KR102497778B1 - 가변 압축비 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 가변 압축비 엔진을 제공한다. 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드, 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 기어 편심 슬리브, 및 일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.

Description

가변 압축비 엔진 {Variable compression ratio engine}
본 개시는 가변 압축비 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 등에 사용되는 내연기관에서 압축비를 필요에 따라 조정하고 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진에 관한 것이다.
통상적으로, 종래의 내연기관의 압축비는 처음 설계 및 제조하는 시점에 결정되었다. 내연기관은 시시각각 변화하는 여러 환경에서 자주 사용되며, 내연기관의 압축비를 필요에 따라 바꿀 수 있는 기본적인 방법은 여러 가지가 개시된다. 일반적으로, 피스톤이 상사점에 있을 때 연소실 내의 용적을 변경하는 방법으로, 실린더 헤드의 공간을 변경하는 방법, 피스톤의 상사점을 변경하는 방법이 있다. 피스톤의 상사점을 변경하는 방법에는 크랭크 축과 헤드 사이의 거리를 변경하는 방법, 크랭크 암의 길이를 변경하는 방법 및 커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법이 있다.
커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법에는, 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이에 하나의 커넥팅 로더를 사용하지 않고 커넥팅 로드를 5절 링크로 구성하는 방법이 있다. 그리고, 톱니 바퀴의 중심에 크랭크 핀에 연결된 커넥팅 로드를 연결하고 피스톤에 연결된 커넥팅 로드를 톱니의 한쪽에 연결하고 톱니의 다른 쪽에 래크를 물리면서 래크의 높이를 조정하는 방법 등이 있다. 또한, 하나의 커넥팅 로더를 사용하는 방법으로, 커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법과 외주원의 중심과 내주원의 중심이 일치하지 않는 편심 슬리브를 사용하여 커넥팅 로드의 유효한 길이를 변경하는 방법이 있다.
편심 슬리브를 사용하는 방법에는, 유압 장치를 사용하여 편심 슬리브를 회전시키는 방법과 편심 슬리브에 연결한 막대 및 기계 장치를 통해 편심 슬리브를 회전시키는 방법이 있다. 그러나, 유압 장치는 배관과 편심 슬리브의 각도 변경 및 제어에 어려움이 있었고, 편심 슬리브에 연결한 막대 및 기계 장치는 빠른 왕복 운동, 폭발 시 발생하는 강한 충격, 진동, 소음, 부하 증가 및 공간 증가 등과 관련된 문제를 가지고 있다.
대한민국 10-2015-0058004 길이 가변형 연결부를 가지는 가변 압축비 엔진. 크랭크 암의 길이를 변경하는 방법을 사용한다. 대한민국 10-1518881 내연 기관 엔진의 가변 압축비 장치 및 압축비를 변경하는 방법. 피스톤 핀에 팔각형 모듈을 끼워서 돌리는 방법을 사용한다. 대한민국 10-2015-0177014 가변 압축비 장치. 크랭크 핀에 편심 슬리브를 설치하고 유압 장치를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2008-0121485 자동차 엔진용 가변 압축비 장치. 크랭크 핀에 편심 슬리브를 설치하고 유압 장치를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-1806157 가변 압축비 장치. 크랭크 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2009-0056816 가변 압축비 엔진. 크랭크 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2015-0179512 가변 압축비 장치. 크랭크 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 편심 캠 본체를 크랭크 핀에 설치하는 것이 간단하지 않고, 편심 링크와 가변 링크가 원을 그리며 회전하는 크랭크 핀을 따라가면서 구부려졌다 펴졌다 하기를 반복하는 구조로 가변 링크가 엔진에 많은 진동을 유발할 수 있다. 대한민국 10-2016-0156755 가변 압축비 장치. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 유압 장치를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-1180955 가변 압축비 장치. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2012-0122088 압축비 가변 기구를 구비한 엔진. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2010-0115240 가변 압축비 장치. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2012-0122088 압축비 가변기구를 구비한 엔진. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 대한민국 10-2012-0079989 가변 압축비 장치. 피스톤 핀에 편심 슬리브를 설치하고 링크를 사용하여 회전시킨다. 피스톤 핀과 커넥팅 로드의 상단부 결합이 약화될 수 있고, 편심 베어링의 왕복 회전이 증가하는 구조이며, 피스톤의 빠른 왕복 운동에 따라 편심 링크와 가변 링크도 왕복 운동을 하면서 진동을 유발할 수 있다. US 10,167,776 B2 Variable compression connecting rod. 