KR101711291B1

KR101711291B1 - Variable geometry piston

Info

Publication number: KR101711291B1
Application number: KR1020150106793A
Authority: KR
Inventors: 도형수
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-28
Also published as: KR20170013724A

Abstract

본 발명은 피스톤(40) 내에 장착되며, 회전에 의해 상하가 뒤집어져 상기 피스톤(40)의 상면 형상을 선택적으로 변화시킴으로써 연소실(10)의 체적을 증감시키는 플레이트(110)와 플레이트(110)에 회전력을 부여하는 회전수단(120)을 포함하는 가변 형상 피스톤에 관한 것으로, 연소실의 체적을 증감시킴으로써 가변 압축비를 구현할 있는 이점이 있다.The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine that includes a plate 110 mounted in a piston 40 and vertically inverted by rotation to selectively change a shape of an upper surface of the piston 40 to thereby increase or decrease the volume of the combustion chamber 10, The present invention relates to a variable shape piston including a rotating means (120) for applying a rotational force, and has an advantage of realizing a variable compression ratio by increasing or decreasing the volume of a combustion chamber.

Description

[0002] VARIABLE GEOMETRY PISTON [0003]

본 발명은 가변 형상 피스톤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 연소실의 다양한 압축비 실현을 위한 가변 형상 피스톤에 관한 것이다.The present invention relates to a variable shape piston, and more particularly, to a variable shape piston for realizing various compression ratios of an engine combustion chamber.

차량의 엔진은 피스톤의 상하 왕복운동을 커넥팅 로드에 연결된 크랭크 축으로 회전시켜 그 회전력으로 플라이 휠을 돌리고 구동전달장치를 통하여 바퀴에 전달한다.The engine of the vehicle rotates the vertical reciprocating motion of the piston by a crankshaft connected to the connecting rod, rotates the flywheel by its rotational force, and transmits it to the wheels through a drive transmission device.

엔진의 작동은 흡입 - 압축 - 폭발 - 배기의 순서로 되며, 이 순서는 연소실의 실린더 내 피스톤의 상하 운동으로 이루어진다. 즉, 연소실에서 압축된 혼합기가 폭발할 때 발생하는 힘이 실린더 내 피스톤을 밀어주고 커넥팅 로드를 통하여 전달된 힘은 크랭크축을 회전시킨다. The operation of the engine is in the order of suction-compression-explosion-exhaust, and this sequence consists of up-and-down movement of the piston in the cylinder of the combustion chamber. That is, the force generated when the compressed mixture in the combustion chamber explodes pushes the piston in the cylinder, and the force transmitted through the connecting rod rotates the crankshaft.

엔진 성능의 포인트는 높은 출력이다. 엔진의 출력을 높이기 위한 방법으로 압축비를 높일 수 있다. 압축비를 높이면 점화 직전의 연소실 온도와 압력이 높아져 연소가 빠르게 진행되고 엔진 출력이 높아진다. 그러나 높은 부하에서는 노킹 발생 및 연료 효율성에 영향을 미치므로 압축비를 낮출 것이 요구된다.The point of engine performance is high output. The compression ratio can be increased by increasing the output of the engine. When the compression ratio is increased, the temperature and pressure of the combustion chamber immediately before ignition increase, combustion proceeds rapidly, and the engine output increases. However, at high loads it is necessary to lower the compression ratio because it affects knocking and fuel efficiency.

따라서, 낮은 부하에서는 높은 압축비를 사용하여 높은 효율을 얻고, 부하가 증가하면 압축비를 저하시켜 노킹 방지와 내부 열전달을 원활하게 하도록 하는 것이 요구된다. Therefore, it is required to obtain a high efficiency by using a high compression ratio at a low load and to reduce the compression ratio when the load is increased to smooth knock prevention and internal heat transfer.

그런데 종래의 엔진은 설계 단계에서 고정 압축비를 적용하므로 다양한 운전 상황에 따라 압축비를 적절히 가변시킬 수 없는 문제점이 있다. However, the conventional engine has a problem that the compression ratio can not be appropriately varied according to various driving situations since the fixed compression ratio is applied in the designing stage.

이를 해결하기 위하여 가변 압축비를 적용하는 엔진들이 개발되고 있다.To solve this problem, there have been developed engines employing a variable compression ratio.

본 발명과 관련된 선행기술은 한국공개특허 제2010-0041074호(디젤엔진의 압축비 가변장치, 공개일자:2010년 04월22일)가 있다.Prior art related to the present invention is Korean Patent Publication No. 2010-0041074 (variable compression ratio device of diesel engine, public date: Apr. 22, 2010).

