KR20220090575A - 압축비가 제어되는 엔진을 위한 가변 길이 커넥팅 로드 - Google Patents

압축비가 제어되는 엔진을 위한 가변 길이 커넥팅 로드 Download PDF

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KR20220090575A
KR20220090575A KR1020227018993A KR20227018993A KR20220090575A KR 20220090575 A KR20220090575 A KR 20220090575A KR 1020227018993 A KR1020227018993 A KR 1020227018993A KR 20227018993 A KR20227018993 A KR 20227018993A KR 20220090575 A KR20220090575 A KR 20220090575A
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르네-피에르 베르또
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엠쎄으-5 데블로쁘망
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Abstract

본 발명은 가변 길이 커넥팅 로드(10)에 관한 것이며, 이 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 - 크랭크샤프트의 크랭크핀과 피봇 연결을 확립하도록 설계된 커넥팅 로드 헤드(102), - 커넥팅 로드(10)의 길이를 제어하기 위한 유압 회로(104), - 유압 회로를 제어하기 위한 시스템(110)을 포함한다. 제어 시스템(110)은 - 커넥팅 로드 헤드(102)의 하우징 내에 배치되는 적어도 하나의 선형 유압 슬라이드(111), - 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치되고 제어 부재에 의해 가해지는 지지력(bearing force)(이 지지력은 슬라이드(111)가 이동될 수 있게 함)을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 1 슈(shoe)(113), - 지지력이 없을 때 슬라이드(111)를 레스팅 위치로 되돌리기 위한 복귀 수단, - 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치되고 지지력을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 2 슈(115)를 포함한다.

Description

압축비가 제어되는 엔진을 위한 가변 길이 커넥팅 로드
본 발명은 가변 길이가 제어되는 커넥팅 로드를 구현한 가변 압축비 엔진에 관한 것이다.
엔진의 압축비가 가변될 수 있게 하는 솔루션들 중, 중심 거리(즉, 커넥팅 로드의 길이)가 제어될 수 있는 커넥팅 로드를 구현하는 솔루션들이 알려져 있다. 예를 들어, 커넥팅 로드가 제 1 길이를 가질 때, 엔진은 제 1 압축비를 나타내도록 구성되고, 커넥팅 로드가 제 2 길이를 가질 때, 엔진은 제 2 압축비를 나타내도록 구성된다.
커넥팅 로드는 예를 들어 US2016237889에 공지된 바와 같이 텔레스코핑 유형, 또는 편심 유형일 수 있다. 일반적으로, 커넥팅 로드에는 길이를 조절할 수 있는 유체역학적 특성이 있는 장치가 장착되어 있다.
어떠한 형상이 선택되든, 커넥팅 로드는 제 1 길이와 제 2 길이 사이에서 길이를 지속적으로 조정하여, 엔진의 압축비를 지속적으로 조정하도록 구성될 수 있다(소위 "연속 레이트(continuous rate)" 커넥팅 로드). 대안적으로, 커넥팅 로드를 "바이스테이블(bistable)" 또는 "바이 레이트(bi-rate)"라고 부를 수 있다: 그러면 제 1 및 제 2 길이만 안정적인 위치를 형성하여 엔진의 두 가지 작동 모드가 정의될 수 있으며, 각 모드는 결정된 압축비에 대응하는 것이다. 커넥팅 로드는 또한 "트라이 레이트(tri-rate)"일 수도 있으며, 이 경우 3개의 정의된 길이가 엔진의 정의된 압축비와 관련된 안정적인 위치들을 형성한다.
커넥팅 로드를 제어하는 것은 엔진에 설정값 압축비를 주기 위해, 길이를 타겟 길이로 조정하는 유압 기계 장치를 제어하는 것으로 구성된다.
예를 들어 문헌 US2017089257에서 알려진 첫 번째 접근 방식에 따르면, 설정값의 전송은 기계적으로 수행된다. 예를 들어, 커넥팅 로드가 크랭크샤프트에 의해 구동되는 동안, 조정 장치의 액추에이터(예를 들면, 유압 분배기의 슬라이드)와 크랭크케이스에 부착된 제어 부품 사이에서의 클래싱(clashing)에 의해 제어가 이루어진다. 클래싱은 매우 빠른 속도로 발생하며, 이러한 충격 제어는 엔진 블록에서 제어 부품의 매우 정확한 위치 지정을 요구하므로, 제조가 특히 복잡하고 비용이 많이 들게 된다. 또한, 이러한 제어 모드는 상당한 음향 방출과 접촉하게 되는 부품의 빠른 마모로 이어진다.
다른 알려진 접근 방식에 따르면, 설정값의 전송은 유압 수단에 의해 수행된다. 따라서, 전술한 문헌 US2016237889는 커넥팅 로드 길이 조정 장치의 액추에이터에 작용하기 위한 윤활 회로를 가진 커넥팅 로드의 사용을 제공한다. 이러한 유형의 유압 제어는 명령에 대한 높은 관성과 엔진 속도에 대한 높은 감도의 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들의 전부 또는 일부를 극복하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 특히 충격 없이 외부 제어 부재와 협력할 수 있는 기계적 변속기에 의해 제어되는 가변 길이 커넥팅 로드(variable-length connecting rod)에 관한 것이다.
본 발명은 가변 길이 커넥팅 로드에 관한 것으로서, 그 본체는 종축을 따라 연장되고,
Figure pct00001
종축에 수직인 횡축을 따라 크랭크샤프트의 크랭크핀과 피봇 연결을 확립하도록 설계된 커넥팅 로드 헤드,
Figure pct00002
커넥팅 로드의 길이를 제어하기 위한 유압 회로,
Figure pct00003
유압 회로를 제어하기 위한 시스템을 포함한다.
제어 시스템은,
Figure pct00004
커넥팅 로드 헤드의 하우징 내에 배치되고 제 1 레스팅(resting) 위치 및 적어도 하나의 제 2 위치(각각의 제 2 위치는 유압 회로와의 유체 연통이 개방 또는 폐쇄될 수 있게 함)를 점유할 수 있는 적어도 하나의 선형 유압 슬라이드,
Figure pct00005
커넥팅 로드 헤드의 측벽에 배치되고 슬라이드의 일 단부에 고정되며, 크랭크핀과 동축이고 커넥팅 로드의 외부에 있는 환형 제어 부재에 의해 가해지는 지지력(bearing force)을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 1 슈(shoe) - 상기 지지력은 슬라이드가 제 2 위치로 이동될 수 있게 함 -,
Figure pct00006
지지력이 없을 때 슬라이드를 제 1 레스팅 위치로 되돌리기 위한 복귀 수단,
Figure pct00007
커넥팅 로드 헤드의 측벽에 배치되고 지지력을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 2 슈를 포함한다.
개별적으로 또는 기술적으로 실현 가능한 조합으로 취해진 본 발명의 다른 유리하고 비제한적인 특징에 따르면,
- 제 1 슈 및 제 2 슈는 지지력이 가해질 때 슈들이 받는 힘들의 무게 중심이 커넥팅 로드 헤드의 실질적 중앙에 위치되도록 배열되고;
- 슈들 중 적어도 하나는 횡축을 따라 가능한 움직임을 제한하는 엔드 스톱부들을 포함하고;
- 유압 회로는 그 각각이 적어도 하나의 덕트에 의해 슬라이드에 연결된 적어도 2개의 유압 챔버들을 포함하며, 챔버들은 적어도 하나의 유압 피스톤과 연관되고, 유압 피스톤의 움직임은 종축을 따라 커넥팅 로드의 길이를 수정하기에 적합하고; 특히 텔레스코픽 커넥팅 로드의 경우 챔버들이 중심 피스톤과 연관되고, 편심 커넥팅 로드의 경우 챔버들이 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤과 각각 연관되고;
- (적어도 하나의) 슬라이드는 그것이 점유하는 위치에 따라, 유압 챔버와 오일 공급부 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 유압 챔버와 오일 드레인 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 2개의 유압 챔버들 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 또는 2개의 유압 챔버들과의 임의의 오일 순환을 차단하는 것을 가능하게 하고;
- 오일 공급부는 커넥팅 로드 헤드 베어링들로부터 윤활유를 회수하도록 구성되고;
- (적어도 하나의) 슬라이드는 오일 순환의 방향이 정의될 수 있게 하는 적어도 하나의 밸브를 포함하고;
- 유압 회로는 2개의 유압 챔버들를 연결하며 또한 오일 순환의 방향이 정의될 수 있게 하는 밸브를 구비하는 덕트를 포함하고;
- 커넥팅 로드는 적어도 하나의 유압 피스톤에 연결된 복귀 또는 푸시백 요소를 포함하고;
- 유압 챔버와 슬라이드를 연결하는 적어도 하나의 덕트는, 유압 피스톤이 결정된 위치에 도달할 때 유압 챔버와 슬라이드 사이에서 오일의 순환을 허용하도록 구성된 셔터 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서:
Figure pct00008
도 1a는 본 발명에 따른 텔레스코픽 커넥팅 로드를 도시한 것이다.
Figure pct00009
도 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 편심 커넥팅 로드를 도시한 것이다.
Figure pct00010
도 2a(분해도), 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템의 전부 또는 일부를 도시한 것이다.
