KR100992818B1

KR100992818B1 - 엔진의 크랭크 오프셋 장치

Info

Publication number: KR100992818B1
Application number: KR1020040108191A
Authority: KR
Inventors: 황인기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2010-11-08
Also published as: KR20060069098A

Abstract

본 발명은 엔진의 운전조건에 따라 크랭크 오프셋 량을 조절하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 소음 진동을 저감시킬 수 있는 엔진의 크랭크 오프셋 장치에 관한 것으로, 크랭크 샤프트를 지지하며 외력의 전달에 따라 크랭크 샤프트의 측방향으로 슬라이딩하는 베어링 캡을 구성하고, 베어링 캡을 유압을 이용하여 크랭크 샤프트의 측방향으로 이동시켜 크랭크 오프셋 량을 조절하는 오프셋 조절부를 포함하여 구성한다.

엔진, 크랭크 샤프트, 오프셋, 베어링 캡

Description

엔진의 크랭크 오프셋 장치{CRANK OFFSET CONTROL DEVICE OF ENGINE}

도 1은 엔진 부하에 따른 엔진 회전수별 피스톤 측력을 구한 결과를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 크랭크 오프셋 장치의 구성을 도시한 도면.

본 발명은 엔진의 크랭크 오프셋 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 차량의 엔진에 적용되는 크랭크 오프셋(Crank Offset) 기술은 크랭크 중심선을 실린더 보어 중심선에서 일정량 편심(offset)시켜 피스톤에 작용하는 측력(side force)을 저감하여 마찰손실을 감소시킴으로서 연비를 향상시키는 기술이다.

도 1은 엔진 부하에 따른 엔진 회전수(rpm)별 피스톤 측력(side force)을 구한 결과이다.

도 1을 참조하면, 피스톤 측력이 클수록 피스톤과 실린더 보어사이의 마찰력이 증가하여 연비를 악화시킨다.

저부하 영역에서의 피스톤 측력은 크랭크 오프셋 량이 5~10mm 영역에서 가장 효과적이며, 고부하 영역에서의 피스톤 측력은 크랭크 오프셋(crank offset) 량이 10~15mm 영역에서 가장 효과적이다.

즉, 크랭크 오프셋 량이 가변되는 것이 가장 이상적이지만, 통상 실제 엔진에서는 연비에 중점을 두는 저속/저부하 구간에서 최적 연비효과를 나타내는 크랭크 오프셋 량을 선정하게 된다.

엔진별로 차이는 있으나 대부분 10mm 부근의 값으로 설계하고 있다.

도 1을 참조하면, 운전 조건별 최적의 오프셋 량은

저부하 저속시 10mm, 저부하 중속시 5mm, 고부하 저속시 15mm, 고부하 중속시 10mm이다.

결론적으로 기본 오프셋 량은 10mm로 하되, 5mm, 15mm로 상황에 따라 가변할 수 있다면 최적의 연비를 얻게 됨을 알 수 있다.

또한, 피스톤의 측력은 실린더 블록을 진동시키는 힘으로 작용하므로, 최적의 크랭크 오프셋에 의해 소음 진동도 저감되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 목적은 엔진의 운전조건에 따라 크랭크 오프셋 량을 조절하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 소음 진동을 저감시킬 수 있는 엔진의 크랭크 오프셋 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 크랭크 오프셋 장치 에 있어서, 크랭크 샤프트를 지지하며 외력의 전달에 따라 상기 크랭크 샤프트의 측방향으로 슬라이딩하는 베어링 캡을 구성하고, 상기 베어링 캡을 유압을 이용하여 상기 크랭크 샤프트의 측방향으로 이동시켜 크랭크 오프셋 량을 조절하는 오프셋 조절부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 크랭크 오프셋 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 크랭크 오프셋 장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 크랭크 샤프트(CS)를 지지하며 외력의 전달에 따라 크랭크 샤프트의 측방향으로 슬라이딩하는 베어링 캡(210, 212)(BEARING CAP, B/C)을 구성하고, 베어링 캡(210, 212)을 유압을 이용하여 크랭크 샤프트(CS)의 측방향으로 이동시켜 크랭크 오프셋 량을 조절하는 오프셋 조절부를 포함하여 구성한다.

즉, 기존의 상/하 베어링 캡을 별도로 구성하고, 이를 유압을 이용하여 좌우로 이동시켜 크랭크 오프셋 량을 조절하여 어떠한 운전조건에서도 최적의 연비를 구현하도록 한다.

여기서, 베어링 캡(210, 212)은 크랭크 샤프트 베어링 하우징을 말한다.

오프셋 조절부는 오일 제어 밸브(220)(OIL CONTROL VALVE, OCV), 실린더(230)(CYLINDER), 피스톤(232)(PISTON), 완충부(234), 로드 셀(236)(LOAD CELL), 빔(240)(BEAM)을 포함하여 구성하며, 도 2에 도시된 바와 같이 크랭크 샤프트(CS)를 기준으로 실린더 블록(200)의 양측에 각각 장착된다.

오일 제어 밸브(220)는 엔진 제어부(ECU)로부터 공급되는 제어신호에 따라 미리 설정된 엔진 운전 조건별로 유압 회로를 조절하며, 엔진 제어부로부터 공급되는 오프셋 변경 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 오일 홀로 유압을 전달하도록 오일 흐름을 제어하는 기능을 한다.

