KR20000005181A - 크랭크샤프트와 피스톤장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치(10)는 연결로드(14)에 의해 크랭크샤프트(18)와 연결된 피스톤(12)과, 연결로드(26)와 상기 로드에 추축으로 연결된 밸런스암(32, a, b, c)을 포함하는 밸런스수단(24)을 포함한다. 이때, 상기 밸런스암은 엔진에 연결되는 로드로부터 멀리 떨어진 단부에 연결이 가능하고, 밸런스암이 균형질량을 제공하여 피스톤(14)의 운동에 의한 진동에너지의 균형을 유지한다.

Description

크랭크샤프트와 피스톤장치

GB 2057061에서는 피스톤을 연결하는 로드의 대단과 정반대에 위치한 한 점에서 크랭크샤프트에 추축으로 연결된 밸런싱링크의 용도에 대해 설명하고 있다. 밸런싱링크는 주축으로 크랭크샤프트의 반대편에서 엔진의 한 지점에 추축으로 연결된 가이드링크쪽에 연결되어있다. 또한, GB 2057061은 연결로드의 길이, 연결로드의 대단과 크랭크샤프트의 회전중심의 분리, 밸런싱링크의 크랭크샤프트 피벗포인트와 크랭크샤프트의 중심의 분리, 밸런싱링크의 피벗들의 분리사이의 일정한 관계가 반드시 충족되야한다. 특히, 상기 명세서에는 밸런싱링크와 가이드링크의 공통 피벗포인트는 밸런싱링크의 진동이 발생하는 중심에 위치해야 한다. 따라서, 상기 피벗포인트는 밸런싱링크의 중력중심에 대해 고정위치를 갖는다. 그러나, 피벗링크와 가이드링크가 추가적으로 제작되야 하므로 GB 2057061에 따른 엔진제작비용이 비교적 많이 드는 단점이있다.

본 발명은 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치에 관련된 것으로, 특히 싱글실린더 또는 두 개의 실린더로 이루어진 엔진에서 이러한 장치의 균형을 이루기위한 수단에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크랭크샤프트와 이중피스톤장치의 측면도.

도 2 와 3 은 각각 도 1 에 도시된 장치의 스트로크(stroke)에서 서로 다른 포인트를 나타낸 도.

도 4 는 도 1 에서 3 에 도시된 장치의 하부를 도시한 평면도.

도 5 와 6 은 본 발명에 따른 밸런스암을 나타낸 도.

도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단일 실린더엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치를 나타낸 측면도.

도 8 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 크랭크샤프트와 이중피스톤장치의 측면도.

도 9 는 도 8 에 도시된 장치의 단면도.

도 10 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 크랭크샤프트와 이중피스톤장치의 측면도.

도 11 은 도 10 에 도시된 장치의 단면도.

도 12 는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 크랭크샤프트와 이중피스톤장치의 측면도.

도 13 과 14 는 각각 도 12 에 도시된 장치의 스트로크의 서로다른 포인트를 나타낸 도.

도 15-17 은 각각 본 발명에 따른 밸런스암의 측면, 평면, 측단면을 나타낸 도.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 문제를 해결하기 위해서 잘 균형잡힌 엔진을 제공하는데 있다. 본 발명은 첫 번째 관점에 따라 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치를 제공한다. 상기 크랭크샤프트와 피스톤장치는 연결로드에 의해 추축으로 크랭크샤프트에 연결된 피스톤과 연결로드와 연결로드에 추축으로 연결된 밸런스암으로 구성되는 밸런스수단을 포함한다. 이때, 밸런스암은 연결로드에서 멀리 떨어진 일단부에서 엔진으로 연결이 가능하고, 균형질량을 제공한다. 바람직하게 균형질량은 균형수단의 연결로드영역에 제공되어, 피스톤의 운동에 의해서 생성되는 힘과 크기면에서 동일한 힘을 생성한다. 상기 밸런스수단은 한 형태로서 피스톤과 연결로드에 정반대에 위치하여 형성되거나, 다른 형태로서 피스톤과 크랭크샤프트의 동일측에 형성된다.

또한 밸런스수단의 연결로드는 피스톤의 연결로드와 동일하게 형성될 수 있다.

또한 밸런스암은 피스톤의 가감속운동에 의해서 생성되는 힘과 크기면에서 동일하나 반대방향을 갖는 힘을 생성한다.

