KR200319755Y1

KR200319755Y1 - a variable stroke crank for a 4 cycle-engine

Info

Publication number: KR200319755Y1
Application number: KR20-2003-0011235U
Authority: KR
Inventors: 이용춘
Original assignee: 이용춘
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2003-07-12

Abstract

본 고안은 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 4사이클 엔진에 있어서 혼합가스의 폭발력을 통해 실린더의 내부를 왕복 운동하면서 크랭크샤프트에 동력을 전달하는 피스톤의 상사점 위치와 하사점의 위치를 가변할 수 있도록 엔진용 가변크랭크장치에 관한 것으로, 종래의 크랭크장치에 있어서는 폭발행정시에 팽창압력이 남았음에도 불구하고 피스톤(12')이 흡기행정시의 하사점 이하로 하강되지 못하고 상승되면서 그대로 배기행정이 진행되기 때문에 대략 20~30%의 에너지손실이 있게 되는 문제가 있게 되며, 배기행정시에 잔류 배기가스가 실린더 내부에 남았음에도 불구하고 피스톤(12')이 압축행정시의 상사점 이상으로 상승되지 못하고 하강되면서 그대로 흡기행정이 진행되기 때문에 잔류 배기가스에 의해 혼합기의 산소농도가 낮아지게 되어 열효율이 낮아지게 되고 불완전연소비가 높아지게 될 뿐 아니라 공해물질의 생성률이 높아지게 되는 문제가 있었던 바, 커넥팅로드(14)의 연결구멍(15)에 내접기어(16)를 형성하고, 내접기어(16)의 일측에 설치한 대직경 접속기어(21)에 크랭크샤프트(13)의 크랭크핀(13a)을 결합한 것 등을 특징으로 하는 본 고안에 의하면 피스톤(12)과 크랭크핀(13a) 사이의 축간거리를 흡기행정시보다 폭발행정시에 더 길게 할 수 있게 되므로 폭발행정시에 피스톤(12)의 하사점을 더욱 낮출 수 있게 되어 연소가스의 폭발압력을 최대한 동력화할 수 있게 되고, 압축행정시보다 배기행정시에 축간거리를 더 길게 할 수 있게 되므로 실린더에 잔류하는 배기가스를 저감할 수 있게 되어 새로 흡기되는 혼합가스에 미배출배기가스가 섞이는 것을억제할 수 있게 된다.The present invention is a four-cycle engine that converts thermal energy into mechanical work, so that the top dead center position and the bottom dead center position of the piston that transfers power to the crankshaft while reciprocating the inside of the cylinder through the explosive force of the mixed gas can be changed. The related art crank system, which in the conventional crank system, despite the inflation pressure remaining during the explosive stroke, the piston 12 'does not fall below the bottom dead center at the intake stroke and ascends the exhaust stroke as it is. Therefore, there is a problem that there is an energy loss of approximately 20 to 30%, and despite the remaining exhaust gas remaining inside the cylinder during the exhaust stroke, the piston 12 'does not rise above the top dead center of the compression stroke and descends. As the intake stroke proceeds as it is, the oxygen concentration of the mixer is lowered due to the remaining exhaust gas. As a result of lowering the rate and increasing the incomplete combustion rate and increasing the generation rate of pollutants, the internal gear 16 is formed in the connection hole 15 of the connecting rod 14, and the internal gear 16 According to the present invention characterized in that the crank pin 13a of the crankshaft 13 is coupled to the large diameter connecting gear 21 installed on one side of the axial distance between the piston 12 and the crank pin 13a. It can be made longer in the explosive stroke than in the intake stroke, so that the bottom dead center of the piston 12 can be further lowered during the explosive stroke, thereby maximizing the explosive pressure of the combustion gas, and exhausting more than the compressed stroke. Since the distance between the shafts can be increased during the stroke, it is possible to reduce the exhaust gas remaining in the cylinder, thereby suppressing the mixing of the unexhaust exhaust gas into the newly intake mixed gas.

Description

{A variable stroke crank for a 4 cycle-engine}

본 고안은 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 4사이클 엔진에 있어서 혼합가스의 폭발력을 통해 실린더의 내부를 왕복 운동하면서 크랭크샤프트에 동력을 전달하는 피스톤의 상사점 위치와 하사점의 위치를 가변할 수 있도록 엔진용 가변크랭크장치에 관한 것이다.The present invention is a four-cycle engine that converts thermal energy into mechanical work, so that the top dead center position and the bottom dead center position of the piston that transfers power to the crankshaft while reciprocating the inside of the cylinder through the explosive force of the mixed gas can be changed. It relates to a variable crank device for.

