KR20090055931A - 가변 압축비 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 것으로, 상기 피스톤으로부터 연소력을 전달 받는 커넥팅 로드; 상기 커넥팅 로드로부터 연소력을 전달 받아 상기 크랭크 샤프트를 회전시키는 핀 링크; 상기 커넥팅 로드와 병렬로 배치되어 상기 핀 링크에 연소력을 전달 하는 지지 링크; 상기 커넥팅 로드로부터 연소력의 일부를 전달 받아 이를 상기 지지 링크에 전달하는 분배 링크; 일단이 상기 분배 링크에 회전 가능하게 연결되는 제어 링크; 그리고 상기 제어 링크의 타단에 연결되어 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축;을 포함할 수 있다.
압축비(compression ratio), 행정(stroke)

Description

가변 압축비 장치{VARIABLE COMPRESSION RATIO APPARATUS}
본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가변 압축비 장치는 혼합기의 압축비를 엔지의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다. 이러한 가변 압축비 장치는 크랭크 샤프트와 피스톤을 연결하는 핀 링크와, 이러한 핀 링크의 운동 궤적을 변화시키는 제어 링크와, 상기 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축을 포함하며, 상기 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경함으로써 핀 링크, 커넥팅 로드의 운동 궤적이 변화한다. 따라서, 연소실의 체적이 변화하고 혼합기의 압축비가 변화하게 된다.
종래의 가변 압축비 장치는 제어 링크가 크랭크 샤프트의 하측으로 수직선상에 배치되거나 크랭크 샤프트의 옆으로 수평선상에 배치되어 있었다. 따라서, 크랭크 케이스의 체적이 증대되었다.
또한, 연소력이 커넥팅 로드, 핀 링크, 그리고 제어 링크로 직접 전달되었으며, 각 부품들의 강도를 확보하기 위해 재질을 변경하거나 그 크기를 증가시켜야 하였다. 따라서, 제조 원가가 증가하였다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 피스톤으로부터 전달되는 연소력을 분배하여 핀 링크에 전달함으로써 각 링크들의 최소한계강도를 낮추는 데 그 목적이 있다.
또한, 크랭크 케이스의 크기 증가 없이 크랭크 케이스에 장착될 수 있는 가변 압축비 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 것으로, 제1,2,3연결점을 포함하며, 상기 제1연결점은 상기 크랭크 샤프트에 회전 가능하게 연결되어 있는 핀 링크; 양 끝단과 중간부를 포함하며, 일 끝단은 상기 핀 링크의 제2연결점에 회전 가능하게 연결되고, 타 끝단은 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드; 양 끝단을 포함하며, 일 끝단은 상기 핀 링크의 제3연결점에 회전 가능하게 연결되는 지지 링크; 양 끝단과 중간부를 포함하며, 일 끝단은 상기 커넥팅 로드의 중간부에 회전가능하게 연결되고, 중간부는 상기 지지 링크의 타 끝단에 회전 가능하게 연결되어 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트에 전달되는 연소력의 일부를 상기 지지 링크에 전달하는 분배 링크; 양 끝단을 포함하며, 일 끝단은 상기 분배 링크의 타 끝단에 회전 가능하게 연결되는 제어 링크; 그리고 상기 제어 링크의 타 끝단에 연결되어 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축;을 포함할 수 있다.
상기 편심 캠축은 상기 제어 링크의 타 끝단의 수직 위치를 변경함으로써 혼합기의 압축비 및 배기량을 변경시킬 수 있다.
상기 제1,2,3연결점은 미리 설정된 삼각형 형상으로 배치될 수 있다.
상기 지지 링크는 상기 커넥팅 로드와 병렬로 배치될 수 있다.
상기 제어 링크는 상기 크랭크 샤프트의 옆에서 수직선상에 가깝게 배치될 수 있다.
