KR20200015304A - 가변 압축비 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커넥팅 로드의 소단부에 편심 캠을 장착하고, 이 편심 캠을 서로 다른 위치에서 선택적으로 래칭시킴으로써 혼합기의 압축비를 변화시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 축을 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 엔진의 운전 조건에 따라 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치일 수 있다.
상기 가변 압축비 장치는, 상기 피스톤과 함께 움직이는 피스톤 핀에 회전 가능하게 연결되도록 원형의 홀이 형성된 소단부, 상기 크랭크 축에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 대단부, 및 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 유압이 공급되도록 형성된 작동 유로를 포함하는 커넥팅 로드와, 상기 소단부의 홀에 동심으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤 핀이 편심되게 삽입되어 회전 가능하게 연결되는 편심 캠과, 상기 작동 유로를 통하여 상기 소단부에 공급된 유압에 의해 작동되어 상기 소단부와 상기 편심 캠을 선택적으로 래칭시키는 래칭 핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 축을 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 엔진의 운전 조건에 따라 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치일 수 있다.
상기 가변 압축비 장치는, 상기 피스톤과 함께 움직이는 피스톤 핀에 회전 가능하게 연결되도록 원형의 홀이 형성된 소단부, 상기 크랭크 축에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 대단부, 및 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 유압이 공급되도록 형성된 작동 유로를 포함하는 커넥팅 로드와, 상기 소단부의 홀에 동심으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤 핀이 편심되게 삽입되어 회전 가능하게 연결되는 편심 캠과, 상기 작동 유로를 통하여 상기 소단부에 공급된 유압에 의해 작동되어 상기 소단부와 상기 편심 캠을 선택적으로 래칭시키는 래칭 핀을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 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 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킨다.
종래의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크 축을 연결하는 커넥팅 로드의 길이를 변화시킴으로써 압축비의 변화를 구현하였다. 이러한 타입의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크 축을 연결하는 부분이 여러 개의 링크들로 구성되어 있어 연소압이 상기 링크들에 직접 전달되게 되었다. 이에 따라, 링크들의 내구성이 취약해졌다.
종래의 가변 압축비 장치에 대한 다양한 실험 결과, 편심 캠을 이용하여 크랭크 핀과 피스톤 핀 사이의 거리를 변화시키는 것이 작동 신뢰성이 높다는 것이 밝혀졌다. 그런데, 편심 캠을 회전시키기 위하여 유압을 이용하면 각 실린더마다 편심 캠의 회전량 및 유압 유출량이 다르므로 각 실린더마다 압축비가 일정하지 못하고, 엔진 작동 조건에 따라 압축비가 변화되는 시간이 달라지는 문제점이 있었다. 또한, 편심 캠의 래칭을 위한 제어가 용이하지 못하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 커넥팅 로드의 소단부에 편심 캠을 장착하고, 이 편심 캠을 서로 다른 위치에서 선택적으로 래칭시킴으로써 혼합기의 압축비를 변화시키는 가변 압축비 장치를 제공하는 것이다.
또한, 크랭크 축과 평행한 방향으로 작동되는 단순한 구성의 래칭 핀이 제공되어 편심 캠의 래칭 시에 회전 관성의 간섭을 방지하면서도 원가가 절감될 수 있는 가변 압축비 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치는, 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 축을 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 엔진의 운전 조건에 따라 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치일 수 있다.
상기 가변 압축비 장치는, 상기 피스톤과 함께 움직이는 피스톤 핀에 회전 가능하게 연결되도록 원형의 홀이 형성된 소단부, 상기 크랭크 축에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 대단부, 및 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 유압이 공급되도록 형성된 작동 유로를 포함하는 커넥팅 로드와, 상기 소단부의 홀에 동심으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤 핀이 편심되게 삽입되어 회전 가능하게 연결되는 편심 캠과, 상기 작동 유로를 통하여 상기 소단부에 공급된 유압에 의해 작동되어 상기 소단부와 상기 편심 캠을 선택적으로 래칭시키는 래칭 핀을 포함할 수 있다.
상기 소단부와 상기 편심 캠은 적어도 2개 이상의 상대적인 위상에서 각각 선택적으로 래칭될 수 있다.
상기 가변 압축비 장치는, 상기 편심 캠이 삽입되어 안착되는 상기 소단부의 개구된 일면을 덮도록 배치되고, 결합 핀에 의해 상기 편심 캠에 고정되며, 상기 피스톤 핀이 회전 가능하게 연결되는 제1 플레이트와, 상기 편심 캠이 삽입되어 안착되는 상기 소단부의 개구된 타면을 덮도록 배치되고, 상기 결합 핀에 의해 상기 편심 캠에 고정되며, 상기 피스톤 핀이 회전 가능하게 연결되는 제2 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 래칭 핀은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 하나에 선택적으로 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 작동 유로는, 상기 크랭크 축을 통하여 유입되는 유압을 공급받도록 상기 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 연장되고, 상기 제1 플레이트에 상대적으로 근접하여 배치되는 제1 유로와, 상기 크랭크 축을 통하여 유입되는 유압을 공급받도록 상기 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 연장되고, 상기 제2 플레이트에 상대적으로 근접하여 배치되는 제2 유로와, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 연통하도록 상기 소단부에서 회전 축 방향으로 연장되는 연통 챔버를 포함할 수 있다.
상기 래칭 핀은 상기 연통 챔버의 내부에서 상기 제1 유로를 통하여 공급된 유압에 의해 상기 제2 플레이트를 향하여 이동되고, 상기 제2 유로를 통하여 공급된 유압에 의해 상기 제1 플레이트를 향하여 이동되는 직선왕복운동이 가능하게 배치될 수 있다.
상기 래칭 핀을 상기 제1 플레이트를 향하여 이동시키는 유압이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 상태가 구현될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입된 상태에서 상기 제1 유로를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행될 수 있다.
