KR20190126504A

KR20190126504A - 가변압축비 엔진

Info

Publication number: KR20190126504A
Application number: KR1020180050455A
Authority: KR
Inventors: 최명식
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2019-11-12
Also published as: US20190338711A1; CN110439680B; DE102018215744A1; CN110439680A; US10487754B1; DE102018215744B4

Abstract

본 발명은 피스톤핀의 편심 회전을 위한 편심캠의 회전 구조를 간소화하여 가변압축비 메커니즘을 단순화하고 장치 설계 비용을 절감하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 래칭플레이트에서 분출되는 오일 분출압력에 의해 래칭플레이트에 회전토크를 제공하여 래칭플레이트와 함께 편심캠을 회전시키고, 편심캠에 편심 구비된 피스톤핀의 편심 이동과 함께 피스톤이 함께 이동하여 피스톤의 상사점 높이가 변화하게 되는바, 압축비를 변경하는 가변압축비 엔진이 소개된다.

Description

가변압축비 엔진{VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}

본 발명은 피스톤핀의 편심 회전을 위한 편심캠의 회전 구조를 간소화하여 가변압축비 메커니즘을 단순화하고 장치 설계 비용을 절감하는 가변압축비 엔진에 관한 것이다.

가변압축비(variable compression ratio; VCR) 장치가 탑재된 엔진은, 차량의 운전상태에 따라 혼합기의 압축비를 변화시키는 장치이다.

즉, 고속주행 등과 같은 엔진의 저부하 운전상태에서는 혼합기의 압축비를 높여 연료소비를 줄이고, 가속주행 등과 같은 고부하 운전상태에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 터보차저의 과급압을 높임으로써, 연료효율 및 엔진출력을 향상시키면서 노킹을 방지하게 된다.

상기 가변압축비 장치에 따른 종래기술로서, 링키지를 사용하여 연소실 부피를 변화시키거나 피스톤의 부분 변형을 유도하여 가변압축비를 실현하는 방법이 있다.

다만, 이 같은 가변압축비 장치는 가변압축비 범위를 넓히기 위해 과도한 설계변경이 요구되고, 가변압축비를 구현하는 메커니즘이 복잡한 단점도 있다.

이에, 비교적 간단한 구조로서, 유압에 의해 피스톤핀을 편심 회전시켜 피스톤의 높이를 변화시키는 가변압축비 장치가 제안되고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2011-0037394 A

본 발명은 피스톤핀의 편심 회전을 위한 편심캠의 회전 구조를 간소화하여 가변압축비 메커니즘을 단순화하고 장치 설계 비용을 절감하는 가변압축비 엔진을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 피스톤과 커넥팅로드의 소단부를 연결하는 피스톤핀; 상기 커넥팅로드의 소단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤핀이 편심 구비되어, 회전 작동에 따라 상기 피스톤핀을 편심 회전시켜 피스톤의 상사점 높이를 변화시키는 편심캠; 상기 편심캠과 함께 회전되고, 내부에 공급된 오일이 외주면에 형성된 오일분출구를 통해 그 원주방향을 따라 외부로 분출되도록 구성하여 오일 분출압에 의해 회전이 되는 래칭플레이트; 및 상기 래칭플레이트에 선택적으로 오일을 공급하는 오일공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 래칭플레이트의 일면에 오일유입구가 형성되어, 상기 오일공급수단을 통해 공급되는 오일이 상기 래칭플레이트의 내부에 유입되고; 상기 래칭플레이트의 내부에 상기 오일유입구와 연통되는 오일분출통로가 형성되며; 상기 오일분출통로가 상기 래칭플레이트의 외주면에 형성되는 오일분출구에 이어져 상기 오일분출구를 통해 오일이 분출되되, 상기 오일분출구가 상기 래칭플레이트의 외주면에 원주방향으로 비스듬하게 뚫려진 형상으로 형성될 수 있다.

상기 오일분출통로는, 상기 래칭플레이트의 내부에 피스톤핀을 중심으로 원주방향을 따라 형성된 제1분출통로; 일단이 상기 제1분출통로와 연통되고, 타단이 상기 래칭플레이트의 반경방향을 따라 형성된 제2분출통로; 일단이 상기 제2분출통로의 타단에 연통되면서 절곡 형성되고, 타단이 상기 오일분출구로 이어지는 제3분출통로;를 포함할 수 있다.

상기 제3분출통로는 제2분출통로에 대해 90°이상에서 180°미만의 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.

상기 오일공급수단은, 상기 커넥팅로드의 길이방향을 따라 형성되어 오일이 공급되는 오일라인; 상기 오일라인을 통해 유입되는 오일압력을 이용하여 상기 래칭플레이트를 회전상태와 회전구속상태로 전환하는 래칭기구; 상기 래칭기구를 통과한 오일이 편심캠 내부에 공급되도록 상기 편심캠의 원주방향을 따라 형성된 오일전달통로; 상기 래칭플레이트의 오일유입구와 연통 형성되어, 상기 오일전달통로 내부의 오일을 래칭플레이트 내부로 유입시키는 오일유출구;를 포함할 수 있다.