Figure pct00011
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 편심 커넥팅 로드 및 텔레스코픽 커넥팅 로드 각각의, 유압 커넥팅 로드 길이 제어 회로의 챔버들 사이의 이동이 없는 "바이 레이트" 작동에 대한 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00012
도 3c 및 도 3d는 본 발명에 따른 텔레스코픽 커넥팅 로드 및 편심 커넥팅 로드 각각의, 커넥팅 로드 길이를 제어하기 위한 유압 회로의 챔버들 사이의 이동이 있는 "바이 레이트" 작동에 대한 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00013
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 편심 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템, 및 유압 챔버들 사이의 이동이 없는 "바이 레이트" 작동에 대한 관련 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00014
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 텔레스코픽 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템, 및 유압 챔버들 사이의 이동이 있는, "트리 레이트" 작동을 위한 관련 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00015
도 5c 및 도 5d는 본 발명에 따른 텔레스코픽 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템의 변형, 및 유압 챔버들 사이의 이동이 있는 "트리 레이트" 작동을 위한 관련 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00016
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 편심 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템, 및 유압 챔버들 사이의 이동이 없는 "연속 레이트" 작동에 대한 관련 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00017
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 본 발명에 따른 텔레스코픽 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템, 및 유압 챔버들 사이의 이동이 있는 "연속 레이트" 작동에 대한 관련 유압 다이어그램을 도시한 것이다.
Figure pct00018
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 크랭크샤프트에 의해 지지되고 본 발명에 따른 커넥팅 로드와 협력하도록 구성되는 제어 부재를 도시한 것이다.
Figure pct00019
도 8d는 크랭크샤프트에 의해 지지되는 제어 부재와 협력하는 본 발명에 따른 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템을 도시한 것이다.
본 발명은 압축비가 제어되는 엔진을 위한 가변 길이 커넥팅 로드(10)에 관한 것이다.
도면들에서 동일한 참조 부호들이 동일한 유형의 요소들 또는 동일한 기능을 수행하는 요소들에 대해 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
커넥팅 로드(10)는 종축(z)을 따라 연장되는 본체(101)를 포함한다. 본 발명에 따른 커넥팅 로드(10)는 텔레스코픽(도 1a) 또는 편심(도 1b, 1c) 유형일 수 있다: 그러면 센트럴 실린더 메커니즘 또는 편심 메커니즘이 커넥팅 로드(10)의 본체(101)에 배열된다. 이러한 메커니즘들은 커넥팅 로드(10)에 포함된 유압 제어 회로(104)의 일부이다. 2개의 커넥팅 로드 구성에서, 유압 회로(104)는 바람직하게는 적어도 하나의 유압 피스톤과 연관된 적어도 2개의 유압 챔버(1041, 1042)를 포함한다. 특히, 텔레스코픽 커넥팅 로드(도 1a)의 경우에 유압 챔버들(1041, 1042)은 중앙 피스톤(1045)과 연관되고, 편심 커넥팅 로드(도 1c)의 경우에 챔버들(1041, 1042)은 각각 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤과 연관된다. 이 두 유압 챔버들(1041, 1042) 내 또는 사이에서 오일의 공급, 배출 또는 순환을 수정하면 유압 피스톤(들)의 움직임이 유도되며, 이 움직임으로 인해 커넥팅 로드 길이가 종축(z)을 따라 수정될 수 있다.
유리하게는, 텔레스코픽 커넥팅 로드(도 1a)의 경우, 커넥팅 로드 베이스(본체(101))에 부착된 부분과 커넥팅 로드 헤드(102)에 부착된 부분 사이에서의 긴 가이드가 선호되며, 이것은 커넥팅 로드(10)가 기울어질 때 외력의 흡수를 보장하고 그 마찰 또는 방해를 제한하기 위해 한편으로는 피스톤(1045)에서 다른 한편으로는 슬라이딩 피봇 연결부(1048)에서 수행될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 중앙 피스톤(1045)은 커넥팅 로드 베이스의 보어 아래에서 연장되는 스터드가 있는 너트에 의해 유지되어, 슬라이딩 피봇 연결부(1048)를 생성한다. 또한, 메커니즘에서 반대 토크를 생성하는 것을 방지하기 위해 반대 피치(1049)를 갖는 이중 스프링이 선호된다.
커넥팅 로드(10)는 또한 압축비가 제어되는 엔진의 크랭크샤프트(200)의 크랭크핀(2)과, 종축(z)에 수직인 횡축(y)을 따라, 피봇 연결을 확립하도록 설계된 커넥팅 로드 헤드(102)를 포함한다. 종래의 엔진에서와 같이, 베어링들(103)이 제공됨으로써 커넥팅 로드 헤드(102)와 크랭크핀(2) 사이의 마찰을 제한한다.
커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)를 제어하도록 의도된 제어 시스템(110)을 더 포함하고, 상기 제어 시스템(110)은 유압 회로(104)와의 유체 연통을 관리하는 것을 가능하게 할 것이며, 즉, 유압 회로(104)와 외부 사이의 오일 순환 및/또는 유압 회로(104) 내의 오일 순환을 조정하기 위해 상기 연통을 개방 또는 폐쇄하는 것을 가능하게 한다. 이 유압 회로(104)에서 순환하도록 의도된 오일은 엔진의 오일이라는 점에 유의해야 한다.
제어 시스템(110)은 커넥팅 로드(10)의 헤드(102)의 하우징(112)에 배열되는, 적어도 하나의 선형 유압 슬라이드(111)를 포함한다(도 2a). 제어 시스템(110)은 커넥팅 로드 헤드(102)에 배열되어 하우징(112)과 연통하는 적어도 하나의 덕트(104a)를 통해 유압 회로(104)와 유체 연결된다.
하우징(112)은 바람직하게는 횡축(y)에 평행하다. 슬라이드(111)는 형상이 원통형이며 일반적으로 4 내지 6 mm로 구성된 외경을 갖는다.
유리하게는, 하우징(112)은 슬라이드(111)가 수용되는 중앙 섹션, 오일 공급부(11)와 연통하는 전방 섹션(112a) 및 전방 섹션(112a)의 반대편에 있는 후방 섹션(112b)을 갖는다(도 2b, 2c). 후술하는 일부 실시예들에서, 후방 섹션(112b)은 오일 드레인(12)과 연통한다.
슬라이드(111)의 작은 공간 요건은 힘들이 커넥팅 로드(10)에 전달될 때 하우징(112)의 변형을 제한하는 이점이 있으며; 또한 헤드(102)에 슬라이드(111)를 더 쉽게 배치할 수 있는 이점이 있다.
슬라이드(111)와 하우징(112) 사이에는 실링(sealing)이 제공되지 않으며; 누출 생성을 통해 유압 회로(104)의 오일이 점진적으로 재생될 수 있다. 슬라이드(111)의 작은 직경에 의해 이러한 누출을 더 잘 제어할 수 있게 된다.
하우징(112)의 후방 섹션(112b)이 오일 드레인(12)과 연통하는 실시예들에서는, 이러한 누출로 인한 오일이 상기 드레인(12)에서 배출되어, 섹션(112b)에서의 유압 압축을 방지한다.
유리하게는, 슬라이드(111)는 공급부(11)로부터 도달하는 오일이 통과하는 필터(1111), 및 필터(1111)로부터 슬라이드(111)의 내부를 향하는 오일의 순환을 허용하는 적어도 제 1 밸브(1112)를 포함한다. 슬라이드(111)는 또한 슬라이드(111)의 내부와 유압 회로(104)의 적어도 하나의 덕트 사이에서의 유체 연통을 확립하기 위한 적어도 하나의 오리피스(1113)를 포함한다(도 2b, 2c).
슬라이드(111)는 하우징(112) 내에서 횡축(y)을 따라 이동할 수 있기 때문에 선형이라고 한다. 따라서, 슬라이드(111)는 제 1 레스팅(resting) 위치(P1) 및 적어도 하나의 제 2 위치(P2)를 점유할 수 있다. 슬라이드(111)의 위치는 다음을 허용한다:
Figure pct00020
유압 회로(104)와 오일 공급부(11) 사이에서의, 슬라이드(111)를 통한, 유체 연통의 확립,
Figure pct00021
또는 유압 회로(104)와 오일 드레인(12) 사이에서의, 슬라이드(111)를 통한, 유체 연통의 확립,
Figure pct00022
또는 회로(104)의 2개의 유압 챔버들 사이에서의, 슬라이드(111)를 통한, 유체 연통의 확립,
Figure pct00023
또는 유압 회로(104)와의 유체 연통 차단, 폐쇄 회로에서의 유압 회로(104) 격리.
이들 상이한 구성들은 구체적인 실시예들에서 나중에 상세히 설명될 것이다.
제어 시스템(110)은 또한 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치되어 슬라이드(111)의 일 단부에 고정되는 제 1 슈(shoe)(113)를 포함한다. 제 1 슈(113)는 커넥팅 로드 외부의 제어 부재(50)에 의해 가해지는 적어도 하나의 지지력(bearing force)을 받는데 적합하며, 상기 부재(50)는 예를 들어 크랭크샤프트(200)에 의해 지지된다. 제 1 슈(113)에 의해 슬라이드(111)에 전달되는 이 지지력은, 상기 슬라이드(111)의 선형 변위를 야기하며, 이에 따라 슬라이드(111)가 (적어도 하나의) 제 2 위치(P2)를 점유하게 된다.
본 발명의 맥락에서, 외부 제어 부재(50)는 크랭크핀(2)과 동축이고 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽 반대편에 위치하는 환형 표면을 갖는다.
외부 제어 부재(50)는 횡축(y)을 따라 이동하도록 구성되며 이에 따라 제 1 슈(113)와 접촉하여 그에 대하여 지지력을 가할 수 있다. 커넥팅 로드(10)의 외부에 있으면서 그것과 협력하는 제어 부재(50)의 실시예들의 예시들이 아래에서 설명될 것이다.
