KR101180955B1

KR101180955B1 - 가변 압축비 장치

Info

Publication number: KR101180955B1
Application number: KR1020100115240A
Authority: KR
Inventors: 이동석; 양재춘; 양창호; 이은호; 우윤식; 공진국; 우수형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-09-07
Also published as: US8555829B2; CN102465771B; KR20120053888A; CN102465771A; US20120125297A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 것으로, 일단에는 피스톤 핀이 삽입되는 장착홈이 형성되어 있어 상기 피스톤 핀을 통하여 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결되며, 타단은 상기 크랭크샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드; 양 단을 포함하며, 일단에는 상기 장착홈에 동심으로 회전 가능하게 설치되는 편심 베어링이 연결되어 있으며, 상기 편심 베어링에는 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전 가능하게 설치되어 있는 편심 링크; 양 단을 포함하며, 일단은 상기 편심 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 링크; 고정 샤프트를 중심으로 선회 가능하도록 되어 있으며, 그 외주면에 제1기어치가 형성되어 있으며, 외주부가 상기 가변 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 기어 링크; 상기 제1기어치에 기어 결합하는 제2기어치가 그 외주면에 형성되어 있으며, 상기 가변 기어 링크를 선회시키기 위하여 회전하는 제어 샤프트; 그리고 상기 커넥팅 로드와 함께 상기 편심 링크의 좌우 움직임을 구속하는 가이드 바;를 포함할 수 있다.

Description

가변 압축비 장치{VARIABLE COMPRESSION RATIO APPARATUS}

본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.

일반적으로 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되며, 스파크 점화기관의 경우 일정 수준까지 점화시기를 진각하면 열효율이 증가된다. 그러나, 스파크 점화기관은 높은 압축비에서 점화시기를 진각하면 이상 연소가 발생하여, 엔진 손상을 가져올 수 있으므로 점화시기 진각에 한계가 있고, 이에 의해 출력 저하를 감수해야 한다.

가변 압축비(variable compression ratio; VCR) 장치는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다. 가변 압축비 장치에 따르면, 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킨다.

종래의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크샤프트를 연결하는 커넥팅 로드의 길이를 변화시킴으로써 압축비의 변화를 구현하였다. 이러한 타입의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크샤프트를 연결하는 부분이 여러 개의 링크들로 구성되어 있어 연소압이 상기 링크들에 직접 전달되게 되었다. 이에 따라, 링크들의 내구성이 취약해졌다.

종래의 가변 압축비 장치에 대한 다양한 실험 결과, 편심 베어링을 이용하여 크랭크 핀과 피스톤 핀 사이의 거리를 변화시키는 것이 작동 신뢰성이 높다는 것이 밝혀졌다. 그런데, 편심 베어링을 회전시키기 위하여 유압을 이용하면 각 실린더마다 편심 베어링의 회전량 및 유압 유출량이 다르므로 각 실린더마다 압축비가 일정하지 못하고, 엔진 작동 조건에 따라 압축비가 변화되는 시간이 달라지는 문제점이 있었다.

또한, 편심 베어링을 회전시키기 위한 링크가 좌우로 이탈될 수 있어, 상기 링크의 운동 궤적을 구속시키기 위한 별도의 장치가 커넥팅 로드 또는 상기 링크에 구비되어야 했다. 이에 따라, 커넥팅 로드 또는 상기 링크의 구조가 복잡해지며, 무빙 질량이 늘어나게 되는 문제점이 있었다.