본 발명의 목적은 자이로스코프를 이용한 가변 형상 피스톤을 피스톤에 장착하여 연소실로 노출되는 피스톤의 상면 형상을 변화시킴으로써 연소실의 체적을 증감시켜 압축비를 가변시키는 가변 형상 피스톤을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a variable shape piston in which a variable shape piston using a gyroscope is mounted on a piston to vary the shape of the top surface of the piston exposed to the combustion chamber, thereby increasing or decreasing the volume of the combustion chamber.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 피스톤의 상면에 형성한 삽입홀을 통해 상기 피스톤에 장착되며, 회전에 의해 상하가 뒤집어져 상기 피스톤의 상면 형상을 변화시키고 엔진 연소실의 압축비를 가변시키는 플레이트와 상기 플레이트에 회전력을 부여하는 회전수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a method of manufacturing a piston, which is mounted on the piston through an insertion hole formed on an upper surface of the piston, A plate for varying a compression ratio of the engine combustion chamber, and a rotating means for applying a rotational force to the plate.

상기 플레이트는 상면과 하면의 형상이 다른 것을 특징으로 한다.The plate is characterized in that the upper surface and the lower surface have different shapes.

상기 회전수단은 상기 플레이트의 양측에 구비되며 상기 피스톤에 상하이동 가능하게 설치되고 상기 플레이트를 회전시키는 제1축과, 상기 플레이트에 포함되며 상기 제1축의 상하이동으로 상기 제1축을 회전하려는 토크를 발생시키는 자이로스코프 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.The rotation means includes a first shaft provided on both sides of the plate and movable up and down on the piston, for rotating the plate, and a second shaft, which is included in the plate and moves up and down the first shaft, And a gyroscope unit for generating the gyroscope unit.

상기 자이로스코프 유닛은 상기 제1축과 연결되는 회전대와 상기 회전대에 중심을 지나도록 설치되는 제2축과 상기 제2축을 중심으로 회전하는 스핀휠과 상기 스핀휠에 회전력을 가하는 스핀모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the gyroscope unit includes a rotation axis connected to the first axis, a second axis disposed so as to pass through the center of the rotation axis, a spin wheel rotating about the second axis, and a spin motor for applying a rotational force to the spin wheel .

상기 자이로스코프 유닛은, 상기 제2축이 상기 플레이트의 높이방향 중심에 대하여 소정각도 기울어지고, 상기 스핀휠이 상기 제2축에 편심지게 설치된 것을 특징으로 한다.The gyroscope unit is characterized in that the second axis is inclined at a predetermined angle with respect to the center in the height direction of the plate, and the spin wheel is arranged to be eccentric to the second axis.

상기 자이로스코프 유닛은 상기 제2축을 중심으로 회전하는 스핀훨과 피스톤의 왕복운동에 의하여 편심지게 위치한 스핀휠의 관성으로 제1축과 수직하는 방향으로 형성되는 가상의 제3축을 중심으로 제1축과 연결되는 회전대를 따라 회전하여 발생하는 회전 모멘트에 의해 상기 제1축을 회전시키는 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The gyroscope unit includes a spindle that rotates about the second axis and an inertia of the spin wheel that is positioned eccentrically by the reciprocating motion of the piston. The gyroscope unit includes a virtual axis, which is formed in a direction perpendicular to the first axis, And a torque that rotates the first shaft is generated by a rotation moment generated by the rotation of the rotation shaft connected to the first shaft.

상기 플레이트가 회전된 상태에서 상기 플레이트가 임의로 회전하는 것을 방지하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.And fixing means for preventing the plate from rotating arbitrarily in a state in which the plate is rotated.

상기 고정수단은 상기 피스톤에서 상기 제1축이 상하이동 가능한 이동공간에 설치되고, 상기 제1축을 상부로 밀어올리는 탄성력을 제공하여 상기 삽입홀에 대응되는 상기 플레이트의 외경이 상기 삽입홀에 배치되게 하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the fixing means is provided in a moving space in which the first shaft is movable up and down in the piston and provides an elastic force to push up the first shaft upward so that an outer diameter of the plate corresponding to the insertion hole is arranged in the insertion hole And an elastic member for supporting the elastic member.

본 발명은 피스톤에 회전에 의해 상하가 뒤집어져 연소실 쪽으로 노출되는 피스톤의 상면 형상을 선택적으로 변화시킬 수 있는 가변 형상 피스톤을 장착함으로써 가변 압축비를 구현할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of realizing a variable compression ratio by mounting a variable shape piston which is vertically inverted by rotation of the piston to selectively change the top surface shape of the piston exposed toward the combustion chamber.

또한, 본 발명은 자이로스코프 유닛의 적용으로 가변 형상 피스톤의 회전이 별도의 모터 제어 없이도 수행 가능하므로 제어가 용이한 효과가 있다. In addition, since the gyroscope unit of the present invention is capable of rotating the variable shape piston without any additional motor control, it is easy to control.