일반적으로 4사이클 엔진은 흡기밸브가 열려 있는 상태에서 피스톤이 상사점에서 하강하여 혼합가스가 실린더 안으로 흡입되는 흡입행정(Intake), 흡기밸브와 배기밸브가 닫혀 있는 상태에서 피스톤이 상승하여 혼합가스를 압축하는압축행정(Compression), 압축행정이 끝나는 상사점의 조금 전에 점화플러그를 통해 점화된 혼합가스가 연소하여 발생한 압력을 받아 피스톤이 내려가면서 커넥팅로드를 통해 피스톤과 연결된 크랭크샤프트에 회전력을 가하는 폭발행정(Explosion), 배기밸브가 열려있는 상태에서 피스톤이 상승하면서 연소가스를 배출하는 배기행정(Exhaust)으로 이루어지는 것이 보통이다.In general, a four-cycle engine has an intake stroke where the piston descends from the top dead center with the intake valve open, and the piston rises while the intake valve and exhaust valve are closed. Compression to compress, Explosion to apply the rotational force to the crankshaft connected to the piston through the connecting rod as the piston descends under the pressure generated by the combustion of the mixed gas ignited through the spark plug just before the top of the top dead center of the compression stroke. It is common to consist of an exhaust stroke which exhausts combustion gas while the piston is raised while the exhaust valve is open.

한편 4사이클 엔진에 있어서 피스톤과 크랭크샤프트는 커넥팅로드를 통해 연결되는데, 도 1과 같이 커넥팅로드(14') 하단부의 연결구멍(15')이 크랭크샤프트(13')의 크랭크핀(13a')과 동심원상으로 접속된 종래의 크랭크장치에 있어서는 각 행정을 수행할 때에 피스톤과 크랭크핀 사이의 축간거리(L')가 동일하게 되므로 피스톤(12')이 최대로 상승하는 위치인 상사점의 위치가 압축행정 및 배기행정에서 각각 동일하게 되고, 피스톤(12')이 최대로 하강하는 위치인 하사점의 위치가 흡기행정과 폭발행정에서 각각 동일하게 된다.On the other hand, in a four-cycle engine, the piston and the crankshaft are connected via a connecting rod. As shown in FIG. 1, the connection hole 15 'at the lower end of the connecting rod 14' is formed on the crank pin 13a 'of the crankshaft 13'. In the conventional crank apparatus connected concentrically with each other, the position of the top dead center where the piston 12 'is at the position where the piston 12' is at the maximum rises because the axial distance L 'between the piston and the crank pin becomes the same at each stroke. Is the same in the compression stroke and the exhaust stroke, respectively, and the position of the bottom dead center, which is the position where the piston 12 'is lowered, is the same in the intake stroke and the explosion stroke, respectively.

따라서 종래의 크랭크장치에 있어서는 폭발행정시에 팽창압력이 남았음에도 불구하고 피스톤(12')이 흡기행정시의 하사점 이하로 하강되지 못하고 상승되면서 그대로 배기행정이 진행되기 때문에 대략 20~30%의 에너지손실이 있게 되는 문제가 있게 되며, 배기행정시에 잔류 배기가스가 실린더 내부에 남았음에도 불구하고 피스톤(12')이 압축행정시의 상사점 이상으로 상승되지 못하고 하강되면서 그대로 흡기행정이 진행되기 때문에 잔류 배기가스에 의해 혼합기의 산소농도가 낮아지게 되어 열효율이 낮아지게 되고 불완전연소비가 높아지게 될 뿐 아니라 공해물질의 생성률이 높아지게 되는 문제가 있었다.Therefore, in the conventional crank apparatus, despite the expansion pressure remaining during the explosive stroke, the exhaust stroke proceeds as it is while the piston 12 'does not fall below the bottom dead center at the intake stroke, so that the exhaust stroke proceeds to approximately 20 to 30%. There is a problem that there is an energy loss, and despite the remaining exhaust gas remaining inside the cylinder during the exhaust stroke, the piston 12 'does not rise above the top dead center of the compression stroke and ascends, the intake stroke proceeds as it is. Due to the residual exhaust gas, the oxygen concentration of the mixer is lowered, the thermal efficiency is lowered, the incomplete combustion rate is increased, and there is a problem that the generation rate of pollutants is increased.

