KR20120118367A

KR20120118367A - 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법

Info

Publication number: KR20120118367A
Application number: KR1020110035883A
Authority: KR
Inventors: 조원진; 신현욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-26
Also published as: KR101836240B1

Abstract

본 발명은 연비를 향상시킨 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는, 실린더 블록에 형성된 복수개의 실린더 내에서 각각 직선운동을 하는 복수개의 피스톤; 상기 피스톤에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하며, 크랭크 핀을 구비하는 커넥팅 로드; 복수개의 조각들로 구성되며 상기 크랭크 핀에 의하여 상기 커넥팅 로드에 연결되는 복수개의 크랭크 축 연결부가 구비되어 있는 크랭크 축; 그리고 상기 크랭크 축을 수용하도록 상기 실린더 블록의 하단에 결합되는 하우징;을 포함하며, 상기 복수개의 실린더는 차량의 운행조건에 따라 선택적으로 휴지되는 휴지 실린더와 차량의 운행조건에 관계없이 작동하는 일반 실린더를 포함하고, 상기 휴지 실린더 내의 커넥팅 로드는 차량의 운행조건에 따라 상기 크랭크 축 연결부 상에서 이동 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법은, 항시 작동하는 일반 실린더, 선택적으로 작동하는 휴지 실린더, 그리고 상기 휴지 실린더에 선택적으로 오일을 공급하여 상기 휴지 실린더를 선택적으로 작동시키는 솔레노이드 밸브를 포함하는 엔진에 있어서, 상기 엔진의 속도가 설정속도 이하인지 판단하는 단계; 상기 엔진의 속도가 설정속도 이하일 때, 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하는 단계; 상기 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하면, 휴지 실린더는 휴지하고 일반 실린더만 작동하는 단계; 상기 엔진의 속도가 설정속도를 초과할 때, 상기 솔레노이드 밸브가 하우징으로 오일을 공급하는 단계; 상기 솔레노이드 밸브가 상기 하우징으로 오일을 공급하면, 모든 실린더가 작동하는 단계; 상기 엔진이 구동되는 상태인지 판단하여, 상기 엔진이 구동되는 상태이면 상기 엔진의 속도가 설정속도 이상인지 판단하는 단계로 돌아가고, 상기 엔진이 구동되지 않는 상태이면 시스템이 종료되는 단계; 를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법은 상기 실린더와 상기 피스톤 사이의 마찰에 의한 동력 손실을 줄이고, 연비를 향상시킬 수 있는 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법을 제공한다.

Description

엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법{CYLINDER DEACTIVATION APPARATUS OF ENGINE AND CYLINDER DEACTIVATION METHOD THEREOF}

본 발명은 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 생산 비용의 절감을 가능하게 하고 차량의 연비를 향상시킨 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관은 연소실에서 혼합기가 연소되고, 이 연소열에 의해발생되는 에너지로 작동되는 기관이다. 이러한 내연기관으로는 엔진의 출력을 증대시키고 소음과 진동을 줄이기 위해 복수개의 실린더가 구비된 다실린더 엔진이 주로 사용된다.

최근에는 에너지비용의 증가로 인하여 엔진이 저마력 상태일 때 엔진에 구비된 복수개의 실린더 중 일부 실린더를 휴지(deactivated)시켜 연비를 향상시키는 엔진의 실린더 휴지 장치가 개발되고 있다.

이와 같은 종래의 실린더 휴지 장치에 사용되는 실린더 휴지 방법은 복수개의 실린더 중 일부의 실린더에는 혼합기를 주입하지 않고 점화도 하지 않으며, 나머지 실린더에만 혼합기를 주입하여 연소시킴으로써 엔진이 운전되도록 하는 것이다.

예를 들어, 4 실린더 엔진의 경우, 2개의 실린더에는 혼합기를 주입하지 않고 점화도 하지 않으며, 나머지 2개의 실린더만으로 엔진이 운전되도록 하는 것이다.

그러나 상기한 종래의 실린더 휴지장치에 따르면, 밸브 리프트(valve lift)를 적절하게 조절하기 위하여, 가변 밸브 리프트(variable valve lift) 기술을 각 실린더마다 적용시켜야 하기 때문에, 엔진의 구조가 복잡해 질 뿐만 아니라 실린더 휴지장치의 생산원가가 증대되는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래의 실린더 휴지장치는 휴지중인 실린더에서 피스톤 및 커넥팅 로드가 계속해서 왕복운동을 하기 때문에, 마찰에 의한 에너지 손실이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 실린더 휴지 시 휴지된 실린더와 피스톤 사이의 마찰에 의한 에너지 손실을 줄이고, 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 엔진의 운전 조건에 따라 일부의 실린더를 휴지시키기 위한 구성을 간단하게 함으로써 생산 비용 절감이 가능한 엔진의 실린더 휴지 장치 및 실린더 휴지 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는, 실린더 블록에 형성된 복수개의 실린더 내에서 각각 직선운동을 하는 복수개의 피스톤; 상기 피스톤에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하며, 크랭크 핀을 구비하는 커넥팅 로드; 복수개의 조각들로 구성되며 상기 크랭크 핀에 의하여 상기 커넥팅 로드에 연결되는 복수개의 크랭크 축 연결부가 구비되어 있는 크랭크 축; 그리고 상기 크랭크 축을 수용하도록 상기 실린더 블록의 하단에 결합되는 하우징; 을 포함할 수 있고,

상기 복수개의 실린더는 차량의 운행조건에 따라 선택적으로 휴지되는 휴지 실린더와 차량의 운행조건에 관계없이 작동하는 일반 실린더를 포함하고, 상기 휴지 실린더 내의 커넥팅 로드는 차량의 운행조건에 따라 상기 크랭크 축 연결부 상에서 이동 가능하도록 되어 있을 수 있다.

