KR100569383B1

KR100569383B1 - Multi piston system for engine

Info

Publication number: KR100569383B1
Application number: KR1020030060570A
Authority: KR
Inventors: 윤지민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-08-30
Filing date: 2003-08-30
Publication date: 2006-04-07
Also published as: KR20050022829A

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템에 관한 것으로서, 커넥팅 로드에 피스톤 핀으로 연결된 메인 피스톤과, 상기 메인 피스톤 둘레에 다중 구조로 겹쳐진 복수의 다중 피스톤들로 이루어지고; 상기 다중 피스톤들에는 상기 피스톤 핀이 삽입되는 슬롯이 각각 형성되어 상기 메인 피스톤이 상측으로 이동될 때 동일 높이까지 함께 이동되도록 구성됨으로써, 본 발명은 고출력화가 가능해지는 동시에 소음 발생도 줄일 수 있으며, 별도의 피스톤 링이 사용되지 않기 때문 엔진 오일의 소모량을 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a multi-stage piston system of an automobile engine, comprising: a main piston connected to a connecting rod by a piston pin, and a plurality of multiple pistons superposed in a multiple structure around the main piston; The multiple pistons are each formed with a slot into which the piston pin is inserted and configured to move together to the same height when the main piston is moved upwards, so that the present invention can achieve high output and at the same time reduce noise. Since the piston ring is not used, there is an effect to reduce the consumption of engine oil.

연소실, 피스톤, 엔진 오일, 커넥팅 로드, 피스톤 핀Combustion chamber, piston, engine oil, connecting rod, piston pin

Description

MULTI PISTON SYSTEM FOR ENGINE}

도 1은 종래 기술의 자동차 엔진의 피스톤이 도시된 개략적인 단면도,1 is a schematic cross-sectional view showing a piston of a vehicle engine of the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템이 도시된 정단면도,2 is a front sectional view showing a multistage piston system of an automobile engine according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템이 도시된 평면도,3 is a plan view showing a multistage piston system of an automobile engine according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 다단 피스톤이 상사점에 위치될 때의 측단면도,Figure 4 is a side cross-sectional view when the multistage piston according to the present invention is located at the top dead center,

도 5는 본 발명에 따른 다단 피스톤이 상사점에 위치될 때의 정단면도이다.5 is a front sectional view when the multistage piston according to the present invention is located at the top dead center.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

51 : 실린더 헤드 53 : 실린더 블록 51: cylinder head 53: cylinder block

53a : 가이드 홈 53b : 턱부 53a: guide groove 53b: jaw

55 : 실린더 57 : 피스톤 핀 55 cylinder 57 piston pin

59 : 커넥팅 로드 60 : 메인 피스톤 59: connecting rod 60: main piston

61 : 제1 피스톤 62 : 제2 피스톤 61: first piston 62: second piston

63 : 제3 피스톤 61a, 62a, 63a : 슬롯 63: third piston 61a, 62a, 63a: slot

61b, 62b, 63b : 턱부 71, 72, 73 : 탄성 부재 61b, 62b, 63b: jaw portions 71, 72, 73: elastic members

본 발명은 자동차 엔진의 피스톤 시스템에 관한 것으로서, 특히 다단 피스톤 구조를 이용하여 피스톤 스커트부의 길이를 줄임과 동시에 피스톤 링을 삭제하여 고출력이 가능하면서 오일 소모량을 줄이 수 있도록 한 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston system of an automobile engine. In particular, a multistage piston system of an automobile engine capable of reducing oil consumption while enabling high power by eliminating the piston ring while simultaneously reducing the length of the piston skirt using a multistage piston structure. It is about.

일반적으로 자동차 엔진의 경우에 도 1에 도시된 바와 같이 실린더 헤드(1)와 실린더 블록(2)이 이루는 연소실 내에 피스톤(10)이 상하 왕복 운동하면서 동력을 발생시키게 된다.In general, in the case of an automobile engine, as shown in FIG. 1, the piston 10 is reciprocated vertically in the combustion chamber formed by the cylinder head 1 and the cylinder block 2 to generate power.

