KR20050012268A

KR20050012268A - 왕복동 엔진

Info

Publication number: KR20050012268A
Application number: KR10-2004-7020146A
Authority: KR
Inventors: 반도시게루
Original assignee: 반도키코 가부시키가이샤
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2005-01-31
Also published as: EP1533509A4; CA2487862A1; MXPA04012415A; AU2002346188A1; RU2304230C2; WO2004001215A1; US20050224038A1; CN1628212A; EP1533509A1; RU2004136590A

Abstract

왕복동 엔진(1)은, 실린더(2)와, 실린더(2) 내를 방향(X)로 왕복 운동하는 피스톤(3)과, 소단부(4)에서 피스톤 핀(4a)을 통하여 피스톤(3)에 회동 가능하게 연결되어 있는 커넥팅 로드(5)와, 방향(X)에 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤(3)의 외주면(6)에 형성되어 있는 링 홈(7, 8)과, 링 홈(7, 8)에 각각 끼워진 피스톤 링(9, 10)과, 피스톤 링(9, 10) 사이의 환상의 공간(11)을 스러스트측의 반 환상의 공간(12) 및 반스러스트측의 반환상의 공간(13)으로 구획하는 구획 수단(14)과, 공간(12)을 연료 및 공기의 혼합가스가 연소되는 연소실(l5)에 연통시키는 연통 수단(16)을 구비하고 있다.

Description

왕복동 엔진{Reciprocating engine}

왕복동 엔진에 있어서, 피스톤의 왕복 운동에서의 실린더와 피스톤 사이의 슬라이딩 마찰 저항을 감소시키기 위하여, 실린더의 내면과 이 내면에 대면하는 피스톤의 측면 사이에 연소실로부터의 연소가스를 도입하여 모아 두는 가스실을 형성하고, 이 가스실의 연소가스의 가스압에 의해 피스톤을 실린더의 내면으로부터 띄워, 피스톤의 왕복 운동에서의 실린더의 내면과 피스톤의 측면 사이의 슬라이딩 마찰 저항을 감소시키는 기술이 제안되어 있다. 이 제안된 왕복동 엔진의 일예로서, 연료 및 공기의 혼합 가스가 연소되는 연소실을 규정하는 피스톤 상면에 인접하여 배치된 제1의 피스톤 링과 이 제1의 피스톤 링에 인접하여 배치된 제2의 피스톤 링 간의 환상 공간을 스러스트측의 반환상(半環狀)의 공간과 반(反)스러스트측의 반환상(半環狀)의 공간으로 구획하고, 피스톤이 상사점 근방에 위치할 때, 스러스트측의 반환상의 공간을 연소실에 연통시키는 가스통로를 실린더 측벽에 형성하여 이루어진 것이 있다.

그런데, 상기 엔진의 예에서는, 피스톤 링은 피스톤 링 홈에 장착된 상태이고, 그 피스톤 링의 탄성력 및 그 내주면에 작용하는 가스압에 의해 그 외주면이실린더의 내면에 접촉되어 있기 때문에, 피스톤 링의 내주면과 피스톤 측면 사이에 간극이 생겨 있고, 이 간극을 통하여 상기한 바와 같이 구획된 스러스트측의 공간과 반스러스트측의 공간이 연통될 염려가 있고, 결과적으로 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가 간극을 통하여 반스러스트측의 공간으로 누출되어 가스 압력이 부족하고, 연소 행정에서의 피스톤의 실린더의 내면으로부터의 부상이 없어져, 피스톤과 실린더 내면 사이의 슬라이딩 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻지 못할 수 있다.

또한 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가, 상기 간극을 통하여 반스러스트측의 공간으로 누출됨으로써 가스압에 의한 쿠션이 없어지고, 피스톤의 왕복 운동에 따라 피스톤이 실린더의 내면에 부딪쳐 생기는 충돌음을 감소시킬 수 없다.

본 발명은 왕복동 엔진에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 왕복동 엔진의 일예의 정면 설명도이고,

도 2는, 도 1에 나타내는 예의 정면 설명도이고,

도 3은, 도 1에 나타내는 예의 Ⅲ-Ⅲ선 단면 설명도이고,

도 4는, 도 3의 일부 확대 설명도이고,

도 5는, 도 1에 나타내는 예의 V- V선 단면 설명도이고,

도 6은, 도 1에 나타내는 예의 Ⅵ-Ⅵ선 단면 설명도이고,

도 7은, 도 1에 나타내는 예의 동작 설명도이고,

도 8은, 도 1에 나타내는 예의 동작 설명도이고,

도 9는, 본 발명의 왕복동 엔진의 다른 일예의 정면 설명도이고,

도 10은, 도 9에 나타내는 예의 측단면 설명도이고,

도 11은, 도 9에 나타내는 예의 동작 설명도이고,

도 12는, 도 9에 나타내는 예의 동작 설명도이고,

도 13은, 도 9에 나타내는 예의 동작 설명도이다.

