KR100512840B1 - 내연 엔진용 피스톤 - Google Patents

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KR100512840B1
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이노우에아끼라
진구노부히사
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 중심 축을 갖는 피스톤 크라운 및 두 개의 공기 유동이 제공되는 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하는 내연 엔진용 피스톤에 관한 것이다. 피스톤 보울은 두 개의 와류가 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 상태로 보유되는, 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면 내에 V형인 윤곽을 갖는다.

Description

내연 엔진용 피스톤{PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 주로 층상 급기(stratified charge) 연소를 달성하기 위하여 연소 챔버 내에서 흡입 공기의 와류(tumble flow)를 생성하도록 구성된 내연 엔진용 향상된 피스톤에 관한 것이다.
미국 특허 제6,220,215 B1호는 피스톤 크라운(crown) 내에 리세스를 갖는 실린더 내 직접 분사 가솔린 엔진(in-cylinder direct injection gasoline engine)을 위한 피스톤을 개시한다. 엔진 실린더 내의 연소 챔버로 도입된 흡입 공기의 와류는 리세스 내에서 생성되고, 연소 챔버로 분사된 연료는 와류에 동반된다. 공기-연료 혼합물의 층상 급기는 이렇게 형성되고 점화 플러그로 향한다.
도1은 연소 챔버 구조를 도시하는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 피스톤이 포함된 실린더 내 직접 분사 엔진의 수직 단면도이다.
도2는 하부 측면에서 보았을 때 연소 챔버 주위의 엔진 부품의 배열을 도시하는 개략도이다.
도3은 피스톤의 평면도이다.
도4는 도3의 선 4-4를 따라 취해진 단면도이다.
도5는 종래 기술과 비교하여 양호한 실시예의 기능을 도시하는 설명도이다.
도6은 흡입 공기의 와류의 강도와 양호한 실시예의 와류의 유속의 사이클 변화 사이의 관계 및 종래 기술의 유사한 관계를 도시하는 그래프이다.
도7은 엔진 작동 범위와 양호한 실시예의 연소 주기의 사이클 변화 사이의 관계 및 종래 기술의 유사한 관계를 도시하는 그래프이다.
도8은 엔진 작동 조건에 대하여 연소 구역을 도시하는 선도이다.
그러나, 상기된 종래 기술의 피스톤 크라운의 리세스는 평평한 바닥 표면을 갖기 때문에, 후술하는 문제점이 발생하는 경향이 있다. 만일 상기된 종래 기술에서 기술된 것과 같은 피스톤이 두 개의 흡입 밸브를 갖는 실린더 내 직접 분사 가솔린 엔진에 채용되고 흡입 공기의 두 개의 평행 와류를 생성하도록 구성된다면, 와류는 고속 엔진 작동 하에서 와류의 큰 유동 속도에 적절히 조정되지 않을 것이다. 와류의 유속 또는 난류의 사이클 변화가 증가될 것이며, 공기-연료 혼합물의 유동이 동요됨으로써 점화 플러그를 향하여 와류를 지향시키는데 실패할 것이다. 이는 엔진의 연소 안정성을 저하시킨다.
