KR20090129518A - 가변 압축비 엔진의 유효 용적비를 피스톤 상에서 직접 측정하는 장치 - Google Patents

가변 압축비 엔진의 유효 용적비를 피스톤 상에서 직접 측정하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 압축비 엔진에서 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정하게 하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치는, 실린더 케이싱(100)에 부착되고 상기 엔진의 피스톤(2)에 연결된 적어도 하나의 목표물(92)의 이동을 감지하는 적어도 하나의 목표물 이동 센서(91)를 포함하며, 상기 목표물 이동 센서는 상기 엔진의 크랭크축의 적어도 하나의 각위치 센서(93) 및 계산기(94)와 상호작용한다.
Figure P1020097023671
가변 압축비 엔진, 목표물 이동 센서, 유효 용적비, 전동 부재, 피스톤

Description

가변 압축비 엔진의 유효 용적비를 피스톤 상에서 직접 측정하는 장치{DEVICE FOR DIRECTLY MEASURING ON A PISTON THE EFFECTIVE VOLUMETRIC RATIO OF A VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}
본 발명의 주제는 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 피스톤 상에서 직접 측정할 수 있게 하는 장치이며, 상기 장치는, 상기 엔진의 실린더 블록에 부착되어 상기 엔진의 피스톤에 고정된 적어도 하나의 목표물의 이동을 감지하는 적어도 하나의 센서를 포함하며, 상기 센서는 상기 엔진의 크랭크축의 적어도 하나의 각위치 센서 및 컴퓨터와 상호작용한다.
본 출원인의 국제 특허 제WO98/51911호, 제WO00/31377호 및 제WO03/008783호에 따르면, 가변 배기량 엔진(variable displacement engine)을 위한 다양한 기계 장치가 공지된다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO98/51911호는 엔진의 유효 배기량 및/또는 용적비의 작동 중 적응에 의해 가변 부하 및 속도에서 사용되는 피스톤을 구비한 내연기관의 총효율을 개선하기 위해 사용하는 장치를 개시한다. 이러한 유형의 엔진은 "가변 압축비 엔진(variable compression ratio engine)"이라는 명칭으로 당업자들에게 공지되어 있기 때문에, 후술 내용에서 이러한 명칭이 사용된다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO00/31377호에 따르면, 가변 압축비 엔진용 기계식 전동 장치는 저면부에서 전동 부재에 고정된 피스톤을 포함하며, 전동 부재는 한편으로는 롤링(rolling) 안내 장치와 상호작용하고 다른 한편으로는 커넥팅 로드에 고정된 톱니 바퀴와 상호작용하여, 상기 피스톤과 상기 커넥팅 로드 사이에서 움직임을 전달할 수 있게 하는 구성임을 알 수 있다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO03/008783호에 따르면, 가변 압축비 엔진용 기계식 전동 장치는 저면부에서 전동 부재에 고정된 피스톤이 내부에서 이동하는 적어도 하나의 실린더를 포함하고, 전동 부재는 한편으로는 작은 치수의 래크(rack)에 의해 롤링 안내 장치와 상호작용하고 다른 한편으로는 큰 치수의 다른 래크에 의해 커넥팅 로드에 고정된 톱니바퀴와 상호작용하는 구성임을 알 수 있다.
또한, 상기 가변 압축비 엔진용 기계식 전동 장치는 톱니 바퀴와 상호작용하는 적어도 하나의 제어 래크, 클램핑 프리스트레스(clamping prestress)를 제공하면서 피스톤을 전동 부재에 체결하는 수단, 래크의 톱니를 강화시킬 수 있게 하는 연결 수단 및 톱니 바퀴의 구조를 보강하고 경량화하는 수단을 포함한다.