밸런스암은 비교적 무거운 단부를 포함하고, 이 단부는 추축으로 밸런스수단의 연결로드와 연결되어있다. 상기 밸런스암의 단부는 두 영역으로 분리되거나 또는 갈라져서 밸런스수단의 연결로드의 일단이 상기 밸런스암의 갈라진 단부사이에 고정될 수 있다. 또한, 밸런스암과 밸런스수단의 연결로드사이의 피벗의 회전중심은 연결암의 무거운 단부의 중심에 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 장치의 한 형태는 두 개의 평행피스톤을 포함하고, 각각의 피스톤이 연결로드와 베어링에 의해서 크랭크샤프트에 연결된다. 이때, 밸런스암이 각 피스톤에 형성된다. 또한, 상기 밸런스암은 각각의 연결로드로부터 서로다른 방향으로 뻗어 형성된다.

또한, 이중피스톤엔진의 밸런스수단의 연결로드가 크랭크샤프트를 회전하는 동일한 중심축을 갖는다. 또한, 연결로드는 서로 각을 이루어 이동할 수 있다. 피스톤이 방사상으로 서로 가장 멀리 위치할 때의 각도는 10 도 이하로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 각도는 3 도의 정도를 이룰 때이다

본 발명에 따른 또 다른 형태로서 단일 피스톤장치가 제공되어, 이 피스톤장치는 두 개의 밸런스수단을 포함하고 각각의 밸런스수단이 밸런스암을 갖는다. 이 밸런스암은 크랭크샤프트에서 서로 반대방향으로 뻗는다. 이러한 장치에서 밸런스수단, 피스톤연결로드, 제 2 밸런스수단을 크랭크샤프트와 연속적으로 연결하기위해 네 개의 크랭크샤프트웨브가 이용된다.

본 발명의 또다른 형태에서, 피스톤이 방사상으로 가장 바깥쪽에 있을 때, 피스톤의 중심축과 밸런스암의 길이축 사이에 각도가 생기게 되고, 이때 바람직한 각도는 90 도를 넘지않아야 하고, 45 도 이상이고, 더욱 바람직하게는 50 에서 75 도사이이다. 피스톤이 피스톤의 왕복운동거리(stroke;스트로크)의 중심에 있을 때, 밸런스암이 수평을 이루거나 또는 밸런스암의 길이축과 밸런스암의 피벗과 연결로드와 크랭크샤프트의 회전중심사이의 축이 직각을 이룬다.

밸런스수단과 피스톤은 크랭크샤프트를 따라 어떠한 순서로도 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 또다른 형태에서 크랭크샤프트는 크랭크샤프트를 따라 축방향으로 형성된 제 1 피스톤, 두 개의 밸런스수단, 제 2 피스톤을 포함한다. 이때, 각 피스톤과 밸런스수단은 크랭크웨브에 의해 서로 떨어져있고, 각 요소는 베어링에 의해서 추축으로 연결되어있다. 중심메인베어링은 각각의 쌍이 한쌍의 피스톤중 하나와 한쌍의 밸런스수단중 하나로 이루어진 두쌍사이에서 대칭적으로 크랭크샤프트의 축을 따라 중심에 형성되어있다.

본 발명에 따라 밸런스수단이 피스톤과 크랭크샤프트의 동일측에 형성되는 형태는 크랭크샤프트와 피스톤장치의 전체적인 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 상기 장치에서 피스톤이 움직일수있도록 밸런스수단의 연결로드의 길이는 피스톤의 연결로드보다 짧게 형성되어있다. 따라서, 밸런스수단과 피스톤의 연결로드가 동일한 L/R 비를 유지하거나 밸런스수단의 원하는 L/R 을 얻을 수 있도록 연결로드의 길이와 피스톤과 밸런스수단의 스트로크를 조절할 수 있다. 이때, L 은 연결로드의 길이이고, R(동작거리)은 피스톤 또는 밸런스수단의 스트로크의 1/2 이다.

