KR20120072746A - Piston for internal combustion engine - Google Patents

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KR20120072746A
KR20120072746A KR1020100134628A KR20100134628A KR20120072746A KR 20120072746 A KR20120072746 A KR 20120072746A KR 1020100134628 A KR1020100134628 A KR 1020100134628A KR 20100134628 A KR20100134628 A KR 20100134628A KR 20120072746 A KR20120072746 A KR 20120072746A
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piston
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김성철
이용석
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현대중공업 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

PURPOSE: A piston for an internal combustion engine is provided to improve engine performance by increasing a combustion speed with improving mixing characteristic of air and fuels. CONSTITUTION: A piston for an internal combustion engine comprises a bowl(20) formed in the center of a piston head. The bowl comprises at least three projected portions(21) and connecting parts(22). The connecting parts connect neighboring projected portions. The bowl comprises three to five projected portions and the projected portions are placed with facing each other. The upper and lower diameters of the bowl are same, and the bowl comprises a vertical wall inside.

Description

내연기관용 피스톤{PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}Piston for internal combustion engine {PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 피스톤에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤의 헤드에 형성되는 바울(bowl)의 형상에 관한 것이다.
The present invention relates to a piston for an internal combustion engine, and more particularly, to the shape of a bowl formed in the head of the piston.

일반적으로 엔진의 작동 원리를 간단히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 흡기 밸브를 통해 연소실 내에 공기와 연료의 혼합기를 흡입하여 피스톤으로 압축한 후, 이를 점화 연소시켜 폭발과 동시에 고온, 고압의 팽창 가스를 발생시킨다. 이때, 고온, 고압 팽창 가스의 압력에 의해 피스톤이 왕복직선운동하게 된다. 피스톤의 왕복운동은 피스톤 핀으로 연결된 커넥팅 로드로 전달되어 회전운동으로 변환되어 커넥팅 로드에 연결된 크랭크축을 회전시키게 된다. In general, the operating principle of the engine is briefly described as follows. First, a mixture of air and fuel is sucked into the combustion chamber through an intake valve, compressed into a piston, and then ignited and burned to generate an explosion gas at the same time as the explosion. At this time, the piston is reciprocated linearly by the pressure of the high temperature, high pressure expansion gas. The reciprocating motion of the piston is transmitted to the connecting rod connected by the piston pin and converted into rotational movement to rotate the crankshaft connected to the connecting rod.

이러한 내연기관에 사용되고 있는 종래 피스톤은, 피스톤 핀이 삽입되는 보스를 형성한 스커어트부 상부에 피스톤 헤드가 형성되고, 상기 피스톤 헤드 외주에는 앤드 갭을 갖으며 연소실의 팽창 가스가 누설되는 것을 방지하는 상하부 압축링이 삽입되는 링그루브와 앤드 갭을 갖으며 오일이 연소실 내로 유입되는 것을 방지하는 오일링이 삽입되는 링그루브를 각각 형성함과 동시에 오일링이 삽입되는 링그루브에는 과잉된 오일을 피스톤 내부로 유출시키는 다수의 배유공을 포함한다.Conventional pistons used in such internal combustion engines have a piston head formed on an upper portion of a skirt portion that forms a boss into which a piston pin is inserted, and has an end gap on the outer circumference of the piston head and prevents expansion gas in the combustion chamber from leaking. Ring grooves having end grooves and ring gaps into which upper and lower compression rings are inserted and oil rings are inserted to prevent oil from flowing into the combustion chamber. It includes a plurality of drainage holes for outflow.

이와 같이 구성된 종래 피스톤은, 엔진의 행정으로 피스톤이 왕복직선 운동 할 때, 상기 피스톤이 실린더 벽을 따라 상하 방향으로 이동하고, 이 때 피스톤의 링그루브에 삽입된 상하부 압축링과 오일링도 피스톤과 함께 이동하되, 상기 상하부 압축링은 연소실 내의 폭발 가스가 누출되지 않도록 기밀을 유지하고, 오일링은 실린더 벽과의 마찰을 감소시키기 위해 적당량의 오일만 실린더 벽에 남기고, 나머지 오일이 연소실 내로 유입되지 않도록 실린더 벽에서 대부분의 오일을 긁어 오일링의 배유구를 통해 피스톤 내부로 배출시킨다.In the conventional piston configured as described above, when the piston reciprocates linearly with the stroke of the engine, the piston moves up and down along the cylinder wall, and the upper and lower compression rings and oil rings inserted in the ring groove of the piston are also accompanied by the piston. The upper and lower compression rings are kept airtight so that the explosion gas in the combustion chamber does not leak out, and the oil ring leaves an appropriate amount of oil on the cylinder wall to reduce friction with the cylinder wall, and the remaining oil does not flow into the combustion chamber. Most oil is scraped off the wall and drained into the piston through the oil ring drain.

