통로 섹션을 통하여 피스톤 링의 하방의 환형의 공간과 연통하여 있다. 이 실시예에서, 고온 가스의 대부분은 피스톤 링의 후방의 링 홈의 공동(cavity)을 통과하는 것이 회피되며, 피스톤 링의 정면이 배면으로부터 적절한 거리에서 피스톤 링을 관통하여 하방으로 연장하며, 상기 통로 섹션으로부터, 가스는 피스톤 링 하방을 외향으로 유동한다. 환형의 상방으로 개방된 통로 섹션은, 피스톤 링의 하부면에 가스의 힘의 작용을 분배시키며, 그 결과, 링은 바람직하게 균일한 작용을 받는다.

각각의 피스톤 링에 대하여, 적어도 4개의, 바람직하게는 7 내지 16개의 작용가능한 압력 경감 통로가, 피스톤의 주위를 따라 실질적으로 균일하게 분포되도록 하는 것이 적절하다. 이러한 통로의 수가 더 많으면 많을수록, 열부하는 압력 경감 통로의 주위의 재료에 보다 균일하게 분배된다. 이러한 열 분배를 별문제로 하고, 가장 적절한 통로의 수가 결정되는 때, 예를들면, 링 홈내에 코크스가 침착(沈着)하는 위험과 같은 그 외의 상황도 고려될 수 있다. 누출 가스는 피스톤 상의 수개의 피스톤 링을 지나 하향으로 유동하며, 압력 경감 통로가 다른 링 홈의 사이에서 원주방향으로 상호 변위되는 경우, 가스는 피스톤의 원주방향으로 향하여 유동하여, 링 홈의 누출 트랙으로부터 하방의 피스톤 링의 누출 트랙까지 유동하도록 되어야 한다. 그 가스는, 오일의 잔류물 및 상기 가스에 의한 연소의 잔류물을 흡인할 수 있으며, 가스의 유동 경로가 길면 길수록, 막힐 우려가 있는 잔류재료가 부착될 위험성은 한층 더 커진다. 피스톤 링의 후방에 있는 환형의 공간에서 코크스의 침착을 방지하는 것을 고려하면, 피스톤 링은 그 하부면에 8 내지 16개의 누출 트랙을 지니는 것이 바람직하다.

이제, 본 발명의 실시예들이 첨부도면을 참조로 하여 더 상세히 설명될 것이다.

도1에는 디젤형의 대형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤(1)이 도시되어 있다. 도시되지 않은 피스톤 로드, 크로스헤드 및 커넥팅 로드에 의해, 피스톤은 크랭크샤프트에 연결된다. 엔진의 크기에 따라, 피스톤은 예를들면 240 내지 1000 mm 범위의 직경을 지닐 수 있다. 피스톤은, 축방향으로 분리된 다수의 링 홈(2 내지 4)을 지니며, 피스톤 링이 상기 링 홈에 장착될 수 있다. 전형적으로, 4개의 피스톤 링이 피스톤에 장착되지만, 물론, 다른 갯수의, 예를들면, 2 내지 8개의 피스톤 링이 사용될 수도 있다.

후술되는 명세서에서, 다른 실시예에 사용된 참조번호는 같은 종류의 요소에 대하여 동일하다.

도1에 도시된 피스톤은, 상부 피스톤 링용으로서의 링 홈(2)의 상방에 배치된, 소위, 하이 톱 랜드(5;high top land)라고 하는 비교적 가늘고 긴 피스톤 부분을 지니고 있다. 이 피스톤 부분은, 상부 피스톤 링을 적절하게 보호한다. 그것은, 고온의 연소 가스가 피스톤 링에 이르기 전에 우선적으로 실린더의 내측 표면과 하이 톱 랜드 사이의 환형의 공간을 통과하여야 하기 때문이다. 상기 하이 톱 랜드(5)는, 예를들면, 다음과 같은 축방향 길이를 지닐 수 있다. 즉, 상부 피스톤 링이, 상기 피스톤상의 최상부 지점의 아래쪽으로 피스톤 링의 높이의 5배 이상, 바람직하게는 10배 이상으로 되는 위치에 배치되도록 하는 길이를 지닌다. 또한, 피스톤은 도2a에 도시된 바와같이 형성될 수도 있으며, 이 경우, 상부 피스톤 링용의 링 홈(2)은 피스톤의 최상부 지점에 인접한 위치에 있다.