상기 커넥팅 로드는 상기 크랭크 축 연결부에 고정적으로 연결되며 상기 일반 실린더에 장착되는 제1커넥팅 로드; 그리고 상기 크랭크 축 연결부에 이동 가능하게 연결되며 상기 휴지 실린더에 장착되는 제2커넥팅 로드;를 포함할 수 있다.

상기 크랭크 축 연결부는 상기 제1커넥팅 로드가 연결되는 제1크랭크 축연결부와 상기 제2커넥팅 로드가 연결되는 제2크랭크 축 연결부를 포함하며, 상기 크랭크 축의 복수개의 조각들은 그 일단 또는 그 양단에 제1크랭크 축 연결부 또는 제2크랭크 축 연결부 중 적어도 하나를 구비하여 상기 제1,2커넥팅 로드에 의하여 하나의 크랭크 축으로 조립될 수 있다.

상기 제2커넥팅 로드에 구비된 상기 크랭크 핀의 축 방향 양단에는 커넥팅 로드 연결부가 구비되고, 상기 제2크랭크 축 연결부는 상기 커넥팅 로드 연결부를 수용하도록 형성되는 가이드 홈과 상기 가이드 홈에 수용된 상기 커넥팅 로드 연결부의 이탈을 방지하도록 구비되는 가이드 홈 캡을 포함하며, 상기 커넥팅 로드 연결부는 압축오일 피스톤을 구비하고, 상기 가이드 홈 캡은 압축오일 실린더를 구비할 수 있다.

상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 내에서 길이방향 슬라이딩이 가능하도록 상기 제2 크랭크 축 연결부에 연결될 수 있다.

상기 가이드 홈은 일단이 개구되어 형성될 수 있다.

상기 가이드 홈 캡은 상기 가이드 홈의 개구된 일단을 막으며 상기 제2 크랭크 축 연결부에 결합될 수 있다.

상기 압축오일 피스톤은 상기 커넥팅 로드 연결부의 길이방향 일단에 구비되어 커넥팅 로드 연결부와 일체로 움직이고, 상기 압축오일 실린더는 상기 가이드 홈 캡의 상기 제2 크랭크 축 연결부와의 결합면에서 상기 제2 크랭크 축 연결부를 향하여 돌출되어 구비되며, 상기 압축오일 피스톤은 상기 압축오일 실린더에 삽입되도록 결합할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는 상기 하우징에 선택적으로 오일을 공급하는 솔레노이드 밸브; 상기 솔레노이드 밸브에 고압의 오일을 공급하는 오일펌프; 엔진의 속도에 따라 차량의 운행조건을 판단하는 엔진 회전수 검출기; 그리고 상기 엔진 회전수 검출기의 판단 결과에 따라, 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어 유닛;을 더 포함할 수 있다.

상기 솔레노이드 밸브는 상기 오일펌프와 연결되는 제1 오일통로와 상기 하우징과 연결되는 제2 오일통로 그리고 외부로 연결되는 제3 오일통로를 구비한 3웨이(3-way) 밸브일 수 있다.

상기 솔레노이드 밸브는 상기 제1 오일통로를 통하여 상기 오일펌프로부터 오일을 공급받으며, 상기 제1, 2 오일통로를 열고 상기 제3 오일통로를 닫아서 상기 하우징에 오일을 공급하고, 상기 제2, 3 오일통로를 열고 상기 제1 오일통로를 닫아서 외부로 오일을 배출할 수 있다.

상기 압축오일 피스톤은 상기 하우징에 공급된 오일에 의해 작동되며, 상기 하우징을 통해 압축오일 실린더에 오일이 공급되면, 상기 압축오일 피스톤은 상기 압축오일 실린더 내에서 상기 가이드 홈 캡으로부터 멀어지는 방향으로 밀려나고, 상기 압축오일 실린더에 공급되었던 오일이 배출되면, 상기 압축오일 피스톤은 원래의 위치로 되돌아갈 수 있다.

상기 압축오일 피스톤이 작동할 때, 상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 안을 슬라이딩하여 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심이 상기 일반 실린더 내의 크랭크 핀의 축심과 대응되는 위치를 갖도록 이동될 수 있다.

상기 압축오일 피스톤이 작동을 멈출 때, 상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 안을 슬라이딩하여 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심이 상기 압축오일 실린더가 작동하기 전의 위치로 되돌아갈 수 있다.