피스톤 핀에 톱니가 있는 편심 슬리브를 설치하고 멈춤쇠가 톱니를 회전시키거나 풀리지 않게 잡고 있는 방법을 사용하는데 피스톤이 받는 폭발력과 빠른 왕복 운동을 톱니와 멈춤쇠가 소화하기엔 역부족이다. US 9,611,894 B2 Clip-fastened raceway for a variable compression ratio engine. 크랭크 암의 길이가 종래에 비해 반절이 되어 크랭크 축을 구부리는 힘이 커지는 문제와 부품이 많고 장치가 복잡하게 되었다. US 7,007,638 B2 Variable compression ratio engine. 크랭크 암의 길이가 너무 짧아 크랭크 축이 큰 토크를 받기 위해서는 축을 꺾는 큰 힘을 감당해야 하게 됨. 피스톤의 커넥팅 로드와 비슷한 커넥팅 로드가 한 벌씩 더 필요하고 그것을 지지하는 축이 필요하게 됨. US 6,644,171 B2 Variable compression connecting rod. 크넥팅 로드에서 크랭크 핀의 위치를 변경하기 위해 상하로 움직이는 슬리브를 사용하는데 작고 복잡한 구조의 부품을 많이 사용하는데 그런 부품들이 피스톤의 폭발력을 감당하기 힘들게 됨.
없음
본 발명의 목적은, 필요에 따라 쉽게 압축비를 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진을 제공하여 필요한 공간을 많이 늘이지 않고, 진동 및 소음을 유발하지 않으며, 크랭크 핀 및 크랭크 축에 부담이 증가하지 않도록 한다.
본 발명의 다른 목적은, 필요에 따라 쉽게 압축비를 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진을 통해, 간단하게 편심 슬리브의 자세를 조정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 기어 편심 슬리브; 및 일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 래크의 일단에 돌출되어 형성된 래크 연장 단부; 및 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상기 래크가 이동할 때, 상기 래크 연장 단부에 접촉하여 상기 래크 연장 단부를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 일측이 상기 래크의 일측에 접촉하는 브레이크 패드; 및 상기 브레이크 패드의 타측에 접촉하여 상기 브레이크 패드에 압력을 가함으로써 상기 래크의 움직임을 제어하는 스프링을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 래크는, 상기 커넥팅 로드의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 기어 편심 슬리브의 기어에 맞물린다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치하고 외주면에 피니언 기어가 형성된 원통 형태의 동심 슬리브를 포함하는 기어 편심 슬리브; 및 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 래크의 일단에 설치되며, 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때 상기 래크에 접촉하여 상기 래크를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 기어 편심 슬리브가 상기 크랭크 핀에 설치될 경우, 상기 기어 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치한 상기 동심 슬리브의 기어와 2개의 상기 래크가 각각 접촉하여 맞물린다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 소단부에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 일단 또는 양단에 위치하고 외주면에 웜 휠이 설치되는 동심 슬리브를 포함하는 웜 휠 편심 슬리브; 및 상기 동심 슬리브의 웜 휠과 맞물리는 적어도 하나의 웜을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 일측으로부터 상기 웜이 설치되고, 상기 피스톤에 설치되는 웜 축을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 웜 축과 슬라이딩 방식으로 연결되어 상기 웜 축을 회전시키는 웜 축 회전 막대를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록을 사용하는 가변 압축비 엔진을 통해 기어 편심 슬리브의 자세를 조정하는 방법을 사용하면 쉽고 간단하게 압축비를 변경할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진을 간단히 만들 수 있게 하여 저렴한 비용으로 가변 압축비 엔진이 사용될 수 있다. 또한, 가변 압축비 엔진의 효율 및 성능은 개선되고, 연료 소모와 공해 물질의 배출을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진에 설치되는 커넥팅 로드의 정면도 및 측면도이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 기어 편심 슬리브 및 래크가 설치된 커넥팅 로드의 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1c는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드의 래크를 변형하여 설치한 예시를 나타내는 도면이다.
