KR20180122057A - 커넥팅 로드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편심기구가 설치된 커넥팅 로드에 관한 것으로서, 구체적으로, 압축비 변경을 위한 피스톤의 높이 변경을 위하여, 커넥팅 로드의 콘로드 소단부에 편심기구를 설치하여 위상제어를 수행함으로써 압축비 조절을 안정적으로 수행할 수 있는 편심기구가 설치된 커넥팅 로드에 관한 것이다.

Description

커넥팅 로드{Connecting rod}
본 발명은 커넥팅 로드에 관한 것으로서, 구체적으로, 압축비 변경을 위한 피스톤의 높이 변경을 위하여, 커넥팅 로드의 콘로드 소단부에 편심기구를 설치하여 위상제어를 수행함으로써 압축비 조절을 안정적으로 수행할 수 있는 커넥팅 로드에 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 노킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킨다.
그런데, 기존 가변압축비 기술은 압축비를 변경하기 위하여 오일압, 전기 모터 등의 액추에이터를 사용하므로 그에 따라 오일펌프 용량이 증가하고 대용량 전기 모터로 인하여 전기부하도 증가하는 문제점이 야기된다.
따라서, 차량 저속 운행시에는 콘로드의 높이를 높게 조절하여 고 압축비가 되도록 함으로써 연비를 개선할 수 있도록 하고, 차량 고속 운행시에는 콘로드의 높이를 낮게 조절하여 저 압축비가 되도록 함으로써 녹(Knock) 특성을 개선할 수 있도록 하는 것이 바람직하지만 종래에는 콘로드의 높이가 고정되어 있었기 때문에 차량의 운행상태에 따라 차량 엔진의 압축비를 가변하기가 어렵게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 가변 압축비 구현을 위해, 피스톤 핀 위치를 위/아래로 이동시키기 위해, 콘로드 소단부에 도 1 에 도시된 바와 같이 편심캠을 이용 구현하였다.
상기 편심캠(20)은 콘로드 소단부(10)에 의해 지지되고, 상기 편심캠(20) 양단에 실린더(Cylinder)(30,40)를 로드(31,41)로 연결시킨다.
이때, 상기 실린더(30,40)는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 오리피스(52)와 첵밸브(51), 조절밸브(50) 등으로 구성된 유압회로와 연결된다.
상기 조절밸브(50)는, 실린더 블록에 장착된 콘트롤 캠에 의해 좌, 우로 이동되며, 유압회로를 변경한다.
또한, 피스톤의 왕복운동에 의해 소단부 편심캠(20)은 시계 또는 반시계 방향의 힘을 발생시키고, 이에 의해 실리더(30,40)는 번갈아가며 반대 위상의 압축 또는 팽창되는 힘을 받는다.
이때, 상기 유압회로에 의해, 상기 실리더(30,40)의 압축 또는 팽창하는 힘에 따라 한쪽방향으로 오일이 유입 또는 방출되어, 소단부 편심 캠(20)이 한 방향으로만 회전하며, 그 회전방향은 조절밸브(50)를 통해 제어된다.
따라서, 조절밸브(50)의 위치에 따라 피스톤이 위 또는 아래 위치로 고정되며, 이것으로 인하여 압축비가 변경된다.
상기와 같이 구성되는 종래기술은 피스톤의 높이를 변경하기 위해, 콘로드 소단부(10)에 편심캠(20)을 설치하고, 상기 실린더(30,40)는 유압실린더 2 개로 이루어지며, 각 실린더(30,40)들은 콘로드 소단부(10)에 로드(31,41)에 의하여 연결된다.
유압실린더는 콘로드에 내장된 유압회로를 이용하여 제어하였으며, 압축비를 변경하기 위해서는 조절밸브를 스위칭하기 위한 별도 조절 캠을 블록에 설치하여 제어하였다.