또한, 본 발명은 피스톤 내에 다수 개를 장착함으로써 여러 조합의 압축비를 구현하는 것이 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that it is possible to implement compression ratios of various combinations by mounting a plurality of pistons in the piston.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤이 적용된 연소실을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤이 적용된 피스톤의 상면을 보인 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤이 적용된 피스톤의 내부를 보인 도면.
도 5는 도 2의 A-A' 단면을 보인 도면.
도 6는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤의 작동 상태를 보인 도면.1 is a view showing a combustion chamber to which a variable shape piston according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
2 is a top view of a piston to which a variable shape piston is applied according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a view showing a variable shape piston according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a view showing the interior of a piston to which a variable shape piston is applied according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG. 2. FIG.
6 is a view showing an operating state of a variable shape piston according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 가변 형상 피스톤은, 차량의 엔진 연소실의 피스톤에 적용되어 다양한 압축비를 실현할 수 있다. The variable shape piston of the present invention can be applied to a piston of an engine combustion chamber of a vehicle to realize various compression ratios.

도 1에 도시된 바와 같이, 연소실(10)은 연료의 흡기와 배기를 위한 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)가 구비되며, 흡기된 연료를 압축시키기 위한 피스톤(40)과, 압축된 연료를 폭발시켜 주기 위한 점화 플러그(60)를 포함한다. 1, the combustion chamber 10 is provided with an intake valve 20 and an exhaust valve 30 for intake and exhaust of fuel, and includes a piston 40 for compressing the intake fuel, And an ignition plug 60 for detonating the fuel.

연소실(10)은 연료의 폭발과 함께 그 힘으로 피스톤(40)을 아래로 밀며 왕복운동을 발생시킨다. 피스톤(40)의 왕복운동 에너지는 커넥팅 로드(70)를 통하여 크랭크 축(80)에 전달된다.The combustion chamber 10, together with the explosion of the fuel, pushes the piston 40 down with that force and generates a reciprocating motion. The reciprocating kinetic energy of the piston 40 is transmitted to the crankshaft 80 via the connecting rod 70.

피스톤(40)에 피스톤(40)의 상면 형상을 가변시키는 가변 형상 피스톤(100)이 구비된다. The piston (40) is provided with a variable shape piston (100) which varies the top surface shape of the piston (40).

도 2에 도시된 바와 같이, 가변 형상 피스톤(100)은 연소실 쪽으로 노출되는 피스톤(40)의 상면 형상을 평평한 형상 또는 일부가 연소실 쪽으로 돌출된 형상으로 가변시켜 도 1에 도시된 연소실의 체적(A)을 증감시킴으로써 압축비를 가변시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, the variable shape piston 100 varies the shape of the upper surface of the piston 40 exposed to the combustion chamber to a flat shape or a shape protruding partly toward the combustion chamber, so that the volume A of the combustion chamber shown in FIG. 1 ), The compression ratio can be varied.

압축비는 실린더 흡입 공기량(실린더 체적)을 연소실 체적으로 나누어 산출할 수 있으며, 압축비를 크게 하면 열효율이 좋아져 엔진 출력을 높일 수 있다. The compression ratio can be calculated by dividing the cylinder intake air amount (cylinder volume) by the combustion chamber volume. If the compression ratio is increased, the thermal efficiency is improved and the engine output can be increased.

가변 형상 피스톤(100)은 피스톤(40)의 상부에서 회전에 의해 상하가 뒤집어져 연소실(10) 쪽으로 노출되는 피스톤(40)의 상면 형상을 가변시킬 수 있다.The variable shape piston 100 may be turned upside down by rotation at the top of the piston 40 to vary the top surface shape of the piston 40 exposed to the combustion chamber 10 side.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 형상 피스톤(100)은 플레이트(110), 회전수단(120)을 포함할 수 있다.3 and 4, the variable shape piston 100 may include a plate 110, a rotating means 120,

플레이트(110)는 피스톤(40)의 상면에 형성한 삽입홀(41)을 통해 피스톤(40) 내에 장착될 수 있다. 플레이트(110)는 삽입홀(41) 내에서 후술할 제1축(121)을 기준으로 회전 가능하다. The plate 110 may be mounted in the piston 40 through an insertion hole 41 formed in the upper surface of the piston 40. The plate 110 is rotatable in the insertion hole 41 with reference to a first axis 121 to be described later.

도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)의 내부는 플레이트(110)가 회전운동 할 수 있는 만큼의 여유공간을 형성한다.As shown in FIG. 5, the interior of the piston 40 forms a clearance as much as the plate 110 can rotate.

플레이트(110)는 원통 또는 원판 형상으로 형성될 수 있다.The plate 110 may be formed in a cylindrical or disc shape.

플레이트(110)는 상면(111)과 하면(117)의 형상이 다르다. 플레이트(110)의 상면(111)은 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)에 대응되는 외경으로 형성된 제1면(113)과 제1면(113)에서 더 돌출되고 제1면(113)의 외경에 비해 작은 외경을 가지는 제2면(115)을 포함할 수 있다. 플레이트(110)의 하면(117)은 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)에 대응되는 외경으로 형성될 수 있다.The shape of the upper surface 111 and the lower surface 117 of the plate 110 is different. The upper surface 111 of the plate 110 is further protruded from the first surface 113 and the first surface 113 formed with an outer diameter corresponding to the insertion hole 41 contacting the upper surface of the piston 40, 113 having a smaller outer diameter than the outer diameter of the second surface 115. The lower surface 117 of the plate 110 may have an outer diameter corresponding to the insertion hole 41 in contact with the upper surface of the piston 40.

