KR20110036080A - 가변 압축비 엔진을 위한 볼-스크류 상승 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 갖는 이중-작용 유압 제어 작동기(8)와, 제어 래크(7)에 연결되는 적어도 1개의 작동기 피스톤(13)을 포함하는 가변 압축비 엔진을 위한 볼-스크류 상승 장치는 적어도 2개의 볼(401, 402) 또는 셔터로서, 각각의 볼 또는 셔터는 장착부(403, 404) 상에 위치되고, 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 연결하는 전달 포트(405)의 단부 각각을 각각 차단하고, 볼(401, 402)은 볼이 유압 유체가 하나의 방향으로만 통과되게 하기 위해 스프링(408, 409)에 의해 볼의 장착부(403, 404) 상에 보유될 때에 비복귀 밸브 요소로서 작용하는, 볼 또는 셔터와; 적어도 1개의 볼(401, 402)이 볼의 장착부(403, 404)로부터 상승되거나 볼의 장착부 상에 위치되게 하는 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 전기 모터(480)를 포함하는 상승 수단(410)을 포함한다.

Description

가변 압축비 엔진을 위한 볼-스크류 상승 장치 {BALL-SCREW LIFT DEVICE FOR VARIABLE COMPRESSION-RATIO ENGINE}
본 발명은 가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하는 것을 가능케 하는 제어 작동기의 적어도 1개의 볼 또는 밸브 요소를 장착부(seat)로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 회전식 전기 모터를 포함하는 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼 상승 장치에 관한 것이다.
볼은 제어 작동기의 상부 및 하부 챔버를 연결하는 전달 채널의 일 단부 또는 타 단부를 차단하도록 설계되며, 장착부 상에 스프링에 의해 보유될 때 유압 유체를 단 하나의 방향으로 통과시키도록 비복귀 밸브 요소(nonreturn valve element)로서 작동한다.
본 출원인에게 소유되는 국제 특허 제WO98/51911호, 제WO00/31377호 및 제WO03/008783호에 따르면, 가변 배기량 엔진(variable displacement engine)을 위한 다양한 기계식 장치가 공지되어 있다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO98/51911호는, 내연 피스톤 기관의 효율을 개선하는 데 사용되는 장치로서, 내연 피스톤 기관의 유효 배기량 및/또는 내연 피스톤 기관의 체적비를 구동 도중에 조정함으로써 가변 부하 및 속도에서 사용되는, 장치를 기재하고 있다는 것을 주목하여야 한다. 이러한 형태의 엔진은 "가변 압축비 엔진"으로서 당업자에게 공지되어 있고, 이러한 명칭이 다음의 설명에서 사용될 것이다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO00/31377호에 따르면, 가변 압축비 엔진을 위한 기계식 전달 장치는 연소 피스톤을 포함하고, 연소 피스톤은 한편으로는 롤링 안내 장치(rolling guidance device)와 그리고 다른 한편으로는 피스톤과 커넥팅 로드 사이의 운동을 전달하는 것을 가능케 하는 커넥팅 로드에 고정되는 기어 휠(gearwheel)과 상호 작용하는 전달 부재(transmission member)에 연소 피스톤의 하부 부분 내에서 고정되는 구성이 공지되어 있다.
본 출원인의 명의로 된 국제 특허 제WO03/008783호에 따르면, 가변 압축비 엔진을 위한 기계식 전달 장치는, 연소 피스톤이 내부에서 이동되는 적어도 1개의 실린더를 포함하고, 연소 피스톤은 한편으로는 롤링 안내 장치와 작은-치수 래크에 의해 그리고 다른 한편으로는 커넥팅 로드에 고정되는 기어 휠과 또 다른 큰-치수 래크에 의해 상호 작용하는 "피스톤 래크"로서 또한 호칭되는 전달 부재에 연소 피스톤의 하부 부분 내에서 고정된다는 것을 주목하여야 한다. 가변 압축비 엔진을 위한 기계식 전달 장치는 기어 휠과 상호 작용하는 적어도 1개의 제어 래크, 클램핑 예응력(clamping prestress)을 제공하는 전달 부재에 연소 피스톤을 부착하는 수단, 래크의 치형부를 강화하는 것을 가능케 하는 연결 수단 그리고 기어 휠의 구조를 보강 및 경량화하는 수단을 또한 포함한다.
큰-치수 래크의 치형부와 기어 휠의 치형부 사이의 최소 동작 간극은 큰-치수 래크 상에 그리고 기어 휠 상에 형성되는 베어링 표면의 위치에 의해 고정된다는 것을 주목하여야 한다.
특허 출원 제FR 2 896 544호에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 공통 실린더 헤드를 포함하고, 공통 실린더 헤드는 한편으로는 엔진의 연소 챔버에서 엔진의 적어도 1개의 실린더의 단부를 그리고 다른 한편으로는 작동기의 상부 챔버에서 엔진의 제어 작동기의 적어도 1개의 실린더의 단부를 폐쇄하기 위해 크랭크 케이스와 상호 작용하고, 크랭크 케이스는 가변 용적 엔진의 가동 커플링의 모든 구성 요소를 수용한다는 것을 주목하여야 한다.
특허 출원 제FR 2 896 539호에 따르면, 가변 압축비 엔진은 엔진의 음향 방출을 제어하기 위해 그리고 엔진의 크랭크 케이스의 제조 공차를 증가시키기 위해 롤링 표면이 서로와 접촉 상태로 영구적으로 유지되게 하는 적어도 1개의 상승기 작동기(lifter actuator)를 갖고, 가변 압축비 엔진은 가변 압축비 엔진이 갖는 실린더와 동수의 상승기 작동기 및 제어 작동기를 갖는다는 것을 주목하여야 한다.
특허 제WO98/51911호 및 제FR 2 896 539호에 따르면, 가변 압축비 엔진의 제어 래크의 수직 위치는 제어 작동기로부터 있을 수 있는 누설을 보상하기 위해, 그리고 오일의 압축성의 효과를 감소시킴으로써 제어 작동기의 수직-위치 설정점의 유지의 정확도를 증가시키도록 설계되도록 그리고 작동기의 챔버 내부측에서의 임의의 공동화 현상을 방지하도록 설계되는 사전 충전 압력(precharge pressure)을 제공하기 위해 제공되는 가압 유압 유체의 입구를 포함하는 제어 작동기에 의해 제어된다는 것을 또한 주목하여야 한다.
특허 제WO98/51911호에서, 제어 작동기는, 하부 챔버 및 상부 챔버로서, 상부 챔버의 배기량은 상부 작동기 로드로서 또한 호칭되는 작동기 스핀들 연장부(actuator spindle extender)에 의해 하부 챔버의 배기량과 동일하게 유지되는, 하부 챔버 및 상부 챔버를 포함한다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 특허 제WO98/51911호에 따르면, 제어 작동기는 작동기 피스톤, 스프링에 의해 소정 위치에서 유지되는 밸브 그리고 제어 로드를 또한 포함하고, 작동기의 상부 단부는 실린더 헤드에 의해 폐쇄되고, 실린더 헤드는 한편으로는 실린더 헤드와 상부 작동기 로드 사이에 그리고 다른 한편으로는 실린더 헤드와 제어 로드 사이에 밀봉 수단을 포함한다.
