KR970002943B1

KR970002943B1 - 왕복등 내연기관 및 왕복동 펌프의 볼 조인트 커넥팅로드(Connecting Rod)

Info

Publication number: KR970002943B1
Application number: KR1019930020189A
Authority: KR
Inventors: 장경태
Original assignee: 남창희; 장경태; 구자관; 김계환
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1997-03-13
Also published as: KR950008931A

Abstract

내용없음

Description

왕복동 내연기관 및 왕복동 펌프의 볼 조인트 커넥팅로드(Connecting Rod)

제1도는 본 발명의 요부단면도.

제2도는 본 발명을 적용한 실시예의 단면도.

제3도는 종래의 커넥팅로드(connecting rod)를 도시한 단면도.

제4도는 제3도는 적용시킨 실시예의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 2 : 크랭크측

5 : 커넥팅로드캡 볼트 6 : 커넥팅로드캡

10 : 실린더헤드 11 : 실린더

20 : 유니버셜조인트 커넥팅로드 (Universal-Joint-Connecting-Rod)

21 : 유니버셜조인트 어퍼링크(Universa1-Joint-Upper-Link)

22 : 스피더(Spider)

23 : 유니버셜조인트 어퍼핀(Universal-Joint-Upper-Pin)

24 : 유니버셜조인트 로워링크(Universal-Joint-Lower-Link)

25 : 유니버셜조인트 로워핀(Universal-Joint-Lower-Pin)

본 발명은 휘발유, 디젤 또는 기타의 연료를 사용하는 왕복동식 내연기관은 연료가 폭발적으로 연소할 때 발생하는 힘으로 실린더내부의 피스톤을 밀어 직선(왕복)운동을 하는 피스톤을, 회전운동을 하는 크랭크축과 연결하여 직선(왕복)운동을 회전운동으로 변환시키거나, 크랭크축의 회전운동을 직선(왕복)운동을 하는 피스톤에 전달하여 유체(流體)의 압축이송에 사용할 수 있도록 하는 왕복동 내연기관 및 왕복동펌프의 유니버셜 조인트형 커넥팅로드에 관한 것이다.

일반적으로 종래에는 제4도 및 제5도에 도시한 바와같이, 실린더헤드(10)의 실린더(l1)내를 왕복동하는 피스톤(Piston)(1)의 힘은 피스톤핀(Piston-Pin)(9)과 커넥팅로드(connecting Rod)(8)를 거쳐 크랭크핀(Crank-Pin)(7)에 전달하며 그 전달하는 힘으로 크랭크축(Crank-Shaft)(2)이 회전한다.

이러한 기본동작을 돕는 커넥팅로드캡(connecting Rod-Cap)(6)은 상기 크랭크핀(7)을 감싸는 역할을 하며, 커넥팅로드캡볼트(connecting Rod-Cap-Bolt)(5)는 상기 커넥팅로드(8)와 커넥팅로드(6)을 체결한다.

또, 카운터웨이트(Counter-Weight)(3)는 관성에 의한 역학적 작용을 하며, 크랭크축웨브(Crank-Shaft-Web)(4)는 커넥팅로드(8)가 크랭크관(7)상의 축방향이동을 방지하도록 구성되어 있다.

이러한 구성에 있어, 커낵팅로드(8)는 피스톤(1)과 피스톤핀(9)으로 연결하는 연결부에서 간격(15)를 두어 실린더 블록과 크랭크측(2)의 상대적 위치오차를 보상하는데, 이 작용은 미끄럼에 의한 보상이기 때문에 언제나 커넥팅로드의 휨을 유발하며 소음과 연료의 낭비가 된다. 또 상기 간격(15)은 오직 크랭크축(8)과 정확히 평행하는 방향의 위치오차에 대한 보상만 가능하며, 그 이외의 방향의 위치오차는 보상이 되지 않는다.

그렇기 때문에 피스톤(1) 커넥팅로드(8)와 크랭크축(2)이 완전히 조립되였을때에 3개의 부속이 상대적 위치와 상대적 직각도가 정확히 정열되어 있지 않을 경우에는 상호, 연결부위에서 심한 마찰을 일으켜 큰 소음과 심한 진동이 일어나며, 따라서 연료는 낭비되고 기계는 급속히 마모되는 페단이 있다.

따라서, 실제로 엔진을 제작할 때 입체각 360도(4파이 오메가 각도)모든방향에서 발생하는 오차를 보상하기 위하여 언제나 피스톤의 직경을 실린더의 직경보다 훨씬 적게 만들어 큰 간격을 둔체 사용할 수밖에 없게 된다.

그리하여 실린더와 피스톤사이의 넓은 간격사이로 연료가 새어나가는 것을 줄이고 또 엔진오일이 연소실로 들어오는 것을 억제하기 위하여 여러 가지의 피스톤링을 사용하고 있다.

