KR100372164B1

KR100372164B1 - 동축 왕복형 2행정엔진

Info

Publication number: KR100372164B1
Application number: KR10-2000-0038812A
Authority: KR
Inventors: 최진희
Original assignee: 최진희
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2003-02-14
Also published as: KR20020004682A

Abstract

본 발명은 동축 왕복형 2행정엔진에 관한 것으로, 내주부에 고정판(22)이 부착되고 일측면에는 흡입구(24)가 형성된 하우징(20)과, 상기 하우징(20)내에 회전 가능하게 배치되며 외주부에는 피스톤(32)이 형성된 로터(30)와, 상기 로터(30)를 사이에 두고 상기 하우징(20)내에 결합되며 배기공(44, 44') 및 흡기공(54, 54')을 지닌 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)와, 배기구(64)가 구비되고 상기 하우징 (20)을 덮는 커버(60)와, 상기 로터(30)의 회전에 의해 발생되는 동력을 출력축 (170)으로 전달하는 동력전달장치(100)를 포함하는 동축 왕복형 2행정엔진에 있어서, 상기 동력전달장치(100)는, 로터(30)의 내주면에 부착되며 가이드 레일(112)이 구비된 가이드 플레이트(110)와, 일단에는 가이드 롤러(130)를 개재하여 상기 가이드 레일(112)을 따라 상하로 이동하는 롤러 고정축(122)이 형성되고 타단에는 구동기어(150)가 고정되는 기어 고정축(124)이 구비된 슬라이더(120)와, 베어링(154)을 개재하여 구동기어(150)를 회전 가능하게 지지하며, 걸림턱 (162)을 지닌 제 1수직 고정틀(160)과, 상기 걸림턱(162)이 걸어맞춤되는 걸림홈 (162') 및 체결공(164)을 지닌 제 2수직 고정틀(160')과, 상기 제 2수직 고정틀(160')의 체결공(164)과 대응되는 체결공(186)을 지니며, 조립시에 이들 체결공(164),(186)을 통해 삽입되는 볼트가 상기 로터(30)의 내주면에 고정되는 수평고정틀(180)로 이루어진 것이다.

Description

동축 왕복형 2행정엔진{TWO CYCLE TYPE COAXIAL RECIPROCATING AXISYMMETRIC ENGINE}

본 발명은 동축 왕복형 2행정엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 흡기공과 배기공을 지닌 고정 디스크를 하우징의 내부에 고정하여 실린더를 형성하고, 이 실린더 내에는 다수의 피스톤을 지닌 로터를 배치하여, 로터가 회전함에 따라 피스톤이 양 고정판 사이의 연소실 내를 이동하면서 다수의 팽창 및 압축 작업챔버를 형성하도록 하여 동력을 발생시키고, 이때 발생된 동력은 동력전달장치를 이용하여 출력축으로 전달하는 동축 왕복형 2행정엔진에 관한 것이다.

현재, 오토바이용 엔진이나 압축기용 엔진으로 널리 사용하고 있는 피스톤식 2행정엔진은 대부분 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 지닌다. 종래의 2행정엔진의 구성을 보면, 행정(A)을 갖는 상하 2개의 연소실(2, 2')을 지닌 실린더 하우징(1)과, 커넥팅로드(14, 16)를 통해서 크랭크축으로부터 전달되는 동력에 의해 실린더 하우징(1)의 내벽을 따라 상하로 이동하는 피스톤(10)으로 이루어져 있으며, 하우징(1)의 중간 지점에는 화살표 방향(P)을 따라 흡기챔버(4)로 유입된 혼합기를 상하 연소실(2, 2')내로 공급하는 흡기구(4, 4')와, 상하 연소실(2, 2')로부터 배기가스를 화살표 방향(P')을 따라 외부로 배출하기 위한 배기구(5, 5')가 구비되어 있다. 피스톤(10)과 커넥팅로드(16)는 핀(12)에 의해 결합되어 있다. 그러므로, 피스톤(10)의 상하 이동에 따라 연소실(2, 2')내의 혼합기는 압축되며, 점화플러그(도시 생략)를 점화시켜 혼합기가 연소되도록 한다.