플레이트(110)는 회전에 의해 제1면(113)과 하면(117)을 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)에 선택적으로 배치함으로써 피스톤(40)의 상면 형상을 가변시킬 수 있다.The upper surface of the piston 40 can be varied by selectively placing the first surface 113 and the lower surface 117 of the plate 110 in the insertion hole 41 in contact with the upper surface of the piston 40 .

플레이트(110)의 제1면(113)이 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)에 배치되면 제1면(113)은 피스톤(40)의 상면과 동일한 평면을 형성하고, 제1면(113)으로부터 더 돌출 형성된 제2면(115)에 의해 피스톤(40)의 상면 일부가 연소실(10) 쪽으로 돌출된 형상이 될 수 있다. When the first surface 113 of the plate 110 is disposed in the insertion hole 41 in contact with the upper surface of the piston 40, the first surface 113 forms the same plane as the upper surface of the piston 40, A part of the top surface of the piston 40 may protrude toward the combustion chamber 10 by the second surface 115 protruding further from the surface 113.

플레이트(110)의 하면(117)이 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)에 배치되면 플레이트(110)의 하면(117)은 피스톤(40)의 상면과 동일한 평면을 형성하고, 피스톤(40)의 상면 형상은 평평한 형상이 될 수 있다.When the lower surface 117 of the plate 110 is disposed in the insertion hole 41 in contact with the upper surface of the piston 40, the lower surface 117 of the plate 110 forms the same plane as the upper surface of the piston 40, The top surface shape of the base 40 may be a flat shape.

피스톤(40)의 상면 형상의 가변은 연소실(10)의 체적을 증감시켜 가변 압축비를 구현할 수 있다.The variable shape of the top surface of the piston 40 can increase or decrease the volume of the combustion chamber 10 and realize a variable compression ratio.

플레이트(110)의 제1면(113) 및 플레이트(110)의 하면(117)의 외경은 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)과 플레이트(110) 사이를 밀봉하기 위해 동일한 크기로 형성될 수 있다. 피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)과 플레이트(110) 사이가 밀봉되어야 피스톤(40)이 실린더(50) 내에서 압이 생성되어 폭발이 일어나고 그 폭발이 피스톤(40)을 밀어줄 수 있다. The outer diameter of the lower surface 117 of the plate 110 and the first surface 113 of the plate 110 are the same as the outer diameter of the lower surface 117 of the plate 110 in order to seal between the insertion hole 41 and the plate 110, . The piston 40 must be sealed between the insertion hole 41 and the plate 110 which are in contact with the upper surface of the piston 40 so that the piston 40 is pressurized in the cylinder 50 so that the explosion occurs and the explosion pushes the piston 40 .

피스톤(40)의 상면과 접한 삽입홀(41)과 플레이트(110) 사이를 밀봉하기 위한 실링부재(119)가 더 구비될 수 있다. 실링부재(119)는 삽입홀(41) 내경에 배치되어 삽입홀(41)과 플레이트(110) 사이를 밀봉할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 실링부재는 삽입홀(41)과 대응되는 위치에 배치되는 플레이트(110)의 외경에 구비될 수도 있다. A sealing member 119 for sealing between the insertion hole 41 and the plate 110 which is in contact with the upper surface of the piston 40 may be further provided. The sealing member 119 can be disposed in the inner diameter of the insertion hole 41 to seal the space between the insertion hole 41 and the plate 110. [ Although not shown, the sealing member may be provided at an outer diameter of the plate 110 disposed at a position corresponding to the insertion hole 41. [

회전수단(120)은 플레이트(110)에 회전력을 부여하기 위한 것이다. The rotating means 120 is for imparting rotational force to the plate 110.

회전수단(120)은 플레이트(110)를 회전시키는 제1축(121)과, 제1축(121)을 회전하려는 토크를 발생시키는 자이로스코프 유닛(122)을 포함한다. The rotating means 120 includes a first axis 121 for rotating the plate 110 and a gyroscope unit 122 for generating a torque to rotate the first axis 121.

제1축(121)은 플레이트(110)의 양측에 구비되며 피스톤(40)에 상하이동 가능하게 설치된다. The first shaft 121 is installed on both sides of the plate 110 and is vertically movable on the piston 40.

제1축(121)은 피스톤(40) 내에 높이방향으로 형성한 이동공간(43)에 설치되어 상하이동 가능할 수 있다. 제1축(121)의 하부에는 제1축(121)을 상부로 밀어올리는 탄성력을 제공하는 탄성부재(45)가 구비되고, 이동공간(43)의 일측은 개구되어 제1축(121)을 하부로 이동시키기 위한 유압이 제공될 수 있다. The first shaft 121 may be installed in the movement space 43 formed in the piston 40 in the height direction and movable up and down. The first shaft 121 is provided at its lower portion with an elastic member 45 for providing an elastic force to push up the first shaft 121 upwardly and one side of the moving space 43 is opened to connect the first shaft 121 And the hydraulic pressure for moving the lower part of the motorcycle can be provided.

