KR101285472B1 - Power generating engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동력발생용 엔진에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 산업현장에서 제조공정에 사용하기 위해 생산되거나 사용되는 증기나 가스를 이용하여 동력을 발생시키는 동력발생용 엔진에 관한 것이다.
The present invention relates to a power generating engine, and more particularly to a power generating engine for generating power using steam or gas produced or used for use in a manufacturing process in the industrial field.
제조공장이나 소각로 등에는 제조공정상 증기나 가스가 공급될 필요가 있고, 이때 생산된 증기의 일부만 제조공정에 사용되는 경우가 많으며, 이 경우 여유분의 증기는 버려지거나 단순히 온수를 가열하는 데에 그치고 있어, 에너지 이용의 합리화를 달성하지 못하고 있는 실정이다.In the manufacturing process or incinerator, steam or gas needs to be supplied in the manufacturing process, and only a part of the produced steam is often used in the manufacturing process, and in this case, the surplus steam is discarded or simply heats hot water. However, the rationalization of energy use is not achieved.
이에 따라 이러한 여유분의 증기 등을 합리적으로 사용하기 위한 동력발생 장치에 대한 연구가 지속적으로 행해지고 있으며, 이러한 그 하나의 예로서 증기터빈을 이용한 발전장치를 들 수 있다.Accordingly, research on a power generating device for rationally using such an extra amount of steam has been continuously conducted, and one such example is a power generator using a steam turbine.
그러나 증기터빈을 구동시키기 위해서는 다량의 증기가 필요할 뿐만 아니라 고온고압의 증기가 필요하기 때문에 시스템이 전반적으로 커질 뿐만 아니라 설치비용도 많이 든다는 단점이 있다.However, in order to drive a steam turbine, not only a large amount of steam is required, but also a high temperature and high pressure steam, the system is not only large, but also requires a large installation cost.
가스나 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 장치의 또 다른 예로서 유기 랭킨사이클을 이용한 동력발생 장치를 들 수 있는데, 이러한 유기 랭킨사이클은 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기로 이루어져 작동유체가 증발기에서 기화된 다음, 터빈에서 팽창되면서 동력이 생산되고, 사용된 증기는 다시 응축기에서 액화된 다음 순환펌프에 의해 증발기로 재공급되어 순환되도록 구성된다.Another example of a device generating power using gas or steam is a power generating device using an organic Rankine cycle, which consists of a circulating pump, a turbine, a condenser and an evaporator. Then, the power is produced as it is expanded in the turbine, and the used steam is liquefied again in the condenser and then configured to be circulated back to the evaporator by the circulation pump.
그러나 유기 랭킨사이클은 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기 각각의 장치들의 작동과 정지 및 작동유체의 급, 배기가 정확하게 제어되어야 하므로 이를 운용할 수 있는 전문 인력이 따로 배치되어야 하고, 또한 소규모로 운영되기 어렵기 때문에 대부분 대용량의 발전이 요구되는 시설에만 적용되고 있는 실정이다.
However, the organic Rankine cycle requires precise control of the operation and shutdown of the circulation pumps, turbines, condensers and evaporators, and the supply and discharge of working fluids. Since it is difficult, most of them are applied only to facilities requiring large-scale power generation.
상기와 같은 유기 랭킨사이클의 단점을 보완하기 위한 것으로 일본공개특허 평5-18285호에 개시된 인버터식 엔진발전기를 들 수 있는데, 이 문헌의 스털링 엔진을 이용한 발전기는 실린더와 피스톤 및 크랭크축 등으로 이루어진 엔진을 기반으로 공기와 증기 등이 작동유체로 사용되며, 유기 랭킨사이클에 비해 장치의 구성이 간단하여 소형 제작이 용이하다는 장점이 있다.In order to compensate for the disadvantages of the organic Rankine cycle as described above, there is an inverter-type engine generator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-18285. The generator using the Stirling engine of this document consists of a cylinder, a piston, and a crankshaft. Air and steam are used as working fluids based on the engine, and compared to the organic Rankine cycle, the configuration of the device is simpler, which makes it easier to manufacture small.
이러한 스털링 엔진을 이용한 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 엔진부, 가열부, 냉각부 및 이들을 각각 연결하는 순환유로로 이루어져, 순환유로를 따라 열매체가 가열 및 냉각과정을 거치면서 순환되면서 엔진부를 구동시키고, 이렇게 구동되는 엔진부의 회전동력에 의해 발전기가 구동되어 전기에너지가 생산되는 방식으로서, 이때 유로 내를 순환하는 열매체로서 헬륨 등의 가스가 주로 사용되고 있는데, 이러한 열매체가 시스템 외부로 누출되게 되면 시스템 내부의 압력손실이 발생되고, 이 경우 엔진의 회전동력이 급격히 저하되기 때문에 스털링엔진을 이용한 발전시스템 또는 동력발생 장치에 있어서는 열매체가 공급 및 순환되는 각각의 부품과 유로의 기밀유지가 필수적이다.As shown in FIG. 1, the power generation system using the Stirling engine includes an engine unit, a heating unit, a cooling unit, and a circulation passage connecting them, respectively, and the engine unit is circulated through the heating and cooling process along the circulation passage. In this way, the generator is driven by the rotational power of the driven engine to produce electrical energy. At this time, gas such as helium is mainly used as a heat medium that circulates in the flow path. Since pressure loss inside the system is generated, and in this case, the rotational power of the engine is sharply lowered, the airtightness of each component and flow path through which the heat medium is supplied and circulated is essential in the power generation system or power generating device using the Stirling engine.
