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KR100782704B1 - 피스톤 기계 - Google Patents

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KR100782704B1
KR100782704B1 KR1020067012779A KR20067012779A KR100782704B1 KR 100782704 B1 KR100782704 B1 KR 100782704B1 KR 1020067012779 A KR1020067012779 A KR 1020067012779A KR 20067012779 A KR20067012779 A KR 20067012779A KR 100782704 B1 KR100782704 B1 KR 100782704B1
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piston
piston rod
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cylinder
traverse
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KR1020067012779A
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라디슬라프 니콜라에비치 보로비에프
아나톨리 미카일로비치 제린스키
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오브스체스트보 에스 오그라니체노이 오트베트스트베노스트주 〃미더라-케이〃
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Publication date
Application filed by 오브스체스트보 에스 오그라니체노이 오트베트스트베노스트주 〃미더라-케이〃 filed Critical 오브스체스트보 에스 오그라니체노이 오트베트스트베노스트주 〃미더라-케이〃
Publication of KR20060109499A publication Critical patent/KR20060109499A/ko
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Abstract

엔진, 펌프 및 압축기로서 에너지 발생 산업에 이용하기 위한 기계를 제공한다. 이 기계는 크랭크케이스(1), 실린더(2), 및 피스톤(3)과 피스톤 로드(4), 반대 방향으로 회전하는 두 개의 크랭크샤프트(6, 7)를 구비한다. 피스톤의 내부 중공(12)은 흡입관(14)의 왕복운동하는 크랭크케이스에 위치한 피스톤 로드(4)의 관통하는 축선 통로(13)와 연통하며, 피스톤 로드의 통로(13)는 피스톤(3)의 중공(12)측으로부터는 디퓨저(27)로, 그리고 흡입관(14)측으로부터 컨퓨저(28)로 구성되어 있다.
펌핑밸브(18)가 실린더의 커버(5)에 배열되며, 흡입밸브(16)는 피스톤의 전방 벽에 배열되고, 크랭크샤프트(6, 7)의 커넥팅로드(10, 11)와 피스톤 로드(16)는 트래버스(29)에 힌지식으로 연결되어 있다. 본 발명은 낭비 공간의 감소와 유압 손실의 감소를 제공한다.

Description

피스톤 기계{PISTON MACHINE}
본 발명은 기계 제조의 분야에 관한 것으로 압축기, 펌프 및 내연기관에 사용될 수 있다.
내부에 피스톤 로드를 구비하는 피스톤이 위치되고, 크랭크케이스에 고정된 실린더를 구비하는 크랭크케이스와, 실린더에 배열되는 커버를 갖는 피스톤 기계가 알려져 있다. 크로스 헤드를 구비한 링크 레버 시스템은 크랭크샤프트에 연결되어 있고 크랭크케이스의 하부에 가이드를 갖고 있다(USSR 제905499호 발명자 중, FO1B9/00 1978).
공지된 피스톤 기계의 단점으로서 부피 생산성을 감소하는 불필요한 공간의 감소, 밸브에서의 유압 손실의 감소, 및 기계의 피스톤의 불충분한 냉각의 문제점을 해결하지 못하고 있다.
내부에 피스톤 로드를 구비하는 피스톤이 위치되고, 크랭크케이스에 고정된 실린더를 구비하는 크랭크케이스와, 실린더에 배열되는 커버와, 흡입 및 펌핑 밸브와, 실린더의 축선에 대해 대칭으로 위치되고 대향방향으로 회전 가능하게 서로 연결되는 두 개의 평행한 크랭크샤프트와, 피스톤의 피스톤 로드에 연결된 트래버스(traverse)와, 각각이 대응하는 크랭크샤프트에 어느 일단이 힌지식으로 연결되고, 트래버스의 대응하는 단부에 타단이 힌지식으로 연결되는 두 개의 커넥팅로드를 구비하고, 피스톤의 피스톤 로드가 트래버스에 힌지식으로 연결되는 피스톤 기계가 알려져 있다. 피스톤 기계는 다른 각도로 트래버스에 대한 커넥팅 로드의 선회의 메카니즘을 구비하고 있다. 공지된 피스톤 기계는 압축기, 펌프 또는 내연기관에서의 변형으로 구성될 수 있다(USSR 제1224415호 발명자 중, FO 1B9/02, F02B 75/32, 1996, 가장 가까운 유사물).
압축기로 사용하는 경우 공지된 피스톤 기계의 단점은 흡입 및 펌핑 밸브의 실린더의 커버의 위치때문에 작동체의 흡입 및 펌핑시 상당한 공간 낭비와 상당한 유압 손실이 발생하고, 밸브의 부피 때문에 커버와 피스톤 사이의 최소 부피를 증가시키고, 커버의 동일 표면을 서로 점유하는 흡입 밸브 및 펌핑 밸브 양자의 유동 단면적 영역을 감소시켜, 피스톤 기계의 부피 생산성을 감소시키고 실린더에 작동체를 채우는 것을 감소시킨다. 또한, 피스톤 기계에서 피스톤의 충분한 냉각을 제공하지 못한다.
