KR100192906B1 - 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트에 관한 것으로, 크랭크샤프트(3)의 크랭크암(4)의 하부를 이루는 관성부(5)에 개구된 3개의 삽입홈(5a)이 형성 되어져, 이 삽입홈(5a)의 안쪽으로 삽입된 이동보오올(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)및 이 이동보오올(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)의 이탈을 방지하도록 상기 삽입홈(5a, 5b, 5c)에 나사 결합된 고정부재(6c, 6c', 6c)로 구성된 이동관성추(6, 6', 6)가 구비 되어져, 크랭크 샤프트(3)의 회전속도에 따라 관성부의 관성력 크기를 적절히 변화시켜 회전 평형율의 값을 항상 1에 근접시켜 회전시 보다 안정된 평형을 유지 시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트

제1도는 일반적인 엔진의 구성을 나타낸 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 실시예 1로서 이동관성추가 구비된 크랭크샤프트의 정면도.

제3도는 본 발명의 실시예 1에 따른 이동관성추의 작동 상태로서 (a)는 엔진의 회전수가 저속일 경우이고, (b)는 엔진의 회전수가 고속일 경우.

제4도는 본 발명에 따른 실시예 2로서 다른 구조의 이동관성추가 구비된 크랭크샤프트의 정면도.

제5도는 본 발명의 실시예 2에 따른 이동관성추의 작동상태도로서 (a)는 엔진의 회전수가 저속일 경우이고, (b)는 엔진의 회전수가 고속일 경우.

제6도는 종래구조로서, 이동관성추가 구비되지 않은 크랭크샤프트의 정면도.

제7도는 크랭크샤프트를 간략하게 도식화한 것으로서 (a)는 개략적인 상태도이고, (b)는 더욱 간략화 시킨 상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 피스톤

3 : 크랭크샤프트 4 : 캠

5 : 관성부 5a, 5b, 5c : 삽입홈

6a, 6a', 6a : 이동볼 6a, 6b', 6c'' : 이동관성추

6c, 6c', 6c : 고정부재 6d, 6d', 6d : 오일

본 발명은 엔진의 가동시 피스톤의 직선적 동력을 커넥팅로드를 통해 회전력으로 변환시켜주는 다수의 편심된 캠으로 이루어진 크랭크샤프트에 관한 것으로, 특히 회전운동시 편심되어진 크랭크아암에 의한 회전평형율을 회전수에 따라 가변적으로 변화시켜 회전에 따른 평형(Balance)을 더욱 향상 시킬 수 있도록 된 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 동력을 발생시키는 엔진은 왕복운동하는 피스톤에 의해 열에너지를 기계적에너지로 변환하여 주도록 피스톤행정의 약 2배의 길이로 원통형으로 만들어진 실린더로 이루어짐과 더불어 크랭크 샤프트가 구비되는 크랭크 케이스를 일체로 형성한 실린더블럭과, 이 실린더블럭의 상부로 결합되어 실린더와 함께 연소실의 일부를 형성하면서 밸브기구와 흡/배기 매니폴드 및 점화 플러그등이 구비된 실린더헤드로 크게 구성되어 진다.

그리고, 엔진(1)의 동력은 통상적인 내부를 도시한 제1도와 같이, 실린더블럭의 실린더내에 기밀을 유지하면서 연소시 폭발력에 의해 피스톤(2)이 직선 왕복운동하게 되면, 이 피스톤(2)에 커넥팅로드를 매개로 고정된 크랭크샤프트(3)에 의해 피스톤(2)의 직선적 동력을 회전력으로 변환 하면서 다른 행정에서는 반대로 피스톤(2)에 회전력을 가하므로 연속적으로 동력을 발생하도록 되게 된다.

이때, 상기 피스톤(2)의 직선적운동을 회전운동으로 변환 시켜주도록 회전운동되는 크랭크샤프트(3)는 크랭크핀과 크랭크저널 및 크랭크아암들이 일체로 피스톤(2)의 수량과 상응하도록 형성되어 진다.

이 크랭크샤프트(3)의 크랭크아암(4)은 제4도에 도시된 바와같이, 그 하단부로 넓게 퍼져 회전시 다른 행정에서 피스톤(2)을 밀어올려 연소실내의 혼합기를 압축시켜주도록 관성부(5)가 일체로 형성되어 오뚜기 형상으로 성형된다.

