KR100229382B1 - 자동차의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더내를 승강하며 커넥팅로드를 통해 크랭크축의 회전을 운동을 유발시키는 자동차의 피스톤에 관한 것이다.

본 발명은 상면에 주연소면(20) 및 이 주연소면(20)보다 높은 스퀴시면(30)이 형성되고, 스퀴시면(30)에 형성되는 입구(40)와 주연소면(20)에 형성되는 출구(42) 그리고 입구(40)와 출구(42)를 연결하되 외부로 노출되지 않도록 터널형태로 형성되는 연통홀(44)을 구비하여 압축행정시 스퀴시면(30)상부의 혼합기를 연통홀을 통해 주연소면(20)으로 안내하도록 된 자동차의 피스톤을 제공한다.

이러한 본 발명은 혼합기의 와류 형성효과를 향상시켜 엔진출력을 높이게 되고, 퀀치현상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Description

자동차의 피스톤

본 발명은 자동차의 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더내를 승강하며 커넥팅로드를 통해 크랭크축의 회전을 운동을 유발시키는 자동차의 피스톤에 관한 것이다.

자동차는 가솔린 또는 디이젤 및 액화천연가스등을 연소시켜 그 폭발력을 이용하여 크랭크축을 회전시켜 구동력을 얻는 것으로, 연료와 공기의 혼합기를 압축하여 이를 연소시키는 실린더를 갖춘 내연기관(이하, 엔진이라 함)을 갖추고 있다.

엔진은 복수의 실린더를 형성하고 있는 실린더블록과 이 실린더 블록의 상부에 제공되어 연소실을 제공하는 실린더 헤드 및 상기 실린더내를 승강하며 폭발력을 발생시키는 피스톤을 갖추고 있다.

또한, 실린더는 흡기구와 배기구를 갖추고 있으며, 각각의 이들 흡.배기구를 통해 혼합기를 공급하거나 또는 연소가스를 배출하는 밸브개폐장치를 포함하고 있다.

이러한 엔진은 주로 2행정기관 또는 4행정기관으로 분류되는 바, 본 발명은 4행정(흡입, 압축, 폭발, 배기행정)을 1사이클(cycle))로 하는 기관에 관련된 것으로서, 이러한 엔진은 압축행정에서 연소실에 제공되는 점화플러그로 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기를 점화하여 폭발시키고, 이 폭발력에 의해 피스톤을 하강시킨다. 그리고 커넥팅로드로 피스톤과 크랭크축을 연결하여 피스톤의 승강운동을 크랭크축의 회전운동으로 전환하여 구동력을 얻게 된다.

또한, 상기 밸브개폐장치는 크랭크축에 직결되거나 또는 타이밍벨트등에 의해 연결되어 회전을 이루는 캠축과, 이 캠축상에 각각의 실린더수와 대응하도록 배치되는 복수의 캠과, 캠에 의해 직선왕복운동하며 흡기구 및 배기구를 개폐하는 흡기밸브 그리고 배기밸브를 갖추고 있다.

참고적으로, 4행정을 개략적을 설명하면, 먼저 흡입행정에서는 흡기밸브는 개방되고, 배기밸브는 닫혀있는 상태에서 피스톤이 하강하게 되므로 흡기구를 통해 혼합기(연료 및 공기)가 도입된다. 이러한 상태에서 압축행정이 진행되는데, 압축행정시에는 피스톤이 하사점을 지나 상승을 개시하는 시점에서 캠작용에 의해 흡기밸브가 닫히게 되고, 배기밸브는 계속해서 닫힘상태를 유지한다. 따라서 피스톤이 점차상승함에 따라 혼합기는 압축되어 진다. 그리고 폭발행정에서는 상기 피스톤이 압축을 실시하며 상사점에 도달한 시점에서 점화플러그에서 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기가 폭발하고, 이 폭발력에 의해 피스톤이 하강하게 된다. 이와 같이 피스톤이 하강하는 힘은 커넥팅로드를 통해 전달되어 크랭크축의 회전력을 발생시킨다.

