KR960000436B1 - Rotating and reciprocating piston engine - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 실린더의 중심축을 따른 종단면 예시도.1 is a longitudinal cross-sectional view along the central axis of the cylinder of the present invention.
제2도는 본 발명의 피스톤 동작을 위한 제1 배열의 개략도.2 is a schematic representation of a first arrangement for piston operation of the present invention.
제3a도 및 제3b도는 동 제1 배열의 개략도.3A and 3B are schematic views of the first arrangement.
제4도는 본 발명의 피스톤 동작을 위한 제 2배열의 개략도.4 is a schematic representation of a second arrangement for piston operation of the present invention.
제5도는 동 제2 배열의 개략도.5 is a schematic view of the second arrangement.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 실린더 1a,1b,1c : 실린더 부품1:
2 : 피스톤 5,5a,5b : 피스톤2:
7 : 쳄버 7a : 최고 용적상태의 쳄버7:
7b : 간극상태의 쳄버 8 : 흡입공7b: clearance chamber 8: suction hole
9 : 배출공 10 : 흡입유체9: outlet hole 10: suction fluid
11 : 배출유체 12 : 스파크 플러그11: discharge fluid 12: spark plug
14 : 중심축 35 : 베어링14: central axis 35: bearing
36 : 베어링공 37 : 베어링의 축심36: bearing hole 37: shaft center of the bearing
38 : 베어링의 외측 39 : 접합점38: outer side of bearing 39: junction
40 : 중공측 41 : 축의 중심40: hollow side 41: center of axis
42 : 접합점42: junction
본 발명은 실린더내에서 피스톤이 좌우 왕복운동을 동시에 수행하여 피스톤 엔진과 피스톤 기계기능을 가진 회전-왕복 피스톤 머신에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary-reciprocating piston machine having a piston engine and a piston machine function by simultaneously performing a reciprocating movement of a piston in a cylinder.
종래의 고전적인 피스톤 엔진은 왕복운동하는 피스톤만을 가지고 있으며 이 경우 피스톤 동작은 크랭크축과 연결로드에 의하여 이루어진다.Conventional classic piston engines have only a reciprocating piston, in which case the piston is driven by the crankshaft and the connecting rod.
이러한 왕복식 피스톤 엔진의 단점은 여러가지 있으나 그 중에서 몇가지를 열거하면 피스톤이 실린더내에서 마찰을 일으키는 점, 크랭크기구가 상당한 공간을 필요로 하는 점, 그리고 대부분의 경우 흡입과 배출을 제어하는 별도의 기구를 필요로하는 점이다.There are many disadvantages to this reciprocating piston engine, but some of them are listed: the piston causes friction in the cylinder, the crank mechanism requires considerable space, and in most cases separate mechanisms to control suction and discharge. Is that it requires.
이러한 문제점을 시정하기 위하여 여러 용도로 사용할 수 있는 왕복운동과 회전운동을 동시에 하는 피스톤 엔진이나 기관이 제안되고 있다.In order to correct this problem, a piston engine or an engine that simultaneously performs reciprocating and rotating motions that can be used for various purposes has been proposed.
이후 이러한 종류의 기계는 '회전-교번 피스톤 기관' 또는 '회전-왕복 피스톤 기관'이라고 불리는데 그 이유는 피스톤의 회전 및 왕복운동 때문이다.This type of machine is subsequently referred to as a 'rotating-rotating piston engine' or 'rotating-reciprocating piston engine' because of the rotation and reciprocation of the piston.
종래 이러한 형식의 회전-왕복운동 피스톤 기관으로 알려진 것은 다음과 같다.Conventionally known as this type of rotary-reciprocating piston engine is as follows.
즉, 케네드 알 멜버(kenneth R. Malby)는 미국특허 제2,352,369호에서 피스톤이 왕복운동 및 회전하는 피스톤 기관에 관하여 설명하고 있다.That is, Kennedth R. Malby describes a piston engine in which the piston reciprocates and rotates in US Pat. No. 2,352,369.
즉, 동 장치는 캠형으로 굴곡된 안내홈에 안내요소가 연접되어 있어 회전과 왕복운동이 동시에 이루어지게 되어 있다. 이 캠형의 안내홈은 피스톤에 형성된어 있고 로울러 형태를 취하고 있는 안내소자들은 실린더에 장착되어 있다. 반대로 실린더에 안내홈이 형성되고 안내소자가 피스톤에 형성되기도 한다. 종래의 이러한 기계장치는 대단히 높은 기계적 응력이 가해지는 문제점이 있다.In other words, the guide device is connected to the guide groove bent in the cam-shape to rotate and reciprocate at the same time. This cam-shaped guide groove is formed in the piston, and the guide elements taking the form of a roller are mounted in the cylinder. In contrast, a guide groove is formed in the cylinder, and a guide element may be formed in the piston. Such a conventional mechanism has a problem that very high mechanical stress is applied.
