KR900007463B1

KR900007463B1 - Thread shaft engine

Info

Publication number: KR900007463B1
Application number: KR1019880001847A
Authority: KR
Inventors: 김종원
Original assignee: 김종원
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1990-10-10
Also published as: KR890013308A

Abstract

The engine makes rotation of screw shaft parallel with the piston according to reciprocating of the piston in the cylinder. The engine includes a combustion chamber, cylinder; cylindrical piston (1) with lower roller shaft (3), nut (6), inner rollers (5,5'), outer rollers (4,4'); screw shaft (2) fixed to bearing (11) of engine body (12).

Description

Screw shaft

제1도는 본 발명 기관의 전반적인 모양을 나타내는 개략도1 is a schematic diagram showing the overall shape of the engine of the present invention

제2도는 본 발명 기관의 주요 부위인 피스톤과 나사축 및 로울러 장치가 상호 조립되어 있는 상태를 보여주는 평면 단면도.2 is a cross-sectional plan view showing a state in which a piston, a screw shaft, and a roller device, which are main parts of the engine of the present invention, are assembled with each other.

제3도는 제2도에 도시한 부위에 대한 분해 사시도.3 is an exploded perspective view of the portion shown in FIG.

제4도는 본 발명 기관의 4행정 1사이클 작동 과정에 있어서 피스톤 l왕복에 나사축은 1회전 하도록 2행으로 가공한 나사축 홈의 전개상태 및 나사축 화전각에 따른 로울러의 이동상태를 예시하는 설명도.4 is a diagram illustrating an expanded state of a screw shaft groove processed in two rows so that the screw shaft is rotated once in a four-stroke, one-cycle operation process of the engine of the present invention, and the state of movement of the roller according to the screw shaft fire angle. Degree.

* 도면의 주요부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawings

1 : 피스톤 2 : 나사축1: piston 2: screw shaft

3 : 로울러 축 4,4, ',5,5' : 로을러3: roller axis 4,4, ', 5,5': roller

7,7' : 나사 홈 8 : 나사축심7,7 ': screw groove 8: screw shaft center

9 : 실린더9: cylinder

본 발명은 신규한 기관(Engine)에 관한 것이다. 다시말하면 본 발명은 실린더내의 피스톤이 왕복 운동을 하게되면 피스톤에 평행으로 연동되어 있는 나사축이 회전운동을 하게되는 신규한 나사측 기관(ScrewShaft Engine)에 관한 것이다.The present invention relates to a novel engine. In other words, the present invention relates to a novel ScrewShaft Engine (ScrewShaft Engine) in which the screw shaft in parallel with the piston is in rotation when the piston in the cylinder reciprocates.

종래 가솔린 엔진, 디젤 엔진 등의 내연기관은 공통적으로 견고한 실린더와 피스톤으로 주로 구성되고 있고 실린더 내에서 연료의 흡입-압축-폭발-배기라는 4행정(물론 2행정도 있다)의 결과로 얻어지는 힘이 피스톤의 왕복운동을 일으키고 이같은 왕복운동은 크랭크 축과 커넥팅 로드를 통히여 회전운동으로 변환되어 기관의 힘을 발휘할 수 있도록 되어 있다.In general, internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines are mainly composed of solid cylinders and pistons, and the force obtained as a result of four strokes (of course, two rows) of fuel intake, compression, explosion, and exhaust in the cylinder It causes the piston to reciprocate, and this reciprocating motion is converted into rotational motion through the crankshaft and connecting rod to exert the power of the engine.

