KR200311731Y1 - 소형 4사이클 엔진 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 소형 4사이클 엔진에 관한 것으로서, 피스톤(21)과, 상기 피스톤(21)이 왕복동 가능하게 수용된 실린더(10)와, 상기 실린더(10)에 고정되어, 상기 피스톤(21)의 왕복동에 의해 회전운동을 하는 크랭크축(23)이 수용되는 크랭크실(24a)을 형성하는 크랭크케이스(20)와, 상기 실린더(10)의 상사점 영역에 고정되어 흡기 및 배기밸브(13,14)의 밸브구동부가 수용되는 밸브구동실(17a)을 형성하는 실린더헤드커버(40)와, 윤활유를 수용하며 상기 크랭크실(24a)과 연통되는 유류실(32a)과, 상기 크랭크실(24a)과 밸브구동실(17a)을 연통시키는 급유로(38a)와, 상기 밸브구동실(17a)과 유류실(32a)을 연통시키는 복귀유로(70a,70b)를 가지며, 상기 복귀유로로부터 분기된 분기유로(71a,71b,72a,72b)와, 상기 크랭크실(24a)과 연통된 회수유로(78a,78b)와, 상기 분기유로(72a,72b)와 회수유로(78a,78b) 사이에 개재되는 밸브실(75a,75b)과, 상기 밸브실(75a,75b)에 수용되어 상기 크랭크실(24a)의 부압상태에서 개방되고 정압상태에서 차단되는 원웨이밸브(80)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 소형 4사이클 엔진의 원활한 오일의 순환을 달성할 수 있다.

Description

소형 4사이클 엔진{small 4stroke engine}

본 고안은, 소형 4사이클 엔진에 관한 것이다.

예초기 등 휴대용 작업기의 동력원으로 널리 이용되는 소형 4사이클 엔진의 예로는 대한민국 공개특허공보 특2000-0005881호에 개재되어 있다.

종래의 소형 4사이클 엔진은, 도1과 도2에 도시한 바와 같이, 통상의 4사이클 엔진과 마찬가지로 피스톤(124)이 왕복동 가능하게 수용된 실린더(112)와 실린더(112)에 고정되어 피스톤(124)의 왕복동에 의해 회전운동하는 크랭크축(120)이 수용되는 크랭크실(116)을 형성하는 크랭크케이스(114)를 가지며, 실린더(112)의 상사점 영역에는 밸브구동실이 마련되어 흡기 및 배기밸브(127,128)가 수용되어 있다.

이러한 소형 4사이클 엔진은 사용자의 휴대상태에서 동작하는 경우가 많기 때문에 직립상태로부터 기울어지거나 전도된 상태에서도 원활히 동작되어야 한다. 그래서 엔진의 경사상태에 관계없이 밸브구동실의 윤활이 안정적으로 유지될 수 있도록 하기 위해, 피스톤의 왕복동에 따른 크랭크실의 압력변화를 이용하여 윤활용 오일의 강제급송 및 회수를 도모하고 있다.

도1 및 도2의 종래 소형 4사이클 엔진은 그러한 강제 윤활을 위하여, 윤활유를 수용하며 크랭크실(116)과 연통되는 유류실(118), 크랭크실(116)과 밸브구동실(134)을 연통시키는 급유로(140) 및 밸브구동실(134)과 유류실(118)을 연통시키는 복귀유로(184)를 갖는다. 피스톤(124)이 왕복운동을 하면 크랭크실(116)의 내부에는 압력변동이 생긴다. 피스톤의 상승에 따라 크랭크실(116)이 부압상태로 되면 크랭크실(116)과 유류실(118) 사이에 차압이 생겨 유류실(118)에 침지되어 있는 흡입부(140)와 흡입부와 연통하는 크랭크축(120)의 흡유로(146)를 통해, 유류실(118)의 오일이 크랭크실(116)로 흡입된다. 피스톤의 하강에 의해 크랭크실(116)이 정압상태가 되면 크랭크실(116) 내의 오일은, 크랭크실(116) 하부에 설치되어 크랭크실(116)의 정압상태에서 개방되고 부압상태에서 차단되는 리드밸브(170)를 통과하여 급유로(172)를 따라 밸브기어실(130)을 거쳐 밸브구동실(134)에 도달한다.

