KR20150099102A - 엔진의 피스톤 - Google Patents

Abstract

엔진의 피스톤은 피스톤 블럭 및 난류 유도 부재를 포함한다. 피스톤 블럭은 오일이 흐르는 오일 갤러리를 갖는다. 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리 내에 구비되어, 상기 오일의 난류를 유도한다. 따라서, 난류 유동된 오일은 피스톤과 충분한 열교환을 이루게 되므로, 피스톤의 냉각 성능이 대폭 개선될 수 있다.

Description

엔진의 피스톤{PISTON OF AN ENGINE}

본 발명은 엔진의 피스톤에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 피스톤의 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진이 작동하는 중에, 피스톤은 실린더와 마찰 및 연소열에 의해 가열된다. 가열된 피스톤은 열적 피로 응력 증대 및 피스톤 링의 소착을 유발하게 된다. 따라서, 피스톤을 냉각시키기 위한 오일이 흐르는 오일 갤러리가 피스톤에 형성된다.

관련 기술들에 따르면, 오일 갤러리 내를 단순히 흐르는 오일만으로 피스톤을 냉각시키기 효율이 낮다는 문제가 있다. 특히, 오일 갤러리 내를 흐르는 오일의 유동성이 너무 낮아서, 피스톤과 오일 간의 충분한 열교환이 이루어지지 않는 문제가 있다.

본 발명은 향상된 냉각 성능을 갖는 엔진의 피스톤을 제공한다.

본 발명의 일 견지에 따른 엔진의 피스톤은 피스톤 블럭 및 난류 유도 부재를 포함한다. 피스톤 블럭은 오일이 흐르는 오일 갤러리를 갖는다. 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리 내에 구비되어, 상기 오일의 난류를 유도한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리 내에 삽입된 나선형 코일을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 나선형 코일은 상기 오일 갤러리 내에 삽입되고 상기 오일 갤러리의 입구를 향하는 일단과 타단을 갖는 나선부, 상기 나선부의 일단으로부터 연장되어 상기 오일 갤러리의 입구에 인접하게 위치하는 삽입부, 및 상기 나선부의 타단으로부터 연장되어 상기 나선부를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 삽입부는 상기 오일 갤리리의 곡률과 동일한 곡률을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 삽입부는 라운드된 단부를 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 삽입부는 상기 나선부보다 짧은 직경을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 고정부는 상기 나선부의 타단에 연결된 연결부, 및 상기 연결부로부터 연장되어 상기 삽입부와 결합되는 고리부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 나선형 코일은 스프링을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리의 내벽에 형성된 그루브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브는 상기 오일 갤러리의 입구 내벽에도 형성될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브는 상기 오일 갤러리의 내벽을 따라 형성된 나선형 구조를 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리 내에 삽입된 나선형 코일, 및 상기 오일 갤러리의 내벽에 형성된 그루브를 포함할 수 있다.

상기된 본 발명에 따르면, 오일 갤러리 내에 구비된 난류 유도 부재가 오일의 난류를 유도한다. 난류 유동된 오일은 피스톤과 충분한 열교환을 이루게 되므로, 피스톤의 냉각 성능이 대폭 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 피스톤에 구비된 나선형 코일을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ 부위를 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 피스톤에 구비된 나선형 코일을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ 부위를 확대해서 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 엔진의 피스톤(100)은 피스톤 블럭(110) 및 난류 유도 부재(120)를 포함한다.

피스톤 블럭(110)은 엔진의 실린더 내에서 왕복 운동하여, 실린더 내로 투입된 연료를 압축한다. 따라서, 피스톤 블럭(110)의 외주면과 실린더의 내벽 사이에서 마찰이 발생된다. 이러한 마찰에 의한 열이 피스톤 블럭(110)으로 전달된다. 또한, 실린더 내에서 폭발한 연료의 연소열도 피스톤 블럭(110)으로 전달된다. 따라서, 피스톤 블럭(110)을 냉각시키기 위한 오일 갤러리(112)가 피스톤 블럭(110)에 구비된다.

본 실시예에서, 오일 갤러리(112)는 피스톤 블럭(110) 내에 원주선 방향을 따라 형성된다. 오일 갤러리(112)는 오일이 투입되는 입구와 오일이 배출되는 출구를 갖는다. 출구는 입구의 정반대측에 위치한다. 오일 갤러리(112)의 입구를 향해서 오일을 분사하는 오일 젯(130)이 오일 갤러리(112)의 입구 하부에 인접하게 배치된다. 오일 갤러리(112)는 원주선 방향 이외에 다른 여러 가지 형상들을 가질 수도 있다.