본 고안은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 폭발행정시에 연소가스의 팽창압력이 낭비되지 않도록 하고, 배기행정시에 잔류 배기가스가 저감되도록 하는 것에 엔진의 효율을 향상시킬 수 있게 함은 물론 공해물질의 배출을 억제할 수 있도록 하는 4사이클엔진의 가변행정 크랭크장치를 제공하는 데에 있는 것이다.The present invention has been devised in view of the conventional situation as described above, and its purpose is to ensure that the expansion pressure of the combustion gas is not wasted during the explosive stroke and that the residual exhaust gas is reduced during the exhaust stroke. It is to provide a four-cycle variable stroke crank system that can improve and of course reduce emissions of pollutants.

도 1은 종래 크랭크장치의 각 행정시의 피스톤 위치변화 상태도1 is a piston position change state of each stroke of the conventional crank device

도 2는 본 고안의 한 실시예의 요부 사시도2 is a perspective view of main parts of an embodiment of the present invention;

도 3은 동 실시예의 요부 분해사시도3 is an exploded perspective view of main parts of the embodiment;

도 4는 동 실시예의 요부 정면도4 is a front view of main parts of the embodiment;

도 5는 동 실시예의 요부 분해 정면도5 is an exploded front view of main parts of the embodiment;

도 6은 동 실시예의 각 행정시의 피스톤 위치변화 상태도6 is a state diagram of changes in piston position at each stroke of the embodiment;

도 7은 동 실시예의 흡기행정과 압축행정 사이의 피스톤 위치변화 상태도Figure 7 is a state diagram of the piston position change between the intake stroke and the compression stroke of the embodiment

도 8은 종래 크랭크장치에 의한 피스톤 위치와 본 고안에 의한 피스톤 위치변화를 비교한 그래프Figure 8 is a graph comparing the piston position change according to the present invention and the piston position by the conventional crank device

도 9는 내접원에 구체가 자전 및 공전하는 상태도9 is a state in which the sphere rotates and revolves in the inscribed circle

도 10은 내접기어에서의 크랭크핀 위치변화에 따른 상사점의 변화상태도10 is a state diagram of the top dead center according to the position change of the crank pin in the internal gear

도 11a는 구체가 자전하면서 평면을 이동한 상태도11A is a state in which the sphere moves while the plane rotates

도 11b는 구체가 자전하면서 내접면을 이동한 상태도11B is a state in which the sphere is moved while the internal surface rotates

도 12는 내경 5r의 내접원에 3r의 구체가 설치된 상태도12 is a state in which a sphere of 3r is installed in an inscribed circle having an inner diameter of 5r;

도 13은 내경 3r의 구체가 450。 만큼 회전하면서 이동한 상태도13 is a state in which a sphere having an inner diameter 3r is moved while rotating by 450.

도 14a는 내경 5r의 내접원에 3r의 구체가 설치되어 자전 및 공전하는 상태도14A is a state diagram in which a sphere of 3r is installed and rotated and revolved in an inscribed circle having an inner diameter of 5r;

도 14b는 도 12a에서 3r 구체의 위치를 45。로 기울인 상태도FIG. 14B is a state diagram in which the position of the 3r sphere is tilted at 45 ° in FIG. 12A; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

11 : 실린더 12 : 피스톤11 cylinder 12 piston

13 : 크랭크샤프트 13a : 크랭크핀13: crankshaft 13a: crank pin

14 : 커넥팅로드 15 : 연결구멍14: connecting rod 15: connecting hole

16 : 내접기어 17 : 베어링16: internal gear 17: bearing

21 : 대직경 접속기어 22 : 소직경 접속기어21: large diameter connecting gear 22: small diameter connecting gear

23 : 소직경 연결기어23: small diameter connecting gear

본 고안은 상기의 목적을 달성하기 위하여 피스톤과 크랭크샤프트를 연결하는 커넥팅로드의 연결구멍 내주면에 내접기어를 형성하는 동시에 연결구멍의 내부 일측과 타측에 각각 내접기어에 기어결합되는 대직경 접속기어와 소직경 접속기어를 설치하고, 대직경 접속기어와 소직경 접속기어를 한 쌍의 소직경 연결기어로 접속하며, 대직경 접속기어의 내부에 크랭크샤프트를 삽입 설치하여 압축행정의 상사점보다 배기행정의 상사점을 높게 하고 흡기행정의 하사점보다 폭발행정의 하사점을 낮게 하는 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.The present invention is to form an internal gear on the inner circumferential surface of the connecting hole of the connecting rod for connecting the piston and the crankshaft to achieve the above object and at the same time a large diameter connecting gear which is geared to the internal gear on the inner side and the other side of the connecting hole, respectively; A small diameter connecting gear is installed, and a large diameter connecting gear and a small diameter connecting gear are connected by a pair of small diameter connecting gears, and a crank shaft is inserted into the large diameter connecting gear to exhaust the stroke stroke from the top dead center of the compression stroke. It is characterized in that the top dead center of the lower dead center of the explosion stroke than the bottom dead center of the intake stroke, characterized in detail below based on the accompanying drawings.