그런데 스털링 엔진을 이용한 발전시스템에는 일반적으로 재생기가 사용되며, 이러한 재생기 내부에는 밀폐된 유로 내의 열매체가 가열 및 냉각 과정을 반복하는 열매체가 통과하기 때문에 재생기도 이와 더불어 가열 및 냉각이 반복되고, 이 과정에서 재생기로부터 누출이 발생됨으로써 시스템 전체의 기밀이 쉽게 유지되지 못한다는 문제가 있다.However, a regenerator is generally used in a power generation system using a Stirling engine. Since a heat medium in which a heat medium in a closed flow path passes through a heating and cooling process passes through the inside of the regenerator, the regenerator is also heated and cooled repeatedly. There is a problem in that leakage from the regenerator in the system does not easily maintain the confidentiality of the entire system.
이에 더하여 스털링 엔진이 효과적으로 동작하기 위해서는 작동유체가 엔진의 내부에 공급되는 타이밍과 엔진으로부터 배기되는 타이밍이 정밀하고 정확하게 제어되어야 하는데, 실제로는 이러한 타이밍을 정밀하고 정확하게 제어하는 것이 어려우며, 이러한 이유로 스털링 엔진을 이용한 동력발생 장치의 사용이 저조한 실정이다.
In addition, in order for the Stirling engine to operate effectively, the timing at which the working fluid is supplied into the engine and the timing exhausted from the engine must be precisely and accurately controlled, and in reality, it is difficult to precisely and accurately control such timing, which is why The use of the power generating device using the situation is poor.
본 발명은 상기와 같은 종래의 동력발생 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소형으로 제작할 수 있고, 작동유체의 급, 배기를 정밀하고도 정확하게 제어할 수 있는 동력발생용 엔진을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the problems of the conventional power generating device as described above, which can be made compact and provides a power generating engine capable of precisely and accurately controlling the supply and exhaust of working fluid. Its purpose is to.
상기와 같은 본 발명의 목적은 동력발생용 엔진을, 내부에 크랭크실과 한 쌍의 실린더가 서로 마주보도록 형성된 엔진블록과; 상기 크랭크실에 관통 설치되는 크랭크축과; 상기 크랭크축과 연결로드에 의해 연결되며, 상기 실린더 각각의 내부에 설치되어 왕복 슬라이딩 동작함으로써 상기 크랭크축을 회전 동작시키는 피스톤과; 상기 엔진블록의 측면에 설치되며, 작동유체가 상기 실린더 각각의 내부로 급기 및 배기되도록 급기공과 배기공이 각각 형성되는 급배기블록과; 상기 배기공에 설치되어 개폐 조절되며, 상기 실린더 내부의 작동유체를 배기시키는 밸브유닛 및; 상기 크랭크축에 결합되어 상기 크랭크축과 함께 회전 동작되면서 상기 실린더의 개수와 동일한 개수로 형성된 유출공을 통해 상기 각각의 급기공에 작동유체를 분배 공급하는 분배기로구성하는 것에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above is an engine block for generating power, an engine block formed so that a crank chamber and a pair of cylinders face each other; A crank shaft penetrating and installed in the crank chamber; A piston connected to the crankshaft by a connecting rod and installed in each of the cylinders to reciprocally slide the piston to rotate the crankshaft; An air supply and exhaust block installed at a side of the engine block, the air supply and exhaust holes being respectively formed to supply and exhaust the working fluid into each of the cylinders; A valve unit installed in the exhaust hole and opened and closed to control and exhaust the working fluid inside the cylinder; It is achieved by configuring a distributor which is coupled to the crankshaft and rotates together with the crankshaft while distributing and supplying a working fluid to each of the air supply holes through outlet holes formed in the same number as the number of cylinders.
이때 상기 분배기에는 상기 크랭크축의 일단에 결합되어 회전 동작에 의해 상기 유출공과 선택적으로 연통되는 분배공이 형성되고, 상기 분배공은 적어도 1개의 상기 유출공과 항상 연통되도록 구성되는 것이 바람직하다.At this time, the distributor is coupled to one end of the crankshaft is formed in the distribution hole is selectively communicated with the outlet hole by the rotation operation, the distribution hole is preferably configured to be always in communication with the at least one outlet hole.
그리고 상기 밸브유닛은, 상기 배기공에 설치되어 관통공이 형성되는 밸브바디와; 상기 관통공을 선택적으로 개폐하는 밸브시트와; 상기 밸브바디와 상기 밸브시트 사이에 설치되어 상기 관통공이 항상 개방되도록 탄성 지지하는 스프링으로 구성되는 것이 바람직하다.The valve unit may include a valve body installed in the exhaust hole and having a through hole formed therein; A valve seat for selectively opening and closing the through hole; It is preferred that the spring is provided between the valve body and the valve seat to elastically support the through-hole so that it is always open.