난류 유도 부재(120)는 오일 갤러리(112) 내에 구비된다. 난류 유도 부재(120)는 오일 갤러리(112) 내부를 따라 흐르는 오일에 난류를 유도한다. 난류 유동된 오일은 피스톤 블럭(110)으로 전달된 열과 열교환을 활발하게 일으키게 되어, 피스톤 블럭(110)을 신속하게 냉각시킬 수 있다. 피스톤 블럭(110)의 신속 냉각에 의해서 피스톤 블럭(110)의 외주면에 끼워진 오일 링의 크랙, 오일 탄화 등을 방지할 수가 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 난류 유도 부재(120)는 나선형 코일이다. 나선형 코일(120)은 오일 갤러리(112)의 내경보다 짧은 외경을 갖는다. 나선형 코일(120)은 스프링을 포함할 수 있다. 나선형 코일(120)은 피스톤 블럭(110)의 열에 대한 강성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 본 실시예의 나선형 코일(120)은 나선부(122), 삽입부(124) 및 고정부(126)를 포함한다.

나선부(122)는 오일 갤러리(112) 내부에 배치된다. 따라서, 나선부(122)는 오일 갤러리(112)의 내경보다 짧은 직경을 갖는다. 또한, 오일 갤러리(112) 내부에 배치된 나선부(122)는 대략 링 형상을 갖게 되므로, 나선부(122)는 오일 갤러리(112)의 입구를 향하는 일단과 타단을 갖게 된다. 나선부(122)의 일단과 타단은 오일 갤러리(112)의 입구 부위에서 인접하게 위치하게 된다.

본 실시예에서, 오일이 나선부(122)를 따라 이동하게 되어, 오일에 난류가 유도될 수 있다. 오일의 난류 유동은 대류에 의한 열전달율을 증가시키게 되므로, 피스톤 블럭(110)의 열을 신속하게 방출시킬 수가 있게 된다. 또한, 고온에 의해 낮아진 점성을 갖는 오일로도 난류 유동을 통해서 피스톤 블럭(110)의 열을 신속하게 방출할 수가 있게 된다. 따라서, 오일의 수명 주기가 연장될 수 있다.

삽입부(124)는 나선부(122)의 일측으로부터 연장된다. 삽입부(124)는 오일 갤러리(112)의 입구를 통해서 진입하여, 오일 갤러리(112) 내부를 통해 원주선 방향을 따라 이동하여 다시 오일 갤러리(112)의 입구에 인접하게 위치하게 된다. 삽입부(124)가 가장 먼저 오일 갤러리(112) 내부로 진입한다. 삽입부(124)가 오일 갤러리(112) 내부로 원활하게 진입할 수 있도록, 삽입부(124)는 나선부(122)보다 짧은 직경을 가질 수 있다. 또한, 삽입부(124)는 오일 갤러리(112)의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 가질 수 있다. 따라서, 삽입부(124)의 형상은 오일 갤러리(112)의 형상에 따라 변경될 수 있다.

또한, 삽입부(124)는 라운드된 단부(125)를 갖는다. 만일, 삽입부(124)가 날카로운 단부를 갖는다면, 날카로운 단부가 오일 갤러리(112)의 내벽을 긁어서, 오일 갤러리(112)에 손상을 줄 수 있다. 또한, 오일 갤러리(112)의 긁혀진 내벽으로부터 파티클이 발생될 수도 있다. 파티클이 오일에 혼합되면, 이러한 오일 내의 파티클은 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 블럭(110), 피스톤 링, 실린더 내벽 등에 손상을 줄 수도 있다. 따라서, 본 실시예에서와 같이, 삽입부(124)의 라운드된 단부(125)는 오일 갤러리(112)의 내벽과 부드럽게 접촉하게 되어, 오일 갤러리(112)의 내벽에 손상을 주지 않게 된다. 그러므로, 파티클이 발생되는 것도 방지할 수가 있게 된다. 한편, 나선부(122)의 외주면은 부드러운 곡면을 갖고 있으므로, 나선부(122)가 오일 갤러리(112)의 내벽에 손상을 주지 않는다.

