KR20020060203A - 개인 선박용 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내연기관은 엔진 블록(3)에 대해 소정의 방향으로 왕복운동하도록 배치된 피스톤(2)을 포함한다. 구동 샤프트(54)는 엔진 블록(3) 내에 장착되고 피스톤(2)에 의해 피스톤(2)의 운동방향에 수직인 제1 축을 중심으로하는 회전식으로 구동되도록 배치된다. 구동 샤프트(54)의 회전운동은 구동 샤프트(54)에 평행하게 엔진 블록(3) 내에 장착된 제1 샤프트(80)로 전달된다. 제1 샤프트(80)의 회전운동은 엔진이 피스톤(2)이 왕복식 운동방향에 평행한 출력축을 중심으로 회전 출력을 생산하도록 제2 샤프트(92)에 전달된다.

Description

개인 선박용 엔진 {PERSONAL WATERCRAFT ENGINE}

개인 선박용으로 기존의 사용가능한 엔진/전동장치 조합은 가늘고 경량인 선체에 사용하기에는 너무 큰 높이 및 폭을 가진다. 초과된 높이는 선체를 동요시킬 정도로 불안정하게 하여 선박의 제어를 어렵게 한다.

본 발명은 내연기관에 관한 것으로 특히, 개인 선박의 추진에 적절히 사용할 수 있는 내연기관에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 탑승자가 본인의 자세 및 위치를 조절함으로써 조정할 수 있는 개인 선박용 내연기관 및 전동장치 조합에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 내연기관의 분해 사시도이다.

도2는 엔진 출력이 도1의 엔진에 포함된 피스톤의 운동축에 평행한 구동 샤프트로의 엔진 출력 전달을 도시한 단면도이다.

도3은 도1의 내연기관의 좌측 단면도이다.

도4는 도1 및 도3의 내연기관의 평면도이다.

도5는 본 발명에 따른 내연기관의 상단부, 좌측단부 및 우측단부를 도시한 사시도이다.

도6은 본 발명에 따른 내연기관의 우측 단면도이다.

도7은 선박을 추진하기 위해 젯트 펌프에 연결된 도1 내지 도6의 엔진을 개략도이다.

본 발명은 엔진이 엄격한 높이의 제한을 갖는 구성에 사용하기에 적절하도록 매우 작은 높이를 갖는 왕복식 피스톤 엔진을 제공한다. 본 발명에 따른 엔진/전동 시스템은 2행정 또는 4행정 엔진 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 엔진은 약 6.5 인치의 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 상기 엔진의 낮은 높이는 완전히 조립된 개인 선박이 기존의 사용가능한 엔진 전동장치 조합을 사용하는 경우보다 더 낮은 무게중심을 갖도록 한다. 상기 엔진의 치수는 탑승자가 개인 선박에 통상적으로 서 있게되는 갑판부 아래에 장착될 수 있게 한다. 이러한 장착 위치는 선박이 회전하는 소정의 축 근처에 보다 많은 무게를 집중시켜 선박의 무게 중심을 탑승자 아래로 이동시키게 하고 이로써 탑승자는 보다 용이하고 안전하게 선박을 회진시킬 수 있다.

상기 엔진은 벨트와, 피스톤의 운동방향과 평행하게 출력을 제공하는 엔진을 만드는 데 사용되는 기어를 구동시킨다. 따라서, 상기 엔진 출력은 개인 선박을 추진시키는 젯트 펌프를 구동시키도록 회전 에너지를 제공하기에 적절하다.

본 발명에 따른 내연기관은 내부에 다수의 원통형 통로를 갖는 엔진 블록을 포함한다. 피스톤은 엔진 블록에 대해 소정의 방향으로 왕복식으로 운동시키도록 배치된다. 구동 샤프트는 엔진 블록 내의 제1 원통형 통로에 장착되고 피스톤에 연결되어 이러한 피스톤에 의해 피스톤의 운동방향에 수직한 제1 축을 중심으로 회전운동으로 구동되도록 배치된다. 또한, 본 발명은 구동 샤프트의 회전운동을 상기 구동 샤프트에 평행한 엔진 블록 내에 장착된 제1 샤프트까지 전달하기 위한 수단과, 상기 엔진이 상기 피스톤의 왕복운동방향에 평행한 출력축을 중심으로 하는 회전 출력을 제공하도록 상기 제1 샤프트의 회전운동을 제2 샤프트까지 전달하기 위한 수단을 포함한다.

