KR19980018832U - 자동차 엔진의 피스톤 헤드구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 엔진의 피스톤 헤드 구조에 관한 것으로,종래 압축행정에서 연소속도와 완전연소에 영향을 미치는 압축와류를 형성하기 위한 연소실 형상과 피스톤 헤드의 형상이 다양했지만 압축와류를 효율적으로 발생시키는데에는 한계가 있었다.

따라서 본 고안은 압축행정시 공기와 분무형태의 연료로 된 혼합기가 접하는 피스톤 헤드(10)의 상면을 물결모양(wave)으로 형성하여 혼합기 압축시 상기 물결모양에 의해 요동치게 하여 강한 와류를 형성하므로써 고압축비를 얻어 엔진의 성능을 높이고자 한 것이다.

Description

자동차 엔진의 피스톤 헤드 구조

일반적으로 자동차의 엔진은 연료의 연소에 의해 발생한 열에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서,쵸크밸브의 조절에 의해 유입되는 공기와 무화(霧化)되어 공기중에 부유된 연료가 섞인 혼합기가 액셀페달과 케이블로 연결된 스로틀밸브에 의해 조절되어 실린더내로 흡입되고,피스톤의 상승에 의해 압축된 다음 점화플러그에 의해 점화되어 발생된 고온고압의 가스에 의해 상승된 피스톤을 하강시키게 된다.

이러한 피스톤의 상/하 왕복운동이 커넥팅로드를 통해 크랭크축에 전달되어 크랭크축의 플라이휠이 회전되어 바퀴가 회전되는 것이다.

이와같은 자동차의 엔진은 다실린더 엔진으로서,각 실린더가 피스톤의 4행정,즉 흡입,압축,팽창,배기에 의해 1사이클을 완료하는 것으로,크랭크축 2회전으로 1회의 폭발을 갖는 엔진이다.

이렇게 피스톤의 4행정을 통하여 각 실린더가 점화연소되는데,각 실린더의 동력행정인 팽창행정을 위한 점화연소 순서는 4실린더 엔진을 예를들면,제1실린더가 상사점에 있을때는 제4실린더도 마찬가지로 상사점에 있고,제2,3실린더는 하사점에 있어 제1→제3→제4→제2실린더의 순서로 된다.

이와같이 각기 다른 순서로 점화연소된 실린더는 배기행정을 통해 고온고압의 배기가스를 배기장치를 통하여 외부로 배출시킨다.

지금까지 기술한 엔진의 작동과정을 다시 살펴보면,실린더 헤드의 흡기밸브가 개방되어 혼합기가 유입되면 이 혼합기는 피스톤으로 압축되어 점화플러그에 의해 점화되어 급격히 연소하여 고온고압의 가스로 되어 피스톤을 내려밀게 되고,배기밸브가 열려 피스톤이 상승하여 상기 고온고압의 가스가 외부로 배출되는 것이다.

상기한 피스톤은 압축행정에서 상승하여 혼합기를 압축함과 아울러 팽창행정에서 고온고압의 가스압력을 받아 하강하여 크랭크축에 회전력을 주는 것으로,피스톤 헤드는 실린더 헤드와 혼합기의 연소실을 형성하게 된다.

이와같이 형성되는 연소실은 연소성능과 엔진성능을 향상시키기 위한 노력에 의해 반구형,다구형,욕조형,쐐기형,지붕형,평두형 등의 여러 종류가 개발되었다.

이러한 연소실의 형상은 압축행정의 말기에서 강한 와류를 형성하기 위한 것으로,와류가 발생하면 공기와 가솔린과의 혼합이 평균화하여 고압축비가 얻어지므로써 연소속도가 증가되며 완전연소에 효과가 있다.

상기한 연소실 종류중 일례로 반구형을 도 1 를 통해서 살펴보기로 하자.

실린더 헤드(1)에는 흡/배기 밸브(2)(3)가 설치되어 있고,그 사이에 점화플러그(미도시)가 설치되어 있으며,피스톤 헤드(4)의 상면이 반구형으로 오목하게 들어가 있다.

