KR19990003814A - 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 가스 중의 유해 성분을 크게 저감시킬 수 있는 구조를 가지는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 관한 것이다. 본 발명에 따른 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤은, 상부에 대략 뒤집어진 하트 형상으로 형성된 연소실(11)과, 외주면을 따라 형성된 다수의 링 홈(12)을 가지는 헤드부(10)와, 스커트부(20) 및 커넥팅 로드가 연결되기 위한 핀이 설치되는 보스부(30)로 구성되는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 있어서, 상기 연소실(11)은 그의 바닥면 중앙에 원추 형상의 콘부(11a)를 가지며, 탑링부(12')에 인접된 헤드부(10)의 내부에는 공기가 지나가는 냉각 통로(15)가 형성되고, 스커트부(20)의 내부에서 링 홈(12)을 통해 헤드부(10)의 외측으로 연통되어 오일 제트(40)로부터 쏘아지는 오일을 피스톤과 실린더 내벽 사이로 공급하기 위한 오일 공급공(22)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

직접분사식 디젤 엔진의 연소실

본 발명은 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소 가스 중의 유해 성분을 크게 저감시킬 수 있는 구조를 가지는 직접분사식 디젤 에진의 피스톤에 관한 것이다.

공기와 연료의 혼합기를 흡입, 압축하여 전기 불꽃(electric spark)으로 점화, 연소시키는 가솔린 엔진과 달리, 디젤 엔진은 공기만을 흡입, 압축한 다음 고온고압의 공기 중으로 연료를 분사하여 자기 착화시켜 연소시키는 방법을 사용하고 있다.

이러한 디젤 엔진은 연료의 분사방식에 따라 직접분사식과 간접분사식으로 크게 구분할 수 있다. 이중에서 직접분사식이란 연료를 분할되지 않은 단실(單室)에 직접 분사하는 방식이다. 이와 같은 직접분사식 디젤 엔진의 연소실은 피스톤의 헤드브에 형성되어 있다.

도 1에 연소실이 형성된 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 피스톤은 헤드부(10)와 스커트부(10) 및 보스부(30)로 크게 나누어진다. 헤드부(10)의 상부에는 대략 뒤집어진 하트 형상의 연소실(11)이 형성되어 있으며, 외주면을 따라 각종 링이 끼워지는 다수의 링 홈(12)이 형성되어 있다.

특히 가장 위에 형성된 링 홈(12')에는 피스톤 탑링 트리거(13)가 설치되어 있다. 그리고, 연소실(11)에 근접된 위치의 헤드부(10) 내부에는 연소에 의한 열을 식히기 위한 냉각 통로(14)가 형성되고, 이 냉각 통로(14)는 일측에서 하방으로 연장되어 스커트부(20)의 내부와 연통되며, 하방에사 오일 제트(40)에 의해 쏘아지는 오일이 이 연통부(21)를 통해 냉각 통로(14)로 공급되어 연소열을 식히게 된다.

이러한 피스톤의 헤드부(10)에 형성된 연소실(11)에서는 주로 유입 와류에 의해 혼합기의 형성이 촉진되며, 연료의 일부분은 다공 노즐로부터 분사되면서 미립화되어 자기착화하고, 나머지 연료는 연소실(11) 내에서 무화되어 약간의 착화지연을 거쳐 연소된다.

이와 같은 직접분사식 디젤 엔진에 있어서, 연소실의 형상은 NOx 또는 분진등과 같은 유해 성분의 발생량과 직접적인 관계가 있다. 따라서, 연소시 최대한 완전 연소가 이루어져 유해 성분의 발생이 최소화되도록 연소실의 형상을 설계하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 종래에는 연소실의 설계시 분사되는 연료와 공기의 혼합 정도 및 연소에 따라 발생되는 와류가 충분히 고려되지 않았기 때문에, 연소실 내부에 공기만이 존재하여 연소가 이루어지지 않는 공간이 발생된다. 따라서, 연료와 공기의 혼합이 충분하지 못하여 불완전 연소가 일어나게 되어 연소 가스 중에 유해 성분이 많이 발생되는 단점이 있었다.

또한, 피스톤의 탑링부는 실린더 내벽과의 열부하를 고려하여 일반적으로 210℃ 이하의 온도를 유지하여야 하는데, 자연흡기식에서 과급방식으로 발전되면서, 탑링부의 온도가 엔진의 신뢰성을 유지하는데 매우 중요한 인자로 작용되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연소 가스중의 유해 성분을 크게 저감시킬 수 있는 구조를 가지는 직업분사식 디젤 엔진의 피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 직접분사식 디젤 엔진의 연소실을 보인 반단면도.

도 2는 본 발명에 따른 직접분사식 디젤 엔진의 연소실을 보인 반단면도.