국제 특허 제WO98/51911호 및 제PCT/FR2007/000149호에 따르면, 가변 압축비 엔진의 압축비는 제어 유압잭에 의해 조정되며, 이동성 부품의 관성 및 엔진 가스의 압력으로부터 기인한 힘들에 의해 제어 유압잭이 움직이며, 이 힘들은 상기 잭이 고정되어 있는 제어 래크에 가해지는 구성임을 알 수 있다.
특허 제WO98/51911호, 제WO2005/098219호 및 제FR N°06/00708호에 따르면, 상기 제어 잭의 위치를 상기 엔진의 관리 컴퓨터로 통지하기 위하여 가변 압축비 엔진의 제어 래크의 위치를 측정하도록 센서가 제공될 수 있음을 알 수 있다.
본 출원인의 명의로 된 모든 전술한 특허 출원 및 특허에서, 가변 압축비 엔진의 동력 전달 시스템은 통상적인 고정 압축비 엔진의 동력 전달 시스템보다 많은 이동성 부품들을 포함하는 것을 알 수 있다. 이러한 특정 특징부는 실린더 헤드에 대한 피스톤의 위치가 종속되는 차원들의 사슬(chain of dimensions)을 연장시킨다.
그러나, 본 출원인의 명의로 된 프랑스 특허 출원 제N°06/00708호는 실린더마다 압축비를 초기 조정하기 위한 장치를 설명하며, 이 장치는 특히 가변 압축비 엔진의 조립시 가변 압축비 엔진에 적용될 수 있으며, 동일한 엔진의 실린더들 사이의 압축비 분산을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
가변 압축비 엔진의 다수의 이동성 부품들, 상기 부품들 사이의 총 기능 간극(total functional clearance), 가변 작동 온도 하의 상기 부품들 사이의 차등 팽창(differential expansion), 상기 엔진의 수명동안 상기 부품들의 접촉면이 겪을 수 있는 마모 및 손상(tarnishing)을 고려하면, 상기 엔진의 제어 래크의 위치를 측정하는 센서에 의해 보고된 상기 엔진의 용적비 값이 상기 엔진의 유효 용적비에 정확히 대응하는 것을 보장할 수 없다.
피스톤이 실린더 내에서 왕복 병진 운동을 하는 동안 본 발명에 따른 장치가 피스톤 상에서 직접 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 것은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 두 신호의 수집 및 컴퓨터에 의한 연산을 기 초로 하여, 상기 엔진의 실린더 헤드에 대한 상사점(TDC)에서 피스톤의 유효 높이를 가변 압축비 엔진의 관리 시스템에 통지할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 다음과 같은 측면에서 상기 엔진의 유효 용적비의 측정 신뢰도를 현저히 증가시키도록 할 수 있다.
- 상기 엔진의 작동 동안 상기 피스톤 높이에 대한, 가변 압축비 엔진의 피스톤 상에서의 직접 측정은, 상기 엔진의 다양한 요소들의 팽창에 있어서 균일성 결여로 인해 야기된 에러들을 감소시킬 수 있으며, 상기 팽창의 균일성 결여는 상기 래크 상에 직접 설치된 센서에 의해 측정된 제어 래크의 위치를 기초로 하여 산정된 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 위치와, 상기 엔진의 유효 용적비가 종속되는 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 유효 위치 사이의 차이를 초래한다.
- 상기 엔진의 작동 동안 상기 피스톤 높이에 대한, 가변 압축비 엔진의 피스톤 상에서의 직접 측정은, 상기 엔진의 다양한 요소들 사이의 작동 간극의 변화에 의해 야기된 에러들을 감소시킬 수 있으며, 상기 간극의 변화는 상기 래크 상에 직접 설치된 센서에 의해 측정된 제어 래크의 위치를 기초로 하여 산정된 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 위치와, 상기 엔진의 유효 용적비가 종속되는 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 유효 위치 사이의 차이를 초래한다.
