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KR0179161B1 - 내연기관용 장치 - Google Patents

내연기관용 장치 Download PDF

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KR0179161B1
KR0179161B1 KR1019910701783A KR910701783A KR0179161B1 KR 0179161 B1 KR0179161 B1 KR 0179161B1 KR 1019910701783 A KR1019910701783 A KR 1019910701783A KR 910701783 A KR910701783 A KR 910701783A KR 0179161 B1 KR0179161 B1 KR 0179161B1
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pistons
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구스타브손 알바
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구스타브손 알바
사캐르 블라카 빌 엔드모타 에이비
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Abstract

본 발명은 내연기관을 위한 배열에 관련되어 있다. 기관은 상응하는 보조실린더(5,6,7,8)과 통하는 다수의 작동실린더(1,2,3,4)를 갖는 종류이다. 각 작동실린더는 왕복운동을 하도록 배열되는 작동피스톤(9-12)를 갖고 연결막대(9a-12a)를 통해 작동피스톤이 제1크랭크축(17)에 작동적으로 연결된다. 각 보조실린더(5-8)은 왕복운동을 하도록 배열된 보조피스톤(13-16)을 갖고 연결막대(9a-12a)를 통해 보조피스톤은 제2크랭크축(18)에 작동적으로 연결된다. 위에 언급한 크랭크축 사이에 작용하는 것은 보조피스톤(13-16)의 운동이 작동피스톤(9-12)의 운동에 관련되 일어나는 것을 보장하고 축(20,21) 사이에 각 변위를 갖추도록 하는 장치(19,20,21)이다.

Description

내연기관용 장치
제1도는 본 발명에 따른 배열을 갖는 4실린더기관의 개략사시도.
제2도는 보조피스톤과 제2크랭크축사이의 작동관계를 도시한 제1도의 실시예에 대한 개략단면도.
제3도는 제2도와 유사한 상기 작동관계의 선택적 실시예에 대한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2,3,4 : 작동실린더 5,6,7,8 : 보조실린더
9,10,11,12 : 작동피스톤 13,14,15,16 : 보조피스톤
17 : 제1크랭크축 19 : 치형벨트
20,21 : 치형풀리 25 : 회전중심
26 : 로커아암 27 : 피봇축
본 발명은 다수의 작동실린더와, 연결된 작동실린더들과 상호작용하는 해당갯수의 보조실린더로 구성되고, 각각의 작동실린더내에서 작동피스톤은 왕복운동을 하도록 배열되며, 커넥팅로드에 의해 제1크랭크축에 작동되게 연결되고, 각각의 보조실린더내에서 보조피스톤은 왕복운동을 하도록 배열되며, 커넥팅로드에 의해 제2크랭크축에 작동되게 연결되고, 보조피스톤의 왕복운동은 작동피스톤의 왕복운동 진동수와 관련된 진동수에 따라 이루어지고, 주어진 시간에 기관의 하중에 의존하는 작동실린더 및 보조실린더내의 압축비를 고려하여 각변위를 제공하도록 상기 제1크랭크축과 제2크랭크축사이에 치형벨트와 치형풀리가 구성된다.
상기 구성을 가지는 기관이 예를들어 SE A 7806909-3에 공개되어 있다. 상기 문헌에서 열효율 및 배기가스특성과 관련하여, 가변 압축비(variable compression ratio)를 나타내는 기관의 장점들이 기술되어 있다. 하중에 의존하는 가변압축비를 나타내는 상기 기관의 특징을 보면, 보조피스톤의 운동을 제어하고 보조실린더내에서 보조피스톤의 순간위치를 제어하기 위하여 크랭크축들사이에 작동하는 상기 구성장치를 통해 작동피스톤으로부터 에너지가 얻어진다.
상기 문헌에 공개된 기관의 환경에 대한 효과에 관한 한, 상기 기관이 기관의 효율 및 배기가스의 성분과 관련하여 긍정적인 특징을 나타내는 반면에, 본 발명의 목적은 특히 기관의 저부하영역(low-load range)에서 훨씬 더 큰 효율을 가지는 기관을 제조하는 것이며, 본 발명에 따르면, 각각의 보조피스톤상의 연소효과로부터 발생하는 에너지(energy)가 보조크랭크축인 제2크랭크축으로부터 작동크랭크축인 제1크랭크축으로 전달되는 장치가 배열되고, 제2크랭크축의 회전운동이 180˚도보다 크게 이루어지고, 마찰손실을 야기하는 보조실린더 벽에 대한 보조피스톤의 횡방향 하중을 감소시키도록 보조피스톤이 작동피스톤으로부터 멀어지는 보조피스톤의 팽창운동이 가능하게 각각의 보조피스톤과 제2크랭크축이 결합된다.