상기 래칭 핀을 상기 제2 플레이트를 향하여 이동시키는 유압이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태가 구현될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입된 상태에서 상기 제2 유로를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 상기 래칭 핀에는, 상기 제1 유로로부터 유압이 유입되는 홀로서 상기 커넥팅 로드의 길이방향과 평행하게 연장되는 제1 유입홀과, 상기 제1 유입홀을 경유한 유압을 상기 제1 플레이트를 향하여 유출시키도록 상기 제1 유입홀과 연통되어 상기 소단부의 회전 축 방향으로 연장되는 제1 유출홀과, 상기 제1 유입홀과 연통되도록 상기 래칭 핀의 외주를 따라 연장되는 제1 가이드홈과, 상기 제2 유로로부터 유압이 유입되는 홀로서 상기 커넥팅 로드의 길이방향과 평행하게 연장되는 제2 유입홀과, 상기 제2 유입홀을 경유한 유압을 상기 제2 플레이트를 향하여 유출시키도록 상기 제2 유입홀과 연통되어 상기 소단부의 회전 축 방향으로 연장되는 제2 유출홀과, 상기 제2 유입홀과 연통되도록 상기 래칭 핀의 외주를 따라 연장되는 제2 가이드홈이 형성될 수 있다.
상기 제1 유입홀은 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태에서 상기 제1 유로와 연통되도록 위치되고, 상기 제2 유입홀은 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태에서 상기 제2 유로와 연통되도록 위치될 수 있다.
상기 제1 가이드홈은 상기 래칭 핀의 회전에 의해 상기 제1 유입홀이 상기 제1 유로에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제1 유입홀에 원활하게 유입되도록 기능하고, 상기 제2 가이드홈은 상기 래칭 핀의 회전에 의해 상기 제2 유입홀이 상기 제2 유로에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제2 유입홀에 원활하게 유입되도록 기능할 수 있다.
상기 제2 유로, 상기 제2 유입홀, 및 상기 제2 유출홀을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제2 유출홀로부터 유출되는 유압이 상기 제2 플레이트의 내면을 밀어 상기 래칭 핀을 상기 제1 플레이트를 향하여 이동시키는 힘이 발생되고, 이 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 제1 유로, 상기 제1 유입홀, 및 상기 제1 유출홀을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제1 유출홀로부터 유출되는 유압이 상기 제1 플레이트의 내면을 밀어 상기 래칭 핀을 상기 제2 플레이트를 향하여 이동시키는 힘이 발생되고, 이 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 어느 하나가 구현될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 다른 하나가 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치에서 상기 작동 유로는, 상기 제1 유로와 상기 연통 챔버를 연통하도록 상기 연통 챔버의 둘레에 형성된 공간인 제1 유로 챔버와, 상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈의 둘레에 형성된 공간인 제1 플레이트 챔버와, 상기 제2 유로와 상기 연통 챔버를 연통하도록 상기 연통 챔버의 둘레에 형성된 공간인 제2 유로 챔버와, 상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈의 둘레에 형성된 공간인 제2 플레이트 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치될 때에 상기 제1 플레이트 챔버는 상기 제1 유로 챔버에 대응되도록 위치되고, 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치될 때에 상기 제2 플레이트 챔버는 상기 제2 유로 챔버에 대응되도록 위치될 수 있다.
상기 제2 유로 및 상기 제2 유로 챔버를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제2 플레이트의 내면과 상기 래칭 핀 사이에 유입될 수 있도록 상기 제2 유로 챔버에 저장되고, 이 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 제2 유로 챔버에 저장된 유압이 상기 래칭 핀과 상기 제2 플레이트의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 제1 유로 및 상기 제1 유로 챔버를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제1 플레이트의 내면과 상기 래칭 핀 사이에 유입될 수 있도록 상기 제1 유로 챔버에 저장되고, 이 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 제1 유로 챔버에 저장된 유압이 상기 래칭 핀과 상기 제1 플레이트의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 어느 하나가 구현될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 다른 하나가 구현될 수 있다.
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입된 상태에서 유압이 상기 제1 유로, 상기 제1 유로 챔버, 및 상기 제1 플레이트 챔버를 순차적으로 경유하여 상기 제1 래칭 홈에 유입됨으로써 수행되고, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입된 상태에서 유압이 상기 제2 유로, 상기 제2 유로 챔버, 및 상기 제2 플레이트 챔버를 순차적으로 경유하여 상기 제2 래칭 홈에 유입됨으로써 수행될 수 있다.
상기 가변 압축비 장치는, 상기 편심 캠의 외주를 따라 일정거리만큼 함몰된 스토퍼 레일 및 상기 소단부의 내주면으로부터 상기 편심 캠을 향하여 돌출된 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 스토퍼 레일에 삽입되어 상기 소단부로부터 상기 편심 캠이 상대회전 할 때에 상기 스토퍼 레일의 상기 편심 캠 원주방향 양 끝단 중 하나에 걸림으로써, 상기 편심 캠의 회전을 제한할 수 있다.
상기 스토퍼가 상기 스토퍼 레일의 양 끝단 중 일단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠의 위상은 상기 래칭 핀이 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 어느 하나에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 위상이고, 상기 스토퍼가 상기 스토퍼 레일의 양 끝단 중 타단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠의 위상은 상기 래칭 핀이 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 다른 다른 하나에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 위상일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 편심 캠의 회전을 제한하는 구성이 단순해짐에 따라 제어의 용이성이 증대될 수 있다.
또한, 크랭크 축과 평행한 방향으로 작동되는 단순한 구성의 래칭 핀이 제공됨에 따라 편심 캠의 래칭 시에 회전 관성의 간섭이 방지되고, 원가가 절감될 수 있다.
나아가, 래칭 핀의 작동 유로가 단순해짐에 따라 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구성을 보여주기 위해 피스톤이 삭제된 도면이다.
도 3은 도 2를 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 절개한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 저압축비 및 고압축비에서 피스톤의 위치를 비교한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 회전을 제한하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구성을 보여주기 위해 피스톤이 삭제된 도면이다.
도 3은 도 2를 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 절개한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 저압축비 및 고압축비에서 피스톤의 위치를 비교한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 회전을 제한하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 구성을 보여주기 위해 피스톤이 삭제된 도면이며, 도 3은 도 2를 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)의 구성을 나타내기 위한 엔진의 일부 구성이 도시되었다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 혼합기의 연소력을 피스톤(10)으로부터 전달받아 크랭크 축(30)을 회전시키는 엔진에 제공되며, 혼합기의 압축비를 상기 엔진의 운전 조건에 따라 변경한다.
