KR20000055570A - Shock-absorbing piston of internal- combustion engine - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A shock absorbing piston of an internal combustion engine is provided to improve a shock absorbing structure to make a piston head applied by a relatively small amount of shock. CONSTITUTION: At the top point of a piston(10'), that is, at the end of a compression stroke, the compressed fuel in a combustion chamber is ignited for an expansion stroke. The combustion gas immediately after ignition has a higher pressure than elasticity of a spring(23). Thereby, an auxiliary piston(21) is pushed as compressing the spring(23) to absorb a shock in a moment of explosion with the spring(23) through the auxiliary piston(21). Thus, it is rare that the piston is interrupted by the shock or the shock is delivered to a load through a connecting rod at the top point of the piston(10').

Description

내연기관의 충격흡수 피스톤{SHOCK-ABSORBING PISTON OF INTERNAL- COMBUSTION ENGINE}Shock absorption piston of internal combustion engine {SHOCK-ABSORBING PISTON OF INTERNAL- COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 각종 운송수단과 기계기구의 동력원으로 사용되는 내연기관의 충격흡수 피스톤(piston)에 관한 것으로서, 특히 팽창행정을 위한 폭발 순간에 가해지는 충격을 흡수하여 최소화하고, 더 나아가서는 그 흡수된 충격을 저장하여 피스톤 운동에 회생시킬 수 있는 축력식 충격흡수(regenerative shock-absorbing) 구조의 피스톤에 관한 것이다.The present invention relates to a shock absorbing piston of an internal combustion engine used as a power source of various means of transportation and machinery, and in particular, absorbs and minimizes the impact applied at the moment of explosion for an expansion stroke, and furthermore, The present invention relates to a piston of a regenerative shock-absorbing structure capable of storing shock and regenerating it in piston motion.

잘 알려진 바와 같이, 내연기관은 실린더 내에서 공기와 혼합된 연료를 폭발적으로 연소시켜 피스톤에 왕복운동을 주는 열기관으로서, 피스톤의 왕복운동에 따라 흡기-압축-팽창(폭발)-배기의 사이클을 이룬다.As is well known, an internal combustion engine is a heat engine that explosively burns fuel mixed with air in a cylinder to reciprocate a piston, and forms an intake-compression-expansion-exhaust cycle according to the reciprocation of the piston. .

도 1은 내연기관의 개요를 설명하기 위해 4행정 1사이클을 이루며 전기점화방식을 사용하는 가솔린 기관을 도시한 개요도이다. 도면에 있어서, 부호 1은 실린더(cylinder), 2는 흡기밸브, 3은 배기밸브, 4는 점화플러그이다. 피스톤(5)은 실린더(1) 내의 상사점과 하사점 사이를 왕복운동하고, 피스톤(5)의 왕복운동은 연접봉(connecting rod; 6)을 통해 크랭크(crank; 7)의 회전운동으로 바뀌게 되어 있다. 도면중 미설명 부호 8은 실린더 내벽과 피스톤 헤드(상면) 사이에 압축과 폭발이 이루어지는 연소실을 가리킨다.1 is a schematic diagram showing a gasoline engine which uses an electric ignition system and constitutes a 4-stroke 1 cycle to explain an outline of an internal combustion engine. In the drawings, reference numeral 1 denotes a cylinder, 2 an intake valve, 3 an exhaust valve, and 4 an ignition plug. The piston 5 reciprocates between the top dead center and the bottom dead center in the cylinder 1, and the reciprocating motion of the piston 5 is changed to the rotational movement of the crank 7 through a connecting rod 6. have. In the figure, reference numeral 8 denotes a combustion chamber in which compression and explosion occur between the cylinder inner wall and the piston head (upper surface).

종래에 사용되고 있는 통상적인 피스톤(5)은 도 2에 보인 바와 같이 고온고압의 연소가스에 의해 직접 가격받는 부분인 헤드(head; 5a)를 가지는 원통형 몸체로 되어 있다. 원통형 몸체에는 또한 실린더 내벽과의 기밀유지를 위한 도시하지 않은 피스톤링(piston ring)을 끼우기 위한 3개의 링홈(5b), 그리고 연접봉을 도시하지 않은 피스톤핀(piston pin)을 끼워 연결하도록 측면으로 관통하는 구멍(5c)을가지고 있다. 여기서 헤드(5a)는 일반적으로 평면으로 되어 있으나, 디젤 기관의 경우 연소실을 형성하기 위해 적당히 오목한 모양으로 되어 있는 경우도 있다.The conventional piston 5 used conventionally is a cylindrical body having a head 5a which is a part directly priced by a high temperature and high pressure combustion gas as shown in FIG. The cylindrical body also penetrates laterally to fit three ring grooves (5b) for fitting piston rings (not shown) for airtightness with the cylinder inner wall, and piston pins (not shown) for connecting rods. To have a hole (5c). Although the head 5a is generally planar here, in the case of a diesel engine, it may be a moderately concave shape in order to form a combustion chamber.