이러한 구성을 지닌 종래의 동축 왕복형 2행정엔진은 크랭크샤프트나 캠샤프트 등이 설치되어 있어 전체적으로 무거우며 단위 중량당 출력이 낮은 단점을 지니고 있다. 또한, 흡기 및 배기밸브를 구동하기 위한 복잡한 구조의 밸브작동기구를 필요로 하며 진동 및 소음이 크고 제작하는데 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다수의 고정판을 지닌 하우징 내에 다수의 피스톤을 지닌 로터를 회전 가능하게 배치하여, 로터의 회전시에 고정판 사이에 형성된 실린더 내부를 왕복 이동하면서 팽창 및 압축 작업챔버를 형성하여 동력을 발생시키고, 이때 발생된 동력은 동력전달장치를 통해서 로터로부터 출력축으로 전달하는 동축 왕복형 2행정엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 2행정엔진의 일예를 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 2행정엔진의 구성을 보인 분리 사시도,

도 3은 도 2에 도시한 엔진의 결합상태를 보인 횡단면도,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 2행정엔진의 작동상태를 보이는 부분 사시도로, 팽창시와 중립시와 압축시의 피스톤 위치를 보인 도면,

도 5는 본 발명에 따른 2행정엔진의 종단면도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

20:하우징 22:고정판

24:흡입구 30:로터

32:피스톤 40, 50:제 1, 2고정디스크

44, 44':배기공 54, 54':흡기공

60:커버 64:배기구

100:구동장치 110:가이드 플레이트

112:가이드 레일 120:슬라이더

122:베어링 고정축 124:기어 고정축

126:질량부 150:, 150':구동기어

160, 160':수직고정틀 170:출력축

180:수평고정틀

상술한 본 발명의 목적은 내주부에 다수의 고정판이 부착되고 일측면에는 다수의 흡입구가 형성된 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 배치되며 외주부에는 다수의 피스톤이 형성된 로터와, 상기 로터를 사이에 두고 상기 하우징 내에 결합되며 다수의 배기공 및 흡기공을 지닌 제 1 및 제 2고정디스크와, 다수의 배기구가 구비되고 상기 하우징을 덮는 커버와, 상기 로터의 회전에 의해 발생되는 동력을 출력축으로 전달하는 동력전달장치를 포함하는 동축 왕복형 2행정엔진에 있어서, 상기 동력전달장치는, 로터의 내주면에 부착되며 가이드 레일이 구비된 가이드 플레이트와, 일단에는 가이드 롤러를 개재하여 상기 가이드 레일을 따라 상하로 이동하는 롤러 고정축이 형성되고 타단에는 구동기어가 고정되는 기어 고정축이 구비된 슬라이더와, 베어링을 개재하여 구동기어를 회전 가능하게 지지하며, 걸림턱을 지닌 제 1수직 고정틀과, 상기 걸림턱이 걸어맞춤되는 걸림홈 및 다수의 체결공을 지닌 제 2수직 고정틀과, 상기 제 2수직 고정틀의 체결공과 대응되는 체결공을 지니며, 조립시에 이들 체결공을 통해 삽입되는 볼트가 상기 로터의 내주면에 고정되는 수평고정틀로 이루어진 것을 특징으로 하는 동축 왕복형 2행정엔진에 의해 달성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동축 왕복형 2행정엔진에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 2행정엔진의 구성을 보인 분리 사시도, 도 3은 도 2에 도시한 엔진의 결합상태를 보인 횡단면도, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 2행정엔진의 작동상태를 보이는 부분 사시도로, 팽창시와, 중립시 및, 압축시의 피스톤 위치를 보인 도면, 도 5는 본 발명에 따른 2행정엔진의 종단면도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2행정엔진의 전체적인 구성을 보면, 내주부에 다수의 고정판(22)이 부착되고 일측면에는 다수의 흡입구(24)가 형성된 하우징(20)과, 이 하우징(20)내에 회전 가능하게 배치되며 외주부에는 다수의 피스톤(32)이 형성된 로터(30)와, 이 로터(30)를 사이에 두고 상기 하우징(20)내에 결합되며 다수의 배기공(44, 44') 및 흡기공(54, 54')을 지닌 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)와, 다수의 배기구(64)가 구비되고 상기 하우징(20)을 덮는 커버(60)와, 상기 로터(30)의 회전에 의해 발생되는 동력을 출력축(170)으로 전달하는 동력전달장치(100)로 이루어져 있다.