상기 피스톤(10)은 실린더(도시하지 않음) 내에서 상하 운동을 하며, 상기 피스톤(10)과 상기 실린더 사이에는 연소실이 형성된다. 또한, 상기 크랭크 축(30)은 상기 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달받고 이 연소력을 회전력으로 변환하여 변속기(도시하지 않음)에 전달한다. 상기 크랭크 축(30)은 상기 실린더의 하단에 형성되어 있는 크랭크 케이스(도시하지 않음) 내에 장착되어 있다. 또한, 상기 크랭크 축(30)에는 회전 시 발생하는 진동을 저감시키도록 복수개의 밸런스 웨이트(32)가 장착 또는 형성되어 있다. 이러한 엔진의 기본적인 구성 및 기능은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명하다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 커넥팅 로드(20), 편심 캠(40), 및 작동 유로(25, 26, 28)를 포함한다.
상기 커넥팅 로드(20)는 상기 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달받아 상기 크랭크 축(30)에 전달한다. 이러한 연소력의 전달을 위하여, 상기 커넥팅 로드(20)의 일단은 피스톤 핀(12)에 의해 상기 피스톤(10)에 회전 가능하게 연결되고, 상기 커넥팅 로드(20)의 타단은 상기 크랭크 축(30)에 편심된 크랭크 핀(34)에 의해 상기 크랭크 축(30) 및 상기 밸런스 웨이트(32)에 회전 가능하게 연결된다. 통상적으로, 상기 피스톤(10)과 연결되는 커넥팅 로드(20)의 일단부를 소단부(22)라고 하고, 상기 소단부(22)보다 축의 회전 반경이 크게 형성되어 상기 크랭크 축(30)과 연결되는 커넥팅 로드(20)의 타단부를 대단부(24)라고 한다. 또한, 상기 소단부(22)에는 회전 축 방향으로 천공된 홀(hole)이 형성된다. 이러한 소단부(22)의 홀은 상기 소단부(22)가 상기 피스톤 핀(12)과 회전 가능하게 연결될 수 있도록 원형으로 형성된다. 여기서, 상기 피스톤 핀(12)이 상기 피스톤(10)과 일체로 상하운동 하는 것이 당업자에게 자명하며, 본 명세서에서는 상기 피스톤 핀(12) 및 상기 피스톤 핀(12)이 삽입되어 위치되는 피스톤 핀 삽입홀(12)를 동일한 도면부호를 부여하여 지칭하기로 한다. 이처럼 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)의 커넥팅 로드(20)는 전체적인 형상이 기존의 것과 유사하거나 대응된다. 따라서, 기존 엔진의 구조변경을 최소화하면서 가변 압축비 장치를 장착할 수 있다.
상기 편심 캠(40)은 상기 소단부(22)의 홀에 회전 가능하게 삽입되도록 상기 커넥팅 로드(20)의 소단부(22)에 구비된다. 또한, 상기 편심 캠(40)은 그 외경이 상기 소단부(22) 홀의 내경에 대응되는 원형으로 형성되어 상기 소단부(22)의 홀에 동심으로 삽입된다. 나아가, 상기 편심 캠(40)에는 상기 피스톤 핀(12)이 삽입되는 상기 피스톤 핀 삽입홀(12)이 편심되게 형성된다. 즉, 상기 피스톤(10) 및 상기 편심 캠(40)에 형성된 상기 피스톤 핀 삽입홀(12)에 상기 피스톤 핀(12)이 삽입됨으로써, 상기 피스톤(10)과 상기 편심 캠(40)이 회전 가능하게 연결된다. 따라서, 상기 편심 캠(40)은 그 원심을 중심으로 회전함과 동시에 그 원심과 일정 거리만큼 이격된 상기 피스톤 핀(12)의 축심을 중심으로 회전한다. 여기서, 상기 피스톤 핀(12)이 상기 편심 캠(40)에 편심되게 삽입됨으로써, 상기 소단부(22)의 홀 내부에서 상기 편심 캠(40)이 회전함에 따라 상기 피스톤 핀(12)의 축심과 상기 소단부(22) 홀 중심의 상대적인 위상이 변경된다. 다시 말해, 상기 소단부(22)의 홀 내부에서 상기 편심 캠(40)이 회전함에 따라 상기 피스톤(10)과 상기 커넥팅 로드(20) 소단부(22)의 상대적인 위상이 변경됨으로써, 혼합기의 압축비가 변경된다.
상기 작동 유로(25, 26, 28)는 상기 편심 캠(40)을 상기 커넥팅 로드(20)의 소단부(22)에 선택적으로 래칭(latching)시키기 위한 유압이 공급되도록 상기 커넥팅 로드(20)에 형성된다. 이 때, 상기 편심 캠(40)은 엔진의 운전 조건에 따라 다르게 요구되는 상기 피스톤(10)과 상기 커넥팅 로드(20) 소단부(22)의 적어도 2개 이상의 상대적인 위상 중 하나에서 상기 소단부(22)에 선택적으로 래칭된다. 또한, 상기 작동 유로(25, 26, 28)는 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로로부터 유압을 공급받도록 형성된다. 여기서, 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로 및 이를 통한 유압의 공급은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동도이다.
도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 제1 플레이트(42), 제2 플레이트(44), 결합 핀(46), 및 래칭 핀(50)을 더 포함하고, 상기 작동 유로(25, 26, 28)는 제1 유로(25), 제2 유로(26), 및 연통 챔버(28)를 포함한다.
상기 제1 플레이트(42)는 상기 편심 캠(40)이 삽입되어 안착되는 상기 소단부(22) 홀의 개구된 일면을 덮도록 배치된다. 한편, 도면에는 상기 제1 플레이트(42)가 상기 편심 캠(40)보다 직경이 큰 원형으로 형성된 것이 도시되었으나, 상기 소단부(22) 홀을 덮을 수 있는 크기를 만족한다면 그 형상은 원형으로 한정되지 않는다. 또한, 상기 제1 플레이트(42)에는 상기 피스톤 핀(12)이 통과하는 상기 피스톤 핀 삽입홀(12)이 형성된다.
