KR20050036098A - 디젤 엔진의 피스톤 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 연소실 내의 스퀴시 운동을 강화시켜 연료와 공기의 혼합성이 향상되도록 하기 위한 디젤 엔진의 피스톤 구조에 관한 것으로,
인젝터에서 분사되는 연료가 스월(Swirl) 및 스퀴시(Squish) 유동을 일으키면서 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성되는 엔진의 피스톤에 있어서,
상기한 피스톤의 압축행정시 상기한 보울의 내측면으로 피스톤 상측의 흡기가 바로 입력될 수 있도록 상기 피스톤의 상부면과 보울의 내측면을 잇는 홀이 상기 보울의 중앙을 향해 방사상으로 다수 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 피스톤 구조{Piston in engine}
본 발명은 디젤 엔진의 피스톤 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 연소실 내의 스퀴시(Squish) 유동을 강화시켜 연료와 공기의 혼합성이 향상되도록 하기 위한 디젤 엔진의 피스톤 구조에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 엔진은 연소개시 전에 공기와 연료를 균일하게 혼합시킨 혼합기를 점화 플러그로써 점화시켜 연소되도록 하는 것이 원칙이며, 디젤 엔진은 공기만을 흡입하여 고압축비로 압축한 후 여기에 연료를 고압으로 분사시킴으로서 자기착화 연소에 도달되도록 하는 것이 원칙이다. 특히, 일반적인 디젤 엔진은 인젝터에서 분사되는 연료를 피스톤에 형성된 보울에서 스월시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하여 연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.
도 5는 종래 디젤엔진의 연소실을 설명하기 위한 정단면도로서, 흡기의 유입을 위한 흡기포트(11)와 배기가스의 배출을 위한 배기포트(12)가 연소실(13)의 상측에 연결되어 있고, 연소실(13)의 상측 중앙부분에는 연료의 분사를 위한 인젝터(14)가 형성되어 있다. 특히, 상기 인젝터(14)에는 연료가 사방으로 분사될 수 있도록 보통 5~6개의 분사공이 형성되어 있다.
그리고 연소실(13)에는 공기 압축을 위한 피스톤(20)이 설치되는데, 이 피스톤(20)의 상면에서 피스톤 바디(21)의 내측을 향해 도면에 도시된 것과 같이 인젝터(14)에서 분사되는 연료가 스월 및 스퀴시 유동되도록 하기 위한 보울(22)이 형성되어 있다.
따라서, 흡기포트(11)를 통해 흡입된 공기가 피스톤(20)의 상승에 의해 압축된 상태에서 인젝터(14)에서 고압의 연료가 분사되면, 상기 인젝터(14)에서 분사된 연료가 상기 피스톤(20)의 상면에 형성된 보울(22)에서 스월을 일으키면서 난류를 형성하는 공기와 혼합되는 것이다.
그런데 상기와 같이 구성된 연소실 구조의 엔진에서 엔진이 저속운전영역에서 운전되는 조건에서 스월 강도가 약해짐으로 인해 고압분사 액적이 실린더 벽면에 묻어 연소성능이 악화될 뿐만 아니라 배기가스 측면이 악화되는 등의 문제점이 있었다. 한편, 일부의 엔진에서는 상기와 같은 현상을 줄이기 위해서 엔진의 운전영역변화에 따라 인젝터의 높이가 가변되도록 하여 연료분사시(피스톤의 압축행정말기시)에 연료의 분사위치가 상승되도록 하는 장치가 적용되기도 하지만, 이와 같이 엔진의 운전영역에 따라서 인젝터의 위치를 가변시키기 위해서는 복잡한 기계장치 및 전자제어장치가 필요하게 되는 등의 구조적인 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 연소실 내의 스퀴시 운동을 강화시켜 연료와 공기의 혼합성이 향상되도록 하기 위한 디젤 엔진의 피스톤 구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
인젝터에서 분사되는 연료가 스월(Swirl) 및 스퀴시(Squish) 유동을 일으키면서 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성되는 엔진의 피스톤에 있어서,
상기한 피스톤의 압축행정시 상기한 보울의 내측면으로 피스톤 상측의 흡기가 바로 입력될 수 있도록 상기 피스톤의 상부면과 보울의 내측면을 잇는 홀이 상기 보울의 중앙을 향해 방사상으로 다수 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 피스톤의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 의해 형성된 피스톤이 적용된 상태도이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성된 피스톤을 지시하는 것이고, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에 사용된 부호가 그대로 인용된다.
상기한 피스톤(30)은 종래의 일반적인 엔진에서의 피스톤과 같이, 상기 피스톤(30)의 상부면(32)에서 피스톤 바디(31)의 내측을 향해서 흡입공기의 스월 및 스퀴시 유동을 유도하기 위한 보울(35)이 형성된다.
