KR200389358Y1 - 복동(複動)식 기관 - Google Patents

Abstract

본 고안은 복동식기관(double acting engine)에 관한 것이다.

4사이클의 경우 분할형(split type) 실린더(1) 양측 헤드(2, 2') 안쪽에 두 연소실(12, 12')을 형성하고, 상하 이중으로 된 두 대향(對向) 래크(rack)(8, 8')의 양단에 동일체로 형성된 두 피스턴(9, 9')에는 통상의 압력링 및 오일링이 장착되고 상하 두 래크(8, 8')의 치면(齒面)에는 출력축(13)이 고정된 결치(欠齒) 피니언(pinion)(14)의 톱니를 맞물리게 하고 이 결치피니언(14) 중간보스(17)에는 축공(18)과 윤활유주입공(23)에 연통하는 윤활유분출공(19)을 천설하여서 된 것이다.

2사이클로 실시할 경우에는 실린더(1)내 양측 피스턴(9, 9')과 실린더 헤드(2, 2') 사이에 한쪽은 연소실(12)을, 반대쪽에는 공기흡입/압축실을 형성해서 별도의 소기용 펌프가 필요 없게 된 것으로서 상술한 4사이클의 경우는 종래의 4사이클 단동식 기관에 비하여 이론상 출력이 두 배가 되는 반면 마력당 중량 및 부피는 거의 반감되고, 기관의 평형상태도 좋아서 운전상태가 원활하다.

Description

복동(複動)식 기관{double acting engine}

본고안은 복동식 내연기관(Double acting engine)에 관한 것이다. 종래의 단동식기관(single acting engine)은 피스톤의 한쪽면에서만 가스압력이 작용하는 기관이며 복동식기관은 피스톤의 양면에서 가스압력이 작용하는 기관으로 종래의 복동식기관의 출력은 이론상 단동기관의 2배가 되지만 실린더나 피스톤에 미치는 열적인 부하가 클 뿐만 아니라, 구조가 매우 복잡하고 마력당 중량 및 부피가 매우 크기 때문에 4사이클 복동식, 2사이클 복동식 등 모두 차량에는 적용이 안되고 선박용 디이젤 기관에 꾀하고 있으나 현재는 대형 저속(100∼130rpm 정도) 디이젤 기관에 사용하고 있는 정도에 불과하다.

또 종래의 4사이클 단동식 기관은 토오크(torque) 변화가 커서 운전이 원활하지 않으며 플라이 휘일(fly wheel)을 크게 할 필요가 있고, 같은 출력에 대한 무게, 부피가 큰 결점이 있다. 본 고안은 상술한 바와 같이 기존의 각종 피스톤 엔진의 결점을 줄이고, 자동차에도 적용할 수 있는 소형대출력의 엔진을 제시할 목적으로 고안한 것으로서 통상의 크랭크축에 의해 구동되는 통상의 밸브장치를 이용하여, 흡배기구를 알맞는 시기에 개폐케 하여 피스톤이 4행정 또는 2행정에 의하여 1사이클을 완성하게 되며, 본 고안 4사이클의 경우, 출력은 단동식기관(Single acting engine)에 비해 이론상 두 배가 되는 반면 마력당 중량 및 부피가 대폭 감소되고, 종래의 크랭크 및 커넥팅로드가 없고, 엔진의 높이도 낮고, 진동, 소음, 윤활, 냉각, 내구성, 제작성 조립성, 연비, 제조원가 등 내연기관으로서의 바람직한 조건을 모두 만족하도록 안출한 것이다.

종래의 크랭크 와커넥팅로드 피스톤핀, 크랭크실을 제거하여 진동소음 및 기계적 효율을 높이고 마력당 중량 및 부피를 감소케 한다.

제2도에 나타낸 4행정 사이클의 단면도와 같이 분할형(split type)으로 조립, 분해가 용이하도록 형성된 실린더(1) 양측의 헤드(2, 2')에는 통상의 흡기관(3, 3'), 흡기밸브(4, 4'), 배기관(5, 5'), 배기밸브(6, 6'), 점화플러그(7, 7')를 장착하여 이 헤드(2, 2') 안쪽에 두 연소실(12, 12')을 형성하고, 상하 이중으로 된 반달형단면의 두 주물봉(鑄物捧)에 톱니를 절삭하여서 형성된 대향(對向) 래크(rack)(8, 8')의 양단에 동일체로 형성된 피스턴(9, 9')에는 통상의 압력링(10) 및 오일링(11)을 장착하고 이 두 래크(rack)(8, 8')의 치면(齒面)에는 출력축(13)이 고정된 결치(欠齒) 피니언(pinion)(14)(일부 반원주에만 톱니 형성)의 톱니를 맞물리게 하고, 출력축(13) 일단에는 플라이 휘일(fly wheel)(15)을, 타단에는 동력전달 풀리(pulley)(16)를 고정하고, 각 결치피니언(14)의 중간에 형성한 보스(boss)(17)의 상하에는 축공(18)과 윤활유주입공(23)에 연통하는 윤활유분출공(19)을 천설하여서 된 것이다.