그러나 이같은 종래의 기관은(커넥팅 로드의 경사로 인하여) 운동시 피스톤이 실린더에 측압으로 충돌(Piston Slap)하게 되고 또 운동부분의 비평형된 관성력으로 인하여 진동, 소음발생이 심하고 실린더의 마모가 큰 결점이 있다. 또한 각 행정(흡입. 압축, 폭발, 배기)당 소요되는 시간이 동일할 수 밖에 없어 실린더내 체적(충진) 효율 및 연소 효율을 높이는데 한계가 있으며 크랭크실 때문에 기관의 부피가 커지는 단점도 있다.However, such a conventional engine (piston lap) due to the side pressure (Piston Slap) to the cylinder during the movement (due to the inclination of the connecting rod) and the vibration, noise generated due to the unbalanced inertial force of the moving part, the cylinder wear is bad There is this. In addition, the time required for each stroke (suction, compression, explosion, exhaust) is the same, there is a limit to increase the volume (filling) efficiency and combustion efficiency in the cylinder, and there is a disadvantage that the engine volume becomes larger due to the crank chamber.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 기관에서의 결점을 근본적으로 개선한 신규한 기관을 제공하는데있다.It is therefore an object of the present invention to provide a novel engine which fundamentally improves on the above deficiencies in the conventional engine.

즉, 본 발명의 기관은 종래의 기관이 크랭크 축을 이용하여 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어주는 장치를 채택한 것 대신에 나선형 홈이 있는 축(Screw Shaft)을 피스톤과 평행으로 설치하여 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 장치인바, 이하에 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.That is, in the engine of the present invention, instead of the conventional engine adopting a device for converting the reciprocating motion of the piston to the rotational motion using the crank shaft, a helical grooved shaft (Screw Shaft) is installed in parallel with the piston to reciprocate the piston. An apparatus for converting a motion into a rotational motion, the present invention will be described in more detail with reference to the following drawings.

제l도는 본 발명의 기관을 전체적 개략적으로 도시한 것으로 연료가 분무 압축되어 점화 폭발되고 다시 배기되는 일련의 연소 작업이 이루어지는 연소실(10)과 이와 일체로 연결된 실린더(9)와 그속에 밀폐되어 왕복운동하는 피스톤(1)이 있음은 종래의 예와 다를 바 없다. 그러나 본 발명의 특징은 피스톤(1)하단부 양단(또는 그 이상)에서 두개의 로울러(5,5')에 의해 연동되어 있는 나사축(2)에 있는바 제2,3도를 참고하여 이부분에 대해 집중적으로 설명한다.FIG. 1 is a schematic view of the engine of the present invention, in which a combustion chamber 10 in which a fuel is spray-compressed, ignited, exploded, and exhausted again is subjected to a series of combustion operations, and a cylinder 9 integrally connected thereto and a reciprocating seal therein. The presence of the moving piston 1 is no different from the conventional example. However, a feature of the present invention is that in the threaded shaft 2 which is interlocked by two rollers 5, 5 'at both ends (or more) of the lower end of the piston 1, this part with reference to Figs. Concentrate on

본 발명에서의 피스톤(1)은 그 내부가 공간을 형성하고 있어 한쪽이 막힌 원통형상이며 오픈된 원통형 피스톤 하단부 양단에는 안과 밖으로 각각 한쌍의 로울러(4,4',5,5∼)가 로울러축(3)에 끼워져 너트(6)에 의해 견고하게 피스톤(1)에 고정되어 있다.In the present invention, the piston 1 has a space inside of which the cylinder is closed, and a pair of rollers 4, 4 ', 5, 5 to, respectively, is formed inside and outside the lower end of the open cylindrical piston lower end. (3) is secured to the piston (1) by the nut (6).

한편 피스톤(1) 내측에는 나사축(2)이 나사축심(8)을 따라 기관 본체벽(12)에 베아링(11)으로 고정되어 그 자체 회전 가능토록 설치되고 이 나사축(2)의 표면을 따라 한쌍의 나사홈(7,7')이 경사지게 설치되고 이나사홈(7,7')에는 상술한 피스톤(1) 내벽에 고정된 한쌍의 로울러(5,5')가 각각 맞물려 있다.On the other hand, inside the piston (1), the screw shaft (2) is fixed to the engine main body wall (12) along the screw shaft core (8) by means of a bearing (11) so that it can be rotatable itself and the surface of the screw shaft (2) Accordingly, a pair of screw grooves 7 and 7 'are installed to be inclined, and a pair of rollers 5 and 5' fixed to the inner wall of the piston 1 are engaged with the threaded grooves 7 and 7 ', respectively.

