KR100501357B1

KR100501357B1 - 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치

Info

Publication number: KR100501357B1
Application number: KR10-2002-0054670A
Authority: KR
Inventors: 김정헌
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR20040023054A

Abstract

본 발명은 커넥팅로드가 연결된 축이 밸런스웨이트상에서 가변하여 크랭크샤프트 중심축간 거리가 조정되어 폭발행정에서는 축간거리를 넓혀 보다 많은 토크를 얻어내고 압축행정에서는 축간거리를 좁혀 저항에 의한 손실을 최소화하기 위하여;

피스톤의 행정에 따라 가변적으로 길이를 변환하게 소단부 피스톤로드와 대단부 실린더에 의해 상기 피스톤에 결합되어 유압을 발생하게 연결 설치된 신축커넥팅로드와, 상기 신축커넥팅로드의 대단부 실린더에 형성된 대단부링에 조립되어 유압의 공급과 차단을 조절하는 크랭크핀과, 상기 크랭크핀의 양 단부에 상,하 승강하게 조립되면서 공급되는 유압에 의해 축간거리가 제어되는 밸런스웨이트를 포함하며;

상기 신축커넥팅로드는 상기 피스톤에 연결되는 소단부 피스톤로드의 선단에 형성한 압축부와, 상기 압축부를 조립하여 승강하게 대단부 실린더에 충진 오일의 가압이 이루어지게 형성하면서 제1리턴스프링을 개재한 제1쳄버와, 상기 제1쳄버에 연통되어 오일의 유동이 이루어지게 형성한 제1유로를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치를 제공한다.

Description

내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치 {PISTON DISTANCE TORQUE VARIABLE APPARATUS OF AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커넥팅로드가 연결된 축이 밸런스웨이트상에서 가변하여 크랭크샤프트 중심축간 거리가 조정되어 폭발행정에서는 축간거리를 넓혀 보다 많은 토크를 얻어내고 압축행정에서는 축간거리를 좁혀 저항에 의한 손실을 최소화하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치에 관한 것이다.

일반적으로 실린더내 폭발에너지로 피스톤의 직선운동을 만들고 피스톤 커넥팅로드가 연결된 축과 크랭크샤프트의 중심축이 편심되어 있는 링크구조를 이용하여 회전운동으로 전환한다.

따라서 두 축간 거리를 넓히면 동일량의 폭발력으로 많은 토크를 얻을 수 있으나 구조적 제한뿐 아니라 압축행정에서는 저항력에 의해 역효과를 가져온다.

도1은 종래기술에 따른 내연기관의 크랭크샤프트를 도시한 도면으로, 크랭크샤프트(2)는 크랭크 케이스 내에 설치된 메인 베어링으로 지지되며, 각 실린더의 팽창행정으로 얻어진 피스톤의 직선적 동력을 커넥팅로드를 통해서 회전력을 바꾸고 또한 다른 행정에서는 반대로 피스톤에 운동을 줌으로서 연속적으로 동력을 발생하는 가장 중요한 역할을 하는 것이다.

크랭크샤프트(2)는 크랭핀(4), 크랭크암(6), 크랭크 저널(8), 회전밸런스를 위해 크랭크 암에 밸런싱 웨이트(10)를 설치하고 있다.

또한 크랭크샤프트(2)의 후단에는 플라이휠(12)을 장치하기 위한 플랜지와 클러치샤프트 선단을 지지하는 파이럿베어링을 결합하는 하우징이 있다.

크랭크샤프트(2)의 전단에는 캠축을 구동하기 위한 타이밍기어(14) 또는 타이밍 체인 스프로킷과 워터펌프, 교류발전기등을 구동하는 크랭크 풀리(16)가 장치될 수 있게 되어 있다.

기타 크랭크샤프트(2)의 내부에는 도시 생략한 커넥팅로드, 베어링과 피스톤핀, 베어링으로 오일을 공급하기 위한 유로가 설치되며, 메인 베어링에 공급된 오일의 일부가 이 유로를 통해서 압송되도록 되어 있다.

또 크랭크샤프트의 전후단부에서 크랭크 케이스내의 오일이 외부로 누출하는 것을 방지하기 위하여 전후 베어링의 바깥쪽에 오일시일을 사용한다.

그리고 엔진특성상 폭발순간에 많은 토크가 생성되므로 각 행정간 토크의 차이로 엔진 및 소음이 발생하는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 커넥팅로드가 연결된 축이 밸런스웨이트상에서 가변하여 크랭크샤프트 중심축간 거리가 조정되어 폭발행정에서는 축간거리를 넓혀 보다 많은 토크를 얻어내고 압축행정에서는 축간거리를 좁혀 저항에 의한 손실을 최소화하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤의 행정에 따라 가변적으로 길이가 변환되는 소단부 피스톤로드와 대단부 실린더에 의해 상기 피스톤에 결합되어 유압을 발생하게 연결 설치된 신축커넥팅로드와, 상기 신축커넥팅로드의 대단부 실린더에 형성된 대단부링에 조립되어 유압의 공급과 차단을 조절하는 크랭크핀과, 상기 크랭크핀의 양 단부에 상,하 승강하게 조립되면서 공급되는 유압에 의해 축간거리가 제어되는 밸런스웨이트를 포함하며; 상기 신축커넥팅로드는 상기 피스톤에 연결되는 소단부 피스톤로드의 선단에 형성된 압축부와, 상기 압축부를 조립하여 승강하게 대단부 실린더에 충진 오일의 가압이 이루어지게 형성하면서 제1리턴스프링을 개재한 제1쳄버와, 상기 제1쳄버에 연통되어 오일의 유동이 이루어지게 형성한 제1유로를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치를 제공하는 것이다.