상기 커넥팅로드의 소단부에 캠홀이 형성되어 상기 캠홀 내에 편심캠이 삽입되고; 상기 래칭기구와 캠홀 내주면 사이에 오일홀이 형성되어 래칭기구를 통과한 오일이 상기 오일홀을 통해 유동되며; 상기 오일전달통로가 제1전달통로와 제2전달통로로 구분 형성되되, 상기 캠홀에 형성된 오일홀과 상시 연통 상태를 유지하도록 편심캠의 원주방향을 따라 제1전달통로가 형성되고; 상기 제1전달통로의 단부에 제2전달통로가 연통 형성되며; 상기 제2전달통로가 상기 래칭플레이트의 오일유입구와 연통 형성될 수 있다.

상기 래칭기구는, 상기 편심캠의 양측에 래칭플레이트가 각각 결합되되, 상기 커넥팅로드의 소단부를 향하는 래칭플레이트의 일면에 형성된 래칭홈; 상기 커넥팅로드의 소단부 내부에 형성되고, 양 단부가 상기 래칭플레이트의 회전과정에서 양측 래칭홈과 일치하는 지점에 위치하도록 형성되며, 오일라인의 상단과 연결되어 내부에 오일이 공급되는 래칭실린더; 상기 오일라인의 상단에 래칭홈을 향해 연장 형성되어, 상기 래칭플레이트의 회전과정에서 래칭홈과 연통되는 오일그루브; 상기 래칭실린더 내부에 양측 래칭플레이트 사이에서 직선 이동 가능하게 구비되어 양 단부가 래칭홈 내부에 끼워져 래칭 작동되는 래칭핀; 상기 래칭핀의 중단에 형성되어 상기 래칭핀이 래칭홈에 언래칭 작동되는 구간에서 오일라인을 통해 공급되는 오일을 통과시키는 오일통과홀; 상기 래칭실린더와 편심캠의 오일전달통로 사이에 형성되어 오일통과홀을 통과한 오일을 오일전달통로에 공급하는 오일홀;을 포함할 수 있다.

상기 오일라인이 래칭실린더의 일측에만 연결되고; 상기 래칭핀을 상기 래칭실린더의 일측으로 상시 밀어내는 탄성력을 제공하도록 래칭스프링이 마련될 수 있다.

상기 래칭핀의 일단부와 타단부가 상이한 외경을 갖도록 중단에 제1단차부가 형성되고; 상기 래칭실린더의 일단부와 타단부가 상이한 내경을 갖도록 중단에 제2단차부가 형성되며; 상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 래칭스프링이 지지되어 구비될 수 있다.

상기 오일라인이 래칭실린더의 양측에 각각 연결되고; 상기 오일라인에는 전동식 오일펌프를 통해 오일을 공급하도록 구성할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 래칭플레이트에서 분출되는 오일 분출압력에 의해 래칭플레이트에 회전토크를 제공하여 래칭플레이트와 함께 편심캠을 회전시키고, 편심캠에 편심 구비된 피스톤핀의 편심 이동과 함께 피스톤이 함께 이동하여 피스톤의 상사점 높이가 변화하게 되는바, 압축비를 변경할 수 있게 된다. 따라서, 피스톤핀의 편심 회전을 위한 편심캠의 회전 구조를 간소화하여 구현함으로써, 가변압축비 메커니즘을 단순화하고 장치 설계 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 커넥팅로드 및 피스톤에 가변압축비 장치가 설치된 구조를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 A - A선 단면도.
도 3은 도 1의 B - B선 단면으로서, 래칭플레이트의 일례를 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에서 래칭플레이트의 다른 구조를 예시한 형상과, 오일분출통로를 통해 래칭플레이트에서 오일이 유동되는 경로를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 오일라인을 통해 공급된 오일이 래칭플레이트의 오일분출구로 토출되기 위한 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 래칭기구의 제1실시예 구성과, 래칭 작동과정을 설명하기 위한 도면.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 래칭기구의 제2실시예 구성과, 래칭 작동과정을 설명하기 위한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 가변압축비 작동을 통해 저압축비를 구현하는 상태와, 고압축비를 구현하는 상태를 예시하여 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가변압축비 엔진은, 피스톤핀(110)과, 편심캠(200)과, 래칭플레이트(300) 및 오일공급수단을 포함하여 구성이 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 피스톤핀(110)은 피스톤(100)과 커넹팅로드(400)의 상단에 위치하는 소단부를 연결하는 것으로, 편심캠(200)의 회전에 따라 편심캠(200)의 축을 중심으로 편심 회전하게 된다.

편심캠(200)은 상기 커넹팅로드(400)의 소단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤핀(110)이 축을 중심으로 편심 위치에 구비되어, 회전 작동에 따라 상기 피스톤핀(110)을 편심 회전시켜 피스톤(100)의 상사점 높이를 변화시키는 역할을 한다.

래칭플레이트(300)는 상기 편심캠(200)의 양측에 결합되어 상기 편심캠(200)과 함께 회전되는 것으로, 내부에 공급되는 오일이 외주면에 형성된 오일분출구(330)를 통해 그 원주방향을 따라 외부로 분출되도록 구성하여, 오일분출구(330)를 통해 분출되는 오일 분출압에 의해 회전이 된다.

