KR20010084446A - 내연기관의 출력 증가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주어진 배기량보다 큰 출력을 얻을 수 있는 내연기관의 출력 증가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 사이에 상기 크랭크 샤프트의 크랭크 핀이 상기 커넥팅 로드의 중심으로부터 편심되도록 하는 편심바퀴를 회전가능하게 설치하는 것으로 구성된다. 본 발명에 의하면, 피스톤 행정거리의 변화없이 크랭크 핀과 크랭크 저널사이의 거리를 길게함으로써 크랭크 샤프트의 회전 토오크를 증가시켜, 결과적으로 내연기관의 출력을 증가시킬 수 있다.

Description

내연기관의 출력 증가 장치 및 방법 {Apparatus for increasing power of internal-combustion engine and method thereof}

본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주어진 배기량보다 큰 출력을 얻을 수 있는 내연기관의 출력 증가 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관은 자동차의 엔진 등으로 사용되는 것으로서, 실린더 내에서 공기와 연료의 혼합물을 흡입-압축-팽창-배기의 과정을 거치면서 연소시켜, 1회 연소에 피스톤이 실린더 내를 두번씩 상하 왕복하는 기계적 사이클을 이루어 필요한 동력을 얻게된다.

도 1에는 종래의 일반적인 내연기관의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 내연기관은 연료가 연소되는 실린더(미도시), 연료의 연소에 의해 실린더 내를 왕복운동하는 피스톤(10), 피스톤(10)에 연결되는 커넥팅 로드(20), 커넥팅 로드(20)에 의해 회전하여 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 크랭크 샤프트(30)로 구성된다.

커넥팅 로드(20)는 제 1 연결부(21), 제 2 연결부(23) 및 이들 사이를 연결하는 암(22)로 구성되어, 제 1 연결부(21)에는 핀(11)에 의해 피스톤(10)이 결합되고, 제 2 연결부(23)에는 후술할 크랭크 샤프트의 크랭크 핀(31)이 삽입된다.

크랭크 샤프트(30)는 크랭크 핀(31), 크랭크 암(32), 크랭크 저널(33)로 구성된다. 크랭크 핀(31)은 커넥팅 로드의 제 2 연결부(23)에 삽입되며, 크랭크 저널(33)은 트랜스 미션(미도시) 또는 플라이 휠(미도시) 등에 연결된다.

상기와 같이 구성된 내연기관의 작동은 다음과 같다.

실린더에서 연료의 연소가 일어나면, 피스톤(10)이 실린더 내를 상하로 왕복운동을 하게 된다. 이러한 피스톤(10)의 왕복운동은 커넥팅 로드(20)를 통하여 크랭크 샤프트(30)에 전달되어, 크랭크 샤프트(30)가 크랭크 저널(33)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 피스톤(10)이 실린더 내를 왕복하는 거리(상사점과 하사점 사이의 거리), 즉 행정거리는 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(33) 사이의 거리(L)와 동일하다.

한편, 내연기관의 출력은 크랭크 샤프트(30)의 회전 토오크에 의해 결정되는데, 이는 배기량, 즉 실린더의 체적에 따라 달라진다. 한편, 실린더의 체적은 피스톤(10)의 직경 및 행정거리, 즉 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(33) 사이의 거리(L)에 따라 결정된다.

따라서, 피스톤(10) 직경의 변화없이 내연기관의 출력을 증가시키려면, 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(33) 사이의 거리(L)를 길게 하여야 한다. 그러나, 이와 같이 그 거리(L)를 길게 하면 피스톤(10)의 행정거리도 길어지게 되므로, 배기량이 증가하여 연료의 소모가 많아지게 되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 일정 배기량을 갖는 내연기관에 있어서, 피스톤 행정거리의 변화없이 크랭크 샤프트의 회전 토오크를 증가시켜 결과적으로 출력을 증가시킬 수 있는 내연기관의 출력 증가 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 내연기관의 분해 사시도.

도 2는 본 발명이 적용된 내연기관의 분해 사시도.

도 3은 본 발명이 적용된 내연기관의 작동을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ; 피스톤 20 : 커넥팅 로드

21 : 제 1 연결부 22 : 암

23, 23' : 제 2 연결부 30, 30' : 크랭크 샤프트

31, 31' : 크랭크 핀 32, 32' : 크랭크 암

33, 33' : 크랭크 저널 40 : 편심바퀴

41 : 제 1 바퀴 42 : 제 2 바퀴

43 : 삽입홀

상기와 같은 본 발명의 목적은, 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 사이에 상기 크랭크 샤프트의 크랭크 핀이 상기 커넥팅 로드의 중심으로부터 편심되도록 하는 편심바퀴를 회전가능하게 설치함으로써 달성된다.

여기서, 상기 편심바퀴는 상기 커넥팅 로드와 결합되는 제 1 바퀴와, 상기 제 1 바퀴와 일체로 형성되며, 그 직경은 상기 제 1 바퀴보다 크고, 그 중심이 상기 제 1 바퀴의 중심으로부터 편심된 제 2 바퀴를 포함하여 이루어지며, 상기 크랭크 핀은 상기 제 1 바퀴의 중심으로부터 편심되어 상기 편심바퀴와 결합된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용된 내연기관의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 내연기관의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관은, 크게 연료가 연소되는 실린더(미도시), 연료의 연소에 따른 폭발력에 의해 실린더 내를 상하로 왕복운동하는 피스톤(10), 피스톤(10)에 연결되는 커넥팅 로드(20), 커넥팅 로드(20)에 결합되는 편심바퀴(40), 편심바퀴(40)의 회전에 따라 회전하여 피스톤(10)의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 크랭크 샤프트(30')로 구성된다.

