KR101305666B1

KR101305666B1 - 가변 압축비 장치

Info

Publication number: KR101305666B1
Application number: KR1020110118186A
Authority: KR
Inventors: 우윤식; 이주헌; 이은호; 공진국; 우수형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-09-09
Also published as: US20130118455A1; US8776736B2; KR20130052871A

Abstract

본 발명에 따른 가변 압축비 장치는 연소실을 형성하는 피스톤과, 상기 피스톤의 운동을 크랭크샤프트에 전달하도록 피스톤 핀으로 그 일단이 상기 피스톤에 체결된 커넥팅 로드, 상기 피스톤 핀을 매개로 상기 커넥팅 로드에 그 일단이 편심되게 연결된 듀얼 링크 타입의 1쌍의 제1,2편심링크, 상기 제1,2편심링크의 타단에 그 일단이 연결되어 상기 편심링크를 회전시키는 듀얼 링크 타입의 스윙링크, 상기 1쌍의 제1,2편심링크의 각 일단을 서로 연결시키는 연결부를 포함한다.

Description

가변 압축비 장치{VARIABLE COMPRESSION RATIO APPARATUS}

본 발명은 가변 압축비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀얼 편심 링크와 듀얼 스윙 링크를 구비한 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.

상기 가변 압축비 장치에 의하면 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 장치로서 미국특허등록 6,581,552호가 있다. 상기 가변 압축비 장치는 연소실을 형성하는 피스톤에 커넥팅 로드의 일단이 연결되고, 상기 커넥팅 로드의 타단은 크랭크샤프트에 연결되며, 상기 커넥팅 로드가 상기 피스톤과 연결되는 상기 일단에는 편심링이 결합되고, 상기 편심링에는 편심스윙부재의 일단이 연결되고, 상기 편심스윙부재의 타단은 커플링을 매개로 슬라이드와 연결되고, 상기 슬라이드는 구동장치에 의해 이동되도록 상기 구동장치와 연결된다.

상기 구동장치의 작동으로 상기 슬라이드가 이동하고, 상기 슬라이드의 운동은 상기 커플링을 통해 상기 편심스윙부재에 전달되어 상기 편심스윙부재가 회전하게 되며, 상기 편심스윙부재의 회전운동은 상기 커넥팅 로드를 통해 상기 피스톤의 상사점 높이를 가변시켜 상기 피스톤에 의해 형성되는 연소실의 압축비를 가변시키게 되어 있다.

이와 같은 가변 압축비 장치에서는 편심스윙부재에 대해 구조적인 강성과 안정된 동작 및 구조의 단순화가 필요하다.

미국등록특허 6,581,552 B2

본 발명은 하중 밸런싱이 안정되어 스윙 동작의 동적 안정성을 확보할 수 있고, 구조적인 강성이 강화되며, 조립 작업성도 향상되도록 한 가변 압축비 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 압축비 장치는, 연소실을 형성하는 피스톤과, 상기 피스톤의 운동을 크랭크샤프트에 전달하도록 피스톤 핀으로 그 일단이 상기 피스톤에 체결된 커넥팅 로드, 상기 피스톤 핀을 매개로 상기 커넥팅 로드에 그 일단이 편심되게 연결된 듀얼 링크 타입의 1쌍의 제1,2편심링크, 상기 제1,2편심링크의 타단에 그 일단이 연결되어 상기 편심링크를 회전시키는 듀얼 링크 타입의 스윙링크, 상기 1쌍의 제1,2편심링크의 각 일단을 서로 연결시키는 연결수단을 포함한다.

상기 피스톤에는 하부로부터 내측을 향해 파여진 형태의 조립홈이 형성되고, 상기 조립홈 속에 상기 커넥팅 로드의 일단과 상기 1쌍의 제1,2편심링크의 일단이 삽입되어 상기 피스톤 핀을 매개로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 제1,2편심링크의 타단에는 상기 스윙링크의 일단이 핀으로 체결된 것을 특징으로 한다.

