KR20020017022A - 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤 - Google Patents

Abstract

폭발 압력이 높은 디젤 엔진에 채용할 수 있도록 스커트 하단면을 타원 형상으로 형성하고, 고출력 엔진에서 온도가 매우 높아지게 되는 피스톤을 냉각시키도록 냉각 오일이 도입되는 오일 입구, 냉각 오일이 흐르면서 피스톤을 냉각시킬 수 있도록 된 오일 채널 및 냉각 오일을 배출하는 오일 출구로 구성되는 순환식 오일 갤러리(gallery) 냉각 시스템을 포함하고, 피스톤의 언더 크라운(under crown)부 단면을 돔(dome)형으로 함으로써 피스톤의 강성을 증대시킨 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤이 개시된다.

Description

오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤{AN ELLIPTICAL PISTON FOR DIESEL ENGINE COMPRISING OIL GALLERY COOLING SYSTEM}

본 발명은 직접 분사식 디젤 엔진에 사용되는 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤에 관한 것이다.

종래의 직접 분사식 디젤 엔진에 사용되는 피스톤은 스커트(skirt) 하단의 형상이 원통형으로 됨으로써, 피스톤의 중량이 무겁게 되며, 재료를 과다하게 사용해야 될 뿐만 아니라 엔진 출력 향상에도 불리하였다.

또한, 피스톤의 언더 크라운(under crown)부 형상이 주로 컨벤셔널 타입으로 됨으로써, 연소실에서 혼합기가 폭발할 때 생기는 높은 압력에 견딜 수 있는 강성 및 내구성이 부족하였다(도 3b 참조).

한편, 고출력의 엔진의 경우 높은 연소열에 의하여 피스톤의 온도가 상승되며, 이에 따라 현재의 타원형 피스톤의 냉각 방식으로는 피스톤의 강성 및 내구성에 심각한 영향을 미치게 되므로, 이를 보완해야 될 필요성이 있는 실정이다.

이를 보완하도록, 다른 기술로써 피스톤에서 고열에 취약한 부분인 피스톤 핀 홀에 황동으로 된 부싱(bushing)을 삽입하여 고온에 대비하였으나, 제조 공정 및 제조 단가의 면에서 매우 불리한 방식이다.

따라서, 본 발명에서는 피스톤의 경량화, 피스톤의 고열에 대한 뛰어난 냉각 능력 및 고출력 엔진에서의 피스톤의 강성 증가를 충족시킬 수 있는 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 제조 단가 및 제조 공정면에서 유리하고 고온 고압에 대한 대한 내성을 갖는 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하도록 본 발명에 따른 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤은 : 타원 형상으로 형성된 스커트 하부 단면, 및 냉각 오일이 도입되는 오일 입구, 분사된 오일이 통과하면서 피스톤을 냉각하도록 된 냉각 채널 및 피스톤을 냉각시킨 상기 오일을 배출하는 오일 출구로 구성되는 순환식 오일 갤러리 냉각 시스템을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 피스톤의 언더 크라운부 형상이 돔형으로 되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤에 따르면, 피스톤의 경량화, 냉각 효율 극대화 및 폭발 압력에 대한 강성을 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤의 저면도,

도 2a 및 2b는 도 1의 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤을 상세하게 나타낸 상세 단면도,

도 3a 및 3b는 각각 종래의 원통형 및 컨벤셔널(conventional) 타입의 피스톤을 나타낸 사시도, 및

도 3c 및 3d는 각각 본 발명에 따른 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤의 타원 형상 및 돔 형상을 나타낸 사시도이다.

이하 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 디젤 엔진용 타원형 피스톤의 저면도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디젤 엔진용 타원형 피스톤은 그의 스커트 하단면의 형상이 타원형으로 되어 있고, 피스톤 냉각 오일 입구(11)와 출구(12) 및 냉각 채널(13)이 형성되어 있다.

자동차용 엔진에 타원형을 적용한 경우는 폭발 압력이 낮은 가솔린 엔진용 피스톤에서 경량화의 방안으로 주로 사용되고 있으나, 디젤 엔진에 있어서는 높은 폭발 압력에 의해 피스톤의 운동이 불안정하게 됨으로써 타원형이 이용되지 않았으며, 전술한 바와 같이 원통형이 사용되고 있었다.

