KR20150070879A

KR20150070879A - 가변 압축비 장치

Info

Publication number: KR20150070879A
Application number: KR1020130157575A
Authority: KR
Inventors: 장필성; 김한상
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25

Abstract

가변 압축비 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 엔진의 운전상태에 따라 상기 엔진에 구비된 피스톤의 상사점을 변경시켜 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서, 실린더의 내부에서 왕복 이동 가능하게 설치되며, 내부에 형성된 유압 챔버로 공급되는 오일의 공급 유량에 따라, 상기 실린더 내부에서 그 길이가 선택적으로 변경되어 상기 연소실의 체적을 가변시키는 피스톤 유닛; 상기 피스톤 유닛과 연결되며, 상기 피스톤 유닛의 왕복 운동에 의해 크랭크샤프트를 회전시키는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 유닛의 유압 챔버에 선택적으로 오일을 공급하는 유압 공급부; 상기 유압 공급부에서 공급되는 오일을 실린더 블록과 상기 크랭크샤프트와 상기 커넥팅 로드를 거쳐 상기 유압 챔버와 연결하는 유압 공급회로; 및 상기 유압 공급회로를 통해 공급되는 오일이 누유되는 것을 방지하도록 상기 실린더 블록과 상기 커넥팅 로드의 사이에서 상기 크랭크샤프트에 장착되고, 상기 피스톤 유닛과 상기 커넥팅 로드의 사이에 장착되는 씰 부재를 포함한다.

Description

가변 압축비 장치{VARIABLE COMPRESSION RATIO APPARATUS}

본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전상태에 따라 오일의 공급 유량을 제어하여 연소실의 체적 변화를 통해 압축비를 가변시키도록 하는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가변 압축비 장치는 연소실의 내부에서 연료와 공기가 혼합된 혼합기의 압축비를 엔진의 운전상태에 따라 변화시키는 장치이다.

즉, 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되는데, 압축비는 실린더 안으로 들어간 기체가 피스톤에 의해 압축되는 체적의 비율을 말하며, ‘실린더 체적/피스톤의 상사점에서 연소실 체적’으로 계산되며, 피스톤의 상사점이 높아질수록 압축비가 증가된다.

스파크 점화기관의 경우, 점화시기의 진각에 의해 열효율이 증가될 수 있으나, 이상 연소 등을 고려하면 점화시기 진각에 한계가 있을 수 있다. 따라서, 열기관의 열효율을 향상시키기 위한 가변 압축비(variable compression ratio; VCR) 장치가 요구된다.

상기 가변 압축비 장치는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다. 이러한 가변 압축비 장치는 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고, 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 최대한의 혼합기가 공급됨과 동시에 혼합기의 압축비를 낮추어 노킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시키도록 기능한다.

이러한 가변 압축비 장치에는 실린더 블록을 이동시키는 방식, 연소실의 용적을 변경시키는 방식, 및 피스톤의 상사점을 변경하는 방식 등이 적용된다.

그러나 상기와 같은 종래의 가변 압축비 장치를 구현하기 위해서는 많은 기계적인 구성요소가 필수적으로 요구됨에 따라, 구성이 복잡해지고, 기계적인 구성요소를 구동시키기 위하여 전기를 동력원으로 하는 모터 등이 사용될 경우, 연비가 악화될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 모터의 동력전달은 다른 기어결합에 비해 상대적으로 큰 구동토크가 요구되는 바, 용량이 큰 모터를 적용해야만 하여 차량의 전체적인 중량이 증가되고, 기계적인 구성요소들의 연결관계가 복잡해질 경우, 빠른 압축비의 가변이 어려워 응답성이 저하되는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진의 운전상태에 따라 오일의 공급 유량을 제어하여 연소실의 체적변화를 통해 압축비를 가변시키고, 오일이 공급되는 유로가 연결되는 위치에 씰 부재를 적용함으로써, 유로를 따라 공급되는 오일이 리크되는 것을 방지해 보다 신속하게 오일이 공급되도록 하여 응답성을 향상시키도록 하는 가변 압축비 장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 엔진의 운전상태에 따라 상기 엔진에 구비된 피스톤의 상사점을 변경시켜 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서, 실린더의 내부에서 왕복 이동 가능하게 설치되며, 내부에 형성된 유압 챔버로 공급되는 오일의 공급 유량에 따라, 상기 실린더 내부에서 그 길이가 선택적으로 변경되어 상기 연소실의 체적을 가변시키는 피스톤 유닛; 상기 피스톤 유닛과 연결되며, 상기 피스톤 유닛의 왕복 운동에 의해 크랭크샤프트를 회전시키는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 유닛의 유압 챔버에 선택적으로 오일을 공급하는 유압 공급부; 상기 유압 공급부에서 공급되는 오일을 실린더 블록과 상기 크랭크샤프트와 상기 커넥팅 로드를 거쳐 상기 유압 챔버와 연결하는 유압 공급회로; 및 상기 유압 공급회로를 통해 공급되는 오일이 누유되는 것을 방지하도록 상기 실린더 블록과 상기 커넥팅 로드의 사이에서 상기 크랭크샤프트에 장착되고, 상기 피스톤 유닛과 상기 커넥팅 로드의 사이에 장착되는 씰 부재를 포함한다.