밸브구동실(134)에 도달한 오일은 유류실(118)과 연통된 복귀유로(184)를 통해 자중(自重) 및 밸브구동실(134)과 유류실(118)의 압력차에 의해 유류실(118)로 회수된다.

복귀유로(184)는 피스톤(124)이 상사점 위치에 있을 때, 피스톤(124)의 스커트부 바로 아래 부분에서 실린더내부공간(124B)과 연통된 회수유로(184B)와 바이패스 형태의 연통로(184A) 및 분기유로(184C)로 분기되어 있다. 피스톤(124)이 상사점에 이르면 회수유로를 통해 밸브구동실(134)에서 복귀되는 오일이 크랭크실(116)과 일체로 이루어진 실린더내부공간(124B)으로 재공급되고 피스톤(124)이 하강하면 회수유로(184B)는 피스톤(124)에 의해 차단되고 오일은 복귀유로(184)와 분기유로(184C)를 통해 유류실(118)로 복귀한다.

엔진의 전도 등과 같은 이유에 의해 유류실(118)의 오일이 복귀유로(184)와 회수유로(184B)를 통해 실린더내부공간(124B)과 밸브구동실(134)로 역류하는 경우가 발생할 수 있다. 역류가 발생하면 실린더내부공간(124B)과 밸브구동실(134)에 오일이 과다하게 공급될 수 있다. 과량의 역류 오일은 피스톤(124)과 흡기 및 배기밸브(127,128)의 작동에 부정적인 영향을 미칠 수가 있고, 일부는 피스톤(124)과 흡기 및 배기밸브(127,128)의 슬라이딩 가능한 지지부를 통하여 연소실 내로 유입되어 연소불량 및 매연발생 등의 문제를 일으킬 수가 있다. 이를 방지하기 위하여 유류실(118)로 통하는 복귀유로(184)의 말단영역에 체크밸브실(1110)을 마련하고 체크밸브실(1110)의 내부에 구형의 밸브체(1100)를 수용하여, 엔진 정립 시에는 복귀유로(184)를 개방하여 오일의 복귀를 허용하고, 엔진이 전도되거나 경사졌을 때는 복귀유로(184)를 차단하여 유류실(118)의 오일이 복귀유로(184)와 회수유로(184B)를 통해 실린더내부공간(124B)이나 밸브구동실(134)로 역류하는 것을 차단하도록 하고 있다.

그런데, 구형의 밸브체(1100)는 체크밸브실(1110) 내에서 유동하므로 진동이나 외력의 작용에 의해 적절한 개폐기능을 유지하지 못할 수가 있으며, 체크밸브실(1110) 내부의 표면 거칠기와 엔진의 경사상태에 따라서는 개폐작동이불확실해질 가능성도 있다.

한편 종래의 소형 4사이클 엔진의 오일흡입부(140)는 유연성을 가진 흡입호스(142)와 호스의 선단에 설치된 웨이트(143)로 구성되어, 웨이트(143)의 자중에 의해 호스의 선단이 항상 오일 속에 잠기게 되어 있다.

그런데, 이러한 오일흡입부(140)는, 엔진의 요동에 따라 흡입호스(142)가 지속적으로 운동하게 됨에 따라 호스 고정부와 작동부 사이의 연결부분 열화되어 호스의 꺾임이나 파손이 생길 수 있어 오일의 공급이 불확실해질 우려가 있고, 구조 또한 복잡하다.