이동공간(43)으로 유입되는 유압은 제1축(121)을 하부로 이동시키는 역할만 수행하고, 피스톤(40) 하부로 유입되지 않도록 별도의 실링부재 등을 이용하여 밀봉할 수 있다. 탄성부재(45)는 스프링이 해당될 수 있다.The hydraulic pressure introduced into the moving space 43 serves to move the first shaft 121 downward and may be sealed using a separate sealing member or the like so as not to be introduced into the lower portion of the piston 40. The elastic member 45 may be a spring.

도 4에서 이동공간(43)으로 유압을 공급하기 위한 라인(47)을 피스톤(40)에 설치하였다. 이 라인(47)은 피스톤(40)에서 커넥팅 로드(70)의 축이 설치되는 구멍 즉, 장착홈(42)을 통해 연결 설치할 수 있다. In Fig. 4, a line 47 for supplying the hydraulic pressure to the moving space 43 is provided in the piston 40. In Fig. The line 47 can be connected to the piston 40 through a hole for mounting the shaft of the connecting rod 70, that is, through the mounting groove 42.

예를 들어, 이동공간(43)으로 공급되는 유압은 도 1에 도시된 크랭크축(80)과 커넥팅 로드(70), 커넥팅 로드(70)의 축을 순차적으로 통과하는 라인(47)을 구성해서 공급할 수 있다. 그러나 유압이 공급되는 라인(47)이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 예로 제시한 것이다.For example, the hydraulic pressure supplied to the moving space 43 constitutes a line 47 that sequentially passes through the axes of the crankshaft 80, the connecting rod 70, and the connecting rod 70 shown in Fig. 1 . However, the line 47 to which the hydraulic pressure is supplied is not necessarily limited to this, but is provided as an example.

제1축(121)은 유압이 제공되지 않을 때는 탄성부재(45)에 의해 상부로 밀어올려져 회전이 방지되고, 유압이 제공되면 이동공간(43)을 따라 하부로 이동되고 회전 가능한 상태가 될 수 있다. When the hydraulic pressure is not supplied, the first shaft 121 is pushed upward by the elastic member 45 to prevent its rotation. When the hydraulic pressure is supplied, the first shaft 121 is moved downward along the movement space 43 and is in a rotatable state .

자이로스코프 유닛(122)은 플레이트(110) 내에 설치되어 제1축(121)을 회전하려는 토크를 발생시킨다.The gyroscope unit 122 is installed in the plate 110 to generate a torque to rotate the first shaft 121.

자이로스코프 유닛(122)은 제1축(121)과 연결되는 링형상 또는 구형상의 회전대(123)와, 회전대(123)에 중심을 지나도록 설치되는 제2축(124)과, 제2축(124)을 중심으로 회전하는 스핀휠(125)과 스핀휠(125)에 회전력을 가하는 스핀모터(126)를 포함할 수 있다.The gyroscope unit 122 includes a ring-shaped or spherical swivel 123 connected to the first shaft 121, a second shaft 124 installed so as to pass through the center of the swivel 123, And a spin motor 126 for applying a rotational force to the spin wheel 125. The spin wheel 125 rotates about the center of the spin wheel 125,

자이로스코프 유닛(122)은 스핀모터(126)가 1개만 구비되는 형태이다.The gyroscope unit 122 is provided with only one spin motor 126.

원판형의 스핀휠(125)이 제2축(124)을 갖고 있고, 제2축(124)은 스핀모터(126)에 직접 연결될 수 있다. 제2축(124)은 제1축(121)과 수직하는 방향으로 형성되는 가상의 제3축(127)을 중심으로 자유롭게 회전이 가능하도록 회전대(123)에 지지된다. The disk-shaped spin wheel 125 has a second axis 124 and the second axis 124 can be directly connected to the spin motor 126. The second shaft 124 is supported on the rotation table 123 so as to be freely rotatable about a virtual third axis 127 formed in a direction perpendicular to the first axis 121.

자이로스코프 유닛(122)은 각운동량 보존법칙에 근거하여 고속 회전하는 스핀휠(125)의 관성을 이용한 기기로서, 스핀모터(126)에 의해 스핀휠(125)이 회전하게 된다.The gyroscope unit 122 is a device using the inertia of the spin wheel 125 rotating at a high speed based on the angular momentum conservation law. The spin wheel 125 is rotated by the spin motor 126.

