WO2021201618A1 - 가변 압축비 엔진 - Google Patents

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WO2021201618A1
WO2021201618A1 PCT/KR2021/004033 KR2021004033W WO2021201618A1 WO 2021201618 A1 WO2021201618 A1 WO 2021201618A1 KR 2021004033 W KR2021004033 W KR 2021004033W WO 2021201618 A1 WO2021201618 A1 WO 2021201618A1
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WO
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rack
eccentric sleeve
gear
compression ratio
connecting rod
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Application number
PCT/KR2021/004033
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English (en)
French (fr)
Inventor
장순길
Original Assignee
장순길
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods

Definitions

  • the present disclosure relates to a variable compression ratio engine, and more particularly, to a variable compression ratio engine capable of adjusting and changing the compression ratio as necessary in an internal combustion engine used for automobiles and the like.
  • the compression ratio of a conventional internal combustion engine is determined at the time of initial design and manufacture.
  • the internal combustion engine is frequently used in various environments that change every moment, and various basic methods for changing the compression ratio of the internal combustion engine as needed are disclosed.
  • a method of changing the volume in the combustion chamber when the piston is at top dead center there are a method of changing the space of a cylinder head and a method of changing the top dead center of the piston.
  • the method of changing the top dead center of the piston includes a method of changing the distance between the crankshaft and the head, a method of changing the length of the crank arm, and a method of changing the length of the connecting loader.
  • a method of changing the length of the connecting loader there is a method of configuring the connecting rod as a 5-bar link without using one connecting loader between the piston pin and the crank pin. And, there is a method of connecting the connecting rod connected to the crank pin to the center of the gear wheel, connecting the connecting rod connected to the piston to one side of the teeth, and adjusting the height of the rack while engaging the rack on the other side of the teeth. Also, as a method of using one connecting loader, there is a method of changing the length of the connecting loader, and a method of changing the effective length of the connecting rod by using an eccentric sleeve where the center of the outer circumference and the center of the inner circumference do not coincide. .
  • a method of using the eccentric sleeve includes a method of rotating the eccentric sleeve using a hydraulic device and a method of rotating the eccentric sleeve through a rod and a mechanical device connected to the eccentric sleeve.
  • the hydraulic system had difficulties in changing and controlling the angle of the pipe and the eccentric sleeve, and the rods and mechanical devices connected to the eccentric sleeve had rapid reciprocating motion, strong shock, vibration, noise, increased load and increased space during explosion. have a related problem.
  • Another object of the present invention is to provide a method for simply adjusting the posture of an eccentric sleeve through a variable compression ratio engine capable of easily changing the compression ratio as required.
  • a variable compression ratio engine includes: a connecting rod including a small end connected to a piston through a piston pin and a large end connected to a crankshaft through a crank pin; a gear eccentric sleeve installed on at least one of the piston pin or the crank pin; and at least one rack having one side engaged with the gear formed on the outer circumferential surface of the gear eccentric sleeve.
  • variable compression ratio engine includes: a rack extension end formed to protrude from one end of the rack; and at least one block for adjusting the rotation angle of the gear eccentric sleeve by moving the extended end of the rack in contact with the extended end of the rack when the rack moves as the crankshaft rotates.
  • variable compression ratio engine includes: a brake pad, one side of which is in contact with one side of the rack; and a spring controlling the movement of the rack by applying pressure to the brake pad in contact with the other side of the brake pad.
  • the rack engages the gear of the gear eccentric sleeve in at least one of a vertical direction, a horizontal direction, and an inclined direction with respect to the longitudinal direction of the connecting rod.
  • a variable compression ratio engine includes: a connecting rod including a small end connected to a piston through a piston pin and a large end connected to a crankshaft through a crank pin; a gear eccentric sleeve including a cylindrical eccentric sleeve installed on at least one of the piston pin or the crank pin, and a cylindrical concentric sleeve positioned at both ends or one end of the eccentric sleeve and having a pinion gear formed on an outer circumferential surface; and at least one rack engaged with a gear formed on an outer circumferential surface of the gear eccentric sleeve.
  • variable compression ratio engine is installed at one end of the rack, and when the piston is positioned at the bottom dead center, at least one for adjusting the rotation angle of the gear eccentric sleeve by contacting the rack and moving the rack It further includes a block of
  • the gears of the concentric sleeve positioned at both ends or one end of the gear eccentric sleeve and the two racks respectively contact and engage.
  • a variable compression ratio engine includes a connecting rod including a small end connected to a piston through a piston pin and a large end connected to a crankshaft through a crank pin; a worm wheel eccentric sleeve including a cylindrical eccentric sleeve installed at the small end, and a concentric sleeve positioned at one or both ends of the eccentric sleeve and having a worm wheel installed on an outer circumferential surface; and at least one worm engaged with a worm wheel of the concentric sleeve.
  • variable compression ratio engine the worm is installed from one side, and further includes a worm shaft installed on the piston.
  • variable compression ratio engine further includes a worm shaft rotating rod connected to the worm shaft in a sliding manner to rotate the worm shaft.
  • variable compression ratio engine can be used at a low cost by simply making the variable compression ratio engine.
  • efficiency and performance of the variable compression ratio engine can be improved, and fuel consumption and emissions of pollutants can be reduced.
  • FIG. 1A is a front view and a side view of a connecting rod installed in a variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1B is a cross-sectional view and an exploded perspective view of a connecting rod in which a gear eccentric sleeve and a rack of a variable compression ratio engine are installed according to an embodiment of the present disclosure
  • 1C is a view showing an example in which a rack of a connecting rod is modified and installed according to an embodiment of the present disclosure
  • 1D is a view showing another example in which the rack of the connecting rod is modified and installed according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a view showing a path through which the extended end of the rack passes in a state in which the gear eccentric sleeve and the rack are installed in the vertical direction at the large end of the connecting rod of the variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a view showing a path through which the extended end of the rack passes in a state in which the gear eccentric sleeve and the rack are installed in the horizontal direction at the large end of the horizontally split connecting rod of the variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a view showing a path through which the extended end of the rack passes while the gear eccentric sleeve and the rack are installed in an inclined direction at the large end of the inclined split connecting rod of the variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure
  • 5A is an exploded perspective view of a gear eccentric sleeve, a rack, and a block in which a pinion gear is formed on an outer circumferential surface of the concentric sleeve according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5A is installed on a small end portion of a connecting rod according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5C is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5A is installed at a large end of a connecting rod according to an embodiment of the present disclosure
  • 5D is an exploded perspective view of a gear eccentric sleeve, a rack, and a block in which a pinion gear is formed on an outer circumferential surface of the concentric sleeve according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5E is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5D is installed at a large end of a connecting rod according to an embodiment of the present disclosure
  • 6A is an exploded perspective view showing a gear eccentric sleeve, a rack, and a block in which a pinion gear is formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6B is a vertical cross-sectional view illustrating a case in which the structure of FIG. 6A is installed on a piston pin according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 6c is a view showing a modified form of the rack and block in the structure of Figure 6a according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 7A and 7B are exploded perspective views illustrating a worm wheel eccentric sleeve, a worm mounted worm shaft, and a worm shaft rotating rod according to an embodiment of the present disclosure
  • variable compression ratio engine a configuration of a variable compression ratio engine according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted.
  • the present disclosure relates to a structure coupled with a connecting rod including a big end connected to a crankshaft through a crank pin and a small end connected to a piston through a piston pin. It's about
  • the structure coupled to the connecting rod includes an eccentric sleeve installed at a small end or a large end, and components such as a rack, a worm shaft, etc. that are engaged with the eccentric sleeve to adjust the position, posture, or rotation angle of the eccentric sleeve.
  • the distance between the piston pin and the crank pin may vary depending on the posture of the eccentric sleeve even if the same connecting rod is used.
  • the length of the connecting rod that determines the distance between the piston pin and the crank pin will be referred to as the 'connecting rod effective length'.
  • the meshing of the rack and pinion gears can be used to control the posture of the eccentric sleeve.
  • the pinion gear may be formed on the outer circumferential surface of the eccentric sleeve, or concentric sleeves may be formed at both ends of the eccentric sleeve, and the pinion gear may be formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve.
  • the eccentric sleeve in which the pinion gear is formed will be referred to as a 'gear eccentric sleeve'.