다수의 압력 경감 통로(6)가 링 홈(2)의 아래쪽에 배치되어 있으며, 상기 링 홈의 하부를 그것의 하방의 링 홈(3)에 연결한다. 그것에 대응하여, 링 홈(3)은 그것의 하방의 링 홈과 연결되는 식으로 하부의 링 홈(4)에 이른다. 압력 경감 통로(6)는, 그 통로를 링 홈의 저부에 배치하는 반경에서 피스톤의 중심축(7)에 대하여 평행하게 천공될 수 있으며, 따라서, 그 압력 경감 통로는 피스톤 링(도시되지 않았슴)의 후면의 내측에서 반경방향으로 개방되며, 그에 따라, 유출하는 누출 가스가 피스톤 링을 직접 타격하지 않도록 할 수 있다. 하부 링 홈(4)의 하방에 배치된 보어 섹션(10)은, 마개(8)로 플러깅(plugging)을 하고, 용접, 또는 가스가 보어 섹션(10)을 통하여 피스톤의 하방으로 유동하는 것을 방지하는 임의의 다른 방법에 의해 충전(充塡)되어 폐쇄될 수 있다. 가스가 그 하부의 링 홈까지 하향으로 유동하기 전에, 가스가 링 홈의 원주방향으로 유동하도록 하기를 원할 경우, 압력 경감 통로의 수보다 더 많은 수의 보어를 천공할 수 있다. 그리고, 보어들 중 몇개를 한개의 링 홈에서 폐쇄되며, 그 외의 다른 보어는 다른 링 홈에서 폐쇄되도록 한다.

제2의 실시예에 있어서, 각각의 압력 경감 통로(11)는, 피스톤 링(14)이 그것의 내부에 장착되는, 관련된 링 홈(2 또는 3)으로부터 완전히 분리된 위치에 배치된 2개의 통로 부분(12, 13)으로서 제조된다. 피스톤 링(14)의 응력은, 그것의 링 외측면(15)을 실린더 벽 또는 실린더 라이너(17)의 내측면(16)과 접촉한 상태로 유지시킨다. 통로 부분(12)은 링 홈의 상방의 영역에서 피스톤의 원통형 외측면(18)으로부터 경사지게 하향으로 피스톤내에 천공되어 있으며, 통로 부분(13)은 링 홈의 하방의 영역에서 외측면(18)으로부터 경사지게 상향으로 피스톤내에 천공됨으로써, 통로 부분(12, 13)은 수렴성 경로를 통하여, 교점(19)에 있는 연결점에서 상호 교차한다. 상기 교점(19)은 링 홈의 내측에서 반경방향으로 배치되는 것이 적절하다.

이 실시예는, 각각의 통로에 대하여 수개의 통로 부분을 포함시킴으로써 변형될 수 있다. 예를들면, 피스톤(1)에는, 링 홈의 내측에 배치된 내측의 환형의 공동을 형성할 수 있다. 이러한 환형의 공동은, 각각의 통로의 일부분을 구성하며, 이러한 부분을 피스톤의 외측면으로부터 내측의 환형의 공동에 단지 천공함으로써 형성할 수 있다. 첫번째로, 이것은, 보어를 교점에 있는 연결부분과 만나도록 천공할 필요가 없기 때문에, 보어를 보다 낮은 정밀도로 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 두번째로, 누출 가스를, 환형의 공동을 통하여 수개의 통로들 사이에 분배할 수 있다는 것을 의미한다. 그러한 분배가 바람직하지 않을 경우, 내측 공동은 각각의 압력 경감 통로 사이에서 분할될 수 있다.