본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결한 피스톤이 회전과 왕복운동하는 새로운 기관을 개발한 것이다.The present invention has developed a new engine that rotates and reciprocates the piston that solves these problems of the prior art.
즉, 본 발명은 최소한 하나의 피스톤을 가진 피스톤 엔진, 또는 피스톤 머신이 제공되는데 상기한 최소한 하나의 피스톤은 실린더의 중심축을 지점으로 회전하는 동시에 동 중심축을 따라 좌우 왕복운동할 수 있게 설치되어 있다.That is, the present invention provides a piston engine or a piston machine having at least one piston, wherein the at least one piston is installed to rotate left and right along the same central axis while rotating the central axis of the cylinder to a point.
상기 피스톤은 서로 상대적으로 회전되는 두 부분으로 구성된 하나의 베어링에 의하여 운동이 유도되며 한편, 상기한 베어링의 중심축은 피스톤 또는 실린더의 중심축과 평행하지 않게 설치되어 있는 것이 특징이다. 또한 상기 베어링의 일부분은 피스톤에 고정되거나 피스톤의 일부 구조를 이루며 동 베어링의 다른 부분은 실린더와 편심으로 연접되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 베어링의 일부분은 실린더에 고정되거나 실린더의 일부 구조를 이루며 동 베어링의 다른 부분, 짧은 중공축은 피스톤과 편심으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The piston is guided by a single bearing consisting of two parts that rotate relative to each other, while the central axis of the bearing is installed not parallel to the central axis of the piston or cylinder. In addition, a part of the bearing is fixed to the piston or forms a part of the piston, the other part of the bearing is characterized in that the eccentrically connected to the cylinder. In addition, a part of the bearing is fixed to the cylinder or forms a part of the cylinder, the other part of the bearing, the short hollow shaft is characterized in that the piston is eccentrically connected.
상기한 설명에서 알 수 있는 바와 같이 두 형태의 구성이 존재하며 그중의 하나는 반전된 형태이다.As can be seen from the above description, there are two types of configurations, one of which is an inverted form.
또, 다른 형태의 것으로는 추가적으로 베어링과 모터, 또는 발전기를 결합하거나 또는 상기한 짧은 중공측을 사용하여 동력을 기계적으로 전달하는 것이며 또는 조정 가능한 행정길이, 또는 조정 가능한 압축비를 부여하거나 또는 피스톤의 전면(동작면)을 이용하거나 피스톤에 특수 윤활기능을 부여하는 것이다.Other forms may additionally combine bearings, motors or generators, or mechanically transfer power using the short hollow side described above, or provide adjustable stroke lengths or adjustable compression ratios or the front of the piston. It is to use (operating surface) or to give special lubrication function to the piston.
본 발명은 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 실린더의 중심축을 따른 종단면도로서 4개의 동작 쳄버(7a,7b)를 가진 엔진, 또는 기관의 단면(1a,1b,1c)이 나타나 있다. 실린더는 주벽에 흡입구와 배축구가 형성되어 있으며 이 흡입구(8)는 동작 유체(10)의 흡입공이며 배출구(9)는 동작 유체(11)의 배출공이다. 이들 유입구(8)와 배출구(9)는 피스톤(2)에 의하여 개폐되며 또한 회전식 피스톤부재(5)에 의하여 개폐된다.FIG. 1 is a longitudinal sectional view along the central axis of the cylinder of the present invention showing
회전-왕복 운동 피스톤(2)은 다음 방식에 의하여 동작된다. 두 부분(35)(38)으로 구성된 베어링은 피스톤(2)에 대하여 경사지게 형성되어 있고 따라서, 베어링의 중심축(37)은 피스톤(2)의 중심축과는 평행하지 않다. 베어링의 내측부분(35)은 피스톤(2)에 고정되어 있으며 베어링의 외측부분(38)은 유착부(39)에 의하여 실린더와 연접되어 있다. 베어링의 상기 두부분(38)(38)들은 그들의 중심축(37)을 중심으로 하여 상대적으로 회전할 수 있다. 피스톤(2)은 좌우 양 방향으로 매 회전마다 주기적인 왕복운동을 하게 된다. 피스톤에서 외부 또는 그 반대방향으로의 동력전달은 중심축(14)에 의하여 이루어진다. 피스톤(2)은 중심축(14)에 다음과 같이 연결되어 있다.The rotary-reciprocating
즉, 피스톤은 중심축을 따라 이동 가능하나 피스톤은 회전우력을 중심축(14)에 전달한다.That is, the piston is movable along the central axis, but the piston transmits the rotational force to the central axis (14).
