KR20100104321A - 원동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 출력을 최대화하고 실린더에 사용되는 에너지의 효율을 최대화한 새로운 구조의 원동기에 관한 것이다.

이를 위해, 지지축;상기 지지축에 축 결합되며, 둘레에는 복수의 단턱이 등간격으로 형성된 제1회전판;상기 제1회전판에 대응되게 지지축에 결합되며, 둘레에는 상기 제1회전판의 단턱에 대하여 반대방향으로 단턱이 형성된 제2회전판;상기 지지축의 둘레와 제1회전판 및 제2회전판 사이에 각각 배치되며, 상호 간에 반대 방향으로만 회전되는 한 쌍의 일방향 베어링;상기 제1회전판 및 제2회전판의 단턱에 각각 배치된 복수의 히팅핀; 그리고 상기 각각의 히팅핀에 한 쌍으로 설치되되, 제1회전판 및 제2회전판의 각 회전 방향으로 미는 힘이 작용되도록 서로 마주보도록 설치된 한 쌍의 실린더:를 포함하되,상기 제2회전판의 단턱은 제2회전판의 둘레로부터 이격된 상태로 힌지 결합되며, 상기 이격된 부위에는 제2회전판의 둘레와 단턱을 연결하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 원동기를 제공한다.

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Description

원동기{prime mover}

본 발명은 원동기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 출력을 최대화할 수 있도록 함과 더불어 에너지원이 효율적으로 이용되도록 한 새로운 구조의 원동기에 관한 것이다.

일반적으로, 원동기란 열 에너지, 위치 에너지 등 자연의 에너지를 기계 예너지로 변환하여 동력을 발생시키는 장치로서, 수차, 외연기관, 내연기관, 원자력 기관 등이 있다.

이중, 내연기관은 기관의 내부에서 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 원동기로서, 자동차, 항공기, 선박, 트랙터, 기관차 등에 사용된다.

상기 내연기관은 엔진의 실린더 내부에 직선 운동을 하는 피스톤이 설치되어 연료의 폭발력으로 피스톤을 하강시키고, 상기 피스톤과 연결된 크랭크 로드가 상기 크랭크 축과 연결되어 상기 피스톤의 직선 하강 운동을 상기 크랭크 축의 회전운동으로 변환하여 회전동력을 얻어내는 구성이다.

이때, 상기 실린더 내부에 발생된 연소가스는, 이후 순차적으로 폭발된 이웃하는 다른 피스톤의 하강 운동을 이용하여 회전하는 크랭크 축이 크랭크 로드를 이 용하여 피스톤을 강제 상승시키고, 실린더 상방에 형성된 배기밸브가 열림으로 인해 외부로 강제 배출된다.

또한, 상기 실린더 내부에 흡입되는 흡입공기는, 이후 순차적으로 폭발된 이웃하는 또 다른 피스톤의 하강운동을 이용하여 회전하는 크랭크 축이 크랭크 로드를 이용하여 피스톤을 강제 하강시키고, 실린더 상방에 형성된 흡입밸브가 열림으로 인해 실린더의 내부로 강제 흡입된다.

이와 같이 반복적으로 이루어지는 피스톤의 승강작용에 의해 크랭크 축은 회전운동을 하게 되고, 상기 크랭크 축에 연결된 동력전달수단 역시 회전된다.

이때, 상기 동력전달수단은 기어 등의 형태로 이루어지며, 복수로 제공된다.

이때, 별도로 제공된 체인 또는 벨트가 동력전달수단들을 연결하여, 크랭크축의 회전력을 필요한 장치에 정달한다.

하지만, 상기한 종래의 차량용 엔진은 다음과 같은 문제가 발생하였다.

크랭크 축의 직경이 이 크랭크 축에 연결된 동력전달수단(기어 또는 풀리)의 직경에 비해 작게 형성됨으로써, 출력을 최대화시키기 어려운 문제가 있었다.

즉, 실린더의 행정을 통해 동력전달수단을 직접 회전시키는 것이 아니라, 크랭크 축의 회전을 통해 간접회전시키는 방식이므로, 상기한 바와 같이 크랭크축의 직경이 동력전달수단에 비해 작게 형성될 경우, 출력이 극대화되지 못하였던 것이다.

이에 따라, 실린더의 행정을 위해 제공되는 에너지원의 소비가 비효율적으로 이루어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실린더를 이용해 동력전달수단을 직접회전시켜 출력을 극대화함과 더불어 에너지원의 사용이 효율적으로 이루어지도록 한 새로운 구조의 원동기를 제공하고자 한 것이다.