상기 제2 플레이트(44)는 상기 편심 캠(40)이 삽입되어 안착되는 상기 소단부(22) 홀의 개구된 타면을 덮도록 배치된다. 한편, 도면에는 상기 제2 플레이트(44)가 상기 편심 캠(40)보다 직경이 큰 원형으로 형성된 것이 도시되었으나, 상기 소단부(22) 홀을 덮을 수 있는 크기를 만족한다면 그 형상은 원형으로 한정되지 않는다. 또한, 상기 제2 플레이트(44)에는 상기 피스톤 핀(12)이 통과하는 상기 피스톤 핀 삽입홀(12)이 형성된다. 다시 말해, 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44)는 상기 편심 캠(40)이 상기 소단부(22)로부터 이탈되는 것을 방지하도록 양측에 배치되며, 상기 피스톤 핀(12)은 상기 피스톤(10)의 일측, 상기 제1 플레이트(42), 상기 편심 캠(40), 상기 제2 플레이트(44), 및 상기 피스톤(10)의 타측을 순차적으로 관통하도록 삽입된다.
상기 결합 핀(46)은 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44)를 상기 편심 캠(40)에 결합시킨다. 또한, 상기 결합 핀(46)은 상기 제1 플레이트(42), 상기 편심 캠(40), 및 상기 제2 플레이트(44)를 순차적으로 관통한다. 나아가, 상기 결합 핀(46)에 의해 상기 편심 캠(40)에 고정된 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44)는 상기 편심 캠(40)과 함께 움직인다. 즉, 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44)는 상기 편심 캠(40)과 함께 회전한다. 따라서, 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 하나가 상기 커넥팅 로드(20)의 소단부(22)에 래칭되면, 상기 편심 캠(40)과 상기 소단부(22)의 래칭이 구현된다.
상기 제1 유로(25)는 상기 커넥팅 로드(20)의 길이방향을 따라 형성된다. 또한, 상기 제1 유로(25)는 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로로부터 공급받은 유압으로 상기 편심 캠(40)과 상기 소단부(22)의 래칭을 구현하도록 상기 대단부(24)로부터 상기 소단부(22)까지 연장된다. 한편, 상기 편심 캠(40)과 상기 소단부(22)의 래칭에 사용된 유압이 상기 제1 유로(25) 및 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로를 경유하여 배출됨은 물론이다. 나아가, 상기 제1 유로(25)는 상기 제1 플레이트(42)에 상대적으로 근접하여 배치된다.
상기 제2 유로(26)는 상기 커넥팅 로드(20)의 길이방향을 따라 형성된다. 또한, 상기 제2 유로(26)는 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로로부터 공급받은 유압으로 상기 편심 캠(40)과 상기 소단부(22)의 래칭을 구현하도록 상기 대단부(24)로부터 상기 소단부(22)까지 연장된다. 즉, 상기 제2 유로(26)는 상기 제1 유로(25)와 평행하게 형성될 수 있다. 한편, 상기 편심 캠(40)과 상기 소단부(22)의 래칭에 사용된 유압이 상기 제2 유로(26) 및 상기 크랭크 축(30), 상기 밸런스 웨이트(32), 및 상기 크랭크 핀(34)에 형성된 유로를 경유하여 배출됨은 물론이며, 상기 제1 유로(25)를 통하여 공급되었던 유압은 상기 제2 유로(26)로 배출되고 상기 제2 유로(26)를 통하여 공급되었던 유압은 상기 제1 유로(25)로 배출될 수 있다. 나아가, 상기 제2 유로(26)는 상기 제2 플레이트(44)에 상대적으로 근접하여 배치된다.
상기 연통 챔버(28)는 상기 소단부(22)에 형성되며, 상기 제1 유로(25)와 상기 제2 유로(26)를 연통하는 공간이다. 즉, 상기 연통 챔버(28)는 상기 소단부(22)의 회전 축 방향과 평행하게 연장되도록 형성된다.
상기 래칭 핀(50)은 상기 연통 챔버(28)의 내부에 배치된다. 또한, 상기 래칭 핀(50)은 상기 연통 챔버(28)가 연장된 방향을 따라 직선왕복운동 가능하게 구비된다. 여기서, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 유로(25)를 통하여 공급된 유압에 의해 일방향으로 이동되고, 상기 제2 유로(26)를 통하여 공급된 유압에 의해 반대방향으로 이동되면서 상기 래칭 핀(50)의 직선운동이 구현된다. 또한, 상기 래칭 핀(50)이 유압에 의해 이동되어 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 하나와 상기 소단부(22)를 래칭시킨다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 상기 래칭 핀(50)에 제1 유입홀(51), 제1 유출홀(52), 제1 가이드홈(53), 제2 유입홀(56), 제2 유출홀(57), 및 제2 가이드홈(58)이 형성된다(도 4 내지 도 7 참조).
상기 제1 유입홀(51)은 상기 커넥팅 로드(20)의 길이방향과 평행하게 연장된다. 또한, 상기 제1 유입홀(51)은 상기 제1 유로(25)로부터 유압이 유입되는 홀(hole)로서 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 어느 하나도 상기 소단부(22)와 래칭되지 않은 상태에서 상기 제1 유로(25)와 연통되도록 위치된다.
상기 제1 유출홀(52)은 상기 제1 유입홀(51)과 연통되어 상기 소단부(22)의 회전 축 방향과 평행하게 연장된다. 또한, 상기 제1 유출홀(52)은 상기 제1 유입홀(51)을 경유한 유압을 상기 제1 플레이트(42)를 향하여 유출시키는 홀이다.
상기 제1 가이드홈(53)은 상기 제1 유입홀(51)과 연통되도록 상기 래칭 핀(50)의 외주를 따라 형성된다. 또한, 상기 제1 가이드홈(53)은 상기 제1 유로(25)로부터 공급된 유압이 상기 제1 유입홀(51)에 유입되도록 유도하는 홈으로서 상기 연통 챔버(28) 내부에서 상기 래칭 핀(50)의 회전에 의해 상기 제1 유입홀(51)의 개구된 방향이 상기 제1 유로(25)에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제1 유입홀(51)에 원활하게 유입되도록 한다.
