KR101184525B1 - 동력발생용 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급,배기되는 작동유체에 회전동력을 발생시키는 동력발생용 엔진에 관한 것으로, 이는 내부에 중공홀(11)이 형성되고, 상기 중공홀(11)과 연통되는 유입홀(12)과 배출홀(13)이 각각 형성되는 실린더블록(10)과; 상기 중공홀(11)에 설치되며 회전 동작되는 샤프트(20)와; 상기 샤프트(20)에 관통 설치되며, 상기 실린더블록(10)으로 급,배기되는 작동유체에 의해 왕복 슬라이딩되어 상기 샤프트(20)를 회전 동작시키는 피스톤(30) 및; 상기 샤프트(20)의 양측에 각각 관통 설치되며, 급,배기홀(41, 42)이 형성되어 상기 중공홀(11) 내로 상기 작동유체를 공급하는 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)을 포함하고, 상기 샤프트(20)에는 상기 피스톤(30)의 양측면에 마주하여 경사면이 형성된 경사돌기(21)가 구비되고, 상기 피스톤(30)의 양측면에는 상기 경사돌기(21)와 접촉되는 경사슬리브(31)가 구비된 것을 기술적 특징으로 한다.
이에 의해 본 발명은 한 쌍의 밸브블록에 의해 기계적으로 밸브의 개폐 타이밍이 조절되므로 전자밸브를 사용하지 않아 고장이 적고, 구조가 간단하여 소형 제작이 가능하다.

Description

동력발생용 엔진{POWER GENERATING ENGINE}

본 발명은 동력발생용 엔진에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 작동유체의 압력에 의해 피스톤이 왕복운동하고, 이 왕복운동을 샤프트의 회전운동으로 전환시켜 동력을 발생시키는 동력발생용 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 크게 외연기관과 내연기관으로 구분되는데, 이 중 외연기관(external combustion engine)은 물 또는 기체로 된 작동유체에 의해 동력을 발생시키는 열기관으로 그 대표적인 예로는 증기기관, 증기터빈, 가스터빈 등이 있다.

또한 내연기관(internal combustion engine)은 가솔린, 디젤, 가스 등의 연료가 실린더 내로 공급되어 점화되고, 연료의 폭발에 의한 팽창압력에 의해 피스톤을 왕복운동시킴으로써 동력을 발생시키는 것으로 그 대표적인 예로는 가솔린엔진, 디젤엔진 등이 있다.

이러한 내연기간은 연료나 작동유체가 실린더 내측으로 공급되어 폭발됨으로써 그 내측에 설치된 피스톤을 직선 왕복 운동시키고, 각각의 피스톤의 왕복운동은 크랭크축에 의해 회전운동으로 전환되며, 이 크랭크축의 회전동력을 직접 동력으로서 사용하거나 또는 별도의 발전기 등을 크랭크축에 설치함으로써 전기에너지를 생산하게 된다.

이와 같이 종래의 엔진은 복수의 실린더가 형성된 실린더블록과, 이 실린더블록 내에 설치되는 복수의 피스톤 및 상기 피스톤과 일단이 연결되는 로드와, 상기 로드의 타단이 연결되는 크랭크축으로 이루어지는데, 이러한 구조는 조립 구조가 복잡할 뿐만 아니라 고장 시에 분해 조립이 어렵다는 문제가 있고, 아울러 피스톤과 크랭크축이 설치되기 위한 적정의 공간이 마련되어야 하기 때문에 그 크기가 크게 되고 따라서 공간적 제약이 크다는 단점이 있다.