이를 위해, 지지축;상기 지지축에 축 결합되며, 둘레에는 복수의 단턱이 등간격으로 형성된 제1회전판;상기 제1회전판에 대응되게 지지축에 결합되며, 둘레에는 상기 제1회전판의 단턱에 대하여 반대방향으로 단턱이 형성된 제2회전판;상기 지지축의 둘레와 제1회전판 및 제2회전판 사이에 각각 배치되며, 상호 간에 반대 방향으로만 회전되는 한 쌍의 일방향 베어링;상기 제1회전판 및 제2회전판의 단턱에 각각 배치된 복수의 히팅핀; 그리고 상기 각각의 히팅핀에 한 쌍으로 설치되되, 제1회전판 및 제2회전판의 각 회전 방향으로 미는 힘이 작용되도록 서로 마주보도록 설치된 한 쌍의 실린더:를 포함하되,상기 제2회전판의 단턱은 제2회전판의 둘레로부터 이격된 상태로 힌지 결합되며, 상기 이격된 부위에는 제2회전판의 둘레와 단턱을 연결하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 원동기를 제공한다.

본 발명에 따른 원동기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

한 쌍의 실린더에 연결된 히팅핀이 동력을 발생하는 제1회전판의 외주면을 직접 회전시킴으로써, 동력이 최대화될 수 있는 효과가 있다.

즉, 종래에는 실린더가 크랭크축을 회전시켜 동력전달수단을 회전시키는 구조였다면, 본 발명은 실린더가 직접 동력전달수단을 회전시키는 방식으로서, 출력이 최대화될 수 있는 것이다.

이에 따라, 실린더의 행정을 위한 에너지원의 소비가 효율적으로 이루어지는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원동기에 대해 설명하도록 한다.

원동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 지지축(100)과, 한 쌍의 회전판(200)과, 일방향 베어링(300)과, 히팅핀(400)과, 실린더(500)를 포함하여 구성된다.

지지축(100)은 회전판(200)이 결합될 수 있도록 제공되며, 봉 형태로 제공된다.

다음으로, 회전판(200)은 실린더(500)에 의해 회전되면서 회전력을 발생시킨다.

이때, 회전판(200)은 지지축(100)에 결합되며, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220) 한 쌍으로 제공된다.

이때, 상기 제1회전판(210)과 제2회전판(220)은 서로 반대 방향으로 회전되도록 제공된다.

상기 제1회전판(210) 및 제2회전판(220) 중, 먼저 제1회전판(210)에 대해 설명하면 다음과 같다.

제1회전판(210)은 실린더(500)에 의해 회전되며, 지지축(100)에 결합된다. 이때, 제1회전판(210)은 지지축(100) 상에서 일방향으로만 회전되도록 제공된다.

이를 위해, 제1회전판(210)과 지지축(100) 사이에는 일방향 베어링(300)이 설치되며, 상세한 설명은 후술하기로 한다.

또한, 제1회전판(210)의 중앙에는 지지축(100)이 결합되기 위한 통공이 형성되며, 이를 제1축공(210a)이라 한다.

또한, 제1회전판(210)의 둘레에는 복수의 단턱(211)이 등간격으로 형성된다.

상기 단턱(211)은 실린더(500)의 피스톤로드(510)에 의해 히팅되는 부위로서, 제1회전판(210)은 상기 피스톤로드(510)의 히팅에 의해 단턱(211)이 형성된 방향으로 회전되는 것이다.

이때, 제1회전판(210)은 첨부된 도면들을 통해, 시계반대방향으로 회전되는 것을 이해할 수 있다.

또한, 상기 단턱(211)의 개수는 크게 한정되지는 않으며, 본 명세서에서는 설명의 편의상 6개인 것을 그 예로 한다.

이때, 제1회전판(210)에 형성된 단턱(211)을 제1단턱(211)이라 하며, 제1단턱(211)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제1단턱(211)은 제1회전판(210)으로부터 별도로 제공된 후, 제1회전판(210)의 둘레면에 힌지 결합된 것이 바람직하다.

이는, 후술하는 히팅핀(400)이 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 회전반경을 따라 회전되는 과정에서, 상기 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 단턱에 간섭되더라도 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 회전을 원활하게 하기 위한 것이다.

이때, 제1단턱(211)과 제1회전판(210)의 둘레면 사이에는 제1단턱(211)의 유동을 위한 소정의 이격공간이 형성된다.

이때, 상기 이격공간에는 제1회전판(210)의 둘레면과 제1단턱(211)을 연결하는 스프링(212)이 설치되어 제1단턱(211)에 대한 복원력을 제공한다.

그리고, 제2회전판(220) 역시, 지지축(100)에 결합되어 실린더(500)에 의해 회전되며, 원형으로 이루어짐이 바람직하다.

이때, 제2회전판(220)은 제1회전판(210)의 회전방향에 대하여 반대 방향으로 회전되도록 제공된다.

