KR960012349B1 - Power-upgrading apparatus for engine - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 콘넥팅로드의 정면도.1 is a front view of a conventional connecting rod.
제2도는 제1도의 콘넥팅로드를 이용한 피스톤크랭크식 내연기관의 작동상태도.2 is an operating state of the piston crank-type internal combustion engine using the connecting rod of FIG.
제3도는 또 다른 종래기술의 콘넥팅로드를 이용한 피스톤크랭크식 내연기관의 작동상태도.3 is an operational state of a piston crank-type internal combustion engine using another prior art connecting rod.
제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 왕복기관의 출력증가장치.4 is an output increase apparatus of a reciprocating engine according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 콘넥팅로드 110 : 실린더100: connecting rod 110: cylinder
120 : 피스톤 130 : 연결핀120: piston 130: connecting pin
140 : 크랭크핀 150 : 크랭크축140: crank pin 150: crankshaft
본 발명은 왕복기관의 출력증가장치에 관한 것으로서, 특히 피스톤과 크랭크핀을 연결하는 콘넥팅로드를 크랭크핀의 중심점으로부터 편심된 위치에 연결하여 연소압력의 주된 힘이 크랭크핀의 중심점으로부터 편심된 위치를 통과하도록 함은 물론, 피스톤 및 연소실을 크랭크 중심부의 수직선상으로부터 회전방향으로 편심배열하여 최고의 연소압력이 발생하는 크랭크의 각도 약 12도부근에서는 물론 상사점에서도 큰 출력이 크랭크에 미칠 수 있도록 한 왕복기관의 출력증가장치에 관한 것이다.The present invention relates to an output increasing device of a reciprocating engine, and in particular, a connecting rod connecting the piston and the crank pin to an eccentric position from the center point of the crank pin so that the main force of the combustion pressure is eccentric from the center point of the crank pin. In addition, the piston and the combustion chamber are eccentrically arranged in the rotational direction from the vertical line of the crank center so that a large output can reach the crank not only near the angle of about 12 degrees, but also at the top dead center of the crank where the highest combustion pressure is generated. The present invention relates to a device for increasing output of a reciprocating engine.
일반적으로 피스톤크랭크식 내연기관은 피스톤이 왕복운동을 할 때 생기는 실린더내부의 압축·연소작용에 의해 체적변화를 일으키고, 이때 얻어진 동력을 크랭크에 의해 회전운동으로 전환하게 된다. 이와 같은 종래의 피스톤크랭크식 내연기관의 실시예가 제1도 및 제2도에 도시되어 있다.In general, a piston crank-type internal combustion engine causes a volume change by compression and combustion in the cylinder when the piston reciprocates, and converts the power obtained at this time into a rotational motion by the crank. An embodiment of such a conventional piston crank internal combustion engine is shown in FIGS. 1 and 2.
제1도는 피스톤과 크랭크핀을 연결하는 종래기술의 콘넥팅로드의 정면도이고, 제2도는 제1도의 콘넥팅로드를 이용한 피스톤크랭크식 내연기관의 작동상태도이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘넥팅로드(10)는 상부에 연결구(11)가 설치되어 실린더(20)내의 피스톤(30)에 핀(31)으로 연결된다. 콘넥팅로드(10)의 하부는 크랭크핀(40)을 감싸고 있는 캡(12)과 일체로 연결된다. 캡(12)은 상·하로 분리가능하며 한쌍의 볼트(14A, 14B) 및 너트(13A, 13B)에 의해 내부에서 회전가능하도록 지지한다. 크랭크핀(40)에는 크랭크축(50)이 연결되어 크랭크핀(40)의 회전에 따라 같이 회전한다.FIG. 1 is a front view of the connecting rod of the prior art connecting the piston and the crank pin, and FIG. 2 is an operating state diagram of the piston crank type internal combustion engine using the connecting rod of FIG. As can be seen from the figure, the connecting rod 10 is connected to the piston (30) in the cylinder 20 by a pin 31 is installed on the connector (11) at the top. The lower part of the connecting rod 10 is integrally connected with the cap 12 surrounding the crank pin 40. The cap 12 is detachable up and down and is rotatably supported therein by a pair of bolts 14A and 14B and nuts 13A and 13B. The crank pin 40 is connected to the crank shaft 50 is rotated in accordance with the rotation of the crank pin 40.
