KR20120085719A - 왕복 피스톤 메커니즘 - Google Patents

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KR20120085719A
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램베르뚜스 핸드릭 드 구이어
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슬리퍼, 요한, 야코부스, 요세프스
램베르뚜스 핸드릭 드 구이어
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Abstract

왕복 피스톤 메커니즘(1)은 크랭크 케이스, 및 적어도 하나의 크랭크 핀(4)을 갖는 크랭크 샤프트(2)를 포함한다. 크랭크 샤프트(2)는 크랭크 케이스에 의해 지지되고, 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 크랭크 케이스에 대해 회전 가능하다. 상기 메커니즘은 큰 단부(8)와 작은 단부(10)를 포함하는 적어도 하나의 커넥팅 로드(9), 작은 단부(10)에 회전 가능하게 연결된 피스톤(11), 및 크랭크 핀(4)에 회전 가능하게 장착된 크랭크 부재(6)를 추가로 포함한다. 크랭크 부재(6)는 적어도 하나의 베어링 부분(7)을 포함하고 외부 원주 벽을 가지며, 외부 원주 벽은, 커넥팅 로드(9)가 큰 단부(8)를 경유하여 크랭크 부재(6)의 베어링 부분(7) 상에 회전 가능하게 장착되도록 커넥팅 로드(9)의 큰 단부를 지탱한다. 크랭크 부재(6)는 외접 기어인 크랭크 부재 기어(12)를 구비하고, 외접 기어인 중간 기어(13)와 맞물린다. 중간 기어(13)는 또한 외접 기어인 제 1 보조 기어(14)와 맞물린다. 제 1 보조 기어(14)는 공통의 보조 샤프트(16)를 경유하여 외접 기어인 제 2 보조 기어(15)에 고정된다. 보조 샤프트(16)는 크랭크 샤프트(2)에 장착되고, 크랭크 샤프트 축선(5)에 평행하게 연장하는 보조 샤프트 축선 둘레로 크랭크 샤프트에 대해 회전 가능하다. 제 2 보조 기어(15)는 중앙 기어(18)와 맞물린다. 중앙 기어(18)는 크랭크 샤프트 축선(5)과 일치하는 중심선을 가지는 내접 기어이다.

Description

왕복 피스톤 메커니즘{A RECIPROCATING PISTON MECHANISM}
본 발명은 왕복 피스톤 메커니즘에 관한 것이다.
왕복 피스톤 메커니즘은 본 출원인의 초기 출원 PCT/EP2008/051727에 개시되어 있다.
특허문헌 : PCT/EP2008/051727
본 발명은 더욱 개선된 왕복 피스톤 메커니즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 위하여, 왕복 피스톤 메커니즘은,
크랭크 케이스;
적어도 하나의 크랭크 핀을 갖는 크랭크 샤프트로서, 크랭크 케이스에 의해 지지되며, 크랭크 샤프트 축선 둘레로 크랭크 케이스에 대해 회전 가능한 크랭크 샤프트;
큰 단부와 작은 단부를 포함하는 적어도 하나의 커넥팅 로드;
작은 단부에 회전 가능하게 연결되는 피스톤;
크랭크 핀에 회전 가능하게 장착되고, 외부 원주 벽을 가지는 적어도 하나의 베어링 부분을 포함하는 크랭크 부재로서, 외부 원주 벽은 커넥팅 로드가 큰 단부를 경유하여 크랭크 부재의 베어링 부분 상에 회전 가능하게 장착되도록 커넥팅 로드의 큰 단부를 지탱하는, 크랭크 부재를 포함하며;
크랭크 부재는 외접 기어인 중간 기어와 맞물리는 외접 기어인 크랭크 부재 기어를 구비하고, 중간 기어는 또한 외접 기어인 제 1 보조 기어와 맞물리며, 제 1 보조 기어는 공통의 보조 샤프트를 통해 외접 기어인 제 2 보조 기어에 고정되고, 보조 샤프트는 크랭크 샤프트에 장착되어 크랭크 샤프트 축선에 평행하게 연장하는 보조 샤프트 축선 둘레로 크랭크 샤프트에 대해 회전 가능하고, 제 2 보조 기어는 크랭크 샤프트 축선과 일치하는 중심선을 가지는 내접 기어인 중앙 기어와 맞물린다.