도 1d는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드의 래크를 변형하여 설치한 다른 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 수직 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 수평 분할형 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 수평 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 경사 분할형 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 경사진 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드의 소단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5d는 본 개시의 다른 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다.
도 5e는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5d의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6a은 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조가 피스톤 핀에 설치되었을 경우를 나타내는 세로 단면도이다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조에서 변형된 형태의 래크 및 블록을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 웜 휠 편심 슬리브, 웜이 장착된 웜 축 및 웜 축 회전 막대를 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 구성을 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시례들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시례에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시는, 가변 압축비 엔진에 있어서, 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부(big end)와 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부를 포함하는 커넥팅 로드(connecting rod)와 결합되는 구조에 관한 것이다. 커넥팅 로드에 결합되는 구조는, 소단부 또는 대단부에 설치되는 편심 슬리브, 및 편심 슬리브와 맞물려 연결되어 편심 슬리부의 위치, 자세 또는 회전 각도를 조절하는 래크, 웜 축 등과 같은 구성요소를 포함한다.
편심 슬리브를 크랭크 핀 또는 피스톤 핀에 설치할 경우, 동일한 커넥팅 로드를 사용해도 편심 슬리브의 자세에 따라 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이의 거리가 달라질 수 있다. 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이의 거리를 결정짓게 만드는 커넥팅 로드의 길이를 '커넥팅 로드 유효 길이'라고 지칭하기로 한다. 커넥팅 로드 유효 길이가 변하면 행정은 같지만 피스톤의 상사점 및 하사점이 달라지고, 피스톤이 상사점에 있을 때 연소실의 용적이 변경되어 압축비가 달라질 수 있다.
편심 슬리브의 자세를 제어하기 위해 래크와 피니언 기어의 맞물림을 이용할 수 있다. 편심 슬리브에 피니언 기어를 형성하는 방법을 사용하면, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성하거나 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 이하에서, 피니언 기어가 형성된 편심 슬리브를 '기어 편심 슬리브'라고 지칭하기로 한다. 또한, 편심 슬리브의 외주원(이끝원)의 중심과 편심 슬리브의 내주원의 중심이 떨어져 있는 거리를 '편심 거리'라고 지칭하기로 한다.
기어 편심 슬리브를 필요한 자세로 회전시키기 위해서 래크가 사용될 수 있다. 피니언 기어에 맞물리는 래크의 위치에 따라 기어 편심 슬리브의 자세가 결정될 수 있다. 래크는, 커넥팅 로드, 크랭크 암 또는 피스톤 중 하나에 설치될 수 있으며, 래크를 움직이는 것은 외부에 설치된 블록일 수 있다. 크랭크 축의 회전에 따라 래크가 움직이는 경로가 형성되고, 래크가 움직이는 경로 위에 블록이 설치될 수 있다. 블록의 위치에 따라, 해당 래크가 일정 방향으로 밀리거나 밀어 올려진다. 밀어지는 래크는 기어 편심 슬리브를 일정 부분 회전시키고, 기어 편심 슬리브의 자세를 변경시킬 수 있다. 결과적으로, 커넥팅 로드 유효 길이가 변경되어 피스톤의 상사점이 변경되고 압축비가 변경될 수 있다. 블록의 위치가 변경되지 않는 경우, 래크의 위치도 변경되지 않고, 기어 편심 슬리브의 자세도 변경되지 않을 수 있다. 블록의 위치가 다시 변경될 때까지 엔진은 변경된 압축비로 외부의 간섭 없이 계속 움직일 수 있다.
