KR20080098853A

KR20080098853A - 다기통 공압식 엔진의 자동시동장치

Info

Publication number: KR20080098853A
Application number: KR1020070044216A
Authority: KR
Inventors: 조철승; 정호진
Original assignee: 주식회사 에너진물산
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-12

Abstract

다기통 공압식 엔진의 자동시동장치가 개시된다. 그러한 다기통 공압식 엔진의 자동시동장치는 압축공기를 저장하는 공기 공급부와, 상기 공기 공급부로 부터 공기가 공급되어 흡배기 행정이 진행되는 적어도 하나 이상의 실린더 조립체와, 상기 실린더 조립체에 구비된 피스톤의 승하강에 연동하여 회전하는 크랭크축과, 상기 실린더 조립체의 상부에 장착되어 흡배기 포트를 개폐시킴으로써 압축공기를 분사/배출하는 흡배기밸브와, 그리고 상기 실린더 조립체의 상부에 제공되며, 서로 대향하는 노브를 갖는 양면캠을 구비하여 상기 흡배기 밸브를 순차적으로 개폐시키는 캠기구를 포함하며, 압축공기가 상기 실린더중 흡기밸브가 개방상태인 실린더에 공급되어 피스톤을 가압하여 상기 크랭크축 및 캠기구를 작동시킴으로써 시동할 수 있다.

공압식, 엔진, 시동, 흡기, 배기, 실린더

Description

다기통 공압식 엔진의 자동시동장치{APPARATUS FOR AUTOMATIC STARTING OF PNEUMATIC ENGINE}

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 시동장치가 구비된 공압식 엔진의 내부 구조를 도시하는 사시도이다.

도2 는 도1 에 도시된 자동 시동장치의 구조를 보여주는 도면이다.

도3 은 도2 에 도시된 1번 실린더 조립체의 구조를 보여주는 도면이다.

도4 는 도1 에 도시된 캠축의 사시도이다.

본 발명은 공압식 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 시동모터 없이 시동을 걸수 있는 공압식 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 동력을 발생시키는 장치이며, 이러한 엔진은 산업화의 발달에 따라 여러 종류가 개발되었으며 주로 자동차, 선박 등에 장착된다.

산업혁명 초창기의 엔진들은 증기를 이용한 증기기관이 주로 사용되었으나, 증기기관을 사용한 증기 기관차 또는 증기 기선은 그 연료로 석탄등을 사용하여 그로 인한 공해배출과 낮은 에너지의 효율성 등 많은 문제가 있었다.

그 후, 증기기관을 대체하여 가솔린, 경유 등을 연소시켜 동력을 얻는 내연기관이 개발되어 어느 정도의 공해문제를 해결하였으며, 연료의 연소효율을 향상시킴으로 증기기관과 대비, 높은 에너지의 효율을 얻게 되었으며, 최근까지 이러한 내연기관을 장착한 자동차가 주로 생산되고 있다.

그러나, 최근 환경규제가 과거에 비해 더 한층 강화됨으로 이러한 내연기관을 대체하는 공해의 유발이 적은 동력발생장치의 필요성이 대두되었고, 이에 공기를 에너지원으로 하는 공압식 엔진의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

이러한 공압식 엔진은 통상적으로 실린더 내부에는 상하 왕복운동 가능한 피스톤이 구비되며, 실린더 헤드에는 흡기포트와 배기포트가 구비된다.

그리고, 상기 흡기 및 배기포트에는 각각 흡기밸브 및 배기밸브가 장착됨으로써 상기 흡기 및 배기포트를 개폐하게 된다.

또한, 상기 흡기밸브 및 배기밸브는 캠기구에 의하여 작동하게 된다. 따라서, 상기 캠기구가 작동함으로써 상기 흡기 및 배기밸브를 선택적으로 작동시켜 흡기 및 배기포트를 각각 개폐하게 된다.

이러한 구조를 갖는 공압식 엔진은 공기탱크에 저장된 공기가 압축기에 의하여 일정 압력으로 흡기포트를 통하여 실린더 헤드의 내부공간으로 분사되며, 이러한 가압력에 의하여 피스톤이 하부로 이동하게 되고, 크랭크축의 작동에 의하여 피스톤이 다시 상승하면서 실린더 헤드의 내부공간에 공급된 압축공기를 배기포트를 통하여 외부로 배출하게 된다. 이러한 과정을 통하여 공압식 엔진이 작동하게 된다.