  • the distance between the center of the outer circumferential circle (the tip circle) of the eccentric sleeve and the center of the inner circumferential circle of the eccentric sleeve is referred to as an 'eccentric distance'.
  • a rack may be used to rotate the gear eccentric sleeve into the required position.
  • a position of the gear eccentric sleeve may be determined according to the position of the rack engaged with the pinion gear.
  • the rack may be installed on one of a connecting rod, a crank arm, or a piston, and it may be an externally installed block that moves the rack.
  • a path on which the rack moves is formed according to the rotation of the crankshaft, and a block may be installed on the path on which the rack moves.
  • the corresponding rack is pushed or pushed up in a certain direction.
  • the pushed rack rotates the gear eccentric sleeve to a certain extent, and may change the posture of the gear eccentric sleeve.
  • the effective length of the connecting rod can be changed so that the top dead center of the piston can be changed and the compression ratio can be changed. If the position of the block does not change, the position of the rack may not change, nor may the attitude of the gear eccentric sleeve change. Until the position of the block is changed again, the engine can continue to move without external interference with the changed compression ratio.
  • a worm gear may be used to control the posture of the eccentric sleeve.
  • a method of forming the worm wheel on the eccentric sleeve is to form a worm wheel on the outer circumferential surface of the eccentric sleeve, or form a concentric sleeve on the edge of the eccentric sleeve, and form the worm wheel on the outer circumferential surface of the concentric sleeve.
  • the eccentric sleeve in which the worm wheel is formed will be referred to as a 'worm wheel eccentric sleeve'.
  • the connecting rod 11 may include rack extending ends 12 , 13 and a connecting rod cap 14 .
  • the connecting rod 11 includes a small end 17 connected to the piston through a piston pin, and a large end 16 connected to the crankshaft through a crank pin.
  • a gear eccentric sleeve 1 may be installed at the large end 16 (or crank pin) of the illustrated connecting rod 11 .
  • the gear eccentric sleeve 1 may include a structure in which a pinion gear is formed on an outer circumferential surface of the eccentric sleeve.
  • the rack extension ends 12 and 13 may be projections located at the lower end of the rack (not shown) that engage the pinion gear formed in the gear eccentric sleeve 1 .
  • FIG. 1B is a cross-sectional view and an exploded perspective view of the connecting rod 11 in which the gear eccentric sleeve 1 and the racks 2 and 3 of the variable compression ratio engine are installed according to an embodiment of the present disclosure.
  • the gear eccentric sleeve 1 is installed in the hole of the large end 16 of the connecting rod, and a bearing may be installed inside the gear eccentric sleeve 1 .
  • One side of the brake pads 6 and 7 is in contact with one side of the racks 2 and 3, and the springs 8 and 9 are in contact with the other side of the brake pads 6 and 7 to be in contact with the brake pads 6 and 7
  • the brake pads 6 and 7 prevent the racks 2 and 3 from easily moving by the force of the springs 8 and 9, so that the gear eccentric sleeve 1 does not rotate easily and maintains a stable posture. can do.
  • the gear eccentric sleeve 1 rotates easily, it may be difficult to maintain a stable posture by rotating little by little due to the rotational friction of the crank pin or the impact during the explosion stroke.
  • the two racks 2 , 3 can move in opposite directions because they are engaged in one gear eccentric sleeve 1 .
  • the right rotation rack (2) is pushed up, the left rotation rack (3) is pushed down, and when the left rotation rack (3) is pushed up, the right rotation rack (2) can be pushed down.
  • one of the installed racks 2, 3 can be pushed upward in order to rotate the gear eccentric sleeve 1 by the required angle to position it.
  • 1C and 1D are views illustrating an example in which the racks 2 and 3 of the connecting rods 19 and 20 are modified and installed according to an embodiment of the present disclosure.
  • the large end 16 of the connecting rods 19 and 20 may be of a horizontal division type, an inclined division type, or the like, but is not limited thereto.
  • the racks 2 and 3 are vertically, horizontally or inclined on both sides of the gear eccentric sleeve 1 through the horizontal split type large end connecting rod and the inclined split type large end connecting rod. direction can be installed.
  • the racks 2 and 3 engage the gears of the gear eccentric sleeve 1 in at least one of a vertical direction, a horizontal direction, or an inclined direction with respect to the longitudinal direction of the connecting rods 11 , 19 and 20 . can be installed.
  • a method for maintaining a stable posture without easily rotating the gear eccentric sleeve 1 is not limited to the above-described method.
  • the hole in the large end 16 of the connecting rod is made to fit the size of the gear eccentric sleeve 1, or the brake pads 6, 7 are inside the hole in the large end 16 of the connecting rod. can also be installed.
  • the gear eccentric sleeve 1 may be manufactured by dividing it into two pieces like the bearing 10 and assembled into one.
  • FIG. 2 is a view showing the extended end of the rack 12, in a state in which the gear eccentric sleeve 1 and the racks 2 and 3 are installed in the vertical direction at the large end of the connecting rod 11 of the variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure; It is a diagram showing the paths 36 and 37 through which 13) passes.
  • the small end of the connecting rod 11 may be installed on the piston pin 32 located inside the piston 31 .
  • the connecting rod 11 may comprise a gear eccentric sleeve 1 , racks 2 , 3 and/or blocks 4 , 5 .
  • the gear eccentric sleeve 1 is installed at the large end of the connecting rod 11
  • each of the racks 2 and 3 may be installed in a vertical direction.
  • the path 36 through which the right rotating rack extended end 12 passes and the path 37 through which the left rotating rack extended end 13 passes can be marked with dotted lines. have.
  • the crankpin 34 is rotated along the crankpin rotation path 35
  • the large end of the connecting rod 11 is also rotated along the crankpin rotation path 35
  • the connecting rod The gear eccentric sleeve (1) installed at the large end of (11) and the racks (2, 3) meshed with the gears of the gear eccentric sleeve (1) can also move along the same path.
  • the path 36 through which the right turn rack extension end 12, indicated by three dashed lines, passes, respectively, is the right turn rack extension end 12 for the raised, centered and lowered state of the right turn rack 2, respectively. ) can be seen.
  • the path 37 through which the left-turning rack extension end 13 indicated by three dotted lines passes, respectively, is the left-turning rack extending end 13 for the state in which the left-turning rack 3 is raised, centered and lowered. You can see the path through.
  • a lower end of the connecting rod 11 may include a right-turn block 4 and a left-turn block 5 .
  • the right-turning block 4 and the left-turning block 5, respectively, in the path through which the right-turning rack extended end 12 and the left-turning rack extended end 13 pass, the right-turning rack extending end 12 and the left-turning rack extending end 13, respectively ) can be pushed upwards.
  • each of the blocks 4 and 5 may be connected to the rotation shafts 44 and 45, as shown.
  • it may be used in connection with the cam device, and may perform its function in various ways, such as driven by a hydraulic device or an electric screw. Meanwhile, the shapes of the blocks 4 and 5 are not limited to the illustrated ones.
  • one of the two racks (2, 3) may be pushed up.
  • the position of the right turn block 4 installed on the path 36 through which the right turn rack extended end 12 passes and the position of the left turn block 5 installed on the path 37 through which the left turn rack extended end 13 passes can be adjusted. have.
  • one of the two racks 2 , 3 can be pushed up and the other one lowered to rotate the gear eccentric sleeve 1 by the required angle to hold it in position.
  • the connecting rod 11 includes a gear eccentric sleeve 1 , racks 2 , 3 and blocks 4 , 5 .
  • the gear eccentric sleeve 1 is installed at the large end of the connecting rod 11, the two racks 2 and 3 are installed in the horizontal direction, and when the crankshaft 33 is rotated left, the rack extension end 12 rotates right.
  • a path 37 through which the left-turning rack extension end 13 passes may be indicated by a dotted line.
  • the crankshaft 33 When the crankshaft 33 is rotated to the left, the crankpin 34 is rotated along the crankpin rotation path 35 , and the large end of the connecting rod 11 may also be rotated along the crankpin rotation path 35 .
  • the gear eccentric sleeve 1 installed at the large end of the connecting rod 11 and the racks 2 and 3 meshed with the gears of the gear eccentric sleeve 1 can also move along the same path.
  • the path through which the rack extending end 12 passes can be seen.