이러한 메커니즘의 이점은 중간 기어가 비교적 저속으로 구동할 수 있다는 것이다. 실제로, 중간 기어는 대략 크랭크 샤프트 속도로 구동할 수 있다. 그 외에, 제 2 보조 기어의 이빨들과 중앙 기어 사이의 비교적 큰 접촉 표면으로 인하여, 상기 메커니즘은 소음 및 진동의 견지에서 이점이 있다. 또한, 본 출원인은 본 발명에 따른 왕복 피스톤 메커니즘을 포함하는 엔진이 크랭크 부재와 기어 전동 없이 종래의 엔진보다 낮은 마찰 손실을 가지는 것을 발견하였다.
실제의 실시예에서, 베어링 부분은 크랭크 핀에 대해 편심으로 배치된다. 이러한 것은 피스톤의 하사점과 상사점에 영향을 미칠 기회를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 이러한 것이 메커니즘 내에서 힘을 분배하기 때문에, 크랭크 부재 기어는 또한 제 1 보조 기어와 또한 맞물리는 적어도 하나의 추가의 중간 기어와 맞물린다.
크랭크 샤프트는 크랭크 샤프트 베어링을 구비할 수 있으며, 보조 샤프트는 크랭크 샤프트 베어링의 외부 원주 내로 연장할 수 있다. 이 실시예의 이점은 비교적 콤팩트한 메커니즘이 만들어질 수 있다는 것이다.
크랭크 샤프트는 크랭크 샤프트 축선 둘레로 크랭크 핀에 대해 각이 지게 이격되는 적어도 하나의 제 2 크랭크 핀, 및 제 2 크랭크 핀 상에 회전 가능하게 장착되는 적어도 하나의 제 2 크랭크 부재를 포함할 수 있으며, 제 2 크랭크 부재는 외접 기어인 제 2 크랭크 부재 기어를 구비하고, 제 2 크랭크 부재 기어는 외접 기어인 제 2 중간 기어와 맞물리고, 제 2 중간 기어는 또한 공통의 보조 샤프트에 고정된 외접 기어인 제 3 보조 기어와 맞물린다. 이러한 것은 다중의 피스톤들을 포함하는 보다 큰 메커니즘을 만들 기회를 제공한다.
중앙 기어는 크랭크 샤프트 축선 둘레로 회전 가능하며, 상기 메커니즘은 중앙 기어를 구동하기 위한 구동 수단을 구비할 수 있다. 이러한 것은 특정 각도에서 중앙 기어를 회전시키는 것에 의해 피스톤의 상사점과 하사점에 영향을 주는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 이후에 예의 방식으로 본 발명의 실시예들을 도시한 개략적인 도면들을 참조하여 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 왕복 피스톤 메커니즘의 실시예의 사시도.
도 2는 도 1과 유사하지만, 중앙 기어의 측부에 있는 크랭크 샤프트 베어링을 포함하는 왕복 피스톤 메커니즘의 실시예를 다른 관점으로부터 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 왕복 피스톤 메커니즘의 대안적인 실시예의 부분적으로 절단된 사시도.
도 4는 도 3과 유사하지만, 2개의 중간 기어를 포함하는 메커니즘의 또 다른 대안적인 실시예를 보다 큰 척도로 다른 관점으로부터 도시한 사시도.