상기 제2 유입홀(56)은 상기 커넥팅 로드(20)의 길이방향과 평행하게 연장된다. 또한, 상기 제2 유입홀(56)은 상기 제2 유로(26)로부터 유압이 유입되는 홀로서 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 어느 하나도 상기 소단부(22)와 래칭되지 않은 상태에서 상기 제2 유로(26)와 연통되도록 위치된다.
상기 제2 유출홀(57)은 상기 제2 유입홀(56)과 연통되어 상기 소단부(22)의 회전 축 방향과 평행하게 연장된다. 또한, 상기 제2 유출홀(57)은 상기 제2 유입홀(56)을 경유한 유압을 상기 제2 플레이트(44)를 향하여 유출시키는 홀이다.
상기 제2 가이드홈(58)은 상기 제2 유입홀(56)과 연통되도록 상기 래칭 핀(50)의 외주를 따라 형성된다. 또한, 상기 제2 가이드홈(58)은 상기 제2 유로(26)로부터 공급된 유압이 상기 제2 유입홀(56)에 유입되도록 유도하는 홈으로서 상기 연통 챔버(28) 내부에서 상기 래칭 핀(50)의 회전에 의해 상기 제2 유입홀(56)의 개구된 방향이 상기 제2 유로(26)에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제2 유입홀(56)에 원활하게 유입되도록 한다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조로 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)의 작동을 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)에서 상기 제2 유로(26), 상기 제2 유입홀(56), 및 상기 제2 유출홀(57)을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제2 유출홀(57)로부터 상기 제2 플레이트(44)를 향하여 유출되는 유압이 상기 제2 플레이트(44)의 내면을 밀어 상기 래칭 핀(50)을 상기 제1 플레이트(42)를 향하여 이동시키는 힘이 발생한다. 여기서, 설명의 편의상 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44)의 상기 편심 캠(40)을 향하는 면을 내면으로 정의하여 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 래칭 핀(50)을 상기 제1 플레이트(42)를 향하여 이동시키는 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠(40), 상기 제1 플레이트(42), 및 상기 제2 플레이트(44)의 회전에 따라 상기 제1 플레이트(42)의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈(42g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된다. 여기서, 상기 제1 래칭 홈(42g)은 상기 연통 챔버(28) 및 상기 래칭 핀(50)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 래칭 핀(50)이 이동되면서 형성된 상기 연통 챔버(28)의 상기 래칭 핀(50)과 상기 제2 플레이트(44) 내면 사이 공간에 상기 제2 유로(26)를 경유한 유압이 직접적으로 공급됨으로써, 상기 래칭 핀(50)의 이동이 신속하게 수행된다. 이처럼 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되면, 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)에서 상기 제1 유로(25), 상기 제1 유입홀(51), 및 상기 제1 유출홀(52)을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제1 유출홀(52)로부터 상기 제1 플레이트(42)를 향하여 유출되는 유압이 상기 제1 플레이트(42)의 내면을 밀어 상기 래칭 핀(50)을 상기 제2 플레이트(44)를 향하여 이동시키는 힘이 발생하며, 이 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠(40), 상기 제1 플레이트(42), 및 상기 제2 플레이트(44)의 회전에 따라 상기 제2 플레이트(44)의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈(44g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된다. 여기서, 상기 제2 래칭 홈(44g)은 상기 연통 챔버(28) 및 상기 래칭 핀(50)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 래칭 핀(50)이 이동되면서 형성된 상기 연통 챔버(28)의 상기 래칭 핀(50)과 상기 제1 플레이트(42) 내면 사이 공간에 상기 제1 유로(25)를 경유한 유압이 직접적으로 공급됨으로써, 상기 래칭 핀(50)의 이동이 신속하게 수행된다. 이처럼 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입되면, 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭된다.
도면에는 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되어 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭될 때에 상기 피스톤 핀(12)과 상기 크랭크 핀(34) 사이의 거리가 상대적으로 가까운, 즉, 상기 피스톤(10)의 위치가 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 상태가 구현되고, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입되어 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭될 때에 상기 피스톤 핀(12)과 상기 크랭크 핀(34) 사이의 거리가 상대적으로 먼, 즉, 상기 피스톤(10)의 위치가 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태가 구현되는 것이 도시되었다. 여기서, 상기 제1 래칭 홈(42g) 및 상기 제2 래칭 홈(44g)이 형성되는 위치에 따라 구현하고자 하는 엔진의 저압축비 및 고압축비가 결정될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 어느 하나도 상기 소단부(22)와 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된 상태에서 상기 제1 유로(25)를 통하여 유압이 공급되고, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된 상태에서 상기 제2 유로(26)를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행될 수 있다. 다시 말해, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된 상태에서 상기 제1 유출홀(52)로부터 유출되는 유압이 상기 제1 래칭 홈(42g)의 상기 제1 플레이트(42) 내면을 밀어 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)으로부터 멀어지면서 원위치 되고, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된 상태에서 상기 제2 유출홀(57)로부터 유출되는 유압이 상기 제2 래칭 홈(44g)의 상기 제2 플레이트(44) 내면을 밀어 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)으로부터 멀어지면서 원위치 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 상기 제1 유입홀(51), 상기 제1 유출홀(52), 상기 제1 가이드홈(53), 상기 제2 유입홀(56), 상기 제2 유출홀(57), 및 상기 제2 가이드홈(58) 대신에 제1 유로 챔버(25c), 제1 플레이트 챔버(42c), 제2 유로 챔버(26c), 및 제2 플레이트 챔버(44c)를 포함한다. 다시 말해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)와 비교하여 상기 래칭 핀(50)을 이동시키기 위한 유로가 달라진다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 상기 래칭 핀(50)에서 상기 제1 유입홀(51), 상기 제1 유출홀(52), 상기 제1 가이드홈(53), 상기 제2 유입홀(56), 상기 제2 유출홀(57), 및 상기 제2 가이드홈(58)이 삭제되고, 상기 래칭 핀(50)과는 별도로 상기 제1 유로 챔버(25c), 상기 제1 플레이트 챔버(42c), 상기 제2 유로 챔버(26c), 및 상기 제2 플레이트 챔버(44c)가 추가된 것을 제외하고는 그 밖의 구성이 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)와 동일하므로 동일한 구성요소들의 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 유로 챔버(25c)는 상기 제1 유로(25)와 상기 연통 챔버(28)를 연통하도록 상기 연통 챔버(28)의 둘레에 형성된 공간이다. 또한, 상기 제1 래칭 홈(42g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치될 때에 상기 제1 유로 챔버(25c)는 상기 제1 유로(25)와 상기 제1 래칭 홈(42g)을 연통한다. 이 때, 상기 제1 유로 챔버(25c)는 상기 제1 플레이트 챔버(42c)와 연통된다.