본 출원인의 명의로 된 프랑스 특허 출원 제FR 2 896 539호 및 제FR 07/05237호에서 청구된 것과 같이, 가변 압축비 엔진은 한편으로는 엔진의 상승 작동기(들)에 상승기 작동기(들)가 동작되는 데 필요한 유압을 공급하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 엔진의 제어 작동기에 제어 작동기의 있을 수 있는 유압 누설을 보상하는 데 그리고 제어 작동기의 정확도를 증가시키는 데 필요한 유압을 제공하기 위해 제공되는 유압 동력 유닛을 포함한다. 유닛에는 가변 압축비 엔진의 캠 샤프트 중 임의의 하나에 의해 구동될 수 있는 고압 펌프를 통해 엔진의 윤활 회로에 의해 오일이 공급되고, 유닛은 그 다음에 엔진의 제어 작동기(들) 및 상승기 작동기(들)에 오일을 공급한다는 것이 주목되어야 한다.
본 출원인의 명의로 된 프랑스 특허 출원 제FR 2 896 539호 또는 제WO2007/085739호에 따르면, 제어 작동기에 제공된 유압은 또한 가변 압축비 엔진의 체적비를 증가시키도록 설계되는 동작 중에 제어 작동기의 이동 속도를 증가시키는 데 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이러한 후자의 변형예에 따르면, 유압은 작동기의 실린더 헤드 내에 생성되는 챔버에 의해 작동기의 상부 로드의 상부 표면에 인가된다.
본 출원인의 명의로 된 특허 출원 및 특허에서, 제어 로드는 바람직하게는 가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하는 시스템의 형성을 간략화하기 위해 적어도 1개의 센서와 상호 작용하는 솔레노이드 밸브에 의해 대체될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
그러나, 신뢰성 있고 경제적이고 가변 압축비 엔진의 윤활유에 함유된 입자 및 불순물에 적합한(compatible) 솔레노이드 밸브의 생성에 의해 나타나는 문제점으로 인해, 적어도 2개의 볼 또는 밸브 요소로서, 각각이 장착부 상에 위치되고 가변 압축비 엔진의 제어 작동기의 상부 챔버와 상부 챔버를 연결하는 전달 채널의 일 단부 및 타 단부를 각각 차단하고, 볼은 유압 유체가 하나의 방향으로만 통과되게 하기 위해 볼이 스프링에 의해 볼의 장착부 상에 보유될 때에 비복귀 밸브 요소로서 작용하는, 볼 또는 밸브 요소를 포함하는 볼-상승 압축비 조정 장치로 솔레노이드 장치를 대체하는 것이 본 출원인의 명의로 된 프랑스 특허 제FR 08/03589호에서 제안되었다.
이 특허 출원에서, 볼은 유압 유체가 양쪽 방향으로 통과되게 하기 위해 상승 수단에 의해 볼의 장착부로부터 상승될 수 있고, 상승 수단은 볼을 원통형 상승기에 의해 상승시킨다는 것을 알 수 있다. 이 특허 출원에 따르면, 상승 수단은 다양한 변형예에 따라 생성될 수 있는 전기 기계식 작동기로 구성되고, 이들 중 2개는 볼의 장착부로부터의 볼에 대한 2개의 상승 높이를 제공하는 한편, 다른 하나는 그의 증분 상승을 제공한다. 이 특허 출원에서, 원통형 상승기를 길이방향으로 병진 이동시키는 것을 가능케 하는 피스톤을 포함하는 단계적 변형예 및 압전 구성요소를 사용하는 2개의 변형예가 청구되고, 피스톤은 볼을 볼의 장착부로부터 상승시키기 위해 솔레노이드 밸브에 의해 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛에서 보급되는 압력을 사용할 수 있다.
가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는 참조되는 본 출원인 명의로 된 프랑스 특허 제FR 08/03589호에 기재된 바와 같이 볼-상승 압축비 조정 장치와 관련된 문제점을 해결하도록 설계되고, 이들 문제점은 다음과 같다.
- 특허 출원에서 제안되는 전자기 흡인 컵(electromagnetic suction cups)에 가변 전기 전압이 공급되지 않는다면, - 예컨대 개방 듀티 사이클(opening duty cycle)에서 - 볼의 실제 상승 높이에 대한 불확실성을 갖는 경우에, 2개의 볼-상승 높이를 갖는 변형예는 볼의 상승 높이를 상기 2개의 상승 높이를 넘게 변화시키는 것을 가능하게 하지 않는다.
- 증분 상승을 제안하는 변형예는 원통형 상승기와 금속 비복귀 스트립 사이에 존재하는 마찰을 사용하고 이 마찰에 의해 상호작용하고, 이는 상기 상승기와 상기 스트립의 마모로 인해 내구성과 신뢰성을 보장하는 것이 어려운 결점을 갖는다.
- 압전 층의 적층체에 기초한 변형예는 상당한 공간 요구조건을 갖지 않으면서 작은 상승 경로의 결점을 갖는 한편, "H"형 압전 모터에 기초하여 제공된 변형예는 증분 상승을 갖는 변형예의 경우에서와 같이 "H"형 압전 모터가 사이에서 이동하는 벽들의 연마에 의해 반복적이고 정밀한 이동을 보장하지 않는 문제점을 갖는다.
- 볼을 볼의 장착부로부터 상승시키기 위해 솔레노이드 밸브에 의해 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛에서 보급되는 압력을 사용할 수 있는 피스톤에 기초한 변형예는 볼의 상승 높이의 제어가 불가능한 결함을 갖는다.
참조로서 인용된 프랑스 특허 제FR 08/03589호에서 설명된 것과 같은 가변 압축비 엔진을 위한 볼-상승 압축비 조정 장치와 관련된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는 다음의 사항을 제안하고 있다:
- 볼의 상승 높이를 높은 정확도로 연속적으로 제어하는 것.
- 상기 볼의 상승 높이의 정확성 또는 반복성에 영향을 주는 유형의 어떠한 마모 현상도 방지하는 것.
