KR101305821B1 - Variable compression ratio engine - Google Patents

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이기형
김재웅
박상기
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 가변 압축비 엔진은, 실린더 헤드; 상기 실린더 헤드에 설치되고 흡입행정시 연소실 내로 공기를 흡입하기 위한 흡기밸브기구; 상기 실린더 헤드에 설치되고 배기행정시 상기 연소실 내의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 배기밸브기구; 및 상기 실린더 헤드에 설치되고 상기 연소실 내의 압축비를 조절하기 위해 압축행정의 일부 구간에서 상기 연소실 내의 공기를 상기 연소실 외부로 배출하기 위한 공기배출밸브기구를 포함한다. 본 발명에 의하면, 엔진의 가공성 및 내구성을 떨어뜨리지 않으면서 RPM 및 부하영역에 따른 최적의 압축비를 세밀하게 조절할 수 있다.A variable compression ratio engine according to the present invention includes a cylinder head; An intake valve mechanism installed at the cylinder head to suck air into the combustion chamber during the intake stroke; An exhaust valve mechanism installed at the cylinder head and configured to discharge combustion gas in the combustion chamber to the outside during an exhaust stroke; And an air discharge valve mechanism installed at the cylinder head to discharge air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of the compression stroke to adjust the compression ratio in the combustion chamber. According to the present invention, it is possible to finely adjust the optimum compression ratio according to the RPM and load region without degrading the processability and durability of the engine.

Description

가변 압축비 엔진{VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}Variable compression ratio engine {VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}

본 발명은, 가변 압축비 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자동차 등에 사용되는 엔진의 연소실 내의 압축비를 가변적으로 조절할 수 있는 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable compression ratio engine, and more particularly, to a structure capable of variably adjusting the compression ratio in a combustion chamber of an engine used in an automobile or the like.

최근 디젤 엔진의 문제점인 배기가스 배출량을 줄이기 위해 배기가스 배출량과 가장 밀접한 관계가 있는 압축비를 낮추고 압축비 저하로 인한 출력 감소를 밀러 사이클을 적용하여 보상하는 방법이 연구되고 있다.Recently, in order to reduce exhaust gas emissions, which is a problem of diesel engines, a method of compensating by lowering the compression ratio most closely related to the exhaust gas emissions and applying a Miller cycle to compensate for the reduction in power due to the lower compression ratio has been studied.

밀러 사이클은 연소실 내에서 압축비보다 팽창비를 크게하여 연소시 발생된 압력에너지를 최대한 일에너지로 변환할 수 있는 고팽창 사이클로 흡기밸브의 닫힘 시기 변화에 의한 유효압축비를 감소시켜 팽창비를 크게 하는 방식이다.The Miller cycle is a high expansion cycle that converts the pressure energy generated during combustion to the maximum work energy by increasing the expansion ratio rather than the compression ratio in the combustion chamber, thereby reducing the effective compression ratio by changing the closing timing of the intake valve to increase the expansion ratio.

그런데, 통상의 밀러 사이클은 엔진의 모든 부하조건에서 고정된 압축비를 적용하기 때문에 낮은 RPM 영역에서 압축비를 줄이면 실린더 벽면으로의 열손실 증가로 출력이 많이 감소하고 시동성이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있다.However, since the normal Miller cycle applies a fixed compression ratio under all load conditions of the engine, if the compression ratio is reduced in a low RPM region, the output is greatly reduced and startability is greatly reduced due to an increase in heat loss to the cylinder wall.

또한, 연소실 내의 압축비를 가변적으로 조절하기 위해 엔진의 흡기밸브의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하는 방법은, 흡기밸브의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하기 위해 요구되는 캠과 밸브 형상 및 구조의 복잡성으로 인해 가공성 및 내구성이 떨어지고, RPM(Revolution Per Minute) 및 부하영역에 따른 최적의 압축비를 세밀하게 조절하는 것이 어렵다는 문제점이 있다. In addition, the method of variably adjusting the closing timing of the intake valve of the engine in order to variably control the compression ratio in the combustion chamber, due to the complexity of the cam and valve shape and structure required to variably adjust the closing timing of the intake valve, And durability is poor, there is a problem that it is difficult to finely adjust the optimal compression ratio according to RPM (Revolution Per Minute) and the load region.

