特許 6431311 可変圧縮比エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6431311

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】可変圧縮比エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 15/04 20060101AFI20181119BHJP

   F02B 23/00 20060101ALI20181119BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20181119BHJP

【ＦＩ】

   F02D15/04 F

   F02B23/00 P

   F02F5/00 C

【請求項の数】9

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-158879(P2014-158879)

(22)【出願日】2014年8月4日

(65)【公開番号】特開2015-127527(P2015-127527A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2017年7月7日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0167811

(32)【優先日】2013年12月30日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】崔 命 植

(72)【発明者】

【氏名】郭 永 弘

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２５８１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９７／０１１２６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０９５６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２８９４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １５／０４

Ｆ０２Ｂ ２３／００

Ｆ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの燃焼室と連結される可変チャンバーハウジングと、
前記可変チャンバーハウジング内に移動可能に備えられ、前記燃焼室と連通する可変チャンバーを形成し、前記可変チャンバーハウジングと油圧チャンバーを形成し、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが流れるように漏油ラインが形成された可変チャンバーピストンと、
前記可変チャンバーピストンと連結され、前記漏油ラインのオイルを外部に排出するオイルドレインラインが形成された連結軸と、
前記油圧チャンバーにオイルを供給するオイル供給部と、
前記連結軸と連結されて、前記可変チャンバーピストンの位置を制御する圧縮比制御部と、含み、
前記圧縮比制御部は、
コントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトと連結された偏心カムと、
前記偏心カムと前記連結軸を連結する連結リンクと、
前記コントロールシャフトを選択的に回転させる駆動部と、を含むことを特徴とする可変圧縮比エンジン。

【請求項2】

前記可変チャンバーピストンと前記可変チャンバーハウジングとの間にはピストンリングが介在することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項3】

前記可変チャンバーピストンには、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが一時的に溜まる漏油グルーブが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項4】

前記可変チャンバーハウジングにはオイルホールが形成され、
前記オイル供給部は、
オイルポンプと、
前記オイルポンプから伝達されるオイルを選択的に前記オイルホールを通じて前記油圧チャンバーに供給するオイルコントロールバルブと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項5】

前記オイル供給部は、
前記オイルコントロールバルブと連通するアキュムレーターをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項6】

前記オイル供給部は、
前記オイルポンプと前記オイルコントロールバルブとの間に配置されるチェックバルブをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項7】

前記駆動部は、
前記コントロールシャフトに連結されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールと噛合するウォームを回転させる駆動モータと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。

【請求項8】

エンジンの燃焼室と連結される可変チャンバーハウジングと、
前記可変チャンバーハウジング内に移動可能に備えられ、前記燃焼室と連通する可変チャンバーを形成し、前記可変チャンバーハウジングと油圧チャンバーを形成し、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが流れるように漏油ラインが形成された可変チャンバーピストンと、
前記可変チャンバーピストンと連結され、前記漏油ラインのオイルを外部に排出するオイルドレインラインが形成された連結軸と、
前記油圧チャンバーにオイルを供給するオイル供給部と、
前記連結軸と連結されて、前記可変チャンバーピストンの位置を制御する圧縮比制御部と、含み、
前記圧縮比制御部は、
前記連結軸と連結されたクランク制御シャフトと、
前記クランク制御シャフトを選択的に回転させる駆動部と、を含むことを特徴とする可変圧縮比エンジン。

【請求項9】

前記駆動部は、
前記クランク制御シャフトに連結されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールと噛合するウォームを回転させる駆動モータと、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の可変圧縮比エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変圧縮比エンジンに係り、より詳しくは、燃焼衝撃が吸収でき、耐久性が向上した可変圧縮比エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に内燃機関の圧縮比は、内燃機関の圧縮行程で燃焼室の圧縮前の最大容積と燃焼室の圧縮後の最小容積との比で表される。
内燃機関の圧縮比を増加させると内燃機関の出力が増大する。しかしながら、内燃機関の圧縮比が高過ぎると、所謂ノッキング現象が発生して内燃機関の出力がかえって低下するだけでなく、内燃機関の過熱、内燃機関のバルブまたはピストンの故障などを招くようになる。
したがって、内燃機関の圧縮比は、ノッキング現象が発生する前の適切な範囲内における特定の値で設定されており、内燃機関の負荷に応じて圧縮比を適切に変更させると内燃機関の燃費および出力を向上させることができるため、内燃機関の圧縮比を可変とする多様な方案が提案されている。