자이로스코프 유닛(122)은 제1축(121)이 상하로 이동하는 힘에 의해 발생되는 제1축(121)과 수직하는 방향으로 형성되는 가상의 제3축(127)을 중심으로 회전하는 회전 모멘트와 제2축(124)을 중심으로 회전하는 스핀휠(125)의 회전에 의해 제1축(121)을 회전하려는 토크를 발생시킨다.The gyroscope unit 122 rotates about a virtual third axis 127 formed in a direction perpendicular to the first axis 121 generated by the force of the first shaft 121 moving up and down And generates a torque to rotate the first shaft 121 by the moment and the rotation of the spin wheel 125 rotating about the second axis 124. [

제1축(121)이 상하로 이동하는 힘은 피스톤(40)의 왕복운동에 의해 발생되는 힘이다.The force that the first shaft 121 moves upward and downward is a force generated by the reciprocating motion of the piston 40.

이를 위해, 자이로스코프 유닛(122)은 스핀휠(125)이 제2축(124)에 편심지게 설치된다. 제1축(121)의 상하이동에 스핀휠(125)의 편심 힘이 가해지면 스핀휠(125)의 관성에 의해 가상의 제3축(127)으로 회전을 시작하게 되고 자이로스코프의 원리에 의해 제1축(121)을 회전하려는 토크가 발생한다.For this purpose, the gyroscope unit 122 is provided with a spin wheel 125 eccentrically disposed on the second axis 124. When the eccentric force of the spin wheel 125 is applied to the up-and-down movement of the first shaft 121, the inertia of the spin wheel 125 starts rotation on the imaginary third axis 127. By the principle of the gyroscope A torque to rotate the first shaft 121 is generated.

아래의 식과 같이, 스핀휠 각속도에 회전모멘텀이 가해져 제1축을 회전하는 회전 힘이 생성된다. 스핀휠 각속도는 수직 성분만 고려되어야 한다.Rotational momentum is applied to the spin wheel angular velocity as shown in the following equation, and a rotational force is generated that rotates the first axis. Only the vertical component of the spin wheel angular velocity should be considered.

[여기서, θ는 제2축과 지면에 수직한 방향이 이루는 각도이다.][Where θ is the angle between the second axis and the direction perpendicular to the plane of the paper.]

가변 형상 피스톤(100)은 고정수단을 더 포함할 수 있다.The variable shape piston 100 may further include fixing means.

고정수단은 플레이트(110)가 회전된 상태에서 플레이트(110)가 임의로 회전하는 것을 방지하기 위한 것이다. 고정수단은 플레이트(110)가 회전되어 상하 뒤집기가 완료된 상태에서 더 이상 제1축(121)이 회전하지 않도록 한다. The fixing means is for preventing the plate 110 from rotating arbitrarily in a state in which the plate 110 is rotated. The fixing means prevents the first shaft 121 from rotating in a state where the plate 110 is rotated and the up-down flip is completed.

고정수단은 피스톤(40)에서 제1축(121)이 상하이동 가능한 이동공간(43)에 설치되고, 제1축(121)을 상부로 밀어올리는 탄성력을 제공하는 탄성부재(45)일 수 있다.The fixing means may be an elastic member 45 provided in the movement space 43 in which the first shaft 121 can move up and down in the piston 40 and provide an elastic force to push up the first shaft 121 upward .

탄성부재(45)는 제1축(121)을 상부로 밀어올리는 탄성력을 제공하여 삽입홀(41)에 대응되는 플레이트(110)의 외경이 삽입홀(41)에 배치되게 함으로써 삽입홀(41)과 플레이트(110) 사이의 밀봉을 유지하고, 플레이트(110)의 임의 회전을 방지할 수 있다.The elastic member 45 provides an elastic force to push up the first shaft 121 upward so that the outer diameter of the plate 110 corresponding to the insertion hole 41 is disposed in the insertion hole 41, And to prevent any rotation of the plate 110. In this way,

이동공간(43)에는 탄성수단(45)에 의해 상부로 밀어올려진 제1축(121)의 상부이동을 제한하는 걸림단(129)이 형성될 수 있다. 걸림단(129)은 제1축(121)을 설정범위까지만 상부이동시킬 수 있다.The moving space 43 may be provided with a latching end 129 for restricting the upward movement of the first shaft 121 pushed upward by the elastic means 45. [ The engaging end 129 can move the first shaft 121 upward to the set range.

도시하지는 않았지만 다른 실시예로, 고정수단은 이동공간(43)에 구비되며 록킹공이 형성된 록킹부와, 제1축(121)에 구비되며 록킹공에 선택적으로 삽입되는 록킹핀을 더 포함할 수 있다. Although not shown, in another embodiment, the fixing means may further include a locking portion provided in the moving space 43 and having a locking hole formed therein, and a lock king pin provided on the first shaft 121 and selectively inserted into the locking hole .

록킹핀은 스프링 등에 의해 밀어올려져 제1축(121)의 외주면으로부터 돌출되어 록킹공에 삽입될 수 있으며, 유압 제공시 제1축(121)의 내부로 삽입되면서 록킹공으로부터 분리될 수 있다. The lock pin may be pushed up by a spring or the like and protrude from the outer circumferential surface of the first shaft 121 to be inserted into the locking hole and may be detached from the locking hole while being inserted into the first shaft 121 when the hydraulic pressure is supplied.

