KR100793898B1 - 밸런스 샤프트 모듈 - Google Patents

밸런스 샤프트 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인풋기어가 압입 장착되어 축방향으로 거동을 갖는 인풋 샤프트의 단부에 오일에 의한 드래그 포스를 가함으로써 오일에 의한 댐핑효과를 이용하여 인풋 샤프트의 축방향 거동을 최소화시켜 래틀소음뿐 아니라 축방향 거동량의 최소화에 의한 스프로켓의 얼라인먼트 변화량을 최소화하여 체인에 의한 화인소음을 동시에 개선할 수 있도록 하는 밸런스 샤프트 모듈을 제공한다.
밸런스 샤프트 모듈, 오리피스 홀, 인풋 샤프트, 래틀소음

Description

밸런스 샤프트 모듈{BALANCE SHIFT MODULE}
도 1은 일반적인 밸런스 샤프트 모듈의 조립상태를 도시한 투영 사시도이다.
도 2는 일반적인 밸런스 샤프트 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 일반적인 밸런스 샤프트 모듈이 장착되는 엔진 하부의 부분 정면도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 밸런스 샤프트 모듈의 인풋 샤프트 장착부의 단면도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 모듈의 인풋 샤프트 장착부의 단면도 및 확대 단면도이다.
본 발명은 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인풋기어가 압입 장착되어 축방향으로 거동을 갖는 인풋 샤프트의 단부에 오일에 의한 드래그 포스를 가함으로써 오일에 의한 댐핑효과를 이용하여 인풋 샤프트의 축방향 거동을 최소화시켜 래틀소음뿐 아니라 축방향 거동량의 최소화에 의한 스프로켓의 얼라인먼트 변화량을 최소화하여 체인에 의한 화인소음을 동시에 개선할 수 있도록 하는 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 밸런스 샤프트는 직렬 4기통 엔진의 피스톤, 컨넥팅 로드 등의 왕복 질량에 의해 발생되는 2차 불평형력을 상쇄시키고, 그에 따른 2차 진동을 감쇄시켜 차량에서의 가속 부밍을 개선하게 된다.
최근에는 상기한 밸런스 샤프트와 오일펌프를 일체로 하여 실린더 블록 하부에 체결하는 모듈화 개념이 도입되어 컴팩트한 구조의 밸런스 샤프트 모듈이 개발되고 있다.
도 1과 도 2에서는 듀얼 오일펌프(DUAL OIL PUMP)를 갖는 밸런스 샤프트 모듈의 투영 사시도 및 분해 사시도를 도시하고 있으며, 도 3은 상기한 밸런스 샤프트 모듈이 적용된 엔진의 하부 정면도이다.
이러한 밸런스 샤프트 모듈의 구성 및 동력전달경로와 그 작동원리는 다음과 같다.
즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 크랭크샤프트(1)가 회전하면 이에 연결된 구동 스프로켓(3)의 회전으로 체인(5)을 통해, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같은 밸런스 샤프트 모듈의 인풋 스프로켓(7)에 회전력을 전달하여 인풋 샤프트(9)를 회전시키게 된다.
그러면, 상기 인풋 샤프트(9) 상의 구동 인풋기어(11)가 회전하게 되는데, 상기 구동 인풋기어(11)의 회전력은 드라이브 샤프트(13) 상의 일측에 구성된 피동 인풋기어(15)를 통하여 드라이버 샤프트(13)에 전달된다.
이와 같이, 상기 드라이브 샤프트(13)가 회전하면, 드라이브 샤프트(13) 상 의 타측에 장착된 구동 트랜스퍼 기어(17)와 드리븐 샤프트(19) 상의 피동 트랜스퍼 기어(21)를 통하여 회전력이 전달되어 상기 드리븐 샤프트(19)가 회전하여 상기 드라이브 샤프트(13)와 드리븐 샤프트(19)에 각각 일체로 구성된 밸런스 웨이트(23)가 회전하도록 함으로써 2차 불평형력을 상쇄시킬 수 있게 된다.