  • the path 37 through which the left-turning rack extension end 13 indicated by two dotted lines passes, respectively, is the left-turning rack extension end ( 13) can be seen.
  • the right-turn block 4 and the left-turn block 5 may be installed on the right side of the connecting rod 11 .
  • the right turn block 4 and the left turn block 5 are, respectively, the right turn rack extended end 12 and the left turn rack in paths 36 and 37 through which the right turn rack extended end 12 and the left turn rack extended end 13 pass, respectively.
  • the extended end 13 can be pushed to the left.
  • each of the blocks 4 and 5 may be connected to the rotation shafts 44 and 45, as shown.
  • it may be used in connection with the cam device, and the function may be performed in various ways, such as driven by a hydraulic device or an electric screw. Meanwhile, the shapes of the blocks 4 and 5 are not limited to the illustrated ones.
  • One of the two racks 2 and 3 may be pushed toward the connecting rod 11 in order to rotate the gear eccentric sleeve 1 by a required angle to maintain a posture.
  • the position of the right turn block 4 installed on the path 36 through which the right turn rack extended end 12 passes and the position of the left turn block 5 installed on the path 37 through which the left turn rack extended end 13 passes can be adjusted.
  • one of the two racks (2, 3) can be pushed in the direction of the connecting rod (11) and the other one is pulled in the opposite direction to rotate the gear eccentric sleeve (1) by the required angle to hold it in position .
  • Figure 4 is a gear eccentric sleeve (1) and racks (2, 3) are installed in an inclined direction at the large end of the connecting rod 11 of the variable compression ratio engine according to an embodiment of the present disclosure so that the extended end of the rack passes It is a diagram showing a path.
  • the small end of the connecting rod 11 may be installed on the piston pin 32 located inside the piston 31 .
  • the connecting rod 11 includes a gear eccentric sleeve 1 , a rack 2 . , 3) and blocks 4 and 5.
  • the gear eccentric sleeve 1 may be installed at the large end of the connecting rod 11
  • each of the racks 2 and 3 may be installed in an inclined direction.
  • crankshaft 33 when the crankshaft 33 is rotated to the left, the crankpin 34 is rotated along the crankpin rotation path 35 , and the large end of the connecting rod 11 is also rotated along the crankpin rotation path 35 . It rotates, and the gear eccentric sleeve 1 installed at the large end of the connecting rod 11 and the racks 2 and 3 meshed with the gears of the gear eccentric sleeve 1 can also move along the same path.
  • the crankshaft 33 is rotated left, the path 36 through which the right rotating rack extended end 12 passes and the path 37 through which the left rotating rack extended end 13 passes can be seen by displaying the dotted lines.
  • the path 36 through which the right-turning rack extension end 12 indicated by two dotted lines passes is, respectively, the right-turning rack extending end for a state in which the right-turning rack 2 is raised in the direction of the small end of the connecting rod and lowered in the opposite direction (12) can be seen.
  • the path 37 through which the left-turning rack extension end 13 indicated by two dotted lines passes, respectively, has the left-turning rack extension end ( 13) can be seen.
  • each of the blocks 4 and 5 may be connected to the rotation shafts 44 and 45, as shown.
  • it may be used in connection with the cam device, and the function may be performed in various ways, such as driven by a hydraulic device or an electric screw. Meanwhile, the shapes of the blocks 4 and 5 are not limited to the illustrated ones.
  • one of the two racks 2 , 3 can be pushed upwards to the left.
  • the position of the right turn block 4 installed on the path 36 through which the right turn rack extended end 12 passes and the position of the left turn block 5 installed on the path 37 through which the left turn rack extended end 13 passes can be adjusted.
  • one of the two racks 2, 3 can be raised to the left up and the other down to the right so that the gear eccentric sleeve 1 can be rotated by the required angle to hold it in position.
  • the gear eccentric sleeve 1 having a pinion gear formed on the outer circumferential surface of the eccentric sleeve is a rack (2, 3), blocks (4, 5), brake pads (6, 7) and a spring (8) , 9), including but shown to be installed at the large end of the connecting rod, but is not limited thereto, and may also be installed at the small end of the connecting rod (11, 19, 20).
  • the gear eccentric sleeve 1 is small in size and may not be manufactured by dividing it into two like the bearing 10 .
  • the position for installing each of the blocks 4 and 5 may also be below the cylinder rather than above the piston pin 32 .
  • each block (4, 5) Since each block (4, 5) must be installed avoiding the crank arm, counterweight, and crank pin (34), it can be arranged close to each side of the connecting rods (11, 19, 20) one by one.
  • the right-turning rack extension end 12 and the left-turning rack extension end 13 are also installed below the piston pin 32 instead of above, and the end of each of the extension ends 12, 13 is the left and right blocks 4 and 5. It should protrude left and right so that they can reach each other.
  • the right-turning rack extending end 12 and the left-turning rack extending end 13 have a path 36 through which the right-turning rack extending end 12 passes and the left-turning rack extending end 13, as shown in FIG. It is possible to move on a path each shorter than the path 37 through it.
  • the position of each block (4, 5) is between the cylinder and the crankshaft 33, the use of space can be reduced.
  • 5A is an exploded perspective view of the gear eccentric sleeve 51 , the rack 52 , and the block 54 in which a pinion gear is formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve according to an embodiment of the present disclosure. As shown, it may include a gear eccentric sleeve 51 , a rack 52 , and a block 54 .
  • the gear eccentric sleeve 51 , the rack 52 and the block 54 may be used at the large end or the small end of the connecting rod 60 .
  • the pins 55 , 56 may be piston pins 55 and/or crank pins 56 .
  • the gear eccentric sleeve 51 may form a concentric sleeve at both ends of the eccentric sleeve, and may form a pinion gear on an outer circumferential surface of the concentric sleeve.
  • the gear eccentric sleeve 1 is disclosed for use at the large end of the connecting rod.
  • the gear eccentric sleeve 51 shown in FIGS. 5A to 5C may be used at the small end and/or the large end of the connecting rod.
  • the gear eccentric sleeve 51 When the gear eccentric sleeve 51, the rack 52 and the block 54 are used at the small end of the connecting rod, the gear eccentric sleeve 51 is installed to surround the piston pin 55, and the gear eccentric sleeve 51 may be sequentially installed so as to surround the small end of the connecting rod 60 .
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5A is installed at a small end of the connecting rod 60 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the small end of the connecting rod 60 may be in contact with the eccentric sleeve portion in the center of the gear eccentric sleeve 51 and may not be in contact with the concentric sleeves located at both ends of the eccentric sleeve.
  • the rack 52 may be installed inside the piston 50 . If necessary, two or four racks 52 may be installed at both ends of the piston pin 55 . When the crankshaft rotates, each rack 52 can reciprocate up and down with the piston 50 .
  • Each block 54 is installed at the lower end of each rack 52, and when the piston 50 is near the bottom dead center through vertical positioning, it comes into contact with the end of each rack 52, Each rack 52 can be pushed up as needed.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5A is installed at the end of the connecting rod 60 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the gear eccentric sleeve 51 When used at the large end of the connecting rod 60, the gear eccentric sleeve 51 may be installed to surround the crank pin 56, and the gear eccentric sleeve 51 may be installed to surround the large end of the connecting rod 60. have.
  • the gear eccentric sleeve 51 like the bearing 10, can be manufactured and assembled in two parts.
  • the large end of the connecting rod 60 may be in contact with the eccentric sleeve portion in the center of the gear eccentric sleeve 51 and may not contact the concentric sleeve portions at both ends.
  • Only two racks 52 and blocks 4 and 5 can be provided in the diagonal direction, respectively.
  • the installation location of each rack 52 may be the side of the crank arm 57 .
  • the crank arms 57 may be positioned and installed at both ends of the crank pins 56 , respectively.
  • the two racks 52 can rotate around the crank arm 57 and the crankshaft. Referring to FIG. 2 , each of the racks 2 and 3 is installed on the connecting rod 11 and does not turn over when rotating, but the rack 52 shown in FIGS.
  • 5A to 5C is a crank arm 57 . It can be turned over when it is installed on the However, when the pistons are near bottom dead center, the ends of both racks 52 follow a path similar to the path 36 through the right rotating rack extending end and the path 37 through the left rotating rack extending end respectively shown in FIG. can move along. Accordingly, the blocks 4 and 5 can push up the rack 52 while having a shape similar to the blocks 4 and 5 of FIG. 2 .