또한 상기 밸브시트에는 상기 실린더의 내부로 돌출되는 접촉부재가 설치되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the valve seat is more preferably provided with a contact member protruding into the cylinder.
본 발명의 동력발생용 엔진은 크랭크축에 분배기가 연결되어 있어, 크랭크축의 회전 동작에 의해 분배기 내부의 분배플레이트가 함께 회전 동작되고, 이에 의해 분배공과 유출공이 선택적으로 연통되면서 작동유체가 각각의 실린더로 정밀하면서도 정확하게 분배되며, 이에 의해 엔진동작의 효율과 신뢰성이 향상된다.In the engine for power generation of the present invention, the distributor is connected to the crankshaft, the distribution plate inside the distributor is rotated together by the rotational operation of the crankshaft, whereby the distribution fluid and the discharge hole selectively communicate with each cylinder working fluid Precisely and accurately distributed, thereby improving the efficiency and reliability of engine operation.
또한 본 발명은 한 개의 엔진블록 내부에 한 쌍의 실린더가 설치되기 때문에 엔진의 소형화가 가능하다.In addition, the present invention can be miniaturized because a pair of cylinders are installed in one engine block.
이에 더하여 본 발명은 밸브유닛이 실린더의 측면에 각각 근접 설치되어 있기 때문에 작동유체의 불용체적이 최소화되며, 이에 의해 엔진의 효율이 증대된다.
In addition, in the present invention, since the valve units are installed close to each side of the cylinder, the insoluble volume of the working fluid is minimized, thereby increasing the efficiency of the engine.
도 1은 종래의 스털링 엔진의 예를 보인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 동력발생용 엔진의 예를 보인 사시도,
도 3은 도 2의 분리 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 본체의 예를 보인 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 크랭크축의 예를 보인 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 크랭크축에 연결로드 및 피스톤이 결합된 예를 보인 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 급배기블록과 밸브유닛의 예를 보인 분리 사시도,
도 8(a, b)은 본 발명에 따른 급배기블록과 밸브유닛이 조립된 예를 보인 사시도 및 단면도,
도 9(a)는 본 발명에 따른 분배기의 예를 보인 분리 사시도,
도 9(b)는 본 발명에 따른 분배하우징을 보인 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 크랭크축과 분배기 및 축결합유닛의 예를 보인 분리 사시도,
도 11(a, b)은 본 발명에 따른 분배기의 고정커버와 분배하우징의 예를 보인 측면도,
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 동력발생용 엔진의 동작을 보인 사용 상태도이다.1 is a configuration diagram showing an example of a conventional Stirling engine,
2 is a perspective view showing an example of a power generating engine according to the present invention;
FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2,
4 is a perspective view showing an example of a main body according to the present invention;
5 is a perspective view showing an example of a crankshaft according to the present invention;
6 is a perspective view showing an example in which a connecting rod and a piston are coupled to a crankshaft according to the present invention;
Figure 7 is an exploded perspective view showing an example of the supply and exhaust block and the valve unit according to the present invention,
8 (a, b) is a perspective view and a cross-sectional view showing an example in which the supply and exhaust block and the valve unit according to the invention assembled;
9 (a) is an exploded perspective view showing an example of a dispenser according to the present invention;
9 (b) is a perspective view showing a dispensing housing according to the present invention,
10 is an exploded perspective view showing an example of the crankshaft and the distributor and the shaft coupling unit according to the present invention;
Figure 11 (a, b) is a side view showing an example of the fixed cover and the dispensing housing of the dispenser according to the present invention,
12 to 15 is a use state diagram showing the operation of the engine for power generation according to the present invention.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성에 대해 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration of the present invention through the accompanying drawings showing a preferred embodiment will be described in more detail.
본 발명은 증기 또는 가스(이하 "작동유체"라 통칭한다)의 압력에 의해 동력을 발생시키는 동력발생용 엔진에 관한 것으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 엔진블록(10), 크랭크축(20), 피스톤(30), 급배기블록(40), 밸브유닛(50) 및 분배기(60)로 이루어진다.
