KR19980033568A

KR19980033568A - 동축구조 회전피스톤 정용적 흡압장치

Info

Publication number: KR19980033568A
Application number: KR1019980014883A
Authority: KR
Inventors: 김은규
Original assignee: 김은규
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1998-07-25
Also published as: WO1999056021A1; US6461127B1; KR100261911B1

Abstract

본 발명은 각종기체 압축기 진공 펌프 액체의 이송펌프 또는 내연기관등에 활용되고있는 정용적 흡압장치로서 현재 널리 사용되고 있는 직선운동에 의한 피스톤왕복동 흡압장치와는 상반된 회전운동에의한 흡압장치로 구조상 동축구조 회전피스톤 흡압장치에 속하는 일종의 정용적 흡압장치의 구성과 구동장치의 연성에 관한 것이다.

동축구조 회전피스톤 흡압장치라함은 1개의 회전체환상실린더(Ringtype Cylinder)내에 몇개의 피스톤블록(Piston Block)으로 구성된 회전 피스톤 2개를 대칭으로 맞물려 회전체실린더의 중심축을 동축으로하여 상반된 부등속주기로 회전시켜 2개의 회전체피스톤 블록사이의 용적변화를 흡압으로 활용하고 그 흡압의 주기가 실린더 둘레의 정해진 위치에서 반복되게 구성된 장치이다.

본 발명은 2개의 회전피스톤을 상반된 부등속주기로 회전시키는데 회전체 실린더의 중심축에 1개의 크랭크축(crank shaft)을 두고 그 크랭크 연결막대가 축수를 중심으로 180°양측으로 연결막대가 펼쳐 2 회전피스톤에 직선운동과 회전운동을 전환하는 유동핀으로 연결함으로 2회전 피스톤의 운동방향과 주기를 상반케하여 흡압을 구성하고 이와 연성하여 2 회전 피스톤의 운동의 주기가 환사실린더 둘레의 정해진 위치에서 반복되게 크랭크 연결막대 축수양단에 축수 중심축을 같은 축으로 하여 외치차를 고정하고 크랭크주축을 같은 축으로 하여 회전체몸체에 고정된 내치차와 물리게 구성하여 흡압을 환상실린더 둘레의 정해진 등분선상에서 반복함을 특징으로 하는 정용적 동축구조 흡압장치이다.

또한 2 회전피스톤의 피스톤블록이 고정부와 상접부로 상호양분된 고정부의 폭을 1정폭 넓히고 상응하는 만큼 접합부의 폭을 줄여 2 회전피스톤의 작동시 1정폭만큼 피스톤블록이 상호 겹쳐지나 작동각도에 지장을 주지 않으므로 많은 피스톤블록을 구비한 회전피스튼의 구성을 가능케한점.

Description

동축구조 회전피스톤 정용적 흡압장치

본 발명은 각종기체의 압축기 진공펌프 액체의 이송펌프 내연기관등에 활용되고 있는 일종의 정용적 흡압장치(도6)의 구성과 구동장치의 연성에 관한 기술분야에 속한다. 현재 널리 쓰이고 있는 직선운동에 의한 왕복동 피스톤 흡압장치는 구조상 1개의 실린더와 1개의 피스톤을 한짝으로 하여 흡압이 교차됨으로 용량증대에는 다기통을 연성시켜야 하고 흡압이 교차할때마다 밸브(valve)를 작동시켜야 하며 피스톤의 연결막대측 실린더를 개방시킴으로 용적호율이 50%를 넘지 못하는 단점을 내포하고 있으며 이와는 상대적인 회전운동에 의한 방법으로 흡압장치를 구성한 많은 종류의 특허기술이 있으나 예를 들수 있는 일반화된 기술로는 정용적 흡압장치로서 유일하게 내연기관에 실용화된 반켈기관(도6C)을 들수 있다. 이기관은 1개의 특정한 실린더 몸체내에 3면이 피스톤 블록(Piston Block) 으로 구성된 1개의 삼각형피스톤의 회전과 요동으로 왕복동피스톤기관 4싸이클 3기통의 역할을 밸브의 작동없이 용적호율 100%의 성능을 이룩하여 왕복동피스톤기관의 구조상의 단점은 배재하였으나 특정한 실린더와 삼각피스톤블록의 회전과 요동에서 이루어지는 흡압의 기밀유지 구성에 약간의 하자로 완벽하지못하여 종래의 피스톤흡압장치의 원형의 실린더와 피스톤이 회전가공으로 이루어져 100년전의 재질과 가공기술로도 긍정적으로 이룩한 장점을 반켈기관은 적은 구조상의 단점과 가공도를 오늘의 재질과 가공기술로도 보완하지 못하고 기술적 과제로 남아있는 회전피스톤의 대표적 종래기술이다. 본 발명은 회전운동에의한 일종의 정용적 흡압장치이나 구조가 상이한 동축구조(도6B), 흡압장치로서 일반화된 종래의 기술을 들수 없어 특허와 관련 공개된 4부의 기술 문건을 참고로 첨부함.

