KR101417117B1 - 피스톤 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤을 냉각시키기 위한 피스톤 냉각 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 피스톤 냉각 장치는 냉각 유체가 유동될 수 있도록 피스톤(10) 내부에 형성되며, 일 지점이 외부로부터 냉각 유체가 유입되는 유입 포트(21)와 연통되고, 다른 일 지점은 외부로 냉각 유체를 배출시키는 배출 포트(22)와 연통되는 냉각 유로(20); 및 상기 냉각 유로(20)에 마련되며, 상기 피스톤(10)이 상승 운동하거나 하강 운동시 상기 유입 포트(21)를 통해 상기 냉각 유로(20)로 유입된 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)를 따라 상기 배출 포트(22) 측으로 유동하도록 안내하는 유동 가이드부(30)를 포함한다.
피스톤, 냉각 유로, 냉각 효율, 유동 가이드, 유입 가이드부

Description

피스톤 냉각 장치{PISTON COOLING APPARATUS}
본 발명은 엔진과 같은 내연기관의 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 냉각시키기 위한 피스톤 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 피스톤 내에 냉각 유체를 순환시켜 피스톤을 냉각시키는 피스톤 냉각 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차나 건설기계 등에 이용되는 엔진은 실린더와 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함한다. 이러한 피스톤은 실린더 내의 폭발 압력을 커넥팅로드를 통해 크랭크축에 전달하기 위한 것으로서, 고압의 연소 압력뿐만 아니라 고온의 연소가스에 노출되어 열변형 등에 의한 피로 파괴나 마모 및 융착과 같은 손상을 쉽게 입을 수 있다. 이러한 이유로 피스톤은 별도의 냉각 구조를 구비하고 있으며, 그 일 예가 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 오일 갤러리(oil gallery, 2)가 피스톤(1)의 내부에 고리 형상으로 형상된다. 그리고 상기 오일 갤러리(2)의 일측에는 오일 유입포트(3)가 형성되고, 상기 오일 갤러리(2)의 타측에는 오일 배출포트(4)가 형성되며, 상기 오일 유입포트(3)의 인접한 위치에는 오일 제트(5)가 마련된다.
상기 오일 제트(5)에 의해 분사되는 냉각 오일은 상기 오일 유입포트(3)를 통해 상기 오일 갤러리(2)로 유입되어 오일 갤러리(2)를 순환한 후 상기 오일 배출포트(4)를 통해 배출된다. 이와 같이 유동하는 냉각 오일은 피스톤(1)으로부터 열을 빼앗아 피스톤(1)을 냉각시키게 된다.
그러나 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 오일 제트(5)로부터 분사되는 오일 중 대부분은 오일 유입포트(3)를 통해 오일 갤러리(2)로 유입되지 못하고, 오일 갤러리(2)의 상부 내면에 부딪혀 오일 유입포트(3)로 배출된다. 따라서, 오일 제트(5)로부터 분사되는 오일 중 소량만 오일 갤러리(2)로 유입되게 된다.
이처럼 오일 갤러리(2)로 유입되는 냉각 오일의 양이 적기 때문에 오일 갤러리(2)의 내부를 통해 순환하는 오일의 양은 낮아지고, 이로 인해 피스톤(1)의 냉각 효율이 저하되게 된다. 더욱이, 오일 갤러리(2)로 유입된 소량의 오일도 오일 배출포트(4) 측으로 이동하는 것이 어려워 오일 갤러리(2)의 내부에 장시간 머물러 있게 되고 이러한 이유로 오일 갤러리(2) 내부의 오일의 온도가 상승하게 되어 피스톤(1)의 냉각효율은 더욱 저하된다.
한편, 오일 갤러리(2)의 오일 유입포트(3)와 연결되는 부위는 오일 제트(5)에 의해 분사되는 저온의 오일이 접촉하기 때문에 다른 부위에 비해 냉각량이 많다. 이러한 이유로 피스톤(1)에는 온도의 편차가 발생하고, 이러한 온도의 편차로 인해 피스톤(1)은 열응력(thermal stress)를 받게 되어 내구성이 저하된다.