편심 슬리브의 자세를 제어하기 위해 웜 기어를 이용할 수도 있다. 편심 슬리브에 웜 휠을 형성하는 방법은 편심 슬리브의 외주면에 웜 휠을 형성하거나, 편심 슬리브의 가장자리에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 웜 휠을 형성하는 것이다. 이하에서는, 웜 휠이 형성된 편심 슬리브를 '웜 휠 편심 슬리브'라고 지칭하기로 한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진에 설치되는 커넥팅 로드(11)의 정면도 및 측면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)는, 래크 연장 단부(12, 13) 및 커넥팅 로드 캡(14)을 포함할 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부(17), 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부(16)를 포함한다. 도시된 커넥팅 로드(11)의 대단부(16)(또는 크랭크 핀)에는 기어 편심 슬리브(1)가 설치될 수 있다. 기어 편심 슬리브(1)는, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 구조를 포함할 수 있다. 래크 연장 단부(12, 13)는, 기어 편심 슬리브(1)에 형성된 피니언 기어에 맞물리는 래크(미도시)의 하단부에 위치한 돌출부일 수 있다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 설치된 커넥팅 로드(11)의 단면도 및 분해 사시도이다. 도 1b를 참조하면, 커넥팅 로드의 대단부(16) 구멍에 기어 편심 슬리브(1)가 설치되고, 기어 편심 슬리브(1)의 내부에는 베어링이 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)의 대단부(16)에 기어 편심 슬리브(1)의 양단에는 래크(2, 3), 브레이크 패드(6, 7), 스프링이 순차적으로 각각 설치된 후 커넥팅 로드 캡 볼트(15)로 고정될 수 있다. 또한, 브레이크 패드(6, 7)는 래크(2, 3)가 쉽게 움직이지 못하도록 하여 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전되지 않도록 할 수 있다. 두 개의 래크(2, 3)의 하단에는 각각 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 길게 돌출될 수 있다.
브레이크 패드(6, 7)의 일측은 상기 래크(2, 3)의 일측에 접촉하며, 스프링(8, 9)는 브레이크 패드(6, 7)의 타측에 접촉하여 브레이크 패드(6, 7)에 압력을 가함으로써 래크(2, 3)의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 브레이크 패드(6, 7)는, 스프링(8, 9)의 힘에 의해 래크(2, 3)가 쉽게 움직이지 못하도록 하여, 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하지 않고 안정된 자세를 유지하도록 할 수 있다. 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하는 경우, 크랭크 핀의 회전 마찰이나, 폭발 행정 시의 충격에 의해 조금씩 회전하여 자세를 안정적으로 유지하기 어려울 수 있다.
두 래크(2, 3)는, 하나의 기어 편심 슬리브(1)에 맞물려 있기 때문에 서로 반대 방향으로 움직일 수 있다. 우회전 래크(2)를 위로 밀어 올리면 좌회전 래크(3)가 아래로 밀려내리게 되고, 좌회전 래크(3)를 위로 밀어 올리면 우회전 래크(2)가 아래로 밀려 내리게 될 수 있다. 결과적으로, 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡게 하기 위해서, 설치된 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올릴 수 있다.
도 1c와 도 1d는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드(19, 20)의 래크(2, 3)를 변형하여 설치한 예시를 나타내는 도면이다. 한편, 커넥팅 로드(19, 20)의 대단부(16)는 수평 분할형, 경사 분할형 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 도 1c와 도 1d에 도시된 바와 같이, 수평 분할형 대단부 커넥팅 로드 및 경사 분할형 대단부 커넥팅 로드를 통해 래크(2, 3)가 기어 편심 슬리브(1)의 양쪽에서 수직, 수평 또는 경사진 방향으로 설치될 수 있다. 즉, 래크(2, 3)는, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 기어 편심 슬리브(1)의 기어에 맞물리도록 설치될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하지 않고 안정된 자세를 유지하는 방법은 상술한 방법에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 커넥팅 로드의 대단부(16)에 있는 구멍을 기어 편심 슬리브(1)의 크기에 밀착되도록 만들거나, 커넥팅 로드의 대단부(16)에 있는 구멍 내부에 브레이크 패드(6, 7)를 설치할 수도 있다. 또한, 기어 편심 슬리브(1)는 베어링(10)처럼 두 조각으로 나누어 제작하여 하나로 조립하여 사용될 수도 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 수직 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부(12, 13)가 통과하는 경로(36, 37)를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및/또는 블록(4, 5)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 도 1a에 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)가 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 각각의 래크(2, 3)가 수직 방향으로 설치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시할 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 될 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되며, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 세 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 위로 올려진 상태, 중앙에 있는 상태 및 아래로 내려진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 세 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 위로 올려진 상태, 중앙에 있는 상태 및 아래로 내려진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
커넥팅 로드(11)의 하단에는, 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)을 포함할 수 있다. 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로에서, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)를 위로 밀어 올려줄 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 사용될 수 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올리면 될 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올리고, 다른 하나를 내려서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 수평 방향으로 설치되어 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및 블록(4, 5)를 포함하고 있다. 기어 편심 슬리브(1)는, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 두 래크(2, 3)가 수평 방향으로 설치되고, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시할 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 될 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전될 수 있다. 그 후에, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 커넥팅 로드(11)의 소단부 방향으로 밀려진 상태와 반대 방향으로 당겨진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀려진 상태와 반대 방향으로 당겨진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
