KR20150085084A - 내연 기관의 피스톤 및 상기 피스톤을 구비하는 내연 기관 - Google Patents

내연 기관의 피스톤 및 상기 피스톤을 구비하는 내연 기관 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 피스톤은 흡기측 리세스와 배기측 리세스를 포함한다. 흡기측 리세스와 배기측 리세스 중의 적어도 하나의 리세스의 주변 엣지에서, 규정된 방향에서 리세스의 일측에 있는 피스톤 상부 표면의 일부에 리세스가 연결되는 부분의 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경은, 규정된 방향에서 리세스의 타측에 있는 피스톤 상부 표면의 일부에 리세스가 연결되는 부분의 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경보다 더 작다.

Description

내연 기관의 피스톤 및 상기 피스톤을 구비하는 내연 기관{PISTON OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE PROVIDED THEREWITH}
본 발명은 연소실에서 텀블 유동 (tumble flow) 을 발생시키는 내연 기관의 피스톤 및 상기 피스톤을 구비하는 내연 기관에 관한 것이다.
흡기 포트로부터 연소실로 유입하는 흡입 공기에 의해 연소실에서 텀블 유동이 발생하면, 흡입 공기의 흐름에 교란이 발생한다. 결과적으로, 공기-연료 혼합물 (air-fuel mixture) 의 연소 속도가 증가하고, 따라서 공기-연료 혼합물이 안정적으로 연소된다 (예를 들어, 일본 특허출원공보 2010－53710호 (JP 2010-53710 A) 참조).
피스톤 상부 표면에 흡기 밸브나 배기 밸브와의 접촉을 회피하기 위한 리세스가 형성되는 피스톤이 공지되어 있다. 이러한 유형의 피스톤을 사용하는 내연 기관에 있어서, 연소실 내의 텀블 유동의 발생에 의해 피스톤 상부 표면을 따라서 공기-연료 혼합물이 유동하면, 이 리세스로 유입 및 유출하는 공기-연료 혼합물은 텀블 유동의 감쇠로 이어질 수도 있다.
따라서, 본 발명은 연소실 내에서 발생되는 텀블 유동의 감쇠를 억제하는 내연 기관의 피스톤, 및 상기 피스톤을 구비하는 내연 기관을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 내연 기관의 피스톤에 관한 것이다. 이러한 피스톤은 피스톤 상부 표면에 형성되는, 흡기 밸브용의 흡기측 리세스 및 피스톤 상부 표면에 형성되는, 배기 밸브용의 배기측 리세스를 포함한다. 흡기측 리세스와 배기측 리세스가 일렬이 되는 방향을 규정된 방향으로 한 때에, 피스톤은, 연소실 내에서, 피스톤 상부 표면의 위에서 규정된 방향의 일측으로부터 규정된 방향의 타측을 향해 흐르는 흡기의 흐름을 생성하는 텀블 유동을 발생시킨다. 또한, 흡기측 리세스와 배기측 리세스 중의 적어도 하나의 리세스의 주변 엣지에서, 규정된 방향에서 리세스의 일측에 있는 피스톤 상부 표면의 일부에 리세스가 연결되는 부분의 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경은, 규정된 방향에서 리세스의 타측에 있는 피스톤 상부 표면의 일부에 리세스가 연결되는 부분의 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경보다 더 작다.
전술한 양태의 피스톤은 연소실 내에서 텀블 유동을 발생시키는 내연 기관에 적용될 수도 있다. 이러한 경우에, 리세스의 주변 엣지의 일측 부분 (즉, 일측에 있는 부분) 의 곡률 반경이 타측 부분 (즉, 다른 측에 있는 부분) 의 곡률 반경보다 더 작기 때문에, 규정된 방향의 일측으로부터 리세스 근처로 유동된 공기-연료 혼합물은 리세스로 유입하기 어려울 것이다. 또한, 공기-연료 혼합물이 리세스에 유입하지 않으면서 리세스의 주변 엣지의 타측 부분에 이르면, 타측 부분의 곡률 반경이 일측 부분의 곡률 반경보다 더 크기 때문에, 공기-연료 혼합물의 유동은 타측 부분에 의해 피스톤 상부 표면의 형상을 따르는 유동에 대해 원활히 조정할 수 있다. 즉, 공기-연료 혼합물은, 리세스로의 유입을 억제하면서 피스톤 상부 표면을 따라서 규정된 방향으로 일 방향으로부터 다른 방향을 향하여 유동하고, 따라서 연소실 내에 발생한 텀블 유동의 감쇠는 억제될 수 있다.