【0003】

内燃機関の圧縮比を可変とする方案は、主に圧縮行程で燃焼室の容積を変更させる方法を採択している。
例えば、圧縮行程でピストンの上死点の高さを変更させたり、またはシリンダーヘッドに設けた副燃焼室の容積を増減させる方法を提案している。
ピストンの上死点の高さを可変とする方式は、内燃機関の構造が複雑になる傾向にあるため、シリンダーヘッドに副燃焼室を設けて圧縮比を変更させることが構造が簡単で、燃費改善の効果も上がる。
しかしながら、燃焼による爆発衝撃が可変圧縮比装置を駆動する部品にそのまま伝達されて部品の寿命が短縮される問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−０３６１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、燃焼衝撃が吸収でき、耐久性が向上した可変圧縮比エンジンの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の可変圧縮比エンジンは、エンジンの燃焼室と連結される可変チャンバーハウジングと、前記可変チャンバーハウジング内に移動可能に備えられ、前記燃焼室と連通する可変チャンバーを形成し、前記可変チャンバーハウジングと油圧チャンバーを形成し、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが流れるように漏油ラインが形成された可変チャンバーピストンと、前記可変チャンバーピストンと連結され、前記漏油ラインのオイルを外部に排出するオイルドレインラインが形成された連結軸と、前記油圧チャンバーにオイルを供給するオイル供給部と、前記連結軸と連結されて、前記可変チャンバーピストンの位置を制御する圧縮比制御部と、含み、前記圧縮比制御部は、コントロールシャフトと、前記コントロールシャフトと連結された偏心カムと、前記偏心カムと前記連結軸を連結する連結リンクと、前記コントロールシャフトを選択的に回転させる駆動部と、を含むことを特徴とする。

【0007】

前記可変チャンバーピストンと前記可変チャンバーハウジングとの間にはピストンリングが介在することを特徴とする。

【0008】

前記可変チャンバーピストンには、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが一時的に溜まる漏油グルーブが形成されることを特徴とする。

【0009】

前記可変チャンバーハウジングにはオイルホールが形成され、前記オイル供給部は、オイルポンプと、前記オイルポンプから伝達されるオイルを選択的に前記オイルホールを通じて前記油圧チャンバーに供給するオイルコントロールバルブと、を含むことを特徴とする。

【0010】

前記オイル供給部は、前記オイルコントロールバルブと連通するアキュムレーターと、前記オイルポンプと前記オイルコントロールバルブとの間に配置されるチェックバルブをさらに含むことを特徴とする。

【0012】

前記駆動部は、前記コントロールシャフトに連結されたウォームホイールと、前記ウォームホイールと噛合するウォームを回転させる駆動モータと、を含むことを特徴とする。

【0013】

本発明の他の可変圧縮比エンジンは、エンジンの燃焼室と連結される可変チャンバーハウジングと、前記可変チャンバーハウジング内に移動可能に備えられ、前記燃焼室と連通する可変チャンバーを形成し、前記可変チャンバーハウジングと油圧チャンバーを形成し、前記油圧チャンバーから漏油したオイルが流れるように漏油ラインが形成された可変チャンバーピストンと、前記可変チャンバーピストンと連結され、前記漏油ラインのオイルを外部に排出するオイルドレインラインが形成された連結軸と、前記油圧チャンバーにオイルを供給するオイル供給部と、前記連結軸と連結されて、前記可変チャンバーピストンの位置を制御する圧縮比制御部と、含み、前記圧縮比制御部は、前記連結軸と連結されたクランク制御シャフトと、前記クランク制御シャフトを選択的に回転させる駆動部と、を含むことを特徴とする。

【0014】

前記駆動部は、前記クランク制御シャフトに連結されたウォームホイールと、前記ウォームホイールと噛合するウォームを回転させる駆動モータと、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の可変圧縮比エンジンによれば、油圧チャンバーが備えられて燃焼衝撃が吸収でき、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの一部斜視図である。