본 발명의 두 번째 관점에 따라, 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치가 제공된다. 상기 장치는 두 개의 피스톤을 포함하고 각각의 피스톤이 연결로드에 의해서 크랭크샤프트와 추축으로 연결되어있다. 한쌍의 밸런스수단은 피스톤의 운동에 의해서 발생되는 진동을 감소하기위한 밸런스매스를 포함한다. 상기 장치는 또한 중심메인베어링을 포함한다. 이러한 구성은 크랭크샤프트가 휘어지는 것을 방지하고, 따라서 밸런스힘을 벗어나는 것을 막는다. 상기 밸런스수단은 중심메인베어링의 서로 반대편에 위치하여 연결되고, 피스톤의 연결로드에 연결된 크랭크샤프트웨브와 연결된다.

이때, 밸런스수단은 크랭크샤프트와 추축으로 연결된 밸런스매스를 포함하고, 이 밸런스매스는 엔진의 고정점에 추축으로 부착될 수 있고 밸런스매스보다 덜 무거운 링크에 의해서 가이드된다. 또한 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 장치가 이용될 수 있으며, 각각의 장치는 중심메인베어링을 갖는다.

본 발명에 따른 세 번째 관점에 따르면, 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치를 갖는 엔진이 제공된다. 상기 장치는 연결로드에 의해서 크랭크샤프트와 추축으로 연결된 피스톤과, 크랭크샤프트와 추축으로 연결된 밸런스매스와, 밸런스수단에 연결되고 밸런스매스에서 멀리 떨어진 일단에서 엔진의 고정점에 추축으로 연결될 수 있는 가이드링크를 포함하는 밸런스수단으로 구성되고, 이때 밸런스수단의 가이드링크는 피스톤과 같은 크랭크샤프트의 동일측에서 엔진과 연결된다. 따라서, 상기 밸런스수단은 엔진의 기름통에서 떨어져 형성되고, 엔진의 전체적인 크기를 축소할 수 있다. 한쌍의 피스톤, 단일 피스톤의 한쌍의 밸런스수단, 또는 메인베어링 등의 본 발명의 다른 관점에 따른 특성이 상기 관점과 함께 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따른 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트의 밸런스암과 피스톤장치가 제공된다. 상기 장치는 크랭크샤프트장치에 연결로드를 연결하기위해 형성된 대단(massive end)과 연결암에 의해서 연결된 소단(minor end)을 포함한다. 밸런스암과 연결로드사이에 형성된 베어링에 윤활유체를 전달하기위한 수단이 제공된다. 또한, 펌프 또는 압축기 등을 작동하기위해 소단에 붙여진 연장부분이 형성된다. 또한, 대단은 고밀도재질의 영역을 포함하여 그 일단의 중심이 연결로드의 피벗축위에 형성될 수 있도록 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 피스톤과 크랭크샤프트 장치(10)를 도시하고 있다. 상기 장치(10)는 크랭크샤프트(18)의 축을 따라 서로 평행하게 배치된 한쌍의 피스톤(12)을 포함한다. 각각 피스톤(12)은 베어링(16)의 한쌍의 크랭크웨브(20)에 추축으로 형성된 연결로드(14)에 의해서 크랭크샤프트(18)와 연결되어있다. 중심메인베어링(22)은 도 1 에 도시된 장치의 중앙에서 한쌍의 크랭크웨브(20)사이에 형성된다. 또한, 상기 장치(10)는 상기 메인베어링(22)의 양측에 형성된 한쌍의 밸런스수단(24)를 포함한다. 각 밸런스수단(24)는 베어링(28)의 한쌍의 크랭크웨브(20)에 추축으로 연결된 연결로드(26)를 포함한다. 크랭크샤프트(18)에서 멀리 떨어진 각 연결로드(26)의 단부는 베어링(30)의 밸런스암(32)에 연결되어있다.

도 2 에서 4 를 참조하면, 밸런스암(32a, 32b)은 동일한 구성을 갖고, 각 연결로드(26)로 부터 서로 반대방향으로 형성된다. 도 2 와 3 을 비교하여 알수있듯이 각 밸런스암(32)은 베어링(34)의 크랭크케이스(또는 고정점)와 연결되어 추축운동을 가능하게한다. 상기 도면은 피스톤(12)이 스트로크에서 가장 높게 위치하고 (즉, 베어링(16)의 피벗축(B)이 크랭크샤프트(18)와 함께 가장 높이 위치한), 축(B)이 크랭크샤프트(18)의 중심세로축(C)과 수평을 이룰 때 스트로크의 중간부분에 위치한 원통의 벽(W)의 단면을 도시하고 있다.

