KR20080108152A - 가변 압축비 내연 기관 - Google Patents

Abstract

가변 압축비 내연 기관은 크랭크 케이스와 실린더 블록 사이의 상대 운동을 야기하도록 캠축을 회전시키다. 캠축은 축 부재, 이 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 대해 회전가능한 가동 베어링 부재를 갖는다. 캠 부재는 크랭크 케이스 내에 형성된 캠 하우징 홀에 회전가능하게 수용되며, 가동 베어링 부재는 실린더 블록 내에 형성된 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용된다. 가동 베어링 부재의 중심이 베어링 하우징 홀에 대한 가동 베어링 부재의 회전 중심이 되는, 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분의 길이는, 캠 부재의 중심이 캠 하우징 홀에 대한 캠 부재의 회전 중심이 되는, 축 부재와 캠 부재의 중심들을 연결하는 선분의 길이보다 더 길게 설정된다.

크랭크축, 크랭크 케이스, 실린더 블록, 캠축, 축 부재, 캠 부재, 가동 베어링, 베어링 하우징 홀, 캠 하우징 홀, 가동 베어링 부재 작동 선분, 캠 작동 선분, 제 1 제어기, 제 2 제어기

Description

가변 압축비 내연 기관 {VARIABLE COMPRESSION RATIO INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 연소실의 부피를 변화시킴으로써 내연 기관의 압축비를 변화시키는 가변 압축비 내연 기관에 관한 것이다. 특히, 축 부재와 이 축 부재에 고정된 캠 부재를 갖는 캠축, 및 축 부재에 회전가능하게 고정된 가동 베어링 부재를 갖는 가변 압축비 내연 기관에 관한 것이며, 여기서 캠축은 실린더 블록과 크랭크 케이스를 서로를 향해 그리고 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 회전된다.

최근에, 연비 성능, 출력 성능 등을 향상시킬 목적으로 내연 기관의 압축비를 변화시킬 수 있는 기술이 제안되어 왔다. 그러한 기술은 실린더 블록과 크랭크 케이스가 그들 사이의 상대적 운동을 가능하게 하도록 서로 연결되고 그 연결부에 캠축이 제공되는 기술을 포함하며, 캠축은 실린더 축방향을 따라 실린더 블록과 크랭크 케이스 사이에 상대적 운동을 야기하도록 회전되어 연소실의 부피를 변화시키고 압축비를 변화시킨다. 그러한 기술이 일본 특허 공개 공보 제 JP-A-2003-206771 호 및 제 JP-A-2005-113839 호에 제안되어 있다.

그러나, 종래 기술에서, 캠축의 축 부재의 중심과 베어링 하우징 홀 내에 있는 가동 베어링 부재의 회전 중심을 연결하는 선분인 가동 베어링 작동 선분의 길 이는, 캠축의 축 부재의 중심과 캠 하우징 홀 내의 캠 부재의 회전 중심을 연결하는 선분인 캠 작동 선분의 길이와 종종 같다.

상기 설명된 알려진 구성에서, 내연 기관의 압축비가 변화될 때, 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 자세에 따라, 실린더 블록과 크랭크축을 서로로부터 멀어지게 이동시키는 방향으로 작용하는 힘이 내연 기관 등 내에서의 연소 압력에 의해 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 방향으로 증가되는 경우가 있다. 이러한 경우가 발생하면, 연소 압력에 의해 야기되는 캠축 자체 또는 캠축에 짝지어진 실린더 블록이나 크랭크 케이스의 일부의 변형이 증가하며, 내연 기관의 증가된 진동의 위험이 생긴다.

본 발명은 압축비에 관계없이 가변 압축비 내연 기관에서 진동을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 목적을 갖는다.

본 발명의 제 1 양태는 크랭크축이 조립되는 크랭크 케이스; 실린더가 내부에 형성되고 크랭크 케이스에 움직일 수 있게 설치되는 실린더 블록; 및 상호 반대 방향으로 회전가능하도록 실린더 블록 내의 실린더의 두 측에 배치되는 캠축을 포함하며, 캠축은 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링을 포함하고, 캠 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 하나에 형성된 캠 하우징 홀에 회전 가능하게 수용되며, 가동 베어링 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 다른 하나에 형성된 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용되고, 캠축은 내연 기관의 압축비를 변화시키기 위해 크랭크 케이스와 실린더 블록을 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 회전되는 가변 압축비 내연 기관이다. 본 양태의 한 특성은 캠축의 축방향에서 볼 때, 축 부재의 회전 중심인 축 부재의 중심과 베어링 하우징 홀 내의 가동 베어링 부재의 회전 중심인 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이가, 축 부재의 중심과 캠 하우징 홀 내의 캠 부재의 회전 중심인 캠 부재의 중심을 연결하는 직선인 캠 작동 선분의 길이보다 더 길게 설정되는 것이다.

상기 설명된 양태의 가변 압축비 내연 기관은 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링 부재를 갖는다. 캠축을 회전시킴으로써, 축 부재와 가동 베어링 부재는 캠 부재의 중심에 대해 회전적으로 운동하게 되며, 이 회전 운동은 실린더 블록과 크랭크 케이스를 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키는데 이용된다.

이와 같은 가변 압축비 내연 기관에서, 상기 기재된 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분이 같은 길이로 이루어지는 경우에 압축비를 변화시키는 작동이 고려된다. 이 경우, 캠축이 압축비를 변화시키도록 회전될 때 실린더 축선에 대한 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 각도는, 예를 들어 압축비 범위 내의 최소 압축비에서 각도가 실질적으로 0°가 되도록, 그리고 캠축이 이 상태로부터 최대 압축비까지 90°회전될 때 각도는 실질적으로 90°가 되도록 설정된다.

이렇게 되면, 내연 기관에서의 연소 압력에 의해 야기된 하중이 특히 최대 압축비 부근에서 실린더 블록과 크랭크 케이스를 서로로부터 멀어지게 이동시키는 방향으로 작용하는 경우, 캠축에 작용하는 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 작용 선에 대한 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 각도가 약 90°가 되기 때문에, 연소 압력에 의한 하중이 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 방향으로 급격하게 증가되는 경우가 있다.

이것이 일어나면, 캠축 및 실린더 블록 또는 크랭크 케이스에 있는 캠축과 짝지어진 부분에 진동이 야기될 수 있다. 특히, 가동 베어링 부재에 관하여, 최대 압축비의 부근에서 베어링 하우징 홀 내의 회전 놀음이 증가하는 구조이기 때문에, 상기 진동이 일어나기 쉽고 압축비의 제어에 있어 정확성을 유지하기 어려워질 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 양태에서 가동 베어링 작동 선분의 길이는 캠 작동 선분의 길이보다 더 길게 되어있다. 이와 같이 함으로써, 특히 연소 압력에 의한 하중의 작용 선에 대한 가동 베어링 작동 선분의 각도가 90°부근에 있게 되는 것을 막을 수 있으며, 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 가동 베어링 작동 선분의 방향으로의 증가 및 작용을 특히 막을 수 있다.

상기 양태에서, 압축비 범위 내의 최소 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지며, 압축비 범위 내의 최대 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지고, 최대 압축비는 최소 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어진다.

이렇게 함으로써, 가장 큰 연소 압력이 작용하는 최대 압축비의 조건에서, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분은 연소 압력이 작용하는 방향과 평행해질 수 있다. 그 결과, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분의 방향으로 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가가 억제될 수 있다. 같은 효과가 최소 압축비에서도 역시 기대될 수 있다.

최대 압축비가 상기 중심들의 상태가 실질적으로 직선으로 정렬될 때 설정되고 최소 압축비가 180°회전함으로써 얻어지는 상태일 때 설정되어도 전술한 바와 같다. 따라서, 본 발명의 본 양태에서, 그러므로, 압축비 범위 내의 최대 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지며, 압축비 범위 내의 최소 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지고, 최소 압축비는 최대 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어진다.

상기 양태에서, 캠축이 최소 압축비 또는 최대 압축비 중 어느 하나가 얻어지는 상태로부터 실질적으로 90°회전될 때, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 비가 압축비가 압축비 범위의 중간값이 되도록 설정될 수 있다.

최대 압축비와 최소 압축비의 중간 압축비에서의 캠축의 회전 각도는 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 길이의 비로 변화된다. 그러므로, 최소 압축비 또는 최대 압축비 중 어느 하나인 상태로부터 캠축이 실질적으로 90°만큼 회전될 때, 이 비는 압축비가 최대 압축비와 최소 압축비 사이의 중간값이 되도록 설정된다. 이렇게 함으로써, 압축비의 제어 능력을 진보시키기 위해 캠축의 회전 각도와 압축비 사이의 선형성을 향상시킬 수 있다.

상기 양태에서, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 길이의 비는 1.3 이상일 수 있다.

연소 압력에 의해 야기되는 하중이 캠 부재와 가동 베어링 부재에 작용하는 경우, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비에 따라 캠축의 회전 각도 사이의 선형성에 더하여 캠축을 구동하는데 요구되는 토크 및 연소 압력에 의해 야기되는 캠축에 작용하는 힘의 변화가 존재함이 알려져 있다.

연소 압력에 의해 야기되는 캠축에 작용하는 힘의 최대값에 대해, 캠 작동 선에 대한 가동 베어링 선분의 길이의 비가 증가함에 따라 그 값을 낮게 억제할 수 있다. 그러므로, 이 관점에서, 캠 작동 선분에 대해 가동 베어링 선분의 길이의 비가 큰 이점이 있다.

캠 작동 선분에 대한 가동 베어링 선분의 길이의 비가 약 1.5 가 되면, 캠축의 회전 각도에 대한 압축비의 변화는 실질적으로 일정하며, 회전 각도의 약간의 변화에 대한 압축비의 갑작스런 변화를 억제할 수 있다. 이 경우, 캠축이 최소 압축비의 상태로부터 실질적으로 90°만큼 더 회전되는 상태에서, 압축비의 중간값을 얻을 수 있다.

