KR102433355B1 - 압축비 가변형 엔진 - Google Patents

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KR102433355B1 KR1020170169656A KR20170169656A KR102433355B1 KR 102433355 B1 KR102433355 B1 KR 102433355B1 KR 1020170169656 A KR1020170169656 A KR 1020170169656A KR 20170169656 A KR20170169656 A KR 20170169656A KR 102433355 B1 KR102433355 B1 KR 102433355B1
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Abstract

본 발명에 따른 압축비 가변형 엔진은 실린더블록 상단면에 형성된 실린더; 상기 실린더블록 상단면에 상기 실린더의 내벽보다 큰 직경을 가지도록 마련되되, 내경부 상단 측이 상기 실린더와 연통되도록 형성된 가이드홈; 상기 가이드홈에 삽입되되, 상기 가이드홈 내부에서 팽창 또는 압축되도록 형성된 가변링; 상기 실린더블록 내부에 상기 가이드홈과 연통되면서 상기 가변링의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 슬라이딩관; 및 상기 슬라이딩관에 삽입되고, 일측이 상기 가변링의 외주면에 접하여 상기 슬라이딩관을 따라 이동하면서 상기 가변링에 압축력을 제공하는 플런저;를 포함할 수 있다.

Description

압축비 가변형 엔진 {ENGINE OF VARIABLE COMPRESSION RATIO TYPE}
본 발명은 기존의 엔진으로부터 구조 변경을 최소화하면서도, 엔진의 압축비를 가변할 수 있는 압축비 가변형 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관의 압축비는 내연기관의 압축 행정에서 연소실의 압축 전의 최대 용적과 연소실의 압축 후의 최소 용적비로 나타낸다.
내연기관의 압축비를 증가시키면 내연기관의 출력이 증대된다. 그러나 내연기관의 압축비가 지나치게 높으면 노킹 현상이 발생하여 내연기관의 출력이 저하될 뿐만 아니라 내연기관의 밸브 혹은 피스톤의 고장 및 내연기관의 과열 등이 발생될 수 있다.
내연기관의 압축비는 노킹 현상이 발생되지 않는 적절한 범위 내에서 설정된다. 또한, 내연기관의 부하에 따라 압축비를 적절히 가변시킬 경우, 내연기관의 연비 및 출력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 내연기관의 압축비를 가변시키는 가변 압축비(VCR : variable compression ratio) 장치에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
상기 가변 압축비 장치는 내연기관의 부하 상태에 따라 내연기관의 압축비를 가변시키도록 작동된다. 예를 들면, 내연기관이 저부하 운전 상태에 있으면 압축비를 증대시켜 내연기관의 연비를 향상시키고, 내연기관이 고부하 운전 상태에 있으면 압축비를 감소시켜 내연기관의 녹킹을 방지하면서 출력을 향상시키도록 작동된다.
종래의 가변 압축비 장치는 주로 압축 행정에서 연소실의 용적을 가변시키는 방법들을 채택하고 있다. 예를 들면, 압축 행정에서 피스톤의 상사점의 높이를 가변시키거나 혹은 실린더 헤드에 마련한 부연소실의 용적을 증감시키는 방법들이 사용된다.
상기 피스톤의 상사점의 높이를 가변시켜 가변 압축비를 구현하는 방식에서는 상기 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하는 커넥팅 로드의 길이를 가변시키는 구조가 주로 적용된다.
상기 커넥팅 로드의 길이를 가변시키기 위해 링크 등의 기계적인 요소와, 상기 기계적인 요소를 작동시키도록 유압원 혹은 모터 등의 동력원이 주로 사용된다. 한편, 간단한 구조로 커넥팅 로드의 길이를 가변시켜 효과적인 가변 압축비를 구현할 수 있는 장치가 요구된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-1999-0005205 A KR10-2011-0001511 A
본 발명은 오일의 유압 흐름을 제어하여 엔진의 운전조건에 따라 연소실의 압축체적을 가변함으로써, 구조적 변화를 최소화하면서도 엔진 가변 압축비를 구현할 수 있는 압축비 가변형 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축비 가변형 엔진은 실린더블록 상단면에 형성된 실린더; 상기 실린더블록 상단면에 상기 실린더의 내벽보다 큰 직경을 가지도록 마련되되, 내경부 상단 측이 상기 실린더와 연통되도록 형성된 가이드홈; 상기 가이드홈에 삽입되되, 상기 가이드홈 내부에서 팽창 또는 압축되도록 형성된 가변링; 상기 실린더블록 내부에 상기 가이드홈과 연통되면서 상기 가변링의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 슬라이딩관; 및 상기 슬라이딩관에 삽입되고, 일측이 상기 가변링의 외주면에 접하여 상기 슬라이딩관을 따라 이동하면서 상기 가변링에 압축력을 제공하는 플런저;를 포함할 수 있다.