본 발명의 또 다른 특징은 변화가능한 피스톤변위에 의해 기관의 펌핑(pumping) 및 압축일(compression work)을 감소시키는 것이다.
본 발명이 첨부된 도면을 참고로 하기에서 상세히 설명된다.
제1도에 따른 기관(engine)은 4개의 작동실린더(1,2,3,4)를 가지고, 각각의 작동실린더는 해당 보조실린더(5,6,7,8)와 상호작용한다. 각각의 작동실린더(1,2,3,4) 및 보조실린더(5,6,7,8) 내부에서 작동피스톤(9,10,11,12)과 보조피스톤(13,14,15,16)이 축방향 왕복운동을 한다. 커넥팅로드(connecting rod)(9a,10a,11a,12a)에 의해 작동피스톤(9,10,11,12)들이 제1크랭크축(17)에 연결된다. 유사하게 커넥팅로드(13a-16a)들에 의해 보조피스톤(13,14,15,16)은 제2크랭크축(18)에 연결된다. 또한 보조피스톤(13,14,15,16)들의 왕복운동에 의해 작동피스톤(9,10,11,12)의 왕복운동과 관련한 진동수가 발생되고, 제1크랭크축(17) 및 제2크랭크축(18)들사이의 각변위량(angular displacement)에 의해 작동실린더들 및 보조실린더들내에는 주어진 시간에 기관의 부하(loading)에 의존하는 압축비(compression ratio)를 형성하는 장치가 제1크랭크축(17)과 제2크랭크축(18)사이에 배열된다. 4행정기관의 경우, 보조피스톤의 왕복운동의 진동수는 작동피스톤의 진동수의 반이다. 2행정기관의 경우, 보조피스톤과 작동피스톤의 진동수는 동일하다. 4행정기관과 관련하여, 본 발명이 도면을 참고로 하기에서 상세히 설명된다.
이 경우 상기 기관부하와 압축비의 의존관계를 보면, 기관부하가 클 때 압축비가 가장 작고, 기관부하가 작을 때 압축비가 가장 크며, 다시 말해서 작동피스톤들과 보조피스톤들은 작은 부하에서 서로에 대해 가장 가깝게 위치하고, 점화순간에 높은 부하에서 서로에 대해 가장 멀리 위치한다. 흡기, 압축, 폭발 및 배기행정으로 작동피스톤(9)의 싸이클이 이루어지고 상기 행정들이 이루어지는 동안 작동피스톤(9)이 하향, 상향, 하향 및 상향으로 운동할 때, 이중에서 흡입, 압축 및 팽창행정시 연결된 보조피스톤(13)은 상향으로 운동한다. 보조피스톤(13)과 제2크랭크축(18)사이에 서두에서 언급한 종류의 작동관계가 구성되고, 본원발명의 상기 작동관계에 의하여 보조피스톤(13)의 팽창행정 즉, 작동피스톤(9)의 흡입행정시 보조피스톤(13)이 상향운동할 때, 제2크랭크축(18)의 회전운동이 180˚ 보다 크게 이루어질 수 있다.
본 발명은 제1크랭크축(17) 및 제2크랭크축(18)사이에 구성된 상기 장치에 의해 각각의 보조피스톤(13,14,15,16)상의 연소효과로 얻어지는 에너지가 제2크랭크축(18)으로부터 제1크랭크축(17)으로 전달가능한 것을 특징으로 한다. 상기 에너지전달작용은 특히 기관의 저부하영역에서 유효하고, 종래기술의 기관과 관련하여 열효율을 개선시킨다.