도 1 부터 4 에서 도시한 장치에서, 피스톤이 도 2 에 도시된 위치에 있을 때, 피벗(34)의 회전축(F)의 위치는 밸런스암(32)과 연결로드(26)사이에 회전축(E)보다 높게 수직으로형성된다. 각도(G)는 도 2 의 밸런스암(32)의 길이축과 포인트 A 와 C 를 통과하는 축, 즉 피스톤의 중심축 사이에서 정의된다. 이 각도는 피스톤이 스트로크에서 가장 높게 위치할 때 약 75 도의 각도를 이룬다. 각도(G')는 도 3 에서 도시된 스트로크의 중간위치에서 약 90 도를 이루어 도 2 의 각도보다 증가하였음을 알 수 있다. 따라서, 피스톤(12)이 반회전운동이 하부의 최저위치일 때, 각도(G)는 약 105 도 이다. 밸런스암(32)은 피스톤의 스트로크에서 90 도에 가까운 각도(G)를 유지하기위한 길이를 갖는 것이 이상적이다. 그렇지만, 도 1 에서 4 에 도시된 실시예는 진동을 최대한으로 감소시킬 수 있고, 안정성의 장점도 얻을 수 있다. 이때, 축(F)은 밸런스로드(26)의 왕복운동의 중간쯤 위치하여, 도 3 에 도시된 장치를 제공한다.

도 2 를 참조하여, 균형수단의 연결로드(26a, 26b)가 크랭크샤프트의 동일한 회전축(D)을 갖는다. 그러나, 상기 연결로드는 각(H)의 크기만큼 각을 이루어 이동한다. 상기 각은 제로에 가까울수록 이상적이고, 도 2 에 도시된 형태는 약 3 도의 각도를 이룬다. 도 2 에서 밸런스암(32)은 오목한 부분(36)을 포함하여 형성된다. 상기 밸런스암(32)의 구성은 도 5 와 6 을 참조하여 더욱 자세하게 설명될 것이다.

도 5 과 6 에서, 상기 밸런스암(32)은 베어링(34)과 연결된 구멍(40)을 갖는 소단(38; minor end)을 포함한다. 암(42)은 소단(38)과 대단(44; massive end)사이에서 형성된다. 상기 암(42)은 움푹하게 들어간 부분(36)을 포함하여 최소무게의 강도를 제공한다. 상기 대단(44)은 두 개의 암(44a, 44b)을 형성하기위해 갈라져서 형성된다. 각각의 암은 베어링(30)을 연동하여 연결로드(26)에 연결을 가능케하는 구멍(46)을 포함한다.

또한, 도 5 는 대단(44)의 구멍(46)에 윤활유를 전달하기위한 유로(oil way)를 도시하고 있다. 이러한 유로는 상기 암(42)을 통해 소단(38)의 구멍(40)으로부터 대단(44)까지 윤활유를 유도하도록 하는 천공(35)과 플러그(37)를 포함하여 구성된다.

도 7 은 본 발명의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 도 7 에 도시된 크랭크샤프트와 피스톤장치(60)는 단일피스톤(62)을 포함하여 구성된다. 상기 피스톤(62)은 연결로드(64)와 베어링(66)을 통해 크랭크(70)에 연결되어있다. 네 개의 크랭크웨브(78)는 크랭크샤프트(70)를 따라 형성되어있다. 또한 상기 장치(60)의 단면도가 한쌍의 피스톤으로 형성된 장치를 도시한 도 2 와 3 과 동일하도록 한쌍의 밸런스수단(74)이 형성되어있다. 도 7 에 도시된 상기 장치(60)는 웨브판(78)이 각 밸런스수단의 연결로드(76)의 양쪽면에 각각 배치되도록 형성되어있다. 가장 가운데에 위치한 한쌍의 웨브판(78)은 피스톤(62)의 연결로드(64)와 연결되어있다. 밸런스수단은 연결로드(64)와 동일한 구성을 갖는 한쌍의 연결로드(76)를 포함한다. 또한, 밸런스수단(74)은 대단(94)에서 연결로드(76)의 일단과 추축으로 연결되고, 소단(88;미도시)의 축(F)에서 연결로드의 타단의 한 점과 연결된 한쌍의 밸런싱암(80)을 포함한다. 도 2 에 도시된 이중실린더장치의 각도(G)는 이 경우 약 50 도를 이룬다. 도 7 에 도시된바와 같이, 연결로드(76, 64)는 동일한 구성을 갖는다.