도 1 및 도 2는 내연기관에 적절한 본 발명에 따른 왕복 피스톤 메커니즘(1)의 실시예를 도시한다. 왕복 피스톤 메커니즘(1)은 크랭크 케이스(도시되지 않음)를 포함하며, 크랭크 케이스는 크랭크 샤프트 베어링(3)들에 의해 크랭크 샤프트(2)를 지지한다. 이 실시예에서, 크랭크 샤프트(2)는 크랭크 핀(4)을 포함하고, 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 크랭크 케이스에 대해 회전 가능하다.
왕복 피스톤 메커니즘(1)은 크랭크 핀(4) 상에 회전 가능하게 장착된 크랭크 부재(6)를 포함한다. 크랭크 부재(6)는 크랭크 핀(4)에 대해 편심으로 배치되는 2개의 베어링 부분(7)들을 구비한다. 각각의 베어링 부분(7)은 커넥팅 로드(9)의 큰 단부(8)를 지탱하는 외부 원주 벽을 가진다. 그러므로, 커넥팅 로드(9)는 그 큰 단부(8)를 통해 크랭크 부재(6) 상에 회전 가능하게 장착된다. 커넥팅 로드(9)는 또한 피스톤(11)이 회전 가능하게 연결되는 작은 단부(10)를 포함한다.
크랭크 부재(6)는 2개의 중간 기어(13)들과 맞물리는 크랭크 부재 기어(12)를 구비한다. 중간 기어들은 크랭크 샤프트(2)에 회전 가능하게 장착된다. 각각의 중간 기어(13)는 또한 제 1 보조 기어(14)와 맞물린다. 제 1 보조 기어(14)는 공통의 보조 샤프트(16)를 경유하여 제 2 보조 기어(15)에 고정된다. 보조 샤프트(16)는 크랭크 샤프트(2)에 장착되고, 크랭크 샤프트 축선(5)에 평행하게 연장하는 보조 샤프트 축선 둘레로 크랭크 샤프트(2)에 대해 회전 가능하다. 이러한 것은 보조 샤프트 축선이 크랭크 샤프트 축선(5)으로부터 이격되어 있다는 것을 의미한다. 이 실시예에서, 보조 샤프트(16)는 크랭크 아암(17)을 통해 연장하여서, 제 1 보조 기어(14)와 제 2 보조 기어(15)들은 크랭크 아암(17)과 크랭크 샤프트 베어링(3)의 맞은편 측부들 상에 배치된다. 이러한 경우에, 크랭크 아암(17)과 크랭크 샤프트 베어링(3)이 통합되어서, 보조 샤프트(16)는 그 둘을 통해 연장한다. 그러므로, 보조 샤프트(16)는 크랭크 샤프트 베어링(3)의 외부 원주 내로 연장한다.
제 2 보조 기어(15)는 크랭크 샤프트 축선(5)과 일치하는 중심선을 가진 중앙 기어(18)와 맞물린다. 이 실시예에서, 중앙 기어(18)는 내접 기어이며, 제 2 보조 기어(15)는 외접 기어이다.
본 발명에 따라서, 크랭크 부재 기어(12)는 외접 기어이고, 중간 기어(13)들은 외접 기어이다. 이러한 구성으로 인하여, 왕복 피스톤 메커니즘(1)은 콤팩트한 방식으로 만들어질 수 있으며, 종래에 공지된 것들보다 간단하다.
카운터웨이트(19)가 위치되는 크랭크 샤프트(2)의 측부에 중간 기어(13)들이 배치되는 것이 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 이러한 것은 콤팩트한 구조를 만든다.
