KR100379701B1 - 크랭크장치 및 기계장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 왕복 직선운동과 회전운동 사이의 동력변환을 하는 크랭크장치에 있어서 동력전달효율과 동적균형이 양호하고, 고속운전에 적합한 구조를 제공하는데에 있다.
유성기구(4)의 유성기어(21)의 외경이 고정내부기어(20) 내경의 1/2로 되고, 유성기어(21)이 회전중심으로 크랭크축(2)의 크랭크핀(12)이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에 유성기어(21)의 바깥둘레부분에 연결용(3)이 회전가능하게 피봇연결되어 있다.
이것에 의하여 연결봉(3)은 요동되지 않고 피스톤(15)의 왕복운동 방향으로 직선운동을 하므로 안정된 동적 균형이 확보된다.
또한, 각 구성부재의 질량배분이 왕복운동부와 회전운동부의 동적 균형을 이루도록 설정되어 있으므로 저속 회전역에서 고속 회전역까지 균일하고 안정적인 운동이 확보된다.

Description

크랭크장치 및 기계장치
이런 종류의 크랭크장치를 이용한 기계장치의 일례로서 제19도에 도시된 바와 같은 왕복 가솔린기관이 있다.
이 엔진은 왕복운동을 회전운동으로 동력변환하는 기계장치의 전형적인 예로서, 밀폐용기인 실린더(a)내의 피스톤(b)이 연결봉(c)을 통하여 크랭크축(d)의 크랭크핀(e)에 연결되어 구성된다.
그리고, 상기 실린더(a)의 연소실 내에서 연소되는 가솔린의 폭발력에 의해 상기 피스톤(b)이 상사점과 하사점 사이에서 왕복 직선운동을 하고, 이 왕복 직선운동이 연결봉(c)을 통하여 크랭크축(d)의 연속운동으로 변환된다.
왕복 가솔린 기관은 구조가 간단하고 경량이며 고속성이 뛰어나다는 등의 특징을 가지고 있어서, 작동원리가 증기기관의 발명이래 이미 200년 이상을 경과하고 있음에도 불구하고, 현재에도 자동차엔진의 주류를 이루고 있으나, 크랭크축(d)의 구조적 특징에 관련하여 다음과 같은 문제점도 가지고 있다.
즉, 크랭크핀(e)은 도면에 도시된 바와 같이, 크랭크축(d)의 회전중심, 즉, 주축(f)의 축심으로부터 암(g)의 길이만큼만 벗어나는 편심위치에 있기 때문에 크랭크축(d)의 회전에 의해서 연결봉(c)은 좌우 방향으로 요동하면서 피스톤(b)과 함께 상하이동하게 되어 크랭크 장치의 기본동작인 왕복운동이나 회전운동 뿐 아니라 가로진동운동이 복잡하게 가해지므로 그 동적균형이 대단히 불안정하게 된다.
이러한 것들을 해소하기 위하여 종래부터 평형추(balance weight)의 무게, 형상 및 부착위치등에 대하여 각종 연구를 하여 피스톤(b) 또는 연결봉(c)을 포함한 운동부분에 있어서의 동적 균형을 잡는 방법이 취해지고 있기는 하지만 큰 어려움이 따른다. 실제로, 이것은 운동부분에 대한 회전질량은 보정할 수 있지만 왕복질량은 완전한 보정이 불가능하므로, 그 차선책으로서 동적 불균형의 감소가 계획되고 있는 실정이다. 그래서 상기 운동부분의 불균형의 관성력이 진동 또는 소음의 큰 요인이 되고 있었다.
또한, 상기한 바와 같이 연결봉(c)이 요동하여 피스톤(b)의 왕복운동방향에 대하여 기울어(경사각θ)지므로, 이 피스톤(b)에는 가스압과 관성력에 의한 측압(R)이 작용해서 실린더(a)에 충돌된다(piston slap). 역시 진동·소음·캐비테이션·마찰손실 등의 장애의 큰 요인이 되고 있었다.
이러한 문제는 특히 초대형 디젤 기관에 있어서 가장 크게 나타나며, 이것을 피하기 위하여 제20도에 도시되는 소위 크로스헤드 방식이 채용되고 있다. 이 구조에 있어서, 피스톤(b)과 연결봉(c)사이에 피스톤(b)의 왕복운동 방향으로 미끄럼 가능하게 설치된 크로스헤드(h)를 구비함으로써 피스톤(b)에 측압(R)이 작용되는것이 방지되고 있지만, 근본적인 문제해소는 되지 않을 뿐아니라, 실린더(a)의 높이가 커지고, 나아가서는 엔진자체의 대형화를 피할 수 없게 되어 있다.
그 밖에도 도면에 표시하지는 않지만, 일반적인 오프셋 실린더의 채용이나, 다기통화, 또는, 소위 사일런트 샤프트 구조나, 롬빅 기구등의 특별한 구조가 개발되어, 피스톤(b)의 왕복 운동에 의한 상하 방향의 진동이나 연결봉의 경사에 의한 횡방향의 진동 또는 폭발시의 진동 등을 균등하게 시켜서 해소하는 각종 방법이 시도되고 있다.
그러나, 예를 들면, 사일런트 샤프트구조에 있어서는 완전한 동적 균형을 잡는 것이 불가능하며, 또, 롬빅 기구에 있어서는 동적균형을 잡을 수는 있지만 왕복운동부에 역왕복의 카운터 밸런서를 사용하고 있으므로 이 왕복운동부의 합계질량이 증대되어 고속운동에는 적합하지 않다고 하는 등의 어느 방책에 있어서도 완전하지 못하였다.
또, 상기 운동부분의 불균형 관성력 등에 대처해야 할 피스톤(b), 연결봉(c) 또는 크랭크축(d) 등의 주요 부품에도 충분한 기계적 강도나 강성이 요구되며, 이를 위해 장차 중량의 증대 또는 동력전달 효율의 저하등도 초래하고 있었다.
이상의 문제점은, 상기 왕복엔진을 포함한 내연기관에 한하지 않고, 증기기관, 컴프레서 또는 펌프 등 대개 크랭크장치를 구비하는 다른 기계장치에도 공통적인 것이다.
본 발명은, 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 동력전달 효율과 동적 균형이 양호하고, 왕복 직선 운동과 연속 회전운동의 쌍방향의 동력 변환이 가능할 뿐 아니라, 고속운전에 적합한 단순하고도 콤팩트한 구조를 구비한 크랭크장치 및 상기 크랭크장치를 구비하는 기계장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 크랭크장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 증기기관, 내연기관, 컴프레서 및 펌프 등에 있어서, 그 왕복운동과 회전운동의 동력변환 부분에 적용되는 동력변환운동에 관한 것이다.
제1도는, 본 발명에 관한 실시예1인 크랭크장치의 기본구조를 일부 절개하여 표시한 사시도이다.
제2도는, 동 기본구조의 정면 단면도이다.
제3도는, 동 기본구조의 측면 단면도이다.
제4도는, 동 기본구조의 각 구성부재의 치수관계를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
제5도는, 동 기본구조의 각 구성부재의 질량배분을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
제6도는, 동 기본구조를 왕복 가솔린 기관에 적용했을 경우의 운동행정 설명도이다.