따라서 본 고안은, 엔진의 경사상태 여하에 관계없이 원활한 오일의 순환을 달성할 수 있는 소형 4사이클 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 소형 4사이클 엔진의 정단면도이고,

도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이고,

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 소형 4사이클 엔진의 정단면도이고,

도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이고,

도 5는 본 고안의 실시예에 적용된 원웨이밸브(80)의 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 17a : 밸브구동실

20 : 크랭크케이스 21 : 피스톤

22 : 커넥팅로드 23 : 크랭크축

24a : 크랭크실 26a, 27a, 28a: 흡유로

30 : 오일팬 31 : 흡입호스

32a : 유류실 33 : 리드밸브

34 : 하부벽체 38a : 급유로

40 : 실린더헤드커버 50 : 에어클리너

70a,70b : 주복귀유로 71a,71b,72a,72b : 분기유로

73a,73b : 복귀오일개구부 80 : 원웨이밸브

78a,78b : 회수유로 79b : 제2복귀유로

75a,75b : 밸브실 90 : 머플러

상기의 목적은, 본 고안에 따른, 피스톤(21)과, 피스톤(21)이 왕복동 가능하게 수용된 실린더(10)와, 실린더(10)에 고정되어 피스톤(21)의 왕복동에 따라 회전운동을 하는 크랭크축(23)을 수용하는 크랭크실(24a)이 형성되어 있는 크랭크케이스(20)와, 실린더(10)의 상사점 영역에 고정되어 흡기 및 배기밸브(13,14)의 밸브구동부가 수용되는 밸브구동실(17a)을 형성하는 실린더헤드커버(40)와, 윤활유를 수용하며 크랭크실(24a)과 연통되는 유류실(32a)과, 크랭크실(24a)과밸브구동실(17a)을 연통시키는 급유로(38a)와, 밸브구동실(17a)과 유류실(32a)을 연통시키는 복귀유로(70a,70b)로 구성되고, 피스톤(21)의 왕복운동으로 발생한 크랭크실(24a)의 압력변동에 의해 유류실(32a)로부터 오일을 흡입하여 각 부의 윤활을 행하고, 밸부구동실(17a)로 이송시켜, 밸브구동실(17a)과 유류실(32a)을 연통하는 복귀유로(70a,70b)로 오일을 순환시키는 소형 4사이클 엔진에 있어서, 복귀유로(70a,70b)로부터 분기된 분기유로(71a,71b,72a,72b)와, 크랭크실(24a)과 연통된 회수유로(78a,78b)와, 분기유로(72a,72b)와 회수유로(78a,78b)사이에 밸브실(75a,75b)을 개재시키고, 밸브실(75a,75b)에 크랭크실(24a)의 부압상태에서 개방되고 정압상태에서 차단되는 원웨이밸브(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 4사이클 엔진에 의해 달성된다.

그리고 원웨이밸브(80)는 밸브실(75a,75b)의 벽에 고정되는 밸브고정부(82)와, 밸브고정부(82)로부터 오일의 유동방향을 따라 단면이 점진적으로 축소되며 선단영역에 오일이 통과하는 절개부(84)가 있는 깔때기모양의 밸브작동부(83)를 갖는 형상으로 하고, 밸브고정부(82)는 원통형상의 반경방향으로 연장되어 실린더(10)와 크랭크케이스(20) 사이에 개재되는 플랜지(81)를 가지며, 가요성 재질로 되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 고안에 대해 상세히 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 소형 4사이클 엔진의 정단면도이고, 도4는 도3에서 부호Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 소형엔진은 통상의 4사이클 엔진과 마찬가지로 피스톤(21)과, 피스톤(21)이 왕복동 가능하게 수용된 실린더(10)와, 피스톤(21)과 연결되어 회전운동을 하는 크랭크축(23)과, 크랭크축(23)이 수용되어 회전가능하게 지지되는 크랭크실(24a)을 형성하는 크랭크케이스(20)를 갖는다. 그리고, 크랭크케이스(20)의 하부에는 윤활용 오일을 수용하는 유류실(32a)이 크랭크실(24a)과 연통되도록 배치되어 있다.