본 발명의 해결하고자 하는 목적은 불필요한 공간의 부피의 감소, 흡입 및 펌핑시 유압 손실의 감소, 및 기계의 냉각을 제공하는 피스톤 기계를 제공하는 데에 있다.
상기 피스톤 기계의 목적은, 피스톤 기계가 내부에 피스톤로드를 구비하는 피스톤이 위치되고, 크랭크케이스에 고정된 실린더를 구비하는 크랭크케이스와, 실린더에 배열된 커버와, 흡입 및 펌핑밸브와, 실린더의 축선에 대해 대칭으로 위치되고 대향방향으로 회전가능하게 서로 연결된 두 개의 평행한 크랭크샤프트와, 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 트래버스와, 각각이 대응하는 크랭크샤프트에 어느 일단이 힌지식으로 연결되고, 트래버스의 대응하는 단부에 타단이 힌지식으로 연결되는 두 개의 커넥팅 로드를 구비하고, 피스톤의 피스톤 로드가 트래버스에 힌지식으로 연결되는 것에 의해 해결된다.
전술의 가장 유사한 구성으로부터 제안된 피스톤 기계를 구분하는 것은, 피스톤은 내부 공동을 구비하도록 구성되고, 피스톤 로드는 피스톤의 내부 공동에 연결되는 관통하는 축선 통로를 구비하도록 구성되고, 흡입관은 왕복운동가능하게 흡입관 내부로 연장하는 피스톤 로드와 동축으로 크랭크케이스 내에 배열되고, 트래버스는 흡입관 입구 위의 피스톤 로드에 연결되고, 흡입밸브가 피스톤의 전방 벽에 배열되며, 펌핑밸브는 커버에 배열되고 있다.
피스톤은 내부 공동을 구비하도록 구성되고, 피스톤 로드는 피스톤의 내부 공동에 연결되는 관통하는 축선 통로를 구비하도록 구성되고, 흡입관은 왕복운동가능하게 흡입관으로 연장하는 피스톤 로드와 동축으로 크랭크케이스 내에 배열되고, 트래버스는 흡입관 입구 위의 피스톤 로드에 연결되고, 흡입밸브가 피스톤의 전방 벽에 배열되며, 펌핑밸브는 실린더의 커버에 배열되는 것은, 피스톤 기계의 낭비 공간을 최소값으로 하여(커버와 피스톤 사이에 최소 부피가 유지됨), 낭비 공간의 최소 부피에 의해 피스톤 기계의 부피 생산성을 증가시키고, 피스톤의 전방 벽에 흡입밸브를 배열하고, 펌핑밸브를 실린더의 커버의 다른 위치에 이미 배열함으로써 흡입 및 펌핑밸브의 유동 단면적의 증가를 유도하며, 피스톤 기계의 압력 손실의 감소를 유도하며, 상부 위치에서 하부 위치로 피스톤의 이동시 흡입관으로부터 피스톤 로드의 동축의 종방향 축선 통로를 통해 작동체를 흡입하고, 피스톤의 내부 중공으로 그리고 흡입밸브를 통해 실린더로 작동체를 공급하고, 반대방향으로의 피스톤의 이동시 실린더에서 펌핑밸브를 통해 외부로 작동체를 공급하여, 흡입된 작동체에 의해 피스톤 및 결과적으로 전체 피스톤 기계의 냉각을 유도한다. 트래버스와 흡입관 입구 위의 피스톤 로드의 연결은 피스톤의 이동을 피스톤에 제공한다. 피스톤의 전방 벽에 흡입밸브를 배열하고 실린더의 커버에 펌핑밸브를 배열한 것은 다른 위치로의 흡입밸브의 변위에 의해 공간 낭비의 부피를 감소시키고, 적은 수의 펌핑밸브를 동일 영역에 위치시키는 것과, 동일 수의 흡입밸브를 동일 영역에 위치시키는 것에 의해 흡입 및 펌핑 밸브의 관통 유동하는 단면적을 다시 증가시켜, 유압 손실을 감소시키고 부피 생산성을 증가시키며 실린더를 작동체로의 채우는 것을 증가시킨다.
피스톤의 관통하는 종방향 축선 통로는 피스톤의 내부 중공과의 연결부의 측으로부터는 디퓨저로, 그리고 배출관 입구측으로부터는 컨퓨저로 구성되어 작동체의 유동의 최소 속력을 제공함에 의해 피스톤 로드의 통로로의 유입과 피스톤 로드의 통로로부터 피스톤의 내부 중공으로 유출시 종방향 축선 통로를 따라 작동체가 이동시 압력의 손실을 감소시키므로 실린더를 작동체로 채우는 것을 증가시킨다.