  • FIG. 5D is an exploded perspective view of a gear eccentric sleeve, a rack, and a block in which a pinion gear is formed on an outer circumferential surface of the concentric sleeve according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5E is a cross-sectional view illustrating a state in which the structure of FIG. 5D is installed at a large end of a connecting rod according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 5d is to change the shape of the rack 52 and the block 54 in Figures 5a and 5c so that the block 54 is always in contact with the rack (52). It may be installed at one end or both ends of the gear eccentric sleeve 51 .
  • FIG. 6A is an exploded perspective view showing the gear eccentric sleeve 51 , the rack 52 and the block 54 in which a pinion gear is formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve according to an embodiment of the present disclosure.
  • the small end of the connecting rod 60 may include a gear eccentric sleeve 61 , a rack 62 , a block 64 , and a piston pin 65 .
  • the gear eccentric sleeve 61 may form a concentric sleeve at both ends of the eccentric sleeve, and a pinion gear may be formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve.
  • the gear eccentric sleeve 61 may be installed to surround the piston pin 65 , and a small end of the connecting rod 60 may be installed to surround the gear eccentric sleeve 61 .
  • FIG. 6B is a vertical cross-sectional view illustrating a case in which the structure of FIG. 6A is installed on the piston pin 65 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the small end of the connecting rod 60 may be in contact with the eccentric sleeve portion in the center of the gear eccentric sleeve 61 and may not be in contact with the concentric sleeve portion located at both ends.
  • An installation location of the rack 62 may be inside the piston 50 . If necessary, one or more racks 62 may be installed on either side of the inside of the piston 50 . When the crankshaft rotates, the rack 62 may reciprocate up and down together with the piston 50 .
  • the block 64 is installed at the lower end of the rack 62 , and if necessary, one or more racks 62 can be moved from side to side by adjusting the position from side to side.
  • Figure 6c is a view showing the rack 66 and the block 67 in a modified form in the structure of Figure 6a according to an embodiment of the present disclosure.
  • the rack 66 and block 67 allow the weight of the piston to be reduced, and less rack 66 can be pulled out of the cylinder.
  • it is not limited to the rack 66 and the block 67 shown in Figure 6c, the rack 66 and the block 67 of various shapes may come out.
  • the gear A difference may occur depending on the method of fixing the eccentric sleeves 51 and 61 .
  • a method of fixing the gear eccentric sleeves 51 and 61 so as not to easily move at the small end of the connecting rod 60 may be used.
  • the gear eccentric sleeves 51 and 61 are integrated with the connecting rod 60 to rotate left and right, and the gear eccentric sleeves 51 and 61
  • the center swaying from side to side can be a piston pin.
  • the piston can always receive a force from the center of the piston pins 55 , 65 .
  • the gear eccentric sleeves 51 and 61 may be integral with the piston and not rotate left and right.
  • the small end of the connecting rod can rotate in the central eccentric sleeve portion of the fixed gear eccentric sleeve (51, 61).
  • the center of the eccentric sleeve at the center of the gear eccentric sleeves 51 , 61 may not coincide with the center of the piston pins 55 , 65 .
  • the piston 50 may not receive a force from the center of the piston pins 55 , 65 .
  • the positions of the piston pins 55 and 65 may need to be moved to a position off the center of the piston 50 .
  • the hole at the small end of the connecting rod is made without a gap in the eccentric sleeve, or a brake is placed on the inner wall of the hole at the small end of the connecting rod. You can also install pads.
  • a method of making the gear eccentric sleeves 51 and 61 not easily moved from the piston a method of fixing the racks 52 and 62 such as installing a brake pad on the interlocking racks 52 and 62 may be used.
  • FIGS. 7A and 7B are exploded perspective views illustrating the worm wheel eccentric sleeve 71 , the worm shaft 74 on which the worm 73 is mounted, and the worm shaft rotation rod 76 according to an embodiment of the present disclosure. As shown, it will include a worm wheel eccentric sleeve 71 , a worm wheel 72 , a worm 73 , a worm shaft 74 , 77 , a piston pin 75 and a worm shaft rotation rod 76 , 78 .
  • the worm 73 may be used to rotate the worm wheel 72
  • the posture of the worm wheel eccentric sleeve 71 may be determined according to the rotation of the worm 73 and the worm wheel 72 . .
  • the worm 73 is installed on the piston, and rotating the worm 73 may be the worm shafts 74 and 77 and the worm shaft rotation rods 76 and 78 .
  • the worm wheel eccentric sleeve 71 may form concentric sleeves at both ends of the eccentric sleeve, and a worm wheel 72 may be formed on the outer circumferential surface of the concentric sleeve.
  • the worm wheel eccentric sleeve 71 may be installed on the piston pin 75 , and the worm 73 may be installed on the inside of the piston.
  • the small end of the connecting rod (not shown) may contact the eccentric sleeve portion in the center of the worm wheel eccentric sleeve 71 and may not contact the concentric sleeve portions on both sides.
  • the worm wheel 72 may be installed at one or both ends of the worm wheel eccentric sleeve 71 .
  • the worm shaft can receive rotation from the worm shaft rotating rod and can move in the axial direction at the same time.
  • the worm wheel 72 When the worm wheel 72 is installed at both ends, the worm 73 may be engaged with each worm wheel 72 . At least one worm 73 may be installed.
  • Each worm 73 has a worm shaft 74 , 77 , and the worm shaft 74 , 77 may be installed on a piston.
  • the worm shafts 74 and 77 may receive rotation from the worm shaft rotation rods 76 and 78 located at the lower ends of the worm shafts 74 and 77 .
  • the worm wheel 72 rotates to partially rotate the worm wheel eccentric sleeve 71 and change the posture of the worm wheel eccentric sleeve 71 .
  • the effective length of the connecting rod can be changed so that the top dead center of the piston can be changed and the compression ratio can be changed. If the worm 73 does not rotate, the worm wheel 72 does not rotate, and the posture of the worm wheel eccentric sleeve 71 may not change.
  • the engine can continue to move with the changed compression ratio until the worm shaft rotating rods 76 and 78 are rotated again.
  • the worm shafts 74 and 77 and the worm shaft rotation rods 76 and 78 may be connected in a mutually slidable manner.
  • the worm shafts 74 and 77 reciprocate with the piston as in the two examples shown on both sides in FIG. It is not limited to this.
  • a penta graph structure may be used.
  • the lower part of the worm shaft (74, 77) and the worm shaft rotation rod (76, 78) to slide relative to each other and move, the lower part of the worm shaft 74 forms a polygonal column or a spline gear is formed on the outer circumferential surface.
  • the worm shaft rotation rod 78 may form a polygonal column or may be formed in the form of a spline gear to move through the worm shaft 77 .
  • rollers or bearings are used together while using a polygonal structure in consideration of rapid reciprocating motion, and that the worm shafts 74 and 77 are light.
  • the worm shaft rotation rods 76 and 78 When the worm shaft rotation rods 76 and 78 are rotated, the worm 73 rotates, when the worm 73 rotates, the worm wheel 72 rotates, and when the worm wheel 72 rotates, the worm wheel eccentric sleeve (71) can rotate.
  • the effective length of the connecting rod can be steered and the compression ratio can be steered.
  • variable compression ratio engine is one of the essential elements to achieve this. Since the variable compression ratio engine according to the present disclosure can be implemented through small changes in the conventional engine, it will be available for various automobiles.

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Abstract

본 개시는 가변 압축비 엔진을 제공한다. 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드, 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 기어 편심 슬리브, 및 일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.

Description

가변 압축비 엔진
본 개시는 가변 압축비 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 등에 사용되는 내연기관에서 압축비를 필요에 따라 조정하고 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진에 관한 것이다.
통상적으로, 종래의 내연기관의 압축비는 처음 설계 및 제조하는 시점에 결정되었다. 내연기관은 시시각각 변화하는 여러 환경에서 자주 사용되며, 내연기관의 압축비를 필요에 따라 바꿀 수 있는 기본적인 방법은 여러 가지가 개시된다. 일반적으로, 피스톤이 상사점에 있을 때 연소실 내의 용적을 변경하는 방법으로, 실린더 헤드의 공간을 변경하는 방법, 피스톤의 상사점을 변경하는 방법이 있다. 피스톤의 상사점을 변경하는 방법에는 크랭크 축과 헤드 사이의 거리를 변경하는 방법, 크랭크 암의 길이를 변경하는 방법 및 커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법이 있다.
