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KR101361514B1 - 가변 압축비 장치 - Google Patents

가변 압축비 장치 Download PDF

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KR101361514B1
KR101361514B1 KR1020120075761A KR20120075761A KR101361514B1 KR 101361514 B1 KR101361514 B1 KR 101361514B1 KR 1020120075761 A KR1020120075761 A KR 1020120075761A KR 20120075761 A KR20120075761 A KR 20120075761A KR 101361514 B1 KR101361514 B1 KR 101361514B1
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KR
South Korea
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eccentric
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hole
ring
compression ratio
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이은호
우윤식
공진국
우수형
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 피스톤과 피스톤 핀을 통해 연결되고, 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전가능하게 설치되도록 편심홀이 형성된 편심링과 상기 편심링과 연결되어 상기 편심링에 회전력을 전달하는 편심 링크를 포함하는 편심 베어링 조립체와, 상기 편심링의 축 방향 일측에 회전 가능하게 설치되는 제1 커넥팅 로드와, 상기 편심링의 축 방향 타측에 회전 가능하게 설치되는 제2 커넥팅 로드 및 상기 편심 링크에 연결되어 상기 편심 베어링 조립체를 회전시키는 제어축을 포함하고, 상기 편심링은 축 방향 양측에 확장부가 각각 형성되어 상기 확장부에 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드가 각각 회전 가능하게 설치되며, 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드는 일단부는 상기 확장부에 회전 가능하게 삽입되도록 장착홀로 형성되고, 타단부는 상기 크랭크 샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치에 관한 것이다..

Description

가변 압축비 장치{VARIABLE COMPRESSION RATIO APPARATUS}
본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내의 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 가변시키는 가변 압축비 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되며, 스파크 점화기관의 경우 일정 수준까지 점화시기를 진각하면 열효율이 증가된다. 그러나, 스파크 점화기관은 높은 압축비에서 점화시기를 진각하면 이상 연소가 발생하여, 엔진 손상을 가져올 수 있으므로 점화시기 진각에 한계가 있고, 이에 의해 출력 저하를 감수해야 한다.
가변 압축비(variable compression ratio; VCR) 장치는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다. 가변 압축비 장치에 따르면, 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킨다.
종래의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하는 커넥팅 로드의 길이를 변화시킴으로써 압축비의 변화를 구현하였다. 이러한 타입의 가변 압축비 장치는 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하는 부분이 여러 개의 링크들로 구성되어 있어 연소압이 상기 링크들에 직접 전달되게 되었다. 이에 따라, 링크들의 내구성이 취약해졌다.
이에, 크랭크 샤프트에 직접적으로 가변 압축비 장치를 설치하지 않고, 피스톤에 별도로 연결하는 방법이 모색되었다. 가변 압축비 장치에 대한 다양한 실험 결과, 편심 베어링을 이용하여 압축비를 변화시키는 장치가 작동 신뢰성이 높아 주목받게 되었다. 다만, 상기 크랭크 샤프트의 위치와 작동 상태를 고려하여 회전을 방해하지 않고 편심 베어링을 회전시키기 위한 링크들을 조합하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 압축비를 효과적으로 변화시키는 가변 압축기 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 구조가 간단하고 조립 공정이 간편한 가변 압축기 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 크랭크 샤프트의 회전에 방해하지 않고 효과적으로 작동하는 가변 압축비 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서, 상기 피스톤과 피스톤 핀을 통해 연결되고, 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전가능하게 설치되도록 편심홀이 형성된 편심링과 상기 편심링과 연결되어 상기 편심링에 회전력을 전달하는 편심 링크를 포함하는 편심 베어링 조립체; 상기 편심링의 축 방향 일측에 회전 가능하게 설치되는 제1 커넥팅 로드; 상기 편심링의 축 방향 타측에 회전 가능하게 설치되는 제2 커넥팅 로드; 및 상기 편심 링크에 연결되어 상기 편심 베어링 조립체를 회전시키는 제어축;을 포함하고, 상기 편심링은 축 방향 양측에 확장부가 각각 형성되어 상기 확장부에 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드가 각각 회전 가능하게 설치되며, 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드는 일단부는 상기 확장부에 회전 가능하게 삽입되도록 장착홀로 형성되고, 타단부는 상기 크랭크 샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치를 제공한다.