상기 가이드 홈의 내부 혹은 커넥팅 로드 연결부의 일단에 상기 커넥팅 로드 연결부를 슬라이딩 시키기 위한 탄성부재가 구비될 수 있다.

상기 압축오일 실린더가 작동하기 전의 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심의 위치는 상기 크랭크 축의 축심과 동심을 이루는 위치일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법은, 항시 작동하는 일반 실린더, 선택적으로 작동하는 휴지 실린더, 그리고 상기 휴지 실린더에 선택적으로 오일을 공급하여 상기 휴지 실린더를 선택적으로 작동시키는 솔레노이드 밸브를 포함하는 엔진에 있어서, 상기 엔진의 속도가 설정속도 이하인지 판단하는 단계; 상기 엔진의 속도가 설정속도 이하일 때, 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하는 단계; 상기 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하면, 휴지 실린더는 휴지하고 일반 실린더만 작동하는 단계; 상기 엔진의 속도가 설정속도를 초과할 때, 상기 솔레노이드 밸브가 하우징으로 오일을 공급하는 단계; 상기 솔레노이드 밸브가 상기 하우징으로 오일을 공급하면, 모든 실린더가 작동하는 단계; 상기 엔진이 구동되는 상태인지 판단하여, 상기 엔진이 구동되는 상태이면 상기 엔진의 속도가 설정속도 이하인지 판단하는 단계로 돌아가고, 상기 엔진이 구동되지 않는 상태이면 시스템이 종료되는 단계; 를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 일부 실린더가 휴지될 때 피스톤과 커넥팅 로드의 운동을 멈추는 것이 가능해짐에 따라, 실린더와 피스톤 사이의 마찰에 의한 동력 손실을 줄일 수 있으므로 차량의 연비 향상이 가능하다.

또한, 일부의 실린더를 휴지시키기 위한 구성이 보다 간단해짐에 따라, 엔진의 실린더 휴지 장치의 생산 비용 절감이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2커넥팅 로드와 제2크랭크 축 연결부의 결합방법을 나타낸 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 고마력 상태에서 작동하는 것을 보인 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 저마력 상태(실린더 휴지 상태)에서 작동하는 것을 보인 개략도이다.
도 6(a)는 도 4의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6(b)는 도 5의 B-B 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 제어부의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치의 분해도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는 실린더 블록(10), 실린더(20), 피스톤(30), 커넥팅 로드(40), 크랭크 축(50), 하우징(80), 솔레노이드 밸브(90), 그리고 오일펌프(100)를 포함한다.

실린더 블록(10)의 내부에는 복수개의 실린더(20)가 형성될 수 있으며 도 1에서는 설명의 편의상 실린더 블록(10) 내부에 4개의 실린더(20)가 형성된 4실린더 엔진을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 복수개의 실린더(20)는 차량의 운행조건에 관계없이 작동하는 일반 실린더(22)와 차량의 운행조건에 따라 선택적으로 휴지되는 휴지 실린더(24)를 포함할 수 있다. 일반 실린더(22)와 휴지 실린더(24)는 실린더(20) 내부에 구비된 부품들의 형상과 기능에서 차이가 있을 뿐, 일반 실린더(22)와 휴지 실린더(24) 자체의 형상과 기능은 차이가 없을 수 있다.

피스톤(30)은 혼합기가 연소할 때 발생하는 에너지에 의하여 실린더(20) 내에서 왕복운동을 한다.

커넥팅 로드(40)는 일단이 피스톤(30)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 크랭크 축(50)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 상기 커넥팅 로드(40)의 타단은 상기 크랭크 축(50)에 크랭크 핀(60)을 통하여 연결된다. 이러한 크랭크 핀(60)은 커넥팅 로드(40)와 일체로 형성되거나 별개로 구비되어 커넥팅 로드(40)에 조립될 수 있다.

또한, 커넥팅 로드(40)는 일반 실린더(22)에 구비되는 제1커넥팅 로드(42)와 휴지 실린더(24)에 구비되는 제2커넥팅 로드(44)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1커넥팅 로드(42)는 차량의 운행 조건에 관계 없이 항시 작동하나, 제2커넥팅 로드(44)는 차량의 운행 조건에 따라 휴지될 수 있다. 일반적으로, 상기 크랭크 핀(60)의 중심축(P)은 상기 크랭크 축(50)의 회전축(C)과 이심으로 배치되어 상기 커넥팅 로드(40)는 피스톤(30)의 직선운동을 크랭크 축(50)의 회전운동으로 전환할 수 있다. 그러나, 제2커넥팅 로드(44)와 크랭크 축(50)을 연결하는 크랭크 핀(60)은 차량의 운행 조건에 따라 움직일 수 있도록 되어 있어, 그 중심축(P)이 크랭크 축(50)의 회전축(C)과 일치할 수 있다. 이 경우, 제2커넥팅 로드(44)는 정지하게 된다.