기어 치수는 크랭크 샤프트(2)와 동일한 방향으로 그 절반의 속도로 크랭크 부재(6)가 회전하도록 선택될 수 있다. 중앙 기어(18)와 제 2 보조 기어(15) 사이의 기어비는 크랭크 부재 기어(12)와 제 1 보조 기어(14) 사이의 기어비의 절반일 수있다. 이러한 조건은 지름과 기어 이빨 모듈의 특정 선택에 의해 달성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 왕복 피스톤 메커니즘(1)의 대안적인 실시예들을 도시한다. 이 실시예들에서, 메커니즘(1)은 4개의 피스톤(11)들을 포함한다. 각각의 피스톤(11)은 단일 크랭크 부재(6)에 연결된다. 그러므로, 각 크랭크 부재(6)는 단지 하나의 커넥팅 로드(9)를 지지한다. 크랭크 부재 기어(12), 중간 기어(13), 제 1 보조 기어(14), 제 2 보조 기어(15) 및 중앙 기어(18)의 위치와 상호 맞물림은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 유사하다. 도 3 및 도 4에 따른 실시예들에서, 2개의 보조 샤프트(16)들이 있다. 각각의 보조 샤프트(16)는 크랭크 아암(17)을 통해 연장한다. 이러한 실시예들에서, 제 3 보조 기어(14')가 보조 샤프트(16)에 고정되어서, 제 2 보조 기어(15)는 제 1 보조 기어(14)와 제 3 보조 기어(14') 사이에 놓인다. 제 3 보조 기어(14')는 도 3에 따른 실시예의 경우에 제 2 중간 기어(13')와 그리고 도 4에 따른 실시예의 경우에 2개의 제 2 중간 기어(13')들과 맞물린다. 중간 기어(13')는 크랭크 샤프트(2)에 회전 가능하게 장착된다. 제 2 중간 기어 또는 기어(13')들은 제 2 크랭크 부재(6')에 제공되는 제 2 크랭크 부재 기어(12')와 맞물린다. 제 2 크랭크 부재(6')는 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 크랭크 핀(4)에 대해 각이 지게 이격된 제 2 크랭크 핀에 회전 가능하게 장착된다. 도 3은 제 2 크랭크 부재(6')가 커넥팅 로드(9)를 지탱하기 위한 제 2 베어링 부분(7')을 포함하는 것을 도시한다.
도 3 및 도 4는 또한 중앙 기어(18)의 구동 수단을 도시한다. 구동 수단은 액튜에이터(20)를 포함하며, 액튜에이터는 워엄(21)과 워엄 기어(22)를 통해 중앙 기어(18)를 구동할 수 있지만, 대안적인 구동 수단도 가능하다. 워엄 기어(22)는 중앙 기어(18) 상의 외접 기어에 의해 형성된다. 중앙 기어(18)의 회전시에, 피스톤(11)의 상사점과 하사점은 영향을 받을 수 있다.
제 1 보조 기어(14)뿐만 아니라 크랭크 부재 기어(12)와 맞물리는 중간 기어(13)들의 지름이 반드시 동일하지 않다는 것을 유념하여야 한다. 이러한 것은 도 4에 따른 실시예에 도시된 바와 같은 제 2 중간 기어(13')들에게도 동일하다. 이러한 것은 설계 융통성을 제공한다.
또한, 상기된 바와 같은 실시예들의 상이한 특징들의 조합이 결합될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.
이로부터, 본 발명이 왕복 피스톤 메커니즘의 콤팩트한 실시예를 설계할 가능성을 제공하는 비교적 간단한 상기 메커니즘을 제공한다는 것이 명확하게 된다.
본 발명은 도면에 도시되고 상기된 실시예들에 제한되지 않으며, 이것들은 청구항들 및 그 기술적 등가물의 범위 내에서 상이한 방식으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 왕복 피스톤 메커니즘은 상기된 바와 같은 실시예들보다 많은 피스톤을 가지는 보다 큰 메커니즘으로 확장될 수 있다. 또한, 크랭크 아암의 양측에 있는 중간 기어들은 상이한 치수를 가질 수 있는데 반하여, 크랭크 부재는 여전히 크랭크 샤프트와 동일한 방향 및 그 절반의 속도로 회전할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 크랭크 부재는 편심 대신에 원통형일 수 있으며, 이러한 것은 크랭크 부재와 크랭크 부재를 구동하기 위한 기어 전동을 가지지 않는 종래의 메커니즘보다 낮은 마찰 손실을 초래하는 것 같다.