커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법에는, 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이에 하나의 커넥팅 로더를 사용하지 않고 커넥팅 로드를 5절 링크로 구성하는 방법이 있다. 그리고, 톱니 바퀴의 중심에 크랭크 핀에 연결된 커넥팅 로드를 연결하고 피스톤에 연결된 커넥팅 로드를 톱니의 한쪽에 연결하고 톱니의 다른 쪽에 래크를 물리면서 래크의 높이를 조정하는 방법 등이 있다. 또한, 하나의 커넥팅 로더를 사용하는 방법으로, 커넥팅 로더의 길이를 변경하는 방법과 외주원의 중심과 내주원의 중심이 일치하지 않는 편심 슬리브를 사용하여 커넥팅 로드의 유효한 길이를 변경하는 방법이 있다.
편심 슬리브를 사용하는 방법에는, 유압 장치를 사용하여 편심 슬리브를 회전시키는 방법과 편심 슬리브에 연결한 막대 및 기계 장치를 통해 편심 슬리브를 회전시키는 방법이 있다. 그러나, 유압 장치는 배관과 편심 슬리브의 각도 변경 및 제어에 어려움이 있었고, 편심 슬리브에 연결한 막대 및 기계 장치는 빠른 왕복 운동, 폭발 시 발생하는 강한 충격, 진동, 소음, 부하 증가 및 공간 증가 등과 관련된 문제를 가지고 있다.
본 발명의 목적은, 필요에 따라 쉽게 압축비를 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진을 제공하여 필요한 공간을 많이 늘이지 않고, 진동 및 소음을 유발하지 않으며, 크랭크 핀 및 크랭크 축에 부담이 증가하지 않도록 한다.
본 발명의 다른 목적은, 필요에 따라 쉽게 압축비를 변경할 수 있는 가변 압축비 엔진을 통해, 간단하게 편심 슬리브의 자세를 조정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 기어 편심 슬리브; 및 일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 래크의 일단에 돌출되어 형성된 래크 연장 단부; 및 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상기 래크가 이동할 때, 상기 래크 연장 단부에 접촉하여 상기 래크 연장 단부를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 일측이 상기 래크의 일측에 접촉하는 브레이크 패드; 및 상기 브레이크 패드의 타측에 접촉하여 상기 브레이크 패드에 압력을 가함으로써 상기 래크의 움직임을 제어하는 스프링을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 래크는, 상기 커넥팅 로드의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 기어 편심 슬리브의 기어에 맞물린다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치하고 외주면에 피니언 기어가 형성된 원통 형태의 동심 슬리브를 포함하는 기어 편심 슬리브; 및 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 래크의 일단에 설치되며, 상기 피스톤이 하사점에 위치할 때 상기 래크에 접촉하여 상기 래크를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 기어 편심 슬리브가 상기 크랭크 핀에 설치될 경우, 상기 기어 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치한 상기 동심 슬리브의 기어와 2개의 상기 래크가 각각 접촉하여 맞물린다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드; 상기 소단부에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 일단 또는 양단에 위치하고 외주면에 웜 휠이 설치되는 동심 슬리브를 포함하는 웜 휠 편심 슬리브; 및 상기 동심 슬리브의 웜 휠과 맞물리는 적어도 하나의 웜을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 일측으로부터 상기 웜이 설치되고, 상기 피스톤에 설치되는 웜 축을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진은, 상기 웜 축과 슬라이딩 방식으로 연결되어 상기 웜 축을 회전시키는 웜 축 회전 막대를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록을 사용하는 가변 압축비 엔진을 통해 기어 편심 슬리브의 자세를 조정하는 방법을 사용하면 쉽고 간단하게 압축비를 변경할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 가변 압축비 엔진을 간단히 만들 수 있게 하여 저렴한 비용으로 가변 압축비 엔진이 사용될 수 있다. 또한, 가변 압축비 엔진의 효율 및 성능은 개선되고, 연료 소모와 공해 물질의 배출을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진에 설치되는 커넥팅 로드의 정면도 및 측면도이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 기어 편심 슬리브 및 래크가 설치된 커넥팅 로드의 단면도 및 분해 사시도이다.
도 1c는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드의 래크를 변형하여 설치한 예시를 나타내는 도면이다.
도 1d는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드의 래크를 변형하여 설치한 다른 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 수직 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 수평 분할형 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 수평 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 경사 분할형 커넥팅 로드의 대단부에 기어 편심 슬리브 및 래크가 경사진 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드의 소단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5d는 본 개시의 다른 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다.
도 5e는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5d의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6a은 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조가 피스톤 핀에 설치되었을 경우를 나타내는 세로 단면도이다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조에서 변형된 형태의 래크 및 블록을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 웜 휠 편심 슬리브, 웜이 장착된 웜 축 및 웜 축 회전 막대를 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 구성을 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시례들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시례에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시는, 가변 압축비 엔진에 있어서, 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부(big end)와 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부를 포함하는 커넥팅 로드(connecting rod)와 결합되는 구조에 관한 것이다. 커넥팅 로드에 결합되는 구조는, 소단부 또는 대단부에 설치되는 편심 슬리브, 및 편심 슬리브와 맞물려 연결되어 편심 슬리부의 위치, 자세 또는 회전 각도를 조절하는 래크, 웜 축 등과 같은 구성요소를 포함한다.
편심 슬리브를 크랭크 핀 또는 피스톤 핀에 설치할 경우, 동일한 커넥팅 로드를 사용해도 편심 슬리브의 자세에 따라 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이의 거리가 달라질 수 있다. 피스톤 핀과 크랭크 핀 사이의 거리를 결정짓게 만드는 커넥팅 로드의 길이를 '커넥팅 로드 유효 길이'라고 지칭하기로 한다. 커넥팅 로드 유효 길이가 변하면 행정은 같지만 피스톤의 상사점 및 하사점이 달라지고, 피스톤이 상사점에 있을 때 연소실의 용적이 변경되어 압축비가 달라질 수 있다.
편심 슬리브의 자세를 제어하기 위해 래크와 피니언 기어의 맞물림을 이용할 수 있다. 편심 슬리브에 피니언 기어를 형성하는 방법을 사용하면, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성하거나 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 이하에서, 피니언 기어가 형성된 편심 슬리브를 '기어 편심 슬리브'라고 지칭하기로 한다. 또한, 편심 슬리브의 외주원(이끝원)의 중심과 편심 슬리브의 내주원의 중심이 떨어져 있는 거리를 '편심 거리'라고 지칭하기로 한다.
기어 편심 슬리브를 필요한 자세로 회전시키기 위해서 래크가 사용될 수 있다. 피니언 기어에 맞물리는 래크의 위치에 따라 기어 편심 슬리브의 자세가 결정될 수 있다. 래크는, 커넥팅 로드, 크랭크 암 또는 피스톤 중 하나에 설치될 수 있으며, 래크를 움직이는 것은 외부에 설치된 블록일 수 있다. 크랭크 축의 회전에 따라 래크가 움직이는 경로가 형성되고, 래크가 움직이는 경로 위에 블록이 설치될 수 있다. 블록의 위치에 따라, 해당 래크가 일정 방향으로 밀리거나 밀어 올려진다. 밀어지는 래크는 기어 편심 슬리브를 일정 부분 회전시키고, 기어 편심 슬리브의 자세를 변경시킬 수 있다. 결과적으로, 커넥팅 로드 유효 길이가 변경되어 피스톤의 상사점이 변경되고 압축비가 변경될 수 있다. 블록의 위치가 변경되지 않는 경우, 래크의 위치도 변경되지 않고, 기어 편심 슬리브의 자세도 변경되지 않을 수 있다. 블록의 위치가 다시 변경될 때까지 엔진은 변경된 압축비로 외부의 간섭 없이 계속 움직일 수 있다.