그러나, 상기 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 피스톤이 편심캠에 가하는 힘은, 2개의 유압실린더의 오일압력으로 지지해야 하기 때문에, 고압에 대한 내구성, 실링 특성이 필요하다.
즉, 콘로드 소단부 가변형 VCR 엔진에서, 압축비 콘트롤 시 기존 유압을 이용 시 매우 큰 고압에 대한 대책(내구성, 씰링)이 필요하고, 품질 확보에 어려움이 많다.
둘째, 조절밸브 제어를 위해 별도 조절밸브 콘트롤캠을 실린더 블록에 설치해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 원웨이클러치를 이용하여 유압에 의한 불확실성을 제거하고, 안정적인 압축비 조절이 가능하도록 한 편심기구가 설치된 콘로드 소단부를 제안하게 되었다.
1. 한국 등록특허 제10-1672650호(2016.10.28 공보)
1. 한국 공개특허공보 제10-1683515호 (2016.12.01 공개)
1. 한국 공개특허공보 제10-1539484호 (2015.07.20 공개)
상기와 같은 종래 제반 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 편심기구가 설치된 커넥팅 로드는 압축비를 변경하기 위해 피스톤의 높이를 변경하기 위하여, 커넥팅 로드의 콘로드 소단부에 편심기구를 설치하여 위상제어를 수행함으로써, 안정적인 압축비 조절이 가능하도록 한 커넥팅로드의 구성을 제공하는데에 본 발명의 기술적 특징이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 편심기구가 설치된 커넥팅 로드의 구성은, 상기 커넥팅로드의 콘로드 소단부에 설치되는 편심캠과, 상기 편심캠의 위상을 제어하기 위한 편심기구를 포함하며, 상기 편심기구는 상기 편심캠의 좌우측 원형 돌출부의 각 외주면에 볼이나 기타 로울러, 니들 등과 같은 요소를 구비하고, 상기 볼이나 기타 로울러, 니들 등과 같은 요소가 수납되는 공간부를 형성한 케이지를 포함하는 원웨이 클러치를 구비한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 커넥팅 로드는, 콘로드 소단부에 편심캠과 원웨이클러치를 설치함으로써, 피스톤핀 중심이 편심캠 회전중심과 불일치하게 배치되어 피스톤이 연소실 압력, 관성력 등의 힘을 피스톤 핀을 통해 편심캠에 전달하면, 그 힘은 시계 또는 반시계 방향의 토크로 편심캠을 회전시키고, 이때 원웨이클러치를 이용하여 상기 토크에 의해 편심캠이 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 제어함으로써 종래와 같이 2 개의 유압실린더의 오일 압력을 지지하기 위한 고압을 사용할 필요성이 없어 엔진의 내구성과 실링을 위한 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래와 같이 조절밸브의 제어를 위하여 별도의 조절밸브 콘트롤 캠을 실린더 블록에 설치하지 않아도 되므로 제조상의 생산성 향상과 원가 절감을 도모할 수 있다.
도 1은 종래 피스톤 높이를 변경하기 위해 콘로드 소단부에 편심캠을 설치하고, 상기 편심캠 양측에 유압실린더가 설치된 상태를 나타낸 도면으로,
(a)는 단면도이고, (b)는 사시도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 커넥팅로드 전체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 커넥팅로드의 소단부만 발췌하여 나타낸 분해사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 커넥팅로드의 소단부에 설치된 원웨이 클러치와 편심캠, 유압라인 등을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 콘로드 소단부의 동작을 설명하기 위한 도면으로,
(a)는 피스톤 왕복운동에 다른 편심캠의 토크와 원웨이클러치에 의해 편심캠이 시계방향으로 이동하는 상태를 나타낸 도면이고,
(b)는 피스톤 왕복운동에 다른 편심캠의 토크와 원웨이클러치에 의해 편심캠이 반시계방향으로 이동하는 상태를 나타낸 도면이다.
(c)는 (a)의 a부 요부확대 단면도이고, (d)는 (b)의 b부 요부확대단면도이다.