상기된 문제점을 해결할 것이 요구된다. 본 발명의 목적은 피스톤의 압축 행정으로부터 그것의 연소 행정까지 안정적인 상태에서 두 개의 평행 와류를 보유함으로써 실린더 내 직접 분사 엔진의 연소 안정성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과, 두 개의 공기 와류가 제공되는 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울(bowl)을 포함하고, 피스톤 보울은 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면 내의 윤곽을 갖고, 윤곽은 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 경사부를 포함하고, 두 개의 와류는 경사부에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과, 두 개의 공기 와류가 제공되는 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하고, 피스톤 보울은 바닥 벽 및 바닥 벽에 연결된 대향 경사 측면 벽을 포함하고, 측면 벽은 서로 대향되며 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 흡입 측면 및 배출 측면을 포함하는 피스톤 크라운과, 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하고, 피스톤 보울은 피스톤 크라운의 흡입 측면으로부터 그것의 배출 측면을 향하여 연장하는 방향에 직각인 수직 평면을 따라 취해진 전체적으로 V형인 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 실린더 챔버와, 실린더 챔버를 둘러싸는 실린더 헤드와, 연소 챔버를 형성하도록 실린더 챔버 및 실린더 헤드와 협동 작용하는 실린더 챔버 내의 피스톤과, 연소 챔버 내부로 공기를 도입하도록 연소 챔버와 연통하는 실린더 헤드 내의 두 개 이상의 흡입 포트와, 연소 챔버와 연통하는 실린더 헤드 내의 두 개 이상의 배출 포트와, 공기를 편향시키고 연소 챔버 내의 공기의 두 개의 와류를 생성하도록 작동하는 각각의 두 개 이상의 흡입 포트 내의 흡입 공기 제어 밸브와, 연소 챔버 내부로 연료를 직접 분사하도록 작동하는 실린더 헤드 내의 연료 분사기와, 연소 챔버 내의 공기-연료 혼합물을 점화시키도록 작동하는 실린더 헤드 내의 점화 플러그를 포함하고, 피스톤은 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과, 두 개의 와류가 제공되는 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울(bowl)을 포함하고, 피스톤 보울은 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면 내의 윤곽을 갖고, 윤곽은 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 경사부를 포함하고, 두 개의 와류는 경사부에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진이 제공된다.
이제, 도1 내지 도4를 참조하여, 실린더 내 직접 분사 엔진 내에 포함된 본 발명의 피스톤이 설명된다.
도1에 도시된 바와 같이, 실린더 내 직접 분사 엔진은 실린더 블록(10) 및 실린더 블록(10) 내에 배치된 복수의 실린더 챔버 또는 보어(14)를 포함한다. 실린더 헤드(12)는 실린더 챔버(14)를 감싸도록 실린더 블록(10) 상에 장착된다. 복수의 피스톤(16) 각각은 상응하는 실린더 챔버(14)와 동축으로 배치되고 거기에 활주 가능하게 끼워지고, 그 중 단 하나만이 예시의 목적으로 도시된다. 4 밸브 교차 유동 차양(pent roof) 연소 챔버(32)가 실린더 블록(10), 실린더 헤드(12) 및 피스톤(16)의 피스톤 크라운(18)에 의하여 형성된다. 실린더 헤드(12)는 한 쌍의 흡입 밸브(24)에 상응하는 한 쌍의 흡입 포트(22) 및 한 쌍의 배출 밸브(26)에 상응하는 한 쌍의 배출 포트(36)와 함께 형성된다. 흡입 포트(22)는 공기를 연소 챔버(32) 내부로 인도하도록 연소 챔버(32)와 연통한다. 배출 포트(36)는 연소 챔버(32) 내에서 연소되는 공기-연료 혼합물을 배출하도록 연소 챔버(32)와 연통한다. 한 쌍의 흡입 포트(22)와 흡입 밸브(24) 및 한 쌍의 배출 포트(36) 및 배출 밸브(26)가 도1에 도시된다. 점화 플러그(30)는 실린더 챔버(14)의 중심 축 부근의 실린더 헤드(12)의 중간 벽부 내에 배치된다. 점화 플러그(30)는 도2에 도시된 바와 같이 흡입 밸브(24) 및 배출 밸브(26)에 의하여 둘러싸인 연소 챔버(32)의 상부 중심부 근처에 위치된다. 흡입 공기 제어 밸브(34)는 도2에 도시된 바와 같이 각각의 흡입 포트(22) 내에 배치된다. 흡입 공기 제어 밸브(34)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 액추에이터(도시 생략)를 통해 엔진 작동 조건에 따라서 작동된다. 흡입 공기 제어 밸브(34)는 후술될 소정의 엔진 작동 범위 내의 폐쇄 위치로 이동된다. 폐쇄 위치에서, 흡입 공기 제어 밸브(34)는 연소 챔버(32) 내에서 흡입 공기의 와류(일반적으로 공기의 수직 소용돌이, T)을 생성하도록 흡입 포트(22)의 일부를 폐쇄하고 연소 챔버(32)를 향하는 흡입 공기 유동을 편향시킨다. 따라서, 흡입 포트(22)로부터 도입된 흡입 공기의 두 개의 와류(T)는 도2에 도시된 바와 같이 연소 챔버(32) 내에서 발생된다. 상기된 소정의 엔진 작동 범위에서, 엔진 속도는 3600 rpm보다 크지 않고, 엔진 부하는 500 내지 700 kPa[브레이크 평균 효율 압력(brake mean effective pressure)]이다. 엔진 작동 범위는 층상 급기 연소가 달성되는 도8의 사각형 층상 연소 구역에 상응한다. 연소 분사기(28)는 도1에 도시된 바와 같이 실린더 헤드(12)의 하부 벽 내에 설치되고, 도2에 도시된 바와 같이 두 개의 흡입 포트 사이의 중간부에 위치된다. 연료 분사기(28)는 연료 분사물을 연소 챔버(32) 내부로 분사하도록 설계되고, 이러한 방향으로 연료 분사물은 두 개의 와류(T)에 동반되고 점화 플러그(30) 근처로 인도된다.