상기 제1 플레이트 챔버(42c)는 상기 제1 래칭 홈(42g)의 둘레에 형성된 공간이다. 또한, 상기 제1 래칭 홈(42g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치될 때에 상기 제1 플레이트 챔버(42c)는 상기 제1 유로 챔버(25c)에 대응되도록 위치된다.
상기 제2 유로 챔버(26c)는 상기 제2 유로(26)와 상기 연통 챔버(28)를 연통하도록 상기 연통 챔버(28)의 둘레에 형성된 공간이다. 또한, 상기 제2 래칭 홈(44g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치될 때에 상기 제2 유로 챔버(26c)는 상기 제2 유로(26)와 상기 제2 래칭 홈(44g)을 연통한다. 이 때, 상기 제2 유로 챔버(26c)는 상기 제2 플레이트 챔버(44c)와 연통된다.
상기 제2 플레이트 챔버(44c)는 상기 제2 래칭 홈(44g)의 둘레에 형성된 공간이다. 또한, 상기 제2 래칭 홈(44g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치될 때에 상기 제2 플레이트 챔버(44c)는 상기 제2 유로 챔버(26c)에 대응되도록 위치된다.
이하, 도 8을 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)의 작동을 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)에서 상기 제2 유로(26) 및 상기 제2 유로 챔버(26c)를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제2 플레이트(44)의 내면과 상기 래칭 핀(50) 사이에 유입될 수 있도록 상기 제2 유로 챔버(26c)에 저장된다.
상기 제2 유로 챔버(26c)에 유압이 저장된 상태에서 상기 편심 캠(40), 상기 제1 플레이트(42), 및 상기 제2 플레이트(44)의 회전에 따라 상기 제1 래칭 홈(42g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되면, 상기 제2 유로 챔버(26c)에 저장된 유압이 상기 래칭 핀(50)과 상기 제2 플레이트(44)의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된다. 이 때, 상기 래칭 핀(50)이 이동되면서 형성된 상기 연통 챔버(28)의 상기 래칭 핀(50)과 상기 제2 플레이트(44) 내면 사이 공간에 상기 제2 유로(26)를 경유한 유압이 직접적으로 공급됨으로써, 상기 래칭 핀(50)의 이동이 신속하게 수행된다. 이처럼 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되면, 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭된다.
도 8에는 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되는 작동만이 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)에서 상기 제1 유로(25) 및 상기 제1 유로 챔버(25c)를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제1 플레이트(42)의 내면과 상기 래칭 핀(50) 사이에 유입될 수 있도록 상기 제1 유로 챔버(25c)에 저장된다.
상기 제1 유로 챔버(25c)에 유압이 저장된 상태에서 상기 편심 캠(40), 상기 제1 플레이트(42), 및 상기 제2 플레이트(44)의 회전에 따라 상기 제2 래칭 홈(44g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되면, 상기 제1 유로 챔버(25c)에 저장된 유압이 상기 래칭 핀(50)과 상기 제1 플레이트(42)의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된다. 이 때, 상기 래칭 핀(50)이 이동되면서 형성된 상기 연통 챔버(28)의 상기 래칭 핀(50)과 상기 제1 플레이트(42) 내면 사이 공간에 상기 제1 유로(25)를 경유한 유압이 직접적으로 공급됨으로써, 상기 래칭 핀(50)의 이동이 신속하게 수행된다. 이처럼 상기 래칭 핀(50)이 이동되어 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입되면, 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)이 래칭된다.
상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 플레이트(42) 및 상기 제2 플레이트(44) 중 어느 하나도 상기 소단부(22)와 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된 상태에서 상기 제1 유로(25)를 통하여 유압이 공급되고, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된 상태에서 상기 제2 유로(26)를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행될 수 있다. 다시 말해, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입된 상태에서 상기 제1 유로(25), 상기 제1 유로 챔버(25c), 및 상기 제1 플레이트 챔버(42c)를 순차적으로 경유한 유압이 상기 래칭 핀(50)과 상기 제1 플레이트(42)의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)으로부터 멀어지도록 이동되어 원위치 되고, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입된 상태에서 상기 제2 유로(26), 상기 제2 유로 챔버(26c), 및 상기 제2 플레이트 챔버(44c)를 순차적으로 경유한 유압이 상기 래칭 핀(50)과 상기 제1 플레이트(42)의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)으로부터 멀어지도록 이동되어 원위치 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 저압축비 및 고압축비에서 피스톤의 위치를 비교한 개략도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되어 엔진이 저압축비로 작동되는 상태와 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입되어 엔진이 고압축비로 작동되는 상태의 상기 피스톤(10)의 상사점(top dead center)은 설정값(T)만큼 차이가 있다. 도 9에서 엔진이 저압축비로 작동되는 상태에서 상기 피스톤(10)의 상사점과 엔진이 고압축비로 작동되는 상태에서 상기 피스톤(10)의 상사점의 차이값(T)은 각 상태에서 상기 피스톤 핀 삽입홀(12)의 축심 연장선의 차이로 도시되었다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 편심 캠의 회전을 제한하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 편심 캠(40)에는 외주를 따라 일정거리만큼 함몰된 스토퍼 레일(48)이 형성되고, 상기 소단부(22)의 내주면에는 상기 편심 캠(40)을 향하여 스토퍼(29)가 돌출된다.
