KR100466648B1 - 압축비 가변 엔진 - Google Patents

Abstract

피스톤에 연결되는 커넥팅 로드와, 커넥팅 로드에 회전가능하게 연결되는 동시에 크랭크 축의 크랭크 핀에 연결되는 제1 암과, 제1 암에 일체로 연결되는 제2 암과, 제2 암에 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드와, 그 컨트롤 로드의 타단을 회전가능하게 지지하는 동시에 변위가능한 받침축을 구비한 압축비 가변 엔진에 있어서, 받침축(61)이 임의의 제1 위치에 있을 때의 배기량및 압축비과, 받침축(61)이 제1 위치로부터 변위한 제2 위치에 있을 때의 배기량, 압축비을 각각 구하고,인 경우에는,인 경우에는

Description

압축비 가변 엔진{ENGINE WITH VARIABLE COMPRESSION RATIO}

본 발명은, 일단이 피스톤 핀을 통해서 피스톤에 연결되는 커넥팅 로드와, 일단이 커넥팅 로드의 타단에 회전가능하게 연결되는 동시에 타단이 크랭크 축(crank shaft)에 크랭크 핀을 통해서 연결되는 제1 암과, 일단이 상기 제1 암의 타단에 일체로 연결되는 제2 암과, 그 제2 암의 타단에 일단이 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드와, 그 컨트롤 로드의 타단을 회전가능하게 지지하는 받침축을 구비하고, 실린더 축선을 따라서 크랭크 축의 축선을 지나는 x축과, x축에 직교하며 크랭크 축의 축선을 지나는 y축으로 구성되는 xy 평면내에서 상기 받침축의 위치를 변위가능하게 한 압축비 가변 엔진에 관한 것이다.

종래, 이러한 엔진은, 예를 들면 일본국 특허 공개 평9-228853호 공보 등에 이미 공지되어 있으며, 운전 상태에 따라서 압축비를 변화시키고 있다.

그런데, 엔진의 고열효율화를 도모한다는 점에서는, 압축비를 변화시킬 뿐 아니라, 배기량도 가변으로 하는 것이 바람직한데, 상기 종래의 엔진에서는 배기량은 일정하게 유지시킨 그대로이다.

본 발명은, 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 압축비뿐만 아니라 배기량도 변화시킬 수 있도록 한 압축비 가변 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 일단이 피스톤 핀을 통해서 피스톤에 연결되는 커넥팅 로드와, 일단이 커넥팅 로드의 타단에 회전가능하게 연결되는 동시에 타단이 크랭크 축에 크랭크 핀을 통해서 연결되는 제1 암과, 일단이 상기 제1 암의 타단에 일체로 연결되는 제2 암과, 그 제2 암의 타단에 일단이 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드와, 그 컨트롤 로드의 타단을 회전가능하게 지지하는 받침축을 구비하고, 실린더 축선을 따라서 크랭크 축의 축선을 지나는 x축과, x축에 직교하며 크랭크 축의 축선을 지나는 y축으로 구성되는 xy 평면내에서 상기 받침축의 위치를 변위가능하게 한 압축비 가변 엔진에 있어서, 커넥팅 로드의 길이를, 제1 암의 길이를, 제2 암의 길이를, 컨트롤 로드의 길이를, 커넥팅 로드가 상기 x축과 이루는 각도를, 제1 암과 제2 암이 이루는 각도를, 제2 암이 상기 y축과 이루는 각도를, 컨트롤 로드가 상기 y축과 이루는 각도를, 크랭크 축의 축선과 크랭크 핀을 잇는 직선이 상기 x축과 이루는 각도를, 크랭크 축의 축선과 크랭크 핀 사이의 길이를, 상기 받침축의 xy 좌표를,, 크랭크 축의 회전각속도를, 크랭크 축의 축선으로부터의 실린더 축선의 y축 방향의 오프셋량을로 했을 경우에,

단,

에서~,및을 임으로 설정하여 도입함으로써, 상기 받침축이 제1 위치에 있을 때의 피스톤의 상사점 및 하사점에서의 크랭크 각도를 각각 구하고, 두 크랭크 각도에서의 피스톤의 높이를 나타내는 다음 식:

로부터 상기 받침축이 임의의 제1 위치에 있을 때의 배기량및 압축비와, 상기 받침축이 제1 위치로부터 변위한 제2 위치에 있을 때의 배기량, 압축비을 각각 구하고,

인 경우에는

인 경우에는

의 관계를 만족하도록, 제2 암의 길이, 제1 암의 길이, 컨트롤 로드의 길이, 커넥팅 로드의 길이, 크랭크 축의 축선으로부터의 실린더 축선의 y축 방향의 오프셋량, 및 제1 암과 제2 암이 이루는 각도를 각각 설정하는 것을 제1 특징으로 한다.

이와 같은 제1 특징의 구성에 의한 작용에 대하여, 피스톤 핀, 커넥팅 로드, 크랭크 축, 크랭크 핀, 제1 암, 제2 암, 컨트롤 로드 및 받침축의 배치를 간단하게 나타낸 도 7을 참조하면서 설명하면, 받침축의 좌표를 정하면,로 얻어지는 피스톤 핀의 x축 방향 위치를 미분함으로써, 피스톤 핀의 이동 속도가 얻어지고,으로 한 방정식은,에 관해서의 범위에서 2개의 해를 갖는 것이다. 이들 해를 4사이클 엔진의 동작에 조응시켜서, 피스톤 핀을 상사점으로 하는 크랭크 각을로 하고, 피스톤 핀을 하사점으로 하는 크랭크 각을로 했을 때에, 각 크랭크 각,에 있어서의 피스톤 핀의 위치는에,를 부여함으로써 얻을 수 있다. 여기서 상사점의 피스톤 핀의 x축 방향의 위치를로 하고, 하사점의 피스톤 핀의 x축 방향의 위치를로 했을 때에는, 피스톤 핀의 스트로크는로 얻어지게 된다. 또, 엔진의 실린더 보어 내경을로 했을 때의 배기량는이고, 상사점에 있어서의 연소실 부피를로 하면, 압축비는가 된다. 이렇게 해서 받침축이 임의의 제1 위치에 있을 때의 배기량및 압축비와, 받침축이 제2 위치에 있을 때의 배기량, 압축비을 각각 구하고,

인 경우에는

인 경우에는

의 관계를 만족하도록 제2 암의 길이, 제1 암의 길이, 컨트롤 로드의 길이, 커넥팅 로드의 길이, 크랭크 축의 축선으로부터의 실린더 축선의 y축 방향의 오프셋량, 및 제1 암과 제2 암이 이루는 각도를 설정함으로써, 배기량이 클 때에는 저압축비의 운전으로 하고, 배기량이 작을 때에는 고압축비의 운전으로 할 수 있고, 이것에 의해, 경부하시에는 소배기량, 고압축비의 운전으로 함으로써 고열효율화를 도모하고, 고부하시에는 대배기량, 저압축비로 함으로써 폭발 하중 및 통 내 압력이 과도하게 상승하지 않도록 해서 소음 및 강도의 문제가 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제1 특징의 구성에 더하여, 상기 피스톤 핀의 이동 궤적이, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때의 상기 커넥팅 로드와 제1 암의 연결점의 위치 중에서 상기 x축으로부터 y축 방향으로 가장 먼 위치를 지나며 상기 x축과 평행하게 연장되는 직선과, 상기 x축과의 사이의 범위에 들어가도록 설정되는 것을 제2 특징으로 하고, 이러한 구성에 의하면, 피스톤 슬라이딩시의 마찰 저감이 가능해진다. 즉, 팽창 행정 전반(前半)에서는 피스톤이 연소실에서의 연소에 의해서 큰 부하를 받는 것인데, 그 팽창 행정 전반에 있어서, 커넥팅 로드의 경사 각도를 억제할 수 있으므로, 상기 마찰 저감이 가능해지는 것이다.

