KR20010085035A

KR20010085035A - 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진

Info

Publication number: KR20010085035A
Application number: KR1020010044356A
Authority: KR
Inventors: 유병섭
Original assignee: 유병섭
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2001-09-07

Abstract

본 발명은 미리 설정된 상한선에서 하한선까지 배기량 및 압축비를 자동으로 변동시킬 수 있도록 구비된 왕복동식 엔진에 관한 것이다.

본 발명은 내연기관의 왕복동식 엔진에 있어서, 행정거리를 증가시켜 배기량 및 압축비를 최대로 증가시키고자 할 경우에 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 최대의 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 내측으로 최대의 편심을 주고, 행정거리를 감소시켜 배기량 및 압축비를 최소의 상태로 하고자 할 경우에 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 내측으로 최대의 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 외측으로 최대의 편심을 주어서 되는 것이다.

본 발명에 의하면, 자동차가 급가속 또는 언덕을 오르는 등 고출력을 요구할 때 배기량을 늘릴 수 있으므로 엔진의 응답성을 향상시켜 엔진의 효율을 향상시킬 수 있으며, 자동차가 고속운전을 하여 다량의 공기가 필요할 때 행정거리를 늘려 많은 공기량을 흡입할 수 있도록 하며, 가능한 범위내에서 압축비를 변화시켜 엔진의 연소효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진{RECIPROCATING ENGINE HAVING VARIABLE DISPLACEMENT AND COMPRESSION RATIO FREELY}

본 발명은 다양한 범위내의 배기량 및 압축비를 엔진의 속도 및 부하에 따라 자동으로 선택할 수 있도록 구비된 왕복동식 엔진에 관한 것으로서, 필요시 행정거리를 늘려 배기량을 증대시킴으로써 엔진의 출력을 높이고, 흡입 행정시 공기량의 흡입을 자연스럽게 증가시켜 연료의 연소효율을 높일 수 있도록 하고, 압축비를 자유롭게 변경시켜 연소효율을 높이며, 그다지 높은 출력을 요하지 않을 경우 최초의 배기량으로 복귀하여 연료의 소모를 줄일 수 있도록 한 왕복동식 엔진의 배기량 및 압축비 가변장치에 관한 것이다.

본 발명은 본 출원인의 대한민국 특허출원 제2001-40489호의 개선에 관한 것이다.일반적으로 왕복동식 엔진은 연료와 공기를 혼합한 혼합가스를 압축하여 스파크로 점화하는 가솔린엔진과 공기를 압축하여 자동점화하는 디젤엔진으로 구분할 수 있고, 가솔린엔진은 오토사이클로 작동되고, 디젤엔진은 디젤사이클이나 사바테사이클로 작동되며, 연소실내에서 공기와 연료의 혼합가스가 연소하여 압력의 증가로 나타나게 된다. 엔진의 연소효율을 높이는 방법으로서 가능하면 압축비를 높이는 것을 들 수 있는데, 통상의 엔진은 압축비가 한번 정해지면 그 압축비를 조정할 수 없는 문제가 있다. 디젤엔진에 있어서는 압축비가 대략 12:1 이상이지만 가능한 한 압축비를 높이면 디젤엔진의 효율이 올라가고, 가솔린엔진에 있어서는 압축비가 대략 10:1 이상이 되면 노킹현상이 일어나 한계가 있다.

또한, 엔진의 연소효율을 높이는 다른 방법으로서 흡입되는 공기량을 증가시키는 것을 들 수 있는데, 예를 들면 과급기나 터보차저를 별도로 설치하는 것이다. 그러나, 이 또한, 설치비가 고가로 들어가는 문제가 있다.

한편, 왕복동식 엔진은 통상 실린더 보어의 직경과 행정거리가 정해져 있어 배기량은 고정되어 있다.

그러나, 엔진의 저부하 운전시에는 낮은 출력을 요구하므로 실린더 내에는 적은 혼합가스가 도입되는 것이 바람직하고, 엔진의 고속 운전 및 고부하시에는 높은 출력이 필요하므로 많은 혼합가스가 도입되는 것이 바람직하다, 그렇지만 종래의 경우 배기량이 일정하므로 혼합가스 또는 공기의 공급량 조정은 스로틀밸브 조작과 흡기 포트의 형상 및 흡기 부압 등에만 의존하게 되므로 엔진의 응답성이 떨어지는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여 배기량을 가변할 수 있는 선행기술로서 "배기량을 가변적으로 조정하는 피스톤"이라는 명칭으로 대한민국에서 특허 등록된 것이 있다(공개번호 특1998-053116).