이와 같이, 종래 오일 갤러리를 적용한 피스톤은 냉각 효율이 낮을 뿐만 아니라 온도 편차에 의한 써멀 스트레스가 가해져서 피스톤 및 피스톤 주변 부품들이 쉽게 손상을 받게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 피스톤의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 피스톤 냉각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 피스톤의 온도 편차를 줄여 피스톤 및 주변 부품이 써멀 스트레스로 인해 받는 손상을 줄일 수 있는 피스톤 냉각 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피스톤 냉각 장치는 냉각 유체가 유동될 수 있도록 피스톤(10) 내부에 형성되며, 일 지점이 외부로부터 냉각 유체가 유입되는 유입 포트(21)와 연통되고, 다른 일 지점은 외부로 냉각 유체를 배출시키는 배출 포트(22)와 연통되는 냉각 유로(20); 및 상기 냉각 유로(20)에 마련되며, 상기 피스톤(10)이 상승 운동하거나 하강 운동시 상기 유입 포트(21)를 통해 상기 냉각 유로(20)로 유입된 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)를 따라 상기 배출 포트(22) 측으로 유동하도록 안내하는 유동 가이드부(30)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유동 가이드부(30)는 상기 피스톤(10)이 상승 운동시 상기 냉각 유로(20)에 유입된 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)를 따라 상기 배출 포트(22) 측으로 유동시킬 수 있도록 상기 냉각 유로(20)의 하부에 마련된 상승용 가이드부(31); 및 상기 피스톤(10)이 하강 운동시 상기 냉각 유로(20)에 유입된 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)를 따라 상기 배출 포트(22) 측으 로 유동시킬 수 있도록 상기 냉각 유로(20)의 상부에 마련된 하강용 가이드부(33)를 포함한다.
상기 상승용 가이드부(31)는 상기 냉각 유로(20)의 하부에 마련되는 복수의 상승용 돌출부(32)를 포함하고, 상기 하강용 가이드부(33)는 상기 냉각 유로(20)의 상부에 마련되는 복수의 하강용 돌출부(34)를 포함하며, 상기 상승용 돌출부(32)와 상기 하강용 돌출부(34)는 상기 냉각 유로(20)를 따라 교번되게 배치된다.
또한, 상기 상승용 돌출부(32)와 상기 하강용 돌출부(34) 각각은 곡면부(32b)(34b)를 포함한다.
또한, 상기 피스톤 냉각 장치는 상기 유입 포트(21)와 연결되는 상기 냉각 유로(20)의 일 지점에 마련되어 상기 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20) 내부로 안내하는 유입 가이드부(40)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적은 냉각 유체가 유동될 수 있도록 피스톤(10) 내부에 형성되며, 일 지점이 외부로부터 냉각 유체가 유입되는 유입 포트(21)와 연통되고, 다른 일 지점은 외부로 냉각 유체를 배출시키는 배출 포트(22)와 연통되는 냉각 유로(20); 및 상기 유입 포트(21)와 상기 냉각 유로(20)가 연결되는 일 지점에 형성되어 상기 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)의 내부로 안내하는 유입 가이드부(40)를 포함하는 피스톤 냉각 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 피스톤의 상승 운동 또는 하강 운동시 냉각 유체가 냉각 유로를 따라 흐를 수 있도록 냉각 유로에 유동 가이드부를 형성함으로써, 냉각 유로의 내부의 오일 순환량을 증가시킬 수 있고, 이에 의해 피스톤 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 피스톤의 상승 운동에 연동하여 냉각 유체를 유동시키는 상승용 가이드부와 피스톤의 하강 운동에 연동하여 냉각 유체를 유동시키는 하강용 가이드부를 함께 형성함으로써, 냉각 유로 내의 냉각 유체의 유량을 더욱 증가시킬 수 있고 이에 의해 피스톤의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 상승용 가이드부가 복수의 상승용 돌출부로 구성되고 하강용 가이드부가 복수의 하강용 돌출부로 구성되며 상기 하강용 가이드부와 상승용 가이드부가 교번되게 배치됨으로써 냉각 유로의 냉각 유체의 유량을 더욱 증가시킬 수 있어 냉각 효율을 더욱더 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 유입 포트와 연결되는 냉각 유로의 일 지점에 유입 가이드부를 형성하여 유입 포트를 통해 유입되는 냉각 유체를 냉각 유로의 내부로 유입되도록 함으로써, 냉각 유로로부터 반사되어 유입 포트를 통해 외부로 배출되는 냉각 유체의 양을 최소화할 수 있다. 이를 달리 말하면, 유입 포트를 통해 냉각 유로로 유입되는 냉각 유체의 유량을 증가시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 피스톤의 냉각 효율을 최대화할 수 있을 뿐만 아니라 피스톤의 온도 편차를 줄여 써멀 스트레스를 최소화할 수 있게 된다.