닫힌 위치에서 피스톤측으로부터는 커버의 표면과 동일 높이로 배열가능하게 펌핑밸브를 실린더 커버에 설치하는 것이 가능하므로, 피스톤측으로부터는 커버의 편평한 표면의 생성에 의해 낭비 공간의 부피를 감소시키도록 한다.
닫힌 위치에서 피스톤의 전방 벽의 표면과 동일 높이로 배열가능하게 흡입밸브를 피스톤의 전방 벽에 설치하는 것이 가능하므로, 피스톤의 전방 벽의 편평한 표면의 생성에 의해 낭비 공간의 부피를 감소시키도록 한다.
도 1은 피스톤 압축기로서 구성된 피스톤 기계의 종단면도를 도시한다.
도 2는 트래버스 위에서 투시한 도면이다.
피스톤 압축기로서 형성된 피스톤 기계는, 내부에 피스톤 로드(4)를 구비한 피스톤(3)이 위치되고, 크랭크케이스에 고정된 실린더(2)를 구비하는 크랭크케이스(1)와, 실린더에 배열되는 커버(5)와, 실린더(2)의 축선에 대해 대칭으로 위치되고 링크된 원통형 기어(8, 9)에 의해 대향방향으로 회전가능하게 서로 연결되는 균형추를 구비한 두 개의 평행한 크랭크샤프트(6, 7)를 포함하고 있다.
트래버스(29)는 피스톤 로드(4)에 연결되어 있고, 두 개의 커넥팅 로드(10, 11) 각각은 어느 일단이 대응하는 크랭크샤프트(6 또는 7)에 힌지식으로 연결되고, 타단이 그 위에 고정된 핑거(22, 23)를 구비한 두 개의 이어(25, 26)에 의해 트래버스(29)의 대응하는 단부에 힌지식으로 연결되어 있다. 커넥팅 로드와의 연결 영역에서 피스톤 로드(4)는 국부적 정방형 횡단면을 갖는다. 피스톤(3)의 피스톤 로드(4)는 액슬(axle)(21)에 의해 트래버스(29)에 힌지식으로 연결되어 있다.
피스톤(3)은 내부 공동(12)을 구비하도록 구성되어 있다. 피스톤 로드(4)는 피스톤(3)의 내부 공동(12)에 연결되고 관통하는 축선 통로(13)를 구비하도록 구성 되어 있다. 흡입관(14)은, 시일(15)을 통해 가이드를 따라 왕복운동 가능하게 흡입관(14)으로 연장하는 피스톤 로드(4)와 동축으로 크랭크케이스(1) 내에 연결되고 있다. 피스톤(3)이 하부 위치에 위치될 때 트래버스(29)는 흡입관(14) 입구 위의 피스톤 로드에 연결되어 있다. 흡입밸브(16)가 피스톤(3)의 전방 벽(17)에 배열되는 반면, 펌핑밸브(18)는 커버(5)에 위치되고 있다. 커버(5) 위의 펌핑밸브(18)는 리시버(19)에 유압식으로 연결되고, 이는 다시 배출관(20)에 연결되어 있다.
흡입밸브(16)는 닫힌 위치에서 피스톤(3)의 전방 벽(17)의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 피스톤(3)의 전방 벽(17)에 배열될 수 있다.
펌핑밸브(18)는 닫힌 위치에서 피스톤(3)측으로부터 커버(5)의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 커버(5)에 배열될 수 있다.
피스톤 로드(4)의 관통하는 종방향 축선 통로(13)는, 피스톤(3)의 내부 공동(12)과의 연결부측에서는 디퓨저(27)로, 흡입관(14)으로의 입구측에서는 컨퓨저(confusor)(28)로 구성될 수 있다.
흡입 및 펌핑 밸브(16, 18)는 스스로 동작하는 자동 밸브로 구성될 수 있다.
펌핑밸브(18)는 컨트롤 밸브로 구성될 수 있다.
피스톤(3)의 전방 벽(17)의 흡입밸브(16)는 전방 벽(17)에서의 원추형 개구에 단단하게 안착하고 단부에 핀과 리미터(limiter)를 갖는 원추형 플레이트로 구성될 수 있다.
커버(5)의 펌핑밸브(18)는 커버(5)의 원추형 개구에 안착되고 커버(5)를 향해 탄성 가압되는 핀을 갖는 원추형 플레이트 형태의 가이드를 구비하도록 구성될 수 있다.