본 발명에 따른 상부 챔버 및 하부 챔버를 갖는 유압 이중-작용 제어 작동기 그리고 제어 래크에 연결되는 적어도 1개의 작동기 피스톤을 포함하는 가변 압축비 엔진의 스크류를 갖는 볼-상승 장치는,
- 적어도 2개의 볼 또는 밸브 요소로서, 각각의 볼 또는 밸브 요소는 장착부 상에 위치되고, 제어 작동기의 상부 챔버 및 하부 챔버를 연결하는 전달 채널의 일 단부 및 타 단부를 각각 차단하고, 볼은 유압 유체가 하나의 방향으로만 통과되게 하기 위해 볼이 스프링에 의해 볼의 장착부 상에 보유될 때에 비복귀 밸브 요소로서 작용하는, 볼 또는 밸브 요소와;
- 적어도 1개의 볼을 장착부로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 전기 모터를 포함하는 상승 수단
을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는,
- 제어 작동기로서, 제어 작동기의 작동기 피스톤은 로크 나사에 의해 제어 래크에 부착되는, 제어 작동기와;
- 유체의 가압 저장부를 수용하는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛으로 복귀되기 위해 유압 유체가 전달 채널로부터 배출되게 하지만 유체가 전달 채널로 복귀되는 것을 방지하는 적어도 1개의 보상 비복귀 밸브 요소
를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 전달 채널 내에 수납되는 원통형 상승기와, 단부가 적어도 1개의 볼을 장착부로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키도록 길이 방향으로 상기 원통형 상승기를 병진 이동시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 전기 모터로 구성되는 상승 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 기계식 전달 수단에 의해 스크류를 회전시키는 회전식 전기 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 2개의 스크류를 동시에 회전시키는 회전식 전기 모터를 포함하고, 스크류 각각은 볼 또는 밸브 요소를 장착부로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키고, 제2 스크류가 제2 볼로부터 멀리 이동될 때 제1 스크류는 제1 볼의 방향으로 진행하고, 제2 스크류가 제2 볼의 방향으로 이동될 때 제1 스크류는 제1 볼로부터 멀리 이동하고, 볼은 장착부로부터 동시에 상승될 수 없다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 모터를 스크류에 연결시키는 적어도 1개의 기어 휠에 의해 스크류들 양자 모두를 동시에 회전시키는 회전식 전기 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 모터를 스크류에 연결시키는 적어도 1개의 타이밍 벨트에 의해 스크류들 양자 모두를 동시에 회전시키는 회전식 전기 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 모터를 스크류에 연결시키는 적어도 1개의 체인에 의해 스크류들 양자 모두를 동시에 회전시키는 회전식 전기 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 동일한 방향으로 회전되는 2개의 스크류를 포함하고, 제1 스크류는 제2 스크류와 반대인 피치를 갖는다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 서로 반대 방향으로 동시에 회전되는 2개의 스크류를 포함하고, 제1 스크류가 나사 결합되는 동안 제2 스크류는 나사 결합 해제되고, 제1 스크류가 나사 결합 해제되는 동안 제2 스크류는 나사 결합된다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 각도 위치 센서가 제공되는 회전식 전기 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤으로서, 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤은 피스톤의 최대 행정을 결정하는 2개의 탄성 행정단 맞닿음부(elastic end-of-stroke abutment)를 포함하고, 제1 탄성 맞닿음부는 제1 탄성 맞닿음부가 엔진의 크랭크 케이스와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최대 압축비를 제한하는 것을 가능케 하고, 한편 제2 탄성 맞닿음부는 제2 탄성 맞닿음부가 엔진의 제어 작동기의 실린더 헤드와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최소 압축비를 제한하는 것을 가능케 하는, 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 제어 래크에 부착된 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤으로서, 제어 래크에 부착된 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤은 2개의 탄성 행정단 맞닿음부 중 하나 또는 다른 하나가 엔진의 크랭크 케이스[제1 맞닿음부의 경우] 또는 엔진의 제어 작동기의 실린더 헤드[제2 맞닿음부의 경우] 중 어느 한쪽과 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정할 수 있기 위해 래크에 대한 피스톤의 위치를 조정하는 것을 가능케 하는 조정 와셔(adjustment washer)를 피스톤의 하부 표면과 제어 래크의 하부 작동기 로드 사이에 포함하는, 제어 래크에 부착된 유압 이중-작용 제어 작동기의 작동기 피스톤을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 작동기 피스톤으로서, 작동기 피스톤은 유압 이중-작용 제어 작동기의 하부 챔버 및 상부 챔버를 연결하는 피스톤 감압 덕트를 포함하고, 덕트는 하부 챔버 내에 포켓을 형성할 수 있는 공기가 상부 챔버 내로 통과되게 하는, 작동기 피스톤을 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위해 압축비를 조정하는 볼-상승 장치는, 피스톤 감압 덕트로서, 피스톤 감압 덕트는 유압 이중-작용 제어 작동기의 하부 챔버와 상부 챔버 사이에서의 유압 유체의 유동 속도를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산되는 작동기 피스톤과 로크 나사 사이에 남겨진 공간을 포함하는, 피스톤 감압 덕트를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 작동기 피스톤의 피스톤 감압 덕트로서, 작동기 피스톤의 피스톤 감압 덕트는 작동기 피스톤과 로크 나사 사이에 남겨진 상당한 공간을 포함하고, 공간은 유압 유체가 로크 나사와 작동기 피스톤 사이에 클램핑되는 감압 와셔의 하부 표면 상에 형성되는 홈을 통해 유압 이중-작용 제어 작동기의 하부 챔버로부터 상부 챔버로 통과되게 하는, 작동기 피스톤의 피스톤 감압 덕트를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 홈을 포함하고, 홈의 감압 와셔는 큰 길이를 갖기 위해 나선형 형태이고, 나선부의 시작부는 와셔의 중심 구멍 내로 이어지고, 한편 나선부의 단부는 와셔의 주변부 내로 이어진다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 피스톤 감압 덕트로서, 피스톤 감압 덕트는 제어 래크에 작동기 피스톤을 부착하는 것을 가능케 하는 로크 나사의 본체 내에 형성되거나 끼워지는 감압 모세관 덕트를 포함하고, 모세관 덕트의 프로파일, 단면 및 길이는 제어 작동기의 하부 챔버와 상부 챔버 사이에서의 유압 유체의 통과를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산되는, 피스톤 감압 덕트를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 유압 이중-작용 제어 작동기로서, 유압 이중-작용 제어 작동기는 작동기 감압 덕트를 포함하고, 작동기 감압 덕트의 입구는 상부 챔버의 최고 지점에서 위치되고, 작동기 감압 덕트의 출구는 가변 압축비 엔진의 임의의 지점 내로 개방되고, 작동기 감압 덕트는 감압 솔레노이드 밸브에 의해 차단 또는 개방될 수 있는, 유압 이중-작용 제어 작동기를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 제어 작동기의 상부 챔버를 포함하고, 제어 작동기의 상부 챔버는 재공급 비복귀 밸브 요소를 포함하고, 밸브 요소는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛으로부터의 가압 유압 유체가 상부 챔버 내로 진입되게 하지만 상부 챔버로부터 배출되지 않게 한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치는, 제어 작동기의 하부 챔버를 포함하고, 제어 작동기의 하부 챔버는 재공급 비복귀 밸브 요소를 포함하고, 밸브 요소는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛으로부터의 가압 유압 유체가 하부 챔버 내로 진입되게 하지만 하부 챔버로부터 배출되지 않게 한다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위해 압축비를 조정하는 볼-상승 장치는, 전달 채널이 형성되는 가변 압축비 엔진의 크랭크 케이스에 끼워지는 판을 포함하고, 판은 볼을 상승시키는 수단과, 전달 채널과 크랭크 케이스 내로 합체되는 덕트 사이에 밀봉부를 제공하는 밀봉 수단을 포함한다. 비제한 예로서 제공되는 첨부 도면을 참조한 다음의 설명은 본 발명, 본 발명이 제안하고 있는 특징 그리고 본 발명이 제공할 수 있는 장점을 더 용이하게 이해하게 할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치의 가변 압축비 엔진에서의 주요 구성 요소 및 구성 요소의 위치를 도시하는 개략 단면도이다.