이와 같은 종래의 내연기관은 콘넥팅로드(10)가 피스톤(30)과 캡(12)상에 수직선상(V)으로 위치하고, 따라서 연소압력의 주된 힘이 항상 크랭크핀(40)의 중심부(A)를 통과하도록 구성한다. 즉, 실린더(20)내에서 피스톤(30)이 상사점(TDC)을 갖을 때 크랭크핀(40)의 중심점(A)과 피스톤(30)의 중심은 수직선상으로 배열된다.In such a conventional internal combustion engine, the connecting rod 10 is positioned vertically (V) on the piston 30 and the cap 12, so that the main force of the combustion pressure is always the center of the crank pin 40 (A). Configure to pass through). That is, when the piston 30 has a top dead center TDC in the cylinder 20, the center point A of the crank pin 40 and the center of the piston 30 are arranged in a vertical line.
따라서, 무부하시 엔진의 회전수가 800±50rpm인 경우에 점화플러그가 점화되어 연소실에서 연료가 연소되는 시간은 약 3/1000초 전후가 되므로, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달하기 이전의 약 4°±2°∼10°±2°에서 점화플러그를 점화한다.Therefore, when the engine speed is 800 ± 50 rpm at no load, the time when the spark plug is ignited and fuel is combusted in the combustion chamber is about 3/1000 sec., And therefore, about 4 before the piston reaches the top dead center (TDC). Ignite the spark plug at ° ± 2 ° to 10 ° ± 2 °.
그런데, 이와 같은 종래의 내연기관은 점화(분사)후 상사점까지 생긴 연소압력이 콘넥팅로드를 거쳐 크랭크중심부로 미치게 되어 소음이 증가하고 기계적 마모의 주요원인이 되어왔음은 물론 압축비 증가의 장애요인이 되어 왔다.However, in the conventional internal combustion engine, the combustion pressure generated to the top dead center after ignition (injection) reaches the center of the crank through the connecting rod, which increases noise and is a major cause of mechanical wear, as well as obstacles to increase the compression ratio. It has been.
위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명자에 의해 제안된 또 다른 종래 기술이 국제공개번호 WO89/07705호에 개시되어 있다.Another prior art proposed by the present inventors to solve the above problems is disclosed in WO89 / 07705.
제3도는 이와 같은 종래기술의 콘넥팅로드를 이용한 피스톤크랭크식 내연기관의 작동상태를 도시하고 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 종래기술에서는 제1도 및 제2도와 비교하여 콘넥팅로드(60)를 중심선(V)으로부터 회전진행방향으로 소정각도 편심시켜 구성하고 있다. 그 외의 구성은 제2도와 동일하므로 동일부호를 사용하고 그 설명은 생략한다.Figure 3 shows the operating state of a piston crank internal combustion engine using such a prior art connecting rod. As can be seen from the figure, in the prior art, the connecting rod 60 is eccentrically rotated by a predetermined angle from the center line V in comparison with the first and second degrees. The rest of the configuration is the same as that in Fig. 2, so that the same reference numerals are used and the description thereof is omitted.
그러나, 이와 같은 구성도 출력은 증가하지만 압축비를 올릴 때 나타나는 노킹형상은 문제점을 갖고 있었다.However, this configuration also increases the output, but the knocking shape that appears when the compression ratio is raised has a problem.
따라서, 본 발명의 목적은 위와 같은 제 결점을 해소하여 최고 연소압력이 발생하는 위치(크랭크각도가 약 12°부근)에서는 물론 상사점에서도 큰 출력이 발생하는 왕복기관의 출력증가장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an output increasing device of a reciprocating engine which eliminates the above drawbacks and generates a large output at a top dead center as well as at a position where the highest combustion pressure is generated (a crank angle is about 12 °). .