그러나, 위와 같은 길이가 가변되는 피스톤의 경우 상사점과 하사점 사이에서 피스톤의 길이가 변하기는 하지만, 정해진 행정거리내에서 피스톤의 길이가 늘어난 경우 피스톤이 실린더헤드와 부딪칠 것이고, 피스톤의 길이가 짧아진 경우 압축행정에서 제대로 압축이 되지 않는 치명적인 결함이 있는 것이다. 나아가 단순히 피스톤의 길이만 변화시켜 주는 것으로서는 공기를 흡입하는 효과가 거의 나타나지 않는 문제도 있다.

또한, 크랭크핀에 들어가는 베어링 메탈을 편심으로 하여 압축비를 변경하고자 하는 선행기술이 많이 알려져 있다.

그러나, 위와 같은 경우 크랭크 핀에 들어가는 베어링 메탈의 편심량만으로 압축비를 변경하고자 하는 것이므로 압축비의 변화의 폭이 좁고, 다른 변수 예를 들면, 배기량의 변화, 공기의 흡입량 등에 대한 고려가 없어 실용성에 한계가 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 자동차가 급가속 또는 언덕을 오르는 등 고출력을 요구할 때 배기량을 늘려 응답성을 향상시켜 엔진의 효율을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 디젤엔진이나 가솔린엔진 공히 일정한 범위 내에서 가능한 한 압축비를 높임과 동시에 압축비도 자유롭게 조정을 할 수 있도록 하여 엔진의 연소효율을 극대화하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자동차가 고속운전을 하여 다량의 공기가 필요할 때 행정거리를 늘려 많은 공기량을 흡입할 수 있도록 하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따라 메인 베어링 저널과 크랭크 핀이 내 외측으로 편심을 번갈아 가면서 이룰 때 마치 펌프와 같은 펌핑작용으로 흡기 포트에 부압을 발생시켜 공기와 연료의 혼합농도를 균일화함으로써 연소효율도 높이고, 대기오염을 줄이는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 편심된 메탈베어링의 회전을 유압으로 하지 않고, 기구적으로 작동되도록 함으로써, 보다 더 안정적으로 메탈베어링을 편심시키는데 있다.

도1은 일반적인 왕복동식 엔진의 작동원리를 설명하기 위한 개략도.

도2는 본 발명의 일실시예에 따라 배기량이 증대될 수 있도록 조합되는 상태를 도시하는 도면으로서, (가)는 크랭크 샤프트의 메인 베어링 저널을 실린더 블럭의 크랭크 케이스에 대하여 외측으로 편심을 준 상태를 도시하는 것이고, (나)는 콘넥팅 로드를 내측으로 편심을 준 상태를 도시하는 도면.

도3은 본 발명의 일실시예에 따라 배기량이 초기의 상태로 된 것을 도시하는 도면으로서, (가)는 크랭크 샤프트의 메인 베어링 저널을 실린더 블럭의 크랭크 케이스에 대하여 내측으로 편심을 준 상태를 도시하는 것이고, (나)는 콘넥팅 로드를 외측으로 편심을 준 상태를 도시하는 도면.

도4는 본 발명의 일실시예에 따라 메인 베어링 저널의 편심과 크랭크 핀의 편심이 함께 일어나도록 하는 크랭크 샤프트의 일부 구조를 도시하는 단면도.

도5는 본 발명의 일실시예에 따라 메인 베어링 저널의 편심과 크랭크 핀의 편심이 함께 일어나도록 하는 크랭크 샤프트의 일부 구조를 도시하는 사시도.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 메인 베어링 저널의 편심과 크랭크 핀의 편심이 별도로 일어나도록 하는 크랭크 샤프트의 일부 구조를 도시하는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 크랭크 샤프트 2 : 크랭크 핀 3 : 콘넥팅 로드 4 : 피스톤 5 : 피스톤 핀 6 : 흡기 포트 7 : 배기 포트 8 : 실린더 블록 12 : 대단부 14 : 메탈 베어링 18 : 소단부 20 : 베어링 캡 30 : 메인 베어링 저널 40, 60 : 축 42, 62 : 웜 44, 64 : 웜기어 46 : 가이드 링 48 : 헬리칼 기어 50 : 가이드 52 : 회전편 54 : 래크 56 : 가변로드 58 : 밸런스 웨이트