오일공급수단은, 상기 래칭플레이트(300) 내부에 선택적으로 오일을 공급하는 것으로, 압축비의 변경이 필요한 운전상황에서 래칭플레이트(300)에 오일을 공급함으로써, 피스톤(100)의 높이를 변화시켜 압축비를 변경시킬 수 있게 된다.

즉, 차량의 운전상황에 맞추어 압축비의 변경이 요구되는 경우, 오일공급수단을 통해 래칭플레이트(300) 내부에 오일이 공급되면, 래칭플레이트(300) 내부에 공급된 오일이 래칭플레이트(300) 외주면에 형성된 오일분출구(330)를 통해 분출된다.

이때에, 오일분출구(330)를 통해 분출되는 오일이 래칭플레이트(300)가 회전되어야 하는 방향(예를 들어 시계방향)과 반대되는 원주방향(반시계 방향)으로 분출됨으로써, 오일이 분출되는 힘(작용)에 의해 그 반대방향으로 반작용되는 힘이 발생되어 래칭플레이트(300)가 반작용되는 방향(시계방향)으로 회전될 수 있게 된다.

이에, 상기 래칭플레이트(300)에 결합된 편심캠(200)이 함께 회전됨으로써, 편심캠(200)에 편심 구비된 피스톤핀(110)이 편심캠(200)의 축을 중심으로 편심 회전하게 되면서 피스톤(100)이 피스톤핀(110)의 편심 회전궤적을 따라 함께 이동하게 된다.

따라서, 피스톤(100)의 높이가 변화하게 됨으로써, 피스톤(100)의 상사점 높이가 변하게 되고, 이에 압축비가 변경될 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에서는 래칭플레이트(300)의 회전을 위해 오일공급수단을 통해 공급되는 오일이 사용된다.

이에, 도 4 및 도 5를 참조하여, 래칭플레이트(300)에 오일의 공급 및 분출되는 구조를 설명하면, 상기 편심캠(200)을 향하는 래칭플레이트(300)의 일면에 오일유입구(310)가 형성되어, 상기 오일공급수단을 통해 공급되는 오일이 상기 오일유입구(310)를 통해 상기 래칭플레이트(300)의 내부에 유입된다.

그리고, 상기 래칭플레이트(300)의 내부에는 상기 오일유입구(310)와 연통되는 오일분출통로(320)가 형성되고, 상기 오일분출통로(320)가 상기 래칭플레이트(300)의 외주면에 형성되는 오일분출구(330)에 이어져 상기 오일분출구(330)를 통해 오일이 분출이 된다.

특히, 상기 오일분출구(330)는 상기 래칭플레이트(300)의 외주면에 원주방향을 향하여 비스듬하게 뚫려진 형상으로 형성됨으로써, 오일이 상기 오일분출구(330)가 뚫려진 회전방향으로 분출이 되는바, 상기 오일이 분출되는 힘에 대한 반작용에 의해 상기 래칭플레이트(300)에 반대쪽 회전방향으로 회전토크를 제공하게 되고, 이에 래칭플레이트(300)가 회전될 수 있게 된다.

아울러, 상기 오일분출통로(320)는, 다시 제1분출통로(320a)와, 제2분출통로(320b)와, 제3분출통로(320c)로 구분이 될 수 있는데, 이때에 상기 제2분출통로(320b) 및 제3분출통로(320c)는 도 3과 같이 래칭플레이트(300)의 원주방향 전체에 걸쳐 방사상으로 형성이 될 수도 있고, 또한 도 4 및 도 5와 같이 래칭플레이트(300)의 원주방향 일부에 부분적으로 형성이 될 수도 있다.

도시된 도면을 참조하여, 상기 제1,2,3분출통로의 구성에 대해 조금 구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 제1분출통로(320a)는 상기 래칭플레이트(300)의 내부에 피스톤핀(110)이 끼워지는 홀을 중심으로 원주방향을 따라 형성이 된다.

그리고, 상기 제2분출통로(320b)는 일단이 상기 제1분출통로(320a)와 연통되고, 타단이 상기 래칭플레이트(300)의 반경방향을 따라 형성이 되는데, 상기 제2분출통로(320b)의 타단 끝부분은 차단이 되는 구조로 형성된다.

또한, 상기 제3분출통로(320c)는 일단이 상기 제2분출통로(320b)의 타단에 연통되면서 절곡 형성되고, 타단이 상기 오일분출구(330)로 이어지는 구조가 된다.

즉, 오일유입구(310)를 통해 래칭플레이트(300) 내부에 유입되는 오일이 제1분출통로(320a)에 유입되면, 상기 제1분출통로(320a)에 연통된 각 제2분출통로(320b)로 오일이 분기되고, 상기 제2분출통로(320b)에 유입된 오일이 제3분출통로(320c)로 유동되어 오일분출구(330)를 통해 분출이 된다.

이때에, 상기 제3분출통로(320c)는 제2분출통로(320b)에 대해 90°이상에서 180°미만의 각도로 절곡되어 형성이 된다.

