KR200177719Y1 - 공기압축기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기압축기에 관한 것으로, 그 목적은 회전운동을 직선왕복운동으로 변환하는 연결로드를 개선하여 이의 신뢰성을 향상시키는 것이다.

본 고안에 따른 공기압축기는 크랭크샤프트(40)의 편심축(41)과 결합되도록 연결로드(50)의 일단부에 제1결합공(51)이 형성되어 있는데, 제1결합공(51)의 내주면에 양단부가 외부와 연계된 오일홈(51g)을 축방향으로 형성하였다. 따라서 오일홈(51g)에 오일이 저장됨으로써, 제1결합공(51)의 내주면과 편심축(41) 외주면 사이에는 항상 오일이 잔존 마찰저항이 최소화되어 기계적 에너지의 마찰손실이 줄어들게 되며, 공기압축기의 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

공기압축기

본 고안은 차량용 에어브레이크 시스템에 사용되는 공기압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시키는 공기압축기의 연결로드에 관한 것이다.

일반적으로 소형 자동차에서는 브레이크패달에 가해진 힘으로 배력장치에서 배력이 형성되고, 이 증폭된 힘을 통해 차량을 제동하여 왔다. 그리고 대형 차량 즉 상용차 등에서는 배력장치에서 생성된 배력만으로는 차량의 제동이 충분하지 않기 때문에, 압축된 공기를 제동력으로 이용하는 에어 오버 하이드로릭 브레이크 시스템(Air Over Hydraulic Brake System)이 사용되는데, 여기에는 엔진에 의해 구동되어 공기를 압축하는 공기압축기가 구성된다.

이러한 기능을 하는 공기압축기는 원통형상의 압축실이 형성되어 공기가 흡입 압축되는 실린더의 상부에 공기의 흡입과 토출을 안내하는 실린더헤드가 결합되어 있다. 실린더헤드에는 흡입방과 토출방이 구획되게 형성되어 있으며, 실린더와 실린더헤드 사이에는 선택적으로 개폐되는 흡입공과 토출공이 형성된 밸브플레이트가 개재된다.

그리고 실린더 내부를 직선왕복운동하는 피스톤이 구성되는데, 이것은 연결로드를 통해 크랭크샤프트의 편심축과 연결되어 있다. 엔진에 의해 회전운동하는 크랭크샤프트는 중심부에 편심회전하는 편심축이 형성되어 있으며 샤프트케이스 내부에 설치된다.

샤프트케이스에는 크랭크샤프트의 양단부를 회전가능하게 지지하는 지지베어링이 구성되며, 차량 엔진오일의 일부가 오일분사장치에 의해 분사 공급됨으로써 각 구동부를 윤활 및 냉각하게 된다.

한편, 연결로드는 양단부에 내경이 각기 다른 제1결합공과 제2결합공이 형성되어 있어서, 내경이 상대적으로 큰 제1결합공을 통해 편심축과 결합되고 제2결합공과 체결핀을 통해 피스톤과 결합된다. 또한 제 1,2결합공의 내주면과 연통되도록 오일공급홀이 형성되어 있어서 내주면에 오일의 유입을 안내한다.

이와 같이 구성된 종래 공기압축기는 엔진의 구동에 의해 크랭크샤프트가 회전하게 되면, 이의 회전운동이 편심축과 결합된 연결로드에 의해 피스톤의 직선 왕복운동으로 변환된다. 따라서 피스톤이 실린더 내부를 왕복운동함으로써, 압축실에서 공기의 흡입 및 압축작용이 이루어진다.

즉, 피스톤이 하사점으로 작동하여 흡입과정에 있을 때에는 흡입공을 통해 저압의 공기가 압축실로 흡입되고, 피스톤이 상사점으로 작동하여 압축 토출과정에 있을 때에는 고압으로 압축된 공기가 토출공을 통해 토출방으로 토출된다.

이러한 작동은 크랭크샤프트의 1회전당 1회씩 수행하게 되는데, 공기압축기의 성적계수를 향상시키기 위해서는 편심축의 편심 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 원활하게 변환시켜야 한다.

그러나 종래의 연결로드는 제1결합공과 편심축 외주면 사이의 오일부족현상으로 편심축의 회전이 방해되고, 이로 인해 공기압축기의 효율이 저하된다.