피스톤(5)의 4행정이 이루어지는 과정을 간략하게 설명하면, 먼저 실린더(1) 일측의 흡기밸브(2)를 열고 배기밸브(3)를 닫은 상태에서 피스톤(5)을 상사점 위치에서 하강시키면 그 흡기밸브를 통해 공기와 혼합된 연료(가솔린)가 실린더(1) 내의 연소실(8)로 흡입되는 흡기행정이 이루어지고, 이어서 흡기밸브(2)를 닫고 피스톤(5)을 그 하사점에서 상사점으로 상승시키면 공기와 혼합된 연료가 실린더 연소실(8) 내에서 고온 고압으로 압축되는 압축행정이 이루어진다. 압축행정이 종료되는 시점인 피스톤(1)이 상사점 부근에 이르렀을 때 점화플러그(4)를 작동시키면, 그 압축된 연료가 폭발적으로 연소되면서 급격하게 팽창하게 되고, 이러한 연소가스의 팽창에 의한 압력으로 피스톤(5) 헤드(5a)가 가격되어 하강되어지는 팽창행정이 이루어진다. 이러한 팽창행정에 의한 피스톤(5)의 하강운동은 연접봉(6)을 통해 크랭크(7)의 회전운동으로 바뀐다. 한편, 크랭크(7)에는 도시하지 않은 플라이휘일(flywheel)이 설치되어 있다. 플라이휘일은 큰 질량에 상당하는 관성으로 회전되어 피스톤(5)이 상사점과 하사점에서 용이하게 방향전환할 수 있게 한다. 즉, 피스톤(5)은 팽창행정이 끝나는 하사점에서 다시 상사점으로 상승하게 되는데, 이때 배기밸브(3)를 열어서 실린더(1) 연소실(8) 내의 연소가스를 외부로 배기시키는 배기행정을 행하는 것이다.Briefly describing the process in which the four strokes of the piston 5 are made, first, when the intake valve 2 of one side of the cylinder 1 is opened and the exhaust valve 3 is closed, the piston 5 is lowered from the top dead center position. An intake stroke is performed in which fuel (gasoline) mixed with air is sucked into the combustion chamber 8 in the cylinder 1 through the intake valve, and then the intake valve 2 is closed and the piston 5 is closed at its bottom dead center. Ascending to the point results in a compression stroke in which fuel mixed with air is compressed to high temperature and high pressure in the cylinder combustion chamber 8. If the ignition plug 4 is operated when the piston 1, which is the point at which the compression stroke ends, is near the top dead center, the compressed fuel explodes and explodes rapidly, and the combustion gas expands rapidly. An expansion stroke is performed in which the piston 5 head 5a is charged and lowered by the pressure. The downward movement of the piston 5 by this expansion stroke is changed to the rotational movement of the crank 7 through the connecting rod 6. On the other hand, the crank 7 is provided with the flywheel which is not shown in figure. The flywheel is rotated with inertia equivalent to a large mass so that the piston 5 can be easily turned at top dead center and bottom dead center. That is, the piston 5 rises to the top dead center again at the bottom dead center where the expansion stroke is completed. At this time, the exhaust valve 3 opens to exhaust the combustion gas in the combustion chamber 8 of the cylinder 1 to the outside. will be.

참고로, 연료로서 경유나 중유를 사용하는 디젤기관(diesel engine)은 가솔린기관과 달리, 공기만을 흡입 및 압축해서 공기의 압력과 온도가 높아진 곳에 연료유(경유나 중유)를 직접 분사하여 점화하는 압축점화방식으로 그 연소가스를 단열팽창시킴으로써 상기 사이클을 이룬다.For reference, diesel engines that use light oil or heavy oil as fuel, unlike gasoline engines, inject and compress only air to directly ignite fuel oil (light oil or heavy oil) where the air pressure and temperature increase. The cycle is achieved by adiabatic expansion of the combustion gas in a compression ignition manner.

내연기관에 있어서는 팽창행정시 연소가스 압력에 의해 피스톤 헤드가 주기적으로 가격된다. 문제는, 종래의 피스톤이 그 자체적으로 충격을 흡수할 수 없는 단순한 구조로 되어 있기 때문에 주기적으로 상당한 충격을 받게 되고, 이에 따라 주기적인 피스톤노크(piston knock)가 발생되고 있는 것이다.In an internal combustion engine, the piston head is periodically charged by the combustion gas pressure in the expansion stroke. The problem is that since the conventional piston has a simple structure that cannot absorb shock by itself, it is periodically subjected to a significant impact, and thus a periodic piston knock is generated.

