KR20090043255A - 토크 증대수단을 구비한 엔진 - Google Patents

Abstract

출력 토크를 향상시킬 수 있는 엔진을 개시한다.

그러한 엔진은, 실린더 내측에 직선 이동가능하게 배치되는 피스톤;

상기 피스톤으로부터 힘을 받아 회전운동하며 일측단에 플라이 휘일이 설치되고 힘점으로 작용하는 제1 크랭크 축;

상기 제1 크랭크 축과 인접하여 위치하며 작용점으로 작용하면서 출력축으로 작용하는 제2 크랭크 축;

상기 제2 크랭크 축과 인접하여 배치되며 받침점으로 작용하는 제3 크랭크 축; 그리고

상기 제1,2,3 크랭크 축을 연동가능하게 연결하는 레버부재;를

포함한다.

내연기관, 크랭크 축, 커넥팅 로드, 피스톤, 실린더

Description

토크 증대수단을 구비한 엔진{Engine with means to enlarge torque}

본 발명은 토크 증대수단을 구비한 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토크를 증대시키므로서 엔진의 효율을 향상시키며 배기가스를 저감시킬 수 있는 엔진에 관한 것이다.

가솔린 엔진이나 디젤 엔진은 모두 연료를 연소시켜 이때 발생하는 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키므로서 일을 할 수 있다.

실린더의 연소실로 공급된 연료는 연소되면서 급격한 체적팽창을 하게 되는데, 이때 발생하는 실린더 내부의 압력에 의해 피스톤이 직선 운동을 하게 되고, 이 피스톤의 직선 운동은 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축으로 전달되면서 회전력을 발생시키게 된다.

상기 크랭크 축은 자동차의 경우 차륜으로 전달되어 차량의 주행할 가능하게 하며, 산업용 엔진에서는 상기 크랭크 축이 가공수단과 연결된다.

그런데 이러한 엔진은 실린더에서 연료의 연소로 얻어지는 열에너지가 직선운동에서 원운동으로 변환되는 과정에서 일부 손실되므로 사용된 연료의 양을 고려하여 볼때 만족할만한 운동에너지를 얻을 수 없다.

그리고 직선운동을 원운동으로 변환하는 크랭크 축으로부터 직접 동력이 전달되므로 원하는 회전속도는 얻을 수 있으나 큰 토크를 얻는데 한계가 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 동일한 조건에서 기존의 엔진과 비교하여 큰 토크를 얻을 수 있도록 하여 연료의 소모를 감소시킬 수 있는 엔진을 제공하는데 있다.

본 발명이 개시하는 엔진은, 실린더 내측에서 직선이동가능하게 설치되는 피스톤; 이 피스톤과 커넥팅 로드를 통하여 연결되는 제1 크랭크 축; 상기 제1 크랭크 축과 인접하여 배치되며 출력축으로 작용하는 제2 크랭크 축; 상기 제2 크랭크 축과 인접하여 배치되며 작용점으로 작용하는 제3 크랭크 축; 그리고 상기 제1,2,3 크랭크 축을 연동가능하게 연결하는 레버부재를 포함하는 토크 증대수단을 구비한 엔진이다.

본 발명에 따른 엔진은, 힘점으로 작용하는 제1 크랭크 축과 작용점으로 작용하는 제2 크랭크 축 및 받침점으로 작용하는 제3 크랭크 축을 레버부재로 연동가능하게 연결하고 있으므로 제1 크랭크 축에서 발생되는 회전동력은 제2 크랭축을 통하여 더 큰 힘으로 출력된다.

그러므로 동일한 조건이라면 동일한 연료의 사용으로 더 큰 토크를 얻을 수 있다.

이것은 결국 종래 엔진에 비교하여 볼때 동일한 토크를 얻을때 연료의 소모 량을 줄일 수 있는 것이므로 저연비 엔진의 구현이 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 엔진의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 부호 2는 실린더를 지칭한다.

상기 실린더(2)의 내측에는 피스톤(4)이 이동가능하게 설치되어 있음, 이 피스톤(4)은 피스톤 핀(6)을 통하여 커넥팅 로드(8)의 일측단부와 연결된다.

상기 커넥팅 로드(8)의 타측단부는 크랭크 핀(10)을 통하여 제1 크랭크 아암(12)과 연결되고, 이 제1 크랭크 아암(12)의 타측단부에 제1 크랭크 축(14)이 연결되므로서 상기 피스톤(4)의 직선운동을 원운동으로 변환할 수 있도록 구성된다. 이러한 구성은 일반적으로 내연기관 등에서 흔히 볼수 있다.

본 발명은 이와 같은 엔진의 출력을 증대시키기 위한 수단으로서, 상기 제1 크랭크 축(14)과 일정거리만큼 간격을 두고 제2 크랭크 축(16)을 설치하고 있으며, 또한 상기 제2 크랭크 축(16)과 일정한 거리만큼 간격을 두고 제3 크랭크 축(18)을 설치한다. 물론 이들 크랭크 축은 도시하고 있지 않으나 실린더 블럭이나 크랭크 케이스 등에 통상적인 방법으로 설치될 수 있다.