일 실시예로, 커넥팅 로드(11)의 우측에 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)을 설치할 수 있다. 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(36, 37)에서 각각 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)를 왼쪽으로 밀어낼 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 쓰일 수도 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀고, 다른 하나를 반대 방향으로 당겨서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 경사진 방향으로 설치되어 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다.커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및 블록(4, 5)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 기어 편심 슬리브(1)가 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 각각의 래크(2, 3)가 경사진 방향으로 설치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되며, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시하여 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 커넥팅 로드의 소단부 방향으로 올려진 상태와 반대 방향으로 내려진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 커넥팅 로드의 소단부 방향으로 올려진 상태와 반대 방향으로 내려진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
일 실시예로, 그 오른쪽 아래에 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)을 설치할 수 있다. 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(36, 37)에서 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)를 왼쪽 위로 밀어낼 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 쓰일 수도 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 왼쪽 위로 밀 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 왼쪽 위로 올리고 다른 하나를 오른쪽 아래로 내려서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 1a 내지 도 4 참조하면, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(1)가 래크(2, 3), 블록(4, 5), 브레이크 패드(6, 7) 및 스프링(8, 9)을 포함하여, 커넥팅 로드의 대단부에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정하지 않으며, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 소단부에도 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 소단부에 설치 시, 기어 편심 슬리브(1)는, 크기가 작고 베어링(10)처럼 둘로 나누어 제작하지 않을 수 있다. 예를 들어, 각각의 블록(4, 5)을 설치하는 위치도 피스톤 핀(32)의 위쪽이 아니라 실린더의 아래쪽이 될 수 있다. 각 블록(4, 5)은 크랭크 암, 평형추, 및 크랭크 핀(34)을 피해서 설치되어야 하기 때문에, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 양쪽 옆으로 가깝게 하나씩 배치될 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)도 피스톤 핀(32)의 위쪽이 아니라 아래쪽으로 설치되고, 각각의 연장 단부(12, 13) 끝 부분이 좌우의 블록(4, 5)에 각각 닿을 수 있도록 좌우로 돌출해 있으면 된다. 결과적으로, 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)보다 각각 더 짧은 경로 위를 움직일 수 있다. 또한, 각각의 블록(4, 5)의 위치는 실린더와 크랭크 축(33)의 사이가 되어 공간의 사용이 줄어들 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)을 포함할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)은 커넥팅 로드(60)의 대단부 또는 소단부에 사용될 수 있다. 핀(55, 56)은, 피스톤 핀(55) 및/또는 크랭크 핀(56)이 될 수 있다. 일 실시예로, 기어 편심 슬리브(51)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)는 커넥팅 로드의 대단부에 사용하는 점을 개시한다. 반면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 기어 편심 슬리브(51)는, 커넥팅 로드의 소단부 및/또는 대단부에 사용될 수 있다. 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)이 커넥팅 로드의 소단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51)는 피스톤 핀(55)을 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(51)를 커넥팅 로드(60)의 소단부가 감싸도록 순차적으로 설치될 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드(60)의 소단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(51)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 편심 슬리브의 양단에 위치한 동심 슬리브에는 접하지 않을 수 있다. 래크(52)는, 피스톤(50)의 내부에 설치될 수 있다. 필요에 따라, 래크(52)는 피스톤 핀(55)의 양단에 2개 또는 4개를 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 때, 각각의 래크(52)는 피스톤(50)과 상하로 왕복 운동을 할 수 있다. 각각의 블록(54)은, 각각의 래크(52)의 하단에 설치되고, 상하로 위치 조정을 통해 피스톤(50)이 하사점 부근에 있을 때, 각각의 래크(52)의 단부와 접촉하여, 각각의 래크(52)를 필요한 만큼 밀어 올릴 수 있다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드(60)의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다. 커넥팅 로드(60)의 대단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51)는 크랭크 핀(56)을 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(51)를 커넥팅 로드(60)의 대단부가 감싸도록 설치될 수 있다. 기어 편심 슬리브(51)는, 베어링(10)처럼 두 부분으로 제작 및 조립될 수 있다.