제7도는, 동 기본구조에 있어서의 크랭크축의 회전각도와 피스톤(15)의 스트로크 관계를 표시하는 선도이다.
제8도는, 본 발명에 관한 실시예2인 수평 2기통 엔진의 기본 구조를 가리키는 단면도로서, 제8도(a)는 평면단면도, 제8도(b)는 측면 단면도이다.
제9도는, 본 발명에 관한 실시예3인 수평 4기통 엔진의 기본구조를 가리키는 단면도로서, 제9도(a)는, 평면단면도, 제9도(b)는, 측면 단면도이다.
제10도는, 본 발명에 관한 실시예4인 V형 2기통엔진의 기본구조를 가리키는 도면으로서, 제10도(a)는 측면도, 제10도(b)는 제10도(a)의 X-X선 방향에서 본 정면도, 제10도(c)는 출력축이 일측부에 배치된 변형예를 가리키는 제10도(b)에 대응하는 정면도이다.
제11도는, 본 발명에 관한 실시예5인 직렬 2기통엔진의 기본구조를 가리키는 도면으로서, 제11도(a)의 X1-X1선 방향에서 본 정면도이다.
제12도는, 본 발명에 관한 실시예6인 직렬형 엔진의 변형예의 기본구조를 가리키는 도면으로서, 제12도(a)는 측면단면도, 제12도(b)는 그 인접하는 한쌍의 유성기어와 기어핀을 가리키는 사시도, 제12도(c)는 동 정면도이다.
제13도는, 본 발명에 관한 실시예7인 2사이클 엔진의 기본구조를 가리키는 개략적인 구성도이다.
제14도는, 본 발명에 관한 실시예9인 기계식 과급기가 부설된 4사이클 엔진의 기본구조를 가리키는 개략적인 구성도이다.
제15도는, 동 4사이클 엔진에 있어서의 과급기의 변형예를 가리키는 개략적인 구성도이며, 제15도(a)는, 연료분사 노즐의 배치가 변경된 것, 제15도(b)는, 인터쿨러를 구비하고 있는것이 각각 표시되어 있다.
제16도는, 본 발명에 관한 실시예10인 단기통식 컴프레서의 기본구조를 가리키는 개략적인 구성도이다.
제17도는, 본 발명에 관한 실시예11인 2기통식 컴프레서의 기본구조를 가리키는 개략적인 구성도이다.
제18도는, 본 발명에 관한 실시예12인 디젤엔진의 연료분사 펌프의 기본구조를 가리키는 개략적인 구성도이며, 제18도(a)는, 측면단면도, 제18도(b)는, 스트로크 최대시의 정면도, 제18도(c)는 스트로크가 최소일때의 정면도이다.
제19도는, 종래의 크랭크장치를 구비한 일반적인 왕복 가솔린 기관의 기본구조를 가리키는 정면 단면도이다.
제20도는, 종래의 크랭크 장치를 구비한 디젤 엔진의 변형형의 기본구조를 가리키는 정면 단면도이다.
[실시예]
이하 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
실시예1
본 발명에 관한 크랭크장치의 기본 구조가 제1도 내지 제3도에 표시되고, 이 크랭크장치(1)는, 구체적으로는 왕복운동과 회전운동의 동력변환 부분에 적용되는 장치로서, 본 실시예에 있어서는, 예를 들면, 단기통 엔진의 주요부분을 구성한다.
크랭크장치(1)는 크랭크축(2), 연결봉(3) 및 상기 크랭크축(2)과 상기 연결봉(3) 사이에 끼워서 설치되는 유성기구(4)를 구비하고, 상기 연결봉(3)이 왕복실린더 장치(5)에 연결되는 구조로 되어 있다. 또한, 도면에 있어서는 기계 구동 계통에 대한 개략적인 구성만 도시되고, 다른 주변구성, 예를 들면, 흡입 배기계통의 동력밸브 구성은 생략되어 있다.
크랭크축(2)은 회전측에 연결되는 부분이며, 주축(10), 크랭크 아암(11) 및 크랭크핀(12)이 일체적으로 구성되어 있고, 주축(10)이 베어링(13)을 통하여 크랭크케이스(14)에 회전가능하게 축 지지되는 동시에 상기 주축(10)과 크랭크핀(12)의 축심이 평행하게 되어 있다.
연결봉(3)은 왕복운동측인 왕복실린더장치(5)의 피스톤(15)에 연결되는 부분으로서, 구체적으로는 이 피스톤(15)과 일체적으로 형성되어 있다. 연결봉(3)은 도면에 도시된 바와 같이 전체길이에 걸쳐서 거의 동일한 굵기의 가는 막대형상으로 되어 있는 동시에 피스톤(15)도 얇은 두께의 원판형상으로 되어서 종래의 일반적으로 알려져 있는 구조와 같은 스커어트부는 없고, 이들 왕복운동부의 경량화가 도모되고 있다. 이 왕복운동부의 경량화는 측압의 대폭적인 감소와 관련하여 실현되는 것이지만 종래와 동일한 정도의 중량인 왕복운동부라도 본 발명의 실시에는 전혀 지장은 없다.
또, 상기 연결봉(3)과 피스톤(15)의 일체적인 구조는 후술하듯이 연결봉(3)이 왕복 직선운동을 하므로 채용될 수 있는 구조이고, 종래의 피스톤·로드와 같이 각 구성부품의 가공오차 또는 조립오차등을 흡수할 목적으로 연결봉(3)과 피스톤(15)이 피스톤핀(도면표시 생략)을 통하여 요동가능하게 피봇연결되어도 된다.
유성기구(4)는 상기 크랭크축(2)과 연결봉(3)을 연결하는 부분이며, 태양부재로서의 원 고리형상의 고정내부기어(20) 및 상기 고정내부기어(20)에 맞물림하는 유성부재로서의 유성기어(21)로 구성되어 있다.
유성기구(4)는 상기 크랭크축(2)과 연결봉(3)을 연결하는 부분이며, 태양부재로서의 원 고리형상의 고정내부기어(20) 및 상기 고정내부기어(20)에 맞물리는 유성부재로서의 유성기어(21)로 구성되어 있다.
상기 고정내부기어(20)는 상기 크랭크케이스(14)에 고정적으로 설치되는 동시에, 그 원통내부둘레의 태양기어(20a)가 상기 크랭크축(2)의 주축(10)과 동심형상으로 배치되어 있다.
상기 유성기어(21)는 상기 태양기어(20a)에 맞물리면서 그 축심 둘레에 회전운동가능하게 설치되어 있다. 상기 유성기어(21)의 회전중심에는 상기 크랭크축(2)의 크랭크핀(12)이 베어링(22)을 회전가능하게 연결하는 동시에, 유성기어(21)의 바깥둘레부분에는 기어핀(24)이 설치되고, 상기 기어핀(24)에 상기 연결봉(3)의 일단(3a)이 베어링(25)을 통하여 회전가능하게 피봇연결되어 있다.
상기 각 구성부재의 치수관계는, 제4도에 표시하듯이, 먼저, 상기 유성기어(21)의 외경(피치원직경)(D1)이 상기 태양기어(20a)의 내경(피치원칙경)(D2)의 1/2로 설정되어 있다. 다시 말해, 상기 유성기어(21)의 바깥둘레길이가 상기 태양기어(20a)의 바깥둘레길이의 1/2로 설정되어 있다.