이러한 구성 및 동력전달경로를 갖는 밸런스 샤프트 모듈은 상기 구동 및 피동 인풋기어(11,15)가 헬리컬 기어로 구성되어 있는 바, 상기 인풋 샤프트(9)가 회전하면 헬리컬 기어로 구성된 구동 및 피동 인풋기어(11,15)의 치각에 의해 회전과 동시에, 도 4에서 도시한 바와 같이, 축방향으로 미세 거동을 발생시키는 경향이 있다.
상기한 바와 같이, 밸런스 샤프트 모듈은 한쌍의 인풋기어(11,15)와 한쌍의 트랜스퍼 기어(17,21)에 의해 동력전달이 이루어지며, 각 기어들의 회전시 기어의 치와 치 사이의 맞물림에 의해 이음이 발생될 수 있으며, 그 중 대표적인 것이 화인소음과 래틀소음이 그것이다.
즉, 화인소음은 각 기어가 맞물리거나 이탈될 때, 각 기어의 치가 미끄러지면서 발생되는 소음이며, 래틀소음은 기어의 치와 치가 맞물리면서 상호 존재하는 간극에 의해 서로를 가격하여 발생되는 소음이다.
또한, 고속회전에 의해 스포로켓과 체인과의 마찰에 의한 회전으로 미끄러짐이 발생한다면 화인성 소음이 발생될 수도 있다.
상기 래틀소음은 특정한 주파수 대역이 아닌 전체 주파수 대역에서 광범위하게 발생되는 것이며, 이것의 주원인으로는 각 기어들 사이에서 존재하는 간극이다.
이 간극은 밸런스 샤프트 모듈 전체 부품의 가공 공차, 조립 공차 등에 의해 생길 수밖에 없는 소음으로 간극을 제거하면, 그 소음은 제거될 수 있겠지만 양산성을 고려한다면 이는 불가능하다.
따라서 상기한 화인소음과 래틀소음을 근본적으로 개선하기 위해서는 실제 작동하는 여러 조건에서 밸런스 샤프트 모듈 전체의 구조를 개선하여 래틀소음에 둔감한 구조의 설계가 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인풋기어가 압입 장착되어 축방향으로 거동을 갖는 인풋 샤프트의 단부에 오일에 의한 드래그 포스를 가함으로써 오일에 의한 댐핑효과를 이용하여 인풋 샤프트의 축방향 거동을 최소화시켜 래틀소음뿐 아니라 축방향 거동량의 최소화에 의한 스프로켓의 얼라인먼트 변화량을 최소화하여 체인에 의한 화인소음을 동시에 개선할 수 있도록 하는 밸런스 샤프트 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈은 선단에 인풋 스프로켓을 장착하고, 중앙에는 구동 인풋기어가 장착되며, 후방에는 제1오일펌프가 장착되는 인풋 샤프트와; 상기 인풋 샤프트에 이웃하여 나란히 배치되며, 전방에는 상기 구동 인풋기어와 치합되는 피동 인풋기어가 장착되고, 후방에는 구동 트랜스퍼 기어가 장착되며, 후단에는 밸러스 웨이트가 일체로 형성되는 드라이브 샤프트와; 상기 인풋 샤프트의 후방에서 상기 드라이브 샤프트에 이웃 하여 나란히 배치되며, 선단에는 제2오일펌프가 장착되고, 후방에는 상기 구동 트랜스퍼 기어와 치합되는 피동 트랜스퍼 기어가 장착되며, 후단에는 밸러스 웨이트가 일체로 형성되는 드리븐 샤프트와; 상기 밸런스 웨이트와 구동 및 피동 트랜스퍼 기어 및 제2오일펌프가 배치되는 어퍼 하우징과 로워 하우징과; 상기 어퍼 하우징과 로워 하우징의 전방에서, 상기 인풋 샤프트 상의 구동 인풋기어와 드라이브 샤프트 상의 피동 인풋기어가 배치되는 제1하우징과, 상기 제1오일펌프가 배치되는 제2하우징, 및 제2오일펌프의 유로를 형성하는 제3하우징으로 구성되는 전방 하우징을 포함하는 밸런스 샤프트 모듈에 있어서,
상기 인풋 샤프트가 장착되는 전방 하우징 중, 제3하우징의 장착홀 내단면 상에는 상기 제3하우징 내부에 형성되는 제2오일펌프의 유로와 연결되어 제2오일펌프로부터 생성되는 유압을 상기 인풋 샤프트의 단부면에 축방향 면압으로 공급하도록 오리피스 홀을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3하우징의 장착홀 내단면 측에는 상기 오리피스 홀을 통하여 공급되는 유압이 상기 인풋 샤프트의 단부면에 고르게 작용하도록 오일챔버를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.