피스톤이 상사점을 지난 위치에서 가격될 때의 충격은 비교적 덜 하겠으나, 일반적으로는 압축행정의 종료 직전, 즉 피스톤이 상사점에 이르기 조금 전에 점화하는 것이 연소가 가장 잘 되는 것으로 알려져 있다. 피스톤이 상사점에 이르기 전에 연소되는 연소가스 압력이 작용하게 되면 피스톤 운동이 방해받으므로 출력이 저하되며, 또 피스톤이 상사점에 이르러 연접봉과 크랭크가 일직선상에 연직방향으로 놓인 상태에서는 그 연소가스 압력이 피스톤 운동에 아무런 역할을 하지 않고 단지 피스톤만을 가격하는 매우 큰 충격으로 작용하게 된다. 피스톤에 가해지는 충격은 연접봉을 통해 부하측에 그대로 전달되어 기계적인 무리를 주게된다.The impact when the piston is priced at a position beyond the top dead center will be relatively less, but it is generally known that combustion is best done just before the end of the compression stroke, ie, just before the piston reaches top dead center. If the combustion gas pressure acts before the piston reaches the top dead center, the piston motion is disturbed and the output is lowered.In addition, when the piston reaches the top dead center, when the connecting rod and the crank are placed vertically in a straight line, the combustion gas The pressure does not play any role in the piston's motion and acts as a very big shock that only strikes the piston. The shock applied to the piston is transmitted to the load side through the connecting rod as it is, giving a mechanical force.

이와같이 피스톤이 상사점 부근에 있을 때 가격받는 충격은 많은 기계소음과 출력저하의 직접적인 원인이 되고 있을 뿐 아니라, 실린더 내벽과 피스톤의 마모를 촉진시키므로 수명을 단축시킨다. 또한 피스톤의 압축성능을 떨어트려 연료의 불완전 연소를 유발함으로써 연료소비증가와 함께 매연증가에도 적잖은 영향을 미친다.As such, the priced impact when the piston is near the top dead center is not only a direct cause of much mechanical noise and reduced power, but also shortens the life by promoting wear of the cylinder inner wall and the piston. In addition, the compression performance of the piston is reduced, causing incomplete combustion of the fuel, which has a significant effect on the increase of fuel consumption and soot increase.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명을 하기에 앞서 피스톤 충격을 연접봉에서 흡수 및 저장하여 그 충격력을 피스톤 운동으로 회생시키는 "충격흡수 축력식 커넥팅로드"를 창안, 1996년 특허출원 제10442호로 출원하여 등록사정받은 바 있다.In order to solve this problem, the present applicant has created a "shock absorbing axial connecting rod" which absorbs and stores the piston shock at the connecting rod and regenerates the impact force by the piston motion, before the present invention, to patent application No. 10442. It has been filed and registered.

본 발명에서의 목적은 연소가스 압력으로 직접 가격받는 피스톤 헤드가 비교적 충격을 덜 받는 충격흡수 구조로 개선된 피스톤을 제공하는 것이며,It is an object of the present invention to provide an improved piston with a shock absorbing structure in which a piston head directly charged with combustion gas pressure is relatively less impacted.

또다른 목적으로서, 연소가스 압력으로 직접 가격되는 피스톤 헤드에서 충격을 흡수하여 그 충격을 최소화하면서 그 흡수된 충격을 저장하여 피스톤 운동에 회생시킴으로써 상기한 제반 문제점을 해결할 수 있는 축력식 충격흡수 구조로 개선된 피스톤을 제공하고자 한다.As another object, the axial shock absorbing structure that can solve the above problems by absorbing the shock from the piston head directly priced by the combustion gas pressure to minimize the impact and store the absorbed shock to regenerate the piston movement. It is intended to provide an improved piston.

도 1은 내연기관의 원리를 설명하기 위해 4행정 사이클 가솔린 기관을 도시한 개요도.1 is a schematic diagram showing a four-stroke cycle gasoline engine to explain the principle of an internal combustion engine;

도 2는 종래에 사용되고 있는 통상적인 내연기관의 피스톤을 부분 절단하여 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a partially cut piston of a conventional internal combustion engine used in the prior art.

도 3은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 내연기관의 충격흡수 피스톤을 보인 사시도(원내는 피스톤의 헤드 표면 일부를 확대발췌한 단면도).Figure 3 is a perspective view showing the shock absorbing piston of the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention (an enlarged cross-sectional view of a portion of the head surface of the piston).

도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 피스톤 헤드에 형성되는 요철부 형상을 보인 평면도.Figures 4a and 4b is a plan view showing the shape of the uneven portion formed in the piston head shown in FIG.

도 5는 본 발명의 두 번째 실시예에 따라 축력식 충격흡수장치가 결합된 내연기관의 충격흡수 피스톤을 부분 절단 및 분리하여 도시한 사시도.Figure 5 is a perspective view showing a partially cut and separated shock absorbing piston of the internal combustion engine coupled to the axial force shock absorbing device according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 축력식 충격흡수장치의 결합상태를 보인 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a coupled state of the axial shock absorbing device shown in FIG.