제1축(121)은 유압이 제공되지 않을 때 탄성부재(45)에 의해 상부로 밀어올려지고, 제1축(121)에 구비된 록킹핀이 제1축(121)으로부터 돌출되어 록킹공에 삽입된 상태가 유지되며 회전이 방지될 수 있다.The first shaft 121 is pushed up by the elastic member 45 when the hydraulic pressure is not supplied and the lock pin provided on the first shaft 121 protrudes from the first shaft 121, The inserted state is maintained and rotation can be prevented.

제1축(121)은 유압이 제공되면 유압이 록킹핀을 누르면서 제1축(121)을 눌러 이동공간(43)을 따라 하부로 이동되고 회전 가능한 상태가 될 수 있다. When the hydraulic pressure is applied to the first shaft 121, the hydraulic pressure can be moved downward along the moving space 43 by pushing the first shaft 121 while pressing the lock pin.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

도 6에는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가변 형상 피스톤의 작동 상태가 도시되어 있다. 6 shows an operating state of a variable shape piston according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6의 (a)에 도시된 바에 의하면, 가변 형상 피스톤(100)은 피스톤(40)의 삽입홀(41)에 배치된 상태에서 플레이트(110)의 제1면(113)이 피스톤(40)의 상면과 동일한 평면을 이루고 제2면(115)은 제1면(113)에 비해 더 돌출되어 있다. 6A, the variable shape piston 100 is disposed in the insertion hole 41 of the piston 40 so that the first surface 113 of the plate 110 is engaged with the piston 40, And the second surface 115 is more protruded than the first surface 113.

플레이트(110)는 탄성부재(45)가 제1축(121)을 밀어올리는 힘에 의해서 제1면(113)과 피스톤(40)의 상면이 동일한 평면을 이루도록 밀착된 상태가 유지되고, 피스톤(40) 상부와 플레이트(110)의 밀봉이 유지된다. The plate 110 is maintained in a state in which the first surface 113 and the upper surface of the piston 40 are flush with each other by the force of the elastic member 45 pushing up the first shaft 121, 40 and the sealing of the plate 110 is maintained.

이 상태에서, 플레이트(110)는 제1면(113)의 외경이 삽입홀(41)에 밀착된 상태가 유지되므로 임의 회전이 방지된다.In this state, since the outer diameter of the first surface 113 of the plate 110 is kept in close contact with the insertion hole 41, any rotation is prevented.

이 상태에서 플레이트(110)의 회전이 필요하면, 이동공간(43)으로 유압을 제공하여 제1축(121)을 하부로 이동시킨다. In this state, if the plate 110 needs to be rotated, the first shaft 121 is moved down by providing the hydraulic pressure to the moving space 43.

이동공간(43)으로 유압이 제공되면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 유압이 제1축(121)을 눌러 제1축(121)이 하부로 이동된다.When the hydraulic pressure is supplied to the moving space 43, as shown in FIG. 6 (b), the hydraulic pressure pushes the first shaft 121 to move the first shaft 121 downward.

유압 제공에 따른 제1축(121)의 하부이동은 플레이트(110)의 외경이 삽입홀(41)에 밀착된 상태를 해제시켜 회전 가능한 상태가 되게 한다.The downward movement of the first shaft 121 due to the provision of the hydraulic pressure releases the state in which the outer diameter of the plate 110 is in close contact with the insertion hole 41,

도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1축(121)의 하부 이동은 자이로스코프 유닛(122)의 스핀휠(125)을 제1축(121)과 수직하는 방향으로 형성되는 가상의 제3축(127)을 중심으로 회전하게 하면서 제1축(121)을 회전하려는 토크를 발생시키고 플레이트(110)를 뒤집게 된다.6 (c), the downward movement of the first shaft 121 causes the spin wheel 125 of the gyroscope unit 122 to move in a direction perpendicular to the first axis 121 Generating a torque to rotate the first shaft 121 while pivoting the third shaft 127 and catching the plate 110.

제1축(121)과 연결된 자이로스코프 유닛(122)은 스핀휠(125)이 제2축(124)에 편심지게 장착되어 회전하고 있는 상태이므로, 피스톤(40)의 왕복운동에 의하여 제1축(121)과 수직하는 방향으로 형성되는 가상의 제3축(127)을 중심으로 회전 모멘트를 발생시켜 제1축(121)을 회전시킨다.Since the gyroscope unit 122 connected to the first shaft 121 is in a state in which the spin wheel 125 is eccentrically mounted on the second shaft 124 and is rotating, A rotation moment is generated about a virtual third axis 127 formed in a direction perpendicular to the first axis 121 to rotate the first axis 121.

플레이트(110)의 뒤집기가 완료된 후에는 더 이상 제1축(121)이 회전하지 않도록 유압 제공을 중지한다. After the flip of the plate 110 is completed, the supply of the hydraulic pressure is stopped so that the first shaft 121 is no longer rotated.