상기 구동 샤프트의 회전운동을 제1 샤프트로 전달하기 위한 수단은 벨트를 구동시키기 위한 구동 샤프트에 장착된 구동 풀리와 상기 제1 샤프트에 장착된 출력 풀리를 포함한다. 상기 제1 샤프트의 회전운동을 제2 샤프트로 전달하기 위한 수단은 상기 제1 샤프트에 장착된 제1 기어와, 상기 제2 샤프트에 장착된 제2 기어를 포함하고, 상기 제2 기어는 제1 기어와 맛물리도록 배치되어 회전운동식으로 구동됨으로써 상기 엔진은 피스톤의 왕복운동방향에 평행한 출력축을 중심으로 하는 회전 출력을 제공한다.

본 발명에 따른 엔진은 피스톤에 연결된 로드와, 제1 크랭크를 구비한 제1 크랭크 샤프트 조립체를 포함하고, 상기 구동 샤프트는 제1 크랭크로부터 연장되어 제1 축을 중심으로 상기 구동 샤프트와 동심으로 회전하도록 배치되고, 상기 제1 크랭크는 구동 샤프트로부터 횡방향으로 배치된 원통형 공동을 그 내부에 갖는다. 제2 크랭크 샤프트 조립체는 제2 크랭크와, 피스톤의 왕복운동이 크랭크 핀을 원운동식으로 이동시키도록 로드의 단부의 통로를 통해 연장되도록 배치된 제2 크랭크에 연결된 크랭크 핀을 포함한다. 상기 크랭크 핀은 상기 제2 크랭크가 회전할 때, 크랭크 핀의 원운동이 제1 크랭크 및 구동 샤프트의 회전을 발생시키도록 제1 크랭크의 원통형 공동 안으로 연장되도록 배치된다.

본 발명에 따른 상기 엔진은 엔진 블록의 제3 통로 내에 장착된 기동 벤딕스(starter bendix)와, 이러한 기동 벤딕스에 인접한 구동 샤프트에 장착된 기동 기어를 포함한다. 기동 모터는 상기 기동 벤딕스에 장착되어 상기 엔진을 기동시키기 위해 기동 모터에 전력을 인가하여 기동 벤딕스, 기동 기어 및 의 회전을 발생시키도록 배치된다.

첨부되는 도면과 관련지어 설명된 실시예의 설명을 연구함으로써 본 발명의 목적, 구조 및 그 작동 방법을 보다 완전히 이해할 수 있다.

본 발명은 도1의 분해 사시도에 도시된 바와 같이 내연기관(44)이다. 내연기관(44)은 도3 및 도6에 도시된 바와 같이 엄격히 제한된 수직 공간을 갖는 적용예에 사용하기에 적합하도록 매우 작은 높이를 갖도록 고안된다. 특히, 내연기관(44)은 본 발명의 공동 발명가인 로버트 이. 몽고메리(Robert E. Montgomery)에게 허여된 다음의 미국 특허, 즉 1993년 4월 6일자로 허여된 Des. 334,552호와 1995년 2월 14일자로 허여된 Des. 355,400호와 1996년 12월 10일자로 허여된 5,582,529호에 개시된 바와 같은 개인 선박에 사용하기에 적절하도록 고안된다.

도1 및 도3 내지 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관(44)은 피스톤(2)을 수용하는 실리더 하우징(1)을 포함한다. 실린더 하우징(1)의 제1 단부는 실린더 헤드(41) 및 본 기술분야의 표준 실무에 따른 (도시되지 않은) 적절한 헤드 가스켓에 의해 밀봉된다. 실린더 헤드(41)는 또한 본 기술분야의 표준 실무에 따른 (도시되지 않은) 스파크 플러그를 장착하기 위한 (도시되지 않은) 구멍을 포함한다. 실린더 하우징(1)은 흡기 포트(45) 및 배기 포트(46)를 포함한다. 종래의 엔진과는 상이하게, 흡기 포트(45) 및 배기 포트(46)는 실린더 하우징(1)의 대향 측면 상에 있다. 종래의 배치에서는 전형적으로 실린더(2)에 인-라인으로 위치된 흡기 및 배기 포트를 갖는다. 이러한 흡기 포트(45) 및 배기 포트(46)의 배치는 엔진(44)의 치수를 가능한 한 작게 하는 목표를 달성하도록 돕는다.