한편, 유동 가이드부와 유입 가이드부를 곡면으로 형성함으로써, 냉각 유체가 냉각 유로의 내주면으로부터 이격되는 현상을 최소화할 수 있고, 이로 인해 냉 각 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 냉각 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 냉각 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 피스톤(10)을 냉각시키기 위한 것으로서, 피스톤(10)의 내부에 냉각 유체가 흐를 수 있는 유로의 형태로 형성된다.
이러한 피스톤 냉각 장치는, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 유입 포트(21)와 배출 포트(22)가 마련되며 내부에 오일과 같은 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(20)와, 상기 냉각 유로(20)의 내부에 마련되어 상기 냉각 유체의 유동을 가이드하는 유동 가이드부(30)와, 상기 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)의 내부로 안내하는 유입 가이드부(40)를 포함한다.
상기 냉각 유로(20)는 피스톤(10)을 냉각시키기 위한 냉각 유체가 유동하는 공간으로서, 피스톤(10)의 내부에 고리 모양으로 형성된다. 그러나 본 실시예와 달리 상기 냉각 유로(20)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 이러한 냉각 유로(20)는 그 일 지점이 유입 포트(21)와 연통되며 다른 일 지점은 배출 포트(22)와 연통된다.
상기 유입 포트(21)는 오일 제트(11) 등의 분사장치에 의해 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)에 유입시키기 위한 것으로서, 그 통과면적은 상측에서 하측으로 갈수록 점진적으로 커지는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기 유입 포 트(21)의 하측을 통해 냉각 유체가 유입되기 때문이다. 상기 오일 제트(11)는 오일 펌프(미 도시)에 의해 압축된 냉각 유체를 상기 유입 포트(21)에 분사시키기 위한 것으로서, 실린더 블록에 형성된 오일 통로와 연통되어 있다.
상기 배출 포트(22)는 상기 냉각 유로(20)를 통과하면서 온도가 상승한 오일이 배출되는 통로로서, 상기 유입 포트(21)와 180도 이격된 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 유입 포트(21)를 통해 유입되어 냉각 유로(20)를 따라 유동하는 냉각 유체가 피스톤(10)을 균일하게 냉각시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이하, 이상과 같은 구조를 가지는 냉각 유로(20)에 냉각 유체가 유동하는 과정을 살펴본다. 우선, 오일 제트(11)로부터 분사되는 냉각 유체는 유입 포트(21)를 통해 냉각 유로(20)로 유입된다. 냉각 유로(20)로 유입된 냉각 유체는 양방향 배출 포트(22) 측으로 유동하면서 피스톤(10)을 냉각시킨다. 그런 후에 배출 포트(22)를 통해 피스톤(10) 외부로 배출되며, 배출된 오일은 실린더 블록을 통해 오일 팬에 다시 회수된다.
이때, 상기 냉각 유로(20)를 흐르는 냉각 유체의 유량이 클수록 피스톤(10)의 냉각 효율은 향상된다. 따라서, 상기 피스톤(10)의 냉각 효율을 향상시키기 위해서는 상기 유입 포트(21)를 통해 상기 냉각 유로(20)로 유입되는 냉각 유체의 양과 상기 냉각 유로(20)를 따라 흐르는 냉각 유체의 양 및 이동 속도를 향상시켜야 한다. 본 실시예에서는 상기 냉각 유로(20)를 따라 흐르는 냉각 유체의 유량을 상승시키기 위한 유동 가이드부(30)를 적용하였고, 냉각 유로(20)로 유입되는 냉각 유체의 유입량을 상승시키기 위해 유입 가이드부(40)를 적용하였다. 이하에서는 유 동 가이드부(30) 및 유입 가이드부(40)에 대하여 상세히 설명한다.