즉, 연결로드는 오일공급홀이 형성된 제1결합공을 통해 편심 회전운동을 하는 편심축의 외주면에 결합됨으로써, 편심축의 외주면과 제1결합공의 내주면은 서로 마찰하면서 미끄럼운동을 한다. 이에 따라 서로 면접촉에 의한 마찰저항이 발생되어 편심축의 원활한 회전이 방해되는데, 이를 방지하기 위해 종래에는 오일공급홀을 통해 제1결합공과 편심축의 외주면 사이의 슬라이딩부에 오일을 공급하였다. 그러나 제1결합공의 내주면과 편심축 외주면과의 접촉면적이 넓기 때문에 오일 부족 현상이 발생된다. 즉, 제1결합공의 내주면과 편심축의 외주면의 슬라이딩부에 유막이 끊기면서 소착현상이 발생되고, 또한 면접촉에 의한 마찰저항이 증대되어 편심축의 원할한 회전이 방해된다. 이에 따라 공기압축기의 압축효율이 저하됨은 물론이고, 소비입력 등이 상승하게 되어 전체적인 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 크랭크샤프트의 편심축과 결합되도록 연결로드의 일단부에는 제1결합공이 형성되어 있는데, 제1결합공의 내주면에 축방향으로 오목하게 패여 오일이 저장되는 오일홈을 구성함으로써, 슬라이딩면에 오일을 항상 공급하여 편심축과의 회전 마찰저항을 줄여 이의 효율을 향상시키는 공기압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안이 적용되는 공기압축기의 전체적인 구조를 보인 단면도이다.

도 2는 본 고안에 따른 공기압축기의 연결로드를 보인 정면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..실린더 20..피스톤 40..크랭크샤프트

41..편심축 50..연결로드 51..제1결합공

51a..홀더부 51b..체결밴드 51c,51d..볼트구멍

51e..볼트 51f..오일공급홀 51g..오일홈

520..제2결합공

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 편심 회전하는 편심축이 마련된 크랭크샤프트, 크랭크샤프트의 동력을 전달받아 공기를 흡입하여 압축 토출하는 압축실이 마련된 실린더, 실린더 내부를 왕복운동하는 피스톤, 일단부에 편심축과 결합되는 제1결합공이 형성되며 타단부에 피스톤과 결합되도록 제2결합공이 이루어져 편심축의 회전운동을 왕복운동으로 변환하는 연결로드를 갖춘 공기압축기에 있어서, 제1결합공의 내주면에는 양단부가 외부와 연계되도록 축방향으로 오목하게 패여 오일이 저장되는 오일홈이 마련되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 고안이 적용되는 공기압축기의 전체적인 구조를 보인 단면도이고, 도 2는 본 고안에 따른 연결로드의 정면도이다.

차량용 에어 브레이크 시스템에 사용되는 공기압축기는 이들에 도시한 바와 같이, 압축실(10a)이 형성된 실린더(10) 내부에 왕복운동하는 피스톤(20)이 설치되어 있으며, 실린더(10)의 상부에는 공기의 흡입과 토출을 안내하도록 흡입방(미도시)과 토출방(미도시)이 형성된 실린더헤드(12)가 볼트결합되어 있다. 그리고 실린더헤드(12)와 실린더(10)사이에는 각각 선택적으로 개폐되는 흡입공(11a)과 토출공(11b)이 형성된 밸브플레이트(11)가 개재되어 있어서, 흡입방(미도시)의 공기가 흡입공(11a)을 통해 압축실(10a)로 흡입되며, 압축실(10a)에서 압축된 공기는 토출공(11b)과 토출방(미도시)을 통해 외부로 토출된다.

그리고 실린더(10)의 하부에는 피스톤(20)을 작동시키도록 크랭크샤프트(40)가 회전가능하게 설치된 샤프트케이스(30)가 결합된다. 샤프트케이스(30)에는 차량의 엔진(미도시)에 구동되는 크랭크샤프트(40)의 양단부를 회전가능하게 지지하는 지지베어링(31)이 마련되어 있으며, 여기에는 오일분사장치(미도시)에 의해 차량의 엔진오일이 분사되어 각 구동부를 윤활 및 냉각시킨다.

한편, 크랭크샤프트(40)의 중심부에는 편심 회전운동하는 편심축(41)이 형성되어 있으며, 편심축(41)과 피스톤(20)은 연결로드(50)에 의해 연결되어 있는데 이의 구조는 다음과 같다.

먼저, 연결로드(50)의 양단부에는 각각 내경이 다른 제1결합공(51)과 제2결합공(52)이 형성되어 있다. 연결로드(51)의 일단부는 그 양측단에 볼트구멍(51c)이 형성된 반원형의 홀더부(51a)가 형성되어 있고, 여기에 착탈가능하도록 홀더부(51a)의 볼트구멍(51c)과 상응하게 볼트구멍(51d)을 갖추어 볼트(51e)를 통해 홀더부(51a)에 결합되는 반원형의 체결밴드(51b)로 이루어져 있다. 따라서 홀더부(51a)와 체결밴드(51b) 사이의 공간부에 원형의 제 1결합공(51)이 형성되는데, 홀더부(51a)와 체결밴드(51b)를 이용하여 편심축(41)을 감싸고 볼트구멍(51c,51d)에 각각 볼트(51e)를 고정하게 되면 제 1결합공(51) 내부에서 편심축(41)이 슬라이딩 가능하게 결합된다. 그리고 연결로드(50)의 타단부는 제 2결합공(52)과 체결핀(60)을 이용하여 피스톤(20)과 결합됨으로써, 편심축(41)의 편심회전운동이 피스톤(20)의 직선왕복운동으로 변환된다.