예컨대, 상기 제3분출통로(320c)가 제2분출통로(320b)와 직교하도록 90°각도로 절곡 형성되는 경우, 상기 제3분출통로(320c)의 끝부분에 형성된 오일분출구(330)가 상기 래칭플레이트(300)의 외주면에 비스듬하게 뚫어진 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 래칭플레이트(300)에 오일이 공급되어 분출되는데, 이는 오일공급수단을 통해 상기 래칭플레이트(300)에 오일이 공급될 수 있게 된다.

이에, 상기 오일공급수단의 구성을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 커넹팅로드(400)의 길이방향을 따라 오일라인(410)이 형성되어, 상기 오일라인(410)을 통해 커넹팅로드(400)의 하단에서 상단으로 오일이 공급될 수 있다. 이때에, 상기 오일라인(410)의 하단은 오일컨트롤밸브와 연결되어, 상기 오일컨트롤밸브에 의해 상기 오일라인(410)으로 오일이 공급될 수 있다.

그리고, 상기 커넹팅로드(400)에는 상기 오일라인(410)을 통해 유입되는 오일압력을 이용하여 상기 래칭플레이트(300)를 회전상태와 회전구속상태로 전환하는 역할의 래칭기구가 설치된다.

이어서, 상기 래칭기구를 통과한 오일이 편심캠(200) 내부에 공급되도록 상기 편심캠(200)의 원주방향을 따라 오일전달통로(210)가 형성된다.

그리고, 상기 편심캠(200)의 양측으로 상기 오일전달통로(210)와 이어지는 오일유출구(220)가 각각 형성되고, 상기 오일유출구(220)가 상기 래칭플레이트(300)의 오일유입구(310)와 연통 형성되어, 상기 오일전달통로(210) 내부의 오일을 래칭플레이트(300) 내부로 유입되도록 구성이 된다.

즉, 오일라인(410)과 편심캠(200) 사이에 오일이 통과하는 유로가 형성되고, 또한 편심캠(200)과 래칭플레이트(300) 사이에도 오일이 통과하는 유로가 형성됨으로써, 오일라인(410)에서 공급되는 오일이 래칭기구와 편심캠(200)에 형성된 유로를 통과하여 래칭플레이트(300) 내부에 공급될 수 있게 된다.

첨부도면 도 5를 참조하여, 상기 래칭기구를 통과한 오일이 래칭플레이트(300)에 공급되는 유로의 구성을 조금 더 구체적으로 설명하면, 상기 커넹팅로드(400)의 상단부에 위치한 소단부에 원형의 캠홀(420)이 형성되어 상기 캠홀(420) 내에 편심캠(200)이 삽입된다.

그리고, 상기 래칭기구와 캠홀(420) 내주면 사이에 오일홀(430)이 형성되어 래칭기구를 통과한 오일이 상기 오일홀(430)을 통해 편심캠(200)에 형성된 오일전달통로(210)로 유입되는 구조가 된다.

이때에, 상기 오일전달통로(210)는 제1전달통로(210a)와 제2전달통로(210b)로 구분 형성될 수있는바, 상기 제1전달통로(210a)가 편심캠(200)의 원주방향을 따라 형성되어, 상기 캠홀(420)에 형성된 오일홀(430)과 상시 연통 상태를 유지할 수 있는 구조가 된다.

즉, 상기 캠홀(420)에 형성된 오일홀(430)의 위치에 대응하여 제1전달통로(210a)가 호 형상을 이루어 형성됨으로써, 상기 편심캠(200)이 회전되더라도 상기 오일홀(430)과 제1전달통로(210a)가 상시 연통 상태를 이룰 수 있게 된다.

그리고, 상기 제1전달통로(210a)의 단부에 제2전달통로(210b)가 연통 형성되고, 상기 제2전달통로(210b)는 양측 래칭플레이트(300) 방향으로 분기 형성되어, 상기 제2전달통로(210b)의 양단이 양측 래칭플레이트(300)에 형성된 오일유입구(310)와 연통 형성되는 구조가 된다.

즉, 래칭기구를 통과하여 오일홀(430)에 유입된 오일이 편심캠(200)에 형성된 제1전달통로(210a)를 통해 제2전달통로(210b)에 유입되고, 제2전달통로(210b)에 유입되는 오일이 래칭플레이트(300)에 형성된 오일유입구(310)를 통해 래칭플레이트(300) 내부의 오일분출통로(320)에 유입될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 유압에 의해 작동하는 래칭기구를 통해 래칭플레이트(300)를 회전시키는 언래칭작동과, 래칭플레이트(300)의 회전을 구속하는 래칭작동을 구현할 수 있게 된다.

도 6a 내지 도 6c는 상기 래칭기구의 제1실시예의 구성 및 래칭작동과정을 예시하여 나타낸 도면이고, 도 7a 내지 도 7e는 상기 래칭기구의 제2실시예의 구성 및 래칭작동과정을 예시하여 나타낸 도면이다.

이들 도면을 참조하여 상기 래칭기구에 대해 설명하면, 상기 편심캠(200)의 양측에 결합된 래칭플레이트(300) 각각에는 상기 커넹팅로드(400)의 소단부를 향하는 일면에 래칭홈(340)이 각각 형성된다.