고정부(126)는 오일 갤러리(112)의 입구에 인접하는 삽입부(124)를 고정한다. 본 실시예에서, 고정부(126)는 연결부(127) 및 고리부(128)를 포함한다. 연결부(127)는 나선부(122)로부터 일자 형태로 연장된다. 고리부(128)는 연결부(127)의 단부에 형성된다. 삽입부(124)가 고리부(128)에 걸려 지지되는 것에 의해서, 오일 갤러리(112) 내에 배치된 나선형 코일(120)이 견고하게 유지될 수가 있다. 또한, 고리부(128)와 삽입부(124)의 견고한 연결은 오일 젯(130)으로부터 오일 갤러리(112)의 입구를 향해 분사된 강한 오일의 압력에 의해서 나선부(122)가 오일 갤러리(112) 내부로 밀려 들어가지 않도록 하는 기능도 갖는다.

본 실시예에서, 고리부(128)는 오일 갤러리(112) 내부에서 삽입부(124)를 고정시킨다. 즉, 나선형 코일(120) 전체는 오일 갤러리(112) 내부에 위치한다. 만일 고리부(128)와 삽입부(124)가 오일 갤러리(112)의 입구로부터 인출된다면, 오일 젯(130)으로부터 분사된 오일의 강력한 압력에 의해서 삽입부(124)가 고리부(128)로부터 이탈될 소지가 있다. 따라서, 삽입부(124)와 고리부(128)는 오일 갤러리(112)의 입구 내에 배치되어, 오일 갤러리(112) 내부에 위치하는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서는, 삽입부(124)가 고리부(128)에 걸리는 것에 의해서 나선형 코일(120)이 하나로 연결된 것으로 예시하였다. 다른 실시예로서, 나선형 코일(120)은 서로 분리된 양단을 가질 수도 있다.

다른 실시예로서, 난류 유도 부재(120)는 나선형 구조 이외에 오일에 난류를 유도할 수 있는 다른 구조들을 가질 수도 있다.

삽입부(124)를 오일 갤러리(112)의 입구를 통해서 오일 갤러리(112) 내부로 진입시킨다. 이때, 전술한 바와 같이, 삽입부(124)는 오일 갤러리(112)의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 갖고 있으므로, 삽입부(124)는 오일 갤러리(112)의 내벽과의 접촉이 최대한 방지되면서 오일 갤러리(112) 내부로 진입될 수 있다. 또한, 삽입부(124)의 단부(125)는 라운드된 형상을 갖고 있으므로, 비록 라운드 단부(125)가 오일 갤러리(112)의 내벽과 접촉하더라도, 오일 갤러리(112)의 내벽이 삽입부(124)의 단부(125)에 의해 긁히는 현상이 방지된다.

삽입부(124)가 오일 갤러리(112)의 입구로 다시 인출될 때까지 나선형 코일(120)을 오일 갤러리(112) 내부로 삽입한다. 오일 갤러리(112)의 입구에 인접하게 위치한 삽입부(124)를 고리부(128)에 걸어서 견고히 고정한다.

오일 젯(130)이 오일을 오일 갤러리(112) 입구를 향해서 분사하면, 오일은 오일 갤러리(112) 내부로 진입한다. 오일은 나선부(122)를 따라 이동하게 되어, 이러한 오일에는 난류 유동이 유도된다. 오일의 난류 유동은 피스톤 블럭(110)과의 열교환율을 상승시키므로, 피스톤 블럭(110)의 고열이 외부로 신속하게 방출될 수 있게 된다. 이러한 오일의 난류 유동에 의한 피스톤 블럭(110)의 신속 냉각에 의해서 피스톤 블럭(110)의 외주면에 끼워진 오일 링의 크랙, 오일 탄화 등을 방지할 수가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이다.

본 실시예에 따른 엔진의 피스톤(100a)은 난류 유도 부재를 제외하고는 도 1의 엔진의 피스톤(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 난류 유도 부재는 나선형 그루브(120a)를 포함한다. 나선형 그루브(120a)는 오일 갤러리(112)의 내벽에 형성된다. 오일이 나선형 그루브(120a)를 따라 이동하는 것에 의해서, 오일의 난류 유동이 유도될 수 있다. 또한, 나선형 그루브(120a)는 오일 갤러리(112) 내표면의 면적을 확장시켜서, 열교환 성능을 향상시키는 기능도 갖는다.

부가적으로, 나선형 그루브(120a)는 오일 갤러리(112)의 입구 내벽에도 형성될 수 있다. 오일 젯(130)으로부터 오일 갤러리(112)의 입구를 향해 분사된 오일은 오일 갤러리(112)의 입구 내벽에 형성된 나선형 그루브(120a)에 의해 1차적으로 난류 유동된다. 이어서, 1차 난류 유동된 오일이 오일 갤러리(112)의 내벽에 형성된 나선형 그루브(120a)에 의해서 2차로 난류 유동될 수 있다. 결과적으로, 오일이 2차에 걸쳐서 강력하게 난류 유동되므로, 피스톤 블럭(110)을 냉각시키는 효율이 더욱 향상될 수 있다.