상기 스윙링크의 타단들은 한 몸체를 형성하도록 연결부에서 서로 일체로 연결되고, 상기 연결부에는 상기 일단과 반대방향으로 2갈래로 연장된 형태의 핀보스가 형성되어, 상기 스윙링크를 스윙 동작시키기 위한 구동장치가 상기 핀보스와 핀을 매개로 상기 스윙링크와 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고; 상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스의 외주면에 밀착하도록 원주 방향으로 일정 간격을 두고 상기 제2편심링크에 형성된 다수개의 조립돌기를 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가변 압축비 장치에 의하면, 피스톤과 커넥팅 로드에 일단이 결합되는 편심링크가 듀얼 링크 타입으로 구성되어, 편심링크의 듀얼 링크에 하중이 균등하게 분배되어져 하중 밸런싱이 측면에서 유리할 뿐만 아니라 편심링크의 스윙 동작시에 동적 안정성이 향상될 뿐만 아니라 구조적인 강성도 향상되고, 메인 베어링의 편마모도 방지할 수 있으며, 편심링크가 안정적인 스윙 운동을 함에 따라 편심링크의 운동 안정성 향상을 위한 가이드장치 등이 불필요해져 구조의 단순화 및 제작의 용이성이 향상되고, 편심링크의 다양한 체결 방식으로 조립 작업성의 향상과 다양한 차종에 적용할 수 있는 범용성을 갖는 등의 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 압축비 장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 링크 타입의 편심링크와 커넥팅 로드의 체결 방식을 설명하는 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 편심링크의 체결 방식을 설명하는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 편심링크의 체결 방식을 설명하는 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 편심링크의 체결 방식을 설명하는 분해 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 연소실을 형성하는 피스톤(1)에는 하부로부터 내측을 향해 파여진 형태의 조립홈이 형성되고, 상기 조립홈 속에 커넥팅 로드(2)의 일단이 삽입되어 피스톤 핀(3)으로 결합된다.

상기 피스톤(1)에는 상기 조립홈과 연통하는 조립홀이 직경방향으로 형성되어, 상기 조립홀에 상기 피스톤 핀(3)이 끼워져서 상기 커넥팅 로드(2)의 일단과 상기 피스톤(1)을 연결하게 된다.

상기 커넥팅 로드(2)의 타단은 크랭크 샤프트(4)와 결합되어, 상기 커넥팅 로드의 상하 운동이 상기 크랭크 샤프트의 회전운동으로 전환된다.

상기 커넥팅 로드(2)의 양측으로 듀얼 링크 타입의 1쌍의 편심링크(4a,4b)가 각각 배치된다. 상기 편심링크(4a,4b)는 상기 피스톤(1)의 조립홈 속에 그 일단이 각각 삽입되어 상기 피스톤 핀(3)에 의해 상기 커넥팅 로드(2)의 일단과 연결된다.

상기 편심링크(4a,4b)의 각 타단은 듀얼 링크 타입의 스윙링크(5a,5b)의 일단에 핀으로 체결되어 연결된다.

상기 스윙링크(5a,5b)의 타단들은 한 몸체를 형성하도록 연결부(5c)에서 서로 일체로 연결되고, 상기 연결부(5c)에는 상기 일단과 반대방향으로 2갈래로 연장된 형태의 핀보스(5d)가 형성되어, 상기 스윙링크(5a,5b)를 스윙 동작시키기 위한 구동장치가 상기 핀보스(5d)와 핀(5e)을 통해 상기 스윙링크(5a,5b)와 연결된다.

상기 구동장치는 모터와 같은 전동장치나 유압으로 작동되는 유압장치 등으로 구성될 수 있다.

상기 구동장치의 작동으로 상기 스윙링크(5a,5b)가 스윙 운동을 하고, 상기 스윙링크의 운동은 상기 편심링크(4a,4b)에 전달되어서 스윙 운동을 하게 되며, 상기 편신링크(4a,4b)의 스윙 운동은 상기 피스톤(1)의 상사점 높이를 변화시켜서 압축비를 가변시키게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 커넥팅 로드(2)는 상기 피스톤(1)과 피스톤 핀으로 연결되는 직경이 상대적으로 작은 소단부(2a)와, 크랭크샤프트와 연결되는 직경이 상대적으로 큰 대단부(2b)를 각각 구비하고, 상기 소단부(2a)와 대단부(2b)에는 관통하는 조립홀(2aa,2ba)이 각각 형성된다.