캠 작동 선분에 대한 가동 베어링 선분의 길이의 비가 커질수록, 캠축을 구동하는데 요구되는 최대 토크의 억제가 커진다.

캠 작동 선분에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비가 커질수록, 가동 베어링 작동 선분의 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 작용 선에 대한 각도의 최대값이 작아질 수 있다. 이렇게 함으로써, 베어링 하우징 홀에 대한 가동 베어링 부재의 회전 놀음의 최대값이 낮은 값으로 억제될 수 있다.

추가적으로, 캠 작동 선분에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비가 커질수록, 캠축의 각도의 변화에 대한 압축비의 변화의 최대값이 더 작아질 수 있다. 이렇게 함으로써, 캠축의 회전 각도와 압축비 사이의 선형성이 향상될 수 있다.

게다가, 캠 작동 선분에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비가 2 이상인 상태에서, 그 비를 더 증가시킴에 의해 상기 효과에 많은 변화는 없다.

상기 양태에서, 축 부재는 원통 형상을 가질 수 있으며, 캠 부재는 캠축의 축방향에서 볼 때 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있고, 축 부재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원형 캠 윤곽을 가지며, 캠 하우징 홀은 캠 부재와 같은 원 형상을 갖고, 가동 베어링 부재의 외경은 캠 부재의 직경보다 더 크며, 베어링 하우징 홀은 가동 베어링 부재와 같은 원 형상을 갖는다.

이렇게 함으로써, 알려진 기구와 비교하여, 예를 들어 베어링 하우징 홀과 가동 베어링 부재의 직경을 크게 함으로써, 움직임 부 또는 기구 자체의 구조의 변화 없이 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.

상기 양태에서, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더와 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 상태로부터 캠축의 60°회전 부근에 있는 규정된 제 1 각도 범위의 사용의 빈도, 및/또는 같은 상태로부터 캠축의 90°회전 부근에 있는 규정된 제 2 각도 범위의 사용의 빈도가 어떠한 다른 가능한 각도 범위보다 더 낮을 수 있다.

이 경우, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비에 관계없이, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 정렬되는 상태로부터 캠축의 90°회전 부근에서, 연소 압력에 의해 야기되는 하중은 증가되며 캠 작동 선분 또는 가동 베어링 작동 선분의 방향으로 작용한다. 같은 방식으로, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 작동 선분의 길이의 비에 관계없이, 상기 상태로부터 캠축의 60°회전의 부근에서, 캠축을 구동할 때 요구되는 토크는 최대이다.

상기 주어진 바와 같이, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더와 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 상태로부터 캠축의 60°회전 부근에 있는 규정된 제 1 각도 범위의 사용의 빈도, 및/또는 같은 상태로부터 캠축의 90°회전 부근에 있는 규정된 제 2 각도 범위의 사용의 빈도가 어떠한 다른 가능한 각도 범위보다 더 낮다면, 캠축 또는 실린더 블록 또는 크랭크 케이스 내의 캠축과 짝지어진 부분의 진동을 억제할 수 있다. 또한 캠축 유지 토크 및 구동 토크의 증가를 억제할 수도 있다.

본 발명의 제 2 양태는 크랭크축이 조립되는 크랭크 케이스; 실린더가 내부에 형성되고 크랭크 케이스에 움직일 수 있게 설치되는 실린더 블록; 및 상호 반대 방향으로 회전가능하도록 실린더 블록 내의 실린더의 두 측에 서로 평행하게 배치되는 캠축을 포함하며, 캠축은 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링을 포함하고, 캠 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 하나에 형성된 캠 하우징 홀에 회전 가능하게 수용되며, 가동 베어링 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 다른 하나에 형성된 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용되고, 캠축은 내연 기관의 압축비를 변화시키기 위해 크랭크 케이스와 실린더 블록을 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 회전되는 가변 압축비 내연 기관이다. 본 양태의 특성은, 내연 기관은, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지는 제 1 압축비를 가지며, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 직선으로 가동 베어링 부재의 중심이 캠의 중심 뒤에 배치되는 순서로 실질적으로 정렬될 때 제 3 압축비가 얻어지고, 제 3 압축비는 제 1 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어지며, 제 1 압축비와 제 3 압축비 중 하나는 압축비 범위의 최소 압축비로서 설정되고, 제 1 압축비와 제 3 압축비 중 다른 하나는 압축비 범위의 최대 압축비로서 설정된다는 것이다.

본 양태에서, 가변 압축비 내연 기관은, 축 부재는 원통 형상을 가지며, 캠 부재는 캠축의 축방향에서 볼 때 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있고, 축 부재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원형 캠 윤곽을 가지며, 캠 하우징 홀은 캠 부재와 같은 원 형상을 갖고, 가동 베어링 부재는 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있는 캠 부재와 같은 원의 외경을 가지며, 베어링 하우징 홀은 가동 베어링 부재와 같은 원 형상을 가지며, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 제 1 상태와, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재와 캠 부재의 중심들이 겹쳐지고 가동 베어링 부재, 캠 및 축 부재의 중심들이 실린더의 축방향에 실질적으로 수직으로 정렬되는 제 2 상태(제 2 상태는 제 1 상태로부터 캠축을 90°회전시킴으로써 얻어짐) 사이에서, 제 1 상태에서 얻어지는 제 1 압축비와 제 2 상태에서 얻어지는 제 2 압축비 사이의 압축비를 제어하기 위해, 캠축을 회전시킴으로써 압축비를 제어하는 제 1 제어기; 및 제 2 압축비에서의 압축비를 유지하며 가동 베어링 부재와 캠 부재의 중심들의 겹침을 유지하면서 제 1 상태로부터 더욱 멀어지는 방향으로 제 2 상태로부터 캠축을 회전시키는 제 2 제어기를 더 포함한다.

이 경우, 상기 기재된 양태의 가변 압축비 내연 기관에서, 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링 부재를 갖는 캠축이 제공된다. 캠축을 회전시킴으로써 캠 부재와 가동 베어링 부재는 축 부재의 중심에 대해 회전하게 되며, 이 회전 운동은 실린더 블록과 크랭크 케이스를 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키는데 사용된다.

캠축의 상태가 제 1 상태로부터 제 2 상태로 변화함에 따라 압축비가 증가하는 것을 고려하면, 캠축, 실린더 블록 및 크랭크 케이스 사이의 관계는 다음과 같다. 구체적으로, 실린더 블록과 크랭크 케이스가 서로로부터 떨어져 있는 제 1 상태에서, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들은 실린더의 축방향과 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 정렬된다. 반대로, 실린더 블록과 크랭크 케이스가 서로를 향해 움직이는 제 2 상태에서, 가동 베어링 부재와 캠 부재의 중심들은 겹쳐지며, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들은 실린더의 축방향에 실질적으로 수직으로 정렬된다.

즉, 상기 설명된 가변 압축비 내연 기관에서, 캠축이 압축비를 변화시키도록 회전되면, 캠 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분(이후, "가동 베어링 작동 선분"이라고 함) 및 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분(이후, "캠 작동 선분"이라고 함)에 의해 실린더 축선에 대해 만들어지는 각도는 캠축의 제 1 상태에서 0°부근이며 캠축의 제 2 상태에서는 90°부근이다.

상기 주어진 바와 같이, 내연 기관에서 연소 압력에 의해 야기되는 하중이 실린더 블록과 크랭크 케이스를 서로로부터 멀어지게 이동시키는 방향으로 작용하는 경우, 연소 압력에 의한 하중이 캠축에 작용할 때 작용 선에 대한 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 각도가 약 90°가 되기 때문에, 연소 압력에 의한 하중이 가동 베어링 작동 선분과 캠 작동 선분의 방향으로 급격하게 증가되는 경우가 있다.

이것이 일어나면, 캠축 및 실린더 블록 또는 크랭크 케이스에 있는 캠축과 짝지어진 부분에 진동이 야기될 수 있다. 특히 가동 베어링 부재에 관해, 최대 압축비 부근에서 베어링 하우징 홀 내의 회전 놀음이 증가하는 구조이기 때문에, 상기 진동이 일어나기 쉽고, 압축비의 제어에 있어 정확성을 유지하는 것이 어려워질 수 있다.

상기 기재된 양태는, 압축비를 제어하기 위해 제 1 상태 및 제 2 상태 사이에서 캠축을 회전시키는 제 1 제어기에 더하여, 제 2 상태에서 압축비를 유지하면서, 즉 실린더 블록과 크랭크 케이스 사이의 상대적 위치를 유지하면서 캠축을 더 회전시키는 제 2 제어기를 가질 수 있다.

이렇게 함으로써, 상기 가변 압축비 내연 기관의 압축비가 제 2 압축비로 되는 경우, 제 1 제어기가 캠축을 제 2 상태로 설정한 후에, 가동 베어링 선분 및 캠 작동 선분의 실린더 축선과의 각도가 90°로부터 멀어지도록 제 2 제어기가 캠축을 더 회전시킬 수 있다. 그 결과, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분의 방향으로 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가 및 작용을 억제할 수 있으며, 가변 압축비 내연 기관에서 진동을 억제할 수 있다.

상기 설명된 가변 압축비 내연 기관에서, 제 2 제어기는, 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태로부터 캠축을 회전시킬 때, 크랭크 케이스를 향하거나 또는 그로부터 멀어지는 실린더 블록의 추가 운동을 억제하는 억제 장치를 가질 수 있다.

이렇게 함으로써, 제 2 제어기가 캠축을 제 1 상태를 얻는 회전 방향으로부터 반대 방향으로 제 2 상태로부터 캠축을 회전시키면, 실린더 블록과 크랭크 케이스 사이의 추가적인 상대 운동이 존재하지 않는다.

제 2 양태의 간단한 구조에 따르면, 제 2 압축비에서 압축비를 유지하면서, 그리고 캠축의 가동 베어링 부재 및 캠 부재의 중심들의 겹침을 유지하면서 제 2 상태로부터 캠축을 더 회전시킬 수 있다.