따라서 실린더(9)내에서 피스톤(1)이 왕복운동을 하게 되면 피스톤 외측에 있는 바깥 로울러(4,4')는 기관본체 나사축실(13)에 마련된 안내홈(도시안됨)을 따라 왕복으로 움직이게 되고 피스톤 내측에 있는 안쪽 로울러(5,5')는 나사축(2)에 있는 나사홈(7,7')을 따라 왕복으로 운동하게 되며, 이때 왕복으로 운동하는 안쪽 로울러(5,5')의 나사홈(7,7')벽에 대한 미는 힘에 의하여 회전가능하게 베아링(11)으로 고정된 나사축(2)은 나사축심(8)을 중심으로 회전하게 되고 그 회전력은 기관본체(12) 밖의 푸(14)에 의해 외측에 전달되게 된다.Therefore, when the piston 1 reciprocates in the cylinder 9, the outer rollers 4 and 4 'outside the piston move reciprocally along the guide grooves (not shown) provided in the engine body screw shaft chamber 13. And the inner roller (5, 5 ') inside the piston moves reciprocally along the screw grooves (7, 7') in the screw shaft (2), with the inner roller (5,5 ') moving reciprocally. The screw shaft 2 fixed to the bearing 11 is rotatably rotated about the screw shaft center 8 by the pushing force against the wall of the screw grooves 7 and 7 ', and the rotational force thereof is the engine body 12. Outside) by the outer paw 14.

본 발명에서 바깥 로울러(4,4')는 피스톤(1)의 왕복 운동을 회전운동으로 나사축(2)에 전달함에 있어 피스톤이 받을 수 있는 외력으로부터 이를 안정적으로 보호하기 위한 것으로 나사축실(13)내의 안내홈(도시안됨)을 따라 안전하게 운동하도록 설게된 것이다.In the present invention, the outer rollers 4 and 4 'are designed to stably protect them from external forces that may be received by the piston in transmitting the reciprocating motion of the piston 1 to the screw shaft 2 in a rotational motion. It is designed to exercise safely along the guide groove (not shown).

본 발명에서 안쪽 로울러(5,5')는 상술한 바깥 로울러(4,4')와 동일한 로울러축(3)으로 연결(또는 다른 축으로 가능)되고 너트(6)에 의해 견고하게 피스톤에 설치된 것으로 피스톤의 왕복운등을 나사축(2)에서 회전운동으로 변환시킴에 있어 직접적으로 힘을 받는 부위이기 때문에 내충격성이 우수히고 구름성이 좋아야하며 또한 제작하고자 하는 기관의 규모나 특징에 따라 상술한 각각의 로울러(4,4',5,5')는 그 개수를 2개이상 필요에 따라 후술하는 나사홈과 같이 10개까지 채택 설치 할 수 있다.In the present invention, the inner rollers 5, 5 'are connected to (or possibly with other shafts) the same roller shaft 3 as the outer rollers 4, 4' described above and are firmly installed on the piston by the nut 6 Since it is a part directly receiving force in converting the reciprocating light of the piston from the screw shaft (2) to the rotational movement, it must have excellent impact resistance and good cloudiness, and according to the size and characteristics of the engine to be manufactured Each of the rollers 4, 4 ', 5, 5' can be installed by adopting up to 10, such as the screw groove to be described later if necessary more than two.

본 발명에서 나사축(2)은 피스톤(1)의 내측경과 약간의 간극을 둔 원통형으로서 나사축상에서 피스톤이 원활하게 왕복운동을 하도록 한것으로 표면을 따라서 나사홈(7,7')이 적정의 수로 알맞는 각도로 설치되어있다.In the present invention, the screw shaft (2) is a cylindrical having a slight gap with the inner diameter of the piston (1) to smoothly reciprocate the piston on the screw shaft, the screw groove (7, 7 ') along the surface of the appropriate number It is installed at the proper angle.

