KR100440021B1 - 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 엔진의 고속 구동시에만 크랭크축에 연동하여 회전 작동하므로써 진동에 의한 부밍 소음을 저감하며, 엔진의 저속 구동시엔 정지되므로써 기어 구동 소음을 방지하고 동력을 절감하게 되는 크랭크축의 진동, 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 크랭크축과, 그 크랭크축의 단부에 설치된 구동기어와, 그 구동기어와 맞물려 회전하는 피동기어와, 그 피동기어에 의해 회전하여 크랭크축의 밸런스를 유지하는 밸런스 샤프트로 구성된 밸런스 샤프트 장치에 있어서, 상기 구동기어는 크랭크축에 대하여 공회전 가능하게 장착되고, 상기 크랭크축의 회전 속도에 따라 저속 회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어의 접속을 해제하며, 고속회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어를 접속하여 고속운전시에만 밸런스 샤프트를 회전 구동시키게 되는 접속기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치{Balance shaft apparatus}

본 발명은 크랭크축의 밸런스를 유지하여 진동 및 소음을 저감하는 밸런스 샤프트(Balance Shaft) 장치에 관한 것이다.

피스톤의 왕복 운동에 의해 동력을 발생시키는 직렬형(In-line) 내연기관은 피스톤 및 컨넥팅 로드의 왕복 운동에 의해 불평형력이 발생하며, 또 크랭크축은 진동이 없이 원활히 회전할 필요가 있으나 크랭크 저널 중심과 크랭크 핀의 중심이 편심되어 있어 그대로 회전시키면 밸런스를 유지할 수 없어 진동과 소음을 발생시켜 안락한 운전을 저해하게 된다.

이때문에 도 3에 도시하는 것과 같이 크랭크축(1)에 기어(3)(14)를 통해 회전 구동되는 편심 질량을 가지는 밸런스 샤프트(2)를 장착하여 진동 발생을 상쇄시키므로써 진동과 소음을 감쇄시키고 있다.

그러나 밸런스 샤프트(2)를 설치하는 이유는 고속 주행시에 크게 증폭되어 나타나는 실내 부밍소음(Booming) 저감이 주 목적이나, 부밍 소음이 작게 발생하게 되는 엔진의 아이들 및 저속 구동시에도 밸런스 샤프트(2)가 불필요하게 계속 구동되므로, 동력의 손실을 가져오고 오히려 기어(3)(14) 회전에 따른 소음 문제를 유발하고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 엔진의 고속 구동시에만 크랭크축에 연동하여 회전 작동하므로써 진동에 의한 부밍 소음을 저감하며, 엔진의 저속 구동시엔 정지되므로써 기어 구동 소음을 방지하고 동력을 절감하게 되는 크랭크축의 진동, 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 크랭크축과, 그 크랭크축의 단부에 설치된 구동기어와, 그 구동기어와 맞물려 회전하는 피동기어와, 그 피동기어에 의해 회전하여 크랭크축의 밸런스를 유지하는 밸런스 샤프트로 구성된 밸런스 샤프트 장치에 있어서, 상기 구동기어는 크랭크축에 대하여 공회전 가능하게 장착되고, 상기 크랭크축의 회전 속도에 따라 저속 회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어의 접속을 해제하며, 고속회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어를 접속하여 고속운전시에만 밸런스 샤프트를 회전 구동시키게 되는 접속기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 크랭크축의 진동소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치를 나타내는 도면으로서 크랭크축의 고속 회전하에서의 접속기구의 접속 상태를 나타내는 도면

도 2는 크랭크축의 저속 회전하에서의 본 발명의 접속 기구의 접속 해제 상태를 나타내는 도면

도 3은 종래 밸런스 샤프트 장치

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 크랭크축 2 : 밸런스 샤프트

3 : 구동기구 4 : 회전 슬리이브

5 : 키이 6 : 접속기구

7 : 공간 8 : 로커

9,10,11,12 : 오일공급통로 13 : 경계접촉면

14 : 피동기어

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 밸런스 샤프트 장치를 나타내는 단면도로서 크랭크축의 고속 회전하에서의 접속 상태를 나타내는 도면이며, 도 2는 동상 밸런스 샤프트 장치의 크랭크축의 저속 회전하에서의 접속 상태를 나타내는 도면이다.

도면중 부호 1은 크랭크축으로, 크랭크축(1)의 단부에는 밸런스 샤프트(2)를 구동하기 위한 구동기어(3)가 장착되며, 구동기어(3)는 크랭크축(1)에 대하여 슬립되게, 즉 공회전 가능하게 직접 또는 도시한 것과 같이 회전슬리이브(4)를 개재하여 접속되어 있으며, 회전슬리이브(4)를 중간에 두고 있는 경우 회전슬리이브(4)는 크랭크축(1)에 키이(5)에 의해 고정되어 있다.

그리고 상기 구동기어(5)와 크랭크축(1)은 접속기구(6)에 의해 서로 접속되거나 또는 분리되어지게 되어 있다.

상기 접속기구(6)는 구동기어(3) 몸체와 회전슬리이브(4) 몸체(회전슬리이브가 없는 경우 크랭크축 몸체)에 걸쳐 형성되는 공간(7)을 구비하고 있으며, 이 공간(7)에는 중량물의 로커(8)가 수용되어 있다.