도 7은 도 5에 도시된 축력식 충격흡수장치의 동작상태 단면도.Figure 7 is a cross-sectional view of the operating state of the axial shock absorbing device shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10,10' : 피스톤11 : 헤드10,10 ': Piston 11: Head

12;12a,12b : 요철부13 : 충격흡수실12; 12a, 12b: uneven portion 13: shock absorbing room

20 : 축력식 충격흡수장치21 : 보조피스톤20: axial shock absorber 21: auxiliary piston

22 : 안내봉23 : 스프링부재22: guide rod 23: spring member

24 : 고정키25 : 고정판24: fixed key 25: fixed plate

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,In the present invention to achieve the first object described above,

팽창행정시 연소가스 압력으로 가격되는 피스톤 헤드 표면을 종래와 같이 단순한 평면 또는 곡면으로 하지 않고, 균일하게 배치되는 요철부, 예를 들면 삼각뿔이나 사각뿔 모양의 오목 또는 볼록홈이 균등하게 배치되는 형태로 가공하여 그 헤드의 표면적을 넓힌다.In the expansion stroke, the piston head surface, which is charged with the combustion gas pressure, is not simply flat or curved as in the prior art, but uniformly arranged irregularities such as triangular pyramids or square pyramid concave or convex grooves are evenly arranged. Processing to increase the surface area of the head.

이와같이 하면, 동일한 조건, 즉 전술한 실린더 내의 연소실 부피가 변경되지 않는 조건에서는 피스톤 헤드를 가격하는 전체 연소가스의 압력은 동일하나, 헤드에는 상기 요철부에 의하여 그 표면적이 넓어진 만큼 단위면적당 부담하는 힘의 세기가 작아져 그 충격이 약화되는 즉, 충격흡수의 기능을 수행할 수 있는 것이다.In this way, under the same conditions, that is, under the condition that the combustion chamber volume in the cylinder is not changed, the pressure of the entire combustion gas that strikes the piston head is the same, but the force applied to the head as the surface area is enlarged by the uneven portion is increased. The strength of is reduced, the impact is weakened, that is, it can perform the function of shock absorption.

또한 상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In addition, the present invention to achieve the second object,

팽창행정시 연소가스 압력으로 가격되는 피스톤 헤드 표면에 충격을 흡수할 수 있는 신축적 공간으로서 적어도 하나의 오목한 충격흡수실을 형성하고, 그 충격흡수실에는 연소가스 압력에 의한 순간 충격에 신축적으로 대응할 수 있는 축력식 충격흡수장치로서, 그 충격흡수실에 또하나의 보조피스톤을 이동가능하게 수용시키고, 그 보조피스톤이 연소가스 압력에 의한 순간 충격으로 밀려나게 될 때 수축하여 곧바로 복원시킬 수 있는 탄력을 보유하는 스프링부재를 사용하여 그 보조피스톤을 충격에 대항하는 방향으로 탄력지지하여 구성한다.At least one concave shock absorbing chamber is formed on the surface of the piston head which is charged with the combustion gas pressure at the expansion stroke, and at least one concave shock absorbing chamber is formed. A corresponding axial shock absorbing device, which is capable of movably receiving another auxiliary piston in the shock absorbing chamber, and contracting and restoring immediately when the auxiliary piston is pushed out by a momentary impact caused by combustion gas pressure. It is constructed by elastically supporting the auxiliary piston in a direction against impact by using a spring member that retains elasticity.

즉, 압축행정이 종료되는 지점인 피스톤이 상사점 부근에 있을 때 점화되어 순간적으로 가해지는 연소가스 압력에 대해 그 헤드 일부를 점하는 보조피스톤이 스프링부재를 억누르면서 일단 물러나게 하여 그 연소가스 압력에 의한 순간적인 충격을 흡수하게 한 다음, 그 충격 직후에는 복원되게 하여, 그 복원시에 작용하는 반력을 이용, 그 충격에 상당하는 힘을 회생시키는 작용을 통해 피스톤 운동을 돕도록 구성하는 것이다.That is, when the piston, which is the end of the compression stroke, is near the top dead center, the auxiliary piston, which is part of the head, ignites and momentarily acts on the combustion gas pressure applied to the combustion gas pressure so as to retreat once while suppressing the spring member. By absorbing the momentary shock caused by the impact, and then restored immediately after the impact, by using the reaction force acting at the restoration, it is configured to assist the piston movement through the action of regenerating the force corresponding to the impact.

여기서 보조피스톤은 그 상면이 헤드 표면의 일부를 담당케 하며, 스프링부재는 가스압력에 의한 순간 충격에는 수축되어지나 압축행정시에 작용하는 연소실 내의 압력을 충분히 능가하는 탄력을 보유케 하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the auxiliary piston has a portion of the top surface of the auxiliary piston, and the spring member is contracted to the instantaneous impact caused by the gas pressure, but retains elasticity sufficiently exceeding the pressure in the combustion chamber acting in the compression stroke. .