상기 스토퍼(29)는 상기 소단부(22)에 일체로 형성되거나 반경방향으로 삽입되어 상기 편심 캠(40)을 향해 돌출될 수 있다. 또한, 상기 스토퍼(29)는 상기 스토퍼 레일(48)에 삽입되어 상기 소단부(22)로부터 상기 편심 캠(40)이 상대회전 할 때에 상기 스토퍼 레일(48)의 상기 편심 캠(40) 원주방향 양 끝단 중 하나에 걸림으로써, 상기 편심 캠(40)의 회전을 제한한다. 여기서, 상기 스토퍼(29)가 상기 스토퍼 레일(48)의 양 끝단 중 일단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠(40)의 위상은 상기 제1 래칭 홈(42g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되는 위상이고, 상기 스토퍼(29)가 상기 스토퍼 레일(48)의 양 끝단 중 타단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠(40)의 위상은 상기 제2 래칭 홈(44g)이 상기 연통 챔버(28)에 대응되도록 위치되는 위상일 수 있다. 따라서, 상기 스토퍼(29)가 상기 편심 캠(40)의 회전을 제한함으로써, 상기 래칭 핀(50)이 상기 제1 래칭 홈(42g)에 삽입되는 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)의 래칭 및 상기 래칭 핀(50)이 상기 제2 래칭 홈(44g)에 삽입되는 상기 소단부(22)와 상기 편심 캠(40)의 래칭이 원활하게 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 편심 캠(40)의 회전을 제한하는 구성이 단순해짐에 따라 제어의 용이성이 증대될 수 있다. 또한, 크랭크 축(30)과 평행한 방향으로 작동되는 단순한 구성의 래칭 핀(50)이 제공됨에 따라 편심 캠(40)의 래칭 시에 회전 관성의 간섭이 방지되고, 원가가 절감될 수 있다. 나아가, 래칭 핀(50)의 작동 유로(25, 26, 28)가 단순해짐에 따라 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 가변 압축비 장치
10: 피스톤 12: 피스톤 핀
20: 커넥팅 로드 22: 소단부
24: 대단부 25: 제1 유로
25c: 제1 유로 챔버 26: 제2 유로
26c: 제2 유로 챔버 28: 연통 챔버
29: 스토퍼
30: 크랭크 축 32: 밸런스 웨이트
34: 크랭크 핀
40: 편심 캠 42: 제1 플레이트
42c: 제1 플레이트 챔버 42g: 제1 래칭 홈
44: 제2 플레이트 44c: 제2 플레이트 챔버
44g: 제2 래칭 홈 46: 결합 핀
48: 스토퍼 레일
50: 래칭 핀 51: 제1 유입홀
52: 제1 유출홀 53: 제1 가이드홈
56: 제2 유입홀 57: 제2 유출홀
58: 제2 가이드홈
10: 피스톤 12: 피스톤 핀
20: 커넥팅 로드 22: 소단부
24: 대단부 25: 제1 유로
25c: 제1 유로 챔버 26: 제2 유로
26c: 제2 유로 챔버 28: 연통 챔버
29: 스토퍼
30: 크랭크 축 32: 밸런스 웨이트
34: 크랭크 핀
40: 편심 캠 42: 제1 플레이트
42c: 제1 플레이트 챔버 42g: 제1 래칭 홈
44: 제2 플레이트 44c: 제2 플레이트 챔버
44g: 제2 래칭 홈 46: 결합 핀
48: 스토퍼 레일
50: 래칭 핀 51: 제1 유입홀
52: 제1 유출홀 53: 제1 가이드홈
56: 제2 유입홀 57: 제2 유출홀
58: 제2 가이드홈
Claims (19)
- 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 축을 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 엔진의 운전 조건에 따라 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
상기 피스톤과 함께 움직이는 피스톤 핀에 회전 가능하게 연결되도록 원형의 홀이 형성된 소단부, 상기 크랭크 축에 편심된 크랭크 핀에 회전 가능하게 연결되는 대단부, 및 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 유압이 공급되도록 형성된 작동 유로를 포함하는 커넥팅 로드;
상기 소단부의 홀에 동심으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 피스톤 핀이 편심되게 삽입되어 회전 가능하게 연결되는 편심 캠;
상기 편심 캠이 삽입되어 안착되는 상기 소단부의 개구된 일면을 덮도록 배치되고, 결합 핀에 의해 상기 편심 캠에 고정되며, 상기 피스톤 핀이 회전 가능하게 연결되는 제1 플레이트;
상기 편심 캠이 삽입되어 안착되는 상기 소단부의 개구된 타면을 덮도록 배치되고, 상기 결합 핀에 의해 상기 편심 캠에 고정되며, 상기 피스톤 핀이 회전 가능하게 연결되는 제2 플레이트; 및
상기 작동 유로를 통하여 상기 소단부에 공급된 유압에 의해 작동되어 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 하나에 선택적으로 삽입됨으로써, 상기 소단부와 상기 편심 캠을 적어도 2개 이상의 상대적인 위상에서 선택적으로 래칭시키는 래칭 핀;
을 포함하는 가변 압축비 장치. - 제1항에 있어서,
상기 작동 유로는,
상기 크랭크 축을 통하여 유입되는 유압을 공급받도록 상기 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 연장되고, 상기 제1 플레이트에 상대적으로 근접하여 배치되는 제1 유로;
상기 크랭크 축을 통하여 유입되는 유압을 공급받도록 상기 커넥팅 로드의 길이방향을 따라 상기 대단부로부터 상기 소단부까지 연장되고, 상기 제2 플레이트에 상대적으로 근접하여 배치되는 제2 유로; 및
상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 연통하도록 상기 소단부에서 회전 축 방향으로 연장되는 연통 챔버;
를 포함하되,
상기 래칭 핀은 상기 연통 챔버의 내부에서 상기 제1 유로를 통하여 공급된 유압에 의해 상기 제2 플레이트를 향하여 이동되고, 상기 제2 유로를 통하여 공급된 유압에 의해 상기 제1 플레이트를 향하여 이동되는 직선왕복운동이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제2항에 있어서,
상기 래칭 핀을 상기 제1 플레이트를 향하여 이동시키는 유압이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제3항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 상태가 구현되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제3항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입된 상태에서 상기 제1 유로를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제2항에 있어서,
상기 래칭 핀을 상기 제2 플레이트를 향하여 이동시키는 유압이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제6항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태가 구현되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제6항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입된 상태에서 상기 제2 유로를 통하여 유압이 공급됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제2항에 있어서,
상기 래칭 핀에는,
상기 제1 유로로부터 유압이 유입되는 홀로서 상기 커넥팅 로드의 길이방향과 평행하게 연장되는 제1 유입홀;
상기 제1 유입홀을 경유한 유압을 상기 제1 플레이트를 향하여 유출시키도록 상기 제1 유입홀과 연통되어 상기 소단부의 회전 축 방향으로 연장되는 제1 유출홀;