상기 씰 부재는 링 형상의 몸체부; 상기 몸체부의 일면에서 상기 몸체부의 외주면과 내주면으로부터 일체로 돌출 형성되는 접촉돌기; 및 상기 유압 공급회로에 대응하여 상기 각 접촉돌기의 사이에서 상기 몸체부 상에 형성되는 연통홀을 포함할 수 있다.

상기 각 접촉돌기는 상기 피스톤 유닛, 상기 실린더 블록, 및 상기 커넥팅 로드에 면 접촉되어 상기 유압 공급회로를 경유하는 오일의 리크를 방지할 수 있다.

상기 각 접촉돌기는 상기 연통홀로 유입되는 오일이 상기 몸체부 상에서 유동되도록 가이드 하면서, 상기 피스톤 유닛, 상기 실린더 블록, 및 상기 커넥팅 로드의 사이에서 오일이 유동하는 임시유로를 형성할 수 있다.

상기 유압 공급회로는 상기 실린더 블록에 형성되며, 일단이 상기 유압 공급부와 연결되는 제1 유로; 상기 제1 유로에 대응하여 상기 크랭크샤프트에 형성되고, 일단이 상기 제1 유로의 타단과 연통되는 제2 유로; 상기 제2 유로에 대응하여 상기 커넥팅 로드에 형성되고, 일단이 상기 제2 유로의 타단과 연통되는 제3 유로; 및 상기 제3 유로에 대응하여 상기 피스톤 유닛에 형성되며, 일단이 상기 제3 유로의 타단과 연통되며, 상기 유압 챔버와 연결되는 제4 유로를 포함할 수 있다.

상기 유압 공급부에서 공급되는 작동유체는 상기 제1 유로, 상기 제2 유로, 상기 제3 유로, 상기 제4 유로를 순차적으로 경유하여 상기 유압 챔버로 공급될 수 있다.

상기 크랭크샤프트는 상기 실린더 블록과 상기 커넥팅 로드의 사이에서 상기 크랭크샤프트에 형성된 상기 제2 유로에 대응하는 일면과 타면에 각각 상기 씰 부재가 장착되는 제1 장착홈이 형성될 수 있다.

상기 제1 장착홈은 상기 크랭크샤프트의 일면과 타면에서 상기 제2 유로를 통과하는 원형링 형상으로 형성될 수 있다.

상기 커넥팅 로드는 상기 피스톤 유닛과 연결되는 선단에서 상기 제4 유로에 대응하는 일면에 상기 씰 부재가 장착되는 제2 장착홈이 형성될 수 있다.

상기 제2 장착홈은 상기 커넥팅 로드의 일면에서 상기 제3 유로를 통과하는 원형링 형상으로 형성될 수 있다.

상기 피스톤 유닛은 상기 실린더 내에서 왕복운동 가능하도록 구비되고, 왕복운동에 의해 상기 크랭크샤프트를 회전시키도록 상기 커넥팅 로드와 피스톤 핀을 통해 연결되며, 내부에 상기 유압 챔버가 형성되는 하부 피스톤; 상기 유압 챔버의 내부에서 상, 하부로 이동 가능하게 장착되며, 상기 유압 챔버를 상, 하부로 구획하는 푸시 플레이트; 상기 하부 피스톤의 상부에 배치되며, 하부에 일체로 형성된 삽입로드가 상기 푸시 플레이트를 통해 구획된 상기 유압 챔버의 상부 내측으로 삽입되어 상기 푸시 플레이트와 연결되는 상부 피스톤; 및 상기 유압 챔버의 내부에서 상기 푸시 플레이트의 상면과 상기 하부 피스톤의 상부 내측면 사이에 개재되어 상기 푸시 플레이트에 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.