여기에서, 하우징(20)의 외부 원주면에는 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)를 고정하기 위한 다수의 체결홀(26, 28)이 형성되어 있으며, 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)에도 이 체결홀(26, 28)과 대응되는 다수의 체결홀(46, 56)이 형성되어 있다. 하우징(20)내의 인접한 고정판(22)사이에는 스파크 플러그가 삽입된다.

로터(30)를 사이에 두고 양옆에 대향으로 배치되는 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)에는 다수의 배기공(44, 44') 및 다수의 흡기공(54, 54')이 형성되어 있으며, 중앙에는 출력축(170)이 관통되는 관통홀(42), (52)이 형성되어 있다. 제 1고정디스크(40)의 외측에 배치되어 하우징(20)을 덮는 커버(60)에는 다수의 배기구(64)가 형성되어 있다.

또한, 동력전달장치(100)는 로터(30)의 내주면에 부착되며 가이드 레일(112)이 구비된 가이드 플레이트(110)와, 일단에는 가이드 롤러(130)를 개재하여 상기 가이드 레일(112)을 따라 상하로 이동하는 롤러 고정축(122)이 형성되고 타단에는 구동기어(150)가 고정되는 기어 고정축(124)이 구비된 슬라이더(120)와, 베어링(154)을 개재하여 구동기어(150)를 회전 가능하게 지지하며, 걸림턱(162)을 지닌 제 1수직 고정틀(160)과, 상기 걸림턱(162)이 걸어맞춤되는 걸림홈(162') 및 다수의 체결공(164)을 지닌 제 2수직 고정틀(160')과, 상기 제 2수직 고정틀(160')의 체결공(164)과 대응되는 체결공(186)을 지니며, 조립시에 이들 체결공(164), (186)을 통해 삽입되는 볼트가 상기 로터(30)의 내주면에 고정되는 수평고정틀(180)로 이루어져 있다.

여기에서, 슬라이더(120)에는 로터(30)의 회전시에 균형을 유지하기 위한 질량부(126)가 구비되어 있으며, 롤러 고정축(122)에는 링홈(122a)이 형성되어 있어, 조립시에는 롤러 고정축(122)의 외경부에 롤러(130)의 내경부(132)를 삽입한 다음, 이 링홈(122a)에 고정링(도 3의 142)을 끼워 롤러(130)의 이탈을 방지한다. 또, 기어 고정축(124)에도 링홈(124a)이 형성되어 있어, 조립시에는 기어 고정축(124)에 구동기어(150)를 끼운 다음에, 링홈(124a)에 고정링(도 3의 144)을 끼워 구동기어(150)의 이탈을 방지한다.

또한, 수평고정틀(180)의 플랜지부(184)에는 수직 고정틀(160), (160')과의 결합을 위한 다수의 체결공(186)이 형성되어 있으며, 내부에는 2개의 내주면(182, 183)이 형성되어 있다. 이중에서, 하부의 내주면(182)에는 구동기어(150')의 외주면이 배치되며, 상부의 내주면(183)에는 베어링(154')이 끼워져 구동기어(150')를 회전 가능하게 지지한다.

도 3은 도 2에 도시한 2행정엔진의 결합상태를 보인 횡단면도로, 여기에서는 이해를 돕기 위해 제 2수직 고정틀(160')이 고정되어 있는 수평고정틀(180)을 가상선으로 도시하였다.

도시된 바와 같이, 이격되어 있는 2개의 고정판(22)사이에는 피스톤(32)이 회전 가능하게 장착되며, 피스톤(32)의 이동에 따라서 흡기공(54)을 통해 유입된 혼합기를 압축하거나, 연소후에 배기공(44)을 통해서 배기가스를 외부로 배출시킨다.

또한, 4개의 가이드 플레이트(110)는 볼트(140)에 의해 로터(30)에 고정되어 있으며, 롤러 고정축(122)에는 롤러(130)가 회전 가능하게 장착되어 있다. 또한, 직각으로 배치되는 4개의 슬라이더(120)의 기어 고정축(124)에는 4개의 구동기어(150, 150')가 대향으로 직각을 이루며 결합되어 있다. 인접한 구동기어(150, 150')는 톱니부(152, 152')를 통해 작동적으로 맞물려 있다.