상기에서 설명된 장치에서 두 개의 축(A, B)의 길이(L)(연결로드(14)의 중심의 거리)와 피스톤연결로드와 크랭크샤프트(또는 크랭크샤프트의 동작반경)의 축(A, B)의 거리(R)의 비는 3.5 정도이고, 바람직하게 2.5 에서 4.5 사이, 더 바람직하게는 3 에서 4 사이가 된다. 동일한 길이/거리(L/R)의 비는 도시된 밸런스수단에서도 가능하고, 이때 L 은 두 개의 축 E 와 D 의 거리이고 R 은 축 C 와 D 의 거리이다. 엔진의 뛰어난 평형특성 때문에, L/R 의 비를 최소화할수있고 따라서 엔진전체의 길이를 최소화할 수 있다. 또한, 메인연결로드(14)의 길이보다 짧은 밸런스수단의 연결로드(26)를 이용하여 피스톤과 밸런스수단의 동일한 L/R 의 비를 유지하여 엔진전체의 길이를 축소시킬 수 있다. 상기 연결로드(26)는 피스톤보다 작은 동작거리에서 크랭크샤프트에 추축으로 연결될 수 있다. 즉, 도 2 에 도시된 D 에서 C 까지의 거리는 약 0.2 이고 이는 피스톤의 거리 C 에서 B 의 거리에 해당한다. 상기 두 거리가 동일하지 않은 경우, 상기 밸런스암(32)의 대단의 질량이 이에따라 적절하게 조정되고, 예를 들어 밸런스수단과 크랭크샤프트의 중심축과의 거리가 피스톤과 크랭크샤프트중심축의 거리의 1/2 일 때, 밸런스암(32)의 회전관성이 두배가 되어야한다.

본 발명에 따른 바람직한 형태에서 밸런스수단(24 또는 74)은 피스톤에 연결된 연결로드와 동일한 연결로드를 포함한다.

도 1 에서 4 에 도시된 장치의 또다른 장점은 밸런스수단(24)과 결합한 중심메인베어링(22)은 크랭크샤프트(18)의 안정성을 제공하여 크랭크샤프트가 여러 베이링에 대하여 구부러지는 것을 막는다. 이러한 구부러짐은 구성요소들의 작동이 잘못되거나 진동발생의 이유가 된다.

본 발명에 따른 두 개의 실린더가 평행하게 형성된 평행이중실린더엔진은 이미 알려진 장치보다 우수한 장점을 갖는 크기, 무게, 제작비용을 갖는다. 또한, 본 발명은 크랭크샤프트(18)가 고속으로 회전가능케 하는 높은 균형상태를 유지한다. 본 발명에 따른 이중실린더엔진은 종래의 장치에서 사용된 네 개의 실린더로 형성된 엔진을 대신하여 엔진의 사용을 가능하게한다.

도 8 과 9 는 본 발명에 따른 크랭크샤프트와 피스톤장치(110)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이중 피스톤장치를 가진 이 실시예에서 밸런스수단(124)은 피스톤(112)과 같이 크랭크샤프트(118)의 동일측에 형성되어있다. 다른 관점에서 볼 때 상기 실시예는 도 1 에서 4 에서 도시된 실시예와 유사하므로, 제 1 실시예와 동일한 부분은 앞에 1 을 붙여 동일한 참조를 번호를 사용하였다.

도 9 에 도시된바와 같이, 밸런스수단의 L 과 R 의 크기는 연결로드(114)보다 작게 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실시예에서는 밸런스수단의 연결로드(126)와 피스톤의 연결로드(114)의 L/R 비가 동일하다.

밸런스암(130)은 밸런스수단의 연결로드(126)와 연결된 대단을 포함하고, 반대편의 일단이 엔진의 고정점에 연결되어있다. 이러한 밸런스암(130)은 관성을 제공하여 피스톤(12)이 생성하는 힘과 크기면에서 동일하나 상반되는 방향의 힘을 생성한다.