이때에, 상기 래칭홈(340)은 래칭플레이트(300) 내부에 형성된 오일분출통로(320)와 중첩되지 않도록 형성된다. 그리고, 일측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)과 타측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)은 서로 상이한 회전변위 위치에 형성된다.

즉, 일측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)은 피스톤핀(110)의 하방 회전에 따라 저압축비를 구현하는 상태에서 후술하는 래칭핀(460)이 삽입되도록 형성되고, 타측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)은 피스톤핀(110)의 상방 회전에 따라 고압축비를 구현하는 상태에서 래칭핀(460)이 삽입되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 양측 래칭플레이트(300) 사이에 위치한 커넹팅로드(400)의 소단부 내부에는 원통형의 래칭실린더(440)가 형성된다. 또한, 상기 래칭실린더(440)의 양 단부가 양측 래칭플레이트(300)에 마주하여 형성됨으로써, 상기 래칭플레이트(300)의 회전과정에서 양측 래칭홈(340)과 일치하는 지점에 상기 래칭실린더(440)의 양 단부가 각각 위치하도록 형성된다. 또한, 상기 래칭실린더(440)의 내부에는 오일라인(410)의 상단이 연결되어 내부에 오일이 공급이 된다.

아울러, 상기 오일라인(410)의 상단에는 래칭홈(340)을 향해 오일이 통과하는 오일그루브(450)가 연장 형성되고, 상기 오일그루브(450)는 상기 래칭플레이트(300)의 회전과정에서 래칭홈(340)과 연통되는 위치에 형성이 된다.

그리고, 상기 래칭실린더(440)의 내부에는 양측 래칭플레이트(300) 사이에서 직선 이동 가능하게 래칭핀(460)이 구비되어, 상기 래칭핀(460)의 양 단부가 양측 래칭홈(340) 내부에 끼워져 래칭 작동될 수 있게 된다.

즉, 래칭핀(460)의 일측으로 직선 이동되는 경우 일측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)에 삽입되어 래칭 작동되고, 래칭핀(460)이 타측으로 직선 이동되는 경우 타측 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)에 삽입되어 래칭 작동될 수 있다. 물론, 상기 래칭플레이트(300)가 회전하는 과정에서 양측 래칭홈(340)이 래칭실린더(440)의 양 단부 어디에도 일치하지 않는 경우에는 래칭핀(460)이 양측 래칭홈(340)에 걸려지지 않은 언래칭상태가 되고, 이 상태에서는 래칭플레이트(300)가 회전할 수 있게 된다.

그리고, 상기 래칭핀(460)의 중단에는 오일통과홀(470)이 관통 형성되어, 상기 래칭핀(460)이 래칭홈(340)에 언래칭 작동되는 구간에서 오일라인(410)을 통해 공급되는 오일을 통과시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 래칭실린더(440)와 편심캠(200)의 오일전달통로(210) 사이에 오일홀(430)이 형성되어, 상기 오일통과홀(470)을 통과한 오일을 오일전달통로(210)에 공급할 수 있게 된다.

즉, 래칭실린더(440) 내부에 공급되는 유압을 이용하여 래칭핀(460)의 거동을 제어함으로써, 래칭핀(460)이 일측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에 삽입되면서 래칭플레이트(300)와 편심캠(200)의 회전을 제한하는 래칭작동을 구현하게 되는 것은 물론, 일측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에서 래칭핀(460)이 삽입 해제되어 래칭플레이트(300)와 편심캠(200)이 회전을 허용하는 언래칭작동을 구현할 수 있고, 또한 언래칭작동 이 후에 래칭핀(460)이 타측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에 삽입되면서 래칭플레이트(300)와 편심캠(200)의 회전을 제한하는 래칭작동을 구현할 수 있게 된다.

이를 통해, 피스톤핀(110)을 편심 회전시켜 피스톤(100)의 상사점 높이를 변화시킬 수 있게 되는바, 압축비를 가변할 수 있게 된다.

아울러, 도 6a 내지 도 6c는 상기 래칭기구의 제1실시예로서, 상기 오일라인(410)이 래칭실린더(440)의 일측에만 연결이 되고, 상기 래칭핀(460)을 상기 래칭실린더(440)의 일측으로 상시 밀어내는 탄성력을 제공하도록 래칭스프링(480)이 마련될 수 있다.

그리고, 상기 래칭핀(460)의 일단부와 타단부가 상이한 외경을 갖도록 래칭핀(460)의 중단에 제1단차부(462)가 형성되고, 상기 래칭실린더(440)의 일단부와 타단부가 상이한 내경을 갖도록 상기 래칭실린더(440)의 중단에 제2단차부(442)가 형성되며, 상기 제1단차부(462)와 제2단차부(442) 사이에 래칭스프링(480)이 지지되어 구비됨으로써, 상기 래칭스프링(480)이 상기 래칭핀(460)을 일측의 래칭플레이트(300)를 향해 상시 밀어내는 탄성력을 제공할 수 있게 된다.