그리고 배기행정에서는 피스톤이 하사점을 지나 다시 상승을 개시하면, 캠작용에 의해 흡기밸브가 개방되고 피스톤의 상승에 따라 실린더내의 연소가스가 배기구를 통해 배출된다. 한편, 상기 크랭크축에는 비교적 중량체의 플라이휠이 설치되어 회전관성에 의해 크랭크 축이 항시 한 방향으로 일정한 회전력을 유지하며 회전하도록 되어 있다.

이러한 엔진은 압축행정에서 혼합기에 와류를 형성하여 실린더의 단위체적당의 출력을 높일 수 있는 노력이 시도되고 있다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤(1)의 상면 일부에 실린더 헤드(4)사이에 작은 간극을 형성하여 압축행정시 혼합기가 연소실(2)로 밀려나도록 하는 스퀴시부(3)(squish area)를 형성하고 있다. 스퀴시부(3)는 압축시 그 사이에 존재하는 혼합기를 주연소실로 밀어내어 주연소실내의 혼합기에 와류를 형성토록 함으로써 혼합기의 유동을 향상시켜 연소효율을 향상시켜 출력을 높일 수 있게 된다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래의 피스톤의 구성은 스퀴시부(3)를 형성하는 피스톤에 있어서는 스퀴시부(3)로 인해 화염전파가 되지 않는 것으로 인한 이른바, 퀀치(quench)작용이 수반되는 문제를 갖게 된다.

즉, 스퀴시부(3)는 실린더헤드와 피스톤상면을 작은 간극을 유지하도록 하는 것으로, 이 부분이 커지게 되면, 폭발행정시 화염이 간극저항으로 인해 외측까지 충분히 전달되지 않게 되므로 배출되는 미연소 탄화수소가 많아지는 결과를 초래하게 되는등의 악영향이 있었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 스퀴시부에서의 와류형성 효과를 극대화 하여 연소효율을 향상시킬 수 있는 자동차의 피스톤을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 스퀴시부로의 화염전파가 효과적으로 이루어지도록 하여 퀀치현상으로 인한 문제를 미연에 방지할 수 있는 자동차의 밸브 타이밍 가변장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 자동차의 피스톤의 구성을 보인 단면도

도 2는 본 발명에 따른 피스톤의 구성을 보인 사시도

도 3은 본 발명에 따른 피톤의 구성을 보인 단면도

도 4는 본 발명에 따른 피스톤의 압축행정에서의 혼합기의 와류형태를 도시하는 단면도

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 피스톤 20: 주연소면

30: 스퀴시면 40: 입구

42: 출구 44: 연통홀

50: 연소실

이러한 본 발명의 목적은 상면에 주연소면 및 이 주연소면보다 높은 스퀴시면이 형성되고, 스퀴시면에 형성되는 입구와 주연소면에 형성되는 출구 그리고 입구와 출구를 연결하되 외부로 노출되지 않도록 터널형태로 형성되는 연통홀을 구비하여 압축행정시 스퀴시면 상부의 혼합기를 연통홀을 통해 주연소면으로 안내하도록 된 자동차의 피스톤에 의해 달성될 수 있다.

상기 입구는 스퀴시면의 중앙부에 장공형태로 구성되며, 출구는 주연소면의 가장자리에 원형으로 형성되고, 연통홀은 입구에서 출구로 갈수록 점차 단면적이 작아지도록 하여 출구에서의 혼합기 배출속도가 입구에서의 유입속도보다 빠르게 함을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 자동차의 피스톤의 사시도가 도시되어 있다. 이에 따르면, 본 발명은 상면에 주연소면(20) 및 이 주연소면(20)보다 높은 스퀴시면(30)이 형성되는 피스톤(10)이 제공된다. 주연소면(20)의 면적은 스퀴시면(30)의 면적보다 충분히 크게 마련되어야 한다.

