KR100241412B1

KR100241412B1 - Variable crank piston engine

Info

Publication number: KR100241412B1
Application number: KR1019970010655A
Authority: KR
Inventors: 양기와
Original assignee: 양기와
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2000-03-02
Also published as: KR970027709A

Abstract

본 발명은 종래의 크랭크 엔진에서 필연적으로 발생하는 배기소음을 제거하고, 배기소음이 제거된 것 만큼 열효율을 더 향상시킨 크랭크 피스톤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a crank piston engine which removes exhaust noise inevitably generated in a conventional crank engine and further improves thermal efficiency by removing exhaust noise.

종래의 피스톤 엔진에서는 피스톤의 왕복운동 거리가 가변적이지 않아 실린더내 연소가스가 다 팽창되지 못하고 (상당한 압력을 가지고) 대기로 배출되어 배기소음을 유발하는 문제점이 있었다.In the conventional piston engine, there is a problem that the reciprocating distance of the piston is not variable and thus the combustion gas in the cylinder is not expanded and discharged to the atmosphere (with a considerable pressure) to cause exhaust noise.

본 발명에서는, 흡입 및 팽창 행정시 피스톤의 왕복운동 거리가 각각 다르게 되도록 주크랭크(10)에 회전 가능한 보조 크랭크(12)를 설치하여 실린더 내의 연소가스가 통상의 피스톤 엔진보다 더 많이 팽창되어 배기 소음이 해소되고 열효율이 더 향상된 것이 특징이다.In the present invention, the rotatable auxiliary crank 12 is installed in the main crank 10 so that the reciprocating distances of the pistons are different in the intake and expansion strokes, so that the combustion gas in the cylinder is expanded more than a conventional piston engine, thereby making exhaust noise. This is eliminated and the thermal efficiency is further improved.

Description

가변크랭크 피스톤 엔진Variable crank piston engine

본 발명은 화학 연료로부터 기계적 동력을 발생시키는 크랭크 피스톤 엔진에 관한 것으로서, 상세하게는 종래의 크랭크 피스톤 엔진에서 필연적으로 발생되는 배기소음을 제거하고, 배기소음 (일종의 에너지) 이 제거된 것만큼 동력이 더 생산되도록하여 열효율을 더 향상시킨 가변 크랭크 피스톤 엔진에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crank piston engine that generates mechanical power from chemical fuels. Specifically, the present invention relates to a crank piston engine that removes exhaust noise inevitably generated in a conventional crank piston engine and provides power as much as removing exhaust noise (a kind of energy). The present invention relates to a variable crank piston engine which is further produced to further improve thermal efficiency.

일반적으로 크랭크 피스톤 엔진은 크랭크에 의한 피스톤의 왕복 운동에 의하여 화학 연료로부터 기계적 동력을 발생시키는 것으로 기계적 동력을 필요로 하는 자동차나 선박 등에 사용되고 있음은 잘 알려져 있다.In general, it is well known that a crank piston engine generates mechanical power from chemical fuel by reciprocating movement of a piston by a crank and is used in automobiles and ships requiring mechanical power.

이러한 크랭크 피스톤 엔진은 제1도에서와 같이 크랭크가 일정하여 피스톤이 흡입/팽창 행정시 일정한 왕복운동을 하므로 실린더 내의 연소가스를 다 팽창시키지 못하고 배출시켜 배기소음을 유발하는 문제점이 있었다.Such a crank piston engine has a problem in that the crank is constant, as shown in FIG. 1, so that the piston performs a constant reciprocating motion during the intake / expansion stroke, thereby not exhausting the combustion gas in the cylinder and causing exhaust noise.

본 발명은 이와 같은 종래의 결함을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤의 왕복 운동 거리가 가변적으로 되도록 즉, 흡입 행정 거리보다 팽창 행정 거리가 더 길게 되도록 하여 실린더 내의 연소가스를 더 팽창 (바람직하게는 대기압까지)시켜 동력을 더 생산하고 배출시킴으로서 배기소음을 제거하는 것으로 배기소음이 없고 열효율이 향상된 가변 크랭크 피스톤 엔진을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional deficiency, and the combustion gas in the cylinder is further expanded (preferably such that the reciprocating movement distance of the piston is variable, that is, the expansion stroke distance is longer than the suction stroke distance). The purpose of the present invention is to provide a variable crank piston engine, which has no exhaust noise and improves thermal efficiency by removing exhaust noise by generating and discharging more power.

이와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 통상의 크랭크 (이하 주크랭크라 칭함)에 매스(Mass)가 회전축에 대하여 균형이 잡힌 회전 가능한 보조크랭크를 설치하여 피스톤의 팽창 행정 거리가 흡입 행정 거리보다 더 길게 되도록 한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is to install a rotatable auxiliary crank in which a mass is balanced with respect to a rotation axis in a conventional crank (hereinafter referred to as a main crank), so that the expansion stroke distance of the piston is larger than the suction stroke distance. It is made longer.