본 발명의 목적은, 엔진의 가공성 및 내구성을 떨어뜨리지 않으면서 RPM 및 부하영역에 따른 최적의 압축비를 세밀하게 조절할 수 있는 가변 압축비 엔진을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a variable compression ratio engine capable of finely adjusting the optimum compression ratio according to RPM and load region without degrading the processability and durability of the engine.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 실린더 헤드; 상기 실린더 헤드에 설치되고 흡입행정시 연소실 내로 공기를 흡입하기 위한 흡기밸브기구; 상기 실린더 헤드에 설치되고 배기행정시 상기 연소실 내의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 배기밸브기구; 및 상기 실린더 헤드에 설치되고 상기 연소실 내의 압축비를 조절하기 위해 압축행정의 일부 구간에서 상기 연소실 내의 공기를 상기 연소실 외부로 배출하기 위한 공기배출밸브기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a cylinder head; An intake valve mechanism installed at the cylinder head to suck air into the combustion chamber during the intake stroke; An exhaust valve mechanism installed at the cylinder head and configured to discharge combustion gas in the combustion chamber to the outside during an exhaust stroke; And an air discharge valve mechanism installed in the cylinder head to discharge air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of the compression stroke to adjust the compression ratio in the combustion chamber. do.

상기 가변 압축비 엔진은, 상기 공기배출밸브기구가 하사점에서 미리 정해진 지점까지 개방된 상태를 유지하다가 폐쇄되도록 상기 공기배출밸브기구를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The variable compression ratio engine may further include a controller for controlling the air discharge valve mechanism such that the air discharge valve mechanism maintains an open state from a bottom dead center to a predetermined point and then closes.

상기 미리 정해진 지점은, 상사점과 하사점 사이의 중간 지점일 수 있다.The predetermined point may be an intermediate point between the top dead center and the bottom dead center.

상기 공기배출밸브기구는, 상기 실린더 헤드에서 상기 연소실을 향하여 연장되는 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체에 형성된 공기 유로를 개폐하도록 상기 밸브 몸체 내부에 마련되는 니들부; 및 상기 니들부를 구동시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다.The air discharge valve mechanism includes a valve body extending from the cylinder head toward the combustion chamber; A needle part provided inside the valve body to open and close an air flow path formed in the valve body; And it may include an actuator for driving the needle portion.

상기 가변 압축비 엔진은, 엔진 시동시 상기 연소실 내의 공기를 가열하기 위한 예열 플러그를 더 포함하고, 상기 예열 플러그의 발열부는 상기 밸브 몸체의 연소실 측 단부에 장착될 수 있다.The variable compression ratio engine may further include a glow plug for heating air in the combustion chamber when the engine is started, and the heat generating portion of the glow plug may be mounted at the combustion chamber side end of the valve body.

상기 니들부에는, 상기 연소실 내의 공기가 상기 공기 유로를 따라 원활히 빠져나갈 수 있도록, 그 길이 방향에 따라 연장되는 적어도 하나의 공기 홈이 형성될 수 있다.The needle portion may be formed with at least one air groove extending in the longitudinal direction so that air in the combustion chamber can smoothly escape along the air passage.

상기 가변 압축비 엔진은, 엔진 시동시 상기 연소실 내의 공기를 가열하기 위한 예열 플러그를 더 포함하고, 상기 공기배출밸브기구와 상기 예열 플러그는 하나의 몸체로 형성될 수 있다.The variable compression ratio engine may further include a glow plug for heating air in the combustion chamber when the engine is started, and the air discharge valve mechanism and the glow plug may be formed as one body.

상기 가변 압축비 엔진은, 상기 공기배출밸브기구에 연결되어 공기배출밸브기구를 통해 배출된 공기를 엔진 외부로 배출하기 위한 공기배출관을 더 포함할 수 있다.The variable compression ratio engine may further include an air discharge pipe connected to the air discharge valve mechanism for discharging air discharged through the air discharge valve mechanism to the outside of the engine.

본 발명은, 흡기밸브기구와는 별도로 혹은 독립적으로 연소실 내의 압축비를 조절하기 위해 압축행정의 일부 구간에서 연소실 내의 공기를 연소실 외부로 배출하기 위한 공기배출밸브기구를 구비함으로써, 흡기밸브기구의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하여 연소실 내의 압축비를 조절하는 종래 기술의 문제점, 즉 흡기밸브기구의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하기 위해 요구되는 캠과 밸브 형상 및 구조의 복잡성으로 인해 가공성 및 내구성이 떨어지고, RPM 및 부하영역에 따른 최적의 압축비를 세밀하게 조절하는 것이 어렵다는 문제점을 해결할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 RPM 및 부하영역에 따른 출력 및 배기가스를 고려하여 연소실 내의 압축비를 조절하여 최적의 엔진 상태를 설계할 수 있다.The present invention provides an air discharge valve mechanism for discharging air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of the compression stroke to adjust the compression ratio in the combustion chamber separately or independently of the intake valve mechanism, thereby closing the intake valve mechanism. Controllability and durability due to the complexity of the cam and valve shape and structure required to variably control the compression ratio in the combustion chamber, that is, to adjust the closing timing of the intake valve mechanism, and RPM and load It can solve the problem that it is difficult to finely adjust the optimum compression ratio according to the area. Accordingly, the present invention can design the optimum engine state by adjusting the compression ratio in the combustion chamber in consideration of the output and exhaust gas according to the RPM and load region.

