KR100428206B1 - 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치에 관한 것으로서,

종래의 실린더 선별 구동방법은 정지시키기 위한 연소실로 공기를 공급하지 않거나 연료를 공급하지 않는 것이기 때문에 이와같이 해당 실린더가 구동하지 않더라도 그 실린더에 장착되어 있는 피스톤은 크랭크축을 통해 다른 실린더(동작중인 실린더)와 연결된 상태이므로 계속해서 동작하게되고, 이에의해 피스톤과 실린더 내벽면의 마찰량이 더욱 증가하여 피스톤의 마모율이 높아지는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 크랭크샤프트를 1번, 4번 피스톤과 연결되는 제 1 크랭크와 2번,3번 피스톤과 연결되는 제 2 크랭크로 분리하고, 엔진 운전조건에 따라 상기 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 선택적으로 연결되도록 하므로서, 저속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되지 않도록 하여 2번 3번 실린더가 동작하지 않도록 하고, 중속/고속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되어 모든 실린더가 동작하도록 하여 크랭크 샤프트를 이용한 단순구성으로서 엔진의 실린더를 선택적으로 구동할 수 있게되어 엔진의 연비개선 및 피스톤과같은 마찰부품의 마모감소의 효과를 기대할 수 있도록 한 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치에 관한 것이다.

Description

크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치{Cylinder activation device using crank shaft}

본 발명은 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치에 관한 것으로서, 특히 크랭크 샤프트를 이용한 단순구성으로서 엔진의 실린더를 선택적으로 구동할 수 있게되어 엔진의 연비개선 및 피스톤과같은 마찰부품의 마모감소의 효과를 기대할 수 있도록 한 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치에 관한 것이다.

도 5 는 종래의 크랭크 샤프트를 도시한 것으로서,

엔진의 실린더에 장착되는 4개의 피스톤에 각각 연결되는 4개의 크랭크핀(32)이 구성되고, 이 크랭크핀(32)은 크랭크축(30)으로부터 연장 형성되는 크랭크 암(31)의 선단부에 각각 형성된다.

이와같이 구성되는 크랭크 샤프트는 엔진 구동시 피스톤의 상하 운동이 상기 크랭크핀(32)을 통해 전달되어 크랭크축(30)에서 회전동력으로 변환되어 엔진의 각 부하측으로 전달되는 것이다.

현재, 연료의 소비량을 감소시키기 위해 엔진의 운전영역에 따라 실린더의 사용을 가변시키는 방법이 실시되고 있다.

즉, 엔진이 저속으로 구동할때는 궂이 4개의 실린더를 모두 구동시킬 필요가 없으므로 4개의 실린더중에서 2개를 동작시키지 않는 것이며, 엔진이 중속/고속으로 구동할때는 상기 4개의 실린더를 모두 이용해서 동력을 발생시키고 있다.

저속시 실린더가 동작하지 않도록 하는 방법으로는 실린더의 흡배기밸브를 제어하여 연소실 내부로 공기가 공급되지 않도록 하여 연소되지 않도록 하는 방법과, 연료분사용 인젝터를 정지시켜 연소실로 연료가 공급되지 않도록 하는 방법에제공되고 있었다.

하지만 이러한 종래의 실린더 선별 구동방법은 정지시키기 위한 연소실로 공기를 공급하지 않거나 연료를 공급하지 않는 것이기 때문에 이와같이 해당 실린더가 구동하지 않더라도 그 실린더에 장착되어 있는 피스톤은 크랭크축을 통해 다른 실린더(동작중인 실린더)와 연결된 상태이므로 계속해서 동작하게되고, 이에의해 피스톤과 실린더 내벽면의 마찰량이 더욱 증가하여 피스톤의 마모율이 높아지는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 크랭크샤프트를 1번, 4번 피스톤과 연결되는 제 1 크랭크와 2번,3번 피스톤과 연결되는 제 2 크랭크로 분리하고, 엔진 운전조건에 따라 상기 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 선택적으로 연결되도록 하므로서, 저속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되지 않도록 하여 2번 3번 실린더가 동작하지 않도록 하고, 중속/고속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되어 모든 실린더가 동작하도록 하여 크랭크 샤프트를 이용한 단순구성으로서 엔진의 실린더를 선택적으로 구동할 수 있게되어 엔진의 연비개선 및 피스톤과같은 마찰부품의 마모감소의 효과를 기대할 수 있도록 한 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