본 발명은, 상기 제1 또는 제2의 특징의 구성에 더하여, 배기량을 최소로 했을 때의 상사점에서의 상기 피스톤 핀의 상기 x축 방향에 따른 높이를, 배기량을 최대로 했을 때의 상사점에서의 상기 피스톤 핀의 상기 x축 방향에 따른 높이를, 상기 피스톤의 톱 랜드(top land) 폭을으로 했을 때에,이 성립하도록 설정되는 것을 제3 특징으로 한다.

그런데, 배기량을 최대로 했을 때에는 실린더 보어의 내면의 일부도 연소실을 향하게 되고, 실린더 보어의 내면의 일부에 연소에 따라 발생하는 카본이 부착, 퇴적할 가능성이 있어서, 그대로의 상태에서는, 배기량을 최소로 했을 경우에는 피스톤에 장착되어 있는 피스톤 링이 퇴적한 카본 위를 슬라이딩하게 되어, 피스톤 링의 스틱(stick)이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제의 원인이 된다. 그런데 상기 제3 특징에 따라서가 되도록 설정함으로써, 배기량을 최소로 했을 때에 피스톤 링이 퇴적한 카본 위를 슬라이딩하는 것을 회피할 수 있어서, 상기 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 상기 제1 내지 제3의 특징 중 어느 구성에 더하여, 상기 받침축이, 상기 크랭크 축의 축선으로부터 y축 및 x축 방향으로 각각 길이,만큼 상기 xy 평면내에서 떨어진 위치를 중심으로 하여 반지름의 원형 궤적을 그리며 변위하는 것으로 하고, 상기 크랭크 축의 축선과 상기 크랭크 핀 사이의 길이을 1.0으로 했을 때에, 제2 암의 길이이 1.5~6.0, 제1 암의 길이가1.0~5.5, 컨트롤 로드의 길이가 3.0~6.0, 상기 길이가 1.2~6.0, 상기 길이가 0.9~3.8, 상기 반지름가 0.06~0.76으로 설정되는 동시에, 상기 제1 암과 제2 암이 이루는 각도가 77~150도로 설정되는 것을 제4 특징으로 한다.

이러한 제4 특징의 구성에 의하면, 상기 제2 특징 및 상기 제3 특징의 구성을 얻을 수 있으며, 그것에 의해, 피스톤 슬라이딩시의 마찰 저감이 가능해지는 동시에, 피스톤 링이 퇴적한 카본 위를 슬라이딩하는 것을 회피하여 피스톤 링의 스틱이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부한 도면에 따라서 이하에 상술하는 바람직한 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 엔진의 정면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 엔진의 종단면도로서 도 3의 2-2선 단면도이다.

도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다.

도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 경부하 상태에서의 도 1의 5-5선 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 고부하 상태에서의 도 5에 대응한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 링크 기구의 배치를 간단하게 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 축의 위상, 배기량 및 압축비의 관계를 나타내는 도면이다.

도 9A는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 엔진의 경부하 상태에서의 링크 기구의 작동 상태를 순차적으로 나타낸 도면이다.

도 9B는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 엔진의 고부하 상태에서의 링크기구의 작동 상태를 순차적으로 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 도시(圖示) 평균 유효 압력 및 도시(圖示) 연료 소비율의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 로킹(locking) 부재의 정면도이다.

도 12는 도 11의 화살표 12에서 본 도면이다.

도 13은 본 발명의 제3 실시예의 엔진의 주요 정면도이다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 엔진 경부하 상태에서의 도 13의 14-14선 단면도이다.

도 15는 도 14의 15-15선 단면도이다.

도 16은 도 15의 16-16선 단면도이다.

도 17은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 엔진 고부하 상태에서의 도 15에 대응한 단면도이다.

도 18은 도 17의 18-18선 단면도이다.

도 19는 본 발명의 제4 실시예의 엔진의 주요 정면도이다.

도 20은 도 19의 20-20선 단면도이다.

도 21은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 엔진 경부하 상태에서의 도 20의 21-21선 단면도이다.

도 22는 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 엔진 경부하 상태에서의 도 20의 22-22선 단면도이다.

도 23은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 엔진 고부하 상태에서의 도 21에 대응한 단면도이다.

도 24는 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 엔진 고부하 상태에서의 도 22에 대응한 단면도이다.

도 25A는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 엔진의 경부하 상태에서의 링크 기구의 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 25B는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 엔진의 고부하 상태에서의 링크 기구의 작동 상태를 대비해서 나타낸 도면이다.

도 26A는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 엔진의 경부하 상태에서의 연소실 부근을 나타낸 단면도이다.

도 26B는 본 발명의 제5 실시예에 있어서 엔진의 고부하 상태에서의 연소실 부근을 나타낸 단면도이다.

도 27은 본 발명의 제5 실시예에 있어서 각 부의 수치를 설명하기 위해서 링크 기구의 배치를 간단하게 나타낸 도면이다.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 엔진 본체 22 : 크랭크 케이스

23 : 실린더 블록 24 : 실린더 헤드

25 : 케이스 본체 27 : 크랭크 축

28, 29 : 볼 베어링 30, 31 : 오일 실

32 : 플라이휠 34 : 기화실

35 : 냉각 팬 36 : 나사 부재

37 : 리코일식 엔진 스타터 38 : 피스톤

40 : 연소실 41 : 흡기 포트

42 : 배기 포트 43 : 흡기 밸브

44 : 배기 밸브 45 : 점화 플러그

51 : 연료 탱크 52 : 구동 기어

53 : 피동 기어 54 : 캠 축

55 : 흡기 캠 56 : 배기 캠

58 : 작동기 59 : 푸시 로드

60 : 로커 암 62 : 링크 기구

63 : 피스톤 핀 64 : 커넥팅 로드

65 : 크랭크 핀 66 : 제1 암

67 : 제2 암 68 : 서브 로드

69 : 컨트롤 로드 70 : 제1 베어링

71, 72 : 가랑이부 74 : 제2 베어링

76 : 서브 로드 핀 81, 82 : 회전축

85, 86 : 1방향 클러치 87 : 로킹 부재

88 : 규제 돌출부 91 : 브래킷

93 : 로커 부재 97 : 격막식 엑츄에이터

98 : 케이싱 99 : 격막

100 : 용수철 101 : 작동 로드

102 : 부압실 103 : 대기압실

107 : 귀환 용수철 109 : 서지 탱크

도 1 내지 도 10을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명하면, 우선 도 1 내지 도 3에 있어서, 이 엔진은 예를 들면 작업기 등에 사용되는 공냉의 단기통 엔진이며, 엔진 본체(21)는, 크랭크 케이스(22)와, 그 크랭크 케이스(22)의 한 쪽 면으로부터 약간 위쪽으로 기울어 돌출하는 실린더 블록(23)과, 그 실린더 블록(23)의 머리부에 접합되는 실린더 헤드(24)로 구성되는 것이고, 실린더 블록(23) 및 실린더 헤드(24)의 바깥쪽 면에는 다수의 공냉용 핀(23a …, 24a …)이 설치되어 있다. 또 크랭크 케이스(22)는, 그 크랭크 케이스(22)의 아랫면의 설치면(22a)에서 각종 작업기의 엔진 베드(bed)에 설치된다.