본 발명의 또 다른 목적은 압축비를 증가시켜서 열효율이 우수한 왕복기관의 출력증가장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an output increasing device of a reciprocating engine having excellent thermal efficiency by increasing the compression ratio.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 왕복기관에 있어서, 크랭크축 ; 상기 크랭크축의 중심점으로부터 소정반경을 갖고 크랭크축 둘레를 회동하면서 크랭크축을 회전시키는 크랭크핀 ; 하단부는 상기 크랭크핀을 내부에서 회동가능하게 지지하는 캡상의 편심위치에 고정되고, 상단부는 피스톤에 연결되며, 상사점위치에서 크랭크축의 중심점과 크랭크핀의 중심점을 연결하는 선상으로부터 소정각도 기울여지도록 구성된 콘넥팅로드 ; 및 피스톤의 진행방향이 상사점위치에서 크랭크축의 중심점과 크랭크핀의 중심점을 연결하는 선과 소정의 각을 이루도록 배열된 피스톤 및 실린더로 이루어진 왕복부를 포함하는 왕복기관의 출력증가장치에 있다.Features of the present invention for achieving the above object in the reciprocating engine, the crankshaft; A crank pin for rotating the crankshaft while rotating around the crankshaft with a predetermined radius from the center point of the crankshaft; The lower end is fixed to the eccentric position on the cap for supporting the crank pin rotatably therein, the upper end is connected to the piston, and configured to be inclined at a predetermined angle from the line connecting the center point of the crankshaft and the center point of the crankpin at the top dead center position. Connecting rod; And a reciprocating portion consisting of a piston and a cylinder arranged to form a predetermined angle with a line connecting the center point of the crankshaft and the center point of the crankpin at a top dead center position.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제4도는 본 발명에 따른 왕복기관의 출력증가장치에 대한 정면도이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘넥팅로드(100)는 상부의 연결구(101)가 실린더(110)내의 피스톤(120)에 핀(130)으로 연결된다. 콘넥팅로드(100)의 하부는 크랭크핀(140)을 감싸고 있는 상부 캡(141A)과 일체로 연결된다. 이때 중요한 것은 상사점의 위치에서 크랭크축(150)의 중심점(C)과 크랭크핀(140)의 중심점(A)을 연결하는 선(V)으로부터 소정각도 편심되도록 상부 캡(141A)의 중심으로부터 우측단부상에 연결된다. 크랭크핀(140)은 상부캡(141A) 및 하부캡(141B)에 의해 내부에서 회전가능하도록 지지된다. 이때, 상부캡(141A) 및 하부캡(141B)은 한쌍의 볼트(142A, 142B) 및 너트(143A, 143B)에 의해 체결된다.4 is a front view of the output increasing apparatus of the reciprocating engine according to the present invention. As can be seen from the figure, the connecting rod 100 has an upper connector 101 connected to the piston 120 in the cylinder 110 by a pin 130. The lower portion of the connecting rod 100 is integrally connected with the upper cap 141A surrounding the crank pin 140. At this time, it is important that the right angle from the center of the upper cap 141A is eccentric from the line V connecting the center point C of the crankshaft 150 and the center point A of the crank pin 140 at the position of the top dead center. Connected on the end. The crank pin 140 is rotatably supported therein by the upper cap 141A and the lower cap 141B. At this time, the upper cap 141A and the lower cap 141B are fastened by a pair of bolts 142A and 142B and nuts 143A and 143B.
뿐만 아니라, 본 발명의 중요한 특징중 하나는 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실린더(110)와 피스톤(120)을 상사점위치에서 크랭크축(150)의 중심점(C)과 크랭크핀(140)의 중심점(A)을 연결하는 선(V)상과 평행하지 않고 소정의 각을 이루어 피스톤이 왕복하도록 배열하는 것이다.In addition, one of the important features of the present invention, as can be seen from the drawings, the cylinder 110 and the piston 120 of the center point (C) of the crankshaft 150 and the crank pin 140 in the top dead center position The piston is arranged to reciprocate at a predetermined angle without being parallel to the line V connecting the center point A.
이때 그 각은 최고연소압력이 나오는 지점 즉, 상사점에서 약 12°부근에서 크랭크핀(140)의 회전운동을 방해하지 않는 범위내에서 콘넥팅로드(100)가 실린더(110)의 내벽에 가장 가까이 위치하도록 설계된다.At this time, the angle of the connecting rod 100 is the most on the inner wall of the cylinder 110 within the range that does not interfere with the rotational movement of the crank pin 140 at the point where the highest combustion pressure comes out, that is around 12 ° from the top dead center. It is designed to be located close.