【図3】本発明の一部変形実施形態に係る可変圧縮比エンジンの一部斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
しかしながら、本発明は多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
明細書全体にわたって同一の参照番号で表示された部分は、同一の構成要素を意味する。
図面において、多くの層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるという時、これは他の部分の直上にある場合だけでなく、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。
反対に、ある部分が他の部分の「直上に」あるという時には、中間にさらに他の部分がないことを意味する。
明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことがきることを意味する。

【0018】

図１は、本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの断面図であり、図２は、本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの一部斜視図である。
図１および図２に示す通り、本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジン１０は、エンジンの燃焼室３０と連結される可変チャンバーハウジング４０と、前記可変チャンバーハウジング４０内に移動可能に備えられ、燃焼室３０と連通する可変チャンバー８０を形成する可変チャンバーピストン５０と、可変チャンバーピストン５０と連結された連結軸６０と、オイル供給部１５０と、連結軸６０と連結されて、可変チャンバーピストン５０の位置を制御する圧縮比制御部１１０とを含む。

【0019】

可変チャンバーピストン５０は、可変チャンバーハウジング４０と油圧チャンバー１００を形成し、可変チャンバーピストン５０には、油圧チャンバー１００から漏油したオイルが流れるように漏油ライン５２が形成される。
連結軸６０には、漏油ライン５２のオイルを外部に排出するオイルドレインライン６２が形成され、オイル供給部１５０は、油圧チャンバー１００にオイルを供給する。
可変チャンバーピストン５０と可変チャンバーハウジング４０との間には、ピストンリング５７が介在して油圧チャンバー１００のオイルが漏出することを抑制することができる。

【0020】

可変チャンバーピストン５０には、油圧チャンバー１００から漏油したオイルが一時的に溜まる漏油グルーブ５５が形成されて、ピストンリング５７と可変チャンバーハウジング４０との間にオイルが漏出した時、オイルを一時的に貯蔵することができる。
本発明の可変圧縮比エンジン１０は、通常の点火プラグ２０が設けられたシリンダーヘッドの一側に可変チャンバーハウジング４０が形成されたものであって、通常のエンジンの簡単な設計変更により可変圧縮比エンジン１０の生産が可能である。

【0021】

可変チャンバーハウジング４０には、オイルホール４２が形成され、オイル供給部１５０は、オイルポンプ１５４と、オイルポンプ１５４から伝達されるオイルを選択的にオイルホール４２を通じて油圧チャンバー１００に供給するオイルコントロールバルブ１５２とを含む。
オイル供給部１５０は、オイルコントロールバルブ１５２と連通するアキュムレーター１５６をさらに含むことができ、また、オイルポンプ１５４とオイルコントロールバルブ１５２との間に配置されるチェックバルブ１５８をさらに含むことができる。チェックバルブ１５８は、オイルがオイルポンプ１５４に逆流することを防止する。

【0022】

圧縮比制御部１１０は、コントロールシャフト１１２と、コントロールシャフト１１２と連結された偏心カム１１４と、偏心カム１１４と連結軸６０を連結する連結リンク１１６と、コントロールシャフト１１２を選択的に回転させる駆動部１２０とを含む。連結軸６０と連結リンク１１６は連結ピン１１８で連結される。
駆動部１２０は、コントロールシャフト１１２に連結されたウォームホイール１２２と、ウォームホイール１２２と噛合するウォーム１２４を回転させる駆動モータ１２６とを含むことができる。

【0023】

以下、図１および図２を参照して本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの作動を説明する。
エンジンの作動状態に応じてエンジン制御部（ＥＣＵ；ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ；図示せず）は圧縮比を決定する。
例えば、エンジンの部分負荷領域では可変圧縮比エンジン１０を高圧縮比に作動するようにして燃費を向上させ、全負荷領域では可変圧縮比エンジン１０を低圧縮比に作動するようにしてトルクを向上させる。
即ち、低負荷領域ではエンジン制御部は駆動モータ１２６の作動を制御してコントロールシャフト１１２を回転させて可変チャンバーピストン５０を燃焼室３０に接近するようにする。

【0024】

そうすると、可変チャンバー８０の体積が減少してエンジン１０の圧縮比が増加し、燃費が向上する。
また、高負荷領域ではエンジン制御部は駆動モータ１２６の作動を制御してコントロールシャフト１１２を回転させて可変チャンバーピストン５０を燃焼室３０から離隔するようにする。
そうすると、可変チャンバー８０の体積が増加してエンジン１０の圧縮比が減少し、エンジン１０のトルクが増大する。
エンジンの作動負荷の判断や、エンジン制御部の作動は、本発明が属する技術分野における通常の技術者に自明な事項であるため、詳しい説明は省略する。