스퀴시면(30)의 중앙부에는 장공형태의 입구(40)가 형성되어 있고, 주연소면(20)에는 원형의 출구(42)가 형성된다. 그리고 입구(40)와 출구(42)를 연결하되 외부로 노출되지 않도록 터널형태로 형성되는 연통홀(44)이 형성되어 있다.

도 3에 따르면, 연통홀(44)은 압축행정시 스퀴시면(30)에 대응하는 혼합기를 주연소면(20)으로 안내하는 것으로, 입구(40)에서 출구(42)로 갈수록 점차 단면적이 작아지도록 하여 출구(42)에서의 혼합기 배출속도가 입구(40)에서의 유입속도보다 빠르게 구성된다.

다시 도 2를 보면 연통홀(44)은 주연소면(20)의 가장자리에 형성되어 혼합기를 원주방향으로 배출하도록 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(10)이 상승하면서 압축행정을 수행하게 되면. 연소실(50)내에 흡입된 혼합기가 압축되고 이때 스퀴시면(30)의 상부에는 상대적으로 높은 압력이 발생하게 되므로 스퀴시면(30)의 상부에서 압축되는 혼합기는 입구(40)로 유입되어 연통홀(44)을 통해 상대적으로 압력이 낮게 유지되는 주연소면(20)측으로 이동하게 된다. 이때 출구(42)로 배출되는 혼합기는 소정의 압력으로 주연소면(20)의 상부 즉, 연소실에 있는 혼합기내로 분사되는 것이므로 연소실내의 혼합기에 와류가 발생하게 된다. 이때 와류의 형태는 출구(42)가 주연소면(20)의 가장자리에 형성되어 원주방향으로 분사를 이루므로 소용돌이(swirl)이 형태로 형성된다. 이때 입구(40)로 유입된 혼합기는 연통홀을 따라 이동하는 과정에서 연통홀(44)의 단면적이 점차 좁아지게 되므로 유속이 빨라지게 된다. 따라서, 출구(42)에서 배출되는 혼합기의 순간 유속은 비교적 빠르게 되므로 연소실(50)의 내의 혼합기 와류 형성효과가 증대된다.

그러므로 연소실(50)내의 혼합기는 와류의 형성으로 인해 양호한 혼합형태를 갖으며, 이러한 상태에서 점화가 실시되면 화염의 전파속도가 빠르며, 폭발력이 증대된다. 또한, 화염의 일부는 연통홀(44)을 통해 스퀴시면(30)으로 전파되므로 퀀치현상으로 인한 부작용을 방지하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 피스톤은 피스톤의 상면 일측에 스퀴시면을 형성하고, 스퀴시면으로부터 피스톤의 속을 통해 주연소면으로 통하는 터널형의 연통홀을 형성하여 혼합기의 와류 형성효과를 향상시켜 엔진출력을 높이게 되고, 퀀치현상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (2)

1. 상면에 주연소면(20) 및 이 주연소면(20)보다 높은 스퀴시면(30)이 형성되고, 스퀴시면(30)에 형성되는 입구(40)와 주연소면(20)에 형성되는 출구(42) 그리고 입구(40)와 출구(42)를 연결하되 외부로 노출되지 않도록 터널형태로 형성되는 연통홀(44)을 구비하여 압축행정시 스퀴시면(30) 상부의 혼합기를 연통홀()을 통해 주연소면(20)으로 안내하도록 된 자동차의 피스톤.
2. 제 1항에 있어서, 상기 입구(40)는 스퀴시면(30)의 중앙부에 장공형태로 구성되며, 출구(42)는 주연소면(20)의 가장자리에 원형으로 형성되고, 연통홀(44)은 입구(40)에서 출구(42)로 갈수록 점차 단면적이 작아지도록 하여 출구(42)에서의 혼합기 배출속도가 입구(40)에서의 유입속도보다 빠르게 함을 특징으로 하는 자동차의 피스톤.

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