다른 실시예로서, 그루브(120a)는 나선형으로 국한되지 않을 수 있다. 그루브(120a)는 오일에 난류를 유도할 수 있는 다른 여러 가지 형상들을 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진의 피스톤을 나타낸 일부 절개 사시도이다.

본 실시예에 따른 엔진의 피스톤(100b)은 난류 유도 부재를 제외하고는 도 1의 엔진의 피스톤(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 난류 유도 부재는 나선형 코일(120) 및 나선형 그루브(120a)를 포함한다. 본 실시예에서, 나선형 코일(120)은 도 2의 나선형 코일(120)과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 또한, 나선형 그루브(120a)는 도 4의 나선형 그루브(120a)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 나선형 코일(120)과 나선형 그루브(120a)에 대한 반복 설명은 생략한다.

오일 갤러리(112)의 중앙부를 따라 흐르는 오일은 나선형 코일(120)을 따라 나선형 유동을 하게 되어, 난류 유동이 오일에 형성된다. 또한, 오일 갤러리(112)의 내벽을 따라 흐르는 오일은 나선형 그루브(120a)를 따라 나선형 유동을 하게 되어, 난류 유동이 오일에 형성된다. 그러므로, 오일은 이중 난류 유동을 갖게 되어, 피스톤 블럭(110)을 냉각시키는 성능이 대폭 향상될 수 있다.

또한, 오일 갤러리(112)의 입구 내벽에 형성된 나선형 그루브(120a)에 의해서 1차로 난류 유동된 오일이 오일 갤러리(112) 내에서 이중으로 난류 유동되므로, 피스톤 블럭(110)을 냉각시키는 성능이 더욱 크게 향상될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 오일 갤러리 내에 구비된 나선형 코일과 오일 갤러리의 내벽에 형성된 나선형 그루브가 오일의 이중 난류를 보다 강하게 유도한다. 이러한 이중 난류 유동된 오일은 피스톤과 충분한 열교환을 이루게 되므로, 피스톤의 냉각 성능이 더욱 대폭 개선될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 오일 갤러리 내에 구비된 난류 유도 부재가 오일의 난류를 유도한다. 난류 유동된 오일은 피스톤과 충분한 열교환을 이루게 되므로, 피스톤의 냉각 성능이 대폭 개선될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 ; 피스톤 블럭 112 ; 오일 갤러리
120 ; 나선형 코일 122 ; 나선부
124 ; 삽입부 125 ; 라운드된 단부
126 ; 고정부 127 ; 연결부
128 ; 고리부 130 ; 오일 젯
120a ; 나선형 그루브

Claims (12)

1. 오일이 흐르는 오일 갤러리를 갖는 피스톤 블럭; 및
   상기 오일 갤러리 내에 구비되어, 상기 오일의 난류를 유도하는 난류 유도 부재를 포함하는 엔진의 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리 내에 삽입된 나선형 코일을 포함하는 엔진의 피스톤.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 코일은
   상기 오일 갤러리 내에 삽입되고, 상기 오일 갤러리의 입구를 향하는 일단과 타단을 갖는 나선부;
   상기 나선부의 일단으로부터 연장되어 다시 상기 오일 갤러리의 입구에 인접하게 위치하는 인출된 삽입부; 및
   상기 나선부의 타단으로부터 연장되어 상기 나선부를 고정하는 고정부를 포함하는 엔진의 피스톤.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 삽입부는 상기 오일 갤리리의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 엔진의 피스톤.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 삽입부는 라운드된 단부를 갖는 엔진의 피스톤.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 삽입부는 상기 나선부보다 짧은 직경을 갖는 엔진의 피스톤.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 고정부는
   상기 나선부의 타단에 연결된 연결부; 및
   상기 연결부로부터 연장되어 상기 삽입부와 결합되는 고리부를 포함하는 엔진의 피스톤.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 코일은 스프링을 포함하는 엔진의 피스톤.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 상기 오일 갤러리의 내벽에 형성된 그루브를 포함하는 엔진의 피스톤.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 오일 갤러리의 입구 내벽에 형성된 나선형 구조를 갖는 엔진의 피스톤.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 오일 갤러리의 내벽을 따라 형성된 나선형 구조를 갖는 엔진의 피스톤.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 난류 유도 부재는
    상기 오일 갤러리 내에 삽입된 나선형 코일; 및
    상기 오일 갤러리의 내벽에 형성된 그루브를 포함하는 엔진의 피스톤.

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