본 발명은, 상기 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 피스톤과 실린더 내면 사이의 슬라이딩 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더 내면과의 충돌음을 감소시킬 수 있는 왕복동 엔진을 제공함에 있다.

본 발명의 제1의 태양의 왕복동 엔진은, 피스톤의 왕복 운동 방향으로 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤의 측면에 형성되어 있는 제1 및 제2의 링 홈과, 제1 및 제2의 링 홈에 각각 끼워진 제1 및 제2의 피스톤 링과, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이의 공간을 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간으로 구획하는 구획 수단과, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키는 연통 수단을 구비하고 있고,연통 수단은, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있다.

본 발명의 제1의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 연통 수단이, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있기 때문에, 연소실 내의 연소가스를 스러스트측의 공간으로 신속히 또한 충분히 도입시킬 수 있고, 피스톤을 그 피스톤의 슬랩(slap) 운동, 회전 운동에 대하여, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 가스압에 의한 쿠션을 가지고 지지할 수 있고, 또한, 피스톤의 왕복 운동에서의 피스톤과 실린더 사이의 슬라이딩 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더 내면의 충돌음을 감소시킬 수 있다. 연통 통로는 관통공 또는 홈 또는 오목부 등 어떠한 형태라도 무방하다.

본 발명의 제2의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제1의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 연통 수단은 피스톤이 상사점 근방에 위치할 때 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있다.

본 발명의 제3의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제1 또는 제2의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는 간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통하는 것을 저지하도록, 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제3의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이, 제2의 링 홈을규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는 간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통하는 것을 저지하도록 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있기 때문에, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 누출을 저지할 수 있고, 따라서 스러스트측의 공간으로 도입된 고압 가스의 가스압을 충분히 유지할 수 있으며, 스러스트측의 공간에서의 가스압에 의해 실린더의 스러스트측의 내면에 대한 피스톤의 측압에 대항하여, 그 피스톤을 부상시킬 수 있고, 또한, 피스톤과 실린더 사이의 슬라이딩 마찰 저항 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤의 슬랩 운동, 회전 운동에 의한 피스톤과 실린더의 내면과의 충돌음을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제4의 태양의 왕복동 엔진은, 피스톤의 왕복 운동 방향으로 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤의 측면에 형성되어 있는 제1 및 제2의 링 홈과, 제1 및 제2의 링 홈에 각각 끼워진 제1 및 제2의 피스톤 링과, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이의 공간을 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간으로 구획하는 구획 수단과, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키는 연통 수단을 구비하고 있고, 구획 수단은 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는 간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통되는 것을 저지하도록 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제4의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통되는 것을 저지하도록, 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있기 때문에 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 누출을 저지할 수 있고, 피스톤을 스러스트측의 공간에서의 가스압에 의해 실린더의 내면으로부터 지지할 수 있고, 또한 피스톤과 실린더 내면과의 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더 내면과의 충돌음을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제5의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제4의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 연통 수단은, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있다.

본 발명의 제5의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 연통 수단은, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있기 때문에, 연소실 내의 연소가스를 스러스트측의 공간에 신속히 또한 충분히 도입시킬 수 있고, 피스톤을 그 피스톤의 슬랩 운동, 회전 운동에 대하여, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 가스압에 의한 쿠션을 가지고 지지할 수 있고, 따라서, 피스톤의 왕복 운동에서의 피스톤과 실린더 사이의 슬라이딩 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더 내면의 충돌음을 감소시킬 수 있다. 그 연통 통로는 관통공 또는 홈 또는 오목부 등 어떠한 형태라도 무방하다.

본 발명의 제6의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제4 또는 제5의 태양의왕복동 엔진에 있어서, 연통 수단은 피스톤이 상사점 근방에 위치할 때 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있다.

본 발명의 제7의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제6의 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 제2의 링 홈은 피스톤의 헤드부 단면(端面)과의 사이에 제1의 링 홈이 위치하도록 하여 피스톤의 측면에 배치되어 있다.

본 발명의 제8의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제7 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있는 적어도 한 쌍의 저지부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제8의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있는 적어도 한 쌍의 저지부재를 구비하고 있기 때문에, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 가스압을 충분히 유지할 수 있고, 따라서, 피스톤을 실린더의 스러스트측의 내면으로부터 부상 지지할 수 있으며, 또한 피스톤을 실린더의 반스러스트측의 내면에 맞춘 상태에서 슬라이딩시킬 수 있고, 또한 피스톤의 떨림(회전 운동, 슬랩 운동)을 억제할 수 있다.

본 발명의 제9의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제8 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은 제1 및 제2의 피스톤 링 사이에 설치된 적어도 한 쌍의 구획부재를 구비하고 있고, 한 쌍의 구획부재는 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있다.

