KR101490900B1 - 가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로 - Google Patents

가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 오일 공급 통로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 엔진용 오일 공급 통로는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 하단에 장착되는 오일 공급 어댑터, 상기 오일 공급 어댑터와 결합되는 결합 볼트, 상기 결합 볼트의 결합 홀을 통하여 오일이 공급되고 상기 결합 홀로부터 분지되는 분지관, 상기 분지관과 연통되는 크랭크 샤프트의 크랭크 저널 내부 유로를 통해 오일이 공급되도록 크랭크 핀의 양단부에 각각 형성되는 오일 유입 포트, 상기 크랭크 핀의 내부에서 오일을 커넥팅 로드로 공급할 수 있도록 형성되는 샤프트 오일 순환로, 상기 오일 유입 포트 및 상기 샤프트 오일 순환로를 경유하여 상기 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 연통되도록 형성되는 커넥팅 로드 오일 파이프, 그리고 상기 샤프트 오일 순환로 중앙부에 설치되어서 상기 샤프트 오일 순환로를 양분하여 구획하는 차단 부재를 포함한다.
가변 압축, 커넥팅 로드, 실린더 블록, 크랭크 샤프트

Description

가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로{OIL SUPPLY PASSAGE FOR VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}
본 발명은 엔진의 오일 공급 통로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로에 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 엔진의 운전 상태에 따라 설정된 혼합기의 압축 비가 구현될 뿐 흡입/압축/폭발/배기 행정에서 각 스트로크(stroke)를 다르게 설정하지 못하였다. 특히, 압축 행정보다 팽창 행정을 길게 하면 열효율이 더욱 상승되나 종래의 가변 압축비 장치로는 압축 행정보다 팽창 행정보다 길게 구현하기가 어려웠다.
또한, 저연비, 고마력 엔진을 구현하기 위해, 저부하시에는 고압축비/저배기량 고부하시에는 저압축비/고배기량을 실현하는 것이 유리하다.
이러한 가변압축비는 압축비를 가변하기 위하여 오일압, 전기 모터 등의 액추에이터를 사용했지만, 그에 따라 오일 펌프 용량이 증가하고 대용량 전기 모터로 인하여 전기부하도 증가하는 문제점이 야기된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 피스톤 핀, 피스톤, 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 가변 압축비를 구현하기 위한 유압식 가변 장치가 제안되고 있다.
하지만, 유압식 가변 장치를 구현하기 위한 유압 회로가 적용되어야 하는 바, 보다 효율적이고 능동적인 오일 회로의 설계가 요구된다.
즉, 종래와 같은 유압을 이용한 가변 압축비 장치는 피스톤의 내부에 배치되는 피스톤 핀, 커넥팅 로드의 소단부 또는 대단부 등에 가변 압축비를 구현하기 위해서는 별도로 구비되는 액추에이터의 제어를 위하여 유압회로가 구성된다.
특히, 상기 커넥팅 로드의 내부에 오일 홀이나 유로를 구성하는데 있어서 그 커넥팅 로드의 강성을 유지하기 위해서는 최소지름 및 최소길이로 가공을 하여야만 한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 가변 압축비 엔진용 오일 공급 통로를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 오일 공급 통로는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 하단에 장착되는 오일 공급 어댑터, 상기 오일 공급 어댑터와 결합되는 결합 볼트, 상기 결합 볼트의 결합 홀을 통하여 오일이 공급되고 이러한 결합 홀로부터 분지되는 분지관, 상기 분지관과 연통되는 크랭크 샤프트의 크랭크 저널 내부 유로를 통해 오일이 공급되도록 크랭크 핀의 양단부에 각각 형성되는 오일 유입 포트, 상기 크랭크 핀의 내부에서 오일을 커넥팅 로드로 공급할 수 있도록 형성되는 샤프트 오일 순환로, 상기 오일 유입 포트 및 상기 샤프트 오일 순환로를 경유하여 상기 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 연통되도록 형성되는 커넥팅 로드 오일 파이프, 그리고 상기 샤프트 오일 순환로 중앙부에 설치되어서 상기 샤프트 오일 순환로를 양분하여 구획하는 차단 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 커넥팅 로드 오일 파이프는 상기 커넥팅 로드의 생크와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커넥팅 로드 오일 파이프는 상기 생크의 양측면에 상호 대향하도록 2개가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더 블록의 하단에는 오일 공급 어댑터가 장착되고,
상기 오일 공급 어댑터를 경유하여 상기 결합 홀의 내주면을 따라 오일이 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 크랭크 핀의 외주면에는 저널 베어링이 장착되고 상기 저널 베어링의 내주면에는 상기 샤프트 오일 순환로의 양단부를 경유하여 상기 두 개의 커넥팅 로드 오일 파이프들 각각으로 오일이 공급되도록 제1 및 제2오일 공급 환홈이 각각 형성될 수 있다.