또, 상기 크랭크축(2)의 크랭크아암(11)의 길이(L1)(주축(10)의 축심으로부터 크랭크핀(12)의 축심까지의 거리)와, 상기 유성기어(21)의 회전중심(021)(크랭크핀(12)의 축심)으로부터 상기 연결봉(3)의 연결점(O3)(이어핀(24)의 축심) 까지의 거리(L2)가 같도록 설정되어 있다. 도면에 도시된 실시예에 있어서는 상기 연결점(O3)은 유성기어(21)의 피치 원 위에 배치되어 있다.
이것에 의하여, 유성기어(21)가 2회전해서 태양기어(20a)위를 1주 회전운동하는 동시에 상기 연결점(O3)이 이 유성기어(21)의 회전운동에 따라서 상기 크랭크축(2)의 회전중심(O2)(주축(10)의 축심)을 통과하는 직선 위를 왕복이동하도록 설정되어 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 연결봉(3)의 타단(3b)이 피스톤(15)의 아랫면 중심위치에 고정적으로 연결되어 있는 데에 대하여 피스톤(15)의 축심(X)(실린더(16)의 원통내면(16a)의 축심에 일치)이 상기 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 통과하는 동시에, 유성기어(21)와 태양기어(20a)의 둘레방향 맞물림위치도 상기 연결점(O3)의 이동궤적이 피스톤(15)의 축심(X)에 일치되도록 설정되어 있다.
이것에 의하여, 유성기어(21)의 회전운동에 따라서 연결봉(3)은 피스톤(15)과 완전히 일체가 되어서 직선(X)위, 즉, 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 지나가는 직선 위를 요동(옆으로 흔들린다)하지 않고 왕복직선운동을 하게 된다. 한편, 크랭크축(2)도 상기 유성기어(21)의 회전운동에 따라서 회전중심(O2) 주위로 회전한다.
이 크랭크축(2)의 회전각도(Φ)와 상기 피스톤(15)의 스트로크(S)의 관계를표시하면, 제7도의 실선으로 표시하는 사인곡선의 기본형으로 표시된다(파선은 크랭크의 동작).
또한, 크랭크장치(1)를 구성하는 상기 각 구성부재의 질량배분은 왕복운동부와 회전운동부의 동적균형이 잡히도록 상기 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 중심으로한 동적 균형을 고려해서 설정되어 있다. 이 경우, 바람직하게는, 각 구성부재에 설치되는 모든 카운터 밸런서가 회전 관성력으로서 활동하도록 설정된다.
도면에 표시한 실시예에 있어서는, 제5도에 있어서 유성기어(21)의 회전중심(O21)을 중심으로 한 양측의 질량배분이 같게 되도록 하고, 상기 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 중심으로 한 양측의 질량배분이 같게 되도록 설정되어 있다.
구체적으로는, 왕복운동부(피스톤(15), 연결봉(3), 기어핀(24)의 질량을 W1, 이 왕복운동부에 대한 카운터 밸런서(평형추)(30)의 질량을 W2, 유성기어(21)의 회전중심(O21)에서 기어핀(24)과 카운터 밸런서(30)의 부착위치까지의 각자의 거리를 A,B로 하고, 또한, 회전운동부(상기 왕복운동부, 유성기어(21), 카운터 밸런서(30))의 질량을 W3, 상기 회전운동부에 대한 카운터 밸런서(31)의 질량을 W4, 크랭크축(2)의 회전중심(O2)으로부터 유성기어(21)의 회전중심(O21)과 카운터 밸런서(평형추)(31)의 부착위치까지의 각각의 거리를 C,D로 하면,
상기 ①식과 ②식의 관계가 성립되도록 설정되어 있다. 이 경우 크랭크 아암(11) 등은 회전중심(O2)에 대하여 미리 양측의 질량균형이 잡혀있는 것으로 한다. 이것은 상기 계산식을 간단하게 하기 위해서이다. 단, 이것은, 실제의 크랭크장치에 있어서 크랭크아암(11)의 중심(重心)이 회전중심(中心)(O2)에 일치되어야 한다는 것을 의미하는 것은 물론 아니다. 크랭크 아암(11)과 카운터 밸런서(31)의 합계질량이 W4이고, 크랭크아암(11)과 카운터 밸런서(31)를 일체로한 중심(童心)과 회전중심(中心)(O2)과의 거리를 D로 해서 동일한 계산방식이 설립되도록 설정해도 된다.
이리하여, 이상과 같이 구성된 크랭크장치가, 예를 들면, 왕복 가솔린 기관에 적용되었을 경우에 있어서는, 제6도에 도시된 바와 같이 실린더(13)의 연소실내에서 연소되는 가솔린의 폭발력에 의해 피스톤(15)이 상사점과 하사점의 사이에서 왕복 직선운동을 하면, 이 피스톤(15)과 일체가 된 연결봉(3)의 운동에 의해 유성기구(4)가 유성운동을 해서, 크랭크축(2)의 연속회전운동으로 동력변환 된다(동 도면에 있어서, ①(크랭크축(2)의 회전각도 Φ =0° )→ ②(동 45° )→ ③(동90° )→ ④(동 135° )→ ⑤(동180° )→ ⑥(동 225° )→ ⑦(동 270° )→ ⑧(동 315° )→ ①(동 360° )의 순서로 행정이 반복된다).
이 경우, 상기한 바와 같은 구성으로 되어 있으므로 연결봉(3)은 좌우 옆 방향으로는 거의 요동되지 않고, 피스톤(15)과 완전히 일체가 되어서 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 통과하는 직선(X)(피스톤(15)의 축심)위를 왕복 직선운동을 하게 되므로 안정된 동적 균형이 확보되어 있다.
이 연결봉(3)의 직선(X)위의 왕복운동(피스톤(15)의 왕복운동 방향에 대한 경사각 θ =0° )에 의해 종래의 크랭크장치와 같은 편하중이 전혀 발생하지 않고, 피스톤(15)에는 종래의 크랭크장치에 있어서의 측압(R)(제19도와 제20도 참조)은 전혀 작용하지 않는다. 그러므로, 이론상으로는 종래의 크랭크장치를 채용하는 기계장치에 있어서와 같은 피스톤슬랩은 발생되지 않고, 실린더(16)의 원통내면(16a)에 작용하는 힘은 단지 피스톤(15)과의 마찰력만이 되므로 진동·소음·캐비테이션·마찰손실 등의 장애가 대폭적으로 감소되어서 동력전달 효율도 종래의 것에 비해서 대폭적인 향상을 바랄 수 있게 된다.
또한, 유성기어(21)를 태양기어(20a)가 포위하듯이 배치되어 유성기어(21)의 회전관성력이 태양기어(20a)에 의해 확실하게 방지되어 기어의 효율이 높아지므로, 이 점에서도 안정된 동적 균형이 확보된다. 또한, 유성기어(21)의 회전 관성력에 의해 유성기어(21)와 태양기어(20a)의 밀접한 맞물림 상태도 얻을수 있으므로 동력 전동효율도 높다.