피스톤 보울(20)은 두 개의 와류(T)가 제공되는 피스톤(16)의 피스톤 크라운(18) 내에 배치된다. 피스톤 보울(20)은 도4에 도시된 바와 같이, 두 개의 와류(T)와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면에서 전체적으로 V형인 윤곽을 갖는다. 즉, 수직 평면은 피스톤 크라운(18)의 흡입 측면에서 그것의 배출 측면을 향하여 연장하는 방향에 수직으로 위치된다. 도4에 도시된 바와 같이, 윤곽은 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)을 향하여 경사진 경사부를 포함한다. 경사부는 피스톤 보울(20)의 깊이를 점진적으로 증가시키도록 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)을 향하여 선형으로 경사지게 연장하는 두 개의 대향 선형부를 포함한다. 두 개의 와류(T)는 도5의 우측 열(column) 상에 도시된 바와 같이 경사부에 위치된다. 두 개의 와류(T)는 피스톤 보울(20)의 증가된 깊이 때문에 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)의 방향에서 하방으로 위치된다.
특히, 도3 및 도4에서 알 수 있는 바와 같이, 피스톤 보울(20)은 바닥 벽(20a) 및 바닥 벽(20a)과 연결된 측벽(20b)을 포함한다. 바닥 벽(20a) 및 측벽(20b)은 도4에 도시된 바와 같이 피스톤 보울(20)의 윤곽을 형성하도록 협동 작용한다. 도3에 도시된 바와 같이, 바닥 벽(20a)은 피스톤 크라운(18)의 흡입 측면에서배출 측면을 향하여 와류(T)를 따라 연장하는 바닥 벽부(20a1, 20a2)를 포함한다. 바닥 벽부(20a1, 20a2)는 도3에 도시된 바와 같이 교차부(L)에서 서로 연결된다. 피스톤 보울(20)은 바닥 벽부(20a1, 20a2)의 교차부(L)가 실질적으로 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)을 가로질러 연장하도록 피스톤 크라운(18)의 상부 표면의 중심부 내에 위치된다. 도4에 도시된 바와 같이, 바닥 벽부(20a1, 20a2)는 피스톤 보울(20)의 전체적으로 V형인 윤곽의 일부를 형성하는 V형 윤곽을 형성한다. 바닥 벽부(20a1, 20a2)는 θ1의 각도, 본 실시예에서는 피스톤 크라운(18)의 수평 평면(P1)에 대하여 약 7도로 기울어진다. 여기서, 피스톤 크라운(18)의 수평 평면(P1)은 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)에 수직인 평면을 의미한다. 바닥 벽부(20a1, 20a2)의 경사 때문에, 두 개의 와류(T)는 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)을 향하여 기울어진 경사 상태로 그 위에 유지된다.