상기 유동 가이드부(30)는, 전술한 바와 같이, 피스톤(10)의 상하 운동시 냉각 유체를 배출 포트(22) 측으로 유동시키기 위한 것으로서, 상승용 가이드부(31)와 하강용 가이드부(33)를 포함한다.
상기 상승용 가이드부(31)는 상기 피스톤(10)이 상승 운동시 냉각 유체의 관성력을 이용하여 배출 포트(22) 측으로 유동시키기 위한 것으로서, 상기 냉각 유로(20)의 하부에 마련된다. 상기 피스톤(10)의 상승 운동은 가속도 운동이기 때문에, 상기 냉각 유로(20)의 내부에 유입된 냉각 유체는 그 관성력에 의해 상기 냉각 유로(20)의 하부로 유동하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 피스톤(10)이 상승 운동시, 상기 피스톤(10)에 대해서 상기 냉각 유체는 하방으로 이동하게 된다. 이와 같이 하방으로 이동하는 냉각 유체는 상기 상승용 가이드부(31)에 의해 상기 배출 포트(22) 측으로 그 유동이 가이드된다.
이러한 상승용 가이드부(31)는 상기 냉각 유로(20)의 하부에 상방으로 돌출된 복수의 상승용 돌출부(32)를 포함한다. 상기 각 상승용 돌출부(32)는 냉각 유로(20)의 하부로부터 상방으로 수직하게 형성된 상승용 수직벽(32a)과, 상기 수직벽(32a)의 배출 포트(22) 측에 형성되며 상기 수직벽(32a)으로부터 하부로 만곡되어 형성된 상승용 곡면부(32b)으로 이루어진다. 이는 피스톤(10) 상승운동에 의해 냉각 유체가 하부로 이동하여 상기 상승용 곡면부(32b)과 충돌시, 냉각 유체가 상기 상승용 곡면부(32b)으로부터 반사되어 상기 상승용 곡면부(32b)으로부터 이격되는 것을 최소화하고, 상기 상승용 곡면부(32b)을 따라 자연스럽게 유동될 수 있도 록 하기 위함이다. 이에 의해, 상기 냉각 유체가 상기 냉각 유로(20)와 접촉되는 시간을 최대화할 수 있어 냉각 효율을 더욱 상승시킬 수 있게 된다.
상기 하강용 가이드부(33)는 상기 피스톤(10)이 하강 운동시 냉각 유체의 관성력을 이용하여 배출 포트(22) 측으로 유동시키기 위한 것으로서, 상기 냉각 유로(20)의 상부에 마련된다. 상기 피스톤(10)의 하강 운동은 가속도 운동이기 때문에, 상기 피스톤(10)이 하강운동시 상기 냉각 유로(20)의 내부에 유입된 냉각 유체는 그 관성력에 의해 상기 냉각 유로(20)의 상부로 이동하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 피스톤(10)이 하강 운동시, 상기 피스톤(10)에 대해서 상기 냉각 유체는 상방으로 이동하게 되고, 상방으로 이동하는 냉각 유체는 상기 하강용 가이드부(33)에 의해 상기 배출 포트(22) 측으로 그 유동이 가이드된다.
