KR100243771B1

KR100243771B1 - 엔진의 불평형 모멘트 제거 구조

Info

Publication number: KR100243771B1
Application number: KR1019970059614A
Authority: KR
Inventors: 문재광
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2000-03-02
Also published as: KR19990039490A

Abstract

본 발명은 양측으로 고정장착되는 밸런스 샤프트 중 일측의 밸런스 샤프트를 상하 유동 가능하게 형성하고, 이를 엔진 구동상태에 따라 위치가 변동되도록 하므로서 엔진 구동조건에 대응하는 균형작용을 하도록 하는 엔진의 불평형 모멘트 제거구조에 대한 것으로서, 상기한 목적 달성을 위해 본 발명은

크랭크 샤프트의 양측으로 벨트와 기어결합에 의해 연동할 수 있도록 상기한 크랭크 샤프트와 평행하게 밸런스 샤프트가 축설되도록 하는 구조에 있어서,

크랭크 샤프트(10)의 저부로 형성되는 밸런스 샤프트(40)의 양단부로 각각 축설되어 고정부(51)와 가동부(52)로서 분리 가능하게 형성시킨 풀리(50)와; 상기한 풀리(50)의 가동부(52)를 유압에 의해 수평 이동시키도록 하는 유압 실린더(60)와; 상기한 유압 실린더(60)를 엔진 구동 조건에 따라 제어하는 엔진 제어 장치(70)와; 상기한 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부를 상하로만 이동 가능하게 안내하면서 벨트 장력에 대응되는 탄력으로 밸런스 샤프트(40)를 탄지하는 스프링(82)이 상부로 탄설되도록 한 가이드(80)로서 이루어지도록 하여 엔진에서의 불평형력과 함께 구동 조건에 따라 변하게 되는 불평형 모멘트를 벨트(20) 장력과 가이드(80)내 스프링(82) 탄성간 평형작용으로 완전 제거할 수가 있도록 하여 엔진의 진동과 소음을 보다 저감시켜 운전성과 승차감이 향상될 수 있도록 하는 발명이다.

Description

엔진의 불평형 모멘트 제거구조

본 발명은 엔진 구동상태에 따라 일측의 밸런스 샤프트(Balance Shaft) 위치를 변동시켜 엔진에서의 불규칙한 진동을 대폭 저감시킬 수 있도록 하는 엔진의 불평형 모멘트 제거구조에 대한 것이다.

일반적으로 차량 엔진은 연소실의 팽창 압력에 의해 피스톤을 승강 왕복운동시키므로서 크랭크 샤프트를 회전시켜 구동력이 생성되도록 하는 것으로 이러한 크랭크 샤프트의 회전운동시 크랭크 샤프트에는 관성력 즉 원심력이 발생된다.

즉 피스톤의 가속도가 피스톤 질량과 커넥팅 로드의 왕복 운동부 질량 양쪽 모두에 작용하면 이것이 바로 관성력이 되어 불평형력을 유발시키게 된다.

이같은 불평형력을 제거시키기 위해 종전에는 도 5에서 보는바와 같이 크랭크 샤프트(1)의 양측으로 나란하게 밸런스 샤프트(2, Balance Shaft)가 병설되도록 하여, 일측의 밸런스 샤프트(2)는 벨트(3)에 의해 연결되어 크랭크 샤프트(1)와 연동되고, 타측의 밸런스 샤프트(2)는 기어결합에 의해 크랭크 샤프트(1)와 연결되어 연동되도록 하고 있다.

따라서 크랭크 샤프트(1)의 구동으로 원심력이 작용하게 되면 상기한 양측의 밸런스 샤프트(2)에 의해 이것을 평형하게 유지되도록 하고 있는바 이에 따라 엔진의 불평형력은 거의 제거할 수가 있게 된다.

하지만 엔진에서는 크랭크 샤프트의 원심력 작용에 따른 불평형력 외에도 엔진의 부하조건과 회전수 등의 구동 조건에 따라서 증감되는 불평형 모멘트도 동시에 잔존하게 되는바 이 또한 상기한 양측의 밸런스 샤프트에 의해서 어느정도는 제거시킬 수가 있기는 하나 전술한 바와같이 불평형 모멘트는 엔진의 구동 조건에 따라서 증감되므로 장착 위치가 고정된 기존의 밸런스 샤프트에 의해서는 이를 완전 제거시키지는 못하게 되므로 여전히 고부하 및 고회전 구간에서는 심한 진동과 함께 소음을 동반하면서 운전성과 승차감을 악화시키게 되는 문제점이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 보다 완벽하게 개선시키기 위한 것으로, 본 발명은 양측으로 고정장착되는 밸런스 샤프트 중 일측의 밸런스 샤프트를 상하 유동 가능하게 형성하고, 이를 엔진 구동상태에 따라 위치가 변동되도록 하므로서 엔진 구동조건에 대응하는 균형작용을 하도록 하는 엔진의 불평형 모멘트 제거구조를 제공코자 하는 것이 목적이다.