또한 각각의 실린더 내부로 연료나 작동유체를 급배기시키기 위해 자동제어밸브(전자밸브)가 설치되는데, 이 자동제어밸브는 전자적인 신호에 의해 자동으로 개폐 제어되며, 이때 노이즈, 전자회로의 단락 등으로 인해 오작동이 발생할 수 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엔진의 구조가 간단하여 분해조립이 용이하며 설치 공간의 제약이 적도록 구조가 개선된 동력발생용 엔진을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 복잡한 전자제어밸브를 대신하여 기계적으로 급, 배기노즐(밸브)의 개폐 타이밍을 정확하게 제어할 수 있는 동력발생용 엔진을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 동력발생용 엔진이, 내부에 중공홀이 형성되고, 상기 중공홀과 연통되는 유입홀과 배출홀이 각각 형성되는 실린더블록과; 상기 중공홀에 설치되며 회전 동작되는 샤프트와; 상기 샤프트에 관통 설치되며, 상기 실린더블록으로 급,배기되는 작동유체에 의해 왕복 슬라이딩되어 상기 샤프트를 회전 동작시키는 피스톤 및; 상기 샤프트의 양측에 각각 관통 설치되며, 급,배기홀이 형성되어 상기 중공홀 내로 상기 작동유체를 공급하는 한 쌍의 밸브블록을 포함하고, 상기 샤프트에는 상기 피스톤의 양측면에 마주하여 경사면이 형성된 경사돌기가 구비되고, 상기 피스톤의 양측면에는 상기 경사돌기와 접촉되는 경사슬리브로 이루어진 것에 의해 달성된다.

한편, 상기 실린더블록에는 초기 동작시에 상기 피스톤의 양측으로 작동유체를 직접 공급하여 상기 샤프트를 초기에 회전 동작시키는 보조유입홀이 구비된 것으로 실시될 수 있다.

그리고 상기 피스톤에는 상기 샤프트의 회전 동작에 의해 상기 피스톤이 회전 동작되지 않도록 수평의 슬라이딩을 안내하는 가이드봉이 구비될 수 있다.

또한 상기 실린더블록에는 상기 샤프트로 윤활유 및 냉각유를 공급하는 급유홀이 구비될 수 있다.

본 발명은 샤프트에 피스톤이 관통 설치되어 작동유체의 급,배기로 인해 슬왕복 슬라딩되고, 이 피스톤의 슬라딩 동작에 연동되어 샤프트가 회전 동작되므로 종래의 엔진에서와 같이 크랭크축과 피스톤 로드 등의 복잡한 부품과 결합 구조를 생략할 수 있어 구조가 간단하다.

그리고 복수의 피스톤이 설치되는 크랭크실을 따로 마련할 필요가 없기 때문에 종래의 엔진에 비해 상대적으로 소형의 엔진을 제작할 수 있으며, 그 결과 설치 공간의 제약을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 샤프트의 회전에 의해 급, 배기노즐의 개폐 동작이 기계적으로 제어되므로 노이즈나 전자회로의 단락 등으로 인한 오작동의 우려가 없고, 아울러 급, 배기노즐의 개폐 타이밍을 정확하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동력발생용 엔진의 실시예를 보인 사시도,
도 2는 도 1의 분리 사시도,
도 3a는 본 발명에 따른 샤프트의 실시예를 보인 사시도,
도 3b는 본 발명에 따른 피스톤의 실시예를 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 동력발생용 엔진의 조립 단면을 보인 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 동력발생용 엔진의 사용상태도,
도 6(a, b, c, d, e)은 본 발명에 따른 샤프트와 피스톤의 동작상태를 보인 사시도,
도 7(a, b)은 본 발명에 따른 밸브블록의 다른 실시예를 보인 사시도 및 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 가이드봉의 다른 실시예를 보인 단면도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 동력발생용 엔진에 관한 것으로, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 실린더블록(10), 샤프트(20), 피스톤(30) 및 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)을 포함한다.

실린더블록(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 그 내부에 중공홀(11)이 형성되고, 이 중공홀(11)에 샤프트(20), 피스톤(30) 및 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)이 수용된다. 이때 실린더블록(10)에는 내부의 중공홀(11)과 연통되는 유입홀(12)과 배출홀(13)이 각각 형성되는데, 본 발명의 유입홀(12)과 배출홀(13)은 실린더블록(10)의 내부에 수용되는 피스톤(30)의 양측 방향 각각으로 작동유체가 급,배기될 수 있도록 실린더블록(10)의 양측에 각각 한 쌍씩 구비된다.

