KR100521222B1 - 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠샤프트와 스프로켓 사이에 시저 스프링과 유압실린더로 이루어진 댐퍼를 설치함으로써 밸브 스프링의 반력에 의한 캠샤프트의 비틀림 진동을 감쇠시키고 나아가 타이밍 벨트의 공진소음을 방지할 수 있는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치에 관한 것으로서, 일부는 큰 직경의 원통으로 이루어지고 나머지는 작은 직경의 원통으로 이루어진 형상이고, 상기 큰 원통의 외측부에 원주방향을 따라 댐퍼홈이 형성되고, 상기 댐퍼바디의 작은 원통의 외주면에는 상기 스프로켓이 장착되어 있으며, 축방향으로 볼트에 의해 상기 캠샤프트에 고정되어지는 댐퍼바디와; 시저 스프링과 유압실린더로 구성되고 상기 댐퍼홈에 수용되어, 일단부는 상기 댐퍼바디에 연결 고정되고, 타단부는 상기 스프로켓에 연결 고정되는 댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 밸브의 변동토크에 의한 캠샤프트의 비틀림 진동이 감쇠되므로, 캠샤프트의 내구성이 향상되고 타이밍 벨트의 공진소음이 방지되는 효과를 갖는다.

Description

캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치{Apparatus for diminution of twist vibration in cam-shaht}

본 발명은 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠샤프트와 스프로켓 사이에 시저 스프링과 유압실린더로 이루어진 댐퍼를 설치함으로써 밸브 스프링의 반력에 의한 캠샤프트의 비틀림 진동을 감쇠시키고 나아가 타이밍 벨트의 공진소음을 방지할 수 있는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 캠 샤프트는 엔진 연소실로 혼합기를 흡입시키는 흡기밸브와 연소가스를 배출시키는 배기밸브를 구동하기 위해 엔진의 상부에 설치한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 축상에 편심된 형상의 캠(12)이 형성되어 있으며, 그 축 단부에는 스프로켓(14)이 결합되어 타이밍 벨트(15)에 의해 크랭크 샤프트(18)로부터 구동력을 전달받는다.

그러나 상기와 같은 종래의 캠샤프트(10)에서는 엔진 작동시 밸브 스프링(17)의 반력에 의해 비틀림 진동을 받게 되고, 이러한 비틀림 진동은 상기 스프로켓(14)을 통해 타이밍 벨트(15)에 변동토크를 가함으로써 공진소음을 일으키는 원인이 된다.

이를 더욱 상세하게 설명하면 캠샤프트(10)에 형성된 캠(12)이 밸브(16)를 열 때 밸브 스프링(17)은 압축되면서 그 탄성력에 의해 회전방향과 반대방향으로 캠샤프트(10)에 토크를 주게 되고, 캠(12)이 밸브(16)를 닫을 때에는 밸브 스프링(17)의 반력에 의해 회전방향과 같은 방향으로 캠샤프트(10)에 토크를 주게 된다.

즉, 상기와 같은 급격한 토크의 변화는 캠샤프트(10)에 비틀림 진동을 주게 되어 캠샤프트(10)의 내구성을 떨어뜨리고, 만일 이러한 변동토크의 주파수가 타이밍 벨트(15)의 진동 주파수와 동일해지는 경우 공진을 일으켜 타이밍 벨트(15)에 매우 심한 진동 및 공진소음을 일으키는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 고무가 일측부에 부착된 러버타입 스프로켓을 사용하였으나, 이러한 종래의 러버타입 스프로켓은 고무의 내구력에 한계가 있고 엔진의 오일 환경과 피로하중에 의해 고무의 댐퍼계수가 변하므로 감쇠효과가 저하되는 문제점이 여전히 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 캠샤프트의 비틀림 진동을 흡수하여 캠샤프트의 내구력을 향상시키고 타이밍 벨트의 공진소음을 방지할 수 있는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 타이밍 벨트가 연결되는 스프로켓의 외측부에 웨이브 스프링 및 링 리테이너를 설치하여 상기 스프로켓의 축방향 진동 또한 흡수함으로써 타이밍 벨트의 진동소음을 방지할 수 있는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타이밍 벨트에 의해 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 스프로켓에 의해 회전되고, 왕복운동으로 밸브를 구동하는 복수개의 캠이 형성되어 있는 캠샤프트에 있어서, 일부는 큰 직경의 원통으로 이루어지고 나머지는 작은 직경의 원통으로 이루어진 형상으로서, 상기 큰 원통의 외측부에 원주방향을 따라 댐퍼홈이 형성되고, 상기 댐퍼바디의 작은 원통의 외주면에는 상기 스프로켓이 장착되어 있으며, 축방향으로 볼트에 의해 상기 캠샤프트에 고정되어지는 댐퍼바디와; 상기 댐퍼홈에 수용되어 일단부는 상기 댐퍼바디에 연결 고정되고, 타단부는 상기 스프로켓에 연결 고정되는 댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 상기 댐퍼는, 일부가 개구된 원형고리 형상으로서 양 단부에 연결홈이 형성되어 있는 시저 스프링과; 실린더 내부에 삽입된 피스톤을 기준으로 제 1압력실과 제 2압력실로 나뉘고, 상기 피스톤에는 유로가 형성되어 있으며, 상기 유로의 제 1압력실쪽 출구에는 스프링에 의해 탄지되는 체크볼이 설치되어 있는 유압 실린더로 구성되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치를 나타내는 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 댐퍼의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 댐퍼바디를 나타내는 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스프로켓을 나타내는 정면도 및 측단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 시저 스프링을 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 유압 실린더를 나타내는 측단면도이다.