여기서, 피스톤 상부면의 바울의 형상은 연소실 내 유동 특성을 결정짓는 중요한 인자이다. 특히, 엔진의 연소실에서의 유동이 어떻게 이루어지느냐에 따라 엔진의 성능이 크게 달라지므로, 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 바울의 형상이 요구된다.
Here, the shape of the Paul on the upper surface of the piston is an important factor in determining the flow characteristics in the combustion chamber. In particular, since the performance of the engine varies greatly depending on how the flow in the combustion chamber of the engine is made, a Paul shape that can improve the performance of the engine is required.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 중심으로부터 돌출된 적어도 3개의 돌출부들을 구비하는 리프(leaf) 형상을 갖는 바울을 포함하는 내연기관용 피스톤을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a piston for an internal combustion engine including a Paul having a leaf shape having at least three protrusions protruding from the center.

상기 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은 내연기관용 피스톤에 있어서, 피스톤 헤드의 중앙부에 함몰 형성된 바울을 포함하며, 상기 바울은 중심으로부터 돌출된 적어도 3개의 돌출부들을 구비하는 리프(leaf) 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a piston for an internal combustion engine, which includes a recess formed in a central portion of a piston head, which has a leaf shape having at least three protrusions protruding from the center. It is characterized by.

본 발명에 따르면, 피스톤 헤드의 중앙부에 함몰 형성된 바울이 중심으로부터 돌출된 적어도 3개의 돌출부들을 구비하는 리프(leaf) 형상을 갖도록 한다. 이를 통해, 연소실 내 난류(turbulence)를 강화하여, 공기와 연료의 혼합 특성을 향상시키고, 연소 속도를 증가시켜 엔진의 성능을 개선할 수 있다.
According to the present invention, the Paul recessed in the central portion of the piston head has a leaf shape with at least three protrusions protruding from the center. Through this, it is possible to enhance turbulence in the combustion chamber, to improve the mixing characteristics of air and fuel, and to improve the performance of the engine by increasing the combustion speed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤이 실린더 헤드에 위치된 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바울의 형태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤의 헤드를 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view showing a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention located in a cylinder head.
3 is a plan view for explaining the form of the Paul according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a head of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, the term or word used in the present specification and claims is based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best explain the invention of his own. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤의 구조를 나타내는 사시도로서, 설명의 편의를 위해 실린더는 생략하고 피스톤의 구조만을 나타내었다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤이 실린더 헤드에 위치된 상태의 단면도로서, 도 1의 제1방향(I-I') 단면도를 나타낸다.1 is a perspective view showing the structure of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, the cylinder is omitted for convenience of description and only the structure of the piston. FIG. 2 is a cross-sectional view of a piston for an internal combustion engine according to an exemplary embodiment of the present invention positioned in a cylinder head, and illustrates a cross-sectional view of the first direction I-I 'of FIG. 1.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤(10)은 내연기관의 실린더(11) 내부에 위치 구성되고, 하부의 커넥팅 로드(12)에 의해 실린더 내부를 상하 왕복운동하게 된다.As shown in Figure 1 and 2, the piston 10 for the internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is configured to be located inside the cylinder 11 of the internal combustion engine, the interior of the cylinder by a lower connecting rod 12 Will reciprocate up and down.

피스톤(10)은 헤드(13)의 중앙부에 함몰 형성된 바울(20)을 포함하며, 바울(20)은 중심으로부터 돌출된 적어도 3개의 돌출부들(21)을 구비하는 리프(leaf) 형상을 갖는다. 여기서, 바울(20)은 3개 내지 5개의 돌출부들(21)을 구비하는 리프 형상을 갖는 것이 더욱 바람직하다. The piston 10 includes a Paul 20 recessed in the center of the head 13, which has a leaf shape with at least three protrusions 21 protruding from the center. Here, it is more preferable that the Paul 20 has a leaf shape having three to five protrusions 21.