그러나, 이러한 공압식 엔진은 시동을 위하여 시동모터를 구비하여야 하므로 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 시동장치 없이 자동으로 시동이 가능한 공압식 엔진을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 압축공기를 저장하는 공기 공급부; 상기 공기 공급부로부터 공기가 공급되어 흡배기 행정이 진행되는 적어도 하나 이상의 실린더 조립체; 상기 실린더 조립체에 구비된 피스톤의 승하강에 연동하여 회전하는 크랭크축; 상기 실린더 조립체의 상부에 장착되어 흡배기 포트를 개폐시킴으로써 압축공기를 분사/배출하는 흡배기밸브; 그리고 상기 실린더 조립체의 상부에 제공되며, 서로 대향하는 노브를 갖는 양면캠을 구비하여 상기 흡배기 밸브를 순차적으로 개폐시키는 캠기구를 포함하며, 압축공기가 상기 실린더중 흡기밸브가 개방상태인 실린더에 공급되어 피스톤을 가압하여 상기 크랭크축 및 캠기구를 작동시킴으로써 시동할 수 있는 공압식엔진을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 엔진의 구조를 상세하게 설명한다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 시동장치가 구비된 공압식 엔진의 내부 구조를 도시하는 사시도이고, 도2 는 도1 에 도시된 자동 시동장치의 구조를 보여주는 도면이며, 도3 은 도2 에 도시된 1번 기통의 구조를 보여주는 도면이다.

도시된 바와 같이，본 발명이 제안하는 자동 시동이 가능한 공압식 엔진은 공기를 저장하는 공기 공급부(S)와, 상기 공기 공급부(S)로부터 공기가 공급되어 흡배기 행정이 진행되는 적어도 하나 이상의 실린더 조립체(3,5,7)와, 상기 실린더 조립체(3,5,7)에 구비된 피스톤(P)의 승하강에 연동하여 회전하는 크랭크축(8)과, 상기 실린더 조립체(3,5,7)의 상부에 장착되어 흡배기 포트를 개폐시킴으로써 압축공기를 분사/배출하는 흡배기밸브(13,15,17)와, 그리고 상기 실린더 조립체(3,5,7)의 상부에 제공되며, 서로 대향하는 노브를 갖는 양면캠을 구비하여 상기 흡배기 밸브(13,15,17)를 순차적으로 개폐시키는 캠기구(9)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 공압식 엔진에 있어서, 상기 공기 공급부(S)는 압축기(도시안됨)에 연결됨으로써 연결관(20)을 통하여 일정 압력 상태의 압축공기가 유입된다.

이때, 상기 연결관(20)은 스로틀 밸브가 배치되며, 가속페달에 연결된 상태이다. 따라서, 가속페달을 밟는 경우 스로틀 밸브가 연동하고, 압축공기의 공급량이 증가하게 되므로 엔진의 구동이 가능하다.

그리고, 상기 실린더 조립체(3,5,7)는 다수개, 바람직하게는 3개의 실린더(C)와, 각 실린더(C)의 내부에 승하강 가능하게 구비된 피스톤(P)으로 이루어진다. 이러한 실린더 조립체(3,5,7)에는 흡배기 포트(51,52)가 각각 형성되며, 각 흡배기 포트(51,52)는 상기 공기 공급부(S)와 흡기관(19,21,23)을 통하여 연결된다.

즉, 제1 실린더 조립체(3)에는 압축공기가 공급되는 제1 흡기관(19)과 압축공기가 배출되는 제1 배기관(31)이 연결된다. 동일하게, 제2 실린더 조립체(5)에도 제2 흡기관(21) 및 제2 배기관(37)이 연결되고, 제3 실린더 조립체(7)에도 제3 흡기관(23) 및 제3 배기관(43)이 연결된다.

따라서, 공기 공급부(S)의 압축공기가 제1 내지 제3 흡기관(19,21,23)을 통하여 각 실린더(C)로 순차적으로 공급된다.

그리고, 제1 내지 제3 실린더 조립체(3,5,7)에 압축공기가 공급되면, 압력에 의하여 각 실린더(C)에 구비된 피스톤(P)이 하강운동을 하게 된다. 이러한 피스톤(P)의 하강운동에 의하여 상기 크랭크축(8)이 회전하게 되고, 크랭크축(8)의 회전에 의하여 상부의 캠축(10)이 회전하게 된다.