여기 사용되는 억제 장치는 추가적인 운동을 함께 억제하기 위해 실린더 블록과 크랭크 케이스가 제 2 상태에서 접촉하는 정지기 구조일 수 있다.

상기 기재된 양태에서, 제 1 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최소 압축비가며, 제 2 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최대 압축비일 수 있다. 이렇게 함으로써, 가장 큰 연소 압력이 작용하는 최대 압축비의 조건에서, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분의 실린더 축선과의 각도가 90°부근에서 유지되는 것을 방지할 수 있으며, 가변 압축비 내연 기관에서 더욱 효과적으로 진동을 억제할 수 있다.

제 1 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최대 압축비일 수 있으며, 제 2 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최소 압축비일 수 있다. 이 경우, 제 1 상태에서 실린더 블록과 크랭크 케이스가 서로 가장 가까이에 설정되고 제 2 상태에서는 서로로부터 가장 멀리 설정되는 경우가 있다. 이 경우 역시 본 발명의 본 양태를 적용함으로써, 최소 압축비의 상태에서, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분의 실린더 축선과의 각도가 90°부근에서 유지되는 것을 방지할 수 있으며, 가변 압축비 내연 기관에서 진동을 억제할 수 있다.

상기 기재된 양태에서, 압축비가 목표 압축비로서 제 2 압축비로 변화될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정할 수 있으며, 제 2 제어기는 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 캠축을 실질적으로 90°만큼 회전시킬 수 있다.

이 경우, 가변 압축비 내연 기관에서의 목표 압축비가 제 2 압축비, 즉 가동 베어링 부재 작동 선 및 캠 작동 선분이 실린더의 축선과 90°의 각도를 이루는 제 2 상태의 압축비인 경우, 캠축을 제 2 상태로 회전시키기 보다, 캠축은 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 90°만큼 더 회전된다.

그 결과, 제 2 압축비에서 압축비를 유지하면서, 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분이 실린더의 축방향과 실질적으로 평행인 상태를 얻을 수 있다. 이렇게 되면, 가동 베어링 작동 선분 및 캠 작동 선분의 방향으로 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가 및 작용을 억제할 수 있다. 그 결과, 가변 압축비 내연 기관에서 진동을 억제할 수 있다.

상기 기재된 양태에서, 가변 압축비 내연 기관이 공회전 상태이고 압축비가 제 2 압축비일 때, 제 2 제어기가 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 캠축을 실질적으로 90°만큼 회전시킬 수 있다.

가변 콤크레션 비 내연 기관에서의 압축비 변화 제어는 적어도 어느 정도의 압축비가 변화되는 비율을 나타내어야 한다. 특히, 상대적으로 높은 압축비의 조건에서의 경우, 노킹의 경향이 있는 조건이 일어나면 압축비를 빠르게 감소시킬 필요가 있다.

반대로, 가변 압축비 내연 기관이 공회전 상태인 경우, 가변 압축비 내연 기관이 설치된 차량은 종종 정지된다. 이 조건에서, 가변 압축비 내연 기관의 작동 조건에의 갑작스런 변화의 가능성은 거의 없으며, 목표 압축비의 갑작스런 변화의 가능성은 작아질 수 있다. 그러므로, 이러한 유형의 경우, 제 2 제어기가 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 실질적으로 90°만큼 캠축을 회전시키더라도 이것이 다음의 압축비의 신속한 제어에 영향을 미칠 작은 가능성이 존재한다. 그러므로 압축비의 제어 능력에 영향을 미치지 않고 진동의 더욱 효과적인 억제가 가능하다.

상기 기재된 양태에서, 가변 압축비 내연 기관에서, 가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 규정된 제 2 압축비 영역에 있을 때, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정되며, 작동 조건이 다른 압축비 영역에 있을 때, 압축비가 제 2 압축비로부터 변화되고, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정하며 제 2 제어기는 제 3 상태를 얻기 위해 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 제 3 상태로 캠축을 회전시키고, 작동 조건이 제 2 압축비 영역 및 다른 압축비 영역 사이의 경계에 접근함에 따라 제 2 제어기는 제 3 상태의 캠축의 각도가 제 2 상태의 각도에 접근하게 할 수 있다.

가변 압축비 내연 기관에서, 규정된 작동 조건 영역에 있는 조건에서, 압축비를 작동 조건에 따른 압축비로 고정하기 위한 제어가 수행된다. 예를 들어, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있는 경우, 압축비는 제 2 압축비로 고정된다.

상기 기재된 양태에서, 압축비를 제 2 압축비로 고정할 때, 제 2 제어기는 캠축을 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 제 3 상태로 회전시킨다. 이렇게 함으로써, 가동 베어링 선분 및 캠 작동 선분의 방향으로 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가 및 작용이 억제된다.

그러나, 이 경우, 예를 들어 압축비를 제 2 압축비로부터 제 1 압축비로 변화시키는 것이 요구된다면, 제 3 상태로부터 제 2 상태로 제 2 제어기에 의해 캠축을 우선 회전시키고, 그리고나서 제 2 상태로부터 제 1 상태로 제 1 제어기에 의해 캠축을 더 회전시킬 필요가 있다. 이렇게 되면, 압축비의 빠른 변화가 어려워지는 경우가 있다. 또한, 이렇게 되면, 제 2 상태에서 캠축의 각도가 제 3 상태에서의 캠축의 각도로부터 크게 오프셋되면 압축비를 빠르게 변화시키는 것이 더 어려워지게 된다.

상기 기재된 양태에서, 작동 조건이 제 2 압축비 영역과 다른 압축비 영역 사이의 경계에 접근함에 따라 제 2 제어기는 제 3 상태에서의 캠축의 각도를 제 2 상태에서의 각도에 접근하도록 한다.

이렇게 함으로써, 가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 제 2 압축비 영역으로부터 다른 압축비 영역으로 전환될 가능성이 커질수록, 제 3 상태에서의 캠축의 각도가 제 2 상태에서의 각도에 더 가까워진다. 그 결과, 작동 조건이 변화하는 경우에 더 빠른 압축비 제어를 수행할 수 있으며, 이는 제 2 압축비로부터 압축비를 변화시킬 필요가 있게 한다.

상기 기재된 양태에서, 가변 압축비 내연 기관에서, 가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 규정된 제 2 압축비 영역에 있을 때, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정되며, 작동 조건이 다른 압축비 영역에 있을 때, 압축비가 제 2 압축비로부터 변화되고, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정하며 제 2 제어기는 제 3 상태를 얻기 위해 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 제 3 상태로 캠축을 회전시키고, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있을 때 작동 조건이 변화하는 비율이 증가함에 따라 제 2 제어기는 제 3 상태의 캠축의 각도가 제 2 상태의 각도에 접근하게 할 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 상기 기재된 양태의 가변 압축비 내연 기관에서, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있을 때, 압축비는 제 2 압축비로 고정된다. 캠축은 그리고나서 제 2 상태로부터 제 3 상태로 제 2 제어기에 의해 더 회전된다. 이 경우, 압축비의 변화, 예를 들어 제 2 압축비로부터 제 1 압축비로의 변화가 이루어진다면, 상기 설명된 바와 같이, 압축비의 빠른 변화를 수행하기 어려운 경우가 있다.

반대로, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있는 경우, 작동 조건이 변화하는 비율이 증가함에 따라 작동 조건이 제 2 압축비 영역으로부터 다른 영역으로 바로 전환되기 쉬울 수 있다.

상기 주어진 바와 같이, 상기 기재된 양태에서, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있는 경우, 작동 조건이 변화하는 비율이 증가함에 따라, 제 2 제어기는 제 3 상태에서의 캠축의 각도를 제 2 상태에서의 각도에 접근하게 한다.

이렇게 함으로써, 가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 제 2 압축비로부터 다른 압축비 영역으로 전환되기 쉬울 때, 제 3 상태에서의 캠축의 각도를 제 2 상태에서의 각도에 가깝게 가져갈 수 있다. 그 결과, 작동 조건이 변화하고 제 2 압축비로부터 압축비를 변화시키기 위한 필요가 있을 때 압축비의 더 빠른 제어를 수행할 수 있다.

상기 설명된 양태에서, 작동 조건이 변화하는 비율은 가변 압축비 내연 기관의 엔진 부하 및/또는 가변 압축비 내연 기관의 엔진 rpm에 기초하여 얻어질 수 있다.

본 양태에서, 가능한 조합을 이용할 수 있다.

본 발명의 상기 설명된 양태에서, 압축비에 관계없이 가변 압축비 내연 기관의 진동을 억제할 수 있다.

앞선 및 뒤따르는 본 발명의 목적, 특성 및 이점이 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시형태의 다음 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서 같은 참조부호는 같은 요소를 나타내도록 사용된다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가변 압축비 내연 기관의 일반적인 구조를 보여주는 분해 사시도이다.

도 2A 내지 도 2C 는 알려진 가변 압축비 내연 기관에서 크랭크 케이스에 대한 실린더 블록의 상대적인 운동의 과정을 보여주는 횡단면도이다.

도 3A 내지 도 3C 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가변 압축비 내연 기관에서 크랭크 케이스에 대한 실린더 블록의 상대적 운동의 과정을 보여주는 횡단면도이다.

도 4A 는 알려진 가변 압축비 내연 기관에서 캠축의 회전 각도의 변화에 응 답하여, 축 부재와 캠 부재의 중심들을 연결하는 선분 및 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분의 운동을 보여주는 도면이다.

도 4B 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가변 압축비 내연 기관에서 캠축의 회전 각도에의 변화에 응답하여, 축 부재와 캠 부재의 중심들을 연결하는 선분 및 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분의 운동을 보여주는 도면이다.

도 4C 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가변 압축비 내연 기관에서 캠축의 회전 각도에의 변화에 응답하여, 축 부재와 캠 부재의 중심들을 연결하는 선분 및 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분의 운동을 보여주는 도면이다.