또한, 상기한 바와 같이 크랭크장치(1)의 각 구성부재의 질량배분이 상기 크랭크축(2)의 회전중심(O2)을 중심으로 한 동적 균형을 고려해서 설정되어 있으므로,특히, 도면에 표시한 실시예에 있어서는 각 구성부재에 설치되는 모든 카운터 밸런서(30,31)가 회전관성력으로서 작용하도록 설정되어 있기 때문에 저속회전역에서 고속회전역까지 균일하고 안정된 운전이 확보되게 된다.
또한, 본 실시예의 크랭크장치(1)에 있어서의 입력과 출력의 방향은 쌍 방향이 가능하다. 따라서 후술하는 구체적 실시예에 도시된 바와 같이 상기 왕복 가솔린기관을 비롯한 내연기관이나 증기기관 등의 왕복운동을 회전운동으로 동력변환 시키는 장치 외에도 이것과 반대의 구성, 즉 상기 크랭크축의 주축을 입력측인 회전부에 연결하는 동시에 상기 연결봉(3)의 타단을 출력측인 왕복부에 연결함으로써 컴프레서 또는 펌프등의 회전운동을 왕복운동으로 동력변환시키는 장치로도 동일하게 적용시킬 수가 있다.
또, 본 실시예에 있어서는 이하에 열거하는 각종 설계변경도 가능하다.
(1) 유성기어(21)의 회전중심(O21)에서 연결봉(3)의 연결점(O3)까지의 거리(L2)를 적당히 조정함으로써 크랭크축(2)의 회전각도(Φ)에 대한 피스톤(15)의 스트로크(S)를 조정해서 제7도의 사인곡선을 대상이되는 기계장치의 운동특성, 예를 들면, 연료의 폭발의 특성 등에 최적의 형상으로 설정할 수가 있다. 이 경우에는, 연결봉(3) 및 피스톤(15)이 피스톤핀(도면표시 생략)을 통하여 요동가능하게 피봇연결되어 연결봉(3)의 운동자국도 도면표시에 실시예와 같은 직선은 아니고, 이 직선의 근방을 통과하는 타원형이 된다.
예를 들면, 거리(L2)를 크게 함으로써 사인곡선의 산 부분과 골 부분이 일어서게 되어 급격한 곡선으로 되고(제7도의 1점 쇄선 참조), 그와 반대로 거리(L1)를 크게 함으로써 사인곡선의 산부분과 골 부분이 낮게 되어서 완만한 곡선이 된다(도면표시 생략).
(2) 상기 유성기어(21) 및 태양기어(20a)의 둘레방향 결합위치를 조정가능하게 하여 상기 피스톤(15)의 스트로크(S)를 가변으로 할 수도 있다(후술하는 실시예 12참조).
구체적으로는, 예를 들면, 고정 내부기어(20)가 크랭크케이스(14)에 둘레방향으로 조정 및 회전가능하게 설치되고, 태양기어(20a)의 둘레방향 위치를 적당히 조정할 수 있는 있도록 구성됨으로써 태양기어(20a)와 유성기어(21)의 맞물림 위치가 상대적으로 조정 가능하게 된다. 이 경우에도, 상기(1)과 마찬가지로 연결봉(3)과 피스톤(15)이 피스톤핀(도면표시 생략)을 통하여 요동가능하게 피봇연결된다.
(3) 도면에 표시된 실시예에 있어서, 가장 구조가 간단하고 큰 동력전달과 높은 전달 효율이 얻어지므로, 특히, 왕복기관에 최적의 구조로서의 유성기구(4)는 고정내부기어(20) 및 유성기어(21)로 구성되어 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 동일한 맞물림 기구를 구비한 다른 구조에도 채용이 가능하다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 예를 들면, 원 고리형상 부재의 원통 내주면에 체인이 전체 둘레에 걸쳐서 설치된 태양부재 및 상기 체인에 맞물리는 유성부재로서의 스프로킷 휠과의 조합, 또는 원 고리형상 부재의 원통 내주면에 상기 벨트가 전체 둘레에 걸쳐서 설치된 태양부재와 벨트(타이밍벨트)에 맞물리는 유성부재로서의 풀리(pulley)의 조합 등이 채용될 수 있다.
(4) 또한, 상기(3)과 같이 태양부재의 원통내주와 유성부재의 원통바깥둘레의 결합이 맞물림 되는 것 외에 태양부재의 원통내주와 유성부재의 원통바깥둘레의 결합이 서로 슬립이 없는 마찰결합으로 되어 있어도 되며, 이 구조는 특히 경부하의 동력전달에 유효하다.
구체적으로는, 예를 들면, 태양부재와 유성부재의 양자 또는 그 결합면 부분이 고무제로 되어 있어서 고무끼리의 마찰결합이 채용될 수 있다.
실시예2
제8도에 표시된 본 실시예는 2세트의 크랭크장치(1,1)가 수평대향 형상으로 조합되어서 수평대향 2기통 엔진으로 된 것이다.
이들 양 크랭크장치(1,1)의 기본구조는 실시예2의 것과 동일하게 되어 있고, 그 크랭크축(2,2)과 유성기구(4,4)가 좌우 대향 형상으로 배치되는 동시에 연결봉(3,3)이 동축형상으로 한 쌍으로 형성되어 있다. 즉, 한 쌍의 피스톤(15,15)과 연결봉(3,3)이 완전한 일체물로 구성되어 있다.
이것에 관련해서 유성기구(4,4)의 유성기어(21,21)끼리가 공통되는 1개의 기어핀(24)에 의해 일체적으로 구성되고, 상기 기어핀(24)에 양 연결봉(3,3)의 중앙부(3c)가 베어링(25)을 통하여 회전 가능하게 피봇연결되어 있다.
상기 크랭크축(2)은 주축(10), 구동기어(41) 및 크랭크핀(12)이 일체적으로 구성되고, 상기 구동기어(41)가 크랭크 아암으로서의 기능을 겸비하고 있다.
또한, 상기 양 크랭크축(2,2)에 평행해서 출력축(42)이 설치되어 있다. 상기 출력축(42)은 크랭크축(2,2)의 주축(10,10)에 평행하게 배치되는 동시에베어링(43,43)을 통하여 도면에 표시되지 않은 크랭크 케이스에 회전가능하게 축받이되어 있다.
상기 출력축(42)에는 한 쌍의 피동기어(44,44)가 일체적으로 설치되어 있으며, 상기 양 피동기어(44,44)가 상기 크랭크축(2,2)의 구동기어(41,41)에 맞물림 되어서 구동전달 가능하게 되어 있다. 출력축(42)의 일단(42a)은 도면에 표시되지 않은 회전출력측에 연결되어 있다.
이리하여, 상기 한 쌍의 피스톤(15,15)이 각각 도면에 표시되지 않은 실린더내에서 연소하는 가솔린의 폭발력에 의해 왕복직선운동을 해서, 상기 크랭크축(2,2)이 연속회전되고 이 회전력이 상기 출력축(42)을 통하여 출력측으로 전달된다.
이 경우, 상기 양 피스톤(15,15)의 실린더내의 폭발이 번갈아 동기로 실시되어서 양측피스톤(15,15)력이 유효하게 연속회전운동으로서 전달된다.