또한, 본 발명은, 공기배출밸브기구의 밸브 몸체와 예열 플러그의 플러그 몸체를 일체로 형성, 즉 공기배출밸브기구와 예열 플러그를 일체형 구조로 구현함으로써, 기존의 실린더 헤드의 형상 및 구조의 변경을 최소화하면서 실린더 헤드에 공기배출밸브기구를 쉽게 적용할 수 있다.In addition, the present invention, by integrally forming the valve body of the air discharge valve mechanism and the plug body of the glow plug, that is, by implementing the air discharge valve mechanism and the glow plug as an integral structure, it is possible to change the shape and structure of the existing cylinder head The air outlet valve mechanism can be easily applied to the cylinder head while minimizing it.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압축비 엔진을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 가변 압축비 엔진의 개략적인 제어 블록도이다.
도 3은 도 1의 가변 압축비 엔진에서 공기배출밸브기구의 확대도이다.
도 4는 도 3의 공기배출밸브기구의 개방 상태를 나타낸 도면이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a variable compression ratio engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic control block diagram of the variable compression ratio engine of FIG. 1.
3 is an enlarged view of an air discharge valve mechanism in the variable compression ratio engine of FIG. 1.
4 is a view showing an open state of the air discharge valve mechanism of FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in order to avoid unnecessary obscuration of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 압축비 엔진을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 가변 압축비 엔진의 개략적인 제어 블록도이다.1 is a schematic diagram illustrating a variable compression ratio engine according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic control block diagram of the variable compression ratio engine of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진(100)은 실린더 헤드(110), 흡기밸브기구(120), 배기밸브기구(130), 공기배출밸브기구(140), 예열 플러그(150), 연료분사 인젝터(170) 및 컨트롤러(160)를 포함할 수 있다.1 and 2, the variable compression ratio engine 100 according to the present invention includes a cylinder head 110, an intake valve mechanism 120, an exhaust valve mechanism 130, an air discharge valve mechanism 140, and a glow plug. 150, a fuel injection injector 170 and a controller 160 may be included.

참고로, 본 실시예에서 개시된 가변 압축비 엔진(100)은 자동차에 사용되는 디젤 엔진이나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 가솔린 엔진을 포함하여 다양한 방식의 엔진에 적용될 수 있음은 물론이다.For reference, the variable compression ratio engine 100 disclosed in the present embodiment is a diesel engine used in an automobile, but the present invention is not limited thereto and may be applied to various types of engines including a gasoline engine.

실린더 헤드(110)는 일반적으로 연소실의 전체 혹은 일부가 형성되는 실린더 블록(미도시)의 상부에 결합되는 것으로, 도 1은 4기통 디젤 엔진의 실린더 헤드(110)의 일부를 절취한 상태를 도시하고 있다. 이하 설명할 흡기밸브기구(120), 배기밸브기구(130), 공기배출밸브기구(140) 및 예열 플러그(150)는 하나의 실린더 블록(미도시)에 형성된 연소실 하나당 하나의 세트로 구비될 수 있다.The cylinder head 110 is generally coupled to an upper portion of a cylinder block (not shown) in which all or part of the combustion chamber is formed. FIG. 1 shows a state in which a portion of the cylinder head 110 of a four-cylinder diesel engine is cut out. Doing. The intake valve mechanism 120, the exhaust valve mechanism 130, the air discharge valve mechanism 140, and the glow plug 150 to be described below may be provided in one set per combustion chamber formed in one cylinder block (not shown). have.