그리고 본 발명은 급,배기되는 작동유체에 의해 후술하는 밸브블록(40A, 40B)이 회전 동작됨으로써 밸브가 개폐되는 구조이기 때문에 초기 동작시에는 밸브의 내부에 설치되는 피스톤(30)을 일시적으로 슬라이딩 동작시켜 샤프트(20)를 회전 동작시켜야 하며, 이를 위해 실린더블록(10)에는 밸브블록(40A, 40B)과 연결되지 않는 독립된 구조의 급,배기용 보조유입홀(12A)이 더 구비된다.

또한 실린더블록(10)의 내부에 설치되는 샤프트(20)에 윤활유 및 냉각유를 공급함으로써 마찰열의 발생을 방지하는 동시에 마모를 방지할 수 있도록 급유홀(14)이 형성된다.

한편, 본 발명의 실린더블록(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(30)이 수용되는 제1블록(10A)과, 이 제1블록(10A)의 양측에 각각 설치되는 제2,3블록(10B, 10C)으로 이루어져 이들이 서로 조립되어 하나의 실린더블록(10)을 이루고, 이들 블록들은 복수의 체결부재(B)를 통해 조립되는 구조로 실시될 수 있는데, 이러한 구조로 인해 중공홀(11)과 유입홀(12) 및 배출홀(13) 등의 구성부품의 가공이 용이하고, 또한 쉽게 분해할 수 있기 때문에 점검하거나 고장에 따른 부품을 쉽게 교체할 수 있다.

실린더블록(10)의 중공홀(11)에 실린더블록(10)의 길이방향으로 설치되는 샤프트(20)에는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 좌우 양측에 서로 마주하여 경사면이 형성된 경사돌기(21)가 구비된다.

그리고 이 경사돌기(21)의 양측에는 나사부(도면부호 없음)가 형성되어 밸브블록(40A, 40B)이 스크루 결합된다. 이때 나사부의 나사산 방향은 샤프트(20)의 회전 동작으로 인해 스크루 결합이 풀리지 않도록 회전 방향과 조립방향이 서로 역방향이 되도록 형성됨이 바람직하다.

또한 나사부를 대신하여 샤프트(20)와 밸브블록(40A, 40B)에 서로 대응되는 홈(도시되지 않음)과 돌기(도시되지 않음)가 각각 형성되어 서로 결합되는 것으로 실시될 수도 있고, 이에 더해 도 7(a)에 도시된 바와 같이 샤프트(20)에 부분적으로 평면 가공된 영역이 형성되고, 밸브블록(40A, 40B)에는 샤프트(20)의 평면과 면접촉되는 평면이 형성되어 서로 면접촉을 통해 밸브블록(40A, 40B0)이 헛돌지 않도록 실시될 수도 있다.

실린더블록(10)에 형성되는 한 쌍의 경사돌기(21) 사이에 설치되는 피스톤(30)은 도 2와 도 3(b)에 도시된 바와 같이 피스톤(30)의 양측면에는 샤프트(20)의 경사돌기(21)에 접촉되는 경사가 형성된 경사슬리브(31)가 구비되고, 샤프트(20)의 회전 동작에 연동되어 피스톤(30)이 회전 동작되지 않도록 수평 슬라이딩을 안내하는 복수의 가이드봉(32)이 구비되고, 이 가이드봉(32)이 관통 설치되는 설치홀(32A)이 형성된다.

그리고 샤프트(20)의 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)은 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이 각각 작동유체의 급기와 배기를 위한 급기홀(41)과 배기홀(42)이 형성되어 있고, 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)은 서로 180°각도를 이루게 하여 샤프트(20)에 설치되어 일측 밸브블록(40A)의 급기홀(41)이 유입홀(12)과 연결되면, 타측의 밸브블록(40B)의 배기홀(42)이 배출홀(13)과 연결되고, 결과적으로 샤프트(20)의 회전 동작만으로 급기와 배기측 유로가 서로 교대로 개폐 동작된다.