유사하게, 피스톤 기계는, 실린더의 커버에 배열되고 연료를 실린더로 직접 분사하는 추가 노즐과 제어된 입구 밸브로 펌핑밸브를 대체함에 의해, 4행정 내연기관의 변형으로 구성될 수 있다. 피스톤 기계는 또한 펌프로 구성될 수 있다.
피스톤 압축기로서 형성된 피스톤 펌프는 하기 방식으로 동작한다. 크랭크샤프트(6, 7)의 회전 중에 피스톤(3)은 실린더(2)에서 왕복운동을 실행한다. 상부 위치에서 하부 위치로의 피스톤(3)의 이동 동안, 하방 가속시 피스톤(3)의 전방 벽(17)의 흡입밸브(16)가 관성력의 작용으로 스스로 개방되고, 리미터 상에 유지되면서, 작동체가 흡입관(14)과 피스톤 로드(4)의 관통하는 종방향 축선 통로(13)를 통해 피스톤(3)의 내부 공동(12)으로 흡입되고 흡입밸브(16)의 개구를 통해 실린더(2)로 흡입된다.
크랭크샤프트(6, 7)가 추가 선회하는 동안, 피스톤(3)은 상방 이동을 정지 및 개시하고, 흡입밸브(16)는 상방으로의 피스톤(3)의 가속도에 의해 닫혀진다. 실린더(2) 내에서의 작동체를 리시버(19)의 압력으로 압축후, 펌핑밸브(18)의 자기 개방은 그 스프링의 가압력을 극복함으로써 발생하고, 작동체가 리시버로 공급되어 배출관(20)을 통해 외부로 배출되고, 이후에 주기를 반복한다.
디퓨저(27)와 컨퓨저(28)를 구비하는 피스톤 로드(4)의 종방향 축선 통로(13)를 통한 작동체의 이동 중에, 피스톤 로드(4)의 종방향 축선 통로(13)로의 유입과 이로부터 압력이 회복되는 피스톤의 공동으로 유출되는 동안 작동체의 흐름의 최소 속력의 제공에 의해 작동체의 압력의 손실이 감소된다.
닫힌 위치에서 피스톤(3)측으로부터는 커버(5)의 전방 벽(17)의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 커버(5)에 배열된 펌핑밸브(18)를 구비하는 피스톤 압축기에서 작동체의 펌핑의 과정을 실행하는 동안, 커버(5)의 편평한 표면의 생성에 의해 낭비 공간의 부피가 감소된다.
닫힌 위치에서 피스톤(3)의 전방 벽(17)의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 피스톤(3)의 전방 벽에 배열된 흡입밸브(16)를 구비하는 피스톤 압축기에서 작동체의 흡입의 과정을 실행하는 동안, 피스톤(3)의 전방 벽의 편평한 표면 생성에 의해 낭비 공간의 부피가 감소된다.
본 발명은 압축기 펌프 및 내연기관의 최대한 달성으로 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 내부에 피스톤로드를 구비하는 피스톤이 위치되고 크랭크케이스에 고정된 실린더를 구비하는 크랭크케이스와, 실린더에 배열된 커버와, 흡입 및 펌핑밸브와, 실린더의 축선에 대해 대칭으로 위치되고 대향방향으로 회전가능하게 서로 연결된 두 개의 평행한 크랭크샤프트와, 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 트래버스(traverse)와, 각각이 대응하는 크랭크샤프트에 어느 일단이 힌지식으로 연결되고, 트래버스의 대응 단부에 타단이 힌지식으로 연결되는 두 개의 커넥팅 로드를 구비하고, 피스톤의 피스톤 로드가 트래버스에 힌지식으로 연결되는 피스톤 기계에 있어서, 피스톤은 내부 공동을 구비하도록 구성되고, 피스톤 로드는 피스톤의 내부 공동에 연결되는 관통하는 종방향 축선 통로를 구비하도록 구성되고, 흡입관은 왕복운동가능하게 흡입관 내부로 연장하는 피스톤 로드와 동축으로 크랭크케이스 내에 배열되고, 트래버스는 흡입관 입구 위의 피스톤 로드에 연결되고, 흡입밸브가 피스톤의 전방 벽에 배열되며, 펌핑밸브는 커버에 배열되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기계.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 피스톤 로드의 관통하는 종방향 축선 통로는, 피스톤의 내부 공동과의 연결부측에서는 디퓨저(diffuser)로, 흡입관으로의 입구측에서는 컨퓨저(confusor)로 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기계.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 펌핑밸브는, 닫힌 위치에서 피스톤측으로부터는 커버의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 커버에 배열되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기계.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 펌핑밸브는, 닫힌 위치에서 피스톤측으로부터는 커버의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 커버에 배열되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기계.
  5. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3, 또는 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡입밸브는, 닫힌 위치에서 피스톤의 전방 벽의 표면과 동일 높이로 위치가능하게 피스톤의 전방 벽에 배열되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기계.
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