유압 제공을 중지하면, 제1축(121)이 탄성부재(45)에 의해 상부로 밀어올려지면서 플레이트(110)의 외경 일부가 삽입홀(41)에 배치되어 플레이트(110)의 회전이 방지된다.The first shaft 121 is pushed upward by the elastic member 45 and a part of the outer diameter of the plate 110 is disposed in the insertion hole 41 to prevent the rotation of the plate 110 .

도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 이 상태에서, 가변 형상 피스톤(100)은 플레이트(110)의 하면(117)이 피스톤(40)의 삽입홀(41)에 배치되어 피스톤(40)의 상면과 동일한 평면을 형성하게 된다. 그에 따라 피스톤(40)의 상면은 평평한 형상이 되고, 플레이트(110)와 피스톤(40) 상부 사이의 밀봉은 유지될 수 있다.6 (d), in this state, the variable shape piston 100 is positioned such that the lower surface 117 of the plate 110 is disposed in the insertion hole 41 of the piston 40, As shown in FIG. Whereby the upper surface of the piston 40 becomes flat and the seal between the plate 110 and the upper portion of the piston 40 can be maintained.

상술한 가변 형상 피스톤(100)은 자이로스코프 유닛(122)의 적용으로 별도의 모터를 구비하지 않고도 가변 압축비를 용이하게 구현할 수 있다.The variable-shape piston 100 described above can easily implement a variable compression ratio without using a separate motor by the application of the gyroscope unit 122. [

또한, 상술한 가변 형상 피스톤(100)은 피스톤(40)에 다수 개가 장착되어 여러 조합의 가변 압축비를 구현할 수 있다. In addition, a plurality of the variable-shape pistons 100 may be mounted on the pistons 40 to achieve various combinations of variable compression ratios.

예를 들어, 피스톤에 가변 형상 피스톤을 1개 장착하는 경우 2가지의 가변 압축비를 실현할 수 있고, 2개 장착하는 경우 4가지, 3개 장착하는 경우 8가지의 가변 압축비를 실현할 수 있다.For example, two variable compression ratios can be realized when one variable-shape piston is mounted on the piston, and four variable compression ratios can be realized when two variable compression ratios are mounted.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but may be defined by the scope of the claims, and those skilled in the art may make various modifications and alterations within the scope of the claims It is self-evident.

10: 연소실 20: 흡기밸브
30: 배기밸브 40: 피스톤
41: 삽입홀 43: 이동공간
50: 실린더 60: 점화 플러그
70: 커넥팅 로드 80: 크랭크 축
100: 가변 형상 피스톤 110: 플레이트
111: 상면 113: 제1면
115: 제2면 117: 하면
119: 실링부재 120: 회전수단
121: 제1축 122: 자이로스코프 유닛
123: 회전대 124: 제2축
125: 스핀휠 126: 스핀모터
127: 제3축 129: 걸림단10: combustion chamber 20: intake valve
30: exhaust valve 40: piston
41: insertion hole 43: moving space
50: cylinder 60: spark plug
70: connecting rod 80: crankshaft
100: variable shape piston 110: plate
111: upper surface 113: first surface
115: second side 117:
119: sealing member 120: rotating means
121: first axis 122: gyroscope unit
123: Swivel base 124: Second axis
125: spin wheel 126: spin motor
127: third axis 129:

Claims

A plate mounted on the piston through an insertion hole formed in an upper surface of the piston and vertically inverted by rotation to change a top surface shape of the piston and vary a compression ratio of the engine combustion chamber; And
And rotation means for applying a rotational force to the plate,
The rotating means
A first shaft provided on both sides of the plate and vertically movable on the piston and rotating the plate,
And a gyroscope unit which is included in the plate and generates a torque to rotate the first shaft by the up-and-down movement of the first shaft.

The method according to claim 1,
Wherein the plate has a different shape from an upper surface to a lower surface.

delete

The method according to claim 1,
The gyroscope unit
A rotating shaft connected to the first shaft,
A second shaft provided so as to pass through the center of the swivel,
A spin wheel rotating about the second axis,
And a spin motor for applying a rotational force to the spin wheel.

The method of claim 4,
The gyroscope unit includes:
Wherein the second shaft is inclined at a predetermined angle with respect to the center in the height direction of the plate, and the spin wheel is provided eccentrically to the second shaft.

The method of claim 4,
The gyroscope unit
And a torque for rotating the first shaft is generated by a spin wheel rotating about the second shaft and a rotation moment.

The method of claim 6,
The rotation moment
And is generated by rotating along a rotation axis connected to the first axis about an imaginary third axis formed in a direction perpendicular to the first axis due to the inertia of the spin wheel positioned eccentrically by the reciprocating motion of the piston .

The method according to claim 1,
And fixing means for preventing the plate from rotating arbitrarily while the plate is rotated.

The method of claim 8,
The fixing means
An elastic member provided in the movement space in which the first shaft is movable up and down in the piston and providing an elastic force for pushing up the first shaft upward so that an outer diameter of the plate corresponding to the insertion hole is disposed in the insertion hole; Wherein the piston is a piston.