KR20130058029A - 스프링 커넥팅 로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진내부 폭발을 통해 피스톤이 실린더 속을 왕복 운동하는 내연 기관 인 피스톤엔진에 관한 것으로서, 실린더 속을 왕복 운동하는 피스톤의 직선운동을 커넥팅 로드와 크랭크 축에 의하여 회전운동으로 바꾸어 작동하는 피스톤 엔진에 있어서, 크랭크 로드가 수직각도에서의 폭발력을 흡수하였다 사선 각도에서 방출할수 있게하여 피스톤 엔진의 효율을 높일수 있게한 스프링 커넥팅 로드 기술에 관한 것이다

Description

스프링 커넥팅 로드 {spring connecting rod}

본 발명은 내연기관에 있어서 엔진의 실린더 안의 폭발력을 피스톤에 의하여 직선운동으로 유도하고 유도된 직선운동을 다시 커넥팅로드와 크랭크에 의하여 회전운동으로 바꾸어 작동하는 내연기관인 피스톤 엔진의 커넥팅 로드에 관한 것이다

일반적으로 종래의 피스톤 엔진은 실린더 안의 폭발력을 피스톤에 의하여 직선운동으로 유도하고 유도된 직선운동을 다시 커넥팅 로드와 크랭크에 의하여 회전운동으로 바꾸어 작동되는 것이 일발적인 작동원리이다

그러나 상기와 같은 피스톤 엔진은 실린더내의 폭발력을 실린더 안의 피스톤을 통하여 직선운동으로 바꾸고 피스톤의 직선 운동을 다시 회전운동으로 바꾸는 과정에서 있어서 폭발 에너지의 일정양 을 회전운동으로 바꾸지 못하고 크랭크축을 통하여 불가피하게 낭비할 수밖에 없는 단점을 지니고 있다

그로인하여 상기와 같은 피스톤 엔진은 소음 과 진동을 유발하는 동시에 에너지 효율에 있어서도 적잖은 장애요인이 되어왔다

따라서 상기와 같은 피스톤 엔진이 가지는 원천적인 문제를 해결하고자 당업자들은 오랜시간 연구하여 왔다

그결과 왕복운동을 최소화 할수 있는 방켈의 로터리 엔진이 오래전에 개발되었고 그이후로도 피스톤 엔진이 가지는 상기와 같은 피스톤 엔진이 가지는 원천적인 문제를 해결하고자 여러 형태의 로터리 엔진과 각종의 피스톤 엔진이 개발되어 왔다

그러함에도 방켈엔진과 같은 로터리식 엔진은 종래의 일반적인 피스톤 엔진에 비하여 가공이 매우 어렵고 유지보수 또한 매우 어려운 각종문제를 유발하고 있음으로 인하여 아직까지도 경제적 실용성 면에서는 일반화에는 적합하지 못한것이 현실이다.

그로 인하여 당업자에 속하는 연구가들은 로터리식 엔진의 실용화와 함께 비교적 가공이 용이한 기존의 피스톤 엔진구조 내에서 그 효율을 높이고자 많은 노력을 하고있는 실정이다 하지만 피스톤 왕복 엔진이 개발된 이후 약100년이상 상기와 같은 원천적인 문제점에서는 크게 벗어나지 못하고 있는것이 본 발명이 속한 피스톤 엔진 기술의 배경 이다.

[관련기술 문헌]

공개번호 1020010030098

본 발명은 피스톤 엔진의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로서, 종래의 피스톤 엔진은 실린더내의 연료를 피스톤이 최고상사 점에 다다르면서 고온,고압으로 만든후 순간폭발하게 된다 이때 피스톤이 받는 압력은 피스톤과 커넥팅로드에 의하여 크랭크축에 수직으로 폭발력을 가할 수밖에 없게 된다 그러나 폭발 순간에는 피스톤의 수직적인 힘을 커넥팅로드가 크랭크축을 회전 운동으로 효율적으로 바꿀수가 없는 수직 각도가 됨으로 순간의 폭발력은 피스톤에서 커넥팅로드와 크랭크 축을 통하여 차체 전체에 퍼지면서 지면으로 흡수되어 진동과 함께 낭비 될수 밖에 없게 된다

또한 그로 인하여 엔진폭발 행정에서 가장 강력한 힘을 내는 폭발순간의 폭발력과 1000도 이상의 고온을 피스톤과 실신더내에 유지하여야 하는 일정시간이 생기게 됨으로 인해 그만큼 실린더와 피스톤의 내구성과 기능성을 떨어뜨리는 요인과 함께 열효율을 낮추는 요인이 되어왔다