이러한 하강용 가이드부(33)는 상기 냉각 유로(20)의 상부에 하방으로 돌출된 복수의 하강용 돌출부(34)를 포함한다. 상기 각 하강용 돌출부(34)는 냉각 유로(20)의 상부로부터 하방으로 수직하게 형성된 하강용 수직벽(34a)과, 상기 하강용 수직벽(34a)의 배출 포트(22) 측에 형성되며 상기 하강용 수직벽(34a)으로부터 상부로 만곡되어 형성된 하강용 곡면부(34b)으로 이루어진다. 이는 피스톤(10) 하강 운동에 의해 냉각 유체가 상부로 이동하여 상기 하강용 곡면부(34b)과 충돌시, 냉각 유체가 상기 하강용 곡면부(34b)으로부터 반사되어 상기 하강용 곡면부(34b)으로부터 이격되는 것을 최소화하고, 상기 하강용 곡면부(34b)을 따라 자연스럽게 유동될 수 있도록 하기 위함이다. 이에 의해, 상기 냉각 유체가 상기 냉각 유로(20)와 접촉되는 시간을 최대화할 수 있어 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 상승용 돌출부(32)와 상기 하강용 돌출부(34)는 상기 냉각 유로(20)를 따라 상호 교번되게 배치된다. 이는 피스톤(10)이 하강시 냉각 유체가 상기 하강용 돌출부(34)에 의해 배출 포트(22) 측으로 이동하게 되고, 다시 피스톤(10) 상승시 상기 하강용 돌출부(34)에 의해 배출 포트(22) 측으로 이동된 냉각 유체는 상기 하강용 돌출부(34)와 배출 포트(22) 방향으로 인접한 상승용 돌출부(32)에 의해 다시 배출 포트(22) 측으로 이동하게 된다. 그런 후에 다시 피스톤(10)이 하강하면, 냉각 유체는 상기 상승용 돌출부(32)와 배출 포트(22) 측으로 인접한 하강용 돌출부(34)에 의해 또다시 배출 포트(22) 측으로 이동하게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 상기 냉각 유로(20)에 유입된 냉각 유체는 배출 포트(22) 측으로 신속하게 이동하게 된다.
이처럼, 기존에 피스톤(10)이 상하 운동하더라도 단지 냉각 유로(20) 내부에서 상하 이동만 하던 냉각 유체를 피스톤(10)의 상하 운동에 연동하여 냉각 유로(20)를 따라 유동시킴으로써 냉각 유로(20) 내의 유량을 증가시킬 수 있고 이에 의해 피스톤(10)의 냉각 효율을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
본 실시예에서는 상기 상승용 가이드부(31) 및 하강용 가이드부(33) 각각이 복수의 돌출부(32)(34)로 구성되는 것을 예시하였으나, 본 실시예와 달리 상기 상승용 가이드부(31) 및 하강용 가이드부(33)는 단일의 돌출부로 구성되는 경우에도 종래 기술에 비하여 냉각 유체의 유량을 상승시킬 수 있게 된다. 따라서, 상승용 가이드부(31) 또는 하강용 가이드부(33)가 단일의 돌출부로 구성되는 경우에도 본 발명의 사상에 포함된다.
또한, 본 실시예에서는 상기 수직벽(32a)(34a)의 일측에 곡면부(32b)(34b)가 형성되는 것을 예시하였으나, 본 실시예와 달리 상기 곡면부(32b)(34b)는 배출 포트(22) 측으로 경사진 경사면으로도 변형되어 사용될 수 있으며, 이러한 경우에도 본 발명의 사상을 그대로 이용하고 있는 것이다.
또한, 본 실시예에서는 유동 가이드부(30)가 상승용 가이드부(31)와 하강용 가이드부(33)를 포함하는 것을 예시하였으나, 상기 유동 가이드부(30)는 상승용 가이드부(31)와 하강용 가이드부(33) 중 어느 하나만으로 구성될 수 있다.
상기 유입 가이드부(40)는, 전술한 바와 같이, 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 냉각 유로(20)의 내부로 유입되도록 안내하기 위한 것으로서, 상기 유입 포트(21)가 연결되는 상기 냉각 유로(20)의 일 지점에 형성된다. 이미 설명한 바와 같이, 기존에 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체의 대부분은 냉각 유로(20)의 내부 상면에 충돌한 후 다시 유입 포트(21)로 배출된다. 따라서, 냉각 유로(20)에 유입되는 유량의 부족으로 인해 피스톤(10)의 냉각 효율은 현저히 저하되었다. 이러한 이유로 본 실시예에서는 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)의 내부로 유입되도록 유입 가이드부(40)를 설치하였다.