이때, 상기 크랭크축(8)과 캠축(10)은 벨트 등으로 연결되어 서로 일정한 비율로 회전하게 된다.

그리고, 상기 캠기구(9)는 크랭크축(8)과 연동하여 회전하는 캠축(10)과, 상기 캠축(10)상에 배치된 다수개의 흡배기캠(94,84,92,82,90,80;도4)과, 상기 흡배기캠(94,84,92,82,90,80)과 접촉하여 흡배기 밸브(12,13,15)를 순차적으로 가압하는 로커아암을 포함한다.

상기 다수개의 흡배기캠(94,84,92,82,90,80;도4)들은 도1 및 도4 에 도시된 바와 같이, 캠축(10)상에 배치되며, 제1 실린더 조립체(3)에 대응되는 제1 흡배기캠(94,84), 제2 실린더 조립체(5)에 대응되는 제2 흡배기캠(92,82), 제3 실린더 조립체(7)에 대응되는 제3 흡배기캠(90,80)으로 이루어진다.

그리고, 상기 제1 흡배기캠(94,84)은 제1 흡기캠(94)과 제1 배기캠(84)으로 구성되며, 제2 흡배기캠(92,82)은 제2 흡기캠(92)과 제2 배기캠(82), 제3 흡배기캠(90,80)은 제3 흡기캠(90)과 제3 배기캠(80)으로 이루어진다.

이때, 상기 흡배기캠(94,84,92,82,90,80)들은 캠축(10)을 중심으로 양측으로 노브가 돌출된 양면캠 방식이다.

그리고, 상기 제1 배기캠(84)은 도1 및 도4 에 도시된 바와 같이, 제1 흡기캠(94)에 대하여 60도 기울어진 각도에 위치하고, 제2 흡기캠(92)은 제1 배기캠(84)에 대하여 60도 기울어진 각도에 위치하고, 제2 배기캠(82)은 제2 흡기캠(92)에 대하여 60도 기울어지고, 제3 흡기캠(90)은 제2 배기캠(80)에 대하여 60도 기울어지고, 제3 배기캠(80)은 제3 흡기캠(90)에 대하여 60도 기울어진다.

따라서, 상기 흡배기캠(94,84,92,82,90,80)들은 캠축(10)을 중심으로 360 범위 이내에 위치하게 됨으로서 캠축(10) 회전시 상기 흡배기캠(94,84,92,82,90,80)들이 흡배기 밸브(11,13,15)를 순차적으로 작동시킴으로써 흡배기 포트(51,52;도2)를 개폐하게 된다.

다시, 도1 내지 도3을 참조하면, 이러한 흡배기 밸브(11,13,15)들은 제1 실린더 조립체(3)에 배치되는 제1 밸브(11)와, 제2 실린더 조립체(5)에 배치되는 제2 밸브(13)와, 제3 실린더 조립체(7)에 배치되는 제3 밸브(15)를 포함한다.

그리고, 상기 제1 밸브(11)는 흡기포트(51)를 개폐하는 제1 흡기밸브(27)와, 배기포트(52)를 개폐하는 제1 배기밸브(29)로 이루어진다. 또한, 제2 밸브(13)도 제2 흡기밸브(35)와 제2 배기밸브(33)로 이루어지고, 제3 밸브(15)도 제3 흡기밸 브(39)와 제3 배기밸브(41)로 이루어진다.

따라서, 이러한 흡배기밸브(11,13,15)들은 상기한 흡배기캠들과 순차적으로 연동함으로써 압축공기를 각 실린더 조립체(3,5,7)에 공급하고 배출하여 별도의 시동장치 없이 공압식 엔진을 작동시킬 수 있다.

이러한 엔진의 초기 시동과정을 보다 상세하게 설명하면, 연결관(20)을 통하여 압축공기를 공기 공급부(S)에 공급하고, 공기 공급부(S)에 저장된 압축공기는 흡기관(19,21,23)들을 통하여 각 실린더 조립체(3,5,7)의 내부로 유입된다．

실린더(C)의 내부로 압축공기가 유입되기 위해서는 흡기밸브(27,35,39)가 열림상태로 있어야 하는데，예를 들면, 3기통 기관의 경우 제1 실린더 조립체(3)의 피스톤(P)이 상사점에 있고，제3 실린더 조립체(7)의 피스톤(P)은 하사점， 그리고 제2 실린더 조립체(5)의 피스톤(P)은 상사점과 하사점의 사이에 각각 위치하게 된다.

