KR100610108B1 - 피스톤 쿨링노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤의 쿨링제트에 관한 것으로, 실린더 블록에 설치되어 상기 실린더 블록내에서 상하 왕복운동하는 피스톤과 접촉될 때에는 오일을 분사하지 않는 반면에 상기 피스톤과 이격될 때에는 상기 피스톤 쪽으로 오일을 분사하는 노즐을 구비하여, 피스톤이 상하 왕복 운동시에 피스톤의 위치에 따라 실린더 보어 내부로 돌출하거나 실린더 블록 내부로 후퇴하도록 하여 피스톤과 부딪쳐서 파손될 위험이 없고, 구조가 간단하여 용이하면서 저렴하게 구성할 수 있도록 된 것이다.

Description

피스톤 쿨링노즐{Cooling nozzle for piston}

도 1은 종래 기술에 따라 피스톤 쿨링노즐이 설치된 실린더 블록의 일부 절개 단면도,

도 2는 본 발명에 따라 피스톤 쿨링노즐이 설치된 실린더 블록의 피스톤이 상사점에 위치한 때의 단면도,

도 3은 본 발명에 따라 피스톤 쿨링노즐이 설치된 실린더 블록의 피스톤이 하사점에 위치한 때의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 - 실린더 보어 11 - 실린더 블록

12 - 쿨링노즐 13 - 피스톤

14 - 실린더 15 - 스프링

16 - 메인 오일 갤러리

본 발명은 차량의 엔진에 사용되는 피스톤에 관한 것으로, 특히 실린더 블록의 메인 오일 갤러리를 통해 유동하는 오일의 일부를 노즐을 이용해서 피스톤과 실 린더 내벽으로 분사해서 피스톤의 냉각과 윤활을 도모할 수 있도록 된 피스톤 쿨링노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 가솔린 엔진은 연료와 공기가 혼합된 혼합기가 연소실로 유입되어 연소되는 과정에 동력을 얻는 대표적인 내연기관이다.

이와 같은 자동차의 가솔린 엔진은 연소실에서의 폭발력에 의해 실린더내에서 피스톤이 상,하 왕복운동을 하게 되고, 상기 피스톤에 연동되는 크랭크 기구가 회전되어서 동력을 얻게 되는 바, 실린더와 피스톤 사이에는 긴밀한 기밀상태가 유지되어야만 한다.

상기 피스톤은 고온, 고압의 가스 압력을 받아서 실린더내에서 왕복운동을 하게 되므로, 피스톤은 고온의 연소가스에 노출되고, 높은 압력을 충격적으로 받으며, 실린더내에서 고속운동을 하기 때문에 실린더 내벽과의 사이에 큰 마찰이 발생하게 된다.

상기와 같은 악조건에서 피스톤이 그 기능을 충분히 발휘하기 위해서 열전도가 잘 되고 내열성이 좋은 알루미늄 합금이 피스톤의 제작에 주로 사용되고 있다.

또한, 상기 피스톤의 상부 외주면에는 3 내지 4개의 피스톤 링을 끼워서 실린더내의 기밀을 유지하고, 실린더 내벽에 뿌려진 오일을 긁어내려 최소한의 유막을 만들어서 실린더 내벽과 피스톤의 마모를 방지하면서 부드러운 피스톤의 왕복운동이 이루어지도록 한다.

최근에는 엔진의 고출력화 및 고성능화가 요구됨에 따라 피스톤의 운전 조건이 갈수록 가혹해지고 있는 바, 고온의 연소가스로부터 열을 직접 전달받는 피스톤 을 적절히 냉각 및 윤활시키기 위해 여러 가지 방안이 제안되고 있다.