상기 편심링은 상기 편심 링크에 일체로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 편심링은 상기 편심 링크와 별도로 제공되어 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 편심 링크의 일단부에는 원형으로 관통된 삽입구가 형성되어 상기 삽입구에 상기 편심링이 삽입되어 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 편심 링크는 상기 편심링에 연결되는 제 1 편심 링크; 상기 제어축에 연결되는 제 2 편심 링크; 및 상기 제 1 편심 링크와 제 2 편심 링크를 연결하는 제 3 편심 링크;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 편심 링크에서 상기 편심링 반대편 끝단에는 제 1 링크홀이 형성되고, 이에 대응되는 상기 제 3 편심 링크의 끝단에는 제 2 링크홀이 형성되며, 상기 제 1 링크홀과 상기 제 2 링크홀이 함께 삽입되는 제 1 축부재에 의해 상기 제 1 편심 링크와 상기 제 3 편심 링크가 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1 편심 링크의 끝단은 분기되어 소정 간격을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 플레이트로 형성되며 상기 한 쌍의 플레이트 각각에 상기 제 1 링크홀이 형성되고, 상기 제 3 편심 링크의 끝단은 상기 한 쌍의 플레이트 사이의 상기 간격에 삽입되며, 상기 제 1 링크홀과 상기 제 2 링크홀에 상기 제 1 축부재가 삽입되어 상기 제 1 편심 링크의 끝단과 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 2 편심 링크에서 상기 제어축 반대편 끝단에는 제 3 링크홀이 형성되고, 이에 대응되는 상기 제 3 편심 링크의 끝단에는 제 4 링크홀이 형성되며, 상기 제 3 링크홀과 상기 제 4 링크홀에 삽입되는 제 2 축부재에 의해 상기 제 2 편심 링크와 상기 제 3 편심 링크가 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 3 편심 링크의 끝단은 분기되어 소정 간격을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 분기부로 형성되며 상기 한 쌍의 분기부 각각에 상기 제 4 링크홀이 형성되고, 상기 제 2 편심 링크의 끝단은 상기 한 쌍의 분기부 사이의 상기 간격에 삽입되며, 상기 제 3 링크홀과 상기 제 4 링크홀에 상기 제 2 축부재가 삽입되어 상기 제 3 편심 링크의 끝단과 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 엔진의 실린더 내의 유입되는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 가변 압축기 장치에 있어서, 상기 실린더 내에서 상하운동하는 피스톤; 상기 실린더 하단에 제공되어 상기 피스톤의 상하 운동에 의해 회전되는 크랭크 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 연결되어 상기 크랭크 샤프트의 회전시 발생하는 진동을 저감시키는 발란스 웨이트; 피스톤 핀을 통해 상기 피스톤과 연결되고, 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전가능하게 설치되는 편심홀이 형성되고, 축 방향 양측에 확장부가 각각 형성된 편심링; 상기 편심링에 연결되어 상기 편심링에 회전력을 전달하는 편심 링크; 상기 편심링의 축 방향 일측에 회전 가능하게 설치되는 제1 커넥팅 로드; 상기 편심링의 축 방향 타측에 회전 가능하게 설치되는 제2 커넥팅 로드; 및 상기 편심 링크에 연결되어 상기 편심 베어링 조립체를 회전시키는 제어축;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드는 일단부는 상기 확장부에 회전 가능하게 삽입되도록 장착홀로 형성되고, 타단부는 상기 크랭크 샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치를 제공한다.
상기 편심 링크는 상기 편심링에 연결되는 제 1 편심 링크; 상기 제어축에 연결되는 제 2 편심 링크; 및 상기 제 1 편심 링크와 제 2 편심 링크를 연결하는 제 3 편심 링크;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 압축비를 효과적으로 변화시킬 수 있다.