주변 엣지의 일측 부분의 곡률 반경이 타측 부분의 곡률 반경보다 더 작은 구성을 갖는 리세스는 규정된 방향에서 일렬로 된 흡기측 리세스와 배기측 리세스 중 단 하나의 리세스에 대해서만 사용될 수도 있지만, 텀블 유동의 감쇠 억제 효과를 높이기 위하여, 전술한 구성을 갖는 리세스가 양자의 흡기측 리세스와 배기측 리세스에 대해 사용될 수도 있다.
또한, 흡기측 리세스와 배기측 리세스 중의 하나의 리세스의 주변 엣지의 일측 부분의 곡률 반경은 다른 리세스의 주변 엣지의 타측 부분의 곡률 반경보다 더 작을 수도 있다. 그 결과, 공기-연료 혼합물이 규정된 방향에서 하나의 리세스 위로 통과하면, 공기-연료 혼합물은 하나의 리세스로 유입하기 어려울 것이다. 따라서, 연소실 내에서 발생한 텀블 유동의 감쇠는 억제될 수 있다.
추가로, 흡기측 리세스와 배기측 리세스 중의 하나의 리세스의 주변 엣지의 타측 부분의 곡률 반경은 다른 리세스의 주변 엣지의 일측 부분의 곡률 반경보다 더 클 수도 있다. 그 결과, 공기-연료 혼합물이 규정된 방향에서 다른 리세스 위로 통과하면, 공기-연료 혼합물은 다른 리세스로 유입하기 어려워질 것이다. 따라서, 연소실 내에서 발생한 텀블 유동의 감쇠는 억제될 수 있다.
또한, 피스톤 상부 표면에 형성되는, 흡기 밸브용의 흡기측 레세스와 피스톤 상부 표면에 형성되는, 배기 밸브용의 배기측 리세스가 일렬이 되는 방향을 규정된 방향으로 한 때에, 피스톤 상부 표면의 위에서 규정된 방향의 일측으로부터 규정된 방향의 타측으로 흐르는 흡입 공기의 흐름을 생성하는 텀블 유동을 발생시키는 내연 기관이 전제된다. 이러한 내연 기관에 제공된 피스톤은 절술한 양태의 피스톤일 수도 있다. 이러한 구성으로, 전술한 내연 기관의 피스톤에 의해 얻어진 것들과 유사한 작용 및 효과들이 얻어질 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적 그리고 산업적 중요성은, 동일한 숫자들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 후술될 것이다.
도 1 은 내연 기관의 일 예시적인 실시형태의 프레임 포맷을 보여주는 단면도이다.
도 2 는 피스톤 상부 표면의 프레임 포맷을 보여주는 평면도이다.
도 3a 는 도 2 의 라인 3-3 을 따라서 화살표 방향으로 취해진 단면도이다.
도 3b 는 도 3a 의 일 부분의 확대도이다.
도 3c 는 도 3a 의 다른 부분의 확대도이다.
도 3d 는 도 3a 의 추가의 다른 부분의 확대도이다.
도 3e 는 도 3a 의 여전히 다른 부분의 확대도이다.
도 4a 는 비교예에 따른 피스톤의 일부의 단면도이다.
도 4b 는 도 4a 의 일 부분의 확대도이다.
도 4c 는 도 4a 의 다른 부분의 확대도이다.
도 4d 는 도 4a 의 추가의 다른 부분의 확대도이다.
도 4e 는 도 4a 의 여전히 다른 부분의 확대도이다.
