KR20180058974A - 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 실리더 내경 사이즈를 다르게 형성하는 엔진을 제공하는바, 크랭크 반경을 일정하게 유지한 상태에서 개별 실린더의 배기량을 서로 다르게 형성하고, 동일한 크랭크 암의 스트로크를 적용하여, 서로 다른 배기량을 갖는 실린더를 제공하는 기술이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 동일한 내경을 갖는 하나 이상의 실린더, 상기 실린더 내부를 둘러싸듯 위치하는 라이너, 상기 라이너와 마주하고 상하 운동하도록 구성되는 피스톤 및 크랭크샤프트와 연결되어 상기 피스톤의 상하 운동을 수행하도록 구성되는 피스톤 로드를 포함하고 있으며, 상기 각각의 라이너가 적용된 각각의 실린더 내의 보어 내경이 서로 다르도록 적어도 두 개 이상의 두께를 갖도록 구성되는 라이너를 포함한다.

Description

가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진{Engine having the variable displacement cylinder}
본 발명은 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진에 관한 것으로서, 더 바람직하게, 실린더 내부에 위치하는 라이너의 두께를 다르게 제작하여, 실린더 내부의 피스톤의 운동 구간의 보어 직경을 상이하게 구성할 수 있는바, 하나의 엔진을 구성하는 각각의 실린더의 배기량을 가변적으로 설정할 수 있는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진에 관한 것이다.
엔진의 피스톤은 실린더 라이너 내를 왕복운동하며 얻는 힘을 동력 행정에서 고온고압의 가스를 받아 이것이 피스톤 로드를 통해 크랭크 샤프트에 회전력을 발생시키는 일을 한다. 이와 같이, 피스톤은 고온고압을 받으며 실린더 내에서 계속되는 왕복운동을 하게 됨으로써 냉각 및 윤활이 요구된다. 따라서 엔진이 운전되는 중에는 실린더의 하측에서 오일이 분사되도록 구성된다.
한편, 연소실로 공급되는 연료 및 고온고압의 연소가스가 실린더와 피스톤의 간극을 통해서 크랭크 케이스로 흐르는 것을 방지하며, 피스톤의 윤활 및 냉각을 위해서 크랭크 케이스로 분사되는 오일이 실린더와 피스톤의 간극을 통해 연소실로 유입되는 것이 방지되도록 하기 위해서 피스톤의 상부에는 압축 링(탑 링)과 오일 링(세컨드 링)과 같은 피스톤 링들이 장착된다.
최근에는, 다행정 엔진 기관 중 주행 모드에 따라 실린더를 선택적으로 구동하여 주행 연비를 향상하기 위한 기술들이 연구되고 있다.
상기와 같은 가변 실린더 배기량 기술의 경우, 차량의 공회전 또는 정지 상태에서 다수의 실린더 중 선택적으로 동작이 가능한 실린더를 설정하여, 차량의 정지시 공회전 연비를 상승시키고 있으며, 더욱이, 주행시에도, 다수의 실린더 중 선택적으로 작동을 수행하는 실린더를 통해 연비 주행성능을 개선하기 위한 기술들이 선보이고 있다.
다만, 상기와 같은 가변 실린더 배기량 기술의 경우에도, 동일한 실린더 크기를 가지도록 구성되는 보어 내경을 포함하는바, 선택적으로 작동이 적용되는 실린더의 경우, 작동이 중단된 실린더와 실질적으로 동일한 사이즈의 배기량을 포함하도록 구성되었다.
특허문헌1: 10-2012-0053888호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엔진 실리더 내경 사이즈를 다르게 형성하는 엔진을 제공하는바, 크랭크 반경을 일정하게 유지한 상태에서 개별 실린더의 배기량을 서로 다르게 형성하기 위한 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 또한, 라이닝의 두께를 제어하여, 동일한 크랭크 암의 스트로크를 적용하여, 서로 다른 배기량을 갖는 실린더를 제공하는 기술을 제공한다.
뿐만 아니라, 서로 다른 실린더 배기량을 제공하는바, 적어도 2개 이상의 운전 모드를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진은 다음과 같은 구성을 포함한다.
라이너를 적용하는 엔진으로서, 동일한 내경을 갖는 하나 이상의 실린더; 상기 실린더 내부를 둘러싸듯 위치하는 라이너; 상기 라이너와 마주하고 상하 운동하도록 구성되는 피스톤; 및 크랭크샤프트와 연결되어 상기 피스톤의 상하 운동을 수행하도록 구성되는 피스톤 로드;를 포함하고 있으며, 상기 각각의 실린더 내벽 둘레에 위치하는 라이너는 적어도 두 개 이상의 두께를 갖도록 구성되며, 상기 각각의 라이너가 적용된 각각의 실린더 내의 보어 내경이 서로 다르도록 구성되는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진을 제공한다.
또한, 상기 라이너는 습식 라이너가 적용되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진을 제공한다.
또한, 상기 라이너는 건식 라이너가 적용되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진을 제공한다.