또한, 구조가 간단하고 조립 공정이 간편하여 제조 비용을 낮출 수 있다.
또한, 크랭크 샤프트의 회전에 방해하지 않고 효과적으로 작동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치를 개략적으로 나타낸 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크를 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제 3 편심 링크를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 커낵팅 로드를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치의 저압축비 작동 상태와 고압축비 작동 상태를 비교한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동 모습을 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치를 개략적으로 나타낸 분해도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크를 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 편심링크의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제 3 편심 링크를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 커낵팅 로드를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 혼합기의 연소력을 피스톤(10)으로부터 전달 받아 크랭크 샤프트(20)를 회전시키는 엔진(도시하지 않음)에 장착되며, 상기 혼합비를 변경한다. 상기 가변 압축비 장치(1)는 피스톤(10), 크랭크 샤프트(20), 편심 베어링 조립체(30), 커넥팅 로드(40) 그리고 제어축(50)을 포함한다.
상기 피스톤(10)은 실린더(도시하지 않음) 내에서 상하 운동을 하며 상기 피스톤(10)과 실린더 사이에는 연소실이 형성된다.
상기 크랭크 샤프트(20)는 상기 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달 받고 이 연소력을 회전력으로 변환하여 변속기(도시하지 않음)에 전달한다. 상기 크랭크 샤프트(20)는 상기 실린더의 하단에 형성되어 있는 크랭크 케이스(도시하지 않음) 내에 장착되어 있다. 또한, 상기 크랭크 샤프트(20)에는 복수개의 발란스웨이트(22)가 장착되어 있다. 이러한 발란스웨이트(22)는 크랭크 샤프트(20)의 회전시 발생하는 회전 진동을 저감시킨다.
상기 편심 베어링 조립체(30)는 피스톤 핀(12)을 통해 상기 피스톤(10)과 연결되고 상기 제어축(50)의 회전력을 전달받아 상기 실린더 내의 상기 피스톤(10)의 높낮이를 조절함으로써 압축비를 변화시킨다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 편심 베어링 조립체(30)는 편심링(100) 그리고 편심 링크(200)을 포함한다.
상기 편심링(100)은 본체에 상기 피스톤 핀(12)이 편심되어 삽입되는 편심홀(110)이 형성된 링 형상으로 제공된다. 상기 피스톤 핀(12)는 상기 편심홀(110) 내에서 회전할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 상기 피스톤 핀(12)는 상기 편심링(100)과 고정 결합될 수 있다.
상기 편심링(100)은 축 방향 양측으로 연장된 확장부(120)가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 편심링(100)의 축 방향 일측에 형성된 확장부(120)에는 제1 커넥팅 로드(41)이 결합하고, 타측에 형성된 확장부(120)에는 제2 커넥팅 로드(42)가 결합한다.
상기 편심 링크(200)는 상기 편심링(100)과 연결되어 상기 편심링(100)에 회전력을 전달한다.
상기 편심 링크(200)는 제 1 편심 링크(210), 제 2 편심 링크(220) 그리고 제 3 편심 링크(230)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 편심 링크(210)는 상기 편심링(100)에 연결된다.
상기 편심링(100)은 상기 제 1 편심 링크(210)과 일체로 형성됨으로써 편심 링크(200) 회전시 일체로 회전하게 된다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 도 3 내지 도 4는 편심링(100)이 제 1 편심 링크(210)에 일체로 형성된 예를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 편심 링크(210)는 상기 편심링(100)의 중앙 부분에 일체로 형성됨으로써 상기 제 1 편심 링크(210) 양측으로 편심링(100)의 확장부(120)가 형성된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 편심 링크(200)와 상기 편심링(100)은 각각 별도로 형성되어 결합될 수도 있다.