크랭크 케이스(22)는, 실린더 블록(23)과 일체로 주조 형성되는 케이스 본체(25)와, 그 케이스 본체(25)의 개방단에 결합되는 사이드 커버(26)로 된 것이고, 케이스 본체(25) 및 사이드 커버(26)에, 크랭크 축(27)의 양 단부가 볼 베어링(28, 29) 및 오일 실(oil seal)(30, 31)을 통해서 회전 자유롭게 지지된다. 또 크랭크 축(27)의 일단부는 출력축부(27a)로서 사이드 커버(26)로부터 돌출되어 있으며, 크랭크 축(27)의 타단부는 보조기 설치 축부(27b)로서 케이스 본체(25)로부터 돌출된다. 게다가 보조기 설치 축부(27b)에는, 플라이휠(flywheel)(32)이 고정되어 있으며, 이 플라이휠(32)의 바깥면에는, 엔진 본체(21)의 각 부나 기화기(34)에 냉각풍을 제공하기 위한 냉각 팬(35)이 나사 부재(36)로 고착되고, 냉각 팬(35)의 바깥쪽에는 리코일식 엔진 스타터(starter)(37)가 설치된다.

실린더 블록(23)에는, 피스톤(38)을 슬라이딩 자유롭게 끼워 맞추게 하는 실린더 보어(bore)(39)가 형성되어 있으며, 피스톤(38)의 꼭대기 부분을 향하게 하는 연소실(40)이 실린더 블록(23)과 실린더 헤드(24) 사이에 형성된다.

실린더 헤드(24)에는, 연소실(40)로 통할 수 있는 흡기 포트(41)와 배기 포트(42)가 형성되는 동시에, 흡기 포트(42)와 연소실(40) 사이를 개폐하는 흡기 밸브(43)와, 배기 포트(42)와 연소실(40) 사이를 개폐하는 배기 밸브(44)가 개폐 작동 가능하게 설치된다. 또한 연소실(40)쪽으로 전극을 향하게 하는 점화 플러그(45)가 실린더 헤드(45)에 융착된다.

실린더 헤드(24)의 상부에는 기화기(34)가 접속되어 있고, 그 기화기(34)가 구비하는 흡기로(46)의 하류단이 흡기 포트(41)에 연이어 통하게 된다. 또흡기로(46)의 상류단에 이어진 흡기관(47)이 기화기(34)에 접속되고, 그 흡기관(47)은 도시하지 않은 에어 클리너에 접속된다. 실린더 헤드(24)의 상부에는 배기 포트(42)에 연결되는 배기관(48)이 접속되어 있고, 이 배기관(48)은 배기 머플러(exhaust muffler)(49)에 접속된다. 더욱이 크랭크 케이스(22)의 위쪽에는, 그 크랭크 케이스(22)로부터 돌출한 브래킷(bracket)(50)으로 지지되도록 해서 연료 탱크(51)가 설치된다.

크랭크 케이스(22)에 있어서의 사이드 커버(26) 근처의 부분에서 크랭크 축(27)에는 구동 기어(52)가 일체로 형성되어 있고, 이 구동 기어(52)에 맞물리는 피동 기어(53)가, 크랭크 축(27)과 평행한 축선을 가지고 크랭크 케이스(22)에 회전 자유롭게 지지되는 캠 축(54)에 고착된다. 그리고 캠 축(54)에는, 상호 맞물린 구동 기어(52)와 피동 기어(53)에 의해 1/2의 감속비로 크랭크 축(27)으로부터의 회전 동력이 전달된다.

캠 축(54)에는, 흡기 밸브(43) 및 배기 밸브(44)에 각각 대응한 흡기 캠(55) 및 배기 캠(56)이 설치되어 있고, 흡기 캠(55)에는 실린더 블록(23)에서 작동 가능하게 지지된 종동자(follower)(57)가 접하게 된다. 한 편, 실린더 블록(23) 및 실린더 헤드(24)에는, 종동자(57)의 상부를 하부로 돌출시킨 작동실(58)이 형성되어 있고, 그 작동실(58) 내에 배치되는 푸시 로드(push rod)(59)의 하단이 상기 종동자(57)에 접하게 된다. 한 편, 실린더 헤드(24)에는, 폐쇄 밸브 방향으로 용수철 힘이 가해진 배기 밸브(44)의 상단에 일단을 맞닿게 한 로커 암(rocker arm)(60)이 요동가능하게 지지되어 있고, 이 로커 암(60)의 타단에 상기 푸시 로드(59)의 상단이 맞닿게 된다. 그리고 흡기 캠(55)의 회전에 응해서 푸시 로드(59)가 축방향으로 작동하고, 이것에 응한 로커 암(60)의 요동에 의해서 흡기 밸브(43)가 개폐 작동하게 된다.

배기 캠(56)과 배기 밸브(44) 사이에는, 상기 흡기 캠(55)과 흡기 밸브(43) 사이와 마찬가지의 구성이 장치되어 있어서, 배기 캠(56)의 회전에 응해서 배기 밸브(44)가 개폐 작동한다.

도 4를 아울러 참조하여, 피스톤(38)과, 크랭크 축(27)과, 실린더 축선(C)을 지나고 크랭크 축(27)의 축선에 직교하는 평면 내에서 변위하는 것을 가능하게 해서 엔진 본체(21)의 크랭크 케이스(2)에 지지되는 받침축(61)이 링크 기구(62)를 통해서 연결된다.

이 링크 기구(62)는, 일단이 피스톤 핀(63)을 통해서 피스톤(38)에 연결되는 커넥팅 로드(64)와, 일단이 커넥팅 로드(64)의 타단에 회전가능하게 연결되는 동시에 타단이 크랭크 축(27)의 크랭크 핀(65)에 연결되는 제1 암(66)과, 일단이 상기 제1 암(66)의 타단에 일체로 연결되는 제2 암(67)과, 그 제2 암(67)의 타단에 일단이 회전가능하게 연결되는 동시에 타단부가 상기 받침축(61)에 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드(69)로 이루어지고, 상기 제1 암(66) 및 제2 암(67)은 서브 로드(sub rod)(68)로서 일체로 형성된다.

서브 로드(68)는, 크랭크 축(27)의 크랭크 핀(65) 반주(半周)에 접하는 반원형의 제1 베어링부(70)를 중간부에 갖는 것이고, 이 서브 로드(68)의 양 단부에는, 커넥팅 로드(64)의 타단부 및 컨트롤 로드(69)의 일단부를 각각 서로간에 끼우는한 쌍의 가랑이(crotch)부(71, 72)가 일체로 구성된다. 또 크랭크 축(27)의 크랭크 핀(65)에 있어서의 나머지 반주에는, 크랭크 캡(cap)(73)이 갖는 반원형의 제2 베어링부(74)가 접하는 것이고, 이 크랭크 캡(73)은 서브 로드(68)에 체결된다.

커넥팅 로드(64)의 타단부는, 커넥팅 로드 핀(75)을 통해서 서브 로드(68)의 일단부 즉 제1 암(66)의 일단부에 회전가능하게 연결되는 것이고, 커넥팅 로드(64)의 타단부에 압입된 커넥팅 로드 핀(75)의 양 단부가 서브 로드(68)의 일단측의 가랑이부(71)에 회전가능하게 끼워 맞춰진다.

또한, 컨트롤 로드(69)의 일단부는 원통형의 서브 로드 핀(76)을 통해서 서브 로드(68)의 타단부 즉 제2 암(67)의 타단부에 회전가능하게 연결되는 것이고, 서브 로드(68)의 타단측의 가랑이부(72)에 삽입된 컨트롤 로드(69)의 일단부를 상대 회전가능하게 관통하는 서브 로드 핀(76)의 양 단부가, 상기 타단측의 가랑이부(72)에 간극 끼움으로 끼워 맞춰진다. 게다가 상기 타단측의 가랑이부(72)에는 서브 로드 핀(76)의 양 단에 맞닿아서 그 서브 로드 핀(76)의 가랑이부(72)로부터의 이탈을 방지하기 위한 한 쌍의 클립(77, 77)이 장착된다.