즉, 도 2에는 본 고안의 한 실시예의 요부 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 동 실시예의 요부 분해사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 동 실시예의 요부 정면도가 도시되어 있고, 도 5에는 동 실시예의 요부 분해 정면도가 도시되어 있는 바, 본 고안은 실린더(11) 내부를 상하방향으로 왕복 운동하는 피스톤(12)과 크랭크샤프트(13)가 커넥팅로드(14)를 통해 연결되는 4사이클 엔진의 크랭크장치에 있어서, 상단부가 피스톤(12)에 접속되는 커넥팅로드(14)의 하단부에 형성되는 연결구멍(15)의 내주면에 내접기어(16)를 형성하는 동시에 연결구멍(15)의 내부 일측과 타측에 각각 내접기어(16)에 기어결합되는 대직경 접속기어(21)와 소직경 접속기어(22)를 설치하고, 대직경 접속기어(21) 및 소직경 접속기어(22)의 상부와 하부에 판상의 베어링(17)을 설치하며, 상부 베어링(17) 및 하부 베어링(17)에 삽입 결합되는 한 쌍의 소직경 연결기어(23)로 대직경 접속기어(21)와 소직경 접속기어(22)를 접속하고, 대직경 접속기어(21)의 내부에 크랭크샤프트(13)의 크랭크핀(13a)을 삽입 설치하는 것에 의해 압축행정의 상사점보다 배기행정의 상사점을 높게 하고 흡기행정의 하사점보다 폭발행정의 하사점을 낮게 하여서 되는 것이다.That is, FIG. 2 is a perspective view of main parts of one embodiment of the present invention, FIG. 3 is an exploded perspective view of the main parts of the embodiment, FIG. 4 is a front view of the main parts of the embodiment, and FIG. An example main part exploded front view is shown, and the present invention is a crank of a four-cycle engine in which a piston 12 and a crankshaft 13 reciprocating up and down in a cylinder 11 are connected through a connecting rod 14. In the apparatus, the internal gear 16 is formed on the inner circumferential surface of the connecting hole 15 formed at the lower end of the connecting rod 14 whose upper end is connected to the piston 12, and at the same time, the inner side and the other side of the connecting hole 15 are formed. The large diameter connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22 geared to the internal gear 16 are respectively provided in the upper and lower portions of the large diameter connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22, respectively. Install plate bearings (17) The large diameter connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22 are connected to each other by a pair of small diameter connecting gears 23 which are inserted into the gear ring 17 and the lower bearing 17, and the large diameter connecting gears 21 are connected. By inserting the crank pin 13a of the crankshaft 13 into the inside of the c), the top dead center of the exhaust stroke is made higher than the top dead center of the compression stroke, and the bottom dead center of the explosion stroke is lower than the bottom dead center of the intake stroke. will be.

도시된 실시예에서 연결구멍(15)이 형성되는 커넥팅로드(16)의 하단 연결부위는 반원형의 상부체(15a)와 반원형의 하부체(15b)가 플랜지 결합된 형태로 되어 있으며, 그 상부체(15a) 및 하부체(15b)의 내주면 전방과 후방에 각각 내접기어(16)가 형성되어 있다.In the illustrated embodiment, the lower connection portion of the connecting rod 16 on which the connection hole 15 is formed has a shape in which a semicircular upper body 15a and a semicircular lower body 15b are flange-coupled to each other. Internal gears 16 are formed at the front and rear of the inner circumferential surface of the 15a and the lower body 15b, respectively.

