KR20100062724A

KR20100062724A - 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤

Info

Publication number: KR20100062724A
Application number: KR1020080121488A
Authority: KR
Inventors: 이재권
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: US20100132662A1; KR101072316B1; US7971568B2

Abstract

본 발명은 보울의 깊이와 경사도 및 상승각도를 재 설정하여 저속 저부하 영역에서 실린더의 흡기과정의 후반부에 분위기 조성을 위한 1차 분사 연료와 함께 압축과정 후반부에 분사되는 2차 분사 연료의 혼합기의 효율적인 덤블(TUMBLE) 유동을 유도하여 성층화를 통한 연소를 이끌어, 충분한 동력성능과 촉매의 효율적 작동을 위한 배기온을 유지하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤을 제공한다.

또한, 본 발명은 보울의 팁부를 라운드 처리하여 연소압과 연소열의 집중을 최소화하며, 동시에 상기 보울을 감싸는 융기부의 양측 에지단은 완만한 각도로 확대되는 트럼펫부를 형성하도록 하여 스퀴시 유동에 의해 피스톤 경의 외각을 회전하는 혼합기의 속도를 유지함으로써 혼합기가 정체 없이 흡기측으로 이동되도록 하여 2차 분사 연료와 함께 농후한 혼합기로 점화 플러그 주변에 성층화를 유도하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤을 제공한다.

엔진, 피스톤, 가솔린 직접분사, 보울, 덤블, 성층화, 혼합기

Description

가솔린 직접분사 엔진용 피스톤{A PISTON OF GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

본 발명은 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저속 저부하 영역에서 미량의 연료분사에도 불구하고, 혼합기의 효율적인 덤블(TUMBLE) 유동을 유도하여 성층화를 통한 연소를 이끌어, 충분한 동력성능과 촉매의 효율적 작동을 위한 배기온을 유지하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 직접분사 엔진은 최근 심화되고 있는 지구 환경 문제로 유해 배출가스가 적고, 연비가 좋은 차량에 대한 요구에 부응하기 위하여 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 장점을 접목시켜 가솔린 연료를 연소실내에 직접 분사하여 연소시킬 수 있도록 엔진이다.

이러한 가솔린 직접분사 엔진의 설계에 있어서, 가장 중요한 것이 혼합기의 흡기 유동인데, 상기 흡기 유동은 흡기포트와 연소실, 피스톤 형상에 의해 결정되며, 분사되는 연료의 피스톤 충돌과 벽면 젖음을 억제하고, 단 시간내에 공기와의 혼합과 기화가 적정하게 이루어지도록 하기 위한 흡기 유동과 분무 상태의 최적화 및 스파크 플러그 주의에 성층화된 혼합기를 조성하여 원활한 점화와 화염전파를 달성할 수 있도록 연구 개발이 계속되고 있다.

특히, 상기한 피스톤은 그 상면이 실린더 헤드의 하면과 함께 가솔린 직접분사 엔진의 연소실을 구성하는 부분으로써, 그 형상은 흡기포트에서 유입되는 공기와 압축과정 중에 연소실내로 분사되는 연료로 형성되는 혼합기를 성층화 연소에 필요한 특정한 유동으로 유도하는 역할을 한다.

따라서 가솔린 직접분사 엔진의 피스톤은 운전조건, 즉 연소실에 분사되는 연료의 양과 피스톤의 속도 증감이 발생하게 되는 엔진 부하 및 속도에 따라 어느 조건에서도 안정화된 성층화 연소가 가능한 형상으로 개발되어야 한다.

또한, 텀블 또는 스월 유동 등 흡기포트를 통해 발생하는 유동의 형태에 따라 적절한 피스톤 형상을 개발하여야 하며 피스톤 상면부의 설계를 제한하는 실린더 헤드의 연소실부 형상과 스퀴시(SQUISH) 유동의 영향 등에 대한 고려도 필요하다.

이러한 점을 감안하여 종래 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤의 예로서는 일본국 특개평 4 - 166612호와 대한민국 특허공개 제 1997 - 703481호가 제안되어 있다.