본발명은 상기와 같은 종래의 피스톤 엔진의 과제를 해결하기위하여 고안 된 것 으로서, 종래의 피스톤 엔진이 딱딱한 막대형 커넥팅로드로 구성됨으로써 발생한 수직적인 폭발력에 의한 진동과 그로인한 폭발력 낭비를 본 발명에서는 피스톤과 크랭크 축을 연결하는 케넥팅 로드를 스프링 커넥팅 로드로 구성하여 수직각도에서 발생하는 폭발충격을 순간 받아들였다 순간다시 방출할수 있게 구성함으로써 상기와 같은 종래의 피스톤 엔진이 가지는 단점 과제를 해결하는 수단을 강구하였다.

본 발명에 따르면 피스톤 엔진의 커넥팅 로드를 판형 스프링을 양쪽으로 구성하고 그중앙에 적당간격을 두고 딱딱한 커넥팅로드를 상,하로 구성하여 압축압력에는 이상이 없으면서도 압축압력보다는 두배정도 강한 연료 폭발 압력에는 스프링이 반응하여 폭발충격을 완화하는 동시에 폭발력은 순간 흡수하였다가 폭발력을 회전운동으로 바꾸기에 좀더 유리한 각도로 크랭크와 커넥팅로드 간의 각이 사각으로 변화 되었을때 스프링 커넥팅로드가 펼쳐지면서 흡수했던 폭발력을 크랭크의 회전운동으로 바꾸어 줄수 있음으로 인하여 다음과 같은 효과를 얻을수가 있다

효과 1

크랭크와, 커넥팅로드와, 피스톤이 일직선이거나 일직선에 가까운 각도에서 일어나는 강력한 폭발력을 스프링 커넥팅 로드가 일시 완충 시킬수 있음으로 인하여 폭발력이 크랭크축에 직접적으로 주는 충격을 줄일수가 있다 그로 인하여 엔진과 차체 전체의 진동을 줄여 승차감 향상과 함께 엔진과 차량의 수명을 연장하는 효과가있다

효과 2

스프링 커넥팅로드가 피스톤과 커넥팅 로드와 크랭크축이 수직 상태일때 일어나는 폭발력을 일시 흡수하였다가 커넥팅로드와 크랭크축이 사선으로 각도변화가 일어날 때 다시방출하여 회전력으로 바꾸어 줌으로서 연료의 효율을 높여주는 효과가 있다

효과 3

엔진과열로 연료폭발점 이하에서 필요이상의 압축압력이 발생 하였을 시에는 스프링 커넥팅 로드가 밖으로 휘어 반응하면서 피스톤의 최고 상사점을 낮추어 연료를 폭발시키 면서도 크랭크축의 역회전을 방지할 수가 있음으로 노킹현상도 줄일수 있는 효과가 있다

효과 4

피스톤엔진의 연료 폭발 과정에서 가장 강력한 폭발력과 고온,고압을 발생시키는 최고상사점 근방 각도에서의 폭발력을 스프링 커넥팅 로드가 순간 반응하면서 피스톤이 하강할수 있게됨으로써 고온고압의 폭발실 부피는 순간 늘어나면서 폭발실의 고온,고압상태를 순간적으로나마 짧게 할수 있게됨으로서 엔진과열을 방지할수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명 스프링 커넥팅로드의 측면도
도 2 는 본 발명 스프링 커넥팅로드의 정면도
도 3 은 본 발명 스프링 커넥팅로드 중앙에 압축스프링이 추가 구성 하였을때의 측면도
도 4 은 본 발명 스프링 커넥팅로드를 장착한 엔진의 단면도
도 5 는 본 발명 스프링 커넥팅로드를 장착한 엔진의 흡입,압축과정을 보여주는 예시 단면도
도 6은 본 발명 스프링 커넥팅로드를 장착한 엔진의 폭발과정을 보여주는 예시 단면도
? 7은 본 발명 스프링 커넥팅로드를 장착한 엔진의 배기과정을 보여주는 예시 단면도

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하기 위하여 본 발명의 구체적인 구성요소를 설명하면 다음과 같다

