KR20110001510A

KR20110001510A - 가변 압축비 장치

Info

Publication number: KR20110001510A
Application number: KR1020090059075A
Authority: KR
Inventors: 이은호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-06
Also published as: KR101510321B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따라서, 크랭크샤프트, 크랭크핀, 및 커넥팅로드를 포함하는 가변 압축비 장치는, 내주면은 상기 크랭크핀의 외주면과 밀착되고, 외주면은 상기 커넥팅로드의 단부에 형성된 베어링홀의 내주면에 밀착되되, 상기 내주면의 중심과 상기 외주면의 중심이 편심된 편심베어링을 포함하고, 상기 편심베어링의 회전위치에 따라서 상기 피스톤의 위치가 가변된다.

따라서, 커넥팅로드와 크랭크 핀 사이에 배치된 편심베어링을 회전시킴으로써, 엔진의 운전 상태에 따라 압축비가 가변되어 연비와 출력을 향상시킬 수 있다.

가변, 압축비, 피스톤, 링크, 실린더

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 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 출력을 향상시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 실린더 내의 압축비를 가변시키는 새로운 구조의 가변 압축비 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라서, 크랭크샤프트, 크랭크핀, 및 커넥팅로드를 포함하는 가변 압축비 장치는, 내주면은 상기 크랭크핀의 외주면과 밀착되고, 외주면은 상기 커넥팅로드의 단부에 형성된 베어링홀의 내주면에 밀착되되, 상기 내주면의 중심과 상기 외주면의 중심이 편심된 편심베어링을 포함하고, 상기 편심베어링의 회전위치에 따라서 상기 피스톤의 위치가 가변된다.

일단에는 상기 편심베어링이 삽입되는 피동링이 형성되고, 타단에는 구동링이 형성되는 전달링크, 및 상기 크랭크샤프트에 장착되는 웨이트에 회전가능하도록 장착되는 연결축을 포함하고, 그 일단에 상기 전달링크의 상기 구동링에 삽입되는 피동휠이 상기 연결축의 중심선과 편심되어 형성되는 폄심기어를 더 포함하여, 상기 연결축을 회전시켜 상기 전달링크를 움직여 상기 편심베어링의 회전을 가변시킨다.

상기 크랭크샤프트가 삽입되는 샤프트홀이 형성되고, 그 외주면에 제1기어치가 형성된 가변기어, 및 상기 가변기어의 회전위치를 제어하는 제어축을 더 포함하고, 상기 편심기어의 타단에 상기 연결축의 중심선을 중심으로 그 외주면은 상기 가변기어의 상기 제1기어치와 맞물리는 기어치가 형성된 구동휠이 연결되고, 상기 제어축의 회전에 따라서 상기 가변기어와 상기 편심기어가 회전하여 상기 전달링크 를 움직인다.

상기 가변기어의 외주면 가장자리에서 상기 크랭크샤프트의 회전방향으로 설정된 구간 부채꼴로 돌출되어 형성되는 날개를 포함하며, 상기 날개의 외주면에 제2기어치가 형성되고, 상기 제어축은 상기 가변기어의 상기 제2기어치와 맞물려 상기 가변기어의 회전위치를 제어한다.

상기 편심기어에는, 상기 연결축의 타단에 상기 연결축의 중심선과는 편심되며 그 외주면은 상기 가변기어의 상기 제1기어치와 맞물리는 제3기어치가 형성된다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 크랭크샤프트, 크랭크핀, 및 커넥팅로드를 포함하는 가변 압축비 장치는, 내주면은 상기 크랭크핀의 외주면과 밀착되고, 외주면은 상기 커넥팅로드의 단부에 형성된 베어링홀의 내주면에 밀착되되, 상기 내주면의 중심과 상기 외주면의 중심 사이에 편심차를 갖는 편심베어링, 일단에는 상기 편심베어링의 외주면과 슬라이딩가능하게 밀착되는 피동링이 형성되고, 타단에는 구동링이 형성되는 전달링크, 상기 크랭크샤프트가 삽입되어 슬라이딩 되도록 중심에 샤프트홀이 형성되고, 외주면에 제1기어치가 형성되고, 그 가장자리로 상기 크랭크샤프트의 회전방향으로 설정된 구간 부책꼴로 돌출되어 형성되는 날개를 포함하며, 상기 날개의 외주면에 제2기어치가 형성된 가변기어, 상기 가변기어의 상기 제2기어치와 맞물려 상기 가변기어의 회전위치를 제어하는 제어축, 상기 크랭크샤프트와 평행하게 상기 웨이트를 관통하여 회전가능하도록 장착되는 연결축을 포함하고, 상기 연결축의 일단에 상기 연결축의 중심선을 중심으로 형성되며 그 외주면은 상기 전달링크의 상기 구동링의 내주면에 밀착되는 피동휠이 형성되며, 상기 연결축의 타단에 상기 연결축의 중심선과는 편심되며 그 외주면은 상기 가변기어의 상기 제1기어치와 맞물리는 제3기어치가 형성된 편심기어를 포함한다.