보조피스톤(13,14,15,16)들은 상대적으로 저속으로 운동하고, 그 결과 마찰손실이 적어지기 때문에, 보조피스톤상의 연소효과로부터 에너지가 제1크랭크축(17)으로 전달되는 본 발명에 의해 4행정기관은 고효율을 가지게 된다. 기관의 싸이클(cycle)이 이루어질 때, 보조피스톤들이 작동피스톤들보다 싸이클중 훨씬 더 많은 부분동안 연소과정으로부터 에너지를 가져간다. 흡기 및 압축행정에 소요되는 일(work)의 감소 그리고 최대연소 온도의 강하에 의해 4행정기관 및 2행정기관의 손실이 감소된다. 제2크랭크축(18)을 통한 마찰손실은 제1크랭크축(17)을 통한 마찰손실의 단지 1/15이라는 것을 고려할 때, 본 발명을 따르고 어느 정도의 하중을 받는 4행정 시험기관(four-stroke test engine)에 있어서, 제2크랭크축(18)상에 발생되는 효과가 제1크랭크축(17)상에 발생되는 효과의 약 1/5 정도 높게 측정된다.
도면들에 도시된 실시예에 있어서, 상기 장치는 치형벨트(toothed belt)(19)로 구성되고, 상기 치형벨트는 제1크랭크축(17) 및 제2크랭크축(18)상에 배열된 치형풀리(toothed belt pulley)(20,21) 주위를 운동한다. 4행정기관에 있어서, 보조피스톤(13,14,15,16)들이 상기 왕복운동을 하도록 즉, 보조피스톤(13,14,15,16)들의 진동수가 작동피스톤(9,10,11,12)들의 진동수의 1/2이 되도록, 치형풀리(21)의 직경은 치형풀리(20) 직경의 2배가 된다. 2행정기관에 있어서, 작동피스톤(9,10,11,12)들과 보조피스톤(13,14,15,16)들의 왕복운동진동수가 동일하므로, 치형풀리(21)과 직경과 치형풀리(20)의 직경은 동일하다.
제2크랭크축(18)과 제1크랭크축(17)사이의 상기 각변위 또는 위상변위는 예를들어 미국특어 제4,104,995호에 공지된 방법에 의해 즉, 치형벨트(19)의 한쪽 단면의 길이를 감소시켜서 다른 한쪽 단면의 길이를 증가시키는 것에 의해 이루어질 수 있다. 제2도에 있어서, 각변위 또는 위상변위가 점선으로 도시된 원의 부채꼴(24)로 나타난다.
본 발명을 따르는 내연기관은 제2크랭크축(18)의 회전중심(25)이 보조실린더(5,6,7,8)들의 중심축들을 연결하는 가상선(22)에 대하여 거리(A)만큼 변위를 발생시키는 것을 또 다른 특징으로 한다. 거리(A)가 보조실린더(5)직경의 15%-15%에 해당되도록 회전중심(25)의 변위가 발생된다. 오프셋(offset)으로 알려진 상기 횡방향 거리(A)에 의해, 보조피스톤들에 작용하는 횡방향하중이 감소되므로, 종래기술의 기관과 비교하여 보조피스톤과 보조실린더사이의 마찰손실이 감소되며, 또한 기관의 효율이 개선된다. 횡방향 거리(A)에 의해, 보조피스톤(13,14,15,16)의 행정길이가 감소되고, 제1크랭크축(17)의 180˚도 이상의 회전운동에 걸쳐서 보조피스톤들이 팽창운동한다.
본 발명을 따르는 기관의 효율에 대한 거리(A)의 긍정적효과와 관련하여, 보조피스톤들에 작용하는 횡방향하중이 작기 때문에 마찰손실은 더 작아지게 된다.
본 발명을 따르는 제3도의 선택적 실시예에 의하여, 낮은 횡방향하중 및, 종래기술의 제1크랭크축보다 훨씬 더 큰 회전운동에 걸쳐서 보조피스톤은 훨씬 더 크게 팽창운동을 한다. 보조피스톤(13)과 제2크랭크축(18)사이에 로커아암(rocker arm)(26)이 연결되고, 상기 로커아암(26)은 피봇축(27)상에 피봇회전이 이루어지게 장착되고, 상기 로커아암(26)의 한쪽단부는 커넥팅로드(13a)에 연결된다. 로커아암(26)의 다른 한쪽 단부는 링크아암(link arm)을 통해 제2크랭크축(18)에 연결된다. 보조피스톤(13)의 상하운동시, 로커아암(26) 및 커넥팅로드(13a)사이의 피봇축(26a)은 필수적으로 보조피스톤(13)의 상부에 위치하도록, 로커아암(26)이 설계되고, 그 결과 피봇축은 단지 작은 안내하중을 받게 된다. 로커아암기구(rocker arm mechanism)와 관련한 장점을 보면, 앞서 설명한 실시예보다 횡방향 거리가 더 크게 이루어지므로, 기관의 체적효율(volumetric efficiency)이 기관에 가해지는 하중에 자동으로 적응된다. 즉, 기관부하가 낮을 때, 각각의 보조피스톤은 연결된 작동피스톤을 향해 이동하여 체적효율이 감소되는 반면에, 기관부하가 높을 때, 각각의 보조피스톤은 작동피스톤으로부터 멀어져서 체적효율이 증가된다.