상기 가변링에는 엔드갭이 형성되어, 평상시에는 복원력에 의해 팽창된 상태를 유지하고, 외주면이 상기 플런저에 의해 밀릴 경우 엔드갭이 좁아지면서 압축되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가변링은 평상시에는 외주면이 상기 가이드홈의 외경부와 접하고, 상기 엔드갭이 접하도록 압축될 경우 내주면이 상기 가이드홈의 내경부와 접하도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 실린더블록 내부에 형성되어 오일갤러리와 연통되는 유압라인; 및 상기 유압라인과 슬라이딩관 사이에 구비되어, 상기 유압라인으로부터 상기 슬라이딩관으로의 오일 전달여부를 제어하는 솔레노이드 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브가 개방되면 상기 슬라이딩관으로 오일이 전달되어 상기 플런저가 상기 가변링을 압축시키는 방향으로 이동하고, 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄되면 상기 슬라이딩관의 유압이 해소되어 상기 가변링이 복원력으로 상기 플런저를 반경방향 외측으로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
압축비를 증가시키기 위해 상기 솔레노이드 밸브의 개방각도를 증가시키고, 압축비를 저감하기 위해 상기 솔레노이드 밸브의 개방각도를 감소 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플런저, 슬라이딩관, 유압라인 및 솔레노이드 밸브는 상기 가이드홈의 둘레를 따라 다수개 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 실린더블록 내부에 형성되어 오일갤러리와 연통되는 유압라인; 및 상기 유압라인과 슬라이딩관 사이에 구비되고, 상기 플런저의 타측과 연결되어, 작동여부에 따라 상기 유압라인의 유압에 의해 밀리면서 상기 플런저를 상기 슬라이딩관을 따라 이동시키는 솔레노이드 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 압축비 가변형 엔진에 따르면, 기존의 엔진 구조의 변경을 최소화하면서도 엔진 압축비를 가변할 수 있는바, 엔진 부피, 무게 및 제작비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최저압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 측단면을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최저압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 상단면을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최고압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 측단면을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최고압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 상단면을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변링을 도시한 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압축비 가변형 엔진에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최저압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 측단면을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최저압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 상단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최고압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 측단면을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최고압축비 상태의 압축비 가변형 엔진 상단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 압축비 가변형 엔진은 실린더블록(10) 상단면에 형성된 실린더(12); 상기 실린더블록(10) 상단면에 상기 실린더(12)의 내벽보다 큰 직경을 가지도록 마련되되, 내경부 상단 측이 상기 실린더(12)와 연통되도록 형성된 가이드홈(20); 상기 가이드홈(20)에 삽입되되, 상기 가이드홈(20) 내부에서 팽창 또는 압축되도록 형성된 가변링(30); 상기 실린더블록(10) 내부에 상기 가이드홈(20)과 연통되면서 상기 가변링의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 슬라이딩관(42); 및 상기 슬라이딩관(42)에 삽입되고, 일측이 상기 가변링(30)의 외주면에 접하여 상기 슬라이딩관(42)을 따라 이동하면서 상기 가변링(30)에 압축력을 제공하는 플런저(40);를 포함할 수 있다.
일반적으로 실린더블록(10)의 상단면에는 실린더(12)의 일부가 형성되고, 상기 실린더블록(10) 상부에 실린더헤드(미도시)가 결합되면서 완전한 연소실인 실린더(12)를 구성하게 된다.
본 발명은 이러한 실린더(12)보다 큰 직경으로 실린더를 감싸는 가이드홈(20)이 실린더블록(10) 상단면에 가공되도록 마련되되, 상기 가이드홈(20)의 내경부 상단은 상기 실린더(12)와 연통되도록 마련된다.
따라서, 상기 가이드홈(20) 내부에서 가변링(30)이 팽창될 경우에 가이드홈(20) 공간을 실린더(12)가 공유하면서, 피스톤(50)이 상사점에 도달할 때의 실린더 체적이 넓어져 차량의 엔진 압축비를 저감시킬 수 있다.
여기서, 상기 가이드홈(20)의 바닥면에 벽부(22)가 돌출 형성됨으로써, 상기 가이드홈(20)이 상기 실린더(12)와 완전히 연통되는 것을 막으면서도 상부 측이 연통되도록 마련할 수 있다.
상기 가변링(30)은 상기 슬라이딩관(42)을 따라 이동되는 플런저(40)가 전달하는 힘에 의해 팽창 또는 압축된다.