크랭크 축(50)은 복수개의 조각들이 커넥팅 로드(40)의 크랭크 핀(60)에 의하여 조립되어 형성된다. 이러한 복수개의 조각들은 각각 제1커넥팅 로드(42)와 연결되는 제1크랭크 축 연결부(52) 또는 제2커넥팅 로드(44)와 연결되는 제2크랭크 축 연결부(54)를 그 일단 또는 양단에 구비하고 있다.

상기 복수개의 조각들은 설명의 편의상 도면의 왼쪽부터 크랭크 축(50)의 제1, 2, 3, 4, 5 조각(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)으로 지칭하기로 한다. 도 1에서는 설명의 편의상 크랭크 축(50)의 복수개의 조각들을 4실린더 엔진에 적용하여 5개로 도시하였으나 이에 한정되지 않는다.

상기 제1 조각(50a)의 축 방향 일단에는 제1크랭크 축 연결부(52)가 형성된다. 상기 제2 조각(50b)의 축 방향 양단에는 제1크랭크 축 연결부(52)가 각각 형성된다. 상기 제3 조각(50c)의 축 방향 일단에는 제1크랭크 축 연결부(52)가 형성되고 축 방향 타단에는 제2크랭크 축 연결부(54)가 형성된다. 상기 제4 조각(50d)의 축 방향 양단에는 제2크랭크 축 연결부(54)가 각각 형성된다. 상기 제5 조각(50e)의 축 방향 일단에는 제2크랭크 축 연결부(54)가 형성된다. 상기 제1, 2, 3, 4, 5 조각(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)들과 상기 제1, 2 크랭크 축 연결부(52, 54)는 각각 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1, 2, 3, 4, 5 조각(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)들이 커넥팅 로드(40)에 구비된 크랭크 핀(60)에 의해 조립되어 하나의 회전축(C)을 갖는 크랭크 축(50)을 형성한다. 이러한 구성에 의하여 제2커넥팅 로드(44)에 형성된 크랭크 핀(60)의 중심축을 상기 크랭크 축(50)의 회전축(C)에 대하여 상대적으로 움직일 수 있다.

하우징(80)은 크랭크 축(50)을 수용하도록 실린더 블록(10)의 하단에 결합되며, 크랭크 축(50) 및 커넥팅 로드(40) 등 실린더 내의 구성요소가 실린더 블록(10)으로부터 이탈하는 것을 방지한다.

솔레노이드 밸브(90)는 오일펌프(100)로부터 고압의 오일을 공급받아 선택적으로 하우징(80)에 오일을 공급하거나, 하우징(80)의 외부로 오일을 배출한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치가 조립된 상태를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는 실린더 블록(10) 외부에 오일펌프(100)와 솔레노이드 밸브(90)가 구비되어 있다. 그러나, 상기 오일펌프(100) 또는 솔레노이드 밸브(90)를 상기 실린더 블록(10)의 내부에 장착할 수도 있다.

솔레노이드 밸브(90)는 오일펌프(100)와 연결되는 제1 오일통로(92), 하우징(80)과 연결되는 제2 오일통로(94), 그리고 오일을 배출하기 위한 제3 오일통로(96)를 구비한 3웨이(3-way) 밸브이다.

또한, 솔레노이드 밸브(90)에 형성된 제1, 2, 3 오일통로(92, 94, 96)의 선택적인 개폐에 따라 휴지 실린더(24)가 작동되거나 휴지된다.

자세히 설명하면, 솔레노이드 밸브(90)의 제1, 2 오일통로(92, 94)를 열고 제3 오일통로(96)를 닫으면 오일펌프(100)에서 펌핑된 오일은 제1, 2 오일통로(92, 94)를 통하여 하우징(80)에 공급됨으로써 휴지 실린더(24)를 작동시키고, 솔레노이드 밸브(90)의 제2, 3 오일통로(94, 96)를 열고 제1 오일통로(92)를 닫으면 하우징(80)에 공급되었던 오일이 제2, 3 오일통로(94, 96)를 통하여 외부로 배출됨으로써 휴지 실린더(24)를 휴지시킨다.

또한, 제1오일통로(92)에는 오일펌프(100)에서 펌핑되는 오일의 역류를 방지하기 위해 일방통행밸브(102)가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치는 크랭크 축(50), 제1, 2 크랭크 축 연결부(52, 54), 가이드 홈(56), 가이드 홈 캡(58) 등의 구성요소에 각각 오일통로(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 상기 각 구성요소의 오일통로(도시하지 않음)는 필요에 의해 서로 연통되어 제2 오일통로(94)를 통하여 하우징(80)으로 공급된 오일을 압축오일 실린더(70)에 공급하거나, 가이드 홈(56) 내부 면에 공급하여 가이드 홈(56)과 커넥팅 로드 연결부(46) 사이를 윤활하거나, 실린더 내에 구비된 구성요소들 간의 접촉면에 공급하여 구성요소들 사이를 윤활한다. 이러한 오일통로는 여러 가지 변형이 가능하며 당업자가 용이하게 설계할 수 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하, 커넥팅 로드(40)와 크랭크 축(50)의 연결 방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 크랭크 축(50)의 각 조각들의 일단 또는 양단에는 제1크랭크 축 연결부(52) 또는 제2크랭크 축 연결부(54) 중 적어도 하나가 형성되어 있다.