- 상기 엔진의 작동 동안 상기 피스톤 높이에 대한, 가변 압축비 엔진의 피스톤 상에서의 직접 측정은, 상기 엔진의 다양한 요소들의 마모, 손상 또는 변형에 의해 야기된 에러들을 감소시킬 수 있으며, 상기 마모, 상기 손상 또는 상기 변형 은 상기 래크 상에 직접 설치된 센서에 의해 측정된 제어 래크의 위치를 기초로 하여 산정된 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 위치와, 상기 엔진의 유효 용적비가 종속되는 상기 엔진의 상사점(TDC)에서의 피스톤의 유효 위치 사이의 차이를 초래할 수 있다.
따라서, 가변 압축비 엔진의 용적비 측정의 신뢰도 및 정확도를 증가시키기 위하여, 본 발명에 따른 장치는 작동 중에 상기 엔진의 피스톤 상에서 직접 상기 엔진의 유효 용적비를 측정하는 것을 제안하며, 상기 장치는,
- 팽창의 균일성 결여 또는 상기 엔진의 이동성 부품들의 기능 간극 및 치수의 변화 중 어느 쪽과 관련된 불확실성이든, 가변 압축비 엔진의 유효 용적비의 측정과 관련된 불확실성을 현저히 감소시킬 수 있으며,
- 비정상 연소의 핑킹(pinking) 특성의 위험을 감소시킬 수 있으며, 상기 엔진의 유효 용적비를 대표하지 않는 상기 엔진의 용적비의 측정치로 인해 너무 높은 용적비가 가변 압축비 엔진에 적용되는 경우 상기 핑킹이 발생할 수 있으며, 상기 핑킹은 상기 엔진에 손상을 가할 수 있으며,
- 더 신뢰할 수 있고 핑킹 한계에 도달하지 않으면서 핑킹 한계에 근접하게 할 수 있는 유효 용적비의 측정으로 인해 가변 압축비 엔진의 효율성을 최적화할 수 있다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치는, 실린더 블록에 부착되고 롤링 안내 장치의 동기화 롤러의 롤링 표면 아래에 위치하며 상기 엔진의 피스톤에 고정된 전동 부재 상에 위치한 적어도 하나의 목표물의 이동을 감지하는 적어도 하나의 목표물 이동 센서를 포함하며, 상기 목표물 이동 센서는 상기 엔진의 크랭크축의 적어도 하나의 각위치 센서 및 컴퓨터와 상호작용한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치는, 작은 치수의 래크를 포함하는 전동 부재의 면상에 위치되는 목표물을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치는, 전동 부재에 배열되는 구멍 또는 유사 요소로 구성되는 목표물을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치는, 전동 부재에 고정되는 핀 또는 유사 요소로 구성되는 목표물을 포함한다.
비제한적인 예시로서 제공된 첨부 도면에 대한 후술되는 설명은 본 발명, 본 발명이 제안하는 특징 및 본 발명이 제공할 장점들을 더 잘 이해하도록 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 변형예에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치의 주요 요소들 및 가변 압축비 엔진 내에서 요소들의 배치를 묘사하는 개략적인 단면도이다.
도 1은 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 피스톤(2) 상에서 직접 측정할 수 있게 하는 장치(90)를 도시한다.
본 출원인의 명의로 된 특허 출원 및 특허에 따르면, 가변 압축비 엔진은 기계식 전동 장치(1)를 포함하며, 기계식 전동 장치(1)는 피스톤(2)의 저면부에서, 상기 피스톤에 고정되어 한편으로는 롤링 안내 장치(4)와 상호작용하고 다른 한편으로는 톱니바퀴(5)와 상호작용하는 전동 부재(3)를 포함한다.
톱니바퀴(5)는 피스톤(2)과 크랭크축(9) 사이에서 움직임을 전달하기 위하여 크랭크축(9)에 연결된 커넥팅 로드(6)와 상호작용한다.