또한, 상기 크랭크샤프트와 연결되는 크랭크 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진을 제공한다.
또한, 상기 크랭크 암의 길이는 고정되어 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진을 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 서로 다른 실린더 배기량을 갖는 다수의 실린더를 제공할 수 있는바, 다양한 주행모드를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 선택적으로 사용 가능한 다수의 실린더 배기량을 제공하여, 주행연비 효율을 개선한 엔진을 제공하는 효과를 갖는다.
마지막으로, 본 발명은 서로 다른 사이즈의 실린더를 조합하여 출력과 균형을 향상시키는 효과를 제공합니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진의사시도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진의 실린더의 단면을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진의 개별 실린더의 단면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 건식 라이너를 포함하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진의 단면을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진의 서로 다른 보어 직경을 갖는 실린더의 단면을 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더(110)로 구성되는 엔진을 개시하고 있는바, 직렬로 연결되는 6기통 엔진을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 블록(100)은 피스톤(130)이 상하 왕복운동을 수행하기 위한 경로로서, 실린더(110)를 포함하도록 구성된다. 실린더(110)의 구성에 따라 다양한 엔진 설정이 존재할 수 있는바, 본 발명의 일 실시예로서, 6기통 직렬 엔진을 도시하고 있다.
더 바람직하게, 본 발명의 엔진은 다수의 실리더를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 실린더(110)의 내측벽은 일정한 두께를 갖는 라이너(120)를 포함하는바, 상기 라이너(120) 내부에서 상하 운동을 수행하는 피스톤(130)으로 구성된다.
또한, 상기 엔진 블록(100)은 동일한 내경을 갖는 하나 이상의 실린더(110)를 구성하도록 제작되는바, 라이너(120)는 상기 실린더(110) 내측면에 일정한 두께로 둘러싸여서 위치되도록 구성된다.
상기 라이너(120)와 마주하고 상하 운동하도록 구성되는 피스톤(130)을 구성하는바, 상기 피스톤(130)은 크랭크샤프트(150)와 연결되는 크랭크 암(160)을 통해 피스톤(130)의 상하운동을 수행하는 힘이 상기 크랭크샤프트(150)로 전달되도록 구성된다.
더욱이, 상기 크랭크 암(160)과 피스톤(130)의 하단부와 연결되는 피스톤 로드(140)를 포함하여 구성되는바, 피스톤(130)과 상기 크랭크샤프트(150)를 연결하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 도시된 구성으로서, 실린더(110) 내측벽면을 둘러싸듯이 구성되는 라이너(120)의 경우, 서로 상이한 두께를 갖도록 구성될 수 있는바, 상기 라이너(120)가 실린더(110) 보어 내부에 위치하여 피스톤(130)과 마주하는 보어 내경이 서로 상이하게 구성될 수 있다.
즉, 서로 다른 보어를 갖도록 실린더(110) 내벽에 위치하는 라이너(120)를 구성하는바, 각각의 실린더(110) 내부에 형성되는 배기량은 라이너(120)의 두께에 따라 서로 상이하게 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 가변 배기량 실린더(110)로 구성되는 엔진의 개별 실린더(110)의 단면을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 블록(100)의 헤드, 실린더(110), 상기 실린더(110) 내부에서 상하운동을 수행하는 피스톤(130), 상기 피스톤(130)과 연결되는 피스톤 로드(140) 및 실린더(110) 내부에 위치하는 라이너(120) 구성을 도시하고 있다.
엔진 블록(100) 헤드에서 연료 및 공기를 주입 받아, 실린더(110) 내부에서 폭발행정을 수행하는바, 폭발행정을 통해 피스톤은 아래 방향으로 힘을 받게 되고, 피스톤 로드(140)와 연결되어 상기 피스톤(130)이 받은 힘을 크랭크샤프트(150)로 전달하도록 구성된다.
더욱이, 실린더(110) 내부에 위치하는 라이너(120)의 경우, 습식 라이너(120) 및 건식 라이너(120)를 선택적으로 적용할 수 있도록 구성되는바, 습식 라이너(120)의 경우, 라이너(120)의 바깥 둘레가 물 통로의 한쪽이 되어 냉각수와 직접 접촉하도록 되어 있는 방식을 말한다. 이와 상이하게 건식 라이너(120)의 경우, 라이너(120)가 냉각수와 직접 접촉하지 않고 실린더 블록(100)을 거쳐 냉각되는 방식을 말한다.
도시되 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 라이너(120)는 실린더(110) 내측면에 둘러싸듯이 구성되고, 실린더(110) 내부의 용량을 결정하도록 구성되는바, 각각의 실린더(110)의 배기량을 설정할 수 있다.
즉, 라이너(120)의 두께에 따라, 상기 라이너(120)가 적용되는 실린더(110)의 경우, 상기 라이너(120) 보다 얇은 두께의 라이너(120)를 사용하는 실린더(110)와 비교하여, 배기량이 작은 실린더(110) 구성을 제공할 수 있다.
