KR20050075999A

KR20050075999A - Cam type engine

Info

Publication number: KR20050075999A
Application number: KR1020040003763A
Authority: KR
Inventors: 김용석
Original assignee: 재단법인 세계평화통일가정연합선교회
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-26

Abstract

본 발명에 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.The cam engine according to the present invention includes a casing 30 provided with a plurality of cylinders radially around a cam case, a piston 36 reciprocating in the cylinder, and an output shaft provided at the center of the cam case. Cam 40, two rollers 44 and 45 mounted on the piston so as to be rotatable externally to the cam, and the roller is installed on the piston so that the roller does not deviate from the outer circumferential surface of the cam and pulls down the piston. A ball rod 46 is provided, and the cam 40 has raceways 48 and 50 formed on both sides thereof so that the two rollers 44 and 45 roll outwardly, respectively, and the ball of the ball rod 46 is formed. Since the hump track portion 52 having the track groove 52a is formed in the middle so that the part is inserted and slides, the roller rolls on the track surface of the cam and the ball portion of the ball rod slides on the track groove of the hump track portion. Output The shaft rotates smoothly, and small size, light weight and large output can be obtained.

Description

Cam type engine

본 발명은 캠식 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠과 험프 트랙부를 가진 캠식 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a cam type engine, and more particularly, to a cam type engine having a cam and a hump track portion.

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.Conventionally, gasoline engines and diesel engines have a piston-crankshaft mechanism in which a piston and a crankshaft are connected by connecting rods in order to convert the linear motion of the reciprocating piston into a rotational motion in the cylinder. In a four-stroke engine, two reciprocating motions of the piston cause one crankshaft to explode once during a four-stroke cycle of intake, compression, expansion, and exhaust.

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. Such a reciprocating engine has a limitation in obtaining a large output because a single explosion occurs between two reciprocating motions of the piston, and the maximum value of this side pressure is large because the inertia force of the connecting rod acts on the piston in addition to the reaction force of the output torque. Friction and impact on the cylinder, and the connecting rod and the connection between the piston and the crankshaft are continuously applied in different directions, so the material with high strength, rigidity and yield point is required. The use of a and crankshaft limits the engine's weight and weight.

이러한 왕복식 엔진의 한계를 극복하기 위해 종래 캠식 엔진이 일본국 특개평8-4550호로 개시되어 있다.In order to overcome the limitation of such a reciprocating engine, a conventional cam engine is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-4550.

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.As shown in FIGS. 1 and 2, the Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-4550 integrally forms two cylinders 4 facing radially at intervals of 180 degrees around the cam case 2 integrally. ), An output shaft 6 extending into the cam case 2, two or more even cam mounts 8a and 8b at equal intervals, and a rim 8c according to a cam curve. 2) rotatably supporting the main rollers and the auxiliary rollers 10, 12, and 14, which are installed in the cam 8 and slidably in the cylinder 4, externally and inscribed to the rim 8c of the cam, respectively. It is a structure provided with the piston 16, the suction and exhaust means 18 and 20, and the ignition means 22 provided in each said cylinder 4. As shown in FIG.

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.However, in the conventional cam type engine disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-4550, the cam has a curved cam surface, so that the main roller 10 and the auxiliary roller 12 are located at different distances radially from the center of the cam. (14) is a shape in which the trajectory curves drawn at the center thereof do not resemble each other, and in some portions, the two trajectory curves cross each other, so that the main roller 10 and the auxiliary rollers 12 and 14 are connected to the piston ( In the structure installed in the piston 16 with the rim 8c of the cam interposed on the center axis of 16), there is a problem in that the output shaft cannot be rotated because the cam is caught and cannot be operated.

따라서, 본 발명은 종래 캠식 엔진이 작동이 불가능하여 실시될 수 없다는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 로울러가 피스톤에 설치된 캠식 엔진에서 캠이 고정된 출력축이 원활하게 회전케 하는 캠식 엔진을 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problem that the conventional cam engine can not be implemented because it is impossible to operate, the object of the present invention is a cam type to smoothly rotate the output shaft is fixed cam in the cam engine engine is installed on the piston To provide an engine.