도 5는 편심링(100)과 편심 링크(200)의 제 1 편심 링크(210)이 결합하는 일 실시예를 도시한 것일 뿐이다. 따라서, 편심링(100)과 편심 링크(200)의 결합 방법은 도 5에 도시된 실시예에 한정되지 않고 다양한 방식으로 결합할 수 있다.
도 5를 참조하면 상기 편심 링크(200)의 제 1 편심 링크(210)의 일단부에는 원형으로 관통된 삽입구(240)가 형성되어 상기 삽입구(240)에 상기 편심링(100)이 삽입되어 용접 등에 의해 결합될 수 있다.
상기 제 2 편심 링크(220)는 상기 제어축(50)에 결합된다. 상기 제어축(50)의 회전력에 의해 상기 제 2 편심 링크(230)가 회전된다. 상기 제 2 편심 링크(220)는 상기 제어축(50)에 고정결합될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제 3 편심 링크(230)는 상기 제 1 편심 링크(210)과 상기 제 2 편심 링크(220)을 연결한다. 상기 제어축(50)에서 발생된 회전력이 상기 제 2 편심 링크(230)와 상기 제 3 편심 링크(230)을 거쳐 상기 제 1 편심 링크(210)에 전달되고, 상기 제 1 편심 링크(210)에 전달된 회전력에 의해 상기 편심링(100)이 회전한다.
한편, 상기 제 1 편심 링크(210)에서 상기 편심링(100) 반대편 끝단에는 제 1 링크홀(211)이 형성되고, 상기 제 3 편심 링크(230)의 끝단에는 제 2 링크홀(231)이 형성되며, 상기 제 1 링크홀(211)과 상기 제 2 링크홀(231)이 함께 삽입되는 제 1 축부재(250)에 의해 상기 제 1 편심 링크(210)와 상기 제 3 편심 링크(230)가 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 링크홀(211) 또는 상기 제 2 링크홀(231)의 구체적인 형상이나 배치는 한정되지 않으므로 제 1 링크홀(211)과 제 2 링크홀(231)이 서로 대향하도록 배치하는 등 다양하게 형성할 수 있다. 도 2 내지 도 4에는 제 1 링크홀(211)과 제 2 링크홀(231)의 형상 및 배치의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 제 1 편심 링크의 끝단은 분기되어 소정 간격(212a)을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 플레이트(212)로 형성될 수 있으며, 상기 한 쌍의 플레이트(212) 각각에 상기 제 1 링크홀(211)이 각각 형성될 수 있다.
상기 제 3 편심 링크(230)의 끝단은 상기 한 쌍의 플레이트(212) 사이의 상기 간격(212a)에 삽입되도록 판 모양으로 형성될 수 있으며, 제 3 편심 링크(230)의 끝단을 상기 간격 (212a)에 삽입한 후 상기 제 1 링크홀(211)과 상기 제 2 링크홀(231)에 상기 제 1 축부재(250)를 삽입함으로써 상기 제 1 편심 링크(210)과 상기 제 3 편심 링크(230)를 회전 가능하게 연결한다.
한편, 상기 제 2 편심 링크(220)에서 상기 제어축(50) 반대편 끝단에는 제 3 링크홀(221)이 형성되고, 이에 대응되는 상기 제 3 편심 링크의 끝단에는 제 4 링크홀(232)이 형성되며, 상기 제 3 링크홀(221)과 상기 제 4 링크홀(232)에 삽입되는 제 2 축부재(260)에 의해 상기 제 2 편심 링크와 상기 제 3 편심 링크가 결합될 수 있다.
도 2에는 제 3 링크홀(221)과 제 4 링크홀(232)이 제 2 축부재(260)에 의해 연결되는 일 실시예가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 하나 또는 다수의 실시예에서, 상기 제 3 편심 링크(230)의 끝단은 분기되어 소정 간격(233a)을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 분기부(233)로 형성되며 상기 한 쌍의 분기부(233) 각각에 상기 제 4 링크홀(232)이 형성될 수 있다. 이에 대응되는 상기 제 2 편심 링크(220)의 끝단은 상기 한 쌍의 분기부 사이의 상기 간격(233a)에 삽입되며, 상기 제 3 링크홀(221)과 상기 제 4 링크홀(232)에 상기 제 2 축부재(260)가 삽입되어 상기 제 3 편심 링크(230)과 제 2 편심 링크(220)가 연결된다.