상기 편심기어에서, 상기 연결축의 제1중심과 상기 피동휠의 제2중심 사이에 제1편심차가 형성되고, 상기 편심베어링에서, 외주면의 제3중심과 내주면의 제4중심 사이에 제2편심차가 형성되며, 상기 제1편심차와 상기 제2편심차는 동일하다.

상기 가변 압축비 장치, 및 상기 피스톤이 내부에 배치되는 실린더블록을 포함하는 엔진에 적용될 수 있다.

상기 가변 압축비 장치, 및 상기 크랭크샤프트의 회전력을 휠로 전달하는 동력 전달 시스템을 포함하는 차량에 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 압축비 장치에 의하면, 커넥팅로드와 크랭크 핀 사이에 배치된 편심베어링을 회전시킴으로써, 엔진의 운전 상태에 따라 압축비가 가변되어 연비와 출력을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 가변 압축비 장치를 구비한 엔진은 피스톤(100), 커넥팅로 드(110), 크랭크샤프트(130), 크랭크핀(120), 편심베어링(190), 가변기어(160), 제어축(150), 전달링크(180), 편심기어(170), 및 웨이트(140)를 포함한다.

상기 제어축(150)을 회전시키며, 상기 가변기어(160)가 상기 크랭크샤프트(130)를 중심으로 회전되고, 이에 맞물려 상기 웨이트(140)에 설치된 상기 편심기어(170)가 회전한다. 여기서, 상기 제어축(150)은 실린더블록을 관통하여(미도시)에 설치된 상태에서 회전한다.

상기 편심기어(170)가 회전하면, 상기 편심기어(170)와 연결된 상기 전달링크(180)가 상기 편심베어링(190)을 회전시킨다. 따라서, 상기 커넥팅로드(110)가 상기 피스톤 방향으로 또는 그 반대방향으로 움직이게 된다. 따라서, 상기 피스톤(100)의 최고점을 조절되어 압축비가 가변되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구조에 대해서, 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 크랭크샤프트(130)를 중심으로 상측에는 상기 크랭크핀(120)이 배치되고, 그 반대측에 상기 웨이트(140)가 장착 또는 형성된다.

상기 커넥팅로드(110)는 상기 피스톤(100)의 상하 운동을 상기 크랭크핀(120)으로 전달하고 상기 크랭크샤프트(130)를 회전시킨다. 상기 크랭크샤프트(130)는 동력전달장치 예를 들어, 변속기(미도시)를 통해서 차량의 휠을 회전시킨다.

상기 커넥팅로드의 상단부는 상기 피스톤에 핀을 통해서 연결되고, 하단부에 는 상기 편심베어링이 삽입되는 베어링홀(200)이 형성된다.

먼저, 상기 크랭크샤프트(130)에는 상기 크랭크핀(120)을 중심으로 양측에 상기 가변기어(160)가 각각 장착되는데, 도 3을 참조하여 상기 가변기어(160)의 구조에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 가변기어의 정면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 가변기어(160)는 가변기어링(300) 및 날개(320)를 포함하고, 상기 가변기어링(300)의 중심에는 상기 크랭크샤프트(130)가 삽입되는 샤프트홀(340)이 형성되고, 상기 샤프트홀(340)의 내주면은 상기 크랭크샤프트(130)의 외주면과 슬라이딩되도록 밀착된다.

상기 가변기어링(300)의 외주면에는 제1기어치(310)가 형성되며, 상기 제1기어치(310)는 후술되는 상기 편심기어(170)의 구동휠(도 4의 410)의 제3기어치(430)과 맞물린다.

상시 가변기어(160)의 상기 가변기어링(300)에는 상기 날개(320)가 부착되는데, 상기 날개(320)는 상기 가변기어링(300)의 외주면에서 부채꼴로 돌출되어 형성되고, 상기 날개(320)는 회전방향으로 설정된 범위 예를 들어, 90도 범위에 형성될 수 있다.