도2는 예컨대 적어도 1개의 볼 또는 밸브 요소를 그의 장착부로부터 상승시키거나 제거하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 회전식 전기 모터에 의해 생성되는, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치를 구동시키기 위한 수단을 도시하는 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치를 구동시키기 위한 수단을 도시하는 분해 사시도이다.
도4 내지 도6은 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼의 동작 원리를 도시하는 개략도이다.
도7은 가변 압축비 엔진의 엔진 블록과, 엔진 블록 상에서의 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치의 위치를 도시하는 분해 사시도이다.
도1은 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 연결하는 적어도 1개의 덕트를 차단하는 수단, 그리고 유압 유체가 양쪽 방향으로 통과되게 하기 위해 차단 수단을 장착부로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 상승 수단을 포함하는 가변 압축비 엔진을 위해 압축비를 조정하는 장치(400)를 도시하고 있다.
본 출원인에게 소유되는 특허 출원 및 특허에 따르면, 가변 압축비 엔진은 피스톤에 고정되는 "피스톤 래크"로서 호칭되고 한편으로는 롤링 안내 장치(4)와 그리고 다른 한편으로는 기어 휠(5)과 상호 작용하는 전달 부재(3)를 연소 피스톤(2)의 하부 부분 내에서 갖는 기계식 전달 장치(1)를 포함한다.
피스톤(2)에 고정된 전달 부재 또는 피스톤 래크(3)에는 제1 큰-치수 래크(35)가 전달 부재 또는 피스톤 래크의 표면 중 하나 상에 제공되고, 제1 큰-치수 래크의 치형부(34)는 기어 휠(5)의 치형부(51)와 상호 작용한다.
전달 부재 또는 피스톤 래크(3)는 제2 래크(37)를 제1 래크(35)로부터 다른 측면 상에 포함하고, 제2 래크의 작은-치수 치형부(38)는 롤링 안내 장치(4)의 롤러(40)의 치형부와 상호 작용한다.
크랭크 케이스(100)는 피스톤(2)의 이동과 롤링 안내 장치(4)의 롤러(40)의 이동을 동기화시키는 래크(46)를 포함하는 지지부(41)에 고정된다.
기어 휠(5)은 연소 피스톤(2)과 크랭크 샤프트(9) 사이의 운동을 전달하기 위해 크랭크 샤프트(9)에 연결되는 커넥팅 로드(6)와 상호 작용한다.
기어 휠(5)은 제어 래크(7)와 전달 부재 또는 피스톤 래크(3)로부터 다른 측면 상에서 상호 작용하고, 크랭크 케이스(100)에 대한 제어 래크의 수직 위치는 제어 작동기(8)를 포함하는 제어 장치(12) 그리고 크랭크 케이스(100) 내에 생성되는 작동기 실린더(112) 내에서 안내되는 작동기 피스톤(13)에 의해 구동된다.
제어 작동기(8)는 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 작동기 피스톤(13) 위 및 아래에 포함하고, 이들 챔버는 작동기 피스톤(13)의 동일한 행정에 대해 서로로부터 상이한 변위를 갖는다.
제어 작동기(8)는 제어 래크(7)에 고정되는 하부 작동기 로드(16) 그리고 제어 래크(7)의 하부 작동기 로드(16)에 작동기 피스톤(13)을 부착하는 것을 가능케 하는 로크 나사(132)를 포함한다.
로크 나사(132)는 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 내에 수납되는 로킹 헤드(139)를 포함한다.
유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)은 작동기 피스톤의 최대 행정을 결정하는 2개의 탄성 행정단 맞닿음부(130, 131)를 포함할 수 있다.
제1 맞닿음부(131)는 제1 맞닿음부가 엔진의 크랭크 케이스(100)와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최대 압축비를 제한하는 것을 가능케 하고, 한편 제2 맞닿음부(130)는 제2 맞닿음부가 엔진의 제어 작동기(8)의 실린더 헤드(300)와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최소 압축비를 제한하는 것을 가능케 한다.
유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)은 래크(7)에 대한 피스톤(13)의 위치를 조정하는 것을 가능케 하는 조정 와셔(135)를 피스톤(13)의 하부 표면과 제어 래크(7)의 하부 작동기 로드(16) 사이에 포함한다.
이러한 조정 와셔(135)는 2개의 탄성 행정단 맞닿음부(130, 131) 중 하나 또는 다른 하나가 엔진의 크랭크 케이스(100)[제1 맞닿음부(131)의 경우] 또는 엔진의 제어 작동기(8)의 실린더 헤드(300)[제2 맞닿음부(130)의 경우] 중 어느 한쪽과 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하는 것을 가능케 한다.
작동기 피스톤(13)은 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122) 및 상부 챔버(121)를 연결하는 피스톤 감압 덕트(133)를 포함한다. 피스톤 감압 덕트(133)는 하부 챔버(122) 내에 포켓을 형성한 공기가 상부 챔버(121) 내로 통과되게 한다.
피스톤 감압 덕트(133)는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)와 상부 챔버(121) 사이에서의 유압 유체의 유동 속도를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산되는 작동기 피스톤(13)과 로크 나사(132) 사이에 남겨진 공간을 포함할 수 있다.
작동기 피스톤(13)의 피스톤 감압 덕트(133)는 작동기 피스톤(13)과 로크 나사(132) 사이에 남겨진 상당한 공간을 포함할 수 있고, 공간은 유압 유체가 로크 나사(132)와 작동기 피스톤(13) 사이에 클램핑되는 감압 와셔(136)의 하부 표면 상에 형성되는 홈을 통해 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)로부터 상부 챔버(121)로 통과되게 한다.
홈의 프로파일, 단면 및 길이는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 로크 나사(132)와 작동기 피스톤(13) 사이에 유체의 통과를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산된다.
감압 와셔(136) 내에 형성된 홈은 큰 길이를 갖기 위해 나선형 형태로 되어 있을 수 있고, 나선부의 시작부는 와셔의 중심 구멍 내로 연결되고, 한편 나선부의 단부는 와셔의 주변부 내로 연결된다.
작동기 피스톤(13)의 피스톤 감압 덕트(133)는 로크 나사(132)의 본체 내에 형성되거나 끼워지는 감압 모세관 덕트(134)와 연통된다. 감압 모세관 덕트(134)의 프로파일, 단면 및 길이는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)와 상부 챔버(121) 사이에서의 유압 유체의 통과를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산된다.
유압 이중-작용 제어 작동기(8)는 작동기 감압 덕트(137)를 포함할 수 있고, 작동기 감압 덕트의 입구는 상부 챔버(121)의 최고 지점에서 위치되고, 작동기 감압 덕트의 출구는 가변 압축비 엔진의 임의의 지점 내로 개방된다.
작동기 감압 덕트(137)의 출구는 엔진의 오일 섬프(oil sump)(500) 내로 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 작동기 감압 덕트(137)는 감압 솔레노이드 밸브(138)에 의해 차단 또는 개방될 수 있다.
가변 압축비 엔진은 제어 래크(7)의 수직 위치를 측정하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 위치 센서(95)를 포함할 수 있다.