본 발명에 따른 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 캠샤프트(10)에 축방향으로 결합되고 원주방향을 따라 댐퍼홈(31)이 형성된 댐퍼바디(30)와, 상기 댐퍼바디(30)의 측부에 일정량 회동 가능하도록 결합된 스프로켓(14)과, 상기 캠샤프트(10)의 비틀림 진동을 감쇠시킬수 있도록 상기 댐퍼바디(30)와 상기 스프로켓(14) 사이를 연결하는 댐퍼(20)로 구성된 것이다.

더욱 상세히 설명하면, 상기 댐퍼바디(30)는 일부는 큰 직경의 원통으로 이루어지고 나머지는 작은 직경의 원통으로 이루어진 형상으로서, 상기 큰 원통부(37)의 일측면에는 원주방향을 따라 댐퍼홈(31)이 형성되고, 상기 댐퍼홈(31)의 일부에는 축방향으로 볼트구멍(32)이 뚫려 있으며, 상기 작은 원통부(38)의 외주면에는 웨이브 스프링(51)이 삽입될 수 있도록 원주홈(33)이 형성되어 있다.

또한, 상기 큰 원통부(37) 중심축상에는 외측부로부터 상기 캠샤프트(10)의 외경과 동일한 크기의 내경을 갖는 축홈(34)이 일정깊이로 형성되어 있고, 상기 작은 원통부(38)의 중심축상에는 볼트구멍(35)이 뚫려 있다.

이는 상기 축홈(34)에 캠샤프트(10)를 삽입시키고 그 반대방향에서 볼트를 삽입시켜 체결시킴으로써, 상기 캠샤프트(10)와 상기 댐퍼바디(30)와의 축결합을 견고하게 하기 위함이다.

상기 스프로켓(14)은 상기 댐퍼바디(30)의 작은 원통부(38)의 외주면에는 장착되어 있으며, 타이밍 벨트에 의해 크랭크샤프트에 연결되어 상기 캠샤프트(10)에 동력을 전달하는 기능을 수행하는 것으로서, 댐퍼(20)에 체결하기 위한 볼트구멍(58)이 뚫려있다.

상기 댐퍼(20)는 시저 스프링(scissors spring)(22)과 유압 실린더(40)로 구성되는데, 상기 시저 스프링(22)은 일부가 개구된 원형고리 형상으로서 양 단부에 연결홈(24,26)이 형성되어 있다.

또한, 상기 유압 실린더(40)는 내부에 삽입된 피스톤(43)을 기준으로 제 1압력실(44)과 제 2압력실(45)로 나뉘고, 상기 피스톤(43)에는 상기 제 1압력실(44)과 상기 제 2압력실(45)을 통하도록 유로(46)가 형성되어 있으며, 상기 유로(46)의 제 1압력실(44) 측부에는 지지판(48)에 부착된 스프링(49)에 의해 탄지되는 체크볼(47)이 설치되어 있다.

그리고 상기 유압 실린더(40)는, 상기 제 2압력실(45)의 외측부와 상기 피스톤(43)의 로드 단부에 각각 연결홈(41,42)이 형성되어 있어서, 볼트에 의해 상기 시저 스프링(22)의 양단부 연결홈(24,26)과 결합될 수 있는 구조로 되어있다.

한편, 상기 댐퍼바디(30)의 작은 원통부(38)의 원주홈(33)에는 안쪽으로 웨이브 스프링(51)이 삽입되고, 바깥쪽으로 링 리테이너(52)가 삽입된다.

여기서, 상기 웨이브 스프링(51)은 웨이브 굴곡을 갖는 원판형상으로서 상기 스프로켓(14)의 축방향 진동을 감쇠시키는 기능을 갖고 있고, 상기 링 리테이너(52)는 일정 강성을 갖는 고리형상의 원판으로서 상기 스프로켓(14)이 축방향으로 밀리는 것을 방지할 수 있도록 축방향에서 상기 스프로켓(14)을 지지하는 역할을 수행한다.