더욱이, 각 가랑이부(71, 72)에는, 크랭크 축(27)의 양측에 한 쌍씩 배치되는 볼트(78, 78 …)에 의해서 크랭크 캡(73)이 체결되는 것이고, 커넥팅 로드 핀(75) 및 서브 로드 핀(76)은, 이들 볼트(78, 78 …)의 축선연장상에 배치된다.

도 5를 더 아울러 참조하여, 원통형인 받침축(61)은, 크랭크 축(27)과 평행한 축선을 가지며 동축으로 배치되는 한 쌍의 회전축(81, 82)의 편심 위치 사이에 구성된다. 게다가 회전축(81)은, 크랭크 케이스(22)에 있어서의 케이스 본체(25)의상부에 일체로 구성된 지지부(83)에 구성된 1방향 클러치(clutch)(85)를 통해서 지지되고, 회전축(82)은, 상기 케이스 본체(25)에 설치된 지지 부재(84)에 1방향 클러치(86)를 통해서 지지된다.

그런데, 받침축(61)에 타단부가 연결된 컨트롤 로드(69)에는, 엔진의 운전 사이클에 응해서 컨트롤 로드(69)를 압축하는 방향의 부하와 컨트롤 로드(69)를 잡아 당기는 방향의 부하가 교대로 작용하는 것이고, 회전축(81, 82)의 편심 위치 사이에 받침축(61)이 구성되어 있으므로, 회전축(81, 82)에도 상기 컨트롤 로드(69)로부터 한 쪽을 향해서의 회전력과 다른 쪽을 향해서의 회전력이 교대로 작용한다. 그런데 회전축(81, 82)과 지지부(83)의 사이 및 회전축(81, 82)과 지지 부재(84)의 사이에는 1방향 클러치(85, 86)가 장치되어 있는 것에 의해서, 회전축(81, 82)은 화살표 80으로 나타낸 1방향으로만 회전가능하다.

크랭크 케이스(22)의 사이드 커버(26)를 회전 자유롭게 관통해서 외부로 돌출한 회전축(81)의 일단에는 로킹 부재(87)가 고정되고, 그 로킹 부재(87)는, 반지름 방향 바깥쪽으로 돌출한 규제 돌출부(88)를 둘레 방향 1개소에 가지고 원반형으로 구성된다.

한 편, 크랭크 케이스(22)에 있어서의 사이드 커버(26)의 외면에는, 상기 로킹 부재(87)의 일부가 삽입되는 개구부(89)를 갖는 지지판(90)과, 그 지지판(90)으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 한 쌍의 브래킷(91, 91)이 체결되어 있고, 두 브래킷(91, 91)에, 회전축(81)의 축선과 직교하는 축선을 가지며 상기 로킹 부재(87)의 바깥쪽 위치에 배치되는 축부재(92)의 양 단부가 고정적으로 지지된다.

상기 축부재(92)에는, 상기 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)에 걸릴 수 있는 한 쌍의 걸림부(93a, 93b)를 그 위상이 예를 들어 167도 어긋난 위치에 마련해 둔 로커(rocker) 부재(93)가 요동가능하게 지지되는 것이고, 축부재(92)의 축선을 따른 로커 부재(93)의 위치를 정하기 위해서, 양 브래킷(91, 91)과 로커 부재(93) 사이에는 축부재(92)를 둘러싸는 원통형의 스페이서(spacer)(94, 95)가 장치된다. 또 로커 부재(93)와 지지판(90) 사이에는, 로커 부재(93)가 구비하는 양 걸림부(93a, 93b) 중 (93a)가 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)에 걸리는 방향으로 로커 부재(93)에 회전력을 가하는 귀환 용수철(107)이 설치된다.

로커 부재(93)에는 격막(diaphragm)식의 액츄에이터(97)가 연결된다. 이 액츄에이터(97)는, 상기 지지판(90)에 설치된 브래킷(96)에 장치되는 케이싱(98)과, 그 케이싱(98) 내를 부합실(102)과 대기압실(103)로 칸막이하도록 하며 케이싱(98)에 지지되는 격막(99)과, 부압실(102)의 부피를 증대하는 방향으로 용수철력을 발휘하며 케이싱(98)과 격막(99) 사이에 축설(縮設)되는 용수철(100)과, 격막(99)의 중앙부에 연결되는 작동 로드(101)를 구비한다.

케이싱(98)은, 브래킷(96)에 장치되는 접시형의 제1 케이스 반체(半體)(104)와, 그 케이스 반체(104)에 코킹(caulking) 결합되는 접시형의 제2 케이스 반체(105)로 이루어지고, 격막(99)의 주위부는 두 케이스 반체(104, 105)의 개구 단부 간에 끼워진다. 또한, 부압실(102)은 격막(99)과 제2 케이스 반체(105) 사이에 형성되고, 이 부압실(102)에 용수철(100)이 수용된다.

대기압실(103)은, 격막(99)과 제1 케이스 반체(104) 사이에 형성되는 것이고, 제2 케이스 반체(104)의 중앙부에 설치된 투시 구멍(106)을 관통해서 대기압실(103)로 돌입되는 작동 로드(101)의 일단부가 격막(99)의 중앙부에 연결되고, 투시 구멍(106)의 안쪽 주위와 작동 로드(107)의 바깥쪽 주위 사이의 틈을 통해서 대기압실(103)이 외부로 연이어 통한다.

케이싱(98)에 있어서의 제2 케이스 반체(105)에는 부압실(102)로 연결되는 도관(108)이 접속된다. 한 편, 액츄에이터(97)에 인접한 위치에서 상기 브래킷(96)에는 서지 탱크(surge tank)(109)가 지지되고 있고, 이 서지 탱크(109)에 상기 도관(108)이 접속된다. 또한, 서지 탱크(109)에 연결된 도관(110)은 기화기(34)의 흡기로(46)의 하류단에 접속된다. 즉 액츄에이터(97)의 부압실(102)에는 흡기로(46)의 흡기 부압이 도입되게 되고, 서지 탱크(109)는 상기 흡기 부압의 파동을 감쇄하는 일을 한다.

액츄에이터(97)가 구비하는 작동 로드(101)의 타단은 연결 로드(111)를 통해서 로커 부재(93)에 연결되어 있고, 엔진이 경부하 운전 상태이고 부압실(102)의 부압이 높은 상태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 격막(99)은 귀환 용수철(107) 및 용수철(100)의 용수철력에 저항해서 부압실(102)의 부피를 감소시키도록 휘어져 있고, 작동 로드(101)가 수축 작동하고 있다. 이 상태에서 로커 부재(93)의 회전 위치는 두 걸림부(93a, 93b) 중 (93b)가 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)에 걸리는 위치에 있다.

한 편, 엔진이 고부하 운전 상태로 되어 부압실(102)의 부하가 낮아지면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 격막(99)은 귀환 용수철(107) 및 용수철(100)의 용수철력에의해서 부압실(102)의 부피를 증대시키도록 휘고, 작동 로드(101)는 신장 작동한다. 이것에 의해 로커 부재(93)는, 두 걸림부(93a, 93b) 중 (93a)가 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)에 걸리는 위치로 회전하게 된다.

이와 같이 로커 부재(93)를 회전시킴으로써, 엔진의 운전중에는 한 방향으로의 회전력이 작용하고 있는 회전축(81, 82)은, 한 쪽의 회전축(81)과 함께 회전하는 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)에 걸림부(93a, 93b) 중 어느 하나가 걸린 위치에서 회전이 규제되게 되어, 그 회전축(81, 82)이 예를 들어 167도 위상이 다른 2개의 위치에서 회전 정지함으로써, 회전축(81, 82)의 축선으로부터 편심한 위치에 있는 받침축(61) 즉 컨트롤 로드(69)의 타단부가, 크랭크 축(27)의 축선에 직교하는 평면 내에서 2개의 위치간을 변위하게 되고, 이것에 의해 엔진의 압축비가 변화하게 된다.