본 발명이 이루고자 하는 정용적 흡압장치의 기술적 과제는 종래의 기술에서 표현된 직선운동에 의한 왕복동피스톤기관의 기밀유지의 장점과 반켈기관의 1개의 실린더몸체로 용적효율 1OO%의 밸브없는 다기통 복합사이클(Cycle) 장치를 구성하는것을 기술적 과제로 하여 기본구성에서 동축구조(도6B)형식으로 하여 1개의 회전체환형실린더(Ringtype Cylinder) 1A, 1B, 1C내에 다수의 피스톤블록으로 구성된 2개의 회전피스톤기호 4A, 4B(도3나)를 회전체 실린더 중심축을 동축으로 하여 부등속으로 회전시켜 흡압을 형성케 함으로 실린더와 피스톤블록의 가공을 회전가공으로 하여도 흡압의 기밀유지에 구성상 하자가 없고 회전피스톤의 1개의 피스톤블록은 왕복동 피스톤흡압장치의 1개의 피스톤수와 같은 작용을 함으로, 예로 4개의 피스톤블록으로 구성된 2개의 회전피스톤을 맞물려 회전시킬때 왕복피스톤 8기통의 작용을 이루게 되어 이 8기통의 흡압의 주기(Cycle)를 회전체실린더 8등분선상에서 반복시켜 1개의 실린더 몸체에 용적효율 100%의 밸브없는 다기통 복합싸이클의 작용을 반복하는 정용적 흡압장치 구성을 기술적 과제로 하였다.

도1은 본 발명에 의한 회전 피스톤 흡압장치를 내연기관에 실시한 1예의 구성개요를 나타낸 단면도

도2는 도1의 I - I선 단면도

도3은 도1, 도2에 예시한 장치의 구성부품 상세정면도 및 측면도

(가) 크랭크축 (기호2) 정면도 및 측면도

(나) 회전피스톤(4개 피스톤블록으로 구성된) 기호 4A와 4B의 정면도 및

a-a선 단면도

b-b선 단면도

(다) 유동핀(기호5A, 5B) 정면도 및 측면도

두회 전 피스톤(4A, 4B)와 크랭크연결막대(기호3) 양쪽막대를

연결하는 유동 연결핀

(라) 크랭크 연결막대 (기호3) 및 외치차(기호3에 고정된 기호7A, 7B)의

정면 및 측면도

크랭크 연결막대양쪽막대는 5A, 5B를 통하여 4A, 4B와 연결됨 외치 차 (기호7A, 7B)는 몸체 (1A, 1B)에 고정된 외치차(기호6A, 6B)에 맞물림

(마) 내치차(기호6A, 6B)의 정면도 및 측면도

도4는 본 발명의 작동을 크랭크회전에 따른 흡압관계 및 2 회전피스톤(4A, 4B)의 피스톤 블록 A1과 B1의 위치를 크랭크회전에따라 표시한 설명도

A - 0° B - 135° C - 270° D - 405° E - 540° F - 675°

압축 팽창 배기 흡기 압축 팽창

도5는 도4의 작동에 의한 피스톤 블록 A1, B1의 위치 및 그사이의 용적 변화를 각도로 표시한 그래프

도6의 A는 정용적 흡압장치의 여러 가지 구성과 형식

B는 동축구조 회전피스톤 흡압장치의 여러 가지 형식

C는 반켈(Wankel) 내연기관작동 설명도

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1A : 환상의 회전체 실린더의 좌측부

1B : 환상의 회전체 실린더의 우측부

1C : 환상의 회전체 실린더의 중간부

2 : 크랭크축(도3가)

3 : 크랭크연결막대(도3라)

4A, 4B : 회전피스톤(도3나, 4개의 피스톤블록구성)

5A, 5B : 유동핀(도3다)

6A, B : 내치차(도3마)

7A, 7B : 외치차(도3라, 에 고정된 외치차)

8A, 8B : 회전피스톤 기호4A, 4B(도3B)를 잡아주는 몸체 좌우측에 고정된 베아링

9A, 9B : 크랭크추축 기호2(도3A)를 잡아주는 몸체 좌우측에 고정된 베아 링

10A, 10B : 몸체좌우측의 실린더 배기공

11A, 11B : 몸체 좌우측의 실린더 흡기공

12A, 12B : 몸체 상하의 점화전

본 발명의 구성과 작용을 첨부된 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.