도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에서 다양한 길이 비에 대해 캠축 회전 각도와 캠축에 작용하는 토크 사이의 관계의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에서 다양한 길이 비에 대해 캠축 회전 각도와 압축비 사이의 관계의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 7 은 본 발명의 제 1 실시형태에서 다양한 길이 비에 대해 캠축의 회전 각도와, 실린더 축방향에 대한 축 부재와 가동 베어링 부재의 중심들을 연결하는 선분의 각도 사이의 관계의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 8 은 본 발명의 제 1 실시형태에서 캠축의 회전 각도와, 다양한 길이 비에 대해 베어링 부재와 캠 부재의 중심들을 연결하는 선분의 방향으로 작용하는 수직항력 사이의 관계의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 9A 내지 도 9C 는 본 발명의 제 1 실시형태에서 캠 부재의 외부 형상과 움직이는 베어링 부재의 예를 보여주는 도면이다.

도 10A 내지 도 10C 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가변 압축비 내연 기관에서 캠축이 압축비가 최대인 상태를 넘어 회전되는 때의 과정을 보여주는 도면이다.

도 11 은 본 발명의 제 2 실시형태에서 캠축의 회전 각도와, 실린더 블록과 크랭크 샤프트 사이의 상대적 위치 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태에 적용될 수 있는 기어의 예를 보여주는 도면이다.

도 13 은 본 발명의 제 3 실시형태에서 작동 조건과 캠축의 회전 각도 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 14 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 작동 조건이 변화하는 비율과 캠축의 회전 각도 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

본 발명의 예의 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 상세히 설명된다.

아래 설명된 내연 기관 (1) 은, 실린더 (2) 를 갖는 실린더 블록 (3) 을 피스톤이 연결되는 크랭크 케이스 (4) 에 대한 실린더 (2) 의 중심 축선 방향으로 움직이게 하여 압축비를 변화시키는 가변 압축비 내연 기관이다.

우선, 도 1 을 참조하여, 압축비를 변화시키기 위한 본 실시형태의 구성이 설명될 것이다. 도 1 에 보여지듯이, 다수의 돌출부가 실리더 블록 (3) 의 하부의 두 측에 형성되고, 베어링 하우징 홀 (5) 이 각각의 돌출부에 형성된다. 둥근 형상인 베어링 하우징 홀 (5) 은 실린더 (2) 의 축방향에 수직으로 연장되며 다수의 실린더 (2) 가 설치되는 방향에 평행한 방향으로 설치된다. 실린더 블록 (3) 의 한 측의 베어링 하우징 홀 (5) 은 모두 하나의 그리고 같은 축선을 따라 배치되고, 실린더 블록 (3) 의 각 측의 베어링 하우징 홀 (5) 의 축선은 한쌍의 평행한 축선을 형성한다.

크랭크 케이스 (4) 는 상기 설명된 베어링 하우징 홀 (5) 이 형성되는 다수의 돌출부 사이에 형성되는 수직 벽부를 갖는다. 크랭크 케이스 (4) 의 외부의 각각의 수직 벽부의 표면에 반원형의 오목부가 형성된다. 각각의 수직 벽부는 또한 볼트 (6) 에 의해 설치되는 캡 (7) 을 가지며, 캡 (7) 은 또한 반원형의 오목부를 갖는다. 캡 (7) 이 각각의 수직 벽부에 설치되면, 원형 캠 하우징 홀 (8) 이 형성된다.

다수의 캠 하우징 홀 (8) 은, 베어링 하우징 홀 (5) 과 같은 방식으로, 실린더 블록 (3) 이 크랭크 케이스 (4) 에 설치될 때 실린더 (2) 의 축방향에 수직으로 연장되며, 또한 다수의 실린더 (2) 가 설치되는 방향과 평행으로 각각 형성된다. 이 캠 하우징 홀 (8) 은 또한 실린더 블록 (3) 의 두 측에 형성되며, 실린더 블록 (3) 의 한 측에 형성된 모든 캠 하우징 홀 (8) 은 모두 하나의 그리고 같은 축선을 따라 배치된다. 실린더 블록 (3) 의 두 측의 캠 하우징 홀 (8) 의 축선은 서로 평행하다. 두 측의 베어링 하우징 홀 (5) 의 중심 사이의 거리와 두 측의 캠 하 우징 홀 (8) 의 중심 사이의 거리는 같다.

캠축 (9) 은 베어링 하우징 홀 (5) 과 캠 하우징 홀 (8) 의 각각의 대향하는 두 열을 통과한다. 도 1 에 보여지듯이, 각각의 캠축 (9) 은 축 부재 (9a), 원형 캠 윤곽을 가지며 캠 부재 (9a) 의 중심에 대해 편심적으로 축 부재 (9a) 에 고정되는 캠 부재 (9b), 및 축 부재 (9a) 에 회전가능하게 고정되고 또한 원형 외부 형상을 갖는 가동 베어링 부재 (9c) 를 갖는다. 캠 부재 (9b) 및 가동 베어링 부재 (9c) 는 엇갈려 배치된다. 한쌍의 캠축 (9) 은 거울상 관계에 있다. 아래 설명되는, 기어 (10) 를 설치하기 위한 설치부 (9d) 는 캠축 (9) 의 단부에 형성된다. 축 부재 (9a) 의 중심축과 설치부 (9d) 의 중심축은 상호 편심적이며, 캠 부재 (9d) 의 중심과 설치부 (9d) 의 중심은 동축이다.

움직이는 베어링 부재 (9c) 는 또한 축 부재 (9a) 에 대해 편심되어 있다. 각각의 캠축 (9) 에서, 다수의 캠 부재 (9b) 의 편심의 방향은 같다.

기어 (10) 는 각각의 캠축 (9) 의 한 단부에 설치된다. 한쌍의 캠축 (9) 의 단부에 고정된 각각의 한쌍의 기어 (10) 는 웜 기어 (11a, 11b) 와 맞물린다. 웜 기어 (11a, 11b) 는 단일 모터 (12) 의 하나의 출력축에 고정된다. 웜 기어 (11a, 11b) 는 상호 반대 방향으로 회전하는 나선형 그루브를 갖는다. 이러한 이유로, 모터 (12) 가 회전할 때, 한쌍의 캠축 (9) 이 기어 (10) 를 경유하여 상호 반대 방향으로 회전한다. 모터 (12) 는 크랭크 케이스 (4) 에 설치된다.

알려진 가변 콤프려션 비 내연 기관에서, 캠축 (9) 의 베어링 부재 (9a) 와 캠 부재 (9b) 의 중심들을 연결하는 선분 (L1) 의 길이는 베어링 부재 (9a) 와 가 동 베어링 부재 (9c) 의 중심들을 연결하는 선분 (L2) 의 길이와 같도록 설정된다. 최소 압축비로부터 최대 압축비로의 변화가 도 2A 내지 도 2C 및 도 4A 에 보여지는 바와 같이 수행된다.

도 2A 내지 도 2C 는 실린더 블록 (3), 크랭크 케이스 (4) 및 그 사이에 조립된 캠축 (9) 사이의 작동 관계를 보여주는 횡단면도이다. 도 4A 는 캠축 (9) 의 회전 각도의 변화에 응답하는 선분 (L1) 및 선분 (L2) 의 운동을 보여준다. 도 2A 내지 2C, 도 4A 및 도 4B 에서, a 는 축 부재 (9a) 의 중심이고, b 는 캠 부재 (9b) 의 중심이며, c 는 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심이다. 도 2A 는 압축비 범위 내의 최소 압축비의 상태를 보여준다. 이 상태에서, 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심 (c), 축 부재 (9a) 의 중심 (a), 캠 부재 (9b) 의 중심 (b) 은 도 2A 에 보여지듯이 직선에 상기 정해진 순서로 정렬된다. 이 상태에서, 캠축의 회전 각도가 0도인 경우 도 4A 에 보여지듯이, 선분 (L1 및 L2) 은 실린더 (2) 의 축방향과 평행으로 축 부재 (9a) 의 중심의 양 측에 배치된다.

도 2A 에 보여지는 상태로부터, 만약 모터 (12) 가 화살표의 방향으로 축 부재 (9a) 를 회전시키도록 구동되면, 도 2B 에 보여지는 상태가 일어난다. 이것이 일어나면, 선분 (L1 및 L2) 이 실린더 (2) 의 축방향에 대해 경사지기 때문에, 선분 (L1 및 L2) 사이의 각도가 감소되며, 이에 의해 실린더 블록 (3) 이 크랭크 케이스 (4) 에 더 가깝게 된다.

모터 (12) 가 화살표 방향으로 축 부재 (9a) 를 회전시키기 위해 더욱 구동되면, 도 2C 에 보여지는 상태가 일어난다. 이 상태는 압축비 범위내에서 최대 압축비를 나타낸다. 이 상태에서, 도 4A 에 보여지듯이, 캠축 회전 각도가 90°일 때, 선분 (L1 및 L2) 은 실린더 (2) 의 축방향에 수직인 방향으로 겹친다. 이 상태에서, 한쌍의 베어링 부재 (9a) 는 베어링 하우징 홀 (5) 과 캠 하우징 홀 (8) 내에서 외부를 향해 위치된다.

이 방식으로, 알려진 가변 압축비 기구에 있어서, 압축비 범위 내에서 최소 압축비의 상태에서, 선분 (L1 및 L2) 은 모두 실린더 (2) 의 축방향에 평행하며, 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심 (c), 축 부재 (9a) 의 중심 (a), 및 캠 부재 (9b) 의 중심 (b) 은 도 2A 및 도 2B 의 상부 측으로부터 직선으로 정해진 순서로 정렬된다. 캠축 (9) 의 회전에 의해, 선분 (L1 및 L2) 은 서로 반대 방향으로 회전하며, 캠축 (9) 이 최소 압축비 상태로부터 90°만큼 회전된 상태에서, 두 선분 (L1 및 L2) 은 실린더 (2) 의 축방향에 대해 90°경사지고, 이 상태는 최대 압축비 상태가 된다.