삭제
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 오일 공급 통로에 의하면, 상기 커넥팅 로드의 내부에 오일홀 드릴 가공을 위한 직선화가 필요없으므로 그에 따른 압력손실이 저감된다.
또한, 커넥팅 로드의 대단부 및 소단부 측에 오일 파이프 연결부에만 최소경으로 오일홀을 가공하므로 커넥팅 로드의 강성이 저하되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로가 적용된 실린더 헤드와 실린더 블록의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로에 오일을 공급하기 위한 크랭크 샤프트의 유로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로의 오일 공급 어 댑터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로에 오일을 공급하기 위한 크랭크 샤프트의 요부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로가 커넥팅 로드에 적용되는 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 횡단면도이다.
여기에서 사용되는 엔진은 통상적으로 적용되는 기술구성으로서 당업자라면이해할 수 있는 구성이므로 이러한 기본적인 구성은 본래 목적상 도면에 도시하지 않았지만, 이에 대하여 개략적인 설명을 하도록 한다.
통상적인 유압을 이용한 가변 압축비 장치는 피스톤의 내부에 배치되는 피스톤 핀, 커넥팅 로드의 소단부 또는 대단부 등에 가변 압축비를 구현하기 위해서는 별도로 구비되는 액추에이터의 제어를 위하여 유압회로가 구성된다.
여기서, 실린더에 장착되는 외부 피스톤 안에 내부 피스톤을 형성하여 양 피스톤이 서로 슬라이딩하면서 상대운동을 하게 된다.
또한, 외부 피스톤의 내측 상면부와 내부 피스톤의 외측 상면부 사이의 공간에 형성되는 유압 챔버에 오일을 공급하기 위하여 크랭크 샤프트로부터 커넥팅 로드 내부에 채널이 형성되고, 이 채널을 통하여 유압 챔버 내부로 오일이 공급되도록 함으로써 내부 피스톤에 대한 외부 피스톤의 상대 높이를 조절하여 엔진의 압축비를 조절하게 된다.
이때, 오일의 압력은 크랭크 샤프트 외부 또는 내부에서 제어되며, 유압 챔버 내의 오일의 양의 증감 조절은 커넥팅 로드 내부에 형성된 채널 상에 설치되는 복수의 관성 밸브에 의해 수행된다.
이러한 복수의 관성 밸브가 동시에 열리는 타이밍은 엔진의 흡입 행정 단계이며, 0도에서 180도까지의 흡입 행정 중 90도 지점에서 피스톤의 운동속도가 일정하여 가속도가 없기 때문에 유압 챔버를 형성하는 복수의 피스톤 중 상부 피스톤(즉, 외부 피스톤)에 작용하는 수직 방향의 가속도 변호에 따른 관성력은 없고, 다만 오일의 압력에 의한 상방향으로 향하는 힘, 실린더 내부의 흡기 부압에 의한 상방향으로의 힘, 그리고 스프링에 의해 하방향으로의 힘이 작용한다.