상기 제 4 - 16612호는, 도8 (A)(B)에서와 같이, 피스톤(100) 상면에 점화 플러그(102)의 직하방으로부터 인젝터(104)의 선단부 하부측까지 연장되는 보울(Bowl, 106)을 형성하고 있다.

또한, 상기 보울(106)은 상기 점화 플러그(102)와 연료 인젝터(104)를 포함 하는 수직 평면상에 대하여 대략 구면으로 형성되고, 점화 플러그(102)의 하측 보울(106)의 내면 위에는 보울(106)로부터 점화 플러그(102)를 향한 활 형상을 이루는 연료 안내홈(108)을 형성하고 있다.

이에 따라, 인젝터(104)로부터 분사되는 연료가 보울(106)의 바닥부와 충돌하고, 보울(106)의 바닥부로부터 연료 안내홈(108)을 따라 점화 플러그(102)의 주위로 안내되도록 하여 점화 플러그(102)의 주위에 농후한 혼합기가 형성되도록 함으로써, 착화성을 개선할 수 있도록 하고 있다.

그리고 상기 97 - 703481호는, 도 9의 (A)(B)에서와 같이, 피스톤(200)의 상면에 펜트 루프(202)를 형성하여 이의 흡기측 면에 보울(204)를 형성하고, 연소실(206)의 내에 유입된 흡기 유동을 실린더 헤드(208)의 하면으로부터 상기 피스톤(200)의 상면 방향으로 향하고, 다시 피스톤(200)의 상면으로부터 실린더 헤드(208)의 하면 방향으로 향하는 텀블을 조장함과 동시에, 상기 보울(204)의 입구쪽 모서리가 출구쪽 모서리 보다 무디게 형성하며, 이에 연료를 상기 연소실(206)에 직접 분사할 수 있도록 하고 있다.

그러나 상기한 종래 기술의 피스톤은 보울이 피스톤 상면에 대하여 모두 일정 곡률을 갖는 완만한 구면으로 형성되어 있는 바, 텀블 유동의 세기가 미약하고, 분위기 조성을 위한 1차 분사 연료와 함께 2차 분사 연료에 의한 혼합기를 점화 플러그 주변에 집중하여 성층화를 유도하는 것이 어렵다.

또한, 인젝터로부터 분사된 연료가 피스톤의 보울 바닥면에 충돌함으로써, 대기중에서 기화하는 것 보다 피스톤 표면에서 기화하는데 시간이 많이 소요되므로 늦게 증발한 가스가 연소에 늦게 참여하거나 아주 참여하지 못함으로써, 그을음을 생성하거나 벽류의 증가로 탄화수소물의 배출을 증가시킨다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 종래 기술의 피스톤은 보울의 팁부가 뽀족하게 형성되어 연소압에 의한 응력과 연소열에 의한 열피로 등으로 크랙이 발생할 소지가 다분하며, 상기 보울을 감싸는 융기부는 양측 에지단이 급격한 각도로 꺽인 상태로 보울과 연결됨으로 급격한 팽창구간이 발생되어 스퀴시 유동에 의한 혼합기가 피스톤의 표면과 층류를 이루지 못하고 와류을 발생시키게 되며, 이러한 와류의 발생으로 인해 혼합기의 이동속도가 떨어져 정체 상태로 피스톤 표면에 부착되는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보울의 깊이와 경사도 및 상승각도를 재 설정하여 저속 저부하 영역에서 실린더의 흡기과정의 후반부에 분위기 조성을 위한 1차 분사 연료와 함께 압축과정 후반부에 분사되는 2차 분사 연료의 혼합기의 효율적인 덤블(TUMBLE) 유동을 유도하여 성층화를 통한 연소를 이끌어, 충분한 동력성능과 촉매의 효율적 작동을 위한 배기온을 유지하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 보울의 팁부를 라운드 처리하여 연소압과 연소열의 집중을 최소화하며, 동시에 상기 보울을 감싸는 융기부의 양측 에지단은 완만한 각도로 확대되는 트럼펫부를 형성하도록 하여 스퀴시 유동에 의해 피스톤 경의 외각을 회전하는 혼합기의 속도를 유지함으로써 혼합기가 정체 없이 흡기측으로 이동되도록 하여 2차 분사 연료와 함께 농후한 혼합기로 점화 플러그 주변에 성층화를 유도하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤은, 피스톤 핀 방향 측면에 대하여 상기 피스톤 직경만큼의 반경을 갖는 원호 형상의 곡면으로 상기 상면으로부터 일정높이를 가지며, 가장자리는 상 기 상면과 라운드 처리되어 돌출 형성되는 융기부; 피스톤 상면에 대하여 상기 융기부 상의 중앙에서 흡기측으로 치우친 상태의 비대칭 타원형 형상의 바닥면을 가지며, 상기 바닥면은 배기측이 깊어지도록 일정 경사각을 가지며, 내벽부는 높이방향으로 일정 상승각도를 갖도록 원호면으로 형성되는 보울; 상기 피스톤 상면에 대하여 상기 융기부의 양측 에지단이 상기 피스톤 상면의 흡기측을 향하여 일정 각도로 확대되어 상기 보울과 연결되는 트럼펫부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 융기부의 높이는 상기 피스톤의 직경에 대하여 5%~5.5%의 범위 내에서 설정되는 것으로 할 수 있다.