본 도면에서는 일 예로서 4개의 돌출부들(21)을 갖는 경우에 대해 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 바울(20)이 3개 이상의 돌출부들(21)을 구비하는 리프 형상을 갖는 경우를 모두 포함한다.In the drawings, but has been shown as a case having four protrusions 21 as an example, the present invention is not limited to this, the present invention is a Paul (20) having three or more protrusions (21) It includes all cases having a leaf shape.

여기서, 돌출부들(21)은 대칭으로 배열되는 것이 바람직하며, 특히, 짝수 개의 돌출부들(21)이 구비될 경우에는 좌우대칭으로 배열되는 것이 바람직하다. 일 예로, 3개의 돌출부들(21)을 구비하는 경우에는 이웃한 돌출부들(21) 간의 각도가 120도가 되도록 대칭으로 배열한다. 다른 예로, 4개의 돌출부들(21)을 구비하는 경우에는 이웃한 돌출부들(21)이 간의 각도가 90도가 되도록 대칭으로 배열하며, 이 경우에는 돌출부들(21)이 좌우 대칭으로 배열된다.Here, the protrusions 21 are preferably arranged symmetrically, and in particular, when the even number of protrusions 21 is provided, it is preferable that the protrusions 21 are arranged symmetrically. For example, when the three protrusions 21 are provided, they are arranged symmetrically such that an angle between the adjacent protrusions 21 is 120 degrees. As another example, when the four protrusions 21 are provided, the adjacent protrusions 21 are symmetrically arranged so that the angle between them is 90 degrees. In this case, the protrusions 21 are symmetrically arranged.

각 돌출부(21)는 곡률진 호형인 것이 바람직하며, 이웃한 돌출부들(21)을 연결하는 연결부들(22) 또한 곡률진 호형인 것이 바람직하다. 돌출부(21)의 곡률과 연결부(22)의 곡률은 동일하거나 상이할 수 있다.Each protrusion 21 is preferably a curved arc shape, and the connecting portions 22 connecting the adjacent protrusions 21 are also preferably a curved arc shape. The curvature of the protrusion 21 and the curvature of the connecting portion 22 may be the same or different.

바울(20)의 저면은 평면인 것이 바람직하다.The bottom of Paul 20 is preferably flat.

바울(20)은 상부와 하부의 직경이 동일한 형태를 갖거나, 상부에 비해 하부의 직경이 좁은 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 바울(20)의 상부와 하부 직경이 동일할 경우 바울(20)의 내벽은 저면에 대해 수직하여 형성된다. 다른 예로, 바울(20)의 상부에 비해 하부의 직경이 좁은 형태를 갖는 경우, 바울(20)의 내벽은 기울어진 경사면으로 형성된다. 여기서, 바울(20)의 내벽의 각도(θ)에 따라 압축비가 달라지는데, 엔진의 압축비 및 연소실 구성품과의 상호 작용에 의한 연소특성이 최적이 되도록 각도(θ)가 선정되는 것이 바람직하다.
Paul 20 may have the same shape of the upper and lower diameters, or may have a narrower diameter of the lower than the upper. For example, when the upper and lower diameters of the Paul 20 are the same, the inner wall of the Paul 20 is formed perpendicular to the bottom. As another example, when the diameter of the lower part is narrower than the upper part of the Paul 20, the inner wall of the Paul 20 is formed with an inclined slope. Here, although the compression ratio varies depending on the angle θ of the inner wall of the Paul 20, the angle θ is preferably selected so that the combustion characteristics due to the compression ratio of the engine and the interaction with the combustion chamber components are optimized.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바울의 형태를 설명하기 위한 평면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 피스톤의 헤드를 나타낸 단면도로서, 도 3의 제1방향(I-I')단면도이다.3 is a plan view for explaining the form of the Paul according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view illustrating a head of an internal combustion engine piston according to an exemplary embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in the first direction I-I 'of FIG. 3.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바울(20)은 좌우대칭으로 배열된 4개의 돌출부들(20)을 구비하는 리프 형상을 갖는다. 본 도면에서는 돌출부들(20)과 연결부들(21)이 동일한 곡률의 호형을 갖는 경우에 대해 도시하였으나, 돌출부들(20)과 연결부들(21)이 상이한 곡률을 갖는 것 또한 가능하다.As shown in FIGS. 3 and 4, the paul 20 according to an embodiment of the present invention has a leaf shape having four protrusions 20 arranged in a symmetrical manner. Although the protrusions 20 and the connection parts 21 have arc shapes of the same curvature in the drawing, it is also possible for the protrusions 20 and the connection parts 21 to have different curvatures.