즉, 상기 피스톤(10)은 실린더(5) 안을 왕복 운동하며, 동력 행정에서 고온, 고압의 가스 압력을 받아 이것을 커넥팅 로드(15)를 통해 크랭크샤프트(20)에 전달하여 회전력을 발생시키는 역할을 하게 된다.That is, the piston 10 reciprocates in the cylinder 5, receives a gas pressure of high temperature and high pressure in the power stroke, and transmits it to the crankshaft 20 through the connecting rod 15 to generate rotational force. Done.

이와 같은 피스톤(10)은 피스톤 핀(11)을 통해 상기 커넥팅 로드(15)와 연결되고, 둘레면에는 실린더(5) 내면에 접촉되는 피스톤 링(13)이 장착된다.The piston 10 is connected to the connecting rod 15 through the piston pin 11, the circumferential surface is mounted with a piston ring 13 in contact with the inner surface of the cylinder (5).

여기서, 상기 피스톤 링(13)은 연소실(A)의 공기 압축과 팽창 가스의 압력에 대해 기밀을 유지시키고, 팽창 가스가 연소실(A)에서 크랭크 케이스(B)로 새는 것을 막고 또 피스톤(10)이 받는 열의 대부분을 실린더(5) 벽에 전달하는 기능을 갖는다. 그리고, 실린더(5) 벽에 뿌린 오일을 긁어내려 최소한의 유막을 만들고 여분의 오일이 연소실(A)로 들어가서 소비되는 것을 방지한다.Here, the piston ring 13 maintains airtight against the air compression of the combustion chamber (A) and the pressure of the expansion gas, and prevents the expansion gas from leaking from the combustion chamber (A) to the crankcase (B) and also the piston (10) Most of the received heat is transferred to the cylinder 5 wall. Then, the oil sprayed on the wall of the cylinder 5 is scraped off to form a minimum oil film, and the excess oil is prevented from being consumed by entering the combustion chamber A.

상기 피스톤 링(13)에서 주로 기밀을 유지하는데 쓰이는 링을 압축링이라 하고, 오일을 긁어내리는 작용을 하는 링을 오일 링이라 한다.The ring mainly used to maintain airtightness in the piston ring 13 is called a compression ring, and a ring that acts to scrape oil is called an oil ring.

