KR20100061202A - 자동차 엔진용 가변 압축비 장치 - Google Patents

자동차 엔진용 가변 압축비 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치는, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 상하부 실린더 블록 사이에 장착된 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 구성되며, 상기 엔진의 운전 상태에 따라 상기 크랭크 샤프트의 장착 높이를 변화시킴으로써 상기 혼합기의 압축비를 변경하기 위한 것으로서, ⅰ)하부면에 경사면이 형성되고, 상기 상하부 실린더 블록 사이에 상하 이동 가능하게 설치되며, 상기 크랭크 샤프트가 회전 가능하게 삽입될 수 있는 베어링이 장착되는 지지체와, ⅱ)상기 지지체의 상부에 설치되어 그 지지체로 탄성력을 제공하는 탄성부재와, ⅲ)상기 지지체를 상측 방향으로 이동시키기 위해 상기 지지체의 경사면에 슬립 접촉하며 상기 하부 실린더 블록에 왕복 이동 가능하게 지지되는 슬라이더와, ⅳ)상기 크랭크 샤프트에 대응하여 상기 하부 실린더 블록에 회전 가능하게 구성되어 상기 슬라이더에 작동력을 제공하는 작동유닛과, ⅴ)상기 슬라이더와 상기 작동유닛을 상호 연결하며, 상기 작동유닛의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 상기 작동유닛의 작동력을 상기 슬라이더로 전달하는 동력 전달유닛을 포함한다.
Figure P1020080120107
압축비(compression ratio), 행정(stroke)

Description

자동차 엔진용 가변 압축비 장치 {VARIABLE COMPRESSION APPARATUS FOR VEHICLE ENGINE}
본 발명의 예시적인 실시예는 자동차 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되며, 스파크 점화기관의 경우 일정 수준까지 점화시기를 진각하면 열효율이 증가된다.
그러나, 스파크 점화기관은 높은 압축비에서 점화시기를 진각하면 이상 연소가 발생하여, 엔진 손상을 가져올 수 있으므로 점화시기 진각에 한계가 있고, 이에 의해 출력 저하를 감수해야 한다.
가변 압축비(variable compression ratio; VCR) 장치는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다.
가변 압축비 장치에 따르면, 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고, 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출 력을 향상시킨다.
현재 디젤엔진의 경우, 강화된 배기가스 규제에 맞추기 위하여 피스톤 연소실의 볼륨을 크게 하여 압축비를 감소시킴으로써 저온 연소를 구현하고 있다.
그러나, 압축비 감소에 따라 냉시동 성능이 악화되기 때문에 글로우 시스템을 세라믹 재질로 제작하여 그 강성을 강화하고 상기 글로우 시스템을 제어하는 별도의 제어 유닛을 추가함으로써 제작 비용이 상승하였다.
또한, 압축비가 고정되어 있으므로 다양한 운전 상태에 따른 최적의 압축비를 구현하기가 불가능하였다.
따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 엔진의 운전 상태에 따라 혼합기의 압축비를 가변시킴으로써 연비와 출력을 향상시킬 수 있도록 하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치를 제공한다.