여기서 본 발명은 밸브블록(40A, 40B)의 실시예로서 급기홀(41)과 배기홀(42)이 실린더블록(10)의 유입홀(12)과 배출홀(13)의 위치에 맞춰 샤프트(20)의 중심선과 수직을 이루도록 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이와 다르게 샤프트(20)와 수평 방향으로 급기홀(41)과 배기홀(42)이 형성될 수도 있고, 이 경우에는 실린더블록(10)의 유입홀(12)과 배출홀(13)이 급기홀(41)과 배기홀(42)에 연결될 수 있도록 그 위치가 변경실시 된다.

한편, 본 발명에 있어서 경사돌기(21)와 경사슬리브(31)는 샤프트(20)의 중심선과 수직을 이루면서 샤프트(20)의 둘레를 따라 가공되어 서로 면접촉된다.

그리고 밸브블록(40A, 40B)은 그 내부에 경사돌기(21)가 수용될 수 있도록 중공홈이 형성될 수 있는데, 이에 의해 도 7(b)에 도시된 바와 같이 밸브블록(40A)과 경사돌기(21)가 각각의 공간을 차지하지 않으므로 상대적으로 소형 제작이 가능하고, 결과적으로 피스톤(30)의 양 측면으로 돌출 제작되는 경사슬리브(31)가 밸브블록(40A, 40B)의 내측으로 삽입되면서 피스톤(30)이 중공홀(11)의 양측 내벽과 더욱 근접하여 이동될 수 있고, 따라서 피스톤(30)의 압축으로 중공홀(11) 내로 유입된 작동유체를 외부로 배출시킬 때에 작동유체의 잔류되는 양을 극소화시킬 수 있다.

또한 본 발명의 가이드봉(32)은 피스톤(30)에 형성된 설치홀(32A)에 관통 삽입되어 실린더본체(10) 내측에 고정 설치되는 것으로, 이 경우에는 가이드봉(32)과 설치홀(32A) 간에 실링을 하여 피스톤(30)의 슬라이딩 동작 간에 일측으로 유입된 작동유체가 설치홀(32A)과 가이드봉(32) 사이의 틈을 통해 반대편으로 누출되지 않도록 하여 작동유체의 압력 손실을 최소화함이 바람직하다.

이때 가이드봉(32)의 다른 예로서 도 8에 도시된 바와 같이 가이드봉(32)이 피스톤(30)의 양측면에 고정되어 피스톤(30)과 함께 슬라이딩 동작되고, 상대적으로 실린더블록(10)에 가이드봉(32)이 슬라이딩 될 수 있는 적정 길이의 홀을 형성하여 실시될 수도 있다.

이상과 같은 본 발명의 동력발생용 엔진은 도 5에 도시된 바와 같이 실린더블록(10)의 유입홀(12)과 밸브블록(40B)의 급기홀(41)이 연결되어 중공홀(11) 내부로 작동유체가 공급되면, 이 작동유체의 압력으로 피스톤(30)이 슬라이딩 이동하고, 피스톤(30)의 슬라딩 동작시 피스톤(30)의 경사슬리브(31)와 샤프트(20)의 경사돌기(21) 간의 면접촉으로 인해 샤프트(20)가 회전 동작된다.

샤프트(20)의 회전동작으로 밸브블록(40A, 40B)이 회전되어 유입홀(12)과 배출홀(13)이 초기 동작과 반대로 연결되고, 이에 의해 다른 밸브블록(40A)으로 작동유체가 공급되어 피스톤(30)이 초기 동작과는 반대 방향으로 슬라이딩 동작되고, 이 피스톤(30)에 밀려 초기 유입된 작동유체는 배출홀(13)을 통해 배출된다.