이때, 상기 크랭크샤프트(3)는 회전시 진동이 없이 통상, 회전물체에서 중심을 기준으로 상/하부위의 관성력의 차이가 없는 즉, 회전평형율 = 하부관성력(Fcw)/항부관성력(Fo)의 값이 1인 경우가 가장 안정되게 회전된다.

하지만, 일반적으로 상기 크랭크샤프트(3)는 크랭크저널과 크랭크핀의 중심이 편심되게 되어져 결합점과 무게중심이 다르다.

따라서, 회전력(W)이 가해지게 되면, 제5도의 (a)와 같이 무게중심점을 기준으로 상부간격(r)부위를 상부질량(mo)과 하부간격(rcw)부위를 하부질량(mcw)으로 간략화시킨 상태에서, 이 두질량(mo, mcw)은 제5도의 (b)에 도시된 바와같이 각각 반대방향으로 서로 다른 크기의 관성력(Fo, Fcw)을 갖게 된다.

즉, 서로 다른 상부관성력 Fo=morW²과 하부 관성력 Fcw=mcwrcwW²이 발생되어 지게되고, 이에 따라 통상적으로 회전평형율=하부관성력(Fcw)/상부관성력(Fo)의 값이 0.6 - 0.7정도의 값을 갖는 불균형 상태로 유지된다.

따라서, 엔진의 구조상 상기와 같은 회전평형율을 갖는 크랭크샤프트(30)의 회전평형율을 보상하여 회전시 평형(Balance)를 유지하기 위해 일정 중량을 갖춘 밸런스웨이트를 크랭크아암(4)부위에 구비하는 것이 널리 이용되고 있는 실정이다.

그러나, 이와같은 밸런스웨이트는 보통 상기 크랭크아암(4)의 관성부(5)에 일체로 제작한 후 다시 적절하게 가공수정 하거나 별도로 제작하여 보울트 등을 매개로 부착하게 되어 추가적인 가공공정이 요구될 뿐만 아니라, 엔진의 구조상 타부품과의 간섭을 방지하면서 부착시켜야만 되므로 회전평형율도 일정치 이상에 도달하지 못하는 문제가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 크랭크샤프트의 회전속도에 따라 관성부의 관성력 크기를 적절히 변화시켜 회전평형율의 값을 항상 1에 근접시켜 회전시 평형을 유지 시키도록 회전 평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 크랭크샤프트의 크랭크암의 하부를 이루는 관성부에 개구된 3개의 삽입홈이 형성 되어져, 이 삽입홈의 안쪽으로 삽입된 이동볼과 스프링 및 이 이동볼과 스프링의 이탈을 방지하도록 상기 삽입홈에 나사 결합된 고정부재로 구성된 이동관성추가 구비 되어진 구조로 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 크랭크샤프트(3)는 일반적인 엔진(1)의 구성을 나타낸 제1도에 도시된 바와같이, 연소시 폭팔력에 의해 직선 왕복운동하는 피스톤(2)에 커넥팅로드를 매개로 고정되어 이 피스톤(2)의 직선적 동력을 회전력으로 변환 하면서 다른 행정에서는 반대로 피스톤(2)에 운동을 주므로서 연속적으로 동력을 발생하는 한편, 회전시 회전속도에 따라 변화는 관성력의 크기를 조절하여 회전평형율의 값이 항상 1에 근접되도록 이동관성추(6)가 구비되어진다.

즉, 이를 본 발명의 실시예 1인 제2도를 참조로 상세히 설명하면, 상기 크랭크샤프트(3)의 크랭크암(4)의 하부를 이루는 관성부(5)에 개구된 3개의 삽입홈(5a)이 형성되어져, 이 삽입홈(5a)의 안쪽으로 삽입된 이동볼(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)및 이 이동볼(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)의 이탈을 방지하도록 상기 삽입홈(5a, 5b, 5c)에 나사 결합된 고정부재(6c, 6c', 6c)로 구성된 이동관성추(6, 6', 6)가 구비되어 진다.