실린더(10)의 좌측에는 실린더 내의 연소실에 연료공기혼합기를 공급하는 기화기와 기화기로 공기를 공급하는 에어클리너(50)가 마련되어 있고, 실린더(10)의 우측에는 엔진 연소가스의 정화와 소음을 위한 머플러(90)가 설치되어 있다.

실린더(10) 상부에는 에어클리너(50) 및 머플러(90)와 각각 연통하는 흡기포트(11a) 및 배기포트(12a)가 형성되어 있고, 이들 각 포트와 연통되어 이들 포트로부터 연료공기혼합기를 흡입, 연소 및 배기를 행하는 연소실(18a)이 형성되어 있으며, 연소실(18a)과 각 포트의 연통상태를 제어하는 흡기 및 배기밸브(13,14)가 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다.

흡기 및 배기밸브(13,14)는 실린더(10)의 상부 공간과 실린더(10)에 단단히 부착된 실린더헤드커버(40)로 형성된 밸브구동실(17a)에 수용되며, 크랭크축(23)과 연결된 밸브기어부에 의해 구동된다.

밸브기어부는 크랭크축(23)과 결합된 밸브구동기어와, 밸브구동기어와 맞물린 캠기어와, 캠기어에 형성된 캠의 형상을 추종하여 움직이는 푸시로드(16) 등으로 이루어지고, 이들 각 구성부품은 실린더(10)와 크랭크케이스(20)의 측부에 형성되어 일단이 밸브구동실(17a)과 연통되는 밸브기어실(19a) 내에 수용된다. 밸브기어실(19a)의 타단은, 일단이 밸브기어실(19a)로 개방되고 타단이 리드밸브실(37a)로 관통 형성된 급유로(38a)와 리드밸브(33)가 수용되는 리드밸브실(37a)과 크랭크실(24a) 하부에 부착되어 크랭크실(24a)의 압력에 따라 작동하는 리드밸브(33)를 통해 크랭크실(24a)과 연통된다.

크랭크케이스(20)의 하부에 감싸고 있는 오일팬(30)과, 크랭크케이스(20)의 크랭크실(24a) 하부에 고정되어 리드밸브실(37a)을 형성하는 하부벽체(30)에 의해 밀폐공간으로 형성되어 오일이 저류되는 유류실(32a)에는 일단이 유류실(32a)로 개방되고 타단이 크랭크실(24a)로 관통 형성된 흡유로(28a)와 흡유로(28a)에서 연장된 니플(36)과 연통된 된 흡입호스(31)가 설치되어 있다. 흡입호스(32)는 하부벽체에 형성된 흡입호스고정부(35)에 고정된다.

흡유로(28a)는 크랭크축(23)의 반경방향으로 형성된 세로방향 흡유로(27a)와 세로방향 흡유로(27a)에 연속하여 크랭크축(23)의 중심 근방에서 소정의 내경으로 외부와 관통되지 않도록 형성된 가로방향 흡유로(26a)에 의해 크랭크축(23)의 회전에 따라 크랭크실(24a)과 간헐적으로 연통된다.

그리고 밸브구동실(17a)은 실린더(10)와 크랭크케이스(20)에 설치된 대략 구성이 동일한 2개의 복귀유로(70a,70b,72a,72b,73a,73b)를 통해 유류실(24a)과 연통되어 있다. 복귀유로는 밸브구동실(17a)로부터 오일을 유류실로 복귀시키는 주복귀유로(70a,70b)와, 주복귀유로(70a,70b)에서 분기된 분기유로(71a,71b,72a,72b) 및 오일을 유류실로 복귀시키는 복귀오일개구부(73a,73b)로 구성된다.

분기유로(71a,71b)는 크랭크실(24a)의 압력에 따라 작동하는 원웨이밸브(80)를 수용하는 밸브실(75a,75b)과, 크랭크실(24a)과 연통된 오일회수유로(78a,78b)를 통해 크랭크실(24a)과 연통된다.