또한, 앞에서 언급한 바와 같이, 커넥팅 로드(40)는 제1, 2 커넥팅 로드(42, 44)로 구성되며 제1커넥팅 로드(42)는 크랭크 축(50)을 구성하는 각 조각들(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에 형성된 제1크랭크 축 연결부(52)에 연결되고, 제2커넥팅 로드(44)는 크랭크 축(50)을 구성하는 각 조각들(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에 형성된 제2크랭크 축 연결부(54)에 연결된다. 이 때, 제1커넥팅 로드(42)는 이웃하는 두 개의 조각들 사이의 고정된 위치에서 상기 두 개의 조각들을 연결하고, 제2커넥팅 로드(42)는 이웃하는 두 개의 조각들 사이에서 크랭크 축(50)에 수직 방향으로 이동 가능하게 상기 두 개의 조각들을 연결한다.

이러한 목적을 위하여, 제1커넥팅 로드(42)와 연결되는 제1크랭크 축 연결부(52)에는 크랭크 핀(60)을 수용하는 연결 홈(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.

또한, 제2커넥팅 로드(42)와 연결되는 제2크랭크 축 연결부(54)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥팅 로드 연결부(46), 가이드 홈(56), 가이드 홈 캡(58), 압축오일 피스톤(72), 그리고 압축오일 실린더(70)를 포함한다.

커넥팅 로드 연결부(46)는 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 축 방향 양단에 회전 가능하도록 구비되어 있다.

가이드 홈(56)은 커넥팅 로드 연결부(46)를 수용할 수 있도록 제2크랭크 축 연결부(54)에 형성된다. 상기 가이드 홈(56)은 제2크랭크 축 연결부(54)에서 설정된 방향으로 형성되어 있으며, 상기 커넥팅 로드 연결부(46)는 상기 가이드 홈(56)에 슬라이딩 가능하도록 삽입되어 있다. 따라서, 상기 커넥팅 로드 연결부(46)는 상기 가이드 홈(56) 내에서 선택적으로 상기 설정된 방향을 따라 이동하며, 크랭크 핀의 중심축과 크랭크 축의 중심축이 동심으로 배치되도록 하거나 이심으로 배치되도록 한다. 상기 설정된 방향은 크랭크 축에 수직인 방향일 수 있다.

또한, 커넥팅 로드 연결부(46)가 삽입될 수 있도록 가이드 홈(56)의 일단은 개구되어 있고, 커넥팅 로드 연결부(46)의 슬라이딩 위치를 제한하도록 가이드 홈(56)의 타단은 막혀 있다.

가이드 홈 캡(58)은 가이드 홈(56)에 수용된 커넥팅 로드 연결부(46)의 이탈을 방지하도록 상기 가이드 홈(56)의 일단에서 제2크랭크 축 연결부(54)에 결합한다.

가이드 홈 캡(58)과 제2크랭크 축 연결부(54)는 볼트 등의 결합 수단에 의하여 결합될 수 있다.

압축오일 피스톤(72)은 상기 커넥팅 로드 연결부(46)와 상기 가이드 홈 캡(58) 사이에 배치되어 있으며, 상기 커넥팅 로드 연결부(46)에 접촉하여 상기 커넥팅 로드 연결부(46)를 상기 설정된 방향으로 밀도록 되어 있다.

압축오일 실린더(70)는 가이드 홈 캡(58)에 구비되며, 가이드 홈 캡(58)과 제2크랭크 축 연결부(54)의 결합면에서 상기 제2크랭크 축 연결부(54)를 향하여 돌출되어 구비된다. 상기 압축오일 피스톤(72)은 상기 압축오일 실린더(70) 내에 왕복 운동 가능하도록 삽입되어 있다. 즉, 상기 하우징(80)에 오일이 공급되면 상기 압축오일 피스톤(72)은 상기 커넥팅 로드 연결부(46)를 설정된 방향(도면에서 윗방향)으로 밀며, 상기 하우징(80)에 공급된 오일이 배출되면 도면에서 아랫방향으로 움직여 원래의 위치로 복귀한다.

하우징(80)을 통해 압축오일 실린더(70)에 오일이 공급되면, 압축오일 피스톤(72)은 압축오일 실린더(70) 내에서 커넥팅 로드 연결부(46)를 도면에서 윗방향으로 밀고, 이에 따라 커넥팅 로드 연결부(46)는 가이드 홈(56) 내에서 슬라이딩하며, 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)이 제1커넥팅 로드(42)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축과 대응되는 위치에 위치하도록 한다.

압축오일 실린더(70)에 공급되었던 오일이 배출되면, 압축오일 피스톤(72)은 원래의 위치로 되돌아가고, 압축오일 피스톤(72)과 함께 움직이는 커넥팅 로드 연결부(46)는 가이드 홈(56) 내에서 슬라이딩하며 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)이 크랭크 축의 중심축과 동일한 위치에 위치하도록 한다. 따라서, 제2커텍팅 로드(44)는 휴지된다.