도1, 도2, 도3은 본 발명에의한 정용적흡압장치를 내연기관에 실시한 1 예의 구성개요와 구성부품을 표시한 도면으로 장치조립의 치결수단 부품등이나, 기타 범용적내용은 성약되어있다.

본 발명은 동축구조(도6B)에 속하는 정용적 흡압장치로 도1, 도2의 예시와 같이 구성에 몸체 1A, 1B, 1C로 회전체의 환상(Rigntype)실린더 3면을 형성하고 남은 1면은 4개의 피스톤블록으로 구성된 회전피스톤(도3나)기호 4A, 4B 2개를 대칭으로 맞물려 몸체 실린더 중심축을 동축으로하여 몸체에 고정된 베아링(Bearing)기호 8A, 8B로 지지시킴으로 환상의 실린더 공간을 형성하고 이 1개의 실린더 공간속에 맞물린 2 회전피스톤의 8개의 피스톤블록은 1개의 환상실린더를 8개의 실린더블록으로 분할된다.

또한 베아링기호 8A, 8B에 지지된 두회전피스톤 기호 4A, 4B 는 상호 피스톤블록과 블록사이를 임의로 회전할 수 있어 두회전피스톤 4A, 4B를 한정된 범위에서 상반된 부등속주기로 회전시킬때 8개의 실린더블록은 상호 상반된 흡압을 주기에 따라 반복하게 된다. 이에 연관된 2 회전피스톤 기호 4A, 4B의 부등속 회전주기구성에 본 발명은 도1, 도2의 표시와같이 1개의 크랭크축 기호2(도3가)를 몸체 기호 1A, 1B의 중심축을 동축으로 고정된 베아링 기호 9A, 9B로 크랭크주축을 지지시켜 환상의 실린더 중심축상에 크랭크축을 회전케하고 이에 연결된 크랭크 연결막대(기호3)은 도3라의 표시와같이 연결막대축수를 중심으로 180°양방향으로 펼쳐, 연결막대 양단을 역시 환상실린더 중심축을 대칭으로하여 맞물려 있는 2 회전피스톤 기호 4A, 4B에 정치(settle)되어있는 직선운동과 회전운동을 전환하는 유동연결핀(기호 5A, 5B)에 연결되어 직선상의 연결막대 양단에 대칭으로 연결된 2회전 피스톤 4A, 4B는 크랭크회전에 따라 상호 상반된 방향으로 크랭크에 설정된 스토로크(Stroke)범위를 주기로 교차하여 상호 피스톤블록 사이의 실린더 공간을 넓혔다 좁혀 흡압의 사이클을 반복하게 된다. 도 1의 표시와 같이 예시된 내연기관은 4 사이클중복 8사이클기관으로 몸체실린더 8등분선상에서 흡압의 주기가 교차되게 크랭크와 2 회전피스톤 그리고 몸체실린더를 연관시키는 구성을 본 발명은 몸체의 중심선을 동축으로 몸체 1A, 1B, 에 고정된 내치차 기호 6A, 6B(도3마)와 크랭크연결막대 기호3(도3라참조)의 축수 양단에 크랭크 축수를 동축으로 고정된 외치차 기호 7A, 7B와의 치수 비를 내치차 4 외치차 3의 4 : 3의 비율로 구성 두치차를 맞물려 회전시킬때 8사이클의 흡압이 환상실린더 8등분선상에서 반복되게 구성하여 예시한 도1의 내연기관이 구동되게 구성하고 있다. 이에 작용을 도4, 도5에 따라 설명하면 도4는 도1에 예시한 크랭크축의 위치를 0°로 하여 이때 크랭크의 스토로크는 각도환산 22.5°로 설정하여 기호 6A, 6B와 기호 7A, 7B의 치차수비는 4 : 3으로 설정하여 두피스톤블록 A와 B가 이를수 있는 간격을 0°- 45°로 작성한 크랭크의 회전에 따른 기호 4A, 4B의 위치를 크랭크회전 135°를 단위로 도 4A, B, C, D, E, F를 표시하였고 도5는 도4의 관계를 기호 4A의 피스톤블록을 A1 기호 4B의 피스톤블록을 B1으로하여 크랭크회전 예에따른 위치와 간격을 그래프화한 도면이다. 위에서 설정한 기호 6A, 6B내치차와 기호 7A, 7B 외치차의 치차수 비율이 4 : 3으로 한정되어있을때 크랭크축(기호2)이 135°회전시 크랭크 연결막대는 반대방향으로 -45°회전할수 밖에 없다. 따라서 도5의 A에서 크랭크가 우로 135°회전시 연결막대는 좌로 45°회전하여 좌, 우 회전합계 180°로 직선을 이루게되며 연결막대는 도5A 최상점에서 도5B 최하점으로 내려가 0°였던 피스톤 블록 A1, B1의 간격이 최대인 45°로 벌어진다. 도5의 그래프도 표시와 같이 크랭크축이 135°회전시 A1은 22.5°B1은 67.5°A1 - B1의 간격은 45°로 벌어진다. 이상과 같이 크랭크가 135°를 8번 1080°즉 360°3 회전하면 반대로 연결막대가 45°를 8번 360°즉 1회전하여 다시 원점을 이루어 8사이클을 되풀이하며 흡압을 완수한다.

