KR101886078B1

KR101886078B1 - 압축비 가변기구를 구비한 엔진

Info

Publication number: KR101886078B1
Application number: KR1020120122088A
Authority: KR
Inventors: 우윤식; 공진국; 이동석; 이은호; 우수형
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2018-08-08
Also published as: KR20140056727A; CN103790716A; DE102012113138A1; DE102012113138B4

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진은, 엔진블록에 회전하도록 배치되고, 크랭크핀이 배치되는 크랭크샤프트, 상기 엔진블록에 형성된 실린더에 왕복해서 움직이도록 배치되는 피스톤, 상기 피스톤과 상기 크랭크샤프트의 상기 크랭크핀을 연결하는 커넥팅로드, 및 상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 가변시키는 압축비 가변기구를 포함하고, 상기 압축비 가변기구는, 상기 엔진블록의 외측에 장착되고, 그 내측에는 커버저널부와 웜훨장착공간이 형성된 블록커버, 외주면이 상기 커버저널부에 밀착되어 회전가능하게 지지되고, 그 일측에는 상기 웜휠장착공간과 대응하는 웜휠이 형성되며, 그 외주면에는 구동암이 돌출되어 형성되는 컨트롤샤프트, 및 상기 블록커버의 외측에 장착되고, 상기 블록커버를 관통하여 상기 웜휠과 체결되는 웜을 이용하여 상기 컨트롤샤프트를 회전시켜 상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 조절하는 모터부를 포함할 수 있다.

Description

압축비 가변기구를 구비한 엔진{ENGINE THAT HAS COMPRESSION RATIO VARIABLE DEVICE}

본 발명은 연소실의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시킴으로써 연소 효율을 향상시키고 소음/진동을 저감시키며 출력을 증가시키는 압축비 가변기구를 구비한 엔진에 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.

압축비 가변기구를 구비한 엔진에 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 압축비 가변기구를 구비한 엔진은 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하는 크랭크핀 사이의 길이를 변화시킴으로써 압축비의 변화를 구현하였다.

이러한 타입의 압축비 가변기구를 구비한 엔진은 컨트롤샤프트, 샤프트캡, 블록커버, 및 제어모터를 포함하고, 상기 제어모터가 상기 컨트롤샤프트를 회전시키고, 상기 컨트롤샤프트에 구비된 구동암이 링크를 통해서 편심베어링을 회전시키는 구조를 갖고 있다.

한편, 컨트롤샤프트를 엔진블록에 고정하기 위해서 샤프트캡을 사용해야 하고, 그 위에 블록커버를 덮는 구조로 부품수가 늘어나고 중량이 늘어나는 단점이 있다. 아울러, 엑추에이터인 제어모터가 블록커버의 끝단부에 장착되는 구조로 레이아웃이 늘어나고 제어모터의 구동력이 컨트롤샤프트로 신속하지 전달되지 못하는 구조적인 단점이 있다.

본 발명은 블록커버와 샤프트캡의 구조를 단순화함으로써 부품 수를 줄이는 동시에 중량을 줄이고, 엑추에이터인 제어모터로 인한 레이아웃이 늘어나는 것을 방지하며, 제어모터의 구동력이 컨트롤샤프트로 신속하게 전달될 수 있도록 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진은, 엔진블록에 회전하도록 배치되고, 크랭크핀이 배치되는 크랭크샤프트, 상기 엔진블록에 형성된 실린더에 왕복해서 움직이도록 배치되는 피스톤, 상기 피스톤과 상기 크랭크샤프트의 상기 크랭크핀을 연결하는 커넥팅로드, 및 상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 가변시키는 압축비 가변기구를 포함하고, 상기 압축비 가변기구는, 상기 엔진블록의 외측에 장착되고, 그 내측에는 커버저널부와 웜훨장착공간이 형성된 블록커버, 외주면이 상기 커버저널부에 밀착되어 회전가능하게 지지되고, 그 일측에는 상기 웜휠장착공간과 대응하는 웜휠이 형성되며, 그 외주면에는 구동암이 돌출되어 형성되는 컨트롤샤프트, 및 상기 블록커버의 외측에 장착되고, 상기 블록커버를 관통하여 상기 웜휠과 체결되는 웜을 이용하여 상기 컨트롤샤프트를 회전시켜 상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 조절하는 모터부를 포함할 수 있다.