더 바람직하게는 헤드 표면 및 보조피스톤의 상면에 상기한 바와같은 요철부를 형성함으로써 더욱 효과적으로 충격을 약화 내지 흡수하고 저장하여 회생시킬 수 있을 것이다.More preferably, by forming the concave-convex portions as described above on the head surface and the upper surface of the auxiliary piston, the impact can be more effectively attenuated, absorbed, stored and regenerated.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 자세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the present invention.

첫 번째 실시예로서, 도 3에 도시된 피스톤(10)은 그 헤드(11)에 원내의 확대발췌 단면도에서 보는 바와 같이 균등하게 배치되는 다수의 요철부(12)를 형성하여 된다. 요철부는 예컨대, 도 4a와 같이 삼각뿔 모양이나 도 4b와 같이 사각뿔 모양의 오목홈(12a,12b)을 사방연속무늬의 형태로 균등하게 배치되도록 형성할 수 있으며, 또한 도시하지는 않았으나 여러가지 모양의 홈 또는 돌기를 형성하여 그 표면적을 넓힐 수 있을 것이다.As a first embodiment, the piston 10 shown in Fig. 3 forms a plurality of concave-convex portions 12 that are evenly disposed on the head 11, as shown in the enlarged cross-sectional view of the circle. For example, the concave-convex portion may be formed such that the concave grooves 12a and 12b having a triangular pyramid shape or a quadrangular pyramid shape as shown in FIG. 4b are evenly arranged in the form of a continuous pattern, as shown in FIG. The protrusions may be formed to increase their surface area.

이와같은 구조의 피스톤(10)는 전술한 바와 같이 그 헤드(11)의 표면적이 다수의 요철부(12;12a,12b)에 의하여 넓어진 만큼 동일한 크기로 가격되는 연소가스 압력이 분산되어 작용하게 되므로 단위면적당 가해지는 압력이 상대적으로 약화되고, 따라서 초기의 연소가스 압력에 의한 충격을 덜 받게 되는 것이다.As described above, the piston 10 having the structure of the head 11 has a surface area of the head 11 widened by a plurality of uneven parts 12; The pressure exerted per unit area is relatively weakened and therefore less impacted by the initial combustion gas pressure.

다음, 두 번째 실시예로서, 도 5에 보인 피스톤(10')은 헤드(11) 표면에 오목하게 2개소에 형성된 원형의 충격흡수실(13)을 가지고 있으며, 그 충격흡수실(13)에 축력식 충격흡수장치(20)가 결합되는 구조이다. 도면에는 축력식 충격흡수장치(20)가 2개소에 결합되어 있으나 하나만 있어도 되며, 또한 효과상승을 위해 더 많이 구비될 수도 있다. 피스톤(10')은 그 충격흡수장치(20)와 함께 헤드(11)에 전술한 바와 같은 다수의 요철부가 형성된 구조로 되어 있다.Next, as a second embodiment, the piston 10 ′ shown in FIG. 5 has a circular shock absorbing chamber 13 formed in two places concave on the surface of the head 11, and in the shock absorbing chamber 13. The axial force absorbing device 20 is coupled to the structure. In the figure, the axial shock absorbing device 20 is coupled to two places, but only one may be provided, and more may be provided to increase the effect. The piston 10 ′ has a structure in which a plurality of uneven parts as described above are formed in the head 11 together with the shock absorbing device 20.

축력식 충격흡수장치(20)는 피스톤 헤드(11)에 형성된 충격흡수실(13)에 이동가능하게 수용되는 보조피스톤(21), 이 보조피스톤(21) 밑 중심에 일체로 형성되어 충격흡수실(13) 바닥면 중앙부에 뚫린 안내구멍(14)에 삽입되어 보조피스톤(21)의 이동을 안내하는 안내봉(22), 이 안내봉(22)을 관통시킨 채로 충격흡수실(13) 바닥면과 보조피스톤(21) 밑면 사이에 개재되어 그 보조피스톤(21)을 탄력적으로 지지하여 주는 스프링부재(23), 충격흡수실(13) 바닥면의 안내구멍(14) 이면측에서 그 안내구멍(14)을 통과한 보조피스톤(21)의 안내봉(22)을 이탈되지 않게 고정하기 위해 그 안내봉(22)의 키홈(22a)에 끼우도록 된 고정키(24), 안내봉(22)을 관통시킨 채 피스톤 헤드(11)의 내면(15)과 고정키(24) 사이에 개재되어 안내봉(22)의 일정한 왕복이동을 허용하면서 위쪽으로 이탈되지 않게 고정하기 위한 고정판(25)으로 구성된다.The axial force absorbing device 20 is an auxiliary piston 21 movably received in the shock absorbing chamber 13 formed in the piston head 11, integrally formed in the center under the auxiliary piston 21, the shock absorbing chamber (13) a guide rod 22 inserted into the guide hole 14 formed in the center of the bottom surface to guide the movement of the auxiliary piston 21, and a bottom surface of the shock absorbing chamber 13 while the guide rod 22 is penetrated. A spring member 23 interposed between the bottom of the auxiliary piston 21 and a spring member 23 for elastically supporting the auxiliary piston 21, and a guide hole 14 at the rear side of the guide hole 14 at the bottom of the shock absorbing chamber 13; In order to fix the guide rod 22 of the auxiliary piston 21 passed through the 14 not to be separated, the fixing key 24 and the guide rod 22 which are to be inserted into the key groove 22a of the guide rod 22 are fixed. It is interposed between the inner surface 15 of the piston head 11 and the fixing key 24 while penetrating therethrough, thereby allowing the reciprocating movement of the guide rod 22 to escape upward. It is composed of a fixing plate 25 for fixing it.