이에따라, 상기 크랭크샤프트(3)의 회전시 발생되는 관성력(Fo, Fcw)은 회전속도 즉, 원심력의 크기에 따라 상기 이동관성추(6, 6', 6)에 의해 변화된다.

즉, 이를 제3도를 참조로 상세히 설명하면 저속회전시인 제3도의 (a)에 도시된 바와같이 회전에의해 발생되는 원심력에 의해 이동볼(6a, 6a', 6a)의 이동이 스프링(6b, 6b', 6b)에의해 저지되어 지고, 이로인해 크랭크암(4)의 중심에서 관성부(5)의 중심까지의 하부간격(rcw)이 짧아 질량(mo)과 상부간격(r)이 일정한 상부관성력 Fo=morW²과 거의 일치되도록 하부 관성력 Fcw=mcwrcwW²이 발생되어 회전평형율=하부관성력(Fcw)/상관성력(Fo)의 값이 대략 1정도 유지되어 진다.

한편, 제3도의(b)와 같이 고속회전시에는 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 이동볼(6a, 6a', 6a)이 스프링(6b, 6b', 6b)의 반발력을 이기고 아래로 이동되어 지므로, 이로인해 크랭크암(4)의 중심에서 관성부(5)의 중심까지의 하부간격(rcw)이 상대적으로 길어져 회전속도(W)에 의해 보다 증가된 상보관성력Fo=morW²과 거의 일치되도록 하부관성력 Fcw=mcwrcwW²이 발생되어 회전평형율=하부관성력(Fcw)/상부관성력(Fo)의 값이 전술한 바와같이 대략 1 정도로 유지되어 진다.

또한, 제4도는 본발명의 실시예 2로서, 상기 이동관성추(6, 6', 6)가 구비된 크랭크샤프트(3)의 하부를 이루는 관성부(5)에 형성된 삽입홈(5a, 5b, 5c)내에 점성을 갖는 오일(6d, 6d', 6d)이 채워진 구조로 된다.

상기와 같은 실시예 2와 같이 구성된 이동관성추(6')는 제5도의 (a)와 (b)에 도시된 바와같이, 크랭크샤프트(3)의 회전속도에 따라 이동볼(6a')의 이동시 이동속도를 보다 완화시켜주어 소음의 발생을 보다 줄이게 된다.

한편, 전술한 실시예 1의 경우와 같이 하부관성력 Fcw=mcwrcwW²의 크기를 조절하여 항상 회전평형율=하부관성력(Fcw)/상부관성력(Fo)의 값이 대략 1정도로 유지 되어지도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 크랭크암의 크기가 변하지 않게 되어 엔진의 설계에 영향을 주지 않으면서도 크랭크샤프트의 회전속도에 따라 관성부의 관성력 크기를 적절히 변화시켜 회전평형율의 값을 항상 1에 근접시켜 회전시 보다 안정된 평형을 유지 시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 피스톤(2)의 직선적 동력을 회전력으로 변환 하면서 다른 행정에서는 반대로 피스톤(2)에 회전 운동력을 전달하여 연속적으로 동력을 발생시키는 것에 있어서, 상기 크랭크샤프트(3)의 크랭크암(4)의 하부를 이루는 관성부(5)에 개구된 3개의 삽입홈(5a)이 형성 되어져, 이 삽입홈(5a)의 안쪽으로 삽입된 이동볼(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)및 이 이동볼(6a, 6a', 6a)과 스프링(6b, 6b', 6b)의 이탈을 방지하도록 상기 삽입홈(5a, 5b, 5c)에 나사 결합된 고정부재(6c, 6c', 6c)로 구성된 이동관성추(6, 6', 6)가 구비 되어 크랭크아암(4)의 관성부(5)가 회전평형율의 값이 항상 1에 근접되도록 회전속도에 따라 회전 중심으로부터 위치 가변되어 관성력의 크기를 조절하도록 된 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동관성추(6, 6', 6)가 구비된 크랭크샤프트(3)의 하부를 이루는 관성부(5)에 형성된 삽입홈(5a, 5b, 5c)내에 점성을 갖는 오일(6d, 6d', 6d)이 채워진 것을 특징으로 하는 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트.