상기 설명된 바와 같이 알려진 가변 압축비 기구에서의 최대 압축비의 상태를 고려한다. 이 조건에서, 캠축 (9) 의 축 부재 (9a) 의 중심 (a) 과 캠축 (9) 의 캠 부재 (9b) 의 중심 (b) 을 연결하는 선분 (L1), 및 캠축 (9) 의 축 부재 (9a) 의 중심 (a) 과 캠축 (9) 의 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심 (c) 을 연결하는 선분 (L2) 은 실린더 (2) 의 축방향에 대해 90°의 각도를 형성한다. 내연 기관 (1) 의 연소 압력에 의해 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 를 서로로부터 멀어지도록 이동시키는 방향으로의 하중이 실린더 (2) 의 축방향에 평행한 방향으로 작용한다.

그 결과, 내연 기관 (1) 의 연소 압력에 의해 야기된 하중은 선분 (L1 및 L2) 의 방향으로 크게 증가된다. 그러므로, 최대 압축비 상태에서, 주기적으로 발생하는 큰 하중이 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 내에 있는 캠축 (9) 및 캠축 (9) 과 짝지어진 부분에 작용한다. 그 결과, 크랭크축 (9) 의 영역에서 내연 기관 (1) 내에 진동이 증가할 수 있다. 특히, 가동 베어링 부재 (9c) 가 축 부재 (9a) 에 대하여 회전할 수 있으며 또한 실린더 블록 (3) 에 대하여 회전할 수 있는 상태에 있기 때문에, 진동은 더욱 용이하게 발생한다.

이 조건에서, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 의 실린더 (2) 축에 수직인 틈 때문에, 가동 베어링 부재 (9c) 의 회전 방향 놀음이 증가하고, 이는 크랭크축 (9) 의 회전에 대한 압축비 추적을 악화시켜 압축비의 제어능력을 악화시킨다.

추가적으로, 실린더 (2) 의 축방향에 대한 선분 (L1 및 L2) 의 각도가 90°보다 작은 상태와 비교하면, 주어진 하중에서 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 를 서로를 향하여 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키기 위해 캠축 (9) 에 작용하는 토크가 더 크다. 즉, 이 상태에서 압축비를 유지함에 요구되는 토크는 증가되는 경향이 있다. 같은 방식으로, 이 상태로부터 압축비를 변화시키기 위해 요구되는 토크가 증가되는 경향이 있다. 이는 알려진 가변 압축비 내연 기관에서 캠축 (9) 의 회전 각도가 단지 0°로부터 90°까지의 범위 내에서 사용될 수 있는 이유 중의 하나이다. 달리 말하면, 선분 (L1 및 L2) 의 길이가 같게 되면, 캠축 (9) 에서의 매우 큰 토크에서 회전 각도가 90°인 경우가 있기 때문에, 캠축 (9) 의 매끄러운 작동이 어려울 수 있기 때문에, 0°내지 180°범위 내의 캠축 (9) 의 회전 각도를 사용하는 것이 어려운 경우가 있다.

전술한 바와 반대로, 본 실시형태에서 축 부재의 중심과 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이는 축 부재의 중심과 캠 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이보다 길게 형성된다. 또한, 최대 압축비 상태에서도, 최소 압축비 상태와 유사하게 압축비를 변화시키기 위한 범위에 걸쳐 캠축의 회전 각도를 변경함으로써, 축 부재의 중심과 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분 및 축 부재의 중심과 캠 부재의 중심을 연결하는 선분은 실린더 (2) 의 축방향과 평행으로 직선으로 정렬된다.

본 실시형태에서 압축비가 변화될 때의 캠축의 작용이 이제 도 3A 내지 3C 및 도 4B 를 이용하여 설명될 것이다. 본 실시형태에서의 캠축 (19) 에 있어서, 축 부재 (19a) 의 중심 (a) 과 가동 베어링 부재 (19c) 의 중심 (c) 을 연결하는 선분 (L4) 의 길이는 축 부재 (19a) 의 중심 (a) 과 캠 부재 (19b) 의 중심 (b) 을 연결하는 선분 (L3) 의 길이의 1.7배로 형성된다. 압축비 범위의 최소 압축비에서, 캠축 (19) 의 다양한 부재의 중심은, 도 3A 내지 도 3C 및 도 4A 에 보여지듯이 위로부터 직선으로, 가동 베어링 부재 (19c) 의 중심 (c), 축 부재 (19a) 의 중심 (a), 및 캠 부재 (19b) 의 중심 (b) 의 순서로 실린더 (2) 의 축방향에 평행으로 정렬된다. 각각의 두 캠축 (19) 이 서로 반대 방향으로 180°회전되는 상태인 압축비 범위의 최대 압축비에서, 캠축 (19) 의 각 부재의 중심은, 도 3C 및 4B 에 보여지듯이 위로부터 직선으로, 가동 베어링 부재 (19c) 의 중심 (c), 캠 부재 (19b) 의 중심 (b), 및 축 부재 (19a) 의 중심 (a) 의 순서로 실린더 (2) 의 축방향에 평행으로 정렬된다.

상기 언급한 작용에 의해 압축비를 변화시킴으로써, 범위의 최대 압축비에서도, 캠축 (19) 의 선분 (L3 및 L4) 의 방향 및 내연 기관의 연소 압력에 의해 하중이 야기되는 방향은 평행하다. 그 결과, L3 및 L4 방향으로 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가가 크게 억제된다. 그 결과, 캠축 (19) 의 가동 베어링 부재 (19c) 의 영역에서의 진동이 특히 억제된다.

다음으로, 도 5 는, 선분 (L3) 의 길이에 대한 선분 (L4) 의 길이의 비인 다양한 M 값의 경우에, 연소 압력에 의해 야기된 하중이 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 를 서로로부터 멀어지게 이동시키는 방향으로 작용할 때 캠축 회전 각도와 캠축에 작용하는 토크 사이의 관계를 보여준다. 도 5 에 보여지듯이, 길이 비 M 이 1 인 경우, 90°의 캠축 회전 각도에서의 토크는 최대이다. 길이 비 M 이 1 인 경우, 토크의 절대값은 길이 비 M 이 1 보다 큰 경우보다 현저하게 커진다. 길이 비 M 이 1 로부터 증가할수록, 캠축 회전 각도가 변화될 때의 토크의 최대값은 감소한다. 또한, 길이 비 M 가 1.3 이상이면, 최대 토크를 충분히 감소시킬 수 있다.

다음으로, 도 6 은 길이 비 M 의 다양한 값에 대하여 캠축의 회전 각도와 압축비 사이의 관계의 변화를 보여준다. 도 6 에 따르면, 알려진 기술과 같이 길이 비 M 이 1 인 경우에, 캠축의 회전 각도의 변화에 대한 압축비의 변화량은 90°의 회전 각도 부근에서 급격하게 증가한다. 반대로, 길이 비가 1 로부터 증가할 때, 길이 비가 증가하면 캠축의 회전 각도의 변화에 대한 압축비의 변동이 원활해진다. 길이 비 M 이 1.3 이상이면, 충분한 원활 및, 그에 따른 선형성의 향상을 달성할 수 있다.

도 6 으로부터 보여질 수 있듯이, M 이 1.3 이상이고, 특히 M 이 약 1.3 으로부터 약 1.7 까지의 범위에 있으면, 압축비 범위의 중간 값이 90°의 캠축 회전 각도 부근에 있도록 할 수 있다. 이로부터, 본 실시형태에서 캠축의 회전 각도와 압축비 사이의 관계의 대칭성을 향상시킬 수 있으며, 또한 이는 캠축의 회전 각도와 압축비 사이의 선형성을 향상시킨다.

다음으로, 도 7 은 길이 비 M 의 다양한 값에 대하여 캠축의 회전 각도와 실린더 (2) 의 축방향에 대한 선분 (L4) 의 각도 (φ)(도 4B 에 보여짐) 사이의 관계의 변화를 보여준다. 도 7 에 따르면, 알려진 기술에서와 같이 길이 비 M 이 1 인 경우에, 캠축의 회전 각도가 0°로부터 증가할수록, φ 는 선형적으로 증가하며, 캠축의 회전 각도가 90°지점일 때 φ 는 90°의 최대값에 이르게 된다. 반대로, 길이 비 M 이 1 보다 크게 형성되면, 길이 비 M 이 더 크게 될수록, φ 의 최대값은 감소한다. 길이 비 M 이 1.7 일 때, φ 의 최대값은 약 40°이하가 된다.

연소 압력에 의해 선분 (L4) 방향으로 하중의 증가 정도가 증가하기 때문에 더 큰 값은 φ 의 값이고, M 이 1.7 일 때에는 연소 압력에 의해 선분 (L4) 방향으로 하중의 증가의 정도를 크게 감소시킬 수 있다.

도 8 은 길이 비 M 의 다양한 값에 대하여, 캠축의 회전 각도와 선분 (L3) 방향으로 작용하는 수직력 사이의 관계의 변화를 보여준다. 도 8 에 따르면, 알려진 기술과 같이 길이 비 M 이 1 일 때, 캠축의 회전 각도가 90°에 다가갈수록, 수직력이 갑자기 증가한다. 반대로, 길이 비가 1 보다 크게 되면, 길이 비 M 이 증가할수록 수직력의 최대값이 감소함을 알 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서 축 부재의 중심과 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이는 축 부재의 중심과 캠 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이의 1.7 배가 된다. 이렇게 함으로써, 연소 압력에 의해 캠 부재 및 캠축의 가동 베어링 부재에 작용하는 하중을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 캠축 또는 캠축과 짝지어진 실린더 블록 또는 크랭크 케이스의 부분의 강성에 있어서의 상대적 감소를 달성할 수 있으며, 이에 의해 연소 압력에 의해 야기되는 이들 부분의 부근에서의 진동을 억제할 수 있다. 또한, 연소 압력에 의해 야기되는 캠축에 작용하는 토크를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 모터를 이용하여 캠축을 구동 또는 유지하는데 요구되는 에너지를 줄일 수 있다. 캠축의 회전 각도의 변화에 대해 연소 압력의 선형성을 향상시킬 수도 있다. 이 경우, 선분 (L1 및 L3) 은 캠 작동 선분에 대응하며, 선분 (L2 및 L4) 은 가동 베어링 부재의 작동 선분에 대응한다.

