KR101371487B1 - 가변 압축비 장치 - Google Patents

Abstract

가변 압축비 장치가 개시된다. 연소실을 형성하는 피스톤, 상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드, 상기 피스톤에 편심되게 연결된 편심링크, 상기 편심링크를 회전시키기 위해 상기 편심링크에 연결된 스윙링크, 상기 커넥팅 로드가 연결되는 크랭크 핀 및, 상기 크랭크 핀의 양측에 배치되고, 상기 편심링크와 상기 스윙링크가 하강할 때에 하강 운동을 가이드 하는 가이드부를 구비한 크랭크 웹을 포함하여, 상기 편심링크와 스윙링크의 하강 운동이 안정화된다.

Description

가변 압축비 장치{Variable compression ratio device}

본 발명은 가변 압축기 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼 편심 링크와 듀얼 스윙 링크의 동적 안정성을 향상시킨 가변 압축기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되고, 스파크 점화기관의 경우 일정 수준까지 점화시기를 진각하면 열효율이 증가된다.

그러나 스파크 점화기관은 높은 압축비에서 점화시기를 진각하면 이상 연소가 발생하여 엔진의 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.

상기 가변 압축비 장치에 의하면 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 장치로서 미국특허등록 6,581,552호가 있다. 상기 가변 압축비 장치는 연소실을 형성하는 피스톤에 커넥팅 로드가 연결되고, 상기 커넥팅 로드는 크랭크 샤프트에 연결되며, 상기 커넥팅 로드가 상기 피스톤과 연결되는 부위에는 편심링이 결합된다.

상기 편심링에는 편심스윙부재가 연결되고, 상기 편심스윙부재는 커플링을 매개로 슬라이드와 연결되며, 상기 슬라이드는 구동장치에 의해 이동되도록 상기 구동장치와 연결된다.

상기 가변 압축비 장치는 상기 구동장치의 작동으로 상기 슬라이드가 이동하고, 상기 슬라이드의 운동은 상기 커플링을 통해 상기 편심스윙부재에 전달되어 상기 편심스윙부재가 회전하게 되며, 상기 편심스윙부재의 회전운동은 상기 커넥팅 로드를 통해 상기 피스톤의 상사점 높이를 가변시켜 상기 피스톤에 의해 형성되는 연소실의 압축비를 가변시키게 되어 있다.

이와 같은 가변 압축비 장치에서는 편심스윙부재에 대해 구조적인 강성과 안정된 동작 및 구조의 단순화가 필요하다.

본 발명의 실시 예는, 하중 밸런싱이 안정되어 스윙 동작의 동적 안정성이 향상되고, 구조적인 강성이 증대되며, 피스톤과 함께 링크의 하강 운동시 하강 궤도의 이탈이 없는 안정된 하강 운동을 구현할 수 있도록 한 가변 압축비 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는, 연소실을 형성하는 피스톤, 상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드, 상기 피스톤에 편심되게 연결된 편심링크, 상기 편심링크를 회전시키기 위해 상기 편심링크에 연결된 스윙링크, 상기 커넥팅 로드가 연결되는 크랭크 핀 및, 상기 크랭크 핀의 양측에 배치됨과 더불어 상기 편심링크와 상기 스윙링크가 하강할 때에 하강 운동을 가이드 하는 가이드부를 구비한 크랭크 웹을 포함한다.

상기 가이드부는 상기 크랭크 핀의 외경보다 반경 방향 외측으로 확장되게 형성될 수 있다.

상기 가이드부는 원호 형상으로 형성될 수 있다.

상기 가이드부는 상기 스윙링크의 하강 운동을 가이드 하는 내측면을 포함할 수 있다.

상기 내측면은 표면 조도가 우수한 매끄러운 평탄면으로 형성될 수 있다.

상기 크랭크 웹은 상기 가이드부의 반대쪽에 가이드부와 일체로 형성된 밸런싱부를 포함하고, 상기 밸런싱부의 내측면은 상기 편심링크와 상기 스윙링크의 하강 운동을 가이드 하도록 표면 조도가 우수한 매끄러운 평탄면으로 형성될 수 있다.

상기 편심링크와 상기 스윙링크는 각각 듀얼 링크 타입으로 형성될 수 있다.

상기 스윙링크에는 회전 동력을 전달하는 컨트롤 샤프트가 장착될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 편심링크와 스윙링크가 듀얼 링크 타입으로 구성되어 하중 밸런싱이 안정될 뿐만 아니라 스윙 동작의 동적 안정성이 향상되고, 구조적인 강성이 증대된다.

또한 상기 스윙링크와 편심링크가 피스톤과 함께 하강할 때에 크랭크 웹에 의해 하강 운동이 가이드 되어, 하강 궤도의 이탈이 없는 안정된 하강 운동을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 압축비 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 크랭크 웹의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 압축비 장치의 작동 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 연소실을 형성하는 피스톤(1)에는 하부로부터 내측을 향해 파여진 형태의 조립홈이 형성되고, 상기 조립홈 속에 커넥팅 로드(2)가 삽입되어 피스톤 핀(3)으로 결합된다.

상기 피스톤(1)에는 상기 조립홈과 연통하는 조립홀이 직경방향으로 형성되어, 상기 조립홀에 상기 피스톤 핀(3)이 끼워져서 상기 커넥팅 로드(2)와 상기 피스톤(1)을 연결하게 된다.

상기 커넥팅 로드(2)에는 크랭크 샤프트(4)가 결합되어, 상기 커넥팅 로드(2)의 상하 운동이 상기 크랭크 샤프트(4)의 회전운동으로 전환된다.