가변 압축비 엔진은 피스톤 래크(3)의 통과가 검출된 크랭크 샤프트(9)의 각도 위치를 고려하여 엔진의 압축비를 센서로부터 유도할 수 있기 위해 피스톤 래크(3)의 통과를 검출하는 적어도 1개의 센서를 포함할 수 있다.
가변 압축비 엔진은 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 내에서 지배되는 압력을 측정하는 것을 가능케 하는 도시되지 않은 적어도 1개의 압력 센서를 포함할 수 있다.
가변 압축비 엔진은 연소 피스톤(2)의 연소 챔버 내에서 지배되는 압력을 측정하는 것을 가능케 하는 도시되지 않은 적어도 1개의 압력 센서를 포함할 수 있다.
가변 압축비 엔진은 적어도 1개의 크랭크 샤프트 각도 위치 센서(93) 그리고 적어도 1개의 컴퓨터(94)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 압축비를 조정하는 장치(400)는 적어도 2개의 볼(401, 402) 또는 밸브 요소를 갖는 차단 수단을 포함하고, 각각의 볼 또는 밸브 요소는 장착부(403, 404) 상에 위치되고, 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 크랭크 케이스(100) 내로 합체되는 덕트(406, 407)에 의해 연결하는 전달 채널(405)의 일 단부 및 타 단부를 각각 차단한다.
볼(401, 402)은 유압 유체가 하나의 방향으로만 통과되게 하기 위해 볼이 스프링(408, 409)에 의해 볼의 장착부(403, 404) 상에 보유될 때에 비복귀 밸브 요소로서 작용한다.
본 발명에 따른 압축비를 조정하는 장치(400)는 적어도 1개의 볼(401, 402) 또는 밸브 요소를 그의 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 그의 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 상승 수단(410)을 포함한다.
압축비를 조정하는 장치(400)는 유체의 가압 저장부(251)를 수용하는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로 복귀되기 위해 유압 유체가 전달 채널(405)로부터 배출되게 하지만 유압 유체가 전달 채널(405)로 복귀되는 것을 방지하는 적어도 1개의 보상 비복귀 밸브 요소(411)를 포함한다.
압축비를 조정하는 장치(400)의 상승 수단(410)은 전달 채널(405) 내에 수납되는 원통형 상승기(412)를 각각의 볼(401, 402)에 대해 포함한다.
도2 및 도3은 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 구동시키는 것을 가능케 하는 전기 모터(480)를 포함하는 압축비 조정 장치(400)의 비제한적인 예시 실시예를 도시하고 있다.
상승 수단(410)은 원통형 상승기의 단부들 중 하나가 대응 볼(401, 402)과 접촉된 후 대응 볼(401, 402)을 볼의 장착부(403, 404)로부터 압박하거나 장착부 상에 위치시키기 위해 길이 방향으로 적어도 1개의 원통형 상승기(412)를 병진 이동시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 회전시키는 적어도 1개의 회전식 전기 모터(480)로 구성된다.
상승 수단(410)은 원통형 상승기(412)의 도움으로 적어도 1개의 볼(401, 402)을 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 기계식 전달 수단(483)에 의해 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 회전식 전기 모터(480)로 구성된다.
회전식 전기 모터(480)는 각각이 볼(401, 402) 또는 밸브 요소를 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 장착부 상에 적층시키는 것을 허용하는 2개의 스크류(481, 482)를 동시에 회전시키고, 제2 스크류(482)가 제2 볼(402)로부터 멀리 이동될 때 제1 스크류(481)는 제1 볼(401)의 방향으로 진행하고, 제2 스크류(482)가 제2 볼(402)의 방향으로 이동될 때 제1 스크류(481)는 제1 볼(401)로부터 멀리 이동하고, 상기 볼(401, 402)은 장착부(403, 404)로부터 동시에 상승될 수 없다.
회전식 전기 모터(480)는 모터(480)를 스크류에 연결시키는 적어도 1개의 기어 휠(484)에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시킨다.
회전식 전기 모터(480)는 도시되지 않은 적어도 1개의 타이밍 벨트에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시킨다.
회전식 전기 모터(480)는 도시되지 않은 적어도 1개의 체인에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시킨다.
스크류(481, 482) 양자 모두는 동일한 방향으로 회전되고, 제1 스크류(481)는 제2 스크류(482)와 반대인 피치를 갖는다.
스크류(481, 482) 양자 모두는 서로 반대 방향으로 동시에 회전되고, 제1 스크류(481)가 나사 결합되는 동안 제2 스크류(482)는 나사 결합 해제되고, 제1 스크류(481)가 나사 결합 해제되는 동안 제2 스크류(482)는 나사 결합된다.
본 발명에 따른 회전식 전기 모터(480)에는 도시되지 않은 각도 위치 센서가 제공된다. 모터는 그 자체로 알려진 스테핑 모터일 수도 있다.
동일하게, 본 발명에 따른 압축비를 조정하는 장치(400)는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)를 재공급하는 것을 가능케 하는 비복귀 밸브 요소(428)를 포함한다. 재공급 비복귀 밸브 요소(428)는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로부터 기인하는 가압 유압 유체가 상부 챔버(121) 내로 진입되게 하지만 상부 챔버로부터 배출되지 않게 한다.
본 발명에 따른 압축비를 조정하는 볼-상승 장치(400)는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)의 재공급을 가능케 하는 비복귀 밸브 요소(429)를 포함한다. 재공급 비복귀 밸브 요소(429)는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로부터 기인하는 가압 유압 유체가 하부 챔버(122) 내로 진입되게 하지만 하부 챔버로부터 배출되지 않게 한다.
도 7은 전달 채널(405)이 생성되는 가변 압축비 엔진의 크랭크 케이스(100)에 끼워 맞춰지는 플레이트(460)를 포함하는 압축비를 조정하기 위한 장치(400)를 도시한다.
동등하게, 플레이트(460)는 스크류(481, 482)를 갖는 압축비를 조정하기 위한 장치(400)의 볼(401, 402)을 상승시키기 위한 수단(410)을 지지한다. 플레이트(460)는 크랭크 케이스(100)에 통합되는, 전달 채널(405)과 덕트(406, 407) 사이의 밀봉을 보장하는 수단을 포함하고, 이에 의해 상기 전달 채널(405)이 연통된다.
동작:
특정 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진을 위한 스크류(481, 482)를 갖는 볼-상승 장치(400)의 동작은 다음과 같다.
가변 압축비 엔진을 위한 볼 상승 장치(400)는 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 회전식 전기 모터(480)를 포함한다. 회전식 전기 모터(480)는 제어 작동기(8)의 적어도 1개의 볼(401, 402) 또는 밸브 요소를 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하고, 상기 작동기는 가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하는 것을 가능케 한다(도 4 내지 도 6).
가변 압축비 엔진이 소정의 압축비에서 그리고 압축비의 어떠한 변동도 없는 상태에서 사용될 때에, 유압 유체가 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)로부터 하부 챔버(122)로 그리고 그 반대로 통과되게 하는 것을 각각 가능케 하는 2개의 볼(401, 402)은 볼의 장착부(403, 404) 상에 위치된다.