톱니바퀴(5)는 전동 부재(3)에 대향하여 제어 잭(7)과 상호 작용하며, 실린더 블록(100)에 대한 제어 잭(7)의 수직 위치는 제어 잭(8)을 포함하는 제어 장치(12)에 의해 제어되며, 제어 잭(8)의 잭 피스톤(13)은 실린더 블록(100) 내에 배열된 잭 실린더(112) 내에서 안내된다. 제어 잭(8)은 상부 잭 로드(10), 하부 잭 로드(16), 잭 피스톤(13) 및 제어 로드(20)로 구성된다.
피스톤(2)에 고정된 전동 부재(3)는 전동 부재의 면들 중 하나에 큰 치수의 제1 래크(35)를 구비하며, 제1 래크의 톱니(34)는 톱니바퀴(5)의 톱니(51)와 상호작용한다.
제1 래크(35)의 대향 측면에서 전동 부재(3)는 제2 래크(37)를 포함하며, 제2 래크의 작은 치수의 톱니(38)는 롤링 안내 장치(4)의 롤러(40)의 톱니와 상호작용한다.
실린더 블록(100)은 래크(46)를 포함하는 지지부(41)에 고정되어, 롤링 안내 장치(4)의 롤러(40)의 운동과 피스톤(2)의 운동이 동기화된다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 측정할 수 있는 장치(90)는 실린더 블록(100)에 부착된 적어도 하나의 목표물 이동 센서(91)를 포함한다.
가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치(90)는 피스톤(2)에 고정된 적어도 하나의 목표물(92)을 포함한다. 목표물 이동 센서(91)는 피스톤(2)에 고정된 목표물(92)의 이동을 감지하도록 설계된다.
가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치(90)는 크랭크축의 적어도 하나의 각위치 센서(93) 및 적어도 하나의 컴퓨터(94)를 포함한다.
목표물 이동 센서(91)는 크랭크축의 각위치 센서(93) 및 컴퓨터(94)와 상호작용하도록 설계된다.
목표물 이동 센서(91)는 가변 압축비 엔진의 롤링 안내 장치(4)의 동기화 롤러(synchronized roller; 40)의 롤링 표면 아래에 위치한다.
피스톤(2)에 고정된 목표물(92)은 가변 압축비 엔진의 기계식 전동 장치(1)의 전동 부재(3) 상에 위치한다.
목표물(92)은 작은 치수의 래크(37)를 포함하면서 제1 큰 치수의 래크(35)의 톱니(34)에 대향하는 전동 부재(3)의 면 상에 위치된다.
목표물(92)은 전동 부재(3) 내에 배열되는 구멍(hole) 또는 유사 요소로 구 성될 수 있다.
또한, 목표물(92)은 전동 부재(3)에 고정되는 핀 또는 유사 요소로 구성될 수 있다.
실린더 블록(100)에 부착된 목표물 이동 센서(91)는 "홀(Hall)" 효과 원리를 기초로 한다.
일 변형예로서, 목표물 이동 센서(91)는 목표물(92)의 이동을 감지할 수 있게 하도록 전류가 주기적으로 횡단하는 코일로 구성될 수 있으며, 목표물(92)이 상기 코일의 전방으로 지나갈 때 상기 전류가 상기 코일을 횡단하며, 상기 목표물(92)은 자기장을 형성하는 재료로 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 목표물 이동 센서(91)는 소형 변류기를 형성하는 두 개의 겹쳐진 코일로 구성될 수 있으며, 변류비는 자성 재료로 구성되는 목표물(92)의 이동을 감지할 수 있게 한다.
다른 실시예에 따르면, 목표물 이동 센서(91)는 용량(capacitive) 유형 또는 당업자들에게 공지된 다른 유형의 광 감지 센서일 수도 있다.
작동:
가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 피스톤(2) 상에서 직접 측정할 수 있게 하는 장치(90)의 작동은 다음과 같다.
가변 압축비 엔진이 운전될 때, 피스톤(2)은 상사점(Top Dead Center, TDC)과 하사점(Bottom Dead Center, BDC) 사이에서 전후(back and forth) 운동을 한다.