이하에서는 예시 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 일반적인 왕복동식 엔진은 크랭크샤프트(1)의 크랭크 핀(2)에 결합된 콘넥팅 로드(3)의 크랭크기구에 의하여 크랭크샤프트의 회전운동을 피스톤(4)의 왕복운동으로 바꾼다. 이 경우 크랭크 각이 0도에서 180도 사이가 흡입 또는 폭발행정이고, 크랭크 각이 0도일 때 상사점이고 180도일 때 하사점이며, 크랭크샤프트의 1회전에 피스톤은 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이를 왕복하게 되고, 그 상사점과 하사점사이의 거리 즉 행정거리(L)는 고정되어 있어 배기량 및 압축비도 고정되어 있다.

통상의 엔진은 최초 설계시 보어의 직경(피스톤의 직경)과 행정거리(L)를 미리 결정하게 되고, 그 보어의 단면적과 행정거리를 곱하면 배기량이 정해지게 된다. 따라서, 엔진의 배기량을 변경(증가)하기 위해서는 행정거리를 변경(증가)해 주면 된다.

예를 들어, 보어=76.5mm, 행정거리=81.5mm인 4기통 엔진의 배기량을 계산해보면,

π/4×76.5²×81.5×4×1/1000=1498cc이다.

이 경우 행정거리의 1/3 크기의 편심을 주어 행정거리를 1/3 늘릴 경우 배기량이 2000cc 엔진이 될 수 있는 것이다.

최초의 행정거리를 L이라 하고, 변경(증가)된 행정거리를 L1이라 하면, 그엔진은 2개의 배기량을 가질 수 있게 되어 여러 가지 이점을 가지게 된다. 예를 들면, 급가속이나 언덕을 오르는 등 고출력을 요구할 때는 엔진의 배기량을 크게 하여 사용하고, 그렇지 않고 평상시의 경우 엔진의 배기량을 적게 하여 엔진을 사용하면 엔진의 효율이 향상되고, 엔진의 응답성도 크게 증대된다. 또한, 엔진이 고속으로 회전하여 엔진에서 공기 흡입량을 다량 요구할 경우에도 배기량을 증가시키면, 그 증가된 행정거리에 상당하는 만큼 공기 흡입량도 늘어나 엔진의 응답성이 향상되어 엔진의 효율도 높아진다.

한편, 압축비라 함은 연소실용적(Vc)과 행정용적(Vd)을 합한 것과 연소실용적(Vc)의 비를 말하는데, 일반적으로 가솔린엔진이나 디젤엔진의 경우 상기한 압축비를 높일수록 엔진의 연소효율이 향상한다. 본 발명에 있어서는 편심량(e)에 따라 자연적으로 행정용적이 늘어나게 되므로 압축비도 자연적으로 증가하게 되어 결과적으로 엔진의 연소효율도 높아지게 되는 것이다.

도2 및 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 행정거리가 초기에 세팅된 왕복동식 엔진이 초기(기존)의 변화되지 않은 상태의 행정거리에서 작동될 수 있도록 하고(이 경우 배기량이 적은 상태임), 필요할 경우 행정거리가 증가된 상태에서도 작동될 수 있도록(이 경우 배기량이 늘어난 상태임)하여 최소량과 최대량의 배개량 사이에서 배기량이 자동으로 변경되도록 기본적으로 설계된 것이다.

구체적으로는 도2의 (가)에 나타난 바와 같이, 실린더 블록(8)의 하측 중앙에 크랭크 케이스(9)가 형성되어 있고, 그 크랭크 케이스(9)의 내측에는 메인 베어링 저널(30)이 베어링 메탈(14)에 대하여 편심된 상태로 베어링 캡(20)에 의하여볼트(22)로 결합된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 있어서는 콘넥팅 로드(32)는 도2 및 도3의 (가)(나)에 도시되어 있는 바와 같이, 하측에 크랭크 핀(2)과 결합하는 대단부(12)가 형성되어 있고, 상측에는 피스톤(4)과 피스톤 핀(5)과 결합하는 소단부(18)가 형성되어 있고, 그 대단부(12)의 내측에는 크랭크 핀(2)이 메탈 베어링(14)에 대하여 내측 또는 외측으로 편심이 된 상태로 베어링 캡(20)에 의하여 볼트(22)로 결합된다.