상기 편심링크(4a,4b)는 상기 커넥팅 로드(2)의 양측에 배치되어 상기 조립홀(2aa)을 통해 서로 결합된다. 상기 제1편심링크(4a)의 일단에는 상기 피스톤 핀이 끼워지는 조립홀(4aa)이 관통해서 형성되고, 상기 조립홀(4aa)의 내주면에는 조립 안정성을 향상시키기 위한 다수개의 조립 돌기(4ab)가 원주방향으로 일정 간격을 두고 배치되면서 직경방향으로 돌출하도록 형성된다.

상기 제2편심링크(4b)의 일단에는 그 길이방향에 수직한 방향으로 원형으로 돌출한 보스(4ba)가 형성되고, 상기 보스(4ba)가 상기 커넥팅 로드(2)의 조립홀(2aa)을 관통해서 상기 제1편심링크(4a)의 조립홀(4aa) 속에 끼워지면, 상기 제1편심링크(4a)의 다수개의 조립돌기(4ab)가 상기 보스(4ba)의 외주면에 밀착되어 조립성을 향상시키게 된다.

상기 각 편심링크(4a,4b)의 타단에는 상기 스윙링크(5a,5b)의 일단과 체결하기 위한 관통하는 조립홀(4ac,4bc)가 각각 형성된다.

도 3을 참조하면, 상기 제1편심링크(4a)의 조립홀(4aa)의 내주면에는 다수개의 기어치(4ad)가 일정 간격을 두고 원주방향으로 형성되고, 상기 제2편심링크(4b)의 보스(4ba)의 외주면에는 상기 기어치(4ad)와 치합하는 다수개의 기어치(4bd)가 원주방향으로 일정 간격을 두고 형성되고, 상기 제1,2편심링크(4a,4b)가 상기 기어치(4ad,4bd)을 매개로 서로 치합되어 체결성이 강화된다.

도 4를 참조하면, 상기 제1,2편심링크(4a,4b)의 일단에는 스플라인 기어(4ae,4be)가 형성되어, 상기 스플라인 기어(4ae,4be)가 서로 맞물려서 제1,2편심링크(4a,4b)가 서로 연결됨에 따라 체결성이 한층 더 강화된다.

도 5를 참조하면, 제1편심링크(4a)의 상기 제2편심링크(4b)와 대향하는 측면에 원호 형상의 조립 돌출부(4af)가 외측으로 돌출한 형태로 형성됨과 더불어 내측으로 파여진 형태의 원호 형상의 조립홈(4ag) 또는 조립홀이 상기 조립 돌출부(4af)에 대해 상하로 대칭되게 형성되고, 상기 제2편심링크(4b)의 돌출한 보스(4ba)의 대향하는 측면에 내측으로 파여진 형태의 원호 형상의 조립홈(4bf) 또는 조립홈이 형성됨과 더불어 외측으로 돌출한 형태의 원호 형상의 조립 돌출부(4bg)가 형성되어, 제1편심링크(4a)의 조립 돌출부(4af)가 제2편심링크(4b)의 조립홈(4bf) 또는 조립홀에 끼워져 결합됨과 더불어 제1편심링크(4a)의 조립홈(4ag)에 제2편심링크(4b)의 조립 돌출부(4bg)가 끼워져 결합된다.

이러한 제1,2편심링크(4a,4b)의 연결구조는 제1,2편심링크(4a,4b)에 작은 하중이 걸리거나 혹은 과도한 강성의 증대가 필요하지 않은 경우에 적합하다.