상기 제1 유입홀과 연통되도록 상기 래칭 핀의 외주를 따라 연장되는 제1 가이드홈;
상기 제2 유로로부터 유압이 유입되는 홀로서 상기 커넥팅 로드의 길이방향과 평행하게 연장되는 제2 유입홀;
상기 제2 유입홀을 경유한 유압을 상기 제2 플레이트를 향하여 유출시키도록 상기 제2 유입홀과 연통되어 상기 소단부의 회전 축 방향으로 연장되는 제2 유출홀; 및
상기 제2 유입홀과 연통되도록 상기 래칭 핀의 외주를 따라 연장되는 제2 가이드홈;
이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1 유입홀은 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태에서 상기 제1 유로와 연통되도록 위치되고, 상기 제2 유입홀은 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태에서 상기 제2 유로와 연통되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1 가이드홈은 상기 래칭 핀의 회전에 의해 상기 제1 유입홀이 상기 제1 유로에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제1 유입홀에 원활하게 유입되도록 기능하고, 상기 제2 가이드홈은 상기 래칭 핀의 회전에 의해 상기 제2 유입홀이 상기 제2 유로에 대향하도록 위치되어 있지 않을 시에도 유압이 상기 제2 유입홀에 원활하게 유입되도록 기능하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제2 유로, 상기 제2 유입홀, 및 상기 제2 유출홀을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제2 유출홀로부터 유출되는 유압이 상기 제2 플레이트의 내면을 밀어 상기 래칭 핀을 상기 제1 플레이트를 향하여 이동시키는 힘이 발생되고, 이 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되며,
상기 제1 유로, 상기 제1 유입홀, 및 상기 제1 유출홀을 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 상기 제1 유출홀로부터 유출되는 유압이 상기 제1 플레이트의 내면을 밀어 상기 래칭 핀을 상기 제2 플레이트를 향하여 이동시키는 힘이 발생되고, 이 힘이 유지되는 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제12항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 어느 하나가 구현되고,
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 다른 하나가 구현되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제2항에 있어서,
상기 작동 유로는,
상기 제1 유로와 상기 연통 챔버를 연통하도록 상기 연통 챔버의 둘레에 형성된 공간인 제1 유로 챔버;
상기 제1 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제1 래칭 홈의 둘레에 형성된 공간인 제1 플레이트 챔버;
상기 제2 유로와 상기 연통 챔버를 연통하도록 상기 연통 챔버의 둘레에 형성된 공간인 제2 유로 챔버; 및
상기 제2 플레이트의 내면으로부터 함몰된 제2 래칭 홈의 둘레에 형성된 공간인 제2 플레이트 챔버;
를 더 포함하되,
상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치될 때에 상기 제1 플레이트 챔버는 상기 제1 유로 챔버에 대응되도록 위치되고, 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치될 때에 상기 제2 플레이트 챔버는 상기 제2 유로 챔버에 대응되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제14항에 있어서,
상기 제2 유로 및 상기 제2 유로 챔버를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제2 플레이트의 내면과 상기 래칭 핀 사이에 유입될 수 있도록 상기 제2 유로 챔버에 저장되고, 이 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제1 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 제2 유로 챔버에 저장된 유압이 상기 래칭 핀과 상기 제2 플레이트의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되며,
상기 제1 유로 및 상기 제1 유로 챔버를 순차적으로 경유하여 유압이 공급되면, 유압이 상기 제1 플레이트의 내면과 상기 래칭 핀 사이에 유입될 수 있도록 상기 제1 유로 챔버에 저장되고, 이 상태에서 상기 편심 캠의 회전에 따라 상기 제2 래칭 홈이 상기 연통 챔버에 대응되도록 위치되면, 상기 제1 유로 챔버에 저장된 유압이 상기 래칭 핀과 상기 제1 플레이트의 내면 사이에 유입되면서 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제15항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 어느 하나가 구현되고,
상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭될 때에 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 낮은 엔진의 저압축비 및 상기 피스톤의 상사점이 상대적으로 높은 엔진의 고압축비 상태 중 다른 하나가 구현되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제15항에 있어서,
상기 래칭 핀이 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되지 않은 상태로 원위치 되는 작동은 상기 래칭 핀이 상기 제1 래칭 홈에 삽입된 상태에서 유압이 상기 제1 유로, 상기 제1 유로 챔버, 및 상기 제1 플레이트 챔버를 순차적으로 경유하여 상기 제1 래칭 홈에 유입됨으로써 수행되고, 상기 래칭 핀이 상기 제2 래칭 홈에 삽입된 상태에서 유압이 상기 제2 유로, 상기 제2 유로 챔버, 및 상기 제2 플레이트 챔버를 순차적으로 경유하여 상기 제2 래칭 홈에 유입됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제2항에 있어서,
상기 편심 캠의 외주를 따라 일정거리만큼 함몰된 스토퍼 레일; 및
상기 소단부의 내주면으로부터 상기 편심 캠을 향하여 돌출된 스토퍼;
를 더 포함하고,
상기 스토퍼는 상기 스토퍼 레일에 삽입되어 상기 소단부로부터 상기 편심 캠이 상대회전 할 때에 상기 스토퍼 레일의 상기 편심 캠 원주방향 양 끝단 중 하나에 걸림으로써, 상기 편심 캠의 회전을 제한하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치. - 제18항에 있어서,
상기 스토퍼가 상기 스토퍼 레일의 양 끝단 중 일단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠의 위상은 상기 래칭 핀이 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 어느 하나에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 위상이고, 상기 스토퍼가 상기 스토퍼 레일의 양 끝단 중 타단에 걸리는 상태에서 상기 편심 캠의 위상은 상기 래칭 핀이 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 다른 다른 하나에 삽입되어 상기 소단부와 상기 편심 캠이 래칭되는 위상인 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
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