상기 날개(320)의 외주면(원호 부분)에는 제2기어치(330)가 형성되며, 상기 제2기어치(330)는 상기 제어축(150)의 외주면에 형성된 기어치와 맞물린다. 즉, 상기 제어축(150)이 회전하면, 상기 가변기어(160)가 상기 크랭크샤프트(130)를 중심 으로 회전하는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가변기어(160)는 상기 크랭크샤프트(130)의 회전과 상관없이 상기 제어축(150)의 회전에 따라서 회전한다.

다음, 상기 크랭크핀(120)의 반대측 양측에 설치된 상기 웨이트(140)의 적어도 한쪽에 상기 편심기어(170)가 장착되며, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 편심기어(170)의 구조에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 편심기어의 측면도와 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 일부 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 편심기어(170)는, 구동휠(410), 연결축(420), 및 피동휠(400)을 포함한다.

상기 연결축(420)을 중심으로 그 일단에는 상기 구동휠(410)이 형성되고, 그 타단에는 상기 피동휠(400)이 형성되며, 상기 연결축(420)의 중심과 상기 구동휠(410)의 중심은 일치하고, 상기 연결축(420)의 제1중심(C1)과 상기 피동휠(400)의 제2중심(C2)는 편심된다. 여기서, 상기 제1중심(C1)과 상기 제2중심(C2) 사이에 제1편심차(D1)가 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 연결축은 상기 웨이트에 형성된 장착홈에 회전가능하게 장착된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 구동휠(410)의 외주면에는 제3기어치(430)가 형성되고, 상기 제3기어치(430)는 상기 가변기어(160)의 상기 제1기어치(310)(도 3) 에 맞물리고, 상기 피동휠(400)은 상기 전달링크(180) (도 7)와 연결된다.

상기 편심베어링(190)과 상기 전달링크(180)의 구조에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 편심베어링의 정면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 전달링크의 정면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 편심베어링(190)에는 상기 크랭크핀(120)의 외주면에 슬라이딩되도록 밀착되는 내주면이 형성되고, 이와 대응하여 외주면이 형성된다.

상기 편심베어링의 외주면은 상기 커넥팅로드의 하단부에 형성된 상기 베어링홀(200)의 내주면과 슬라이딩되도록 밀착된다.

상기 외주면을 따르는 원의 제3중심(C3)과 상기 내주면을 따르는 원의 제4중심(C4)은 서로 설정된 제2편심차(D2)가 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 제1편심차(D1, 도 4)와 상기 제2편심차(D2)는 서로 동일한 것이 바람직하다.

상기 편심베어링(190)의 내주면으로 상기 크랭크핀(120)이 삽입되고, 그 외주면은 상기 전달링크(180)와 연결된다.

도 7을 참조하면, 상기 전달링크(180)는 구동링(710), 연결바(700), 및 피동링(720)을 포함하며, 상기 구동링(710)으로 상기 편심기어(170)의 상기 피동휠(400)이 삽입되어 연결되고, 상기 피동링(720)으로 상기 편심베어링(190)이 삽입되어 연결된다.

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전달링크(180)의 상기 구동링(710)의 내주면으로 상기 피동휠(400)이 삽입되어 상기 피동휠(400)의 외주면과 상기 구동링(710) 의 내주면이 슬라이딩되도록 밀착된다.

아울러, 상기 전달링크(180)의 상기 피동링(720)의 내주면으로 상기 편심베어링(190)이 삽입되어 상기 편심베어링(190)의 외주면과 상기 피동링(720)의 내주면이 슬라이딩되도록 밀착된다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동을 설명하면, 먼저 실린더블록에 장착된 상기 제어축(150)이 회전되면, 이의 외주면에 형성된 기어치에 맞물리는 상기 제2기어치(330)에 의해서 상기 가변기어(160)가 상기 크랭크샤프트(130)를 중심으로 설정된 각도 회전한다.

다음, 상기 가변기어(160)가 설정된 각도로 회전하면, 상기 가변기어(160)에 형성된 상기 제1기어치(310)에 맞물린 상기 편심기어(170)가 상기 웨이트(140)에서 자전한다.

다음, 상기 편심기어(170)가 상기 웨이트(140)에서 회전하면, 상기 전달링크(180)가 상기 제1편심차(D1) 만큼 길이 방향으로 움직여서 그 단부에 연결되는 상기 편심베어링(190)을 상기 크랭크핀(120)을 중심으로 회전시킨다.

다음, 상기 편심베어링(190)이 회전하면, 그 편심된 상기 제2편심차(D2) 만큼 상기 커넥팅로드(110)를 상기 피스톤(100) 방향으로 밀거나 당긴다.