상기 밸런스수단이 기름통에서 떨어져있어 기름이 넘쳐흐르거나 이와 관련된 동작지연이 일어날 가능성을 감소시킨다. 또한, 전체엔진의 길이가 도 1 에서 4 에 도시된 실시예의 설계보다 더 축소될 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 이중피스톤장치(210)의 또다른 실시예가 도 10 과 11 에 도시되어있다. 이 장치는 이전 실시예에서 설명한 장치와 비슷한 구성을 갖는다. 이번 실시예에서는 제 1 실시예의 참조번호 앞에 2 를 덧붙여 사용하였다. 이 실시예와 이후 도 12 에서 14 에 도시될 다른 실시예에서, 밸런스수단(224, 324)은 크랭크샤프트웨브(220, 320)와 직접 추축으로 연결된 각각의 밸런스매스(250, 350)를 포함한다. 위의 두 실시예에서는 상기 밸런스매스(250, 350)는 최소질량을 갖는 가이드링크(251, 351)에 의해서 가이드된다.

상기 밸런스매스(250, 350)는 메인베어링(222, 322)에 의해서 분리된다. 도 11 에서 알수있듯이, 이러한 밸런스매스는 크랭크샤프트와 연결되는 일반적인 연결로드부분을 이용하지만, 연결로드와 비교하여 증가된 매스부분을 추가적으로 포함하여 형성할 수 있다. 여기서, 이렇게 메인베어링에 추가적인 부분을 형성하지 않으면 크랭크샤프트가 굴절된다는 것을 알 수 있다. 이러한 크랭크샤프트이 굴절은 진동을 일으키고 결국 커다란 동작의 실패의 원인이 된다. 상기 중심메인베어링은 진동을 감소하여 장치 구성요소의 내구성을 향상시킨다. 또한, 상기 두 링크(250, 251)의 설계는 GB 2057061 의 언급된 기술의 제한을 받지않는다.

도 12 에서 14 는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있고, 이 실시예는 밸런스수단(324)이 피스톤(312)과 연결로드(314)와 같이 크랭크샤프트의 동일측에 위치하는 것을 제외하고 도 10 과 11 에 도시된 실시예와 유사한 구성을 갖는다. 상기 밸런스수단은 기름통에서 떨어져 형성되어 기름이 포화상태를 축소시킨다. 또한 전체엔진의 길이를 줄일 수 있다. 도 14 에서 도시된바와 같이 밸런스매스(350)의 단부와 피스톤(312)의 밑면은 매스의 전체길이가 상기 두 요소에 틈을 유지하면서 사용될 수 있는 외형을 형성한다.

물론, 단일실린더 또는 이중실린더장치가 본 발명에 따른 실시예에서 도시되어 있지만, 상기에서 설명된 장점을 갖는 한 실린더가 두 개 이상이 되어도 무방하다. 이러한 실시예에서, 상기에서 설명된 밸런스수단은 엔진의 균형을 맞추기위한 단일수단으로서 또는 이미 알려진 밸런스샤프트와 함께 이용될 수 있다.

텅스텐과 같은 고밀도재질이 전체적으로 무게가 덜 나가는 암을 형성하는 밸런스암의 성능을 향상시키기위해 사용될 수 있다. 이는 밀도가 더 높은 재질이 대단에 형성되어 밸런스수단의 연결로드에 큰 균형력을 미칠수 있기 때문이다. 도 15 에서 17 에 도시되어 밸런스암(32c)의 대단(44c)은 텅스텐과 같은 상기 암의 다른 부분보다 고밀도 재질의 영역 또는 플러그(45)를 포함한다. 전체 밸런스암의 질량중심은 암(32c)의 길이축(AC)을 따라, 또한 대단의 피벗축 위에서 이동한다. 이러한 결과는 대단의 형태를 비대칭으로 형성하여 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 실시예에서 암(32c)에는 텅스텐 또는 납 등의 고밀도재질로 형성된 실린더 또는 플러그(45c)가 대단(44c)을 관통하는 홀(43c)에 삽입된다. 이때, 플러그(45c)의 홀테두리가 대단을 타이트하게 마찰로 꽉 움켜 잡을 수 있다. 또한, 나사와 나사홀과 같은 로킹(locking)수단을 형성하여 플러그(45c)를 적당한 위치에 고정시킬 수 있다. 이때, 도 5 와 6 에 도시된 밸런스암과 같은 구성요소는 'c' 를 뒤에 붙여 동일한 두자리 숫자를 사용하였다. 그러나, 상기 실시예에서는 홀(46c)을 추축으로 회전하는 연결로드(26c;미도시)의 진동운동을 가능하게 하기위해서 깊숙히 홈이진 부분 또는 홀을 형성한다. 이 실시예에서는 홀(37c)이 암(32c)을 관통하여 형성되고 일단면의 제 1 가장자리(37d)와 암(32c)의 타단면에 형성된 제 2 가장자리(37c)를에 의해서 정의된다. 제 1 가장자리(37d)는 작은 테두리(37e)보다 더 큰 홀을 정의한다. 관통내경(37c)은 외부로 상기 37e 에서 37d 방향으로 벌어진다. 이는 상기 테두리(37d)위로 크랭크샤프트까지 움직이는 연결로드가 진동동작을 하게한다.