이상태에서, 개방된 제1 흡기캠(27)을 통하여 압축공기가 제1 실린더 조립체(3)의 내부로 유입되면, 제1 실린더 조립체(3)의 피스톤(P)이 하강하면서 흡입을 시작하게 된다.

이때，3번 실린더 조립체(7)에 관계하는 피스톤(P)은 배기행정에 해당하고, 2번 실린더 조립체(5)에 관계하는 피스톤(P)은 흡기 및 배기 중간행정에 해당한다.

그리고, 제1 실린더 조립체(3)의 피스톤(P)이 하사점 까지 완전히 내려와 흡기행정이 완료되면, 크랭크 축(8)이 회전을 시작하여 피스톤(P)은 다시 상승하게 되므로 제1 배기밸브(31)가 개방됨으로서 배기행정이 이루어진다.

이때, 3번 실린더 조립체(7)에 관계하는 피스톤(P)이 상승하고 제3 흡기밸브(43)가 열림으로써 흡기행정이 이루어지고, 2번 실린더 조립체(5)에 관계하는 피스톤(P)은 하사점으로 하강함으로써 흡기행정을 준비하게 된다.

이와 같이, 각 실린더 조립체에서 흡기 또는 배기의 공정들이 반복적으로 이루어지게 되므로 별도의 시동장치 없이 공압식 엔진이 구동할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 엔진은 압축공기를 각 실린더에 순차적으로 공급함으로써 크랭크축과 캠축의 연동에 의하여 흡배기 공정이 진행될 수 있음으로 별도의 시동장치 없이 구동가능한 장점이 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구 범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

압축공기를 저장하는 공기 공급부;

상기 공기 공급부로부터 공기가 공급되어 흡배기 행정이 진행되는 적어도 하나 이상의 실린더 조립체;

상기 실린더 조립체에 구비된 피스톤의 승하강에 연동하여 회전하는 크랭크축;

상기 실린더 조립체의 상부에 장착되어 흡배기 포트를 개폐시킴으로써 압축공기를 분사/배출하는 흡배기밸브; 그리고

상기 실린더 조립체의 상부에 제공되며, 서로 대향하는 노브를 갖는 양면캠을 구비하여 상기 흡배기 밸브를 순차적으로 개폐시키는 캠기구를 포함하며,

압축공기가 상기 실린더중 흡기밸브가 개방상태인 실린더에 공급되어 피스톤을 가압하여 상기 크랭크축 및 캠기구를 작동시킴으로써 시동할 수 있는 공압식엔진.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 실린더 조립체는 제1 내지 제3 실린터 조립체로 이루어지고, 각 실린더 조립체는 실린더와 피스톤으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공압식 엔진.
제2 항에 있어서, 상기 흡배기 밸브는 제1 기통에 배치되는 제1 흡기 및 배 기밸브, 제2 기통에 배치되는 제2 흡기 및 배기밸브, 제3 기통에 배치되는 제3 흡기 및 배기밸브를 포함하는 공압식 엔진.
제2 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 기통은 하나의 기통이 흡기행정인 경우, 다른 기통은 배기행정상태이고, 또 다른 기통은 흡기 및 배기행정의 중간상태인 것을 특징으로 하는 공압식 엔진.
제1 항에 있어서, 상기 캠기구는 크랭크축과 연동하여 회전하는 캠축과, 상기 캠축상에 배치된 다수개의 흡배기 캠과, 상기 흡배기캠과 접촉하여 상기 흡배기 밸브를 순차적으로 가압하는 로커아암을 포함하는 공압식 엔진.
제5 항에 있어서, 상기 다수개의 흡배기 캠은 제1 내지 제3 흡기캠, 제1 내지 제3 배기캠을 포함하는 공압식 엔진.
제6 항에 있어서, 상기 제1 배기캠은 제1 흡기캠에 대하여 60도 기울어진 각도에 위치하고, 제2 흡기캠은 제1 배기캠에 대하여 60도 기울어진 각도에 위치하고, 제2 배기캠은 제2 흡기캠에 대하여 60도 기울어지고, 제3 흡기캠은 제2 배기캠에 대하여 60도 기울어지고, 제3 배기캠은 제3 흡기캠에 대하여 60도 기울어지는 것을 특징으로 하는 공압식 엔진.