본 발명의 제9의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이에 설치된 적어도 한 쌍의 구획부재를 구비하고 있고, 한 쌍의 구획부재가 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있기 때문에, 스러스트측의 공간에 연소가스가 도입됨으로써, 피스톤을 그 피스톤의 슬랩 운동, 회전 운동에 대하여, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 가스압에 의한 쿠션을 가지고 지지할 수 있고, 또한 피스톤의 왕복 운동에서의 피스톤과 실린더와의 사이의 슬라이딩 마찰 저항의 감소를 효과적으로 얻음과 동시에 피스톤과 실린더 내면과의 충돌음을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제10의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제9의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 저지부재 및 구획부재는 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일직선상에 위치하도록 배치되어 있다.

본 발명의 제10의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 저지부재 및 구획부재가 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일직선상에 위치하도록 배치되어 있기 때문에 저지부재 및 구획부재 사이에 간극이 생겨 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가 누출되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 제11의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제9 또는 제10의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은 한 쌍의 구획부재를 실린더의 내면을 향해 각각 탄성적으로 가압하는 한 쌍의 가압부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제11의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이 한 쌍의 구획부재를 실린더의 내면을 향해 각각 탄성적으로 가압하는 한 쌍의 가압부재를 구비하고 있기 때문에, 왕복동 엔진의 각 작동 행정에서, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가 반스러스트측의 공간으로 누출되는 것을 방지할 수 있고, 예컨대, 피스톤의 헤드부 단면에 작용하는 가스압, 관성력에 따라 피스톤에 회전 운동력 또는 슬랩 운동력이 생긴 경우에도, 그 한 쌍의 가압부재의 탄성 가압력에 의해 구획부재와 실린더의 내면을 밀착시킴으로써, 스러스트측의 공간으로 도입된 고압 가스를 반스러스트측의 공간으로 누출시키는 일 없이, 스러스트측의 공간과 반스러스트측의 공간 사이의 기밀을 유지할 수 있다.

본 발명의 제12의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제11의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 한 쌍의 가압부재는, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 각각 배치되어 있다.

본 발명의 제12의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 한 쌍의 가압부재가 축 방향으로 상호 대향하여 각각 배치되어 있기 때문에, 예컨대, 피스톤의 헤드부 단면에 작용하는 가스압, 관성력에 따라 피스톤에 회전 운동력 또는 슬랩 운동력이 생긴 경우에도, 그 한 쌍의 가압부재의 탄성 가압력에 의해 구획부재와 실린더의 내면을 밀착시킴으로써, 스러스트측의 공간으로 도입된 고압 가스를 반스러스트측의 공간으로 누출시키는 일 없이, 스러스트측의 공간과 반스러스트측의 공간 사이의 기밀을 유지할 수 있고, 따라서, 피스톤을 실린더의 스러스트측의 내면으로부터 부상 지지할 수 있고, 또한 피스톤을 실린더의 반스러스트측의 내면에 맞춘 상태에서 슬라이딩시킬 수 있고, 또한 피스톤의 떨림(회전 운동, 슬랩 운동)을 억제할 수 있다.

본 발명의 제13의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제11 또는 제12의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 가압부재는 스프링으로 이루어진다. 또한, 그 스프링은, 예컨대, 판스프링 및 코일 스프링 등으로 이루어진다.

본 발명의 제14의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제9 내지 제 13 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이에서 피스톤의 측면에 형성됨과 동시에, 실린더의 내면을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 한 쌍의 홈부를 가지고 있고, 한 쌍의 홈부에 의해 각각 규정되는 공간에는, 구획부재가 각각 배치되어 있다.

본 발명의 제14의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 한 쌍의 홈부에 의해 각각 규정되는 공간에는 구획부재가 각각 배치되어 있기 때문에, 스러스트측의 공간과 반스러스트측의 공간 사이의 기밀을 유지할 수 있고, 또한, 왕복동 엔진의 각 작동 행정에서, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가 반스러스트측의 공간으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제15의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제14 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은, 제2의 링 홈에 배치됨과 동시에, 저지부재를 제2의 피스톤 링의 내주면을 향해 탄성적으로 압압하는 압압부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제15의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이, 저지부재를 피스톤 링의 내주면을 향해 탄성적으로 압압하는 압압부재를 구비하고 있기 때문에, 왕복동 엔진의 각 작동 행정에서, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스가반스러스트측의 공간으로 누출되는 것을 방지할 수 있고, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 가스압을 충분히 유지할 수 있고, 따라서, 피스톤을 실린더의 스러스트측의 내면으로부터 부상 지지할 수 있으며, 또한 피스톤을 실린더의 반스러스트측의 내면에 맞춘 상태에서 슬라이딩시킬 수 있고, 또한 피스톤의 떨림(회전 운동, 슬랩 운동)을 억제할 수 있다.

본 발명의 제16의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제15의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 압압부재를 구비하고 있다.