한편, 커넥팅 로드 또는 상기 링크의 구조를 변경시키지 않고, 크랭크샤프트에 구비된 발란스웨이트를 이용하여 상기 링크의 운동 궤적을 구속시키려는 노력이 있었다. 이 경우, 상기 링크의 일부분이 발란스웨이트의 운동 궤적 내에 항시 위치하도록 링크의 길이가 길어지게 되고, 발란스웨이트의 크기도 커지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 링크의 운동 궤적과 발란스웨이트의 운동 궤적이 간섭되지 않도록 발란스웨이트의 일부분을 다듬어야 할 필요성이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 커넥팅 로드의 소단부에 편심 베어링을 장착하고, 이 편심 베어링을 링크 부재들을 이용하여 회전시킴으로써 혼합기의 압축비를 변화시키는 가변 압축비 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 커넥팅 로드와 상기 링크 부재들을 기구학적으로 분리하여 링크 부재들에 전달되는 혼합기의 연소력을 최소화시킬 수 있는 가변 압축비 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

더 나아가, 발란스웨이트와 링크 부재의 크기를 증가시키지 않고도 링크 부재의 운동 궤적을 구속시킬 수 있는 가변 압축비 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 것으로, 일단에는 피스톤 핀이 삽입되는 장착홈이 형성되어 있어 상기 피스톤 핀을 통하여 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결되며, 타단은 상기 크랭크샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드; 양 단을 포함하며, 일단에는 상기 장착홈에 동심으로 회전 가능하게 설치되는 편심 베어링이 연결되어 있으며, 상기 편심 베어링에는 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전 가능하게 설치되어 있는 편심 링크; 양 단을 포함하며, 일단은 상기 편심 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 링크; 고정 샤프트를 중심으로 선회 가능하도록 되어 있으며, 그 외주면에 제1기어치가 형성되어 있으며, 외주부가 상기 가변 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 기어 링크; 상기 제1기어치에 기어 결합하는 제2기어치가 그 외주면에 형성되어 있으며, 상기 가변 기어 링크를 선회시키기 위하여 회전하는 제어 샤프트; 그리고 상기 커넥팅 로드와 함께 상기 편심 링크의 좌우 움직임을 구속하는 가이드 바;를 포함할 수 있다.

상기 제어 샤프트의 회전에 따른 상기 가변 기어 링크의 선회 움직임은 상기 가변 링크를 통해 상기 편심 링크를 회전시킬 수 있다.

상기 가변 기어 링크는 부채꼴 형상이며, 상기 고정 샤프트는 상기 부채꼴의 꼭지점 부근에 위치할 수 있다.

상기 가변 기어 링크에는 가변 링크 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 가변 링크의 타단은 상기 가변 링크 슬롯에 삽입되어 좌우 움직임이 구속될 수 있다.

상기 피스톤은 실린더 블록 라이너 내에서 상하로 움직이도록 되어 있으며, 상기 크랭크샤프트는 크랭크 웹 내에서 회전하도록 되어 있고, 상기 가이드 바는 상기 실린더 블록 라이너의 하단에 결합되어 있을 수 있다.

상기 가이드 바는 상기 편심 링크를 기준으로 상기 커넥팅 로드의 반대편에 배치되어 있을 수 있다.

상기 크랭크샤프트에는 회전 진동을 저감시키기 위한 복수개의 발란스웨이트가 장착되어 있으며, 상기 커넥팅 로드, 편심 링크, 그리고 가변 링크는 한 쌍의 발란스웨이트 사이에 배치되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 혼합기 장치는 일단에 장착홈이 형성되어 있으며, 타단은 상기 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되어 피스톤으로부터 전달받은 혼합기의 연소력을 상기 크랭크샤프트에 전달하는 커넥팅 로드; 엔진의 운전 조건에 따라 회전하는 제어축; 상기 제어축의 회전에 의하여 고정 샤프트를 중심으로 선회 운동을 하는 가변 기어 링크; 일단에 상기 장착홈에 동심으로 회전 가능하게 장착되는 편심 베어링이 연결되어 있는 편심 링크; 상기 편심 링크의 타단과 상기 가변 기어 링크를 연결하여 상기 가변 기어 링크의 선회 움직임에 의하여 상기 편심 링크를 상기 편심 베어링을 중심으로 회전시키는 가변 링크; 상기 편심 베어링에 편심되게 삽입되어 상기 피스톤에 장착됨으로써 상기 편심 링크와 상기 커넥팅 로드를 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결시키는 피스톤 핀; 그리고 상기 커넥팅 로드와 함께 상기 편심 링크의 좌우 움직임을 구속하는 가이드 바;를 포함할 수 있다.