본발명 스프링커넥팅로드느 종래의 피스톤 엔진 과 같이 실린더와 피스톤 그리고 커넥팅로드와 크랭크축을 기본 구성요소로 이루어지는 내연기관에 있어서 종래의 일반적인 피스톤 엔진의 커넥팅로드는 딱딱한 일체막대형으로 이루어져 엔진의 폭발력을 최대한 크랭크 축으로 직접 전달 할수 있게 되어 있었던 것과는 달리 본 발명 스프링 커넥팅 로드는 신축성이 있는 스프링 커넥팅 로드(300)로 구성됨으로서 엔진의 폭발력을 크랭크축과 커넥팅로드가 일직선으로 놓여있는 상황에서의 폭발력은 일시 흡수하였다가 크랭크축 과 커넥팅로드가 일직선에서 벗어나 사선방향으로 어느정도 진행되었을때 흡수였던 폭발력을 다시 방출할수 있게 함으로써 엔진의 폭발력을 최대한 회전운동으로 바꿀수 있게한것이다

이를 첨부한 도1내지 도7를 참고로 상세하게 다음과 같이 설명한다

본 발명인 스프링 커넥팅 로드 는 도1내지 도7에 도시 한바 와 같이 종래의 피스톤 엔진과 같이 실린더안(90)에 피스톤(80)과 스프링 커넥팅로드(300)와 크랭크 암(41)과 크랭크(40)축으로 이루어지는데 있어 종래의 커넥팅 로드가 딱딱한 일체 막대형 이었던 것 과 는 달리 첨부한 도1내지 도4에 도시 한바와 같이 양쪽으로 판스프링(30)을 구성하고 상기 판스프링(30) 중앙부에는 종래의 일체막대형 커넥팅로드를 절단한 형태로 적당간격을 두고 커넥팅로드 상부(10)와 , 커넥팅로드 하부(20)으로 구성하였다

첨부한 도1내지 도 3을 참조하여 본 발명 스프링 커넥팅 로드(300)의 구조를 설명하면 다음과 같다

첨부한 도 1내지 도2에 도시한 스프링 컨넥팅 로드(300)는 중앙부는 종래의 피스톤 엔진의 커넥팅로드를 절단한 형태로 상부(10)와 하부(20)로 분리되어 적당간격을 두고 배치되며 상기 상부(10)와 하부(20)의 좌우에는 판스프링(30)이 위아래의 볼트 와 너트 결합부(31)로 결합되어 배치된다.

상기 판스프링(30)은 연료를 압축하기에는 충분하면서도 연료의 폭발력에는 밖으로 휘어 수축 할수 있는 정도의 기계적 힘을 지녀야한다 따라서 가솔린엔진의 경우를 예를 들면 일반적으로 가솔린 엔진의 압축 압력이 단위 1cm2 당 7-11kg 이고 폭발압력이 단위면적1cm2당 35-45kg 이라고 가정하여 전제하고 피스톤의 총면적이 1cm2라고 할때 판스프링(30)은 최소 11kg이상에서 최고 45kg내의 압력 범위 내에서 반응 할수있게 설계 하여연료를 압축할수 있는 압력인 단위 1cm2 당 11kg이상의 압축압력을 발생시킬수 있으면서도 연료폭발 압력 범위인 단위 1cm2 당 35kg이상의 압력과 45kg압력 이하에서는 밖으로 휘어 반응하면서 폭발력을 흡수할수 있게하여야 한다. 그리고 피스톤 엔진에는 크게 디젤 엔진과 가솔린 엔진이 있는데 상기 두종류의 엔진은 압축압력과 폭발압력이 각기 다름으로 본 발명 스프링 케넉팅로드(300)의 판스프링(30)은 각각의 엔진에 맞게 설계 적용되어야 하며 그 외에 2행정, 4행정,승용차,화물차,선박, ,,,등등 피스톤엔진이 사용되는 제각각의 용도와 배기량 등에 맞게 설계되어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 두 개의 판스프링 (30) 중앙에 자리한 상부(10) 와 하부(20)의 간격은 엔진의 용도와 특성에 따라 너무 넓거나 너무 좁아 부작용이 나지 않는 선에서 각각의 용도에 맞게 설계 되어 적용되는것이 바람직하다 .

다음 첨부한 도 3 은 상기한 도 1내지 도 2의 본 발명 스프링 커넥팅로드(300) 중앙에 압축스프링(33)을 추가 한 것으로 본 발명 스프링 커넥팅로드 피스톤엔진의 핵심부인 스프링 커넥딩로드(300)의 스프링부(30)는 본발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될수 있음을 나타낸 도면이다.