도 6의 (a),(b)는 본 발명에 따른 스토퍼에 의해 케이지의 위치가 변경되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 유압신호에 따른 케이지의 위치제어 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명한다.
기본적으로, 본 발명의 편심 기구가 설치된 커넥팅 로드는, 피스톤, 상기 피스톤에 장착된 피스톤 핀을 포함하는 가변 압축비 엔진에 설치된다.
도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 커넥팅 로드는 콘로드 소단부(100), 편심캠(200), 편심기구(300)로 구성된다.
상기 편심캠(200)은 콘로드 소단부(100) 중앙에 위치되어 있다.
이때, 피스톤의 피스톤핀(미도시)의 중심이 편심캠(200) 회전중심과 불일치하게 배치되어 편심캠(200)의 회전방향에 따라서 피스톤핀의 중심이 상하로 이동되면서 엔진의 연소실 내부에서의 피스톤의 높이가 변동되게 된다.
피스톤이 연소실 압력, 관성력 등의 힘을 피스톤 핀을 통해 편심캠(200)에 전달하면, 그 힘은 시계 또는 반시계 방향의 토크에 의해 편심캠(200)을 회전시킨다.
본 발명의 커넥팅 로드는, 상기 편심기구(300)를 이용하여 토크에 의해 편심캠(200)이 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 제어할 수 있도록 하였다.
도 2 및 도 3 을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 편심캠(200)은 본체(210)의 좌우측에 원형 돌출부(220)가 형성되어 있다.
원형 돌출부(220)에는 2개 이상의 평면부와 2개의 원호부분으로 되어 있다. 평면부는 원웨이클러치 기능을 하기 위한 것으로, 볼 수단(320)은 볼 혹은 로울러, 니들 등이 위치한다. 원웨이클러치 기능을 위해 평면이 아니라 특정 원호나 프로파일을 가질 수 있다. 2개의 원호 중 1개는 도 4의 (b)에 도시된 스토퍼(420)와 스프링(430)이 위치하는 곳으로, 스토퍼 고정을 위한 홈(221)이 있을 수 있다. 나머지 원호 한곳은 케이지(330)의 케이지피스톤(450), 소단부(100)와 함께 유압이 씰링되는 곳으로, 제어유압에 의해 케이지피스톤(450)에 힘을 가함으로써 케이지(330)의 위치를 조정하여 클러치(310)의 잠김 방향을 결정한다.
편의상 좌측 원형 돌출부 쪽을 후면부라 칭하고, 우측 원형 돌출부 쪽을 전면부라고 칭한다.
또한, 이하에 설명되는 편심기구(300), 안전장치(400) 및 오일공급수단(110) 등은 서로 전면부와 후면부는 양쪽면이 서로 대칭되어 있어 이하에서는 동일 명칭 및 형상에 대해 한쪽 부분만 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 편심기구(300)는, 상기 편심캠(200)의 좌우측 원형 돌출부(220)의 각 외주면에 설치되는 볼 수단(320)과, 상기 좌우측 원형 돌출부(220)에 각각 설치되되 상기 볼 수단(320)이 수납되는 공간부(331,332)를 형성한 전,후면 케이지(cage)(330,330')를 포함하는 원웨이 클러치(310)를 포함한다.
또한, 상기 편심기구(300)는 상기 소단부(100)의 전면과 후면에 각각 형성되며 상기 원웨이 클러치(310)를 작동시키기 위한 오일이 공급되는 오일공급수단(110)을 포함한다.
상기 오일공급수단(110)은 소단부(100)에 제 1 오일라인(111)과 제 2 오일라인(112)으로 구성된다.
이때, 도 4의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 오일라인(111)은 콘로드 소단부(100) 내부에서 전방의 케이지(330)로 유압을 전달하는 전방일측챔버(113a) 및 후방의 케이지(330')로 유압을 전달하는 후방일측챔버(113b)와 연결된다.