The present invention relates to a power generating engine that generates power by the pressure of steam or gas (hereinafter referred to as "working fluid"), the
엔진블록(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 사각 함체 형상의 본체(11)와, 본체(11)의 전, 후면을 관통하여 형성되는 크랭크실(12)과, 크랭크실(12)과 교차되도록 좌, 우를 관통하여 형성되는 실린더(13A, 13B)로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the
이러한 엔진블록(10)은 크랭크실(12)이 전, 후면을 관통하여 형성되어 있어, 이 크랭크실(12)의 내부에 크랭크축(20)을 쉽게 설치될 수 있고, 더욱이 실린더(13A, 13B) 또한 그 일측면이 각각 개방되어 본체(11) 내부의 크랭크실(12)과 연통되므로 실린더(13A, 13B) 각각에 피스톤(30)을 설치한 다음 연결로드(31)를 이용하여 쉽게 조립된다.The
이때 연결로드(31)와 크랭크축(20)의 조립을 더욱 쉽게 하기 위해 본체(11)의 크랭크실(12)을 상하로 관통하여 복수 개의 관통공(11A)이 형성될 수 있는데, 이러한 관통공(11A)을 이용하여 크랭크축(20)과 연결로드(30)가 조립되는 결합부분까지 근접하여 손을 넣고 조립할 수 있기 때문에 조립이 더욱 용이하다.In this case, in order to more easily assemble the connecting
또한 관통공(11A)은 크랭크축(20)과 연결로드(31)가 조립된 다음, 커버플레이트(14)에 의해 각각 커버되며, 이에 의해 크랭크실(12) 내부로 이물질이 유입되거나, 크랭크실(12) 내부의 오일 등이 외부로 누출되지 않는다.In addition, the through hole 11A is covered by the
한편, 실린더(13A, 13B)는 크랭크축(20)을 중심으로 좌, 우측 한 쌍이 형성되어 최소 2기통 엔진방식으로 실시되는데, 이 경우에는 후술하는 분배기(60)의 유출공(H)도 이에 대응하여 2개가 형성되어 각각의 실린더(13A, 13B) 중 어느 하나로 작동유체가 공급된다.On the other hand, the cylinder (13A, 13B) is formed with a pair of left and right around the
또한 본 발명에 따른 실린더(13A, 13B)는 좌, 우측 한 쌍의 실린더(13A, 13B)를 2열로 배치하여 총 4개의 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')를 가지는 4기통 엔진방식으로도 실시될 수 있는데, 이 경우에는 분배기(60)의 유출공(H)은 이에 맞추어 4개가 형성되어 각각의 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')로 작동유체가 공급될 수 있도록 한다.
In addition, the
엔진블록(10)의 크랭크실(12)의 중앙에 설치되어 회전 동작되는 크랭크축(20)은, 도 5에 도시된 바와 같이 일정 길이를 가지고, 그 일단에는 축결합부(21)가 형성되고, 그 중앙부위에는 실린더(13A, 13B)에 설치되는 피스톤(30)이 결합되기 위한 크랭크핀(22, 23)이 형성된다.The
이때 크랭크핀(22, 23)은 2기통 엔진 방식의 경우에는 1개의 크랭크핀(22)만이 형성되어 좌, 우측의 피스톤(30)의 연결로드(31)가 서로 동일한 크랭크핀(22)에 결합되며 이에 의해 2개의 피스톤(30)이 각각 180°간격을 두고 동작되고, 4기통 엔진 방식의 경우에는 2개의 크랭크핀(22, 23)이 서로 90°각도로 배치되어 각각의 크랭크핀(22, 23)에 2개씩의 연결로드(31)가 결합되며, 이에 의해 4개의 피스톤(30)이 각각 90°간격을 두고 동작된다.At this time, the
이와 같이 구성에 의해 4기통 엔진 방식으로 구성되는 경우를 예로서 설명하면, 어느 하나의 피스톤(30)이 상사점에 위치되면, 다른 하나의 피스톤(30)은 하사점에 위치된다. 즉, 4개의 피스톤(30) 중에서 어느 한 개의 피스톤(30)이 상사점에 도달하면, 동일한 크랭크핀(22)에 연결된 다른 하나의 피스톤(30)은 하사점에 위치되고, 다른 크랭크핀(23)에 연결된 한 쌍의 피스톤(30)은 각각 상사점에 도달하기 전 중간지점과 하사점에 도달하기 전 중간지점에 위치하게 되며, 이러한 동작이 연이어지면서 크랭크축(20)이 회전 동작되게 된다.In this way, the configuration of the four-cylinder engine system by the configuration will be described as an example. When one
요컨대, 크랭크핀(22, 23)의 개수는 2기통 엔진 방식을 채택하는 경우에는 1개, 4기통 엔진 방식의 경우에는 90°만큼의 차이로 형성된 2개, 6기통 엔진 방식의 경우에는 60°만큼의 차이로 형성된 3개, 8기통 엔진방식의 경우에는 45°만큼의 차이로 형성된 4개가 된다.
In other words, the number of
크랭크축(20)의 크랭크핀(22, 23)에 일단이 결합되는 연결로드(31)와 이 연결로드(31)의 타단에 결합되는 피스톤(30)의 동작은, 크랭크축(20)의 회전 동작에 의래 달라지는 크랭크핀(22, 23)의 위치에 대응하여 연결로드(31)가 당겨지거나 밀어지고, 이러한 연결로드(31)의 동작에 의해 맞춰 피스톤(30)이 각각 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부에서 왕복 슬라이딩되면서 크랭크축(20)이 회전 동작된다.