단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 적용하여 설명한다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 모듈의 인풋 샤프트 장착부의 단면도 및 확대 단면도이다.
본 발명이 적용되는 일반적인 밸런스 샤프트 모듈의 전체적인 구성을, 도 1과 도 2를 통하여 먼저 설명한다.
즉, 상기 밸런스 샤프트 모듈은 선단에 인풋 스프로켓(7)을 장착하고, 중앙에는 구동 인풋기어(11)가 장착되며, 후방에는 제1오일펌프(OP1)가 장착되는 인풋 샤프트(9)가 구비된다.
상기 인풋 샤프트(9)에 이웃하여서는 드라이브 샤프트(13)가 나란히 배치되는데, 상기 드라이브 샤프트(13)는 그 전방에 상기 구동 인풋기어(11)와 치합되는 피동 인풋기어(15)가 장착되고, 그 후방에는 구동 트랜스퍼 기어(17가 장착되며, 그 후단에는 밸러스 웨이트(23)가 일체로 형성된다.
그리고 상기 인풋 샤프트(9)의 후방에는 상기 드라이브 샤프트(13)에 이웃하여 드리븐 샤프트(19)가 나란히 배치되는데, 상기 드리븐 샤프트(19)는 그 선단에 제2오일펌프(OP2)가 장착되고, 그 후방에는 상기 구동 트랜스퍼 기어(17)와 치합되는 피동 트랜스퍼 기어(21)가 장착되며, 그 후단에는 밸러스 웨이트(23)가 일체로 형성된다.
이러한 구성에서, 상기 밸런스 웨이트(23)와 구동 및 피동 트랜스퍼 기어(17,21) 및 제2오일펌프(OP2)는 어퍼 하우징(31)과 로워 하우징(33) 내부에 배치되며, 상기 어퍼 하우징(31)과 로워 하우징(33)의 전방에는 전방 하우징(35)이 구성된다.
상기 전방 하우징(35)은 제1하우징(H1)과 제2하우징(H2) 및 제3하우징(H3)으 로 구분되는데, 상기 제1하우징(H1)은 상기 인풋 샤프트(9) 상의 구동 인풋기어(11)와 드라이브 샤프트(13) 상의 피동 인풋기어(15)가 내부에 배치되며, 상기 제2하우징(H2)은 상기 제1오일펌프(OP1)가 내부 설치되며, 상기 제3하우징(H3)은 내부에 상기 제2오일펌프(OP2)의 유로를 형성한다.
이러한 구성을 갖는 밸런스 샤프트 모듈에서, 본 실시예가 적용되는 전방 하우징(35)의 내부에는 상기 인풋 샤프트(9)가 장착되는 제3하우징(H3)의 장착홀(37) 내단면 상에 상기 제3하우징(H3) 내부에 형성되는 제2오일펌프(OP2)의 유로(L)와 연결되는 오리피스 홀(OH)이 형성된다.
즉, 상기 오리피스 홀(OH)은 상기 제2오일펌프(OP2)로부터 생성되는 유압을 상기 인풋 샤프트(9)의 단부면에 축방향 면압으로 공급하도록 원형의 가공홀로 형성된다.