그 밖의 구조와 작용을 실시예1과 동일하다.
실시예3
제9도에 표시된 본 실시예는 실시예2의 수평대향 2기통엔진의 구조가 가로방향으로 2세트 조합되어서 수평대향 4기통엔진으로 된 것이다.
이 경우, 중앙의 한 쌍의 크랭크축(2,2)은 공통적인 1개의 주축(10)에 의해 동축형상으로 일체적으로 구성되는 동시에 각 크랭크축(2,2,····)의 구동기어(41,41,····)에 1개의 출력축(52)의 피동기어(54,54,····)가 각각 맞물림되어 구동전달 가능하게 되어 있다.
그 밖의 구조와 작용은 실시예2와 동일하다.
실시예4
제10도에 표시된 본 실시예는 2세트의 크랭크장치(1,1)가 번갈아 각도를 잡아서 V자형으로 나란히 되어서 V형 2기통 엔진으로 되어 있는 것이다.
상기 양 크랭크장치(1,1)의 기본구조는 실시예1의 것과 동일하게 되고, 각 크랭크축(2,2,····)의 주축(10,10,····)이 동축형상으로 배치되어 있다.
상기 크랭크축(2)은 실시예2와 마찬가지로 주축(10), 구동기어(41) 및 크랭크핀(12)이 일체적으로 구성되어 있고, 상기 구동기어(41)가 크랭크 아암으로서의 기능을 겸비하고 있다.
또한, 상기 양 크랭크축(2,2)에 평행하며 그 하부측에는 출력축(62)이 설치되어 있다. 상기 출력축(62)은 크랭크축(2)의 주축(10)에 평행해서 배치되는 동시에 베어링(63,63)을 통하여 도면에 표시되지 않은 크랭크 케이스에 회전가능하게 축받이되어 있다. 상기 출력축(62)에는 4개의 피동기어(64,64,····)가 일체적으로 설치되어 있고, 이들 피동기어(64,64,····)가 상기 크랭크축(2,2,····)의 구동기어(41,41,····)에 각각 맞물려서 구동전달 가능하게 되어 있다. 출력축(62)의 일단(62a)은 도면에 표시되지 않은 회전출력측에 연결되어 있다.
이상과 같이 구성된 엔진에 있어서는, 실시예2와 마찬가지로, 한 쌍의 피스톤(15,15)이 각각 도면에는 표시되지 않은 실린더내에서 연소되는 가솔린의 폭발력에 의해 왕복 직선운동을 해서 상기 크랭크축(2,2)이 연속 회전되어서 이 회전력이 상기 출력축(62)을 통하여 출력측으로 전달된다. 이 경우, 상기 양 피스톤(15,15)의 실린더내의 폭발이 번갈아 동기로 실시되어서 양측의 피스톤(15,15)의 힘이 유효하게 연속회전 운동으로서 전달된다.
또한, 상기 출력축(62)의 배치 장소는 왕복 운동부인 피스톤(15,15)과 연결봉(3,3)과 간섭하지 않는 위치라면 어디라도 좋다.
예를 들면, 제10도(C)에 도시된 바와 같이 크랭크축(2,2)의 한쪽부분에 배치되기도 하고 또는 도면에는 도시되지 않았지만 크랭크축(2,2)의 위쪽에 배치되어도 된다.
그 밖의 구조와 작용은 실시예1과 동일하다.
실시예5
제11도에 표시된 본 실시예는 2세트의 크랭크장치(1,1)가 일렬로 나란히 되어서 직렬 2기통엔진으로 된 것이다.
구체적으로는, 실시예4에 있어서의 크랭크장치(1,1)의 V자형의 배열이 기립형상 1열로 된 것 뿐이고, 그 밖의 구조와 작용은 실시예4와 동일하다.
실시예6
제12도에 표시된 본 실시예는 직렬형 엔진의 변형예이며, 구체적으로는 실시예5의 직렬형 구조에 있어서 출력축(62)이 생략되는 동시에 각 크랭크장치(1,1,····)에 공통적인 크랭크축(72)이 채용된 것이다.
즉, 제12도(b)에 표시하듯이 서로 인접하는 한 쌍의 유성기어(21,21)에 공통되는 기어핀(74)이 지름이 큰 원통형상으로 되어서 상기 유성기어(21), 기어핀(74) 및 유성기어(21)를 관통하는 중공구멍(74a)을 통하여 크랭크축(72)의 크랭크핀(82)의 주축(021)이 삽입· 관통하여 지지되도록 이루어진다.
이와 관련해서, 제12도(C)에 도시된 바와 같이 경량화를 위해, 기어핀(74)에는 상기 중공구멍(74a)주위의 보스부를 남기고, 오목부(74b)가 형성된다.
또, 도면에 있어서는, 2세트의 크랭크장치(1,1)만 도시되어 있지만, 그 세트수는 목적에 따라서 적당히 증설이 가능하다.
그 외의 구조와 작용은 실시예5와 동일하다.
실시예7
본 실시예는 제13도에 표시되며, 실시예1의 크랭크장치(1)를 구비한 2 사이클 엔진이다.
즉. 이 엔진에 있어서는 연결봉(3)이 실린더(16)의 원통내면(16a)의 중심(X)을 따라서 직선운동하는 것을 이용해서 실린더(16)의 저면부(16b)가 시일(90)에 의해 완전히 밀봉되고, 피스톤(15)의 하부에 크랭크실(91)과 완전히 격리된 예압실(92)이 형성되어 있다. 이것에 관련해서 연결봉(3)의 단면은 시일이 용이한 형상으로 되어 있으며, 예를 들면 원 형상으로 형성되어 있다.
부호93과 94는 각각 피스톤(15)의 상하에 의하여 개폐되는 소기(掃機)구멍과 배기구멍을 표시하고 있다. 또한, 95는 흡기관이며, 상기 흡기관(95)은 회전밸브(96)에 의해 개폐 제어된다. 이 회전밸브(96)는 크랭크축(2)의 주축(10)에 회전연결되어서 피스톤(15)의 왕복동작에 동기하여 개폐동작 한다.
이리하여 피스톤(15)의 하강에 따라서 예압실(92)내로 흡기관(95)에서 흡입된 혼합기체가 압축되어서 피스톤(15)이 하사점 근방까지 하강하면, 배기구멍(94)과 소기구멍(93)이 개구되어 예압실(92) 내의 호합기체에 의한 소기 및 배기 작용이 실시되게 된다.
그 밖의 구조와 작용은 종래부터 주지의 2사이클 엔진과 동일하다.
본 실시예에 있어서는 연결봉(3)이 요동되지 않고 직선운동을 하기 때문에 실린더(16)의 하부에 작은 예압실(92)을 형성할 수가 있다. 이에 따라, 종래의 2사이클 엔진 구조와 비교해서 예압실(92)의 용량을 대폭적으로 작게하여 큰 압축비를 얻을 수가 있게 된다. 이 결과, 고압의 1차압을 전달해서 효율이 좋은 소기 및 배기작용이 실시되므로 2사이클 엔진(2)의 특성을 종래에 비해서 대폭 개선할 수가 있게 된다.