이를 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치는, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 상하부 실린더 블록 사이에 장착된 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 구성되며, 상기 엔진의 운전 상태에 따라 상기 크랭크 샤프트의 장착 높이를 변화시킴으로써 상기 혼합기의 압축비를 변경하기 위한 것으로서, ⅰ)하부면에 경사면이 형성되고, 상기 상하부 실린더 블록 사이에 상하 이동 가능하게 설치되며, 상기 크랭크 샤프트가 회전 가능하게 삽입될 수 있는 베어링이 장착되는 지지체와, ⅱ)상기 지지체의 상부에 설치되어 그 지지체로 탄성력을 제공하는 탄성부재와, ⅲ)상기 지지체를 상측 방향으로 이동시키기 위해 상기 지지체의 경사면에 슬립 접촉하며 상기 하부 실린더 블록에 왕복 이동 가능하게 지지되는 슬라이더와, ⅳ)상기 크랭크 샤프트에 대응하여 상기 하부 실린더 블록에 회전 가능하게 구성되어 상기 슬라이더에 작동력을 제공하는 작동유닛과, ⅴ)상기 슬라이더와 상기 작동유닛을 상호 연결하며, 상기 작동유닛의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 상기 작동유닛의 작동력을 상기 슬라이더로 전달하는 동력 전달유닛을 포함한다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 지지체는 상기 상하부 실린더 블록의 결합 부위에 구비된 지지체 장착부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 탄성부재는 상기 지지체 장착부의 상단에 구비된 적어도 하나의 스프링 장착홈에 장착되며, 상기 지지체의 상면에 접촉되어 탄성력을 상기 지지체에 작용할 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 슬라이더는 상기 지지체의 경사면과 슬립 접촉하는 슬립면이 형성될 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 작동유닛은 상기 동력전달유닛을 통해 상기 슬라이더와 연결되는 캠부재들을 지닌 콘트롤 샤프트와, 상기 콘트롤 샤프트와 연결되게 설치되어 그 콘트롤 샤프트로 회전력을 제공하는 구동 모터를 포함할 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 동력전달유닛은 상기 슬라이더와 상기 캠부재에 링크 연결되는 링크부재를 포함할 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 동력전달유닛은 상기 슬라이더에 일체로서 형성되는 제1 랙부와, 상기 캠부재에 일체로서 형성되며, 상기 제1 랙부와 상호 치합되는 제2 랙부를 포함할 수도 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 지지체는 상기 상부 실린더 블록에 장착되는 상부 지지체와, 상기 경사면을 지니며 상기 하부 실린더 블록에 장착되는 하부 지지체를 포함할 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치는, 상기 상부 지지체와 상기 하부 지지체가 별개로서 이루어질 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 베어링은 내경과 외경이 동심원을 이루는 중공의 실린더 형상으로 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 베어링은 상기 상부 지지체에 장착되는 상부 베어링과, 상기 하부 지지체에 장착되는 하부 베어링으로서 이루어질 수 있다.
상기 자동차 엔진용 가변 압축비 장치는, 상기 상부 베어링과 상기 하부 베어링이 별개로서 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치에 의하면, 엔진의 운전 상태에 따라 혼합기의 압축비를 조절할 수 있으므로 연비와 출력이 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 측단면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 실 시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 주요 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(100)는 엔진(1)의 운전 상태에 따라 크랭크 샤프트(30)의 장착 높이(h)를 변화시킨다.
상기 엔진(1)은 실린더 헤드(H)와 실린더 블록(B)을 포함하며, 실린더 블록(B)은 상부 실린더 블록(10)과 하부 실린더 블록(15)을 포함한다.
상기 실린더 헤드(H)에는 점화 장치(도시하지 않음), 흡기 밸브(도시하지 않음), 배기 밸브(도시하지 않음), 그리고 밸브 개폐 장치(도시하지 않음)가 장착되어 있다.
또한, 상기 엔진(1)의 내부에는 실린더(도시하지 않음)가 형성되어 있으며, 실린더의 내부에는 피스톤(20)이 삽입되어 그 실린더와 피스톤(20) 사이에 연소실을 형성한다.
상기 연소실은 흡기 매니폴드(도시하지 않음)에 연결되어 혼합기를 공급 받으며, 배기 매니폴드(도시하지 않음)에 연결되어 연소된 혼합기를 외부로 배출한다.
상기 피스톤(20)에는 커넥팅 로드(25)의 일단이 회전 가능하게 연결되어 있고, 그 커넥팅 로드(25)의 타단에는 크랭크 샤프트(30)가 편심되어 회전 가능하게 연결되어 있다.
상기 크랭크 샤프트(30)는 상부 실린더 블록(10)과 하부 실린더 블록(15)의 결합 부위에 장착되는 바, 피스톤(20)으로부터 연소력을 전달받고 이 연소력을 회전력으로 변환하여 변속기(도시하지 않음)에 전달한다.