앞선 실시형태에서, 축 부재의 중심과 캠 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이에 대한 축 부재의 중심과 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이의 비는 1.7 로 설정된다. 그러나, 이 비는 1.7 에 한정되지 않는다. 예를 들어, 길이 비가 1.3 이상이면 본 발명의 효과를 충분히 달성할 수 있다.

도 5 에 보여지는 바와 같이, 길이 비 M 이 1.7 로 되더라도, 캠축 회전 각도가 60°부근인 경우에, 연소 압력에 의해 야기되는 캠축에 작용하는 토크는 상대적으로 크다. 또한, 도 7 로부터 보여지는 바와 같이, 길이 비 M 가 1.7 로 되더라도, 캠축의 회전 각도가 90°부근이라면 φ는 최대값이 된다.

그러므로, 본 실시형태에서, 길이 비 M 은 1.7 로 설정될 수 있으며, 60°및 90°부근의 범위로 규정된 캠축의 회전 각도를 이용하는 것을 피하는 제어가 수행될 수 있다. 예를 들어, 내연 기관 (1) 의 작동 조건에 의해 요구되는 압축비가 50°내지 100°범위의 캠축의 회전 각도에서 얻어진다고 판명된다면, 압축비는 캠축의 회전 각도를 45°로 함으로써 변화될 수 있다. 또한, 냉각수 또는 흡입 공기 온도가 낮아 노킹이 잘 일어나지 않는다면, 요구된 연소 압력으로부터 얻어지는 캠축의 목표 회전 각도가 90°가 되는 경우에, 캠축의 회전 각도를 높은 압축비 측에 있는 105°로 설정하는 제어가 수행될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 캠축의 회전 각도의 50°내지 75°의 범위는 제 1 각도 범위에 대응하며, 75°내지 100°의 범위는 제 2 각도 범위에 대응한다.

대안적으로, 50°내지 70°및 80°내지 100°의 범위의 캠축 회전 각도가 사용되지 않도록 하는 제어가 수행될 수 있다. 추가적으로, 50°내지 70°및 80°내지 100°의 범위의 캠축 회전 각도를 사용하는 경우, 50°내지 70°및 80°내지 100°의 범위의 캠축 회전 각도를 사용하는 빈도가 예를 들어 소정의 시간이 경과한 후의 이 범위 밖이지만 이에 가까운 회전 각도로 캠축을 회전시킴으로써 감소되도록 하는 제어가 수행될 수 있다. 이 경우, 50°내지 70°의 범위는 제 1 각도 범위에 대응하며 80°내지 100°의 범위는 제 2 각도 범위에 대응한다.

전술한 실시형태가 캠축의 캠 부재와 가동 베어링 부재 모두가 원형 형상인 경우로 설명될지라도, 캠 부재 및 가동 베어링 부재는 원형으로 제한되지 않는다. 도 9A 내지 도 9C 는 캠 부재와 가동 베어링 부재가 캠 하우징 홀과 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용될 수 있게 하는 다른 형상을 가지는 예를 보여준다.

도 9A 는 제 1 실시형태에서 상기 설명된 캠 부재와 가동 베어링 부재가 원형 외부 형상을 갖는 예를 보여준다. 도 9B 는 캠 부재와 가동 베어링 부재가 호(arc) 형상 단면 및 직선 단면으로 형성된 외부 형상을 갖는 예를 보여준다. 도 9C 는 캠 부재와 가동 베어링 부재가 3개의 호에 의해 둘러싸인 외부 형상을 갖는 예를 보여준다.

본 발명의 제 2 실시형태가 이제 설명될 것이다. 제 2 실시형태의 가변 압축비 내연 기관에서, 캠축 (9) 의 축 부재 (9a) 와 캠 부재 (9b) 의 중심들을 연결하는 선분 (L1) 및 축 부재 (9a) 와 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심들을 연결하는 선분 (L2) 은 같도록 설정된다. 알려진 기술에서의 이 구조에서, 압축비 범위 내의 최소 압축비로부터 최대 압축비로의 변화가 도 2A 내지 도 2C 및 도 4A 에 보여지는 바와 같이 수행된다.

반대로, 본 실시형태에서, 내연 기관 (1) 의 압축비가 최대 압축비가 되도록 제어하는 경우에, 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°인 도 2C 에 보여지는 상태로부터 캠축 (9) 이 180°의 회전 각도로 90°만큼 더 회전하게 된다. 이 점에서, 캠축 (9) 및 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 의 작동은 90°의 회전 각도로부터 추가적인 90°만큼 캠축 (9) 을 회전시키는 경우로 설명된다. 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 모두가 캠축 회전 각도가 90°인 최대 압축비 상태에서 서로 더욱 접근하는 것을 방지하기 위해 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 사이에 정지기 (14) 가 제공된다. 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°로부터 추가로 90°만큼 회전되더라도, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 는 함께 더 움직이지 않는다.

도 10A 및 도 10B 는, 본 실시형태에서 캠축 (9) 이 도 2C 에서 보여지는 상태로부터 더 회전되는 경우, 실린더 블록 (3), 크랭크 케이스 (4) 및 그들 사이에 조립된 캠축 (9) 사이의 관계를 보여주는 횡단면도이다. 도 4C 는 이 회전이 일어날 때 선분 (L1, L2) 의 운동을 보여준다.

도 10A 에 보여지는 상태는 압축비 범위 내의 최대 압축비 상태이며, 이는 도 2C 에 보여지는 상태와 같다. 캠축 (9) 이 상기 기재된 바와 같이 이 상태로부터 화살표의 방향으로 더 회전되면, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 함께 더 움직이지 않기 때문에, 캠축 (9) 이 베어링 하우징 홀 (5) 과 캠 하우징 홀 (8) 내에서 회전하는 동안, 캠축 (9) 의 캠 부재 (9b) 와 가동 베어링 부재 (9c) 는 캠축 (9) 의 축방향에서 볼 때 그 겹쳐진 상태를 유지한다.

도 4C 에 보여지는 바와 같이 회전 각도가 90°인 상태인 도 10A 의 상태로부터 90°만큼 캠축 (9) 을 회전시킴으로써, 회전 각도는 도 10B 또는 도 4C 에 보여지듯이 180°의 상태로 변화된다. 이 상태에서, 도 4C 에 보여지는 선분 (L1) 및 선분 (L2) 은 실린더 (2) 의 축선에 평행하며, 이에 의해 선분 (L1 및 L2) 의 방향으로 작용하는 연소 압력에 의해 야기되는 하중의 증가를 억제한다. 그 결과, 내연 기관 (1) 의 진동이 억제된다. 캠축 (9) 에의 연소 압력에 의해 야기되는 큰 토크의 작용도 또한 억제된다.

도 2A 에 보여지는 상태는 본 실시형태의 제 1 상태에 대응하며, 대응하는 압축비인 최소 압축비는 본 실시형태의 제 1 압축비에 대응한다. 도 2C 및 도 10A 에 보여지는 상태는 본 실시형태의 제 2 상태 비에 대응한다. 대응하는 압축비인 최대 압축비는 본 실시형태의 제 2 압축비에 대응한다. 추가적으로, 본 실시형태의 제 1 제어기는 내연 기관 (1) 을 도 2A 의 상태로부터 도 2C 의 상태로 변화시키는 캠축 (9) 을 포함한다.

본 실시형태의 제 2 제어기는 내연 기관 (1) 을 도 10A 의 상태로부터 도 10B 의 상태로 변화시키는 캠축 (9) 을 포함하며, 정지기 (14) 는 억제 장치에 해당한다.

도 11 은 캠축 (9), 실린더 블록 (3) 및 크랭크 케이스 (4) 가 도 2A 의 상태로부터 도 2C 및 도 10A 에 보여지는 상태를 지나 도 10B 의 상태로 변화할 때, 크랭크 케이스 (4) 에 대한 실린더 블록 (3) 의 상대적 위치의 변화를 보여준다. 도 11 에서, 수평축은 캠축 (9) 의 회전 각도를 나타내며, 수직축은 크랭크 케이스 (4) 에 대한 실린더 블록 (3) 의 상대적 위치를 나타낸다. 도 4C 에 보여지듯이, 캠축 (9) 의 회전 각도가 0°일 때, 실린더 블록 (3) 은 크랭크 케이스 (4) 로부터 가장 멀리 떨어진 상태에 있으며, 이 상태에서의 압축비는 압축비 범위 내의 최소 압축비가 된다.

캠축 (9) 이 이 상태로부터 회전하면, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 서로 접근하며, 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°일 때, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 는 서로 가장 가까워진다. 이 상태에서의 압축비는 압축비 범위 내의 최대 압축비가다.

캠축 (9) 이 90°상태로부터 더 회전하면, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 정지기 (14) 와 접촉하기 때문에, 그들은 서로 더 접근하지 않고, 캠축 (9) 은 베어링 하우징 홀 (5) 과 캠 하우징 홀 (8) 내에서 자유롭게 회전한다. 캠축 (9) 의 회전 각도가 180°에 이르고 선분 (L1) 및 선분 (L2) 가 실린더 (2) 의 축선에 평행하더라도, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 사이의 거리는 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°일 때와 같은 거리로 유지된다.