엔진 실린더에 장착되는 4개의 피스톤에 각각 결합되는 4개의 크랭크핀과, 상기 크랭크핀으로 부터 전달되는 회전력을 부하측으로 전달하는 크랭크축으로 구성되고, 상기 크랭크핀은 1번, 4번 피스톤에 연결되는 제 1 크랭크와, 2번 3번 피스톤과 연결되는 제 2 크랭크로 구분되는 것에 있어서,

제 2 크랭크를 관통하여 제 2 크랭크의 양측에 각각 형성되어있는 제 1 크랭크를 상호 연결해주는 연결축과;

상기 제 2 크랭크와 인접하는 제 1 크랭크의 크랭크축 내부 상하측에 각각 형성되는 제 1 결합홀과;

상기 제 1 결합홀과 연통되도록 크랭크축 내부에 형성되며 그 일단이 베어링캡을 통해 오일공급부와 연통되어 일정압의 오일을 공급받는 오일유동홀과;

제 1 크랭크와 인접하는 제 2 크랭크의 크랭크암에 형성되되, 상기 제 1 결합홀과 대응하는 위치에 각각 형성되는 제 2 결합홀과;

상기 제 2 결합홀 내부에 스프링에 탄지된 상태로 형성되는 피스톤과;

상기 제 1 결합홀에 전후진 가능하게 설치되고, 일정치 이상의 오일압이 공급될때 상기 피스톤을 밀고 전진하여 제 2 결합홀에 삽입되어 제 2 크랭크가 크랭크축과 연결되도록 하고, 오일압이 제거되면 스프링의 탄성에 의해 제 2 결합홀로부터 이탈되어 제 2 크랭크가 크랭크축과 분리되도록 하는 작동간과;

엔진 저속 구동시 상기 오일유동홀에 오일이 공급되지 않도록 하고, 엔진이 중속 이상의 속도로 구동할때 오일유동홀에 일정치 이상의 압력으로 오일을 공급하는 오일공급부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 1 결합홀의 일측 벽면에는 작동간의 제 1 결합홀로부터 완전히 벗어나지 않도록 막아주는 스토퍼를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실린더 선별 구동장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 실린더 선별 구동장치를 상세히 보인 단면도.

도 3 은 본 발명의 작동상태를 보인 도면.

도 4 는 도 3 의 A-A선 단면도.

도 5 는 종래의 크랭크 샤프트를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 크랭크축 2 : 크랭크암

3 : 크랭크핀 4 : 제 1 크랭크

5 : 제 2 크랭크 6 : 베어링캡

7 : 연결축 8 : 오일유동홀

9,13: 결합홀 10 : 스토퍼

11 : 작동간 12 : 오일공급부

14 : 스프링 15 : 피스톤

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1 은 크랭크축을 나타내며, 이 크랭크축(1)으로부터 연장 형성되는 크랭크암(2)의 끝부분에 각각 엔진의 실린더에 장착되는 1번~4번 피스톤에 연결되기 위한 크랭크핀(3)이 형성된다.

상기 구성에서 1번 및 4번 피스톤에 연결되는 크랭크핀들을 제 1 크랭크(4)로 설정하고, 2번 및 3번 피스톤에 연결되는 크래크핀들을 제 2 크랭크(5)로 분리한다.

상기 제 1 크랭크(4)와 제 2 크랭크(5)의 위상차는 180°를 이룬다.

도 1 에 도시된 바와같이 제 2 크랭크(5)를 중심으로 그 양측에 각각 제 1 크랭크(4)가 형성되어 있으며, 본 발명에서는 상기 제 1 크랭크(4)의 크랭크축을 연결하는 별도의 연결축(7)이 제 2 크랭크(5)를 관통하도록 형성되며, 제 2 크랭크(5)와 인접한 제 1 크랭크(4)의 크랭크 축(1) 외주면에는 베어링캡(6)이 형성되어있다.

상기 베어링캡(6)은 크랭크축(1)이 실린더블럭에 지지되도록 하는 역할을 한다.

제 2 크랭크(5)와 인접하는 제 1 크랭크(4)의 크랭크축(1) 내부 상하측에 각각 일정크기의 제 1 결합홀(9)을 형성하고, 또 크랭크축(1) 내부에는 상기 제 1 결합홀(9)과 연통되는 오일유동홀(8)을 형성하였다.