상기 제2 크랭크 축(16)은 제2 크랭크 아암(20)과 연결되고, 상기 제3 크랭크 축(18)은 제3 크랭크 아암(22)과 연결된다.

그리고 상기 제1 크랭크 아암(12), 제2 크랭크 아암(20), 제3 크랭크 아암(22)은 레버부재(24)에 각각 연결되어 연동이 가능하도록 이루어진다.

도2 및 도3에 도시하고 있는 바와 같이, 커넥팅 로드(8)의 대단부 측에 제1 크랭크 축(14)이 결합되고 있는데, 이 제1 크랭크 축(14)에만 피스톤과 연결되는 구조를 갖고, 제2 및 제3 크랭크 축(16)(18)에는 피스톤이 연결되지 않는다. 이 제1 크랭크 축(14)에는 피스톤이 4개, 6개, 8개 또는 그 이상 연결될 수 있다.

상기 제2 크랭크(20)의 길이는 상기 제3 크랭크 아암(22)의 길이보다 길며, 상기 제1 크랭크 아암(12)의 길이는 상기 제2 크랭크 아암(20)의 길이보다 길다.

상기 레버부재(24)는 상하 1쌍으로 이루어져 볼트와 같은 체결수단에 의해 결합되어 상기 크랭크 핀(10)을 감싸는 상태로 되는데, 상기 레버부재는 도면에 표현한 바와 같이 제1 크랭크 아암측이 제3 크랭크 아암측보다 높은 상태를 유지한다.

이 레버부재(24)는 상기 제1 커넥팅 로드(8)의 둥근형상으로 이루어진 대단부가 위치할 수 있도록 상하에 각각 반원형의 홈(26)(28)이 형성된다.

그리고 이 레버부재(24)에는 상기 커넥팅 로드(8)가 관통할 수 있는 구멍(30)이 뚫려진다.

이러한 구조는 제1 크랭크 축(14)에 설치되는 피스톤마다 동일하게 형성된다.

상기 레버부재(24)는 상기 제2 크랭크 축(16) 및 제3 크랭크 축(18)이 설치되는 부위에도 반원형의 홈이 형성된다.

도 4는 본 발명의 엔진이 4실린더 엔진에 적용된 경우를 보여 준다. 첫번째 실린더의 제1 피스톤(41), 두번째 실린더의 제2 피스톤(42), 세번째 실린더의 제3 피스톤(43) 및 네번째 실린더의 제4 피스톤(44)은 각각 제1 크랭크 축(14)에 동일한 구조로 설치되며, 이 제1 크랭크 축(14)의 일측단에는 맥동현상을 감소하기 위한 플라이 휘일(32)이 설치된다.

상기 설명에서 피스톤(4)는 상기 4개의 피스톤 중에서 어느 하나가 되며, 동일한 구조로 이루어지므로 하나의 피스톤에 대해서만 설명을 한다.

각각의 피스톤(41)(42)(43)(44)들은 각각 레버부재(24)(34)(36)(38)가 연결되며, 이들 레버부재(24)(34)(36)(38)들은 상기 제 2 및 제3 크랭크 축(16)(18)에 도3에 도시한 바와 같은 구조로 연결된다.

상기 제1 크랭크 축(14)은 상기 피스톤(4)의 직선운동이 회전운동으로 변환되어 레버부재(24)를 통하여 제2 크랭크 축(16)을 회전시키게 되는데, 이 제2 크랭크 축(16)의 끝단부에 클러치 수단(40)이 설치되므로서 차량의 경우에는 차륜과 연결되고, 산업용 엔진에서는 공구와 같은 작업수단으로 연결된다. 따라서 상기 제2 크랭크 축(16)은 출력축으로 작용한다.

상기 제3 크랭크 축(18)은 상기 레버부재(24)의 끝단부에 설치되는데, 이 크랭크 축은 한방향으로만 회전할 수 있도록 양측단에 각각 일방향 클러치(46)가 설치된다. 이 일방향 클러치(46)는 실린더 블럭 또는 크랭크 케이스와 상기 제3 크랭크 축(18) 사이에 설치되므로서 이 제3 크랭크 축은 지렛대의 원리와 비교하여 보면 고정점으로 작용한다.

본 실시예에서 상기 제1 크랭크 축(14)과 제2 크랭크 축(16) 사이의 거리는 상기 제2 크랭크 축(16)과 제3 크랭크 축(18) 사이의 거리보다 크다.

상기 제2 크랭크 축(16) 축은 상기 제3 크랭크 축(18)에 회전운동에 간섭을 주지않는 범위내에서 가깝게 위치하면 좋다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 엔진은, 통상적인 방법으로 엔진이 크랭킹되어 압축행정이 완료시점이 되면, 즉 피스톤(4)이 상사점에 도달할 시점에서는 도 5에 표시한 바와 같이 3개의 크랭크 축들을 연결한 가상선(A)에 대하여 상기 제1,2,3 크랭크 아암들(12)(20)(22)은 대략 수직상태를 이루게 된다.