도 11 로부터 보여질 수 있듯이, 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°부근인 경우, 크랭크 케이스 (4) 에 대한 실린더 블록 (3) 의 상대적 위치의 변화량은 캠축 (9) 의 회전 각도에의 주어진 변화에 대해 증가한다. 상기 설명된 바와 같이 이 경우에, 캠축 (9) 에 작용하는 토크 및 하중이 증가한다. 이에 대하여, 90°부근, 예를 들어 85°내지 120°범위의 캠축 회전 각도를 사용하는 빈도가 감소되도록, 그리고 90°부근의 캠축 (9) 의 회전 각도의 사용이 긴 기간 동안 계속되지 않도록 하는 제어가 수행될 수 있다. 이 경우, 목표 압축비에 대응하는 캠축 (9) 의 회전 각도가 88°라면, 캠축 (9) 의 회전 각도는 88°대신에 85°로 설정될 수 있다. 반대로, 목표 압축비가 최대 압축비라면, 캠축 (9) 의 회전 각도는 상기 설명된 바와 같이 180°가 될 수 있다. 회전 각도는 또한 90°로부터 충분히 떨어질 수 있고 180°보다 작을 수도 있다.

도 1 에 보여지듯이, 전술한 설명에서 사용되는 기어 (10) 는 원형 기어이다. 반대로, 도 12 에 보여지는 바와 같이, 원하지 않는 부분이 잘려나간 기어 (10) 가 본 실시형태에서 사용될 수 있다. 이 경우, 도 12 에 보여지듯이, 웜 기어 (11a, 11b) 와의 맞물림 각도가 60°라면, 90°의 회전 여유가 압축비를 변화시키기 위해 요구되며, 최대 압축비 상태로부터 선분 (L1 및 L2) 이 축방향과 평행한 상태까지 회전시키기 위해 90°의 회전 여유가 요구된다. 그러므로, 잘려나간 부분의 각도는 120°이다.

본 발명의 제 3 실시형태가 이제 설명될 것이다. 본 실시형태에서, 압축비 범위 내의 최대 압축비의 상태를 유지하는 동안 내연 기관 (1) 의 작동 조건에 응답하여 캠축 (9) 의 회전 각도를 변화시키기 위한 제어가 설명될 것이다.

이 경우, 내연 기관 (1) 의 압축비의 목표값이 그의 작동 조건에 따라서 설정된다. 예를 들어, 다양한 작동 조건에서 노킹이 발생하지 않는 가장 높은 압축비가 목표값으로서 설정된다. 이 경우, 목표값이 최대 압축비가 되는 작동 조건의 영역(이후 "최대 압축비 영역"이라고 함)이 존재한다.

내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역에 있는 경우, 최대 압축비는 압축비의 목표값으로서 설정된다. 제 2 실시형태에 설명된 제어에서, 캠축 (9) 의 회전 각도가 180°가 되는 경우가 있다. 이렇게 되면, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 뒤이어 최대 압축비 영역을 떠나면, 캠축 (9) 을 회전시켜 캠축 (9) 의 회전 각도를 우선 180°로부터 90°가 되도록 할 필요가 있고, 그리고나서 그 시점의 작동 조건에 응답하여 그 압축비에 대응하는 회전 각도로 캠축 (9) 을 더 회전시킬 필요가 있다. 이렇게 함으로써, 최대 압축비로부터 더 낮은 압축비로 변화시키는데 요구되는 시간이 증가하며, 압축비를 빠르게 변화시키기 어려운 경우가 있다. 그 결과, 노킹을 충분히 억제할 수 없는 경우가 생각될 수 있다.

상기 주어진 바와 같이, 본 실시형태에서 내연 기관 (1) 의 작동 조건에서의 최대 압축비 영역은 다수의 부(sub)영역으로 나누어지며, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역 내의 다른 작동 조건 부영역과의 보더에 더 가까이 접근할수록 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°에 더 가까워진다.

도 13 은 본 실시형태에서 내연 엔진의 작동 조건과 캠축 (9) 의 회전 각도 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 13 에 보여지듯이, 내연 기관 (1) 이 설정될 수 있는 작동 조건 중, 저부하 측의 영역에서, 최대 압축비가 압축비의 목표값으로서 설정된다. 이 영역이 상기 설명된 최대 압축비 영역이다. 그리고나서, 엔진 부하가 최대 압축비의 경계를 넘어서면, 압축비의 목표값은 노킹의 발생을 억제하도록 낮은 압축비로 설정된다.

도 13 에 보여지듯이, 본 실시형태에서 최대 압축비 영역은 제 1 부터 제 3 부영역까지 3개의 부영역으로 더 나누어진다. 엔진 부하가 가장 낮은 제 1 부영역에서는 캠축 (9) 의 회전 각도가 180°로 설정되며, 엔진 부하가 다소 높은 제 2 영역에서는 캠축 (9) 의 회전 각도가 150°로 설정되고, 엔진 부하가 더욱 높은 제 3 영역에서는 캠축 (9) 의 회전 각도가 120°로 설정된다. 즉, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역에 있으면, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축 비 영역 및 다른 작동 영역 사이의 경계에 더 가까워질수록, 캠축 (9) 의 회전 각도는 90°에 더 가까워진다.

이와 같이 하여, 목표 압축비가 최대 압축비보다 더 작은 압축비일 가능성이 커질수록, 캠축 (9) 의 회전 각도가 90°에 더 가까워질 수 있으며, 압축비를 최대 압축비보다 더 낮은 목표 압축비로 더 빠르게 변화시킬 수 있다. 그 결과, 실제 압축비의 목표 압축비에의 추적이 향상된다.

상기에서, 캠축 (9) 이 90°보다 큰 회전 각도로 회전되는 상태, 예를 들어 부영역을 제 1 부영역으로부터 제 3 부영역에 있게 하는 작동 조건은 본 실시형태의 제 3 상태에 대응한다. 상기 기재된 최대 압축비 영역은 본 실시형태에서 제 2 압축비 영역에 대응한다.

다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태가 설명될 것이다. 본 실시형태에서, 제 3 실시형태와 같은 방식으로, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역에 있는 경우, 목표 압축비가 최대 압축비보다 낮을 때의 압축비의 추적을 향상시키는 제어, 즉 캠축 (9) 의 회전 각도를 작동 조건이 내연 기관 (1) 에서 변화하는 비율에 따라서 변화시키는 제어가 설명될 것이다.

즉, 본 실시형태에서 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역에 있을 때, 작동 조건이 변화하는 비율이 크다면 작동 조건이 최대 압축비 영역을 곧 떠나기 쉽다는 예측이 이루어진다. 도 14 는 본 실시형태에서 작동 조건이 변화하는 비율과 캠축 (9) 의 회전 각도 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 14 에서, 수직축은 캠축 (9) 의 회전 각도를 나타내며, 수평축은 작동 조 건이 변화하는 비율을 나타낸다. 작동 조건이 변화하는 비율은 스로틀 개방 신호 φ 의 변화율을 나타내는 시간 도함수 dφ/dt 에 의해 예측될 수 있다. 도 14 에 보여지듯이, 내연 기관 (1) 의 작동 조건이 최대 압축비 영역 내에 있더라도, 작동 조건이 변화하는 비율이 크다면, 작동 조건이 최대 압축비 영역을 떠날 가능성이 크며 캠축 (9) 의 회전 각도가 이에 따라 90°에 접근하도록 변화된다는 것이 본 실시형태에서 판단된다.

이와 같이 하여, 작동 조건이 변화하는 비율이 높은 조건에서, 캠축 (9) 의 회전 각도를 90°보다 더 작게 함으로써 압축비를 최대 압축비보다 더 작도록 변화시키도록 준비할 수 있으며, 이에 의해 실제 압축비의 목표 압축비로의 추적을 향상시킨다. 상기에서, 작동 조건이 변화하는 비율이 시간에 대한 스로틀 개방 신호 φ 의 변화율을 나타내는 dφ/dt 에 의해 예측되더라도, 이는 크랭크축 위치 센서(도시되지 않음)로부터의 신호에 따른 dN/dt(시간에 대한 엔진 회전 속도(rpm) N의 변화율을 나타냄) 에 의해 예측될 수 있다.

전술한 실시형태는 캠축 (9) 의 회전 각도를 0°로부터 90°로 증가시킴으로써 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 함께 초래되는 구조에 설명된다. 그러나, 본 발명은 또한 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 함께 가장 가까운 상태에서, 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심 (c), 축 부재 (9a) 의 중심 (a), 및 캠 부재 (9b) 의 중심 (b) 이 그 순서로, 실린더 (2) 의 축방향과 실질적으로 평행하고, 실질적으로 직선을 따르면서 정렬되는 반대 구조에도 적용될 수 있다. 이는, 실린더 블록 (3) 과 크랭크 케이스 (4) 가 서로로부터 가장 멀 때, 가동 베어 링 부재 (9c) 의 중심 (c) 과 캠 부재 (9b) 의 중심 (b) 이 겹쳐지며, 가동 베어링 부재 (9c) 의 중심 (c), 캠 부재 (9b) 의 중심 (b), 및 축 부재 (9a) 의 중심 (a) 이 실린더 (2) 의 축방향과 실질적으로 수직인 방향으로 정렬되는 경우이다. 이 경우, 최대 압축비는 제 1 압축비에 대응하며 최소 압축비는 제 2 압축비에 대응한다.