이에, 도 6a 내지 도 6c를 통해 상기 래칭기구를 통한 래칭작동과정을 설명하면, 차량의 운전상태에 따라 혼합기의 압축비를 저압축비에서 고압축비로 전환하거나 고압축비에서 저압축비로 전환이 요구되는데, 예컨대 도 6a가 고압축비를 구현하고 있는 상태로 가정하여 설명한다.

도 6a의 상태에서 오일라인(410)을 통해 래칭실린더(440) 내부에 오일이 공급되면, 래칭핀(460)에 의해 오일홀(430)의 입구가 차단되어 있기 때문에, 오일라인(410)의 상단에 형성된 오일그루브(450)를 통해 오일이 유입되어 래칭핀(460)을 우측으로 밀어내는 힘을 가하게 된다.

이에, 래칭핀(460)이 우측으로 이동하게 되면서, 좌측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)으로부터 래칭핀(460)이 빠져나오게 되면서 래칭플레이트(300)를 더 이상 구속하지 못하게 되는 상태가 된다.

그렇게 되면, 도 6b와 같이 래칭핀(460)에 형성된 오일통과홀(470)이 오일홀(430)과 연통되는 상태로 전환되기 때문에, 오일라인(410)을 통해 래칭실린더(440)에 공급되는 오일이 오일통과홀(470)을 통해 오일홀(430)에 유입되고, 오일홀(430)에 유입되는 오일이 도 5와 같이 편심캠(200)에 형성된 오일전달통로(210)를 통과하여 래칭플레이트(300) 내부의 오일분출통로(320)에 유입되고, 오일분출통로(320)에 유입된 오일이 오일분출구(330)를 통해 분출됨으로써, 분출압력에 의해 래칭플레이트(300)가 회전될 수 있게 된다.

그리고, 이처럼 래칭플레이트(300)가 회전하는 과정에서 우측의 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)이 래칭실린더(440)의 우측단에 일치하게 되면, 오일라인(410)을 통해 공급되는 오일의 압력에 의해 래칭핀(460)을 우측으로 밀어내는 힘이 가해지게 되는바, 도 6c와 같이 상기 래칭핀(460)이 우측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에 삽입되어 래칭플레이트(300)의 회전을 제한하는 래칭작동을 구현하게 된다.

즉, 도 6c에서는 래칭플레이트(300)와 함께 회전하는 편심캠(200)의 회전에 의해 피스톤핀(110)이 편심 회전되어 피스톤핀(110)과 함께 피스톤(100)의 위치가 하부로 이동되고, 이에 피스톤(100)의 상사점 높이가 낮아지게 되는 상태로서, 도 8a와 같은 저압축비를 구현하는 상태로 전환될 수 있게 된다.

아울러, 상기 래칭기구를 이용하여 저압축비에서 고압축비로 전환하는 경우에는, 래칭스프링(480)의 탄성력을 이용하여 우측 래칭플레이트(300)에 삽입된 래칭핀(460)을 좌측 래칭플레이트(300)에 삽입하는 작동을 통해 압축비 전환작동이 가능하게 된다.

즉, 오일라인(410)을 통해 공급하는 오일의 공급을 중단하게 되면, 래칭핀(460)을 우측으로 밀어내는 유압이 제거됨으로써, 래칭스프링(480)의 탄성복원력에 의해 래칭핀(460)이 우측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)으로부터 빠져나와 래칭플레이트(300)를 더 이상 구속하지 못하게 되는 상태가 된다.

그렇게 되면, 피스톤(100)의 거동에 의해 래칭플레이트(300)가 회전이 되고, 래칭플레이트(300)가 회전하는 과정에서 좌측의 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)이 래칭실린더(440)의 좌측단에 일치하게 되면, 래칭스프링(480)의 탄성복원력에 의해 상기 래칭핀(460)이 좌측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에 삽입되어 래칭플레이트(300)의 회전을 제한하는 래칭작동을 구현하게 된다.

즉, 도 6a에서는 래칭플레이트(300)와 함께 회전하는 편심캠(200)의 회전에 의해 피스톤핀(110)이 편심 회전되어 피스톤핀(110)과 함께 피스톤(100)의 위치가 상부로 이동되고, 이에 피스톤(100)의 상사점 높이가 높아지게 되는 상태로서, 도 8b와 같은 고압축비를 구현하는 상태로 전환될 수 있게 된다.

아울러, 도 7a 내지 도 7e는 상기 래칭기구의 제2실시예로서, 상기 두 개의 오일라인(410)인 제1오일라인(410a)과 제2오일라인(410b)이 래칭실린더(440)의 양측에 각각 연결되고, 상기 제1오일라인(410a) 및 제2오일라인(410b)에는 전동식 오일펌프(500)를 통해 오일을 공급하도록 구성할 수 있다.

즉, 상기 래칭기구의 제2실시예의 경우, 제1오일라인(410a) 및 제2오일라인(410b)에서 제공되는 오일압력이 낮아지는 운전상황의 경우, 래칭핀(460)의 체결상태를 유지할 수 없을 수 있는바, 시동 오프시 또는 크랭킹시 전동식 오일펌프(500)를 작동하여 제1오일라인(410a) 또는 제2오일라인(410b)에서 제공되는 오일압력을 높이게 됨으로써, 래칭핀(460)을 체결하거나 체결 유지하도록 제어할 수 있다.