제2도, 제3a도 및 제3b도는 피스톤(2)을 회전-왕복운동 시키는 기구의 두가지 실시예시도이다.2, 3a and 3b show two embodiments of the mechanism for rotating-reciprocating the
제2도에는 회전-왕복운동 피스톤 기구에 대한 실린더의 중심축을 따른 단면의 세부사항이 나타나 있다. 이 기구는 제1도에 표시된 것과 같다. 다만 베어링의 내측부분 (36)이 피스톤(2)의 요입부에 유삽되어 있다. 베어링의 외측부분(38)은 베어링의 중심축(37)에 대하여 상대적으로 회전되며 또 유착부(39)에 의하여 실린더(1)와 연접되어 있다. 유착부(39)는 실린더에 대하여 상대적으로 이동이 가능해야 하며 실린더와 연결된 베어링의 외측부분(38)은 실린더상의 장착된 위치와 중심축상의 장착된 위치의 간격 거리를 변경할 수 있어야 한다.2 shows details of the cross section along the central axis of the cylinder for the rotational-reciprocating piston mechanism. This mechanism is as shown in FIG. However, the
제4도 및 제5도는 본 발명의 피스톤(2)을 회전-왕복운동 되게 하는 또 다른 두가지 실시예를 나타내고 있다. 여기에는 실린더 중심축을 따른 단면의 세부내용이 나타나 있다. 중공축(40)은 그 자신의 중심축(41)을 중심으로 회전한다. 피스톤(2)은 편심 위치의 지점(42)에서 중공축(40)에 연결되어 있으며 중공측(40)이 회전할때는 피스톤(2)도 회전하며 동시에 추가적으로 왕복운동을 한다. 중공축(40)과 피스톤(2) 사이의 유착부는 다음의 조건을 충족해야 한다. 즉, 3 또는 최소한 2개의 좌표축 둘레와 피스톤 및 중공축 사이에서 회전동작이 허용되어야 한다.Figures 4 and 5 show yet another embodiment in which the
제4도 및 제5도의 실시예에 있어서 유착부에 볼조인트(ball joint)를 사용하여 3개의 좌표둘레를 선회시킬 수 있다. 2개의 회전축을 가진 경우에는 2개의 좌표는 중공축의 회전축(41)에 대하여 수직으로 놓인 평면상에 중공축(40)에 대하여 상대적으로 놓아져야 한다. 추가적으로 모든 경우에 있어서 유착부는 피스톤(2)의 회전축(41)에 대하여 대략 반경방향으로 이동할 수 있고 또, 중공축의 회전축(41)에 대하여 대략 반경방향으로 이동할 수 있다.In the embodiments of FIGS. 4 and 5, a ball joint may be used to pivot three coordinates around the coalescing portion. In the case of having two axes of rotation, the two coordinates should be placed relative to the
본 발명에 의하면 최소한 하나의 피스톤을 가진 피스톤 엔진, 또는 피스톤 기구가 제공되며 상기한 최소 하나의 피스톤은 실린더 중심축의 둘레로 회전운동하는 동시에 실린더의 중심축과 평행하게 왕복운동을 하도록 설치되어 있으며, 상기 피스톤 운동은 서로 상대적으로 회전하는 두 부분으로 구성된 하나의 베어링에 의하여 유도되는 것을 특징으로 한다. 상기 베어링(37)의 중심축은 피스톤의 중심축 및 실린더의 중심축과 평행하지 않다. 제2도 및 제3a도 및 3b에 표시된 구조에 의하면 상기 베어링의 일부분(35)(36)은 피스톤에 고정되거나 피스톤의 일부구조를 이루며 베어링의 다른 부분(38)은 실린더(1)에 편심으로 연결되어 있다.According to the present invention there is provided a piston engine or piston mechanism having at least one piston, wherein the at least one piston is installed to reciprocate in parallel with the central axis of the cylinder while rotating around the central axis of the cylinder, The piston movement is characterized by being guided by one bearing consisting of two parts that rotate relative to each other. The central axis of the
제4도 및 제5도에 표시된 형태에 의하면 베어링의 일부분은 실린더에 고정되거나 실린더의 일부 구조를 이루며 베어링의 다른 부분, 즉 중공축(4)은 피스톤에 편심으로 유삽되어 있다. 따라서 피스톤은 매 회전마다 일회의 왕복주기를 이룬다. 이 운동의 특징은 이 실시예의 기하학적 세부 내용에 의하여 좌우되며 정현파와는 다르다. 예를들면, 그 운동학적 특징은 베어링의 중심축의 각도에 의하여 영향을 받으며 또, 유착부(39)와 베어링의 중심축 사이의 거리에 의하여 영향을 받는다(상기 유착부는 베어링의 일부를 실린더에 연접한다).According to the forms shown in FIGS. 4 and 5, a part of the bearing is fixed to the cylinder or forms a part of the cylinder, and another part of the bearing, ie, the hollow shaft 4, is eccentrically inserted into the piston. Thus, the piston has one reciprocating cycle every revolution. The nature of this motion depends on the geometric details of this embodiment and differs from the sinusoidal wave. For example, its kinematic characteristics are affected by the angle of the bearing's central axis and also by the distance between the coalescing
또, 유착부의 설계 특히, 연결체의 종방향 이동을 위한 장치의 이동에 의하여 영향을 받는다. 또, 베어링 중심축에 평행한 방향으로 유착부(39)가 이동에 의하여 영향을 받는다.It is also affected by the design of the coalescing portion, in particular by the movement of the device for the longitudinal movement of the connecting body. Further, the coalescing
다른 형태에 의하면 서로 상대적으로 회전되는 베어링의 두 부분은 모터나 발전기를 장착할 수 있게 준비되어 있다. 이러한 방식으로, 예를들면, 베어링의 일부분은 전기자, 또는 회전자의 역할을 하며 베어링의 다른 부분은 고정자의 역할을 한다.In another form, the two parts of the bearing, which rotate relative to each other, are ready to mount a motor or generator. In this way, for example, part of the bearing serves as an armature or rotor and other parts of the bearing serve as stators.