도 5 는 크랭크축의 회전각과 텀블비 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6 은 크랭크축의 회전각과 공기-연료 혼합물의 흐름의 교란 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
이하에서, 연소실 내에 텀블 유동을 발생시키는 내연 기관의 일 예시적인 실시형태가 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명될 것이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 내연 기관 (11) 의 실린더 블록 (12) 에 실린더 헤드 (13) 가 조립되고, 이러한 실린더 블록 (12) 의 실린더 (14) 내에 왕복 방식으로 실린더 헤드 (13) 를 향하게 그리고 실린더 헤드 (13) 로부터 멀어지게 이동하는 피스톤 (15) 이 제공된다. 또한, 실린더 (14) 에서 실린더 헤드 (13) 와 피스톤 (15) 사이에 연소실 (16) 이 형성된다.
이 예시적인 실시형태에서, 실린더 (14) 내에서 피스톤 (15) 이 왕복 방식으로 이동하는 방향은 "구동 방향" 으로 불릴 것이다. 또한, 연소실 (16) 의 용적이 더 작아지는 방향으로의 측, 즉, 도 1 에서 상부측은 "구동 방향의 일측" 으로 불릴 것이고, 연소실 (16) 의 용적이 더 커지는 방향으로의 측, 즉, 도 1 에서 하부측은 "구동 방향의 타측" 으로 불릴 것이다.
실린더 (14) 의 중앙을 향하는 위치에서 점화 플러그 (17) 가 실린더 헤드 (13) 에 장착된다. 또한, 도 1 에서 점화 플러그 (17) 의 좌측에는 복수 (본 예시적인 실시형태에서는 2 개) 의 흡기 포트들 (18) 이 제공되고, 도 1 에서 점화 플러그 (17) 의 우측에는 흡기 포트들 (18) 이 있는 만큼 동일한 수 (즉, 본 예시적인 실시형태에서는 2 개) 의 배기 포트들 (19) 이 제공된다. 이하에서는, 흡기 포트 (18) 및 배기 포트 (19), 뿐만 아니라 복수로 제공되는 다른 부분들은 언제든지 가능하다면 상세한 설명을 간략화하기 위하여 단수형으로 언급될 것이다.
흡기 포트들 (18) 은 도 1 이 그려진 종이에 수직한 방향으로 일렬로 배치된다. 흡기 밸브 (20) 가 개방하면, 적어도 흡입 공기를 포함하는 기체는 흡기 포트 (18) 를 통해 연소실 (16) 로 흡입된다. 본 예시적인 실시형태에서 흡기 포트 (18) 는, 흡기 포트 (18) 를 통해 연소실 (16) 로 흡입되는 대부분의 기체가 실린더 (14) 의 내주면에서 흡기 포트 (18) 로부터 가장 먼 배기측 구역을 향해 흐르도록 형성된다. 그 결과, 흡기 행정 중에, 흡기 포트 (18) 를 통해 연소실 (16) 로 유입하는 기체에 의해 텀블 유동 (T) 이 생성된다.
본 예시적인 실시형태에서 텀블 유동 (T) 은 흡기 포트 (18) 로부터 직접적으로 점화 플러그 (17) 근처의 영역을 향하는 기체의 흐름을 포함하는 기체의 선회류이고, 도 1 에서 시계 방향으로 흐르는 기체의 선회류를 나타낸다. 본 예시적인 실시형태에서, 2 개의 흡기 포트들 (18) 이 제공되고, 따라서 도 1 이 그려진 종이에 수직한 방향으로 2 개의 텀블 유동들 (T) 이 생성된다.
또한, 흡기 포트들 (18) 과 유사한 배기 포트들 (19) 은, 도 1 이 그려진 종이에 수직한 방향으로 일렬로 배치된다. 배기 행정 중에 배기 밸브 (21) 가 개방하면, 배기 포트 (19) 를 통해 연소실 (16) 로부터 배출 가스가 방출된다.
본 예시적인 실시형태에서는, 각각의 실린더 (14) 에 대해 2 종류의 분사 밸브들 (22, 23) 이 제공된다. 이러한 분사 밸브들 (22, 23) 중 하나의 분사 밸브는 흡기 포트 (18) 에 연료를 분사하기 위한 통로 분사 밸브 (22) 이다. 다른 분사 밸브는 실린더 (14) 에 연료를 분사하기 위한 실린더-내부의 (in-cylinder) 분사 밸브 (23) 이다. 분사 밸브들 (22, 23) 가운데 적어도 하나의 분사 밸브로부터 분사된 연료를 포함하는 공기-연료 혼합물이 점화 플러그 (17) 에 의해 연소되고, 이러한 연소에 기인한 힘은 피스톤 (15) 을 왕복 방식으로 이동시킨다.