상기 유입 가이드부(40)는 상기 냉각 유로(20)의 상부에 하방으로 돌출되게 형성된 유입 돌출부(40)로 구현되며, 상기 유입 돌출부(40)는 상기 냉각 유로(20)의 일 방향으로 만곡된 제 1 유입 곡면부(40a)와, 상기 냉각 유로(20)의 타방향을 만곡된 제 2 유입 곡면부(40b)를 포함한다. 이와 같은 구성에 의해, 상기 유입 포 트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체는 상기 제 1 유입 곡면부(40a)에 의해 안내되어 냉각 유로(20)를 따라 일 방향으로 유동하게 되고, 제 2 유입 곡면부(40b)에 의해 안내되어 냉각 유로(20)를 따라 타 방향으로 유동하게 된다.
본 실시예에서는 냉각 유로(20)가 고리 형상으로 형성되고 배출 포트(22)와 유입 포트(21)가 180도 이격되게 배치되기 때문에 2개의 유입 곡면부(40a)(40b)를 이용하고 있으나, 본 실시예와 달리 유입 포트(21)와 배출 포트(22)를 연결하는 냉각 유로가 하나의 경로로 설계되는 경우, 상기 유입 곡면부(40a)(40b)는 상기 배출 포트(22) 측으로 만곡된 하나의 곡면부로 구성될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 유입 가이드부(40)가 곡면부(40a)(40b)로 형성되는 것을 예시하였으나, 본 실시예와 달리, 상기 유입 가이드부(40)는 경사면 등 상기 유입 포트(21)로 유입된 냉각 유체를 냉각 유로(20)의 내부로 안내할 수 있는 한 그 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 피스톤 냉각 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 도 7a에 도시된 바와 같이, 오일 제트(11)로부터 분사되는 냉각 유체는 유입 포트(21)를 통해 냉각 유로(20)로 유입된다. 상기 냉각 유로(20)로 유입된 유체는 제 1 유입 곡면부(40a)에 의해 도면상 우측 방향으로 안내되어 상기 냉각 유로(20) 내부의 우측으로 유입되고, 상기 제 2 유입 곡면부(40b)에 의해 좌측 방향으로 안내되어 상기 냉각 유로(20) 내부의 좌측으로 유입된다. 이와 같이, 제 1 및 제 2 유입 곡면부(40a)(40b)에 의해 냉각 유체가 냉각 유로(20) 내부로 안내됨 으로써, 유입 포트(21)로 다시 배출되는 냉각 유체의 량을 최소화할 수 있다. 즉, 유입 포트(21)를 통해 냉각 유로(20)의 내부로 유입되는 냉각 유체의 유량이 증가하게 되고, 이에 의해 피스톤(10)의 냉각 효율이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 기존에 유입 포트와 오일 갤러리가 만나는 지점은 과냉각되어 온도가 현저히 낮았고 냉각 유로의 타 지점은 저냉각되어 온도가 높아지는 현상, 즉 온도 편차가 발생하였으나, 본 실시예에서는 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체의 대부분을 냉각 유로(20)의 내부로 유입시킴으로써, 온도의 편차를 최소화할 수 있게 된다.
도 7b는 피스톤(10)이 상승운동 시 냉각 유체의 유동 방향을 개략적으로 나타낸 것으로서, 냉각 유로(20)의 내부로 유입된 냉각 유체는 피스톤(10)의 상승 운동에 연동하여 하측으로 이동하게 되고, 하측으로 이동하는 냉각 유체는 상승용 곡면부(32b)에 의해 배출 포트(22) 측으로 안내되어 유동하게 된다.
도 7c는 피스톤(10)이 하강 운동시 냉각 유체의 유동 방향을 개략적으로 나타낸 것으로서, 냉각 유로(20)의 내부로 유입된 냉각 유체는 피스톤(10)의 하강 운동에 연동하여 상측으로 이동하게 되고, 상측으로 이동하는 냉각 유체는 하강용 곡면부(34b)에 의해 안내되어 배출 포트(22) 측으로 유동하게 된다.