또한 상기 제1편심링크(4a)에 원호 형상의 조립 돌출부를 상하 1쌍으로 대칭되게 형성하고, 상기 제2편심링크(4b)에 상기 조립 돌출부가 끼워져 결합되는 조립홈 혹은 조립홀이 상하 1쌍으로 대칭되게 형성해도 되고, 이와 반대로 상기 제1편심링크(4a)에 원호 형상의 조립홈 혹은 조립홀을 상하 1쌍으로 대칭되게 형성하고, 상기 제2편심링크(4b)에 상기 조립홈에 끼워져 결합되는 조립 돌출부를 상하 1쌍으로 대칭되게 형성해도 무방하다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 피스톤
2: 커넥팅 로드
3: 피스톤 핀
4a, 4b: 편심링크
5a, 5b: 스윙 링크

Claims

연소실을 형성하는 피스톤과,
상기 피스톤의 운동을 크랭크샤프트에 전달하도록 피스톤 핀으로 그 일단이 상기 피스톤에 체결된 커넥팅 로드,
상기 피스톤 핀을 매개로 상기 커넥팅 로드에 그 일단이 편심되게 연결된 듀얼 링크 타입의 1쌍의 제1,2편심링크,
상기 제1,2편심링크의 타단에 그 일단이 연결되어 상기 편심링크를 회전시키는 듀얼 링크 타입의 스윙링크,
상기 1쌍의 제1,2편심링크의 각 일단을 서로 연결시키는 연결수단을 포함하고,
상기 피스톤에는 하부로부터 내측을 향해 파여진 형태의 조립홈이 형성되고, 상기 조립홈 속에 상기 커넥팅 로드의 일단과 상기 1쌍의 제1,2편심링크의 일단이 삽입되어 상기 피스톤 핀을 매개로 연결되고,
상기 제1,2편심링크의 타단에는 상기 스윙링크의 일단이 핀으로 체결되고,
상기 스윙링크의 타단들은 한 몸체를 형성하도록 연결부에서 서로 일체로 연결되고, 상기 연결부에는 상기 일단과 반대방향으로 2갈래로 연장된 형태의 핀보스가 형성되어, 상기 스윙링크를 스윙 동작시키기 위한 구동장치가 상기 핀보스와 핀을 매개로 상기 스윙링크와 연결된 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
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제1항에 있어서, 상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고;
상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스의 외주면에 밀착하도록 원주 방향으로 일정 간격을 두고 상기 제2편심링크에 형성된 다수개의 조립돌기를 갖춘 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서, 상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고;
상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스의 외주면에 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 다수개의 기어치, 상기 기어치와 치합하도록 상기 제2편심링크에 형성된 다수개의 기어치를 갖춘 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서, 상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고;
상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스와 상기 제2편심링크에 서로 맞물리게 형성된 스플라인 기어를 갖춘 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서, 상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고;
상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스의 상기 제2편심링크에 대향하는 측면에 원호 형상으로 상하 대칭되게 돌출하도록 형성된 1쌍의 조립 돌출부와, 상기 제2편심링크의 상기 보스와 대향하는 측면에 상기 1쌍의 조립 돌출부가 끼워져 결합되도록 상하 대칭되게 형성된 1쌍의 조립홈 혹은 조립홀을 갖춘 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.
제1항에 있어서, 상기 커넥팅 로드의 일단에는 관통하는 조립홀이 형성되고;
상기 연결수단은 상기 조립홀에 끼워지는 돌출한 형태로 상기 제1편심링크에 형성된 원형의 보스와, 이 보스의 상기 제2편심링크에 대향하는 측면에 원호 형상으로 상하 대칭되게 형성된 조립 돌출부와 조립홈 혹은 조립홀, 상기 제2편심링크의 상기 보스와 대향하는 측면에 상기 제1편심링크의 조립 돌출부가 끼워져 결합되도록 조립홈 혹은 조립홀, 이 조립홀 혹은 조립홈에 대해 대칭되게 형성되면서 상기 제1편심링크의 상기 조립홈 혹은 조립홀에 끼워지도록 돌출되게 형성된 조립 돌출부를 갖춘 것을 특징으로 하는 가변 압축비 장치.