【0025】

ここで、燃焼室３０の燃焼圧力が可変チャンバーピストン５０に伝達され、これは再び油圧チャンバー１００内のオイルに伝達される。オイルに伝達された燃焼圧力は、可変チャンバーハウジング４０と、可変チャンバーハウジング４０と連結されたシリンダーヘッドとに分散する。
したがって、エンジン１０の燃焼による爆発衝撃が特定部品に伝達されることなく、その衝撃が分散して全体部品の耐久性が向上する。

【0026】

油圧チャンバー１００に伝達される衝撃により一部のオイルが漏油し得る。
可変チャンバーピストン５０と可変チャンバーハウジング４０との間に備えられたピストンリング５７により油圧チャンバー１００のオイルが漏出することを抑制することができ、ピストンリング５７と可変チャンバーハウジング４０との間にオイルが漏出しても漏油グルーブ５５に漏出したオイルを一時的に貯蔵することができる。
この時、漏油したオイルは、漏油ライン５２とオイルドレインライン６２を通じて外部に排出される。エンジン１０の燃焼による爆発衝撃により油圧チャンバー１００内の圧力が増加するようになり、その圧力によりオイルが外部に排出される。

【0027】

エンジン制御部は、圧縮比制御部１１０の作動を制御して可変チャンバーピストン５０の位置を制御する時、オイルコントロールバルブ１５２の作動も共に制御する。
即ち、エンジン１０の可変圧縮比を減少させる時は、制御部の制御によりオイルコントロールバルブ１５２が油圧チャンバー１００内のオイルを解消させ、エンジン１０の可変圧縮比を増加させる時は、制御部の制御によりオイルコントロールバルブ１５２が油圧チャンバー１００にオイルを供給する。

【0028】

オイルコントロールバルブ１５２が油圧チャンバー１００のオイルを解消する時は、オイルを前記アキュムレーター１５６に蓄積し、オイルコントロールバルブ１５２が油圧チャンバー１００にオイルを供給する時は、アキュムレーター１５６に蓄積されたオイルを供給してオイルの供給および解消が円滑に行われる。
図３は、本発明の一部変形実施形態に係る可変圧縮比エンジンの一部斜視図である。
本発明の一部変形実施形態に係る可変圧縮比エンジンの圧縮比制御部１３０は、連結軸６０と連結されたクランク制御シャフト１３２と、クランク制御シャフト１３２を選択的に回転させる駆動部１４０とを含む。

【0029】

駆動部１４０は、クランク制御シャフト１３２に連結されたウォームホイール１４２と、ウォームホイール１４２と噛合するウォーム１４４を回転させる駆動モータ１４６とを含む。
駆動部１４０の作動によりクランク制御シャフト１３２が回転すると、前述した可変チャンバーピストン５０の相対的な位置が変化してエンジンの圧縮比が変化する。
図３に示す本発明の一部変形実施形態に係る可変圧縮比エンジンは、図１および図２に示す本発明の実施形態に係る可変圧縮比エンジンの圧縮比制御部の構成を除いては、その構成および作動が同一であるため、重複説明は省略する。

【0030】

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１０…エンジン
２０…点火プラグ
３０…燃焼室
３２…ピストン
４０…可変チャンバーハウジング
４２…オイルホール
５０…可変チャンバーピストン
５２…漏油ライン
５５…漏油グルーブ
５７…ピストンリング
６０…連結軸
６２…オイルドレインライン
８０…可変チャンバー
１００…油圧チャンバー
１１０…圧縮比制御部
１１２…コントロールシャフト
１１４…偏心カム
１１６…連結リンク
１１８…連結ピン
１２０、１４０…駆動部
１２２、１４２…ウォームホイール
１２４、１４４…ウォーム
１２６、１４６…駆動モータ
１３０…圧縮比制御部
１３２…クランク制御シャフト
１５０…オイル供給部
１５２…オイルコントロールバルブ
１５４…オイルポンプ
１５６…アキュムレーター
１５８…チェックバルブ

【図1】

【図2】

【図3】