KR100311285B1 - Intake/exhaust device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 외주연에 원주 방향으로 형성된 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 흡기구와 배기구를 가지는 실린더 상부에 회전 가능하게 설치되어 크랭크 샤프트의 동력으로 회전하는 회전축이 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정의 사이클을 이루면서 실린더 헤드 부위의 과열을 방지할 수 있는 엔진 흡 ·배기 장치에 관한 것 이다.The present invention is rotatably installed on the top of the cylinder having the inlet and exhaust ports by the rotary shaft formed in the circumferential direction by the groove formed in the circumferential direction, the rotary shaft rotating by the power of the crankshaft suction, compression, explosion, exhaust stroke It relates to an engine intake / exhaust system that can prevent overheating of the cylinder head area while forming a cycle of.
4행정 사이클 기관의 작동은 알려진 바와 같이 실린더 내의 피스톤이 하사점으로 내려감에 따라 캠 샤프트 캠에 의하여 흡입 밸브가 열려 혼합 가스가 실린더 내부로 흡입되는 흡입 행정과, 피스톤이 상사점으로 상승함과 동시에 캠 샤프트 캠에 의하여 흡입밸브가 닫히게 되면서 실린더 내에 흡입된 혼합 가스를 피스톤이 압축시키는 압축 행정과, 피스톤에 의하여 압축된 혼합 가스가 점화 플러그의 불꽃으로 점화되어 급격히 연소되면서실린더 내의 폭발 압력을 상승시켜서 피스톤을 하사점으로 밀어내므로서 피스톤과 커넥팅 로드로 연결된 크랭크 샤프트의 회전 동력을 발생시키는 폭발 행정과, 피스톤이 폭발 행정에 의하여 하사점에 도달하기 전에 배기 밸브가 열려서 피스톤이 상승할 때에 배기 가스를 배출시키는 배기 행정을 반복하여 동력을 발생시키는 것이다.The operation of the four-stroke cycle engine is known as the intake stroke in which the inlet valve is opened by the camshaft cam as the piston in the cylinder is lowered to the bottom dead center, and the mixed gas is sucked into the cylinder. The piston is compressed by the piston to compress the mixed gas sucked into the cylinder while the intake valve is closed by the shaft cam, and the mixed gas compressed by the piston is ignited by the spark of the spark plug and burned rapidly to increase the explosion pressure in the cylinder. Explosion stroke which generates rotational power of the crankshaft connected to the piston and connecting rod by pushing to the bottom dead center, and exhaust gas which discharges exhaust gas when the piston rises by opening the exhaust valve before the piston reaches the bottom dead center by the explosion stroke. Repeat the stroke To generate.
이러한 4행정 사이클 기관은 2행정 사이클 기관과 비교할 때 각각의 행정이 완전히 구분되어 작동이 확실하고, 체적 효율이 크고, 연료 소비율이 적으며, 속도 변화가 다양하게 되는 등의 장점으로 보통의 기관에서 많이 채택되고 있다. 그러나 밸브 개폐 기구가 복잡하여 이것에 대한 주기적인 정비가 필요하고 가격이 상승하는 문제점이 있다.Compared with two-stroke cycle engines, these four-stroke cycle engines are completely divided in their respective strokes, which ensures operation, high volumetric efficiency, low fuel consumption, and variable speeds. It is adopted a lot. However, there is a problem that the valve opening and closing mechanism is complicated, so that periodic maintenance is required and the price is increased.
이를 보다 구체적으로 설명한다.This will be described in more detail.
도 1은 종래 4행정 사이클 기관의 밸브 개폐 기구의 일례를 보여 주고 있다.1 shows an example of a valve opening and closing mechanism of a conventional four-stroke cycle engine.