상기 가변 기어 링크의 외주면에는 제1기어치가 형성되어 있으며, 상기 제어 샤프트의 외주면에는 상기 제1기어치와 기어 결합하는 제2기어치가 형성되어 있을 수 있다.

상기 크랭크샤프트에는 회전 진동을 저감시키기 위한 복수개의 발란스웨이트가 장착되어 있으며, 상기 커넥팅 로드, 편심 링크, 가변 링크, 그리고 가변 기어 링크는 한 쌍의 발란스웨이트 사이에 배치되어 있을 수 있다.

상기 편심 베어링은 상기 편심 링크에 일체로 형성되어 있을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 커넥팅 로드와 유사한 커넥팅 로드를 사용함으로써 종래의 엔진의 구조를 거의 변경하지 않고서도 가변 압축비 장치를 장착할 수 있다

또한, 혼합기의 연소력이 커넥팅 로드에 전달되도록 함으로써 링크 부재들의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 편심 링크의 운동 궤적을 가이드 바와 발란스웨이트로 구속함으로써 작동의 안정성을 확보할 수 있으며, 편심 링크의 길이와 발란스웨이트의 크기를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 무빙 질량이 줄어들고 탑재성이 향상된다.

또한, 가이드 바가 실린더 블록 라이너의 하단에 장착되므로, 실린더 블록의 구조가 거의 변경되지 않는다. 따라서, 가변 압축비 장치를 기존의 엔진에 용이하게 장착할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 편심 베어링과 커넥팅 로드의 연결을 보인 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 하부를 정면에서 본 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 저압축비에서 작동하는 경우의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 고압축비에서 작동하는 경우의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 저압축비에서 작동하는 경우와 고압축비에서 작동하는 경우를 비교한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 편심 베어링과 커넥팅 로드의 연결을 보인 개략도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 하부를 정면에서 본 개략도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 혼합기의 연소력을 피스톤(10)으로부터 전달 받아 크랭크샤프트(30)를 회전시키는 엔진에 장착되며, 상기 혼합기의 압축비를 상기 엔진의 운전 조건에 따라 변경한다.

상기 엔진은 실린더 블록 라이너(2)와 크랭크 웹(4)으로 구성되며, 상기 실린더 블록 라이너(2)의 하부에 상기 크랭크 웹(4)이 결합된다.

상기 피스톤(10)은 실린더 블록 라이너(2)의 내부에 장착되어 있으며, 혼합기의 연소력에 의하여 상기 실린더 블록 라이너(2) 내에서 상하 운동을 한다. 상기 피스톤(10)과 실린더 사이에는 연소실이 형성되며, 상기 연소실로 혼합기가 들어와 연소된다.

상기 크랭크 샤프트(30)는 상기 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달 받고 이 연소력을 회전력으로 변환하여 변속기(도시하지 않음)에 전달한다. 상기 크랭크 샤프트(30)는 상기 크랭크 웹(4) 내에 장착되어 있다. 상기 크랭크 샤프트(30)에는 크랭크 샤프트(30)와 편심되게 형성된 크랭크 핀(32)을 포함한다. 또한, 상기 크랭크 샤프트(30)에는 복수개의 발란스 웨이트(34)가 장착되어 있다. 이러한 발란스 웨이트(34)는 크랭크 샤프트(30)의 회전 시 발생하는 회전 진동을 저감시킨다.

상기 가변 압축비 장치(1)는 커넥팅 로드(20), 편심 링크(40), 가변 링크(50), 가변 기어 링크(60), 제어 샤프트(80), 그리고 가이드 바(90)를 포함한다.