예를 들어, 도 2a, 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 제 1 슈(113)는 원통형 핀들(113a)에 의해 슬라이드(111)의 단부에 고정된 상태로 유지된다. 제 1 슈(113)는 또한 횡축(y)을 따라 가능한 움직임을 제한하기 위해 엔드 스톱부들(113b)을 포함한다. 이러한 스톱부들은 헤드(102)에 고정되어 제 1 슈(113)에 배열된 창들(113c)에 플러그되는 2개의 원통형 핀들(113b)에 의해 만들어질 수 있으며, 이에 따라 횡축(y)을 따라 병진 운동하는 제 1 슈(113)의 움직임을 창의 크기로 제한한다. 이러한 스톱부들(113b)의 사용을 통해 크랭크샤프트(200)에 조립하기 전에 커넥팅 로드(10)의 슬라이드들(111)을 예비 조립할 수도 있다.
유리하게는, 하우징(112)의 전방 섹션(112a)은 제 1 슈(113)를 부분적으로 수용하도록 구성된다. 도 2b, 2c의 예에서, 전방 섹션(112a)은 제 1 슈(113)가 커넥팅 로드 헤드(102)와 횡축(y)을 따라 슬라이딩 연결을 확립할 수 있도록 하는 확장된 하우징을 갖는다.
제어 시스템(110)은 또한 제 1 슈(113)에 가해지는 지지력이 없을 때, 슬라이드(111)를 제 1 레스팅 위치(P1)로 되돌리기 위한 복귀 수단(114)(도 2a), 예를 들어 스프링을 포함한다.
제어 시스템(110)은 또한 커넥팅 로드 헤드(102)의 제 1 슈(113)와 동일한 측벽 상에 배열되는 제 2 슈(115)를 포함한다(도 1a 및 도 1b). 제 2 슈(115)는 또한 외부 제어 부재(50)에 의해 가해지는 지지력을 받기에 적합하다. 제 2 슈(115)는 유리하게는 외부 제어 부재(50)에 의해 가해지는 지지력에 균형을 이루고 제 1 슈(113)와 제어 부재(50) 사이에서의 기생 토크의 출현을 방지하도록 구성된다. 이를 위해, 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)는 지지력이 가해질 때 상기 슈들이 받는 힘들의 무게 중심이 실질적으로 커넥팅 로드 헤드(102)의 중심에 위치하게 되도록 배열된다. 가능한 일 실시예에 따르면, 제 2 슈(115)는 커넥팅 로드 헤드(102)의 중심을 기준으로 제 1 슈(113)와 대칭이며 제 1 슈(113)와 등가의 접촉 표면을 갖는다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)는 종축(z)을 따라 정렬될 수 있으며, 제 1 슈는 커넥팅 로드(10)의 본체(101)에 가능한 한 근접해 있고 제 2 슈는 커넥팅 로드 헤드(102)의 캡에 위치한다. 대안적으로, 여러 개의 제 2 슈들(115)이 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치될 수 있으며 힘들에 균형을 이루도록 배열될 수 있다.
제 1 슈(113)와 마찬가지로, 제 2 슈(115)는 커넥팅 로드 헤드(102)와 횡축(y)을 따라 슬라이딩 연결을 확립한다: 제 2 슈(115)의 움직임 진폭은 제 1 슈(113)의 움직임 진폭과 동일하다. 제 1 슈(113)에 대해 위에서 언급한 바와 같은 복귀 수단(114) 및 엔드 스톱들이 사용될 수 있다.
오일 공급부(11)는 도 2b에 도시된 바와 같이 하우징(112)의 전방 섹션(112a)으로 개방되는 베어링(103)을 통해 보어로부터 이루어질 수 있음에 유의해야 한다. 대안적으로, 제 1 슈(113)에는 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에서 베어링들(103)로부터 윤활유를 수집하도록 구성되는 캐비티(113d)가 제공될 수 있으며, 이 캐비티(113d)는 또한 하우징(112)의 전방 섹션(112a)과 연통된다(도 2c).
텔레스코픽 또는 편심 커넥팅 로드를 위한 제어 시스템
소위 편심 가변 길이 커넥팅 로드와 소위 텔레스코픽 가변 길이 커넥팅 로드는 유압 회로들(104) 간에 유사성을 공유한다. 실제로, 각각의 경우에 있어서, 그 목적은 적어도 2개의 유압 챔버(1041, 1042)의 오일 부피를 제어할 수 있도록 하는 것이다(도 3a, 3b). 작동에 있어서의 차이는 제어가 아니라 커넥팅 로드를 확장하는 메커니즘에 있다. 따라서, 동일한 제어 시스템(110)이 편심 커넥팅 로드에 대해 또는 텔레스코픽 커넥팅 로드에 대해 사용될 수 있다.
도 3a는 편심 커넥팅 로드에 적합한 2개의 슬라이드(111a, 111b)를 포함하는 제어 시스템을 도시한 것이며, 도 3b는 텔레스코픽 커넥팅 로드에 대한 동일한 제어 시스템을 도시한 것이다. 제어 시스템(111)은 두 경우들 모두에 있어서 동일하게 유지되며 따라서 외부 제어 부재(50)가 그에 대하여 가압력을 가하여 제 1 슬라이드(111a) 및 제 2 슬라이드(111b)의 작동을 허용할 수 있으며, 이를 통해 제 1 유압 챔버(1041) 및 제 2 유압 챔버(1042)의 오일 공급 및 배출을 각각 제어하는 제 1 슈(113)(및 제 2 슈(115) - 미도시)로 구성된다. 도 3a 및 도 3b의 예들에서, 제어 시스템(111)은 유압 회로(104)의 2개의 챔버들(1041, 1042) 사이에서의 오일 이동을 허용하지 않는다는 것에 유의해야 한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 제어 시스템(111)의 작동 모드는 "바이 레이트(bi-rate)" 편심 가변 길이 커넥팅 로드를 참조하여, 아래에 상세히 설명되어 있다.
본 발명에 따른 가변 길이 커넥팅 로드의 또 다른 중요한 측면은 커넥팅 로드의 길이를 변경할 때, 유압 회로(104)의 한 챔버(1041, 1042)에서 다른 챔버로 오일의 일부를 이동시키고 싶은지 여부에 관한 것이다. 유압 챔버들(1041, 1042) 사이의 오일 이동이 필요한 경우, 2개의 챔버들(1041, 1042) 사이에 유체 연결부를 추가함으로써 유압 회로(104)를 적절하게 조정할 필요가 있다. 이러한 유체 연결부는 슬라이드(들)(111a, 111b)의 위치에 의존하거나 독립적일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 도 3c 및 도 3d에 도시된 예의 경우, 유체 연결부는 이동 덕트(104c)에 의해 보장될 수 있다. 이동 덕트(104c)는 유리하게는 예를 들어 역류 방지 밸브와 같은 오일(1046)의 흐름을 지향시키기 위한 장치를 포함한다.
유압 회로(104)의 챔버(1041, 1042) 사이의 이러한 이동 용량은 텔레스코픽 커넥팅 로드들의 경우에 더 일반적으로 예상되지만, 편심 커넥팅 로드들에 적용될 수도 있다. 도 3c 및 도 3d는 2개의 유압 챔버들(1041, 1042) 사이에서의 이동이 있는, 텔레스코픽 커넥팅 로드 및 편심 커넥팅 로드에 대한 제어 시스템(110)을 각각 도시한 것이다. 제어 시스템(110)은 외부 제어 부재(50)가 지지력을 가하게 되는 제 1 슈(113)에 의해 작동되는 단일 슬라이드(111)를 포함한다. 제어 시스템(110)은 두 커넥팅 로드 케이스들에서 동일하게 유지된다.
제 1 슈(113)에 가해지는 지지력이 없을 때 커넥팅 로드(10)의 길이는 최대이며, 그러면 슬라이드(111)는 레스팅 위치(P1)에 있고 제 1 유압 챔버(1041)에서 제 2 유압 챔버(1042)로의 오일의 순환을 허용하며; 제 2 챔버(1042)로부터 제 1 챔버(1041)로의 오일의 이동도 또한 이동 덕트(104c)를 통해 가능하다. 복귀 또는 푸시백 요소(1042a)(도 3c, 3d에서 유압 챔버(1042)에 배열된 스프링(1042a)으로 예시됨)는 엔진 사이클 동안, 커넥팅 로드에 가해지는 외력들과 무관하게, 힘으로 인한 커넥팅 로드(10)의 신장(elongation)을 보장할 수 있게 한다. 따라서, 스프링(1042a)의 작용을 통해, 제 2 챔버(1042)는 피스톤(1045)을 뒤로 밀어서 확장될 것이다. 복귀 또는 푸시백 요소(1042a)는 챔버(1042) 외부에 위치될 수도 있으며(특히 편심부가 있는 커넥팅 로드의 경우) 위에서 설명된 것과 동일한 기능을 수행할 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
커넥팅 로드 길이는 외부 제어 부재(50)가 제 1 슈(113)에 대하여 지지력을 가할 때 최소화되며, 이에 의해 슬라이드(111)가 제 2 위치(P2)로 이동되어 오일의 순환을 차단하고 폐쇄 회로에서 유압 회로(104)를 격리시킨다. 그러면 오일은 이동 덕트(104c) 상의 밸브(1046)로 인해 유압 챔버(1042)로부터 유압 챔버(1041)로만 이동될 수 있다. 이동은 커넥팅 로드가 외부 압축력을 받을 때(특히 엔진 사이클의 압축 및 연소 단계들 동안) 점진적으로 발생하며, 이에 의해 커넥팅 로드 길이가 최소 길이에 도달할 때까지 래칫 효과(ratchet effect)에 의해 변경된다.