따라서, 상기 피스톤(20)으로부터 커넥팅 로드(25)에 전달된 혼합기의 연소력은 크랭크 샤프트(30)에 전달되어 그 크랭크 샤프트(30)를 회전시키게 된다.
상기에서와 같은 엔진(1)에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 가변 압축비 장치(100)가 실린더 블록(B)의 내부에 내장되는 바, 이 가변 압축비 장치(100)는 엔진(1)의 운전 상태에 따라 크랭크 샤프트(30)의 장착 높이를 변화시킴으로써 혼합기의 압축비를 변경하기 위한 것이다.
이러한 가변 압축비 장치(100)는 크게 지지체(110, 120)와, 탄성부재(130)와, 슬라이더(150)와, 작동유닛(170)과, 동력 전달유닛(190)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서, 상기 지지체(110, 120)는 상하부 실린더 블록(10, 15) 사이에 상하 이동 가능하게 구성된다.
이러한 지지체(110, 120)는 상하부 실린더 블록(10, 15)의 결합 부위에 구비된 지지체 장착부(111)에 장착되는 바, 이 지지체 장착부(111)는 상하부 실린더 블록(10, 15)의 결합 부위에 홈 형태로서 이루어진다.
즉, 상기 지지체(110, 120)는 지지체 장착부(111)에 지지된 상태에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다.
이를 위해 상기 지지체(110, 120)의 높이는 지지체 장착부(111)의 높이 보다 작아 그 지지체(110, 120)는 지지체 장착부(111) 내부에서 상하 방향으로 움직일 수 있다.
여기서, 상기 지지체(110, 120)는 상부 실린더 블록(10)에 장착되는 상부 지지체(110)와, 하부 실린더 블록(15)에 장착되는 하부 지지체(120)로 구성되며, 이들 상부 지지체(110)와 하부 지지체(120)는 블록 형태로서 이루어진다.
도면에서는 상기 상부 지지체(110)와 하부 지지체(120)가 별개로 제작되어 결합된 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 반드시 한정되지 않고 상부 지지체(110)와 하부 지지체(120)를 일체로 제작할 수도 있다.
또한, 상기 지지체(110, 120)의 내부 즉, 상부 지지체(110)와 하부 지지체(120) 사이에는 베어링(70, 75)이 장착되는 바, 상기 크랭크 샤프트(30)는 그 베어링(70, 75)의 내부에 회전 가능하게 삽입된다.
상기 베어링(70, 75)은 크랭크 샤프트(30)의 회전 시 발생하는 마찰을 줄이기 위한 중공 실린더 형상으로서 이루어진다.
이러한 베어링(70, 75)은 내경과 외경이 동심원을 이루는 원형의 단면을 지니며, 상기 상부 지지체(110)에 장착되는 상부 베어링(70)과, 하부 지지체(120)에 장착되는 하부 베어링(75)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 크랭크 샤프트(30)의 원활한 회전을 위해 베어링(70, 75)의 내주면으로 윤활 오일이 공급됨은 당연하다 할 것이다.
도면에서는, 상기 상부 베어링(70)과 하부 베어링(75)이 별개로 제작되어 결합된 것을 예시하고 있다. 그러나, 본 발명에서는 이에 반드시 이에 한정되지 않고 상부 베어링(70)과 하부 베어링(75)을 일체로 제작할 수도 있다.
한편, 상기 지지체(110, 120)에 있어, 하부 지지체(120)의 하부면에는 일측(도 2에서의 우측)에서 다른 일측(도 2에서의 좌측)을 향하여 사선 방향으로 하향 경사진 경사면(121)을 형성하고 있다.
본 실시예에서, 상기 탄성부재(130)는 작동유닛(170)의 작동력에 대항하는 탄성력을 지지체(110, 120)에 대하여 하측 방향으로 제공하기 위한 것이다.