제1도는 종래에 사용되는 크랭크를 보인 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram showing a crank used in the prior art.

제2도는 본 발명에 의한 가변 크랭크를 보인 개략적인 구성도.Figure 2 is a schematic diagram showing a variable crank according to the present invention.

제3도는 본 발명에 의한 엔진에서 압축 또는 배기행정완료시 가변크랭크의 상태를 상징적으로 보인 구성도.Figure 3 is a configuration diagram showing the state of the variable crank when the compression or exhaust stroke completion in the engine according to the present invention.

제4도는 본 발명에 의한 엔진에서 팽창행정완료시 가변크랭크의 상태를 상징적으로 보인 구성도.Figure 4 is a block diagram showing the state of the variable crank symbolically completed in the expansion stroke in the engine according to the present invention.

제5도는 본 발명에 의한 엔진에서 흡입행정완료시 가변크랭크의 상태를 보인 구성도.5 is a configuration diagram showing the state of the variable crank when the intake stroke is completed in the engine according to the present invention.

제6도는 본 발명에 의한 엔진의 열역학적 사이클 곡선도.6 is a thermodynamic cycle curve diagram of an engine according to the present invention.

제7도는 본 발명의 윤활유라인을 생략한 피스톤로드의 일 실시예 구성도.7 is a configuration diagram of one embodiment of the piston rod omitting the lubricant line of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 주크랭크 12 : 보조크랭크10: Juke crank 12: Secondary crank

16 : 피스톤 18, 18a : 피스톤로드16: piston 18, 18a: piston rod

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 가변 크랭크 피스톤 엔진은 피스톤(16)의 행정 거리를 가변적으로 한 장치를 제외하면 모든 구조가 통상의 크랭크 피스톤 엔진과 같다. 본 발명 엔진에서는 주크랭크(10) 축에 보조 크랭크(12)(카운터 바란스 (Counter Balance) 로 매스 (Mass)가 회전축에 대하여 균형이 잡힌) 가 장착 되어 있다. 이 보조 크랭크(12)는 주 크랭크(10)를 축으로하여 자유롭게 회전할 수 있도록 되어 있다. (또는 제7도에 보인 바와 같이 피스톤 로드(18)(18a)의 길이가 가변적으로 되게 하여 피스톤의 행정 거리를 변하게 할 수도 있다.)In the variable crank piston engine of the present invention, all structures are the same as a conventional crank piston engine except for a device in which the stroke distance of the piston 16 is variable. In the engine of the present invention, the auxiliary crank 12 (the mass is balanced with respect to the rotating shaft) is attached to the main crank 10 shaft. This auxiliary crank 12 is able to rotate freely about the main crank 10 as an axis. (Or as shown in Fig. 7, the length of the piston rods 18 and 18a can be varied so that the stroke distance of the piston can be changed.)

이와 같이 구성된 본 발명에서는, 제3도에 보인 바와 같이, 압축 및 배기 행정시에는 주 크랭크(10)가 피스톤(16)을 밀어 올리기 때문에 보조 크랭크(12)는 피스톤(16)의 운동 방향과 반대 방향으로 위치한다. 팽창 행정시에는 피스톤(16)이 크랭크를 회전시키기 때문에 보조 크랭크(12)는 역시 피스톤(16)의 운동 방향과 같은 방향 (아래 방향)으로 위치한다. 그러나, 흡입 행정시에는 제5도에 보인 바와 같이 주 크랭크(10)가 피스톤(16)을 끌어내리기 때문에 보조 크랭크(12)가 위로 향하여 피스톤(16)은 팽창 행정시보다 덜 내려오게 된다. 즉, 피스톤(16)의 흡입 및 팽창 행정 거리가 보조 크랭크(12) 반경의 두(2) 배만큼 자동적으로 변하게 된다.In the present invention configured as described above, as shown in FIG. 3, the auxiliary crank 12 opposes the direction of movement of the piston 16 because the main crank 10 pushes up the piston 16 during the compression and exhaust stroke. Direction. Since the piston 16 rotates the crank during the expansion stroke, the auxiliary crank 12 is also located in the same direction (downward direction) as the direction of movement of the piston 16. However, in the intake stroke, as shown in FIG. 5, since the main crank 10 pulls down the piston 16, the auxiliary crank 12 is directed upward and the piston 16 is lower than in the inflation stroke. That is, the suction and expansion stroke distances of the piston 16 are automatically changed by two (2) times the radius of the auxiliary crank 12.

한편, 크랭크 피스톤 엔진에서의 열효율은 흡입한 공기의 압축비 즉, 흡입 행정거리에 비례하여 향상된다. 그러나 개소린 엔진에서는 이 압축비가 압축열에 의한 사전점화 (Pre-Ignition) 때문에 한계 값을 갖는다.On the other hand, the thermal efficiency in the crank piston engine is increased in proportion to the compression ratio of the intake air, that is, the intake stroke distance. However, in the gasoline engine, this compression ratio has a limit because of pre-ignition by the heat of compression.