한편, 상기 압축오일 피스톤(72)은 커넥팅 로드 연결부(46)와 일체로 형성되거나 별개로 형성될 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치의 작동을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 고마력 상태에서 작동하는 것을 보인 개략도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진이 저마력 상태(실린더 휴지 상태)에서 작동하는 것을 보인 개략도이다.

앞에서 서술한 바와 같이, 실린더 블록(10) 내부에는 다수개의 실린더(20)가 형성될 수 있으며, 각 실린더(20)마다 커넥팅 로드(40)와 피스톤(30)이 쌍을 이루어 구비될 수 있다.

도 4와 도 5에서는 도 1에서와 같이 4실린더 엔진을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에서, 엔진의 고마력 상태란 휴지 실린더(24)가 휴지되지 않는 상태를 말하며, 엔진의 저마력 상태란 휴지 실린더(24)가 휴지된 상태를 말한다.

따라서, 휴지 실린더(24)는 일반 실린더(22)와 동일한 작동상태를 보이며, 실린더 블록(10)안에 형성된 모든 실린더(20)가 정상적으로 작동하여 엔진 고마력 운전을 원활하게 한다.

압축오일 실린더(70)에 공급되었던 오일이 배출되면, 압축오일 피스톤(72)은 원래의 위치로 되돌아가고, 압축오일 피스톤(72)과 함께 움직이는 커넥팅 로드 연결부(46)는 가이드 홈(56) 내에서 슬라이딩하며 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)이 크랭크 축의 중심축과 동일한 위치에 위치하도록 한다.

즉, 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)은 크랭크 축(50)의 회전축(C)과 동심을 이루며, 크랭크 축(50)이 회전하더라도 크랭크 축(50)과 일체로 형성된 제2크랭크 축 연결부(54)만이 회전할 뿐 제2커넥팅 로드(44)의 운동은 정지된다.

또한, 제2커넥팅 로드(44)와 연결된 피스톤(30)의 직선 왕복운동 역시 정지되며, 정지된 피스톤(30)은 피스톤 중사점에 위치한다.

도 6(a)는 도 4의 A-A 선을 따라 절개한 단면도이다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 하우징(80)을 통해 압축오일 실린더(70)에 오일이 공급되면, 커넥팅 로드 연결부(46)가 가이드 홈(56)의 내부에서 압축오일 실린더(70)와 멀어지는 방향(도면의 윗방향)의 끝 단에 밀착한다.

이 때, 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)과 제1커넥팅 로드(42)에 구비된 크랭크 핀(60)은 서로 대응되는 위치를 갖는다.

도 1을 참조로 설명하면, 상기 크랭크 핀(60)의 서로 대응되는 위치는 제1 조각(50a)과 제2 조각(50b)을 연결하는 크랭크 핀(60)의 중심축은 제3 조각(50c)과 제4 조각(50d)을 연결하는 크랭크 핀(60)의 중심축과 동심을 이루고, 제2 조각(50b)과 제3 조각(50c)을 연결하는 크랭크 핀(60)의 중심축은 제4 조각(50d)과 제5 조각(50e)을 연결하는 크랭크 핀(60)의 중심축과 동심을 이루는 위치를 지칭한다.

도 6(b)는 도 5의 B-B 선을 따라 절개한 단면도이다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 압축오일 실린더(70)에 공급되었던 오일이 배출되면, 커넥팅 로드 연결부(46)는 가이드 홈(56)의 내부에서 가이드 홈 캡(58)과 가까워지는 방향(도면의 아래방향)으로 최대한 이동하여 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)이 크랭크 축(50)의 회전축(C)과 동심을 이루게 된다.

압축오일 실린더(70)에 공급되었던 오일이 배출되면, 커넥팅 로드 연결부(46)는 크랭크 축(50)의 회전에 의한 구심력에 의하여 제2커넥팅 로드(44)에 구비된 크랭크 핀(60)의 중심축(P)이 하우징(80)을 통해 압축오일 실린더(70)에 오일이 공급되기 전의 위치인 크랭크 축(50)의 회전축(C)과 동심을 이루는 점까지 슬라이딩되고 크랭크 축(50)이 회전하더라도 제2커넥팅 로드(44)의 운동은 정지한다. 이 때, 커넥팅 로드 연결부(46)가 슬라이딩되어 원래의 위치로 복귀하는 반응성을 높이기 위하여, 가이드 홈(56)의 내부 혹은 압축오일 피스톤(72)이 구비되지 않은 커넥팅 로드 연결부(46)의 일단에 탄성부재(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유압 제어부의 블록도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 장치의 유압 제어부는 엔진 회전수 검출기(110), 제어 유닛(120) 그리고 솔레노이드 밸브(90)를 포함할 수 있다. 상기 엔진 회전수 검출기(110)는 운행조건판단 유닛으로써, 엔진의 속도에 따라 차량의 운행조건을 판단한다. 상기 제어 유닛(120)은 상기 엔진 회전수 검출기(110)의 판단결과에 따라, 엔진속도가 설정속도 보다 낮을 경우에는 하우징(80)으로 오일을 공급하고, 엔진속도가 설정속도 보다 높을 경우에는 외부로 오일을 배출하도록 솔레노이드 밸브(90)를 제어한다.