상기 탄성부재(130)는 압축 코일 스프링으로서 이루어지며, 지지체(110, 120)의 상부에 설치되는 바, 지지체 장착부(111)의 상단에 구비된 복수의 스프링 장착홈(113)에 장착된다.
이러한 탄성부재(130)는 이의 하단이 상부 지지체(110)의 상면에 접촉되어 그 상부 지지체(110)에 탄성력을 제공한다. 즉, 상기 탄성부재(130)는 지지체(110, 120)에 항시 도면에서 하방향으로 탄성력을 가한다.
따라서 상기 지지체(110, 120)는 탄성부재(130)의 탄성력과 작동유닛(170)의 작동 힘에 의하여 실린더 블록(B)의 지지체 장착부(111) 내에서 상하로 움직인다.
본 실시예에서, 상기 슬라이더(150)는 지지체(110, 120)를 지지체 장착부(111) 내부에서 상하로 이동시키기 위한 것이다.
상기 슬라이더(150)는 하부 지지체(120)의 경사면(121)에 슬립 접촉하며, 하부 실린더 블록(15)에 왕복 이동 가능하게 지지된다.
즉, 상기 슬라이더(150)는 하부 지지체(120)의 경사면(121)을 향하여 크랭크 샤프트(30)의 축 방향에 수직 교차하며, 지지체 장착부(111)의 하단에 지지된 상태로 수평 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비된다.
여기서, 상기 슬라이더(150)는 하부 지지체(120)의 경사면(121)과 슬립 접촉되는 슬립면(151)을 형성하고 있다.
이 슬립면(151)은 하부 지지체(120)의 경사면(121)에 대응하여 다른 일측(도 2에서의 좌측)에서 일측(도 2에서의 우측)을 향하여 상향 경사지게 형성된다.
이 경우, 상기 슬라이더(150)와 지지체(110, 120)가 원활하게 슬립 작동이 이루어지도록 그 슬립면(151)과 경사면(121) 사이로 윤활 오일이 공급됨은 당연하다 할 것이다.
상기한 슬라이더(150)는 상기 슬립면(151)을 지닌 몸체부(153)를 포함하여 이루어진다.
상기 몸체부(153)는 단면이 대략 직삼각형이며, 지지체 장착부(111)의 외측에서 내측으로 삽입 가능하게 구성되고, 그 직삼각형의 꼭지점에 상기 경사면(121)의 하단부가 일치한 상태로 일 부분이 지지체 장착부(111)의 외측으로 일정 길이 돌출되게 구성된다.
본 실시예에서, 상기 작동유닛(170)은 슬라이더(150)에 작동 힘을 선택적으로 제공하여 지지체(110, 120)를 지지체 장착부(111) 내부에서 상하측 방향으로 이동시킬 수 있도록, 크랭크 샤프트(30)에 대응하여 하부 실린더 블록(15)에 회전 가능하게 구성된다.
상기 작동유닛(170)은 크랭크 샤프트(30)에 대응하여 하부 실린더 블록(15)에 회전 가능하게 설치되는 콘트롤 샤프트(171)와, 그 콘트롤 샤프트(171)로 회전 구동력을 제공하기 위한 구동 모터(175)를 포함하여 이루어진다.
상기 콘트롤 샤프트(171)는 뒤에서 더욱 설명하는 동력 전달유닛(190)을 통하여 슬라이더(150)와 연결되는 복수의 캠부재들(173)을 구비하고 있다.
여기서, 상기 각 캠부재(173)는 원형의 베이스(174a)에서 노즈(174b)가 그 베이스(174a)에 대하여 편심되게 돌출된 편심 캠으로서 이루어진다.
그리고, 상기 구동 모터(175)는 콘트롤 샤프트(171)와 연결되게 설치되며, 바람직하게는 서보 모터로서 이루어진다.
이러한 구동 모터(175)는 제어기(도시하지 않음)와 전기 및 신호 체계로서 연결되며, 그 제어기로부터 제공되는 제어 신호에 따라 양방향 구동이 가능한 공지 기술의 서보 모터로 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서, 상기 동력 전달유닛(190)은 슬라이더(150)와 콘트롤 샤프트(171)의 캠부재(173)를 상호 연결하며, 그 캠부재(173)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 작동유닛(170)의 작동력을 슬라이더(150)로 전달하기 위한 것이다.