이러한 상태에서 동력행정으로 진입되면 도6에 도시한 바와 같이, 연소가스의 폭발압력으로 피스톤(4)이 하강을 하게 되는데, 이러한 작용으로 커넥팅 로드(8)가 도면에서 보아 우측으로 기울어지면서 제1 크랭크 아암(12)을 도면에서와 같이 시계방향으로 회전시키게 된다.

이때 레버부재(24)에 의해 연결되어 있는 제2 크랭크 아암(20)과 제3 크랭크 아암(22)도 함께 시계방향으로 회전한다.

이와 같이 동력행정이 진행될때 대략 동력행정이 1/2정도 진행되면, 도7에 도시한 바와 같이 상기 제1,2,3 크랭크 아암(12)(20)(22)이 상기 가상선(A)에 대하여 평행한 상태가 된다.

이러한 작용을 지렛대 원리로 설명하면, 제1 크랭크 축(14)은 힘정으로 작용하게 되고, 제3 크랭크 축(18)은 받침점으로 작용하고, 출력축으로 작용하는 제2 크랭크 축(16)이 작용점으로 작용하는 결과가 된다.

도8은 동력행정이 3/4정도 진행된 상태를 나타낸 도면이고, 도9는 동력행정 이 완료된 상태를 나타낸다. 이 상태에서는 다른 실린더에서 행하여지는 동력행정으로 제1 크랭크 축(14)이 계속 회전운동을 하게 되므로 배기행정, 압축행정, 흡입행정이 진행된다.

도 10은 압축행정이 1/4정도 진행되고 있는 상태로서, 이 상태에서는 레버부재(24)에 힘을 가하는 부분이 크랭크 아암(12)이 되면서 작용점으로 작용하는 상기 제2 크랭크 축(16)을 통하여 회전력을 출력하게 된다.

도 11은 압축행정이 1/2정도 진행된 상태로서, 피스톤의 운동방향은 반대이지만 레버부재(24)는 도7과 동일한 상태를 유지한다.

도 12는 배기행정 또는 압축행정의 말기 상태를 나태는 도면으로서, 이 상태를 통하여 도 5에 도시한 상태로 되면서 상기 작용이 반복된다.

이러한 작용이 이루어질때 상기 제3 크랭크 축(18)이 역회전 작용력을 받게 되는데, 이때 일방향 클러치(46)에 의해 역회전이 제어되면서 이 제3 크랭크 축은 지렛대 원리에서 받침점으로 작용할 수 있게 된다.

그러므로 결국 본 발명에 의한 엔진은 제1 크랭크 축(12)은 힘점으로 작용하게 되면, 제1 크랭크 축(12)과 레버부재(24)를 통하여 연동가능하게 연결되는 제2 및 제3 크랭크 축(16)(18)은 각각 작용점과 받침점으로 작용하게 된다.

따라서 상기 피스톤(4)으로부터 시작되어 발생하는 힘은 지렛대의 원리에 의하여 출력축으로 작용하는 제2 크랭크 축에서 더욱 증대되어 클러치 수단(40)을 통하여 나가게 된다.

상기 클러치 수단(40)이 차량의 경우에는 변속기 입력축(미도시)과 동력전달 이 가능하게 설치되므로 제1 크랭크 축을 통하여 동력을 전달하는 구조에 비하여 더 큰 힘을 출력할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 일부 구조를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 4기통 엔진에 적용된 상태를 나타내는 도면.

도 5 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 행정별 작용을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (4)

1. 4행정 엔진에 있어서,

   실린더 내측에 직선 이동가능하게 배치되는 피스톤;

   상기 피스톤으로부터 힘을 받아 회전운동하며 일측단에 플라이 휘일이 설치되고 힘점으로 작용하는 제1 크랭크 축;

   상기 제1 크랭크 축과 인접하여 위치하며 작용점으로 작용하면서 출력축으로 작용하는 제2 크랭크 축;

   상기 제2 크랭크 축과 인접하여 배치되며 받침점으로 작용하는 제3 크랭크 축; 그리고

   상기 제1,2,3 크랭크 축을 연동가능하게 연결하는 레버부재;를

   포함하는 토크증대수단을 구비한 엔진.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 크랭크 축과 제2 크랭크 축 사이의 거리는 상기 제2 크랭크 축과 제3 크랭크 축 사이의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 하는 토크증대수단을 구비한 엔진.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제3 크랭크 축에는 역회전을 방지하는 일방향 클러치가 설치되는 토크 증대수단을 구비한 엔진.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 레버부재는 상하로 분할되어 커넥팅 로드를 감싸는 상태로 고정하는 토크증대수단을 구비한 엔진.

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