상기 오일유동홀(8)은 크랭크축(1) 내부에 직선 또는 환형으로 형성되며, 그 일단에 베어링캡(6)을 관통하여 후설하는 오일공급부(12)에 연결된다.상기와같이 베어링캡(6)에 오일유동홀(8)과 오일공급부(12)를 상호 연결하는 별도의 오일 연결통로를 형성하므로서 크랭크축(1)의 회전중에도 충분히 오일유동홀(8)로 오일을 공급할 수 있게된다.

오일공급부(12)는 엔진의 운전상태를 판단하는 ECU의 제어신호에 따라 상기 오일유동홀(8)로 소정의 오일압을 공급 또는 차단하는 것이다.

상기 제 1 결합홀(9)과 대향되는 위치에 제 2 결합홀(13)이 형성된다.

제 2 결합홀(13)은 제 1 크랭크(4)와 인접하는 제 2 크랭크(5)의 그랭크암(2)에 형성하는 것이 바람직하며, 이 제 2 결합홀(13) 내부에는 일정 탄성을 갖는 스프링(14)에 탄지되는 피스톤(15)을 설치하였다.

상기 제 1 결합홀(9)에는 오일유동홀(8) 내부의 오일압에 따라 움직이는 작동간(11)이 전후진 가능하게 형성되는데, 이 작동간(11)은 일정치 이상의 오일압이 공급될때 상기 피스톤(15)을 밀고 전진하여 제 2 결합홀(13)에 삽입되어 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 연결되도록 하고, 오일압이 제거되면 스프링(14)의 탄성에 의해 제 2 결합홀(13)로부터 이탈되어 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 분리되도록 하는 것이다.

그리고, 상기 상하측에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 결합홀(9)(13)의 단면 형상을 도 4 에 도시된 바와같이 서로 다르게 형성하고, 또 180°의 위상차를 갖도록 형성하며, 상기 상측 및 하측의 결합홀(9)(13)에 각각 삽입되는 작동간과 피스톤의 단면 형상또한 삽입되는 결합홀에 따라 서로 상이하게 형성하여 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 분리된 후 다시 결합될때에도 제 2 크랭크(5)가 제 1크랭크(4)와 180°의 위상차를 유지할 수 있도록 하였다.

이와같이 구성되는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 중속/고속으로 구동하면, 미도시된 ECU는 현재의 엔진 운전상태를 감지한 후 상기 오일공급부(12)를 동작시켜 오일유동홀(8)에 오일이 공급되도록 한다.

상기 오일유동홀(8)에 오일이 충진되면 유동홀(8) 내부의 오일압이 점점 증가하게되고, 오일압이 스프링(14)의 탄성력 보다 커질때부터 작동간(11)이 피스톤(15)을 밀고 전진하게되고, 결국에는 도 2 와같이 작동간(11)이 제 2 결합홀(13)에 완전히 삽입되게 된다.

이와같이 작동간(11)이 제 2 결합홀(13)에 완전히 삽입되면, 제 2 크랭크(5)의 크랭크암(2)이 제 1 크랭크(4)의 크랭크축(1)과 연결되면서 제 1 크랭크(4)와 제 2 크랭크(5)가 연동 회전하게 된다.

한편, 엔진이 저속으로 구동하면, ECU의 제어에 따라 오일공급부(12)가 오프되면서 오일유동홀(8) 내부로 오일이 공급되지 않게된다.

오일유동홀(8)에 오일이 공급되지 않으면 유동홀(8) 내부의 오일압이 낮아지면서 스프링(14)의 탄성에 의해 작동간(11)이 스톱퍼(10)에 맞닿을때까지 후진하게 되며, 상기 작동간(11)이 스톱퍼(10)에 맞닿은 위치는 작동간(11)의 끝부분이 정확하게 제 2 결합홀(13)로부터 벗어나는 상태가 된다.

상기 설명과같이 작동간(11)이 제 2 결합홀(13)로부터 벗어나면 제 2 크랭크(5)의 크랭크 암(2)과 제 1 크랭크(4)의 크랭크축(1)의 연결상태가 끊어지게되어 제 2 크랭크(5)는 회전하지 않게된다.

따라서, 상기 제 2 크랭크(5)에 연결되는 2번 3번 피스톤이 장착되어있는 실린더가 동작하지 않게되므로 엔진이 저속으로 운전될때 연료소비량을 감소시킬 수 있게되는 것이다.