다음에, 제 2수직 고정틀(160')의 양단면에 직각 방향으로 수평고정틀(180)을 배치한 상태에서, 대응되게 배치되어 있는 2개의 체결공(164), (186)에 통상의 체결용 볼트(도시생략)를 관통시킨 다음, 이 볼트를 로터(30)의 내주면에 고정시키면 된다. 이때, 수평고정틀(180)에는 도 5에 도시한 바와 같이, 베어링(174)을 개재하여 출력축(170)이 회전 가능하게 장착된다.

이러한 상태에서, 슬라이더(120)의 롤러 고정축(122)에 롤러(130)를 끼운 다음, 이 롤러(130)를 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)내에 삽입하여 조립을 완성한다. 가이드 플레이트(110)는 다수의 체결홀(114)에 삽입되는 볼트나 체결나사(140)에 의해서 로터(30)의 내주면에 고정된다.

여기에서 보면, 슬라이더(120)는 롤러(130)를 개재하여 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)에 미끄럼 이동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 구동기어(150)의 톱니부(152)는 출력기어(171)의 톱니부(172)와 작동적으로 맞물려 있다. 그러므로, 로터(30)가 회전하게 되면, 로터(30)의 회전력은 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)에 삽입되어 있는 롤러(130)를 통해서 슬라이더(120)로 전달되고, 슬라이더(120)로 전달된 동력은 구동기어(150)와 출력기어(171)를 통해서 출력축(170)으로 전달된다.

다음에, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 2행정엔진의 작동상태를 보인 부분 사시도이다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 2행정엔진에 있어서, 피스톤(32)이 배치되는 연소실은 2개의 부분으로 이루어져 있다. 즉, 도 4a에서 보면, 피스톤(32)이 현재 위치하고 있는 제 1연소실과, 피스톤이 위치하고 있지 않은제 2연소실로 이루어져 있으며, 이들 연소실은 피스톤(32)의 이동에 따라 교대로 압축챔버 및 팽창챔버로서 작용하게 된다.

먼저, 도 4a는 가령, 팽창시의 상태를 나타낸 것으로, 로터(30)의 회전에 따라 피스톤(32)이 시계방향으로 이동하게 되면, 흡기공(54')을 통해 유입된 혼합기가 압축되기 시작한다. 다음에, 도 4b와 같이 피스톤(32)이 중립위치에 오게 되면, 제 2연소실쪽의 혼합기는 더욱 압축되며 도 4c와 같이 위치하였을 때에 최대로 압축된다. 이때, 스파크 플러그에 전기가 공급되면서 점화되어 혼합기를 연소시킨다.

다음에, 도 5는 본 발명에 따른 2행정엔진의 종단면도이다. 도시된 바와 같이, 하우징(20)내에는 로터(30)의 피스톤(32)을 사이에 두고 2개의 고정디스크(40), (50)가 볼트(80), (82)등에 의해서 고정되어 있으며, 제 1고정디스크(40)의 외측에는 커버(60)가 볼트(84)등에 의해 고정되어 있다. 로터(30)는 다수의 베어링(90)에 의해서 하우징(20)의 내측면과 커버(60)의 내측면에 회전 가능하게 지지되어 있다. 그러므로, 로터(30)의 회전시에 흡기구(24)와 흡기공(54)을 통해서 유입된 혼합기는 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 바와 같이 압축된 다음, 연소과정을 거쳐 배기공(44) 및 배기구(64)를 통해서 외부로 배출된다.

중앙의 동력전달장치에 있어서, 슬라이더(120)는 롤러(130)를 개재하여 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)에 미끄럼 이동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 구동기어(150)의 톱니부(152)는 출력기어(171)의 톱니부(172)와 작동적으로 맞물려 있다. 그러므로, 로터(30)가 회전하게 되면, 로터(30)의 회전력은 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)에 삽입되어 있는 롤러(130)를 통해서슬라이더(120)로 전달되고, 슬라이더(120)로 전달된 동력은 구동기어(150)와 출력기어(171)를 통해서 출력축(170)으로 전달된다.

작동에 있어서, 이러한 상태에서 운전자가 시동을 걸면, 스타트 모터와 같은 외부동력이 출력축(170) 및 구동기어(50)를 통해서 슬라이더(120)로 역으로 전달됨과 동시에 다수의 실린더의 일부에도 혼합기가 공급되기 시작한다. 그에 따라, 슬라이더(120)에 장착된 롤러(130)가 가이드 레일(112)d을 따라 상하로 이동하게 된다. 로터(30)의 회전이 진행되는 동안 흡입된 혼합기가 최대로 압축된 시점에서 스파크 플러그를 통해 점화되어 폭발행정이 이루어지며 그 결과 발생된 동력에 의해 롤러(130)의 상하 이동이 진행된다.