이에, 도 7a 내지 도 7e를 통해 상기 래칭기구를 통한 래칭작동과정을 설명하면, 예컨대 고압축비를 구현하고 있는 도 7a의 상태에서 제1오일라인(410a)을 통해 래칭실린더(440) 내부에 오일이 공급되면, 래칭핀(460)에 의해 오일홀(430)의 입구가 차단되어 있기 때문에, 제1오일라인(410a)의 상단에 형성된 오일그루브(450)를 통해 오일이 유입되어 래칭핀(460)을 우측으로 밀어내는 힘을 가하게 된다.

이에, 도 7b와 같이 래칭핀(460)이 우측으로 이동하게 되면서, 좌측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)으로부터 래칭핀(460)이 빠져나오게 되면서 래칭플레이트(300)를 더 이상 구속하지 못하게 되는 상태가 된다.

그렇게 되면, 도 7c와 같이 래칭핀(460)에 형성된 오일통과홀(470)이 오일홀(430)과 연통되는 상태로 전환되기 때문에, 제1오일라인(410a)을 통해 래칭실린더(440)에 공급되는 오일이 오일통과홀(470)을 통해 오일홀(430)에 유입되고, 오일홀(430)에 유입되는 오일이 도 5와 같이 편심캠(200)에 형성된 오일전달통로(210)를 통과하여 래칭플레이트(300) 내부의 오일분출통로(320)에 유입되고, 오일분출통로(320)에 유입된 오일이 오일분출구(330)를 통해 분출됨으로써, 분출압력에 의해 래칭플레이트(300)가 회전될 수 있게 된다.

그리고, 이처럼 래칭플레이트(300)가 회전하는 과정에서 도 7d와 같이, 우측의 래칭플레이트(300)에 형성된 래칭홈(340)이 래칭실린더(440)의 우측단에 일치하게 되면, 제1오일라인(410a)을 통해 공급되는 오일의 압력에 의해 래칭핀(460)을 우측으로 밀어내는 힘이 가해지게 되는바, 도 7e와 같이 상기 래칭핀(460)이 우측 래칭플레이트(300)의 래칭홈(340)에 삽입되어 래칭플레이트(300)의 회전을 제한하는 래칭작동을 구현하게 된다.

즉, 도 7e는 래칭플레이트(300)와 함께 회전하는 편심캠(200)의 회전에 의해 피스톤핀(110)이 편심 회전되어 피스톤핀(110)과 함께 피스톤(100)의 위치가 하부로 이동되고, 이에 피스톤(100)의 상사점 높이가 낮아지게 되는 상태로서, 도 8a와 같은 저압축비를 구현하는 상태로 전환될 수 있게 된다.

아울러, 상기 래칭기구를 이용하여 저압축비에서 고압축비로 전환하는 경우에는, 제2오일라인(410b)을 통해 공급되는 오일압력을 이용하여 우측 래칭플레이트(300)에 삽입된 래칭핀(460)을 좌측 래칭플레이트(300)에 삽입하는 작동을 통해 압축비 전환작동이 가능하게 된다.

이는, 앞서 래칭핀(460)을 좌측에서 우측으로 이동하는 작동과 동일한 작동원리로 구현이 되는 것으로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 압축비의 변경이 요구되는 경우, 래칭플레이트(300) 외주면에 형성된 오일분출구(330)를 통해 오일을 분출함으로써, 오일 분출압력에 의해 래칭플레이트(300)에 회전토크를 제공하여 래칭플레이트(300)와 함께 편심캠(200)을 회전시킬 수 있고, 이를 통해 편심캠(200)에 편심 구비된 피스톤핀(110)이 편심캠(200)의 축을 중심으로 편심 회전하게 되면서 피스톤핀(110)의 편심 회전궤적을 따라 피스톤(100)이 함께 이동하게 되는바, 피스톤(100)의 상사점 높이가 변화하게 되면서 압축비를 변경할 수 있게 된다.

따라서, 피스톤핀(110)의 편심 회전을 위한 편심캠(200)의 회전 구조를 간소화하여 구현함으로써, 가변압축비 메커니즘을 단순화하고 장치 설계 비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 피스톤
110 : 피스톤핀
200 : 편심캠
210 : 오일전달통로
210a : 제1전달통로
210b : 제2전달통로
220 : 오일유출구
300 : 래칭플레이트
310 : 오일유입구
320 : 오일분출통로
320a : 제1분출통로
320b : 제2분출통로
320c : 제3분출통로
330 : 오일분출구
340 : 래칭홈
400 : 커넥팅로드
410 : 오일라인
420 : 캠홀
430 : 오일홀
440 : 래칭실린더
442 : 제2단차부
450 : 오일그루브
460 : 래칭핀
462 : 제1단차부
470 : 오일통과홀
480 : 래칭스프링
500 : 전동식 오일펌프