그리고 크랭크샤프트(13)의 크랭크핀(13a)이 삽입 결합되는 대직경 접속기어(21)도 상부체(21a)와 하부체(21b)로 이루어지고, 그 상부체(21a) 및 하부체(21b)의 외주면 전방과 후방에 커넥팅로드 내접기어(16)와 대응되는 외접기어가 형성되어 있으며, 소직경 접속기어(22)의 외주면 전방과 후방 및 각 베어링(17)에 삽입 결합되는 각 소직경 연결기어(23)의 전방과 후방에도 커넥팅로드 내접기어(16)와 대응되는 외접기어가 형성되어 있다In addition, the large diameter connecting gear 21 into which the crank pin 13a of the crankshaft 13 is inserted and coupled also includes an upper body 21a and a lower body 21b, and the upper body 21a and the lower body 21b. External gears corresponding to the connecting rod internal gear 16 are formed at the front and rear of the outer circumferential surface thereof, and each small diameter connection is inserted into and coupled to the front and rear and the respective bearings 17 of the outer circumferential surface of the small diameter connecting gear 22. External gears corresponding to the connecting rod internal gear 16 are also formed in front and rear of the gear 23.

도면부호중 미설명부호 17a는 오일통로이다.Reference numeral 17a in the drawing denotes an oil passage.

이하 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter will be described the operation of the present invention.

도 9와 같이 고정된 원 속에 작은 구슬이 내접면을 따라 시계방향으로 자전을 한다면 작은 구슬은 내접면 속에서 자신이 자전한 거리만큼에 해당하는 반시계방향의 공전을 하게 된다.If a small bead rotates clockwise along the inscribed surface in a fixed circle as shown in FIG. 9, the small bead has a counterclockwise revolution corresponding to the distance rotated by itself in the inscribed surface.

4사이클 엔진에서 크랭크샤프트는 1행정마다 180。의 회전(자전)을 한다.In a four-cycle engine, the crankshaft rotates 180 ° per stroke.

도 9에서 작은 구슬을 크랭크샤프트의 크랭크핀이라 하고, 큰 원을 커넥팅로드라 한다면 크랭크핀도 작은 구슬처럼 스스로의 자전에 의해 공전을 하게 될 것이고 해당 공전위치에 따라 해당 비율만큼 피스톤의 위치가 가변되게 될 것이다.In FIG. 9, if a small bead is called a crankshaft of a crankshaft, and a large circle is a connecting rod, the crankpin will be rotated by its own rotation like a small bead. Will be.

이처럼 크랭크핀의 공전위치에 따라 커넥팅로드의 높이가 차이가 생기게 되므로 상사점의 도 10과 같이 높이가 달라지게 된다.As such, the height of the connecting rod is different according to the idle position of the crank pin, so that the height is changed as shown in FIG. 10 of the top dead center.

본 고안의 가변행정 크랭크장치는 도 10과 같이 크랭크샤프트(13)가 접속되는 커넥팅로드 연결구멍(15)의 직경을 크게 만들어 각 행정마다 180。씩의 자전을 하게 되는 크랭크핀(13a)의 편심공전에 의해 얻어지는 각도차이를 이용하여 피스톤의 높이를 변화시키는 것이다.The variable stroke crank device according to the present invention has a larger diameter of the connecting rod connecting hole 15 to which the crankshaft 13 is connected, as shown in FIG. 10, and rotates 180 ° for each stroke. The height of the piston is changed by using the angle difference obtained by the revolution.

커텍팅로드(14)의 연결구멍(15) 속에서 크랭크핀(13a)이 180。의 자전을 할 때에 90。의 편심공전을 이루어낸다면 4행정을 완료한 후에는 360。의 공전을 하므로 처음 위치로 돌아올 수 있다.If the crank pin 13a makes an eccentric revolution of 90 ° when the crank pin 13a rotates 180 ° in the connecting hole 15 of the connecting rod 14, the revolution of 360 ° is performed after the completion of four strokes. You can return to the location.

또는 크랭크핀(13a)이 180。의 자전을 할 때마다 270。의 편심공전을 하게 되어도 이 역시 360。- 90。에 해당하는 공전을 하는 결과이므로 이 역시도 4행정을 완료한 후에는 처음위치로 돌아올 수 있다.Or even if the crank pin 13a rotates 180 ° each time, the 270 ° eccentric revolution will result in a 360 ° -90 ° rotation.This is also the first position after completing the four strokes. I can come back.

본 고안에 있어서 크랭크핀(13a)이 180。로 회전(자전)할 때에 크랭크로드(14)의 연결구멍(15)속에서 270。의 편심공전을 하게 된다.In the present invention, when the crank pin 13a rotates (rotates) by 180 °, an eccentric revolution of 270 ° is performed in the connection hole 15 of the crank rod 14.