상기 분배 링크와 상기 지지 링크의 길이 및 형상을 변경함으로써 혼합기의 압축비 및 배기량을 변경할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 것으로, 상기 피스톤으로부터 연소력을 전달 받는 커넥팅 로드; 상기 커넥팅 로드로부터 연소력을 전달 받아 상기 크랭크 샤프트를 회전시키는 핀 링크; 상기 커넥팅 로드와 병렬로 배치되어 상기 핀 링크에 연소력을 전달 하는 지지 링크; 상기 커넥팅 로드로부터 연소력의 일부를 전달 받아 이를 상기 지지 링크에 전달하는 분배 링크; 일단이 상기 분배 링크에 회전 가능하게 연결되는 제어 링크; 그리고 상기 제어 링크의 타단에 연결되어 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축;을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 압축비 장치에 의하면, 피스톤으로부터 전달되는 연소력이 커넥팅 로드와 지지 링크로 분배되어 전달되므로 커넥팅 로드와 지지 링크의 최소한계강도를 낮출 수 있고, 이에 따라 제조 원가를 절감하고 내구성을 증가시킬 수 있다.
또한, 제어 링크가 크랭크 샤프트의 옆에서 수직선상에 가깝게 배치되어 있으므로 크랭크 케이스의 체적이 증가하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(10)는 혼합기의 연소력을 피스톤(30)으로부터 전달받아 크랭크 샤프트(40)를 회전시키는 엔진(도시하지 않음)에 장착되며, 상기 혼합기의 압축비를 변경한다.
상기 피스톤(30)은 실린더 내에서 상하 운동을 하며 상기 피스톤(30)과 실린더 사이에는 연소실이 형성된다.
상기 크랭크 샤프트(40)는 상기 피스톤(30)으로부터 연소력을 전달 받고 이 연소력을 회전력으로 변환하여 변속기(도시하지 않음)에 전달한다.
상기 가변 압축비 장치(10)는 커넥팅 로드(160), 핀 링크(150), 지지 링크(140), 분배 링크(130), 제어 링크(120), 그리고 편심 캠축(110)을 포함한다.
커넥팅 로드(160)는 피스톤(30)으로부터 연소력을 전달 받아 이를 핀 링크(150)에 전달하며, 양 끝단과 중간부를 포함한다. 상기 커넥팅 로드(160)의 일단은 상기 핀 링크(150)에 회전가능하게 연결되고, 그 타단은 상기 피스톤(30)에 회전가능하게 연결된다.
핀 링크(150)는 상기 커넥팅 로드(160)와 상기 지지 링크(140)로부터 연소력을 전달 받아 상기 크랭크 샤프트(40)를 회전시키며, 제1,2,3연결점(152, 154, 156)을 포함한다.
상기 제1연결점(152)은 상기 크랭크 샤프트(40)에 편심되어 회전가능하게 연결되며, 상기 제2연결점(154)은 상기 커넥팅 로드(160)의 타단에 회전가능하게 연결되고, 상기 제3연결점(156)은 상기 지지 링크(140)에 회전가능하게 연결된다. 상기 제1,2,3연결점은 미리 설정된 삼각형 형상으로 배치되어 있으며, 상기 미리 설정된 삼각형 형상은 요구되는 엔진 성능에 따라 당업자가 임의로 정할 수 있다.
지지 링크(140)는 연소력의 일부를 상기 핀 링크(150)에 전달하며, 양 끝단을 포함한다. 상기 지지 링크(140)의 일단은 상기 핀 링크(150)의 제3연결점(156)에 회전가능하게 연결되고, 그 타단은 상기 분배 링크(130)에 회전 가능하게 연결된다. 상기 지지 링크(140)는 연소력의 일부를 핀 링크(150)에 전달하도록 상기 커넥팅 로드(160)와 병렬로 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 연소력이 커넥팅 로드(160)와 지지 링크(140)에 분배되어 크랭크 샤프트(40)로 전달되므로 커넥팅 로드(160)와 지지 링크(140)의 최소한계강도를 낮출 수 있다.