상기 융기부의 가장자리는 상기 피스톤의 상면에 대하여 그 직경의 80%~84% 범위 내의 원호의 외접면 형상의 라운드면으로 처리되는 것으로 할 수 있다.

상기 융기부는 상기 피스톤 상면에 대하여, 그 중심으로부터 피스톤 직경의 5%~7% 길이만큼 배기측으로 옵셋된 지점을 중심으로 피스톤 반경의 78%~82%의 반경을 가지며, 가장자리는 상기 피스톤 상면과의 사이에 협곡단을 형성하는 것으로 할 수 있다.

여기서, 상기 융기부의 협곡단과 에지단이 만나는 지점은 피스톤 핀의 축선으로부터 피스톤 직경의 3%~5% 길이만큼 배기측으로 옵셋된 위치에 설정되는 것으로 할 수 있다.

상기 비대칭 타원형 형상의 바닥면은 상기 융기부의 중앙에서 흡기측으로 좁아지는 형상의 타원형 바닥면인 것으로 할 수 있다.

상기 바닥면의 일정 경사각은 상기 피스톤 상면에 대한 보울의 최대 깊이가 피스톤 직경의 1%~1.25% 범위 이내가 되도록 설정되는 것으로 할 수 있다.

상기 보울 내벽부의 상승각도는 상기 보울의 팁부에서의 원호 접선각으로 65°인 것으로 할 수 있다.

상기 보울의 팁부는 일정반경의 라운드면으로 형성되는 것으로 할 수 있다.

상기 융기부의 양측 에지단은 상기 피스톤의 중심으로부터 피스톤 직경의 1/3 길이만큼 배기측으로 옵셋된 지점을 중심으로 상기 피스톤 직경의 100%~105% 범위 내의 직경을 갖는 원호를 따라 형성되며, 상기 보울과의 연결지점에서의 원호 접선각은 50°인 것으로 할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤에 의하면, 보울의 깊이와 경사도 및 상승각도를 재 설정하여 저속 저부하 영역에서 실린더의 흡기과정의 후반부에 분위기 조성을 위한 1차 분사 연료와 함께 압축과정 후반부에 분사되는 2차 분사 연료의 혼합기의 강한 덤블(TUMBLE) 유동을 유도하여 성층화를 통한 연소를 이끌어, 충분한 동력성능과 촉매의 효율적 작동을 위한 배기온을 유지하는 효과가 있다.

또한, 보울의 팁부를 라운드 처리하여 연소압과 연소열의 집중을 최소화하여 자연발화를 방지하며 동시에, 상기 보울을 감싸는 융기부의 양측 에지단은 완만한 각도로 확대되는 트럼펫부를 형성하도록 하여 스퀴시 유동에 의해 피스톤 경의 외각을 회전하는 혼합기의 속도를 유지함으로써 혼합기가 정체 없이 흡기측으로 이동되도록 하여 2차 분사 연료와 함께 농후한 혼합기로 점화 플러그 주변에 성층화를 유도하도록 하는 효과가 있다.