상기 편심베어링(190)의 회전에 따라서, 상기 커넥팅로드(110)가 상기 피스톤(100)을 상부방향으로 상승시키면 압축비가 높아지고, 상기 커넥팅로드(110)가 하부방향으로 하강하면 압축비가 낮아진다.

아울러, 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 혼합기의 압 축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시키고, 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시킨다.

본 발명의 실시예에서, 제어부(미도시)는 엔진의 회전수와 부하 수치 등을 감지하여, 상기 제어축(150)의 회전을 제어하여 혼합기의 압축비를 가변시킨다.

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 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 편심기어의 측면도와 정면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 일부 사시도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 편심베어링의 정면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 전달링크의 정면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 피스톤

110: 커넥팅로드

120: 크랭크핀

130: 크랭크샤프트

140: 웨이트

150: 제어축

160: 가변기어

170: 편심기어

180: 전달링크

190: 편심베어링

200: 베어링홀

300: 가변기어링

310: 제1기어치

320: 날개

330: 제2기어치

340: 샤프트홀

400: 피동휠

410: 구동휠

420: 연결축

430: 제3기어치

C1, C2, C3, C4: 제1,2,3,4중심

D1, D2: 제1,2편심차

700: 연결바

710: 구동링

720: 피동링

Claims

크랭크샤프트, 크랭크핀, 및 커넥팅로드를 포함하는 가변 압축비 장치에 있어서,

내주면은 상기 크랭크핀의 외주면과 밀착되고, 외주면은 상기 커넥팅로드의 단부에 형성된 베어링홀의 내주면에 밀착되되, 상기 내주면의 중심과 상기 외주면의 중심이 편심된 편심베어링; 을 포함하고, 상기 편심베어링의 회전위치에 따라서 상기 피스톤의 위치가 가변되는 가변 압축비 장치.
제1 항에 있어서,

일단에는 상기 편심베어링이 삽입되는 피동링이 형성되고, 타단에는 구동링이 형성되는 전달링크; 및

상기 크랭크샤프트에 장착되는 웨이트에 회전가능하도록 장착되는 연결축을 포함하고, 그 일단에 상기 전달링크의 상기 구동링에 삽입되는 피동휠이 상기 연결축의 중심선과 편심되어 형성되는 폄심기어; 를 더 포함하여,

상기 연결축을 회전시켜 상기 전달링크를 움직여 상기 편심베어링의 회전을 가변시키는 가변 압축비 장치.
제2 항에 있어서,

상기 크랭크샤프트가 삽입되는 샤프트홀이 형성되고, 그 외주면에 제1기어치 가 형성된 가변기어; 및

상기 가변기어의 회전위치를 제어하는 제어축; 을 더 포함하고,

상기 편심기어의 타단에 상기 연결축의 중심선을 중심으로 그 외주면은 상기 가변기어의 상기 제1기어치와 맞물리는 기어치가 형성된 구동휠이 연결되고,

상기 제어축의 회전에 따라서 상기 가변기어와 상기 편심기어가 회전하여 상기 전달링크를 움직이는 가변 압축비 장치.
제3 항에 있어서,

상기 가변기어의 외주면 가장자리에서 상기 크랭크샤프트의 회전방향으로 설정된 구간 부채꼴로 돌출되어 형성되는 날개를 포함하며, 상기 날개의 외주면에 제2기어치가 형성되고,

상기 제어축은 상기 가변기어의 상기 제2기어치와 맞물려 상기 가변기어의 회전위치를 제어하는 가변 압축비 장치.
제4 항에 있어서,

상기 편심기어에는,

상기 연결축의 타단에 상기 연결축의 중심선과는 편심되며 그 외주면은 상기 가변기어의 상기 제1기어치와 맞물리는 제3기어치가 형성되는 가변 압축비 장치.
제3 항에 있어서,

상기 편심기어에서, 상기 연결축의 제1중심과 상기 피동휠의 제2중심 사이에 제1편심차가 형성되고, 상기 편심베어링에서, 외주면의 제3중심과 내주면의 제4중심 사이에 제2편심차가 형성되며, 상기 제1편심차와 상기 제2편심차는 동일한 가변 압축비 장치.
제1 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 가변 압축비 장치; 및

상기 피스톤이 내부에 배치되는 실린더블록; 을 포함하는 엔진.
제1 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 가변 압축비 장치; 및

상기 크랭크샤프트의 회전력을 휠로 전달하는 동력 전달 시스템; 을 포함하는 차량.