도 1에는 종래 기술에 따라 피스톤을 냉각하기 위해 설치되는 쿨링노즐을 도시한 것으로, 피스톤(1)이 상하로 왕복 운동하는 실린더 블록(2)의 하부에는 쿨링노즐(3)이 설치되어 있고, 이 쿨링노즐(3)은 실린더 블록의 메인 오일 갤러리(4)로부터 오일을 공급받을 수 있도록 연결되어, 상기 쿨링노즐(3)에 분사되는 오일로 상기 피스톤(1)을 냉각 및 윤활시키게 되어 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 쿨링노즐(3)을 이용한 피스톤의 냉각방식에서는 쿨링노즐의 구조가 복잡하고 설치공간을 많이 차지하여 비용상승의 한 요인으로 작용하고 있다는 문제점이 있었고, 또한 쿨링노즐(3)은 피스톤(1)의 운동과 무관하게 연소실쪽을 향하도록 고정되게 장착되어 있어서 피스톤(1)이 하사점으로 내려올 때에 피스톤(1)과 간섭을 일으켜서 피스톤(1)과 쿨링노즐(3) 모두가 파손될 위험이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 피스톤이 상하 왕복 운동시에 피스톤의 위치에 따라 실린더 보어 내부로 돌출하거나 실린더 블록 내부로 후퇴하도록 하여 피스톤과 부딪쳐서 파손될 위험이 없고, 구조가 간단하여 용이하면서 저렴하게 구성할 수 있도록 된 피스톤 쿨링노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 쿨링노즐은, 실린더 블록에 형성된 수용홈으로 설치되면서 실린더 보어와 메인 오일 갤러리를 연통하도록 연통구멍을 갖춘 하우징과; 상기 하우징내에 위치하면서 하우징을 따라 왕복이동할 수 있도록 설치되는 한편, 상기 실린더 보어를 향하면서 모서리부가 라운드 형상으로 형성된 선단부, 이 선단부에 피스톤을 향하도록 경사지게 설치된 노즐, 상기 메인 오일 갤러리를 향하는 후부에서 상기 하우징의 연통구멍과 연통하도록 형성된 오일유입구멍, 상기 노즐과 오일유입구멍을 연결하는 연결통로를 일체로 구비한 실린더와; 일단은 상기 하우징에 지지되고 타단은 상기 실린더를 지지하도록 설치되어 상기 실린더의 선단부가 실린더 보어를 향해 돌출되도록 탄력을 제공하는 스프링으로 구성되어; 상기 실린더 블록을 따라 하사점을 향해 하강 이동하는 피스톤의 외주면이 상기 실린더의 선단부와 접촉하게 되면 상기 실린더가 메인 오일 갤러리쪽으로 이동함에 따라 노즐이 하우징속으로 수납되어 오일의 분사가 이루어지지 않게 되고; 상기 피스톤이 상사점을 향해 상승 이동하고 피스톤의 외주면이 상기 실린더의 선단부와 접촉하지 않게 되면 상기 실린더가 스프링의 복원력을 통해 실린더 보어쪽으로 이동하고 노즐이 실린더 보어쪽으로 돌출되어 상기 피스톤을 향해 오일을 분사하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

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이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 쿨링노즐이 실린더블록에 설치된 상태의 단면도인 바, 실린더 보어(10)를 형성하는 실린더 블록(11)의 하부 원주벽에 쿨링노즐(12)이 장착되어 실린더 보어(10) 내에서 상하로 왕복운동을 하는 피스톤(13)을 향해 오일을 분사하도록 되어 있다. 상기 피스톤(13)이 상사점을 향해 상승하는 과정에 피스톤(13)과 접촉되지 않은 시점부터 쿨링노즐(12)이 실린더 보어(10)의 내부를 향해 돌출하여 오일을 분사하게 되어 있는 반면에 피스톤(13)이 하사점을 향해 내려올 때에는 피스톤(13)의 외주벽과 접촉하여 외주벽에 의해 실린더 블록의 내부로 수납되어서 오일을 분사하지 않게 되어 있다.