이때, 롤러(130)의 상하이동과 동시에 로터(30)의 회전운동이 병행됨으로써, 결국 로터(30)의 회전운동이 슬라이더(130)를 통해서 구동기어(150)의 회전운동으로 전환된다. 그로 인해, 구동기어(150)와 맞물려 있는 출력기어(171)가 회전하게 되어 출력축(170)은 연속으로 회전하게 된다.

종래의 피스톤식 2행정엔진에 비하여, 첫째로 크랭크샤프트가 필요 없으므로경량화가 가능함과 동시에, 피스톤이 왕복이동하면서 2배의 일(double acting)을 하므로 동일 체적당 효율이 2배로 되고, 둘째로, 본 출원인에 의해 특허출원된 4행정 기관을 2행정화함으로써 2배일이 가능하며, 세째로 캠샤프트 및 밸브구동기구가 필요 없기 때문에 구조가 간단하고, 네째로 크랭크 샤프트에 의한 진동의 발생이 없으므로 정숙운전이 가능하고, 다섯째로 단일 기하학적 형성을 지니므로 제작성이우수하고 대량생산이 가능하며, 여섯째로 원통형 실린더 조립체를 필요한 2의 배수만큼 확장하여 연소실을 구성할 수 있기 때문에 확장성이 높으며, 동력행정시 연소압 작용점과 동축이 이루는 모멘트가 크므로 출력 토오크가 크며, 여덟째로 관성 플라이휘일이 필요없기 때문에 경량화 및 정숙한 운전이 가능하다. 또한, 종래의 동축 왕복엔진에 비하여 정상적인 작동 상태에서 출력을 항상 균일하게 분배할 수 있는 이점이 있으며, 제조과정이나 조립공정이 간단하여 상품화가 가능하다.

그 밖에도, 본 발명의 2행정엔진은 본 출원인이 특허출원한 회전 요동형 압축기나 액추에이터 등에도 적용할 수 있으며, 본 출원인이 특허출원한 4행정 기관용 냉각 및 윤활구조를 본 발명의 2행정엔진에도 적용하는 것이 가능하다.

Claims

삭제
내주부에 다수의 고정판(22)이 부착되고 일측면에는 다수의 흡입구(24)가 형성된 하우징(20)과, 상기 하우징(20)내에 회전 가능하게 배치되며 외주부에는 다수의 피스톤(32)이 형성된 로터(30)와, 상기 로터(30)를 사이에 두고 상기 하우징(20)내에 결합되며 다수의 배기공(44, 44') 및 흡기공(54, 54')을 지닌 제 1 및 제 2고정디스크(40), (50)와, 다수의 배기구(64)가 구비되고 상기 하우징(20)을 덮는 커버(60)와, 상기 로터(30)의 회전에 의해 발생되는 동력을 출력축(170)으로 전달하는 동력전달장치(100)를 포함하는 동축 왕복형 2행정엔진에 있어서,

상기 동력전달장치(100)는,

로터(30)의 내주면에 부착되며 가이드 레일(112)이 구비된 가이드 플레이트(110)와,

일단에는 가이드 롤러(130)를 개재하여 상기 가이드 레일(112)을 따라 상하로 이동하는 롤러 고정축(122)이 형성되고 타단에는 구동기어(150)가 고정되는 기어 고정축(124)이 구비된 슬라이더(120)와,

베어링(154)을 개재하여 구동기어(150)를 회전 가능하게 지지하며, 걸림턱(162)을 지닌 제 1수직 고정틀(160)과,

상기 걸림턱(162)이 걸어맞춤되는 걸림홈(162') 및 다수의 체결공(164)을 지닌 제 2수직 고정틀(160')과,

상기 제 2수직 고정틀(160')의 체결공(164)과 대응되는 체결공(186)을 지니며, 조립시에 이들 체결공(164), (186)을 통해 삽입되는 볼트가 상기 로터(30)의 내주면에 고정되는 수평고정틀(180)로 이루어진 것을 특징으로 하는 동축 왕복형 2행정엔진.