KR19980043142A - 엔진 흡. 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외주연에 원주 방향으로 형성된 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 흡기구와 배기구를 가지는 실린더 상부에 회전 가능하게 설치하면서 크랭크 샤프트의 동력으로 회전하는 회전축에 의하여 실린더의 흡기구와 배기구를 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정의 사이클을 이루면서 개폐하여 동력을 발생시킬 수 있게 하는 엔진 흡·배기 장치에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구가 형성되는 실린더와; 상기 실린더 상부에 설치되며 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성되는 회전축과; 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전수단을 구비하는 것이다.

Description

엔진 흡. 배기 장치

본 발명은 엔진에서 흡기와 배기를 하기 위한 장치에 관한 것으로 특히 외주연에 원주 방향으로 형성된 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 흡기구와 배기구를 가지는 실린더 상부에 회전 가능하게 설치하면서 크랭크 샤프트의 동력으로 회전하는 회전축에 의하여 실린더의 흡기구와 배기구를 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정의 사이클을 이루면서 개폐하여 동력을 발생시킬 수 있게 하는 엔진 흡·배기 장치에 관한 것이다.

4행정 사이클 기관의 작동은 알려진 바와 같이 실린더 내의 피스톤이 하사점으로 내려감에 따라 캠 샤프트 캠에 의하여 흡입 밸브가 열려 혼합 가스가 실린더 내부로 흡입되는 흡입 행정과, 피스톤이 상사점으로 상승함과 동시에 캠 샤프트 캠에 의하여 흡입밸브가 닫히게 되면서 실린더 내에 흡입된 혼합 가스를 피스톤이 압축시키는 압축 행정과, 피스톤에 의하여 압축된 혼합 가스가 점화 플러그의 불꽃으로 점화되어 급격히 연소되면서 실린더 내의 폭발 압력을 상승시켜서 피스톤을 하사점으로 밀어내므로서 피스톤과 커넥팅 로드로 연결된 크랭크 샤프트의 회전 동력을 발생시키는 폭발 행정과, 피스톤이 폭발 행정에 의하여 하사점에 도달하기 전에 배기 밸브가 열려서 피스톤이 상승할 때에 배기 가스를 배출시키는 배기 행정을 반복하여 동력을 발생시키는 것이다.

이러한 4행정 사이클 기관은 2행정 사이클 기관과 비교할 때 각각의 행정이 완전히 구분되어 작동이 확실하고, 체적 효율이 크고, 연료 소비율이 적으며 속도변화가 다양하게 되는 등의 장점으로 보통의 기관에서 많이 채택되고 있다. 그러나 밸브 개폐 기구가 복잡하여 이것에 대한 주기적인 정비가 필요하고 가격이 상승하는 문제점이 있다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 종래 4행정 사이클 기관의 밸브 개폐 기구의 일례를 보여 주고 있다.

이 도면에서 보는 바와 같이 종래 4행정 사이클 기관의 밸브 개폐 기구는 캠 샤프트(100), 캠(200), 밸브 리프터(300), 푸시 로드(400), 로커 아암(500), 밸브 스프링(600), 밸브(700) 그리고 이들 장치를 고정 및 설치하기 위한 부대 장치와 기계 요소 등으로 구성된다.

이들 밸브 개폐 기구는 크랭크 케이스 또는 실린더 헤드 위에 설치되어 크랭크 샤프트의 타이밍 체인에 의하여 구동하는 캠 샤프트(100), 상기 캠 샤프트(100)에 고정되어 회전하는 캠(200), 상기 캠(200)의 회전 운동을 상하 운동으로 바꾸어 주는 밸브 리프터(300), 상기 밸브 리프터와 로커 아암(500) 사이에 설치되어 캠(200)으로부터 동력을 전달받아 밸브 리프터(200)의 상하 운동을 로커 아암(500)에 전달하는 푸쉬 로드(400), 회전 가능하게 고정되어 상기 푸시 로드(400)에 의하여 시이소 작동을 하는 로커 아암(500), 밸브 스프링(600)에 의하여 탄력적으로 설치되어 상기 로커 아암(500)의 시이소 작동을 함에 따라 개폐 작동하는 밸브(700)로 구성되는 것이다.

이러한 밸브 개폐 기구는 기관에 다른 각각의 실린더에서 흡기 밸브와 배기 밸브를 구성하는 한쌍의 개폐 기구를 구성하게 된다.

즉 한 개의 실린더에 2개의 밸브 개폐 기구가 설치되어 4행정 4기통 기관에서는 8개가 설치되는 것이다.

상기 구성에서 캠 샤프트(100)는 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐시키는 이외에 오일 펌프와 배전기를 구동시키기 위하여 필요한 것이지만 그밖의 요소는 엔진이 굉장히 복잡한 구성을 가지게 되는 원인이 되고 있다.