The operation of the connecting
엔진블록(10)의 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')의 개방된 측면에는 급기공(41)과 배기공(42)이 각각 형성된 급배기블록(40)이 설치되는데, 이러한 급배기블록(40)의 급기공(41)은 도 7 및 도 8(a, b)에 도시된 바와 같이 후술하는 분배기(60)의 유출공(H)과 급기공(41)이 분배라인(L2)을 통해 연결되며, 이에 의해 작동유체가 분배라인(L2)을 통해 급배기블록(40)의 급기공(41)으로 공급되어 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 중 어느 한 개의 실린더 내부로 공급된다.The open side of the
이때 분배라인(L2)은 배기공(42)과 연결되는 배기라인(L3)에 비해 상대적으로 직경이 작은 세관으로 구성됨이 바람직한데, 이는 분배라인(L2) 내부에 존재하는 작동유체의 부피를 가급적 줄임으로써 작동효율을 높이고자 한데 따른 것이다. At this time, the distribution line (L2) is preferably composed of a tubule having a relatively small diameter compared to the exhaust line (L3) connected to the
그리고 급배기블록(40)의 배기공(42)에는 후술하는 밸브유닛(50)이 설치될 수 있도록 설치공(42A)의 측면을 관통하여 형성되고, 이 설치공(42A)의 일측 선단, 즉 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')와 접촉되는 부분의 선단에는 설치공(42A)의 둘레를 따라 돌출턱(42A')이 형성되는데, 이러한 돌출턱(42A')에 의해 후술하는 밸브유닛(50)의 밸브시트(52)가 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부 쪽으로 이탈되지 않고 설치공(42A)의 내부에 머무른다.In addition, the
그리고 돌출턱(42A')의 반대방향에 위치하는 설치공(42A)의 개방된 측면에는 커버(43)가 장, 탈착 가능하게 설치되어 설치공(42A) 내부에 밸브유닛(50)을 쉽게 설치할 수 있도록 하고, 아울러 필요에 따라 교체 등의 유지보수가 용이하도록 한다.
In addition, the
실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부공간과 이어지는 배기공(42)의 내부에는 도 7 및 도 8(a, b)에 도시된 바와 같이 밸브유닛(50)이 설치되는데, 이러한 밸브유닛(50)은 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부공간이 선택적으로 밀폐되도록 개폐 조절되며, 이를 위해 밸브유닛(50)은 배기공(42)의 내부에 수평방향으로 관통공(51A)과, 이 관통공(51A)과 배기공(42)을 연통시키는 연통공(51B)이 형성된 밸브바디(51)와; 밸브바디(51)의 관통공(51A)에 설치되어 관통공(51A)을 선택적으로 개폐하는 밸브시트(52) 및; 밸브시트(52)가 관통공(51A)과 이격됨으로써 개방된 상태가 되도록 밸브시트(52)를 탄성 지지하는 스프링(S1)으로 이루어진다.The
이때 밸브시트(52)의 중앙에는 설치공(52B)이 형성되며, 이 설치공(52B)에는 접촉부재로서 또 다른 스프링(S2)이 설치 고정되고, 밸브시트(52)의 가장자리는 둘레를 따라 외측으로 돌출 형성되며, 이 돌출된 부분에는 원주방향으로 일정 간격을 두고 복수 개의 관통공(52A)이 형성되며, 이 관통공(52A)을 통해 실린더 내부의 작동유체가 실린더로부터 배출된다.In this case, an
이때 접촉부재는 밸브시트(52)의 표면에 비해 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 쪽으로 돌출되도록 설치되는데, 이에 의해 피스톤(30)이 상사점에 도달하기 전에 접촉부재가 피스톤(30)과 접촉되고, 이에 의해 밸브시트(52)를 탄성 지지하는 스프링(S1)이 압축되면서 밸브시트(52)가 관통공(51A)에 밀착되어 배출유로가 차단되게 된다.At this time, the contact member is installed to protrude toward the cylinder (13A, 13A ', 13B, 13B') relative to the surface of the
이와 같이 피스톤(30)과 접촉되는 접촉부재는 스프링(S2)으로 구성하는 것이 바람직한데, 이에 의해 피스톤(30)과 반복 접촉으로 인한 파손과 마모를 줄이는 동시에 피스톤(30)과의 순간적인 접촉으로 인한 충격소음을 감소시킬 수 있다.
In this way, the contact member in contact with the
상기와 같은 구조에 의해 밸브유닛(50)은 스프링(S1)의 탄성력에 의해 배기행정구간에서는 밸브시트(52)가 밸브바디(51)의 관통공(51A)과 이격된 상태로 유지되다가, 상사점에 접근하는 피스톤에 의해 밸브시트(52)가 관통공(51A)에 밀착되고, 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 중 어느 한 개의 내부로 작동유체가 공급되면 작동유체의 압력에 의해 스프링(S1)이 압축되면서 밸브시트(52)가 관통공(51A)에 밀착이 유지되고, 이에 의해 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')의 내부공간이 밀폐되며, 그 결과 작동유체의 압력에 의해 피스톤(30)이 슬라이딩 동작된다.By the structure as described above, the
본 발명에서는 상기한 바와 같이 밸브유닛(50)이 실린더 측면에 접촉되어 설치되는데, 이는 피스톤의 작동에 기여하지 않는 작동유체의 불용체적(dead volume)을 최소화함으로써 작동유체가 충전되어야 하는 체적, 즉 유효체적(effective volume)을 극대화하고자한데 따른 것으로, 이러한 배치에 의해 엔진의 효율이 증대된다.