이 도면에서 보는 바와 같이 종래 4행정 사이클 기관의 밸브 개폐 기구는 캠 샤프트(100), 캠(200), 밸브 리프터(300), 푸시 로드(400), 로커 아암(500), 밸브 스프링(600), 밸브(700) 그리고 이들 장치를 고정 및 설치하기 위한 부대 장치와기계 요소 등으로 구성된다.As shown in the figure, the valve opening and closing mechanism of the conventional four-stroke cycle engine includes a cam shaft 100, a cam 200, a valve lifter 300, a push rod 400, a rocker arm 500, and a valve spring 600. And a valve 700 and auxiliary devices and mechanical elements for securing and installing these devices.
이들 밸브 개폐 기구는 크랭크 케이스 또는 실린더 헤드 위에 설치되어 크랭크 샤프트의 타이밍 체인에 의하여 구동하는 캠 샤프트(100), 상기 캠 샤프트(100)에 고정되어 회전하는 캠(200), 상기 캠(200)의 회전 운동을 상하 운동으로 바꾸어 주는 밸브 리프터(300), 상기 밸브 리프터와 로커 아암(500) 사이에 설치되어 캠(200)으로부터 동력을 전달받아 밸브 리프터(300)의 상하 운동을 로커 아암(500)에 전달하는 푸시 로드(400), 회전 가능하게 고정되어 상기 푸시 로드(400)에 의하여 시이소 작동을 하는 로커 아암(500), 밸브 스프링(600)에 의하여 탄력적으로 설치되어 상기 로커 아암(500)의 시이소 작동을 함에 따라 개폐 작동하는 밸브(700)로 구성되는 것이다.These valve opening / closing mechanisms are provided on the crankcase or the cylinder head to drive the cam shaft 100 driven by the timing chain of the crankshaft, the cam 200 fixed to the camshaft 100 and rotated, and the cam 200 A valve lifter 300 for converting rotational movements into vertical movements, which is installed between the valve lifter and the rocker arm 500, receives power from the cam 200, and moves the vertical movement of the valve lifter 300 to the rocker arm 500. Push rod 400 to be transmitted to, the rocker arm 500 is rotatably fixed to the seesaw operation by the push rod 400, the elastically installed by a valve spring 600 of the rocker arm 500 It is composed of a valve 700 that opens and closes as the seesaw operates.
이러한 밸브 개폐 기구는 기관에 다른 각각의 실린더에서 흡기 밸브와 배기 밸브를 구성하는 한쌍의 개폐 기구를 구성하게 된다.Such a valve opening and closing mechanism constitutes a pair of opening and closing mechanisms that constitute an intake valve and an exhaust valve in each cylinder different from the engine.
즉 한 개의 실린더에 2개의 밸브 개폐 기구가 설치되어 4행정 4기통 기관에서는 8개가 설치되는 것이다.That is, two valve opening and closing mechanisms are installed in one cylinder, and eight are installed in a four-stroke four-cylinder engine.
상기 구성에서 캠 샤프트(100)는 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐시키는 이외에 오일 펌프와 배전기를 구동시키기 위하여 필요한 것이지만 그밖의 요소는 엔진이 굉장히 복잡한 구성을 가지게 되는 원인이 되고 있다.In the above configuration, the cam shaft 100 is necessary to drive the oil pump and the distributor in addition to opening and closing the intake valve and the exhaust valve, but other factors cause the engine to have a very complicated configuration.
또한 로커 아암(500)과 밸브(700) 사이의 간극은 엔진의 온도가 상승함에 따라 각 부위에서 열에 의한 팽창을 하게 되므로 밸브(700)는 니켈, 크롬, 텅스텐 등을 많이 함유한 내열강을 사용하여야 하고, 밸브 기구가 일정한 간격을 유지하지못하면 흡기와 배기 불량으로 출력 부족 및 동력 감소 현상이 나타나게 된다.In addition, since the gap between the rocker arm 500 and the valve 700 is expanded by heat at each part as the temperature of the engine rises, the valve 700 must use heat resistant steel containing a large amount of nickel, chromium, tungsten, and the like. In addition, if the valve mechanism does not maintain a constant interval, the lack of output and power is reduced due to poor intake and exhaust.