게다가 링크 기구(62)는 압축비뿐만 아니라 피스톤(38)의 스트로크도 변화시킬 수 있도록 구성되는 것이고, 그로 인한 링크 기구(62)의 치수 관계에 대해서 도 7을 참조하면서 다음에 설명한다.

여기서, 실린더 축선(C)을 따라서 크랭크 축(27)의 축선을 지나는 x축과, x축에 직교하고 크랭크 축(27)의 축선을 지나는 y축으로 구성되는 xy 평면 내에 있어서, 커넥팅 로드(64)의 길이를, 제1 암(66)의 길이를, 제2 암(67)의 길이를, 컨트롤 로드(69)의 길이를, 커넥팅 로드(64)가 상기 x축과 이루는 각도를, 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도를, 제2 암(67)이 상기 y축과 이루는 각도를, 컨트롤 로드(69)가 상기 y축과 이루는 각도를, 크랭크 축(27)의 축선과 크랭크 핀(65)을 잇는 직선이 상기 x축과 이루는 각도를, 크랭크 축(27)의 축선과 크랭크 핀(65) 사이의 길이를, 받침축의 xy 좌표를,, 크랭크 축의 회전각속도를, 크랭크 축(27)의 축선으로부터의 실린더 축선(C)의 y축 방향의 오프셋량은로 했을 때에, 피스톤 핀(63)의 높이는,

…(1)

이다.

단,

여기서, 피스톤 핀(63)의 x축 방향 속도는, 상기 식 (1)을 미분함으로써, 다음의 식 (2)로 나타내어진다.

…(2)

단,

상기 식 (2)에서으로 한 방정식은,에 관해서의 범위에서 2개의 해를 갖는 것이다. 이들 해를 4사이클 엔진의 동작에 조응시켜서, 피스톤 핀(63)을 상사점으로 하는 크랭크 각을로 하고, 피스톤 핀(63)을 하사점으로 하는 크랭크 각을로 했을 때에, 각 크랭크 각,에 있어서의 피스톤 핀(63)의 위치는, 상기 식 (1)에,를 부여함으로써 얻어진다. 이 때, 상사점의 피스톤 핀(63)의 x축 방향의 위치를로 하고, 하사점의 피스톤 핀(63)의 x축 방향의 위치를로 했을 때에는, 피스톤 핀(63)의 스트로크는로 얻어진다.

여기서, 실린더 보어(39)의 내경을로 했을 때의 배기량는이고, 또 상사점에 있어서의 연소실 부피를로 하면, 압축비는가 된다.

이와 같이 해서 받침축(61)이 임의의 제1 위치에 있을 때의 배기량및 압축비와, 받침축(61)이 제1 위치에서 제2 위치로 변위했을 때의 배기량, 압축비을 각각 구하고,

인 경우에는

인 경우에는

의 관계를 만족하도록 제2 암(67)의 길이, 제1 암(66)의 길이, 컨트롤 로드(69)의 길이, 커넥팅 로드(64)의 길이, 크랭크 축(27)의 축선으로부터의 실린더 축선(C)의 y축 방향의 오프셋량, 및 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도를 설정한다.

이와 같은 설정에 의하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 받침축(61)의 위상 변화에 응해서 배기량및 압축비의 값이 역방향으로 변화하게 되고, 배기량이 클 때에는 저압축비의 운전으로 하고, 배기량이 작을 때에는 고압축비의 운전으로 할 수 있다.

즉 링크 기구(62)는, 받침축(61)이 엔진의 경부하 상태에 대응하는 위치에 있을 때에는 도 9A에 나타낸 바와 같이 작동하고, 받침축(61)이 엔진의 고부하 상태에 대응하는 위치에 있을 때에는 도 9B에 나타낸 바와 같이 작동하는 것이고, 엔진의 경부하 상태에서의 피스톤 핀(63)의 스트로크보다도 엔진의 고부하 상태의 피스톤 핀(63)의 스트로크쪽이 커진다. 게다가, 엔진의 경부하 상태에서의 압축비는 고부하 상태에서의 압축비보다도 커지므로, 경부하시에는 소배기량, 고압축비의 운전으로 되고, 또 고부하시에는 대배기량, 저압축비의 운전으로 된다.

이어서 이 제1 실시예의 작용에 대하여 설명하면, 일단이 피스톤 핀(63)을 통해서 피스톤(38)에 연결되는 커넥팅 로드(64)와, 일단이 커넥팅 로드(64)의 타단에 회전가능하게 연결되는 동시에 타단이 크랭크 축(27)에 크랭크 핀(65)을 통해서 연결되는 제1 암(66)과, 일단이 제1 암(66)의 타단에 일체로 연결되어 서브로드(68)를 협동해서 구성하는 제2 암(67)과, 제2 암(67)의 타단에 일단이 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드(69)로 링크 기구(62)를 구성하고, 컨트롤 로드(69)의 타단부를 지지하는 받침축(61)을 엔진의 운전 상태에 응해서 변위시키도록 해서 압축비를 가변으로 한 다음에, 제2 암(67)의 길이, 제1 암(66)의 길이, 컨트롤 로드(69)의 길이, 커넥팅 로드(64)의 길이, 크랭크 축(27)의 축선으로부터의 실린더 축선(C)의 y축 방향의 오프셋량, 및 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도를 각각 적당하게 설정함으로써, 피스톤 핀(63)의 스트로크도 가변으로 하여, 배기량이 클 때에는 저압축비의 운전으로 하고, 배기량이 작을 때에는 고압축비의 운전으로 하도록 했다.

따라서 엔진의 경부하시에는 소배기량, 고압축비의 운전으로 함으로써 고열효율화를 도모하여, 도 10의 실선으로 나타낸 바와 같이 파선으로 나타내는 종래의 것에 비해서 도시 연료 소비율을 저하시켜, 연비의 저감을 도모할 수 있게 된다. 또 고부하시에는 대배기량, 저압축비로 함으로써 폭발 하중 및 통 내 압력이 과도하게 상승하지 않도록 해서 소음 및 강도의 문제가 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 암(66, 67)은, 크랭크 핀(65)의 반주에 접하는 반원형의 제1 베어링부(70)를 가지는 서브 로드(68)를 협동해서 구성하는 것이고, 그 서브 로드(68)의 일단부에 커넥팅 로드(64)가 회전가능하게 연결되고, 서브 로드(68)의 타단부에 컨트롤 로드(69)의 일단부가 회전가능하게 연결되는 것인데, 커넥팅 로드(64)의 타단부 및 컨트롤 로드(69)의 일단부를 각각 서로간에 끼우도록 하고서브 로드(68)에 일체로 설치되는 한 쌍의 가랑이부(71, 72)에, 크랭크 핀(65)의 나머지 반주가 접하는 반원형의 제2 베어링부(74)는 가지는 크랭크 캡(73)이 체결된다. 이것에 의해 서브 로드(68)의 크랭크 핀(65)에의 설치 강성을 높일 수 있다.

또한, 커넥팅 로드(64)의 타단부에 압입된 커넥팅 로드 핀(75)의 양 단부가 한 쪽 가랑이부(71)에 회전가능하게 끼워 맞춰지고, 컨트롤 로드(69)의 일단부를 상대 회전가능하게 관통하는 서브 로드 핀(76)의 양 단부가 다른 쪽 가랑이부(72)에 간극 끼움으로 끼워 맞춰지므로, 피스톤(38)으로부터 서브 로드(68)까지와, 컨트롤 로드(69)를 분리해서 엔진에 조립한 후에, 서브 로드(68) 및 컨트롤 로드(69)를 연결하도록 해서, 조립 정밀도를 높이면서 조립 작업을 용이하게 할 수 있고, 이 결과, 엔진의 비대화를 회피할 수 있다.