『앞서 설명한 기호2 크랭크의 스토로크의 구성각도, 연결된 기호4A, 4B의 피스톤구성블록수, 기호 6의 내치차와 기호 7외치차의 치수비 등 3항은 상호 연성관계에 있어 용도와 목적에 따라 구성이 달라진다.』

1개의 회전체실린더와 1개의 크랭크(crank)로 왕복피스톤의 8기통과 같은 다기통의 장점이 밸브작동을 배제하고 이루어지며 복합사이클로 구성되어 구동상의 균형도 잡혀 장치의 경량화에 큰 효과를 얻을수 있고 중요한 기밀유지를 이루어야 하는 실린더와 피스톤의 가공이 회전가공으로 이루어지므로 가공정도를 높힐수 있고 기통수에 대비하면 부품수가 월등히 적고 가공공수도 적은 용적효율 100%의 회전피스톤 흡압장치를 얻을수 있음.

Claims

한개의 환상의 회전체실린더(Ringtype Cylinder)(도1, 도2 참조)속에 몇 개의 피스톤블록(Piston Block),으로 구성된 2개의 회전 피스톤(도3나참조)을 환상의 회전체 실린더 중심축을 같은축으로 하여 상반된 부등속주기로 회전하게 구성하여 회전피스톤의 피스톤블록과 블록사이의 용적변화를 흡압으로 활용하고 이 흡압의 주기가 회전체실린더의 정해진 등분선상에서 반복되게 연성된 동축구조 정용적 흡압장치구성에서 2회전체피스톤의 상반된 부등속주기를 구성하는데 1개의 크랭크축을 환상의 회전체 실린더 중심축을 동축으로 하여 정치(Settle)된 베아링(Bearing)기호 9A, 9B에 크랭크주축을 지지케하여 크랭크축이 환상의 실린더 중심에서 회전케하고 이에 연결된 크랭크연결막대(기호3)은 도3라의 표시와 같이 연결막대축수를 중심으로 180°양방향으로 펼쳐 연결막대양단을 역시 환상실린더 중심축을 대칭으로 하여 맞물려 있는 2 회전피스톤 기호 4A, 4B에 정치(Settle)되어 있는 직선운동과 회전운동을 전환하는 유동연결핀(기호5A, 5B)(도3다)에 연결되어 연결막대 양단에 대칭으로 연결된 2 회전피스톤 4A, 4B 는 크랭크회전에 따라 상호 상반된 방향으로 크랭크에 설정된 스토로크(Stroke)범위를 주기로 교차하여 상호피스톤블록사이의 용적을 넓혔다 좁혀 흡압의 사이클을 반복하게 구성, 이를 특징으로 구성된 동축구조 회전피스톤 정용적 흡압장치.
청구항1에서 구성한 크랭크 회전에 따른 흡압의 사이클을 환상실린더의 정해진 등분선상에서 반복되게 연성하는 구성을 크랭크 연결막대 기호3(도3라참조)의 연결막대 축수 양단에 축수 중심선을 동축으로 하여 외치차(기호7A, 7B)를 고정시키고 환상실린더 중심축을 동축으로 몸체에 고정된 외치차(기호6A, 6B)를 설정된 치차수비율로 맞물려 회전케 구성하여 흡압의 사이클이 환상의 실린더상에 설정된 등분선상에서 흡압을 반복되게 구성한점. 이를 특징으로 구성된 동축구조 회전피스톤 정용적 흡압장치.

참고비율 8사이클 외치차3 내치차4 3 : 4

6사이클 외치차2 내치차3 2 : 3

4사이클 외치차1 내치차2 1 : 2
도1, 도3나 표시된 회전피스톤 기호 4A, 4B의 피스톤 블록형성에서 도3나와 같이 2등분된 고정부와 상접부의 폭을 고정부의 폭을 넓히고 그만큼 상접부의 폭을 줄여 2회전피스톤의 작동시 1정폭만큼 피스톤블록이 상호 겹쳐지나 작동각도에 지장을 주지않으므로 고정부의 강도를 높혀 피스톤블럭수가 많은 회전피스톤의 구성을 특징으로 한 복합사이클 동축구조 회전피스톤 정용적 흡압장치.