다른 한 형태에 있어서 동력은 상기 중공축(40)에 의하여 엔진, 또는 기계의 외부로 기계적으로 전달되는 것을 특징으로 한다.In another form, power is mechanically transmitted to the exterior of the engine or machine by the
다른 한 형태에 있어서 행정의 길이, 또는 압축비, 또는 그 양자는 다음과 같이 각도를 변경하므로서 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the length of the stroke, the compression ratio, or both can be adjusted by changing the angle as follows.
즉, 베어링의 중심축(37)이 피스톤 또는 실린더의 중심축에 대하여 형성되는 각도를 변경하므로서 조정이 가능하다. 이것은 베어링을 회전하고 있는 상태의 피스톤, 또는 실린더에 고정하므로서 이루어진다.That is, adjustment is possible by changing the angle at which the
다른 한 형태에 있어서, 2개의 피스톤(2), 또는 1개의 피스톤(2), 또는 피스톤형의 부재(5)의 두 인접한 전면(동작면)은 발톱처럼 서로 맞물려 있는 것을 특징으로 한다. 이때문에 인접한 피스톤은 운동이 동기화(同期化)된다.In another form, two adjacent front surfaces (operating surfaces) of two
다른 한 형태에 있어서, 피스톤은 윤활유막 상을 위치하며 한편 윤활유가 동작 쳄버내로 유입되어서는 아니될 경우에는 윤활유는 스크랩퍼 링(scraper ring)또는, 밀폐요소에 의하여 쳄버에 유입되는 것을 차단한다. 피스톤의 회전 부분은 윤활유 처리에 유리하며 밀폐요소들은 실린더위에 설치되어 있다.In another form, the piston is located on the lubricating oil film while lubricating oil is blocked from entering the chamber by a scraper ring or by a sealing element if the lubricating oil is not to be introduced into the operating chamber. The rotating part of the piston is advantageous for lubricating oil and the sealing elements are mounted on the cylinder.
동작쳄버(7)는 회전-왕복운동을 수행하는 2개의 피스톤(2)에 의하여 제한된다. 피스톤의 동작은 제4도 또는 제5도에 개략적으로 도시한 기구에 의하여 안내된다. 이 기구의 중공축(40)은 또한 동력을 엔진, 또는 기계의 외부로 전달된다.The operating chamber 7 is limited by two
따라서, 중공축은 그 외부에 기어를 구비하고 있으며, 실린더의 외부에 있는 기어에 그 출력이 전달된다. 중공축(40)에 의하여 구동되는 상기 기어는 인접한 중공축의 해당 기어에 연결되어 있다.Therefore, the hollow shaft has a gear outside thereof, and its output is transmitted to the gear outside the cylinder. The gear driven by the
상기와 같이 구성된 본 발명은 실린더의 중심축을 중심으로 회전과 동시에 중심축과 평행하게 왕복운동하게 된 엔진이나 피스톤 기관에 있어서, 상기 피스톤을 상대적으로 회전되게 하는 두 부분으로 구성된 하나의 베어링 중심축(37)이 피스톤(2)이나 실린더(1)의 중심축과 평행하지 않게 베어링 일부분(35)(36)은 피스톤에 고정되고 베어링의 다른 부분(38)은 실린더(1)에 편심으로 결합되며 베어링의 다른 부분(40)은 피스톤에 편심으로 결합되게 구성하여 피스톤이 회전과 동시에 왕복운동을 할 수 있게 되는 이점이 있는 것이다.According to the present invention configured as described above, in an engine or a piston engine which is reciprocated in parallel with the central axis at the same time as the rotation about the central axis of the cylinder, one bearing central axis consisting of two parts for relatively rotating the piston ( The bearing
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