따라서, 본 발명은 콘넥팅로드(100)를 통해 크랭크핀(140)에 가해지는 연소압력의 주된 힘이 크랭크핀(140)의 중심점(A)으로부터 편심된 위치(P)에 미치게 됨은 물론 최대의 힘이 발생하는 지점 즉, 상사점으로부터 크랭크핀이 소정각도(θ°), 약 10°∼14°회동한 지점에서 실린더 내의 힘의 방향과 콘넥팅로드의 방향이 일치함으로 힘의 손실이 없이 큰 힘이 크랭크핀에 전달된다.Therefore, in the present invention, the main force of the combustion pressure applied to the crank pin 140 through the connecting rod 100 extends from the center point A of the crank pin 140 to the eccentric position P, as well as the maximum. At the point where the force is generated, that is, the crank pin is rotated by a predetermined angle (θ °), about 10 ° to 14 ° from the top dead center, the direction of the force in the cylinder and the direction of the connecting rod coincide. Force is transmitted to the crankpin.
그러므로, 폭발행정중 상사점부근에서 최대의 압축압력이 발생되게 되는데 그 상사점위치에 있어서도 선(V)상으로부터 이탈되어 있으므로, 연소시의 주된 힘이 크랭크축(150)의 중심점(C)에 직접 전달되지 아니하여 소음과 진동이 감소된다. 아울러, 도면으로부터 명백한 바와 같이, 상사점과 하사점사이의 회전력으로 변환되는 구간에서 크랭크축(150)의 중심점(C)과 힘이 미치는 지점(P)사이의 길이 즉, Br가 종래의 길이(Br)에 비하여 길게되어 출력이 증대됨을 알 수 있다.Therefore, the maximum compressive pressure is generated near the top dead center during the explosive stroke, but is also separated from the line V at the top dead center position, so that the main force at the time of combustion is at the center point C of the crankshaft 150. Not transmitted directly, noise and vibration are reduced. In addition, as evident from the figure, the length between the center point (C) of the crankshaft 150 and the point (P) the force in the section that is converted to the rotational force between the top dead center and the bottom dead center, that is, Br is a conventional length ( It can be seen that the output is increased by lengthening compared to Br).
뿐만 아니라, 본 발명의 출력증가장치는 피스톤(120)의 진행방향이 상사점위치에서 크랭크축(150)의 중심점(C)과 크랭크핀(140)의 중심점(A)을 연결하는 선(L)상과 소정의 각을 이루어 움직이도록 실린더(110)와 피스톤(120)을 배열함으로써, 압축비를 올릴 때 나타나는 노킹현상을 해소하여 연비향상의 효과를 가져온다.In addition, the output increasing device of the present invention is a line (L) connecting the center point (C) of the crank pin 140 and the center point (C) of the crankshaft (150) in the traveling direction of the piston (120) By arranging the cylinder 110 and the piston 120 to move at a predetermined angle with the phase, the knocking phenomenon that appears when the compression ratio is raised is eliminated, and the fuel efficiency is improved.
뿐만 아니라, 본 발명의 출력증가장치는 압축폭발공정시 피스톤(120)이 실린더(110)의 내벽을 마모하는 리-지(Leage)현상과 크랭크의 베어링 마모현상이 현저히 감소한다. 왜냐하면 콘넥팅로드가 수직선상으로부터 좌측에서 우측으로 각도를 변경할 때 본 발명의 콘넥팅로드는 상사점 이전에서 각도를 변경하기 때문이다. 뿐만 아니라, 상·하사점에서 정지하려는 힘에 대항하는 자체관성력이 증가하여 출력을 증대시키게 된다.In addition, the output increase device of the present invention significantly reduces the bearing phenomenon of the crank and the ridge (Leage) that the piston 120 wears the inner wall of the cylinder 110 during the compression explosion process. This is because the connecting rod of the present invention changes the angle before the top dead center when the connecting rod changes the angle from left to right from the vertical line. In addition, the self-inertial force against the force to stop at the top and bottom dead center is increased to increase the output.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 왕복기관의 출력증가장치는 종래의 왕복기관에서 보다 월등한 출력을 얻을 수 있으면서도 노킹현상이나 리지현상을 방지하므로서 기계적 수명을 연장하는 효과가 있다.As described above, the output increase apparatus of the reciprocating engine according to the present invention has an effect of extending the mechanical life while preventing knocking and ridge phenomenon while achieving superior output from the conventional reciprocating engine.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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