상기 압축비 가변기구는, 상기 피스톤과 상기 커넥팅로드를 연결하는 피스톤핀과 상기 피스톤 사이에 개재되는 편심베어링, 및 상기 구동암의 단부와 상기 편심베어링을 연결하는 편심링크를 포함할 수 있다.

상기 편심링크는, 일단이 상기 구동암의 단부와 연결되는 제1링크, 및 일단은 상기 편심베어링과 연결되고, 타단은 상기 제1링크의 타단과 연결되는 제2링크를 포함할 수 있다.

상기 구동암은 상기 컨트롤샤프트의 길이방향으로 간격을 두고 형성되고, 상기 웜휠은 상기 구동암 사이에 배치될 수 있다.

상기 컨트롤샤프트는 상기 크랭크샤프트와 나란하게 배치되고, 상기 엔진블록과 상기 블록커버 사이에 회전가능하게 배치될 수 있다.

상기 컨트롤샤프트에는 상기 커버저널부와 밀착되는 샤프트저널부가 상기 구동암 사이에 형성되고, 상기 블록커버에 의해서 상기 엔진블록에서 회전가능하게 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진은, 컨트롤샤프트를 엔진블록에 고정하기 위한 별도의 캡이 구비되지 않고, 상기 블록커버를 상기 엔진블록에 장착하는 동시에 상기 컨트롤샤프트를 상기 블록커버에 장착시킴으로써 전체하중이 줄어들고 장착 레이아웃이 유리하며 조립공정이 줄어든다.

아울러, 모터부를 상기 블록커버의 외측 중심부에 배치함으로써 전체적인 레이아웃이 줄어들고, 상기 모터부가 상기 컨트롤샤프트로 신속하게 회전력을 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 개략적으로 나타낸 일부 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진에 구비되는 블록커버의 내측면을 보여주는 측면도이다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 개략적으로 나타낸 일부 측면도이다.

도 1을 참조하면 압축비 가변기구를 구비한 엔진은 크랭크샤프트(120), 커넥팅로드(140), 편심베어링(170), 피스톤핀(160), 피스톤(110), 컨트롤샤프트(100), 구동암(105), 제1링크(130), 및 제2링크(150)를 포함한다.

상기 커넥팅로드(140)의 하단부는 상기 크랭크샤프트(120)의 외측에 배치되는 크랭크핀(미도시)과 연결되고, 상단부는 상기 피스톤핀(160)을 통해서 상기 피스톤(110)과 연결된다.

그리고, 상기 피스톤핀(160)과 상기 커넥팅로드(140)의 상단부에 형성되는 홀의 내주면 사이에는 편심베어링(170)이 개재된다. 즉, 상기 커넥팅로드(140)와 상기 피스톤핀(160) 사이에 상기 편심베어링(170)이 회전가능하게 배치된다.

상기 편심베어링(170)의 회전위치에 따라서 상기 피스톤(110)과 상기 크랭크핀 사이의 거리가 가변되어 엔진의 압축비가 가변된다.

상기 컨트롤샤프트(100)는 상기 크랭크샤프트(120)와 나란하게 회전가능하게 배치되고, 상기 컨트롤샤프트(100)에는 상기 구동암(105)이 외측으로 돌출되어 고정된다.

상기 구동암(105)의 단부에는 제1링크(130)의 일단부가 연결되고, 상기 제1링크(130)의 타단부에는 제2링크(150)의 일단부가 연결된다. 아울러, 상기 제2링크(150)의 타단부는 상기 편심베어링(170)과 고정된다.