또한 로커 아암(500)과 밸브(700) 사이의 간극은 엔진의 온도가 상승함에 따라 각 부위에서 열에 의한 팽창을 하게 되므로 밸브(700)는 니켈, 크롬, 텅스텐 등을 많이 함유한 내열강을 사용하여야 하고, 밸브 기구가 일정한 간격을 유지하지 못하면 흡기와 배기 불량으로 출력 부족 및 동력 감소 현상이 나타나게 된다.

본 발명은 종래의 엔진이 가지고 있는 구조상의 복잡함에 의한 제반 문제점을 해결하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실린더 상부에 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구를 형성하고, 상기 실린더의 상부에는 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 설치하며, 상기 회전축을 크랭크 샤프트의 동력으로 회전되게 하여 회전축의 흡기구가 실린더에 형성된 한쌍의 흡기구와 공간을 공유하게 될 때에 혼합 가스를 흡입하게 되고, 회전축의 배기구가 실린더에 형성된 한쌍의 배기구와 공간을 공유하게 될 때에 배기 하게 되며, 회전축의 흡기구와 배기구가 실린더의 흡기구와 배기구와 공간을 공유하지 않게 될 때에 압축 및 폭발하게 되어 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 이루게 하는 것이다.

도 1은 종래 밸브 기구의 단면도

도 2는 본 발명의 회전축의 일부 사시도

도 3은 본 발명의 흡입 행정 상태도

도 4는 본 발명의 압축 행정 상태도

도 5는 본 발명의 폭발 행정 상태도

도 6은 본 발명의 배기 행정 상태도

도 7은 본 발명의 일부를 발췌한 단면도

도 8은 본 발명의 실린더의 일부 평단면도

본 발명은 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구가 형성되는 실린더와; 상기 실린더 상부에 설치되며 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성되는 회전축과; 상기 회전축을 회전시키기 위한 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

회전 수단은 회전축과 크랭크 샤프트에 권취되는 타이밍 벨트로 구성된다.

회전축은 과열 방지를 위한 냉각 수단을 구비할 수 있다. 이러한 냉각 수단은 회전축의 외주연에 원주 방향의 홈을 형성하여 실린더의 냉각수 통로와 연결되게 하면서, 축방향의 중심으로 통공을 형성하여 상기 홈과 통공을 연결하는 다수개 통공을 형성하여 냉각수가 회전축 내부를 순환하게 하는 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 회전축을 나타내고 있다.

회전축(1)은 외주연에서 원주 방향을 따라 장공의 홈으로 형성되는 흡기구(2)(2a)가 형성되어 있고, 이 흡기구(2)(2a) 사이에는 또한 장공의 홈으로 형성되는 배기구(3)가 형성되어 있다.

회전축(1)을 도시한 예는 하나의 실린더에 대응하는 부위를 나타낸 것이며, 실제로는 4기관, 6기관, 8기관 등 실린더 배열 수에 따라 각각의 실린더에 대응하여 형성되며, 각각의 실린더에서 크랭크 샤프트의 각도에 따른 점화 순서는 공지된 구성에 의한 점화 순서와 동일하다.

또한 회전축(1)은 실린더(4)의 냉각수 통로(20)가 축공(8)으로 연장되는 공간을 이루게 하면서, 이렇게 공간으로 연결되는 부위의 외주연에 원주 방향으로 홈(21)을 형성하여 실린더의 냉강수 통로(20)와 연결되게 하고, 축방향의 중심으로는 통공(22)을 형성하게 되는데, 이 통공(22)과 상기 홈(21)을 연결하는 다수개의 통공(23)을 형성하여 냉각수가 회전축(4) 내부를 순환하게 된다.

이러한 회전축(1)은 크랭크 샤프트와 연결된 타이밍 체인에 의하여 동력을 전달 받게 되며 엔진을 시동할 때 크랭크 샤프트가 회전을 시작함과 동시에 회전축도 회전하게 된다.

실린더(4)는 크랭크 케이스(5)와 피스톤(6)을 비롯하여 종래의 구성과 동일하게 되며, 본 발명을 위한 특징은 상단부의 실린더 헤드(7) 부위에 있다.

실린더(4)의 헤드(7)에는 회전축(1)이 놓여지는 축공(8)이 형성되어 있고, 이 축공(8)은 한쌍의 흡기구와 또한쌍의 배기구가 형성된다.

한쌍의 흡기구는 축공(8)으로부터 흡기 매니폴드측과 연결되는 공간을 형성하는 제1흡기구(9)(9a)와, 상기 제1흡기구(9)(9a)의 아래쪽에서 축공(8)으로부터 시린더 내부로 연결되는 공간을 형성하는 제2흡기구(10)(10a)로 구성된다.