이러한 힘의 평형을 이용하여 엔진의 운동조건에 따라 오일의 압력을 적절하게 제어하면 양 피스톤의 상대 높이를 변화시켜 엔진의 압축비를 조절하게 된다. 즉, 양 피스톤 사이에 형성되는 유압 챔버 내의 오일(또는 유압)을 이용하여 양 피스톤의 상대 높이를 조절하게 되고, 이에 따라 유압 챔버 내의 오일이 유입되면 외부 피스톤이 상대적으로 상방향으로 운동하므로써 엔진의 압축비가 증가되는 한편, 유압 챔버 내에 오일이 유출되면 외부 피스톤이 상대적으로 하방향으로 운동하므로써 엔진의 압축비가 감소하게 되어 엔진의 압축비를 조절할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로는 엔진을 이루는 구성요소로서 실린더 블록(100), 실린더 헤드(H), 및 크랭크 샤프트(120)를 포함한다. 크랭크 샤프트(120)는 크랭크 저널(110) 및 크랭크 핀(122)을 포함하여 구성되며, 상기 크랭크 저널(110) 및 상기 크랭크 핀(122)의 구조는 통상의 기술자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 실린더 블록(100)의 하단에는 오일 공급 어댑터(200)가 형성된다.
이러한 오일 공급 어댑터(200)는 상기 실린더 블록(100)의 하단에 체결되는 결합 볼트(220)의 결합 홀(101)을 통하여 오일이 공급되도록 형성된다.
즉, 상기 오일 공급 어댑터(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 결합 볼트(220)와 상기 실린더 블록(100)의 사이에 개재되도록 위치하고, 상기 오일 공급 어댑터(200)의 내부로 연통하도록 오일 공급 파이프(210)가 형성되고, 이러한 오일 공급 파이프(210)를 경유하여 상기 결합 볼트(220)의 결합 홀(101)로 유입되는 오일은 상기 크랭크 샤프트(120)의 내부에 형성되는 유로와 연통하도록 형성된다.
이때, 상기 결합 홀(101)로부터 분지되어 형성되는 분지관(102)을 경유하여 상기 크랭크 샤프트(120)의 크랭크 저널(110) 내부로 오일이 먼저 공급된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 크랭크 샤프트(120)의 내부에는 상기 오일을 커넥팅 로드(400)로 공급할 수 있도록 복수개의 유로가 형성된다.
샤프트 오일 순환로(121; 도2 및 도4 참조)는 복수개의 크랭크 핀(122)에 구비되며, 이러한 크랭크 핀(122)에는 그 내부에서 오일이 순환하도록 양단부에 오일 유입 포트(124, 125)가 형성된다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 각각의 오일 유입 포트(124, 125)는 상기 실린더 블록(100)의 결합 홀(101) 및 분지관(102)과 상기 크랭크 저널(110)의 내부에 형성되는 유로를 통해 연통되도록 형성된다.
이때, 상기 각각의 샤프트 오일 순환로(121)의 중앙에는 대략 절반 길이만큼을 차단하여 구획할 수 있도록 차단 부재(127)가 설치된다.
이러한 차단 부재(127)에 의해 양단으로 구획되는 오일 유입 포트(124, 125)는 각각 A라인 및 B라인으로 연통되도록 형성된다. 이에 따라, 유압 제어를 통해 오일이 A라인 및 B라인 각각의 양단으로 유동할 수 있게 되고, 결국 가변 압축비 가 구현될 수 있도록 유압 챔버 내부로 오일이 공급되거나 외부로 유촐될 수 있으며, 또한 상기 크랭크 샤프트(120) 및 크랭크 저널(110) 등의 윤활이 효과적으로 이루어지도록 상기 샤프트 오일 순환로를 포함하는 상기 크랭크 샤프트(120) 내부에 형성되는 복수 개의 유로를 유동할 수 있게 된다.
즉, 크랭크 저널(110), 커넥팅 로드의 대단부 및 소단부 측 오일 회로 내부에 오일을 상시 공급하는 윤활유를 위한 경로 또는 커넥팅 로드에 별도로 형성되는 스풀 밸브 제어용 오일 공급 라인의 유압 제어를 위한 오일 경로를 선택적으로 적용할 수 있다.
여기서, 상기 오일 유입 포트(124, 125)에 각각 연통되는 제1 오일 공급 환홈(311) 및 제2 오일 공급 환홈(312)이 구비된 저널 베어링(300)이 설치됨으로써 상기 유압 챔버 또는 상기 저널 베어링(300)의 내주면 또는 외주면 등으로의 오일 공급을 원활하게 한다.