측벽(20b)은 바닥 벽부(20a1, 20a2) 각각의 대향 외주연부와 연결된다. 측벽(20b)은 각각에 대하여 대향되며 피스톤 크라운(18)의 중심 축(X)을 향하여 경사진다. 피스톤 보울(20)의 전체적으로 V형인 윤곽의 잔여부인 바닥 벽부(20a1, 20a2)에 의하여 형성된 V형 윤곽과 함께 연장하는 내부로 경사진 윤곽을 형성한다. 측벽(20b)은 θ2의 각도, 본 실시예에서는 피스톤 크라운(18)의 수평 평면(P1)에 수직이고 중심 축(X)에 평행한 평면(P2)에 대하여 약 10도로 기울어진다. 측벽(20b)은 그것을 따라 경사진 상태에서 와류(T)를 보유한다.
도1에 도시된 바와 같이, 피스톤 보울(20)은 두 개의 와류(T)에 실질적으로 평행인 수직 평면을 따라 취해진 전체적으로 부채꼴 형태인 단면을 갖는다. 바닥 벽(20a)은 와류(T)의 유선(streamline)을 따라 둥글게 만곡된 도1에 도시된 바와 같은 단면 내의 아치형 윤곽을 형성한다.
도5 내지 도7을 참조하여, 본 발명의 피스톤의 기능 및 효과가 종래 기술의 피스톤의 그것에 비하여 설명된다. 도5에서, 종래 기술의 피스톤이 도표의 좌측 열에 도시되고, 본 발명의 피스톤은 우측 열에 도시된다. 종래 기술의 피스톤은 바닥이 평평한 표면에 의하여 형성되는 피스톤 보울을 갖는다. 도5의 좌측 열의 상부에서 도시된 바와 같이, 연소 챔버 내의 흡입 공기의 두 개의 와류는 압축 행정의 초기 단계에서 피스톤 크라운의 중심 축에 평행인 피스톤의 피스톤 보울 상에서 직립 상태로 생성된다. 피스톤이 초기 단계의 위치에서 도5의 좌측 열의 하부 상에 도시된 상사중심(top dead center, TDC) 전 약 40 도의 TDC 근방 위치로 이동할 때, 두 개의 와류의 각각의 경사 방향은 명확하지 않고 와류는 동요한다. 종래 기술의 피스톤 보울의 평평한 바닥 표면 때문에, 두 개의 와류의 안정하지 않은 와류 거동이 피스톤의 압축 행정 중에 발생한다.
일반적으로, 피스톤 압축 행정의 후기 단계의 TDC 근처에서, 연소 챔버 내부의 와류의 흐름이 부서지고 난류를 생성한다. 여기서, 만일 대체로 강한 난류가 연소 챔버 내에서 발생된다면, 공기-연료 혼합물의 빠른 연소가 얻어진다. 또한, 강한 난류가 압축 행정의 후기 단계에서 분사되는 연료 분사물을 가까운 점화 플러그 쪽으로 동반하여 층상 급기 연소가 달성될 수 있다. 그러나, 도5의 좌측 열 상에 도시된 바와 같이 종래 기술의 피스톤에서는, 강한 와류가 고부하 또는 고속의 엔진 작동에 제공될 때, 상기된 와류의 불안정한 와류 거동이 발생된다. 이는 도6의 곡선(200)에 의하여 지시된 바와 같이, 와류의 유속 또는 난류의 큰 사이클 변화 또는 요동 및 점화 플러그 근처까지의 와류에 의한 연료 동반 흐름(entrainment)의 큰 사이클 변화 또는 요동을 발생시킬 것이다.