분배 링크(130)는 상기 커넥팅 로드(160)로부터 연소력의 일부를 전달 받아 이를 상기 지지 링크(140)에 전달하며, 양 끝단과 중간부를 포함하고 있다. 상기 분배 링크(130)의 일단은 상기 커넥팅 로드(160)의 중간부에 회전가능하게 연결되고, 그 중간부는 상기 지지 링크(130)의 타단에 회전가능하게 연결되며, 그 타단은 상기 제어 링크(120)에 회전가능하게 연결된다.
상기 제어 링크(120)는 편심 캠축(110)에 의하여 그 회전축의 위치가 변경되어 상기 링크들(130, 140, 150)과 커넥팅 로드(160)의 회전 궤적을 변경시키며, 양 끝단을 포함한다. 상기 제어 링크(120)의 일단은 상기 분배 링크(230)의 타단에 회전가능하게 연결되며, 그 타단은 상기 편심 캠축(110)에 회전가능하게 연결된다.
또한, 상기 제어 링크(120)은 도면에서 크랭크 샤프트(40)의 좌측에서 수직선상에 가깝게 배치되어 있다. 따라서, 제어 링크(120)의 길이에 따른 크랭크 케이스의 체적 변화가 적게 된다. 이러한 제어 링크(120) 및 편심 캠축(110)은 필요에 따라서 상기 크랭크 샤프트(40)에 우측에 배치될 수도 있다.
편심 캠축(110)은 상기 제어 링크(120)의 회전 축의 위치를 변경한다. 상기 편심 캠축(110)에는 편심 캠(도시하지 않음)이 고정적으로 장착되어 있고 이 편심 캠은 기준면(도시하지 않음)을 중심으로 회전하므로 상기 편심 캠이 회전하는 경우 상기 편심 캠축(110)의 위치가 변경된다. 엔진 제어 유닛(도시하지 않음)은 각 센서들(도시하지 않음)로부터 전달받은 측정값들로부터 엔진의 운전 상태를 판단하고 이러한 운전 상태에 따라 편심 캠축(110)의 위치를 조절한다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서는, 편심 캠이 회전하는 경우 상기 편심 캠축(110)은 상하방향으로 이동하도록 되어 있다. 따라서, 상기 편심 캠 축(110)은 상기 제어 링크(120)의 타 끝단의 수직 위치를 변경시키게 되고, 상기 제어 링크(120)은 그 타 끝단을 중심으로 회전한다.
상기한 바와 같이, 상기 제어 링크(120)의 회전 축의 수직 위치가 변경되게 되면 각 링크들(120, 130, 140, 150) 및 커넥팅 로드(160)의 궤적이 달라지게 되고 이에 따라 혼합기의 압축비가 변경된다.