피스톤 상부의 연소실에서 연소중, 고온의 누출 가스는 피스톤 링의 상방의 통로부분(12)내로 유입되며, 피스톤 링의 하방의 통로부분(13)의 개구부(20)로부터 유출된다.

제3의 실시예는 하부로부터 2번째 링 홈(3)과 관련하여 도4a에 도시되어 있다. 압력 경감 통로(21)는 피스톤 링의 배면(22)의 후방에서 환형 공간(3')의 하부로부터 연장하며, 또한, 피스톤 링(14)의 하방의 피스톤의 외측면(18)까지 경사지게 하향으로 연장한다. 작동행정 중, 피스톤 링(14)은 하향으로 가압되어, 링 홈의 하부면(23)과 밀봉접촉한다. 피스톤 링은, 링 홈의 높이보다 더 낮은 링 높이를 지니므로, 피스톤 링의 상부면과 링 홈의 상부면(24) 사이에는 현저한 간극이 형성되며, 이러한 간극은 피스톤 링의 후방의 환형의 공간(3')에 대하여, 피스톤의 외측면에서 피스톤 링의 상방에 있는 환형의 공간(25)과 대체로 같은 압력이 가해지도록 한다.

고온의 누출 가스는, 환형의 공간(3')으로부터 통로(21)를 통하여, 개구부(20)로부터 유출되며, 그곳으로부터 가스 제트는 피스톤 링의 하방의 환형의 공간(26)을 가로질러 통과하여, 실린더 라이너의 내측면(16)을 타격함과 동시에, 누출 가스의 유입으로 인하여, 환형의 공간(26)의 압력이 증가된다. 배출 개구부(20)는 피스톤의 외측면에 배치되어 있으며, 따라서, 내측면(16)에 대하여 연속적으로 이동하며, 그 결과, 상기 내측면(16)이 열에 의한 손상을 받지 않는다. 환형의 공간(3')에는 누출 가스의 유출량에 대응하는 고온 가스가 공급되지만, 그러한 공급은 피스톤 링의 상부면과 링 홈의 상부면(24) 사이의 간극을 통하여 이루어진다는 것이 확실하다. 이러한 간극의 유동 면적은 통로(21)의 단면적보다 여러 배 더 크며, 따라서, 가스 유동은 보다 더 느리고 또한 더 조용하다.

통로(21)는, 예를들면 도4b에 도시된 바와같은, 간단한 원형의 단면 또는 도4c에 도시된 바와같은 가늘고 긴 단면과 같은 다른 단면형상을 지닐 수 있다. 가늘고 긴 단면은 통로당 더 큰 면적을 지니며, 그 결과, 특정의 누출 면적을 얻기 위한 링 홈당의 통로가 더 적은 개수로 될 수 있다. 동일한 링 홈과 조합시켜, 다른 단면형상의 통로를 사용할 수도 있다.

제4의 실시예에 있어서, 압력 경감 통로(30)는 피스톤 링의 후방의 환형의 공간(3')의 하부로부터 링 홈의 하부면(23)에 대하여 평행하게, 외측면(18)의 개구부(20)까지 반경방향 외향으로 연장하고 있다. 링 홈의 하부면과 상부면에는 크롬과 같은 경질 재료의 코팅(31)이 실시되어 있다. 상기 압력 경감 통로(30)는 상향으로 개방된 통로이며, 코팅(31)의 두께(t)보다도 더 깊은 통로 깊이(d)를 갖는다. 이것은, 상기 코팅이 고온의 누출 가스에 의해 단지 약간 정도의 영향밖에 받지 않는다는 유리한 점을 초래한다. 물론, 통로(30)는 통로(21)에 관하여 설명한 것과 다른 단면적으로 형성될 수 있다.

