KR19990015761A - 직접 분사식 엔진의 피스톤 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 직접분사식 엔진의 피스톤 구조에 관한 것으로 상부의 일 측으로 만곡홈부를 형성한 캐버티형과 평행한 홈부를 형성한 보울형으로 구비된 피스톤에 있어서, 피스톤 헤드(10)의 중앙에 반구형의 확장유도부(12)를 가지는 기화부(12)를 일체형으로 구비하여 노즐로부터 분사된 연료가 확산되는 것을 방지하고 기화를 촉진시켜 초희박연소를 할 수 있도록 한 것이다.

Description

직접분사식 엔진의 피스톤 구조

본 발명은 다이렉트 엔진용 피스톤의 구조(Piston of directi injection engin)에 관한 것으로 특히, 피스톤 헤드 중앙으로 홈부를 형성하여 노즐로부터 분사된 연료가 확산되는 것을 방지하고 기화를 촉진시켜 초희박연소를 할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 피스톤은 실린더 내를 왕복으로 이동하고 가스의 팽창행정에서 고온, 고압의 압력을 받아 이것을 커넥팅로드를 거쳐서 크랭크축에 회전력을 주는 것으로 항상 고온의 연소가스에 상부가 노출되어 있고 팽창시 발생하게 되는 압력(40∼60Kgf/cm²)을 순간적으로 받을 뿐 아니라 실린더 내를 고속으로 왕복운동을 하므로 마찰에 견딜 수 있도록 하는 재질로 구비된 것을 사용한다.

상기한 피스톤의 구성을 도 1 과 도 2를 참조하면 피스톤(100)은 몸체(100)의 하단부에 형성된 스커트부(110)와 커넥팅로드(도시는 생략함)를 연결하기 위한 보스(120) 및 기밀유지를 위한 복수개의 링(200)이 삽입되는 홈부(130) 그리고, 연소실에 일부를 형성토록 하는 헤드(140)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 피스톤(100)의 헤드(140)는 연소실과 동일한 온도를 받게 됨으로 그 팽창률을 고려하여 스커트부(110)의 직경보다 작게 구비되어 있다.

상기 헤드(140)는 연소실의 형태에 따라 반구형 또는 원추형으로 만들어 실린더 헤드의 반구면에 접근시킨 후 점화토록 되어 있다.

또한, 근래에는 실린더 내부로 공기만을 압축(압축행정 말기)한 상태에서 인젝터를 통해서 그 내부로 연료를 분사하여 점화하는 직접점화 방식을 채택하기되 한다.

이 직접점화 방식은 실린더 헤드에 고압분사노즐을 구비하고 피스톤의 헤드(140)에 분사되어지는 연료의 기화를 촉진시키기 위해 그 일 측으로 만곡형의 홈부(141a)로 구비된 기화부(141)가 구비된 MMC형태와 평행한 홈부(142a)의 기화부(142)가 구비된 Toyata형태가 있으며, 공기만을 흡입하여 압축하는 압축행정말기에 소량의 가솔린을 고압 인젝터를 통해 피스톤 헤드(140)에 구비되어 있는 홈부(141a)(142a)로 분사시키게 되면 피스톤의 온도와 그 홈부에 접촉하게 될 때 발생하게 되는 반작용으로 순간 옆으로 펼쳐지게 되면서 단면적이 확대되어 기화가 된다.

이 상태에서 상부에 구비되어 있는 점화플러그의 전류를 흘려보내 스파크를 발생시키게 됨과 동시에 점화되면서 그 체적이 늘어나게 되는 힘으로 커넥팅로드를 통해 크랭크축을 회전시켜 동력을 발생시키게 된다.