본 발명의 제16의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 구획 수단이 피스톤 핀의 축 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 압압부재를 구비하고 있기 때문에, 예컨대, 피스톤의 헤드부 단면에 작용하는 가스압, 관성력에 의해 피스톤에 회전 운동력 또는 슬랩 운동력이 생긴 경우에도, 그 한 쌍의 압압부재의 탄성 가압력에 의해 저지부재와 실린더의 내면을 밀착시킴으로써, 스러스트측의 공간으로 도입된 고압 가스를 반스러스트측의 공간으로 누출시키지 않고, 스러스트측의 공간과 반스러스트측의 공간의 기밀을 유지할 수 있고, 따라서, 피스톤을 실린더의 스러스트측의 내면으로부터 부상 지지할 수 있고, 또한 피스톤을 실린더의 반스러스트측의 내면에 맞춘 상태에서 슬라이딩시킬 수 있고, 또한 피스톤의 떨림을 억제할 수 있다.

본 발명의 제17의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제15 또는 제16의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 압압부재는 스프링으로 이루어진다. 또한, 그 스프링은 예컨대 판스프링 및 코일 스프링 등으로 이루어진다.

본 발명의 제18의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제17 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 구획 수단은 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면에 배치됨과 동시에, 제2의 피스톤 링의 내주면을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 오목부를 가지고 있고, 그 오목부에 의해 규정되는 공간에는 저지부재가 배치되어 있다.

본 발명의 제18의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 오목부에 의해 규정되는 공간에는 저지부재가 배치되어 있기 때문에, 스러스트측으로 도입된 연소가스의 가스압 등에 의해 생기는 저지부재의 위치 어긋남을 없앨 수 있다.

본 발명의 제19의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제18 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 제1의 피스톤 링은, 피스톤의 헤드부 단면에 인접하여 배치되어 있고, 제1의 피스톤 링의 이음매부가 저지부재보다 스러스트측의 공간측에 위치하도록 제1의 링 홈에 배치되어 있다.

본 발명의 제20의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제19 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 제2의 피스톤 링은, 피스톤의 헤드부 단면 사이에 제1의 피스톤 링이 위치하도록 하여 피스톤의 측면에 배치되어 있고, 제2의 피스톤 링의 이음매부가 저지부재보다 반스러스트측의 공간측에 위치하도록 제2의 링 홈에 배치되어 있다.

본 발명의 제21의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제3 내지 제20 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 저지부재는 핀으로 이루어진다. 또한, 그 핀은 피스톤 링에 일체적으로 고착되어 있어도 된다. 핀으로는, 4각기둥형상, 원기둥형상 또는 타원기둥형상 등 어떠한 형상이어도 된다.

본 발명의 제22의 태양의 왕복동 엔진은, 본 발명의 제1 내지 제21 중 어느 하나의 태양의 왕복동 엔진에 있어서, 피스톤은 커넥팅 로드에 피스톤 핀을 통하여 연결되어 있고, 피스톤 핀은 그 피스톤 핀의 축심과 크랭크 샤프트의 축심을 잇는 선이, 피스톤의 중심과 크랭크 샤프트의 축심을 잇는 선에 대하여 반스러스트측으로 경사지도록 피스톤에 설치되어 있다.

본 발명의 제22의 태양의 왕복동 엔진에 의하면, 피스톤 핀의 축심이 피스톤의 중심에 대하여 반스러스트측으로 편심되어 있기 때문에, 왕복동 엔진의 각 작동 행정에 있어서, 실린더의 내면에 피스톤을 강하게 부딪치는 방향의 피스톤의 회전 토크를 감소시킬 수 있고, 또한 피스톤과 실린더 내면의 충돌음을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제22의 태양의 왕복동 엔진은, 4싸이클 왕복동 엔진, 왕복동 디젤 엔진 등에 의해 구체화할 수 있는데, 왕복동 디젤 엔진, 특히 부연소실이 실린더의 실린더 헤드부의 반스러스트측에 배치되어 있는 왕복동 디젤 엔진에 의해 구체화되어도 된다.

또한, 본 발명의 제1 내지 제22 중 어느 하나의 태양에서의 왕복동 엔진은, 4싸이클 엔진 또는 2싸이클 엔진 또는 디젤 엔진이라도 본 발명에 의한 효과를 바람직하게 발휘할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 누출을 확실히 저지할 수 있고, 피스톤의 왕복 운동으로의 실린더와 피스톤 사이의 슬라이딩 마찰 저항 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더의 내면 사이의 충돌음을감소시키는 것이 가능한 왕복동 엔진을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면에 도시한 바람직한 예에 따라 더욱 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명은 이들 예에 아무런 한정도 받지 않는다.