도 7에서는 운행조건판단 유닛을 엔진 회전수 검출기(110)로 도시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 다양한 조건을 판단하는 장치들을 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법의 흐름도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 엔진 시동(S100) 후 엔진이 구동상태에서 엔진속도가 설정속도 이하인지 판단한다(S110). 설정속도는 당업자에 의하여 임의로 설정될 수 있다.

만일 상기 S110단계에서 엔진속도가 설정속도 이하이면, 3웨이(3-way) 솔레노이드 밸브는 오일 공급을 중단하고 외부로 오일을 배출한다(S120).

만일 상기 S110단계에서 엔진속도가 설정속도를 초과하면, 3웨이(3-way) 솔레노이드 밸브는 하우징으로 오일을 공급한다(S130).

상기 S120단계에서 3웨이(3-way) 솔레노이드 밸브가 오일 공급을 중단하고 외부로 오일을 배출하면, 휴지 실린더는 휴지하고 일반실린더는 작동하는 엔진 저마력 모드가 실행된다(S140).

상기 S130단계에서 3웨이(3-way) 솔레노이드 밸브에서 하우징으로 오일이 공급되면, 휴지 실린더를 포함한 모든 실린더가 정상적으로 작동하는 엔진 고마력 모드가 실행된다(S150).

상기 S140단계 및 S150단계 후, 엔진 구동이 정지되었는지 판단한다(S160).

만일 엔진 구동이 정지 되었다면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법을 종료한다.

만일 엔진 구동이 정지되지 않았다면, 엔진속도가 설정속도 이하인지 판단하는 S110단계부터 상기 과정을 반복한다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 휴지 방법에 따르면 엔진속도에 따라 일부의 실린더를 선택적으로 휴지시킴으로써, 실린더와 피스톤 사이의 마찰에 의한 동력 손실을 줄일 수 있으므로 차량의 연비 향상이 가능하다.

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.

10: 실린더 블록 20: 실린더
22: 일반 실린더 24: 휴지 실린더
30: 피스톤 40: 커넥팅 로드
42: 제1커넥팅 로드 44: 제2커넥팅 로드
46: 커넥팅 로드 연결부 50: 크랭크 축
50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 크랭크 축 제1, 2, 3, 4, 5 조각
52: 제1크랭크 축 연결부 54: 제2크랭크 축 연결부
56: 가이드 홈 58: 가이드 홈 캡
60: 크랭크 핀 70: 압축오일 실린더
72: 압축오일 피스톤 80: 하우징
90: 솔레노이드 밸브 92: 제1 오일통로
94: 제2 오일통로 96: 제3 오일통로
100: 오일펌프 102: 일방통행밸브
110: 엔진 회전수 검출기 120: 제어유닛
C: 크랭크 축의 회전축(축심)
P: 제2커넥팅 로드에 구비된 크랭크 핀의 중심축(축심)