바이 레이트 커넥팅 로드
제 1 실시예에 따르면, 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)(도 3a, 3b, 4a, 4b)의 챔버들(1041, 1042) 사이에서의 이동이 없는, 바이 레이트(bi-rate) 작동을 사용한다. 커넥팅 로드(10)는 엔진의 최대 압축 레이트에 대응하는 최대 길이와 최소 압축 레이트에 대응하는 최소 길이인, 두 가지 정의된 길이로 작동할 수 있을 때 "바이 레이트"라고 한다.
제 1 실시예는 편심 커넥팅 로드(도 3a, 4a, 4b)를 사용하여 아래에서 설명된다. 그러나, 이 제 1 실시예에 따른 제어 시스템(110)은 텔레스코픽 커넥팅 로드(도 3b)에 동등하게 잘 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
따라서 커넥팅 로드(10)의 유압 제어 회로(104)는 편심 메커니즘을 포함한다. 이 메커니즘에는 제 1 챔버(1041) 및 제 2 챔버(1042)에서 각각 슬라이딩하는 제 1 및 제 2 유압 피스톤에 각각 부착되는 두 개의 커넥팅 로드가 제공된다(도 1c).
이 제 1 실시예에서, 제어 시스템(110)은 2개의 슬라이드(111a, 111b)(도 4a, 4b)를 포함한다. 그리고 유압 회로(104)는 2개의 슬라이드 중 하나의 슬라이드(111a)를 제 1 챔버(1041)에 연결하는 덕트(104a)와 다른 하나의 슬라이드(111b)를 제 2 챔버(1042)에 연결하는 덕트(104b)를 포함한다.
각 슬라이드는 필터(1111)를 포함하며, 그 단부에서 제 1 슈(113)에 고정되며, 이를 통해 오일이 오일 공급부(11)로부터 통과한다. 각 슬라이드(111a, 111b)는 또한 필터(1111)로부터 슬라이드의 내부로의 오일 순환을 허용하고 역순환을 허용하지 않는 제 1 유입 밸브(1112)를 포함한다. 각각의 슬라이드(111a, 111b)는 하나 및/또는 다른 오리피스(1113, 1114)가 상기 회로(104)의 덕트(104a, 104b) 반대편에 있을 때 유압 회로(104)와의 유체 연통 확립을 가능하게 하는 2개의 오리피스(1113, 1114)를 마지막으로 포함한다.
유체 연통은 유압 회로(104)를 공급하는 것으로 구성될 수 있으며, 이 경우에 오일의 순환은 공급부(11)로부터 슬라이드(111a, 111b)를 통과하는 덕트(104a, 104b)를 향해 확립되고; 대안적으로, 유체 연통은 유압 제어 회로(104)로부터 오일을 배출하는 것으로 구성될 수 있으며, 그러면 오일 순환은 덕트(104a, 104b)로부터 슬라이드(111a, 111b)를 통과하는 드레인(12)을 향해 확립된다.
도 4b는 이 제 1 실시예에 따른 커넥팅 로드(10)의 작동을 도시한 것이다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 대해 지지력이 가해지지 않을 때 획득된다.
이 제 1 레스팅 위치(P1)에서, 슬라이드들 중 하나의 슬라이드(111a)는 덕트(104a)에 의해 연결된 제 1 챔버(1041)에 오일을 공급하도록 구성된다. 실제에 있어서, 공급부(11)로부터 나와서 상기 슬라이드의 필터(1111)를 통과한 오일은 슬라이드(111a)가 제 1 레스팅 위치(P1)에 있을 때, 덕트(104a) 반대편에 위치한 슬라이드(111a)의 오리피스(1113)에 도달하기 위해 제 1 밸브(1112)를 통과한다. 엔진의 연소 피스톤이 받게 되는 커넥팅 로드의 편심 메커니즘에 작용하는 외부 연소 및 관성력들이 제 1 챔버(1041)를 향하는 오일의 순환을 촉진하게 되며, 반대 방향에서의 제 1 챔버(1041)로부터 오일의 복귀는 제 1 밸브(1112)에 의해 금지된다.
여전히 제 1 레스팅 위치(P1)에 있는 다른 슬라이드(111b)는 덕트(104b)에 의해 연결된 제 2 챔버(1042)로부터 오일을 배출하도록 구성된다. 실제에 있어서, 하우징(112)의 후방 섹션(112b) 및 따라서 드레인(12)과 연통하는 슬라이드(111b)의 오리피스(1114)는 덕트(104b)의 반대편에 배치된다. 연소 및 관성력들은 여기서 다시 제 2 챔버(1042)로부터 드레인(12)을 향한 오일의 순환에 유리할 것이다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)에서, 제 1 챔버(1041)에는 오일이 공급되고 제 2 챔버(1042)는 비워져서, 엔진의 최대 레이트에 대응하는 최대 길이로 커넥팅 로드를 조절하는 것이 가능하게 된다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 힘(F)이 가해질 때, 횡축(y)을 따른 슬라이드들(111a, 111b)의 병진 이동 이후에 얻어진다.
이 제 2 위치(P2)에서, 슬라이드들 중 하나의 슬라이드(111a)는 덕트(104a)를 통해 제 1 챔버(1041)로부터 오일을 배출하도록 구성된다. 실제에 있어서, 하우징(112)의 후방 섹션(112b) 및 따라서 드레인(12)과 연통하는 슬라이드(111a)의 오리피스(1114)는 덕트(104a)의 반대편에 배치된다. 연소 및 관성력들이 다시 오일의 순환을 촉진한다.
여전히 이 제 2 위치(P2)에서, 다른 슬라이드(111b)는 덕트(104b)를 통해 제 2 챔버(1042)에 오일을 공급하도록 구성된다. 실제에 있어서, 공급부(11)로부터 나와서 상기 슬라이드의 필터(1111)를 통과한 오일은 덕트(104b) 반대편에 배치된 슬라이드(111b)의 오리피스(1113)에 도달하기 위해 제 1 밸브(1112)를 통과한다. 제 2 챔버(1042)를 향한 오일의 순환은 커넥팅 로드(10)에 의해 받게 되는 연소 및 관성력들에 의해 촉진된다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)에서, 제 2 챔버(1042)에는 오일이 공급되고 제 1 챔버(1041)는 비워져서, 엔진의 최소 레이트에 대응하는 최소 길이로 커넥팅 로드(10)를 조절할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 커넥팅 로드(10)의 중심 거리의 변화는 커넥팅 로드(10)에 의해 받게 되는 연소 및 관성력들로 인해 발생하며, 이에 의해 유압 회로(104)에서 및 제어 시스템(110)의 슬라이드들(111, 111a)을 통한 오일 순환이 야기되어, 커넥팅 로드의 길이 변화를 점진적으로 유도한다. 이것은 방금 설명된 제 1 실시예에 대해서 뿐만 아니라 본 설명에서 뒤따르게 되는 다른 실시예들에 대해서도 적용된다.
제 2 실시예에 따르면, 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)의 챔버들(1041, 1042) 사이에서 이동이 있는, 바이 레이트 작동을 사용한다(도 3c, 3d). 제 2 실시예는 텔레스코픽 커넥팅 로드를 사용하여 아래에서 설명된다(도 3c). 그러나, 이 제 2 실시예에 따른 제어 시스템(110)은 편심 커넥팅 로드(도 3d)에 동등하게 잘 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
커넥팅 로드(10)를 제어하기 위한 유압 회로(104)는 텔레스코픽 메커니즘을 포함한다. 텔레스코픽 메커니즘은 커넥팅 로드(10)의 본체(101)에 배열되며 중앙 피스톤(1045)으로 불리는 유압 피스톤(1045)의 양쪽 측면에 상부 챔버(1042)(또는 제 2 챔버) 및 하부 챔버(1041)(또는 제 1 챔버)를 정의하는 중앙 잭(central jack)을 구비하며, 하부 챔버(1041)는 커넥팅 로드 헤드(102)의 측면에 존재한다(도 3c). 유리하게는, 상부 챔버(1042) 및 하부 챔버(1041)는 동일한 섹션들을 갖는다.
이 제 2 실시예에서, 제어 시스템(110)은 단일 슬라이드(111)를 포함한다. 유압 회로(104)는 슬라이드(111)를 상부 챔버(1042)에 연결하기 위한 덕트(104a) 및 슬라이드(111)를 하부 챔버(1041)에 연결하기 위한 덕트(104b)를 포함한다. 실린더 피스톤(1045)은 2개의 챔버(1041, 1042)를 연결하는 이동 덕트(104c)를 포함하며; 상기 덕트(104c) 상에 배치된 밸브(1046)(이하, 제 3 밸브라 함)는 상부 챔버(1042)로부터 하부 챔버(1041)로만의 오일의 순환을 허용한다.
전술한 바와 같이, 슬라이드(111)는 그 단부에 제 1 슈(113)에 고정된 필터(1111)를 포함하며, 이를 통해 오일이 오일 공급부(11)로부터 통과한다. 슬라이드(111)는 또한 필터(1111)로부터 슬라이드의 내부로의 오일 순환을 허용하고 역순환을 허용하지 않는 제 1 유입 밸브(1112)를 포함한다. 슬라이드(111)는 제 1 밸브(1112)와 직렬로 연결된 제 2 밸브(1115)를 더 포함한다(도 2b, 2c). 슬라이드(111)는 밸브(1112, 1115)의 각 하류에, 적어도 2개의 오리피스들(1113, 1114)을 포함하며, 이에 따라 오리피스들(1113, 1114) 중 하나 및/또는 다른 하나가 상기 회로(104)의 덕트(104a, 104b) 반대편에 있을 때 유압 회로(104)와의 유체 연통 확립을 허용한다. 유체 연통은 유압 회로(104)를 공급하고 슬라이드(111)를 통과하는 덕트들(104a, 104b)을 통해, 하부 챔버(1041)로부터 상부 챔버(1042)로 오일을 순환시키는 것으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 유체 연통이 차단되어, 유압 회로(104)를 폐쇄 회로에 둘 수 있으며, 이동 덕트(104c)를 통한 이동은 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로만 가능하다.