커넥팅 로드(40)는 상기 피스톤(10)으로부터 연소력을 전달 받아 이 연소력을 상기 크랭크 샤프트(20)에 전달하는 부분으로서 본 발명의 경우 상기 편심링(100)의 양측에 장착되는 제1 커넥팅 로드(41)와 제2 커넥팅 로드(42)로 구성된다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 제1 커넥팅 로드(41)는 상기 편심링(100)의 일측의 확장부(120)에 회전 가능하게 설치되며, 상기 제2 커넥팅 로드(42)는 상기 편심링(100)의 타측의 확장부(12)에 회전 가능하게 설치된다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 편심링(100)을 포함하는 편심 베어링 조립체(30)는 상기 제1 커넥팅 로드(41)과 제2 커넥팅 로드(42) 사이에서 일정한 각도 범위에서 회전하게 된다.
한편, 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드(41, 42)의 일단부(411, 421)는 상기 편심링(120)의 확장부(120)가 회전 가능하게 삽입되도록 관통된 장착홀(411, 421)로 형성되고, 타단부(412, 422)는 상기 크랭크 샤프트(20)에 편심되어 회전 가능하게 연결된다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면 상기 제1 커넥팅 로드(41)와 상기 제2 커넥팅 로드(42)는 상기 편심 베어링 조립체(30)를 기준으로 동일하거나 대칭적인 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제어축(50)은 상기에서 설명한 것처럼, 상기 제 2 편심 링크(210)와 연결되어 상기 편심 베어링 조립체(30)를 회전시킨다. 상기 제어축(50)은 압축비에 따라 회전 각도가 달라진다. 이에, 상기 편심 베어링 조립체(30)는 상기 제어축(50)의 회전 각도의 변화에 따라 상기 피스톤(10)의 높낮이를 조절한다. 상기 제어축(50)은 상기 크랭크 샤프트(20)와 평행하게 제공될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 상기 제어축(50)은 설계에 따라 다양한 위치에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치(1)는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 엔진의 작동 상태에 따라 혼합기의 압축비를 변화시킨다. 이러한 목적을 위해, 제어부는 모터 등의 구동 수단을 통해 상기 제어축(50)을 회전시키게 된다.
또한, 상기에서 예시한 가변 압축기 장치(1)는 제 1 내지 제 3 편심 링크가 연결되어 상기 편심링을 회전시키는 것이나, 이에 한정되지 않고, 편심 링크는 다양하게 조합될 수 있다.
또한, 상기에서 예시한 가변 압축기(1)의 각 편심 링크(210, 220, 230)들은 축 부재(250, 260)에 의해 결합되고, 서로 삽입되어 결합되는 형태가 제시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 결합할 수 있다.
또한, 상기에서 예시한 가변 압축기(1)은 편심링(100)과 제 1 편심 링크(210)는 도 3 내지 도 4와 같이 일체로 형성되거나 도 5와 같이 결합될 수 있을 뿐만 아니라 그 외에도 다양한 방법에 의해 결합할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치의 저압축비 작동 상태와 고압축비 작동 상태를 비교한 개략도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동 모습을 나타낸 개략도이다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 장치의 작동을 상세히 설명한다.
도 8을 참조하면, 제어부가 엔진의 작동 상태에 따라 혼합기의 압축비가 결정되면, 상기 제어축(50)의 회전 여부 및 각도가 결정된다. 이에, 상기 제어축(50)의 회전 여부 및 회전 각도에 따라 상기 제 2 편심 링크(220)의 회전 여부 및 각도가 결정된다. 상기 제 2 편심 링크가 회전하면 상기 제 3 편심 링크(230) 및 상기 제 1 편심 링크(210)이 회전하고, 이에 상기 편심링(100)이 회전되고, 상기 피스톤(10)의 높이가 달라진다. 즉, 크랭크 샤프트(20)가 동일한 위치에 있는 경우, 상기 피스톤(10)의 높이가 압축비에 따라 달라진다.