Claims

실린더 블록에 형성된 복수개의 실린더 내에서 각각 직선운동을 하는 복수개의 피스톤;
상기 피스톤에 연결되어 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하며, 크랭크 핀을 구비하는 커넥팅 로드;
복수개의 조각들로 구성되며 상기 크랭크 핀에 의하여 상기 커넥팅 로드에 연결되는 복수개의 크랭크 축 연결부가 구비되어 있는 크랭크 축; 그리고
상기 크랭크 축을 수용하도록 상기 실린더 블록의 하단에 결합되는 하우징;
을 포함하되,
상기 복수개의 실린더는 차량의 운행조건에 따라 선택적으로 휴지되는 휴지 실린더와 차량의 운행조건에 관계없이 작동하는 일반 실린더를 포함하고,
상기 휴지 실린더 내의 커넥팅 로드는 차량의 운행조건에 따라 상기 크랭크 축 연결부 상에서 이동 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제1항에 있어서,
상기 커넥팅 로드는
상기 크랭크 축 연결부에 고정적으로 연결되며 상기 일반 실린더에 장착되는 제1커넥팅 로드; 그리고
상기 크랭크 축 연결부에 이동 가능하게 연결되며 상기 휴지 실린더에 장착되는 제2커넥팅 로드;
를 포함하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제2항에 있어서,
상기 크랭크 축 연결부는 상기 제1커넥팅 로드가 연결되는 제1크랭크 축연결부와 상기 제2커넥팅 로드가 연결되는 제2크랭크 축 연결부를 포함하며,
상기 크랭크 축의 복수개의 조각들은 그 일단 또는 그 양단에 제1크랭크 축 연결부 또는 제2크랭크 축 연결부 중 적어도 하나를 구비하여 상기 제1,2커넥팅 로드에 의하여 하나의 크랭크 축으로 조립되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2커넥팅 로드에 구비된 상기 크랭크 핀의 축 방향 양단에는 커넥팅 로드 연결부가 구비되고,
상기 제2크랭크 축 연결부는 상기 커넥팅 로드 연결부를 수용하도록 형성되는 가이드 홈과 상기 가이드 홈에 수용된 상기 커넥팅 로드 연결부의 이탈을 방지하도록 구비되는 가이드 홈 캡을 포함하며,
상기 커넥팅 로드 연결부는 압축오일 피스톤을 구비하고, 상기 가이드 홈 캡은 압축오일 실린더를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제4항에 있어서,
상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 내에서 길이방향 슬라이딩이 가능하도록 상기 제2 크랭크 축 연결부에 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제4항에 있어서,
상기 가이드 홈은 일단이 개구되어 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제6항에 있어서,
상기 가이드 홈 캡은 상기 가이드 홈의 개구된 일단을 막으며 상기 제2 크랭크 축 연결부에 결합되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제7항에 있어서,
상기 압축오일 피스톤은 상기 커넥팅 로드 연결부의 길이방향 일단에 구비되어 커넥팅 로드 연결부와 일체로 움직이고,
상기 압축오일 실린더는 상기 가이드 홈 캡의 상기 제2 크랭크 축 연결부와의 결합면에서 상기 제2 크랭크 축 연결부를 향하여 돌출되어 구비되며,
상기 압축오일 피스톤은 상기 압축오일 실린더에 삽입되도록 결합하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제8항에 있어서,
상기 하우징에 선택적으로 오일을 공급하는 솔레노이드 밸브;
상기 솔레노이드 밸브에 고압의 오일을 공급하는 오일펌프;
엔진의 속도에 따라 차량의 운행조건을 판단하는 엔진 회전수 검출기; 그리고
상기 엔진 회전수 검출기의 판단 결과에 따라, 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어 유닛;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제9항에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브는 상기 오일펌프와 연결되는 제1 오일통로와 상기 하우징과 연결되는 제2 오일통로 그리고 외부로 연결되는 제3 오일통로를 구비한 3웨이(3-way) 밸브인 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제10항에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브는 상기 제1 오일통로를 통하여 상기 오일펌프로부터 오일을 공급받으며,
상기 제1, 2 오일통로를 열고 상기 제3 오일통로를 닫아서 상기 하우징에 오일을 공급하고,
상기 제2, 3 오일통로를 열고 상기 제1 오일통로를 닫아서 외부로 오일을 배출하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 오일통로에는 오일의 역류를 방지하는 일방통행밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지장치.
제9항에 있어서,
상기 압축오일 피스톤은 상기 하우징에 공급된 오일에 의해 작동되며,
상기 하우징을 통해 압축오일 실린더에 오일이 공급되면, 상기 압축오일 피스톤은 상기 압축오일 실린더 내에서 상기 가이드 홈 캡으로부터 멀어지는 방향으로 밀려나고,
상기 압축오일 실린더에 공급되었던 오일이 배출되면, 상기 압축오일 피스톤은 원래의 위치로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제13항에 있어서,
상기 압축오일 피스톤이 작동할 때, 상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 안을 슬라이딩하여 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심이 상기 일반 실린더 내의 크랭크 핀의 축심과 대응되는 위치를 갖도록 이동되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제14항에 있어서,
상기 압축오일 피스톤이 작동을 멈출 때, 상기 커넥팅 로드 연결부는 상기 가이드 홈 안을 슬라이딩하여 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심이 상기 압축오일 실린더가 작동하기 전의 위치로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제15항에 있어서,
상기 가이드 홈의 내부 혹은 커넥팅 로드 연결부의 일단에 상기 커넥팅 로드 연결부를 슬라이딩 시키기 위한 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
제15항에 있어서,
상기 압축오일 실린더가 작동하기 전의 상기 휴지 실린더 내의 크랭크 핀의 축심의 위치는 상기 크랭크 축의 축심과 동심을 이루는 위치인 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 휴지 장치.
항시 작동하는 일반 실린더, 선택적으로 작동하는 휴지 실린더, 그리고 상기 휴지 실린더에 선택적으로 오일을 공급하여 상기 휴지 실린더를 선택적으로 작동시키는 솔레노이드 밸브를 포함하는 엔진에 있어서,
상기 엔진의 속도가 설정속도 이하인지 판단하는 단계;
상기 엔진의 속도가 설정속도 이하일 때, 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하는 단계;
상기 솔레노이드 밸브가 외부로 오일을 배출하면, 휴지 실린더는 휴지하고 일반 실린더만 작동하는 단계;
상기 엔진의 속도가 설정속도를 초과할 때, 상기 솔레노이드 밸브가 하우징으로 오일을 공급하는 단계;
상기 솔레노이드 밸브가 상기 하우징으로 오일을 공급하면, 모든 실린더가 작동하는 단계;
상기 엔진이 구동되는 상태인지 판단하여, 상기 엔진이 구동되는 상태이면 상기 엔진의 속도가 설정속도 이상인지 판단하는 단계로 돌아가고, 상기 엔진이 구동되지 않는 상태이면 시스템이 종료되는 단계;
를 포함하는 엔진의 실린더 휴지 방법.