그러나, 상기와 같은 종래 자동차 엔진에서 피스톤(10)이 실린더 블록(2)의 실린더(5) 면을 치면서 발생하는 슬램 노이즈(SLAP NOISE)를 방지하기 위해 피스톤 스커트부(12)를 길게 형성해야 하고, 피스톤(10)의 둘레에 피스톤 링(13)이 장착되기 때문에 마찰 손실도 많이 발생하게 되며, 특히 피스톤 링(13)의 부적절한 적용으로 엔진 내의 오일 소모가 과다해지는 문제점이 있다.However, in the conventional automotive engine as described above, the piston skirt 12 must be formed long to prevent the slam noise generated when the piston 10 hits the cylinder 5 surface of the cylinder block 2. , Since the piston ring 13 is mounted around the piston 10, a lot of friction losses are generated, and in particular, there is a problem in that oil consumption in the engine is excessive due to improper application of the piston ring 13.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다단 피스톤 구조로 구성하여 연차적으로 상하 이동되게 구성되어 있기 때문에 마찰 손실을 줄여 고출력화가 가능해지는 동시에 스커트부를 짧게 할 수 있고, 오일 소모량도 줄일 수 있는 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, it is composed of a multi-stage piston structure is configured to move up and down annually can reduce the friction loss, high output can be shortened and the skirt portion can be shortened, oil consumption is also reduced It is an object of the present invention to provide a multistage piston system of an automotive engine.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템은, 커넥팅 로드에 피스톤 핀으로 연결된 메인 피스톤과, 상기 메인 피스톤 둘레에 다중 구조로 겹쳐진 복수의 다중 피스톤들로 이루어지고; 상기 다중 피스톤들에는 상기 피스톤 핀이 삽입되는 슬롯이 각각 형성되어 상기 메인 피스톤이 상측으로 이동될 때 동일 높이까지 함께 이동되도록 구성된 것을 특징으로 한다.A multistage piston system of an automobile engine according to the present invention for realizing the above object comprises a main piston connected to a connecting rod by a piston pin, and a plurality of multiple pistons superposed in a multiple structure around the main piston; The multiple pistons are each formed with a slot into which the piston pin is inserted is configured to move together to the same height when the main piston is moved upward.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템이 도시된 정단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템이 도시된 평면 도이다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 다단 피스톤이 상사점에 위치될 때의 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다단 피스톤이 상사점에 위치될 때의 정단면도이다.Figure 2 is a front sectional view showing a multistage piston system of a motor vehicle according to the present invention, Figure 3 is a plan view showing a multistage piston system of a motor vehicle according to the invention. 4 is a side cross-sectional view when the multistage piston according to the present invention is located at the top dead center, and FIG. 5 is a front sectional view when the multistage piston according to the present invention is located at the top dead center.

본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 블록(53)과 실린더 헤드(51) 사이에 연소실이 위치되고, 실린더 블록(53)의 실린더(55) 내에 피스톤 시스템이 구비된다.In the multi-stage piston system of the automobile engine according to the present invention, as shown in FIG. 2, a combustion chamber is positioned between the cylinder block 53 and the cylinder head 51, and the piston system is disposed within the cylinder 55 of the cylinder block 53. It is provided.

즉, 본 발명의 피스톤 시스템은 커넥팅 로드(59)에 피스톤 핀(57)으로 연결되어 왕복 운동하는 메인 피스톤(60)과, 상기 메인 피스톤(60) 둘레에 다중 구조로 겹쳐진 복수의 다중 피스톤들인 제1 피스톤(61), 제2 피스톤(62), 제3 피스톤(63)으로 이루어진다.That is, the piston system of the present invention includes a main piston 60 connected to the connecting rod 59 by a piston pin 57 and reciprocating, and a plurality of multiple pistons stacked in multiple structures around the main piston 60. It consists of one piston 61, the second piston 62, and the third piston 63.

상기 다중 피스톤들(61)(62)(63)에는, 도 5를 참고하면, 상기 메인 피스톤(60)을 관통하는 상기 피스톤 핀(57)이 삽입되어 관통하는 슬롯(61a)(62a)(63a)이 각각 형성되어 상기 메인 피스톤(60)이 상측으로 이동될 때 동일 높이까지 함께 이동되도록 구성된다.Referring to FIG. 5, the piston pins 57 penetrating through the main piston 60 are inserted into the multiple pistons 61, 62, 63 and the slots 61a, 62a, 63a penetrating through the main piston 60. Are each formed so that the main piston 60 is moved together to the same height when the main piston 60 is moved upward.

즉, 상기 다중 피스톤들(61)(62)(63)에 형성된 슬롯들(61a)(62a)(63a)은 상하로 길게 형성되고, 각 피스톤들(61)(62)(63)의 상단부로부터 각 슬롯(61a)(62a)(63a)의 상단부까지 거리가 동일하게 형성되어, 상기 메인 피스톤(60)이 상사점 위치에 있을 때 모든 피스톤(61)(62)(63)들이 모두 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 높이를 갖도록 위치된다.That is, the slots 61a, 62a, 63a formed in the multiple pistons 61, 62, 63 are formed long up and down, and from the upper end of each of the pistons 61, 62, 63, respectively. The distance to the upper end of each of the slots 61a, 62a and 63a is equal, so that all the pistons 61, 62 and 63 are all in FIG. 2 when the main piston 60 is in the top dead center position. It is positioned to have the same height as shown.