구체적으로 설명하면, 가변 압축비 장치(1)가 저압축비에서 작동하는 상태(A)에서 제어축(50)이 시계 방향으로 회전하면, 제 2 편심 링크(220)가 시계 방향으로 선회를 하며 제 3 편심 링크(230)를 당기게 된다. 이에 따라, 제 1 편심 링크(210)가 시계방향으로 회전하게 되고 피스톤 핀(12)의 위치가 높아지게 된다. 따라서, 피스톤 핀(12)과 크랭크 핀(도시하지 않음) 사이의 거리가 길어져 고압축비 작동 상태(B)가 구현된다.
또한, 이와 반대로, 가변 압축비 장치가 고압축비에서 작동하는 상태(B)에서 제어축(50)이 반시계 방향으로 회전하면, 제 2 편심 링크(220)는 반시계 방향으로 선회를 하며 제 3 편심 링크(230)를 밀게 된다. 이에 따라, 제 1 편심 링크(210)는 반시계 방향으로 회전하게 되고 피스톤 핀(12)의 위치가 낮아지게 된다. 따라서, 피스톤 핀(12)과 크랭크 핀(도시하지 않음) 사이의 거리가 짧아져 저압축비 작동 상태(A)가 구현된다.
이와 같은 과정에 의해 상기 편심 베어링 조립체(30)는 결정된 압축비에 따라 위치를 잡게 된다. 도 9를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 편심 베어링 조립체(30)는 상기와 같이 제어축(50)의 회전에 따라 제 2 편심 링크(220)의 각도가 정해지고 상기 크랭크 샤프트(20) 회전시 편심링(100)에 연결된 제 1 편심 링크(210)와 제 1 편심 링크(210)에 연결된 제 3 편심 링크(230)가 연동하여 회전함으로써 상기 피스톤(10)의 높이를 조절하여 고압축비 또는 저압축비를 실현하게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 가변 압축비 장치 10: 피스톤
20: 크랭크 샤프트 30: 편심 베어링 조립체
100: 편심링 110: 편심홀
120: 확장부 200: 편심 링크
210; 제 1 편심 링크 220; 제 2 편심 링크
230; 제 3 편심 링크 40: 커넥팅 로드
41: 제1 커넥팅 로드 42: 제2 커넥팅 로드
411, 412: 장착홀 50; 제어축

Claims (11)

  1. 혼합기의 연소력을 피스톤으로부터 전달받아 크랭크 샤프트를 회전시키는 엔진에 장착되어 있으며, 상기 혼합기의 압축비를 변경하는 가변 압축비 장치에 있어서,
    상기 피스톤과 피스톤 핀을 통해 연결되고, 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전가능하게 설치되도록 편심홀이 형성된 편심링과 상기 편심링과 연결되어 상기 편심링에 회전력을 전달하는 편심 링크를 포함하는 편심 베어링 조립체;
    상기 편심링의 축 방향 일측에 회전 가능하게 설치되는 제1 커넥팅 로드;
    상기 편심링의 축 방향 타측에 회전 가능하게 설치되는 제2 커넥팅 로드; 및
    상기 편심 링크에 연결되어 상기 편심 베어링 조립체를 회전시키는 제어축; 을 포함하고,
    상기 편심링은 축 방향 양측에 확장부가 각각 형성되어 상기 확장부에 상기 제1 및 제2 커넥팅 로드가 각각 회전 가능하게 설치되며,
    상기 제1 및 제2 커넥팅 로드는 일단부는 상기 확장부에 회전 가능하게 삽입되도록 장착홀로 형성되고, 타단부는 상기 크랭크 샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심링은 상기 편심 링크에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심링은 상기 편심 링크와 별도로 제공되어 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 편심 링크의 일단부에는 원형으로 관통된 삽입구가 형성되어 상기 삽입구에 상기 편심링이 삽입되어 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심 링크는
    상기 편심링에 연결되는 제 1 편심 링크;
    상기 제어축에 연결되는 제 2 편심 링크; 및
    상기 제 1 편심 링크와 제 2 편심 링크를 연결하는 제 3 편심 링크;