여기서, 상기 구동암(105)과 상기 제1링크(130)는 힌지핀을 통해서 연결되고, 상기 제1링크(130)와 상기 제2링크(150)도 힌지핀을 통해서 연결된다. 그리고, 상기 제2링크(150)가 상기 편심베어링(170)을 회전시킬 수 있도록, 상기 편심베어링(170)과 상기 제2링크(150)는 서로 고정된다.

상기 컨트롤샤프트(100)가 회전하면, 상기 구동암(105)이 상기 제1링크(130)를 당기거나 밀어내고, 상기 제2링크(150)는 상기 편심베어링(170)을 시계방향 또는 시계반대방향으로 회전시킨다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 일부 사시도이다.

도 2를 참조하면, 엔진은 실린더가 형성된 엔진블록(200), 상기 실린더(210)의 하부에 배치되는 크랭크샤프트(120), 상기 엔진블록(200)의 측면에 장착되는 블록커버(220), 및 상기 블록커버(220)의 중심부를 관통하여 배치되는 모터부(230)를 포함한다. 상기 블록커버(220)는 볼트 등을 통해서 상기 엔진블록(200)에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 모터부(230)에서 형성되는 회전력을 이용하여 상기 컨트롤샤프트(100)가 시계방향 또는 시계반대방향으로 회전한다.

아울러, 상기 컨트롤샤프트(100)는 상기 블록커버(220)의 내측면과 상기 엔진블록(200)의 외측면 사이에 회전가능하게 지지된다. 즉, 상기 컨트롤샤프트(100)는 상기 블록커버(220) 의해서 상기 엔진블록(200)에 회전가능하게 배치된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축비 가변기구를 구비한 엔진의 일부 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진에 구비되는 블록커버의 내측면을 보여주는 측면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 압축비 가변기구를 구비한 엔진은 블록커버(220), 컨트롤샤프트(100), 구동암(105), 웜휠(310), 웜(300), 및 모터부(230)를 포함한다.

상기 컨트롤샤프트(100)에는 구동암(105)이 외측으로 돌출되어 고정 배치되고, 상기 구동암(105)은 상기 컨트롤샤프트(100)의 길이방향으로 간격을 두고 배치된다. 그리고, 상기 구동암(105)의 선단부에는 힌지핀이 삽입되는 핀홀(320)이 형성된다.

상기 구동암(105) 사이에 상기 컨트롤샤프트(100)의 외주면에는 샤프트저널부(330)가 형성되고, 상기 샤프트저널부(330)와 대응하여 상기 블록커버(220)의 내측면에는 커버저널부(400)가 형성된다.

상기 커버저널부(400)와 상기 샤프트저널부(330)는 서로 면 밀착되어 슬라이딩되는 구조로, 상기 블록커버(220)의 상기 커버저널부(400)가 상기 컨트롤샤프트(100)를 상기 엔진블록(200)에 회전가능하게 고정시킨다.

아울러, 상기 컨트롤샤프트(100)에는 상기 구동암(105) 사이에 웜휠(310)이 형성되고, 상기 웜휠(310)에는 웜(300)이 결합된다.

상기 모터부(230)는 상기 블록커버(220)의 외측 중심부에 배치되고, 상기 블록커버(220)의 상기 웜장착홀(410)에 삽입되는 상기 웜(300)이 상기 모터부(230)의 선단부에 배치된다.

상기 모터부(230) 내측에 배치되는 모터(미도시)의 회전에 의해서 상기 웜(300)이 회전하고, 상기 웜(300)은 상기 웜휠(310)을 통해서 상기 컨트롤샤프트(100)를 회전시킨다.

전술한 바와 같이, 상기 블록커버(220)에는 상기 웜(300)이 삽입되는 웜장착홀(410)이 형성되고, 상기 웜장착홀(410)과 대응하여 상기 블록커버(220)에는 웜휠장착공간(420)이 형성된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 상기 컨트롤샤프트(100)를 상기 엔진블록(200)에 고정하기 위한 별도의 캡이 구비되지 않는다.