특히 상기 가변링(30)은 가이드홈(20) 내부에서 팽창 또는 압축되도록 형성되는데, 구체적으로 상기 가변링(30)에는 엔드갭(32)이 형성되어, 평상시에는 복원력에 의해 팽창된 상태를 유지하고, 외주면이 상기 플런저(40)에 의해 밀릴 경우 엔드갭(32)이 좁아지면서 압축되는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변링을 도시한 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 가변링(30)은 엔드갭(32)이 형성됨으로써 압축력이 가해질 경우에 엔드갭(32)이 점차 가까워지면서 용이하게 압축될 수 있고, 압축된 상태에 있는 가변링(30)은 압축력이 해제되었을 때, 복원력에 의해 원상태로 용이하게 복원될 수 있다.
여기서, 상기 가변링(30)은 평상시에는 외주면이 상기 가이드홈(20)의 외경부와 접하고, 상기 엔드갭(32)이 접하도록 압축될 경우 내주면이 상기 가이드홈(20)의 내경부와 접하도록 형성될 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 가변링(30)은 압축력을 전달받지 않는 상태에서는 외주면이 가이드홈(20)의 외경부와 접하도록 형성됨으로써, 피스톤(50)이 상사점에 도달할 경우의 실린더(12) 체적을 최대한 확보한다.
반대로, 플런저(40)에 의해 압축력을 전달받을 때 가변링(30)은 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 엔드갭(32)이 좁아지도록 압축되는데, 압축이 완료되었을 때의 가변링(30) 내주면이 상기 가이드홈(20)의 내경부와 최대한 접하도록 설계함으로써, 피스톤(50)이 실린더 상사점에 도달했을 때의 실린더 체적을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 엔진의 압축비 가변영역을 최대한 확보할 수 있어 차량의 상품성이 향상된다.
여기서, 상기 가변링(30)의 내주면에는 단차부를 형성하여 압축될 때, 가이드홈(20)의 벽부(22)와 밀착되면서도, 내주면이 실린더(12)의 내벽과 동일한 둘레를 가지도록 형성할 수 있다. 이를 통해 최대압축비 영역을 더 확장시킬 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명은 상기 실린더블록(10) 내부에 형성되어 오일갤러리(미도시)와 연통되는 유압라인(44); 및 상기 유압라인(44)과 슬라이딩관(42) 사이에 구비되어, 상기 유압라인(44)으로부터 상기 슬라이딩관(42)으로의 오일 전달여부를 제어하는 솔레노이드 밸브(46);를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명은 상기 솔레노이드 밸브(46)를 개방함으로써, 오일갤러리의 오일이 플런저(40) 측으로 유입되면서 유압에 의해 플런저(40)가 가변링(30) 외주면에 압축력을 가하도록 마련될 수 있다.
여기서, 유압라인(44)은 오일갤러리와 연통되기 때문에 엔진오일을 공급받도록 마련되는데, 오일갤러리가 아니더라도 다른 유체를 공급받을 수 있는 장치에 연결되도록 설계될 수도 있다.
구체적으로, 상기 솔레노이드 밸브(46)가 개방되면 상기 슬라이딩관(42)으로 오일이 전달되어 상기 플런저(40)가 상기 가변링(30)을 압축시키는 방향으로 이동하고, 상기 솔레노이드 밸브(46)가 폐쇄되면 상기 슬라이딩관(42)의 유압이 해소되어 상기 가변링(30)이 복원력으로 상기 플런저(40)를 반경방향 외측으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 압축비를 증가시키기 위해 상기 솔레노이드 밸브(46)의 개방각도를 증가시키고, 압축비를 저감하기 위해 상기 솔레노이드 밸브(46)의 개방각도를 감소 제어하는 제어부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
즉, 제어부는 솔레노이드 밸브(46)에 형성된 코일에 전류를 가하도록 제어함으로써, 코일 사이에 마련된 부재가 이동하면서 상기 유압라인(44)과 슬라이딩관(42)이 서로 연통되도록 제어한다.