상기 푸시 플레이트는 상기 유압 챔버에 설정치 이상의 유압이 공급되면, 상승되어 상기 하부 피스톤으로부터 상기 상부 피스톤을 상기 연소실의 내부에서 상승시키고, 상기 유압 챔버에 설정치 이상의 유압이 공급되지 않으면, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 하강되어 상기 상부 피스톤을 상기 하부 피스톤의 상부에 접촉시킬 수 있다.

상기 탄성부재는 일단이 상기 유압 챔버의 상부 내측면에 지지되고, 타단은 상기 푸시 플레이트의 상면에 지지되는 코일 스프링으로 형성될 수 있다.

상기 유압 공급부와 상기 유압 공급회로의 사이에는 상기 유압 챔버로 오일의 공급량을 조절하는 밸브가 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 의하면, 엔진의 운전상태에 따라 오일의 공급 유량을 제어하여 연소실의 체적변화를 통해 압축비를 가변시키고, 오일이 공급되는 유로가 연결되는 위치에 씰 부재를 적용함으로써, 유로를 따라 공급되는 오일이 리크되는 것을 방지해 보다 신속하게 오일이 공급되도록 하여 응답성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 베어링을 윤활하는 윤활유로와 가변 압축비 장치로 공급되는 각 유로를 분리 구성하여 베어링의 내구 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 피스톤 유닛의 상사점을 변경시키는 작동에 유압을 사용함에 따라, 구성을 간소화하여 중량을 최소화하고, 압축비의 변경을 효율적으로 수행할 수 있어 연비를 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 피스톤과 콘 로드의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 유압공급 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 씰 부재의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 단계별 작동 상태도이다.

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

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 피스톤과 콘 로드의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 유압공급 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 엔진의 운전상태에 따라 오일의 공급 유량을 제어하여 연소실(1)의 체적변화를 통해 압축비를 가변시키고, 오일이 공급되는 유로가 연결되는 위치에 씰 부재(70)를 적용함으로써, 유로를 따라 공급되는 오일이 리크되는 것을 방지해 보다 신속하게 오일이 공급되도록 하여 응답성을 향상시킬 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 엔진의 운전상태에 따라 상기 엔진에 구비된 피스톤의 상사점을 변경시켜 압축비를 변경하도록 피스톤 유닛(10), 커넥팅 로드(30), 유압 공급부(50), 유압 공급회로(60), 및 씰 부재(70)를 포함한다.

먼저, 상기 피스톤 유닛(10)은 실린더(C)의 내부에서 왕복 이동 가능하게 설치되며, 내부에 형성된 유압 챔버(11)로 공급되는 오일의 공급 유량에 따라, 상기 실린더(C) 내부에서 그 길이가 선택적으로 변경되어 상기 연소실(1)의 체적을 가변시키게 된다.

여기서, 상기 피스톤 유닛(10)은 하부 피스톤(13), 푸시 플레이트(15), 상부 피스톤(17), 및 탄성부재(19)를 포함한다.

먼저, 상기 하부 피스톤(13)은 상기 실린더(C) 내에서 왕복운동 가능하도록 구비되고, 왕복운동에 의해 상기 크랭크샤프트(40)를 회전시키도록 상기 커넥팅 로드(30)와 피스톤 핀(31)을 통해 연결되며, 내부에 상기 유압 챔버(11)가 형성되며, 핀 홀(21)과 로드 삽입홀(23)을 더 포함한다.

한편, 상기 커넥팅 로드(30)는 상기 피스톤 유닛(10)과 연결되며, 상기 피스톤 유닛(10)의 왕복 운동에 의해 크랭크샤프트(40)를 회전시키게 된다.

이러한 커넥팅 로드(30)는 상기 하부 피스톤(13)으로부터 연소력을 전달받아 상기 크랭크샤프트(40)에 전달하는 것으로, 커넥팅 로드(30)의 선단이 상기 피스톤 핀(31)에 의해 상기 하부 피스톤(10)에 회전 가능하게 연결되고, 후단은 상기 크랭크샤프트(40)에 회전 가능하게 연결된다.

