KR19990059319A - 자동차용 엔진의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤의 측벽에 바이패스 챔버를 형성하여 블로-업 가스의 상승을 감소시킴으로써, 오일소모를 줄일 수 있는 자동차용 엔진의 피스톤에 관한 것으로, 이 피스톤은 상부 압축링(8)을 사이에 두고 피스톤(6)의 외주면에 형성된 제 1랜드(L1)와 제 2랜드(L2)를 연통시키는 바이패스 챔버(28)와, 바이패스 챔버(28)에 설치되어 있으며, 상부 압축링(8)의 상부에 작용하는 제 1압력(P1)과 하부면에 작용하는 제 2압력(P2)의 크기에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 개폐밸브를 포함하고 있다.

Description

자동차용 엔진의 피스톤

본 발명은 자동차용 엔진의 피스톤에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 피스톤의 측벽에 바이패스 챔버를 형성하여 블로-업 가스(blow-up gas)의 상승을 감소시킴으로써, 오일소모를 줄일 수 있는 자동차용 엔진의 피스톤에 관한 것이다.

통상, 자동차용 엔진의 구성요소를 대별하여 보면, 엔진의 본체를 구성하는 부분으로 다수의 실린더가 일체로 제작되며, 각 실린더 사이에는 냉각수가 유동하는 워터 재킷과 냉각수 통로가 형성되어 있는 실린더 블록과, 이 실린더 블록의 상부에 배치되어 피스톤과 함께 연소실을 형성하는 부분으로, 각종 밸브 기구 및 스파크 플러그나 분사밸브 등이 설치되는 실린더헤드와, 크랭크축이 설치되는 크랭크 케이스로 이루어져 있다.

도 1은 종래의 자동차용 엔진의 일부를 단면하여 도시한 사시도로, 실린더 블록(2)에 일체로 형성된 실린더내에는 커넥팅 로드를 통해 전달되는 크랭크축의 회전력에 의해 실린더의 벽면을 따라 상하 이동하는 피스톤(6)이 설치되어 있다. 실린더 헤드(4)와 피스톤(6)의 헤드부에 의해 제공되는 연소실에는 흡기포트(4a)를 통해 유입된 공기가 공급되며, 연소후에 배기가스는 배기포트(4b)를 통해 배기 파이프로 배출된다. 또한, 실린더 블록(2)과 실린더 헤드(4)에는 냉각수가 유동하는 워터재킷(2a, 4c)이 형성되어 있어, 엔진의 과열을 방지한다.

여기에서, 피스톤(6)에는 2개의 압축링(compression ring)(8)이 끼워져 있어 피스톤과 실린더 벽간의 기밀을 유지함과 동시에, 피스톤(6)의 열을 실린더 벽면으로 전달한다. 압축링(8)의 하부에는 오일링(oil ring)(10)이 끼워져 있어, 실린더 벽면을 따라 올라온 여분의 오일을 긁어내려 오일팬으로 돌려 보낸다.

흡기계통을 통해 흡입된 공기는 분사밸브에서 분사된 연료와 혼합되어 혼합기를 형성한 다음 흡기밸브(12)의 개방시에 연소실로 공급되며, 연소된 배기가스는 배기밸브(22)의 개방시에 배출된다. 실린더 헤드(4)에 설치된 흡기밸브(12)와 배기밸브(22)는 각각, 스프링(14, 24)에 의해 가압된 상태로 장착되어 있으며, 이들 밸브(12, 22)는 캠축(18)에 의해 구동되는 로커 아암(16, 26)에 의해 상하로 이동하면서 흡기포트(4a)와 배기포트(4b)를 선택적으로 개폐하게 된다.

도 2는 종래의 자동차용 엔진의 피스톤을 일부 확대하여 도시한 단면도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 피스톤(6)의 외주면에는 오일링(10)을 비롯하여 압축링(8, 8')이 끼워지는 링 장착홈(6a, 6b, 6c)이 형성되어 있다. 이들 링 장착홈(6a, 6b, 6c)은 다수의 랜드(L1, L2, L3)에 의해서 제공되며, 랜드(L1, L2, L3)와 실린더 블록(2)의 라이닝 간에는 작은 틈새가 존재하게 된다. 통상, 상부 압축링(8)의 윗부분의 압력(P1)은 상부 압축링(8)과 하부 압축링(8')사이의 제 2랜드(L2)부에 존재하는 가스의 압력(P2)보다 크지만, 배기행정 말기에는 일시적으로 P2의 압력이 커지면서 크랭크 케이스에서 올라온 가스(blow-up gas)가 상부 압축링(8)을 지나 상승하면서 연소실로 유입된다.