제 2 실시예에서는, 슬라이드(111)가 횡축(y)을 따라 2개의 상이한 위치를 점유할 수 있도록 제공된다. 슬라이드(111)의 제 1 레스팅 위치(P1)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 지지력이 없을 때 확립된다. 그러면 슬라이드(111)는 상부 챔버(1042)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)와 상부 챔버(1042) 사이에서 오일이 순환하도록 구성된다. 실제에 있어서, 제 1 밸브(1112)와 제 2 밸브(1115) 사이의 오리피스(1113)는 하부 챔버(1041)와 유체 연통하고, 제 2 밸브(1115) 하류의 오리피스(1114)는 상부 챔버(1042)와 유체 연통한다. 제 3 밸브(1046)의 존재로 인해, 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로의 유체 순환을 방지하고, 공급부(11)로부터 나와서 제 1 유입 밸브(1112)를 통과한 오일이 제 2 밸브(1115)를 통해 순환하여 상부 챔버(1042)에 공급된다. 유사하게, 제 1 유입 밸브(1112)에 의해 차단된 하부 챔버(1041)로부터의 오일은 제 2 밸브(1115)를 순환하여 상부 챔버(1042)에 공급한다. 상부 챔버(1042)는 채워지고 하부 챔버(1041)는 비워져 커넥팅 로드를 최대 길이로 조정할 수 있다.
슬라이드(111)의 제 2 위치(P2)는 제 1 슈(113)에 대하여 외부 제어 부재(50)에 의해 가해지는 최대 지지력(F)에 대응한다. 제 2 위치(P2)에서, 슬라이드(111)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로의 오일 순환만 허용하는 제 3 밸브(1046)의 존재로 인해, 유체는 점차적으로 하부 챔버(1041)를 채우고 커넥팅 로드가 최소 길이로 조정될 때까지 상부 챔버(1042)를 비우게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 이 실시예에서 뿐만 아니라 앞으로 설명될 모든 다른 실시예들에서, 커넥팅 로드(10)에 의해 받게 되는 연소 및 관성력들은 커넥팅 로드(10)의 타겟 길이에 도달할 때까지 오일의 순환을 촉진하게 된다.
트라이 레이트 커넥팅 로드
제 3 실시예에 따르면, 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)의 챔버들(1041, 1042) 사이에서의 이동이 있는, 트라이 레이트 작동을 사용한다(도 5a, 5b). 커넥팅 로드(10)는 엔진의 최대 압축 레이트에 대응하는 최대 길이, 중간 길이 및 최소 압축 레이트에 대응하는 최소 길이의 세 가지 정의된 길이로 작동할 수 있을 때 "트라이 레이트"라고 한다.
제 3 실시예는 텔레스코픽 커넥팅 로드를 사용하여 아래에서 설명되지만, 이 제 3 실시예에 따른 제어 시스템(110)은 편심 커넥팅 로드에도 동일하게 잘 적용될 수 있다.
이 제 3 실시예에서, 제어 시스템(110)은 2개의 슬라이드(111a, 111b)를 포함한다. 유압 제어 회로(104)는 한편으로는 제 1 슬라이드(111a)를 상부 챔버(1042)에 연결하고 다른 한편으로는 하부 챔버(1041)에 연결하기 위한 2개, 및 한편으로는 제 2 슬라이드(111b)를 상부 챔버(1042)에 연결하고 다른 한편으로는 하부 챔버(1041)에 연결하기 위한 2개인, 4개의 독립적인 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')를 포함한다. 중앙 피스톤(1045)은 상부 챔버(1042)와 하부 챔버(1041) 사이에 이동 덕트(104c)를 포함하며, 그 밸브(1046)(이하, 제 3 밸브라고 함)는 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로의 오일 순환만을 허용한다. 중앙 피스톤(1045)은 제 2 슬라이드(111b)와 상부 챔버(1042)를 연결하는 덕트(104b) 상에, 예를 들어 니들에 의해 제어되는 밸브(이하 제 4 밸브(1047)라 함) 형태의 셔터 장치(1047)를 더 포함한다.
각각의 슬라이드(111a, 111b)는 필터(1111), 제 1 유입 밸브(1112), 제 2 밸브(1115) 및 오리피스(1113, 1114)가 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')를 향할 때 유압 회로(104)와의 유체 연통을 확립할 수 있도록 하는 적어도 2개의 오리피스(1113, 1114)를 포함한다. 유체 연통은 유압 회로(104)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로 오일을 순환시키는 것으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 유체 연통이 차단되어, 유압 회로(104)를 폐쇄 회로에 둘 수 있다.
제어 시스템은 제 1 슈(113)에 고정된 단부의 반대편에 있는, 각 슬라이드(111a, 111b)의 단부에 대해, 하우징(112)에 배열된 스프링(1116)을 더 포함한다.
도 5b는 이 제 4 실시예에 따른 커넥팅 로드(10)의 작동을 도시한 것이다. 2개의 슬라이드(111a, 111b)가 횡축(y)을 따라 3개의 다른 위치를 점유할 수 있도록 제공된다.
제 1 슬라이드 레스팅 위치(P1)(외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 힘이 가해지지 않음)에서, 제 1 슬라이드(111a)는 상부 챔버(1042)에 오일을 공급하며 하부챔버(1041)로부터 상부 챔버(1042)로 오일이 순환할 수 있도록 구성된다. 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 상부 챔버(1042)는 채워지고, 하부 챔버(1041)는 비워지게 된다: 따라서 커넥팅 로드(10)는 최대 길이로 조정된다.
슬라이드(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)에서, 외부 제어 부재(50)가 제 1 슈(113)에 가하는 최대 지지력(F)에 대응하여, 제 1 슬라이드(111a) 및 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로의 오일 순환만 허용하는 제 3 밸브(1046)의 존재로 인해, 유체는 점차적으로 하부 챔버(1041)를 채우게 되고 커넥팅 로드가 최소 길이로 조정될 때까지 상부 챔버(1042)를 비우게 된다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 3 위치(P3)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 중앙 지지력(median bearing force, Fmed)에 대응한다. 각 슬라이드 뒤에 있는 하우징(112)의 스프링(1116)의 존재는 그것이 극단적인 위치에서 하우징(112)의 바닥으로 이동하는 것을 방지하며; 스프링(1116)은 슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)와 제 2(극단적) 위치(P2) 사이에 제 3 위치(P3)의 구현을 허용한다.
제 3 위치(P3)에서, 제 1 슬라이드(111a)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 제 2 슬라이드(111b)는 제 4 밸브(1047)가 니들에 의해 개방될 때, 상부 챔버(1042)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)와 상부 챔버(1042) 사이에서 오일이 순환할 수 있도록 구성되며: 실제에 있어서, 니들은 중앙 피스톤(1045)이 결정된 위치, 일반적으로 실린더의 중간 위치에 도달할 때 상기 밸브(1047)를 개방하게 된다. 그러면 상부 챔버(1042)가 채워지고, 실린더 피스톤(1045)이 결정된 위치 아래에 있게 되자마자, 제 4 밸브(1047)가 폐쇄되어 두 챔버들 사이의 유체 순환을 차단한다. 그러면 오일은 제 3 밸브(1046)를 통해 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로 이동하는 경향이 있으며(커넥팅 로드에 의해 받게 되는 연소 및 관성력들로 인해); 중앙 피스톤(1045)은 제 4 밸브(1047)를 다시 개방하고 하부 챔버(1041)로부터 상부 챔버(1042)로의 유체 순환을 회복하는 등의 결과를 갖게 되는 결정된 위치 또는 그 이상으로 복귀하게 된다. 따라서 제 3 위치(P3)에서, 제어 시스템(110)의 슬라이드들(111a, 111b)은 중앙 피스톤(1045)의 결정된(중간) 위치에 다소 대응하는 중간 길이로 커넥팅 로드(10)를 유지하는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)에서 시작하여, 슬라이드들(111a, 111b)을 1mm 병진 이동하여 제 3 위치(P3)를 얻을 수 있고, 2mm 병진 이동하여 제 2 위치(P2)를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 커넥팅 로드(10)의 이러한 제 3 실시예의 변형에 따르면, 제어 시스템(110)은 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)가 배열되는 측벽 반대편인, 커넥팅 로드(10)의 다른 측벽에 배열되는 적어도 하나의 제 3 슈(116)를 포함한다(도 5c, 5d).
제어 시스템(110)은 또한 유리하게는 커넥팅 로드 헤드(102)의 중심에 대해 제 3 슈(116)와 대칭이며, 제 2 슈(115)와 동일한 역할을 하지만 다른 측면에서는 제 3 슈(116)에 가해질 가능성이 있는 지지력에 균형을 이루기 위한 역할을 하는 제 4 슈(117)를 포함한다.
이 변형에서, 한편으로는 커넥팅 로드 헤드(102)의 한쪽 측벽에 배열된 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)에 대하여, 그리고 다른 한편으로는 커넥팅 로드 헤드(102)의 다른 측면에 배열된 제 3 슈(116) 및 제 4 슈(117)에 대하여 지지력들을 가하기 위해 2개의 제어 부재(50, 50')가 필요하다는 것이 이해될 것이다.
제 3 실시예의 이러한 변형에서, 제어 시스템(110)은 2개의 슬라이드(111a, 111b)를 포함한다. 각각의 슬라이드는 제 1 슈(113)에 가해지는 힘으로 인해 횡축(y)을 따라 한 방향으로 이동될 수 있고, 제 3 슈(116)에 가해지는 힘으로 인해 계속해서 횡축(y)을 따라 다른 방향으로 이동될 수 있다.