이러한 경우에, 유체는 상부 챔버(121)로부터 하부 챔버(122)로 또는 반대 방향으로 중 어느 쪽으로도 이동될 수 없고, 이것은 소정의 수치에서 가변 압축비 엔진의 제어 작동기(8)의 위치를 유지하고 고정 상태로 엔진의 압축비를 유지하는 효과를 갖는다.
가변 압축비 엔진의 동작 상태를 고려하여, 규칙적으로 엔진의 압축비를 조정하는 것이 필요하다. 경우에 따라, 이러한 엔진의 압축비의 변동은 엔진의 성능 또는 효율을 최대화하거나 그렇지 않으면 엔진의 3-방향 촉매 변환기의 동작을 개선하는 데 사용된다.
이들 다양한 필요성을 고려하여, 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(94)(ECU)가 엔진의 압축비를 증가시켜야 하면, 상기 컴퓨터(94)는 하부 작동기 챔버(122)의 볼(402)에 대면하여 위치되는 스크류(482)에서 나사 결합하기 위해 회전식 전기 모터(480)로 전류를 보내고, 이는 상기 볼(402)을 원통형 상승기(412)에 의해 장착부(404)로부터 상승시키는 효과를 갖는다.
그러므로, 볼의 장착부(404)로부터의 볼(402)의 상승은 유압 유체가 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)로부터 배출되게 하고 전달 채널(405)을 통해 상부 챔버(121) 내로 진입되게 하고, 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)의 볼(401)은 그와 관련하여 유압 유체가 상부 챔버(121) 내로 진입되게 하지만 유압 유체가 볼의 비복귀 효과 때문에 재차 배출되지 않게 한다.
도1에서 관찰될 수 있는 것과 같이, 어떠한 유압 펌프도 작동기 피스톤(13)을 이동시키는 데 필요하지 않다.
이동은 실제로는 피스톤이 부착된 가변 압축비 엔진의 제어 래크(7)에 의해 상기 피스톤(13) 상에 인가되는 교번적 방향의 힘(alternating forces)에 의해 제공되고, 래크 자체에는 엔진의 연소 챔버 내에 수용된 가스의 압력으로부터 기인하는 힘 및/또는 기어 휠(5), 연소 피스톤(2), 피스톤 래크(3) 그리고 피스톤 래크의 롤링 안내 장치(4)인 엔진의 주요 가동 부품의 관성으로부터 기인하는 힘이 적용된다.
도1의 관찰로부터 용이하게 유추할 수 있는 것과 같이, 하부 챔버(122)를 향한 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)의 이동은 하부 챔버(122)의 체적의 감소보다 큰 상부 챔버(121)의 체적의 증가를 유발하고, 이것은 로크 나사(132)에 의해 대체되는 상부 작동기 로드의 부존재로부터 기인한다.
이 때문에, 상부 챔버(121) 내의 압력은 작동기 피스톤(13)이 하부 챔버(122)를 향해 이동될 때에 감소되고, 상부 챔버(121)의 재공급 비복귀 밸브 요소(428)는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로부터 기인하는 가압 유압 유체가 상부 챔버(121) 내로 진입되게 한다.
역으로, 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(94)(ECU)가 엔진의 압축비를 감소시켜야 하면, 컴퓨터는 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)의 볼(401)에 대면하여 위치 설정되는 스크류(481)에서 나사 결합시키기 위해 회전식 전기 모터(480)로 전류를 보내고, 이는 상기 볼(401)을 원통형 상승기(412)에 의해 장착부(403)로부터 상승시키는 효과를 갖는다.
이와 같이, 볼의 장착부(403)로부터의 볼(401)의 상승은 유압 유체가 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)로부터 배출되게 하고 전달 채널(405)을 통해 하부 챔버(122) 내로 진입되게 하고, 한편 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)의 볼(402)은 그와 관련하여 유압 유체가 하부 챔버(122) 내로 진입되게 하지만 유압 유체가 그의 비복귀 효과 때문에 재차 배출되지 않게 한다.
도1의 관찰로부터 용이하게 유도될 수 있는 것과 같이, 상부 챔버(121)를 향한 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)의 이동은 로크 나사(132)에 의해 대체된 상부 작동기 로드의 부존재 때문에 상부 챔버(121)의 체적의 감소보다 작은 하부 챔버(122)의 체적의 증가를 유발한다.
이 때문에, 챔버(121, 122) 및 전달 채널(405) 내의 압력은 작동기 피스톤(13)이 상부 챔버(121)를 향해 이동될 때에 유압 동력 유닛(200) 내에서 지배되는 압력보다 커진다. 결국, 출구가 유압 동력 유닛(200) 내로 덕트(280)를 통해 연결되는 보상 비복귀 밸브 요소(411)는 상부 챔버(121)로부터 기인하는 가압 유압 유체가 전달 채널(405)을 통해 유압 동력 유닛을 향해 배출되게 한다.
이러한 경우에, 보상 비복귀 밸브 요소(411)를 통해 유압 동력 유닛(200)으로 제어 작동기(8)에 의해 방출된 유압 유체의 체적은 피스톤에 의해 수행된 이동 동작 중에 작동기 피스톤(13)에 의해 쓸려진 상부 챔버(121)의 체적과 피스톤(13)에 의해 동시에 쓸려진 하부 챔버(122)의 체적 사이의 차이와 대략 동일하고, 동작은 가변 압축비 엔진의 압축비를 감소시키도록 설계된다는 것을 주목하여야 한다.
관찰될 수 있는 것과 같이, 볼(401, 402) 그리고 가변 압축비 엔진의 다른 가동 구성 요소에 의해 작동기 피스톤(13)에 인가된 교번적 방향의 힘의 조합 작용은 비복귀 래칫(nonreturn ratchet)의 동작과 유사한 동작을 형성하고, 피스톤(13)은 볼(401, 402)이 스크류(481, 482)에 의해 개방 상태로 유지되는 경우의 챔버(121 또는 122)의 방향으로 이동될 수 있지만, 역전 방향으로 이동될 수 없다.
가변 압축비 엔진의 압축비를 증가시키도록 설계되는 이동 또는 압축비를 감소시키도록 설계되는 또 다른 이동 중 어느 것과 관련되는 지와 무관하게, 스크류(481, 482)에 의해 상승된 상태로 유지되는 대응 볼(401, 402)이 볼의 장착부(403, 404) 상에 재위치되어야 하는 순간은 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(94)(ECU)에 의해 결정된다.
이 순간은 제어 래크(7)의 위치를 기초로 하여 컴퓨터(94)(ECU)에 의해 유도되고, 위치는 그와 관련하여 컴퓨터가 상호 작용하는 위치 센서(95)에 의해 제공되며, 센서는 래크(7)의 수직 위치를 영구적으로 측정한다.
이처럼 통지되면, 컴퓨터(94)(ECU)는 제어 래크(7)가 요구 압축비에 대응하는 위치에 도달된 때에 볼의 장착부(403, 404) 상에 볼(401, 402)을 재위치시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 볼(401, 402) 양자 모두는 스크류(481, 482)에 의해 전기 모터(480)에 의해 볼들의 장착부(403, 404)로부터 동시에 상승될 수 없다.