보조피스톤(21)에는 링홈(21a)이 형성되어 있고 거기에 피스톤링(26)을 끼우도록 한다. 피스톤링(26)은 충격흡수실(13) 내벽과 절술한 연소실을 기밀하게 차단하여 연소가스의 유출을 방지하기 위한 것이다.A ring groove 21a is formed in the auxiliary piston 21 so that the piston ring 26 may be fitted therein. The piston ring 26 is to prevent the outflow of the combustion gas by hermetically blocking the inner wall of the shock absorbing chamber 13 and the combustion chamber cut out.

스프링부재(23)는 원환상의 고탄력 탄성판을 원주방향에 일정간격으로 절결하여 만든 판스프링 형태로 제작한다. 물론 스프링부재(23)는 주지된 코일스프링을 사용하여도 된다.The spring member 23 is manufactured in the form of a leaf spring made by cutting the annular high elastic elastic plate at regular intervals in the circumferential direction. Of course, the spring member 23 may use a well-known coil spring.

고정판(25)은 넓은 면적의 사각판으로서, 가운데 안내봉(22)을 관통시킬 수 있게 뚫은 구멍(25a)을 가지고 있으며, 1차 조립한 도 6에 나타난 가상선 상태에서 모퉁이 부분(25b)을 2단절곡시켜 안내봉(22)의 키홈(24)에 삽입된 고정키(24)가 이완되지 않게 구속하는 형태로 변형시켜 고정하도록 된 것이다. 이와같이 고정키(24)와 고정판(25)으로 고정한 이유는 강한 탄력을 보유하는 스프링부재(23)에 대항하여 넓은 면적으로 피스톤 헤드(11)의 내면을 접하게 됨으로써 보다 안정된 결합을 꾀하기 위함이다.The fixed plate 25 is a rectangular plate having a large area, and has a hole 25a drilled to penetrate the center guide rod 22, and the corner portion 25b is formed in the imaginary line state shown in FIG. The two-stage bending to fix the fixing key 24 inserted into the key groove 24 of the guide rod 22 to restrain not to relax. The reason for fixing with the fixing key 24 and the fixing plate 25 is to contact the inner surface of the piston head 11 with a large area against the spring member 23 having a strong elasticity to achieve a more stable coupling.

스프링부재(23)는 전술했던 바와 같이 가스압력에 의한 순간 충격에는 수축되어지고 압축행정시에 작용하는 연소실 내의 최대 압력을 충분히 능가하는 탄력을 보유하도록 제작되었다. 한편 보조피스톤(21)은 실린더 연소실의 환경을 감안, 고온고압에 대해 충분한 내구성을 갖도록 피스톤 헤드(11)와 동일재질로 하고, 스프링부재(23)의 탄력을 받아 고정판(25)이 허용하는 범위에서 최대로 상승되었을 때 그 상면이 피스톤 헤드(11)의 표면과 동일 높이에 있게 하여 그 헤드(11)의 일부를 담당토록 하고, 그 상면과 헤드(11)에 전술한 바와 같은 요철부(12)를 형성하였다.As described above, the spring member 23 is manufactured to have elasticity that is contracted to the instantaneous impact due to the gas pressure and sufficiently exceeds the maximum pressure in the combustion chamber acting in the compression stroke. On the other hand, the auxiliary piston 21 is made of the same material as the piston head 11 so as to have sufficient durability against high temperature and high pressure in consideration of the environment of the cylinder combustion chamber, and receives the elasticity of the spring member 23 to allow the fixing plate 25 to be allowed. The upper surface is at the same height as the surface of the piston head 11 so as to be in charge of a part of the head 11, and the uneven portion 12 as described above on the upper surface and the head 11 when raised to the maximum. ) Was formed.

한편, 충격흡수실 바닥의 안내구멍(14) 내주에 시일홈(14a)을 형성하고 오일시일링(17)을 끼우게 한다. 오일시일링(17)은 보조피스톤에 달린 안내봉(22)과의 사이에 기밀을 유지하여 실린더 하부의 크랭크실로부터의 냉각 및 윤활용 오일이 침투되지 않게 한다.On the other hand, the seal groove 14a is formed in the inner circumference of the guide hole 14 at the bottom of the shock absorbing chamber, and the oil sealing ring 17 is fitted. The oil seal 17 is kept airtight between the guide rod 22 attached to the auxiliary piston to prevent the oil for cooling and lubrication from the crank chamber under the cylinder.