도 1 내지 도 8에 있어서, 본 예의 4 싸이클 왕복동 엔진(4 싸이클 가솔린 엔진)(1)은, 실린더(2)와, 실린더(2) 내를 방향(X)로 왕복운동하는 피스톤(3)과,소단부(4)에서 피스톤 핀(4a)을 통하여 피스톤(3)에 회동 가능하게 연결되어 있는 커넥팅 로드(5)와, 방향(X)에 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤(3)의 외주면(6)에 형성되어 있는 링 홈(7 및 8)과, 링 홈(7 및 8)에 각각 끼워진 피스톤 링(9 및 10)과, 피스톤 링(9 및 10) 사이의 환상의 공간(11)을, 스러스트측의 반(半) 환상의 공간(12) 및 반스러스트측의 반환상의 공간(13)으로 구획하는 구획 수단(14)과, 공간(12)을 연료 및 공기의 혼합가스가 연소되는 연소실(l5)에 연통시키는 연통 수단(16)을 구비하고 있다.

실린더(2)는, 그 내면(17)에 의해 규정된 원기둥 모양의 공간(18)을 가지고 있고, 공간(18)에는, 피스톤(3)이 방향(X)으로 왕복 운동 가능하게 되도록 배치되어 있다. 실린더(2)에는, 흡기 밸브(미도시) 및 배기 밸브(2b)가 설치되어 있다.

피스톤(3)은, 본 예에서는 그 외주면(6)에 오일 링(19)을 구비하고 있다.

커넥팅 로드(5)는, 그 대단부(미도시)에서 회전 가능한 크랭크 샤프트(미도시)에 연결되어 있다.

링 홈(7 및 8)은, 각각 외주면(6)을 따라 환상으로 되어 있고, 링 홈(7)은 연소실(15)을 규정하고 있는 피스톤(3)의 헤드부 단면(23; 상면 또는 관면)에 인접하여 배치되어 있고, 링 홈(8)은, 헤드부 단면(23)과의 사이에 링 홈(7)이 위치하도록 하여 외주면(6)에 배치되어 있다.

피스톤 링(9; 상부 링 또는 가스 링)는, 헤드부 단면(23)에 인접하여 배치되어 있다.피스톤 링(9)은, 그 이음매부(33)가 저지부재(56 및 57)보다 공간(12) 측에 위치하도록, 링 홈(7)에 배치되어 있다. 피스톤 링(9)은, 그 외주면(34)에서내면(l7)에 탄성력을 가지고 접촉되어 있다.

피스톤 링(10; 두번째 링 또는 가스 링)은, 헤드부 단면(23)과의 사이에 피스톤 링(9)이 위치하도록 하여 외주면(6)에 배치되어 있다. 피스톤 링(10)은, 그 이음매부(38)이 저지부재(56 및 57)보다 공간(13)측에 위치하도록, 링 홈(8)에 배치되어 있다. 피스톤 링(10)은 그 외주면(39)에서 내면(17)에 탄성력을 가지고 접촉되어 있다.

구획 수단(14)은 피스톤 링들(9 및 10) 사이에 설치된 구획부재(40 및 41)와, 구획부재(40)를 내면(17)을 향해 탄성적으로 가압하는 가압부재로서의 스프링(42)과, 구획부재(41)를 내면(17)을 향해 탄성적으로 가압하는 가압부재로서의 스프링(43)과, 피스톤 링(9 및 10) 사이에 위치하여 외주면(6)에 배치됨과 동시에, 내면(17)을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 홈부(44 및 45)와, 링 홈(8)을 규정하는 바닥면(54)과 바닥면(54)에 대향하는 피스톤 링(10)의 내주면(55) 사이에 생기는 간극을 통하여 공간들(12 및 13)이 서로 연통되는 것을 저지하도록, 링 홈(8)에 배치된 저지부재(56 및 57)와, 링 홈(8)에 배치됨과 동시에, 저지부재(56 및 57)를 피스톤 링(10)의 내주면(55)을 향해 각각 탄성적으로 압압하는 압압부재로서의 코일 스프링(58 및 59)과, 바닥면(54)에 배치되어 있고, 피스톤 링(10)의 내주면(55)을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 오목부(구멍부)(60 및 61)을 구비하고 있다. 저지부재(56 및 57)의 각각은 본 예에서는 원기둥상의 핀으로 이루어져 있다.

구획부재(40)는 홈부(44)에 의해 규정되는 공간에 배치되어 있고, 구획부재(41)는 홈부(45)에 의해 규정되는 공간에 배치되어 있다.

저지부재(56) 및 코일 스프링(58)은, 오목부(60)에 의해 규정되는 공간에 배치되어 있고, 저지부재(57) 및 코일 스프링(59)는, 오목부(6l)에 의해 규정되는 공간에 배치되어 있다.

구획부재(40 및 41), 스프링(42 및 43), 홈부(44 및 45), 저지부재(56 및 57), 코일 스프링(58 및 59), 및 오목부(60 및 61)는, 피스톤 핀(4a)의 축 방향(Y)에 각각 상호 대향하여 배치되어 있다.