편심 슬리브의 자세를 제어하기 위해 웜 기어를 이용할 수도 있다. 편심 슬리브에 웜 휠을 형성하는 방법은 편심 슬리브의 외주면에 웜 휠을 형성하거나, 편심 슬리브의 가장자리에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 웜 휠을 형성하는 것이다. 이하에서는, 웜 휠이 형성된 편심 슬리브를 '웜 휠 편심 슬리브'라고 지칭하기로 한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진에 설치되는 커넥팅 로드(11)의 정면도 및 측면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)는, 래크 연장 단부(12, 13) 및 커넥팅 로드 캡(14)을 포함할 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부(17), 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부(16)를 포함한다. 도시된 커넥팅 로드(11)의 대단부(16)(또는 크랭크 핀)에는 기어 편심 슬리브(1)가 설치될 수 있다. 기어 편심 슬리브(1)는, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 구조를 포함할 수 있다. 래크 연장 단부(12, 13)는, 기어 편심 슬리브(1)에 형성된 피니언 기어에 맞물리는 래크(미도시)의 하단부에 위치한 돌출부일 수 있다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 설치된 커넥팅 로드(11)의 단면도 및 분해 사시도이다. 도 1b를 참조하면, 커넥팅 로드의 대단부(16) 구멍에 기어 편심 슬리브(1)가 설치되고, 기어 편심 슬리브(1)의 내부에는 베어링이 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)의 대단부(16)에 기어 편심 슬리브(1)의 양단에는 래크(2, 3), 브레이크 패드(6, 7), 스프링이 순차적으로 각각 설치된 후 커넥팅 로드 캡 볼트(15)로 고정될 수 있다. 또한, 브레이크 패드(6, 7)는 래크(2, 3)가 쉽게 움직이지 못하도록 하여 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전되지 않도록 할 수 있다. 두 개의 래크(2, 3)의 하단에는 각각 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 길게 돌출될 수 있다.
브레이크 패드(6, 7)의 일측은 상기 래크(2, 3)의 일측에 접촉하며, 스프링(8, 9)는 브레이크 패드(6, 7)의 타측에 접촉하여 브레이크 패드(6, 7)에 압력을 가함으로써 래크(2, 3)의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 브레이크 패드(6, 7)는, 스프링(8, 9)의 힘에 의해 래크(2, 3)가 쉽게 움직이지 못하도록 하여, 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하지 않고 안정된 자세를 유지하도록 할 수 있다. 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하는 경우, 크랭크 핀의 회전 마찰이나, 폭발 행정 시의 충격에 의해 조금씩 회전하여 자세를 안정적으로 유지하기 어려울 수 있다.
두 래크(2, 3)는, 하나의 기어 편심 슬리브(1)에 맞물려 있기 때문에 서로 반대 방향으로 움직일 수 있다. 우회전 래크(2)를 위로 밀어 올리면 좌회전 래크(3)가 아래로 밀려내리게 되고, 좌회전 래크(3)를 위로 밀어 올리면 우회전 래크(2)가 아래로 밀려 내리게 될 수 있다. 결과적으로, 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡게 하기 위해서, 설치된 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올릴 수 있다.
도 1c와 도 1d는 본 개시의 일 실시예에 따라 커넥팅 로드(19, 20)의 래크(2, 3)를 변형하여 설치한 예시를 나타내는 도면이다. 한편, 커넥팅 로드(19, 20)의 대단부(16)는 수평 분할형, 경사 분할형 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 도 1c와 도 1d에 도시된 바와 같이, 수평 분할형 대단부 커넥팅 로드 및 경사 분할형 대단부 커넥팅 로드를 통해 래크(2, 3)가 기어 편심 슬리브(1)의 양쪽에서 수직, 수평 또는 경사진 방향으로 설치될 수 있다. 즉, 래크(2, 3)는, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 기어 편심 슬리브(1)의 기어에 맞물리도록 설치될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)가 쉽게 회전하지 않고 안정된 자세를 유지하는 방법은 상술한 방법에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 커넥팅 로드의 대단부(16)에 있는 구멍을 기어 편심 슬리브(1)의 크기에 밀착되도록 만들거나, 커넥팅 로드의 대단부(16)에 있는 구멍 내부에 브레이크 패드(6, 7)를 설치할 수도 있다. 또한, 기어 편심 슬리브(1)는 베어링(10)처럼 두 조각으로 나누어 제작하여 하나로 조립하여 사용될 수도 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 수직 방향으로 설치된 상태에서 래크 연장 단부(12, 13)가 통과하는 경로(36, 37)를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및/또는 블록(4, 5)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 도 1a에 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)가 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 각각의 래크(2, 3)가 수직 방향으로 설치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시할 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 될 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되며, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 세 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 위로 올려진 상태, 중앙에 있는 상태 및 아래로 내려진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 세 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 위로 올려진 상태, 중앙에 있는 상태 및 아래로 내려진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
커넥팅 로드(11)의 하단에는, 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)을 포함할 수 있다. 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로에서, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)를 위로 밀어 올려줄 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 사용될 수 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올리면 될 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 위로 밀어 올리고, 다른 하나를 내려서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 수평 방향으로 설치되어 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및 블록(4, 5)를 포함하고 있다. 기어 편심 슬리브(1)는, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 두 래크(2, 3)가 수평 방향으로 설치되고, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시할 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 될 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전될 수 있다. 그 후에, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 커넥팅 로드(11)의 소단부 방향으로 밀려진 상태와 반대 방향으로 당겨진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀려진 상태와 반대 방향으로 당겨진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
일 실시예로, 커넥팅 로드(11)의 우측에 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)을 설치할 수 있다. 우회전 블록(4) 및 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(36, 37)에서 각각 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)를 왼쪽으로 밀어낼 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 쓰일 수도 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 커넥팅 로드(11) 방향으로 밀고, 다른 하나를 반대 방향으로 당겨서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 가변 압축비 엔진의 커넥팅 로드(11)의 대단부에 기어 편심 슬리브(1) 및 래크(2, 3)가 경사진 방향으로 설치되어 래크 연장 단부가 통과하는 경로를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(11)의 소단부는, 피스톤(31) 내부에 위치한 피스톤 핀(32)에 설치될 수 있다.커넥팅 로드(11)는, 기어 편심 슬리브(1), 래크(2, 3) 및 블록(4, 5)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 기어 편심 슬리브(1)가 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치되고, 각각의 래크(2, 3)가 경사진 방향으로 설치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 크랭크 핀(34)은 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되고, 커넥팅 로드(11)의 대단부도 크랭크 핀 회전 경로(35)를 따라 회전되며, 커넥팅 로드(11)의 대단부에 설치된 기어 편심 슬리브(1)와 기어 편심 슬리브(1)의 기어와 맞물린 래크(2, 3)도 같은 경로를 따라 움직일 수 있다. 크랭크 축(33)이 좌회전 되는 경우, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)를 점선으로 표시하여 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36)는, 각각 우회전 래크(2)가 커넥팅 로드의 소단부 방향으로 올려진 상태와 반대 방향으로 내려진 상태에 대하여 우회전 래크 연장 단부(12)가 지나는 경로를 보일 수 있다. 두 개의 점선으로 표시된 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)는 각각 좌회전 래크(3)가 커넥팅 로드의 소단부 방향으로 올려진 상태와 반대 방향으로 내려진 상태에 대하여 좌회전 래크 연장 단부(13)가 지나는 경로를 보일 수 있다.
일 실시예로, 그 오른쪽 아래에 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)을 설치할 수 있다. 우회전 블록(4)과 좌회전 블록(5)은, 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(36, 37)에서 각각 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)를 왼쪽 위로 밀어낼 수 있다. 두 블록(4, 5)을 움직이기 위해서는 도시된 바와 같이, 각각의 블록(4, 5)이 회전축(44, 45)에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 캠 장치에 연결되어 쓰일 수도 있고, 유압 장치나 전동 스크류에 의해 구동하는 등 다양한 방법으로 그 기능을 수행할 수 있다. 한편, 블록(4, 5)의 모양은 도시된 바에 한정하지 않는다.
기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 하기 위해서는 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 왼쪽 위로 밀 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 위에 설치된 우회전 블록(4)의 위치와 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37) 위에 설치된 좌회전 블록(5)의 위치를 조정할 수 있다. 그 후에, 두 래크(2, 3) 중 하나의 래크를 왼쪽 위로 올리고 다른 하나를 오른쪽 아래로 내려서 기어 편심 슬리브(1)를 필요한 각도만큼 회전시켜서 자세를 잡고 있게 할 수 있다.