도면 중 미 설명부호 20은 윤활유배출공, 21은 오일 섬프(Oil sump), 22는 윤활유 회수공, 23은 윤활유주입공, 24는 물재킷, 25는 축받이(Bearing), 26은 실린더 분할부 플랜지(Flange), 26'은 실린더 헤드 플랜지를 표시한 것임.

이상과 같이 구성된 본 고안의 작용을 표시하면 다음과 같다.

제2도에 표시한 바와 같이 분할형 실린더(1)의 우측연소실(12) 상사점에서 동력행정을 위해 혼합기가 점화플러그(7)의 작동으로 폭발하면 그 연소가스압력이 우측 피스턴(9)면에 작용하는 순간, 결치피니언(14)의 톱니는 상(上) 래크(rack)(8)에서 이미 벗어나 있고 하(下) 래크(8') 치면(齒面)에만 맞물려 있기 때문에 피스턴(9, 9')은 좌측으로 직선운동을 함과 동시에 출력축(13)에 고정된 결치피니언(14)은 화살표 방향으로 회전운동을 하고 좌측연소실(12')에서는 좌측피스턴(9')의 배기행정에 의하여 배기가스는 좌측 배기밸브(6')가 열려 있는 배기관(5')을 통하여 외부로 배출된다. 제3도에 나타낸 바와 같이 좌측피스턴(9')이 배기행정의 하사점에 도달하였을 때는 결치피니언(14)의 톱니는 하(下) 래크(8')의 치면(齒面)에서 벗어나면서 상(上)래크(8)의 치면 일부에 맞물려서 플라이휘일(15)의 관성에 의하여 같은 방향으로 계속 회전하므로 상 래크(8)에 형성된 우측피스턴(9)는 압축행정을 한다. 이와 같이 피스턴(9, 9')이 왕복운동하는 과정에서 통상의 흡기밸브(4, 4')와 배기밸브(6, 6')의 개폐작용에 의하여 좌우측 연소실(12', 12)에서 각각 흡입, 압축, 동력(폭발)의 4행정을 수행하고 1사이클을 완결한다.

다른 한편 2사이클로 실시할 경우에는 실린더(1) 내 양측 피스턴(9, 9')과 실린더(1) 헤드(2, 2') 사이에, 한쪽은 연소실(12)을, 반대측에는 공기흡입/압축실(도면 불 표시)을 형성하고, 그 헤드(2')에는 통상의 공기흡입밸브를 장착하고, 공기흡입/압축실에서 압축된 공기를 실린더 측벽에 마련한 통상의 소기공에서 분출케 하면 별도로 공기압축펌프를 부설할 필요가 없이 소기작용을 하는 것으로, 소기압력 및 소기효율이 높기 때문에 출력이 향상된다. 그리고 제4도에 표시한 바와 같이 실린더(1)의 중간 축받이(bearing)(25) 부분에 천설한 윤활유주입공(23)은 출력축(13)에 형성한 축공(18) 및 피니언(14)의 중간보스(boss)(17)에 천설한 윤활유분출공(19)에 연통케 하였기 때문에, 윤활유 펌프에 의하여 윤활유주입공(23)에 송입된 윤활유는 윤활유분출공(19) 상하부에서 분출하여 상하 래크(8, 8')면을 윤활케 한다. 그리고 짧은 피스톤(9, 9')은 이중의 상하 래크(8, 8')로만 견고히 지지되었기 때문에 관성질량 및 열적 부하의 감소로 내구성이 향상되고, 또 피스톤의 관성력을 줄이는 효과가 있다. 또 양측연소실(12, 12')에서의 연소가스는 피스턴(9, 9')양면에 각각 작용하여 4행정을 수행하기 때문에 종래의 4행정 단동식기관(Single acting engine)에 비하여 이론상으로는 두 배의 출력을 나타내며 종래의 크랭크 및 커넥팅로드 없이 피스턴(9, 9')의 왕복운동과 결치피니언(14)의 회전운동이 서로 어울려서, 출력축(13)의 회전운동으로 전환하기 때문에, 불평형력의 감소로 진동, 소음이 크게 감소될 뿐 아니라 피스턴(9, 9')의 실린더(1)에 대한 측압도 감소된다.