이때, 제어부는 차량이 환경주행을 요구할 경우에는 최저압축비를 형성하도록 솔레노이드 밸브(40)를 폐쇄하고, 차량이 고출력의 주행을 요구할 경우에는 솔레노이드 밸브(40)를 개방하여 최고압축비를 형성할 수 있다. 이와 같이 다양한 주행모드에 따른 최적의 엔진의 압축비를 제공할 수 있어 차량 상품성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4에서는 상기 플런저(40), 슬라이딩관(42), 유압라인(44) 및 솔레노이드 밸브(46)가 단일개로 구비되도록 도시되어 있으나, 가변링(30)을 원활하게 압축하기 위해 상기 플런저(40), 슬라이딩관(42), 유압라인(44) 및 솔레노이드 밸브(46)가 상기 가이드홈(20)의 둘레를 따라 다수개 설치될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 본 발명의 상기 솔레노이드 밸브(46)는 상기 유압라인(44)과 슬라이딩관(42) 사이에 구비되고, 상기 플런저(40)의 타측과 연결되어, 작동여부에 따라 상기 유압라인(44)의 유압에 의해 밀리면서 상기 플런저(40)를 상기 슬라이딩관(42)을 따라 이동시키도록 마련될 수 있다.
일반적으로 솔레노이드 밸브(46)는 코일 사이를 이동하는 부재가 마련되는데, 코일에 전달되는 전류에 따라 부재가 슬라이딩 이동한다. 본 실시예에서는 이러한 솔레노이드 밸브(46)의 부재에 상기 플런저(40)의 타측을 결합시켜 함께 이동시킴으로써, 플런저(40)가 슬라이딩관(42)을 이동하면서 가변링(30)의 외주면에 압축력을 가하도록 설계한다.
상술한 압축기 가변형 엔진 구조는 다수의 실린더에 각각 적용될 수 있고, 각 실린더마다 구비된 솔레노이드 밸브를 각각 제어함으로써, 실린더 별 압축비를 서로 다르게 제어할 수 있다. 따라서 차량의 주행상태에 부합되는 압축비를 제공하여, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 압축비 가변형 엔진에 따르면, 기존의 엔진 구조의 변경을 최소화하면서도 엔진 압축비를 가변할 수 있는바, 엔진 부피, 무게 및 제작비용을 저감할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 실린더블록 12: 실린더
20: 가이드홈 22: 벽부
30: 가변링 32: 엔드갭
40: 플런저 42: 슬라이딩관
44: 유압라인 46: 솔레노이드 밸브
50: 피스톤

Claims (8)

  1. 실린더블록 상단면에 형성된 실린더;
    상기 실린더블록 상단면에 상기 실린더의 내벽보다 큰 직경을 가지도록 마련되되, 내경부 상단 측이 상기 실린더와 연통되도록 형성된 가이드홈;
    상기 가이드홈에 삽입되되, 상기 가이드홈 내부에서 팽창 또는 압축되도록 형성된 가변링;
    상기 실린더블록 내부에 상기 가이드홈과 연통되면서 상기 가변링의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 슬라이딩관; 및
    상기 슬라이딩관에 삽입되고, 일측이 상기 가변링의 외주면에 접하여 상기 슬라이딩관을 따라 이동하면서 상기 가변링에 압축력을 제공하는 플런저;를 포함하는 압축비 가변형 엔진.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변링에는 엔드갭이 형성되어, 평상시에는 복원력에 의해 팽창된 상태를 유지하고, 외주면이 상기 플런저에 의해 밀릴 경우 엔드갭이 좁아지면서 압축되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가변링은 평상시에는 외주면이 상기 가이드홈의 외경부와 접하고, 상기 엔드갭이 접하도록 압축될 경우 내주면이 상기 가이드홈의 내경부와 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 실린더블록 내부에 형성되어 오일갤러리와 연통되는 유압라인; 및
    상기 유압라인과 슬라이딩관 사이에 구비되어, 상기 유압라인으로부터 상기 슬라이딩관으로의 오일 전달여부를 제어하는 솔레노이드 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브가 개방되면 상기 슬라이딩관으로 오일이 전달되어 상기 플런저가 상기 가변링을 압축시키는 방향으로 이동하고, 상기 솔레노이드 밸브가 폐쇄되면 상기 슬라이딩관의 유압이 해소되어 상기 가변링이 복원력으로 상기 플런저를 반경방향 외측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  6. 청구항 5에 있어서,
    압축비를 증가시키기 위해 상기 솔레노이드 밸브의 개방각도를 증가시키고, 압축비를 저감하기 위해 상기 솔레노이드 밸브의 개방각도를 감소 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 플런저, 슬라이딩관, 유압라인 및 솔레노이드 밸브는 상기 가이드홈의 둘레를 따라 다수개 설치된 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 실린더블록 내부에 형성되어 오일갤러리와 연통되는 유압라인; 및
    상기 유압라인과 슬라이딩관 사이에 구비되고, 상기 플런저의 타측과 연결되어, 작동여부에 따라 상기 유압라인의 유압에 의해 밀리면서 상기 플런저를 상기 슬라이딩관을 따라 이동시키는 솔레노이드 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변형 엔진.
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