도 1a 내지 도 4 참조하면, 편심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(1)가 래크(2, 3), 블록(4, 5), 브레이크 패드(6, 7) 및 스프링(8, 9)을 포함하여, 커넥팅 로드의 대단부에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정하지 않으며, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 소단부에도 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 소단부에 설치 시, 기어 편심 슬리브(1)는, 크기가 작고 베어링(10)처럼 둘로 나누어 제작하지 않을 수 있다. 예를 들어, 각각의 블록(4, 5)을 설치하는 위치도 피스톤 핀(32)의 위쪽이 아니라 실린더의 아래쪽이 될 수 있다. 각 블록(4, 5)은 크랭크 암, 평형추, 및 크랭크 핀(34)을 피해서 설치되어야 하기 때문에, 커넥팅 로드(11, 19, 20)의 양쪽 옆으로 가깝게 하나씩 배치될 수 있다. 우회전 래크 연장 단부(12) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)도 피스톤 핀(32)의 위쪽이 아니라 아래쪽으로 설치되고, 각각의 연장 단부(12, 13) 끝 부분이 좌우의 블록(4, 5)에 각각 닿을 수 있도록 좌우로 돌출해 있으면 된다. 결과적으로, 우회전 래크 연장 단부(12)와 좌회전 래크 연장 단부(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 우회전 래크 연장 단부(12)가 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부(13)가 통과하는 경로(37)보다 각각 더 짧은 경로 위를 움직일 수 있다. 또한, 각각의 블록(4, 5)의 위치는 실린더와 크랭크 축(33)의 사이가 되어 공간의 사용이 줄어들 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)을 포함할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)은 커넥팅 로드(60)의 대단부 또는 소단부에 사용될 수 있다. 핀(55, 56)은, 피스톤 핀(55) 및/또는 크랭크 핀(56)이 될 수 있다. 일 실시예로, 기어 편심 슬리브(51)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기어 편심 슬리브(1)는 커넥팅 로드의 대단부에 사용하는 점을 개시한다. 반면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 기어 편심 슬리브(51)는, 커넥팅 로드의 소단부 및/또는 대단부에 사용될 수 있다. 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)이 커넥팅 로드의 소단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51)는 피스톤 핀(55)을 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(51)를 커넥팅 로드(60)의 소단부가 감싸도록 순차적으로 설치될 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드(60)의 소단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(51)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 편심 슬리브의 양단에 위치한 동심 슬리브에는 접하지 않을 수 있다. 래크(52)는, 피스톤(50)의 내부에 설치될 수 있다. 필요에 따라, 래크(52)는 피스톤 핀(55)의 양단에 2개 또는 4개를 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 때, 각각의 래크(52)는 피스톤(50)과 상하로 왕복 운동을 할 수 있다. 각각의 블록(54)은, 각각의 래크(52)의 하단에 설치되고, 상하로 위치 조정을 통해 피스톤(50)이 하사점 부근에 있을 때, 각각의 래크(52)의 단부와 접촉하여, 각각의 래크(52)를 필요한 만큼 밀어 올릴 수 있다.
도 5c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5a의 구조가 커넥팅 로드(60)의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다. 커넥팅 로드(60)의 대단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51)는 크랭크 핀(56)을 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(51)를 커넥팅 로드(60)의 대단부가 감싸도록 설치될 수 있다. 기어 편심 슬리브(51)는, 베어링(10)처럼 두 부분으로 제작 및 조립될 수 있다.
커넥팅 로드(60)의 대단부는, 기어 편심 슬리브(51)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 양단의 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다. 래크(52) 및 블록(4, 5)은, 각각 대각선 방향의 2개만 설치할 수 있다. 각각의 래크(52)의 설치 장소는 크랭크 암(57)의 측면일 수 있다. 크랭크 암(57)은, 크랭크 핀(56)의 양단에 각각 위치하여 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 경우, 두 래크(52)는 크랭크 암(57)과 크랭크 축 주위를 회전할 수 있다. 도 2를 참조하면, 각각의 래크(2, 3)는 커넥팅 로드(11)에 설치되어 회전 시, 뒤집어지는 경우는 없지만, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 래크(52)는 크랭크 암(57)에 설치되어 회전할 때에는 뒤집어질 수 있다. 하지만, 피스톤이 하사점 부근에 있을 경우, 두 래크(52)의 단부는 각각 도 2에 도시된 우회전 래크 연장 단부 통과하는 경로(36) 및 좌회전 래크 연장 단부 통과하는 경로(37)와 유사한 경로를 따라 움직일 수 있다. 따라서, 블록(4, 5)은 도 2의 블록(4, 5)과 유사한 형태이면서 래크(52)를 밀어 올릴 수 있다.
도 5d는 본 개시의 다른 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브, 래크 및 블록의 분해 사시도이다. 도 5e는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 5d의 구조가 커넥팅 로드의 대단부에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5d는 도 5a와 도 5c에서 래크(52)와 블록(54)의 모양을 변경하여 블록(54)이 래크(52)에 항상 접하고 있도록 한 것이다. 기어 편심 슬리브(51)의 일단 또는 양단에 설치될 수 있다.
도 6a은 본 개시의 일 실시예에 따라 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성한 기어 편심 슬리브(51), 래크(52) 및 블록(54)을 나타내는 분해 사시도이다. 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(61), 래크(62), 블록(64) 및 피스톤 핀(65)이 포함될 수 있다. 도시된 바와 같이, 기어 편심 슬리브(61)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 피니언 기어를 형성할 수 있다. 기어 편심 슬리브(61)는, 피스톤 핀(65)의 감싸도록 설치되고, 기어 편심 슬리브(61)를 커넥팅 로드(60)의 소단부가 감싸도록 설치될 수 있다.
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조가 피스톤 핀(65)에 설치되었을 경우를 나타내는 세로 단면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드(60)의 소단부는 기어 편심 슬리브(61)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고, 양단에 위치한 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다. 래크(62)의 설치 장소는 피스톤(50)의 내부가 될 수 있다. 필요에 따라, 래크(62)는 피스톤(50) 내부의 양쪽으로 하나 이상을 설치할 수 있다. 크랭크 축이 회전할 경우, 래크(62)는 피스톤(50)과 함께 상하로 왕복 운동을 할 수 있다. 블록(64)은, 래크(62)의 하단부에 설치되고, 필요에 따라, 좌우로 위치 조정을 통해 하나 이상의 래크(62)를 좌우로 움직일 수 있다.
도 6c는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 6a의 구조에서 변형된 형태의 래크(66) 및 블록(67)을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 래크(66)와 블록(67)은 피스톤의 무게를 줄일 수 있게 하고, 래크(66)가 실린더 밖으로 적게 나올 수 있다. 한편, 도 6c에 도시된 래크(66) 및 블록(67)에 한정되지 않으며, 다양한 모양의 래크(66) 및 블록(67)이 나올 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 기어 편심 슬리브(51)와 래크(52) 또는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 기어 편심 슬리브(61) 및 래크(62)가 커넥팅 로드의 소단부에 사용될 경우, 기어 편심 슬리브(51, 61)를 고정하는 방법에 따라 차이가 발생할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 커넥팅 로드(60)의 소단부에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 수 있다. 그렇게 되면, 커넥팅 로드(60)가 상하 운동을 하며 좌우로 흔들릴 때, 기어 편심 슬리브(51, 61)는 커넥팅 로드(60)와 함께 일체가 되어 좌우로 회전하며, 기어 편심 슬리브(51, 61)가 좌우로 흔들리는 중심은 피스톤 핀이 될 수 있다. 따라서, 피스톤은 항상 피스톤 핀(55, 65)의 중심으로부터 힘을 받을 수 있다. 그러나, 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤(50)에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 경우, 커넥팅 로드(60)가 상하 운동을 하며 좌우로 흔들릴 때, 기어 편심 슬리브(51, 61)는 피스톤과 함께 일체가 되어 좌우로 회전하지 않을 수 있다. 또한, 커넥팅 로드의 소단부는 고정된 기어 편심 슬리브(51, 61)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에서 회전할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)의 중앙에 있는 편심 슬리브의 중심은 피스톤 핀(55, 65)의 중심과 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 피스톤(50)은 피스톤 핀(55, 65)의 중심으로부터 힘을 받지 못할 수 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤(50)에서 쉽게 움직이지 않도록 고정하는 방법을 사용할 경우, 피스톤 핀(55, 65)의 위치를 피스톤(50)의 중앙에서 벗어난 위치로 옮겨야 할 수 있다.