이하, 상기와 같은 축력식 충격흡수 피스톤(10')에 결합된 축력식 충격흡수장치(20)의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the axial shock absorbing device 20 coupled to the axial shock absorbing piston 10 'will be described.

도 6과 같은 상태에서 피스톤(10')이 압축행정을 위해 상승되면, 전술한 도 1의 실린더 연소실에 흡입된 공기와 연료가 압축되는데, 이때 연소실 내의 압력보다 스프링부재(23)의 탄력이 충분히 강하므로 보조피스톤(21)은 그 상면이 피스톤 헤드(11)와 동일높이로 유지된 상태에 있게 된다.When the piston 10 'is raised for the compression stroke in the state as shown in FIG. 6, air and fuel sucked into the cylinder combustion chamber of FIG. 1 are compressed, and the spring member 23 is sufficiently elastic than the pressure in the combustion chamber. Since the auxiliary piston 21 is so strong that it is in a state where the upper surface is maintained at the same height as the piston head (11).

피스톤(10')이 상사점 부근에 이르렀을 때, 즉 압축행정이 종료되는 시점에서 팽창행정을 위해 연소실에 압축된 연료를 점화시키면 그 점화 직후 폭발적으로 연소되는 연소가스 압력이 스프링부재(23)의 탄력보다 크므로 도 7과 같이 보조피스톤(21)이 스프링부재(23)를 억누르는 상태로 밀려나므로 그 폭발 순간에 가격되는 충격이 보조피스톤(21)을 통해 스프링부재(23)에 의해 흡수되고, 따라서 피스톤(10')이 상사점 부근에서 그 충격에 의해 피스톤 운동에 방해받거나 연직상태의 연접봉을 통해 충격이 부하측으로 전달되는 현상은 크게 줄어든다. 한편, 충격을 흡수하도록 억눌려진 스프링부재(23)은 그 충격에 상당하는 힘과 평형을 이루는 회생가능한 탄력을 보유하게 되므로 그 힘을 저장하고 있는 상태에 있는 것이다.When the piston 10 'reaches a top dead center, i.e., when the compressed stroke is ignited, the fuel compressed in the combustion chamber for the expansion stroke is ignited. Since the auxiliary piston 21 is pushed in a state of suppressing the spring member 23 as shown in FIG. 7, the shock priced at the instant of explosion is absorbed by the spring member 23 through the auxiliary piston 21. Therefore, the phenomenon in which the piston 10 'is disturbed by the impact of the piston near the top dead center or the shock is transmitted to the load side through the connecting rod in the vertical state is greatly reduced. On the other hand, the spring member 23 suppressed to absorb the impact is in a state of storing the force because it has a resilient elasticity in equilibrium with the force corresponding to the impact.

이어, 도 7과 같은 상태에서 충격 직후 연소가스 압력에 의해 피스톤(10')이 상사점을 지나서 하강하게 됨에 따라 연소실의 부피가 증가되어 그 압력이 억눌려진 스프링부재(23)의 탄력보다 약해지면, 억눌린 스프링부재(23)의 복원력에 의해 대단히 빠르게 상승된다. 이와같이 보조피스톤(21) 상승되면 연소실의 부피가 축소되어야 하는데, 사실상 피스톤(10')에 대하여 그 연소실은 하나의 고형체와 같으므로 보조피스톤(21)을 상승시키려는 스프링부재(23)에 저장된 힘에 대응한 복원력은 피스톤 헤드(11)를 역으로 가압하는 반력으로 작용하여 피스톤(10')의 그 하강운동을 가속화시키게 된다.Subsequently, when the piston 10 'is lowered through the top dead center by the combustion gas pressure immediately after the impact in the state as shown in FIG. 7, the volume of the combustion chamber is increased so that the pressure is weaker than the elasticity of the spring member 23 suppressed. , It is raised very quickly by the restoring force of the suppressed spring member 23. As such, when the auxiliary piston 21 is raised, the volume of the combustion chamber should be reduced. In fact, with respect to the piston 10 ', the combustion chamber is equal to one solid body, and thus the force stored in the spring member 23 for raising the auxiliary piston 21 is increased. The restoring force corresponding to this acts as a reaction force that presses the piston head 11 backward, thereby accelerating its downward movement.

즉, 폭발적으로 연소되는 연소가스 압력이 처음 가격되는 순간의 충격을 흡수하면서 그 충격에 상당하는 힘을 저장하였다가 그 충격 직후에 피스톤 운동을 가속화시키는 유효출력으로 회생시키는 작용을 수행하는 것이다.In other words, while absorbing the shock at the moment when the explosive combustion gas pressure is initially charged, it stores a force corresponding to the impact and regenerates it to an effective output to accelerate the piston movement immediately after the impact.