구획부재(40)와 저지부재(56)는, 방향(X)에 서로 일직선상에 위치하도록 배치되어 있고, 구획부재(41)와 저지부재(57)는 방향(X)에 서로 일직선상에 위치하도록 배치되어 있다.

이상의 구획 수단(14)에 의하면, 저지부재(56 및 57)의 각각을 링 홈(8)에 배치하고, 또한 이들을 코일 스프링(58 및 59)에 의해 각각 탄성적으로 압압함으로써, 왕복동 엔진(1)의 각 작동 행정에 있어서, 공간들(12 및 13)이 링 홈(8)을 통하여 연통되는 것을 저지함과 동시에, 구획부재(40 및 41)를 피스톤 링들(9 및 10) 사이에 각각 배치하고, 또한 이들을 스프링(42 및 43)에 의해 각각 탄성적으로 압압함으로써, 왕복동 엔진(1)의 각 작동 행정에 있어서, 공간(12 및 l3)들이 서로 연통되는 것을 저지할 수 있고, 또한 예컨대, 피스톤(3)이 가스압 및 관성력에 의해 방향(Y)에 직교하는 면 내에서 회전 운동한 경우에 있어서도, 저지부재(56 및 57)와, 피스톤 링(10) 사이에 간극이 발생되는 것을 방지함과 동시에, 구획부재(40 및 41)와 실린더(2)의 내면(17) 사이에 간극이 발생되는 것을 방지할 수 있으므로, 스러스트측의 공간(12)에 도입된 연소가스의 가스압을 유지할 수 있다.

연통 수단(16)은, 스러스트측의 실린더(2)의 내면(17)에 설치된 복수의 연통 통로(70)를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로(70)는 피스톤(3)이 상사점 근방에 위치 하였을 때, 공간(12)을 연통 통로(70)를 통하여 연소실(15)에 연통시키도록 배치되어 있다. 연통 통로(70)는, 본 예에서는 실린더(2)의 내면(17)에 형성된 오목부(71)로 규정되어 있다.

이하, 본 예의 왕복동 엔진(1)의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 압축 행정의 종료 후에 개시되는 연료 및 공기의 혼합가스의 연소 행정에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 피스톤(3)이 상사점을 통과한 후로서 그 상사점 근방에 위치하고 있는 동안에, 연소가스(99)의 가스압이 높아지고, 높아진 가스압의 압력을 피스톤(3)이 받음으로써 하사점을 향해 가속됨과 동시에, 복수의 연통 통로(70)에 의해 스러스트측의 공간(12)을 연소실(15)에 연통시켜 스러스트측의 공간(12)에 연소가스(99)를 도입한다. 여기서, 피스톤(3)으로부터 방향(X)에 대하여 경사져 있는 커넥팅 로드(5)에 하사점 방향으로의 힘이 가해짐으로써 피스톤(3)에 스러스트측을 향하는 측압력(A)가 가해지는데, 그 측압력(A)에 대항하여, 공간(12)에 도입된 연소가스(99)의 가스압에 의해 피스톤(3)에 반스러스트측을 향한 항(抗)측압력(B)을 부여하고, 그 피스톤(3)을 가스 부상시킨다.

상술한 바와 같이 하여, 연소 행정시에 측압력(A)에 의해 발생하는 피스톤 링(9 및 10)과 실린더(2)의 내면(17) 사이의 스러스트측에 있어서의 슬라이딩 마찰 저항을 대폭적으로 감소시킨다. 또한, 코일 스프링(58 및 59)에 의해 각각 탄성적으로 압압되어 있는 저지부재(56 및 57)에 의해, 공간(12)에 도입된 연소가스(99)가 링 홈(8)을 통하여 공간(13) 측으로 누출되는 것을 저지하고 있기 때문에, 피스톤(3)에 부여되는 항측압력(B)을 유지할 수 있다. 또한, 연소 행정에서는 피스톤(3)은 하사점 근방까지 이동한다.

연소 행정의 종료 후에 개시되는 연소가스(99)의 배기 행정에 있어서도, 도 8에 도시한 바와 같이, 상술한 연소 행정에서, 공간(12)에 도입된 연소가스(99)의 가스압에 따른 항측압력(B)이 유지되어, 피스톤(3)이 가스 부상됨으로써 그 피스톤(3)의 방향(Y)에 직교하는 면 내에서의 요동을 억제하고 있다.

도 9 내지 도 13에 있어서, 본 예의 왕복동 디젤 엔진(101)은, 실린더(102)와, 실린더(102) 내를 방향(X)로 왕복 운동하는 피스톤(103)과, 소단부(104)에서 피스톤 핀(104a)을 통하여 피스톤(103)에 회동 가능하게 연결되어 있는 커넥팅 로드(105)와, 방향(X)으로 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤(103)의 외주면(106)에 형성되어 있는 링 홈(107 및 108)과, 링 홈(107 및 108)에 각각 끼워진 피스톤 링(109 및 110)과, 피스톤 링(109) 및 피스톤 링(110) 사이의 환상의 공간(11l)을 스러스트측의 반환상의 공간(112) 및 반스러스트측의 반환상의 공간(113)으로 구획하는 구획 수단(114)과, 공간(112)를 주연소실(115)에 연통시키는 연통 수단(116)을 구비하고 있다.