본 발명에 따른 다른 바람직한 형태로는 밸런스암의 갈라져서 형성된 대단을 가로지르는 브리지(bridge)로서 더 무거운 재질이 형성된다.

다른 변형된 형태로서 소단이 피벗에서 엔진으로 뻗어 형성된 암과 같은 연장부분을 포함할 수 있다. 이러한 연장부는 압축기 또는 펌프(예를 들어, 물, 기름, 공기 등을 위한)를 구동하는 진동운동을 제공하는 액츄에이터(actuator)로서 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 이중실린더장치에서, 피스톤은 180도 만큼 위상을 달리하여, 즉 180도 평행한 이중실린더로 형성될 수 있다. 따라서, 각 피스톤의 밸런스수단은 다른 피스톤과 180도 위상을 달리한다.

상기 발명이 전술된 실시예에 대해 주로 기술되었지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 여기에서 기술되지 않은 다른 실시예의 변형 및 증진에 대한 것은 반드시 본 발명의 범주로 부터 배제되지않고 아래의 첨부된 청구항의 범위에 의해 한정된다.

Claims (27)

1. 연결로드에 의해서 크랭크샤프트에 추축으로 연결되는 단일피스톤, 연결로드와 연결로드에 추축으로 연결된 밸런스암을 포함하는 밸런스수단을 포함하고, 상기 밸런스암이 연결로드에서 멀리 떨어진 단부에서 엔진에 연결될 수 있고 또한 밸런스매스를 형성하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸런스매스가 밸런스수단의 연결로드영역에 형성되어, 피스톤의 운동에 의한 힘의 크기와 동일한 힘을 생성하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸런스수단은 피스톤과 연결로드와 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 밸런스수단이 피스톤과 크랭크샤프트의 동일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸런스수단의 연결로드가 피스톤의 연결로드와 동일한 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
6. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸런스암은 상대적으로 무거운 일단부를 형성하고, 이 단부가 밸런스수단의 연결로드에 추축으로 연결된 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸런스암의 무거운 단부가 갈라진 형태를 가져, 밸런스수단의 연결로드의 일단이 상기 밸런스암의 갈라진 단부사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
8. 제 6 또는 7 항에 있어서, 밸런스암과 밸런스수단의 연결로드의 피벗의 회전중심이 밸런스암의 무거운 단부쪽의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
9. 서로 평행을 이루고 연결로드와 베어링에 의해서 각각 크랭크샤프트에 연결된 한쌍의 피스톤과 각각의 피스톤을 위한 밸런스수단을 포함하고, 이때 밸런스암은 각각의 연결로드에서 서로 반대방향으로 뻗고, 상기 연결로드의 축이 서로 각을 이루며 이동하고, 피스톤이 방사상으로 가장 멀리 떨어져 위치할 때 상기 각의 크기는 10 도 이하이고 바람직하게는 약 3 도 정도의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 선행 청구항에 따른 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
10. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤이 방사상으로 가장 외부에 위치할 때, 각도는 밸런스수단의 피스톤의 중심축과 밸런스암의 길이축사이에서 형성되고, 이때 형성되는 각도는 90 도 이하이고, 바람직하게는 45 도 이상이며, 더욱 바람직하게는 50 에서 75 도 사이의 각도을 이루는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
11. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤이 피스톤의 전체 스트로크의 중심에 위치하고, 밸런스암(또는 밸런스암들)이 수평을 이루거나 또는 밸런스암의 길이축과 밸런스암의 피벗과 연결로드와 크랭크샤프트의 회전중심사이의 축이 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
12. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밸런스수단 연결로드의 길이는 피스톤 연결로드의 길이보다 짧게 형성되고, 연결로드의 길이와 피스톤과 밸런스수단의 스트로크(stroke)가 밸런스수단의 연결로드와 피스톤의 연결로드가 동일한 L/R 비를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