본 발명은 종래의 엔진이 가지고 있는 구조상의 복잡함을 해결하기 위하여 실린더 상부에 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구를 형성하고, 상기 실린더의 상부에는 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 설치하며, 상기 회전축을 크랭크 샤프트의 동력으로 회전되게 하여 회전축의 흡기구가 실린더에 형성된 한쌍의 흡기구와 공간을 공유하게 될 때에 혼합 가스를 흡입하게 되고, 회전축의 배기구가 실린더에 형성된 한쌍의 배기구와 공간을 공유하게 될 때에 배기 하게 되며, 회전축의 흡기구와 배기구가 실린더의 흡기구와 배기구와 공간을 공유하지 않게 될 때에 압축 및 폭발하게 되어 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 이루게 되는 엔진 흡배기 장치가 알려져 있는데, 이러한 장치는 회전축이 과열되어 엔진 과열 현상이 나타날 수 있다. 따라서 본 발명은 엔진 상부의 회전축에 의해서 작동하는 엔진 흡배기 장치에 냉각수단을 제공하기 위한 것이다.The present invention forms a pair of inlets and a pair of exhaust ports in the upper part of the cylinder in order to solve the structural complexity of the conventional engine, the upper portion of the cylinder is formed in two grooves formed at a constant distance in the circumferential direction from the outer periphery And a rotating shaft having an intake port and an exhaust port formed therein, and allowing the rotating shaft to be rotated by the power of the crankshaft to inhale the mixed gas when the intake port of the rotating shaft shares a space with a pair of intake ports formed in the cylinder. When the space is shared with a pair of exhaust ports formed in the cylinder, the exhaust is exhausted. When the intake port and exhaust port of the rotating shaft do not share the space with the intake port and exhaust port of the cylinder, they are compressed and exploded. Engine intake and exhaust devices are known, which are The shaft may overheat, resulting in engine overheating. Accordingly, the present invention is to provide a cooling means to the engine intake and exhaust device which is operated by the rotary shaft of the upper portion of the engine.
도 1은 종래 밸브 기구의 단면도1 is a cross-sectional view of a conventional valve mechanism
도 2은 본 발명의 회전축의 일부 사시도2 is a partial perspective view of a rotating shaft of the present invention
도 3은 본 발명의 흡입 행정 상태도3 is a suction stroke state diagram of the present invention
도 4는 본 발명의 압축 행정 상태도Figure 4 is a compression stroke state of the present invention
도 5는 본 발명의 폭발 행정 상태도5 is an exploded stroke state diagram of the present invention.
도 6은 본 발명의 배기 행정 상태도6 is an exhaust stroke diagram of the present invention.
도 7은 본 발명의 일부를 발췌한 단면도7 is a cross-sectional view of a part of the present invention
도 8은 본 발명의 실린더의 일부 평단면도8 is a partial cross-sectional view of the cylinder of the present invention.
본 발명은 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구가 형성되는 실린더와; 상기 실린더 상부에 설치되며 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성되는 회전축과; 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전 수단을 구비하는 엔진 흡배기 장치를 형성함에 있어서, 회전축의 외주연에 원주 방향의 홈을 형성하여 실린더의 냉각수 통로와 연결되게 하면서, 축방향의 중심으로 통공을 형성하여 상기 홈과 통공을 연결하는 다수개 통공을 형성하여 냉각수가 회전축 내부를 순환하게 하는 것이다.The present invention includes a cylinder in which a pair of inlets and a pair of exhaust ports are formed; A rotating shaft installed on the cylinder and having an inlet and an exhaust port formed by two grooves formed at a predetermined distance in the circumferential direction from the outer circumference; In forming an engine intake and exhaust device including a rotating means for rotating the rotary shaft, a circumferential groove is formed on the outer circumference of the rotary shaft to be connected to the cooling water passage of the cylinder, thereby forming a through hole in the center of the axial direction. By forming a plurality of holes connecting the grooves and the through-holes to allow the coolant to circulate inside the rotating shaft.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 회전축을 나타내고 있다.2 shows the rotation axis of the present invention.