즉, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 일측 밸브블록(40B)으로 작동유체가 공급되어 피스톤(30)이 슬라이딩되면, 반대측의 밸브블록(40A)으로는 다른측에서 유입되었던 작동유체가 배출되고, 이와 동시에 경사슬리브(31)와 경사돌기(21)의 접촉으로 인해 도 6(b)에 도시된 바와 같이 샤프트(20)가 회전 동작되어 동력이 발생된다.

그리고 도 6(c)에 도시된 바와 같이 반대측의 밸브블록(40A)으로 작동유체가 공급되어 초기 동작의 반대 방향으로 피스톤(30)에 압력이 가해지면서 도 6(d)에 도시된 바와 같이 피스톤(30)이 슬라이딩되면서 샤프트(20)가 회전된다.

작동유체가 초기에 유입된 밸브블록(40B)이 360°회전되어 원래 위치로 복귀되고, 이후 상기의 과정을 반복하면서 샤프트(20)가 지속 회전되어 회전 동력이 발생된다.

한편, 본 발명의 보조유입홀(12A)에는 각각 밸브(V1, V2)가 연결되어 있어 초기 시동시에 작동유체가 공급된 후, 밸브(V1, V2)가 폐쇄되도록 제어되어 작동유체가 유입된 중공홀(11) 내의 압력이 손실되지 않도록 실시됨이 바람직하다.

이에 의해 본 발명은 샤프트(20)의 회전에 의해 함께 회전되는 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)에 의해 기계적으로 밸브의 개폐 타이밍이 조절되므로 전자밸브를 사용하지 않아 고장이 적고, 종래의 엔진에 비해 구조가 간단하여 소형 제작이 가능하다.

10: 실린더블록 10A: 제1블록
10B: 제2블록 10C: 제3블록
11: 중공홀 12: 유입홀
12A: 보조유입홀 13: 배출홀
14: 급유홀 20: 샤프트
21: 경사돌기 30: 피스톤
31: 경사슬리브 32: 가이드봉
32A: 설치홀 40A, 40B: 밸브블록
41: 급기홀 42: 배기홀
B: 체결부재 V1, V2: 밸브

Claims (4)

1. 내부에 중공홀(11)이 형성되고, 상기 중공홀(11)과 연통되는 유입홀(12)과 배출홀(13)이 좌우측에 각각 형성된 실린더블록(10)과;
   상기 중공홀(11)에 설치되며 회전 동작되는 샤프트(20)와;
   상기 샤프트(20)에 관통 설치되며, 상기 좌우측 유입홀(12)과 배출홀(13)을 통해 교대로 상기 실린더블록(10)으로 급배기되는 작동유체에 의해 왕복 슬라이딩되어 상기 샤프트(20)를 회전시키는 피스톤(30) 및;
   상기 샤프트(20)의 양측에 각각 관통 설치되어 상기 샤프트(20)의 회전에 의해 회전 동작되고, 상기 중공홀(11) 내로 상기 작동유체를 공급하거나 배출하는 급,배기홀(41, 42)이 각각 형성된 한 쌍의 밸브블록(40A, 40B)을 포함하고,
   상기 샤프트(20)에는 상기 피스톤(30)의 양측면에 마주하여 경사면이 형성된 경사돌기(21)가 구비되고, 상기 피스톤(30)의 양측면에는 상기 경사돌기(21)와 접촉되는 경사슬리브(31)가 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더블록(10)에는 초기 동작시에 상기 피스톤(30)의 양측으로 작동유체를 직접 공급하여 상기 샤프트(20)를 초기에 회전 동작시키는 보조유입홀(12A)이 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤(30)에는 상기 샤프트(20)의 회전 동작에 의해 상기 피스톤(30)이 회전 동작되지 않도록 수평의 슬라이딩을 안내하는 가이드봉(32)이 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 실린더블록(10)에는 상기 샤프트(20)로 윤활유 및 냉각유를 공급하는 급유홀(14)이 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.

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