다음으로, 도 2 내지 도 4 를 참조하여, 피스톤 상부 표면 (151) 의 형상이 설명될 것이다. 도 4 는 비교예에 따른 피스톤 (15A) 의 일부의 단면 형상을 도시한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 피스톤 상부 표면 (151) 에 흡기 밸브들 (20) 과의 접촉을 피하기 위한 흡기측 리세스들 (31, 32), 및 배기 밸브들 (21) 과의 접촉을 피하기 위한 배기측 리세스들 (33, 34) 이 형성된다. 본 예시적인 실시형태에서, 배기측 리세스들 (33, 34) 가운데 도 2 의 상부 측에 위치된 배기측 리세스 (33) 가 흡기측 리세스들 (31, 32) 가운데 도 2 의 상부 측에 위치된 흡기측 리세스 (31) 와 일렬이 되는 방향, 및 도 2 의 하부 측에 위치된 배기측 리세스 (34) 가 도 2 의 하부 측에 위치된 흡기측 리세스 (32) 와 일렬이 되는 방향은 모두 "규정된 방향" 으로 불릴 것이다.
연소실 (16) 에서 텀블 유동 (T) 이 생성되면, 도 1 에서 시계 방향으로 흐르는 기체가 피스톤 상부 표면 (151) 의 위에서 배기측으로부터 흡기측을 향하여 흐른다. 이 때, 기체는 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 배기측 (즉, 도 2 에서 우측; 규정된 방향에서 일측) 으로부터 흡기측 (도 2 에서 좌측, 규정된 방향에서 타측) 을 향하여 통과한다. 그 후, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 통과한 기체는 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 위로 배기측으로부터 흡기측을 향하여 통과한다.
도 3a 내지 도 3e 는, 피스톤 (15) 이 규정된 방향을 따라서 절단되는 때에, 부분들의 단면도들이다. 도 3a 및 도 3b 에 도시된 바와 같이, 피스톤 상부 표면 (151) 에서 배기측 리세스들 (33, 34) 의 배기측 (즉, 도 3a 에서 좌측; 규정된 방향에서 일측) 에서 부분 (152) 은 배기측 리세스들 (33, 34) 에 더 가까운 구동 방향의 일측을 향해 더 멀리 연장하는 경사진 형상을 가진다. 또한, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 규정된 방향의 일측에서 부분 (이하, "일 측 부분" 으로 간단하게 언급됨) 의 역할을 하는 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경은 제 1 곡률 반경 (R1) 이다. 또한, 도 3c 에 도시된 바와 같이, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 규정된 방향의 타측에서 부분 (이하, "타측 부분" 으로 간단하게 언급됨) 의 역할을 하는 흡기측 부분 (352) 의 곡률 반경은 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경 (R1) 보다 더 큰 제 2 곡률 반경 (R2) 이다.
또한, 도 3a 및 도 3d 에 도시된 바와 같이, 피스톤 상부 표면 (151) 의 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 배기측 부분 (153) 은 흡기측 리세스들 (31, 32) 에 더 가까운 구동 방향의 일측을 향해 더 멀리 연장하는 경사진 형상을 가진다. 또한, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 규정된 방향의 일측에서 부분 (이하, "일측 부분" 으로 간단하게 언급됨) 의 역할을 하는 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경은 제 3 곡률 반경 (R3) 이다. 또한, 이러한 제 3 곡률 반경 (R3) 은 제 2 곡률 반경 (R2) 보다 더 작다.
또한, 도 3e 에 도시된 바와 같이, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 규정된 방향의 타측에서 부분 (이하, "타측 부분" 으로 간단하게 언급됨) 의 역할을 하는 흡기측 부분 (362) 의 곡률 반경은 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경 (R3) 보다 더 큰 제 4 곡률 반경 (R4) 이다. 또한, 이러한 제 4 곡률 반경 (R4) 은 제 1 곡률 반경 (R1) 보다 더 크다.