In the present invention, as described above, the
그리고 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부로 공급되는 작동유체의 공급유량, 즉 공급시간은 후술하는 분배기(60)에 의해 자동적으로 조절된다. 즉 작동유체는 분배기(60)의 동작에 의해 일정 시간동안만 공급된 후 차단되며, 이에 의해 작동유체의 압력에 의해 피스톤이 동작된 다음, 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부의 압력은 점점 낮아지게 되고, 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부의 압력이 스프링(S1)의 탄성력보다 작아지게 되면 스프링(S1)의 탄성력에 의해 관통공(51A)에 밀착되어 있던 밸브시트(52)가 관통공(51A)으로부터 이격되면서 배기공(42)을 통해 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부의 작동유체가 배출되므로 작동유체의 팽창 에너지를 모두 사용하여 엔진의 효율이 증대된다.
The supply flow rate of the working fluid supplied to the
엔진블록(10)의 크랭크축(20)과 일단이 결합되어 크랭크축(20)의 회전 동작에 의해 함께 회전 동작되면서 각각의 실린더에 작동유체를 순차적으로 분배하는 분배기(60)는 도 9(a, b) 내지 도 11(a, b)에 도시된 바와 같이, 호 형상의 분배공(61A)과, 크랭크축(20)의 일단이 관통 설치되는 축결합공(61B) 및 분배공(61A)과 축결합공(61B)을 연통하는 연통공(61C)이 형성된 분배플레이트(61)와; 엔진블록(10)의 일측면에 결합되며 분배플레이트(61)가 회전 가능하게 설치되는 고정커버(62) 및; 분배플레이트(61)가 내부에 수용되는 수용부(63B)와, 급기라인(L1)과 연결되어 작동유체가 내부로 유입되는 유입공(63A) 및 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')의 설치 개수에 대응하는 개수의 유출공(H)이 형성되는 분배하우징(63)으로 이루어지며, 이때 분배하우징(63)은 결합부재를 통해 고정커버(62)에 결합된다.One end of the
상기와 같은 분배기(60)는, 고정커버(62)가 엔진블록(10)의 크랭크실(12) 일측면을 커버하도록 설치되며, 크랭크축(20)의 축결합부(21)가 고정커버(62)를 관통한 다음, 수용부(63B)에 설치된 분배플레이트(61)의 축결합공(61B)에 결합되어 크랭크축(20)의 회전 동작에 의해 분배플레이트(61)가 함께 회전 동작된다.The
이때 축결합부(21)에는 연결공(21A)이 형성되어 있어 유입공(63A)을 통해 수용부(63B)로 공급되는 작동유체가 이 연결공(21A)과 연통공(61C) 및 분배공(61A)을 차례로 통과하여 흐른 다음, 분배공(61A)과 선택적으로 연통되는 어느 하나의 유출공(H)을 통해 작동유체가 분배라인(L2)으로 유입된 후 급배기블록(40)의 급기공(41)을 통해 선택된 실린더(13A, 13A', 13B, 13B')로 공급된다.
At this time, a
한편, 본 발명의 크랭크실(12)의 개방된 타측면에는 축고정유닛(70)이 설치되어 분배유닛(60)과 함께 크랭크실(12)을 밀폐시키는 구조로 실시될 수 있는데, 이때 축고정유닛(70)에는 크랭크축(20)의 회전 시 발생하는 마찰을 줄이고, 오일의 공급이 용이한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the
이러한 구조에 대한 하나의 예로서 도 10에 도시된 바와 같이 원판 형상의 고정플레이트(71)와 급유플레이트(72) 및 커버플레이트(73)가 차례로 조립되는 구조로 이루어질 수 있으며, 고정플레이트(71)와 급유플레이트(72) 및 커버플레이트(73)의 각각에는 크랭크축(20)이 관통 결합되는 축관통공(71A, 72A, 73A)이 형성된다.As an example of such a structure, as shown in FIG. 10, the disk-shaped
그리고 급유플레이트(72)와 커버플레이트(73)에는 각각 급유홈(72B, 73B)이 형성되며, 이 급유홈(72B, 73B)을 통해 외부에서 오일이 주입되고, 그 결과 크랭크축(20)의 회전 동작이 원활하게 이루어진다.In addition,
한편, 분배기(60)와 축고정유닛(70)에는 각각 크랭크축(20)과 결합되어 회전 동작될 때의 마찰로 인한 손상을 줄이기 위해 베어링유닛(B)이 설치되는 것이 바람직하다.