게다가 커넥팅 로드 핀(75) 및 서브 로드 핀(76)이, 크랭크 캡(73)을 서브 로드(68)에 체결하기 위한 볼트(78)의 축선연장상에 배치되므로, 서브 로드(68) 및 크랭크 캡(73)을 콤팩트하게 구성할 수 있고, 이것에 의해 서브 로드(68) 및 크랭크 캡(73)의 중량을 경감하고, 동력 손실도 억제할 수 있다.

또한, 엔진 본체(21)에 있어서의 크랭크 케이스(22)의 케이스 본체(25)에 일체로 설치되는 지지부(83) 및 상기 케이스 본체(25)에 설치되는 지지 부재(84)에, 한 쌍의 회전축(81, 82)이 1방향 클러치(85, 86)를 통해서 지지되고, 두 회전축(81, 82)의 편심 위치 사이에 받침축(61)이 설치되어 있다. 게다가 받침축(61)에는, 엔진의 운전 사이클에 응해서 컨트롤 로드(69)를 압축하는 방향의 하중과 컨트롤 로드(69)를 끌어 당기는 방향의 하중이 교대로 작용하므로,회전축(81, 82)에는, 그 회전축(81, 82)을 한 방향으로 회전시키는 하중과 다른 방향으로 회전시키는 하중이 교대로 작용하게 된다. 그런데 상기 1방향 클러치(85, 86)의 작용에 의해, 회전축(81, 82)은 1방향으로만 회전가능하다.

게다가 둘레 방향 1개소에 규제 돌출부(88)를 가지는 로킹 부재(87)가 엔진 본체(21)에 있어서의 사이드 커버(26)로부터 돌출한 회전축(81)의 일단에 고정되고, 회전축(81)과 직교하는 축선을 가지고 엔진 본체(21)에 고정되는 축부재(92)에, 로킹 부재(87)의 상기 규제 돌출부(88)에 끼워 맞출 수 있게 하고 위상을 예를 들어 167도 어긋난 한 쌍의 걸림부(93a, 93b)를 가지는 로커 부재(93)가 요동가능하게 지지되며, 그 로커 부재(93)에는 두 걸림부(93a, 93b) 중 한 쪽을 규제 돌출부(88)에 걸리게 하는 방향으로 귀환 용수철(107)에 의해 용수철력이 가해지고 있다.

한 편, 기화기(34) 내의 흡기로(49)에 연결되는 부압실(102) 및 대기에 개방한 대기압실(103)을 향하는 양면을 갖는 격막(99)의 둘레부가 케이싱(98)에 끼워져 이루어진 격막식의 액츄에이터(97)가 엔진 본체(21)에 지지되어 있고, 이 엑츄에이터(97)가 부압실(102)의 부압 증대에 응해서 로커 부재(93)를 상기 용수철력을 가하는 방향과는 반대 방향으로 회전 구동하도록 해서 로커 부재(93)에 연결되어 있다.

즉 엔진의 부하에 의해서 액츄에이터(97)를 작동시킴으로써, 회전축(81, 82) 즉 받침축(6)을 예를 들어 167도 위상이 다른 2개소에 변위 보유할 수 있고, 받침축(61) 즉 컨트롤 로드(69)의 타단부를 고압축비에 대응하는 위치와 저압축비에 대응하는 위치 사이에서 변위 구동하는 것이 가능해진다. 게다가 격막식 액츄에이터(97)를 이용함으로써, 엔진의 비대화 및 구성의 복잡화를 회피하면서 엔진의 동력 손실이 발생하는 것을 극력 억제할 수 있고, 컨트롤 로드(69)를 변위 구동하는 것이 가능해진다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 것이고, 로커 부재(93)의 두 걸림부(93a, 93b)에는, 로킹 부재(87)(도 5, 도 6 참조)의 둘레 방향에 늘어선 복수의 단부(112a …, 112b …)가, 로킹 부재(87)의 회전에 응해서 각 단부(112a …, 112b …)를 로킹 부재(87)의 규제 돌출부(88)(도 5, 도 6 참조)에 순차로 걸리도록 해서 형성되어 있다.

이 제2 실시예에 의하면, 각 단부(112a …, 112b …)에 규제 돌출부(88)를 걸리게 함으로써, 로킹 부재(87)를 둘레 방향 위치를 단계적으로 변화시킬 수 있어, 압축비를 보다 세분화해서 변화시킬 수 있다.

도 13 내지 도 18을 참조하면서 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명하면, 우선 도 13 및 도 14에 있어서, 컨트롤 로드(69)의 타단부에 회전가능하게 연결되는 받침축(61)의 양 단부는, 크랭크 축(27)과 평행한 축선을 가지고 동축으로 배치되는 한 쌍의 회전축(113, 114)의 편심축부(113a, 114a) 사이에 설치되는 것이고, 두 회전축(113, 114)은 1방향 클러치(85, 86)을 통해서 크랭크 케이스(22)에 회전가능하게 지지된다.

게다가 한 쪽 회전축(113)의 편심축부(113a)에 있어서의 둘레 방향 1개소에는 반지름 방향 바깥쪽으로 돌출하는 규제 돌출부(115)가 일체로 구성된다.

상기 두 회전축(113, 114)의 축선과 직교하는 축부재(116)가 크랭크 케이스(22)에 있어서의 케이스 본체(25)를 회전가능하게 관통해서 크랭크 케이스(22)내에 돌입되어 있고. 그 축부재(116)의 일단은 크랭크 케이스(22)에 설치된 지지부(117)로 회전가능하게 지지된다.

또한, 크랭크 케이스(22)로부터 돌출한 축부재(116)의 타단에는 레버(lever)(118)가 고정되어 있고, 이 레버(118)에 격막식 애츄에이터(97)가 연결된다.

상기 크랭크 케이스(22)의 측벽 안쪽면과 지지부(117) 사이에서 축부재(116)에는, 그 축부재(116)를 둘러싸는 로커 부재(119)가 고정되어 있고, 이 로커 부재(119)에는, 상기 규제 돌출부(115)에 걸릴 수 있게 해서 위상을 예를 들어 167도 어긋난 한 쌍의 걸림부(119a, 119b)가 구성된다. 또한 로커 부재(119)와 크랭크 케이스(22) 사이에는, 로커 부재(119)가 갖춘 두 걸림부(119a, 119b) 중 (119a)를 규제 돌출부(115)에 걸리도록 하는 방향으로 로커 부재(119)에 회전력을 가하는 귀환 용수철(120)이 설치된다.

엔진이 경부하 운전 상태이며 액츄에이터(97)에 있어서의 부압실(102)의 부압이 높은 상태에서는, 작동 로드(101)가 축소 작동하고 있다. 이 상태에서 로커 부재(119)의 회전 위치는, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 두 걸림부(119a, 119b) 중 (119b)를 규제 돌출부(115)에 걸리게 하는 위치에 있다.

한 편, 엔진이 고부하 운전 상태로 되고 부압실(102)의 부하가 낮아지면, 격막(99)은 부압실(102)의 부피를 증대시키도록 휘고, 작동 로드(101)는 신장 작동한다. 이것에 의해 로커 부재(119)는, 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 두 걸림부(119a, 119b) 중 (119a)를 규제 돌출부(115)에 걸리게 하는 위치로 회전하게 된다.