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상기 크랭크핀은 대단부 실린더에 연통되는 제1유로와 일정 각도 범위 내에서 연통되게 형성한 호형포트와, 상기 호형포트에 연결되고 오일의 공급이 길이방향으로 양단에서 하향으로 공급되게 형성한 제2유로와, 상기 제2유로의 양단에 돌출된 중공피스톤를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치를 제공하는 것이다.

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상기 밸런스웨이트는 상기 크랭크핀이 삽입되어 승강할 수 있게 일측면에 마련된 공간부와, 상기 공간부의 하측에 중공피스톤이 자리하게 제2리턴스프링을 구비한 소실린더와, 상기 소실린더의 타측에 크랭크핀의 양단 상부를 탄압하게 개재된 제3리턴스프링을 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시에를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 폭발행정을 도시한 도면이고, 도3은 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 폭발후 팽창시를 도시한 도면이다. 그리고 도4는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 압축행정을 도시한 도면이고, 도5는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치에 적용되는 밸런스웨이트를 도시한 도면이다.

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내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치(22)는 신축커넥팅로드(24), 크랭크핀(26), 밸런스웨이트(28)로 구성된다.

신축커넥팅로드(24)는 피스톤(30)의 행정에 따라 가변적으로 길이가 변환되며 소단부 피스톤로드(32)와 대단부 실린더(34)에 의해 유압을 발생시킨다.

상기 신축커넥팅로드(24)는 피스톤(30)에 연결되는 소단부 피스톤로드(32)와, 소단부 피스톤로드(32)의 선단에 마련되며 제1쳄버(40)와 연통되는 압축부(36)(도2 참조)와, 압축부(36)와 연통되는 대단부 실린더(34)로 이루어져 있다. 압축부(36)내에서 소단부 피스톤로드(32)가 승강하여 오일의 압축이 이루어져 대단부 실린더(34)에 충진 오일의 가압이 이루어지고, 제1유로(42)를 통해 오일의 유동이 이루어진다.

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크랭크핀(26)은 신축커넥팅로드(24)의 대단부 실린더(34)에 형성된 대단부링(44)에 조립되어 유압의 공급과 차단을 조절한다.

상기 크랭크핀(26)은 대단부 실린더(34)에 연통되는 제1유로(42)와 일정 각도 범위내에서 연통되게 형성된 호형포트(46)와, 이 호형포트(46)에 연결되고 오일의 공급이 길이방향으로 공급되다가 양측 하향으로 이루어지도록 형성된 제2유로(48)와, 제2유로(48)의 양측에 마련되어 오일을 가압하는 중공피스톤(50)으로 구성된다.

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밸런스웨이트(28)는 크랭크핀(26)의 양 단부에 상,하 승강하게 조립되어, 제2유로(48)로부터 공급되는 유압에 의해 축간거리의 제어가 이루어지게 한다.

밸런스웨이트(28)는 크랭크핀(26)이 삽입되어 승강할 수 있게 마련된 공간부(52)와, 제2리턴스프링(54)을 수용하는 소실린더(56)로 구성된다. 한편, 상기 소실린더(56)의 타측에는 크랭크핀(26)의 양단 상부를 탄압하는 제3리턴스프링(58)이 마련된다.

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상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은 도6에 도시한 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치의 원리및 작용을 통해 설명하면;

먼저 폭발행정은 다음과 같이 이루어진다.

실린더 내부에서 연소가스가 폭발하면 신축커넥팅로드(24)의 대단부실린더(34)의 제1쳄버(40) 내부에 마련된 제1리턴스프링(38)을 압축부(36)가 탄압하면서 압력이 걸려 유압이 형성된다.

상기한 소단부 피스톤로드(32)의 압축부(36)에 의해 형성된 유압은 제1유로(42)를 통해 크랭크핀(26)의 제2유로(48)에 공급된 후 양측의 중공피스톤(50)을 통해 밸런스웨이트(28)의 소실린더(56)에 가해지면서 제2리턴스프링(54)의 탄성력과 더불어 대단부 실린더(34)를 상방향으로 밀어 전체적으로 신축커넥팅로드(24)를 상측으로 밀게 된다.

이때 밸런스웨이트(28)의 공간부(52)로부터 후퇴하는 크랭크핀(26)은 제3리턴스프링(58)을 가압한 상태를 유지하게 되어 크랭크축(60)과 크랭크핀(26)간 거리를 증대해서 토크량을 증강시키게 된다.