도1에 도시된 바와 같이, 피스톤(2)은 종래의 방식으로 로드(7)의 제1 단부(42)에 장착된다. 적절한 (도시되지 않은) 니들 베어링은 마찰을 최소화하도록 로드(7)의 제1 단부의 공동(47)에 장착될 수 있다. 로드(7)의 타단부(43)는 우측절반부(8) 및 좌측 절반부(9)를 포함하는 크랭크 샤프트 조립체(50)에 장착된다. 우측 크랭크 샤프트 조립체(8)는 우측 크랭크 휠(52)과, 상기 우측 크랭크 휠(52)의 중심으로부터 외향으로 연장된 구동 샤프트(54)를 포함한다. 크랭크 샤프트 조립체(50)의 좌측 절반부(9)는 그로부터 연장되는 크랭크 핀(12)을 갖는 좌측 크랭크 샤프트 조립체(9)를 포함한다. 크랭크 핀(12)은 좌측 크랭크 휠(55) 상에 편심으로 위치되고 로드(7)의 제2 단부(43)의 구멍(56)을 관통해서 우측 크랭크 휠(52)의 구멍(58) 안으로 연장하도록 배치된다. 구멍(58)은 크랭크 휠(52)에 편심으로 위치되고 구동 샤프트(54)로부터 횡 방향으로 변위된다.

니들 베어링(14)은 크랭크 핀(12)과 로드(7) 사이의 마찰을 감소시키는데 사용될 수 있다. 한 쌍의 축 와셔(13a, 13b)는 로드(7)와 각각의 좌우측 크랭크 샤프트 절반부(8, 9) 사이에 소정의 공간을 제공하도록 크랭크 핀(12) 상에 장착될 수 있다.

크랭크 핀(12)은 일반적으로 원통형 좌측 크랭크 휠(55)의 제1 측면으로부터 외향으로 연장된다. 제2 핀(60)은 좌측 크랭크 휠(55)의 다른 측면의 중심으로부터 크랭크케이스 하우징(4) 안으로 연장된다. 좌측 크랭크 휠(55)은 크랭크케이스 하우징(4) 내측에 장착되어 축 정렬된 핀(60)을 중심으로 회전하도록 배치된다. 제2 핀(60)은 좌측 크랭크 휠(55)에 대한 고정 회전축을 제공하도록 크랭크케이스 하우징(4)에 장착된다. (도시되지 않은) 플라이휠(flywheel)은 핀(60)에 장착될 수 있다. 크랭크케이스 하우징(4)은 플라이휠 커버(5)에 의해 밀봉된다.

내연기관(44)이 조립될 때, 피스톤 하우징(1)은 엔진 블록(3)의 단부(83)에 연결된다. 크랭크케이스 하우징(4)은 엔진 블록(3)의 하부 측면(65)에 장착된다.

실린더(1)에서 피스톤(2)의 왕복 운동은 크랭크 핀(12)을 원형으로 움직이고, 이것은 핀(60)에 의해 한정된 중심축을 중심으로 좌측 크랭크 휠(55)을 회전시킨다. 구멍(58) 내부로 연장된 상태에서의 크랭크 핀(12)의 원 운동은 구동 샤프트(54)에 의해 한정된 중심축을 중심으롤 우측 크랭크 휠(52)의 회전 운동을 야기시켜 우측 크랭크 휠(52)을 회전시킨다. 이 장치는 피스톤(2)이 실린더 하우징(1) 내에서 왕복 운동하게 하여 좌우측 크랭크 샤프트 조립체(8, 9)의 회전 운동을 발생시킨다. 좌우측 크랭크 샤프트 조립체(8, 9)의 회전축은 실린더 하우징(1)에서 피스톤(2)의 왕복 운동 방향에 수직이고, 이것은 왕복 엔진 구조물의 종래의 특징이다.