그리고 제2도에 표시한 바와 같이 오일링(11)으로 긁어낸 윤활유는 윤활유 회수공(22) 및 윤활유배출공(20)을 통하여 오일 섬프(oil sump)(21)로 낙하한다.

제1도는 본고안의 두 실린더를 병열로 배열한 다기통(multi-cylinder)형의 실시예를 나타낸 것이다. 각 피스톤(9, 9')의 위상(phase)이 다르기 때문에 왕복질량의 불평형력이 감소되며 본 고안 4행정의 2기통은 이론상 단동식(single acting type)의 4기통에 해당되어 2배의 출력이 나타나는 반면 전체적으로 구조가 간단하여 제조원가가 절감되는 잇점이 있다.

다출력을 얻기 위하여 다기통형으로 할 경우는 연소가 같은 간격으로 일어나야 하고, 혼합기도 양측연소실(12, 12')에 균일하게 분배해야 하고, 인접실린더(1)연소실에 연이어 점화되지 않도록 점화순서를 정하는 것이 중요하므로 제1도에서 실린더(1)의 순번(I, II) 별로 각 연소실(12, 12')에서의 점화순서 및 그 작동행정관계를 표시하면 다음과 같다.

위와 같이 본 고안 4행정의 2기통 엔진은 2회전 하는 동안 4번 동력행정을 하게 되므로 180°마다 한번의 동력행정이 있게 되어서 토오크(torque) 변화가 적다.

본고안을 조립할 때는 양측 피스턴(9, 9') 사이의 래크(8, 8') 치면(齒面)에 출력축(13)이 고정된 결치피니언(14)의 톱니를 피스턴(9, 9')의 평형 위상이 되도록 맞물려 놓고 이 조립체를 분할형 실린더(1)의 아래부분 축받이(25)에 재치한 다음 분할형 실린더(1)의 위 부분을 포개서 그 분할 플랜지(26) 상하부분 및 실린더 헤드의 플랜지(26')를 맞대 놓고 볼트로 체결하면 그 내부에 양측연소실(12, 12')이 형성된다.

이상과 같이 본고안은 구조가 간단하고 마력당 중량 및 부피가 대폭 감소되어 소형 대출력의 목적이 달성되고 기관의 평형상태가 좋고, 토오크(torqe) 변화가 작아서 운전상태가 원활하다.

제 1 도는 본 발명의 2기통 배열을 수평형으로 나타낸 평단면도

제 2 도는 제 1 도의 A-A선을 취한 단면도

제 3 도는 제 1 도의 B-B선을 취한 단면도

제 4 도는 제 1 도의 C-C선을 취한 단면도

＊도면의 주요부분에 대한 부호 설명＊

1 : 실린더 2, 2' : 헤드(head) 3, 3' : 흡기관 4, 4' : 흡기밸브

5, 5' : 배기관 6, 6' : 배기밸브 7, 7' : 점화플러그 8: 상(上) 래크

8' : 하(下)래크(rack) 9, 9' : 피스턴 10 : 압력링

11 : 오일링 12, 12' : 연소실 13: 출력축

14 : 결치(欠齒) 피니언(pinion) 15 : 플라이휘일(fly wheel)

16: 동력전달 풀리(pulley) 17: 중간보스(boss) 18: 축공(軸孔)

19: 윤활유분출공 20: 윤활유배출공 21: 오일섬프(oil sump)

22 : 윤활유회수공 23: 윤활운주입공 24 : 물재킷

25: 축받이(bearing) 26: 실린더 분할부 플랜지(flange) 26': 실린더헤드플랜지

Claims (1)

1. 실린더 양측 헤드에 통상의 흡기밸브, 배기밸브, 점화플러그를 구비한 복동식 4행정기관에 있어서,

분할형실린더(1)의 양측헤드(2, 2') 안쪽에 두 연소실(12, 12')을 형성하고, 상하 이중으로 된 직선의 두 대향(對向) 래크(rack)(8, 8')의 양단에 동일체로 형성된 피스턴(9, 9')에는 통상의 압력링(10) 및 오일링(11)을 장착하고 이 두 래크(8, 8')의 치면(齒面)에는 출력축(13)이 고정된 결치(欠齒) 피니언(pinion)(14)의 톱니를 맞물리게 하고 출력축(13) 일단에는 플라이 휘일(Fly Wheel)(15)을, 타단에는 동력전달 풀리(pulley)(16)를 고정하고, 각 결치피니언(14)의 중간에 형성한 보스(boss)(17)의 상하에는 축공(18)과 윤활유주입공(23)에 연통하는 윤활유분출공(19)을 천설하여서 된 것을 특징으로 하는 복동식 기관.