또한, 냉시동시에도 강함 텀블 유동과 연료의 빠른 기화로 인하여 유해가스의 배출을 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 적용되는 가솔린 직접분사 엔진의 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤의 사시도이다.

먼저, 본 실시예에 따른 피스톤이 적용되는 가솔린 직접분사 엔진의 기본적인 구성은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(미도시)와 실린더 블록(1)에 의해 엔진 본체가 구성되고, 상기 실린더 블록(1)의 실린더(3) 내부에는 피스톤(5)이 배치된다.

상기 실린더 헤드 하면과 실린더(3)내의 피스톤(5) 상면에 의해 연소실이 형성되고, 상기 연소실의 실린더 헤드 양측으로는 흡,배기포트에 각각 흡,배기 밸브(7,9)가 배치되어 구성된다.

상기 연소실에 대응하는 실린더 헤드 하면 중앙부분에는 점화 플러그(11)가 설치되고, 상기 연소실내에 직접 연료를 분사하는 인젝터(13)가 실린더 헤드의 내부 일측에 구성된다.

이러한 구성의 가솔린 직접분사 엔진에 적용되는 상기 피스톤(5)은, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 그 상면에 피스톤 핀(PP) 방향 측면에 대하여 상기 피스톤(5) 직경(D)만큼의 반경(R1)을 갖는 원호(C1) 형상의 곡면(RF)으로 형성된 융기부(21)가 돌출되어 형성된다.

단, 본 실시예에 적용되는 피스톤(5)의 직경(D)은 96mm인 것으로 설정하여 설명한다.

즉, 상기 융기부(21)는 상기 피스톤(5) 상면(F)으로부터 일정높이(T)를 가지며, 그 가장자리는 상기 피스톤(5)의 상면(F)에 대하여 라운드 면(RS1)으로 처리되어 형성된다.

여기서, 상기 융기부(21)의 높이(T)는, 상기 피스톤(5)의 직경을 96mm로 하였을 경우, 이에 대하여 5%~5.5%의 범위인 5.3mm로 설정하는 것이 이상적이다.

또한, 상기 융기부(21)의 가장자리는 상기 피스톤(5)의 상면(F)에 대하여 그 직경(D)의 80%~84% 범위 내인 직경(D1)이 80mm인 원호(C2)의 외접면 형상의 라운드면(RS1)으로 처리되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 융기부(21)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(5)의 상면(F)에 대하여, 그 중심(SP)으로부터 피스톤(5) 직경(D)의 5%~7% 범위 내의 길이인 6mm만큼 배기측으로 옵셋된 지점(P1)을 중심으로 상기 피스톤(5) 직경(D)의 78%~82% 범위 내의 80mm의 직경(D2)의 원호(C5)를 따라 가장자리가 상기 피스톤(5) 상면(F)과의 사이에 협곡단(V)을 형성하여 이루어진다.

한편, 상기 피스톤(5)의 상면(F)에는, 도 2와 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 융기부(21) 상의 중앙에서 흡기측으로 치우친 상태의 비대칭 타원형 형상의 바닥면(F1)을 갖는 보울(B; bowl)이 형성된다.

상기 보울(B)의 바닥면(F1)은 흡기측으로부터 배기측으로 갈수록 깊어지도록 일정 경사각(θ1)을 가지며, 상기 흡기측의 내벽부(W)는 높이방향으로 일정 상승각도(θ2)를 갖도록 원호(C3) 면으로 형성된다.

또한, 상기 비대칭 타원형 형상의 바닥면(F1)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 융기부(21)의 중앙에서 흡기측으로 갈수록 좁아지는 형상의 타원형 바닥면이며, 상기 바닥면(F1)의 일정 경사각(θ1)은, 도 5에서와 같이, 상기 피스톤(5) 상면(F)에 대한 보울(B)의 최대 깊이(DEP)가 피스톤(5) 직경(D)의 1%~1.25% 범위 이내인 1.1mm 정도가 되도록 약 1.5°의 경사각(θ1)으로 형성된다.