커넥팅 로드(60)의 대단부는, 기어 편심 슬리브(51)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 양단의 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다. 래크(52) 및 블록(4, 5)은, 각각 대각선 방향의 2개만 설치할 수 있다. 각각의 래크(52)의 설치 장소는 크랭크 암(57)의 측면일 수 있다. 크랭크 암(57)은, 크랭크 핀(56)의 양단에 각각 위치하여 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 경우, 두 래크(52)는 크랭크 암(57)과 크랭크 축 주위를 회전할 수 있다. 도 2를 참조하면, 각각의 래크(2, 3)는 커넥팅 로드(11)에 설치되어 회전 시, 뒤집어지는 경우는 없지만, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 래크(52)는 크랭크 암(57)에 설치되어 회전할 때에는 뒤집어질 수 있다. 하지만, 피스톤이 하사점 부근에 있을 경우, 두 래크(52)의 단부는 각각 도 2에 도시된 우회전 래크 연장 단부 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부 통과하는 경로(37)와 유사한 경로를 따라 움직일 수 있다. 따라서, 블록(4, 5)은 도 2의 블록(4, 5)과 유사한 형태이면서 래크(52)를 밀어 올릴 수 있다.
도 5d는 본 개시의 다른 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다. 도 5e는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5d의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5d는 도 5a와 도 5c에서 래크(52)와 블록(54)의 모양을 변경하여 블록(54)이 래크(52)에 항상 접하고 있도록 한 것이다. 기어 편심 슬리브(51)의 일단 또는 양단에 설치될 수 있다.
도 6a은 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)을 나타내는 분해 사시도이다. 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(61), 래크(62), 블록(64) 및 피스톤 핀(65)이 포함될 수 있다. 도시된 바와 같이, 기어 편심 슬리브(61)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 기어 편심 슬리브(61)는, 피스톤 핀(65)의 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(61)를 커넥팅 로드(60)의 소단부가 감싸도록 설치될 수 있다.
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조가 피스톤 핀(65)에 설치되었을 경우를 나타내는 세로 단면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(61)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 양단에 위치한 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다. 래크(62)의 설치 장소는 피스톤(50)의 내부가 될 수 있다. 필요에 따라, 래크(62)는 피스톤(50) 내부의 양쪽으로 하나 이상을 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 경우, 래크(62)는 피스톤(50)과 함께 상하로 왕복 운동을 할 수 있다. 블록(64)은, 래크(62)의 하단부에 설치되고, 필요에 따라, 좌우로 위치 조정을 통해 하나 이상의 래크(62)를 좌우로 움직일 수 있다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조에서 변형된 형태의 래크(66) 및 블록(67)을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 래크(66)와 블록(67)은 피스톤의 무게를 줄일 수 있게 하고, 래크(66)가 실린더 밖으로 적게 나올 수 있다. 한편, 도 6c에 도시된 래크(66) 및 블록(67)에 한정되지 않으며, 다양한 모양의 래크(66) 및 블록(67)이 나올 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 기어 편심 슬리브(51)와 래크(52) 또는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 기어 편심 슬리브(61) 및 래크(62)가 커넥팅 로드의 소단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51, 61)를 고정하는 방법에 따라 차이가 발생할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 커넥팅 로드(60)의 소단부에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 수 있다. 그렇게 되면, 커넥팅 로드(60)가 상하 운동을 하며 좌우로 흔들릴 때, 기어 편심 슬리브(51, 61)는 커넥팅 로드(60)와 함께 일체가 되어 좌우로 회전하며, 기어 편심 슬리브(51, 61)가 좌우로 흔들리는 중심은 피스톤 핀이 될 수 있다. 따라서, 피스톤은 항상 피스톤 핀(55, 65)의 중심으로부터 힘을 받을 수 있다. 그러나, 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤(50)에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 경우, 커넥팅 로드(60)가 상하 운동을 하며 좌우로 흔들릴 때, 기어 편심 슬리브(51, 61)는 피스톤과 함께 일체가 되어 좌우로 회전하지 않을 수 있다. 또한, 커넥팅 로드의 소단부는 고정된 기어 편심 슬리브(51, 61)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에서 회전할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)의 중앙에 있는 편심 슬리브의 중심은 피스톤 핀(55, 65)의 중심과 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 피스톤(50)은 피스톤 핀(55, 65)의 중심으로부터 힘을 받지 못할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤(50)에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 경우, 피스톤 핀(55, 65)의 위치를 피스톤(50)의 중앙에서 벗어난 위치로 옮겨야 할 수 있다.