통상적으로, 상기 하부 피스톤(13)과 연결되는 상기 커넥팅 로드(30)의 선단은 소단부(33)로 지칭되고, 상기 크랭크샤프트(40)와 연결되는 후단은 대단부(35)로 지칭된다.

상기 핀 홀(21)은 상기 피스톤 핀(31)이 삽입되는 홀(hole)로써, 피스톤 핀(31)이 상기 커넥팅 로드(30)의 소단부(33) 및 상기 핀 홀(21)을 관통하도록 배치됨으로써 상기 커넥팅 로드(30)와 상기 하부 피스톤(13)이 연결된다.

이러한 피스톤 핀(31)에 의한 커넥팅 로드(30)와 하부 피스톤(13)의 연결은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 푸시 플레이트(15)는 상기 유압 챔버(11)의 내부에서 상, 하부로 이동 가능하게 장착되며, 상기 유압 챔버(11)를 상, 하부로 구획한다.

즉, 상기 유압 챔버(11)는 상기 푸시 플레이트(15)에 의해 구획된 하부에 오일이 공급된다.

여기서, 상기 로드 삽입홀(23)은 상기 하부 피스톤(13)의 상단으로부터 푸시 플레이트(15)에 의해 구획된 상기 유압 챔버(11)의 상부까지 관통하여 형성된다.

상기 상부 피스톤(17)은 상기 하부 피스톤(13)의 상부에 배치되며, 하부에 일체로 형성된 삽입로드(18)가 상기 로드 삽입홀(23)을 통하여 삽입되고, 상기 푸시 플레이트(15)를 통해 구획된 상기 유압 챔버(11)의 상부 내측에서 상기 푸시 플레이트(15)와 연결된다.

여기서, 상기 하부 피스톤(13) 및 상기 상부 피스톤(17)은 실린더(C)의 내벽과 거의 이격없이 상기 실린더(C)에 삽입되고, 상기 실린더(C)의 내벽 사이에서 기밀이 유지되도록 당업자의 설계에 따라 상기 하부 피스톤(13) 및 상기 상부 피스톤(17)에는 피스톤 링(미도시)이 구비될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 상부 피스톤(17)은 상기 하부 피스톤(13)을 기준으로 하여 선택적으로 상하운동 가능하도록 구비된다. 여기서, 상기 상부 피스톤(17)의 상하 운동에 따라 연소실(1)의 체적이 변함으로써, 혼합기의 압축비가 변경된다.

한편, 상기 연소실(1)은 상기 상, 하부 피스톤(13, 17)과 상기 실린더(C)의 사이에 형성되는 공간으로서, 흡기밸브(3) 및 배기밸브(5)의 개폐에 따라 혼합기가 흡입되거나 연소가스가 배출된다.

이러한 연소실(1) 및 흡, 배기밸브(3, 5)의 개폐는 당업자에게 자명하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 연소실(1)이 상기 상부 피스톤(17)과 상기 실린더(C)의 사이에 형성된다.

그리고 상기 탄성부재(19)는 상기 유압 챔버(11)의 내부에서 상기 푸시 플레이트(15)의 상면과 상기 하부 피스톤(13)의 상부 내측면 사이에 개재되어 상기 푸시 플레이트(15)에 탄성력을 제공하게 된다.

여기서, 상기 탄성부재(19)는 일단이 상기 유압 챔버(11)의 상부 내측면에 지지되고, 타단은 상기 푸시 플레이트(15)의 상면에 지지되는 코일 스프링으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 판 스프링으로도 이루어질 수 있다.

즉, 이와 같이 구성되는 피스톤 유닛(10)에서 상기 푸시 플레이트(15)는 상기 유압 챔버(11)에 설정치 이상의 유압이 공급되면, 상승되어 상기 하부 피스톤(13)으로부터 상기 상부 피스톤(17)을 상기 연소실(1)의 내부에서 상승시키게 된다.

반대로, 상기 피스톤 유닛(10)은 상기 유압 챔버(11)에 설정치 이상의 유압이 공급되지 않으면, 상기 탄성부재(19)의 탄성력에 의해 하강되어 상기 상부 피스톤(17)을 상기 하부 피스톤(13)의 상부에 접촉시키게 된다.