컴퓨터(94)(ECU)와 제어 래크(7)의 위치 센서(95) 사이의 상호 작용은 또한 작동기 피스톤(13)의 개스킷의 밀봉 결함으로 인한 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)와 하부 챔버(122) 사이의 누설과 관련되거나 챔버(121, 122) 중 임의의 하나와 제어 작동기(8)의 외부측 사이의 누설과 관련되는 지와 무관하게 다양한 누설로부터 기인할 수 있는 제어 래크(7)의 위치의 임의의 드리프트(drift)를 보상하는 것을 가능케 한다.
이러한 경우에, 컴퓨터(94)(ECU)는 피스톤이 요구 위치로 복귀될 때까지 작동기 피스톤(13)의 드리프트의 방향에 대향되는 챔버의 볼(401, 402)의 임시 상승을 지시할 수 있다.
또한, 컴퓨터(94)(ECU)는 상기 드리프트를 보상하기 위해 작동기 피스톤(13)의 드리프트 방향에 대향되는 챔버의 볼(401, 402)의 부분적인 상승을 지시할 수도 있다.
누설이 챔버 중 임의의 하나 즉 상부 챔버(121) 및/또는 하부 챔버(122)와 제어 작동기(8)의 외부측 사이에서 발생될 때에, 작동기에는 상부 챔버(121)와 관련하여 직접적으로 상부 챔버의 재공급 비복귀 밸브 요소(428)에 의해 또는 하부 챔버(122)와 관련하여 상부 챔버(121)의 볼(401)이 개방 또는 약간 개방될 때에 상부 챔버 및 전달 채널(405)을 통해 간접적으로 유압 유체가 재공급된다.
본 발명에 따른 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치(400)의 특정 실시예에 따르면, 위치 센서(95)에 의해 컴퓨터(94)(ECU)에 영구적으로 전달되는 제어 래크(7)의 위치에 추가하여, 컴퓨터에는 또한 엔진의 그 자체가 알려져 있는 크랭크 샤프트 각도 센서(93)에 의해 가변 압축비 엔진의 크랭크 샤프트(9)의 각도 위치가 통지될 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 볼(401, 402)이 볼의 장착부(403, 404) 상에 위치될 때의 상부 챔버(121)의 볼(401) 그리고 하부 챔버(122)의 볼(402)의 상류와 하류 사이에서의 압력 차이는 가변 압축비 엔진의 다양한 지점의 속도 및 부하에 대응하는 크랭크 샤프트(9)의 다양한 각도 위치에 대해 컴퓨터(94)(ECU)의 메모리 내에 사전에 기록되었을 것이다.
이들 사전 기록된 수치는 엔진의 모든 지점의 속도 및 부하에서 그리고 크랭크 샤프트(9)의 모든 각도 위치에 대해 컴퓨터(94)(ECU)가 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)의 볼(401, 402)의 상류와 하류 사이에서의 압력 차이를 유도하게 한다.
이러한 실시예에 따르면, 컴퓨터(94)(ECU)는 높은 동력 및/또는 토크를 생성하게 하는 회전식 전기 모터(480)를 필요로 하지 않고 스크류(481, 482)에 의한 볼의 장착부(403, 404)로부터의 볼(401, 402)의 상승을 가능하게 하기 위해 볼의 상류와 하류 사이에서의 약간의 압력 차이에 대응하는 크랭크 샤프트(9)의 각도에서 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122)의 볼(401, 402)의 상승을 개시할 수 있다.
더욱이, 이러한 실시예에 따르면, 컴퓨터(94)(ECU)는 소정량의 유압 유체가 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122)의 볼(401, 402)과 볼의 장착부(403, 404) 사이를 통과하게 하고 그에 의해 작동기 피스톤(13)이 피스톤의 새로운 위치 설정점에 도달되게 하는 데 요구되는 크랭크 샤프트(9)의 회전을 예측하는 데 필요한 정보를 갖고 있기 때문에, 컴퓨터(94)(ECU)는 양호한 정확도로 제어 작동기(8)의 거동을 예측할 수 있다.
그러므로, 컴퓨터(94)(ECU)는 작동기 피스톤(13)이 피스톤의 새로운 위치 설정점에 도달되는 데 필요한 볼의 장착부(403, 404) 상에서의 볼(401, 402)의 상승의 높이 및 시간을 이 정보로부터 유도할 수 있다.
볼(401, 402)의 상승 높이 및 상승 시간은 작동기 피스톤(13)의 위치 설정의 정밀도를 증가시키기 위해 유압 유체의 점도의 함수로서 컴퓨터(94)(ECU)에 의해 수정될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 점도는 유압 유체의 온도를 기초로 하여 컴퓨터(94)(ECU)에 의해 명확하게 유도될 수 있고, 온도는 그와 관련하여 도시되지 않은 센서에 의해 전달된다.
스크류(481, 482)를 갖는 볼-상승 장치(400)는, 상기 볼(401, 402)이 볼의 장착부(403, 404)와 접촉하고 있을 때의 0 높이와 상기 볼이 그의 최대 상승 맞닿음부와 접촉하고 있을 때의 최대 높이 사이에서, 무한한 높이들에 걸쳐 볼의 장착부(403, 404)로부터 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122)의 볼(401, 402)을 상승시키는 것을 가능케 한다는 것을 주목하여야 한다.
제어 래크(7)에 의해 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)에 인가되는 소정의 힘에 대해, 큰 상승 높이는 피스톤의 높은 이동 속도를 얻는 것을 가능케 하고, 한편 작은 상승 높이는 피스톤의 낮은 이동 속도를 얻는 것을 가능케 한다.
높은 속도는 설정점 위치로부터 멀리 떨어진 작동기 피스톤(13)의 위치로부터 설정점 위치에 인접한 또 다른 위치로 신속하게 이동되는 것을 가능케 하고, 한편 낮은 속도는 설정점 위치에 인접한 위치로부터 설정점 위치로 이동되는 것을 가능케 한다.
낮은 속도는 또한 있을 수 있는 누설에 의해 유도된 작동기 피스톤(13)의 느린 드리프트를 보상하는 데 또는 위치가 서로에 근접할 때에 하나의 설정점 위치로부터 또 다른 설정점 위치로 이동하는 데 사용될 수 있다.