커넥팅 로드(20)는 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달 받아 이 연소력을 크랭크샤프트(30)에 전달하는 것으로, 종래의 커넥팅 로드와 유사하다. 이러한 목적을 위하여, 커넥팅 로드(20)의 일단은 상기 피스톤(10)에 피스톤 핀(12)을 통하여 회전 가능하게 연결되고, 커넥팅 로드(20)의 타단은 상기 크랭크샤프트(30)에 편심되어 회전 가능하게 연결된다. 통상적으로, 피스톤(10)과 연결되는 커넥팅 로드(20)의 일단부는 소단부라고 하고, 크랭크샤프트(30)와 연결되는 커넥팅 로드(20)의 타단부는 대단부라고 한다. 또한, 상기 커넥팅 로드(20)의 일단(즉, 소단부)에는 편심 베어링 장착홀(22)이 동심으로 형성되어 있다. 이와 같이, 종래의 커넥팅 로드와 유사한 커넥팅 로드(20)를 사용함으로써 종래의 엔진의 구조를 거의 변경하지 않고서도 가변 압축비 장치를 엔진에 장착할 수 있다. 또한, 혼합기의 연소력이 커넥팅 로드(20)에 주로 전달되도록 함으로써 가변 압축비 장치를 구성하는 링크 부재들의 내구성을 향상시킬 수 있다.

편심 링크(40)는 양 단을 포함하며, 편심 베어링 링크(40)의 일단은 상기 커넥팅 로드(20)의 일단에 회전 가능하게 연결된다. 이러한 목적을 위하여, 편심 링크(40)의 일단에는 편심 베어링(42)이 연결되어 있으며, 상기 편심 베어링(42)은 상기 편심 베어링 장착홀(22)에 동심으로 삽입된다. 상기 편심 베어링(42)에는 상기 편심 베어링(42)에 편심되게 핀 장착홀(44)이 형성되어 있다. 이러한 핀 장착홀(44)에 상기 피스톤 핀(12)이 삽입되어 커넥팅 로드(20)와 상기 편심 링크(40)를 상기 피스톤(10)에 회전 가능하게 연결한다. 즉, 상기 편심 베어링(42)의 중심축(편심 베어링 장착홀(22)의 중심축과 동일함)은 상기 피스톤 핀(12)의 중심축과 평행하며 일정 거리만큼 이격되어 있다. 따라서, 상기 편심 베어링(42)이 회전하면 상기 편심 베어링 장착홀(22)의 중심에 대한 피스톤 핀(12)의 중심의 상대 위치가 변화하게 되고, 그것에 의하여 크랭크 핀(32)에 대한 피스톤 핀(12)의 위치가 변화하게 된다. 따라서, 혼합기의 압축비가 변경된다. 본 명세서에서는, 상기 편심 베어링(42)이 상기 편심 링크(40)에 일체로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 편심 베어링(42)과 편심 링크(40)를 별도로 제작하여 조립하여도 된다.

가변 링크(50)는 상기 편심 베어링(42)을 중심으로 상기 편심 링크(40)가 회전하도록 한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 가변 링크(50)는 각각 양 단을 포함하며, 상기 가변 링크(50)의 일단은 상기 편심 링크(40)의 타단에 회전 가능하도록 연결되어 있다. 본 명세서에서는, 하나의 가변 링크(50)가 사용된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 두 개 이상의 가변 링크(50)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 가변 링크(50)의 개수는 상기 편심 링크(40)의 개수와 동일하거나 다를 수 있다.

가변 기어 링크(60)는 부채꼴 형상이며, 상기 부채꼴의 꼭지점 부근에 고정 샤프트(70)가 장착되어 있다. 따라서, 상기 가변 기어 링크(60)는 상기 고정 샤프트(70)를 중심으로 선회할 수 있도록 되어 있다. 이러한 가변 기어 링크(60)의 선회 움직임은 가변 링크(50)를 통하여 상기 편심 링크(40)를 편심 베어링(42)을 중심으로 회전하도록 한다. 이러한 목적을 위하여, 가변 기어 링크(60)의 외주부에는 상기 가변 링크(50)의 타단이 회전 가능하도록 연결되어 있다. 또한, 상기 가변 기어 링크(60)의 외주면에는 제1기어치(62)가 형성되어 있다. 또한, 상기 가변 기어 링크(60)에는 가변 링크 슬롯(64)이 형성되어 있으며, 상기 가변 링크(50)의 타단은 상기 가변 링크 슬롯(64)에 삽입되어 있다. 상기 가변 링크 슬롯(64)에 의하여 가변 링크(50)가 좌우(도면에서 앞, 뒤)로 이탈하는 것이 방지된다.