본 발명에서 나사홈(7,7')은 설계하고자 하는 기관의 규모나 특징에 따라 다양하게 변환 설계될 수 있는 성질의 것으로써 나사홈의 수와 홈의 경사각도가 특히 중요인자이다. 나사홈의 수를 증가시킬수록 피스톤의 왕복운동력을 무리없이 안정감 있게 나사축(2)에 회전운동력으로 전달할 수 있게 되기 때문에 규모가 큰 기관에는 2개이상 필요에 따라 10개까지 채택함이 바람직하다. 나사홈의 각도는 나사축(2)에 대하여 경사진각도로 나타날때 각도가 클수록 피스톤(1)의 단위 운동거리에 대한 나사축(2)의 회전수는 증가하게 된다.In the present invention, the screw grooves 7 and 7 'are properties that can be variously designed according to the size and characteristics of the engine to be designed, and the number of the screw grooves and the inclination angle of the grooves are particularly important factors. As the number of screw grooves is increased, the reciprocating force of the piston can be transmitted to the screw shaft 2 with rotational force without difficulty. . When the angle of the screw groove appears as an inclined angle with respect to the screw shaft (2), the rotation speed of the screw shaft (2) with respect to the unit movement distance of the piston (1) increases as the angle increases.

본 발명에서는 피스톤(1)이 상사점에서 하사점으로 이동한 후 다시 상사점에 도달했을때 나사축(2)은 1회전 내지 3회전을 하도록 나사홈의 각도를 선정함이 바람직하다. 여기서 각도가 클수록, 즉 피스톤의 단위운동거리에 대한 나사축(2)의 회전수가 클수록 로울러(4,4',5,5')가 받는 충격력은 크기 때문에 일정규모이상의 기관에서는 상술한 바와 같이 로울러와 나사홈의 수를 증가시키는 것이 필요하게 된다. 경사각도를 너무크게 힐 경우에는 기관에 무리가 갈수도 있으므로 피해야 한다.In the present invention, when the piston 1 reaches the top dead center after moving from the top dead center to the top dead center, it is preferable that the screw shaft 2 selects the angle of the screw groove so as to make one to three rotations. The larger the angle, that is, the larger the rotational speed of the screw shaft 2 with respect to the unit movement distance of the piston, the greater the impact force that the rollers 4, 4 ', 5, 5' receive. And it is necessary to increase the number of screw grooves. If you incline too high, it may be difficult to get to the engine.

제4도는 본 발명기관의 일 실시예에 대한 나사축홈의 전개 상태 및 나사축의 회전각에 따른 로울러(5,5')의 위치를 피스톤의 4행정운동에 걸쳐 도시한 것으로, 여기에서는 나사측홈은 2행이며 홈의 각도는 피스톤 1왕복에 나사축이 1회전 하도록 설계한 것이다.Figure 4 shows the position of the roller (5, 5 ') according to the expanded state of the screw shaft groove and the rotation angle of the screw shaft for one embodiment of the present invention over the four stroke movement of the piston, here the screw side groove Is 2 rows and the groove angle is designed so that the screw shaft rotates one rotation per piston.

즉, 실린더(9) 내 연소실(10)에서 흡입행정이 이뤄지면 피스톤(1)은 상사점에서 하사점으로 이동하는데 이때 두개의 피스톤 안쪽 로울러(5,5')는 제4도 도면의 전개도에서 각각 A₁,B₁위치에서 A₂,B₂위치로 이동(행정거리 S만큼) 하게 되며 나사축(2)이 0˚에서 180˚까지, 즉 반바퀴 회전하게 된다.That is, when the suction stroke is made in the combustion chamber 10 in the cylinder 9, the piston 1 moves from the top dead center to the bottom dead center, where the two piston inner rollers 5, 5 'are shown in the development of FIG. They move from A ₁ and B ₁ positions to A ₂ and B ₂ positions by the stroke distance S, respectively, and the screw shaft 2 rotates from 0 ° to 180 °, ie half a turn.