상기 동력 전달유닛(190)은 슬라이더(150)와 콘트롤 샤프트(171)의 캠부재(173)에 각각 링크 연결되는 링크부재(191)를 포함하고 있다.
이러한 링크부재(191)는 양측 단부에 링크홀이 구비된 일정 길이의 로드 형태로서 이루어지며, 그 양측 단부는 상기 링크홀에 결합되는 링크 핀(195)을 통하여 슬라이더(150)와 캠부재(173)에 각각 링크 연결된다.
여기서, 상기 링크부재(191)의 일측 단부는 슬라이더(150)에 있어, 언급한 바 있는 몸체부(153)의 돌출 부위에 링크 연결되며, 다른 일측 단부는 콘트롤 샤프 트(171)의 캠부재(173)에 있어 노즈(174b)에 링크 연결된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(100)의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 엔진(1)이 고압축비 영역(저부하 운전 상태)에서 작동하는 경우, 도 4에서와 같이 콘트롤 샤프트(171)는 캠부재(173)의 노즈(174b)가 하측을 향하고 있는 상태에서, 제어기(도시하지 않음)를 통해 일측 방향으로 기설정된 각도 만큼 회전된다.
그러면, 상기 콘트롤 샤프트(171)가 회전함에 따라 캠부재(173)의 노즈(174b) 또한 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 콘트롤 샤프트(171)의 회전력은 링크부재(191)를 통하여 슬라이더(150)에 전달된다.
즉, 상기 링크부재(191)가 캠부재(173)의 노즈(174b) 및 슬라이더(150)에 링크 연결되어 있기 때문에, 상기 콘트롤 샤프트(171)의 회전 운동은 링크부재(191)의 링크 작용으로서 직선 운동으로 변환되고, 그 콘트롤 샤프트(171)의 회전력은 링크부재(191)를 통해 슬라이더(150)로 전달된다.
상기 슬라이더(150)는 링크부재(191)를 통해 콘트롤 샤프트(171)의 회전력(작동력)을 전달받아 도면에서 화살표로 표시한 "A" 방향으로 수평 이동하게 된다.
이 과정에서, 상기 슬라이더(150)는 슬립면(151)이 지지체(110, 120)의 경사면(121)에 슬립되면서 "A" 방향으로 수평 이동하게 되는데, 그 경사면(121)이 슬립면(151)을 따라 상측 방향으로 슬립되면서 "A" 방향으로 수평 이동된다.
이에 따라 상기 지지체(110, 120)는 지지체 장착부(111)의 내부에서 탄성부 재(130)의 탄성력을 극복하며 상측 방향으로 수직 이동된다.
따라서, 본 실시예에서는 도 5에서와 같이, 상기 지지체(110, 120)가 상측 방향으로 수직 이동함에 따라, 크랭크 샤프트(30)가 기설정된 높이(d) 만큼 들어 올려져 고압축비를 구현하게 된다.
한편, 엔진(1)이 저압축비 영역(고부하 운전 상태)에서 작동하는 경우, 도 6에서와 같이 콘트롤 샤프트(171)는 캠부재(173)의 노즈(174b)가 슬라이더(150)를 향하고 있는 상태에서, 제어기(도시하지 않음)를 통해 다른 일측 방향으로 기설정된 각도 만큼 회전하며 원래의 위치로 되돌아 온다.
그러면, 상기 콘트롤 샤프트(171)가 회전함에 따라 캠부재(173)의 노즈(174b) 또한 다른 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 콘트롤 샤프트(171)의 회전력은 링크부재(191)를 통하여 슬라이더(150)에 전달된다.