도5는 밸브실(75a,75b)에 수용된 원웨이밸브(80)의 사시도이다. 원웨이밸브(80)는 밸브실(75a,75b)에 고정되는 밸브고정부(82)와 밸브작동부(83)로 구성된다. 밸브고정부(82)는 밸브실(75a,75b)의 형상과 대체로 동일한 외형을 가지며 원통형으로 되어있고, 밸브고정부(82)의 선단에는 원통형상의 반경 방향으로 연장된 플랜지(81)가 있다. 플랜지(82)는 크랭크케이스(20)와 실린더(10) 사이에 개재되어 상기 밸브실(75a,75b)에 단단히 고정된다. 밸브작동부(83)는 원통형상을 따라 단면이 점진적으로 축소되는 깔때기형상으로 선단영역에 오일이 통과하는 절개부(84)가 설치되어 있다.

그리고 실린더헤드커버(40) 내의 공간은 브리더호스(43)를 통해 에어클리너(50)에 설치된 브리더실(51a)과 연통되어 있고, 브리더실(51a)은 체크밸브(52), 리턴호스(53), 노즐(54) 및 제2복귀유로(79b)를 거쳐 분기유로(71b)로 연통되어 있다.

이상과 같은 구성을 가진 본 실시예의 소형 4사이클 엔진은, 피스톤(21)의 왕복동에 의해 크랭크실(24a)에 압력변화가 생긴다. 즉 피스톤(21) 상승 시에는 크랭크실(24a)이 감압되어 부압상태가 되고, 하강 시에는 크랭크실(24a)이 승압되어 정압상태가 된다.

크랭크실(24a)이 부압상태가 되면, 크랭크실(24a)과 유류실(32a) 사이에 차압이 생겨 유류실(32a)에 저장된 오일은 유류실(32a)과 연통된흡유로(26a,27a,28a) 및 흡입호스(31)를 통해 크랭크실(24a)로 이송된다. 크랭크실(24a)로 이송된 오일은 크랭크웨브(29)에 전달되어 그 단부로부터 크랭크실(24a)의 내벽에 비산되어 그 중 일부는 오일분무(oil mist)가 된다. 이 오일분무는 크랭크축(23)이나 피스톤(21) 및 크랭크실(24a) 내의 각 부품을 윤활한다. 크랭크실(24a)이 정압상태이면, 리드밸브(33)의 밸브 플레이트의 밸브구멍이 개방되어 승압된 공기와 함께 크랭크실(24a)에 모인 오일분무가 크랭크실(24a)로부터 리드밸브(33) 및 리드밸브실(37a)을 거쳐 급유로(38a)로 이송된다. 급유로(38a)로 이송된 오일분무는 밸브구동부의 각 부품을 윤활시키면서 밸브구동실(17a)로 이송된다.

밸브구동실(17a)에 도달한 오일분무는 오일과 공기로 분리되고, 분리된 공기는 실린더헤드커버(40)의 개구부로부터 브리더호스(43)를 통해 에어클리너(50)로 개방되며, 개방된 공기 중의 오일 분무는 에어클리너 내에 설치된 브리더실(51a)과, 복귀유로(79b)의 오일이 브리더실(51a)로 역류할 수 없도록 설치된 체크밸브(52)와, 리턴호스(53) 및 노즐(54)을 거쳐 제2복귀유로(79b)를 통해 분기유로(71b)로 회수된다. 밸브구동실(17a)에서 분리된 오일은 일단이 밸브구동실(17a)과 연통되고 타단이 유류실(32a)로 연통된 대략 동일한 구성의 2개의 복귀유로(70a,70b)로 유입된다. 복귀유로(70a,70b)로 유입된 오일은 분기유로(72a,72b)를 통해 분기유로(72a,72b)와 회수유로(78a,78b)사이에 개재되는 밸브실(75a,75b)에 수용된 원웨이밸브(80)에 이르게 된다. 원웨이밸브(80)의 밸브작동부(83)는 크랭크실(24a)의 압력에 연동하여 개폐된다. 즉 크랭크실(24a)이 정압상태로 되면 원웨이밸브(80)가 차단되어 밸브구동실(17a)로부터 회수된 오일은분기유로(71a,71b,72a,72b) 및 복귀오일개구부(73a,73b)를 거쳐 유류실(32a)로 복귀되고, 크랭크실(24a)이 부압상태로 되면 원웨이밸브(80)의 작동부(83) 선단에 설치된 절개부(84)가 개방되어 밸브구동실(17a)로부터 회수된 오일의 일부는 회수유로(78a,78b)를 거쳐 크랭크실(24a)로 재공급된다.