또한, 상기 제 2 오일라인(112)은 콘로드 소단부(100) 내부에서 전방의 케이지(330)로 유압을 전달하는 전방타측챔버(114a) 및 후방의 케이지(330')로 유압을 전달하는 후방타측챔버(114b)와 연결된다.
따라서, 상기 제 1 오일라인(111)으로 공급되는 유압은 전방 및 후방의 케이지(330,330')들의 일측 챔버(113a,113b)들에게만 유압이 전달되고, 상기 제 2 오일라인(112)으로 공급되는 유압은 전방 및 후방의 케이지(330,330')들의 타측 챔버(114a,114b)들에게만 유압이 전달됨으로써 후술할 전,후면 케이지(330,330')의 위상 제어를 수행할 수 있게 된다.
상기 오일공급수단(110)과 상기 전,후면 케이지(330,330')는 커버(500)에 의해 각각 차폐되어 기밀한 상태를 유지한다.
상기 볼 수단(320)은 본 발명 실시예에서 통상의 볼을 채용하였으나, 니들 혹은 롤러, 기타 원웨이클러치용 기구도 채용가능하다.
아울러, 상기 전,후면 케이지(330,330)의 어느 한쪽 부분에 편심캠(200)의 회전 속도가 너무 빠르거나 전,후면 케이지(330,330')의 거동 이상이 발생하여 편심캠(200)의 위상이 정해진 범위를 벗어나는 것을 방지하기 위한 안전장치(400)가 설치된다.
상기 안전장치(400)는 도 2의 요부확대도에 도시된 바와 같이, 전,후면 케이지(330,330') 어느 일측에 설치되는 스토퍼 케이지(410)와, 콘로드 소단부(100)의 편측에 위치하는 스토퍼 홈 (440, 440')으로 구성되며, 상기 스토퍼_케이지(410)에 의하여 상기 전,후면 케이지(330,330')의 위상이 일정한 각도 이내로 제한되게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 편심 기구가 설치된 커넥팅 로드의 작동을 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 커넥팅 로드의 기본적인 작동을 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 커넥팅 로드를 장착한 엔진이 회전되면, 피스톤은 관성력, 연소실 압력 등으로 인해 피스톤 핀을 통해 콘로드(100)에 인장력 또는 압축력을 작용시키고, 이러한 인장력 또는 압축력은 편심캠(200)에 토크 및 상하방향 힘으로 작용한다.
상기 토크는 원웨이 클러치(310)에 의해 지지되고, 상하 방향의 힘은 편심캠(200)의 몸체 중앙부분에 설치된 미끄럼 베어링에 의하여 지지된다.
이때, 상기 편심캠(200)의 시계 또는 반시계 방향으로의 회전은 편심캠(200) 의 원형 돌출부(220)에 설치된 전,후면 원웨이클러치(310,310')에 의해 제어되는데, 원웨이클러치(310,310')의 잠금, 해지는 케이지(330,330')의 위상에 의해 결정된다.
즉, 상기 전면 케이지(330)가 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 편심캠(200)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 되면 볼 수단(320)이 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 공간부(331)의 좌측내벽(331a)에 접촉되어 편심캠(200)이 시계방향으로 회전하면 볼 수단(320)이 굴러갈 때 볼을 둘러싼 원형돌출부(220)의 평면부와 콘로드 소단부(100)가 넓어지는 방향으로 되어서 회전할 수 있다. 그러나 편심캠(200)이 시계반대방향으로 회전하면 볼 수단(320)이 굴러갈 때 볼을 둘러싼 원형돌출부(220)의 평면부와 콘로드 소단부(100)가 좁아지는 방향으로 되어서 회전 할 수 없게 된다.