13. 단일 또는 이중피스톤장치에서, 각각의 밸런스암을 갖는 한쌍의 피스톤수단을 포함하고, 상기 밸런스암이 크랭크샤프트에서 서로 반대방향으로 뻗는 것을 특징으로 하는 선행 청구항에 따른 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
14. 제 13 항에 있어서, 일련의 네 개의 크랭크샤프트웨브가 밸런스수단, 피스톤연결로드, 제 2 밸런스수단을 크랭크샤프트에 연속적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
15. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 크랭크샤프트는 크랭크샤프트의 축을 따라 순서대로 제 1 피스톤, 두 개의 밸런스수단, 제 2 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
16. 제 15 항에 있어서, 피스톤과 밸런스수단은 각각 크랭크웨브에 의해서 서로 이웃한 부분들과 떨어져 형성되고, 베어링에 의해 상기 웨브에 추축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
17. 서로 평행을 이루고 연결로드와 베어링에 의해서 각각 크랭크샤프트에 연결된 한쌍의 피스톤과 각각의 피스톤을 위한 밸런스수단을 포함하고, 이때 밸런스암은 각각의 연결로드에서 서로 반대방향으로 뻗어있고, 이중피스톤엔진의 밸런스수단의 연결로드가 크랭크샤프트의 회전동축의 축선을 공유하는 것을 특징으로 하는 제 15 항 또는 16 항에 따른 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
18. 한쌍이 두 개의 피스톤중 하나와 두 개의 밸런스수단중 하나로 구성된 두쌍사이에서 대칭적으로 크랭크샤프트의 축의 중심에 위치하는 중심메인베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 선행 청구항 중 어느 한 항에 따른 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
19. 크랭크샤프트에 각각 연결로드에 의해 추축으로 연결되는 두 개의 피스톤과, 피스톤의 운동에 의한 진동을 감소시키기위한 유도된 밸런스매스를 갖는 한쌍의 밸런스수단을 포함하고, 중심메인베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
20. 제 19 항에 있어서, 밸런스수단이 중심메인베어링의 서로 반대에 위치하여 연결되고, 각 밸런스수단은 피스톤의 연결로드와 추축으로 연결된 크랭크샤프트웨브에 연결된 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치.
21. 연결로드에 의해서 크랭크샤프트에 추축으로 연결된 피스톤과, 크랭크샤프트에 추축으로 연결된 밸런스매스와 밸런스매스에 추축으로 연결되고 밸런스매스에서 멀리떨어진 단부를 엔진의 고정점에 연결할 수 있는 가이드링크를 갖는 밸런스수단을 포함하고 상기 밸런스수단의 가이드링크는 피스톤과 같이 크랭크샤프트의 동일측에서 엔진과 연결되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 크랭크샤프트와 피스톤장치를 갖는 엔진.
22. 크랭크샤프트에 연결로드를 연결하는 대단부(massive end)와 연결암에 의해서 연결된 소단부(minor end)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.
23. 제 22 항에 있어서, 소단부와 연결암의 유로에 의해서 대단부의 베어링에 윤활유제를 전달하기위한 수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.
24. 제 22 항 또는 23 항에 있어서, 상기 소단부는 밸런스암을 엔진과 추축으로 연결하는 수단과, 펌프 또는 압축기 등의 원격장치를 작동하기위해 상기 수단의 위로 뻗어있는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.
25. 제 23 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대단부는 피벗축주위에 연결로드를 추축으로 연결하기위한 수단과, 소단부에 대해 피벗축위에 형성된 매스의 중심을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.
26. 제 25 항에 있어서, 강철과 같은 제 1 재질을 포함하고, 상기 대단부는 제 1 재질보다 고밀도인 제 2 재질로 형성된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.
27. 제 25 항 또는 26 항에 있어서, 상기 대단부가 피벗축에 대하여 비대칭형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연소엔진의 균형잡힌 크랭크샤프트와 피스톤장치의 밸런스암.