기어 편심 슬리브(51, 61)를 커넥팅 로드의 소단부에서 쉽게 움직이지 않도록 만드는 방법으로, 커넥팅 로드의 소단부의 구멍을 편심 슬리브에 틈이 없이 만들거나, 커넥팅 로드의 소단부의 구멍 내벽에 브레이크 패드를 설치할 수도 있다. 기어 편심 슬리브(51, 61)를 피스톤에서 쉽게 움직이지 않도록 만드는 방법으로, 맞물려 있는 래크(52, 62)에 브레이크 패드 설치 등과 같이 래크(52, 62)를 고정하는 방법을 쓸 수도 있다.
도 7a 및 7b는 본 개시의 일 실시예에 따라 웜 휠 편심 슬리브(71), 웜(73)이 장착된 웜 축(74) 및 웜 축 회전 막대(76)를 나타내는 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 웜 휠 편심 슬리브(71), 웜 휠(72), 웜(73), 웜 축(74, 77), 피스톤 핀(75) 및 웜 축 회전 막대(76, 78)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 웜 휠(72)을 회전시키기 위해 웜(73)이 사용될 수 있고, 웜(73)과 웜 휠(72)의 회전에 따라 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세가 결정될 수 있다. 웜(73)은 피스톤에 설치되고, 웜(73)을 회전시키는 것은 웜 축(74, 77)과 웜 축 회전 막대(76, 78)일 수 있다. 웜 휠 편심 슬리브(71)는 편심 슬리브의 양단에 동심 슬리브를 형성하고, 동심 슬리브의 외주면에 웜 휠(72)을 형성할 수 있다. 웜 휠 편심 슬리브(71)는 피스톤 핀(75)에 설치되고, 웜(73)은 피스톤의 내부에 설치될 수 있다. 커넥팅 로드(미도시)의 소단부는 웜 휠 편심 슬리브(71)의 중앙에 있는 편심 슬리브 부분에 접하고 양쪽의 동심 슬리브 부분에는 접하지 않을 수 있다.
웜 휠(72)은, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 일단 또는 양단에 설치될 수 있다. 웜 축은 웜 축 회전 막대로부터 회전을 전달받을 수 있는 동시에 축 방향으로 이동할 수 있다. 웜 휠(72)이 양단에 설치된 경우, 각 웜 휠(72)에는 웜(73)이 맞물릴 수 있다. 웜(73)은, 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 각 웜(73)에는 웜 축(74, 77)이 있고, 웜 축(74, 77)은 피스톤에 설치될 수 있다. 또한, 웜 축(74, 77)의 하단에 위치한 웜 축 회전 막대(76, 78)로부터 웜 축(74, 77)은 회전을 전달받을 수 있다. 웜(73)이 회전하면, 웜 휠(72)이 회전하여 웜 휠 편심 슬리브(71)를 일정 부분 회전시키고, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세를 변경시킬 수 있다. 결과적으로, 커넥팅 로드 유효 길이가 변경되어 피스톤의 상사점이 변경되고 압축비가 변경될 수 있다. 웜(73)이 회전하지 않으면, 웜 휠(72)도 회전되지 않고, 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세도 변경되지 않을 수 있다. 웜 축 회전 막대(76, 78)가 다시 회전될 때까지 엔진은 변경된 압축비로 계속 움직일 수 있다.
한편, 웜 축(74, 77) 및 웜 축 회전 막대(76, 78) 상호 슬라이딩 가능한 방식으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 웜 축(74, 77)은 도 7에서 양쪽으로 보인 두 예와 같이 피스톤과 함께 왕복 운동을 하기 때문에 웜 축 회전 막대(76, 78)의 속이나 겉으로 미끄러지면서 움직일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 펜타 그래프 구조가 사용될 수도 있다. 웜 축(74, 77)의 하부와 웜 축 회전 막대(76, 78)가 서로에 대해 미끄러지면서 움직이기 위해, 웜 축(74)의 하부는 다각형 기둥을 이루고 있거나 외주면에 스플라인 기어가 형성되어 있을 수도 있다. 역으로, 웜 축 회전 막대(78)가 다각형 기둥을 이루거나 스플라인 기어 형태로 되어 웜 축(77) 속을 관통하여 움직일 수도 있다. 하지만, 신속한 왕복 운동을 고려하여 다각형 구조를 사용하면서 롤러 또는 베어링이 함께 사용되는 것이 좋고 웜 축(74, 77)이 가벼운 것이 좋다.
웜 축 회전 막대(76, 78)를 회전시킬 경우, 웜(73)이 회전하고, 웜(73)이 회전하면 웜 휠(72)이 회전하고, 웜 휠(72)이 회전하면 웜 휠 편심 슬리브(71)가 회전할 수 있다. 웜 축 회전 막대(76, 78)를 조종하여 웜 휠 편심 슬리브(71) 및 웜 휠 편심 슬리브(71)의 자세를 조종함으로써 커넥팅 로드의 유효 길이가 조종되어 압축비가 조종될 수 있다.
상기한 본 개시의 실시례는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 개시에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 개시의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
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자동차의 중요한 품질의 하나로서 연비와 성능과 배출 가스 공해 저감 실현 등을 꼽을 수가 있는데, 가변 압축비 엔진은 이것을 달성하는데 꼭 필요한 요소의 하나이다. 본 개시에 의한 가변 압축비 엔진은 종래의 엔진에서 작은 변경을 통해 구현 가능하므로 다양한 자동차에 이용 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 가변 압축비 엔진에 있어서,
    피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드;
    상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 외주면에 기어가 형성된 기어 편심 슬리브; 및
    일측이 상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크;
    를 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 래크의 일단에 돌출되어 형성된 래크 연장 단부; 및
    상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상기 래크가 이동할 때, 상기 래크 연장 단부에 접촉하여 상기 래크 연장 단부를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록
    을 더 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    일측이 상기 래크의 일측에 접촉하는 브레이크 패드; 및
    상기 브레이크 패드의 타측에 접촉하여 상기 브레이크 패드에 압력을 가함으로써 상기 래크의 움직임을 제어하는 스프링
    을 더 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 래크는, 상기 커넥팅 로드의 길이 방향에 대해 수직 방향, 수평 방향 또는 경사진 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 기어 편심 슬리브의 기어에 맞물리는, 가변 압축비 엔진.
  5. 가변 압축비 엔진에 있어서,
    피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드;
    상기 피스톤 핀 또는 상기 크랭크 핀 중 적어도 하나에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 양단 또는 일단에 위치하고 외주면에 피니언 기어가 형성된 원통 형태의 동심 슬리브를 포함하는 기어 편심 슬리브; 및
    상기 기어 편심 슬리브의 외주면에 형성된 기어에 맞물리는 적어도 하나의 래크
    를 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 래크의 일단에 설치되며, 상기 래크에 접촉하여 상기 래크를 이동시킴으로써 상기 기어 편심 슬리브의 회전 각도를 조정하는 적어도 하나의 블록
    을 더 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 래크와 상기 적어도 하나의 블록은 항상 접촉하도록 구성된, 가변 압축비 엔진.
  8. 가변 압축비 엔진에 있어서,
    피스톤 핀을 통해 피스톤과 연결되는 소단부 및 크랭크 핀을 통해 크랭크 축과 연결되는 대단부를 포함하는 커넥팅 로드;
    상기 소단부에 설치되는 원통 형태의 편심 슬리브, 및 상기 편심 슬리브의 일단 또는 양단에 위치하고 외주면에 웜 휠이 설치되는 동심 슬리브를 포함하는 웜 휠 편심 슬리브; 및
    상기 동심 슬리브의 웜 휠과 맞물리는 적어도 하나의 웜
    을 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  9. 제8항에 있어서,
    일측으로부터 상기 웜이 설치되고, 상기 피스톤에 설치되는 웜 축
    을 더 포함하는, 가변 압축비 엔진.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 웜 축과 슬라이딩 방식으로 연결되어 상기 웜 축을 회전시키는 웜 축 회전 막대
    를 더 포함하는, 가변 압축비 엔진.
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