본 발명의 일실시예에 의하여, 행정거리를 증가시켜 배기량을 최대로 증가시키기 위해서는 도2 및 도3의 (가)에 도시한 바와 같이, 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 내측으로 편심을 시키면 된다.

또한, 행정거리를 원위치시켜 배기량을 최소의 상태로 하기 위해서는 도2 및 도3의 (나)에 도시한 바와 같이, 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 내측으로 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 외측으로 편심을 시키면 된다.

이 때, 상기 메탈베어링(14)에 대하여 크랭크 핀(2)이 외측으로 편심이 된 경우 상사점과 하사점이 편심량(e) 만큼 늘어나 전체 행정거리가 편심량의 2배 만큼 증가되기는 하나, 하사점의 경우 늘어나더라도 오일팬에 공간이 있으므로 문제가 없지만, 상사점이 늘어나는 경우 실린더헤드를 피스톤(4)이 치게 되므로 문제가 된다. 따라서 이 경우 상사점이 올라간 만큼 다시 상사점을 내려주는 수단이 마련되어야 한다. 본 발명에 있어서는 상사점을 내려주는 수단으로서 크랭크 핀(2)이 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 편심된 양만큼 메인 베어링 저널(30)이 메탈 베어링(14)에 대하여 내측으로 편심이 되도록 하는 방법을 사용하고 있는 것이다.

또한, 상기 메탈베어링(14)에 대하여 크랭크 핀(2)이 내측으로 편심이 된 경우 상사점과 하사점이 편심량(e) 만큼 줄어들어 전체 행정거리가 편심량의 2배 만큼 감소되어 압축이 제대로 되지 않는 등의 문제가 발생한다. 따라서 이 경우 상사점이 내려온 만큼 다시 상사점을 올려주는 수단이 마련되어야 한다. 본 발명에 있어서는 상사점을 올려주는 수단으로서 크랭크 핀(2)이 메탈 베어링(14)에 대하여 내측으로 편심된 양만큼 메인 베어링 저널(30)이 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 편심이 되도록 하는 방법을 사용하고 있는 것이다.

위와 같이, 크랭크 핀(2)과 메인 베어링 저널(30)의 편심량(e)에 의하여 최대로 배기량이 늘어날 수 있는 양이 정해지고, 상기 편심량(e)을 변동시켜 줌으로써 배기량이 최대량과 최소량 사이에서 변동이 될 수 있다.

위와 같이 할 경우, 크랭크 샤프트(1)의 메인 베어링 저널(30)의 중심선이 아래 위로 편심량 만큼 변동하므로 다른 부품과의 결합관계를 고려하여야 한다. 그 한가지 방법으로서는 크랭크 샤프트(1)의 양단을 유니버셜 조인트(미도시함)로 연결하면 메인 베어링 저널(30)의 중심선이 변하더라도 동력전달에는 문제가 없다. 다른 방법으로서는 크랭크 샤프트(1)의 일측은 밸브기구(미도시함)와 타이밍 벨트나 타이밍 체인으로 연결되는데 장력을 조정하는 텐션롤러를 이용하여 장력을 조정하면 상기 메인 베어링 저널(30)의 중심선이 변하더라도 크게 문제는 없다. 한편크랭크 샤프트(1)의 타측은 플라이휠과 결합되는데 기어의 성질에 비추어 볼 때 상기 메인 베어링 저널(30)의 중심선이 변하더라도 그 플라이휠의 원주면상의 기어와 스타트 모터의 출력측 기어가 맞물리는데도 큰 문제는 없다.

상기 메탈 베어링(14)의 회전각도에 따라 편심량(e)이 조절되어 배기량 및 압축비가 최대량과 최소량 사이에서 자유롭게 변동될 수 있는데, 상기 메탈 베어링(14)의 회전각도는 다음과 같은 구성으로 가변될 수 있다.

도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트(1)의 하측 오일 팬(미도시됨)에는 축(40)이 그 오일팬을 관통하여 장착되어 있고, 그 축(40)에는 웜(40)이 콘넥팅 로드(3)의 숫자만큼 장착되어 있다.