한편 도 11a와 같이 1R의 지름을 갖는 구체를 절대각도 360。로 회전시키면 1πR 만큼의 거리를 이동하게 되고, 내접면에 대한 각도 역시 360π로 회전한 것이 된다.(절대각도 X = 내접각도 C = 360。)On the other hand, as shown in FIG. 11A, when a sphere having a diameter of 1R is rotated at an absolute angle of 360 °, the distance is moved by 1πR, and the angle with respect to the internal surface is also rotated at 360π. (Absolute angle X = internal angle C = 360。)

만약 상기 구체를 도 11b와 같이 30。의 경사진 언덕으로 내접면에 대해 360。 회전시키면 똑같이 1πR 만큼의 거리를 이동하게 되지만 실제로 회전한 절대각도는 언덕의 경사율에 해당하는 30。를 덜 회전한 330。만 회전한 것이 된다.(절대각도 X = 330。, 내접각도 C = 360。)If the sphere is rotated 360 ° with respect to the inscribed surface with a 30 ° sloped hill as shown in FIG. 11B, the same distance is moved by 1πR, but the actual rotated angle is rotated less by 30 ° corresponding to the slope of the hill. Only one rotated 330 ° will be used (absolute angle X = 330 °, internal angle C = 360 °).

즉, 절대각도 330。의 회전만으로도 내접각도 360。 회전에 해당하는 1πR의 거리를 이동하게 된 것이며, 이는 내접각도에서 경사각도를 보상받은 것이다.(절대각도 X = 내접각도 C - 경사각도 Y, 330。 = 360。 - 30。)That is, the rotation of 1πR, which corresponds to the rotation of the internal angle of 360 °, is achieved only by the rotation of the absolute angle of 330 °, which is compensated for the inclination angle at the internal angle (absolute angle X = internal angle C-inclination angle Y, 330。 = 360。-30。)

도 12와 같이 구체(대직경 접속기어)와 내접원(내접기어) 직경비가 3 : 5로 설계된 경우의 회전율을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the rotation rate when the sphere (large diameter connecting gear) and the inscribed circle (internal gear) diameter ratio is designed as shown in Figure 12 as follows.

3R의 직경을 가진 구체가 5R의 직경을 가진 내접원 속에서 내접각도 C。만큼 회전하게 되면 C/360。 ×3πR에 해당하는 거리를 이동하게 된다.(이동거리 M = C/360。 ×3πR)When a sphere with a diameter of 3R rotates in the inscribed circle with a diameter of 5R by an inscribed angle of C。, it moves a distance corresponding to C / 360。 × 3πR (traveling distance M = C / 360。 × 3πR).

이동거리에 대한 공전각도(경사각도) Y는 360。 회전을 완료하여야 3/5 ×360。의 각도를 보상받게 되므로 C/360。 ×3/5 ×360。 = C ×0.6이 된다.(Y =C ×0.6)The idle angle (tilt angle) Y for the moving distance is C / 360。 × 3/5 × 360。 = C × 0.6 because the angle of 3/5 × 360。 is compensated by the completion of 360 ° rotation. = C × 0.6)

절대각도 X = 내접각도 C - 경사각도 Y에서 X = C - ( C ×0.6) = C ×(1 - 0.6) = C ×0.4가 되며, C = X/0.4가 된다.Absolute angle X = internal angle C-inclination angle Y, X = C-(C × 0.6) = C × (1-0.6) = C × 0.4, and C = X / 0.4.

결국 구체가 절대각도 180。 회전할 때에 내접각도 C = 180。 /0.4 = 450。만큼 내접 회전한 결과가 되며, 도 13과 같이 내접면에 대한 이동거리는 450/360 ×3πR = 3.75πR이 되고, 공전한 각도는 3.75/5 ×360。 = 270。가 된다.As a result, when the sphere rotates by 180 ° in absolute angle, the internal angle is rotated by the internal angle C = 180 ° /0.4 = 450 °, and the moving distance with respect to the internal surface is 450/360 × 3πR = 3.75πR as shown in FIG. The angle of revolution is 3.75 / 5 x 360 degrees = 270 degrees.

즉, 크랭크샤프트(13)의 크랭크핀(13a)이 삽입 결합되는 대직경 접속기어(21)의 외경과 내접기어(16)의 내경을 3 : 5의 비율로 설계하는 경우 크랭크샤프트 (13)및 대직경 접속기어(21)가 180。 회전하면 270。의 공전이 일어나게 된다.That is, when the outer diameter of the large diameter connecting gear 21 into which the crank pin 13a of the crank shaft 13 is inserted and the inner diameter of the internal gear 16 are designed in a ratio of 3: 5, the crank shaft 13 and When the large diameter connecting gear 21 rotates 180 degrees, an idle of 270 degrees occurs.