즉, 상기 링크부재(191)가 캠부재(173)의 노즈(174b) 및 슬라이더(150)에 링크 연결되어 있기 때문에, 상기 콘트롤 샤프트(171)의 회전 운동은 링크부재(191)의 링크 작용으로서 직선 운동으로 변환되고, 그 콘트롤 샤프트(171)의 회전력은 링크부재(191)를 통해 슬라이더(150)로 전달된다.
이에 따라 상기 슬라이더(150)는 링크부재(191)를 통해 콘트롤 샤프트(171)의 회전력(작동력)을 전달받아 도면에서 화살표로 표시한 "B" 방향으로 수평 이동하게 된다.
이 과정에서, 상기 슬라이더(150)는 슬립면(151)이 지지체(110, 120)의 경사면(121)에 슬립되면서 "B" 방향으로 수평 이동하게 되는데, 그 경사면(121)이 슬립 면(151)을 따라 하측 방향으로 슬립되면서 "B" 방향으로 수평 이동된다.
이와 동시에, 상기 지지체(110, 120)는 슬라이더(150)가 "B" 방향으로 수평 이동함에 따라 탄성부재(130)의 탄성력에 의해 하측 방향으로 수직 이동하게 된다.
여기서, 상기 콘트롤 샤프트(171)의 캠부재(173)는 노즈(174b)가 하측 방향을 향하고 있는 상태에 있다.
따라서 본 실시예에서는 도 5에서와 같이, 지지체(110, 120)가 하측 방향으로 수직 이동함에 따라, 크랭크 샤프트(30)가 기설정된 높이(d) 만큼 아래로 움직이며 저압축비를 구현하게 된다.
이로써 본 실시예에 의한 가변 압축비 장치(100)는 상기에서와 같은 일련의 과정을 반복 수행하므로, 엔진(1)이 저부하 운전 상태에서 작동하는 경우, 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(20) 상사점이 일정 높이(d) 만큼 높아지게 되므로, 혼합기의 압축비는 증가하게 된다.
그리고, 엔진(1)이 고부하 운전 상태에서 작동하는 경우, 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(20)의 상사점이 일정 높이(d) 만큼 낮아지게 되므로, 혼합기의 압축비는 감소하게 된다.
이에, 본 실시예에서는 엔진(1)의 저부하 운전 상태에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고, 엔진(1)의 고부하 운전 상태에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도 7 내지 도 10을 참고로, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치를 상세히 설명한다. 본 발명의 예시적인 다른 실 시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치는 전기 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치와 유사하다.
도 7은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 구성을 도시한 측단면 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(200)는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 슬라이더(250)와 콘트롤 샤프트(271)의 캠부재(273)를 랙(rack) 구조로서 연결하는 동력 전달유닛(290)을 구성할 수 있다.
여기서, 본 실시예에 적용되는 지지체(210, 220)에 있어, 하부 지지체(220)의 하부면에는 일측(도 7에서의 우측)에서 다른 일측(도 7에서의 좌측)을 향하여 사선 방향으로 상향 경사진 경사면(221)을 형성하고 있다.
그리고, 상기 슬라이더(250)는 지지체 장착부(211)의 내측에서 하부 지지체(220)의 경사면(221)과 슬립 접촉하는 슬립면(251)을 지닌 몸체부(253)와, 그 몸체부(253)에서 콘트롤 샤프트(271)를 향하여 지지체 장착부(211)의 외측으로 연장되는 연장부(255)를 포함하여 이루어진다.
이 경우, 상기 몸체부(253)의 슬립면(251)은 하부 지지체(220)의 경사면(221)에 대응하여 다른 일측(도 7에서의 좌측)에서 일측(도 7에서의 우측)을 향하여 하향 경사지게 형성된다.
또한, 상기 연장부(255)는 몸체부(253)의 일측에 일체로서 형성되며, 콘트롤 샤프트(271)의 캠부재(273)를 향하여 지지체 장착부(211)의 외측으로 돌출되게 형 성된다.