On the other hand, the
이상 설명한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명은 급기라인(L1)을 통해 작동유체가 공급되면, 분배기(60)에서 선택된 어느 하나의 분배라인(L2)을 통해 급배기블록(40)의 급기공(41)으로 작동유체가 공급되고, 이 작동유체에 의해 피스톤(30)이 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 내부에서 순차적으로 슬라이딩 이동되면서 크랭크축(20)이 회전 동작되며, 이 과정에서 회전 동력이 발생된다.According to the present invention having the structure as described above, when the working fluid is supplied through the air supply line (L1), the
또한 크랭크축(20)이 회전됨에 따라 분배기(60)의 분배공(61A)의 위치도 자동적으로 변하게 되고, 이에 의해 복수 개의 유출공(H) 중 어느 하나의 유출공(H)과 연통되게 되면서 또 다른 급배기블록(40)에 작동유체가 공급되게 되어 피스톤(30)이 왕복 슬라이딩 운동하게 된다.
In addition, as the
이하에서는 4기통 엔진 방식에 기초하여 작성된 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엔진의 작동예를 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings prepared based on the four-cylinder engine method will be described in more detail an operation example of the engine according to the present invention.
<작동예><Operation example>
먼저 도 12를 참조하면, 이 도면에 도시된 바와 같이 분배공(61A)과 유출공(H1)이 연통되어 개방되고, 이에 의해 유출공(H1)과 연결된 분배라인(L2)을 따라 급배기블록(40)으로 작동유체가 공급되면서 실린더(13B) 내부의 압력이 상승되고, 이때 밸브시트(52)가 유로를 폐쇄한 상태로 유지되며, 그 결과 피스톤(30)이 작동유체의 압력에 의해 반대방향으로 이동된다.First, referring to FIG. 12, as shown in this figure, the
상기와 같이 피스톤(30)이 이동되면 이에 의해 크랭크축(20)이 회전되면서 다른 실린더(13A', 13B') 내의 피스톤(30)도 그 위치가 이동된다.When the
또한 크랭크축(20)의 회전 동작에 의해 도 13에 도시된 바와 같이 분배공(61A)과 유출공(H1)의 연통이 닫히면서 앞서 선택된 유출공(H1)이 닫히는 정도에 대응하여 또 다른 유출공(H2)이 개방되고, 이에 의해 유출공(H2)과 연결된 분배라인(L2)을 통해 작동유체가 실린더(13A')의 내부로 공급되면서 해당 실린더(13A')의 피스톤(30)이 슬라이딩 동작된다.In addition, as shown in FIG. 13, the communication between the
상기 과정에 의해 크랭크축(20)이 90°만큼 회전되게 되고, 이후 다시 도 14에 도시된 바와 같이 분배공(61A)과 유출공(H2)의 연통이 닫히면서 닫히는 정도에 대응하여 또 다른 유출공(H3)과 연통되고, 따라서 이 유출공(H3)과 연결된 분배라인(L2)을 따라 또 다른 실린더(13A)의 내부로 작동유체가 공급되면서 재차 크랭크축(20)이 90°각도로 회전 동작된다.By the above process, the
그리고 크랭크축(20)이 회전 동작됨에 따라 다시 유출공(H3)이 닫히는 정도만큼 또 다른 유출공(H4)이 열리게 되고, 이에 의해 유출공(H4)과 연결된 분배라인(L2)을 따라 작동유체가 실린더(13B')의 내부로 공급되면서 피스톤(30)이 슬라이딩 동작된다.And as the
이상 설명한 과정에 의해 4개의 실린더(13A, 13A', 13B, 13B') 각각에 작동유체가 순차적으로 공급되면서 내부의 피스톤(30)이 연속적이고 반복적으로 슬라이딩 운동하게 되며 이에 의해 크랭크축(20)이 회전 동작되면서 동력을 발생시키게 된다.
As the working fluid is sequentially supplied to each of the four
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 작동유체의 공급 타이밍을 조절하는 분배기가 크랭크축의 회전 동작에 연동되어 작동되는 구조로 이루어져 있기 때문에 별도의 제어수단을 마련하지 않고도 작동유체의 공급 타이밍이 정밀하면서도 정확하게 조절되고, 그 결과 엔진의 작동 신뢰도가 향상되며, 이와 더불어 밸브유닛이 실린더의 측면에 근접 설치되기 때문에 불용체적이 줄어들고 그 결과 엔진의 효율이 증대된다.
As described above, the present invention has a structure in which the distributor for adjusting the supply timing of the working fluid is configured to operate in conjunction with the rotational operation of the crankshaft, so that the supply timing of the working fluid is precisely and accurately adjusted without providing a separate control means. As a result, the operation reliability of the engine is improved. In addition, since the valve unit is installed close to the side of the cylinder, the dead volume is reduced, and as a result, the efficiency of the engine is increased.