제5의 실시예에 있어서, 압력 경감 통로(32)는 별개의 피스톤 부분(33)에 설치되며, 피스톤 링(14)에 대한 링 홈의 하부 영역을 구성한다. 그 피스톤 부분은 링 홈의 하부에 있는 오목부와 맞물리도록 배치된 플랜지 부분(34)을 지니고 있으며, 따라서, 상기 피스톤 부분은 피스톤의 다른 부분에 체결된다. 그 피스톤 부분(33)은, 온도에 대하여 보다 민감한 주철과 같은 일반적인 피스톤 재료보다, 통상, 적어도 450℃의 실질적으로 높은 온도에 의한 영향에 장기간에 걸쳐 견딜 수 있는 주강으로 제조될 수 있다. 더우기, 별개로 교환가능한 피스톤 부분(33)에 압력 경감 통로를 형성할 수 있는 실질적으로 유리한 점이 초래된다. 즉, 피스톤이 장착되는 엔진에 대하여 선택된 실제의 동력의 출력에 따라, 다른 피스톤 부분을 동일한 피스톤 베이스에 장착할 수 있다. 예를들면, 링 홈에서의 가장 적절한 누출 면적은, 특히, 특정의 엔진의 최대 압력에 따라 결정되며, 또한, 피스톤 부분을 적절히 선택함으로써, 피스톤 베이스를 엔진의 실제의 작동 파라미터에 대응하도록 할 수 있다.

지금까지 설명된 여러가지 실시예에 있어서, 한가지 공통적인 특징은, 각각의 피스톤 링과 관련된 압력 경감 통로의 전체 단면적(A_tot)이 D²/68000 내지 D²/10000 의 범위로 되며, 바람직하게는 D²/30000 내지 D²/20000 의 범위로 된다는 것이다. 전형적인 2행정 크로스헤드 엔진의 경우, 피스톤 직경(D)은 약 600 mm 이고, A_tot는 5.29 내지 36 mm²의 범위, 바람직하게는 12 내지 18 mm²의 범위로 된다. 약 1000 mm 의 피스톤 직경(D)을 지니는 대형의 엔진의 경우, 면적 A_tot는 14.7 내지 100 mm²의 범위, 바람직하게는 33.3 내지 50 mm²의 범위로 된다.

도6b 및 도6c로부터, 압력 경감 통로(32)는 다른 단면형상 및 크기를 지니며, 도6d는 도5b에 도시된 실시예에 대응하는 피스톤 부분(33)의 상부에 있는 통로의 위치를 제시하는 것이 이해될 것이다. 더우기, 도6e에 도시된 바와같이, 압력 경감 통로(32)는 피스톤 부분(33)의 하부면에 배치될 수 있지만, 이것이 적절한 실시예는 아니다.

도7a, 도7b에 제시된 제6의 실시예에 있어서, 압력 경감 통로는 통로 섹션(35)을 구비하고 있으며, 상기 통로 섹션은 환형의 공간(25)으로부터 환형의 통로 섹션(36; 링 홈의 상부면(23)에 상향으로 개방된 오목부로서 형성된 부분)까지, 바람직하게는 경사지게 하향으로 피스톤 링(14)을 관통하여 연장한다. 통로 섹션(36)으로부터, 누출 가스는 반경방향으로 연장하는 통로 섹션(37)을 통하여 배출 개구부(20)까지 유동하며, 상기 배출 개구부로부터 가스는 라이너의 내측면을 타격하며, 속도가 느리게 되며, 또한, 환형의 공간(26)내의 압력을 상승시킨다.

다른 실시예들이 새로운 실시예로 조합될 수 있으며, 또한, 상기 실시예의 세부를 조합시킬 수도 있다.