제어 샤프트(80)는 엔진의 운전 조건에 따라 회전하며 상기 가변 기어 링크(60)를 선회시킨다. 이러한 목적을 위하여, 상기 제어 샤프트(80)의 외주면에는 상기 가변 기어 링크(60)의 제1기어치(62)와 기어 결합하는 제2기어치(82)가 형성되어 있다. 또한, 상기 제어 샤프트(80)는 모터 등과 같은 액츄에이터(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 상기 액츄에이터는 제어부(도시하지 않음)에 의하여 그 작동이 제어된다. 따라서, 상기 제어부가 엔진의 운전 상태에 따른 혼합기의 압축비를 결정하면, 제어부는 액츄에이터를 작동시키게 된다. 이러한 액츄에이터의 작동에 의하여 상기 제어 샤프트(80)가 회전하며 혼합기의 압축비를 변경하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 크랭크샤프트(30)의 회전과는 독립적으로 작동한다. 따라서, 가변 압축비 장치에 사용된 링크 부재들이 크랭크샤프트(30)에 충돌할 수 있다. 특히, 편심 링크(40)와 가변 링크(50)의 연결부는 운동 궤적을 고려할 때, 크랭크샤프트(30)의 발란스웨이트(34)와 충돌할 가능성이 높다. 또한, 엔진이 작동할 때, 편심 링크(40)와 가변 링크(50)가 좌우로 움직여 이탈될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 실린더 블록 라이너(2)의 하단에는 가이드 바(90)가 결합되어 있다. 이러한 가이드 바(90)는 상기 실린더 블록 라이너(2)의 보어를 가로지르도록 형성되어 있으며, 상기 편심 링크(40)를 기준으로 상기 커넥팅 로드(20)의 반대편에 장착되어 있다. 또한, 상기 편심 링크(40)의 일부분은 항시 커넥팅 로드(20)와 상기 가이드 바(90) 사이에 배치되도록 되어 있다. 더 나아가, 상기 커넥팅 로드(20), 편심 링크(40), 그리고 가변 링크(50)는 한 쌍의 발란스웨이트(34) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(10)이 TDC(Top Dead Center)의 근처에 위치할 때에는 상기 편심 링크(40)의 하부가 상기 커넥팅 로드(20)와 상기 가이드 바(90)에 의하여 구속되어 편심 링크(40)의 좌우 이탈이 방지된다. 상기 피스톤(10)이 BDC(Bottom Dead Center)의 근처에 위치할 때에는 상기 편심 링크(40)의 상부가 상기 커넥팅 로드(20)와 상기 가이드 바(90)에 의하여 구속되고 상기 편심 링크(40)의 하부가 상기 커넥팅 로드(20)와 발란스웨이트(34)에 의하여 구속되어 되고 편심 링크(40)의 좌우 이탈이 방지된다.

종래 기술에 따르면, 상기 편심 링크(40)가 발란스웨이트(34)와 커넥팅 로드(20)에 의하여만 구속되었다. 이러한 목적을 위하여, 편심 링크(40)의 일부분이 항시 상기 발란스웨이트(34) 사이에 배치되도록 편심 링크(40)의 길이를 길게 형성하고 발란스웨이트(34)의 크기를 키웠다. 이 경우, 편심 링크(40)와 발란스웨이트(34)의 질량이 늘어나게 되어 무빙 질량이 증가하게 되었다. 따라서, 엔진의 크기 역시 증대되는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 가이드 바(90)와 발란스웨이트(34)가 편심 링크(40)의 움직임을 구속하므로 편심 링크(40)의 길이와 발란스웨이트(34)의 크기를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 무빙 질량이 감소하고 엔진의 크기가 증가되지 않는다. 또한, 상기 가이드 바(90)는 실린더 블록 라이너(2)의 하단에 결합되므로 엔진의 구조가 거의 변경되지 않는다.