상기와 같이 쿨링노즐(12)이 실린더 블록(11)에 장착된 상태에서 실린더 보어(10)의 내부로 돌출하거나 실린더 블록 내부로 수납될 수 있도록 하기 위해 오일이 분출될 수 있는 노즐(14a)을 구비한 실린더(14)가 스프링(15)에 의해 탄력적으로 지지되어, 상기 피스톤(13)이 상승하여 실린더(14)와 접촉되지 않게 되면, 실린더(14)가 스프링(15)의 탄성 복원력으로 상기 실린더 보어(10) 쪽을 향해서 내부로 돌출하게 되고, 상기 피스톤(13)이 하강하게 되면 피스톤(13)의 외주벽에 모서리부가 라운드 형상으로 형성된 상기 실린더(14)의 선단부(14e)가 닿아서 실린더 블록(11)쪽으로 밀려져 실린더 블록(11)내에 수납됨과 더불어 상기 실린더(14)에는 오일이 공급되지 않음에 따라 더 이상 오일을 분사하지 않게 되어 있다.
한편, 상기 실린더(14)의 선단부(14e) 중 모서리부가 라운드 형상으로 형성된 이유는, 피스톤(13)이 하강하면서 피스톤(13)의 외주벽이 실린더(14)의 선단부(14e)와 접촉할 때 충격으로 인한 피스톤(13) 및 실린더(14)의 파손을 방지하기 위함이다.

즉, 상기 실린더 블록(11)에는 소정 깊이의 수용홈이 형성됨과 더불어 이 수용홈의 바닥면은 실린더 블록에 형성된 메인 오일 갤러리(16)와 연통되게 형성되어, 상기 메인 오일 갤러리(16)를 통해 압유가 수용홈 속으로 공급되게 된다.

그리고, 상기 수용홈의 내주벽에는 나사부가 형성되어 쿨링노즐(12)이 나사로 체결된다. 상기 실린더(14)는 상기 나사부에 나사체결되는 하우징(12a) 속에 수납되어 압축된 스프링(15)으로 탄력적으로 지지되어 있고, 이 스프링(15)에 의해 실린더(14)가 항상 실린더 보어(10) 쪽으로 돌출되도록 스프링의 탄성 복원력을 받게 된다.

상기 하우징(12a)의 바닥면은 상기 메인 오일 갤러리(16)와 연통되도록 연통구멍이 형성되어 있고, 이 연통구멍을 통해 메인 오일 갤러리내에 유동하는 압유가 하우징(12a) 속으로 유입되어 상기 노즐(14a)을 통해 분출되게 되어 있다.

상기 하우징(12a)속으로 유입된 압유가 상기 노즐(14a)로 공급되도록 상기 실린더(14)에는 오일유입구멍(14b)이 형성됨과 더불어 이 오일유입구멍(14b)을 상기 노즐(14a)과 연결시켜주는 연결통로(14c)가 실린더(14)의 길이방향을 따라 형성되어 있다.

따라서, 상기 하우징(12a)속으로 유입된 오일이 상기 오일유입구멍(14b)과 상기 연결통로(14c)를 통해 상기 노즐(14a)로 공급되어, 이 노즐(14a)을 통해 피스톤(13) 쪽으로 오일이 분출되게 되는 데, 이를 위해 상기 노즐(14a)은 실린더(14)내에서 위쪽 방향을 향해 경사지게 형성되어 된다.

그리고, 상기 하우징(12a)으로 유입된 압유가 하우징(12a)의 외부로 누유되지 않도록 상기 실린더(14)에는 2개의 오일씨일(14d)이 끼워져 장착되어 있다.