Claims (6)

  1. 왕복 피스톤 메커니즘(1)으로서,
    크랭크 케이스;
    적어도 하나의 크랭크 핀(4)을 갖는 크랭크 샤프트(2)로서, 상기 크랭크 케이스에 의해 지지되며, 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 상기 크랭크 케이스에 대해 회전 가능한 상기 크랭크 샤프트(2);
    큰 단부(8)와 작은 단부(10)를 포함하는 적어도 하나의 커넥팅 로드(9);
    상기 작은 단부(10)에 회전 가능하게 연결되는 피스톤(11);
    상기 크랭크 핀(4)에 회전 가능하게 장착되고, 외부 원주 벽을 가지는 적어도 하나의 베어링 부분(7)을 포함하는 크랭크 부재로서, 상기 외부 원주 벽은 상기 커넥팅 로드(9)가 상기 큰 단부(8)를 경유하여 상기 크랭크 부재(6)의 베어링 부분(7) 상에 회전 가능하게 장착되도록 상기 커넥팅 로드(9)의 큰 단부(8)를 지탱하는, 상기 크랭크 부재(6)를 포함하며;
    상기 크랭크 부재(6)는 외접 기어인 적어도 하나의 중간 기어(13)와 맞물리는 외접 기어인 크랭크 부재 기어(12)를 구비하고, 상기 중간 기어(13)는 또한 외접 기어인 제 1 보조 기어(14)와 맞물리며, 상기 제 1 보조 기어(14)는 공통의 보조 샤프트(16)를 통해 외접 기어인 제 2 보조 기어(15)에 고정되고, 상기 보조 샤프트(16)는 상기 크랭크 샤프트(2)에 장착되어 상기 크랭크 샤프트 축선(5)에 평행하게 연장하는 보조 샤프트 축선 둘레로 상기 크랭크 샤프트에 대해 회전 가능하고, 상기 제 2 보조 기어(15)는 상기 크랭크 샤프트 축선(5)과 일치하는 중심선을 가지는 내접 기어인 중앙 기어(18)와 맞물리는, 왕복 피스톤 메커니즘.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 부분(7)은 상기 크랭크 핀(4)에 대하여 편심으로 배치되는, 왕복 피스톤 메커니즘.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 크랭브 부재 기어(12)는 또한 상기 제 1 보조 기어(14)와 맞물리는 적어도 하나의 추가의 중간 기어(13)와 맞물리는, 왕복 피스톤 메커니즘.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크랭크 샤프트(2)는 크랭크 샤프트 베어링(3)을 구비하고, 상기 보조 샤프트(16)는 상기 크랭크 샤프트 베어링(3)의 외부 원주 내로 연장하는, 왕복 피스톤 메커니즘.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크랭크 샤프트(2)는 상기 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 상기 크랭크 핀(4)에 대해 각이 지게 이격된 적어도 하나의 제 2 크랭크 핀, 및 상기 제 2 크랭크 핀 상에 회전 가능하게 장착된 적어도 하나의 제 2 크랭크 부재(6')를 포함하며, 상기 제 2 크랭크 부재(6')는 외접 기어인 제 2 크랭크 부재 기어(12')를 구비하고, 상기 제 2 크랭크 부재 기어(12')는 외접 기어인 적어도 하나의 제 2 중간 기어(13')와 맞물리고, 상기 제 2 중간 기어(13')는 또한 상기 공통의 보조 샤프트(16)에 고정된 외접 기어인 제 3 보조 기어(14')와 맞물리는, 왕복 피스톤 메커니즘.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 기어(18)는 상기 크랭크 샤프트 축선(5) 둘레로 회전 가능하며, 상기 메커니즘(1)은 상기 중앙 기어(18)를 구동하기 위한 구동 수단(20 내지 22)을 구비하는, 왕복 피스톤 메커니즘.
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