한편, 연결로드(50)와 편심축(41)과의 마찰저항을 최소로 하기 위해 슬라이딩부에 분사된 오일이 공급되는데, 제 1결합공(51)의 내주면으로 오일을 안내하는 오일공급홀(51f)과 공급된 오일이 일시 저장되는 오일홈(51g)이 형성되어 있다.

본 고안의 특징적인 요소로 오일홈(51g)은 제 1결합공(51)의 내주면에 축방향으로 오목하게 패여 있으며 양단부가 외부와 연통되어 있는데, 이것은 홀더부(51a)와 체결밴드(51b)의 접합면 모서리를 가공하여 이루어져 있다. 따라서 오일공급홀(51f)을 통해 제 1결합공(51) 내주면으로 공급된 오일의 일부는 오일홈(51g)에 일시적으로 저장되며, 편심축(41) 외주면과의 마찰시 여기에 저장된 오일에 의해 마찰저항이 감쇄되고 편심축(41)이 원활하게 회전한다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 고안에 따른 공기압축기의 작동을 설명한다. 엔진(미도시)에 의해 크랭크샤프트(40)가 고속으로 회전운동하게 되면, 피스톤(20)이 실린더(10) 내부를 왕복운동하게 된다. 즉, 편심축(41)의 편심회전운동이 연결로드(50)에 의해 피스톤(20)의 직선왕복운동으로 변환된다. 이에 따라 피스톤(20)이 하강할 때는 외부공기가 흡입방(미도시)과 흡입공(11a)을 통해 실린더(10) 내부로 흡입되고, 다시 피스톤(20)이 상승하게 되면 공기가 압축되어 토출공(11b), 토출방(미도시)을 통해 외부로 토출된다. 이러한 압축공기는 미도시된 에어드라이어를 지나 에어탱크로 공급된다.

아울러 샤프트케이스(30) 내부로 분사된 오일은 각 슬라이딩부로 공급되어 윤활 및 냉각작용을 하는데, 제1결합공(51)에는 오일공급홀(51f)을 통해서 공급된다. 이 때, 오일의 일부는 오일홈(51g)에 항상 저장되기 때문에, 저장된 오일에 의해 편심축(41) 외주면과의 마찰저항이 최소로 되고, 편심축(41)이 원활하게 회전됨으로써 공기압축기의 효율이 상승하게 된다.

즉, 오일공급홀(51f)을 통해 제1결합공(51)과 편심축(41) 외주면 사이로 공급된 오일은 오일홈(51g)에 일부가 저장되기 때문에, 제1결합공(51)의 내주면과 편심축(41) 외주면사이의 슬라이딩부에는 항상 오일이 잔존하게 된다. 이에 따라 연결로드(50)의 일단부와 편심축(41) 외주면과의 마찰저항이 종래보다 월등하게 감쇄되어 소착현상이 발생되지 않고 회전저항 역시 줄어들게 된다. 결국, 편심축(41)이 형성된 크랭크샤프트(40)가 원할하게 회전하고 피스톤(20)의 왕복운동이 수월해짐으로써, 공기압축기의 압축 효율이 상승되고, 아울러 소비입력이 저하된다.

한편, 이러한 기술적 사상은 오일홈(51g)을 홀더부(51a)와 체결밴드(51b)의 접합면에 형성하였는데, 이에 국한하지 않고 오일홈(51g)을 제 1결합공(51)의 내주면 어느곳에 형성하여도 본 고안의 소기 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 공기압축기는 크랭크샤프트의 편심축과 결합되도록 연결로드의 일단부에 제1결합공이 형성되어 있는데, 제1결합공의 내주면에 양단부가 외부와 연계된 오일홈을 축방향으로 형성하였다. 따라서 오일홈에 오일이 저장됨으로써, 제1결합공의 내주면과 편심축 외주면 사이에는 항상 오일이 잔존 마찰저항이 최소화되어 기계적 에너지의 마찰손실이 줄어들게 되며, 공기압축기의 효율이 향상되는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 편심 회전하는 편심축(41)이 마련된 크랭크샤프트(40), 상기 크랭크샤프트(40)의 동력을 전달받아 공기를 흡입하여 압축 토출하는 압축실(10a)이 마련된 실린더(10), 상기 실린더(10) 내부를 왕복운동하는 피스톤(20), 일단부에 상기 편심축(41)과 결합되는 제1결합공(51)이 형성되며 타단부에 상기 피스톤(20)과 결합되도록 제2결합공(52)이 이루어져 상기 편심축(41)의 회전운동을 왕복운동으로 변환하는 연결로드(50)를 갖춘 공기압축기에 있어서,

   상기 제1결합공(51)의 내주면에는 양단부가 외부와 연계되도록 축방향으로 오목하게 패여 오일이 저장되는 오일홈(51g)이 마련되는 것을 특징으로 하는 공기압축기.