여기서, 도 4 를 참조하여, 관련된 기술에 따른 피스톤 상부 표면 (151A) 의 형상은 비교예로서 설명될 것이다. 도 4a 내지 도 4e 에 도시된 바와 같이, 비교예의 피스톤 상부 표면 (151A) 에서 배기측 리세스들 (33A, 34A) 의 주변 엣지 (35A) 의 배기측 부분 (351A) 은 흡기측 부분 (352A) 과 같은 제 11 곡률 반경 (R11) 을 가진다. 이러한 제 11 곡률 반경 (R11) 은 제 1 곡률 반경 (R1) 보다 더 크고, 제 2 곡률 반경 (R2) 보다 더 작다. 바꾸어 말하면, 본 예시적인 실시형태의 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경 (R1) 은 비교예의 배기측 리세스들 (33A, 34A) 의 주변 엣지 (35A) 의 배기측 부분 (351A) 의 곡률 반경 (R11) 보다 더 작다. 또한, 본 예시적인 실시형태의 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 흡기측 부분 (352) 의 곡률 반경 (R2) 은 비교예의 배기측 리세스들 (33A, 34A) 의 주변 엣지 (35A) 의 흡기측 부분 (352A) 의 곡률 반경 (R11) 보다 더 크다.
또한, 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 의 주변 엣지 (36A) 의 배기측 부분 (361A) 은 흡기측 부분 (362A) 과 같은 제 12 곡률 반경 (R12) 을 가진다. 이러한 제 12 곡률 반경 (R12) 은 제 3 곡률 반경 (R3) 보다 더 크고, 제 4 곡률 반경 (R4) 보다 더 작다. 바꾸어 말하면, 본 예시적인 실시형태의 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경 (R3) 은 비교예의 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 의 주변 엣지 (36A) 의 배기측 부분 (361A) 의 곡률 반경 (R12) 보다 더 작다. 또한, 본 예시적인 실시형태의 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 흡기측 부분 (362) 의 곡률 반경 (R4) 은 비교예의 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 의 주변 엣지 (36A) 의 흡기측 부분 (362A) 의 곡률 반경 (R12) 보다 더 크다.
다음으로, 도 5 및 도 6 의 그래프들을 참조하여, 본 예시적인 실시형태의 내연 기관 (11) 의 작용이 설명될 것이다. 흡기 포트 (18) 를 통해 연소실 (16) 로 기체가 흡입되면, 연소실 (16) 내에서 텀블 유동 (T) 이 형성된다. 이것이 발생하는 때에, 흡입 공기 및 연료를 포함하는 공기-연료 혼합물은 피스톤 상부 표면 (151) 의 위에서 배기측으로부터 흡기측으로 유동한다. 이러한 방식으로, 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151) 의 위에서 유동하는 때에, 공기-연료 혼합물은 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 통과한다.
이 때, 전술한 비교예에서와 같이, 주변 엣지 (35A) 의 곡률 반경이 제 11 곡률 반경 (R11) 이면, 배기측 부분 (351A) 의 곡률 반경이 커서, 공기-연료 혼합물은 배기측 리세스들 (33A, 34A) 로 안내하기 쉽다. 그러므로, 대부분의 공기-연료 혼합물은 배기측 부분 (351A) 으로부터 배기측 리세스들 (33A, 34A) 로 유입하고, 그 후 공기-연료 혼합물은 흡기측 부분 (352A) 을 통해 배기측 리세스들 (33A, 34A) 로부터 유출한다.
배기측 리세스들 (33A, 34A) 로부터 유출한 공기-연료 혼합물은 피스톤 상부 표면 (151A) 을 따라서 흡기측으로 유동하고, 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 의 직전 위치에 이른다. 이 때에도, 전술한 비교예와 같이, 주변 엣지 (36A) 의 곡률 반경이 제 12 곡률 반경 (R12) 이라면, 배기측 부분 (361A) 의 곡률 반경이 커서, 공기-연료 혼합물은 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 로 안내하기 쉽다. 따라서, 대부분의 공기-연료 혼합물은 배기측 부분 (361A) 으로부터 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 로 유입하고, 그 후 공기-연료 혼합물은 흡기측 부분 (362A) 을 통해 흡기측 리세스들 (31A, 32A) 로부터 유출한다.