본 발명의 범위내에서 본 발명은 여러 가지 방법으로 실시될 수 있고 이것은 특히 제2크랭크축(18) 및 제1크랭크축(17)사이의 작동관계에도 적용되어, 예를들어 공지의 유압식 변속기가 제공가능하고 또한, 작동실린더 및 보조실린더의 체적들과 작동피스톤 및 보조피스톤의 직경사이의 크기비율에도 적용된다. 본 발명의 구성은 2행정 또는 오토싸이클(otto-cycle)의 내연기관에 국한되지 않고, 연료분사 또는 디젤싸이클의 내연기관에 적용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 작동실린더(1,2,3,4)와, 연결된 작동실린더들과 상호작용하는 해당갯수의 보조실린더(5,6,7,8)로 구성되고, 각각의 작동실린더내에서 작동피스톤(9,10,11,12)은 왕복운동을 하도록 배열되며, 커넥팅로드(9a,10a,11a,12a)에 의해 제1크랭크축(17)에 작동되게 연결되고, 각각의 보조실린더내에서 보조피스톤(13,14,15,16)은 왕복운동을 하도록 배열되며, 커넥팅로드에 의해 제2크랭크축(18)에 작동되게 연결되고, 보조피스톤(13,14,15,16)의 왕복운동은 작동피스톤(9,10,11,12)의 왕복운동 진동수와 관련된 진동수에 따라 이루어지고, 주어진 시간에 기관의 하중에 의존하는 작동실린더 및 보조실린더내의 압축비를 고려하여 각변위를 제공하도록 상기 제1크랭크축(17)과 제2크랭크축(18)사이에 치형벨트(19)와 치형풀리(20,21)가 구성되는 내연기관용 장치에 있어서, 각각의 보조피스톤(13,14,15,16)상의 연소효과로부터 발생하는 에너지가 제2크랭크축(18)으로부터 제1크랭크축(17)으로 전달되도록 배열되고, 제2크랭크축(180)이 180˚도 이상의 회전운동을 하고, 마찰손실을 일으키는 보조실린더벽에 대한 보조피스톤의 횡방향 하중을 감소시키도록 작동피스톤으로부터 멀어지는 보조피스톤의 팽창운동이 가능하게 각각의 보조피스톤과 제2크랭크축이 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1크랭크축(17) 및 제2크랭크축(18)상의 치형풀리(20,21)와, 상기 치형풀리들 주위를 이동하는 치형벨트(19)로 구성되고, 소요 각변위를 형성하기 위하여 치형벨트의 길이가 증가 또는 감소시켜 즉, 치형벨트(19)의 한쪽 측면 길이를 감소시켜 다른 한쪽측면 길이를 증가시키는 배열을 가지는 공지의 수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 장치.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 보조피스톤(13,14,15,16)과 상기 제2크랭크축(18)이 커넥팅로드(13a-16a)에 의해 작동되게 연결되고, 보조실린더(5,6,7,8)의 중심축들을 연결하는 가상선에 대하여 제2크랭크축(18)의 회전축이 거리(A)만큼 평행하게 이동하며, 이와 관련하여 보조피스톤이 보조실린더내에서 운동할 때 제2크랭크축(18)의 크랭크아암이 향하는 방향과 제2크랭크축(18)의 회전축이 이동하는 방향이 일치하게 거리(A)를 이동하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 장치.
  4. 제3항에 있어서, 평행하게 이동하는 거리(A)가 보조실린더의 직경(B)의 15%-35%내에 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 장치.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 보조피스톤(13,14,15,16)과 상기 제2크랭크축(18)이 공지의 로커아암기구에 의해 작동되게 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 장치.
KR1019910701783A 1989-06-20 1990-06-19 내연기관용 장치 KR0179161B1 (ko)

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