본 실시예에서, 상기 동력 전달유닛(290)은 슬라이더(250)에 일체로서 형성되는 제1 랙부(291)와, 콘트롤 샤프트(271)의 캠부재(273)에 일체로서 형성되는 제2 랙부(292)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 랙부(291)는 슬라이더(250)의 연장부(255)에 형성되며, 제2 랙부(292)는 제1 랙부(291)와 상호 치합하며 캠부재(273)의 노즈(274b)에 형성된다.
상기에서와 같은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(200)의 나머지 구성들은 전기 실시예와 동일하므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(200)의 작동 과정을 살펴 보면, 우선 엔진(1)이 고압축비 영역(저부하 운전 상태)에서 작동하는 경우, 도 8에서와 같이 콘트롤 샤프트(271)는 일측 방향으로 기설정된 각도 만큼 회전된다.
그러면, 상기 콘트롤 샤프트(271)가 회전함에 따라 캠부재(273)의 노즈(274b) 또한 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 콘트롤 샤프트(271)의 회전력은 제1 랙부(291) 및 제2 랙부(292)를 통하여 슬라이더(250)에 전달된다.
즉, 상기 슬라이더(250)의 연장부(255)에 형성된 제1 랙부(291)와, 캠부재(273)의 노즈(274b)에 형성된 제2 랙부(292)가 상호 치합되어 있기 때문에, 상기 콘트롤 샤프트(271)의 회전 운동은 제1 및 제2 랙부(291, 292)를 통하여 직선 운동으로 변환되고, 그 콘트롤 샤프트(271)의 회전력은 슬라이더(250)의 몸체부(253)로 전달된다.
이에 따라 상기 슬라이더(250)는 콘트롤 샤프트(271)의 회전력(작동력)을 전달받아 도면에서 화살표로 표시한 "A" 방향으로 수평 이동하게 된다.
상기 슬라이더(250)는 슬립면(251)이 지지체(210, 220)의 경사면(221)에 슬립되면서 "A" 방향으로 수평 이동하게 되는데, 그 경사면(221)이 슬립면(251)을 따라 상측 방향으로 슬립되면서 "A" 방향으로 수평 이동된다.
이에 따라 상기 지지체(210, 220)는 지지체 장착부(211)의 내부에서 탄성부재(230)의 탄성력을 극복하며 상측 방향으로 수직 이동된다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 지지체(210, 220)가 상측 방향으로 수직 이동함에 따라, 도 9에서와 같이 크랭크 샤프트(30)가 기설정된 높이(d) 만큼 들어 올려져 고압축비를 구현하게 된다.
한편, 엔진(1)이 저압축비 영역(고부하 운전 상태)에서 작동하는 경우, 도 10에서와 같이 콘트롤 샤프트(271)는 제어기(도시하지 않음)를 통해 다른 일측 방향으로 기설정된 각도 만큼 회전하며 원래의 위치로 되돌아 온다.
그러면, 상기 콘트롤 샤프트(271)가 회전함에 따라 캠부재(273)의 노즈(274b) 또한 다른 일측 방향으로 회전하게 되고, 그 콘트롤 샤프트(271)의 회전력은 제1 랙부(291) 및 제2 랙부(292)를 통하여 슬라이더(250)에 전달된다.
즉, 상기 슬라이더(250)의 연장부(255)에 형성된 제1 랙부(291)와, 캠부재(273)의 노즈(274b)에 형성된 제2 랙부(292)가 상호 치합되어 있기 때문에, 상기 콘트롤 샤프트(271)의 회전 운동은 제1 및 제2 랙부(291, 292)를 통하여 직선 운동 으로 변환되고, 그 콘트롤 샤프트(271)의 회전력은 슬라이더(250)의 몸체부(253)로 전달된다.
이에 따라 상기 슬라이더(250)는 콘트롤 샤프트(271)의 회전력(작동력)을 전달받아 도면에서 화살표로 표시한 "B" 방향으로 수평 이동하게 된다.