이러한 구성을 지닌 종래의 피스톤에서는 블로-업 가스가 과다하게 유입되므로 엔진 오일의 소모량이 증대되며, 유입된 오일에 의해서 배기가스 중에는 유해물질이 다량 포함되어 환경오염을 유발하는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명은 피스톤의 상부 압축링 주변에 바이패스 챔버를 형성한 다음, 이 챔버 내에 개폐밸브를 설치하여 블로-업 가스의 상승을 억제함으로써, 오일 소모량을 줄여 유해가스의 배출을 억제할 수 있는 자동차용 엔진의 피스톤을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차용 엔진의 일부를 도시한 단면도,

도 2는 종래의 자동차용 엔진의 피스톤을 일부 확대하여 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 피스톤을 일부 확대하여 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에서 채용한 개폐밸브의 작동상태를 도시한 단면도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

2:실린더 블록 6:피스톤

6a, 6b, 6c:링 장착홈 8, 8':압축링

10:오일링 28:바이패스 챔버

30:케이스 32, 34:제 1, 2관통공

40:플런저 42:가스 유동로

44:스프링

상술한 본 발명의 목적은 커넥팅 로드를 통해 전달되는 크랭크축의 회전력에 의해 실린더 블록에 형성된 실린더의 벽면을 따라 상하로 이동하면서 혼합기를 압축하는 것으로, 오일링과 상부 및 하부 압축링이 끼워지는 다수의 링 장착홈을 제공하는 제 1 내지 제 3랜드가 형성되어 있는 자동차용 엔진의 피스톤에 있어서, 상부 압축링을 사이에 두고 피스톤의 외주면에 형성된 제 1랜드와 제 2랜드를 연통시키는 바이패스 챔버와, 이 바이패스 챔버에 설치되어 있으며, 상부 압축링의 상부에 작용하는 제 1압력과 하부면에 작용하는 제 2압력의 크기에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 피스톤에 의해 달성된다.

이하, 첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 엔진의 피스톤에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 피스톤을 일부 확대하여 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에서 채용한 개폐밸브의 작동상태를 도시한 단면도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드를 통해 전달되는 크랭크축의 회전력에 의해 실린더 블록(2)에 형성된 실린더의 벽면을 따라 상하로 이동하면서 혼합기를 압축하는 피스톤(6)의 외주면에는 오일링(10)과 상부 및 하부 압축링(8')이 끼워지는 다수의 링 장착홈(6a, 6b, 6c)을 제공하는 제 1 내지 제 3랜드(L3)가 형성되어 있다.

이러한 구성의 피스톤(6)에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 배기행정 말기에 크랭크 케이스로부터 올라오는 가스의 유입을 억제하기 위한 방안으로, 피스톤(6)의 외주부에는 상부 압축링(8)을 사이에 두고 상기 피스톤(6)의 외주면에 형성된 제 1랜드(L1)와 제 2랜드(L2)를 연통시키는 바이패스 챔버(28)를 형성하였다. 또한, 이 바이패스 챔버(28)에는 상부 압축링(8)의 상부에 작용하는 제 1압력(P1)과 하부면에 작용하는 제 2압력(P2)의 크기에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 개폐밸브를 설치하였다.

여기에서, 개폐밸브의 구성을 보면, 가스가 출입하는 제 1 및 제 2관통공(32, 34)을 지닌 케이스(30)와, 스프링(44)에 의해 가압된 상태로 케이스(30)내에 장착되어 있으며, 상기한 제 1 및 제 2관통공(32, 34)을 통해 작용하는 압력의 크기에 따라서, 케이스(30)의 내벽을 따라 미끄럼 이동되는 플런저(40)로 이루어져 있다. 플런저(40)는 스프링(44)과 제 1관통공(32)을 통해 작용하는 가스의 압력간의 크기에 따라서 케이스(30)의 내벽을 따라 이동하면서 유체의 이동을 선택적으로 가능케 한다.