그리고 상기한 피스톤(30)의 상부면(32)에서 상기 보울(33)의 내측면(34)으로 바로 흡입공기가 유도될 수 있도록 하기 위한 다수의 홀(35)이 관통형성된다. 즉, 상기한 홀(35)의 유입구(35a)는 상기 피스톤(30)의 상부면(32)에 연통되고, 상기 홀(35)의 유출구(35b)는 상기 보울(33)의 내측면(34)에 연통형성되는 것이다.
상기한 홀(35)의 형성방향은 도 2에서와 같이, 외주에서 보울(33)의 중앙방향을 향해 모이는 방사상의 방향으로 형성되어, 상기한 홀(35)을 통과하여 입력된 흡기가 보울(33)의 하측에서 상측으로 향하면서 스퀴스 유동을 하도록 형성된다.
한편, 상기한 홀(35)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기한 홀(35)의 유입구(35a)와 유출구(35b)의 연결방향이 경사지게 형성되어, 상기 피스톤(30)의 평면위치에서 바라볼 때 바람개비형상으로 형성될 수도 있는 것이다. 본 발명의 실시예에서는 상기 홀(35)의 경사방향은 특정되지 않았으나, 홀(35)의 경사방향은 흡기 포트(11)에서 입력되는 흡입공기의 흡입방향에 순응하도록 형성되면 될 것이다. 이와 같이 홀(35)이 경사진 방향으로 형성되는 경우에는 상기 홀(35)을 통해 형성되는 스퀴시 유동은 하측에서 경사진 상측의 방향으로 형성되어진다.
따라서 도 2와 도 3에 도시되는 바와 같이 관통형성된 홀(35)에 의해서 발생되는 하측방향에서 상측방향을 향하는 스퀴시 유동은 상기 피스톤(30) 자체가 상향이동되면서 발생되는 상측방향에서 하측방향을 향하는 스퀴시 유동과 혼합되므로서 연소실 내로 입력된 흡입공기와 연료의 혼합성능의 향상이 이루어지는 것이다.
도 4는 상기한 피스톤(30)의 동작에 의해서 형성되는 흡기의 스퀴스 유동현상을 대략적으로 표현하는 것으로, 엔진의 흡기 포트(11)를 통해 연소실(13)로 입력된 흡입공기는 피스톤(30)의 상승과정에서 압축된다. 이 과정에서 대부분의 흡입공기는 상기한 보울(32)을 통해서 스윌 유동(멤돌이 유동) 및 스퀴시 유동(상측에서 하측을 향하는 유동)을 발생시키고, 일부의 흡입공기는 상기한 홀(35)을 통해서 상기 보울(33)의 내측으로 바로 입력된 후 하측에서 상측을 향하는 스퀴시 유동을 일으키게 된다. 따라서 인젝터(14)에서 분사되는 연료는 연소실(13) 내의 흡입공기의 스월 및 스퀴시 유동에 의해서 미립화기 촉진되어 흡입공기와 혼합되어진다.
이와 같이 연소실 내의 흡입공기와 연료의 혼합효율이 향상되므로서, 엔진의 연비가 좋아지게 되고 배기가스의 측면에서도 유리하게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 피스톤의 상부면과 보울의 내측면을 바로 연결하는 홀이 관통형성되므로서, 피스톤의 상향이동시에 상기한 홀을 통해서 입력되는 흡입공기의 하측방향에서 상측방향을 향하는 스퀴시 유동과, 피스톤 자체가 상승되면서 보울에 의해서 형성되는 상측방향에서 하측방향을 향하는 스퀴시 유동이 혼합되면서, 연료와 흡입공기의 혼합효율이 향상되어 엔진의 연비가 우수하게 될 뿐만 아니라, 배기가스의 배출 측면에서도 유리하게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 단면도.
도 2는 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 피스톤의 평면도.
도 4는 본 발명에 의해 형성된 피스톤이 적용된 상태도.
도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 흡기 포트 12 : 배기 포트
13 : 연소실 14 : 인젝터
30 : 피스톤 31 : 피스톤 바디
32 : 상부면 33 : 보울
34 : 내측면 35 : 홀
35a : 유입구 35b : 유출구

Claims (2)

  1. 인젝터에서 분사되는 연료가 스월(Swirl) 및 스퀴시(Squish) 유동을 일으키면서 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성되는 엔진의 피스톤에 있어서,
    상기한 피스톤(30)의 압축행정시 상기한 보울(33)의 내측면(34)으로 피스톤(30) 상측의 흡기가 바로 입력될 수 있도록 상기 피스톤(30)의 상부면(32)과 보울(33)의 내측면(34)을 잇는 홀(35)이 상기 보울(33)의 중앙을 향해 방사상으로 다수 형성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 피스톤 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 피스톤(30) 상측면(32)에 위치되는 상기 홀(35)의 유입구(35a) 위치와 상기 보울(33)의 내측면(34)에 위치되는 상기 홀(35)의 유출구(35b) 위치는 경사진 방향으로 이어져, 상기 홀(35)들은 바람개비형상으로 배치된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 피스톤 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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