그리고 상기 제3하우징(H3)의 장착홀(37) 내단면 측에는 상기 오리피스 홀(OH)을 통하여 공급되는 유압이 상기 인풋 샤프트(9)의 단부면에 고르게 작용하도록 소정의 공간부로 이루어지는 오일챔버(OC)를 별도로 형성한다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 밸런스 샤프트 모듈은 체인구동에 의해 인풋 스프로켓(7)이 회전하면, 인풋 샤프트(9) 상에 헬리컬 기어로 이루어진 구동 인풋기어(11)가 피동 인풋기어(15)에 회전력을 전달하는 과정에서, 인풋 샤프트(9)에 축방향으로 미세 거동을 발생시키게 된다.
이때, 상기 인풋 샤프트(9)의 단부면에는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 오리피스 홀(OH)을 통하여 제2오일펌프(OP2)로부터 공급되는 유압에 의해 드래그 포스 를 가함으로써 오일에 의한 댐핑 효과를 이용하여 축방향으로의 거동을 최소화시켜 래틀소음뿐 아니라 축방향 거동량의 최소화에 의한 인풋 스프로켓(7)의 얼라인먼트 변화량을 최소화하여 체인에 의한 화인소음도 개선하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈에 의하면, 인풋기어가 압입 장착되어 축방향으로 거동을 갖는 인풋 샤프트의 단부면에 대하여 오리피스 홀을 통하여 제2오일펌프로부터의 공급되는 유압에 의한 드래그 포스를 가함으로써 오일에 의한 댐핑효과를 이용하여 인풋 샤프트의 축방향 거동을 최소화시켜 래틀소음뿐 아니라 축방향 거동량의 최소화에 의한 스프로켓의 얼라인먼트 변화량을 최소화하여 체인에 의한 화인소음을 동시에 개선할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 선단에 인풋 스프로켓을 장착하고, 중앙에는 구동 인풋기어가 장착되며, 후방에는 제1오일펌프가 장착되는 인풋 샤프트와; 상기 인풋 샤프트에 이웃하여 나란히 배치되며, 전방에는 상기 구동 인풋기어와 치합되는 피동 인풋기어가 장착되고, 후방에는 구동 트랜스퍼 기어가 장착되며, 후단에는 밸러스 웨이트가 일체로 형성되는 드라이브 샤프트와; 상기 인풋 샤프트의 후방에서 상기 드라이브 샤프트에 이웃하여 나란히 배치되며, 선단에는 제2오일펌프가 장착되고, 후방에는 상기 구동 트랜스퍼 기어와 치합되는 피동 트랜스퍼 기어가 장착되며, 후단에는 밸러스 웨이트가 일체로 형성되는 드리븐 샤프트와; 상기 밸런스 웨이트와 구동 및 피동 트랜스퍼 기어 및 제2오일펌프가 배치되는 어퍼 하우징과 로워 하우징과; 상기 어퍼 하우징과 로워 하우징의 전방에서, 상기 인풋 샤프트 상의 구동 인풋기어와 드라이브 샤프트 상의 피동 인풋기어가 배치되는 제1하우징과, 상기 제1오일펌프가 배치되는 제2하우징, 및 제2오일펌프의 유로를 형성하는 제3하우징으로 구성되는 전방 하우징을 포함하는 밸런스 샤프트 모듈에 있어서,
    상기 인풋 샤프트가 장착되는 전방 하우징 중, 제3하우징의 장착홀 내단면 상에는 상기 제3하우징 내부에 형성되는 제2오일펌프의 유로와 연결되어 제2오일펌프로부터 생성되는 유압을 상기 인풋 샤프트의 단부면에 축방향 면압으로 공급하도록 오리피스 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3하우징의 장착홀 내단면 측에는 상기 오리피스 홀을 통하여 공급되는 유압이 상기 인풋 샤프트의 단부면에 고르게 작용하도록 오일챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
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