유압 회로(104)는 4개의 독립적인 덕트(104a, 104a', 104b, 104b'), 밸브(1046)를 구비하는 이동 덕트(104c) 및 예를 들어 제 3 실시예에 기재된 니들에 의해 제어되는 밸브 형태의 셔터 장치(1047)를 포함한다.
슬라이드(111a)는 그 단부에 제 1 슈(113)에 고정된 필터(1111)를 포함하고, 슬라이드(111b)는 그 단부에 제 3 슈(116)에 고정된 필터(1111)를 포함하며, 이를 통해 오일 공급부(11)로부터 나오는 오일이 통과한다. 각각의 슬라이드(111a, 111b)는 또한 제 1 유입 밸브(1112), 제 2 밸브(1115) 및 유압 회로(104)(도 5c)와의 유체 연통의 확립을 허용하는 적어도 2개의 오리피스(1113, 1114)를 포함한다. 유체 연통은 유압 회로(104)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로 오일을 순환시키는 것으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 유체 연통이 차단되어 유압 회로(104)가 폐쇄 회로에 놓일 수 있다.
도 5d는 제 3 실시예의 이러한 변형에 따른 커넥팅 로드(10)의 작동을 도시한 것이다. 2개의 슬라이드(111a, 111b)가 횡축(y)을 따라 3개의 다른 위치를 점유할 수 있도록 제공된다.
제 1 슬라이드 레스팅 위치(P1)(외부 제어 부재(50, 50')에 의해 제 1 슈(113) 또는 제 3 슈(116)에 지지력이 가해지지 않음)에서, 제 1 슬라이드(111a)는 상부 챔버(1042)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로 오일 순환을 허용하도록 구성된다. 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 상부 챔버(1042)는 채워지고, 하부 챔버(1041)는 비워지게 된다: 따라서 커넥팅 로드(10)는 최대 길이로 조정된다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)에서, 외부 제어 부재들 중 하나의 외부 제어 부재(50')에 의해 제 3 슈(116)에 가해지는 최대 지지력(F)(제 1 슈(113)에는 힘이 가해지지 않음)에 대응하여, 제 1 슬라이드(111a) 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로의 오일 순환만 허용하는 제 3 밸브(1046)의 존재로 인해, 커넥팅 로드가 최소 길이로 조정될 때까지, 유체는 점차적으로 하부 챔버(1041)를 채우고 상부 챔버(1042)를 비우게 된다.
슬라이드들의 제 3 위치(P3)는 다른 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 중앙 지지력(Fmed)에 대응한다(제 3 슈(116)에는 힘이 가해지지 않음). 밸브(도 5d에 도시됨)가 외부 제어 부재들(50, 50')을 작동시키는 독립적인 오일 회로(이하, 유체 제어 회로라고 함)에 배치되어 두 개의 서로 다른 오일 압력에 대해 하나 및 다른 제어 부재(50, 50')의 작동을 각각 허용한다는 점에 유의해야 한다.
제 3 위치(P3)에서, 제 1 슬라이드(111a)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 제 2 슬라이드(111b)는 니들 밸브에 의해 제 4 밸브(1047)가 개방될 때(이것은 중앙 피스톤(1045)의 결정된(중간) 위치에 대응함) 상부 챔버(1042)에 오일을 공급하고 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로 오일이 순환되도록 구성된다. 그러면 상부 챔버(1042)가 채워지게 되고, 중앙 피스톤(1045)이 결정된 위치 아래에 있게 되자마자, 제 4 밸브(1047)가 폐쇄되어 두 챔버들 사이의 유체 순환을 차단하게 된다. 따라서 제 3 위치(P3)에서, 제어 시스템(110)의 슬라이드들(111a, 111b)은 중앙 피스톤(1045)의 결정된(중간) 위치에 대응하는, 중간 길이로 커넥팅 로드(10)를 유지하는 것을 가능하게 한다.
연속 레이트 커넥팅 로드
제 4 실시예에 따르면, 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)(도 6a, 6b, 6c)의 챔버들(1041, 1042) 사이에서 이동이 없는, 연속 레이트 작동을 사용한다. 따라서 커넥팅 로드(10)는 복수의 길이로 작동할 수 있다.
제 4 실시예가 편심 커넥팅 로드를 사용하여 아래에서 설명되지만, 이 제 4 실시예에 따른 제어 시스템(110)은 텔레스코픽 커넥팅 로드에 동일하게 잘 적용될 수 있다.
제어 시스템(110)은 2개의 슬라이드(111a, 111b)를 포함한다. 그리고 유압 제어 회로(104)는 두 개의 슬라이드들 중 하나의 슬라이드(111a)를 제 1 챔버(1041)에 연결하기 위한 두 개의 독립적인 덕트(104a, 104a')와 다른 슬라이드(111b)를 제 2 챔버(1042)에 연결하기 위한 두 개의 독립적인 덕트(104b, 104b')를 포함한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 각각의 슬라이드는 필터(1111), 제 1 유입 밸브(1112) 및 2개의 오리피스(1113, 1114)를 포함하여 오리피스(1113, 1114) 중 하나 또는 다른 하나가 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')의 반대편에 있을 때 유압 회로(104)와의 유체 연통을 확립할 수 있다. 유체 연통은 유압 회로(104)를 공급하는 것으로 구성될 수 있으며; 그러면 오일의 순환은 공급부(11)로부터 슬라이드(111a, 111b)를 통과하는 덕트들(104a, 104a', 104b, 104b') 중 하나를 향해 확립된다. 유체 연통은 대안적으로 유압 제어 회로(104)로부터 오일을 배출하는 것으로 이루어질 수 있으며; 그러면 오일의 순환은 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')로부터 슬라이드들(111a, 111b) 중 하나를 통과하는 드레인(12)을 향해 확립된다. 마지막으로, 유체 연통이 차단되어, 유압 회로(104)가 폐쇄 회로에 놓일 수 있다.
제어 시스템(110)은 제 1 슈(113)에 고정된 단부 반대편의, 각 슬라이드(111a, 111b)의 단부에 대해, 하우징(112)에 배열되는 스프링(1116)을 포함한다.
도 6c는 이 제 4 실시예에 따른 커넥팅 로드(10)의 작동을 도시한 것이다. 2개의 슬라이드(111a, 111b)가 횡축(y)을 따라 각각 제 1 위치(P1), 제 2 위치(P2) 및 제 3 위치(P3)로 불리는 3개의 서로 다른 위치를 점유할 수 있도록 제공된다. 명료함을 위해, 제 1 레스팅 위치(P1)는 다른 두 위치들을 언급한 이후에 논의될 것이다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 최대 지지력(F)에 대응한다. 이 제 2 위치(P2)에서, 슬라이드들 중 하나의 슬라이드(111a)는 덕트(104a')를 통해 연결된 제 1 챔버(1041)로부터 오일을 배출하도록 구성되며, 하우징(112)(따라서 오일 드레인(12)을 가짐)의 후방 섹션(112b)과 유체 연통하는 슬라이드(111a)의 오리피스(1114)는 상기 덕트(104a')의 반대편에 위치된다. 다른 슬라이드(111b)는 덕트(104b)에 의해 연결된 제 2 챔버(1042)에 오일을 공급하도록 구성된다(오일 공급부(11)와 유체 연통하는 제 2 슬라이드(111b)의 오리피스(1113)를 통해). 슬라이드들(111a, 111b)의 제 2 위치(P2)에서, 제 2 챔버(1042)에는 오일이 공급되고 제 1 챔버(1041)는 비워져서, 엔진의 최소 레이트에 대응하는, 최소 길이로 커넥팅 로드를 조절할 수 있다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 3 위치(P3)는 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 중앙 지지력(Fmed)에 대응한다. 각 슬라이드(111a, 111b) 뒤에 있는 하우징(112)의 스프링(1116)의 존재는 그것이 극단적인 위치에서 하우징(112)의 바닥으로 이동하는 것을 방지하고; 스프링(1116)은 슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)와 제 2(극단적) 위치(P2) 사이의 제 3 위치(P3)의 구현을 허용한다.
이 제 3 위치(P3)에서, 슬라이드들 중 하나의 슬라이드(111a)는 제 1 챔버(1041)에 오일을 공급하도록 구성되고, 다른 슬라이드(111b)는 제 2 챔버(1042)로부터 오일을 배출하도록 구성된다. 슬라이드들(111a, 111b)의 제 3 위치(P3)에서, 제 1 챔버(1041)에 오일이 공급되고 제 2 챔버(1042)가 비워져서, 엔진의 최대 레이트에 대응하는, 최대 길이로 커넥팅 로드를 조절할 수 있다.
슬라이드들(111a, 111b)의 제 1 레스팅 위치(P1)는 제 1 슈(113)에 힘이 가해지지 않을 때 얻어진다. 2개의 슬라이드들(111a, 111b)은 그 후에 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다. 슬라이드들(111a, 111b)을 제 1 레스팅 위치(P1)에 놓음으로써, 유압 회로(104)가 폐쇄 회로에서 발견되며; 따라서 커넥팅 로드(10)는 중간 엔진 레이트에 대응하는, 최대 길이와 최소 길이 사이의 중간 길이로 유지될 수 있다. 중간 길이를 제한하는 것이 바람직한지 증가시키는 것이 바람직한지에 따라, 최대 힘 F 또는 중간 힘 Fmed에서, 임펄스들을 제 1 슈(113)에 적용함으로써 이 중간 길이를 점진적으로 수정하는 것이 가능하다.