이어서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 조립과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 시저 스프링(22)과 상기 유압 실린더(40)의 각각 일단부 연결홈(24,41)과 각각 타단부 연결홈(26,42)을 포개어 상기 댐퍼바디(30)의 댐퍼홈(31)에 안착시킨 후, 상기 각각의 일단부 연결홈(24,41)에 볼트(36-2)를 삽입시켜 상기 댐퍼바디(30)에 고정시키고, 상기 각각의 타단부 연결홈(26,42)에 볼트(36-1)를 삽입시켜 상기 스프로켓(14)에 고정시킨다.

즉, 상기 스프로켓(14)은 상기 댐퍼바디(30)의 작은 원통부(38)의 외주면에 장착된 후 볼트(36-1)에 의해 상기 시저 스프링(22)과 상기 유압 실린더(40)에 연결되는 것이다.

그리고, 상기 댐퍼(20)가 장착된 댐퍼바디(30)의 축홈(34)에 캠샤프트(10)의 일단부를 삽입시킨 후, 볼트(36-3)에 의해 상기 댐퍼바디(30)와 상기 캠샤프트(10)를 축결합시킨다.

따라서, 상기 캠샤프트(10)와 상기 스프로켓(14)은 상기 댐퍼바디(30)의 댐퍼홈(31)에 장착된 댐퍼(20)를 매개체로 하여 서로 연결되어진다.

또한, 상기 댐퍼바디(30)의 작은 원통부(38)의 외주면에 형성된 원주홈(33)에 웨이브 스프링(51)과 링 리테이터(52)를 순서대로 삽입시킨다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 2내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 캠샤프트(10)에 구동력이 전달되는 과정을 살펴보면, 엔진의 회전축인 크랭크 샤프트(18)로부터 타이밍벨트(15)에 의해 스프로켓(14)에 구동력이 전달되고, 이어서 상기 구동력은 댐퍼(20) 및 댐퍼바디(30)를 통해 캠샤프트(10)에 전달된다.

이때, 상기 시저 스프링(22) 및 유압실린더(40)는 일정 크기 이하의 힘에 의해서는 압축되거나 인장되지 않으므로 외부에서 들어오는 동력은 감소되지 않고 그대로 캠샤프트(10)에 전달된다.

엔진 작동중에 상기 캠샤프트(10)의 축상에 형성된 캠(12)에 의해 밸브(16)를 개폐시키는 과정중에서 밸브 스프링(17)의 반발력에 의한 급격한 토크 변화가 발생하고, 이러한 변동토크는 캠샤프트(10)에 비틀림 진동을 주고 나아가 타이밍 벨트(15)에 공진소음을 유발시킨다.

이 경우 본 발명에 의하면 상기 밸브 스프링(17)의 반발력에 의한 변동토크에 의해 상기 캠샤프트(10)에 비틀림 진동이 생기는 경우, 시저 스프링(22)과 유압 실린더(40)로 이루어진 댐퍼(20)에 의해 그 비틀림 진동이 흡수된다.

따라서 상기 스프로켓(14)에는 상기 변동토크가 전달되지 않으므로 타이밍 벨트(15)의 공진소음은 방지된다.

상기와 같은 캠샤프트(10)의 비틀림 진동 감쇠과정을 도 7을 참조하여 상세하게 설명하면, 만일 캠샤프트(10)가 회전방향으로 비틀림 진동을 받는 경우 도 7a에 도시된 바와 같이 인장력에 의해 상기 피스톤(43)이 제 1압력실(44)쪽으로 힘을 받게 되므로 상기 피스톤(43)과 유압 실린더(20) 사이의 미세간격을 통해 오일이 제 1압력실(44)에서 제 2압력실(45)로 누유(leak)되면서 상기 캠샤프트(10)의 비틀림 진동을 감쇠시킨다.

이때, 상기 피스톤(43)에 형성된 유로(46)는 상기 스프링(49)의 탄성력에 의한 힘을 받고 있는 체크볼(47)에 의해 막혀있다.

한편, 상기 캠샤프트(10)가 회전 반대방향으로 비틀림 진동을 받는 경우 도 7b에 도시된 바와 같이, 압축력에 의해 상기 피스톤(43)이 제 2압력실(45)쪽으로 힘을 받게 된다.

이 경우 제 2압력실(45)의 압력이 제 1압력실(44)의 것보다 높으므로 스프링(49)에 의해 탄지되고 있던 체크볼(47)이 뒤로 후진하면서 피스톤(43)에 형성된 유로(46)가 열리고, 상기 유로(46)를 통해 오일이 제 2압력실(45)에서 제 1압력실(44)쪽으로 배출되면서 상기 캠샤프트(10)의 비틀림 진동을 감쇠시킨다.