또한, 상기 실린더 블록(8)의 크랭크 케이스(9)와 메인 베어링 저널(30)과의 사이에는 메탈 베어링(14)이 편심된 상태로 장착되어 있는데, 그 메탈 베어링(14)의 일단에는 웜기어(44)가 결합되어 있고, 그 메탈 베어링(14)의 타단에는 원반상의 가이드 링(46)이 결합되어 있고, 그 가이드 링(46)의 원주면상에는 가이드(50)가 형성되어 있다. 도면에는 상기 베어링메탈(14)과 웜기어(44)와 가이드 링(46)이 분리된 상태에서 결합되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이를 일체형으로 하여도 좋다.

또한, 상기 콘넥팅 로드(3)의 대단부와 크랭크 샤프트(1)의 크랭크 핀(2) 사이에는 메탈 베어링(14)이 장착되는데, 그 메탈 베어링(14)의 일단에는 헬리칼 기어(48)가 결합되어 있다. 도면상에는 상기 메탈베어링(14)과 헬리칼 기어(48)가 분리된 상태에서 결합되어 있는 것으로 도시 되어 있으나, 이를 일체형으로 하여도좋다.

또한, 상기 크랭크샤프트(1)의 회전에 따라 메탈 베어링(14)의 가이드 링(46)에 구비된 가이드(50)를 따라서 회전하는 회전편(52)이 구비되어 있고, 그 회전편(52)에는 하부에 래크(54)가 형성된 가변로드(56)가 결합되어 있어 그 래크(54)가 상기 크랭크 핀(2)의 메탈 베어링(14)에 구비된 헬리칼 기어(48)와 맞물린다.

상기 회전편(52)은 가이드(50)와 맞물리는 부분에 롤러베어링을 장착하여 가이드(50)를 따라 회전은 원활하게 할 수 있도록 하면서도 회전편(52)에 작용하는 부하를 견딜 수 있도록 하고, 상기 가변로드(56)는 크랭크샤프트(1)의 밸런스웨이트(58)에 사선방향으로 형성된 슬롯을 따라 움직이도록 되어 있고, 그 가변로드(56)를 슬롯에서 이탈되지 않도록 가변로드(56)의 상측으로 덮개(66)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 축(40)은 스텝모터 또는 서보모터(미도시됨)의 축과 연결되어 회전되는데 그 모터들은 ECU(엔진제어장치)의 지시에 따라 작동하게 된다.

이하, 메인 베어링 저널(30)과 크랭크 핀(2)에 편심량의 변화를 주어 배기량의 변화를 주는 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 가변로드(56)는 크랭크 샤프트(1)의 회전과 함께 가이드 링(46)의 가이드(50)에 구속이 되어 결과적으로 크랭크 샤프트(1)를 따라서 회전하게 되는데, 이 때 편심량(e)의 변화를 주고자 하는 경우 축(40)을 회전시키면, 그 축(40)에 결합된 웜(42)이 회전을 하여 웜기어(44)를 회전시키게 되고, 그 웜기어(44)와 결합된메탈베어링(14)이 회전을 하면서 메인 베어링 저널(30)의 편심량이 변하게 된다.

이어서, 상기 가변로드(56)의 회전편(52)이 그 메탈 베어링(14)에 결합된 가이드 링(46)을 따라 돌면서 그 가이드 링(46)의 편심량 만큼 가변로드(56)를 크랭크샤프트(1)의 밸런스웨이트(58)에 사선방향으로 형성된 슬롯을 따라 움직이도록 하여 그 가변로드(56)의 래크(54)가 상호 맞물린 메탈베어링(14)의 헬리칼기어(48)를 회전시켜 크랭크 핀(2)의 편심량이 변하게 되는 것이다.

위와 같이, 편심량(e)이 가변되면, 그에 따라 변화하는 배기량의 폭도 달라질 수 있는데 예를 들면, 편심량(e)에 따라 최소치1500cc 최대치2000cc, 최소치1500cc 최대치1800cc, 최소치1300cc 최대치1500cc 등 무한한 조합이 가능하게 된다.

또한, 편심량을 배기량이 최대치와 최소치 사이에서 변화하도록 선정하였을 때에는 배기량이 증가하였을 경우에는 상사점의 위치는 동일하므로 배기량이 증가한 만큼 따라서 압축비도 증가하고, 배기량이 감소한 만큼 압축비도 감소하는데 이러한 변화는 선형적인 변화이다. 그러나, 바람직하기로 가솔린엔진에 있어서는 노킹이 일어나지 않는 한도내에서 배기량은 증가하되 노킹이 일어나지 않는 한도내에서 압축비의 범위가 있도록 하는 것이 최선이다. 따라서 최초 배기량이 증가한 만큼 그대로 압축비가 그대로 증가하도록 하는 것보다, 배기량이 증가에 따라 어느 정도의 비율로 압축비를 증가시킬 것인가의 문제인데 이론상 배기량의 증가 비율보다는 적게 압축비가 증가하도록 하는 것이 좋다. 그렇게 하기 위해서 초기에 예를 들면, 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 편심을 주는편심량보다는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 내측으로 편심을 주는 편심량을 적데 주면 된다.