본 발명에서, 이 압축비를 결정짓는 압축 행정 거리가 종래 엔진의 압축 행정 거리와 같다. 따라서 팽창 행정 거리는 보조 크랭크(12) 반경의 두 배만큼 길다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서는, 팽창 행정시 피스톤(16)이 더 하강하여 연소 가스의 압력 (소음)을 동력으로 변환하여 열효율을 더 향상시키고 배기소음을 제거하는 것이다.In the present invention, the compression stroke distance determining this compression ratio is equal to the compression stroke distance of the conventional engine. The expansion stroke distance is thus twice as long as the radius of the auxiliary crank 12. In other words, in the present invention, the piston 16 is further lowered during the expansion stroke to convert the pressure (noise) of the combustion gas into power to further improve thermal efficiency and remove exhaust noise.

제6도는 본 발명을 열역학적으로 설명하기 위하여 본 발명 엔진의 싸이클(A-B-C-E)과 오토 싸이클 (A-B-C-D)을 동시에 보인 온도-엔트로피 선도(Temperature-Entropy Diagram)이다. 연소 과정은 본 발명에서도 오토 싸이클에서도 모두 정적 연소 과정이다. 그러나, 배기과정은 오토 싸이클에서는 정적 배기(D-A) 이지만 본 발명에서는 정압 배기 (E-A)를 실현할 수 있다. 따라서 본 발명 싸이클에서는 오토 싸이클보다 면적 A-D-E가 더 많다. 즉, 열효율이 더 높다.FIG. 6 is a Temperature-Entropy Diagram showing the cycles A-B-C-E and the auto cycles A-B-C-D of the engine of the present invention in order to thermodynamically describe the present invention. The combustion process is a static combustion process both in the present invention and in the auto cycle. However, the exhaust process is static exhaust (D-A) in the auto cycle, but the static pressure exhaust (E-A) can be realized in the present invention. Therefore, in the present cycle, the area A-D-E is larger than the auto cycle. That is, the thermal efficiency is higher.

한편, 제7도에 보인 바와 같이 피스톤 로드(18)(18a)의 길이를 가변적으로 하여도 피스톤의 흡입 및 팽창 행정 거리가 자동적으로 변하여 상기와 같은 효과를 얻게된다.On the other hand, even if the length of the piston rod (18) (18a) is variable as shown in Figure 7, the suction and expansion stroke distance of the piston is automatically changed to obtain the above effects.

이상과 같은 본 발명은 주 크랭크에 자유롭게 회전하는 보조 크랭크를 장착함에 의하여 피스톤의 흡입 행정 거리보다 팽창 행정 거리가 더 길게하여 팽창 행정시 연소 가스를 더 팽창시켜 동력을 더 얻고 배기소음을 제거하는 것으로 열효율을 증대하는 효과가 제공된다.According to the present invention as described above, the expansion of the stroke length is longer than the suction stroke distance of the piston by mounting the auxiliary crank rotating freely to the main crank to further expand the combustion gas during the expansion stroke to obtain more power and remove the exhaust noise. The effect of increasing the thermal efficiency is provided.

Claims

크랭크에 의한 피스톤(16)의 왕복 운동으로 구동되는 엔진에서, 주 크랭크(10)에 자유롭게 회전하는 보조 크랭크(12)를 장치하여 피스톤16)의 흡입 행정 거리보다 팽창 행정 거리가 자동적으로 더 길어져 실린더 내의 연소 가스를 통상의 피스톤 엔진에서 보다 더 많이 팽창시키고 배기 소음을 제거하도록 구성됨을 특징으로 하는 가변 크랭크 피스톤 엔진.In an engine driven by the reciprocating motion of the piston 16 by the crank, the expansion crank distance is automatically longer than the suction stroke distance of the piston 16 by equipping the main crank 10 with an auxiliary crank 12 that rotates freely. A variable crank piston engine, characterized in that it is configured to expand more combustion gas in a conventional piston engine and to eliminate exhaust noise.

제1항에 있어서, 피스톤(16)에 연결되는 피스톤 로드(18)(18a)의 길이를 가변적으로하여 피스톤(16)의 흡입 행정 거리보다 팽창 행정 거리가 더 길어져 실린더 내의 연소 가스를 통상의 피스톤 엔진 에서보다 더 많이 팽창시키고 배기소음을 제거하도록 함을 특징으로 하는 피스톤 엔진.The method of claim 1, wherein the length of the piston rod (18) (18a) connected to the piston 16 is variable so that the expansion stroke distance is longer than the suction stroke distance of the piston 16, so that the combustion gas in the cylinder is replaced with a conventional piston. A piston engine characterized by inflation and removal of exhaust noise more than in an engine.