또한, 상기 발란스웨이트(34)의 특정 부위를 다듬어 가변 압축비 장치의 작동 영역을 확보함과 동시에 편심 링크(40)와 가변 링크(50)의 연결부를 가이드하도록 할 수도 있다. 상기 특정 부위는 편심 링크(40)와 가변 링크(50)의 운동 궤적 및 그에 대응하는 발란스웨이트(34)의 운동 궤적을 고려하여 당업자가 용이하게 설정할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 링크들의 회전 가능한 연결은 링크들이 핀 등의 연결수단을 통하여 서로 연결되어 있으며 상대 회전이 가능하다는 것을 의미한다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)의 작동을 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가변 압축비 장치(1)가 저압축비에서 작동하는 상태에서 제어 샤프트(80)가 반시계 방향으로 회전하면, 가변 기어 링크(60)는 시계 방향으로 선회를 하며 가변 링크(50)를 당기게 된다. 이에 따라, 편심 링크(40)는 반시계 방향으로 회전하게 되고 피스톤 핀(12)의 위치가 높아지게 된다. 따라서, 피스톤 핀(12)과 크랭크 핀(32) 사이의 거리가 길어져 도 5에 도시된 바와 같이 고압축비가 구현된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가변 압축비 장치(1)가 고압축비에서 작동하는 상태에서 제어 샤프트(80)가 시계 방향으로 회전하면, 가변 기어 링크(60)는 반시계 방향으로 선회를 하며 가변 링크(50)를 밀게 된다. 이에 따라, 편심 링크(40)는 시계 방향으로 회전하게 되고 피스톤 핀(12)의 위치가 낮아지게 된다. 따라서, 피스톤 핀(12)과 크랭크 핀(32) 사이의 거리가 짧아져 도 4에 도시된 바와 같이 저압축비가 구현된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 저압축비에서 작동하는 경우와 고압축비에서 작동하는 경우를 비교한 개략도이다.

고압축비 상태로 작동하던 가변 압축비 장치에서 제어 샤프트(80)가 시계 방향으로 회전하게 되면 가변 기어 링크(60), 가변 링크(50), 그리고 편심 링크(40)에 의하여 피스톤 핀(12)의 위치가 설정 높이(D)만큼 낮아지게 된다. 이에 따라 저압축비가 구현된다.

이와는 반대로, 저압축비 상태로 작동하던 가변 압축비 장치에서 제어 샤프트(80)가 반시계 방향으로 회전하게 되면 가변 기어 링크(60), 가변 링크(50), 그리고 편심 링크(40)에 의하여 피스톤 핀(12)의 위치가 설정 높이(D)만큼 높아지게 된다. 이에 따라 고압축비가 구현된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims

혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
일단에는 피스톤 핀이 삽입되는 장착홈이 형성되어 있어 상기 피스톤 핀을 통하여 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결되며, 타단은 상기 크랭크샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드;
양 단을 포함하며, 일단에는 상기 장착홈에 동심으로 회전 가능하게 설치되는 편심 베어링이 연결되어 있으며, 상기 편심 베어링에는 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전 가능하게 설치되어 있는 편심 링크;
양 단을 포함하며, 일단은 상기 편심 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 링크;
고정 샤프트를 중심으로 선회 가능하도록 되어 있으며, 그 외주면에 제1기어치가 형성되어 있으며, 외주부가 상기 가변 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되어 있는 가변 기어 링크;
상기 제1기어치에 기어 결합하는 제2기어치가 그 외주면에 형성되어 있으며, 상기 가변 기어 링크를 선회시키기 위하여 회전하는 제어 샤프트; 그리고
상기 커넥팅 로드와 함께 상기 편심 링크의 좌우 움직임을 구속하는 가이드 바;
를 포함하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 샤프트의 회전에 따른 상기 가변 기어 링크의 선회 움직임은 상기 가변 링크를 통해 상기 편심 링크를 회전시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 가변 기어 링크는 부채꼴 형상이며, 상기 고정 샤프트는 상기 부채꼴의 꼭지점 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 가변 기어 링크에는 가변 링크 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 가변 링크의 타단은 상기 가변 링크 슬롯에 삽입되어 좌우 움직임이 구속되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 피스톤은 실린더 블록 라이너 내에서 상하로 움직이도록 되어 있으며, 상기 크랭크샤프트는 크랭크 웹 내에서 회전하도록 되어 있고,
상기 가이드 바는 상기 실린더 블록 라이너의 하단에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제5항에 있어서,
상기 가이드 바는 상기 편심 링크를 기준으로 상기 커넥팅 로드의 반대편에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제5항에 있어서,
상기 크랭크샤프트에는 회전 진동을 저감시키기 위한 복수개의 발란스웨이트가 장착되어 있으며, 상기 커넥팅 로드, 편심 링크, 그리고 가변 링크는 한 쌍의 발란스웨이트 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
일단에 장착홈이 형성되어 있으며, 타단은 상기 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되어 피스톤으로부터 전달받은 혼합기의 연소력을 상기 크랭크샤프트에 전달하는 커넥팅 로드;
엔진의 운전 조건에 따라 회전하는 제어축;
상기 제어축의 회전에 의하여 고정 샤프트를 중심으로 선회 운동을 하는 가변 기어 링크;
일단에 상기 장착홈에 동심으로 회전 가능하게 장착되는 편심 베어링이 연결되어 있는 편심 링크;
상기 편심 링크의 타단과 상기 가변 기어 링크를 연결하여 상기 가변 기어 링크의 선회 움직임에 의하여 상기 편심 링크를 상기 편심 베어링을 중심으로 회전시키는 가변 링크;
상기 편심 베어링에 편심되게 삽입되어 상기 피스톤에 장착됨으로써 상기 편심 링크와 상기 커넥팅 로드를 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결시키는 피스톤 핀; 그리고
상기 커넥팅 로드와 함께 상기 편심 링크의 좌우 움직임을 구속하는 가이드 바;
를 포함하는 가변 압축비 장치.
제8항에 있어서,
상기 가변 기어 링크는 부채꼴 형상이며, 상기 고정 샤프트는 상기 부채꼴의 꼭지점 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제9항에 있어서,
상기 가변 기어 링크의 외주면에는 제1기어치가 형성되어 있으며, 상기 제어 샤프트의 외주면에는 상기 제1기어치와 기어 결합하는 제2기어치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제8항에 있어서,
상기 가변 기어 링크에는 가변 링크 슬롯이 형성되어 있으며, 상기 가변 링크의 타단은 상기 가변 링크 슬롯에 삽입되어 좌우 움직임이 구속되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 피스톤은 실린더 블록 라이너 내에서 상하로 움직이도록 되어 있으며, 상기 크랭크샤프트는 크랭크 웹 내에서 회전하도록 되어 있고,
상기 가이드 바는 상기 실린더 블록 라이너의 하단에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제12항에 있어서,
상기 가이드 바는 상기 편심 링크를 기준으로 상기 커넥팅 로드의 반대편에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제12항에 있어서,
상기 크랭크샤프트에는 회전 진동을 저감시키기 위한 복수개의 발란스웨이트가 장착되어 있으며, 상기 커넥팅 로드, 편심 링크, 그리고 가변 링크는 한 쌍의 발란스웨이트 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제8항에 있어서,
상기 편심 베어링은 상기 편심 링크에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.