제 5 실시예에 따르면, 가변 길이 커넥팅 로드(10)는 유압 회로(104)의 챔버들(1041, 1042) 사이에서 이동이 있는, 연속 레이트로 작동한다(도 7a, 7b, 7c, 7d). 제 5 실시예가 텔레스코픽 커넥팅 로드를 사용하여 아래에 설명되지만, 이 제 5 실시예에 따른 제어 시스템(110)은 편심 커넥팅 로드에도 동일하게 잘 적용될 수 있다.
제어 시스템(110)은 2개의 슬라이드(111a, 111b)(도 7a)를 포함한다. 유압 회로(104)는 각각의 슬라이드(111a, 111b)를 2개의 챔버(1041, 1042)에 연결하기 위한 4개의 독립적인 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')를 포함한다.
각각의 슬라이드는 필터(1111), 제 1 유입 밸브(1112), 제 2 밸브(1115, 1115'), 및 덕트들(104a, 104a', 104b, 104b')을 통해 유압 회로(104)와 유체 연통을 확립할 수 있도록 하는 적어도 2개의 오리피스(1113, 1114)를 포함한다.
유체 연통은 유압 회로(104)를 공급하고, 제 1 슬라이드(111a)를 통과하는 덕트들(104a, 104a')을 통해 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로 오일을 순환시키는 것으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 유체 연통은 유압 회로(104)를 공급하고, 제 2 슬라이드(111b)를 통과하는 덕트들(104b, 104b')을 통해 하부 챔버(1041)로부터 상부 챔버(1042)로 오일을 순환시키는 것으로 구성될 수 있다. 마지막으로, 유체 연통이 차단되어 유압 회로(104)가 폐쇄 회로에 놓일 수 있다.
제어 시스템은 제 1 슈(113)에 고정된 단부 반대편의, 각 슬라이드(111a, 111b)의 단부에 대해, 하우징(112)에 배열된 스프링(1116)을 더 포함한다.
도 7d는 제 5 실시예에 따른 커넥팅 로드(10)의 작동을 도시한 것이다. 2개의 슬라이드(111a, 111b)가 횡축(y)을 따라 3개의 다른 위치를 점유할 수 있도록 제공된다.
외부 제어 부재(50)에 의해 가해지는 지지력(F)이 없는 상태에서 슬라이드(111a, 111b)에 의해 점유되는 제 1 레스팅 위치(P1)에서, 제 1 슬라이드(111a) 및 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다( 도 7a). 그러면 유압 회로(104)는 폐쇄 회로에 있게 되고, 중앙 피스톤(1045)은 그 위치, 예를 들어 중간 위치에 잠겨있게 된다. 따라서 커넥팅 로드(10)는 중간 길이를 갖게 된다.
슬라이드들의 제 2 위치(P2)에서(도 7c), 외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 최대 지지력(F)에 대응하여, 제 1 슬라이드(111a)는 하부 챔버(1041)에 오일을 공급하고 제 1 슬라이드(111a)의 제 2 밸브(1115')를 통해 상부 챔버(1042)에서 하부 챔버(1041)로 오일을 순환시키도록 구성되며; 따라서 슬라이드(111a)의 이 위치(P2)는 2개의 챔버(1041, 1042) 사이에서의 이동을 허용한다. 제 2 슬라이드(111b)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다.
슬라이드들의 이 제 2 위치(P2)에서, 하부 챔버(1041)는 채워지고 상부 챔버(1042)는 비워진다: 커넥팅 로드 길이는 최소 길이에 도달할 때까지 감소한다. 슬라이드들(111a, 111b)을 제 1 레스팅 위치(P1)로 가져옴으로써(그러면 유압 회로(104)가 폐쇄 회로로 복귀), 커넥팅 로드(10)는 중간 길이와 최소 길이 사이의 다양한 길이로 유지될 수 있다.
외부 제어 부재(50)에 의해 제 1 슈(113)에 가해지는 중앙 지지력(Fmed)에 대응하는 슬라이드들(111a, 111b)(도 7b)의 제 3 위치(P3)에서, 제 2 슬라이드(111b)는 상부 챔버(1041)에 오일을 공급하고, 오일이 제 2 슬라이드(111b)의 제 2 밸브(1115)를 통해 하부 챔버(1041)에서 상부 챔버(1042)로 순환되도록 구성된다. 슬라이드(111a)의 이 위치(P3)는 2개의 챔버(1041, 1042) 사이에서의 이동을 허용한다. 제 1 슬라이드(111a)는 유압 회로(104)와의 유체 연통을 차단하도록 구성된다.
슬라이드들의 이 제 3 위치(P3)에서, 상부 챔버(1043)는 채워지고 하부 챔버(1044)는 비워지게 된다: 커넥팅 로드 길이는 최대 길이에 도달할 때까지 증가한다. 슬라이드를 제 1 레스팅 위치(P1)로 복귀시킴으로써(그러면 유압 회로(104)는 폐쇄 회로로 복귀), 커넥팅 로드(10)는 중간 길이와 최대 길이 사이의 다양한 길이로 유지될 수 있다. 이 제 5 실시예에 따른 커넥팅 로드(10)는 연속 레이트 제어 압축비 엔진을 구동하기 위해 연속 가변 길이 값들을 제공한다.
오일 드레인(12)과 특정 유체 연통이 확립되지 않은 언급된 모든 실시예들에서, 슬라이드들(111, 111a, 111b)이 밀봉 없이 커넥팅 로드 헤드(102)의 하우징(112)에 장착된다는 사실로 인해 유압 회로(104)의 오일의 점진적인 갱신이 가능하게 되며, 이에 따라 오일 품질의 저하(밀봉된 폐쇄 회로에서 발생할 수 있는 저하)를 방지하게 된다.
지지력( bearing force )을 가하는 외부 제어 부재
도 8a, 8b, 8c 및 8d를 참조하여 설명되는 다음의 실시예들은 예로서 제공되는 것으로서 본 발명에 따른 커넥팅 로드(10)와 양립 가능한 커넥팅 로드(10) 외부의 제어 부재(50)를 예시한 것이다.
커넥팅 로드(10)를 지지하는 크랭크샤프트(200)는 적어도 하나의 크랭크핀(2)과 커넥팅 암(4)에 의해 연결된 적어도 하나의 저널(3)을 포함한다. 이것은 적어도 하나의 제어 부재(50)를 더 포함한다. 제어 부재(50)는 커넥팅 로드(10) 길이의 제어 시스템(110)의 제 1 슈(113)(및 제 2 슈(115))와 협력하기 위해 횡축(y)을 따라 병진 이동이 가능하다.
바람직하게는, 제어 부재(50)의 총 스트로크는 구성들 및 실시예들에 따라 대략 1 내지 2 mm로 달라진다. 물론, 엔진의 치수에 따라 다른 스트로크를 고려할 수도 있다.
제어 부재(50)는 크랭크핀(2)의 일 단부에서 연결 암(4)에 배열된다. 이것은 환형 부분(51)을 포함하며, 이것의 평평한 표면(52)은 횡축(y)에 수직인 평면(x, z)에서 연장된다. 환형 부분(51)은 크랭크핀(2)과 동축이며 크랭크샤프트(1)의 각도 위치에 관계없이, 평평한 표면(52)을 통해 제어 시스템(110)의 제 1 슈(113)(및 제 2 슈(115))와 연속적인 접촉을 확립할 수 있다. 이러한 구성은 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)에 지속적인 지지력을 가하여 충격이 없는 기계적 변속기의 장점이 있다.
크랭크샤프트(100)는 또한 횡축(y)을 따라 제어 부재(50)를 이동시키도록 구성된 유체 제어 회로(60)를 포함한다. 유체 회로(60)는 유체가 제어 부재(50)의 후방 표면(평평한 표면(52)의 반대편)과 연통하도록 하여 그것에 압력을 가하고 이동하게 하기 위한 것으로 의도되는 적어도 하나의 오리피스(61)를 포함한다. 유체는 기체 또는 액체일 수 있다. 기체 유체는 밀도가 매우 낮아 액체 유체에 비해 크랭크샤프트의 회전에 영향을 덜 받는 장점이 있다.
유리하게는, 유체 제어 회로(60)는 크랭크샤프트(100)의 단부들 중 하나로부터 이 단부 반대편의 마지막 크랭크핀(2)까지 크랭크샤프트(100)의 전체 길이에 걸쳐 드릴된 덕트(62)에 의해 형성된다. 유체 회로(60)는 제어 요소(50)의 후방 표면과 연통하기 위해, 전술한 바와 같이, 연결 암(4)에 적어도 하나의 유체 배출 오리피스(61)를 갖는다. 크랭크샤프트(100)의 보어들(62)은 크랭크핀(2)과 저널(3)을 연결하는 윤활 구멍들과 독립적이다. 유체 제어 회로(60)는 크랭크샤프트(1)의 외부를 향하는 각 보어(62)의 배출구에서 일련의 플러그들(63)에 의해 밀봉된다.
제어 부재(50)의 특정 실시예에 따르면, 환형 캐비티(40)는 크랭크핀(2)의 일 단부에서 연결 암(4)에 배열된다(도 8b). 이 캐비티(40)는 환형 피스톤의 실린더 본체를 형성하도록 의도되고, 이것은 궁극적으로 제어 부재(50)에 의해 형성된다. 유체 제어 회로(60)의 유체를 위한 배출구 오리피스(61)는 캐비티(40) 내로 개방된다. 연결 암(4)은 또한 크랭크핀(2)과 동축인 외부 센터링(41)과, 두 개의 러그 하우징(42)을 포함하며, 그 기능은 나중에 설명될 것이다. 제어 요소(50)는 크랭크핀(2) 주위에 조립되고 환형 캐비티(40)에 위치하도록 설계된, 예를 들어 H-형 프로파일을 갖는 2개의 하프 프레임들(53)을 포함한다. 유리하게는, 하프 프레임들(53)은 금속이다. 2개의 하프 프레임들(53)이 끼워진 후 이들을 정렬 및 고정하기 위해 핀들이 제공된다.