이상의 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명은 피스톤 헤드의 표면을 널링하여 그 표면적을 넓힘으로써 폭발적으로 연소되는 연소가스 압력에 의해 초기 가격되는 충격을 덜 받는 피스톤을 제공하고, 또한 그 충격을 흡수 및 저장하여 유효출력으로 회생시킬 수 있는 축력식 충격흡수장치를 결합시킨 피스톤을 제공하는 것이다.As described through the above embodiments, the present invention provides a piston that is initially impacted by the explosive combustion gas pressure by knurling the surface of the piston head to increase its surface area, and also absorbs the impact and It is to provide a piston incorporating an axial force shock absorber that can be stored and regenerated to an effective output.

따라서 본 발명은 내연기관에서의 팽창행정 초기의 큰 충격을 배제함으로써 피스톤노크 등의 기계소음을 현저히 줄이고, 충격을 흡수 및 저장하여 유효출력으로 회생시키므로 내연기관의 출력을 높여주는데 효과적이다. 뿐만 아니라 본 발명은 충격의 영향을 최소화하므로 마모를 줄일 수 있어서 수명을 연장시키고, 또한 높은 출력과 피스톤의 압축성능을 증강시켜 연료의 연소효율을 높여주게 되므로 저연비 및 매연감소에도 효과적인 발명이 될 것이다.Therefore, the present invention is effective in increasing the output of the internal combustion engine by eliminating the large impact of the initial stage of the expansion stroke in the internal combustion engine, significantly reducing the mechanical noise of the piston knock, and regenerating the effective output by absorbing and storing the impact. In addition, since the present invention minimizes the impact of impact, wear can be reduced, thereby prolonging service life, and also enhancing fuel output by increasing the high power and compression performance of the piston, thereby effectively reducing fuel consumption and soot. .

본 발명은 상기에 설명되고 도면으로 예시된 것에 의하여 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 다양한 형태의 변형 및 변용도 가능한 것이다.The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and various modifications and changes can be made within the scope of the following claims.

Claims (5)

내연기관의 실린더 내에 수용되어 연소가스 압력으로 이동하게 되는 내연기관의 피스톤에 있어서, 그 연소가스 압력이 가해지는 피스톤 몸체의 헤드에 그 표면적이 넓어지게 형성된 다수의 요철부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 충격흡수 피스톤.A piston of an internal combustion engine accommodated in a cylinder of an internal combustion engine and moved at combustion gas pressure, wherein the internal combustion engine has a plurality of uneven parts formed in the head of the piston body to which the combustion gas pressure is applied to increase its surface area. Shock absorbing piston of the engine. 내연기관의 실린더 내에 수용되어 연소가스 압력으로 이동하게 된 내연기관의 피스톤에 있어서, 연소가스 압력이 가해지는 피스톤 몸체의 헤드 표면에 오목하게 형성된 적어도 하나의 충격흡수실과, 이 충격흡수실에 이동가능하게 수용된 보조피스톤과, 이 보조피스톤에 가해지는 충격을 흡수하도록 수축된 후 복원하려는 탄력을 보유하여 그 보조피스톤을 충격에 대항하는 방향으로 지지하여 주는 스프링부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 충격흡수 피스톤.A piston of an internal combustion engine accommodated in a cylinder of an internal combustion engine and moved at combustion gas pressure, the piston comprising: at least one shock absorbing chamber concave on the head surface of the piston body to which combustion gas pressure is applied; And a spring member for holding the auxiliary piston in such a manner as to be resilient to absorb the impact applied to the auxiliary piston, and to support the auxiliary piston in a direction against the impact. Shock absorbing piston. 제2항에 있어서, 상기한 보조피스톤이 그 이동을 안내하도록 형성되는 안내봉을 가지고 있고, 상기한 충격흡수실 바닥면에 그 안내봉을 관통시켜 지지하도록 형성된 안내구멍이 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 충격흡수 피스톤.3. The internal combustion according to claim 2, wherein the auxiliary piston has a guide rod formed to guide the movement, and the guide rod is formed on the bottom of the shock absorbing chamber so as to support the guide rod through the guide rod. Shock absorbing piston of the engine. 제3항에 있어서, 상기한 안내구멍 외측에서 상기한 안내봉 단부를 이탈되지 않게 고정하는 수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 충격흡수 피스톤.4. The shock absorbing piston of an internal combustion engine according to claim 3, further comprising means for fixing the end of the guide rod outside the guide hole so as not to be detached. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 몸체의 헤드 표면 및 상기 보조피스톤에 그 표면적이 넓어지도록 다수의 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 충격흡수 피스톤.The shock absorbing piston of an internal combustion engine according to claim 2, wherein a plurality of uneven parts are formed on the head surface of the piston body and the auxiliary piston so as to widen the surface area thereof.
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