상기 다중 피스톤들(61)(62)(63)의 하부에는 그 상측 피스톤의 밑면에 걸리 도록 턱부(61b)(62b)(63b)가 형성되고, 실린더 블록(53)에도 가장 외곽에 위치되는 제3 피스톤(63)이 걸리도록 턱부(53b)가 형성된 것Jaw portions 61b, 62b and 63b are formed below the multiple pistons 61, 62 and 63 so as to be caught by the bottom surface of the upper piston, and are also positioned at the outermost part of the cylinder block 53. 3, with jaw portion 53b formed to catch piston 63

상기 턱부(61b)(62b)(63b)(53b)는 상대적으로 직경이 좁아지는 부분과 단차를 형성하면서 형성된다.The jaw portions 61b, 62b, 63b and 53b are formed while forming a step and a portion where the diameter is relatively narrow.

상기 각 턱부(61b)(62b)(63b)(53b)로부터 피스톤의 높이는 도 5에서와 같이 상기 메인 피스톤(60)이 하사점에 위치되어 각 턱부(61b)(62b)(63b)가 서로 중첩될 때 메인 피스톤(60)으로부터 바깥쪽 피스톤(63)으로 갈수록 점차 높아질 수 있도록 형성된다.The height of the piston from each of the jaw portions 61b, 62b, 63b, 53b is as shown in Fig. 5, the main piston 60 is located at the bottom dead center, so that the jaw portions 61b, 62b, 63b overlap each other. When it is formed to be gradually higher toward the outer piston 63 from the main piston (60).

상기 다중 피스톤(61)(62)(63)과 실린더 블록(53)의 턱부(61b)(62b)(63b)(53b) 사이에는 그 상측의 피스톤을 탄성력 있게 지지토록 탄성 부재(71)(72)(73)가 구비된다. 여기서, 상기 탄성 부재(71)(72)(73)는 피스톤 전체를 원주 방향으로 감는 모양의 큰 코일 스프링도 가능하고, 도 2에서와 같이 피스톤(61)(62)(63)의 원주 방향으로 일정 간격마다 균일하게 놓인 수 개의 작은 코일 스프링들로도 구성될 수 있다.Between the multiple pistons 61, 62, 63 and the jaws 61b, 62b, 63b, 53b of the cylinder block 53, elastic members 71, 72 to support the piston on the upper side thereof with elasticity. 73 is provided. Here, the elastic members 71, 72, 73 may be a large coil spring wound around the entire piston in the circumferential direction, and as shown in FIG. 2, in the circumferential direction of the pistons 61, 62, 63. It can also consist of several small coil springs placed evenly at regular intervals.

한편, 상기 실린더 블록(53)에는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 핀(57)의 양단부가 삽입되어 피스톤 핀(57)의 상하 이동을 안내토록 가이드 홈(53a)이 형성된다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, both ends of the piston pin 57 are inserted into the cylinder block 53 to form guide grooves 53a for guiding the vertical movement of the piston pin 57.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the multi-stage piston system of the vehicle engine according to the present invention configured as described above are as follows.

도 4에 도시된 바와 같이 연소실이 압축되어 메인 피스톤(60)이 상사점에 위 치 될 때는 피스톤 핀(57)으로 제1, 제2, 제3 피스톤(61)(62)(63)을 상측으로 동시에 끌어올린다. 이때 메인 피스톤(60)과 제1, 제2, 제3 피스톤(61)(62)(63)이 이루는 상면의 높이는 동일하다.As shown in FIG. 4, when the combustion chamber is compressed and the main piston 60 is positioned at the top dead center, the piston pins 57 are used to upwardly move the first, second and third pistons 61, 62, 63. At the same time. At this time, the height of the upper surface of the main piston 60 and the first, second, third pistons 61, 62, 63 are the same.