이와 같이 로커 부재(119)를 회전시킴으로써, 받침축(61) 즉 컨트롤 로드(69)의 타단부가, 크랭크 축(27)의 축선에 직교하는 평면 내에서 2개의 위치간을 변위하게 되고, 그것에 의해 엔진의 압축비 및 스트로크가 변화하게 된다.

이 제3 실시예에 의해서도 상기 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.

도 19 내지 도 24를 참조하면서 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명하면, 우선 도 19 및 도 20에 있어서, 컨트롤 로드(69)의 타단부에 회전가능하게 연결되는 받침축(61)의 양 단부는, 크랭크 축(27)과 평행한 축선을 가지고 동축에 배치되는 한 쌍의 회전축(113, 114)의 편심축부(113a, 114a) 사이에 설치되는 것이고, 두 회전축(113, 114)은 1방향 클러치(85, 86)를 통해서 크랭크 케이스(22)에 회전가능하게 지지된다.

게다가 회전축(113)은 크랭크 케이스(22)에 설치된 지지부(121)를 관통하고 있고, 이 회전축(113)의 일단에는, 둘레 방향 1개소에서 반지름 방향 바깥쪽으로 돌출하는 규제 돌출부(88)를 가지는 원반형 로킹 부재(87)가 고정된다.

또한, 상기 두 회전축(113, 114)의 축선과 직교하는 축부재(116)가 크랭크 케이스(22)에 있어서의 사이드 커버(26)를 회전가능하게 관통해서 크랭크 케이스(22) 내에 돌입되어 있고, 그 축부재(116)의 일단은 크랭크 케이스(22)에 설치된 지지부(117′)로 회전가능하게 지지된다.

또한 크랭크 케이스(22)로부터 돌출한 축부재(116)의 타단에는 레버(118)가 고정되어 있고, 이 레버(118)에 격막식 액츄에이터(97)가 연결된다.

상기 크랭크 케이스(22)의 측벽 안쪽면과 지지부(117′) 사이에서 축부재(116)에는, 로커 부재(121)가 고정되어 있고, 이 로커 부재(121)에는, 상기 규제 돌출부(88)에 끼워 맞출 수 있게 해서 위상을 예를 들어 167도 어긋난 한 쌍의 걸림부(121a, 121b)가 구성된다. 또한, 로커 부재(121)와 크랭크 케이스(22) 사이에는, 로커 부재(121)가 구비한 두 걸림부(121a, 121b) 중 (121a)를 규제 돌출부(88)에 걸리게 하는 방향으로 로커 부재(121)에 회전력을 가하는 귀환 용수철(122)이 설치된다.

엔진이 경부하 운전 상태이고 액츄에이터(97)에 있어서의 부압실(102)의 부압이 높은 상태에서는, 작동 로드(101)가 축소 작동하고 있다. 이 상태에서 로커 부재(121)의 회전 위치는, 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 두 걸림부(121a, 121b) 중 (121b)를 규제 돌출부(88)에 걸리게 하는 위치에 있다.

한 편, 엔진이 고부하 운전 상태로 되고 부압실(102)의 부압이 낮아지면, 격막(99)은 부압실(102)의 부피를 증대시키도록 휘고, 작동 로드(101)는 신장 작동한다. 이것에 의해 로커 부재(121)는, 도 23 및 도 24에 나타낸 바와 같이, 두 걸림부(121a, 121b) 중 (121a)를 규제 돌출부(88)에 걸리게 하는 위치로 회전하게 된다.

이와 같이 로커 부재(121)를 회전시킴으로써, 받침축(61) 즉 컨트롤로드(69)의 타단부가, 크랭크 축(27)의 축선에 직교하는 평면 내에서 2개의 위치간을 변위하게 되고, 그것에 의해 엔진의 압축비 및 스트로크가 변화하게 된다.

이 제4 실시예에 의해서도 상기 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.

그런데, 피스톤(38)이 팽창 행정의 전반(前半)에 있을 때에는, 연소실(40)에서의 연소에 의해서 피스톤(38)에 큰 하중이 작용하는 것인데, 그 때, 커넥팅 로드(64)의 경사 각도가 크면, 실린더 보어(39)의 내면에의 피스톤(38)의 접촉압이 커져서, 마찰이 증대한다. 또한, 엔진의 고부하시에 배기량을 최대로 했을 때에는 실린더 보어(39)의 내면의 일부도 연소실(40)을 향하게 되고, 실린더 보어(39)의 내면 중 일부에 연소에 따라서 발생하는 카본이 부착, 퇴적할 가능성이 있고, 그대로의 상태에서는, 엔진의 경부하시에 배기량을 최소로 했을 때에는 피스톤(38)에 장착되어 있는 피스톤 링이 퇴적한 카본 위를 슬라이딩하게 되어, 피스톤 링의 스틱이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제의 원인이 되는 경우가 있다. 그러므로 다음의 제5 실시예에서는 그와 같은 문제의 발생을 방지할 수 있도록 한 구성에 대해서 설명한다.

마찰의 저감을 위해서는, 피스톤(38)이 상사점에 있을 때의 커넥팅 로드(64)와 제1 암(66)의 연결점 즉 커넥팅 로드 핀(75)의 위치 중 x축으로부터 y축 방향으로 가장 먼 위치를 지나고 x축과 평행하게 연장한 직선과, x축과의 사이의 범위에, 피스톤 핀(63)의 이동 궤적이 들어가도록 설정된다.

즉, 엔진의 경부하 상태에서는, 도 25A에 나타낸 바와 같이, 링크 기구(62)는, 피스톤(38)이 상사점에 있는 상태(실선으로 나타낸 상태)와 피스톤(38)이 하사점에 있는 상태(파선으로 나타낸 상태)의 사이에서 작동하게 되고, 피스톤(38)이 상사점에 있을 때의 커넥팅 로드 핀(75)의 위치를 지나고 x축과 평행하게 연장한 직선와 x축과의 사이에는 y축 방향을 따라서 거리가 있는 것에 대하여, 엔진의 고부하 상태에서는, 도 25B에 나타낸 바와 같이, 링크 기구(62)는, 피스톤(38)이 상사점에 있는 상태(실선으로 나타낸 상태)와 피스톤(38)이 하사점에 있는 상태(파선으로 나타낸 상태)의 사이에서 작동하게 되고, 피스톤(38)이 상사점에 있을 때의 커넥팅 로드 핀(75)의 위치를 지나고 x축에 평행하게 연장한 직선와 x축과의 사이에는 y축 방향을 따라서 거리가 있고,이다. 따라서 피스톤 핀(63)의 이동 궤적은 직선와 x축 사이에 들어가도록 설정된다.

이와 같은 피스톤 핀(63)의 이동 궤적의 설정에 의하면, 팽창 행정 전반에서 피스톤이 연소실(40)에서의 연소에 의해서 큰 하중을 받는데도 불구하고, 팽창 행정 전반에 있어서 커넥팅 로드(64)의 경사 각도를 억제할 수 있으므로, 실린더 보어(39)의 내면에의 피스톤(38)의 접촉압이 커지지 않도록 해서, 마찰을 저감할 수 있다.

그런데, 피스톤(38)에는, 도 26A 및 도 26B에 나타낸 바와 같이, 피스톤 링(125, 126, 127)이 장착되어 있고, 피스톤(38)에 있어서 상기 각 피스톤 링(125, 126, 127) 중 가장 연소실(40)측의 피스톤 링(125)보다도 연소실(40)측의 부분인 톱 랜드(38a)의 폭을으로 하고, 도 26A에 나타낸 엔진 경부하시에 배기량을 최소로 했을 때의 상사점에서의 피스톤 핀(63)의 상기 x축 방향에 따른 높이를, 도 26B에 나타낸 엔진 고부하시에 배기량을 최대로 했을 때의 상사점에서의 피스톤 핀(63)의 x축 방향에 따른 높이를로 했을 때에,이 성립하도록 설정된다.