한쌍의 배기구는 축공(8)으로부터 실린더 내부로 연결되는 공간을 형성하는 제1배기구(11)와, 상기 제1배기구(11)의 윗쪽에서 축공(8)으로부터 배기 매니폴드측과 연결되는 공간을 형성하는 제2배기구(12)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 크랭크 샤프트가 1회전하면 회전축은 2회전하면서 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 하게 되는 것으로 그 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도4 내지 도7은 본 발명의 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 단계별로 나타내고 있다.

도4는 흡입 행정 상태를 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면 엔진을 시동하여 크랭크 샤프트(14)가 회전하면 타이밍 체인(15)으로 동력을 전달받은 회전축(1)이 도면에서 시계 방향으로 회전하기 시작하여 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)가 먼저 실린더의 제1흡기구(9)(9a)와 통로를 형성하게 되고, 계속회전하면 흡기구(2)(2a)가 제2흡기구(10)(10a)와 일치하게 되고 피스톤(6)은 상사점에서 계속 하강하여 하사점에 이를때까지 혼합 가스가 실린더(4) 내부로 유입되는 흡입행정이 진행된다. 이때 흡기구(2)(2a)와 제2흡기구(10)(10a)가 통로를 형성할 때에 회전축(1)의 배기구(3)는 실린더(4)의 제1배기구(11)(11a)를 벗어나서 배기 공간이 폐쇄된 상태에 있게 된다.

도 5는 압축 행정 상태를 나타내고 있다.

흡입 행정 이후에 회전축(1)이 계속 회전하여 피스톤(6)이 하사점을 지나서 상승하기 시작할 때에는 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)가 실린더(4)의 제1흡기구(9)(9a) 및 제2흡기구(10)(10a)와 차례대로 폐쇄되면서 혼합 가스의 공급은 중단되고, 피스톤(6)이 상승하여 압축 행정을 진행하게 되고 상사점에 이르면 폭발하게 된다. 이때 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)와 배기구(3)는 실린더(4)의 제1·제2흡기구(9)(9a)(10)(10a) 및 제1·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 폐쇄된 공간을 형성하게 된다.

도6은 폭발 행정 상태를 나타내고 있다.

압축 행정 이후에 점화 플러그(16)에 의한 점화로 폭발이 일어나면 피스톤(6)은 하강하여 하사점에 이르면서 동력을 발생시키게 된다. 이때 회전축(1)의 흡기구(2)(2a)와 배기구(3)는 실린더(4)의 제1·제2흡기구(9)(9a)(10)(10a) 및 제1·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 폐쇄된 공간을 형성하게 된다.

폭발 행정 이후에 피스톤(6)이 하사점으로부터 상승하게 되는 시기에는 회전축(1)이 회전하면서 배기구(3)가 실린더(4)의 제1배기구(11) 및 제2배기구(12)와 차례대로 열린 공간을 형성하게 되고, 피스톤(6)이 상승하면서 연소 가스가 배출된다.

이상의 설명에서 회전축(1)의 흡기구(2)와 배기구(3)가 실린더의 제1·제2흡기구(9)(9a)(10)(10a) 및 제1·제2배기구(11)(11a)(12)(12a)와 협력하여 흡기 및 배기하는 시기는 종래의 기관에서와 같이 각각의 상사점과 하사점 전에 이루어지게 하거나 각각의 하사점이 지난 다음에 하게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명에 의하면 실린더 헤드에서 크랭크 샤프트의 동력을 전달받아서 회전하는 회전축에 의하여 흡기와 배기가 이루어지게 되므로서 종래와 같이 흡기와 배기를 위한 복잡한 구성의 밸브 개폐 기구가 필요 없게 되어 엔진의 구조가 간단하게 되므로 원가 절감과 엔진의 보수 정비가 용이하며, 이러한 회전축에 냉각 수단을 부여하여 냉각 효율도 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실린더 상부에 한쌍의 흡기구와 한쌍의 배기구를 형성하고 상기 실린더의 상부에는 외주연에서 원주 방향으로 일정한 거리를 두고 형성된 두 개의 홈에 의하여 흡기구와 배기구가 형성된 회전축을 설치하며, 상기 회전축을 크랭크 샤프트의 동력으로 회전되게 하여 회전축의 흡기구가 실린더에 형성된 한쌍의 흡기구와 공간을 공유하게 될 때에 혼합 가스를 흡입하게 되고, 회전축의 배기구가 실린더에 형성된 한쌍의 배기구와 공간을 공유하게 될 때에 배기하게 되며, 회전축의 흡기구와 배기구가 실린더의 흡기구와 배기구와 공간을 공유하지 않게 될 때에 압축 및 폭발하게 되어 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 엔진 흡·배기 장치.
2. 제1항에 있어서, 회전축의 외주연에 원주 방향의 홈을 형성하여 실린더의 냉각수 통로와 연결되게 하면서, 축방향의 중심으로 통공을 형성하여 상기 홈과 통공을 연결하는 다수개 통공을 형성하여 냉각수가 회전축 내부를 순환하게 되는 것을 특징으로 하는 엔진 흡·배기 장치.