실린더(102)는, 그 내면(117)에 의해 규정된 원기둥 모양의 공간(118)을 가지고 있고, 공간(118)에는, 피스톤(103)이 방향(X)으로 왕복 운동 가능하게 되도록 배치되어 있다. 실린더(102)의 실린더 헤드부(155)에는 흡기밸브(102a), 배기밸브(102b) 및 주연소실(l15)에 착화된 연료를 분사하기 위한 부연소실(115a)가 설치되어 있다.

부연소실(115a)은, 본예에서는 반스러스트측에서 주연소실(115)에 연통되어 있고, 분사 연료가 반스러스트측으로부터 스러스트측을 향하여 주연소실(115) 내에서 확장되도록, 연료를 주연소실(115)로 분사하게 되어 있다.

피스톤(103)은, 본예에서는 오일 링(149)을 구비하고 있다.

커넥팅 로드(105)는 그 대단부(150)에서 회전 가능한 크랭크 샤프트(151)에 연결되어 있다.

피스톤 핀(104a)은, 피스톤 핀(104a)의 축심(E)과 크랭크 샤프트(151)의 축심(F)을 잇는 선(L1)이 피스톤(103)의 중심(G)와 축심(F)을 잇는 선(L2)에 대하여, 반스러스트측으로 경사지도록, 피스톤(103)에 설치되어 있고, 왕복동 디젤 엔진(101)의 각 작동 행정에 있어서, 실린더(102)의 내면(117)에 피스톤(103)을 강하게 부딪치는 방향의 피스톤(103)의 회전 토크를 감소시키도록 되어 있다.

링 홈(l07 및 108), 피스톤 링(109 및 110), 구획 수단(114), 및 연통 수단(116)은 상술한 왕복동 엔진(1)의 링 홈(7 및 8), 피스톤 링(9 및 10), 구획 수단(14), 및 연통 수단(16)과 각각 동일한 형태로 형성되어 있으므로, 이들에 대한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 왕복동 디젤 엔진(101)의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 압축 행정의 종료 후에 개시되는 연소 행정에서는, 피스톤(103)이 상사점 근방에 위치하고 있는 동안에, 연소가스(199)의 가스압이 높아졌을 때 그 가스압에 의해 동력이 부여되는 피스톤(103)이 하사점을향하여 이동함과 동시에, 연통 수단(116)에 의해 공간(112)을 주연소실(115)에 연통시키고, 그 공간(112)에 연소가스(199)를 도입한다. 여기서, 방향(X)에 대하여 경사져 있는 커넥팅 로드(105)에 하사점방향으로의 힘이 전달됨으로써 피스톤(103)에 스러스트측을 향하는 측압력(C)이 가해지는데, 그 측압력(C)에 대항하여, 공간(112)에 도입된 연소가스(199)의 가스압에 의해 피스톤(103)에 반스러스트측을 향하는 항측압력(D)를 부여하여, 피스톤(103)을 가스 부상시킨다. 상기한 바와 같이 하여, 연소 행정시에, 측압력(C)에 기초하여 발생하는 피스톤 링(109 및 110)과 실린더(102)의 내면(117) 사이의 스러스트측에 있어서의 슬라이딩 마찰 저항을 대폭적으로 감소시킴과 동시에, 피스톤 링(109 및 110)이 스러스트측의 내면(117)에 강하게 부딪치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 코일 스프링(158 및 159)에 각각 탄성적으로 압압되어 있는 저지부재(156 및 157)에 의해, 공간(112)에 도입된 연소가스(199)가, 링 홈(107 및 108)을 통하여 공간(113)측으로 누출되는 것을 저지하고 있다.

연소 행정의 종료 후에 개시되는 연소가스(199)의 배기 행정에서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 공간(112)에 도입된 연소가스(199)의 가스압에 의한 항측압력(D)가 유지되어 있으므로 피스톤(103)의 방향(Y)에 직교하는 면 내에서의 요동을 억제하고 있다.

흡기 행정의 종료 후에 개시되는 압축 행정에서는, 하사점 근방에 위치하고 있는 피스톤(103)이 상사점 근방을 향해 복귀이동함에 따라, 주연소실(115)에 존재하는 공기를 압축하여, 그 공기를 고압 및 고온으로 한다. 그 압축 행정에서는,피스톤(103)이 상사점 근방까지 이동한 후, 상술한 연소 행정이 개시된다.

본 예의 왕복동 디젤 엔진(101)이 실린더 라이너를 구비하고 있는 경우는, 연통 수단(116)을 그 실린더 라이너에 설치해도 된다.