반면, 도5의 우측 열의 상부 상에 도시된 바와 같이, 연소 챔버 내에서 생성되는 흡입 공기의 두 개의 와류는 압축 행정의 초기 단계에서 본 발명의 피스톤의 피스톤 보울 상에 경사진 상태로 배치된다. 이는 도4를 참조하여 상기된 바와 같이 V형의 바닥 벽(20a) 및 내부로 경사진 측벽(20b)를 포함하는 피스톤 보울(20)이 두 개의 와류의 경사 방향을 제한하기 때문이다. 또한, 도5의 우측 열의 하부 상에서 도시된 바와 같이, 와류는 경사진 상태에서 안정적으로 보유될 수 있어서, 와류의 안정적인 흐름 및 난류가 생성될 수 있다. 이는 도6의 곡선(100)에 의하여 지시된 바와 같이 와류에 대한 와류의 유속 또는 난류의 사이클 변화를 감소시킬 수 있는데, 이는 종래 기술의 그것의 사이클 변화보다 작다. 본 발명의 피스톤은 압축 행정 동안 점화 플러그 근처로 지향된 공기-연료 혼합물의 안정적인 유동을 제공할 수 있고, 압축 행정에서 안정적인 연소를 달성하기 위하여 기능한다. 또한, 형상, 즉 본 발명의 피스톤의 피스톤 보울의 단면의 V자 형상 때문에, 점화 플러그와 피스톤 보울의 바닥 사이의 공간이 종래 기술의 피스톤 보울 내에 형성된 그들 사이의 공간과 비교 시 증가된다. 연소 챔버 내의 공기-연료 혼합물의 연소에 의하여 발생되는 화염은 증가된 공간 내에서 보다 잘 성장될 수 있으므로, 연소 주기가 감소된다.
도7은 본 발명의 피스톤을 사용하는 경우를 나타내는 파단선(300)에 의하여 지시된 바와 같이 엔진 작동 범위에 대한 연소 주기의 사이클 변화를 도시한다. 도7에서 도시된 바와 같이, 파단선(300)에 의하여 지시되는 연소 주기의 사이클 변화는 도5의 좌측 열 상에 도시된 바와 같은 종래 기술의 피스톤을 사용한 경우를 나타내는 선(400)에 의하여 지시된 연소 주기의 사이클 변화보다 작다. 본 발명의 피스톤을 사용하는 경우에, 연소 주기의 사이클 변화는 엔진 작동의 중간 속도 및 중간 하중 범위에서 크게 감소된다. 중간 속도 및 중간 하중 범위는 도8에서 사선에 의하여 지시된다.
따라서, 본 발명의 피스톤을 사용하는 실린더 내 직접 분사 내연 엔진은 연료 분사기로부터 분사된 연료 분사물을 점화 플러그 근처까지 운반하는 것을 확실하게 할 수 있고 공기-연료 혼합물의 안정적인 점화를 얻을 수 있으므로 양호한 연소 안정성을 나타낸다.
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로써 포함된, 2001년 1월 12일에 출원된 선행 일본 특허 출원 제2001-004875호에 기반한다.
본 발명이 발명의 특정 실시예를 참조함으로써 위에서 서술되었지만, 본 발명은 상기된 실시예에 한정되지 않는다. 당해 발명 분야의 숙련자는 상기 교시에 비추어 상기된 실시예를 수정 및 변형할 수 있다. 본 발명의 범위는 후속하는 청구의 범위를 참조하여 한정된다.

Claims (18)

  1. 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과,
    두 개의 공기 와류를 생성하도록 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하고,
    피스톤 보울은 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면에 V-형인 윤곽을 갖고, 윤곽은 상부가 피스톤 크라운의 중심 축을 향해 내측으로 경사진 경사부를 포함함으로써, 두 개의 와류는 경사진 상태로 보유되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 보울의 V-형 윤곽은 함께 결합되도록 선형으로 경사지게 연장하는 두 개의 대향 선형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  3. 제2항에 있어서, 피스톤 보울은 피스톤 보울의 V-형 윤곽을 형성하도록 협동 작용하는 바닥 벽 및 측벽을 포함하고, 바닥 벽은 V-형 윤곽을 형성하는 대향되고 경사진 바닥 벽부를 포함하고, 측벽은 바닥 벽부의 대향 외주연부와 연결되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  4. 제3항에 있어서, 측벽은 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 것을 특징으로 하는 피스톤.