이 과정에서, 상기 슬라이더(250)는 슬립면(251)이 지지체(210, 220)의 경사면(221)에 슬립되면서 "B" 방향으로 수평 이동하게 되는데, 그 경사면(221)이 슬립면(251)을 따라 하측 방향으로 슬립되면서 "B" 방향으로 수평 이동된다.
이와 동시에, 상기 지지체(210, 220)는 슬라이더(250)가 "B" 방향으로 이동함에 따라 탄성부재(230)의 탄성력에 의해 하측 방향으로 수직 이동하게 된다.
따라서 본 실시예에서는 지지체(210, 220)가 하측 방향으로 수직 이동함에 따라, 도 9에서와 같이 크랭크 샤프트(30)가 기설정된 높이(d) 만큼 아래로 움직이며 저압축비를 구현하게 된다.
상기에서와 같은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치(200)의 나머지 구성 요소들에 대한 작용은 전기 실시예와 동일하므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 측단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 주요 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비 장치의 구성을 도시한 측단면 구성도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 엔진용 가변 압축비의 작동 과정을 설명하기 위한 작동 상태도이다.

Claims (11)

  1. 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 상하부 실린더 블록 사이에 장착된 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 구성되며,
    상기 엔진의 운전 상태에 따라 상기 크랭크 샤프트의 장착 높이를 변화시킴으로써 상기 혼합기의 압축비를 변경하기 위한 것으로서,
    하부면에 경사면이 형성되고, 상기 상하부 실린더 블록 사이에 상하 이동 가능하게 설치되며, 상기 크랭크 샤프트가 회전 가능하게 삽입될 수 있는 베어링이 장착되는 지지체;
    상기 지지체의 상부에 설치되어 그 지지체로 탄성력을 제공하는 탄성부재;
    상기 지지체를 상측 방향으로 이동시키기 위해 상기 지지체의 경사면에 슬립 접촉하며 상기 하부 실린더 블록에 왕복 이동 가능하게 지지되는 슬라이더;
    상기 크랭크 샤프트에 대응하여 상기 하부 실린더 블록에 회전 가능하게 구성되어 상기 슬라이더에 작동력을 제공하는 작동유닛; 및
    상기 슬라이더와 상기 작동유닛을 상호 연결하며, 상기 작동유닛의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 상기 작동유닛의 작동력을 상기 슬라이더로 전달하는 동력 전달유닛
    을 포함하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 상하부 실린더 블록의 결합 부위에 구비된 지지체 장착부에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 탄성부재는,
    상기 지지체 장착부의 상단에 구비된 적어도 하나의 스프링 장착홈에 장착되며, 상기 지지체의 상면에 접촉되어 탄성력을 상기 지지체에 작용하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 슬라이더는,
    상기 지지체의 경사면과 슬립 접촉하는 슬립면이 형성되는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 작동유닛은,
    상기 동력전달유닛을 통해 상기 슬라이더와 연결되는 캠부재들을 지닌 콘트롤 샤프트와,
    상기 콘트롤 샤프트와 연결되게 설치되어 그 콘트롤 샤프트로 회전력을 제공 하는 구동 모터
    를 포함하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 동력전달유닛은,
    상기 슬라이더와 상기 캠부재에 링크 연결되는 링크부재를 포함하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 동력전달유닛은,
    상기 슬라이더에 일체로서 형성되는 제1 랙부와,
    상기 캠부재에 일체로서 형성되며, 상기 제1 랙부와 상호 치합되는 제2 랙부
    를 포함하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 상부 실린더 블록에 장착되는 상부 지지체와,
    상기 경사면을 지니며 상기 하부 실린더 블록에 장착되는 하부 지지체를 포함하는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 상부 지지체와 상기 하부 지지체가 별개로서 이루어지는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 베어링은,
    내경과 외경이 동심원을 이루는 중공의 실린더 형상으로 구비되며, 상기 상부 지지체에 장착되는 상부 베어링과, 상기 하부 지지체에 장착되는 하부 베어링으로서 이루어지는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 상부 베어링과 상기 하부 베어링이 별개로서 이루어지는 자동차 엔진용 가변 압축비 장치.
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