상기 보울(B)의 흡기측 내벽부(W)의 상승각도(θ2)는 상기 보울(B)의 팁부(TP)에서의 원호 접선각으로 약 65°로 설정되며, 상기 보울(B)의 팁부(TP)는 직경이 2mm인 원호(C4)를 따르는 라운드 면(RS2)으로 형성하여 연소압과 연소열의 집중을 최소화하도록 하였다.

그리고 상기 피스톤(5)의 상면(F)에는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 융기부(21)의 양측 에지단(E)이 상기 피스톤(5) 상면(F)의 흡기측을 향하여 일정 각도로 확대되어 상기 보울(B)과 연결되도록 함으로써, 스퀴시 유동에 의해 피스톤 경의 외각을 회전하는 혼합기의 속도를 유지하는 트럼펫부(TR)를 형성한다.

즉, 상기 트럼펫부(TR)는 상기 융기부(21)의 협곡단(V)과 에지단(E)이 만나는 지점(P2)으로부터 시작되며, 상기 협곡단(V)과 에지단(E)이 만나는 지점(P2)은 상기 피스톤 핀(PP)의 축선(S)으로부터 피스톤(5) 직경(D)의 3%~5% 범위 내의 길이 만큼 배기측으로 옵셋된 위치(P2)에 설정되는 것이 바람직하다.

이러한 트럼펫부(TR)를 형성하는 상기 융기부(21)의 양측 에지단(E)은 상기 피스톤(5)의 중심(SP)으로부터 피스톤(5) 직경(D)의 1/3 길이만큼 배기측으로 옵셋된 지점(P3)을 중심으로 상기 피스톤 직경(D)의 100%~105% 범위 내의 직경인 98mm의 직경(D3)을 갖는 원호(C6)를 따라 형성된다.

여기서, 상기 트럼펫부(TR)는 상기 에지단(E)이 확대되어 형성되는 바, 상기 에지단(E)의 확대각(θ3)은 그 에지단(E)이 상기 보울(B)과의 연결지점(P4)에서의 상기 원호 접선각인 약 50°로 설정된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤(5)에 의하면, 상기 융기부(21)의 가장자리가 피스톤 직경(D)의 78%~82% 범위 내의 80mm의 직경(D2)을 갖는 협곡단(V)으로 형성되고, 상기 융기부(21)의 양측 에지단(E)은 상기 피스톤 상면(F)의 흡기측을 향하여 50°각도로 확대각(θ3)을 가지며 상기 보울(B)과 연결되는 트럼펫부(TR)를 형성하도록 함으로써, 도 6에서 도시한 바와 같이, 스퀴시 유동에 의해 피스톤 경의 외각을 회전하는 혼합기의 충분한 이동 통로를 확보함과 동시에, 그 유동 속도를 유지하여 피스톤 압축과정에서 1차 분사 연료가 실린더 중심으로 모이는 중에, 피스톤 압축과정 후반부에 분사되는 2차 분사 연료와 함께 강력한 텀블 유동을 이루어, 도 7에서 도시한 바와 같이, 점화 플러그(11) 주변에 혼합기의 성층화를 유도하게 된다.

또한, 상기 보울(B)의 바닥면(F1)은 보울(B)의 최대 깊이가 피스톤 직경(D)의 1%~1.25% 범위 이내의 깊이가 되도록 약 1.5°의 경사각(θ1)으로 형성되고, 상 기 보울(B)의 흡기측 내벽부(W)의 상승각도(θ2)도 약 65°로 설정되어 상기 2차 분사 연료의 텀블 유동을 더욱 강화하여 점화 플러그(11)의 주변에 혼합기의 성층화를 돕게 된다.

이러한 혼합기의 강한 덤블 유동은 피스톤 압축과정에서 흡기측에 형성된 인젝터(13)에서 분사된 2차 분사 연료가 강한 텀블 유동과 상호 작용을 하면서 피스톤(5)의 보울(B) 바닥면(F1)과 충돌없이 강한 흡기 유동 내에서 빠른 시간 내에 기화한 후에 점화 플러그(11) 주위로 혼합기의 성층화를 이루도록 이동하게 되는 것이다.