이에 따라, 상기 피스톤 유닛(10)은 상기 유압 챔버(11)로 선택적으로 공급되는 유압에 따라 상부 피스톤(17)이 하부 피스톤(13)으로부터 상승 또는 하강되면서 상기 연소실(1)의 체적을 가변시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 유압 공급부(50)는 상기 피스톤 유닛(10)의 유압 챔버(11)에 선택적으로 오일을 공급하게 되고, 상기 유압 공급회로(60)는 상기 유압 공급부(50)에서 공급되는 오일을 실린더 블록(7)과 상기 크랭크샤프트(40)와 상기 커넥팅 로드(30)를 거쳐 상기 유압 챔버(11)와 연결하게 된다.

여기서, 상기 유압 공급부(50)는 상기 유압 공급회로(60)에 유압을 공급하는 장치로서, 오일펌프로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유압은 오일 또는 가스로 구성될 수 있다.

이러한 유압 공급부(50)와 상기 유압 공급회로(60)의 사이에는 상기 유압 챔버(11)로 공급되는 오일의 공급량을 조절하는 밸브(52)가 구비될 수 있다.

상기 밸브(52)는 상기 유압 공급부(50)로부터 공급되는 유압이 선택적으로 공급되도록 개폐될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 유압 공급부(50)가 선택적으로 유압을 공급하도록 작동될 경우에는 밸브(52)의 적용이 불필요할 수 있다.

한편, 도 1에는 상기 유압 공급회로(60)가 상기 커넥팅 로드(30) 및 상기 하부 피스톤(13)에 각각 형성된 것이 도시되고, 도 2에는 유압 공급회로(60)가 실린더 블록(7), 크랭크샤프트(40), 및 커넥팅 로드(30)에 형성된 것이 도시되어 있다.

본 실시예에서, 상기 유압 공급회로(60)는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 실린더 블록(7)에 형성되며, 일단이 상기 유압 공급부(50)와 연결되는 제1 유로(61)와, 상기 제1 유로(61)에 대응하여 상기 크랭크샤프트(40)에 형성되고, 일단이 상기 제1 유로(61)의 타단과 연통되는 제2 유로(63)를 포함한다.

또한, 상기 유압 공급회로(60)는 상기 제2 유로(63)에 대응하여 상기 커넥팅 로드(30)에 형성되고, 일단이 상기 제2 유로(63)의 타단과 연통되는 제3 유로(65)와, 상기 제3 유로(65)에 대응하여 상기 피스톤 유닛(10)의 하부 피스톤(13)에 형성되고, 일단이 상기 제3 유로(65)의 타단과 연통되며, 상기 유압 챔버(11)와 연결되는 제4 유로(67)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3 유로(65)는 상기 커넥팅 로드(30)에 형성되는 것으로, 일단이 상기 커넥팅 로드(30)의 대단부(35)에 형성되고, 상기 제3 유압 라인(65)의 타단은 상기 커넥팅 로드(30)를 따라 소단부(33) 측으로 연장된다.

또한, 상기 유압 공급부(50)에서 공급되는 작동유체는 상기 제1 유로(61), 상기 제2 유로(63), 상기 제3 유로(65), 상기 제4 유로(67)를 순차적으로 경유하여 상기 유압 챔버로 공급될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 유압 공급부(50)로부터 공급되는 오일은 상기 커넥팅 로드(30)와 크랭크샤프트(40)의 연결부에 개재된 베어링(B) 및 실린더 블록(7)과 크랭크샤프트(40)의 연결부에 개재된 베어링(B)을 윤활하도록 제1, 제2, 제3 윤활유로(62, 64, 66)를 통해 상기 각 베어링(B)에 공급되어 크랭크샤프트(40)가 원활히 회전되도록 한다.