본 발명에 의하면, 스러스트측의 공간으로 도입된 연소가스의 누출을 확실히 저지할 수 있고, 피스톤의 왕복 운동으로의 실린더와 피스톤 사이의 슬라이딩 마찰 저항 감소를 효과적으로 얻음과 동시에, 피스톤과 실린더의 내면과의 충돌음을 감소시키는 것이 가능한 왕복동 엔진을 제공할 수 있다.

Claims

피스톤의 왕복 운동 방향으로 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤의 측면에 형성되어 있는 제1 및 제2의 링 홈과, 제1 및 제2의 링 홈에 각각 끼워진 제1 및 제2의 피스톤 링과, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이의 공간을 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간으로 구획하는 구획 수단과, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키는 연통 수단을 구비하고 있고, 연통 수단은, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있는 왕복동 엔진.
제 1 항에 있어서, 연통 수단은 피스톤이 상사점 근방에 위치할 때, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있는 왕복동 엔진.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구획 수단은, 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는 간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통되는 것을 저지하도록, 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
피스톤의 왕복 운동 방향으로 서로 인접하여 배치되어 있고, 피스톤의 측면에 형성되어 있는 제1 및 제2의 링 홈과, 제1 및 제2의 링 홈에 각각 끼워진 제1및 제2의 피스톤 링과, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이의 공간을 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간으로 구획하는 구획 수단과, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키는 연통 수단을 구비하고 있고, 구획 수단은 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면과 이 바닥면에 대향하는 제2의 피스톤 링의 내주면 사이에 생기는 간극을 통하여 스러스트측의 공간 및 반스러스트측의 공간이 서로 연통하는 것을 저지하도록, 제2의 링 홈에 배치된 저지부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
제 4 항에 있어서, 연통 수단은, 실린더의 내면에 설치된 복수의 연통 통로를 구비하고 있고, 복수의 연통 통로를 통하여 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있는 왕복동 엔진.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 연통 수단은, 피스톤이 상사점 근방에 위치할 때, 스러스트측의 공간을 연소실에 연통시키도록 되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2의 링 홈은, 피스톤의 헤드부 단면과의 사이에 제1의 링 홈이 위치하도록 하여 피스톤의 측면에 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 구획 수단은, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있는 적어도한 쌍의 저지부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 구획 수단은, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이에 설치된 적어도 한 쌍의 구획부재를 구비하고 있고, 한 쌍의 구획부재는, 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 9 항에 있어서, 저지부재 및 구획부재는 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일직선상에 위치하도록 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 구획 수단은 한 쌍의 구획부재를 실린더의 내면을 향해 각각 탄성적으로 가압하는 한 쌍의 가압부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
제 11 항에 있어서, 한 쌍의 가압부재는 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 상호 대향하여 각각 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 가압부재는 스프링으로 이루어지는 왕복동 엔진.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 구획 수단은, 제1 및 제2의 피스톤 링 사이에 피스톤의 측면에 형성됨과 동시에 실린더의 내면을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 한 쌍의 홈부를 가지고 있고, 한 쌍의 홈부에 의해 각각 규정되는 공간에는 구획부재가 각각 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 구획 수단은 제2의 링 홈에 배치됨과 동시에 저지부재를 제2의 피스톤 링의 내주면을 향해 탄성적으로 압압 하는 압압부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
제 15 항에 있어서, 구획 수단은 피스톤과 커넥팅 로드를 연결하는 피스톤 핀의 축 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 압압부재를 구비하고 있는 왕복동 엔진.
제 15 항 또는 제 16항에 있어서, 압압부재는 스프링으로 이루어지는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 구획 수단은, 제2의 링 홈을 규정하는 바닥면에 배치됨과 동시에, 제2의 피스톤 링의 내주면을 향해 오목한 형상으로 되어 있는 오목부를 가지고 있고, 상기 오목부에 의해 규정되는 공간에는 저지부재가 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 피스톤 링은 피스톤의 헤드부 단면에 인접하여 배치되어 있고, 제1의 피스톤 링의 이음매부가 저지부재보다 스러스트측의 공간측에 위치하도록, 제1의 링 홈에 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2의 피스톤 링은 피스톤의 헤드부 단면과의 사이에 제1의 피스톤 링이 위치하도록 피스톤의 측면에 배치되어 있고, 제2의 피스톤 링의 이음매부가 저지부재보다 반스러스트측의 공간측에 위치하도록 제2의 링홈에 배치되어 있는 왕복동 엔진.
제 3 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 저지부재는 핀으로 이루어지는 왕복동 엔진.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤은 커넥팅 로드에 피스톤 핀을 통하여 연결되어 있고, 피스톤 핀은, 그 피스톤 핀의 축심과 크랭크 샤프트의 축심을 잇는 선이 피스톤의 중심과 크랭크 샤프트의 축심을 잇는 선에 대하여 반스러스트측으로 경사지도록, 피스톤에 설치되어 있는 왕복동 엔진.