그리고 상기와 같이 점화 플러그(11)측으로 이동된 혼합기는 점화 플러그(11)의 점화에 의하여 연소가 이루어지게 되며, 이때, 상기 혼합기는 2차 분사 연료가 피스톤(5)의 보울 바닥면(F1)과 충돌이 발생되지 않으므로 기화가 빠르게 이루어지게 되어 분사되는 연료가 대부분 연소에 참가하게 된다.

한편, 상기 보울(B)의 팁부(TP)는 라운드 면(RS2)으로 형성되어 연소압과 연소열의 집중을 최소화함으로써 연소압에 의한 응력과 연소열에 의한 열피로에 의한 크랙 발생을 억제하며, 열집중에 의한 자연발화를 방지한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 적용되는 가솔린 직접분사 엔진의 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤의 피스톤 핀 방향 측면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤의 정 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤의 압축 과정 중, 2차 분사 시의 혼합기 유동 상태도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤의 팽창 과정 중, 점화 플러그 주변에 성층화된 혼합기의 분포도이다.

도 8의 (A)(B)는 종래 제1실시예의 엔진을 모식적으로 도시한 종단면도 및 피스톤의 평면도이다.

도 9의 (A)(B)는 종래 제2실시예의 엔진을 모식적으로 도시한 종단면도 및 피스톤의 평면도이다.

Claims

가솔린 직접분사 엔진용 피스톤에 있어서,

피스톤 핀 방향 측면에 대하여 상기 피스톤 직경만큼의 반경을 갖는 원호 형상의 곡면으로 상기 상면으로부터 일정높이를 가지며, 가장자리는 상기 상면과 라운드 처리되어 돌출 형성되는 융기부;

피스톤 상면에 대하여 상기 융기부 상의 중앙에서 흡기측으로 치우친 상태의 비대칭 타원형 형상의 바닥면을 가지며, 상기 바닥면은 배기측이 깊어지도록 일정 경사각을 가지며, 내벽부는 높이방향으로 일정 상승각도를 갖도록 원호면으로 형성되는 보울;

상기 피스톤 상면에 대하여 상기 융기부의 양측 에지단이 상기 피스톤 상면의 흡기측을 향하여 일정 각도로 확대되어 상기 보울과 연결되는 트럼펫부를 형성하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 융기부의 높이는

상기 피스톤의 직경에 대하여 5%~5.5%의 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 융기부의 가장자리는

상기 피스톤의 상면에 대하여 그 직경의 80%~84% 범위 내의 원호의 외접면 형상의 라운드면으로 처리되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 융기부는

상기 피스톤 상면에 대하여, 그 중심으로부터 피스톤 직경의 5%~7% 길이만큼 배기측으로 옵셋된 지점을 중심으로 피스톤 반경의 78%~82%의 반경을 가지며, 가장자리는 상기 피스톤 상면과의 사이에 협곡단을 형성하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 융기부의 협곡단과 에지단이 만나는 지점은

피스톤 핀의 축선으로부터 피스톤 직경의 3%~5% 길이만큼 배기측으로 옵셋된 위치에 설정되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 비대칭 타원형 형상의 바닥면은

상기 융기부의 중앙에서 흡기측으로 좁아지는 형상의 타원형 바닥면인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 바닥면의 일정 경사각은

상기 피스톤 상면에 대한 보울의 최대 깊이가 피스톤 직경의 1%~1.25% 범위 이내가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 보울 내벽부의 상승각도는

상기 보울의 팁부에서의 원호 접선각으로 65°인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제8항에서,

상기 보울의 팁부는

일정반경의 라운드면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.
제1항에서,

상기 융기부의 양측 에지단은

상기 피스톤의 중심으로부터 피스톤 직경의 1/3 길이만큼 배기측으로 옵셋된 지점을 중심으로 상기 피스톤 직경의 100%~105% 범위 내의 직경을 갖는 원호를 따라 형성되며, 상기 보울과의 연결지점에서의 원호 접선각은 50°인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접분사 엔진용 피스톤.