기어 편심 슬리브(51, 61)를 커넥팅 로드의 소단부에서 쉽게 움직이지 않도록 만드는 방법으로, 커넥팅 로드의 소단부의 구멍을 편심 슬리브에 틈이 없이 만들거나, 커넥팅 로드의 소단부의 구멍 내벽에 브레이크 패드를 설치할 수도 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤에서 쉽게 움직이지 않도록 만드는 방법으로, 맞물려 있는 래크(52, 62)에 브레이크 패드 설치 등과 같이 래크(52, 62)를 고정하는 방법을 쓸 수도 있다.
도 7a 및 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 웜 휠 편심 슬리브(71), 웜(73)이 장착된 웜 축(74) 및 웜 축 회전 막대(76)를 나타내는 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 웜 휠 편심 슬리브(71), 웜 휠(72), 웜(73), 웜 축(74, 77), 피스톤 핀(75) 및 웜 축 회전 막대(76, 78)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 웜 휠(72)을 회전시키기 위해 웜(73)이 사용될 수 있고, 웜(73)과 웜 휠(72)의 회전에 따라 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세가 결정될 수 있다. 웜(73)은 피스톤에 설치되고, 웜(73)을 회전시키는 것은 웜 축(74, 77)과 웜 축 회전 막대(76, 78)일 수 있다. 웜 휠 편심 슬리브(71)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 웜 휠(72)을 형성할 수 있다. 웜 휠 편심 슬리브(71)는 피스톤 핀(75)에 설치되고, 웜(73)은 피스톤의 내부에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(미도시)의 소단부는 웜 휠 편심 슬리브(71)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고 양쪽의 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다.
웜 휠(72)은, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 일단 또는 양단에 설치될 수 있다. 웜 축은 웜 축 회전 막대로부터 회전을 전달받을 수 있는 동시에 축 방향으로 이동할 수 있다. 웜 휠(72)이 양단에 설치된 경우, 각 웜 휠(72)에는 웜(73)이 맞물릴 수 있다. 웜(73)은, 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 각 웜(73)에는 웜 축(74, 77)이 있고, 웜 축(74, 77)은 피스톤에 설치될 수 있다. 또한, 웜 축(74, 77)의 하단에 위치한 웜 축 회전 막대(76, 78)로부터 웜 축(74, 77)은 회전을 전달받을 수 있다. 웜(73)이 회전하면, 웜 휠(72)이 회전하여 웜 휠 편심 슬리브(71)를 일정 부분 회전시키고, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세를 변경시킬 수 있다. 결과적으로, 커넥팅 로드 유효 길이가 변경되어 피스톤의 상사점이 변경되고 압축비가 변경될 수 있다. 웜(73)이 회전하지 않으면, 웜 휠(72)도 회전되지 않고, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세도 변경되지 않을 수 있다. 웜 축 회전 막대(76, 78)가 다시 회전될 때까지 엔진은 변경된 압축비로 계속 움직일 수 있다.
한편, 웜 축(74, 77) 및 웜 축 회전 막대(76, 78) 상호 슬라이딩 가능한 방식으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 웜 축(74, 77)은 도 7에서 양쪽으로 보인 두 예와 같이 피스톤과 함께 왕복 운동을 하기 때문에 웜 축 회전 막대(76, 78)의 속이나 겉으로 미끄러지면서 움직일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 펜타 그래프 구조가 사용될 수도 있다. 웜 축(74, 77)의 하부와 웜 축 회전 막대(76, 78)가 서로에 대해 미끄러지면서 움직이기 위해, 웜 축(74)의 하부는 다각형 기둥을 이루고 있거나 외주면에 스플라인 기어가 형성되어 있을 수도 있다. 역으로, 웜 축 회전 막대(78)가 다각형 기둥을 이루거나 스플라인 기어 형태로 되어 웜 축(77) 속을 관통하여 움직일 수도 있다. 하지만, 신속한 왕복 운동을 고려하여 다각형 구조를 사용하면서 롤러 또는 베어링이 함께 사용되는 것이 좋고 웜 축(74, 77)이 가벼운 것이 좋다.