본 실시예에서는, 원웨이밸브(80)는 밸브실(75a,75b)의 벽에 고정되며 밸브고정부(82)와 오일의 유동방향을 따라 연장되어 선단에 가까워질수록 단면이 점진적으로 축소되는 깔때기모양의 밸브작동부(83)와 선단에 오일이 통과하는 절개부(84)를 가진 가요성 재질로 만들어진 것을 사용하였으나, 상기 이외에도 이와 동등한 기능이 있는 리드밸브와 플랩형(flap) 일방향밸브, 원통형 또는 구형, 원추형의 작동부를 가지며 상기 크랭크실(24a)의 압력이 부압이면 개방되고 정압이면 차단되는 형태로 작동되는 일방향밸브를 사용하는 것도 가능하다.

본 고안은, 소형 4사이클 엔진에 있어서, 크랭크실의 압력변동에 의하여 오일의 강제적인 회수 및 복귀를 가능하게 함으로써, 엔진의 전도를 포함하는 모든 경사상태에서 원활한 오일 순환을 달성할 수 있다.

Claims (3)

1. 피스톤(21)과,

   상기 피스톤(21)이 왕복동 가능하게 수용된 실린더(10)와,

   상기 실린더(10)에 고정되어, 상기 피스톤(21)의 왕복동에 따라 회전운동을 하는 크랭크축(23)이 수용되는 크랭크실(24a)을 형성하는 크랭크케이스(20)와,

   상기 실린더(10)의 상사점 영역에 고정되어 흡기 및 배기밸브(13,14)의 밸브구동부가 수용되는 밸브구동실(17a)을 형성하는 실린더헤드커버(40)와,

   윤활유를 수용하며 상기 크랭크실(24a)과 연통되는 유류실(32a)과,

   상기 크랭크실(24a)과 밸브구동실(17a)을 연통시키는 급유로(38a)와,

   상기 밸브구동실(17a)과 유류실(32a)을 연통시키는 복귀유로(70a, 70b)를 갖는 소형 4사이클 엔진에 있어서,

   상기 복귀유로(70a,70b)로부터 분기된 분기유로(71a,71b,72a,72b)와,

   상기 크랭크실(24a)과 연통된 회수유로(78a,78b)와,

   상기 분기유로(72a,72b)와 회수유로(78a,78b)사이에 개재되는 밸브실(75a,75b)과,

   상기 밸브실(75a,75b) 내에 수용되어 상기 크랭크실(24a)의 부압상태에서 개방되어 상기 분기유로(72a,72b)와 상기 회수유로(78a,78b)를 연통시키고, 정압상태에서 차단되는 원웨이밸브(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 4사이클 엔진.
2. 제1항에 있어서,

   상기 원웨이밸브(80)는 가요성 재질로 만들어지며, 밸브실(75a,75b)의 벽에 고정되는 밸브고정부(82)와, 상기 밸브고정부(82)로부터 오일의 유동방향을 따라 단면이 점진적으로 축소되며 선단영역에 오일이 통과하는 절개부(84)가 있는 깔때기모양의 밸브작동부(83)를 갖는 것을 특징으로 하는 소형 4사이클 엔진
3. 제2항에 있어서,

   상기 밸브고정부(82)는 원통형상의 반경방향으로 연장되어 상기 실린더(10)와 상기 크랭크케이스(20) 사이에 개재되는 플랜지(81)를 갖는 것을 특징으로 하는 소형 4사이클 엔진.