상기와 같이 구성된 쿨링노즐(12)은 피스톤(13)이 그 하사점에서부터 상승하는 과정에 실린더(14)와 피스톤(13)의 외주벽이 서로 접촉되지 않게 되면, 상기 실린더(14)가 스프링(15)의 탄성 복원력을 받아서 실린더 보어(10)쪽으로 돌출하게 되고, 상기 메인 오일 갤러리(16)를 통해 하우징 속으로 유입된 압유는 상기 실린더(14)를 거쳐서 실린더의 선단부에 형성된 노즐(14a)을 통해 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(13) 쪽으로 분사되어, 피스톤(13)을 적절히 냉각시켜주게 된다.

그리고, 피스톤(13)이 그 하사점을 향해 내려오게 되면, 모서리부가 라운드 형상으로 형성된 상기 실린더(14)의 선단부(14e)가 상기 피스톤(13)의 외주면과 접촉되면서 상기 실린더(14)는 하우징(12a) 속으로 수납되고, 하우징(12a) 속에 수납된 실린더(14)의 바닥면이 하우징(12a)에 형성된 연통구멍을 막아줌에 따라 상기 메인 오일 갤러리(16)를 통해 압유가 더 이상 하우징(12a) 속으로 공급되지 않으므로, 노즐(14a)을 통한 오일의 분출작용이 일어나지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 쿨링노즐에 의하면, 메인 오일 갤러리를 통해 압유를 공급받아 오일을 분사시키는 노즐이 형성된 실린더를 탄력적으로 지지하는 스프링과 피스톤의 상하 왕복 운동의 상호작용으로 피스톤이 상사점으로 상승하는 과정에만 노즐을 통해 오일을 분사하여 냉각시켜 줌에 따라 구조가 간단하여 저렴하게 제작 및 설치할 수 있으면서 피스톤을 적절히 냉각 및 윤활시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 실린더 블록(11)에 형성된 수용홈으로 설치되면서 실린더 보어(10)와 메인 오일 갤러리(16)를 연통하도록 연통구멍을 갖춘 하우징(12a)과;

   상기 하우징(12a)내에 위치하면서 하우징(12a)을 따라 왕복이동할 수 있도록 설치되는 한편, 상기 실린더 보어(10)를 향하면서 모서리부가 라운드 형상으로 형성된 선단부(14e), 이 선단부(14e)에 피스톤(13)을 향하도록 경사지게 설치된 노즐(14a), 상기 메인 오일 갤러리(16)를 향하는 후부에서 상기 하우징(12a)의 연통구멍과 연통하도록 형성된 오일유입구멍(14b), 상기 노즐(14a)과 오일유입구멍(14b)을 연결하는 연결통로(14)를 일체로 구비한 실린더(14)와;

   일단은 상기 하우징(12a)에 지지되고 타단은 상기 실린더(14)를 지지하도록 설치되어 상기 실린더(14)의 선단부(14e)가 실린더 보어(10)를 향해 돌출되도록 탄력을 제공하는 스프링(15)으로 구성되어;

   상기 실린더 블록(11)을 따라 하사점을 향해 하강 이동하는 피스톤(13)의 외주면이 상기 실린더(14)의 선단부(14e)와 접촉하게 되면 상기 실린더(14)가 메인 오일 갤러리(16)쪽으로 이동함에 따라 노즐(14a)이 하우징(12a)속으로 수납되어 오일의 분사가 이루어지지 않게 되고;

   상기 피스톤(13)이 상사점을 향해 상승 이동하고 피스톤(13)의 외주면이 상기 실린더(14)의 선단부(14e)와 접촉하지 않게 되면 상기 실린더(14)가 스프링(15)의 복원력을 통해 실린더 보어(10)쪽으로 이동하고 노즐(14a)이 실린더 보어(10)쪽으로 돌출되어 상기 피스톤(13)을 향해 오일을 분사하도록 구성된 피스톤의 쿨링노즐.
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6. 제 1항에 있어서, 상기 실린더(14)의 외주에는 상기 하우징(12a)의 기밀을 유지하기 위한 오일씨일(14d)이 장착된 것을 특징으로 하는 피스톤의 쿨링노즐.

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