반면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 케이지(330)가 편심캠(200)을 기준으로 시계반대 방향으로 회전되면 볼 수단(320)이 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 공간부(331)의 우측내벽(331b)에 접촉된 상태에서 편심캠(200)이 시계반대방향으로 회전하면 볼 수단(320)이 굴러갈 때 볼을 둘러싼 원형돌출부(220)의 평면부와 콘로드 소단부(100)가 넓어지는 방향으로 되어서 회전할 수 있다. 그러나 편심캠이 시계방향으로 회전하면 볼 수단(320)이 굴러갈 때 볼을 둘러싼 원형돌출부(220)의 평면부와 콘로드 소단부(100)가 좁아지는 방향으로 되어서 회전할 수 없게 된다.
또한, 본 발명의 실시예의 상술한 바와 같은 케이지(330)의 위치는 케이지(330)의 제 1 및 제 2 오일라인(111,112)으로부터 공급되는 유압차에 의해 결정된다.
즉, 상기 편심캠(200)의 시계 또는 반시계방향으로의 회전 또는 고정을 제어하기 위해 오일공급수단(110)으로 유압 신호를 보내게 되며, 상기 유압에 의해 전,후면 케이지(330,330')의 케이지 피스톤(450, 450')에 힘이 작용한다. 이 힘에 의해 케이지에 회전 토크가 발생되며, 스프링(430)과의 힘 평형 관계에 의해 전, 후면 케이지(330,330') 위치가 변경될 수 있고, 이에 의해 편심캠(200)의 시계 또는 반시계방향으로 회전 또는 고정을 변경시킬 수가 있는 것이다.
한편, 상술한 편심캠(200)은 편심캠(200)의 회전 속도가 너무 빠르던가, 전,후면 케이지(330,330')의 거동 이상 등에 의해, 편심캠(200)의 위상이 정해진 범위를 벗어날 수 있는데, 이러한 문제점을 미연에 방지하기 위하여, 도 6 에 도시된 바와 같이, 스토퍼_케이지(410)가 콘로드 소단부(100)의 편측에 위치하는 스토퍼 홈(440, 440')에 의해 이동이 제한되므로 편심캠(200)이 일정 범위 안에서 제한되도록 안전장치의 역할을 수행한다.
상기와 같은 원웨이클러치(310)의 유압에 따른 전,후면 케이지(330,330')의 위치 제어를 보다 구체적으로 설명하되 표 1 및 도 3 또는 도 4 내지 도 7 을 참조하여 설명한다.

오일라인 압력 및 스프링의 바이어스 압력(Pb)
전면부
후변부
가변압축률(VCR)

제2오일라인〈제1오일라인-Pb
CCW
CCW
CCW(압축비 감소)

제1오일라인-Pb〈제2오일라인〈제1오일라인+Pb
CCW
CW		 고정
(엔진정지 시 혹은 정상운전 시)

제1오일라인+Pb〈제2오일라인
CW
CW
CW(압축비 상승)
표 1 은 본 발명의 실시예에 의한 전,후면 케이지(330)의 위치제어를 수행하기 위하여 제 1 오일라인(111)과 제 2 오일라인(112)으로 공급되는 유압에 따른 편심캠(200)의 작동을 기재한 표이다.
먼저, 본 발명의 원웨이클러치(310)에 아무런 유압이 공급되지 않는 경우에는, 스토퍼(420)와 스프링(430)에 의해 전,후면 케이지(330,330')의 위치가 결정되며, 상기 표 1 에서 이러한 스프링(430)의 탄성력에 해당하는 바이어스(bias) 압력을 Pb 라 표기하였다.
제1오일라인(111), 제2오일라인(112)의 유압과 스프링(430,430')(이하, 편의상 전, 후방 스프링으로 표현한다.)(도 4의 (b)참조)의 힘에 의해 케이지(330,330')가 받는 토크는 다음과 같다.
제1오일라인(111)으로 유압을 공급하면, 케이지(330,330')의 케이지피스톤 (450,450')에는 오른쪽 방향의 힘이 발생하여, 시계반대방향(CCW)의 토크를 받는다.