또한, 혼합기의 압축비는 상기 분배 링크(130)와 상기 지지 링크(140)의 길이 및 형상을 변경함으로써 변경될 수 있으며, 이러한 분배 링크(130)와 상기 지지 링크(140)의 길이 및 형상은 요구되는 엔진 성능에 따라 당업자가 임의로 변경할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 고압축비 상태에서 작동하는 경우의 작동도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 저압축비 상태에서 작동하는 경우의 작동도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어 링크(120)의 회전 축이 기준축(X) 상에 있으면 흡입 행정에서 피스톤(30)의 상사점은 높이 위치하게 되고 이에 따라 연소실 체적(C)은 작고, 혼합기의 압축비(compression ratio)는 커지게 된다. 또한, 상사점과 하사점 사이의 거리인 행정(stroke; L)도 작다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어 링크(120)의 회전 축이 기준축(X)보다 일정 거리(d)만큼 높이 있으면, 흡입 행정에서 피스톤(30)의 상사점은 낮게 위치하게 되고 이에 따라 연소실 체적(C)은 크고, 혼합기의 압축비는 작아지게 된다. 그러나, 하사점의 위치가 상사점의 위치가 낮아진 것보다 더 낮아지므로 행정(L)은 길어지 게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 제어 링크의 회전축의 위치 변경에 따른 연소실 체적의 증가를 보인 설명도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 제어 링크의 회전축의 위치 변경에 따른 배기량의 변화를 보인 설명도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기준축(X)과 제어 링크(120)의 회전 축 사이의 거리(d)가 커지면 흡입 행정에서 피스톤(30)의 상사점은 점점 낮아지게 되고 이에 따라 연소실 체적(C)은 커진다. 따라서, 혼합기의 압축비는 작아진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기준축(X)과 제어 링크(120)의 회전 축 사이의 거리(d)가 커지면 행정(L)은 길어지고 이에 따라 배기량이 증대된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 배기량과 압축비의 함수를 보인 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 의하면, 배기량과 압축비는 역함수 관계에 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 제어 링크(120)의 회전 축의 높이를 변경함으로써 배기량과 압축비를 모두 제어할 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 범 위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 고압축비 상태에서 작동하는 경우의 작동도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치가 저압축비 상태에서 작동하는 경우의 작동도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 제어 링크의 회전축의 위치 변경에 따른 연소실 체적의 증가를 보인 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 제어 링크의 회전축의 위치 변경에 따른 배기량의 변화를 보인 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 배기량과 압축비의 함수를 보인 그래프이다.

Claims (7)

  1. 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
    제1,2,3연결점을 포함하며, 상기 제1연결점은 상기 크랭크 샤프트에 회전 가능하게 연결되어 있는 핀 링크;
    양 끝단과 중간부를 포함하며, 일 끝단은 상기 핀 링크의 제2연결점에 회전 가능하게 연결되고, 타 끝단은 상기 피스톤에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드;
    양 끝단을 포함하며, 일 끝단은 상기 핀 링크의 제3연결점에 회전 가능하게 연결되는 지지 링크;
    양 끝단과 중간부를 포함하며, 일 끝단은 상기 커넥팅 로드의 중간부에 회전가능하게 연결되고, 중간부는 상기 지지 링크의 타 끝단에 회전 가능하게 연결되어 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트에 전달되는 연소력의 일부를 상기 지지 링크에 전달하는 분배 링크;
    양 끝단을 포함하며, 일 끝단은 상기 분배 링크의 타 끝단에 회전 가능하게 연결되는 제어 링크; 그리고
    상기 제어 링크의 타 끝단에 연결되어 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축;
    을 포함하는 가변 압축비 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편심 캠축은 상기 제어 링크의 타 끝단의 수직 위치를 변경함으로써 혼합기의 압축비 및 배기량을 변경시키는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2,3연결점은 미리 설정된 삼각형 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 링크는 상기 커넥팅 로드와 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 링크는 상기 크랭크 샤프트의 옆에서 수직선상에 가깝게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분배 링크와 상기 지지 링크의 길이 및 형상을 변경함으로써 혼합기의 압축비 및 배기량을 변경하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  7. 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
    상기 피스톤으로부터 연소력을 전달 받는 커넥팅 로드;
    상기 커넥팅 로드로부터 연소력을 전달 받아 상기 크랭크 샤프트를 회전시키는 핀 링크;
    상기 커넥팅 로드와 병렬로 배치되어 상기 핀 링크에 연소력을 전달 하는 지지 링크;
    상기 커넥팅 로드로부터 연소력의 일부를 전달 받아 이를 상기 지지 링크에 전달하는 분배 링크;
    일단이 상기 분배 링크에 회전 가능하게 연결되는 제어 링크; 그리고
    상기 제어 링크의 타단에 연결되어 제어 링크의 회전 축의 위치를 변경하는 편심 캠축;
    을 포함하는 가변 압축비 장치.
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