Claims (23)

1. 가변 압축비 내연 기관에 있어서,

   크랭크축이 조립되는 크랭크 케이스;

   실린더가 내부에 형성되고 크랭크 케이스에 움직일 수 있게 설치되는 실린더 블록; 및

   상호 반대 방향으로 회전가능하도록 실린더 블록 내의 실린더의 두 측에 배치되는 캠축을 포함하며,

   캠축은 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링을 포함하고, 캠 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 하나에 형성된 캠 하우징 홀에 회전 가능하게 수용되며, 가동 베어링 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 다른 하나에 형성된 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용되고,

   캠축은 내연 기관의 압축비를 변화시키기 위해 크랭크 케이스와 실린더 블록을 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 회전되며,

   캠축의 축방향에서 볼 때, 축 부재의 회전 중심인 축 부재의 중심과 베어링 하우징 홀 내의 가동 베어링 부재의 회전 중심인 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이가, 축 부재의 중심과 캠 하우징 홀 내의 캠 부재의 회전 중심인 캠 부재의 중심을 연결하는 직선인 캠 작동 선분의 길이보다 더 길게 설정되는 가변 압축비 내연 기관.
2. 제 1 항에 있어서,

   압축비 범위 내의 최소 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지며,

   압축비 범위 내의 최대 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지고,

   최대 압축비는 최소 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어지는 가변 압축비 내연 기관.
3. 제 1 항에 있어서,

   압축비 범위 내의 최대 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지며,

   압축비 범위 내의 최소 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지고,

   최소 압축비는 최대 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어지는 가변 압축비 내연 기관.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 캠축이 최소 압축비 또는 최대 압축비 중 어느 하나가 얻어지는 상태로부터 실질적으로 90°회전될 때, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 비가 압축비가 압축비 범위의 중간값이 되도록 설정되는 가변 압축비 내연 기관.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 길이의 비가 1.3 이상인 가변 압축비 내연 기관.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 축 부재는 원통 형상을 가지며, 캠 부재는 캠축의 축방향에서 볼 때 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있고, 축 부재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원형 캠 윤곽을 가지며, 캠 하우징 홀은 캠 부재와 같은 원 형상을 갖고, 가동 베어링 부재의 외경은 캠 부재의 직경보다 더 크며, 베어링 하우징 홀은 가동 베어링 부재와 같은 원 형상을 갖는 가변 압축비 내연 기관.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더와 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 상태로부터 캠축의 60°회전 부근에 있는 규정된 제 1 각도 범위의 사용의 빈도, 및/또는 같은 상태로부터 캠축의 90°회전 부근에 있는 규정된 제 2 각도 범위의 사용의 빈도가 어떠한 다른 가능한 각도 범위보다 더 낮은 가변 압축비 내연 기관.
8. 크랭크축이 조립되는 크랭크 케이스;

   실린더가 내부에 형성되고 크랭크 케이스에 움직일 수 있게 설치되는 실린더 블록; 및

   상호 반대 방향으로 회전가능하도록 실린더 블록 내의 실린더의 두 측에 서로 평행하게 배치되는 캠축을 포함하며,

   캠축은 축 부재, 축 부재에 고정되는 캠 부재, 및 축 부재에 회전가능하게 설치되는 가동 베어링을 포함하고, 캠 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 하나에 형성된 캠 하우징 홀에 회전 가능하게 수용되며, 가동 베어링 부재는 실린더 블록과 크랭크 케이스 중 다른 하나에 형성된 베어링 하우징 홀에 회전가능하게 수용되고,

   캠축은 내연 기관의 압축비를 변화시키기 위해 크랭크 케이스와 실린더 블록을 서로를 향해 또는 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 회전되며,

   내연 기관은, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지는 제 1 압축비를 가지며,

   캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 부재 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 직선으로 가동 베어링 부재의 중 심이 캠의 중심 뒤에 배치되는 순서로 실질적으로 정렬될 때 제 3 압축비가 얻어지고, 제 3 압축비는 제 1 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어지며,

   제 1 압축비와 제 3 압축비 중 하나는 압축비 범위의 최소 압축비로서 설정되고, 제 1 압축비와 제 3 압축비 중 다른 하나는 압축비 범위의 최대 압축비로서 취해지는 가변 압축비 내연 기관.
9. 제 8 항에 있어서,

   캠축의 축방향에서 볼 때, 축 부재의 회전 중심인 축 부재의 중심과 베어링 하우징 홀 내의 가동 베어링 부재의 회전 중심인 가동 베어링 부재의 중심을 연결하는 선분의 길이가, 축 부재의 중심과 캠 하우징 홀 내의 캠 부재의 회전 중심인 캠 부재의 중심을 연결하는 직선인 캠 작동 선분의 길이보다 더 길게 설정되는 가변 압축비 내연 기관.
10. 제 9 항에 있어서,

    압축비 범위 내의 최대 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지며,

    압축비 범위 내의 최소 압축비는, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재, 캠 및 축 부재의 중심들의 상태가 실린더의 축방향에 실질적으로 평행인 실질 적 직선으로 그 순서로 정렬될 때 얻어지고,

    최소 압축비는 최대 압축비가 얻어지는 상태로부터 캠축을 실질적으로 180°회전시킴으로써 얻어지는 가변 압축비 내연 기관.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 캠축이 최소 압축비 또는 최대 압축비 중 어느 하나가 얻어지는 상태로부터 실질적으로 90°회전될 때, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 비가 압축비가 압축비 범위의 중간값이 되도록 설정되는 가변 압축비 내연 기관.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 캠 작동 선분의 길이에 대한 가동 베어링 부재 작동 선분의 길이의 비가 1.3 이상인 가변 압축비 내연 기관.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 축 부재는 원통 형상을 가지며, 캠 부재는 캠축의 축방향에서 볼 때 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있고, 축 부재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원형 캠 윤곽을 가지며, 캠 하우징 홀은 캠 부재와 같은 원 형상을 갖고, 가동 베어링 부재의 외경은 캠 부재의 직경보다 더 크며, 베어링 하우징 홀은 가동 베어링 부재와 같은 원 형상을 갖는 가변 압축비 내연 기관.
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더와 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 상태로부터 캠축의 60°회전 부근에 있는 규정된 제 1 각도 범위의 사용의 빈도, 및/또는 같은 상태로부터 캠축의 90°회전 부근에 있는 규정된 제 2 각도 범위의 사용의 빈도가 어떠한 다른 가능한 각도 범위보다 더 낮은 가변 압축비 내연 기관.
15. 제 8 항에 있어서, 축 부재는 원통 형상을 가지며, 캠 부재는 캠축의 축방향에서 볼 때 축 부재의 중심에 대해 편심되어 있고, 축 부재의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원형 캠 윤곽을 가지며, 캠 하우징 홀은 캠 부재와 같은 원 형상을 갖고, 가동 베어링 부재의 외경은 캠과 같으며, 베어링 하우징 홀은 가동 베어링 부재와 같은 원 형상을 가지며,

    캠축의 축방향에서 볼 때, 캠축의 가동 베어링 부재, 축 부재 및 캠 부재의 중심들이 실린더의 축방향과 실질적으로 평행한 실질적 직선으로 그 순서로 정렬되는 제 1 상태와, 캠축의 축방향에서 볼 때, 가동 베어링 부재와 캠 부재의 중심들이 겹쳐지고 가동 베어링 부재, 캠 및 축 부재의 중심들이 실린더의 축방향에 실질적으로 수직으로 정렬되는 제 2 상태(제 2 상태는 제 1 상태로부터 캠축을 90°회전시킴으로써 얻어짐) 사이에서, 제 1 상태에서 얻어지는 제 1 압축비와 제 2 상태에서 얻어지는 제 2 압축비 사이의 압축비를 제어하기 위해, 캠축을 회전시킴으로써 압축비를 제어하는 제 1 제어기; 및

    제 2 압축비에서의 압축비를 유지하며 가동 베어링 부재와 캠 부재의 중심들 의 겹침을 유지하면서 제 1 상태로부터 더욱 멀어지는 방향으로 제 2 상태로부터 캠축을 회전시키는 제 2 제어기를 더 포함하는 가변 압축비 내연 기관.
16. 제 15 항에 있어서, 제 2 제어기는, 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태로부터 캠축을 회전시킬 때, 크랭크 케이스를 향하거나 또는 그로부터 멀어지는 실린더 블록의 추가 운동을 억제하는 억제 장치를 갖는 가변 압축비 내연 기관.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 제 1 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최소 압축비가며, 제 2 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최대 압축비인 가변 압축비 내연 기관.
18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 제 1 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최대 압축비가며, 제 2 압축비는 내연 기관의 압축비 범위 내의 최소 압축비인 가변 압축비 내연 기관.
19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 압축비가 목표 압축비로서 제 2 압축비로 변화될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정하며, 제 2 제어기는 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 캠축을 실질적으로 90°만큼 회전시키는 가변 압축비 내연 기관.
20. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 가변 압축비 내연 기관이 공회전 상태이고 압축비가 제 2 압축비일 때, 제 2 제어기가 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 캠축을 실질적으로 90°만큼 회전시키는 가변 압축비 내연 기관.
21. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 규정된 제 2 압축비 영역에 있을 때, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정되며,

    작동 조건이 다른 압축비 영역에 있을 때, 압축비가 제 2 압축비로부터 변화되고,

    제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정하며 제 2 제어기는 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 제 3 상태로 캠축을 회전시키고, 작동 조건이 제 2 압축비 영역 및 다른 압축비 영역 사이의 경계에 접근함에 따라 제 2 제어기는 제 3 상태의 캠축의 각도가 제 2 상태의 각도에 접근하게 하는 가변 압축비 내연 기관.
22. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    가변 압축비 내연 기관의 작동 조건이 규정된 제 2 압축비 영역에 있을 때, 제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정되며,

    작동 조건이 다른 압축비 영역에 있을 때, 압축비가 제 2 압축비로부터 변화되고,

    제 2 압축비가 목표 압축비로서 설정될 때, 제 1 제어기는 제 2 압축비를 얻기 위해 캠축을 제 2 상태로 설정하며 제 2 제어기는 제 1 상태로부터 멀어지는 방향으로 제 2 상태를 넘어 제 3 상태로 캠축을 회전시키고, 작동 조건이 제 2 압축비 영역에 있을 때 작동 조건이 변화하는 비율이 증가함에 따라 제 2 제어기는 제 3 상태의 캠축의 각도가 제 2 상태의 각도에 접근하게 하는 가변 압축비 내연 기관.
23. 제 22 항에 있어서, 작동 조건이 변화하는 비율은 엔진 부하 및 엔진 속도 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 가변 압축비 내연 기관.

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