제2오일라인(112)으로 유압을 공급하면, 케이지(330,330')의 케이지피스톤 (450,450')에는 왼쪽 방향의 힘이 발생하여, 시계방향(CW)의 토크를 받는다.
이때, 상기 전방 스프링(430)의 힘에 의해 전방케이지(330)는 시계반대방향(CCW)의 토크를 받는다.
또한, 후방 스프링(430')의 힘에 의해 후방케이지(330')는 시계방향(CW)의 토크를 받는다.
다음에는 제1오일라인(111)과 제2오일라인(112)의 제어압력에 따라 케이지 (330,330')의 움직임을 설명하고, 이에 의해 편심캠(200)의 운동을 설명하여 콘로드 길이를 제어하는 것을 설명한다.
먼저, 상기 표 1 에 기재된 바와 같이, 제2오일라인 < 제1오일라인-(Pb) 인 경우, 상기 기술한 바대로 도 4에 도시된 전방 케이지(330)의 케이지피스톤(450)은 제1오일라인에 의한 시계반대방향(CCW) 토크가 제2오일라인에 의한 시계방향(CW)토크보다 크고, 거기에 스프링(430)에 의한 시계반대방향 토크에 의해 스토퍼(420) 기준 시계반대방향(CCW)으로 움직인다. 본 움직임에 의해 케이지의 일측면(331a)로 볼 수단(320)을 밀게 되어 도5의 (b) 또는 (d)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310)의 원리에 따라 시계방향(CW)으로의 운동은 잠기고, 시계반대방향(CCW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
도 4의 (b) 우측에 도시된 후방 케이지(330')의 케이지피스톤(450')은 오른쪽방향 힘을 받으며, 스프링(430')의 힘과 제2오일라인 오일압력에 의한 케이지피스톤(450')에 작용하는 힘의 합보다 상기 제1오일라인 오일압력에 의한 케이지피스톤(450')에 작용하는 힘이 더 크기 때문에 시계반대방향(CCW)으로 움직이게 된다.
상기 움직임에 의해 후방 케이지(330')의 일측면(331a')로 볼 수단(320')을 밀게 되어 도 5의 (b) 또는 (d)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310')의 원리에 따라 시계방향(CW)으로의 운동은 잠기고, 시계반대방향(CCW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
따라서, 도 7 의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 편심캠(200)은 전면 및 후면에 각각 장착된 원웨이클러치(310,310')에 작용되는 시계반대방향의 반력에 의하여 반시계방향(CCW)으로의 회전은 가능하나, 시계방향(CW)으로의 회전이 가능하지 않게 되며, 이러한 편심캠(200)의 반시계방향(CCW)으로의 회전에 따라서, 편심캠(200)을 설치한 커넥팅로드 상에 설치된 피스톤의 높이가 상승되면서 가변압축비는 감소된다.
다음으로, 상기 표 1 에 기재된 바와 같이, 제1오일라인-(Pb) < 제2오일라인< 제1오일라인+(Pb) 인 경우,
도 4의 (a)에 좌측에 도시된 전방 케이지(330)의 케이지피스톤(450)은 제1오일라인의 압력과 제2오일라인의 압력 차이에 따라 왼쪽 혹은 오른쪽 힘이 발생하나 그 힘의 크기가 스프링(430)에 의한 힘보다 작다. 따라서 전방 케이지(330)는 스프링(430)의 힘에 의해 시계반대방향(CCW)으로 움직이게 된다. 본 움직임에 의해 케이지의 일측면(331a)로 볼 수단(320)을 밀게 되어 도 5의 (b) 또는 (d)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310)의 원리에 따라 시계방향(CW)으로의 운동은 잠기고, 시계반대방향(CCW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
도 4의 (b) 우측에 도시된 후방 케이지(330')의 케이지피스톤(450')은 제1오일라인의 압력과 제2오일라인의 압력 차이에 따라 왼쪽 혹은 오른쪽힘이 발생하나 그 힘의 크기가 스프링(430')에 의한 힘보다 작다. 따라서 후방 케이지(330')는 스프링(430')의 힘에 의해 시계방향(CW)으로 움직이게 된다. 본 움직임에 의해 케이지의 타측면(331b')로 볼 수단(320')을 밀게 되어 도 5의 (a) 또는 (c)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310')의 원리에 따라 시계반대방향(CCW)으로의 운동은 잠기고, 시계방향(CW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
따라서, 도 7의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 편심캠(200)의 전면과 후면에 장착된 원웨이클러치(310,310')들의 상호 반대 방향으로만 회전이 가능하게 되므로, 결국 편심캠(220)은 회전없이 고정되며, 이러한 편심캠(200)을 설치한 커넥팅로드 상에 설치된 피스톤에 의한 가변압축비는 고정된다. 이러한 가변압축비의 고정상태는 주로 엔진정지시 제1오일라인과 제2오일라인에 오일공급이 없을 때, 또는 압축비 변경 없는 운전시에 해당된다.