또한, 상기 제 2 크랭크(5)를 다시 크랭크축(1)에 연결시키기 위해 오일유동홀(8)로 오일이 공급되면, 작동간(11)이 오일압에 의해 다시 각각의 피스톤(15)을 밀고 전진하면서 결합홀에 삽입되어 다시 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)에 연결되며, 이때 상기 결합홀과 피스톤 및 작동간은 도 4 에 도시된 바와같이 상하측에 각각 형성된 것의 단면이 서로 상이하므로 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 연결되는 시점은 항상 제 1 크랭크(4)와 180°의 위상차를 갖는 상태가 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 크랭크샤프트를 1번, 4번 피스톤과 연결되는 제 1 크랭크와 2번,3번 피스톤과 연결되는 제 2 크랭크로 분리하고, 엔진 운전조건에 따라 상기 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 선택적으로 연결되도록 하므로서, 저속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되지 않도록 하여 2번 3번 실린더가 동작하지 않도록 하고, 중속/고속 운전영역에서는 제 2 크랭크가 메인 크랭크축에 연결되어 모든 실린더가 동작하도록 하여 크랭크 샤프트를 이용한 단순구성으로서 엔진의 실린더를 선택적으로 구동할 수 있게되어 엔진의 연비개선 및 피스톤과같은 마찰부품의 마모감소의 효과를 기대할 수 있도록 한 크랭크 샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치를 제공하는 효과를 기대할 수있다.

Claims (3)

1. 엔진 실린더에 장착되는 4개의 피스톤에 각각 결합되는 4개의 크랭크핀(3)과, 상기 크랭크핀(3)으로 부터 전달되는 회전력을 부하측으로 전달하는 크랭크축(1)으로 구성되고, 상기 크랭크핀(3)은 1번, 4번 피스톤에 연결되는 제 1 크랭크(4)와, 2번 3번 피스톤과 연결되는 제 2 크랭크(5)로 구분되는 것에 있어서,

   제 2 크랭크(5)를 관통하여 제 2 크랭크(5)의 양측에 각각 형성되어있는 제 1 크랭크(4)를 상호 연결해주는 연결축(7)과;

   상기 제 2 크랭크(5)와 인접하는 제 1 크랭크(4)의 크랭크축(1) 내부 상하측에 각각 형성되는 제 1 결합홀(9)과;

   상기 제 1 결합홀(9)과 연통되도록 크랭크축(1) 내부에 형성되며 그 일단이 베어링캡(6)을 통해 오일공급부(12)와 연통되어 일정압의 오일을 공급받는 오일유동홀(8)과;

   제 1 크랭크(4)와 인접하는 제 2 크랭크(5)의 크랭크암(2)에 형성되되, 상기 제 1 결합홀(9)과 대응하는 위치에 각각 형성되는 제 2 결합홀(13)과;

   상기 제 2 결합홀(13) 내부에 스프링(14)에 탄지된 상태로 형성되는 피스톤(15)과;

   상기 제 1 결합홀(9)에 전후진 가능하게 설치되고, 일정치 이상의 오일압이 공급될때 상기 피스톤(15)을 밀고 전진하여 제 2 결합홀(13)에 삽입되어 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 연결되도록 하고, 오일압이 제거되면 스프링(14)의 탄성에 의해 제 2 결합홀(13)로부터 이탈되어 제 2 크랭크(5)가 크랭크축(1)과 분리되도록 하는 작동간(11)과;

   ECU의 제어신호에 따라 구동하여 엔진 저속 구동시 상기 오일유동홀(8)에 오일이 공급되지 않도록 하고, 엔진이 중속 이상의 속도로 구동할때 오일유동홀(8)에 일정치 이상의 압력으로 오일을 공급하는 오일공급부(12); 로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트를 이용한 실린더 선별 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 결합홀(9)의 일측 벽면에는 작동간(11)의 제 1 결합홀(9)로부터 완전히 벗어나지 않도록 막아주는 스토퍼(10)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트.
3. 제 1 항에 있어서,

   상하측에 각각 형성되는 제 1 및 제 2 결합홀(9)(13)의 단면 형상을 서로 다르게 180°의 위상차를 갖도록 형성하고, 또 상측 및 하측의 결합홀(9)(13)에 각각 삽입되는 작동간과 피스톤의 단면 형상또한 삽입되는 결합홀에 따라 서로 상이하게 형성한 것을 특징으로 하는 크랭크 샤프트.