이와 같은 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 연소실이 폭발하면서 메인 피스톤(60)이 하사점에 위치될 때 단계적으로 제1, 제2, 제3 피스톤(61)(62)(63)의 턱부(61b)(62b)(63b)(53b)에 걸리면서 하강하게 된다. 즉, 메인 피스톤(60)이 하강하면서 제1 피스톤(61)을, 제1 피스톤(61)이 제2 피스톤(62)을, 제2 피스톤(62)이 제3 피스톤(63)을 누르면서 하강하게 되고, 제3 피스톤(63)이 실린더 블록(53)의 턱부(53b)에 걸리면서 하사점에 오게 된다.In this state, as shown in FIG. 5, when the combustion chamber explodes and the main piston 60 is positioned at the bottom dead center, the jaws of the first, second, and third pistons 61, 62, 63 may be gradually removed. It descends while being caught by 61b) 62b, 63b and 53b. That is, while the main piston 60 descends, the first piston 61 descends while the first piston 61 presses the second piston 62 and the second piston 62 presses the third piston 63. The third piston 63 comes to the bottom dead center while being caught by the jaw portion 53b of the cylinder block 53.

여기서, 각 피스톤(61)(62)(63) 사이의 턱부(61b)(62b)(63b)에 설치된 스프링(71)(72)(73)은 피스톤 상하 이동시에 상호 접촉에 발생할 수 있는 소음을 저감시키는 역할을 하게 된다.Here, the springs 71, 72, 73 provided in the jaw portions 61b, 62b, 63b between the pistons 61, 62, 63 are noises that may occur in mutual contact when the piston moves up and down. It will serve to reduce.

한편, 동일 실린더 체적을 가진 엔진과 비교하였을 때 다중 피스톤(61)(62)(63)의 작동으로도 5에 도시된 바와 같이 연소실의 면적이 축소되어 배기량의 축소가 가능하다.On the other hand, as compared with an engine having the same cylinder volume, the operation of the multiple pistons 61, 62, 63 also reduces the area of the combustion chamber, as shown in Fig. 5, thereby reducing the displacement.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 자동차 엔진의 다단 피스톤 시스템은 실린더 내면에 접촉되는 피스톤 스커트부의 길이를 짧게 하여 마찰 손실을 줄임으로써 고출력화가 가능해지는 동시에 소음 발생도 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 별도의 피스톤 링이 사용되지 않기 때문 엔진 오일의 소모량을 줄일 수 있는 이점도 있다.The multi-stage piston system of the automobile engine according to the present invention constructed and operated as described above has the advantage of reducing the friction loss by shortening the length of the piston skirt in contact with the inner surface of the cylinder, thereby enabling high output and reducing noise. In addition, since a separate piston ring is not used, there is an advantage of reducing the consumption of engine oil.

Claims

A main piston connected to a connecting rod by a piston pin, and a plurality of multiple pistons superposed on the main piston in a multiple structure;

The multiple pistons are each formed with a slot into which the piston pin is inserted so that the main piston is moved up to the same height when the main piston is moved upwards, and the lower part of the multiple pistons has a jaw portion to be caught by the bottom of the upper piston. Multi-stage piston system of the automobile engine, characterized in that the jaw portion is formed so that the piston which is formed on the outermost also in the cylinder block is formed to guide the up and down movement of the piston pin, respectively.

delete

The method of claim 1,

The height of the piston from each of the jaw portion is a multi-stage piston system of the automobile engine, characterized in that the main piston is located at the bottom dead center and formed to gradually increase from the main piston to the outer piston when each jaw portion overlap each other.

The method of claim 1,

The jaw of the multi-piston and the cylinder block is provided with an elastic member so as to elastically support the piston on the upper side of the multi-stage piston system of the automotive engine.