신축커넥팅로드(24)의 소단부 피스톤로드(32)와 대단부실린더(34)의 연결부분이 제1쳄버(40)에 연결된 제1유로(42)와 크랭크핀(26)의 제2유로(48)의 연통이 가변적으로 이루어지는 등 유로 구조에 의해(일종의 밸브역할)하게 된다.

즉, 폭발하는 순간에만 제1유로(42)와 호형포트(46)가 연통되어 유로가 열리게 되며, 폭발 후에는 신축커넥팅로드(24)의 길이를 유지하게 된다. (도2,3 참조)

한편, 압축행정은 다음과 같이 이루어진다.

크랭크핀(26)과 밸런스웨이트(28)의 크랭크샤프트(60)간 짧아진 축간거리 상태에서 압축을 하다가 신축커넥팅로드(24)와 크랭크핀(26) 유로의 구조에 의해 폭발행정때 공급된 밸런스웨이트(28) 내부 유압이 제1유로(42)를 통해 신축커넥팅로드(24)의 제1쳄버(40) 내부로 다시 공급되었다가 압축하는 시점에서는 신축커넥팅로드(24)의 길이가 길어져 압축비에 지장없게 된다. (도4참조)

폭발행정시 내부로 유압이 공급되어 신축커넥팅로드(24)의 축이 상방으로 이동하고 압축 행정시 신축커넥팅로드(24)축이 하방으로 이동한다. (도2,4참조)

즉, 피스톤(30)과 크랭크샤프트(60)를 연결하고 있는 신축커넥팅로드(24)의 길이를 가변시키면서 크랭크샤프트(60)의 크랭크핀(26)과 크랭크샤프트(60)간의 길이인 축간거리가 크면 토크가 증대하고, 적으면 저항감소가 이루어진다. (도6참조)

상기한 본 발명은 엔진특성상 폭발순간에 많은 토크가 생성됨을 흡수하고 각 행정간 토크의 차이에 따라 발생하는 엔진 및 소음을 저감하게 되는 효과가 있다.

또, 크랭크샤프트와 크랭크핀의 거리를 증대하는 기술을 보유함으로써 토크 증대를 가져오는 효과가 있다.

그리고 크랭크샤프트와 크랭크핀의 거리 축소가 이루어지면 저항감소를 가져오는 효과가 있다.

도1은 종래기술에 따른 내연기관의 크랭크샤프트를 개략적으로 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 폭발행정을 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 폭발후 팽창시를 도시한 도면.

도4는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치로 압축행정을 도시한 도면.

도5는 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치에 적용되는 밸런스웨이트를 도시한 도면.

도6은 본 발명에 따른 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치의 원리및 작용을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

22:피스톤 행정 토크 가변장치 24:신축커넥팅로드

26;크랭크핀 28:밸런스웨이트

30:피스톤 32:소단부 피스톤로드

34:대단부 실린더 36:압축부

38:제1리턴스프링 40:제1쳄버

42:제1유로 44:대단부링

46:호형포트 48:제2유로

50:중공피스톤 52:공간부

54:제2리턴스프링 56:소실린더

58:제3리턴스프링

Claims

피스톤의 행정에 따라 가변적으로 길이를 변환하게 소단부 피스톤로드와 대단부 실린더에 의해 상기 피스톤에 결합되어 유압을 발생하게 연결 설치된 신축커넥팅로드와,

상기 신축커넥팅로드의 대단부 실린더에 형성된 대단부링에 조립되어 유압의 공급과 차단을 조절하는 크랭크핀과,

상기 크랭크핀의 양 단부에 상,하 승강하게 조립되면서 공급되는 유압에 의해 축간거리가 제어되는 밸런스웨이트를 포함하며;

상기 신축커넥팅로드는 상기 피스톤에 연결되는 소단부 피스톤로드에 선단에 형성한 압축부와,

상기 압축부를 조립하여 승강하게 대단부 실린더에 충진 오일의 가압이 이루어지게 형성하면서 제1리턴스프링을 개재한 제1쳄버와,

상기 제1쳄버에 연통되어 오일의 유동이 이루어지게 형성한 제1유로를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치.
제1항에 있어서,

상기 크랭크핀은 상기 대단부 실린더에 연통되는 제1유로와 일정 각도 범위내에서 연통되게 형성한 호형포트와,

상기 호형포트에 연결되고 오일의 공급이 길이방향으로 양단에서 하향으로 공급되게 형성한 제2유로와,

상기 제2유로의 양단에 돌출된 중공피스톤를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치.
제1항에 있어서,

상기 밸런스웨이트는 상기 크랭크핀이 삽입되어 승강할 수 있게 일측면에 마련된 공간부와, 상기 공간부의 하측에 상기 중공피스톤이 자리하게 제2리턴스프링을 구비한 소실린더와, 상기 소실린더의 타측에 상기 크랭크핀의 양단 상부를 탄압하게 개재된 제3리턴스프링을 포함한 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 피스톤 행정 토크 가변장치.