KR200424326Y1 - 캠식 엔진 - Google Patents

Abstract

본 고안에 의한 캠식 엔진은, 캠 케이스의 주위에 반경방향으로 다수의 실린더가 설치된 케이싱(30)과, 상기 실린더 내에서 왕복운동하는 피스톤(36)과, 상기 캠 케이스의 중심에 설치된 출력축에 구비된 캠(40)과, 상기 캠에 외접하여 회전가능케 상기 피스톤에 설치된 2개의 로울러(44, 45)와, 상기 로울러가 상기 캠의 외주면에서 이탈하지 않게하고 상기 피스톤을 끌어 내리도록 상기 피스톤에 설치된 볼 로드(46)를 구비하되, 상기 캠(40)은 상기 2개의 로울러(44, 45)가 각각 외접하여 구르도록 양측에 궤도면(48, 50)이 형성되고 상기 볼 로드(46)의 볼부가 끼워져 미끄러지도록 중간에 궤도홈(52a)을 가진 험프 트랙부(52)가 형성된 구조로 되어 있으므로, 로울러는 캠의 궤도면을 타고 구르고, 볼 로드의 볼부는 험프 트랙부의 궤도홈을 타고 미끄러지게 되어, 출력축이 원활하게 회전하게 되며, 소형 경량으로 큰 출력을 얻을 수 있다.

Description

캠식 엔진{cam type engine}

도1는 종래 캠식 엔진의 개략 정면 단면도,

도2는 도1의 캠식 엔진의 개략 측면 단면도,

도3은 본 고안에 의한 캠식 엔진의 개략 정면 단면도,

도4는 도3의 캠식 엔진의 개략 측면 단면도,

도5는 본 고안에 의한 캠식 엔진의 로울러가 타고 이동하는 캠의 궤도면과, 볼 로드의 볼부가 미끄러지는 험프 트랙부의 궤도홈을 나타내는 도면,

도6는 본 고안에 의한 캠식 엔진의 동작을 설명하기 위한 개략 정면 단면도,

도7은 본 고안에 의한 캠식 엔진의 동작을 설명하기 위한 개략 캠 선도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

32 : 캠 케이스 34 : 실린더

36 : 피스톤 38 : 출력축

40 : 캠 44, 45 : 로울러

46 : 볼 로드 48, 50 : 궤도면

52 : 험프 트랙부 52a : 궤도홈

본 고안은 캠식 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠과 험프 트랙부를 가진 캠식 엔진에 관한 것이다.

종래 가솔린 엔진과 디젤 엔진은, 실린더내에서 왕복운동하는 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 바꾸기 위해 피스톤과 크랭크 샤프트를 커넥팅 로드로 연결한 피스톤-크랭크 샤프트 기구를 구비하고 있다. 4행정 기관의 경우 피스톤의 2회 왕복운동으로 크랭크 샤프트가 2회전하는 중에 흡입, 압축, 팽창, 배기의 4-스트로크 사이클이 행해지면서 1회 폭발하게 된다.

이러한 왕복식 엔진은 피스톤이 2회 왕복 운동하는 사이에 1회의 폭발이 행해지므로 큰 출력을 얻는데 한계가 있으며, 출력 토르크의 반력 이외에 커넥팅 로드의 관성력이 피스톤에 측압으로 작용하므로 이 측압의 최대치가 크게 되고 실린더에 대한 마찰과 충격이 크게 되며, 커넥팅 로드와 피스톤과 크랭크 샤프트의 연결부에 끊임없이 서로 다른 방향의 힘이 가해지므로 강도와 강성 및 항복점이 높은 재질이 요구되어 생산비용을 낮출 수 없으며, 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트를 사용하므로 엔진을 소형경량화하는 데 한계가 있다.

이러한 왕복식 엔진의 한계를 극복하기 위해 종래 캠식 엔진이 일본국 특개평8-4550호로 개시되어 있다.

상기 특개평8-4550호는 도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 캠 케이스(2)의 주위에 180도 간격으로 반경방향에 대향하는 2개의 실린더(4)를 일체로 형성한 케이싱(1)과, 상기 캠 케이스(2)내로 연장되게 설치된 출력축(6)과, 등간격으로 두 개 이상의 짝수개의 캠 산(8a, 8b)를 가지며 캠 곡선에 따른 림(8c)를 가져 상기 캠 케이스(2) 내에 설치된 캠(8)과, 상기 실린더(4)내에 슬라이딩되게 설치되며 상기 캠의 림(8c)에 각각 외접 및 내접하는 주 로울러 및 보조 로울러(10, 12, 14)를 회전가능케 지지하는 피스톤(16)과, 상기 각 실린더(4)에 설치된 흡, 배기수단(18, 20) 및 점화수단(22)을 구비한 구조이다.