흡기밸브기구(120)는 엔진(100)의 흡입행정시 연소실 내로 공기(연료가 혼합된 공기도 포함)를 흡입하기 위한 수단이고, 배기밸브기구(130)는 엔진(100)의 배기행정시 연소실 내의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 수단이다. 이러한 흡기밸브기구(120) 및 배기밸브기구(130)는 통상 자동차 엔진에서 연소실을 개폐하도록 실린더 헤드(110)에 설치되어 있으며, 4행정 사이클 엔진의 경우 크랭크축의 1/2의 속도로 회전하는 캠축에 의해서 열리고 스프링의 힘으로 닫히도록 구성될 수 있다. 본 발명에서 흡기밸브기구(120) 및 배기밸브기구(130)는 공지의 다양한 구성으로 채택될 수 있으며, 본 발명은 흡기밸브기구(120) 및 배기밸브기구(130)의 구성에 요지가 있는 것이 아니므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The intake valve mechanism 120 is a means for sucking air (including air mixed with fuel) into the combustion chamber during the intake stroke of the engine 100, and the exhaust valve mechanism 130 is a combustion chamber in the exhaust stroke of the engine 100. It is a means for discharging the internal combustion gas to the outside. The intake valve mechanism 120 and the exhaust valve mechanism 130 are usually installed in the cylinder head 110 to open and close the combustion chamber in an automobile engine, and in the case of a four-stroke cycle engine, the cam shaft rotates at a speed of 1/2 of the crankshaft. It can be configured to open by and close by the force of the spring. The intake valve mechanism 120 and the exhaust valve mechanism 130 in the present invention can be adopted in a variety of known configurations, the present invention is that the configuration of the intake valve mechanism 120 and the exhaust valve mechanism 130 has a gist. Therefore, detailed description thereof will be omitted.

공기배출밸브기구(140)는 엔진(100)의 압축행정의 일부 구간에서 연소실 내의 공기를 연소실 외부로 배출하여 연소실 내의 압축비를 조절하기 위한 수단이다. 이러한 공기배출밸브기구(140)는 엔진(100)의 연소실을 개폐하도록 실린더 헤드(110)에 설치될 수 있다. 이때, 공기배출밸브기구(140)는 도 1에 도시된 바와 같이 연료분사 인젝터(170)와 인접한 위치에서 실린더 헤드(110)에 설치될 수 있다. 참고로, 연료분사 인젝터(170)는 통상 압축착화방식의 디젤 엔진에서 연소실 내로 적정량의 연료를 분사하기 수단인데, 통상 불꽃점화방식의 가솔린 엔진에서는 생략될 수 있다.The air discharge valve mechanism 140 is a means for controlling the compression ratio in the combustion chamber by discharging air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of the compression stroke of the engine 100. The air discharge valve mechanism 140 may be installed in the cylinder head 110 to open and close the combustion chamber of the engine 100. At this time, the air discharge valve mechanism 140 may be installed in the cylinder head 110 in a position adjacent to the fuel injection injector 170 as shown in FIG. For reference, the fuel injection injector 170 is a means for injecting an appropriate amount of fuel into a combustion chamber in a compression ignition type diesel engine, and may be omitted in a conventional spark ignition type gasoline engine.

다시 말해서, 본 발명은 흡기밸브기구(120)의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하여 연소실 내의 압축비를 조절하는 종래 기술과 다르게 흡기밸브기구(120)와는 별도로 혹은 독립적으로 연소실 내의 압축비를 조절하기 위한 공기배출밸브기구(140)를 구비하고 있다.In other words, the present invention, unlike the prior art that variably adjusts the closing time of the intake valve mechanism 120 to adjust the compression ratio in the combustion chamber, the air discharge for adjusting the compression ratio in the combustion chamber separately or independently of the intake valve mechanism 120 The valve mechanism 140 is provided.

이에 따라, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진(100)은 흡기밸브기구(120)의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하여 연소실 내의 압축비를 조절하는 종래 기술의 문제점, 즉 흡기밸브기구(120)의 닫힘 시기를 가변적으로 조절하기 위해 요구되는 캠과 밸브 형상 및 구조의 복잡성으로 인해 가공성 및 내구성이 떨어지고, RPM(Revolution Per Minute) 및 부하영역에 따른 최적의 압축비를 세밀하게 조절하는 것이 어렵다는 문제점을 해결할 수 있다. 궁극적으로, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진(100)은 RPM 및 부하영역에 따른 출력 및 배기가스를 고려하여 연소실 내의 압축비를 조절하여 최적의 엔진 상태를 설계할 수 있다.Accordingly, the variable compression ratio engine 100 according to the present invention variably adjusts the closing timing of the intake valve mechanism 120 to control the compression ratio in the combustion chamber, that is, the closing timing of the intake valve mechanism 120. Due to the complexity of the cam and valve shape and structure required to variably adjust, the processability and durability are poor, and it is difficult to finely adjust the optimum compression ratio according to RPM (Revolution Per Minute) and load region. Ultimately, the variable compression ratio engine 100 according to the present invention may design the optimum engine state by adjusting the compression ratio in the combustion chamber in consideration of the output and exhaust gas according to the RPM and the load region.