도 3은 종래와 본 발명에 따른 연소실에서의 연소 가스 중의 유해 물질 수준을 비교한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤의 헤드부 2 : 연소실

2a : 콘부

상기와 같은 목적은, 상부에 대략 뒤집어진 하트 형상으로 형성된 연소실과, 외주면을 따라 형성된 다수의 링 홈을 가지는 헤드부와, 스커트브 및 커넥팅 로드가 연결되기 위한 핀이 설치되는 보스부로 구성되는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 있어서, 상기 연소실은 그의 바닥면 중앙에 원추 형상의 콘부를 가지며, 탑링부에 인접된 헤드부의 내부에는 공기가 지나가는 냉각 통로가 형성되고, 스커트부의 내부에서 링 홈을 통해 헤드부의 외측으로 연통되어 오일 제트로부터 쏘아지는 오일을 피스톤과 실린더 내벽 사이로 공급하기 위한 오일 공급공이 형성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 의해 달성된다.

여기서, 상기 연소실의 개구부 직경은 실린더 보어 직경의 54.5 내지 55%이며, 림의 직경은 개구부 직경의 86.7 내지 87%이고, 연소실의 깊이는 개구부 직경의 40%이고, 원추 높이는 연소실 깊이의 20.7 내지 29%이고, 원추각은 132 내지 134°, 그리고 바닥부의 반경은 9 내지 10㎜인 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명 한다.

도 2에 본 발명에 따른 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤은 헤드부(10)와, 스커트부(20) 및 보스부(30)로 이루어진다.

헤드부(10)는 그의 상면에 대략 뒤집어진 하트 형상으르 형성되는 연소실(11)을 가진다. 이 연소실(11)의 바닥면 중앙에는 원추 형상의 콘부(11a)가 형성된다. 연소실(11)의 개구부 직경은 실린더 보어 직경의 54.5 내지 55%이며, 립의 직경은 개구부 직경의 86.7 내지 87%이고, 연소실(11)의 깊이는 개구부 직경의 40%이고, 원추 높이는 연소실 깊이의 28.7 내지 29%이고, 원추각은 132 내지 134°, 그리고 바닥부의 반경은 9 내지 10㎜이다. 이러한 형상을 가지는 연소실(11)은 연소에 불필요한 공간이 모두 제거되어 연소시 완전 연소를 이룰 수 있다.

또한, 헤드부(10)는 그의 외주면에 다수의 링 홈(12)을 가지며, 탑링부(12')에 인접된 내부에 공기가 지나가는 냉각 통로(15)가 형성되어 있다. 이 냉각 로(15)로 공기가 지나면서 탑링부(12')의 온도를 낮추게 된다.

그리고, 스커트부(20)는 그의 내부면 일측에서 헤드부(10)의 링 홈(12)을 통해 외부와 연통되는 오일 공급공(22)을 가진다. 스커트부(20)의 하부에 위치된 오일 제트(400)에서 쏘아지는 오일은 오일 공급공(22)을 통해 피스톤과 실린더 내벽 사이로 공급되어 피스톤과 실린더 내벽 사이의 마찰에 의한 마찰열을 줄이는 역할을 한다.

한편, 보스부(30)에는 부시(31)가 설치된다. 이 부시(31)에 의해 보스부(30)의 신뢰성이 향상된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 연소시 완전 연소를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 통로(15)를 지나가는 공기에 의해 탑링부(12')가 냉각되고, 오일 공급공(22)을 통해 공급되는 오일에 의해 피스톤과 실린더 사이의 마찰열로 인한 온도가 저하된다.

상기된 바와 같은 본 발명은 연소실 형상의 개선으로 완전 연소가 이루어지며, 냉각 통로를 지나가는 공기에 의해 탑링부의 온도가 저하되고, 오일 공급공을 통해 공급되는 오일에 의해 피스톤과 실린더 사이의 마찰로 인한 열에너지가 저감되므로 연료 소모율 및 연소 가스 중의 N○x나 분진 등과 같은 유해 물질이 크게 저감되는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 상부에 대략 뒤집어진 하트 형상으로 형성된 연소실과, 외주면을 따라 형성된 다수의 링 홈을 가지는 헤드부와, 스커트부 및 거넥팅 로드가 연결되기 위한 핀이 설치되는 보스부로 구성되는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤에 있어서, 상기 연소실은 그의 바닥면 중앙에 원추 형상의 콘부를 가지며, 탑링부에 인접된 헤드부의 내부에는 공기가 지나가는 냉각 통로가 형성되고, 스커트부의 내부에서 링 홈을 통해 헤드부의 외측으로 연통되어 오일 제트로부터 쏘아지는 오일을 피스톤과 실린더 내벽 사이로 공급하기 위한 오일 공급공이 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실의 개구부 직경은 실린더 보어 직경의 54.5 내지 55%이며, 립의 직경은 개구부 직경의 86.7 내지 87%이고, 연소실의 깊이는 개구부 직경의 40%이고, 원추 높이는 연소실 깊이의 28.7 내지 29%이고, 원추각은 132 내지 134°, 그리고 바닥부의 반경은 9 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 보스부에는 신뢰성 향상을 위한 부시가 설치되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 디젤 엔진의 피스톤.