KR100192910B1 - 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)의 중앙부위에 개구된 개구홈(5b)이 형성 되어져, 이 개구홈(5a)의 중앙을 가로지르도록 구비된 지지축(6a)과, 이 지지축(6a)에 끼워진 이동추(6b) 및, 이 이동추(6b)를 기준으로 상부로 인장형식과 아래 쪽으로 압축형식인 스프링(6c)으로 구성된 이동관성추(6)가 구비 되어져, 크랭크샤프트(3)의 회전속도에 따라 관성부의 관성력 크기를 적절히 변화시켜 회전평형율의 값을 항상 1에 근접시켜 회전시보다 안정된 평형을 유지시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트

제1도는 일반적인 엔진의 구성을 나타낸 단면도.

제2도는 본 발명에 따라 이동관성추가 구비된 크랭크샤프트의 정면도.

제3도는 본 발명에 따른 이동관성추의 작동 상태도로서

(a)는 엔진의 회전수가 저속일 경우이고,

(b)는 엔진의 회전수가 고속일 경우.

제4도는 종래구조로서, 이동관성추가 구비되지 않은 크랭크샤프트의 정면도.

제5도는 크랭크샤프트를 간략하게 도식화한 것으로

(a)는 개략적인 상태도이고,

(b)는 더욱 간략화시킨 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 피스톤

3 : 크랭크샤프트 4 : 캠

5 : 관성부 5a : 개구홈

6 : 이동관성추 6a : 지지축

6b : 이동추 6c : 스프링

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

일반적으로 자동차의 동력을 발생시키는 엔진은 왕복운동하는 피스톤에 의해 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 주도록 피스톤행정의 약2배의 길이로 원통형으로 만들어진 실린더로 이루어짐과 더불어 크랭크샤프트가 구비되는 크랭크 케이스를 일체로 형성한 실린더블록과, 이 실린더블록의 상부로 결합되어 실린더와 함께 연소실의 일부를 형성하면서 밸브기구와 흡/배기 매니폴드 및 점화 플러그 등이 구비된 실린더헤드로 크게 구성되어 진다.

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

이때, 상기 피스톤(2)의 직선적 운동을 회전 운동으로 변환시켜 주도록 회전운동되는 크랭크샤프트(3)는 크랭크핀과 크랭크저널 및 크랭크아암들이 일체로 피스톤(2)의 수량과 상응하도록 형성되어 진다.

이 크랭크샤프트(3)이 크랭크아암(4)은 제4도에 도시된 바와 같이, 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(Few)/하부관성력(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(rew) 부위를 하부질량(mcw)으로 간략화시킨 상태에서, 이 두질량(mo,mcw)은 제5도의 (b)에 도시된 바와 같이 각각 반대방향으로 서로 다른 크기의 관성력(Fo,Few)를 갖게 된다.

즉 서로 다른 상부 관성력 Fo = mor W²과 하부관성력 Few = mcwrew W²이 발생되어 지게되고, 이에 따라 통상적으로 회전평형율 = 하부관성력(Few)/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, 이와 같은 벨런스웨이트는 보통 상기 크랭크아암(4)의 관성부(5)에 일체로 제작한 후 다시 적절하게 가공수정하거나 별도로 제작하여 보올트 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 것으로, 크랭크샤프트의 회전속도에 따라 관성부의 관성력 크기를 적절히 변화시켜 회전평형율의 값을 항상 1에 근접시켜 회전시 평형을 유지 시키도록 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크샤프트의 크랭크 아암의 하부를 이루는 관성부의 중앙부위에 개구된 개구홈이 형성되어져, 이 개구홈의 중앙을 가로지르도록 구비된 지지축과, 이 지지축에 끼워진 이동추 및 이동추를 기준으로 상부로 인장형식과 아래쪽으로 압축형식인 스프링으로 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 바와 같이, 연소시 폭발력에 의해 직선 왕복 운동하는 피스톤(2)에 커넥팅로드를 매개로 고정되어 이 피스톤(2)의 직선적 동력을 회전력으로써 변환하면서 다른 행정에서는 반대로 피스톤(2)에 운동력을 가함으로 연속적으로 동력을 발생하는 한편, 회전시 회전속도에 따라 중심으로부터의 거리가 능동적으로 변화되어 관성력의 크기를 조절하여 회전평형율의 값이 항상 1에 근접되도록 이동관성추(6)가 구비되어진다.

즉, 이를 제2도를 참조로 상세히 설명하면, 상기 크랭크샤프트(3)의 크랭크아암(4)의 하부를 이루는 관성부(5)의 중앙부위에 개구된 개구홈(5b)이 형성되어져, 이 개구홈(5a)의 중앙을 가로지르도록 구비된 지지축(6a)과, 이 지지축(6a)에 끼워진 이동추(6b) 및, 이 이동추(6b)를 기준으로 상부로 인장 형식과 아래쪽으로 압축형식인 스프링(6c)으로 구성된 이동관성추(6)가 구비된다.

이에 따라, 상기 크랭크샤프트(3)의 회전시 발생되는 관성력 (Fo, Few)은 회전속도 즉, 우너심력의 크기에 따라 상기 이동관성추(6)에 의해 변화된다.

즉, 이를 제3도를 참조로 상세히 설명하면, 저속회전시인 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 하부로 이동되어 지는 이동추(6b)를 하부의 압축형식의 스프링(6c)이 저지시켜 이동간격(K, L)이 유사하게 되고, 이로 인해 크랭크아암(4)의 중심에서 관성부(5)의 중심까지의 하부간격(rew)이 짧아 질량(mo)과 상부간격(r)이 일정한 상부 관성력 Fo = mor W²과 거이 일치되도록 하부관성력 Few = mcwrew W²이 발생되어 회전 평형율 = 하부 관성력 (Few)/상부관성력(Fo)의 값이 전술한 바와 같이 대략 1 정도로 유지되어지게 된다.

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

Claims (2)

1. 피스톤(2)의 직선적 동력을 회전력으로써 변환하면서 다른 행정에서는 반대로 피스톤(2)에 운동력을 전달하여 연속적으로 동력을 발생시키는 것에 있어서, 크랭크샤프트(3)이 크랭크암(4)의 하부를 이루는 관성부(5)의 중앙부위에 개구된 개구홈(5b)이 형성 되어져, 이 개구홈(5a)의 중앙을 가로지르도록 구비된 지지축(6a)과, 이 지지축(6a)에 끼워진 이동추(6b) 및, 이 이동추(6b)를 기준으로 상부로 인장형식과 아래 쪽으로 압축형식인 스프링(6c)으로 구성된 이동관성추(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 스프링(6c)이 이동추(6b)를 기준으로 상부로 인장형식이고 아래쪽으로 압축형식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전평형율을 향상시킨 자동차의 크랭크샤프트.