도1에서, 한 쌍의 균형추(11a, 11b)는 좌측 크랭크 휠(55)에 장착될 수 있다. 유사한 방식으로 (도시되지 않은) 한 쌍의 균형추는 우측 크랭크 휠(52)에 장착될 수 있다.

기동 기어(16)는 엔진 블록(3)의 원통형 리세스(64) 내에 장착된다. 기동 기어(16)는 외부 림 상에 형성된 기어니(66)를 갖는 얇은 원통형 구조물이다. 구동 샤프트(54)은 기동 기어(16)의 중심의 구멍(68)을 관통하여 연장한다. 기동 모터(15)는 엔진 블록(3)의 원통형 통로(70)를 관통하여 연장하도록 배치된 출력 샤프트(69)를 갖는다. 도3 및 도5에 최상으로 도시된 바와 같이, 기동 모터(15) 상의 플랜지(73)는 모터(44)가 완전히 조립될 때 엔진 블록(3)의 하부 측면 상에 유사한 플렌지(75)에 연결된다.

기동 벤딕스(20)는 엔진 블록(3)의 리세스(72)에 장착되어 기동 출력축(69)에 연결되도록 배치된다. 상기 벤딕스는 기동 모터(15)에 전력을 인가할 때 기동 기어니(66)에 결합하는 기어니(74)를 갖는다. 따라서, 기동 출력 샤프트(69)의 회전은 크랭크 샤프트 조립체(50)의 기동 기어(16)로 전달되고, 이것은 차례로 피스톤(2)을 운동시켜 엔진(44)을 기동하게 한다.

구동 샤프트(54)는 엔진(44)이 조립될 때 엔진 블록(3)의 단부(63) 근처의 원통형 구멍(62) 안으로 연장하도록 배치된다. 구동 샤프트(54)는 기동 기어(16)를 관통해서 연장하고, 구동 풀리(17)는 구동 샤프트(54)의 단부에 장착된다. 벨트 가이드(19)는 구동 풀리(17) 상에 장착된 구동 벨트(18)의 측면들이 기동기어(16)와 벨트 가이드(19) 사이에 있도록 구동 풀리(17)에 장착된다. 후방 풀리(22)는 엔진 블록(3)에 장착된 샤프트(80)에 장착된다. 시일(24)은 후방 풀리(22)와 베어링 하우징 커버(25) 사이의 샤프트(80)에 장착된다. 베어링(26)은 베어링 하우징(27) 내측에 장착되도록 배치된다. 베어링 하우징(27)은 엔진 블록(3)의 원통형 리세스(82)에 장착되도록 배치된다.

풀리(17, 22)와 벨트(18)의 배치는 핀(54)으로부터 평행 샤프트(80)까지 엔진(44)의 출력을 전달하는 수단을 제공한다. 구동 풀리(17), 후방 풀리(22) 및 벨트(18)의 조합은 샤프트(80)에 전달된 토오크를 조절할 때 휘어질 수 있다. 구동 샤프트(54), 구동 풀리, 구동 벨트(18), 후방 풀리(22), 샤프트(80), 기어(82) 및 기어(80)는 전동장치(83)를 포함한다.

그러나, 본 발명(83)은 상술되고 도면에 도시된 풀리와 벨트의 조합으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 플리(17, 22)와 벨트(18) 대신에, 본 발명은 (도시되지 않은) 기어 구동 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전동장치는 핀(54)과 샤프트(80)에 각각 장착된 (도시되지 않은) 제1 쌍의 베벨 기어를 포함할 수 있다. 제1 쌍의 베벨 기어와 맞물린 (도시되지 않은) 제2 쌍의 베벨 기어를 지지하는 (도시되지 않은) 샤프트는 엔진 출력을 핀(54)으로부터 평행 샤프트(80)까지 전달하도록 블록(3)에 장착될 수 있다.