이처럼, 개별 실린더(110)의 배기량은 라이너(120)의 두께에 따라 설정할 수 있는바, 본 발명에서는 적어도 두 개 이상의 두께를 갖는 라이너(120)를 적용하여, 하나의 엔진에 두 개 이상의 배기량을 갖는 실린더(110)를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 습식 라이너(120)를 적용한 엔진 실린더(110)의 단면을 도시하고 있다.
즉, 본 발명의 습식 라이너(120)의 경우, 엔진 블록(100)과 라이너(120) 사이에 워터자켓(170)을 형성하도록 구성될 수 있는바, 워터자켓(170)은 라이너(120)의 외측면에 접하도록 구성될 수 있다.
즉, 실린더(110)는 고온고압의 팽창가스에 노출되기 때문에 충분한 강도와 일정한 온도(200~300℃)에서 작동될 수 있도록 열전도율이 좋아야 하며, 피스톤(130)의 왕복운동(피스톤(130) 접동속도 10~20m/s)에 충분히 견딜 수 있는 내마멸성이 우수한 재질을 사용해야 한다.
실린더 블록(100)의 재질은 일반적으로 특수 주철을 주조하여 사용하는 경우가 많으나, 일부의 엔진에서는 알루미늄 합금의 주물을 쓰는 경우가 존재한다.
이렇게 구성되는 실린더 블록(100)의 내측면에 위치하는 라이너(120)의 경우, 상기 라이너(120)가 위치하는 실린더(110)의 배기량을 설정할 수 있는바, 라이너(120)의 두께에 따라 결정될 수 있다.
더욱이, 습식 라이너(120)를 구성함에 있어서, 본 발명의 일 실시예에서는 실린더 블록(100)과 상기 라이너(120) 사이에 워터자켓(170)이 위치하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 건식 라이너(120)를 적용한 가변 배기량 실린더(110)로 구성되는 엔진을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 블록(100) 내 측면에 위치하는 라이너(120) 구성을 도시하고 있으며, 엔진 블록(100) 내부에 삽입되는 형태로 구성되는 워터자켓(170)을 도시하는바, 라이너(120)와 워터자켓(170)이 직접적으로 접하지 않도록 구성된다.
더욱이, 엔진 블록(100) 내부에 위치하는 라이너(120) 구성을 도시하고 있는바, 엔진 블록(100) 내측에 삽입되도록 구성되는 라이너(120)의 경우, 피스톤(130)의 운동 경로를 설정하는바, 실린더(110) 배기량을 설정하도록 구성된다.
도 5는 도 4에 도시된 건식 라이너(120)를 적용한 가변 배기량 실린더(110)의 구성의 확대도를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 두 개의 실린더(110)를 도시하고 있는바, 라이너(120)를 포함하여 구성되는 실린더(110)의 경우, 라이너(120) 미적용 실린더(110)와 비교하여 보아 직경이 작아진다.
즉, 실린더(110) 내측면을 둘러싸도록 구성되는 라이너(120)의 경우, 라이너(120) 두께만큼 실린더(110) 내부(피스톤(130)이 움직이는 공간)의 지름이 작아지도록 구성되는바, 라이너(120)의 두께에 따라 실린더(110) 내부의 배기량은 차이가 발생한다.
상기와 같이, 실린더(110) 내부에 위치하는 라이너(120) 두께에 따라서 하나의 엔진에 위치하는 다수의 실린더(110) 각각의 배기량은 서로 상이하게 구성될 수 있는바, 주행 환경에 따라 요구되는 실린더(110) 구동에 따라 개별 실린더(110)는 가변적으로 주행이 가능하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 사용자의 요청 또는 주행환경에 따라 서로 다른 배기량을 갖는 실린더(110)들을 선택적으로 구동할 수 있는바, 주행 연비를 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 엔진
100: 엔진 블록
110: 실린더
120: 라이너
130: 피스톤
140: 피스톤 로드
150: 크랭크샤프트
160: 크랭크 암
170: 워터자켓

Claims (5)

  1. 라이너를 적용하는 엔진으로서,
    엔진에 하나 이상 구성되는 실린더;
    상기 실린더 내부를 둘러싸듯 위치하는 라이너;
    상기 라이너와 마주하고 상하 운동하도록 구성되는 피스톤; 및
    크랭크샤프트와 연결되어 상기 피스톤의 상하 운동을 수행하도록 구성되는 피스톤 로드;를 포함하고 있으며,
    상기 각각의 실린더 내벽 둘레에 위치하는 라이너는 적어도 두 개 이상의 두께를 갖도록 구성되며, 상기 서로 다른 두께를 갖는 상기 라이너가 적용된 각각의 실린더 보어 내경이 서로 상이하도록 구성되는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 라이너는 습식 라이너가 적용되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 라이너는 건식 라이너가 적용되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 크랭크샤프트와 연결되는 크랭크 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 크랭크 암의 길이는 고정되어 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 배기량 실린더로 구성되는 엔진.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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