다시 이어서 압축 행정이 이뤄지면 피스톤(1)은 하사점에서 상사점으로 이동하게 되고 이때 두개의 피스톤 안쪽 로울러(5,5')는 도면의 전개도 상에서 각각 A₂,B₂위치에서 A₃,B₃위치로 이동(행정거리 S만큼)하게 되고 이에따라 나사축(2)은 180˚에서 360˚까지, 즉 반바퀴 회전하여 합계 1회전을 완료하게 된다. 압축행정에 이어서 폭발행정이 이뤄지명 피스톤(1)은 상사점에서 하사점으로 이동하게 되고 이때 두개의 피스톤 안쪽 로울러(5,5')는 도면의 전개도 상에서 각각 A₃,B₃위치에서 A₄,B₄위치로 이동(행정거리 S만큼)하게 되고 이에따라 나사축(2)은 360˚에서 540˚까지, 즉, 반바퀴 회전하여 합계 1.5회전을 완료하게 된다.Again followed by ₃ A, the compression stroke when the piston (1) is accomplished, and it moves to the top dead center from the bottom dead center in this case the two piston inside the rollers (5, 5 ') are respectively A _{_2,} B ₂ position on the developed view of the figure B _It moves to _three positions (by stroke S) and accordingly, the screw shaft 2 rotates 180 degrees to 360 degrees, that is, half a turn to complete a total of one rotation. Then yirwoji the power stroke to the compression stroke patients piston 1 is moved to the bottom dead center from the top dead center of the piston inside the case two rollers (5, 5 ') is in each A A _{_3,} B ₃ position on the exploded view of figure _4, , B ₄ is moved (by stroke S), and accordingly, the screw shaft 2 is rotated from 360 ° to 540 °, that is, half a turn to complete a total of 1.5 revolutions.

마지막으로 배기행정이 이뤄지면 피스톤(l)은 하사점에서 상사점으로 이동하게 되고 이때 두개의 피스톤 안쪽로울러(5,5')는 도면의 전개도상에서 각각 A₄,B₄위치에서 A₁,B₁위치로 이동(행정거리 S만큼)하게 되고 이에따라 나사축(2)은 540˚에서 720˚까지, 즉 반바퀴 회전하여 총합계 2회전을 마치게 된다. 따라서 제4도에 도시한 실시예의 경우 4행정의 1사이클에서 나사축(2)은 2회전 하도록 설계된 것임을 알 수 있다.Finally, when the exhaust stroke is made, the piston (l) moves from the bottom dead center to the top dead center. At this time, the two piston inner rollers (5, 5 ') are respectively A ₁ and B at positions A ₄ and B ₄ on the development of the drawing _It moves to _one position (by stroke S), and accordingly, the screw shaft 2 rotates from 540 ° to 720 °, that is, half a turn to complete two revolutions in total. Therefore, in the case of the embodiment shown in Figure 4 it can be seen that the screw shaft 2 is designed to rotate two times in one cycle of four strokes.

제4도의 실시예로부터 유추해 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에서의 나사홈(7,7')의 가공각도는 그 자체 여러가지 각도로 설계할 수 있음은 물론 부분적으로, 예를 들어 4행정과정에서 흡입, 팽차 행정이 이뤄지는 부분에 대해서만 가공각도를 좀더 크게하는 등의 변화를 주어 흡입, 팽창 행정의 시간을 길게하고 압축, 배기 행정의 시간은 짧게하여 흡입시 충분한 시간을 갖게 합으로써 체적(층진)효율을 높이고 팽창 행정시 연소기간을 충분하게 하여 연소효율을 높일수도 있음은 동업계에 종사하는 사람들에 의해 자명한 것이다.As can be inferred from the embodiment of FIG. 4, the machining angles of the screw grooves 7 and 7 'in the present invention can be designed at various angles as well, in part, for example, in the four-stroke process. Only in the part where the suction and gap strokes are made, the machining angle is changed to be larger, so that the time of suction and expansion strokes is increased, and the time of compression and exhaust strokes is shortened to allow sufficient time for suction. It is obvious to those in the industry that it is possible to increase the efficiency and increase the combustion efficiency by sufficient combustion period in the expansion stroke.