즉, 바이패스 챔버(28)를 통해 화살표 방향(P)을 따라 작용하는 압력이 클 경우에, 플런저(40)는 스프링(44)에 의해 가압되기 때문에 유동로(42)의 끝부분이 케이스(30)의 벽면에 의해 막히게 되어 유체의 이동을 제지하게 된다. 반대로, 제 1관통공(32)을 통해 작용하는 압력이 스프링(44)의 탄성력을 이길 정도로 커지게 되면, 플런저(40)는 케이스(30)의 내벽을 따라 미끄럼 이동되면서 내부의 유동로(42)가 제 2관통공(34)과 연통된다. 그에 따라, 제 1관통공(32)으로 유입된 가스는 유동로(42)를 통해 제 2관통공(34)으로 배출된 다음, 바이패스 챔버(28)로 공급된다.

다음에, 도 4는 본 발명에서 채용한 개폐밸브의 작동상태를 도시한 단면도로, 배기행정 말기의 상태를 나타내었다.

통상의 경우에는 상부 압축링(8)의 상부에서 작용하는 제 1압력(P1)은 하부에서 작용하는 제 2압력(P2)보다 크기 때문에, 플런저(40)는 스프링(44)에 의해서 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1관통공(32)쪽으로 가압된 상태를 유지하고 있다. 그에 따라서, 플런저(40)의 유동로(42)가 막힌 상태를 유지하게 되며, 바이패스 챔버(28)를 통한 가스의 유동은 정지된다.

다음에, 배기행정 말에 상부 압축링(8)의 하부에서 작용하는 제 2압력(P2)이 상부에서 작용하는 제 1압력(P1)보다 증대되면, 제 1관통공(32)으로 유입되는 가스의 압력이 스프링력 보다 증가되어 플런저(40)를 이동시킴으로써, 유동로(42)는 제 2관통공(34)과 연통된다. 그러므로, 화살표 방향(Q)을 따라 블로-업 가스가 상승됨으로써, 제 2랜드(L2)와 상부 압축링(8)간의 틈새로 상승되는 가스의 양은 감소하게 된다. 이러한 상태에, 제 1압력(P1)과 제 2압력(P2)의 크기가 동일해 지면, 플런저(40)는 다시 스프링(44)에 의해 원래의 위치로 이동되면서 제 1관통공(32)과 제 2관통공(34)의 연결상태를 차단하게 된다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 피스톤의 상부 압축링 주변에 형성된 바이패스 챔버에 개폐밸브가 내장되어 있어, 배기행정 말기에 연소실로 상승되는 블로-업 가스의 유입을 억제함으로써, 오일 소모량을 줄임으로써, 오일 부족에 의한 마찰요소의 소착을 방지할 수 있으며, 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 커넥팅 로드를 통해 전달되는 크랭크축의 회전력에 의해 실린더 블록(2)에 형성된 실린더의 벽면을 따라 상하로 이동하면서 혼합기를 압축하는 것으로, 오일링(10)과 상부 및 하부 압축링(8')이 끼워지는 다수의 링 장착홈(6a, 6b, 6c)을 제공하는 제 1 내지 제 3랜드(L3)가 형성되어 있는 자동차용 엔진의 피스톤(6)에 있어서,

   상부 압축링(8)을 사이에 두고 상기 피스톤(6)의 외주면에 형성된 제 1랜드(L1)와 제 2랜드(L2)를 연통시키는 바이패스 챔버(28)와,

   상기 바이패스 챔버(28)에 설치되어 있으며, 상부 압축링(8)의 상부에 작용하는 제 1압력(P1)과 하부면에 작용하는 제 2압력(P2)의 크기에 따라 유로를 선택적으로 개방하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 피스톤.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 개폐밸브는 가스가 출입하는 제 1 및 제 2관통공(32, 34)이 형성된 케이스(30)와,

   스프링(44)에 의해 상기 케이스(30)내에서 일방향으로 가압된 상태를 유지하는 것으로, 내부에는 가스 유동로(42)가 형성되어 있는 플런저(40)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 피스톤.