이처럼 대직경 접속기어(21)를 커넥팅로드 내접기어(16)로부터 270。씩 공전시키게 되면 한 사이클을 마친 후 원래 위치로 복귀할 수 있게 되며, 4행정 모두에 가변길이를 골고루 나누어 관여시키기 위해 편심시작 각도를 45。로 정한 경우 가변되는 길이를 알아보면 다음과 같다.In this way, when the large diameter connecting gear 21 is revolved by the connecting rod internal gear 16 by 270 °, it is possible to return to the original position after one cycle, and the eccentricity is divided evenly in all four strokes. If the starting angle is set to 45 °, the variable length is as follows.

도 14a와 같이 외경 3r과 내경 5r로 설계된 대직경 접속기어(21) 중심과 내접기어(16) 중심간의 거리는 2.5r - 1.5r = 1r이 된다.As shown in FIG. 14A, the distance between the center of the large diameter connecting gear 21 and the center of the internal gear 16 designed with the outer diameter 3r and the inner diameter 5r is 2.5r-1.5r = 1r.

도 14b와 같이 대직경 접속기어(21)의 중심을 내접기어 중심으로 45。방향으로 위치시켰을 때에도 상호 중심점의 거리는 여전히 1r이며, 실제 높이는 √(r²/2) = 약 0.7r이 된다.Also with a larger diameter internal gear around the center of the connecting gear 21 as shown in 14b, even when it was placed in the direction 45. The distance still 1r mutual center point, and the actual height of √ (r ^2/2) = about 0.7r.

크랭크샤프트의 높이변화 L을 10이라 하고, 편각 및 커넥팅로드의 진자운동을 무시할 경우 행정별로 미치는 거리의 변화는 다음과 같다.The change in the height of the crankshaft L is 10. If the pendulum motion of the declination and connecting rods is ignored, the change in distance for each stroke is

흡입inhale 압축compression 폭발explosion 배기exhaust 크랭크핀의 높이변화(L)Height change of crank pin (L) -10r-10r +10r+10 r -10r-10r +10r+10 r 크랭크로드의 편심율 높이변화(r)Crank Rod Eccentricity Height Change (r) +0.7r+0.7 r -0.7r-0.7r -0.7r-0.7r +0.7r+0.7 r 계산식formula -10r+0.7r-10r + 0.7r +10r-0.7r+ 10r-0.7r -10r-0.7r-10r-0.7r +10r+0.7r+ 10r + 0.7r 결과result -9.3r-9.3 r +9.3r+ 9.3r -10.7r-10.7r +10.7r+ 10.7r

상기 표 및 도 6과 같이 본 고안에 있어서는 흡입행정시보다 폭발행정시에 피스톤(12)의 하사점이 낮게 되고, 압축행정시보다 배기행정시에 피스톤(12)의 상사점이 높게 되며, 각 행정마다 변화되는 피스톤(12)과 크랭크핀(13) 사이의 축간거리는 흡기행정시의 축간거리(L1)와 배기행정시가 축간거리(L4)가 압축행정시의 축간거리(L2)와 폭발행정시의 축간거리(L3)보다 훨씬 길게 된다.(L1=L4 > L2=L3)As shown in the table and FIG. 6, in the present invention, the bottom dead center of the piston 12 is lower during the explosive stroke than in the suction stroke, and the top dead center of the piston 12 is higher during the exhaust stroke than during the compression stroke. The axial distance between the piston 12 and the crank pin 13 to be changed is the axial distance L1 at the intake stroke and the axial distance L4 at the exhaust stroke, and the axial distance L2 at the compression stroke and the explosion stroke. Much longer than the distance between the shafts (L3) (L1 = L4> L2 = L3)

한편 폭발행정에서 피스톤(12)의 하강력은 커넥팅로드(14))를 통해 크랭크샤프트(13)로 전달되는 바, 본 고안에 있어서는 도 4와 같이 커넥팅로드(14)의 수직 작용력이 베어링(17)을 통해 크랭크핀(13a)으로 직접 전달되는 하중과 대직경 접속기어(21)의 회전력으로 분산되며, 지렛대원리에 의해 1r/3.5r에 해당되는 약 28% 정도의 하중만 회전력으로 적용되고 약 72% 이상의 대부분의 하중은 크랭크핀(13a)에 직접 전달된다.On the other hand, the lowering force of the piston 12 in the explosion stroke is transmitted to the crankshaft 13 through the connecting rod 14, in the present invention as shown in Figure 4 the vertical acting force of the connecting rod 14 bearing 17 Dispersed by the load transmitted directly to the crank pin 13a and the rotational force of the large diameter connecting gear 21 through), only about 28% of the load corresponding to 1r / 3.5r by the lever principle is applied to the rotational force and about Most of the load of 72% or more is transmitted directly to the crank pin 13a.