실시예8
제14도에 표시된 본 실시예는 크랭크장치(1)를 구비한 4사이클 엔진으로서 기계식 과급기(100)를 더 구비하는 것이다.
즉, 실시예7과 마찬가지로 이 엔진에 있어서, 연결봉(3)이 실린더(16)의 원통내면(16a)의 축심(X)을 따라서 직선운동하는 것을 이용해서 실린더(16)의 저면부(16a)가 시일(101)에 의해 완전히 밀봉되어 피스톤(15)의 하부에 압력실(102)이 형성되어 있다. 이 압력실(102)은 피스톤(15)과 공동작용해서 과급기(100)의 압축기를 구성하고 있다.
부호 103은 흡기용 체크밸브, 104는 과급용 체크밸브, 105는 에어체임버, 106은 연료분사 노즐, 107은 흡기밸브, 108은 배기밸브를 각각 표시하고 있다.
이러하여 피스톤(15)의 하강에 따르는 압력실(102)의 축소에 의해 흡기용 체크밸브(103)를 통하여 흡입된 공기는 압축되면서 과급용 체크밸브(104)로부터 에어체임버(105)로 보내어지고, 다시 연료분사노즐(106)로부터의 연료와 혼합되어 흡기밸브(107)로부터 실린더(16) 상부의 연료실내로 이송 공급되어서 과급작용이 실시되게 된다.
이 밖의 구조와 작용은 종래 주지의 과급기와 4사이클 엔진과 동일하다.
본 실시예에 있어서는, 크랭크장치(1)의 구조를 이용해서 종래와 같이 외부에서 부설되는 구동원을 사용하지 않고 압축기를 구성할 수 있으므로 그 구조가 간단하고, 또한 소형의 기계식 과급기를 구비한 4사이클엔진을 구성할 수가 있다.
또, 과급기(100)의 구체적인 구성은 종래의 주지의 것과 마찬가지로 여러가지로 설계변경이 가능하며, 예를 들면, 제15도(a)에 도시된 바와 같이 연료분사노즐(106)이 흡기용 체크밸브(103)의 상류측에 배치되고, 혼합기가 압축기에 의해 압축되는 구성을 하거나, 제15도(b)에 도시된 바와 같이, 인터쿨러(109)를 구비해서 가압 후의 흡기온도를 하강시키는 구성 등을 적당히 선택하여 채용할 수 있다.
실시예10
제16도에 표시된 본 실시예는 크랭크장치(1)를 구비한 왕복식 단기통 컴프레서이다.
즉, 상기 컴프레서에 있어서는 역시 연결봉(3)이 실린더(16)의 원통내면(16a)의 축심(X)을 따라서 직선운동하는 것을 이용해서 외부로부터 밀폐된 실린더(16)의 저면부(16b)로부터 연결봉(3)이 시일(110)을 통하여 외부로 돌출되고, 피스톤(15)의 상하에 각각 실린더실(111,112)이 형성되어 구성된다.
크랭크축(2)의 주축(10)에는 피동 풀리(113)가 부착되어 있으며, 이 피동풀리(113)가 전동벨트(114)를 통하여 구동모우터(115)의 구동축(115a)에 부착된 구동풀리(116)에 구동 연결되어 있다.
또, 상기 상하 실린더실(111,112)에는 흡입밸브(111a,112a)와 배출밸브(111b,112b)가 각각 설치되어 있으며, 이것들을 통해서 흡입관(117)과 배출관(118)에 연결되어 있다.
이리하여 피스톤(15)의 하강에 따르는 하측실린더실(112)의 부피축소에 의해 여기에 도입된 공기가 압축되면서 배출밸브(112b)로부터 배출관(118)으로 배출되는 동시에 이때, 상측 실린더실(111)에는 공기가 흡입관(117)으로부터 흡입밸브(111a)를 통하여 유입된다. 계속해서 피스톤(15)의 상승에 따라서 상하 실린더실(111,112)내에서는 상기와 반대의 동작이 실시된다.
본 실시예에 있어서는 종래의 왕복식 단기통 컴프레서에 있어서는 불가능했던 2실린더실 구조가 작용되어서 종래의 2기통 컴프레서에 가까운 운전효율이 실현된다.
실시예11
제17도에 표시된 본 실시예는 실시예10의 단기통 컴프레서가 크랭크축(2)을 사이에 끼고 상하로 2세트가 배치되어 구성되는 2기통 컴프레서이다.
즉, 이 컴프레서에 있어서는 상하 한쌍의 피스톤(15,15)이 1대의 구동모우터(115)에 의해 왕복운동되는 구성으로 되어 있다.
그 밖의 구조와 작용은 실시예10과 동일하다.
실시예12
제18도에 표시된 본 실시예는 고압 정량펌프, 구체적으로는 디젤엔진의 연료분사펌프이다.
실시예1에 있어서의 크랭크장치(1)에 있어서, 상기 유성기어(21)와 태양기어(20a)의 둘레방향 결합위치를 조정할 수 있게 되어 있고, 연결봉(3)의 일단(3b)에 회전가능하게 피봇연결된 플랜저(121)의 왕복운동 스트로크(S)가 가변으로 된 것이다.
즉, 내부기어(20)가 회전조작부(122)를 통하여 크랭크케이스(14)에 둘레 방향으로 회전가능하게 설치되는 동시에 상기 회전조작부(122)의 조작레버(122a)가 도면에 도시되지 않은 구동기구에 의해 회동조작 가능하게 되어 있다.
그리고, 상기 조작레버(122a)를 적당히 회동조작함으로써 내부기어(20)의 태양기어(20a)와 유성기어(21)의 둘레방향 결합위치가 적절하게 조정되어서, 제18도(b)에 도시되는 최대 스트로크(Smax)와 제18도(C)에 도시되는 최소 스트로크(Smin)사이에서 조정된다.
플런저 배럴(123)의 압력실(124)은 흡입밸브(125a)와 배출밸브(126a)를 통해서 각각 공급관(125)과 분사관(126)에 연통된다.
또한, 크랭크축(2)의 주축(10)은 도면에 표시되지 않은 디젤엔진의 크랭크축에 구동연결 되고, 예를 들면, 4사이클엔진일 경우 이 크랭크축의 1/2의 회전속도로 회전구동된다.
이상과 같이 구성된 연료분사 펌프에 있어서 엔진의 1/2회전의 크랭크축(2)에 의해 플랜저(121)가 일정한 왕복운동 스트로크(S) 간을 왕복운동하여, 공급관(125)으로부터 흡입된 연료가 압축되어서 소정의 고압으로 가압된 연료는 배출밸브(126a)로부터 분사관(126)으로 압송되어서 도면에 도시되지 않은 분사밸브로부터 연료실내로 분사주입된다.
본 실시예에 의하면, 종래의 캠·로울러기구를 구비한 이 종류의 연료분사 펌프와는 다르게 플랜저(121)가 그 왕복운동 스트로크(S)전체를 통하여 크랭크축(2)과 상시 연결되어 있으므로 종래의 캠이 로울러를 칠 때와 같이 치는 소리는 전혀 없고, 디젤엔진의 결점인 소음이 적으며, 또, 동작도 저속에서 고속회전까지 연속적이고 또한 원활하여 운전 정밀도도 높다.