비록 피스톤링들이 연료의 누설 및 엔진오일의 연소실내침투를 줄여주기는 하지만 피스톤 실린더사이의 넓은 공간으로 말미암아 발생하는 난잡한 상호충돌을 없앨 수 없으며 이것은 엔진의 불필요한 과다진동과 소음, 기계의 이상마모, 연료낭비, 공해발생등 원인이 되고 있으며, 또 커넥팅 로드가 강체(剛體)이므로 말미암아 크랭크측의 가공과정에서 허용되는 오차의 한계를 극단적으로 적게할 수밖에 없기 때문에 크랭크축의 제작을 어렵게 하며, 따라서 크랭크측 가공기계는 비정상적으로 고가(高價)의 장비가 되며 생산수율(收率)이 떨어지는 문제가 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 제반문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 커넥팅 로드를 유니버셜조인트형으로 하면 주어진 범위내에서는 피스톤과 크랭크축의 상대적위치와 직각도가 어긋나 있더라도 전혀 이상마찰, 소음, 진동등이 일어나지 않기 때문에 소음과 진동 및 악성배기가스 등의 공해가 대폭 줄어들뿐만 아니라 자연히 연료가 현격하게 절약되며 기계의 수명도 배가될 수 있게 함을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

20은 유니버셜조인트 커넥팅 로드(Universal-Joint-Connecting-Rod)로, 이 유니버셜조인트 커넥팅 로드(20)는 실린더헤드(10)의 피스톤(9)에 피스톤 핀(9)으로 연결되는 유니버셜조인트 어퍼링크(Universal-Joint-Upper-Link)(21)와, 이 유니 버셜조인트 어퍼링크(21)의 하부 핀공(21a)와 스피더(Spider)(22)의 상부 핀공(22a)을 유니버설조인트 어퍼핀(Universal-Joint-Upper-Link)(23)으로 축설하며, 상기 스피더(Spider)(22)의 하부핀공(22b)는 유니버셜조인트 로위링크(Universal-Joint-Lower-Link)(24)의 상부핀공(24a)와 일치시켜 유니버셜조인트 로워핀(Universal-Joint-Lower-Pin)(25)으로 축설하고, 크랭크축(2)의 크랭크핀(7)에 상기 유니버셜조인트 커넥팅로드(20)의 유니버셜조인트 로워링크(24)와 커넥팅로드캡(6)을 끼위 커넥팅로드캡볼트(5)로 체결하여서 상기 피스톤(1)과 크랭크측(2)간의 상대적 위치오차를 자동보상되도록 한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 말명을 조립하려면, 실린더헤드(10)의 실린더(11)내에 왕복운동을 하는 피스톤(1)에 유니버셜조인트 커넥팅로드(20)의 유니버셜조인트 어퍼링크(21)를 피스톤핀(9)으로 축설하고, 상기 유니버셜조인트 어퍼링크(21)의 하부핀공(21a)과 스피더(22)의 상부핀공(22a)를 유니버셜조인트 어퍼핀(23)으로 축설하며, 상기 스피더(22)의 하부핀공(22b)와 유니버셜조인트 로워링크(24)의 상부핀공(24a)을 유니버셜조인트 로워핀(25)으로 축설한 후 크랭크축(2)의 크랭크핀(7)에 상기 유니버설조인트 로워링크(24)와 커넥팅로드캡(6)을 끼워 커넥팅로드 캡볼트(5)로서 체결하면 되는 것이다.

따라서, 피스톤(1)과 크랭크축(2)간의 각도, 수직, 수평 관계가 잘맞지 않은 상대적 위치오차를 자동보상시켜 준다.

제3도에 도시한 바와같이 내연기관의 기본골격인 실린더헤드(la)과 크랭크축(2)이 조립완성된 모습이지만 4개의 피스톤(1)의 상대적 간격이 일정하지 않으며 각도 또한 수직 수평관계가 잘 맞지 않는 상태를 보여주고 있는 것으로, 유니버셜조인트 커넥팅로드(20)를 사용하므로써 실린더헤드(10)의 이상간격, 또는 크랭크핀(7)의 이상위치, 또는 크랭크축(2)의 비틀림, 또는 유니버셜조인트 커넥링로드(20)의 비틀림 크랭크핀(7)의 이상각도, 또는 메인베어링 저널의 이상각도 등 내연기관내부에서 발생할 수 있는 잘못된 모든 상대적 위치에 대하여 완전무결하게 자동보상하면서 모든부속품이 원할히 움직일 수 있는 것이다.

그러므로, 실린더(11)와 피스톤(1)사이의 간격을 극소화(極小化)시킬수 있어 실린더(11)의 벽면과 피스톤(1)의 충돌에 의한 소음과 진동을 최소화할수 있으며, 실린더(11)의 피스톤(1)사이의 간격을 극소화 하므로서 피스톤링들의 압력을 충분히 줄이더라도 연료의 누설과 엔진오일의 연소실내로의 침투를 극소화할수 있기 때문에 피스톤링의 마찰에 의한 연료손실을 줄일수 있고, 피스톤링의 압력의 극소화는 기계의 마모를 극소화할 뿐만아니라 공해의 배출 또한 극소화 시킨다.