그리고, 상기 블록커버(220)를 상기 엔진블록(200)에 장착하는 동시에 상기 컨트롤샤프트(100)를 상기 블록커버(220)에 장착시킴으로써 전체하중이 줄어들고 장착 레이아웃이 유리하며 조립공정이 줄어든다.

아울러, 상기 모터부(230)를 상기 블록커버(220)의 외측 중심부에 배치함으로써 전체적인 레이아웃이 줄어들고, 상기 모터부(230)가 상기 컨트롤샤프트(100)로 신속하게 회전력을 전달할 수 있다.

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.

100: 컨트롤샤프트 105: 구동암
110: 피스톤 120: 크랭크샤프트
130: 제1링크 140: 커넥팅로드
150: 제2링크 160: 피스톤핀
170: 편심베어링 200: 엔진블록
210: 실린더 220: 블록커버
230: 모터부 300: 웜
310: 웜휠 320: 핀홀
330: 샤프트저널부 400: 커버저널부
410: 웜장착홀 420: 웜휠장착공간

Claims

엔진블록에 회전하도록 배치되고, 크랭크핀이 배치되는 크랭크샤프트;
상기 엔진블록에 형성된 실린더에 왕복해서 움직이도록 배치되는 피스톤;
상기 피스톤과 상기 크랭크샤프트의 상기 크랭크핀을 연결하는 커넥팅로드; 및
상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 가변시키는 압축비 가변기구; 를 포함하고,
상기 압축비 가변기구는,
상기 엔진블록의 외측에 장착되고, 그 내측에는 커버저널부와 웜훨장착공간이 형성된 블록커버;
외주면이 상기 커버저널부에 밀착되어 회전가능하게 지지되고, 그 일측에는 상기 웜휠장착공간과 대응하는 웜휠이 형성되며, 그 외주면에는 구동암이 돌출되어 형성되는 컨트롤샤프트; 및
상기 블록커버의 외측 중심부에 장착되고, 상기 블록커버의 외측 중심부에 형성된 웜장착홀을 관통하여 상기 웜휠과 체결되는 웜을 이용하여 상기 컨트롤샤프트를 회전시켜 상기 피스톤과 상기 크랭크핀 사이의 거리를 조절하는 모터부를 포함하되,
상기 블록커버는 상기 커버저널부, 웜휠장착공간 및 웜장착홀을 통해 상기 웜휠과 구동암이 형성된 컨트롤 샤프트 및 상기 웜휠과 체결되는 상기 웜을 상기 엔진블록의 외부에 고정 장착하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.
제1항에서,
상기 압축비 가변기구는,
상기 피스톤과 상기 커넥팅로드를 연결하는 피스톤핀과 상기 피스톤 사이에 개재되는 편심베어링; 및
상기 구동암의 단부와 상기 편심베어링을 연결하는 편심링크; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.
제2항에서,
상기 편심링크는,
일단이 상기 구동암의 단부와 연결되는 제1링크; 및
일단은 상기 편심베어링과 연결되고, 타단은 상기 제1링크의 타단과 연결되는 제2링크; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.
제2항에서,
상기 구동암은 상기 컨트롤샤프트의 길이방향으로 간격을 두고 형성되고,
상기 웜휠은 상기 구동암 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.
제2항에서,
상기 컨트롤샤프트는 상기 크랭크샤프트와 나란하게 배치되고, 상기 엔진블록과 상기 블록커버 사이에 회전가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.
제5항에서,
상기 컨트롤샤프트에는 상기 커버저널부와 밀착되는 샤프트저널부가 상기 구동암 사이에 형성되고,
상기 블록커버에 의해서 상기 엔진블록에서 회전가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변기구를 구비한 엔진.