다음은 첨부한 도 4내지 도 7을 참조하여 본 발명 스프링커넥팅로드 피스톤엔진의 실시예를 설명하면 다음 과 같다

도 4은 본 발명 스프링 커넥팅로드(300)를 장착한 피스톤엔진의 구성을 예시하여 나타낸 단면도이고 도 5내지 도7은 본 발명 스프링 커넥팅로드를 장착한 피스톤 엔진의 흡입,압축,폭발,배기 과정에서의 본 발명 스프링 커넥팅 로드(300)의 변화상태를 예시하여 나타내 주는 단면도이다.

참고로 상기의 도 4 내지 도7의 도면에서는 본 발명 스프링 커넥팅로드(300)의 모습을 도면 상 설명하기위하여 도 1내지 도 2에서의 도면 과 달리 판스프링(30)의 구성을 크랭크축 과의 90도 측면방향으로 도시하였다.

상기와 같은 도 4내지 도 7을 참조하여 본 발명인 스프링 커넥팅 로드를 장착한 피스톤 엔진이 흡입,압축,폭발,배기 4행정을 작동하는 과정에 있어서, 스프링 커넥팅로드 (300)의 작동 과정과 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다

첨부한 도 5에 도시한 바와 같이 흡입(a,b)과 압축(c,d)과정에서는 스프링 커넥팅로드(300)의 판스프링(30)과 중앙의 상부(10),하부(20)는 전혀 반응하지 않으며 초기의 형태와 거리를 유지한다. 그러나 도 6에서 도시한 바와 같이 폭발과정(e)에서는 압축압력보다 약 두배가량의 월등히 강력한 폭발 압력에 의하여 피스톤(80)이 폭발력을 판스프링(30)에 전달하면서 판스프링(30)이 폭발력을 흡수하여 밖으로 휘면서 스프링 커넥팅로드(300)의 상부(10)과 하부(20)가 서로 가까워 지게되며 그후에는 결국 상부(10)와 하부(20)가 서로 밀착하는단계(f)가 된다 그러는 순간에 크랭크축은 회전관성에 의하여 회전하면서 수직각도에서 사선각도로 진행하게된다

그다음 크랭크축(40)과, 크랭크암(41)과, 스프링 커넥팅로드(300)가 수직각도에서 어느정도 벗어나게 되면 판스프링(30)에 흡수되었던 폭발력이 폭발실의 폭발력과 함께 다시방출되면서 (g) 강력한 힘으로 크랭크암(41)을 통하여 크랭크축(40)을 회전시키게된다

그러는 과정에서 판스프링(30)이 다시 초기의 상태로 복원되면서 상부(10)와 하부(20)도 초기상태로 그거리가 복원되면서 (g,h)피스톤이 하행정에 다다른후 첨부한 도 7에 도시한바와 같이 배기밸브(70)이 열리면서 배기행정(i,j,k)으로 이어지게 되면서 흡입,압축,폭발,배기 4행정을 마치게된다 . 본 발명인 스프링 커넥팅로드(300)은 피스톤 엔진내에서 이와같은 이런 과정을 반복하면서 운행하게 된다.

10;상부 20;하부 30; 판스프링 31; 결합부 33.압축스프링 300;스프링 커넥팅로드 40;크랭크 축 41;크랭크암 50;크랭크 휠 60;흡기밸브 70;배기밸브 80;피스톤 90;실린더 100; 피스톤 높이 변화 가늠선

Claims (4)

1. 실린더내에 왕복 피스톤을 구성하고 상기 피스톤과 연결된 커넥팅로드와, 크랭크축으로 이루어진 피스톤엔진에 있어서 ,
   상기 커넥팅로드를 딱딱한 막대형으로 상부(10);와 하부(20);로 적당간격 이격되게 구성하고 그 양쪽 좌,우 또는 전,후 로는 판스프링(30);을 결합부(31);를 통하여 결합하여 엔진의 폭발력을 일시 흡수하였다 다시 방출 할수 있게 이루어진것;을 특징으로 하는 스프링 커넥팅로드(300)
2. 제1항에 있어서,
   상기 스프링 커넥팅로드(300)의 판스프링(30)이 두겹 이상의 판스프링으로 된것;을 특징으로하는 스프링 커넥팅로드 .
3. 제 1항에 있어서
   상기 스프링 커넥팅로드(300)의 판스프링(30)과 상부(10), 하부(20) 사이에 압축스프링(33)으로 구성된것;을 더포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 커넥팅로드
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더내에 왕복 피스톤을 구성하고 상기 피스톤과 연결된 커넥팅로드와, 크랭크축으로 이루어진 피스톤엔진을 포함하는 스프링 커넥팅로드(300)
   

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