그러나, 압축행정 말기에 인젝터를 통해 피스톤의 기화부에 분사되는 연료는 분사되는 고압력으로 인해 기화부와 접촉하는 순간 튀게 되는 원인으로 극부적인 기화를 촉진하게 되어 균일한 팽창력을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 이 극부적인 기화로 인해 피스톤 헤드의 상부가 국부적으로 고온으로 되는 원인으로 작용하였으며, 연료의 공연비가 작아지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안 출한 것으로 피스톤의 중앙으로 기화를 촉진시키도록 하는 홈부를 형성하여 노즐로 부터 분사된 연료가 확산되는 것을 방지할 수 있도록 하는 직접분사식 엔진의 피스톤 구조를 제공함에 있다.

도 1 은 종래 발명에 따른 피스톤의 사시도와 단면 예시도,

도 2 는 종래 발명에 따른 다른 실시예의 사시도와 단면 예시도,

도 3 은 본 발명에 따른 피스톤의 구조를 도시한 사시도와 단면 예시도,

도 4 은 본 발명의 작용상태도로서,

4A는 인젝터로부터 피스톤의 헤드로 소량의 연료가 분사되는 과정이며,

4B는 분사된 연료가 헤드의 유도부를 따라 유동하는 상태이며,

4C는 분사된 연료가 헤드의 유도부에 의해 넓게 퍼지는 상태이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10;피스톤 헤드

12;반구형의 확장유도부

12;기화부

이를 달성하기 위한 본 발명은 피스톤 헤드의 중앙에 반구형의 확장유도부를 가지는 기화부를 구비하여 초희박연소를 통해 연비를 최대화할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 피스톤의 구조를 도시한 사시도와 단면 예시도이다.

헤드의 상부면 일 측으로 만곡형의 홈부를 가진 기화부로 구비된 캐버티형과 평행한 홈부의 기화부를 가진 보울형으로 구비된 피스톤에 있어서, 중앙에 반구형의 확장유도부(12)를 가지는 기화부(12)를 일체로 구비한 헤드(10)로 구성한다.

본 발명에서 사용되는 인젝터는 흡기포트의 하부에 장착되어 50∼150bar의 압력으로 연소실내로 연료를 분사하도록 구비되어 있으며, 흡기포트는 흡기매니폴드 일체형에 의해 포트통로가 개폐되는 곧은 포트와 이 포트가 폐쇄되었을 때 소용돌이(와류)를 발생시키는 와류 발생포트로 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 4 의 작용 상태도로를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

4A는 인젝터로부터 프스톤의 헤드로 소량의 연료가 분사되는 과정이며, 4B는 분사된 연료가 헤드의 유도부를 따라 유동하는 상태이며,4C는 분사된 연료가 헤드의 유도부에 의해 넓게 퍼지는 상태로서, 에어크리너를 통해 정제된 공기만을 흡기밸브를 통해 실린더 내부로 유입하고, 압축행정 말기에 인젝터를 통해 소량의 연료를 분사하게 되면 분사압력에 의해서 피스톤의 상부에 구비되어 있는 반구형의 확장유도부(12)에 비스듬하게 부딪히게 되며(도 4A), 이 확장유도부(12)의 반구형 각도에 의해 부딪힌 연료는 시계방향으로 회전(도 4B)을 하면서 그 넓이가 넓어지게 된다.

확장유도부(12)로 회전하게 되는 연료는 그 분사된 압력의 약화로 중앙부분으로 모이게 되면서(도 4C) 기화가 된다.

이 상태에서 점화플러그에 전원을 인가하게 됨과 동시에 압축되었던 혼합기가 착화되어 팽창이 되면서 동력을 발생시키게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 헤드 중앙으로 반구형의 확장유도부를 가지는 홈부를 형성하여 노즐로부터 분사된 연료가 양측으로 확산되는 것을 방지하고 중앙으로 퍼지게 되면서 기화되어 초희박연소를 할 수 있도록 한 것이다.

Claims (1)

1. 상부의 일 측으로 만곡홈부를 형성한 캐버티형과 평행한 홈부를 형성한 보울형으로 구비된 피스톤에 있어서,

   피스톤 헤드(10)의 중앙에 반구형의 확장유도부(12)를 가지는 기화부(12)를 일체형으로 구비한 것을 특징으로 하는 직접분사식 엔진의 피스톤 구조.