마지막으로, 상기 표 1 에 기재된 바와 같이, 제1오일라인+(Pb) < 제2오일라인 경우,
도 4의 (a) 좌측에 도시된 전방 케이지(330)의 케이지피스톤(450)은 제2오일라인의 유압에 의해 왼쪽 힘을 받으며 이 힘은 제1오일라인의 유압에 의한 힘과 스프링(430)의 힘의 합보다 커서, 전방케이지(330)는 시계방향(CW)으로 움직인다. 상기 움직임에 의해 케이지의 타측면(331b)로 볼 수단(320)을 밀게 되어 도 5의 (a) 또는 (c)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310)의 원리에 따라 시계반대방향(CCW)으로의 운동은 잠기고, 시계방향(CW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
도 4의 (b) 우측에 도시된 후방 케이지(330')의 케이지피스톤(450')은 제 2오일라인의 유압에 의해 왼쪽 힘을 받으며, 후방 케이지(330')는 스프링(430')의 힘과 상기 기술된 케이지피스톤(450')에 작용하는 힘에 의해 시계방향(CW)으로 움직이게 된다. 상기 움직임에 의해 케이지의 타측면(331a')으로 볼 수단(320')을 밀게 되어 도 5의 (a) 또는 (c)와 같이 된다. 이에 의해 편심캠은 원웨이 클러치(310')의 원리에 따라 시계반대방향(CCW)으로의 운동은 잠기고, 시계방향(CW)으로의 움직임은 가능하게 된다.
따라서, 도 7 의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 본 발명 편심캠(200)은 전면 및 후면에 각각 장착된 전,후면 원웨이클러치(310,310')에 작용되는 시계방향의 반력에 의하여 시계방향(CW)으로의 회전은 가능하나, 반시계방향(CCW)으로의 회전이 가능하지 않게 되며, 이러한 편심캠(200)의 시계방향(CW)으로의 회전에 따라서, 편심캠(200)을 설치한 커넥팅로드 상에 설치된 피스톤의 높이가 하강되면서 가변압축비는 증가 된다.
한편, 케이지(330,330')에 공급되는 오일은 다음과 같이 여러 방법으로 공급할 수가 있다.
첫째, 메인베어링에서 콘트롤 오일압력 공급하는 방법으로는, 원웨이클러치의 케이지를 제어하기 위한 오일압력신호는 메인겔러리 OCV에서 메인베어링→메인저널→크랭크핀→콘로드 대단부→콘로드 생크→콘로드 소단부 순으로 공급하는 방법이다.
둘째, 다른 방법으로는 피스톤 쿨링젯을 이용한 콘트롤 오일압력공급으로는 원웨어클러치 케이지를 제어하기 위한 오일압력 신호는 OCV1과 OCV12에서 메인베어링→피스톤 쿨링젯→피스톤 내부 겔러리→콘로드 핀→편심캠→케이지 순으로 공급하는 방법이다.