한편, 가변 압축비 엔진(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 공기배출밸브기구(140)에 연결되어 공기배출밸브기구(140)를 통해 배출된 공기를 엔진 외부로 배출하기 위한 공기배출관(140A)을 더 포함할 수 있다. 이때, 공기배출관(140A)은 연소실 당 하나씩 구비된 공기배출밸브기구(140) 다수 개를 연결하는 매니폴드 구조로 마련될 수 있다. 참고로, 도면부호 '180'은 엔진의 흡기매니폴드 또는 배기매니폴드를 나타낸다.On the other hand, the variable compression ratio engine 100 is connected to the air discharge valve mechanism 140 as shown in Figure 1 air discharge pipe 140A for discharging the air discharged through the air discharge valve mechanism 140 to the outside of the engine It may further include. At this time, the air discharge pipe 140A may be provided in a manifold structure for connecting a plurality of air discharge valve mechanisms 140 provided one per combustion chamber. For reference, reference numeral 180 denotes an intake manifold or exhaust manifold of the engine.

컨트롤러(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 흡기밸브기구(120), 배기밸브기구(130), 공기배출밸브기구(140), 예열 플러그(150), 연료분사 인젝터(170) 등을 제어하는 수단으로, 통상 자동차 엔진에서 ECU(Electronic Control Unit)으로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명에서 컨트롤러(160)는 공기배출밸브기구(140)의 개폐 동작을 제어하는데, 구체적으로 엔진(100)의 압축행정시 공기배출밸브기구(140)가 하사점(下死點)에서 미리 정해진 지점까지 개방된 상태를 유지하다가 폐쇄되도록 공기배출밸브기구(140)를 제어할 수 있다. 즉, 공기배출밸브기구(140)는 컨트롤러(160)에 의해 엔진의 압축행정시 하사점에서 미리 정해진 지점까지 개방된 상태를 유지하다가 폐쇄될 수 있다. 여기서, '미리 정해진 지점'은 실험에 따르면 상사점(上死點)과 하사점(下死點) 사이의 중간 지점인 것이 바람직하다. 참고로, 내연 기관인 엔진에서 상사점(上死點)이란 피스톤이 실린더 속에서 최상단에 왔을 때의 위치를 말하고, 하사점(下死點)이란 피스톤이 실린더 속에서 최하단에 왔을 때의 위치를 말한다.As shown in FIG. 2, the controller 160 controls the intake valve mechanism 120, the exhaust valve mechanism 130, the air discharge valve mechanism 140, the glow plug 150, the fuel injection injector 170, and the like. By means, it can usually be implemented as an ECU (Electronic Control Unit) in a car engine. In particular, in the present invention, the controller 160 controls the opening and closing operation of the air discharge valve mechanism 140, specifically, when the compression stroke of the engine 100, the air discharge valve mechanism 140 at the bottom dead center. The air discharge valve mechanism 140 may be controlled to be closed while maintaining an open state to a predetermined point. That is, the air discharge valve mechanism 140 may be closed while maintaining the open state from the bottom dead center to a predetermined point at the compression stroke of the engine by the controller 160. Here, the predetermined point is preferably an intermediate point between the top dead center and the bottom dead center according to the experiment. For reference, in the engine that is an internal combustion engine, the top dead center refers to the position when the piston is at the top of the cylinder, and the bottom dead center is the position when the piston is at the bottom of the cylinder. .

도 3은 도 1의 가변 압축비 엔진에서 공기배출밸브기구의 확대도이고, 도 4는 도 3의 공기배출밸브기구의 개방 상태를 나타낸 도면이다.3 is an enlarged view of an air discharge valve mechanism in the variable compression ratio engine of FIG. 1, and FIG. 4 is a view illustrating an open state of the air discharge valve mechanism of FIG. 3.

도 3 및 도 4를 참조하면, 공기배출밸브기구(140)는 밸브 몸체(141), 니들부(143) 및 액추에이터(145)를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 공기배출밸브기구(140)는 니들 밸브 구조로 구현되는데, 구조가 간단하면서도 정확한 제어가 가능하고 엔진 연소실까지 연장되도록 실린더 헤드(110)에 설치하는 것이 용이하다는 이점이 있다. 또한, 니들 밸브 구조의 공기배출밸브기구(140)는 후술할 예열 플러그(150)와 일체로 형성하기에 적합한 구조라는 이점도 있는데, 이에 대해서는 예열 플러그(150)와 함께 후술하기로 한다. 다만, 이러한 이점에도 불구하고 본 발명에서 공기배출밸브기구(140)는 본 실시예에서 개시된 니들 밸브 구조에 한정되지 아니하고 다양한 밸브 구조 혹은 타입으로 제공될 수 있음은 물론이다.3 and 4, the air discharge valve mechanism 140 may include a valve body 141, a needle part 143, and an actuator 145. That is, in this embodiment, the air discharge valve mechanism 140 is implemented with a needle valve structure, which has the advantage that the structure is simple and accurate control and easy to install in the cylinder head 110 to extend to the engine combustion chamber. In addition, there is an advantage that the air discharge valve mechanism 140 of the needle valve structure is suitable for forming integrally with the glow plug 150 to be described later, which will be described later together with the glow plug 150. However, in spite of these advantages, the air discharge valve mechanism 140 in the present invention is not limited to the needle valve structure disclosed in the present embodiment, of course, may be provided in various valve structures or types.