즉, 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151A) 위에서 배기측으로부터 흡기측을 향하여 유동하면, 리세스로 유입 및 유출하는 공기-연료 혼합물에 의해 그의 유속, 즉 텀블 유동 (T) 의 유속이 감쇠된다.
그에 반해서, 본 예시적인 실시형태에서, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경은 제 11 곡률 반경 (R11) 보다 더 작은 제 1 곡률 반경 (R1) 이다. 따라서, 공기-연료 혼합물이 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 배기측으로부터 흡기측으로 통과하면, 공기-연료 혼합물은 배기측 리세스들 (33, 34) 로 안내하기 어렵다. 따라서, 대부분의 공기-연료 혼합물은, 배기측 리세스들 (33, 34) 로 유입하는 대신에, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 통과한다.
또한, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 통과한 공기-연료 혼합물이 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 흡기측 부분 (352) 부근의 영역에 이르면, 공기-연료 혼합물이 유동하는 방향은 흡기측 부분 (352) 에 의해 피스톤 상부 표면 (151) 을 따르는 방향으로 원활히 변한다. 이는 흡기측 부분 (352) 의 곡률 반경이 양자의 제 1 곡률 반경 (R1) 및 제 11 곡률 반경 (R11) 보다 더 큰 제 2 곡률 반경 (R2) 이기 때문이다.
그 후, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 위로 통과한 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151) 을 따라서 흡기측으로 유입하면, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 직전 위치에 이른다. 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경은 제 12 곡률 반경 (R12) 보다 더 작은 제 3 곡률 반경 (R3) 이다. 따라서, 공기-연료 혼합물이 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 위로 배기측으로부터 흡기측을 향하여 통과하면, 공기-연료 혼합물은 흡기측 리세스들 (31, 32) 로 안내하기 어렵다. 따라서, 대부분의 공기-연료 혼합물은, 흡기측 리세스들 (31, 32) 로 유입하는 대신에, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 위로 통과할 것이다.
또한, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 위로 통과하는 공기-연료 혼합물이 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 흡기측 부분 (362) 부근의 영역에 이르면, 공기-연료 혼합물이 유동하는 방향은 흡기측 부분 (362) 에 의해 피스톤 상부 표면 (151) 을 따르는 방향으로 원활히 변한다. 이는 흡기측 부분 (362) 의 곡률 반경이 양자의 제 3 곡률 반경 (R3) 및 제 12 곡률 반경 (R12) 보다 더 큰 제 4 곡률 반경 (R4) 이기 때문이다.
이러한 방식으로 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151) 을 따라서 유동하는 때에 유속의 감쇠가 억제되면, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 연소 행정 중에 텀블비 및 텀블 유동 (T) 의 교란을 나타내는 값들이 비교예의 경우보다 더 크게 설정된다. 그 결과, 공기-연료 혼합물의 연소 속도가 증가하고, 따라서 공기-연료 혼합물이 안정적으로 연소된다.
여기에서, 텀블비는 피스톤 (15) 이 위아래로 (전후로) 한 번 이동하는 동안 텀블 유동 (T) 이 선회하는 횟수이다. 또한, 교란을 나타내는 값은 연소실 (16) 내의 유속의 평균 값과 연소실 (16) 내의 미리 정해진 지점에서의 유속 사이의 차이를 나타내는 값이다. 이러한 차이가 커지는 만큼, 텀블 유동 (T) 의 교란이 커진다.