셋째, 또 다른 방법으로는 콘로드 스위치를 이용하는 방법으로, 즉, 콘트롤 오일압력을 제어하는 방법으로, 원웨이 클러치 케이지를 제어하기 위한 오일압력 신호를 콘로드에 설치된 유압스위치를 통해 제어한다. 유로는 크랭크핀→콘로드 대단부→콘로드 생크→유압스위치→콘로드 소단부→케이지 순으로 공급한다.
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 콘로드 소단부 110 : 오일공급수단
111 : 제1 오일라인 112 : 제2 오일라인
113a : 전방일측챔버 113b : 후방일측챔버
114a : 전방타측챔버 114b : 후방타측챔버
200 : 편심캠 210 : 본체
220 : 원형 돌출부 300 : 편심기구
310 : 원웨이클러치 320 : 볼 수단
330,330' : 케이지 400 : 안전장치
410 : 케이지스토퍼 420 : 스토퍼
430 : 스프링 440 : 스토퍼 홈
450; : 케이지피스톤 500 : 커버

Claims (6)

  1. 엔진에 설치된 피스톤에 연결되는 커넥팅로드에 있어서,
    상기 커넥팅로드의 콘로드 소단부(100)에 설치되는 편심캠(200);
    상기 편심캠(200)의 위상을 제어하기 위한 편심기구(300); 및
    상기 편심기구(300)는 상기 편심캠(200)의 좌우측 원형 돌출부(220)에 각각 설치되되 볼 수단(320)과 같은 요소를 구비하고, 상기 볼 수단(320)과 같은 요소가 수납되는 공간부(331,332)를 형성한 전,후면 케이지(330,330')를 포함한 원웨이 클러치(310)로 된 것을 특징으로 하는 커넥팅로드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 수단(320)은 볼 또는 로울러 또는 니들, 베어링인 것을 특징으로 하는 커넥팅로드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심기구(300)는,
    상기 콘로드소단부(100)의 전면과 후면에 각각 형성되며 상기 원웨이 클러치(310)를 작동시키기 위한 오일이 공급되는 제 1 오일라인(111)과 제 2 오일라인(112)으로 이루어진 오일공급수단(110)을 가지는 구성을 특징으로 하는 커넥팅로드.
  4. 제 1항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 오일라인(111)은 콘로드 소단부(100) 내부에서 전방의 케이지(330)로 유압을 전달하는 전방일측챔버(113a) 및 후방의 케이지(330')로 유압을 전달하는 후방일측챔버(113b)와 연결되고,
    상기 제 2 오일라인(112)은 콘로드 소단부(100) 내부에서 전방의 케이지(330)로 유압을 전달하는 전방타측챔버(114a) 및 후방의 케이지(330')로 유압을 전달하는 후방타측챔버(114b)와 연결되는 구성을 특징으로 하는 커넥팅로드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심기구(300)는,
    상기 전,후면 케이지(330)의 어느 일측에 설치되는 케이지스토퍼(410)와,
    상기 케이지스토퍼(410) 내에 설치되는 스토퍼(420)와,
    상기 스토퍼(420)를 탄성적으로 지지하는 스프링(430)을 포함하여 구성되는 안전장치(400)를 구비하고,
    상기 안전장치(400)는, 상기 원형 돌출부(220)에 형성된 홈(221)에 상기 스토퍼(420)가 내장되어 삽입되면서 상기 전,후면 케이지(330)의 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 커넥팅로드.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전,후면 케이지(330)의 위치는 제 1 오일라인(111) 및 제 2 오일라인(112)으로부터 공급되는 유압차에 의해 결정되며,
    유압차에 의하여 결정된 상기 전,후면 케이지(330)의 위치에 의하여 상기 편심캠(200)이 시계방향(CW) 또는 시계반대방향(CCW)으로 회전되면서 편심캠(200)을 설치한 커넥팅로드 상에 설치된 피스톤의 높이가 변동되면서 가변압축비가 변동되는 구성을 특징으로 하는 커넥팅로드.
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