밸브 몸체(141)는 실린더 헤드(110)에서 연소실을 향하여 연장되도록 배치될 수 있다. 이때, 밸브 몸체(141)에는 연소실 내의 공기가 연소실 외부로 배출되는 공기 유로(141a)가 형성될 수 있다. 밸브 몸체(141)는 길이 방향으로 연장되는 니들부(143)를 수용하기 위한 내부 공간을 포함할 수 있다. 즉, 밸브 몸체(141)는 니들부(143)를 수용하도록 중공 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 밸브 몸체(141)는 그 상단부에 액추에이터(145)가 장착되는 내부 공간이 더 포함할 수 있다. 밸브 몸체(141)는 니들부(143)가 수용되는 부분과 액추에이터(145)가 수용되는 부분으로 구분될 수 있다.The valve body 141 may be arranged to extend from the cylinder head 110 toward the combustion chamber. In this case, the valve body 141 may be formed with an air passage 141a through which air in the combustion chamber is discharged to the outside of the combustion chamber. The valve body 141 may include an inner space for accommodating the needle portion 143 extending in the longitudinal direction. That is, the valve body 141 may be provided in a hollow shape to accommodate the needle portion 143. In addition, the valve body 141 may further include an inner space in which the actuator 145 is mounted at an upper end thereof. The valve body 141 may be divided into a portion accommodating the needle portion 143 and a portion accommodating the actuator 145.

니들부(143)는 밸브 몸체(141)에 형성된 공기 유로(141a)를 개폐하도록 밸브 몸체(141)의 내부에 마련될 수 있다. 니들부(143)는 길이 방향으로 길게 연장되는 막대 형상을 갖는다. 한편, 니들부(143)에는 연소실 내의 공기가 밸브 몸체(141)의 공기 유로(141a)를 따라 원활히 빠져나갈 수 있도록, 그 길이 방향을 따라 연장되는 적어도 하나의 공기 홈(143a)이 형성될 수 있는데, 이러한 공기 홈(143a)은 3~4개 정도가 니들부(143)에 형성되는 것이 바람직하다. 니들부(143)는 공기배출밸브기구(140)의 닫힘 상태에서는 도 3에서 도시된 바와 같이 공기 유로(141a)를 폐쇄하는 위치에 있다가, 공기배출밸브기구(140)의 열림 상태 전환시 도 4에 도시된 바와 같이 액추에이터(145)에 의해 공기 유로(141a)를 개방하는 위치로, 즉 위쪽으로 이동하게 된다. 공기배출밸브기구(140)의 열림 상태에서 연소실 내의 공기는 도 4에 도시된 화살표에 따른 흐름으로 공기배출밸브기구(140)를 통해 외부로 배출될 수 있다.The needle part 143 may be provided inside the valve body 141 to open and close the air flow path 141a formed in the valve body 141. The needle portion 143 has a rod shape extending in the longitudinal direction. On the other hand, the needle portion 143 may be formed with at least one air groove 143a extending in the longitudinal direction so that the air in the combustion chamber can smoothly escape along the air flow path 141a of the valve body 141. There are three or four air grooves 143a in the needle part 143. In the closed state of the air discharge valve mechanism 140, the needle portion 143 is in a position to close the air flow path 141a, as shown in FIG. 3, and at the time of switching the open state of the air discharge valve mechanism 140. As shown in FIG. 4, the actuator 145 moves to the position where the air flow path 141a is opened, that is, moves upward. In the open state of the air discharge valve mechanism 140, the air in the combustion chamber may be discharged to the outside through the air discharge valve mechanism 140 in the flow according to the arrow shown in FIG.