웜 축 회전 막대(76, 78)를 회전시킬 경우, 웜(73)이 회전하고, 웜(73)이 회전하면 웜 휠(72)이 회전하고, 웜 휠(72)이 회전하면 웜 휠 편심 슬리브(71)가 회전할 수 있다. 웜 축 회전 막대(76, 78)를 조종하여 웜 휠 편심 슬리브(71) 및 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세를 조종함으로써 커넥팅 로드의 유효 길이가 조종되어 압축비가 조종될 수 있다.
상기한 본 개시의 실시례는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 개시에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 개시의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
자동차의 중요한 품질의 하나로서 연비와 성능과 배출 가스 공해 저감 실현 등을 꼽을 수가 있는데, 가변 압축비 엔진은 이것을 달성하는데 꼭 필요한 요소의 하나이다. 본 개시에 의한 가변 압축비 엔진은 종래의 엔진에서 작은 변경을 통해 구현 가능하므로 다양한 자동차에 이용 가능할 것이다.
1: 기어 편심 슬리브. 2: 우회전 래크. 3: 좌회전 래크. 4: 우회전 블록. 5: 좌회전 블록. 6, 7: 브레이크 패드. 8, 9: 스프링. 10: 베어링. 11: 커넥팅 로드. 12: 우회전 래크 연장 단부. 13: 좌회전 래크 연장 단부. 14: 커넥팅 로드 캡. 15: 커넥팅 로드 캡 볼트. 16: 커넥팅 로드 대단부. 17: 커넥팅 로드 소단부. 31: 피스톤. 32: 피스톤 핀. 33: 크랭크 축. 34: 크랭크 핀. 35: 크랭크 핀 회전 경로. 36: 우회전 래크 연장 단부 통과하는 경로. 37: 좌회전 래크 연장 단부 통과하는 경로. 44: 우회전 블록 회전축. 45: 좌회전 블록 회전축. 50: 피스톤. 51: 기어 편심 슬리브. 52: 래크. 54: 블록. 55: 피스톤 핀. 56: 크랭크 핀. 57: 크랭크 암. 60: 커넥팅 로드. 61: 기어 편심 슬리브. 62: 래크. 64: 블록. 65: 피스톤 핀. 66: 래크. 67: 블록. 71: 웜 휠 편심 슬리브. 72: 웜 휠. 73: 웜. 74, 77: 웜 축. 75: 피스톤 핀. 76, 78: 웜 축 회전 막대.

Claims (10)

  1. 가변 압축비 엔진에 있어서,
    피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드;
    상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 외주면에 기어가 형성된 기어 편심 슬리브;
    일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크;
    상기 래크의 일단에 돌출되어 형성된 래크 연장 단부; 및
    상기 래크 연장 단부에서 떨어져 있고, 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상기 래크가 이동할 때 상기 래크 연장 단부에 접촉하여 상기 래크 연장 단부를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 포함하는 가변 압축비 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    일측이 상기 래크의 일측에 접촉하는 브레이크 패드; 및
    상기 브레이크 패드의 타측에 접촉하여 상기 브레이크 패드에 압력을 가함으로써 상기 래크의 움직임을 제어하는 스프링을 더 포함하는 가변 압축비 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 래크는, 상기 커넥팅 로드의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 기어 편심 슬리브의 기어에 맞물리는 가변 압축비 엔진.
  4. 가변 압축비 엔진에 있어서,
    피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드;
    상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치하고 외주면에 피니언 기어가 형성된 원통 형태의 동심 슬리브를 포함하는 기어 편심 슬리브;
    상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크; 및
    상기 래크에서 떨어져 있고, 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상기 래크가 이동할 때 상기 래크에 접촉하여 상기 래크를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 포함하는 가변 압축비 엔진.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 래크와 상기 적어도 하나의 블록은 항상 접촉하도록 구성된 가변 압축비 엔진.
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