그런데, 상기 일본국 특개평8-4550호로 개시된 종래 캠식 엔진에서, 상기 캠은 굴곡된 캠면을 가지므로 캠의 중심에서 반경방향으로 서로 상이한 거리에 위치하는 상기 주 로울러(10)와 보조 로울러(12, 14)는 그 중심이 그리는 궤적곡선이 닮은 꼴을 이루지 않고 어떤 부분에서는 두 궤적곡선이 서로 교차되는 부분이 생기기도 하므로, 상기 주 로울러(10)와 보조 로울러(12, 14)가 상기 피스톤(16)의 중심축선상에 캠의 림(8c)를 사이에 두고 피스톤(16)에 설치된 구조에서는 캠이 끼여 출력축이 회전할 수 없으므로 작동이 불가능하여 실시될 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 종래 캠식 엔진이 작동이 불가능하여 실시될 수 없다는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 고안의 목적은 로울러가 피스톤에 설치된 캠식 엔진에서 캠이 고정된 출력축이 원활하게 회전케 하는 캠식 엔진을 제공하는 데 있다.

본 고안에 의한 캠식 엔진은, 캠 케이스의 주위에 반경방향으로 다수의 실린더가 설치된 케이싱과, 상기 실린더 내에서 왕복운동하는 피스톤과, 상기 캠 케이 스의 중심에 설치된 출력축에 구비된 캠과, 상기 캠에 외접하여 회전가능케 상기 피스톤에 설치된 2개의 로울러와, 상기 로울러가 상기 캠의 외주면에서 이탈하지 않게 하고 상기 피스톤을 끌어 내리도록 상기 피스톤에 설치된 볼 로드를 구비하되, 상기 캠은 상기 2개의 로울러가 각각 외접하여 구르도록 양측에 궤도면이 형성되고 상기 볼 로드의 볼부가 끼워져 미끄러지도록 중간에 궤도홈을 가진 험프 트랙부가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 캠 케이스(32)의 주위에 반경방향으로 4개의 실린더(34)가 90도 간격을 두고 일체로 형성된 케이싱(30)을 구비하고, 상기 실린더(34) 내에는 왕복운동하는 피스톤(36)이 설치되고, 상기 캠 케이스(32)의 중심에 설치된 출력축(38)에는 캠(40)이 키이(42)에 의해 고정되고, 상기 피스톤(36)에는 상기 캠(40)의 궤도면(외주면)에 외접하여 2개의 로울러(44, 45)가 회전가능케 설치되며, 상기 로울러가 상기 캠(40)의 외주면에서 이탈하지 않게 하고 상기 피스톤을 끌어 내리도록 상기 피스톤(36)에는 볼 로드(46)가 설치되어 있다.

상기 캠(40)은 상기 2개의 로울러(44, 45)가 각각 외접하여 구르도록 축방향 양측에 궤도면(48, 50)이 형성되고 상기 볼 로드(46)의 후술하는 볼부가 끼워져 미끄러지도록 중간(양 궤도면 사이)에 궤도홈(52a)을 가진 험프 트랙부(52)가 형성된 구조이다.

상기 각 실린더(34)에는 흡, 배기 밸브(56, 58)를 가진 흡, 배기수단 및 점화 플러그(60)를 가진 점화수단이 설치되어 있다. 디젤엔진의 경우에 상기 실린더 (34)에는 흡, 배기수단 및 연료분사수단이 설치된다.

상기 출력축(38)은 상기 캠 케이스(32)에서 베어링(62)으로 회전가능케 지지되어 있다.

상기 피스톤(36)의 하부에는 중간이 파여 각 양측으로 플랜지(36a, 36b)가 형성되고, 상기 양 플랜지(36a, 36b) 사이에는 상기 로울러(44, 45)가 핀(64, 64)에 의해 회전가능케 설치되고, 상기 피스톤(36)의 중앙에는 상기 볼 로드(46)가 끼워져 설치된다.

상기 로울러(44, 45)는 상기 핀(64, 64)에 외삽되는 로울러 베어링에 의해 회전가능케 결합되는 것이 바람직하다.