액추에이터(145)는 밸브 몸체(141) 내부에 마련된 니들부(143)를 구동시키기 위한 수단인데, 구체적으로 밸브 몸체(141)의 연소실 측 단부에 대해 니들부(143)를 접근 및 이격시키는 방향으로 니들부(143)를 위치 이동시킬 수 있다. 이러한 액추에이터(145)는 솔레노이드(solenoid) 구조를 포함하여 다양한 구조로 쉽게 구현될 수 있다. 한편, 첨부된 도면들에는 공기배출밸브기구(140)의 컴팩트한 구성을 위해 액추에이터(145)가 밸브 몸체(141) 내부에 수용 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 이와 다르게 액추에이터(145)는 밸브 몸체(141) 외부에 배치될 수도 있다.The actuator 145 is a means for driving the needle portion 143 provided inside the valve body 141. Specifically, the actuator 145 is a direction in which the needle portion 143 is approached and spaced apart from the combustion chamber side end of the valve body 141. The needle part 143 may be moved. The actuator 145 may be easily implemented in various structures, including a solenoid structure. On the other hand, in the accompanying drawings it is shown that the actuator 145 is accommodated disposed inside the valve body 141 for the compact configuration of the air discharge valve mechanism 140, the actuator 145 is different from the valve body ( 141) may be disposed outside.

한편, 예열 플러그(150)는 엔진 시동시 연소실 내의 공기를 가열하기 위한 수단으로, 통상 압축착화방식의 디젤 엔진에서 저온 환경시 시동성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위해 실린더 헤드(110)에 장착하여 사용되고 있는데, '글로우 플러그(glow plug)'라고도 한다.On the other hand, the glow plug 150 is a means for heating the air in the combustion chamber at the start of the engine, it is usually mounted on the cylinder head 110 to solve the problem of poor startability in a low temperature environment in a diesel engine of compression ignition method. Also known as a glow plug.

본 발명에서 예열 플러그(150)의 발열부(151)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 공기배출밸브기구(140)를 구성하는 밸브 몸체(141)의 연소실 측 단부에 장착될 수 있다. 결과적으로, 공기배출밸브기구(140)의 밸브 몸체(141)는 예열 플러그의 플러그 몸체(141)가 될 수 있다. 즉, 공기배출밸브기구(140)와 예열 플러그(150)는 하나의 몸체로 형성될 수 있다.In the present invention, the heat generating portion 151 of the glow plug 150 may be mounted to the combustion chamber side end of the valve body 141 constituting the air discharge valve mechanism 140 as shown in FIGS. 3 and 4. As a result, the valve body 141 of the air discharge valve mechanism 140 may be the plug body 141 of the glow plug. That is, the air discharge valve mechanism 140 and the glow plug 150 may be formed as one body.

이처럼, 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진(100)은 통상 디젤 엔진에서 예열 플러그(150)가 필수적으로 적용된다는 점을 고려하여, 공기배출밸브기구(140)의 밸브 몸체(141)와 예열 플러그(150)의 플러그 몸체(141)를 일체로 형성, 즉 공기배출밸브기구(140)와 예열 플러그(150)를 일체형 구조로 구현함으로써, 기존의 실린더 헤드의 형상 및 구조의 변경을 최소화하면서 실린더 헤드(110)에 공기배출밸브기구(140)를 쉽게 적용할 수 있다는 이점이 있다.As such, in the variable compression ratio engine 100 according to the present invention, in consideration of the fact that the glow plug 150 is essentially applied in a conventional diesel engine, the valve body 141 and the glow plug 150 of the air discharge valve mechanism 140 are provided. The plug body 141 is formed integrally, that is, by implementing the air discharge valve mechanism 140 and the glow plug 150 in an integrated structure, the cylinder head 110 while minimizing the change in the shape and structure of the existing cylinder head ) Has an advantage that the air discharge valve mechanism 140 can be easily applied.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100 : 가변 압축비 엔진
110 : 실린더 헤드
120 : 흡기밸브기구
130 : 배기밸브기구
140 : 공기배출밸브기구
141 : 밸브 몸체
143 : 니들부
145 : 액추에이터
150 : 예열 플러그
151 : 발열부
160 : 컨트롤러
170 : 연료분사 인젝터100: variable compression ratio engine
110: cylinder head
120: intake valve mechanism
130: exhaust valve mechanism
140: air discharge valve mechanism
141: valve body
143: Needle part
145: Actuator
150: glow plug
151: heating section
160: Controller
170: fuel injection injector

Claims (8)