또한 실린더헤드(10)에 실린더(11)내경을 가공하는 과정에서 4또는 다수의 실린더(11)의 중심간격을 극히 정교하게 마춰야 하는 문제로부터 해방되며, 또 실린더(11)의 중심측과 크랭크측(2)의 상호 위치의 진직도, 직각도 유지를 위하여 토입되는 모든 비용이 절감되며, 피스톤 핀(9)위에서 커넥팅 로도(20)와 피스톤(1)사이에 허용하는 간격을 없이하고, 극단적으로 접근시켜도 무방하기 때문에 미끄럼 마찰에 의하여 일어나는 소음과 연료의 낭비가 완전하게 없어진다.

크랭크축(2)의 가공과정에서 지켜야 하는 각 크랭크핀(Crank-Pin)(7)과 메인베어링 저널(Main-bearing-journal)의 상호 진평행도(眞平行度)와 정확한 간격유지의 필요성이 현저히 줄어들기 때문에 크랭크축(2)의 가공과정에서 오로지 크랭크핀(7)의 직경과 메인베어링 저널의 직경만 정확히 가공하면 합격품을 만들수 있기 때문에 생산수율이 높일 수 있다.

4도는 5개의 메인베어링중 양단에 있는 2개의 메인베어링은 현재와 같이 두쪽을 맞춰 결합하는 방식 대신, 니들 롤러 베어링(Needle-roller-bearing)으로 변환할수 있기 때문에 크랭크축(2)의 최대하중을 미끄럼 마찰이 아닌 굴틈베어링으로 대치하므로 연료의 절약과 소음의 감소 및 기계수명의 현저한 향상이 이루어지게된다.

더욱이 실린더헤드(Cylinder-head)를 장착할 때 조여둔 볼트의 장력변화와 가스켓(Gasket)의 노화에 의한 실린더 블록(Cylinder-block)의 변형에 의한 커넥팅 로드의 변형에 따른 충격과 소음과 매연, 연료낭비가 전무하게 되는 획기적인 발명이다.

또한, 본 발명은 회전 하는 크랭크축의 회전운동을 직선운동으로 바꾸거나 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 바꾸는데 유니버셜조인트 커넥팅로드를 사용하여도 동일한 범주내에 속함은 당연한 것이다.

Claims

실린더헤드(10)의 피스톤(1)에 피스톤핀(9)으로 연결되는 유니버셜조인트 어퍼링크(Universal-Joint-Upper-Link)(21)와 이 유니버셜조인트 어퍼링크(21)의 하부 핀공(21a)와 스피더(Spider)(22)의 상부핀공(22a)을 유니버셜조인트 어퍼핀(Universal-Joint-Upper-Pin)(23)으로 축설하며, 상기 스피더(Spider)(22)의 하부핀공(22b)는 유니버셜조인트 로워링크(Universal-Joint-Lower-Link)(24)의 상부핀공(24a)와 일치시켜 유니버셜조인트 로워핀(Universal-Joint-Lower-Pin)(25)을 축설하여 구성한 유니버셜조인트 커넥팅로드(Universal-Joint-Connecting-Rod)(20)와; 크랭크축(2)의 크랭크핀(7)에 상기 유니버셜조인트 커넥팅로드(Universal-Joint-Connecting-Rod)(20)와, 크랭크측(2)의 크랭크핀(7)에 상기 유니버셜조인트 커넥팅로드(20)의 유니버셜조인트 로워링크(24)와 커넥팅로드캡(6)을 끼워 커넥팅 로드 캡볼트(5)로, 체결하여서 상기 피스톤(1)과 크랭크축(2)간의 상대적 위치오차를 자동보상되도록 한 것을 특징으로 하는 왕복동 내연기관의 유니버셜조인트 커넥팅 로드.
실린더헤드(10)의 피스톤(1)에 피스톤 핀(9)으로 연결되는 유니버셜조인트 어퍼링크(Universal-Joint-Upper-Link)(21)와, 이 유니버셜조인트 어퍼링크(2l)의 하부 핀공(21a)와 스피더(Spder)(22)의 상부 핀공(22a)를 유니버셜조인트 어퍼핀(Universal-Joint-Upper-Pin)(23)으로 축설하며, 상기 스피더(Spider)(22)의 하부핀공(22b)는 유니버셜조인트로워링크(Universal-Joint-Lower-Link)(24)의 상부핀공(24a)와 일치시켜 유니버셜조인트 로워 핀(Universa1-Joint-Lower-Pin)(25)을 축설하여 구성한 유니버셜조인트 커넥팅로드(Universal-Joint-Connecting-Rod)(20)와, 크랭크축(2)의 크랭크핀(7)에 상기 유니버셜조인트 커넥팅로드(20)의 유니버셜조인트 로워링크(4)와 커넥팅 로드캡(6)을 꺼워 커넥팅 로드 캡볼트(5)로 체결하여서 상기 피스톤(1)과 크랭크축(2)간의 상대적 위치오차를 자동보상되도록 한 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프간의 유니버셜 조인트형 커넥팅로드.