이를 위해, 제2회전판(220)과 지지축(100) 사이에는 일방향 베어링(300)이 설치되며, 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 제2회전판(220)은 제1회전판(210)에 대응되게 설치되며, 제1회전판(210)의 상방에 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 제2회전판(220)의 둘레에도 등간격으로 복수의 단턱(221)이 형성되며, 이 단턱(220)은 제1회전판(210)의 제1단턱(211)에 대응된다.

이때, 제2회전판(220)에 형성된 단턱(221)은 제2단턱(221)이라 하며, 제2단턱(221)은 제1단턱(211)에 대하여 반대 방향으로 형성된다.

이는, 전술한 바와 같이, 제2회전판(220)이 제1회전판(210)의 회전방향에 대해 반대 방향으로 회전되도록 하기 위함으로서, 피스톤로드(510)의 히팅부위가 제1회전판(210)의 히팅부위에 대해 반대방향으로 형성되게 한 것이다.

이때, 제2단턱(221) 역시, 도 1에 도시된 바와 같이 제1단턱(211)의 구성과 동일하게 이루어진다.

한편, 제2회전판(220)의 중앙에는 지지축(100)이 결합되기 위한 통공이 형성되며, 이를 제2축공(220a)이라 한다.

이때, 제2축공(220a)은 제1축공(210a)에 대응되며, 상기 제1축공(210a)과 제2축공(220a) 모두 지지축(100)의 직경에 비해 크게 형성된다.

이는, 일방향 베어링(300)이 설치되기 위한 공간을 보상하기 위함이다.

다음으로, 일방향 베어링(300)은 지지축(100) 상에서 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)이 서로 반대 방향으로 회전될 수 있도록 제공되며, 제1축공(210a) 및 제2축공(220a)에 각각 설치된다.

즉, 일방향 베어링(300)으로 인해, 제1회전판(210)과 제2회전판(220)은 서로 반대 방향으로만 회전될 수 있다.

다음으로, 히팅핀(400)은 실린더(500)에 의해 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 단턱(211,221)을 히팅하는 역할을 하며, 제1단턱(211) 및 제2단턱(221)에 걸쳐 배치된다.

이때, 히팅핀(400)은 봉 형태로 제공됨이 바람직하다.

즉, 회전판(210,220)에 형성된 단턱(211,221)의 개수가 각각 6개인 바, 히팅핀(400) 역시 6개가 제공되는 것이다.

다음으로, 실린더(500)는 피스톤 로드(510)로 하여금 히팅핀(400)을 밀어내는 역할을 하며, 하나의 히팅핀(400)에 대해 한 쌍으로 제공된다.

이때, 실린더의 구성 및 작용은 흡입,압축,폭발,배기 행정을 실시하는 주지된 실린더와 동일하다.

이때, 실린더는 도 2에 도시된 바와 같이, 히팅핀(400)을 중심으로 서로 대향되게 설치된다.

즉, 실린더(500)는 히팅핀(400)을 중심으로 서로 반대 방향에서, 상기 히팅핀(400)에 미는 힘을 발생시키는 것이다.

이에 따라, 상기 히팅핀(400)은 한 쌍의 실린더(500) 사이를 왕복이동하는 것이다.

상기 히팅핀(400)의 왕복이동에 의해 제1단턱(211) 및 제2단턱(221)이 지속 적으로 히팅됨으로써, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)은 각각 회전될 수 있는 것이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 원동기에 대해 첨부된 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 원동기의 작용에 대해 설명하도록 한다.

도 4a 내지 도 4c는 원동기의 작용을 나타낸 작용도로서, 설명의 이해를 돕기 위하여, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)이 서로 분리된 상태로 도시하였으며, 한 쌍의 실린더(500:A,A')가 작용을 하는 것에 대해서만 도시하였다.

물론, 도시되지는 않았지만, 각 단턱(211,221)에도 실린더(500) 및 히팅핀(400)이 설치되며, 도 4a 내지 도 4c에서 이루어지는 실린더(500:A,A')의 작용과 동일하게 이루어진다.

도 4a는 원동기의 최초 상태로서, 한 쌍의 실린더(500) 중, 제1회전판(210)에 대응된 실린더(500:A)에서 먼저 폭발이 발생한다.

이에 따라, 실린더(500:A)의 피스톤 로드(510)는 토출되어 제1회전판(210)의 제1단턱(211)을 밀어낸다.

이에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이 제1회전판(210)은 시계반대 방향으로 1/6바퀴 회전된다.

이는, 제1회전판(210)에 표시된 ①의 위치가 이동된 것을 보아 이해할 수 있다.

이때, 일방향 베어링(300)에 의해 지지축(100) 상에서 제1회전판(210)만 회전된다.