10: 엔진블록 11: 본체
11A: 관통공 12: 크랭크실
13A, 13A', 13B, 13B': 실린더 14: 커버플레이트
20: 크랭크축 21: 축결합부
21A: 연결공 22, 23: 크랭크핀
30: 피스톤 31: 연결로드
40: 급배기블록 41: 급기공
42: 배기공 42A: 설치공
42A': 돌출턱 43: 커버
50: 밸브유닛 51: 밸브바디
51A: 관통공 51B: 연통공
52: 밸브시트 52A: 관통공
52B: 설치공 60: 분배기
61: 분배플레이트 61A: 분배공
61B: 축결합공 61C: 연통공
62: 고정커버 63: 분배하우징
63A: 유입공 63B: 수용부
70: 축고정유닛 71: 고정플레이트
71A: 축관통공 72: 급유플레이트
72A: 축관통공 72B: 급유홈
73: 커버플레이트 73A: 축관통공
73B: 급유홈 B: 베어링유닛
H, H1, H2, H3, H4: 유출공 L1: 급기라인
L2: 분배라인 L3: 배기라인
S1: 스프링 S2: 스프링10: engine block 11: main body
11A: through hole 12: crankcase
13A, 13A ', 13B, 13B': Cylinder 14: Cover Plate
20: crankshaft 21: shaft coupling portion
21A:
30: piston 31: connecting rod
40: supply and exhaust block 41: supply air
42:
42A ': Protruding jaw 43: Cover
50: valve unit 51: valve body
51A: Through
52:
52B: Installer 60: Splitter
61:
61B:
62: fixing cover 63: dispensing housing
63A:
70: shaft fixing unit 71: fixing plate
71A: Shaft through hole 72: Lubrication plate
72A: Shaft through
73:
73B: Lubrication groove B: Bearing unit
H, H1, H2, H3, H4: Outflow hole L1: Air supply line
L2: Distribution Line L3: Exhaust Line
S1: spring S2: spring
Claims (5)
상기 크랭크실(12)에 관통 설치되는 크랭크축(20)과;
상기 크랭크축(20)과 연결로드(31)에 의해 연결되며, 상기 실린더(13A, 13B) 각각의 내부에 설치되어 왕복 슬라이딩 동작함으로써 상기 크랭크축(20)을 회전 동작시키는 피스톤(30)과;
상기 엔진블록(10)의 측면에 설치되며, 작동유체가 상기 실린더(13A, 13B) 각각의 내부로 급기 및 배기되도록 급기공(41)과 배기공(42)이 각각 형성되는 급배기블록(40)과;
상기 배기공(42)에 설치되어 개폐 조절되며, 상기 실린더(13A, 13B) 내부의 작동유체를 배기시키는 밸브유닛(50) 및;
상기 크랭크축(20)에 결합되어 상기 크랭크축(20)과 함께 회전 동작되면서 상기 실린더(13A, 13B)의 개수와 동일한 개수로 형성된 유출공(H)을 통해 상기 각각의 급기공(41)에 작동유체를 분배 공급하는 분배기(60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
An engine block 10 formed therein such that the crank chamber 12 and the pair of cylinders 13A and 13B face each other;
A crank shaft 20 penetrated and installed in the crank chamber 12;
A piston (30) connected to the crankshaft (20) by a connecting rod (31) and installed inside each of the cylinders (13A, 13B) for reciprocating sliding to rotate the crankshaft (20);
An air supply / exhaust block 40 installed at the side of the engine block 10 and having air supply holes 41 and exhaust holes 42 formed therein so that a working fluid is supplied and exhausted into the cylinders 13A and 13B, respectively. )and;
A valve unit (50) installed in the exhaust hole (42) and opened and closed to control and exhaust the working fluid inside the cylinders (13A, 13B);
Coupled to the crankshaft 20 and rotated together with the crankshaft 20 to the respective air supply holes 41 through outlet holes H formed in the same number as the number of the cylinders 13A and 13B. Power generation engine, characterized in that consisting of a distributor (60) for distributing and supplying a working fluid.
상기 분배기(60)에는 상기 크랭크축(20)의 일단에 결합되어 회전 동작에 의해 상기 유출공(H)과 선택적으로 연통되는 분배공(61A)이 형성되고, 상기 분배공(61A)은 적어도 1개의 상기 유출공(H)과 항상 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
The method according to claim 1,
The distributor 60 has a distribution hole 61A coupled to one end of the crankshaft 20 and selectively communicating with the outlet hole H by a rotational operation, wherein the distribution hole 61A is at least one. Power generation engine, characterized in that it is configured to always communicate with the two outlet holes (H).
상기 분배공(61A)은 호 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
The method according to claim 2,
The power distribution engine, characterized in that the distribution hole (61A) is formed in an arc shape.
상기 밸브유닛(50)은, 상기 배기공(42)에 설치되어 관통공(51A)이 형성되는 밸브바디(51)와; 상기 관통공(51A)을 선택적으로 개폐하는 밸브시트(52)와; 상기 밸브바디(51)와 상기 밸브시트(52) 사이에 설치되어 상기 관통공(51A)이 항상 개방되도록 탄성 지지하는 스프링(S1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The valve unit 50 includes a valve body 51 installed in the exhaust hole 42 and having a through hole 51A formed therein; A valve seat 52 for selectively opening and closing the through hole 51A; The engine for generating power, characterized in that it is provided between the valve body (51) and the valve seat (52) to elastically support so that the through hole (51A) is always open.
상기 밸브시트(52)에는 상기 실린더(13A, 13B)의 내부로 돌출되는 접촉부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 동력발생용 엔진.The method of claim 4,
The valve seat 52 is a power generating engine, characterized in that the contact member protruding into the cylinder (13A, 13B) is installed.
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