본 발명에 의한 캠식 엔진은, 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 한다.A cam engine according to the present invention includes a casing provided with a plurality of cylinders radially around a cam case, a piston reciprocating in the cylinder, an cam provided at an output shaft provided at the center of the cam case, and the cam. Two rollers installed on the piston so as to be rotatable externally, and a ball rod installed on the piston so that the rollers do not deviate from the outer circumferential surface of the cam and pull down the piston, wherein the cam has the two rollers Track surfaces are formed on both sides so as to roll around each other, and a hump track portion having a track groove is formed in the middle so that the ball portion of the ball rod is inserted and slipped.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. 3 and 4, four cylinders 34 radially around the cam case 32 are provided with a casing 30 integrally formed at 90 degree intervals, and the cylinders 34 A reciprocating piston 36 is provided inside, and a cam 40 is fixed to the output shaft 38 provided at the center of the cam case 32 by a key 42, and the cam 36 is connected to the cam 36. Two rollers 44 and 45 are rotatably installed outside the raceway surface (outer circumferential surface) of the 40, and the pistons are disposed so that the rollers do not leave the outer circumferential surface of the cam 40 and pull down the piston. 36 is provided with a ball rod 46.

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.The cam 40 has a raceway 48 and 50 formed at both sides in the axial direction so that the two rollers 44 and 45 roll outwardly, respectively. A hump track portion 52 having a raceway groove 52a (between both raceways) is formed.

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.Each cylinder 34 is provided with intake and exhaust means having intake and exhaust valves 56 and 58 and an ignition means having a spark plug 60. In the case of a diesel engine, the cylinder 34 is provided with suction and exhaust means and fuel injection means.

상기 출력축(38)은 상기 캠 케이스(32)에서 베어링(62)으로 회전가능케 지지되어 있다. The output shaft 38 is rotatably supported by the bearing 62 in the cam case 32.

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.The lower portion of the piston 36 is dug in the middle to form flanges 36a and 36b on both sides, and the rollers 44 and 45 are formed by the pins 64 and 64 between the flanges 36a and 36b. Is rotatably installed, the ball rod 46 is fitted in the center of the piston 36 is installed.

상기 로울러(44, 45)는 상기 핀(64, 64)에 외삽되는 로울러 베어링에 의해 회전가능케 결합되는 것이 바람직하다.The rollers 44 and 45 are preferably rotatably coupled by roller bearings that are extrapolated to the pins 64 and 64.

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. The cam 40 has a structure in which four cam peaks are formed at intervals of 90 degrees, and the number and shape of the cam peaks can be changed in various ways, and the number of cylinders can also be varied.

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.One end of the ball rod 46 is provided with a head portion 46a to be fitted to the piston 36, and the other end of the ball rod 46 is fitted into the track groove 52a and is slipped ball portion 46b ) Is a rod formed. The ball portion 46b protrudes further downward than the lower outer circumferential surfaces of the rollers 44 and 45.

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 중심에서 피스톤의 하사점과 상사점까지의 거리에 따라 상이하게 된다.As shown in FIG. 5, the tracks of the track surfaces 48 and 50 of the cam, which the rollers 44 and 45 ride and move around, and the track grooves in which the ball portion 46b of the ball rod 46 rides and slides. The trajectory of (52a) is not alike and may cross at some points. The raceway surfaces 48 and 50 and the raceway grooves 52a differ according to the cam diagram, the size of the roller and the ball rod, and the distance from the center of the output shaft to the bottom dead center and the top dead center.