회전축(1)은 외주연에서 원주 방향을 따라 장공의 홈으로 형성되는 흡기구(2)(2a)가 형성되어 있고, 이 흡기구(2)(2a) 사이에는 또한 장공의 홈으로 형성되는 배기구(3)가 형성되어 있다.The rotary shaft 1 has an inlet port 2, 2a formed in the groove of the long hole along the circumferential direction at the outer circumference, and an exhaust port 3 formed between the inlet port 2, 2a and also the groove of the long hole. ) Is formed.
회전축(1)을 도시한 예는 하나의 실린더에 대응하는 부위를 나타낸 것이며, 실제로는 4기관, 6기관, 8기관 등 실린더의 배열 수에 따라 각각의 실린더에 대응하여 형성되며, 각각의 실린더에서 크랭크 샤프트의 각도에 따른 점화 순서는 공지된 구성에 의한 점화 순서와 동일하다.The example showing the rotating shaft 1 shows a portion corresponding to one cylinder, and is actually formed corresponding to each cylinder according to the arrangement number of cylinders such as four, six, and eight cylinders, and in each cylinder The ignition sequence according to the angle of the crankshaft is the same as the ignition sequence by a known configuration.
회전축(1)은 실린더(4)의 냉각수 통로(20)가 축공(8)으로 연장되는 공간을 이루게 하면서, 이렇게 공간으로 연결되는 부위의 외주연에 원주 방향으로 홈(21)을 형성하여 실린더의 냉각수 통로(20)와 연결되게 하고, 축방향의 중심으로는 통공(22)을 형성하게 되는데, 이 통공(22)과 상기 홈(21)을 연결하는 다수개의 통공(23)을 형성하여 냉각수가 회전축(4) 내부를 순환하게 된다.The rotating shaft 1 forms a space in which the coolant passage 20 of the cylinder 4 extends into the shaft hole 8, and forms a groove 21 in the circumferential direction at the outer periphery of the portion connected to the space to form a cylinder. It is connected to the coolant passage 20, and the through-hole 22 is formed in the center of the axial direction, a plurality of through-holes 23 connecting the through-hole 22 and the groove 21 to form a coolant It is circulated inside the rotating shaft (4).
이러한 회전축(1)은 크랭크 샤프트와 연결된 타이밍 체인에 의하여 동력을 전달 받게 되며 엔진을 시동할 때 크랭크 샤프트가 회전을 시작함과 동시에 회전축도 회전하게 된다.The rotary shaft 1 receives power by a timing chain connected to the crank shaft, and when the engine starts, the crank shaft starts to rotate and at the same time the rotary shaft rotates.
실린더(4)는 크랭크 케이스(5)와 피스톤(6)을 비롯하여 종래의 구성과 동일하게 되며, 본 발명을 위한 특징은 상단부의 실린더 헤드(7) 부위에 있다.The cylinder 4 becomes the same as the conventional configuration, including the crank case 5 and the piston 6, a feature for the present invention is in the cylinder head 7 portion of the upper end.
실린더(4)의 헤드(7)에는 회전축(1)이 놓여지는 축공(8)이 형성되어 있고, 이 축공(8)은 한쌍의 흡기구와 또한쌍의 배기구가 형성된다.In the head 7 of the cylinder 4, a shaft hole 8 in which the rotating shaft 1 is placed is formed, and the shaft hole 8 is provided with a pair of intake ports and a pair of exhaust ports.
한쌍의 흡기구는 축공(8)으로부터 흡기 매니폴드측과 연결되는 공간을 형성하는 제1흡기구(9)(9a)와, 상기 제1흡기구(9)(9a)의 아래쪽에서 축공(8)으로부터 실린더 내부로 연결되는 공간을 형성하는 제2흡기구(10)(10a)로 구성된다.The pair of intake ports comprises a first intake port 9 (9a) which forms a space connected from the shaft hole 8 to the intake manifold side, and a cylinder from the shaft hole 8 below the first intake port 9, 9a. It consists of a second intake port (10) (10a) forming a space connected to the inside.