상기 캠(40)은 90도 간격으로 4개의 캠산이 형성된 구조로서, 상기 캠의 산의 수 및 형상은 다양하게 변경하여 제작할 수 있고, 실린더의 개수도 다양하게 변경하여 제작할 수 있다.

상기 볼 로드(46)의 일단에는 상기 피스톤(36)에 끼워져 걸리는 머리부(46a)가 형성되고, 상기 볼 로드(46)의 타단에는 상기 궤도홈(52a)에 끼워져 걸리어 미끄러지는 볼부(46b)가 형성된 로드이다. 상기 볼부(46b)는 상기 로울러(44,45)의 하단 외주면보다 더욱 하측으로 돌출되어 있다.

도5에 도시한 바와 같이 상기 로울러(44, 45)가 외접하면서 타고 이동하는 캠의 궤도면(48, 50)의 궤적과, 상기 볼 로드(46)의 볼부(46b)가 타고 미끄러지는 궤도홈(52a)의 궤적은 닮은 꼴이 아니고 어떤 부분에서는 교차되기도 한다. 상기 궤도면(48, 50)과 궤도홈(52a)은 캠선도, 로울러 및 볼 로드의 크기, 출력축의 중 심에서 피스톤의 하사점과 상사점까지의 거리에 따라 상이하게 된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 캠식 엔진의 작동을 설명한다. 도3에서 상측의 피스톤(36)을 제1피스톤이라 하고 반시계방향으로 제2, 제3, 제4피스톤이라 할 때, 각 피스톤은 도7에 표시한 바와 같이 동일하게 작동한다. 스타트하여 출력축(38)이 회전하게 되어 캠(40)이 반시계방향으로 회전하게 되면, 캠(40)의 궤도면(48, 50)에 밀착하여 구르는 로울러(44, 45)와, 험프 트랙부(52)의 궤도홈(52a)을 타고 미끄러지는 볼 로드의 볼부(46b)에 의해 피스톤(36)이 도3의 상태에서 캠산을 하강하면서 흡기밸브(56)가 열려져 가스와 공기와 혼합기체가 실린더(34)내에 유입되고 도6에 도시한 하사점에 이른다. 캠(40)이 더욱 회전하여 피스톤(36)은 상승하여 실린더(34)내의 혼합기체가 압축되고, 상사점의 위치에서 점화 플러그(60)에 의해 착화되어 폭발 팽창하고, 다시 피스톤(36)은 하강하여 하사점에 이르고 다시 상승하면서 실린더(34)내의 배기 가스가 배기밸브(58)를 통하여 배기되어 도3과 같은 상태가 된다. 이와 같은 사이클로 캠(40)이 1회전하는 사이에 4개의 피스톤(36)이 2왕복하면서 흡입, 압축, 팽창, 배기의 4스트로크 사이클을 행한다.

이와 같은 본 고안에 의한 캠식 엔진에 의하면, 캠(40)이 1회전하는 중에 4개의 각 실린더에서 1회 폭발을 하므로 소형 경량이면서 큰 출력을 얻을 수 있다. 또한 각 피스톤(36)의 2회 왕복운동에 대해 캠(40)이 1회전하므로 출력축(38)의 회전이 감속되고, 출력회전수 및 발열 및 진동이 억제되며 에너지 변환효율이 좋다.

본 고안에 의한 캠식 엔진에 의하면, 로울러는 캠의 궤도면을 타고 구르고, 볼 로드의 볼부는 험프 트랙부의 궤도홈을 타고 미끄러지게 되어, 출력축이 원활하게 회전하게 되며, 소형 경량으로 큰 출력을 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 캠 케이스의 주위에 반경방향으로 다수의 실린더가 설치된 케이싱과, 상기 실린더 내에서 왕복운동하는 피스톤과, 상기 캠 케이스의 중심에 설치된 출력축에 구비된 캠과, 상기 캠에 외접하여 회전가능케 상기 피스톤에 설치된 2개의 로울러와, 상기 로울러가 상기 캠의 외주면에서 이탈하지 않게 하고 상기 피스톤을 끌어 내리도록 상기 피스톤에 설치된 볼 로드를 구비하되,

   상기 캠은 상기 2개의 로울러가 각각 외접하여 구르도록 양측에 궤도면이 형성되고 상기 볼 로드의 볼부가 끼워져 미끄러지도록 중간에 궤도홈을 가진 험프 트랙부가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 캠식 엔진.

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