전술한 바와 같이, 본 예시적인 실시형태로, 후술되는 효과들이 얻어질 수 있다. 리세스 (31 내지 34) 의 주변 엣지들 (35, 36) 의 배기측 부분들 (351, 361) 의 곡률 반경은 흡기측 부분들 (352, 362) 의 곡률 반경보다 더 작아진다. 그 결과, 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151) 의 위에서 배기측으로부터 흡기측으로 유동하면, 공기-연료 혼합물은 리세스 (31 내지 34) 로 유입하기 어려울 것이다. 또한, 공기-연료 혼합물이 리세스 (31 내지 34) 의 위로 통과하는 방향이 흡기측 부분들 (352, 362) 에 의해 피스톤 상부 표면 (151) 를 따르는 방향으로 원활히 조정된다. 그 결과, 피스톤 상부 표면 (151) 을 따라서 공기-연료 혼합물이 유동하는 때에 유속의 감쇠가 억제될 수 있고, 따라서 연소실 (16) 내의 텀블 유동 (T) 의 감쇠가 억제될 수 있다. 따라서, 내연 기관 (11)의 연료 소비는 향상될 수 있다.
또한, 예시적인 실시형태는 후술되는 것과 같이 다른 예시적인 실시형태로 변경될 수도 있다. 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경이 흡기측 부분 (352) 의 곡률 반경보다 더 작으면, 흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경은 흡기측 부분 (362) 의 곡률 반경과 같을 수도 있다.
흡기측 리세스들 (31, 32) 의 주변 엣지 (36) 의 배기측 부분 (361) 의 곡률 반경이 흡기측 부분 (362) 의 곡률 반경보다 더 작으면, 배기측 리세스들 (33, 34) 의 주변 엣지 (35) 의 배기측 부분 (351) 의 곡률 반경은 흡기측 부분 (352) 의 곡률 반경과 같을 수도 있다.
또한, 내연 기관 (11) 은, 공기-연료 혼합물이 피스톤 상부 표면 (151) 의 위에서 흡기측으로부터 배기측을 향하여 유동하도록, 텀블 유동을 발생시킬 수도 있다. 이러한 경우, 리세스 (31 내지 34) 의 주변 엣지들 (35, 36) 의 흡기측 부분들 (352, 362) 은 규정된 방향의 일측 부분에 상응하고, 배기측 부분들 (351, 361) 은 규정된 방향의 타측 부분에 상응한다. 또한, 흡기측 부분들 (352, 362) 의 곡률 반경은 배기측 부분들 (351, 361) 의 곡률 반경보다 더 작아질 수도 있다.

Claims (4)

  1. 내연 기관의 피스톤으로서,
    피스톤 상부 표면에 형성되는, 흡기 밸브용의 흡기측 리세스; 및
    상기 피스톤 상부 표면에 형성되는, 배기 밸브용의 배기측 리세스를 포함하고,
    상기 흡기측 리세스와 상기 배기측 리세스가 일렬이 되는 방향을 규정된 방향으로 한 때에, 상기 피스톤은, 연소실 내에서, 상기 피스톤 상부 표면의 위에서 상기 규정된 방향의 일측으로부터 상기 규정된 방향의 타측을 향해 흐르는 흡입 공기의 흐름을 생성하는 텀블 유동을 발생시키고,
    상기 흡기측 리세스와 상기 배기측 리세스 중의 적어도 하나의 리세스의 주변 엣지에서, 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 일측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경은, 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 타측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경보다 더 작은, 내연 기관의 피스톤.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기측 리세스와 상기 배기측 리세스 중의 양자의 리세스들의 주변 엣지에서, 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 일측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경은, 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 타측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경보다 더 작은, 내연 기관의 피스톤.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡기측 리세스와 상기 배기측 리세스 중의 하나의 리세스의 주변 엣지에서 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 일측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경은, 다른 리세스의 주변 엣지에서 상기 규정된 방향에서 상기 리세스의 타측에 있는 상기 피스톤 상부 표면의 일부에 상기 리세스가 연결되는 부분의 상기 규정된 방향을 따른 단면의 곡률 반경보다 더 작은, 내연 기관의 피스톤.
  4. 내연 기관으로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 피스톤을 포함하고,
    피스톤 상부 표면에 형성되는 흡기측 리세스와 배기측 리세스가 일렬이 되는 방향을 규정된 방향으로 한 때에, 상기 내연 기관은, 연소실 내에서, 상기 피스톤 상부 표면의 위에서 상기 규정된 방향의 일측으로부터 상기 규정된 방향의 타측으로 흐르는 흡입 공기의 흐름을 생성하는 텀블 유동을 발생시키는, 내연 기관.
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