여기서, 4개의 돌출부들(20) 중 마주보고 형성된 두 개의 돌출부들(20)을 포함하는 제1직경(D1)은 마주보고 형성된 연결부들 사이의 제2직경(D2) 보다 큰 값을 갖는다(D1>D2). 제1직경(D1)과 제2직경(D2)의 수치는 해당 엔진의 보어(Bore) 한계 내에서 연소실 구성품과의 상호작용에 의한 연소 특성이 최적이 될 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.Here, the first diameter D1 including two protrusions 20 facing each other among the four protrusions 20 has a larger value than the second diameter D2 between the connection parts facing each other (D1). > D2). The numerical values of the first diameter D1 and the second diameter D2 are preferably designed so that the combustion characteristics by interaction with the combustion chamber components can be optimized within the bore limits of the engine.

또한, 바울(20)의 내벽 각도(θ) 및 깊이(H)는 압축비 또는 연소 특성을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
In addition, the inner wall angle θ and the depth H of the Paul 20 are preferably designed in consideration of the compression ratio or combustion characteristics.

전술한 바와 같이, 피스톤 헤드(13)에 리프 형태의 바울(20)이 구비되는 경우, 돌출부가 없는 바울을 구비하는 경우에 비해 연소실 내 난류(turbulence)가 개선된다. 따라서, 공기와 연료의 혼합 특성이 향상된다. 또한, 연소 속도를 증가시켜 엔진의 성능을 개선할 수 있다.
As described above, when the piston head 13 is provided with the leaf-shaped paul 20, the turbulence in the combustion chamber is improved as compared to the case with the paul without the protrusion. Therefore, the mixing characteristic of air and fuel is improved. In addition, it is possible to improve the performance of the engine by increasing the combustion speed.

이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention as being capable of various modifications, but the present invention is not limited to such an embodiment, and the embodiment is simply applied in combination with the known art. Together with the claims and the detailed description of the present invention it will be seen that the technology that can be used by those skilled in the art that the present invention belongs to be included in the technical scope of the present invention.

10 : 피스톤 11 : 실린더
12 : 커넥팅로드 13 : 헤드
20 : 바울 20a : 바울 내부 바닥면
21 : 돌출부 22 : 연결부10: piston 11: cylinder
12: connecting rod 13: head
20: Paul 20a: the inner surface of Paul
21: projection 22: connection

Claims (6)

피스톤 헤드의 중앙부에 함몰 형성된 바울(bowl)을 포함하며,
상기 바울은 중심으로부터 돌출된 적어도 3개의 돌출부들와 이웃한 돌출부들을 연결하는 연결부들을 구비하는 리프(leaf) 형상을 갖는
내연기관용 피스톤.
A recess formed in the center of the piston head,
The Paul has a leaf shape having at least three protrusions protruding from the center and connecting portions connecting adjacent protrusions.
Pistons for internal combustion engines.
제1항에 있어서,
상기 바울은,
3개 내지 5개의 돌출부들을 구비하며, 상기 돌출부들은 대칭으로 배열된
내연기관용 피스톤.
The method of claim 1,
Paul said,
Three to five protrusions, the protrusions being symmetrically arranged
Pistons for internal combustion engines.
제1항에 있어서,
상기 바울의 내부 바닥면은 평면인
내연기관용 피스톤.
The method of claim 1,
Paul's inner bottom is flat
Pistons for internal combustion engines.
제1항에 있어서,
상기 바울은 상부와 하부의 직경이 동일하며, 저면에 대해 수직인 내벽을 갖는
내연기관용 피스톤.
The method of claim 1,
Paul has the same diameter of the upper and lower, and has an inner wall perpendicular to the bottom
Pistons for internal combustion engines.
제1항에 있어서,
상기 바울은 상부에 비해 하부의 직경이 좁고, 경사진 내벽을 갖는
내연기관용 피스톤.
The method of claim 1,
The Paul has a narrower diameter at the bottom than the top and has an inclined inner wall.
Pistons for internal combustion engines.
제1항에 있어서,
상기 돌출부 및 상기 연결부는 곡률진 호형을 갖는
내연기관용 피스톤.
The method of claim 1,
The protrusion and the connecting portion has a curved arc shape
Pistons for internal combustion engines.
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