    를 포함하는 가변 압축기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 편심 링크에서 상기 편심링 반대편 끝단에는 제 1 링크홀이 형성되고, 이에 대응되는 상기 제 3 편심 링크의 끝단에는 제 2 링크홀이 형성되며,
    상기 제 1 링크홀과 상기 제 2 링크홀이 함께 삽입되는 제 1 축부재에 의해 상기 제 1 편심 링크와 상기 제 3 편심 링크가 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 압축기 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 편심 링크의 끝단은 분기되어 소정 간격을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 플레이트로 형성되며 상기 한 쌍의 플레이트 각각에 상기 제 1 링크홀이 형성되고,
    상기 제 3 편심 링크의 끝단은 상기 한 쌍의 플레이트 사이의 상기 간격에 삽입되며, 상기 제 1 링크홀과 상기 제 2 링크홀에 상기 제 1 축부재가 삽입되어 상기 제 1 편심 링크의 끝단과 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 압축기 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 편심 링크에서 상기 제어축 반대편 끝단에는 제 3 링크홀이 형성되고, 이에 대응되는 상기 제 3 편심 링크의 끝단에는 제 4 링크홀이 형성되며,
    상기 제 3 링크홀과 상기 제 4 링크홀에 삽입되는 제 2 축부재에 의해 상기 제 2 편심 링크와 상기 제 3 편심 링크가 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 압축기 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 편심 링크의 끝단은 분기되어 소정 간격을 두고 서로 마주 보는 한 쌍의 분기부로 형성되며 상기 한 쌍의 분기부 각각에 상기 제 4 링크홀이 형성되고,
    상기 제 2 편심 링크의 끝단은 상기 한 쌍의 분기부 사이의 상기 간격에 삽입되며, 상기 제 3 링크홀과 상기 제 4 링크홀에 상기 제 2 축부재가 삽입되어 상기 제 3 편심 링크의 끝단과 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 압축기 장치.
  10. 엔진의 실린더 내의 유입되는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 가변 압축기 장치에 있어서,
    상기 실린더 내에서 상하운동하는 피스톤;
    상기 실린더 하단에 제공되어 상기 피스톤의 상하 운동에 의해 회전되는 크랭크 샤프트;
    상기 크랭크 샤프트에 연결되어 상기 크랭크 샤프트의 회전시 발생하는 진동을 저감시키는 발란스 웨이트;
    피스톤 핀을 통해 상기 피스톤과 연결되고, 상기 피스톤 핀이 편심되어 회전가능하게 설치되는 편심홀이 형성되고, 축 방향 양측에 확장부가 형성된 편심링;
    상기 편심링에 연결되어 상기 편심링에 회전력을 전달하는 편심 링크;
    상기 편심링의 축 방향 일측에 회전 가능하게 설치되는 제1 커넥팅 로드;
    상기 편심링의 축 방향 타측에 회전 가능하게 설치되는 제2 커넥팅 로드; 및
    상기 편심 링크에 연결되어 상기 편심 베어링 조립체를 회전시키는 제어축;을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 커넥팅 로드의 일단부는 상기 확장부에 회전 가능하게 삽입되도록 장착홀로 형성되고, 타단부는 상기 크랭크 샤프트에 편심되어 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 편심 링크는
    상기 편심링에 연결되는 제 1 편심 링크;
    상기 제어축에 연결되는 제 2 편심 링크; 및
    상기 제 1 편심 링크와 제 2 편심 링크를 연결하는 제 3 편심 링크;
    를 포함하는 가변 압축기 장치.
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