한편, 배기량의 변동과는 별도로 상기 압축비도 자유롭게 가변시킬 수 있는데, 예를 들면 도6에 도시한 바와 같이, 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 편심을 주는 것과 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 내측으로 편심을 주는 것을 별도로 해주면 된다.

도6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서 메인 베어링 저널(30)의 편심과 크랭크 핀(2)의 편심이 일체로 이루어지는 것이 아니라 별도로 이루어지는 것을 나타내는 것이다.

도6에 있어서, 본 발명의 다른 실시예는 상기한 일실시예와 대동소이하나, 축(60)을 별도로 하나 더 오일 팬의 하부에 장착하고, 그 축에 크랭크 핀(2)의 숫자만큼 웜(62)을 더 상기 축(60)에 장착하여 상기한 축(40)의 회전으로 메인 베어링 저널(30)을 메탈베어링(14)에 대하여 편심을 주도록 작동하고, 상기 축(60)의 회전으로 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 자동하도록 하는 점이 다르다.

이하, 메인 베어링 저널(30)과 크랭크 핀(2)에 편심량의 변화를 별도로 주어 배기량의 변화를 줌과 동시에 압축비의 변화를 주는 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 축(40)을 회전시키면, 그 축(40)에 결합된 웜(42)이 회전을 하여 웜기어(44)를 회전시키게 되고, 그 웜기어(44)와 결합된 메탈베어링(14)이 회전을 하면서 메인 베어링 저널(30)의 편심량이 변하게 된다.

이 경우 배기량 및 압축비는 증가하게 되는데, 엔진의 부하 및 회전속도에맞추어 압축비를 미세하게 변동(주로 감소시키고자 하는 경우가 많음)시키고자 하는 경우 상기 축(60)을 회전시키면 그 축(60)에 결합된 웜(62)이 회전을 하여 웜기어(64)를 회전시키게 되고, 그 웜기어(64)에 결합된 가이드 링(46)이 회전할 때 상기 가변로드(56)의 회전편(52)이 그 메탈 베어링(14)에 결합된 가이드 링(46)을 따라 돌면서 그 가이드 링(46)의 편심량 만큼 가변로드(56)를 크랭크샤프트(1)의 밸런스웨이트(58)에 사선방향으로 형성된 슬롯을 따라 움직이도록 하여 그 가변로드(56)의 래크(54)가 상호 맞물린 메탈베어링(14)의 헬리칼기어(48)를 회전시켜 크랭크 핀(2)의 편심량이 변하게 되는 것이다.

위와 같은 경우 메인 베어링 저널(30)의 편심량 만큼 배기량이 늘어난다 하더라도, 크랭크 핀(2)의 편심량을 자유롭게 조절하여 최초의 상사점 보다 덜 올라가게 할 수 있으므로 압축비를 작게 할 수 있는 것이다. 즉, 메인 베어린 저널(30)의 편심량(e) 변동에 비하여 크랭크 핀(2)의 편심량(e) 변동을 적게하거나 같도록 함에 따라 행정용적이 변하므로 압축비도 다양하게 변화시킬 수 있는 것이다.

위와 같이, 본 발명의 엔진은 최소치의 배기량과 최대치의 배기량 및 최적의 압축비를 엔진의 부하 및 속도에 따라 최적의 비율을 선택에 따라 다양하게 가질 수 있는데, 미리 엔진의 부하 및 회전속도에 가장 적합한 배기량이나 압축비를 계산하여 이를 미리 ECU(엔진제어장치)에 입력하여 두었다가 엔진의 회전속도를 속도센서로 감지하거나, 엔진의 부하를 부하센서로 감지하여 설정된 속도나 부하에 따라 가장 적합한 배기량 및 압축비가 되도록 메인 베어링 저널(30) 및 크랭크 핀(2)의 메탈베어링(14)을 적당한 각도만큼 회전시키면 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