따라서, 상기 밸브 스프링(17)에 의한 변동토크에 의해 캠샤프트(10)가 비틀림 진동을 받게 되더라도 시저 스프링(22)과 유압 실린더(40)로 이루어진 상기 댐퍼(20)에 의해 그 비틀림 진동이 흡수되고 상기 스프로켓(14)에 전달되지 않으므로, 상기 캠샤프트(10)의 내구성이 향상되고 타이밍 벨트(15)의 공진소음이 방지된다.

다른 한편, 상기 스프로켓(14)의 외측부쪽 댐퍼바디(30)의 원주홈(33)에 설치된 웨이브 스프링(51)에 의해 상기 스프로켓(14)의 축방향 진동도 감쇠되므로, 상기 스프로켓(14)을 통해 타이밍 벨트(15)에 전달되는 진동이 현저하게 줄어들게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.

상술한 본 발명에 따른 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치에 의하면, 캠샤프트와 스프로켓 사이에 설치된 댐퍼에 의해 밸브의 변동토크에 의한 캠샤프트의 비틀림 진동이 감쇠되므로, 캠샤프트의 내구성이 향상되고 타이밍 벨트의 공진소음이 방지되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 스프로켓이 장착되는 댐퍼바디의 외측 원주면에 원주홈을 형성하고 그 원주홈에 웨이브 스프링 및 링 리테이너를 삽입 설치함으로써 상기 스프로켓의 축방향 진동을 감쇠시킬수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 캠샤프트의 작동관계를 나타내는 요부사시도,

도 2는 본 발명에 따른 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치를 나타내는 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 댐퍼의 구성을 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 댐퍼바디를 나타내는 측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 스프로켓을 나타내는 정면도 및 측단면도,

도 6은 본 발명에 따른 시저 스프링을 나타내는 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 유압 실린더를 나타내는 측단면도,

도 8은 본 발명에 따른 유압 실린더의 작동상태를 나타내는 작동상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 캠샤프트 12: 캠

14: 스프로켓 15: 타이밍 벨트

16: 밸브 17: 밸브 스프링

18: 크랭크 샤프트 20: 댐퍼

22: 시저 스프링 24,26,41,42: 연결홈

30: 댐퍼바디 31: 댐퍼홈

32, 35, 58: 볼트구멍 33: 원주홈

34: 축홈 36-1,36-2,36-3: 볼트

37: 큰 원통부 38: 작은 원통부

40: 유압 실린더 43: 피스톤

44: 제 1압력실 45: 제 2압력실

46: 유로 47: 체크볼

48: 지지판 49: 스프링

51: 웨이브 스프링 52: 링 리테이너

54: 원통구멍 56: 톱니부

Claims (6)

1. 타이밍 벨트에 의해 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 스프로켓에 의해 회전되고, 왕복운동으로 밸브를 구동하는 복수개의 캠이 형성되어 있는 캠샤프트에 있어서,

   일부는 큰 직경의 원통으로 이루어지고 나머지는 작은 직경의 원통으로 이루어진 형상으로서, 상기 큰 원통의 일측부에 원주방향을 따라 댐퍼홈이 형성되고, 상기 댐퍼바디의 작은 원통의 외주면에는 상기 스프로켓이 장착되어 있으며, 축방향으로 볼트에 의해 상기 캠샤프트에 고정되어지는 댐퍼바디와,

   상기 댐퍼홈에 수용되어 일단부는 상기 댐퍼바디에 연결 고정되고, 타단부는 상기 스프로켓에 연결 고정되는 댐퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 댐퍼는 시저 스프링과 유압 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 시저 스프링은 일부가 개구된 원형고리 형상으로서 양 단부에 연결홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 시저 스프링은 일단부가 상기 유압 실린더의 일측부 및 상기 댐퍼바디에 연결되고, 타단부는 상기 유압 실린더의 타측부 및 상기 스프로켓에 연결되는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 유압 실린더는 내부에 삽입된 피스톤을 기준으로 제 1압력실과 제 2압력실로 나뉘고, 상기 피스톤에는 유로가 형성되고, 상기 유로의 제 1압력실쪽 출구에는 스프링에 의해 탄지되는 체크볼이 설치되는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 댐퍼바디의 작은 원통 외측부 원주면에는 상기 스프로켓의 축방향 진동을 감쇠시킬 수 있도록, 원주홈이 형성되고 상기 원주홈에 웨이브 스프링과 링 리테이너가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 캠샤프트의 비틀림 진동 저감장치.