Claims

피스톤과 커넥팅로드의 소단부를 연결하는 피스톤핀;
상기 커넥팅로드의 소단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤핀이 편심 구비되어, 회전 작동에 따라 상기 피스톤핀을 편심 회전시켜 피스톤의 상사점 높이를 변화시키는 편심캠;
상기 편심캠과 함께 회전되고, 내부에 공급된 오일이 외주면에 형성된 오일분출구를 통해 그 원주방향을 따라 외부로 분출되도록 구성하여 오일 분출압에 의해 회전이 되는 래칭플레이트; 및
상기 래칭플레이트에 선택적으로 오일을 공급하는 오일공급수단;을 포함하는 가변압축비 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 래칭플레이트의 일면에 오일유입구가 형성되어, 상기 오일공급수단을 통해 공급되는 오일이 상기 래칭플레이트의 내부에 유입되고;
상기 래칭플레이트의 내부에 상기 오일유입구와 연통되는 오일분출통로가 형성되며;
상기 오일분출통로가 상기 래칭플레이트의 외주면에 형성되는 오일분출구에 이어져 상기 오일분출구를 통해 오일이 분출되되, 상기 오일분출구가 상기 래칭플레이트의 외주면에 원주방향으로 비스듬하게 뚫려진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 2에 있어서,
상기 오일분출통로는,
상기 래칭플레이트의 내부에 피스톤핀을 중심으로 원주방향을 따라 형성된 제1분출통로;
일단이 상기 제1분출통로와 연통되고, 타단이 상기 래칭플레이트의 반경방향을 따라 형성된 제2분출통로;
일단이 상기 제2분출통로의 타단에 연통되면서 절곡 형성되고, 타단이 상기 오일분출구로 이어지는 제3분출통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 3에 있어서,
상기 제3분출통로는 제2분출통로에 대해 90°이상에서 180°미만의 각도로 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 오일공급수단은,
상기 커넥팅로드의 길이방향을 따라 형성되어 오일이 공급되는 오일라인;
상기 오일라인을 통해 유입되는 오일압력을 이용하여 상기 래칭플레이트를 회전상태와 회전구속상태로 전환하는 래칭기구;
상기 래칭기구를 통과한 오일이 편심캠 내부에 공급되도록 상기 편심캠의 원주방향을 따라 형성된 오일전달통로;
상기 래칭플레이트의 오일유입구와 연통 형성되어, 상기 오일전달통로 내부의 오일을 래칭플레이트 내부로 유입시키는 오일유출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 5에 있어서,
상기 커넥팅로드의 소단부에 캠홀이 형성되어 상기 캠홀 내에 편심캠이 삽입되고;
상기 래칭기구와 캠홀 내주면 사이에 오일홀이 형성되어 래칭기구를 통과한 오일이 상기 오일홀을 통해 유동되며;
상기 오일전달통로가 제1전달통로와 제2전달통로로 구분 형성되되, 상기 캠홀에 형성된 오일홀과 상시 연통 상태를 유지하도록 편심캠의 원주방향을 따라 제1전달통로가 형성되고;
상기 제1전달통로의 단부에 제2전달통로가 연통 형성되며;
상기 제2전달통로가 상기 래칭플레이트의 오일유입구와 연통 형성된 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 5에 있어서,
상기 래칭기구는,
상기 편심캠의 양측에 래칭플레이트가 각각 결합되되, 상기 커넥팅로드의 소단부를 향하는 래칭플레이트의 일면에 형성된 래칭홈;
상기 커넥팅로드의 소단부 내부에 형성되고, 양 단부가 상기 래칭플레이트의 회전과정에서 양측 래칭홈과 일치하는 지점에 위치하도록 형성되며, 오일라인의 상단과 연결되어 내부에 오일이 공급되는 래칭실린더;
상기 오일라인의 상단에 래칭홈을 향해 연장 형성되어, 상기 래칭플레이트의 회전과정에서 래칭홈과 연통되는 오일그루브;
상기 래칭실린더 내부에 양측 래칭플레이트 사이에서 직선 이동 가능하게 구비되어 양 단부가 래칭홈 내부에 끼워져 래칭 작동되는 래칭핀;
상기 래칭핀의 중단에 형성되어 상기 래칭핀이 래칭홈에 언래칭 작동되는 구간에서 오일라인을 통해 공급되는 오일을 통과시키는 오일통과홀;
상기 래칭실린더와 편심캠의 오일전달통로 사이에 형성되어 오일통과홀을 통과한 오일을 오일전달통로에 공급하는 오일홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 7에 있어서,
상기 오일라인이 래칭실린더의 일측에만 연결되고;
상기 래칭핀을 상기 래칭실린더의 일측으로 상시 밀어내는 탄성력을 제공하도록 래칭스프링이 마련된 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 8에 있어서,
상기 래칭핀의 일단부와 타단부가 상이한 외경을 갖도록 중단에 제1단차부가 형성되고;
상기 래칭실린더의 일단부와 타단부가 상이한 내경을 갖도록 중단에 제2단차부가 형성되며;
상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 래칭스프링이 지지되어 구비된 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.
청구항 7에 있어서,
상기 오일라인이 래칭실린더의 양측에 각각 연결되고;
상기 오일라인에는 전동식 오일펌프를 통해 오일을 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 가변압축비 엔진.