또, 상기 실시예1 내지 실시예12는, 모두 어디까지나 본 발명의 유용한 구체적인 예를 표시하기 위한 것으로서 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고 그 범위내에서 각종 설계 변경을 할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 크랭크장치를 구비한 엔진에 대하여 그 실린더의 배치수는 도면에 표시된 예에 한정되는 것이 아니고, 목적에 따라서 적당히 증감을 할 수 있고, 또한 실린더 배열도 직렬형, 수평대향형, V형 또는 별형상형등 종래의 주지의 모든 배열이 목적에 따라서 적용이 가능하다.
또한, 본 발명은 도면에 표시된 기계장치 외에도 종래의 주지의 왕복운동과 회전운동 상호간에 동력변환을 하는 기계장치에 광범위하게 적용시킬 수 있다.
이상, 상세하게 설명했듯이 본 발명의 크랭크 장치는 회전측에 연결되는 크랭크축, 왕복운동측으로 연결되는 연결봉, 및 상기 크랭크축과 연결봉 사이에 끼워서 설치되는 유성기구를 구비하고, 상기 유성기구는 상기 크랭크축의 회전중심과 동심형상으로 배치된 태양부재와 이 태양부재의 내부둘레를 따라서 회전운동하는 유성부재를 구비하고, 이 유성부재의 외경이 상기 태양부재의 내경의 1/2로 설정되며 상기 유성부재의 회전중심에 상기 크랭크축의 크랭크핀이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에 유성부재의 바깥둘레부분에 상기 연결봉의 일단이 회전가능하게 피봇연결되고, 상기 각 구성부재의 질량배분은 왕복운동부와 회전운동부의 동적 균형이 잡히도록 설정되어 있으므로 이 크랭크장치와 그것을 이용한 기계장치에 있어서는 이하에 열거하는 각종 효과를 얻을 수 있고, 동력전달 효율과 동적 균형이 좋고, 왕복운동과 회전운동의 쌍 방향의 동력 변환이 가능하므로 단순하고도 콤팩트한 구조를 구비한 장치를 제공할 수 있다.
(1) 상기 유성기구의 태양부재가 상기 크랭크축의 회전중심과 동심형상으로 배치되고, 이 태양부재의 내부둘레를 따라서 회전운동하는 유성부재의 회전중심에 상기 크랭크축의 크랭크핀이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에 유성부재의 바깥둘레부분에 상기 연결봉의 일단이 회전 가능하게 피봇연결되어 있으므로 연결봉은 좌우 횡방향으로 거의 요동되지 않고, 피스톤의 왕복운동방향으로 피스톤과 함께 거의 직선운동을 하므로 안정된 동적 균형이 확보되고, 그 결과, 종래 운동부분의 불균형 관성력이 주요인으로서 발생되고 있었던 진동이나 소음이 대폭 감소된다.
(2) 이상과 같이 연결봉이 거의 요동되지 않고 피스톤의 왕복운동 방향으로 대략 직선운동을 하므로 이 피스톤에는 가스압과 관성력에 의한 측압이 거의 작용하지 않으며, 소위 피스톤 슬랩의 발생이 발생되지 않는다. 이점에서도 종래 문제가 되고 있던 진동·소음·캐비테이션·마찰손실 등의 장애가 대폭 감소된다.
특히, 상기 크랭크축의 크랭크아암 길이와 상기 유성부재의 회전중심에서 상기 연결봉의 연결점까지의 거리가 같게 설정되므로 이 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선 위를 이동하도록 설정되어 있으면, 연결봉의 요동이 전혀 없고, 옆으로 흔들리지 않으므로 피스톤의 스러스트도 완전히 방지 할 수 있고, 저속회전은 물론이고 고속회전에도 충분히 대응할 수 있다.
(3) 종래의 이 종류의 크랭크장치에 비교해서 훨씬 동적 균형을 잡는 일이 쉽고 확실하므로 이론적으로는 종래 이상의 고속회전에 있어서도 동적 균형을 완전히 잡을수가 있게 된다.
(4) 연결봉이 옆으로 흔들리지 않으므로 이론상으로는 연결봉에 가해지는 하중이 없고, 다른 주변부품의 영향을 고려해도 종래에 비교해서 훨씬 가늘게 구성할 수가 있고, 또, 피스톤에도 스러스트가 가해지지 않으므로 마찰계수가 낮고, 또한, 피스톤 자체도 짧은 원판형상으로 할 수도 있으므로 이점에서도 왕복운동부의 경량화가 가능하다.
또한, 운동부분의 불균형 관성력등에 의해 크랭크축에 관한 편하중도 작고, 크랭크축의 기계적 강도나 강성도 종래에 비교하여 엄격한 것이 요구되지 않으므로, 역시 종래에 비교해서 훨씬 가늘게 구성할 수가 있어서, 회전운동부의 경량화도 가능하다.
이것에 의하여 장치 전체중량의 대폭적인 경량화도 가능하며, 상기 동적 균형의 우수함과 더불어 고속회전에 최적의 구조로 할 수가 있다.
(5) 유성부재를 태양부재가 둘러싸듯이 배치되어서 유성부재의 회전관성력이 태양부재에 의해 확실하게 방지되므로 안정된 동적 균형이 확보되는 동시에 이들 양자사이의 결합상태도 얻어지므로 낭비가 없다. 이에 따라, 동력 전동효율의 향상의 도모되는 동시에 연료비도 대폭 개선된다.
(6) 상기 각 구성부재의 질량배분이 상기 크랭크축의 회전중심을 중심으로한 동적 균형을 고려해서 설정되어 있으므로, 저속회전역에서 고속회전역까지 균일하고 안정된 운전이 확보된다. 특히, 각 구성부재에 설치되는 모든 카운터 밸런서가 회전 관성력으로서 활동하도록 설정되어 있으므로, 보다 더 큰 효과를 얻을수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 크랭크장치는 왕복운동과 회전운동의 동력변환 부분에 적용되는 장치로서, 회전측에 연결되는 크랭크축, 왕복운동측에 연결되는 연결봉 및 상기 크랭크축과 상기 연결봉 사이에 끼워서 설치되는 유성기구를 구비하고, 상기 유성기구는 상기 크랭크축의 회전중심과 동심형상으로 배치된 태양부재 및 상기 태양부재의 내부둘레를 따라서 회전운동하는 유성부재를 구비하며, 상기 유성부재의 외경이 상기 태양부재 내경의 1/2로 설정되고, 상기 유성부재의 회전중심에 상기 크랭크축의 크랭크핀이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에 유성부재의 바깥둘레부분에 상기 연결봉의 일단이 회전가능하게 피봇연결되어, 상기 각 구성부재의 질량배분이 상기 크랭크축의 회전중심을 중심으로 한 동적 균형을 고려하여 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 유용하게는 각 구성부재에 설치되는 모든 카운터 밸런서가 회전관성력으로서 작동하도록 설정된다.