위의 설명은 예로서만 제공되었고, 본 발명의 범주를 결코 제한하지 않고, 본 발명의 범주는 임의의 다른 등가물로 설명된 실행 세부 사항을 대체함으로써 벗어날 수 없다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (22)

  1. 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 갖는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)와, 제어 래크(7)에 연결되는 적어도 1개의 작동기 피스톤(13)을 포함하는 가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치에 있어서,
    적어도 2개의 볼(401, 402) 또는 밸브 요소로서, 각각의 볼 또는 밸브 요소는 장착부(403, 404) 상에 위치되고, 제어 작동기(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 연결하는 전달 채널(405)의 일 단부 및 타 단부를 각각 차단하고, 볼(401, 402)은 유압 유체가 하나의 방향으로만 통과되게 하기 위해 볼이 스프링(408, 409)에 의해 볼의 장착부(403, 404) 상에 보유될 때에 비복귀 밸브 요소로서 작용하는, 볼 또는 밸브 요소와;
    적어도 1개의 볼(401, 402)을 볼의 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 볼의 장착부 상에 위치시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류(481, 482)를 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 전기 모터(480)를 포함하는 상승 수단(410)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어 작동기(8)로서, 제어 작동기의 작동기 피스톤(13)은 로크 나사(132)에 의해 제어 래크(7)에 부착되는, 제어 작동기와;
    유체의 가압 저장부(251)를 포함하는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로 복귀되기 위해 유압 유체가 전달 채널(405)로부터 배출되게 하지만 유체가 전달 채널로 복귀되는 것을 방지하는 적어도 1개의 보상 비복귀 밸브 요소(411)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상승 수단(410)은 전달 채널(405) 내에 수납되는 원통형 상승기(412)와,
    원통형 상승기의 단부가 적어도 1개의 볼(401, 402)을 볼의 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 볼의 장착부 상에 위치시키도록 길이 방향으로 원통형 상승기(412)를 병진 이동시키는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 스크류(481, 482)을 회전시키도록 설계되는 적어도 1개의 전기 모터(480)로 구성되는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)는 기계식 전달 수단(483)에 의해 스크류(481, 482)를 회전시키는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)는 2개의 스크류(481, 482)를 동시에 회전시키고, 스크류 각각은 볼(401, 402) 또는 밸브 요소를 장착부(403, 404)로부터 상승시키거나 장착부 상에 위치시키고, 제2 스크류(482)가 제2 볼(402)로부터 멀리 이동될 때 제1 스크류(481)는 제1 볼(401)의 방향으로 진행하고, 제2 스크류(482)가 제2 볼(402)의 방향으로 이동될 때 제1 스크류(481)는 제1 볼(401)로부터 멀리 이동되며, 볼(401, 402)은 장착부(403, 404)로부터 동시에 상승될 수 없는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)는 모터를 스크류에 연결시키는 적어도 1개의 기어 휠(484)에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시키는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)는 적어도 1개의 타이밍 벨트에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시키는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)는 적어도 1개의 체인에 의해 스크류(481, 482) 양자 모두를 동시에 회전시키는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    스크류(481, 482) 양자 모두는 동일한 방향으로 회전되고, 제1 스크류는 제2 스크류와 반대인 피치를 갖는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    스크류(481, 482) 양자 모두는 서로 반대 방향으로 동시에 회전되고, 제1 스크류가 나사 결합되는 동안 제2 스크류는 나사 결합 해제되고, 제1 스크류가 나사 결합 해제되는 동안 제2 스크류는 나사 결합되는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    회전식 전기 모터(480)에는 각도 위치 센서가 제공되는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)은 피스톤의 최대 행정을 결정하는 2개의 탄성 행정단 맞닿음부(130, 131)를 포함하고, 제1 탄성 맞닿음부(131)는 제1 탄성 맞닿음부가 엔진의 크랭크 케이스(100)와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최대 압축비를 제한하는 것을 가능케 하고, 제2 탄성 맞닿음부(130)는 제2 탄성 맞닿음부가 엔진의 제어 작동기(8)의 실린더 헤드(300)와 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 최소 압축비를 제한하는 것을 가능케 하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    제어 래크(7)에 부착된 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 작동기 피스톤(13)은, 2개의 탄성 행정단 맞닿음부(130, 131) 중 하나 또는 다른 하나가 제1 맞닿음부(131)인 엔진의 크랭크 케이스(100) 또는 제2 맞닿음부(130)인 엔진의 제어 작동기(8)의 실린더 헤드(300) 중 어느 한쪽과 접촉될 때에 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정할 수 있기 위해 래크에 대한 피스톤의 위치를 조정하는 것을 가능케 하는 조정 와셔(135)를 피스톤(13)의 하부 표면과 제어 래크(7)의 하부 작동기 로드(16) 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  14. 제2항에 있어서,
    작동기 피스톤(13)은 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122) 및 상부 챔버(121)를 연결하는 피스톤 감압 덕트(133)를 포함하고, 덕트는 하부 챔버(122) 내에 포켓을 형성할 수 있는 공기가 상부 챔버(121) 내로 통과되게 하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    피스톤 감압 덕트(133)는 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)와 상부 챔버(121) 사이에서의 유압 유체의 유동 속도를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산되는 작동기 피스톤(13)과 로크 나사(132) 사이에 남겨진 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    작동기 피스톤(13)의 피스톤 감압 덕트(133)는 작동기 피스톤(13)과 로크 나사(132) 사이에 남겨진 상당한 공간을 포함하고, 공간은 유압 유체가 로크 나사(132)와 작동기 피스톤(13) 사이에 클램핑되는 감압 와셔(136)의 하부 표면 상에 형성되는 홈을 통해 유압 이중-작용 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)로부터 상부 챔버(121)로 통과되게 하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    감압 와셔(136)가 포함하는 홈은 큰 길이를 갖기 위해 나선형 형태로 되어 있고, 나선부의 시작부는 와셔의 중심 구멍 내로 연결되는 한편, 나선부의 단부는 와셔의 주변부 내로 연결되는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    피스톤 감압 덕트(133)는 제어 래크(7)에 작동기 피스톤(13)을 부착하는 것을 가능케 하는 로크 나사(132)의 본체 내에 형성되거나 끼워지는 감압 모세관 덕트(134)를 포함하고, 모세관 덕트(134)의 프로파일, 단면 및 길이는 제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)와 상부 챔버(121) 사이에서의 유압 유체의 통과를 제한하는 압력 손실을 형성하도록 계산되는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    유압 이중-작용 제어 작동기(8)는 작동기 감압 덕트(137)를 포함하고, 작동기 감압 덕트의 입구는 상부 챔버(121)의 최고 지점에서 위치되고, 작동기 감압 덕트의 출구는 가변 압축비 엔진의 임의의 지점 내로 개방되고, 작동기 감압 덕트(137)는 감압 솔레노이드 밸브(138)에 의해 차단 또는 개방될 수 있는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  20. 제2항에 있어서,
    제어 작동기(8)의 상부 챔버(121)는 재공급 비복귀 밸브 요소(428)를 포함하고, 밸브 요소는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로부터의 가압 유압 유체가 상부 챔버(121) 내로 진입되게 하지만 상부 챔버로부터 배출되지 않게 하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  21. 제2항에 있어서,
    제어 작동기(8)의 하부 챔버(122)는 재공급 비복귀 밸브 요소(429)를 포함하고, 밸브 요소는 가변 압축비 엔진의 유압 동력 유닛(200)으로부터의 가압 유압 유체가 하부 챔버(122) 내로 진입되게 하지만 하부 챔버로부터 배출되지 않게 하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    전달 채널(405)이 형성되는 가변 압축비 엔진의 크랭크 케이스(100)에 끼워지는 판(460)을 포함하고, 판은 볼(401, 402)을 상승시키는 수단(410)과, 전달 채널(405)과 크랭크 케이스(100) 내로 합체되는 덕트(406, 407) 사이에 밀봉부를 제공하는 밀봉 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변 압축비 엔진을 위한 스크류를 갖는 볼-상승 장치.

KR1020117001902A 2008-06-27 2009-06-26 가변 압축비 엔진을 위한 볼-스크류 상승 장치 KR101539484B1 (ko)

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