이에 대해, 본 발명의 디젤 엔진용 타원형 피스톤에서는 원통형 대신에 타원형으로 형성되어 있을 뿐만 아니라, 피스톤의 핀 보스쪽 상단 부위의 덧살을 제거함으로써 최대한으로 피스톤을 경량화할 수 있게 된다.

또한, 고출력 엔진의 경우에는 높은 연소열에 의하여 피스톤의 온도가 높아져 종래의 냉각 방식에 의해서는 피스톤의 강성 및 내구성에 심각한 영향을 미치게 된다. 이를 보완하기 위해, 원통형의 피스톤 형상에서는 헤드부쪽 두께가 두꺼워서공간을 확보할 수 있으므로 오일 갤러리 냉각 방식이 사용되고 있었으나, 경량화된 타원형의 피스톤 형상에서는 피스톤 레이 아웃에 어려움이 따르게 되므로, 이를 적용할 수가 없었다.

그러나, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 타원형 피스톤에서는 시뮬레이션 해석을 통하여 열응력 및 기계적 응력에 대한 최적의 설계를 함으로써, 피스톤 내부에 냉각 채널(13)을 형성하여 냉각 오일이 흐르도록 함으로써, 종래의 오일 분사 방식에 비하여 냉각 효과면에서 매우 우수하게 되고, 고출력의 엔진에도 적용할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 냉각 방식에서는, 오일 제트(oil jet)에 의해 피스톤의 오일 입구(11)측으로 오일을 분사하고, 분사된 오일은 냉각 채널(13)을 통해 흐르면서 피스톤 헤드 부분을 냉각시킨 다음, 오일 출구(12)를 통해 배출되어 계속적으로 순환하게 된다.

도 2a 및 2b에는 본 발명에 따른 디젤 엔진용 타원형 피스톤의 돔형상 및 오일 갤러리 냉각 시스템의 단면도가 도시되어 있다.

또한, 도 3a, 3b, 3c 및 3d에는 종래의 원통형 및 컨벤셔널 타입의 피스톤 및 본 발명에 따른 타원형 및 돔형의 피스톤을 사시도로 나타내고 있다.

상기 도면들에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 타원형 피스톤은 그의 언더 크라운부의 형상이 종래의 컨벤셔널 타입이 아닌 돔형으로 되어 있다.

현재 주로 사용되는 컨벤셔널 타입은 강성이 약하여 폭발 압력이 높은 고출력 엔진의 피스톤에는 적용할 수 없으며, 이를 보완하기 위해 본 발명에 따른 디젤 엔진용 타원형 피스톤에서는 돔형상을 채용함으로써 피스톤의 주요한 위험 부위의 응력에 대한 강성이 다음 표에 나타난 바와 같이 약 10%-30% 정도 증가된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 디젤 엔진용 타원형 피스톤에 따르면 타원 형상의 채용에 의한 피스톤의 경량화 효과, 순환식 오일 갤러리 냉각 방식의 채용에 의한 고출력 엔진에의 적용 가능성 및 돔 형상에 의한 높은 폭발 압력에 대한 강성 증가의 효과를 가져올 뿐만 아니라, 종래의 고열에 대비하여 보강하도록 피스톤 핀 홀에 부싱이 형성된 피스톤에 비하여 제조 단가 및 제조 공정면에서 유리하고 고온 고압에 대한 내성이 강한 효과를 제공한다.

이상 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 명세서에 설명된 내용으로 제한되지 않고 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (2)

1. 직접 분사식 디젤 엔진에 사용되는 피스톤에 있어서,

   타원 형상으로 형성된 스커트 하부 단면, 및

   냉각 오일이 도입되는 오일 입구(11), 분사된 오일이 통과하면서 피스톤을 냉각하도록 된 냉각 채널(13) 및 피스톤을 냉각시킨 상기 오일을 배출하는 오일 출구(12)로 구성되는 순환식 오일 갤러리 냉각 시스템을 포함함을 특징으로 하는 오일 갤러리 냉각 시스템을 가진 디젤 엔진용 타원형 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤의 언더 크라운부 형상이 돔형으로 됨을 특징으로 하는 디젤 엔진용 타원형 피스톤.