이와 같이, 피스톤(10)의 상하 방향 왕복이동에 연동하여 냉각 유로(20) 내부에 유입된 냉각 유체를 배출 포트(22) 측으로 유동시킴으로써, 냉각 유로(20)의 냉각 유체 유량을 증가시킬 수 있고 이에 의해 피스톤(10)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 피스톤 냉각 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 피스톤 냉각 구조의 유입 포트와 오일 갤러리의 단면을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 3은 도 2에 도시된 오일 갤러리의 오일 유동 상태를 시뮬레이션한 결과를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 냉각 장치가 적용된 피스톤을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 냉각 장치의 요부를 개략적으로 나타내기 위해 도 4의 피스톤을 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절개하여 도시한 절개 사시도,
도 6은 도 4의 피스톤을 Ⅵ-Ⅵ을 따라 절개하여 도시한 단면 사시도,
도 7a 내지 도 7c는 냉각 유체의 유동 방향을 설명하기 위해 도 4의 피스톤을 Ⅶ-Ⅶ을 따라 절개하여 일부를 전개한 개념도,
도 8은 도 4에 도시된 냉각 장치를 형상화하여 개략적으로 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 피스톤 20; 냉각 유로
21; 유입 포트 22; 배출 포트
30; 유동 가이드부 31; 상승용 가이드부
32; 상승용 돌출부 32b; 상승용 곡면부
33; 하강용 가이드부 34; 하강용 돌출부
34b; 하강용 곡면부 40; 유입 가이드부, 유입 돌출부
40a; 제1 유입 곡면부 40b; 제2 유입 곡면부

Claims (5)

  1. 피스톤(10) 내부에 형성되며, 일 지점이 외부로부터 냉각 유체가 유입되는 유입 포트(21)와 연통되고, 다른 일 지점은 외부로 냉각 유체를 배출시키는 배출 포트(22)와 연통되는 냉각 유로(20); 및
    상기 냉각 유로(20)에 마련되며, 상기 피스톤(10)이 승강시 상기 유입 포트(21)를 통해 상기 냉각 유로(20)로 유입된 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20)를 따라 상기 배출 포트(22) 측으로 유동하도록 안내하는 유동 가이드부(30)를 포함하고,
    상기 유동 가이드부(30)는,
    상기 피스톤(10)이 상승 운동시 관성에 의해 상기 냉각 유로(20)에 하부로 유동되는 냉각 유체를 상기 배출 포트(22) 측으로 유동되도록 안내하는 상승용 곡면부(32b)를 구비하며, 상기 냉각 유로(20)의 내측 하부에 마련되는 상승용 가이드부(31); 및
    상기 피스톤(10)이 하강 운동시 관성에 의해 상기 냉각 유로(20)의 상부로 유동되는 냉각 유체를 상기 배출 포트(22) 측으로 유동되도록 안내하는 하강용 곡면부(34b)를 구비하며, 상기 냉각 유로(20)의 내측 상부에 마련되는 하강용 가이드부(33)를 포함하며,
    상기 상승용 가이드부(31)는 상기 냉각 유로(20)의 하부에 마련되고, 냉각 유로(20)의 하부로부터 상방으로 수직하게 형성된 상승용 수직벽(32a)을 구비하는 복수의 상승용 돌출부(32)를 포함하고,
    상기 하강용 가이드부(33)는 상기 냉각 유로(20)의 상부에 마련되고, 냉각 유로(20)의 상부로부터 하방으로 수직하게 형성된 하강용 수직벽(34a)을 구비하는 복수의 하강용 돌출부(34)를 포함하며,
    상기 상승용 돌출부(32)와 상기 하강용 돌출부(34)는 상기 냉각 유로(20)를 따라 교번되게 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 포트(21)와 연결되는 상기 냉각 유로(20)의 일 지점에 마련되어 상기 유입 포트(21)를 통해 유입되는 냉각 유체를 상기 냉각 유로(20) 내부로 안내하는 유입 가이드부(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 냉각 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유입 가이드부(40)는,
    상기 냉각 유로(20)의 일 방향으로 만곡된 제1 유입 곡면부(40a); 및
    상기 냉각 유로(20)의 타방향으로 만곡된 제2 유입 곡면부(40b);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤 냉각 장치.
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