Claims (10)

1. (정정) 피스톤 링(14)용의 다수의 링 홈(2-4)을 지니며, 상기 링은 링과 관련된 링 홈의 높이보다도 피스톤의 축방향으로 더 낮은 링 높이를 지니며, 적어도 몇개의 상기 링에서, 피스톤은 피스톤의 외측면(18)에서 피스톤 링의 상부 및 하부에 배치된 환형의 공간(25, 26)의 사이에 가스 유동 연결부를 형성하는 압력 경감 통로(6, 11, 21, 30, 32, 35-37)를 지니며, 피스톤의 적어도 일부분에 상기 압력 경감 통로가 형성되는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤(1)에 있어서,

   상기 피스톤 링(14)의 상방의 환형의 공간(25)으로부터 하방의 환형의 공간(26)까지 유동하는 고온의 가스에 대한 압력 경감 통로(6, 11, 21, 30, 32, 35-37)의 배출 개구부(20)는, 상기 배출 개구부(20)를 통한 연장부에서, 상기 압력 경감 통로의 축이 피스톤 링(14)과 만나는 것을 회피하도록 하는 위치 및 방향을 지니며, 상기 압력 경감 통로들의 전체 단면적(A_tot)은 D²/68000 내지 D²/10000 의 범위로 되며, 여기서 D 는 mm 의 단위로 표시된 피스톤의 직경이며, A_tot는 mm²의 단위로 표시된 면적인 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압력 경감 통로(6)의 개구부(20)가 피스톤 링(14)의 후방 표면의 내측에 반경방향으로 배치되며, 상기 압력 경감 통로(6)는 피스톤의 축방향에 대하여 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
3. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압력 경감 통로(11, 21, 30, 32, 37)의 개구부(20)가 피스톤의 주위 표면(18)에 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
4. (정정) 제3항에 있어서, 각각의 압력 경감 통로(11)는 적어도 2개의 통로 부분(12, 13)을 구비하며, 상기 통로 부분(12, 13)은 피스톤(1)의 원통형 외측면(18)으로부터 내향으로 연장하며, 바람직하게는, 직선형 수렴 경로를 지니며 교점(19)에 있는 연결점에서 만나는 부분을 통하여 피스톤(1)내에서 상호 유동 연통하는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 압력 경감 통로(30, 32, 36-37)의 적어도 일부분이 링 홈의 상부면 또는 하부면(23)에 대하여 실질적으로 평행하게 링 홈의 함몰부로부터 연장하는 동시에, 피스톤의 주위 표면에서 개방되는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
6. (정정) 제5항에 있어서, 상기 압력 경감 통로(32)는 링 홈(2, 3)의 오목부에 제거가능하게 삽입되는 피스톤 부분(33)에서 연장하는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
7. (정정) 제5항에 있어서, 상기 링 홈의 하부면(23)에는 피스톤(1)의 베이스 재료보다도 더 경질의 크롬과 같은 재료의 코팅(31)이 부여되며, 상기 압력 경감 통로는 링 홈의 하부면에 있는 상향으로 개방된 통로(30, 37)이며, 상기 압력 경감 통로는 상기 경질 재료 코팅의 두께보다도 피스톤의 축방향으로 더 높은 높이를 지니는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
8. (정정) 제1항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 압력 경감 통로는 피스톤 링(14)을 관통하여 그것의 상부면으로부터 그것의 하부면까지 연장하는 통로 섹션(35)을 구비하며, 피스톤 링에 있는 상기 통로 섹션은, 링 홈의 하부면에 형성되어 상향으로 개방된 적어도 한개의 환형의 통로 섹션(36)내로 개방되며, 상기 통로 섹션은 반경방향 외측으로 연장하는 통로 섹션(37)을 통하여 피스톤 링의 하방의 환형의 공간(26)과 연통하는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
9. (2회 정정) 제1항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 각각의 피스톤 링(14)에 대하여 적어도 4개의, 바람직하게는 7 내지 16개의 작용가능한 압력 경감 통로(6, 11, 21, 30, 32, 35-37)가 피스톤의 주위를 따라 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.
10. (2회 정정) 제1항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 압력 경감 통로의 전체 단면적(A_tot)은 D²/30000 내지 D²/20000 의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 디젤형 2행정 크로스헤드 엔진용 피스톤.