따라서, 피스톤(2)에 고정된 목표물(92)은 실린더(110)에서 상기 피스톤(2) 의 각 상승행정 및 각 하강행정시 목표물 이동 센서(91)의 전방으로 지나간다.
상기 목표물(92)이 상기 목표물 이동 센서(91)의 전방으로 지나갈 때, 대응 신호가 컴퓨터(94)에 의해 수신되며, 크랭크축 각위치 센서(93)에 의해 전달되는 신호를 통해, 컴퓨터는 목표물 이동 센서(91)의 전방에서의 상기 목표물(92)의 이동에 대응하는 크랭크축(9)의 각위치를 등록한다.
피스톤(2)의 크라운(crown)부에 관한 목표물(92)의 위치, 미도시된 실린더 헤드에 관한 목표물 이동 센서(91)의 위치 및 크랭크축(9)의 각위치의 함수로서 피스톤(2) 높이의 변동 법칙은 컴퓨터(94)의 메모리에 미리 등록되며, 피스톤(2)이 상사점(TDC)에 도달할 때 상기 컴퓨터는 실린더 헤드에 관해 피스톤(2)의 크라운부의 위치를 결정함으로써, 엔진의 유효 용적비를 결정할 수 있다.
피스톤(2)의 크라운부와 목표물(92) 사이의 거리 및 목표물 이동 센서(91)와 실린더 헤드 사이의 거리를 측정하고 등록하는 것보다 간단한 방법은, 조립시, 적절한 계측기 수단 또는 다른 수단에 의해 공지되고 기록된 용적비로 가변 압축비 엔진의 각각의 실린더(110)를 위치시키는 것임을 알 수 있다.
일단, 상기 엔진의 각각의 실린더(110)가 상기 공지된 용적비로 위치되면, 엔진은 회전되고, 컴퓨터(94)는 상기 엔진의 각각의 실린더(110)에 대하여, 상기 실린더의 용적비, 목표물 이동 센서(91)의 전방에서의 상기 실린더(110)의 피스톤(2)의 목표물(92)의 이동 지점 및 상기 엔진의 크랭크축(9)의 각위치 사이에 존재하는 관계를 명확히 설정할 수 있다.
일단, 이러한 관계가 공지되면, 컴퓨터(94)는 각각의 실린더(110)이 유효 용 적비를 항상 산출할 수 있다.
또한, 전술된 설명은 단지 예시로서 제공된 것이며, 발명의 범위를 제한하지 않으며 발명의 범위 내에서 작업자가 설명된 실시예의 세부사항들을 다른 등가물로 대체할 수 있음이 이해된다.

Claims (4)

  1. 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더(110)의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치에 있어서,
    실린더 블록(100)에 부착되고 롤링 안내 장치(4)의 동기화 롤러(40)의 롤링 표면 아래에 위치하며 상기 엔진의 피스톤(2)에 고정된 전동 부재(3) 상에 위치한 적어도 하나의 목표물(92)의 이동을 감지하는 적어도 하나의 목표물 이동 센서(91)를 포함하며, 상기 목표물 이동 센서(91)는 상기 엔진의 크랭크축의 적어도 하나의 각위치 센서(93) 및 컴퓨터(94)와 상호작용하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 목표물(92)은 작은 치수의 래크(37)를 포함하는 전동 부재(3)의 면상에 위치되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 목표물(92)은 전동 부재(3)에 배열되는 구멍 또는 유사 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 목표물(92)은 전동 부재(3)에 고정되는 핀 또는 유사 요소 로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진의 적어도 하나의 실린더의 유효 용적비를 측정할 수 있게 하는 장치.
KR1020097023671A 2007-04-16 2008-04-16 가변 압축비 엔진의 유효 용적비를 피스톤 상에서 직접 측정하는 장치 KR101387809B1 (ko)

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