한쌍의 배기구는 축공(8)으로부터 실린더 내부로 연결되는 공간을 형성하는 제1배기구(11)와, 상기 제1배기구(11)의 윗쪽에서 축공(8)으로터 배기 매니폴드측과 연결되는 공간을 형성하는 제2배기구(12)로 구성된다.The pair of exhaust ports includes a first exhaust port 11 forming a space from the shaft hole 8 to the inside of the cylinder, and a space connected to the exhaust manifold side from the shaft hole 8 above the first exhaust port 11. It consists of a second exhaust mechanism 12 for forming a.
이와 같이 구성되는 본 발명은 크랭크 샤프트가 1회전하면 회전축은 2회전하면서 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 하게 되는 것으로 그 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.When the crankshaft rotates once, the present invention constituted as described above performs suction, compression, explosion, and exhaust stroke while rotating the rotation shaft two times.
도4 내지 도7은 본 발명의 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 단계별로 나타내고 있다.4 to 7 show the suction, compression, explosion and exhaust strokes of the present invention step by step.
도4는 흡입 행정 상태를 나타내고 있다.4 shows a suction stroke.
이 도면을 참조하면 엔진을 시동하여 크랭크 샤프트(14)가 회전하면 타이밍 체인(15)으로 동력을 전달받은 회전축(1)이 도면에서 시계 방향으로 회전하기 시작하여 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)가 먼저 실린더의 제1흡기구(9)(9a)와 통로를 형성하게 되고, 계속회전하면 흡기구(2)(2a)가 제2흡기구(10)(10a)와 일치하게 되고 피스톤(6)은 상사점에서 계속 하강하여 하사점에 이를때까지 혼합 가스가 실린더(4)내부로 유입되는 흡입행정이 진행된다. 이때 흡기구(2)(2a)와 제2흡기구(10)(10a)가 통로를 형성할 때에 회전축(1)의 배가구(3)는 실린더(4)의 제1배기구(11)(11a)를 벗어나서 배기 공간이 폐쇄된 상태에 있게 된다.Referring to this drawing, when the engine is started and the crankshaft 14 rotates, the rotating shaft 1, which is powered by the timing chain 15, starts to rotate clockwise in the drawing, and the intake port 2 of the rotating shaft 1 is rotated. (2a) first forms a passageway with the first intake port (9) 9a of the cylinder, and if it continues to rotate, the intake port (2) (2a) coincides with the second intake port (10) (10a) and the piston (6) ) Continues to descend from the top dead center until the mixed gas flows into the cylinder 4 until it reaches the bottom dead center. At this time, when the inlet port (2) 2a and the second inlet port (10) (10a) form a passage, the exhaust port (3) of the rotating shaft (1) is connected to the first exhaust port (11) (11a) of the cylinder (4). This leaves the exhaust space in a closed state.
도 5는 압축 행정 상태를 나타내고 있다.5 shows a compression stroke.
흡입 행정 이후에 회전축(1)이 계속 회전하여 피스톤(6)이 하사점을 지나서 상승하기 시작할 때에는 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)가 실린더(4)의 제1흡기구(9)(9a) 및 제2흡기구(10)(10a)와 차례대로 폐쇄되면서 혼합 가스의 공급은 중단되고, 피스톤(6)이 상승하여 압축 행정을 진행하게 되고 상사점에 이르면 폭발하게 된다. 이때 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)와 배기구(3)는 실린더(4)의 제1 ·제2흡기구(9)(9a)(10)(10a) 및 제1·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 폐쇄된 공간을 형성하게 된다.After the suction stroke, when the rotating shaft 1 continues to rotate and the piston 6 starts to rise past the bottom dead center, the intake openings 2 and 2a of the rotating shaft 1 move to the first intake opening 9 of the cylinder 4 ( 9a) and the second intake port 10 (10a) in order to close the supply of the mixed gas is stopped, the piston 6 rises to proceed with the compression stroke and explode when the top dead center. At this time, the inlet port (2) 2a and the exhaust port (3) of the rotating shaft (1) are connected to the first and second inlet ports (9) (9a) (10) (10a) and the first and second exhaust ports (3) of the cylinder (4). 11) (11a) (12) (12a) to form a closed space.