이와 같이 하면, 엔진 고부하시에 배기량을 최대로 했을 때에는 실린더 보어(39)의 내면의 일부도 연소실(40)을 향하게 되고, 실린더 보어(39)의 내면의 일부에 연소에 따라서 발생하는 카본이 부착, 퇴적할 가능성이 있는데, 엔진의 경부하시에 배기량을 최소로 했을 때에는 피스톤(38)에 장착되어 있는 피스톤 링(125, 126, 127) 중 가장 연소실(40)에 가까운 피스톤 링(125)이 실린더 보어(39)의 내면에의 상기 퇴적 카본 위를 슬라이딩하는 것을 회피할 수가 있다. 따라서 피스톤 링(125)의 스틱이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 27에 있어서, 받침축(61)이, 크랭크 축(27)의 축선으로부터 y축 및 x축 방향으로 각각 길이,만큼 xy 평면내에서 떨어진 위치를 중심으로 해서 반지름의 원형 궤적을 그리며 변위하는 것으로 하고, 크랭크 축(27)의 축선과 크랭크 핀(65) 사이의 길이을 1.0으로 했을 때에, 제2 암(67)의 길이가 1.5~6.0, 제1 암(66)의 길이가 1.0~5.5, 컨트롤 로드(69)의 길이가 3.0~6.0, 상기 길이가 1.2~6.0, 상기 길이가 0.9~3.8, 상기 반지름가 0.06~0.76으로 설정되는 동시에, 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도가77~150도로 설정된다.

이와 같이 링크 기구(62)의 각 부의 수치를 정하면, 팽창 행정 전반에 있어서 커넥팅 로드(64)의 경사 각도를 억제할 수 있는 동시에, 배기량을 최소로 했을 때에 피스톤 링(125)이 실린더 보어(29)의 내면에의 퇴적 카본 위를 슬라이딩하는 것을 회피할 수 있게 된다. 따라서 피스톤 슬라이딩시의 마찰 저감이 가능해지는 동시에 피스톤 링(125)의 스틱이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명을 일탈하는 일 없이 각종 설계 변경을 행하는 것이 가능하다.

예를 들면 상기 각 실시예에서는, 받침축(61)을 변위시키기 위해서 격막식 액츄에이터(97)를 이용했지만, 전동 모터 등을 이용한 전자 억제식의 전환 기구로 받침축(61)을 변위시키도록 해도 좋다.

본 발명에 의하면, 압축비뿐만 아니라 배기량도 변화시킬 수 있도록 한 압축비 가변 엔진을 제공할 수 있다.

또한, 배기량이 클 때에는 저압축비의 운전으로 하고, 배기량이 작을 때에는 고압축비의 운전으로 함으로써 고열효율화를 도모하고, 고부하시에는 대배기량, 저압축비로 함으로써 폭발 하중 및 통 내 압력이 과도하게 상승하지 않도록 해서 소음 및 강도의 문제가 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 피스톤 슬라이딩시의 마찰 저감이 가능해지는 동시에 피스톤 링의 스틱이나 이상 마모, 및 연소 가스의 밀봉 불량 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 일단이 피스톤 핀(63)을 통해서 피스톤(38)에 연결되는 커넥팅 로드(64)와, 일단이 커넥팅 로드(64)의 타단에 회전가능하게 연결되는 동시에 타단이 크랭크 축(27)에 크랭크 핀(65)을 통해서 연결되는 제1 암(66)과, 일단이 상기 제1 암(66)의 타단에 일체로 연결되는 제2 암(67)과, 상기 제2 암(67)의 타단에 일단이 회전가능하게 연결되는 컨트롤 로드(69)와, 상기 컨트롤 로드(69)의 타단을 회전가능하게 지지하는 받침축(61)을 구비하고, 실린더 축선(C)을 따라서 크랭크 축(27)의 축선을 지나는 x축과, x축에 직교하며 크랭크 축(27)의 축선을 지나는 y축으로 구성되는 xy 평면내에서 상기 받침축(61)의 위치를 변위가능하게 한 압축비 가변 엔진에 있어서, 커넥팅 로드(64)의 길이를, 제1 암(66)의 길이를, 제2 암(67)의 길이를, 컨트롤 로드(69)의 길이를, 커넥팅 로드(64)가 상기 x축과 이루는 각도를, 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도를, 제2 암(67)이 상기 y축과 이루는 각도를, 컨트롤 로드(69)가 상기 y축과 이루는 각도를, 크랭크 축(27)의 축선 및 크랭크 핀(65)을 잇는 직선이 상기 x축과 이루는 각도를, 크랭크 축(27)의 축선과 크랭크 핀(65) 사이의 길이를, 상기 받침축(61)의 xy 좌표를,, 크랭크 축(27)의 회전각속도를, 크랭크 축(27)의 축선으로부터의 실린더 축선(C)의 y축 방향의 오프셋량을로 했을 때에,

   단,

   에서~,및을 임의로 설정해서 도입함으로써, 상기 받침축(61)이 제1 위치에 있을 때의 피스톤 핀(63)의 상사점 및 하사점에 있어서의 크랭크 각도를 각각 구하고, 두 클랭크 각도에서의 피스톤 핀(63)의 높이를 나타내는 다음 식:

   로부터 상기 받침축(61)이 임의의 제1 위치에 있을 때의 배기량및 압축비와, 상기 받침축(61)이 상기 제1 위치로부터 변위한 제2 위치에 있을 때의 배기량, 압축비을 각각 구하고,

   인 경우에는

   인 경우에는

   의 관계를 만족하도록, 제2 암(67)의 길이, 제1 암(66)의 길이, 컨트롤 로드(69)의 길이, 커넥팅 로드(64)의 길이, 크랭크 축(27)의 축선으로부터의 실린더 축선(C)의 y축 방향의 오프셋량, 및 제1 암(66)과 제2 암(67)이 이루는 각도를 각각 설정하는 것을 특징으로 하는 압축비 가변 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 핀(63)의 이동 궤적이, 상기 피스톤(38)이 상사점에 있을 때의 상기 커넥팅 로드(64)와 제1 암(66)의 연결점의 위치 중 상기 x축으로부터 y축 방향으로 가장 먼 위치를 지나고 상기 x축에 평행하게 연장한 직선과 상기 x축과의 사이의 범위에 들어가도록 설정되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변 엔진.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기량을 최소로 했을 때의 상사점에서의 상기 피스톤 핀(63)의 상기 x축 방향에 따른 높이를, 배기량을 최대로 했을 때의 상사점에서의 상기 피스톤 핀(63)의 상기 x축 방향에 따른 높이를, 상기 피스톤(63)의 톱 랜드 폭을으로 했을 때에,이 성립하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변 엔진.
4. 제1항에 있어서, 상기 받침축(61)이, 상기 크랭크 축(27)의 축선으로부터 y축 및 x축 방향으로 각각 길이,만큼 상기 xy평면내에서 떨어진 위치를 중심으로 해서 반지름의 원형 궤적을 그리며 변위하는 것으로 하고, 상기 크랭크 축(27)의 축선과 상기 크랭크 핀(65) 사이의 길이를 1.0으로 했을 때에, 제2 암(67)의 길이가 1.5~6.0, 제1 암(66)의 길이가 1.0~5.5, 컨트롤 로드(69)의 길이가 3.0~6.0, 상기 길이가 1.2~6.0, 상기 길이가 0.9~3.8, 상기 반지름가 0.06~0.76으로 설정되는 동시에, 상기 제1 암(66)과 상기 제2 암(67)이 이루는 각도가 77~150도로 설정되는 것을 특징으로 하는 압축비 가변 엔진.