그리고 이 공간(7)의 바깥쪽으로 크랭크축(1)내에 형성된 오일공급통로(9)(10)(11)(12)가 연통하고 있다.

또, 상기 공간(7)내에 로커(8)가 수용됨에 있어서는 로커(8)가 공간(7)의 내측에 위치하고 있을 때에는 회전슬리이브(4)와 구동기어(3) 몸체 양측에 걸쳐져 있게 되며, 로커(8)가 공간(7)의 바깥측에 위치하고 있을 때에는 회전슬리이브(4)로부터는 벗어나게 되어 구동기어(3)는 크랭크축(1)에 대해 겉돌게 되어 있다.

그리고 상기 구동기어(3)와 크랭크축(1)의 경계접촉면(13)에 형성되는 오일공급통로(12)는 환상으로 형성되므로써 구동기어(3)가 위치이동하여 오일공급통로(12)가 이동하게 되더라도 크랭크축(1)에 공급되는 오일이 항상 공간(7)에 유입되도록 되어 있다.

이하 이와같은 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 고속으로 운전되면 크랭크축(1) 내부의 오일공급통로(9~12)에 높은 오일압이 작용하게 되며, 이 높은 오일압이 공간(7)에 작용하여 로커(8)를 중심축 방향으로 밀게되므로 로커(8)는 공간(7)의 내측에 위치하여 구동기어(3)와 회전슬리이브(4)를 접속하게 된다.

이에따라 크랭크축(1)의 회전은 회전슬리이브(4), 로커(8) 구동기어(3) 순으로 전달되어 구동기어(3)가 회전하게 되며, 구동기어(3)와 맞물린 피동기어(14)도 회전하여 밸런스 샤프트(2)가 회전하게 되므로써 편심 질량에 의한 크랭크축(1)의 밸런스를 유지하게 되는 것이다(도 1 참조).

그러나 엔진이 저속 운전되면(즉, 크랭크축의 저속 회전) 크랭크축(1)의 윤활을 위해 공급되는 오일 압력이 낮아지게 되며, 오일공급통로(9~12)를 통해 공간(7)에 낮은 오일압이 작용하게 된다.

그런데 이와같은 상태에서는 로커(8)의 원심력이 오일압보다 크기 때문에 로커(8)는 원심력에 의해 공간(7)의 바깥쪽으로 이동하여 회전슬리이브(4)로 부터 벗어나 구동기어(3)와 회전슬리이브(4)의 접속 상태가 해제된다.

이에따라 크랭크축(1)에 의해 회전 슬리이브(4)만 회전할 뿐 구동기어(3)는 겉돌게 되어 밸런스 샤프트(2)는 회전하지 않게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 밸런스 샤프트의 구동을 위한 구동기어를 크랭크축에 대하여 슬립되도록 장착한 후 접속기구를 통해 크랭크축의 고속 회전시에는 구동기어와 크랭크축이 접속되고, 크랭크축의 저속 회전시엔 구동기어가 크랭크축으로부터 접속 해제되도록 구성하는 것에 의해서 엔진의 고속 운전시에만 밸런스 샤프트를 회전 구동하여 밸런스를 유지하므로써 진동 소음을 저감하게 되며, 엔진의 저속 운전시에는 밸런스 샤프트가 구동되지 않도록 하므로써 불필요한 동력 소모를 방지하고 기어 구동 소음을 없애 안락한 운행을 도모하게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 크랭크축과, 그 크랭크축의 단부에 설치된 구동기어와, 그 구동기어와 맞물려 회전하는 피동기어와, 그 피동기어에 의해 회전하여 크랭크축의 밸런스를 유지하는 밸런스 샤프트로 구성된 밸런스 샤프트 장치에 있어서, 상기 구동기어는 크랭크축에 대하여 공회전 가능하게 장착되고, 상기 크랭크축의 회전 속도에 따라 저속 회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어의 접속을 해제하며, 고속회전에서는 상기 크랭크축과 구동기어를 접속하여 고속운전시에만 밸런스 샤프트를 회전 구동시키게 되는 접속기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접속기구는 크랭크축의 고속 회전시에는 상기 구동기어를 크랭크축에 대해 접속하고, 크랭크축의 저속 회전시에는 구동기어를 크랭크축에 대해 접속 해제하는 로커를 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 로커는 구동기어와 크랭크축에 걸쳐 형성되는 공간내에 수용되고, 그 공간의 외측에는 크랭크축의 윤활을 위해 오일을 공급하는 오일공급통로가 연통하도록 접속되며, 상기 로커는 엔진의 저속 운전시엔 원심력에 의해 오일압을 극복하고 공간의 바깥쪽으로 이동하여 크랭크축과 접속 해제 상태가 되며, 엔진의 고속 운전시에는 높은 오일압에 의해 공간의 안쪽에 위치하여 구동기어를 크랭크축에 접속하게 되는 것을 특징으로 하는 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 구동기어와 크랭크축의 경계 접촉면의 일측면에는 환상의 오일통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 구동기어는 크랭크축에 고정 장착되는 회전슬리이브를 개재하여 크랭크축에 접속되며, 상기 공간은 구동기어와 회전슬리이브에 걸쳐 형성되는 것이며, 상기 로커는 공간내에서 이동하여 상기 구동기어와 회전슬리이브를 접속 또는 접속 해제하게 되는 것을 특징으로 하는 크랭크축의 진동 소음을 저감하는 밸런스 샤프트 장치.