본 발명에 의하면, 자동차가 급가속 또는 언덕을 오르는 등 고출력을 요구할 때 배기량을 간단한 조작에 의하여 자동적으로 늘릴 수 있으므로 응답성을 향상시킬 수 있으며, 엔진의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 자동차의 엔진뿐만 아니라 선박 엔진 등 왕복동식 엔진에는 모두 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가솔린엔진뿐만 아니라 디젤엔진에도 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 자동차가 고속운전을 하여 순간적으로 대량의 공기를 필요로 할 때 간단한 조작에 의하여 자동적으로 배기량을 늘려 많은 공기량을 흡입할 수 있으므로 엔진의 연소효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 메인 베어링 저널이 내 외측으로 편심을 번갈아 이루고, 크랭크 핀이 내 외측으로 편심을 번갈아 가면서 이룰 때 마치 펌프와 같은 펌핑작용으로 흡기 포트에 부압을 발생시켜 공기와 연료의 혼합농도를 균일화할 수 있으므로 연소효율도 높이고, 미연소된 배기가스가 감소하게 되므로 대기오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

내연기관의 왕복동식 엔진에 있어서, 행정거리를 증가시켜 배기량 및 압축비를 최대로 증가시키고자 할 경우에 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 외측으로 최대의 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 내측으로 최대의 편심을 주고, 행정거리를 감소시켜 배기량 및 압축비를 최소의 상태로 하고자 할 경우에 메인 베어링 저널(30)을 메탈 베어링(14)에 대하여 내측으로 최대의 편심을 주는 동시에 콘넥팅 로드(10)와 결합되는 크랭크 핀(2)을 메탈베어링(14)에 대하여 외측으로 최대의 편심을 주어서 되는 것을 특징으로 하는 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.
제1항에 있어서,

상기 메인 베어링 저널(30)의 편심량(e)과 크랭크 핀(2)의 편심량(e)이 동일한 것을 특징으로 하는 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.
제1항에 있어서,

상기 메인 베어링 저널(30)의 편심량(e)과 크랭크 핀(2)의 편심량(e)이 함께 변동되는 것을 특징으로 하는 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.
제3항에 있어서,

상기 메인 베어링 저널(30)의 하측 오일 팬에 관통되어 장착되어 있고 웜(42)이 콘넥팅 로드(3)의 숫자만큼 장착되어 있는 축(40)과, 상기 웜(42)과 맞물리는 웜기어(44)가 일단에 결합되어 있고 타단에는 원주면상에 가이드(50)가 구비되어 있는 가이드 링(46)이 결합된 메인 베어링 저널(30)의 메탈베어링(14)과, 일단에 헬리칼 기어(48)가 결합된 크랭크 핀(2)의 메탈베어링(14)과, 크랭크샤프트(1)의 회전에 따라 메탈 베어링(14)의 가이드 링(46)에 구비된 가이드(50)를 따라서 회전하는 회전편(52)이 일단에 구비되어 있고 하부에 래크(54)가 형성되어 상기 헬리칼 기어(38)와 맞물리는 가변로드(56)로 구성된 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.
제1항에 있어서,

상기 메인 베어링 저널(30)의 편심량(e)과 크랭크 핀(2)의 편심량(e)이 별도로 변동되는 것을 특징으로 하는 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.
제5항에 있어서,

상기 메인 베어링 저널(30)의 하측 오일 팬에 관통되어 장착되어 있고 웜(42)(62)이 콘넥팅 로드(3)의 숫자만큼 장착되어 거리를 두고 설치된 축(40)(60)과, 상기 웜(42)과 맞물리는 웜기어(44)가 일단에 결합된 메인 베어링 저널(30)의메탈베어링(14)과, 상기 메탈베어링(14)과 인접하여 설치되어 일단에 상기 웜(62)과 맞물리는 웜기어(64)가 장착된 가이드 링(46)과, 헬리칼 기어(48)가 결합된 크랭크 핀(2)의 메탈베어링(14)과, 크랭크샤프트(1)의 회전에 따라 메탈 베어링(14)의 가이드 링(46)에 구비된 가이드(50)를 따라서 회전하는 회전편(52)이 일단에 구비되어 있고 하부에 래크(54)가 형성되어 상기 헬리칼 기어(38)와 맞물리는 가변로드(56)로 구성된 배기량 및 압축비가 자유롭게 가변되는 왕복동식 엔진.