이와 같이 구성된 본 발명에 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.The operation of the cam engine according to the present invention configured as described above will be described. In FIG. 3, when the upper piston 36 is referred to as the first piston and the second, third and fourth pistons in the counterclockwise direction, each piston operates the same as shown in FIG. When the output shaft 38 starts to rotate and the cam 40 rotates counterclockwise, the rollers 44 and 45 rolling in close contact with the raceways 48 and 50 of the cam 40 and the hump track portion The inlet valve 56 is opened while the piston 36 descends the cam mount in the state shown in Fig. 3 by the ball portion 46b of the ball rod which slides on the raceway groove 52a of the 52. It flows into the cylinder 34 and reaches the bottom dead center shown in FIG. The cam 40 further rotates so that the piston 36 rises so that the mixed gas in the cylinder 34 is compressed, ignited and exploded by the spark plug 60 at the top dead center position, and the piston 36 again As it descends, reaches a bottom dead center, and rises again, the exhaust gas in the cylinder 34 is exhausted through the exhaust valve 58 to be in a state as shown in FIG. In this cycle, the four pistons 36 reciprocate two times while the cam 40 rotates one time, and performs four stroke cycles of suction, compression, expansion, and exhaust.

이와 같은 본 발명에 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. According to the cam-type engine according to the present invention, the cam 40 is exploded once in each of four cylinders during one rotation, so that small, light weight and large output can be obtained. In addition, since the cam 40 rotates once for two reciprocating motions of the respective pistons 36, the rotation of the output shaft 38 is reduced, the output rotation speed and heat generation and vibration are suppressed, and the energy conversion efficiency is good.

본 발명에 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. According to the cam-type engine according to the present invention, the roller is rolled on the track surface of the cam, the ball portion of the ball rod is slipped through the track groove of the hump track portion, the output shaft rotates smoothly, and the small and light weight to obtain a large output Can be.

도1는 종래 캠식 엔진의 개략 정면 단면도,1 is a schematic front sectional view of a conventional cam engine;

도2는 도1의 캠식 엔진의 개략 측면 단면도,2 is a schematic side cross-sectional view of the cam engine of FIG. 1;

도3은 본 발명에 의한 캠식 엔진의 개략 정면 단면도,3 is a schematic front sectional view of a cam engine according to the present invention;

도4는 도3의 캠식 엔진의 개략 측면 단면도,4 is a schematic side cross-sectional view of the cam engine of FIG. 3;

도5는 본 발명에 의한 캠식 엔진의 로울러가 타고 이동하는 캠의 궤도면과, 볼 로드의 볼부가 미끄러지는 험프 트랙부의 궤도홈을 나타내는 도면,5 is a view showing a raceway surface of a cam on which a roller of a cam engine according to the present invention rides and a raceway groove of a hump track portion in which a ball portion of a ball rod slides;

도6는 본 발명에 의한 캠식 엔진의 동작을 설명하기 위한 개략 정면 단면도,6 is a schematic front sectional view for explaining the operation of the cam engine according to the present invention;

도7은 본 발명에 의한 캠식 엔진의 동작을 설명하기 위한 개략 캠 선도이다.Fig. 7 is a schematic cam diagram for explaining the operation of the cam engine according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

32 : 캠 케이스 34 : 실린더32: cam case 34: cylinder

36 : 피스톤 38 : 출력축36: piston 38: output shaft

40 : 캠 44, 45 : 로울러40: cam 44, 45: roller

46 : 볼 로드 48, 50 : 궤도면46: ball rod 48, 50: track surface

52 : 험프 트랙부 52a : 궤도홈52: hump track portion 52a: track groove

Claims

A casing provided with a plurality of cylinders in a radial direction around the cam case, a piston reciprocating in the cylinder, a cam provided at an output shaft provided at the center of the cam case, and rotatably rotatable around the cam. Two rollers installed, and a ball rod installed on the piston so that the rollers do not deviate from the outer circumferential surface of the cam and pull down the piston,

The cam is a cam-type engine, characterized in that the track surface is formed on both sides so that the two rollers are rolled around each other, and the hump track portion is formed with a track groove in the middle so that the ball portion of the ball rod slides.