또한 나사축(2)을 설치함에 있어서 피스톤(1)과 평행하게 일직선상에 두는 방법외에 피스톤(1)과 평행하게 하되 편심선상(상,하,좌,우)에 두는 방법이나 나사홈(7,7')을 나사축(2)에 생성시키는 대신에 거꾸로 피스톤(1)에 생성시키는 방법도 본원 발명의 범위에 속하는 것이 동업계에서는 자명할 것이다.In addition, in the installation of the screw shaft (2), in addition to placing in a straight line in parallel with the piston (1), in parallel with the piston (1) but in the eccentric (up, down, left, right) or screw groove (7) It will be apparent in the art that the method of producing the piston 1 in an inverted manner instead of producing the 7 ') on the screw shaft 2 also falls within the scope of the present invention.

이상에서 기술한 본원 발명의 효과는 종래의 기관과는 달리 피스톤의 힘이 나사축의 직각방향(회전방향)으로 전달되므로 피스톤 측압이 발생하지 않아서 진동, 소음, 마찰손실, 실린더 마모가 매우적게 되며 운동부분이 평형된 관성력을 지녀 역시 진동, 소음 감소에 유효하고 종래의 에와 같은 균형추가 불필하게 된다.Unlike the conventional engine, the effect of the present invention described above is that the piston force is transmitted in a direction perpendicular to the screw shaft (rotational direction), so that no piston side pressure is generated so that vibration, noise, friction loss, and cylinder wear are very low. Since the part has a balanced inertia force, it is also effective for vibration and noise reduction, and the balance is not required as in the conventional E.

또한 복잡한 크랭크실 대신 간단한 나사축실을 설치하여 제작비가 저렴하고 기관의 부피가 감소되며, 나사홈의 각도를 다양하게 설계함에 따라 각 행정간의 시간을 조절하여 연소효율등을 향상시키고 실질적인 정적연소를 기할수도 있게 된다.In addition, by installing a simple screw shaft instead of a complicated crank chamber, manufacturing cost is low and the volume of the engine is reduced, and various angles of the screw groove are designed to improve the combustion efficiency and adjust the static efficiency by adjusting the time between strokes. You can also

Claims

In an engine mainly composed of a combustion chamber, a cylinder, and a piston, a cylindrical piston (1) having a space inside and one end open, a plurality of rollers (3) fixed to the lower end of the piston (1) by a roller shaft (3) and a nut (6) In order to correspond to the number of inner rollers (5,5 '), outer rollers (4,4') and the inner rollers (5,5 '), a plurality of screw grooves (7,7') are provided on the surface at a predetermined angle. Mainly composed of a screw shaft (2) which is accessible inside the piston (1); The outer rollers 4, 4 ′ move along guide grooves installed in a number corresponding to the screw shaft chamber 13, and the inner rollers 5, 5 ′ are the plurality of screw grooves 7, 7 ′ described above. And the screw shaft (2) is fixed to the engine body wall (12) by a bearing (11) along the screw shaft core (8) for rotational movement.

The screw shaft engine according to claim 1, wherein the number of screw grooves (7,7 ') is 1 to 10.

The screw shaft engine according to claim 1 or 2, characterized in that the inclination angle of the screw groove (7, 7 ') is inclined so that the screw shaft (2) is one to three revolutions in one reciprocation of the piston (1).