또, 본 발명의 기계장치는 상기 크랭크장치를 적어도 1쌍 구비하고, 상기 연결봉의 타단이 입력측인 왕복부에 연결되는 동시에 상기 크랭크축의 주축이 출력측인 회전부에 연결되어 있고, 또는, 상기 크랭크축의 주축이 입력측인 회전력에 연결되는 동시에 상기 연결봉의 타단이 출력측인 왕복부에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 본 발명의 크랭크 장치를 왕복 가솔린기관에 적용시켰을 경우, 실린더 내의 피스톤이 연결봉과 유성기구를 통해서 크랭크축의 크랭크핀에 연결되고, 상기 실린더의 연소실 내에서 연소되는 가솔린의 폭발력에 의해 상기 피스톤이 상사점과 하사점 사이에서 왕복 직선운동하며, 이 왕복 직선운동이 연결봉과 유성기구를 통하여 크랭크축의 연속 회전운동으로 변환된다.
이 경우, 상기 유성기구의 태양부재가 상기 크랭크축의 회전중심과 동심형상으로 배치되고, 상기 태양부재의 내부둘레를 따라서 회전운동하는 유성부재의 회전중심에 상기 크랭크축의 크랭크핀이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에 유성부재의 바깥둘레부분에 상기 연결봉의 일단이 회전가능하게 피봇연결되어 있으브로 연결봉은 좌우 횡방향으로 거의 요동되는 일 없이 피스톤의 왕복운동 방향으로 피스톤과 함께 거의 직선운동을 해서 안정된 동적 균형이 확보된다.
특히, 상기 크랭크축의 크랭크아암 길이와 상기 유성부재의 회전중심에서 상기 연결봉의 연결점까지의 거리가 같게 설정되고, 상기 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선상을 이동하도록 설정되어 있으면 연결봉의 요동은 전혀 없고 옆으로 요동되지 않으므로 피스톤의 스러스트가 완전히 없어진다.
그 뿐 아니라, 유성부재를 태양부재가 둘러싸도록 배치되고, 유성부재의 회전관성력이 태양부재에 의해 확실하게 고정될 수 있기 때문에 안정된 동적 균형이 확보되는 동시에 이들 양자간의 밀접한 결합상태도 얻을 수 있어서 동력 전동효율의 향상도 도모할 수 있다.
또한, 상기 각 구성부재의 질량배분이 상기 크랭크축의 회전중심을 중심으로 한 동적 균형을 고려해서 설정되어 있으므로 저속회전역에서 고속회전역까지 균일하고 안정된 운동이 확보된다. 이 경우, 특히 각 구성부재에 설치되는 모든 카운터 밸런서 장치는 상기 왕복가솔린기관과 같은 내연기관이나 증기기관 등의 왕복운동을 회전운동으로 동력변환하는 장치 외에도, 이것과 반대구성을 함으로써, 즉, 상기 크랭크축의 주축을 입력측인 회전부에 연결하는 동시에 상기 연결봉의 타단을 출력축인 왕복부에 연결함으로써 컴프레서 또는 펌프등의 회전운동을 왕복운동으로 동력 변환시키는 장치에도 동일하게 적용이 가능하다.

Claims (19)

  1. 왕복운동과 회전운동의 동력 변환부분에 적용되는 장치로서,
    회전측에 연결되는 크랭크축, 왕복운동측에 연결되는 연결봉, 및 상기 크랭크축 및 상기 연결봉 사이에 끼워서 설치되는 유성기구를 구비하고,
    상기 유성기구는 상기 크랭크축의 회전중심, 동심형상으로 배치된 태양부재, 및 상기 태양부재의 내부둘레를 따라서 회전운동하는 유성부재를 구비하며,
    상기 유성부재의 외경이 상기 태양부재의 내경의 1/2로 설정되고,
    상기 유성부재의 회전중심에 상기 크랭크축의 크랭크핀이 회전가능하게 피봇연결되는 동시에, 유성부재의 바깥둘레 부분에 상기 연결봉의 일단이 회전가능하게 피봇연결되며,
    상기 각 구성부재의 질량배분은 왕복운동부와 회전운동부의 동적 균형을 잡을 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크축의 크랭크아암 길이와 상기 유성부재의 회전중심에서 상기 연결봉의 연결점까지의 거리가 같게 설정되어서, 상기 연결점이 상기 유성부재의 히전운동에 따라서 상기 크랭크축이 회전중심을 통과하는 직선 위를 이동하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 구성부재의 질량배분은 상기 크랭크축의 회전중심을 중심으로한 동적 균형을 이루도록 설정되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  4. 제3항에 있어서,
    유성부재의 회전중심을 중심으로 한 양측 질량배분이 같게 되도록 설정되는 동시에, 상기 크랭크축의 회전중심을 중심으로 한 양측 질량배분이 같게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유성부재와 태양부재의 둘레방향 결합 위치가 고정적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 우성부재와 태양부재의 둘레방향 결합 위치가 조정가능하게 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양부재의 원통내부둘레와 유성부재의 원통바깥둘레의 결합이 서로 미끄럼이 없는 마찰결합으로 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양부재의 원통내부둘레와 유성부재의 원통바깥둘레의 결합이 맞물림으로 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 태양부재가 그 원통내부둘레에 결합톱니를 구비하는 내부기어로 되는 동시에, 상기 유성부재가 상기 내부기어에 맞물리는 유성기어로 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 태양부재의 원통내부둘레면에 체인이 전체 둘레에 걸쳐서 설치되는 동시에, 상기 유성부재가 상기 체인에 맞물리는 스프로킷 휠로 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 태양부재의 원통내부둘레면에 톱니가 달린 벨트가 전체 둘레에 걸쳐서 설치되는 동시에, 상기 유성부재가 상기 톱니가 달린 벨트에 맞물리는 풀리로 되는 것을 특징으로 하는 크랭크장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 크랭크장치를 적어도 1세트 구비하고,
    상기 연결봉의 타단이 입력측인 왕복부에 연결되는 동시에 상기 크랭크축의 주축이 출력측인 회전부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 크랭크장치를 적어도 1세트 구비하고,
    상기 크랭크축의 주축이 입력측인 회전부에 연결되는 동시에, 상기 연결봉의 타단이 출력측인 왕복부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 왕복부가 왕복 실린더 장치의 피스톤이고,
    상기 크랭크축의 크랭크아암 길이와 상기 유성부재의 회전중심에서 상기 연결봉의 연결점 까지의 거리가 같게 설정되고,
    상기 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 피스톤의 왕복운동 방향인 동시에 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선 위를 이동하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 피스톤과 상기 연결봉의 타단이 고정적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 유성부재와 상기 연결봉의 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 피스톤의 왕복운동 방향인 동시에 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선 근방을 이동하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피스톤과 상기 연결봉의 타단이 요동가능하게 피봇연결되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 왕복부가 왕복 실린더 장치의 피스톤이고,
    상기 크랭크축의 크랭크아암 길이와 상기 유성부재의 회전중심에서 상기 연결봉의 연결점 까지의 거리가 같게 설정되고,
    상기 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 피스톤의 왕복운동 방향인 동시에 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선 위를 이동하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 유성부재와 상기 연결봉의 연결점이 상기 유성부재의 회전운동에 따라서 상기 피스톤의 왕복운동 방향인 동시에 상기 크랭크축의 회전중심을 통과하는 직선 근방을 이동하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 기계장치.
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