한편, 도 5를 참조하면, 커넥팅 로드(400)의 생크(shank; 410)의 상하단에 소단부오일 공급 홀(421) 및 대단부 오일 공급 홀(422)이 각각 형성된다.
상기 소단부/대단부 오일 공급 홀(421, 422)의 위치는 상기 커넥팅 로드(400)의 중심선을 기준으로 대칭되도록 한다.
또한, 상기 소단부/대단부 오일 공급 홀(421, 422)이 상호 연통되도록 커넥팅 로드 오일 파이프(420)가 배치된다.
상기와 같이 커넥팅 로드(400)의 내부에 별도의 유로를 드릴 가공 등으로 형성하지 않으므로 커넥팅 로드(400)의 강성을 확보하면서도 동시에 가변 압축비 구현을 효과적으로 수행할 수 있다는 잇점이 있다.
또한, 상기 커넥팅 로드 오일 파이프(420)가 상기 생크(410)를 중심으로 양측에 2개 형성되므로 전술한 바와 같은 크랭크 저널(110) 또는 크랭크 핀(122) 등의 윤활을 위한 경로 또는 가변 압축비 구현을 위한 오일 공급 라인의 유압 제어를 위한 경로로 각각 적용될 수도 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로가 적용된 실린더 헤드와 실린더 블록의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로에 오일을 공급하기 위한 크랭크 샤프트의 유로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로의 오일 공급 어댑터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로에 오일을 공급하기 위한 크랭크 샤프트의 요부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진의 오일 공급 통로가 커넥팅 로드에 적용되는 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 횡단면도이다.
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *
100: 실린더 블록 101: 결합 홀
102: 분지관 110: 크랭크 저널
120: 크랭크 샤프트 121: 샤프트 오일 순환로
122: 크랭크 핀 124: 제1 오일 유입 포트
125: 제2 오일 유입 포트 127: 차단 부재
200: 오일 공급 어댑터 210: 오일 공급 파이프
220: 결합 볼트 300: 저널 베어링
311: 제1 오일 공급 환홈 312: 제2 오일 공급 환홈
400: 커넥팅 로드 410: 생크
411: 소단부 412: 대단부
420: 커넥팅 로드 오일 파이프 421, 422: 오일 공급 홀

Claims (6)

  1. 실린더 블록;
    상기 실린더 블록의 하단에 장착되는 오일 공급 어댑터;
    상기 오일 공급 어댑터와 결합되는 결합 볼트;
    상기 결합 볼트의 결합 홀을 통하여 오일이 공급되고 상기 결합 홀로부터 분지되는 분지관;
    상기 분지관과 연통되는 크랭크 샤프트의 크랭크 저널 내부 유로를 통해 오일이 공급되도록 크랭크 핀의 양단부에 각각 형성되는 오일 유입 포트;
    상기 크랭크 핀의 내부에서 오일을 커넥팅 로드로 공급할 수 있도록 형성되는 샤프트 오일 순환로;
    상기 오일 유입 포트 및 상기 샤프트 오일 순환로를 경유하여 상기 커넥팅 로드의 소단부 및 대단부에 연통되도록 형성되는 커넥팅 로드 오일 파이프; 그리고
    상기 샤프트 오일 순환로의 중앙부에 설치되어서 상기 샤프트 오일 순환로를 양분하여 구획하는 차단 부재;
    를 포함하는 엔진의 오일 공급 통로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥팅 로드 오일 파이프는 상기 커넥팅 로드의 생크와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 오일 공급 통로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커넥팅 로드 오일 파이프는 상기 생크의 양측면에 상호 대향하도록 2개가 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 오일 공급 통로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 블록의 하단에는 오일 공급 어댑터가 장착되고,
    상기 오일 공급 어댑터를 경유하여 상기 결합 홀의 내주면을 따라 오일이 공급되는 것을 특징으로 하는 엔진의 오일 공급 통로.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 크랭크 핀의 외주면에는 저널 베어링이 장착되고 상기 저널 베어링의 내주면에는 상기 샤프트 오일 순환로의 양단부를 경유하여 상기 두 개의 커넥팅 로드 오일 파이프들 각각으로 오일이 공급되도록 제1 및 제2오일 공급 환홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 오일 공급 통로.
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