이러한 연소실 형상과 피스톤 헤드의 형상은 열손실이 적고 냉각이 잘되며흡배기 효율도 좋지만 압축와류의 형성이 좋지않기 때문에 고압축비가 얻어지지 않아 연소속도의 향상과 완전연소가 미흡하여 엔진의 성능을 높이는데 한계가 있었다.

상기한 압축와류는 연소실의 형상뿐만아니라 피스톤 헤드의 형상도 크게 영향을 미치기 때문에 압축와류를 효과적으로 발생시키기 위해서 피스톤 헤드의 형상이 상기 반구형이외에도 평면형,원추형 등 여러종류가 있지만 압축와류를 효율적으로 발생시키는데에는 한계가 있었다. 즉,압축와류가 형성되지 않으면 고압축비를 얻을 수 없어 엔진의 성능을 높이는데 한계가 있는 것이다.

따라서 본 고안은 상기한 문제점을 고려하여 압축와류 형성에 적합하게 피스톤 헤드의 형상을 변경하여 고압축비를 얻어 연소속도의 증가와 완전연소를 이룰 수 있도록 하므로써 엔진의 성능을 높이고자 한 자동차 엔진의 피스톤 헤드 구조를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기한 본 고안의 목적은 피스톤 헤드의 상면을 물결모양으로 형성하므로써 달성되는 것이다.

도 1 은 종래의 피스톤 헤드 구조를 나타낸 정단면도

도 2 (가)는 본 고안에 의한 피스톤 헤드의 구조를 나타낸 사시도

(나)는 (가)의 피스톤 헤드에 의한 압축와류의 형성을 나타낸 작용상태도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 실린더 헤드 2 : 흡기밸브

3 : 배기밸브 4,10 : 피스톤 헤드

이하 본 고안의 목적을 효과적으로 달성할수 있는 바람직한 실시예로서 그 기술구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 (가)는 본 고안에 의한 피스톤 헤드의 구조를 나타낸 사시도(나)는 (가)의 피스톤 헤드에 의한 압축와류의 형성을 나타낸 작용상태도로서이에 도시된 바와같이 본 고안은 압축행정시 공기와 분무형태의 연료로 된 혼합기와 접하는 피스톤 헤드(10)의 상면을 물결모양(wave)으로 형성하여 구성한 것이다.

상기한 물결모양을 피스톤 헤드(10)의 상면에서 한 방향으로만 형성할 수도 있고 여러 방향으로 복잡하게 형성할 수도 있다.

이와같이 피스톤 헤드(10)를 물결모양으로 형성하여 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축행정을 하게되면,제2도의 (나)에 나타낸 바와같이,피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 동안 상기 피스톤 헤드(10)의 물리적 형상인 물결모양에 공기와 분무형태의 연료가 접촉되면서 요동을 치게되어 와류가 발생하게 되므로써 공기와 연료의 혼합이 평균화되어 잘 섞이게 됨에 따라 고압축비가 얻어지게 된다.

다시 말해서 피스톤 헤드의 물리적인 형상변경,즉 물결모양에 의해 공기와 분무형태의 연료가 물결모양으로 흐름이 변하면서 서로 뒤섞이게 되어 압축효율이 좋아지게 되는 것이다.

이와같이 피스톤 헤드의 물결모양에 의해 고압축비가 얻어지므로써 점화플러그에 의한 폭발행정에서 연소속도의 증가와 더불어 완전연소가 이루어짐에 따라 더욱 강한 엔진의 출력을 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 고안은 자동차 엔진 실린더내의 혼합기를 압축하는 피스톤에 관한 것으로, 특히 압축행정에서 연소속도와 완전연소에 중요한 압축와류를 피스톤 헤드에 의해 적절하게 형성하여 고압축비를 얻으므로써 엔진의 성능을 높일 수 있도록 한 자동차 엔진의 피스톤 헤드 구조에 관한 것이다.

Claims (1)

1. 피스톤 헤드(10)의 상면을 물결모양(wave)으로 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 피스톤 헤드 구조.