상기 커넥팅 로드(2)의 양측으로 듀얼 링크 타입의 1쌍의 편심링크(5a, 5b)가 각각 배치된다. 상기 편심링크(5a, 5b)는 상기 피스톤(1)의 조립홈에 각각 삽입되어 상기 피스톤 핀(3)에 의해 상기 커넥팅 로드(2)와 편심되게 연결된다.

상기 편심링크에는 듀얼 링크 타입의 스윙링크(6a, 6b)가 핀(6c)으로 체결되어 연결된다.

상기 스윙링크(6a, 6b)에는 핀(6d)이 관통해서 끼워지고, 상기 핀(6d)에 컨트롤 샤프트(7)가 연결되며, 상기 컨트롤 샤프트(7)는 도시되지 않은 구동장치와 연결되어, 상기 컨트롤 샤프트(7)가 상기 구동장치의 회전 동력을 상기 스윙링크(6a, 6b)에 전달한다.

상기 구동장치는 모터와 같은 전동장치나 유압으로 작동되는 유압장치 등으로 구성될 수 있다.

상기 구동장치가 작동하면, 상기 컨트롤 샤프트(7)를 통해 상기 스윙링크(6a, 6b)가 스윙 운동을 하고, 상기 스윙링크의 스윙 운동은 상기 편심링크(5a, 5b)에 전달되어서 편심링크(5a, 5b)가 스윙 운동을 하게 되며, 상기 편심링크(5a, 5b)의 스윙 운동은 상기 피스톤(1)의 상사점 높이를 변화시켜서 압축비를 가변시키게 된다.

상기 커넥팅 로드(2)는 상기 크랭크 샤프트(4)에 크랭크 핀(4a)으로 연결된다. 상기 크랭크 핀(4a)은 상기 크랭크 샤프트(4)와 크랭크 웹(4b)을 개재하여 연결된다.

상기 크랭크 웹(4b)은 상기 크랭크 핀(4a)의 좌우 양측에 각각 형성된다.

상기 크랭크 웹(4b)의 길이 방향을 따른 대략 중앙 부위에 상기 크랭크 샤프트(4)가 연결된다.

상기 중앙 부위를 중심으로 한쪽에는 크랭크 핀 연결부(4ba)가 형성되고, 반대쪽에는 밸런싱부(4bb)가 형성된다.

도 3을 참조하면, 상기 크랭크 핀 연결부(4ba)는 상기 크랭크 핀(4a)의 외경보다 반경 방향 외측으로 확장된 가이드부(4bc)를 갖는다.

상기 가이드부(4bc)는 원호 형상을 갖는다.

상기 가이드부(4bc)의 서로 마주보는 내측면(4bd)은 매끄러운 평탄면을 형성한다.

상기 밸런싱부(4bb)의 서로 마주보는 내측면(4be)도 매끄러운 평탄면을 형성한다.

상기 가이드부(4bc)와 상기 밸런싱부(4bb)는 일체로 형성된다.

상기 매끄러운 평탄면은 요철이나 굴곡부가 없는 표면 조도가 우수한 평면을 말한다.

도 4를 참조하면, 폭발 행정 후에 상기 피스톤(1)은 화살표로 도시한 바와 같이 압력을 받아서 하강하게 된다.

상기 피스톤(1)에 작용하는 압력은 상기 듀얼 편심링크(5a, 5b)와 상기 스윙링크(6a, 6b)에 각각 전달되어 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)를 화살표로 도시한 바와 같이 좌우측 방향(크랭크 축 방향)으로 밀어내게 된다.

상기 피스톤(1)과 함께 상기 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)가 하강할 때에, 상기 반경 방향으로 확장된 가이드부(4bc)의 내측면(4bd)에 상기 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)가 접촉하여 그 하강 운동이 가이드 되므로, 상기 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)가 축 방향으로 벌어지지 않고, 하강 궤도를 이탈하지 않으면서 안정된 하강 궤도를 따라 하강하게 된다.

상기 피스톤(1)의 하강 운동이 계속 진행되면, 상기 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)는 상기 밸런싱부(4bb)의 내측면(4be)에 접촉한 상태로 내측면(4be)의 가이드를 받으면서 내측면(4be)을 따라 하강하게 되어, 상기 편심링크(5a, 5b)와 스윙링크(6a, 6b)의 하강 운동이 하강 궤도를 따라 안정되게 이루어진다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 피스톤 2: 커넥팅 로드
3 피스톤 핀 4: 크랭크 샤프트
5a, 5b: 편심링크 6a, 6b: 스윙링크
7: 컨트롤 샤프트

Claims (8)

1. 연소실을 형성하는 피스톤;
   상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드;
   상기 피스톤에 편심되게 연결된 편심링크;
   상기 편심링크를 회전시키기 위해 상기 편심링크에 연결된 스윙링크;
   상기 커넥팅 로드가 연결되는 크랭크 핀; 및
   상기 크랭크 핀의 양측에 배치되고, 상기 편심링크와 상기 스윙링크의 운동을 가이드 하는 가이드부를 구비한 크랭크 웹을 포함하고;
   상기 편심링크와 상기 스윙링크는 각각 듀얼 링크 타입인 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부는 상기 크랭크 핀의 외경보다 반경 방향 외측으로 확장되게 형성된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부는 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 가이드부는 상기 스윙링크의 하강 운동을 가이드 하는 내측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 내측면은 표면 조도가 우수한 매끄러운 평탄면으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크 웹은 상기 가이드부의 반대쪽에 가이드부와 일체로 형성된 밸런싱부를 포함하고;
   상기 밸런싱부의 내측면은 상기 편심링크와 상기 스윙링크의 하강 운동을 가이드 하도록 표면 조도가 우수한 매끄러운 평탄면으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 스윙링크에는 회전 동력을 전달하는 컨트롤 샤프트가 장착된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.

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