상기한 목적 달성을 위하여 본 발명은

크랭크 샤프트의 저부로 형성되는 밸런스 샤프트의 양단부로 각각 축설되어 고정부와 가동부로서 분리 가능하게 형성시킨 풀리와;

상기한 풀리의 가동부를 유압에 의해 수평 이동시키도록 하는 유압 실린더와;

상기한 유압 실린더를 엔진 구동 조건에 따라 제어하는 엔진 제어 장치와;

상기한 밸런스 샤프트의 무게 중심부를 상하로만 이동 가능하게 안내하면서 벨트 장력에 대응되는 탄력으로 밸런스 샤프트를 탄지하는 스프링이 상부로 탄설되도록 한 가이드로서 이루어지는 구성이 특징이다.

도 1은 본 발명에 따른 개략적인 구조도

도 2는 본 발명의 밸런스 샤프트 단부 구조도

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 작동 구조도

도 5는 종래의 밸런스 샤프트 장착 구조도

※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 벨트

30 : 텐셔너(Tensioner)

40 : 밸런스 샤프트(Balance Shaft)

50 : 풀리

51 : 고정부

52 : 가동부

60 : 유압 실린더

70 : 엔진 제어 장치

80 : 가이드

82 : 스프링

이를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1은 본 발명에 따른 개략적인 구조를 도시한 것으로서, 도면부호 10은 크랭크 샤프트이다.

상기한 크랭크 샤프트(10)에는 통상 양측으로 크랭크 샤프트(10)와 평행하게 밸런스 샤프트가 형성되는 구성은 종전과 동일하다.

이에 본 발명은 상기한 밸런스 샤프트 중 일측의 밸런스 샤프트를 상하로 유동 가능하게 형성되도록 하는 것으로서, 특히 크랭크 샤프트(10)보다 저부로 형성되는 밸런스 샤프트(40)에 적용되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

즉 밸런스 샤프트(40)에는 양단부로 풀리(50)가 각각 축설되도록 하여 크랭크 샤프트(10)와 벨트(20)에 의해 연결되도록 하되 상기한 벨트(20)는 텐셔너(30, Tensioner)에 의해 항상 일정한 장력이 유지되도록 한다.

특히 상기의 풀리(41)는 도 2에서와 같이 벨트(20)를 안내하게 되는 양측면이 외측 단부로 확장되는 테이퍼진 형상으로 형성되도록 하되 일측은 밸런스 샤프트(40)에 고정장착되는 고정부(51)로서 형성하고, 타측은 축방향으로 수평 이동이 가능하게 형성되는 가동부(52)로서 형성되도록 한다.

그리고 상기한 풀리(50)의 가동부(52)는 각각 유압 실린더(60)에 연결되어 축방향으로 수평이동되도록 하며, 상기의 유압 실린더(60)는 엔진 제어 장치(70)에 의해 작동 제어되면서 오일 공급을 단속하게 된다.

특히 상기한 유압 실린더(60)로 공급되는 오일은 오일 펌프에 의해 압송되어 엔진을 순환하는 오일을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

한편 상기한 벨트(20)의 텐셔너(30)에 의한 인장력에 대하여 그와 대응되는 방향으로 탄성이 작용되도록 하는 가이드(80)에 의해서 밸런스 샤프트(40)의 균형을 유지한다.

상기한 가이드(80)는 엔진의 실린더 블록에 고정장착되어 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부를 텐셔너(30)에 의한 벨트 인장력 작용방향과 동일 또는 반대방향으로만 이동가능하게 지지되도록 하는 구성인바 이를 위해 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부가 이동될 수 있도록 측면으로는 일정 길이를 수평관통시킨 안내홀(81)을 형성하고, 안내홀(81)내의 밸런스 샤프트(40)에는 베어링(41)이 축고정되며, 상기한 베어링(41) 상부측 가이드(80) 내부에는 텐셔너(30)의 인장력과 대응되는 탄성을 갖는 스프링(82)이 내장되도록 한다.

또한 밸런스 샤프트(40)에 축설되는 베어링(41)을 그 상부의 스프링(82)에 의해 균일하게 가압시킬 수 있도록 하기 위해 그 접촉면간으로는 베어링(41) 외주면과 긴밀하게 접촉되면서 스프링(82)이 충분히 안착될 수 있는 면적을 갖는 압력판(83)이 개입되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이하 상기한 구성에 따른 작용에 대해서 설명하면 일단 밸런스 샤프트(40)는 양단부가 크랭크 샤프트(10)와 벨트(20)로 연결되면서 무게 중심부는 가이드(80)에 의해서 지지되도록 하고 있는바 상부에서는 텐셔너(30)에 의한 벨트장력으로, 그와 대응되는 방향에서는 가이드(80)내 스프링(82) 탄성에 의해 수평 균형을 이룬 상태에서 안정되게 지지된다.