  5. 제3항에 있어서, 바닥 벽부가 피스톤 크라운의 중심 축에 수직인 피스톤 크라운의 수평 평면에 대하여 약 7도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  6. 제4항에 있어서, 측벽이 피스톤 크라운의 중심 축에 평행인 평면에 대하여 약 10도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  7. 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과,
    두 개의 공기 와류를 생성하도록 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하고,
    피스톤 보울은 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면에 V-형인 윤곽을 갖고, 피스톤 보울은 바닥 벽 및 바닥 벽에 연결된 대향되고 경사진 측벽을 포함하고, 측벽은 서로에 대하여 대향되며 상부가 피스톤 크라운의 중심 축을 향해 내측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤.
  8. 제7항에 있어서, 측벽이 피스톤 크라운의 중심 축에 평행인 평면에 대하여 약 10도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  9. 흡입 측면 및 배출 측면을 포함하는 피스톤 크라운과,
    피스톤 크라운 내에 배치되는 피스톤 보울을 포함하고,
    피스톤 보울은 피스톤 크라운의 흡입 측면에서 피스톤 크라운의 배출 측면까지 연장하는 방향에 직각인 수직 평면을 따라 취해진 V-형 단면을 갖고, 상기 단면은 상부가 피스톤 크라운의 중심 축을 향해 내측으로 경사진 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 피스톤.
  10. 제9항에 있어서, 피스톤 보울은 피스톤 보울의 V-형인 단면의 일부를 형성하는 V-형 단면을 갖는 바닥 벽을 포함하고, 바닥 벽은 서로에 대하여 대향되고 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진, 대향되고 경사진 바닥 벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  11. 제10항에 있어서, 피스톤 보울은 바닥 벽부의 대향된 외주연부와 연결되고 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사진 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  12. 제10항에 있어서, 바닥 벽부가 피스톤 크라운의 중심 축에 수직인 평면에 대하여 약 7도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  13. 제11항에 있어서, 측벽이 피스톤 크라운의 중심 축에 평행인 평면에 대하여 약 10도의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  14. 제10항에 있어서, 바닥 벽부는 바닥 벽부가 서로 결합되는 결합부를 갖고, 결합부는 피스톤 크라운의 중심 축을 실질적으로 가로질러 연장하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  15. 실린더 챔버와,
    실린더 챔버를 둘러싸는 실린더 헤드와,
    연소 챔버를 형성하도록 실린더 챔버 및 실린더 헤드와 협동 작용하는 실린더 챔버 내의 피스톤과,
    연소 챔버 내부로 공기를 도입하도록 연소 챔버와 연통하는 실린더 헤드 내의 두 개 이상의 흡입 포트와,
    연소 챔버와 연통하는 실린더 헤드 내의 두 개 이상의 배출 포트와,
    공기를 편향시키고 연소 챔버 내에 공기의 두 개의 와류를 생성하도록 작동하는 각각의 두 개 이상의 흡입 포트 내의 흡입 공기 제어 밸브와,
    연소 챔버 내부로 연료를 직접 분사하도록 작동하는 실린더 헤드 내의 연료 분사기와,
    연소 챔버 내의 공기-연료 혼합물을 점화시키도록 작동하는 실린더 헤드 내의 점화 플러그를 포함하고,
    피스톤은 중심 축을 갖는 피스톤 크라운과, 두 개의 공기 와류를 생성하도록 피스톤 크라운 내에 배치된 피스톤 보울을 포함하고, 피스톤 보울은 와류와 교차하는 수직 평면을 따라 취해진 단면에 V-형인 윤곽을 갖고, 윤곽은 상부가 피스톤 크라운의 중심 축을 향해 내측으로 경사진 경사부를 포함함으로써, 두 개의 와류는 경사진 상태로 보유되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  16. 제15항에 있어서, 상기 피스톤 보울의 V-형 윤곽은 함께 결합되도록 선형으로 경사지게 연장하는 두 개의 대향 선형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  17. 제16항에 있어서, 피스톤 보울은 피스톤 보울의 V-형인 윤곽을 형성하도록 협동 작용하는 바닥 벽 및 측벽을 포함하고, 바닥 벽은 V-형 윤곽을 형성하는 대향되고 경사진 바닥 벽부를 포함하고, 측벽은 바닥 벽부의 대향된 외주연부와 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  18. 제17항에 있어서, 측벽이 피스톤 크라운의 중심 축을 향하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
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