실린더 헤드;
상기 실린더 헤드에 설치되고 흡입행정시 연소실 내로 공기를 흡입하기 위한 흡기밸브기구;
상기 실린더 헤드에 설치되고 배기행정시 상기 연소실 내의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 배기밸브기구; 및
상기 실린더 헤드에 설치되고 상기 연소실 내의 압축비를 조절하기 위해 압축행정의 일부 구간에서 상기 연소실 내의 공기를 상기 연소실 외부로 배출하기 위한 공기배출밸브기구를 포함하고,
상기 공기배출밸브기구는, 상기 실린더 헤드에서 상기 연소실을 향하여 연장되는 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체에 형성된 공기 유로를 개폐하도록 상기 밸브 몸체 내부에 마련되는 니들부; 및 상기 니들부를 구동시키기 위한 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
Cylinder head;
An intake valve mechanism installed at the cylinder head to suck air into the combustion chamber during the intake stroke;
An exhaust valve mechanism installed at the cylinder head and configured to discharge combustion gas in the combustion chamber to the outside during an exhaust stroke; And
An air discharge valve mechanism installed in the cylinder head to discharge air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of a compression stroke to adjust the compression ratio in the combustion chamber,
The air discharge valve mechanism includes a valve body extending from the cylinder head toward the combustion chamber; A needle part provided inside the valve body to open and close an air flow path formed in the valve body; And an actuator for driving the needle portion.
제1항에 있어서,
상기 가변 압축비 엔진은,
상기 공기배출밸브기구가 하사점에서 미리 정해진 지점까지 개방된 상태를 유지하다가 폐쇄되도록 상기 공기배출밸브기구를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
The method of claim 1,
The variable compression ratio engine,
And a controller for controlling the air discharge valve mechanism such that the air discharge valve mechanism maintains an open state from a bottom dead center to a predetermined point and then closes.
제2항에 있어서,
상기 미리 정해진 지점은,
상사점과 하사점 사이의 중간 지점인 것을 특징으로 가변 압축비 엔진.
The method of claim 2,
The predetermined point is,
Variable compression ratio engine, characterized in that the intermediate point between the top dead center and bottom dead center.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가변 압축비 엔진은, 엔진 시동시 상기 연소실 내의 공기를 가열하기 위한 예열 플러그를 더 포함하고,
상기 예열 플러그의 발열부는 상기 밸브 몸체의 연소실 측 단부에 장착되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
The method of claim 1,
The variable compression ratio engine further includes a glow plug for heating air in the combustion chamber at engine start-up,
The heat generating portion of the glow plug is variable compression ratio engine, characterized in that mounted to the combustion chamber side end of the valve body.
제1항에 있어서,
상기 니들부에는,
상기 연소실 내의 공기가 상기 공기 유로를 따라 원활히 빠져나갈 수 있도록, 그 길이 방향에 따라 연장되는 적어도 하나의 공기 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
The method of claim 1,
In the needle part,
And at least one air groove extending in the longitudinal direction so that air in the combustion chamber can smoothly escape along the air passage.
실린더 헤드;
상기 실린더 헤드에 설치되고 흡입행정시 연소실 내로 공기를 흡입하기 위한 흡기밸브기구;
상기 실린더 헤드에 설치되고 배기행정시 상기 연소실 내의 연소가스를 외부로 배출하기 위한 배기밸브기구;
상기 실린더 헤드에 설치되고 상기 연소실 내의 압축비를 조절하기 위해 압축행정의 일부 구간에서 상기 연소실 내의 공기를 상기 연소실 외부로 배출하기 위한 공기배출밸브기구; 및
엔진 시동시 상기 연소실 내의 공기를 가열하기 위한 예열 플러그를 포함하고,
상기 공기배출밸브기구와 상기 예열 플러그는 하나의 몸체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
Cylinder head;
An intake valve mechanism installed at the cylinder head to suck air into the combustion chamber during the intake stroke;
An exhaust valve mechanism installed at the cylinder head and configured to discharge combustion gas in the combustion chamber to the outside during an exhaust stroke;
An air discharge valve mechanism installed in the cylinder head and configured to discharge air in the combustion chamber to the outside of the combustion chamber in a portion of a compression stroke to adjust a compression ratio in the combustion chamber; And
A glow plug for heating air in the combustion chamber upon engine start,
The air discharge valve mechanism and the glow plug is a variable compression ratio engine, characterized in that formed in one body.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 가변 압축비 엔진은,
상기 공기배출밸브기구에 연결되어 공기배출밸브기구를 통해 배출된 공기를 엔진 외부로 배출하기 위한 공기배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.6. The method according to claim 1 or 5,
The variable compression ratio engine,
And an air discharge pipe connected to the air discharge valve mechanism for discharging the air discharged through the air discharge valve mechanism to the outside of the engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003201873A (en) * 2001-12-31 2003-07-18 Osamu Nakada Method for making stroke of piston in real expansion step at the time of expansion step longer than that in real compression step at the time of compression step, when piston valve and rotary valve are used for 4-cycle and 6-cycle engine
JP2005291191A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Morihiro Shiroma Direct injection 4-cycle engine with combustion and expansion stroke longer than its compression stroke

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