이때, 히팅핀(400)을 중심으로 반대편에 설치된 실린더(500:A')의 피스톤로드(510)는 인입된 상태임을 알 수 있다.

이때, 도시되지는 않았지만, 제1회전판(210)에 대응된 실린더(500:A)의 피스톤로드(510)는 토출되는 과정에서, 히팅핀(400)이 제2회전판(220)의 제2단턱(221)을 간섭하게 된다.

이때, 제2단턱(221)은 힌지를 중심으로 제2회전판(220)에 형성된 이격공간으로 유동되며, 스프링(222)은 수축된다.

이와 같이, 제2단턱(221)이 유동가능하게 구성됨에 따라, 제1회전판(210)의 회전은 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 제1회전판(210)에 대응된 실린더(500:A)의 피스톤로드(510) 토출이 완료되면, 연이어 제2회전판(220)에 대응된 실린더(500:A')에서 폭발이 일어나 피스톤로드(510)를 토출시킨다.

이때, 도 4c에 도시된 바와 같이, 토출된 피스톤로드(510)는 제2단턱(221)을 히팅하여 제2회전판(220)을 시계방향으로 1/6바퀴 회전시킨다.

이때, 도 4c에 도시된 바와 같이, ㉮의 위치 이동을 통해 제2회전판(220)이 회전된 것을 알 수 있다.

이때, 제2회전판(220) 역시, 일방향 베어링(300)에 의해 지지축(100) 상에서, 제2회전판(220)만 회전된다.

이 과정에서 역시, 히팅핀(400)은 제1회전판(210)의 제1단턱(211)을 누르면서 이동되며, 상기 제1단턱(211)은 스프링(212)에 의해 수축되어 이격공간으로 눌 렸다가 히팅핀(400)이 임계점을 지나면 복원된다.

이와 같은 일련의 과정은 각 실린더(500:A,A')의 번갈아가면서 발생하는 폭발에 의해, 각 실린더(500)의 피스톤로드(510)는 각 실린더(500) 사이를 왕복이동 하게 된다.

이와 같이, 피스톤로드(510)의 왕복이동에 의해, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 제1단턱(211) 및 제2단턱(221)은 번갈아가며 히팅된다.

이에 따라, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)은 지속적인 히팅에 의해 회전되는 것이다.

이때, 설명의 이해를 돕기 위해, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 회전 작용을 단계적으로 설명하였지만, 이와 같은 작용은 찰나(刹那)이며, 실린더(500)의 폭발 속도만큼이나 빠르게 작용된다.

이에 따라, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220) 각각으로부터 회전동력을 얻을 수 있게 된다.

이때, 도시되지는 않았지만, 제1회전판(210) 및 제2회전판(220) 각각에 동력전달수단을 설치하여 제1회전판(210) 및 제2회전판(220)의 동력을 이용할 수 있도록 한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원동기는 동력을 발생하는 회전판(200)을 실린더(500)직접 회전시켜 출력을 최대화하고, 각 회전판(200)의 회전 방향을 달리하여 동력을 각각 얻음으로써 동력의 사용을 다양하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원동기를 나타낸 분해사시도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원동기를 나타낸 사시도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원동기를 나타낸 단면도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원동기의 작용을 나타낸 작용도.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

100 : 지지축 200 : 회전판

210 : 제1회전판 210a : 제1축공

211 : 제1단턱 212,222 : 스프링

220 : 제2회전판 220a : 제2축공

221 : 제2단턱 300 : 일방향 베어링

400 : 히팅핀 500 : 실린더

510 : 피스톤로드

Claims (1)

1. 지지축;

   상기 지지축에 축 결합되며, 둘레에는 복수의 단턱이 등간격으로 형성된 제1회전판;

   상기 제1회전판에 대응되게 지지축에 결합되며, 둘레에는 상기 제1회전판의 단턱에 대하여 반대방향으로 단턱이 형성된 제2회전판;

   상기 지지축의 둘레와 제1회전판 및 제2회전판 사이에 각각 배치되며, 상호 간에 반대 방향으로만 회전되는 한 쌍의 일방향 베어링;

   상기 제1회전판 및 제2회전판의 단턱에 각각 배치된 복수의 히팅핀; 그리고

   상기 각각의 히팅핀에 한 쌍으로 설치되되, 제1회전판 및 제2회전판의 각 회전 방향으로 미는 힘이 작용되도록 서로 마주보도록 설치된 한 쌍의 실린더:를 포함하되,

   상기 제2회전판의 단턱은 제2회전판의 둘레로부터 이격된 상태로 힌지 결합되며, 상기 이격된 부위에는 제2회전판의 둘레와 단턱을 연결하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 원동기.

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