여기서, 상기 제1 윤활유로(62)에 공급된 오일은 상기 제1 윤활유로(62), 상기 제2 윤활유로(64), 및 상기 제3 윤활유로(66)을 순차적으로 경유하며, 이 과정에서 각 베어링(B)을 윤활한 오일은 낙하되어 오일 팬(도시하지 않음)에 회수될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 크랭크샤프트(40)는 상기 실린더 블록(7)과 상기 커넥팅 로드(30)의 사이에서 상기 크랭크샤프트(40)에 형성된 상기 제2 유로(63)에 대응하는 일면과 타면에 각각 상기 씰 부재(70)가 장착되는 제1 장착홈(41)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 장착홈(41)은 상기 크랭크샤프트(40)의 일면과 타면에서 상기 제2 유로(53)를 통과하는 원형링 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 커넥팅 로드(30)는 상기 피스톤 유닛(10)과 연결되는 선단인 소단부(33)에서 상기 제4 유로(65)에 대응하는 일면에 상기 씰 부재(70)가 장착되는 제2 장착홈(37)이 형성될 수 있다.

이러한 제2 장착홈(37)은 상기 커넥팅 로드(30)의 일면에서 상기 제3 유로(65)를 통과하는 원형링 형상으로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에 적용되는 씰 부재의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 씰 부재(70)는 상기 유압 공급회로(60)를 통해 공급되는 오일이 누유되는 것을 방지하도록 상기 실린더 블록(7)과 상기 커넥팅 로드(30)의 사이에서 상기 제1 장착홈(41)을 통해 상기 크랭크샤프트(40)에 장착되고, 상기 피스톤 유닛(10)과 상기 커넥팅 로드(30)의 사이에서 상기 제2 장착홈(37)을 통해 장착된다.

여기서, 상기 씰 부재(70)는 링 형상으로 형성되어 상기 제1 장착홈(41)과 제2 장착홈(37)에 타면의 일정부분이 삽입되는 몸체부(71)와, 상기 몸체부(71)의 일면에서 상기 몸체부(71)의 외주면과 내주면으로부터 일체로 돌출 형성되는 접촉돌기(73)와, 상기 유압 공급회로(60)에 대응하여 상기 각 접촉돌기(73)의 사이에서 상기 몸체부(71) 상에 형성되는 연통홀(75)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 각 접촉돌기(73)는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 피스톤 유닛(10), 상기 실린더 블록(7), 및 상기 커넥팅 로드(30)에 면 접촉되어 상기 유압 공급회로(60)를 경유하는 오일의 리크를 방지하게 된다.

또한, 상기 각 접촉돌기(73)는 상기 연통홀(75)로 유입되는 오일이 상기 몸체부(71) 상에서 유동되도록 가이드 하면서, 상기 피스톤 유닛(10), 상기 실린더 블록(7), 및 상기 커넥팅 로드(30)의 사이에서 오일이 유동하는 임시유로(77)를 형성할 수 있다.

즉, 상기와 같이 구성되는 씰 부재(70)는 상기 유압 공급부(50)로부터 공급되는 오일이 제1, 제2, 제3, 제4 유로(61, 63, 65, 67)를 순차적으로 경유할 때, 실린더 블록(7)과 크랭크샤프트(40)의 사이, 크랭크샤프트(40)와 커넥팅 로드(30)의 대단부(35) 사이, 및 커넥팅 로드(30)와 하부 피스톤(13)의 사이에서 누유되는 것을 방지하면서, 임시유로(77)를 통해 각 유로(61, 63, 65, 67)로 오일이 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 단계별 작동 상태도이다.

본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 전술한 바와 같이, 엔진의 운전상태에 따라 유압 공급부(50)로부터 공급되어 상기 유압 챔버(11)에 유입되는 유체의 양에 따라 상기 상부 피스톤(20)이 상기 하부 피스톤(10)을 기준으로 상승하거나 하강된다.

먼저, 도 4의 (S1)과 같이, 유압 공급부(50)로부터 유압의 공급이 차단되거나 공급된 오일의 양이 적을 경우에는 상기 탄성부재(19)가 상기 푸시 플레이트(15)를 미는 힘에 의해 상기 상부 피스톤(17)이 하강되어 상기 하부 피스톤(13)과 상부 피스톤(17)이 상호 접촉된 상태를 유지하게 된다.

그러면, 상기 피스톤 유닛(10)의 전체 길이는 가장 짧은 상태가 됨에 따라, 상기 연소실(1)의 체적이 증가된다.

이와는 반대로, 도 4의 (S2)와 같이, 상기 유압 챔버(11)에 유압이 설정치 이상 공급될 경우, 상기 유압 챔버(11)의 하부에 공급된 오일의 압력이 상기 푸시 플레이트(15)를 상승시키게 됨으로써, 상기 하부 피스톤(13)으로부터 상부 피스톤(17)이 상승된다.