즉, 피스톤(12)에 1t의 압력이 작용한다고 가정하면 720kg 이상의 하중은 베어링(17)을 통해 크랭크핀(13a)으로 직접 전달되고 나머지 280kg 정도의 하중이 회전력으로 바뀌어 대직경 접속기어(21)와 소직경 접속기어(22), 연결기어(23)에 작용하게 된다.That is, assuming that a pressure of 1 t acts on the piston 12, a load of 720 kg or more is transferred directly to the crank pin 13a through the bearing 17, and the remaining load of about 280 kg is converted into rotational force so that the large diameter connecting gear 21 is applied. And the small diameter connecting gear 22 and the connecting gear 23.

이상에서와 같이 본 고안은 커넥팅로드(14)의 연결구멍(15)에 내접기어(16)를 형성하고, 내접기어(16)의 일측에 설치한 대직경 접속기어(21)에 크랭크샤프트(13)의 크랭크핀(13a)을 결합한 것으로, 본 고안에 의하면 피스톤(12)과 크랭크핀(13a) 사이의 축간거리를 흡기행정시보다 폭발행정시에 더 길게 할 수 있게 되므로 폭발행정시에 피스톤(12)의 하사점을 더욱 낮출 수 있게 되어 연소가스의 폭발압력을 최대한 동력화할 수 있게 되고, 압축행정시보다 배기행정시에 축간거리를 더 길게 할 수 있게 되므로 실린더에 잔류하는 배기가스를 저감할 수 있게 되어 새로 흡기되는 혼합가스에 미배출배기가스가 섞이는 것을 억제할 수 있게 된다.As described above, the present invention forms the internal gear 16 in the connecting hole 15 of the connecting rod 14 and the crankshaft 13 in the large diameter connecting gear 21 provided on one side of the internal gear 16. By combining the crank pin (13a) of the), according to the present invention it is possible to make the distance between the piston 12 and the crank pin (13a) longer in the explosive stroke than the intake stroke, so that the piston ( The bottom dead center of 12) can be further lowered to maximize the explosive pressure of the combustion gas, and the distance between the shafts can be increased during the exhaust stroke than during the compression stroke, thereby reducing the exhaust gas remaining in the cylinder. It becomes possible to suppress the mixing of the unexhausted exhaust gas to the newly intake mixed gas.

따라서 본 고안에 의하면 엔진의 효율을 극대화시킬 수 있게 될 뿐 아니라 연료를 절감할 수 있게 되고, 배기가스에 포함되는 인체유해성분을 저감할 수 있게 되어 환경보호에도 크게 이바지할 수 있게 되는 등 효과를 얻을 수 있게 된다.Therefore, the present invention not only can maximize the efficiency of the engine, but also save fuel, and can reduce the harmful substances contained in the exhaust gas, which can greatly contribute to environmental protection. You can get it.

Claims

In the crank apparatus of the four-cycle engine in which the piston 12 and the crankshaft 13 reciprocating the inside of the cylinder 11 in the vertical direction are connected via the connecting rod 14, the upper end is connected to the piston 12. A large diameter is formed on the inner circumferential surface of the connecting hole 15 formed at the lower end of the connecting rod 14 and gears are coupled to the internal gear 16 at one inner side and the other side of the connecting hole 15, respectively. The connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22 are provided, and plate-shaped bearings 17 are provided on the upper and lower portions of the large diameter connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22, and the upper bearing ( 17) and a pair of small diameter connecting gears 23 which are inserted into and coupled to the lower bearing 17 to connect the large diameter connecting gear 21 and the small diameter connecting gear 22 to the large diameter connecting gear 21. By inserting the crank pin 13a of the crankshaft 13 inside, it exhausts more than top dead center of a compression stroke. A four-stroke engine variable stroke crank device, characterized in that the top dead center of the stroke is increased and the bottom dead center of the explosion stroke is lower than the bottom dead center of the intake stroke.

The variable stroke crank apparatus for a four-cycle engine according to claim 1, wherein the diameter ratio of the large diameter connecting gear (21) to the inner diameter of the internal gear (16) is 3: 5.