이같은 상태에서 엔진이 구동되어 엔진 구동조건이 고부하 및 고회전 영역으로 운전되면 도 3에서 보는바와 같이 엔진 제어 장치(70)에서는 유압 실린더(60)를 작동시켜 밸런스 샤프트(40) 양단부로 축설시킨 풀리(50)의 가동부(52)를 잡아당기도록 한다.

그러면 풀리(50)의 고정부(51)와 가동부(52)간 간격이 이격되면서 그 사이로 감겨진 벨트(20)의 접촉면간 간격이 확장되므로 벨트(20)와 풀리(50)간 접촉력은 점차 약화되고, 이때 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부를 일정 압력으로 누르고 있던 스프링(82)이 약해진 벨트(20)와 풀리(50)간 접촉력을 보상하기 위해 탄발하면서 밸런스 샤프트(40)를 벨트(20) 인장력에 대응하는 방향으로 이동시키게 된다.

또한 엔진의 지속적인 구동으로 엔진 구동 조건이 저부하 및 저회전 영역으로 운전되면 이때 엔진 제어 장치(70)에서는 도 4에서와 같이 상기와는 반대로 유압 실린더(60)를 작동시켜 밸런스 샤프트(40) 양단에 축설된 풀리(50)의 가동부(52)를 밀어낸다.

가동부(52)가 고정부(51)측으로 밀리게 되면 고정부(51)와 가동부(52)간 간격이 줄어들면서 벨트(20)와 풀리(50)간 접촉력이 증강되어 벨트(20)를 더욱 바깥측으로 밀어내려는 힘이 발생된다.

이때 벨트(20)는 텐셔너(30)에 의해 일정한 장력을 유지하게 되므로 풀리(50)에 의해 더이상 벨트(20)의 장력 증대는 이루어지지 않게 되고, 그 반대방향으로 압력이 작용하면서 밸런스 샤프트(40)를 탄지하는 가이드(80)내 스프링(82)을 압축시키게 된다.

이로서 양단부에서의 벨트(20) 장력에 의해 밸런스 샤프트(40)가 장력이 작용하는 방향으로 이동하게 되는바 벨트(20) 장력과 스프링(82) 탄성이 다시 평형을 유지하게 될 때 비로소 이동이 정지된다.

이상과 같은 구성과 작용에 의해서 엔진 구동이 변하는 조건에 따라 벨트(20) 장력과 가이드(80)내 스프링(82) 탄성간 평형작용으로 밸런스 샤프트(40)를 장력 또는 탄성이 작용하는 상하방향으로 이동시키게 되므로서 엔진 구동상태에 따라 변하게 되는 불평형 모멘트를 완전 제거할 수가 있도록 한다.

상술한 바와같은 본 발명의 구성에 따라 엔진에서의 불평형력과 함께 구동 조건에 따라 변하게 되는 불평형 모멘트를 벨트(20) 장력과 가이드(80)내 스프링(82) 탄성간 평형작용으로 완전 제거할 수가 있게 되어 고부하 및 고회전에서 대단히 증대되는 엔진의 진동을 대폭적으로 저감시킬 수 있게 되는 동시에 소음을 감소시켜 보다 정숙한 엔진 제작에 따른 엔진의 성능 향상을 가능케하는 매우 유용한 효과를 제공할 수가 있게 되는 것이다.

Claims

크랭크 샤프트의 양측으로 벨트와 기어결합에 의해 연동할 수 있도록 상기한 크랭크 샤프트와 평행하게 밸런스 샤프트가 축설되도록 하는 구조에 있어서,

크랭크 샤프트(10)의 저부로 형성되는 밸런스 샤프트(40)의 양단부로 각각 축설되어 고정부(51)와 가동부(52)로서 분리 가능하게 형성시킨 풀리(50)와;

상기한 풀리(50)의 가동부(52)를 유압에 의해 수평 이동시키도록 하는 유압 실린더(60)와;

상기한 유압 실린더(60)를 엔진 구동 조건에 따라 제어하는 엔진 제어 장치(70)와;

상기한 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부를 상하로만 이동 가능하게 안내하면서 벨트 장력에 대응되는 탄력으로 밸런스 샤프트(40)를 탄지하는 스프링(82)이 상부로 탄설되도록 한 가이드(80);

로서 이루어지는 구성을 특징으로 하는 엔진의 불평형 모멘트 제거구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 가이드(80)는 밸런스 샤프트(40)의 무게 중심부가 이동될 수 있도록 측면을 일정 길이 수평관통시킨 안내홀(81)과, 밸런스 샤프트(40)에 축설되는 베어링(41)을 그 상부의 스프링(82)에 의해 균일하게 가압시킬 수 있도록 하기 위해 그 접촉면간으로는 베어링(41) 외주면과 긴밀하게 접촉되면서 스프링(82)이 충분히 안착될 수 있는 면적을 갖도록 개입시킨 압력판(83)고, 상기한 베어링(41) 상부측 가이드(80) 내부에는 텐셔너(30)의 인장력과 대응되는 탄성을 갖게 내장한 스프링(82)이 구비되도록 한 구성임을 특징으로 하는 엔진의 불평형 모멘트 제거구조.