그러면, 상기 상부 피스톤(17)은 그 하면이 상기 하부 피스톤(13)의 상면으로부터 이격되어 피스톤 유닛(10)의 전체 길이가 도 4의 (S1)에 비해 증가됨으로써, 연소실(1)의 체적이 감소된다.

즉, 이러한 작동을 통해 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는 엔진의 운전 상태에 따라, 유압 공급부(50)로부터 유압 공급회로(60)를 따라 유압 챔버(11)로 공급되는 유압의 세기를 조절하여 피스톤 유닛(10)의 전체 길이를 증감시킴으로써, 연소실(1)의 체적을 증감시켜 압축비를 변화시킬 수 있다.

이 때, 상기 씰 부재(70)는 오일 공급회로(60)의 제1, 제2, 제3, 제4 유로(61, 63, 65, 67)를 통해 오일을 원활하게 경유시키면서 누유되는 것을 미연에 방지하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치를 적용하면, 엔진의 운전상태에 따라 오일의 공급 유량을 제어하여 연소실(1)의 체적변화를 통해 압축비를 가변시키고, 오일이 공급되는 각 유로(61, 63, 65, 67)가 연결되는 위치에 씰 부재(70)를 적용함으로써, 각 유로(61, 63, 65, 67)를 따라 공급되는 오일이 리크되는 것을 방지해 보다 신속하게 유압 챔버(11)로 오일이 공급되도록 하여 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 베어링(B)을 윤활하기 위한 각 윤활유로(62, 64, 66)와 가변 압축비 장치로 공급되는 각 유로(61, 63, 65, 67)를 분리 구성하여 베어링(B)의 내구 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 피스톤 유닛(10)의 상사점을 변경시키는 작동에 유압을 사용함에 따라, 구성을 간소화하여 중량을 최소화하고, 압축비의 변경을 효율적으로 수행할 수 있어 연비를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 연소실 3 : 흡기밸브
5 : 배기밸브 7 : 실린더 블록
10 : 피스톤 유닛 11 : 유압챔버
13 : 하부 피스톤 15 : 푸시 플레이트
17 : 상부 피스톤 18 : 삽입로드
19 : 탄성부재 21 : 핀홀
23 : 로드 사빙홀 30 : 커넥팅 로드
31 : 피스톤 핀 33 : 소단부
35 : 대단부 37 : 제2 장착홈
40 : 크랭크샤프트 41 : 제1 장착홈
50 : 유압 공급부 52 : 밸브
60 : 유압 공급회로 61 : 제1 유로
62 : 제1 윤활유로 63 : 제2 유로
64 : 제2 윤활유로 65 : 제3 유로
66 : 제3 윤활유로 67 : 제4 유로
70 : 씰부재 71 : 몸체부
73 : 접촉돌기 75 : 연통홀
77 : 임시유로 B : 베어링
C : 실린더