각각의 하프 프레임들(53) 상에, 엘라스토머(54)가 몰딩되어 제어 부재(50)가 환형 캐비티(40)에 배치될 때 제어 부재(50)의 후방 표면(55)과 평평한 표면(52) 사이에 밀봉을 제공하도록 성형된다. 밀봉이 있는 이러한 유형의 환형 피스톤의 경우, 이러한 동일한 밀봉들에 의해 생성되는 마찰 토크는 커넥팅 로드(10)의 슈(113)와의 접촉 마찰 토크보다 크다는 점에 유의해야 한다. 따라서 제어 부재(50)에 회전 방지 시스템을 추가하는 것은 무의하게 된다.
크랭크샤프트(200)는 외부 센터링(41)에 중심을 두고 러그 하우징(42)에서 연결 암(4)에 직접 클립되는 요크 조인트(45)를 포함한다. 요크 조인트(45)는 제어 부재(50)가 횡축(y)을 따라 제 1 방향(Y1)으로 이동할 때 제어 부재(50)의 엔드 스톱부를 형성한다. 제어 부재(50)의 환형 부분(51)에 대한 어버트먼트 지점들의 표준화를 허용하는 환형 세그먼트를 갖는 것이 바람직하다. 유리하게는, 요크 조인트(45)는 또한 커넥팅 로드 헤드(10)에 대한 측방향 어버트먼트로서 작용할 수 있다.
(환형 피스톤을 형성하는) 제어 부재(50)의 환형 부분(51)은 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)에 대해 연속적인 접촉을 확립할 수 있는 평평한 표면(52)을 갖는다. 슈들(113, 115)과의 접촉은 제어 요소(50)가 제 1 방향(Y1)으로 이동될 때 확립될 수 있다(도 8a, 8c). 이 움직임은 제어 부재(50)의 후방 표면(55)에 유체 압력이 가해짐으로써 발생한다. 유체는 유체 제어 회로(60)의 덕트(62)에 의해 환형 캐비티(40)(제어 부재(50)의 후방에서)로 보내진다. 유체 회로(60)의 감압은 제어 요소(50)를 제 2 방향(Y2)으로 변위시켜 슈들(113, 115)과의 접촉을 차단한다. 대안적으로, 후방 표면(55) 상의 유체 압력이 임계값 아래로 떨어질 때 제어 부재(50)를 밀어내도록 복귀 요소가 배열될 수 있다.
일 변형에 따르면, 제어 부재(50, 50')는 크랭크샤프트(200)의 각 크랭크핀(2)의 양측 상의, 각각의 연결 암(4)에 배열된다. 이러한 구성은 커넥팅 로드(10)의 제 3 실시예의 변형에서(트라이 레이트 커넥팅 로드) 약술된 바와 같이, 커넥팅 로드 헤드(102)의 한 측벽에 있는 제 1 슈(113) 및 제 2 슈(115)와 다른 측벽에 있는 제 3 슈(116) 및 제 4 슈(117)를 포함하는 트라이 레이트 커넥팅 로드(10)의 제어를 허용할 수 있다.
제어 부재의 이러한 변형은 또한 크랭크핀(2)이 2개의 커넥팅 로드(10)를 수용하도록 정확하게 구성될 때, 2개의 커넥팅 로드(10)의 제어를 허용한다는 점에 유의해야 한다.
가변 압축비 엔진
본 발명은 또한 인-라인 또는 V자형 구조를 가질 수 있는 가변 압축비가 제어되는 엔진에 관한 것이다. 엔진은 엔진 블록 및 엔진 블록에 배열된 상술한 바와 같은 크랭크샤프트(200)를 포함한다. 엔진은 크랭크샤프트(200)의 크랭크핀(2)과 관련된, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 가변 길이 커넥팅 로드(10)를 더 포함한다.
크랭크 샤프트(200)의 유체 제어 회로(60)는 크랭크 샤프트(200)의 단부에 의해 외부와 연결된다. 상기 단부는 회전 부분(크랭크샤프트)과 고정 부분(엔진 블록) 사이의 연결을 허용하며, 이에 따라 엔진 블록 외부에 배열된 외부 제어 어셈블리와 제어 회로(60)의 유체 연결을 허용하는 회전 시일(rotating seal)을 수용하도록 구성된다. 외부 제어 어셈블리는 유체를 제어 회로(60) 내로 전달하도록 구성된다. 외부 제어 어셈블리는 특히 유체가 압축 공기일 때 예를 들어 공기 압축기와 같은 압력 소스를 포함한다. 제어 회로(60)를 진공 하에 두기 위해(그리고 제 2 방향(Y2)으로의 제어 요소(50)의 움직임을 제어하기 위해), 외부 제어 어셈블리는 또한 전용 또는 풀링된 진공 펌프를 포함할 수 있다. 외부 제어 어셈블리는 엔진 속도와 부하에 따라, 엔진 제어 유닛(컴퓨터)에 의해 제어된다.
물론, 본 발명은 설명된 다양한 실시예에 제한되지 않으며 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어남 없이 변형 실시예를 추가하는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 가변 길이 커넥팅 로드(variable-length connecting rod)(10)에 있어서,
    상기 가변 길이 커넥팅 로드(10)의 본체(101)는 종축(z)을 따라 연장되고,
    상기 가변 길이 커넥팅 로드(10)는,
    종축(z)에 수직인 횡축(y)을 따라 크랭크샤프트의 크랭크핀과 피봇 연결을 확립하도록 설계된 커넥팅 로드 헤드(102),
    상기 커넥팅 로드(10)의 길이를 제어하기 위한 유압 회로(104),
    상기 유압 회로(104)를 제어하기 위한 시스템(110)
    을 포함하며,
    상기 제어 시스템(110)은,
    상기 커넥팅 로드 헤드(102)의 하우징(112) 내에 배치되며, 제 1 레스팅(resting) 위치(P1) 및 적어도 하나의 제 2 위치(P2)를 점유할 수 있는 적어도 하나의 선형 유압 슬라이드(111, 111a, 111b) - 각각의 위치는 상기 유압 회로(104)와의 유체 연통이 개방 또는 폐쇄될 수 있게 함 -,
    상기 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치되고 상기 슬라이드(111, 111a, 111b)의 일 단부에 고정되며, 상기 크랭크핀과 동축이고 상기 커넥팅 로드(10)의 외부에 있는 환형 제어 부재(50, 50')에 의해 가해지는 지지력(bearing force)을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 1 슈(shoe)(113) - 상기 지지력은 상기 슬라이드(111, 111a, 111b)가 상기 제 2 위치(P2)로 이동될 수 있게 함 -,
    상기 지지력이 없을 때 상기 슬라이드(111, 111a, 111b)를 상기 제 1 레스팅 위치(P1)로 되돌리기 위한 복귀 수단(114),
    상기 커넥팅 로드 헤드(102)의 측벽에 배치되고 상기 지지력을 받기에 적합한 적어도 하나의 제 2 슈(115)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슈(113) 및 상기 제 2 슈(115)는,
    상기 지지력이 가해질 때 상기 슈들이 받는 힘들의 무게 중심이 상기 커넥팅 로드 헤드(102)의 실질적 중앙에 위치되도록 배열되는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 슈들(113, 115) 중 적어도 하나는 횡축(y)을 따라 가능한 움직임을 제한하는 엔드 스톱부들을 포함하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 회로(104)는 적어도 2개의 유압 챔버들(1041, 1042)을 포함하며,
    상기 적어도 2개의 유압 챔버들(1041, 1042) 각각은 적어도 하나의 덕트(104a, 104a', 104b, 104b')에 의해 상기 슬라이드(111, 111a, 111b)에 연결되며,
    상기 챔버들(1041, 1042)은 적어도 하나의 유압 피스톤과 연관되고, 상기 유압 피스톤의 움직임은 상기 종축(z)을 따라 상기 커넥팅 로드(10)의 길이를 수정하기에 적합한, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬라이드(111, 111a, 111b)는 그것이 점유하는 위치에 따라, 유압 챔버(1041, 1042)와 오일 공급부(11) 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 유압 챔버(1041, 1042)와 오일 드레인(12) 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 상기 2개의 유압 챔버들(1041, 1042) 사이에 오일 순환을 확립하는 것을 가능하게 하거나, 또는 상기 2개의 유압 챔버들(1041, 1042)과의 임의의 오일 순환을 차단하는 것을 가능하게 하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 오일 공급부(11)는 상기 커넥팅 로드 헤드(102) 베어링들(103)로부터 윤활유를 회수하도록 구성되는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬라이드(111, 111a, 111b)는 오일 순환의 방향이 정의될 수 있게 하는 적어도 하나의 밸브(1112, 1115, 1115')를 포함하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 회로(104)는 상기 2개의 유압 챔버들(1041, 1042)를 연결하며 또한 상기 오일 순환의 방향이 정의될 수 있게 하는 밸브(1046)를 구비하는 덕트(104c)를 포함하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 유압 피스톤에 연결된 복귀 또는 푸시백 요소(1042a)를 포함하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압 챔버(1042)와 상기 슬라이드(111b)를 연결하는 적어도 하나의 덕트(104b)는, 상기 유압 피스톤(1045)이 결정된 위치에 도달할 때 상기 유압 챔버(1042)와 상기 슬라이드(111b) 사이에서 오일의 순환을 허용하도록 구성된 셔터 장치(1047)를 포함하는, 가변 길이 커넥팅 로드(10).
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