기어(28)는 샤프트(80)의 단부에 장착되도록 배치된다. 엔진(44)의 작동은 구동 풀리(17)의 회전을 야기시켜 벨트(18)를 구동한다. 벨트(18)는 후방 풀리(22)를 구동하여 샤프트(80)가 회전하도록 한다. 샤프트(80)는 구동샤프트(54)에 평행하다. 원통형 구멍(84)은 엔진 블록(3)의 타단부(86)에 형성된다. 구멍(84)은 샤프트(80)의 축에 수직이고 실린더 하우징에서 피스톤(2)의 왕복 운동 방향에 평행하다. 기어(90)는 구멍(84) 내부로 연장하도록 배치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 기어(90)는 기어(28)의 회전이 기어(90) 및 기어(90)와 연결된 출력 샤프트(92)에 전달되도록 기어(28)와 맞물린다. 도1 및 도2에 도시된 실시예에서, 기어(28, 90)는 베벨 기어이다. 상기 구동 풀리, 구동 벨트(18) 및 후방 풀리(22)는 엔진(44)이 완전히 조립될 때 엔진 블록(3)의 상부의 리세스(85)에 위치된다. 전동장치 커버(6)는 본 기술분야의 공지된 방식으로 (도시되지 않은) 나사형 리세스에 고정된 적절한 볼트(88)에 의해 엔진 블록(3)에 고정된다.

특히, 엔진은 전형적으로 출력이 최대인 약 7500 내지 9000 rpm의 회전 속도를 갖는다. 전형적인 피스톤 변위는 약 200 cc 내지 500cc의 범위 내이며, 이것은 2행정 구성에서 각각 약 25 내지 65 마력(hp)의 최대 동력을 발생시킨다. 선박의 적용예에서, 엔진(44)은 도7에 개략적으로 도시된 바와 같이 젯트 펌프(110)를 구동시키는데 사용될 수 있다. 이러한 적용예에 적절한 전형적인 젯트 펌프는 3000 내지 4000 rpm의 범위의 회전 속도에서 최대 효율로 작동한다. 구동 풀리(17) 및 후방 풀리(22)의 직경은 젯트 펌프[또는 출력 샤프트(92)에 부착된 다른 장치]를 최대 효율로 작동시키는데 필요한 속도로 출력 샤프트(92)를 구동시키는 동시에 엔진(44)이 최고 출력을 위한 속도로 작동하도록 하는 비율을 갖도록 선택될 수 있다. 구동 풀리(17) 및 후방 풀리(22)의 직경은 젯트 펌프가 최대 효율을 제공하는 속도에서 작동하는 동시에 엔진(44)이 최고 토크 출력을 위한 속도로 작동하게 하는 비율을 갖도록 선택될 수 있다.

엔진(44)의 구조는 그 자체가 구동되는 장치에 조화를 이루기에 용이한 구성을 맞는다. 전동장치 커버(6) 및 풀리(17, 22)가 제거시키고 이것들을 적절한 직경 비율을 갖는 풀리 및 선택된 풀리의 직경에 대한 적절한 길이의 벨트(18)로 대체할 필요가 있다.

도3 내지 도7은 샤프트(92)의 출력 단부에 연결된 커플링(103)을 도시한다. 커플링(103)은 엔진(44)의 출력을 엔진(44)에 의해 구동되는 (도시되지 않은) 젯트 펌프 또는 다른 장치에 연결하도록 고안된다. 엔진(44)은 도7에 도시된 바와 같이 젯트 펌프에 단부 대 단부로 정렬된 샤프트 출력(92)을 갖는 커플링(103)을 통해 젯트 펌프(110)에 양호하게 연결된다. 엔진(44)은 미국 특허 제5,582,529호에 개시된 방식으로 젯트 펌프를 구동하도록 배치된다. 브라킷(104, 106, 108)은 엔진(44)이 사용되는 개인 선박 또는 다른 장치의 (도시되지 않은) 엔진 격실에 엔진(44)을 장착하는 수단을 제공하도록 엔진 블록(3)에 연결된다.