커넥팅 로드(20)는 제 1 연결부(21), 제 2 연결부(23') 및 이들 사이를 연결하는 암(22)으로 구성되어, 제 1 연결부(21)에는 핀(11)에 의해 피스톤(10)이 결합되고, 제 2 연결부(23')에는 후술할 편심바퀴의 제 1 바퀴(41)가 삽입된다.

편심바퀴(40)는 서로 다른 직경을 갖는 제 1 바퀴(41) 및 제 2 바퀴(42)로 구성된다. 제 1 및 제 2 바퀴(41)(42)는 그 중심이 서로 편심되게 결합되고, 상기한 바와 같이, 제 1 바퀴(41)는 커넥팅 로드의 제 2 연결부(23')에 삽입되며, 제 2 바퀴(42)는 베어링 등에 의해서 내연기관 외부에 회전 가능하게 지지된다. 여기서, 제 2 바퀴(42)의 회전 중심은 후술할 크랭크 저널(33')의 회전 중심과 동일 선상에 놓이게 된다. 한편, 편심바퀴(40)에는 제 1 및 제 2 바퀴(41)(42)를 관통하여 후술할 크랭크 핀(31')이 삽입되는 삽입홀(43)이, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 제 2 바퀴(42)의 중심으로 부터 L'의 거리 만큼 편심되어 형성된다.

크랭크 샤프트(30')는, 종래 기술에서와 같이, 크랭크 핀(31'), 크랭크 암(32'), 크랭크 저널(33')로 구성된다. 다만 본 발명에서의 크랭크 핀(31')과 크랭크 저널(33') 사이의 거리(L')는 같은 배기량을 갖는 종래의 내연기관에서의 거리(L) 보다 길게 형성되어 있다. 크랭크 핀(31')은 편심바퀴의 삽입홀(43)에 삽입되며, 크랭크 저널(33')은 트랜스 미션(미도시) 또는 플라이 휠(미도시) 등에 연결된다.

이상과 같이 구성된 본 발명이 적용되는 내연기관의 작동을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 실린더에서 연료의 연소가 일어나면, 피스톤(10)이 실린더 내를 상하로 왕복운동을 하게 된다. 이러한 피스톤(10)의 왕복운동은 커넥팅 로드(20)를 통하여 편심바퀴(40)에 전달되어 편심바퀴(40) 및 크랭크 샤프트(30')를 크랭크 저널(33')을 중심으로 회전시키게 된다.

도면부호 C1은 본 발명에 따른 내연기관과 동일한 배기량, 즉 동일한 피스톤(10) 직경 및 행정거리를 갖는 종래의 내연기관에서의 크랭크 핀(31)의 회전 궤적을 나타낸 것이고, 도면부호 C2는 본 발명에 따른 내연기관에서의 크랭크 핀(31')의 회전 궤적을 나타낸 것이다. 이처럼, 본 발명의 내연기관에서의 크랭크 핀(31')과 크랭크 저널(33') 사이의 거리(L')가 종래의 내연기관에서 길이(L) 보다 길어짐으로써, 크랭크 샤프트(30')의 회전 토오크를 증가시킬 수 있게 된다. 그러나, 도시된 바와 같이, 본 발명의 크랭크 샤프트(30')는 종래의 경우와 마찬가지로 C1 궤적을 따라 회전하므로, 피스톤(10)의 행정거리는 변함이 없게 된다. 따라서, 본 발명에 의할 경우, 종래 기술에 비하여 동일한 연료소모로도 내연기관의 출력을 증가시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 커넥팅 로드(20)와 크랭크 샤프트(30') 사이에 편심바퀴(40)를 설치함으로써, 피스톤(10) 행정거리의 변화없이 크랭크 핀(31')과 크랭크 저널(33') 사이의 거리(L')를 길게할 수 있어, 주어진 배기량보다 큰 토오크를 얻을 수 있는 효과가 있다.

한편, 동일 배기량을 갖는 종래의 내연기관에 비해 큰 토오크, 즉 높은 출력을 얻을 수 있으므로, 동일한 출력을 얻는데에 작은 배기량의 내연기관을 사용하여연료소모를 줄일 수 있으며, 그에 따라 환경오염도 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 출력을 증가시키는 수단으로서 편심바퀴(40)를 사용하므로, 편심바퀴(40)의 크기를 조정하는 간단한 방법으로 초기 시동시의 부하 허용치 이하에서는 내연기관의 출력을 원하는 만큼 증가시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

특히, 본 발명은 내연기관 뿐만아니라, 실린더와 피스톤을 사용하여 필요한 동력을 얻는 왕복기관, 예를 들어 압축기 또는 감속기 등에 적용될 수도 있을 것이다.

Claims (3)

1. 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 사이에, 상기 크랭크 샤프트의 크랭크 핀이 상기 커넥팅 로드의 중심으로부터 편심되도록 하는 편심바퀴를 회전가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증가 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 편심바퀴는 상기 커넥팅 로드와 결합되는 제 1 바퀴와, 상기 제 1 바퀴와 일체로 형성되며, 그 직경은 상기 제 1 바퀴보다 크고, 그 중심이 상기 제 1 바퀴의 중심으로부터 편심된 제 2 바퀴를 포함하여 이루어지며, 상기 크랭크 핀은 상기 제 1 바퀴의 중심으로부터 편심되어 상기 편심바퀴와 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증가 장치.
3. 크랭크 샤프트의 크랭크 핀이 커넥팅 로드의 중심으로부터 편심되도록 함으로써, 피스톤의 행정거리를 변화시키지 않으면서 크랭크 핀과 크랭크 저널 사이의 거리를 신장시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증가 방법.