Claims

엔진의 운전상태에 따라 상기 엔진에 구비된 피스톤의 상사점을 변경시켜 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
실린더의 내부에서 왕복 이동 가능하게 설치되며, 내부에 형성된 유압 챔버로 공급되는 오일의 공급 유량에 따라, 상기 실린더 내부에서 그 길이가 선택적으로 변경되어 상기 연소실의 체적을 가변시키는 피스톤 유닛;
상기 피스톤 유닛과 연결되며, 상기 피스톤 유닛의 왕복 운동에 의해 크랭크샤프트를 회전시키는 커넥팅 로드;
상기 피스톤 유닛의 유압 챔버에 선택적으로 오일을 공급하는 유압 공급부;
상기 유압 공급부에서 공급되는 오일을 실린더 블록과 상기 크랭크샤프트와 상기 커넥팅 로드를 거쳐 상기 유압 챔버와 연결하는 유압 공급회로; 및
상기 유압 공급회로를 통해 공급되는 오일이 누유되는 것을 방지하도록 상기 실린더 블록과 상기 커넥팅 로드의 사이에서 상기 크랭크샤프트에 장착되고, 상기 피스톤 유닛과 상기 커넥팅 로드의 사이에 장착되는 씰 부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 씰 부재는
링 형상의 몸체부;
상기 몸체부의 일면에서 상기 몸체부의 외주면과 내주면으로부터 일체로 돌출 형성되는 접촉돌기; 및
상기 유압 공급회로에 대응하여 상기 각 접촉돌기의 사이에서 상기 몸체부 상에 형성되는 연통홀;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제2항에 있어서,
상기 각 접촉돌기는
상기 피스톤 유닛, 상기 실린더 블록, 및 상기 커넥팅 로드에 면 접촉되어 상기 유압 공급회로를 경유하는 오일의 리크를 방지하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제2항에 있어서,
상기 각 접촉돌기는
상기 연통홀로 유입되는 오일이 상기 몸체부 상에서 유동되도록 가이드 하면서, 상기 피스톤 유닛, 상기 실린더 블록, 및 상기 커넥팅 로드의 사이에서 오일이 유동하는 임시유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 유압 공급회로는
상기 실린더 블록에 형성되며, 일단이 상기 유압 공급부와 연결되는 제1 유로;
상기 제1 유로에 대응하여 상기 크랭크샤프트에 형성되고, 일단이 상기 제1 유로의 타단과 연통되는 제2 유로;
상기 제2 유로에 대응하여 상기 커넥팅 로드에 형성되고, 일단이 상기 제2 유로의 타단과 연통되는 제3 유로;
상기 제3 유로에 대응하여 상기 피스톤 유닛에 형성되며, 일단이 상기 제3 유로의 타단과 연통되며, 상기 유압 챔버와 연결되는 제4 유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제5항에 있어서,
상기 유압 공급부에서 공급되는 작동유체는
상기 제1 유로, 상기 제2 유로, 상기 제3 유로, 상기 제4 유로를 순차적으로 경유하여 상기 유압 챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제5항에 있어서,
상기 크랭크샤프트는
상기 실린더 블록과 상기 커넥팅 로드의 사이에서 상기 크랭크샤프트에 형성된 상기 제2 유로에 대응하는 일면과 타면에 각각 상기 씰 부재가 장착되는 제1 장착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 장착홈은
상기 크랭크샤프트의 일면과 타면에서 상기 제2 유로를 통과하는 원형링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제5항에 있어서,
상기 커넥팅 로드는
상기 피스톤 유닛과 연결되는 선단에서 상기 제4 유로에 대응하는 일면에 상기 씰 부재가 장착되는 제2 장착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 장착홈은
상기 커넥팅 로드의 일면에서 상기 제3 유로를 통과하는 원형링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 유닛은
상기 실린더 내에서 왕복운동 가능하도록 구비되고, 왕복운동에 의해 상기 크랭크샤프트를 회전시키도록 상기 커넥팅 로드와 피스톤 핀을 통해 연결되며, 내부에 상기 유압 챔버가 형성되는 하부 피스톤;
상기 유압 챔버의 내부에서 상, 하부로 이동 가능하게 장착되며, 상기 유압 챔버를 상, 하부로 구획하는 푸시 플레이트;
상기 하부 피스톤의 상부에 배치되며, 하부에 일체로 형성된 삽입로드가 상기 푸시 플레이트를 통해 구획된 상기 유압 챔버의 상부 내측으로 삽입되어 상기 푸시 플레이트와 연결되는 상부 피스톤; 및
상기 유압 챔버의 내부에서 상기 푸시 플레이트의 상면과 상기 하부 피스톤의 상부 내측면 사이에 개재되어 상기 푸시 플레이트에 탄성력을 제공하는 탄성부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제11항에 있어서,
상기 푸시 플레이트는
상기 유압 챔버에 설정치 이상의 유압이 공급되면, 상승되어 상기 하부 피스톤으로부터 상기 상부 피스톤을 상기 연소실의 내부에서 상승시키고,
상기 유압 챔버에 설정치 이상의 유압이 공급되지 않으면, 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 하강되어 상기 상부 피스톤을 상기 하부 피스톤의 상부에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제11항에 있어서,
상기 탄성부재는
일단이 상기 유압 챔버의 상부 내측면에 지지되고, 타단은 상기 푸시 플레이트의 상면에 지지되는 코일 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서,
상기 유압 공급부와 상기 유압 공급회로의 사이에는
상기 유압 챔버로 오일의 공급량을 조절하는 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.