도6은 폭발 행정 상태를 나타내고 있다.6 shows an explosion stroke state.
압축 행정 이후에 점화 플러그(16)에 의한 점화로 폭발이 일어나면 피스톤(6)은 하강하여 하사점에 이르면서 동력을 발생시키게 된다. 이때 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)와 배기구(3)는 실린더(4)의 제1 ·제2흡기구(9)(9a)(10)(10a) 및 제1 ·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 폐쇄된 공간을 형성하게 된다.When the explosion occurs due to ignition by the spark plug 16 after the compression stroke, the piston 6 descends to generate power by reaching the bottom dead center. At this time, the inlet port (2) 2a and the exhaust port (3) of the rotating shaft (1) are the first and second inlet port (9) (9a) (10) (10a) and the first and second exhaust port ( 11) (11a) (12) (12a) to form a closed space.
도 7은 폭발 행정 상태를 나타내고 있다.7 shows an explosion stroke state.
폭발 행정 이후에 피스톤(6)이 하사점으로부터 상승하게 되는 시기에는 회전축(1)이 회전하면서 배기구(3)가 실린더(4)의 제1배기구(11) 및 제2배기구(12)와 차례대로 열린 공간을 형성하게 되고, 피스톤(6)이 상승하면서 연소 가스가 배출된다.At the time when the piston 6 rises from the bottom dead center after the explosion stroke, the exhaust shaft 3 rotates while the exhaust port 3 rotates in order with the first and second exhaust pipes 11 and 12 of the cylinder 4. The open space is formed, and the combustion gas is discharged while the piston 6 is raised.
이상의 설명에서 회전축(1)의 흡기구(2)와 배기구(3)가 실린더의 제1 ·제2흡기구(9)(9a)(10)(10) 및 제1 ·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 협력하여 흡기 및 배기하는 시기는 종래의 기관에서와 같이 각각의 상사점과 하사점 전에 이루어지게 하거나 각각의 사점이 지난 다음에 하게 되는데, 냉각수가 실린더(4)의 냉각수 통로(20)로부터 통공(23)을 통하여 회전축(1) 내부로 유입되어 순환됨으로서 실린더 헤드(7)를 냉각시키게 된다.In the above description, the inlet port 2 and the exhaust port 3 of the rotating shaft 1 are formed by the first and second inlet ports 9, 9a, 10, 10, and the first and second exhaust ports 11, 11a of the cylinder. The period of intake and exhaust in cooperation with (12) (12a) is made before each top dead center and bottom dead center or after each dead center as in the conventional engine. The cylinder head 7 is cooled by being circulated from the cooling water passage 20 into the rotating shaft 1 through the through hole 23.
이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명에 의하면 회전축에 의하여 흡기와 배기가 이루어지게 되므로서 종래와 같이 흡기와 배기를 위한 복잡한 구성의 밸브 개폐 기구가 필요 없게 되어 엔진의 구조가 간단하게 되는 엔진 흡배기 장치의 냉각 효율을 상승시키는 효과가 있다.According to the present invention as described above, since the intake and exhaust are made by the rotating shaft, there is no need for a valve opening / closing mechanism of a complicated configuration for intake and exhaust as in the prior art, thereby simplifying the structure of the engine. There is an effect of increasing the cooling efficiency.
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-
1998
- 1998-05-26 KR KR1019980020298A patent/KR100311285B1/en not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| KR101943221B1 (en) * | 2017-10-17 | 2019-01-28 | 현대위아 주식회사 | A cylinder head, internal combustion engine and vehicle including the same |
Also Published As
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|---|---|
| KR19980043142A (en) | 1998-08-17 |
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