본 발명은 본 명세서에 설명하고 도시한 전동장치(83)의 특정 구조에 제한되지 않는다. 구동 샤프트(54)에서 수직 샤프트(92)까지 회전 에너지를 전달하는 임의의 회전 동력 전달 조립체가 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 기본 특징은 엔진의 2행정과 4행정 버전 모두에 합체될 수 있다.

샤프트(92)는 바람직하게는 실린더 하우징(1)에서 피스톤(2)의 운동 방향에 평행하다. 따라서, 엔진(44) 출력의 회전축은 엔진에서 피스톤(2)의 운동 방향에 평행하다. 이러한 특징은 엔진(44)이 모터식 수상 스키와 같은 저 단면 구성에 사용될 수 있도록 작은 높이를 갖게 한다. 본 명세서에서 사용된 "높이"는 기동 모터(15)의 최저부 엣지(100)에서 전동장치 커버(6)의 상부 엣지(102)까지의 거리를 의미한다. 25 내지 65 마력(hp)의 출력을 발생시키는 약 250 내지 550cc의 피스톤 변위를 갖는 엔진의 실시예에서, 상기 엔진 높이는 통상 약 6.5 인치이다. 엔진(44)은 통상 약 10 인치의 폭과 21 인치의 길이를 갖는다.

Claims (3)

1. 다수의 원통형 통로(7, 62, 82)를 갖는 엔진 블록(3)과,

   상기 엔진 블록(2)에 대해 소정의 방향으로 왕복식으로 운동하도록 배치된 피스톤(2)과,

   상기 엔진 블록(3)의 제1 원통형 통로(62) 내에 장착되고, 피스톤(2)에 연결되고, 피스톤(2)에 의해 피스톤(2)의 운동방향에 수직한 제1 축을 중심으로 하는 회전운동식으로 구동되도록 배치된 구동 샤프트(54)와,

   상기 구동 샤프트(54)에 장착된 구동 풀리(17)와,

   상기 구동 풀리(17)에 장착된 벨트(18)와,

   상기 엔진 블록(3)의 제2 원통형 통로(82)에 장착된 풀리 샤프트(80)와,

   상기 풀리 샤프트(80)의 제1 단부에 장착되고 벨트(18)에 의해 구동되도록 배치된 출력 풀리(22)와,

   상기 풀리 샤프트의 제2 단부에 장착되어 풀리 샤프트(80)와 동심 회전축을 갖는 제1 기어(28)와,

   상기 제1 기어(28)에 맛물리도록 배치되고 회전운동식으로 구동되어 상기 엔진이 피스톤(2)의 왕복운동방향에 평행한 출력 축을 중심으로 회전 출력을 생성할 수 있게 하는 제2 기어(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤(2)에 연결된 로드(7)와,

   제1 크랭크 휠(52)을 구비한 제1 크랭크 샤프트 조립체(8)와,

   제2 크랭크 휠(55)과, 이 제2 크랭크 휠(55)에 연결되고 피스톤(2)의 왕복운동이 크랭크 핀(12)을 원운동식으로 이동시키기 위해 로드(7)의 단부(43)의 통로를 통해 연장되도록 배치된 크랭크 핀(12)을 구비한 제2 크랭크 샤프트 조립체(9)를 포함하고,

   상기 구동 샤프트(54)는 제1 크랭크 휠(52)로부터 연장되어 제1 축을 중심으로 동심으로 회전하도록 배치되고, 상기 제1 크랭크 휠(52)은 구동 샤프트(54)로부터 횡방향으로 배치된 원통형 공동(58)을 갖고,

   상기 크랭크 핀(12)은 크랭크 핀(12)의 회전운동이 제2 크랭크 휠(55)이 회전할 때 제1 크랭크 휠(52) 및 구동 샤프트(54)를 회전을 야기시키도록 제1 크랭크 휠(8)의 원통형 공동(58) 안으로 연장되도록 배치된 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제1항에 있어서, 상기 엔진 블록(3)에 장착되고 피스톤(2)을 수용하도록 배치된 실린더 하우징(1)을 포함하고, 상기 실린더 하우징(1)은 실린더 하우징(1)의 대향측 상에 위치된 흡기 포트(45) 및 배기 포트(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.