실린더(230)는 크랭크 샤프트(CS)가 장착되는 실린더 블록(200)의 양 측면에 형성되어 피스톤(232)이 움직이는 통로를 제공하며, 오일 제어 밸브(220)의 구동에 따라 공급되는 유압을 저장 및 발생한다.

피스톤(232)은 실린더(230)에 발생한 유압에 의해 베어링 캡(210, 212)을 해당되는 방향(도 2를 참조하면 크랭크 샤프트를 기준으로 좌우방향)으로 움직인다.

피스톤(232)은 베어링 캡(210, 212)과 접촉되는 부분이 구(SPHERE)형상으로 형성하여 베어링 캡(210, 212)의 미세한 진동에 의한 마찰을 최소화하며, 피스톤(232)이 접하는 실린더 블록(200)에서 피스톤(232)의 이동 경로에 형성되는 홈에 오링(OR)이 장착되어 로드 셀(236) 측으로 오일이 누유되는 것을 방지하도록 한다.

완충부(234)는 피스톤(232)의 일측에 결합되도록 실린더(230)에 삽입되며, 피스톤(232)에 복원력을 제공하는 스프링(SPRING)으로 구성한다.

완충부(234)는 피스톤(232)의 복원을 도우며, 피스톤(232)의 위치를 감지하는데 필요하다.

로드 셀(236)은 완충부(234)를 가압하는 방향으로 실린더(230)에 장착되며, 완충부(234)에 작용하는 하중의 변화를 감지하여 피스톤(232)의 위치를 검출한다.

빔(240)은 베어링 캡(210, 212)이 슬라이딩할 수 있는 경로(홈)를 제공하며, 베어링 캡(210, 212)을 실린더 블록(200)에 밀착시키는 기능을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 빔(240)은 크랭크 저널마다 한 개씩 구성하며, 격자형 구조로 일체형으로 형성한다.

예를 들어, 빔(240)은 크랭크 저널(4기통인 경우 5개)마다 한 개씩 구성할 수 있으며, 5개를 구성하는 경우 강성측면에서 유리하도록 전체를 격자형 구조로 일체형으로 제작할 수 있다.

참고적으로, 도 2에 도시된 메인 갤러리(MG)는 실린더 블록(200)에 설치된 오일 공급 통로이다.

그리고, 오일 제어 유니트(OIL CONTROL UNIT, OCU)는 전체 시스템을 통제하는 기능을 하며, 엔진 제어부에 내장할 수 있다.

오일 홀(OIL HOLE, #1~#6)들은 오일이 지나가는 통로이다.

오일 챔버(OC)는 크랭크 샤프트 베어링에 오일을 공급할 수 있도록 실린더 블록(200) 측에 설치된 오일 저장부이다.

상기와 같은 구성을 갖고 크랭크 오프셋이 좌측으로 이동(현재 오프셋 10mm -> 5mm로 이동)할 경우 작동하는 순서를 설명한다.

먼저, 메인 갤러리(MG)에서 오일 홀(#1)을 통해 유압이 오일 제어 밸브(220)로 전달된다.(항시 개방)

그러면, 오일 제어 밸브(220)는 오일 홀(#4)을 통하여 유압을 우측 실린더(230)로 전달하게 된다.

이때, 피스톤(232)이 좌측으로 이동하며 크랭크 오프셋 량이 변경된다.

피스톤(232)이 이동하게되면, 스프링 하중 변화가 발생하게 되는데, 이를 로드 셀(236)이 감지하여 베어링 캡(210, 212)의 위치(오프셋 량) 제어를 한다.

이때, 좌측 실린더(230)의 오일은 오일 홀(#2)을 통해 오일 제어 밸브(220)로 전달되고, 오일 홀(#5)을 통해 실린더 블록(200) 내부로 배출된다.

즉, 오일 홀(#5)은 릴리프 역할을 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 크랭크 오프셋 장치는 엔진의 운전조건에 따라 크랭크 오프셋 량을 조절하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 소음 진동 저감의 효과가 있다.

Claims

삭제
크랭크 샤프트를 지지하며 외력의 전달에 따라 상기 크랭크 샤프트의 측방향으로 슬라이딩하는 베어링 캡을 구성하고, 상기 베어링 캡을 유압을 이용하여 상기 크랭크 샤프트의 측방향으로 이동시켜 크랭크 오프셋 량을 조절하는 오프셋 조절부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치에 있어서,

상기 오프셋 조절부는

엔진 제어부로부터 공급되는 제어신호에 따라 미리 설정된 엔진 운전 조건별로 유압 회로를 조절하며, 상기 엔진 제어부로부터 공급되는 오프셋 변경 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 오일 홀로 유압을 전달하도록 오일 흐름을 제어하는 오일 제어 밸브와;

상기 크랭크 샤프트가 장착되는 실린더 블록의 측면에 형성되어 상기 오일 제어 밸브의 구동에 따라 공급되는 유압을 저장/발생하는 실린더와;

상기 실린더에 발생한 유압에 의해 베어링 캡을 해당되는 방향으로 움직이는 피스톤과;

상기 피스톤의 일측에 결합되도록 상기 실린더에 삽입되며, 상기 피스톤에 복원력을 제공하는 완충부와;

상기 완충부를 가압하는 방향으로 상기 실린더에 장착되며, 상기 완충부에 작용하는 하중의 변화를 감지하여 상기 피스톤의 위치를 검출하는 로드 셀을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제2항에 있어서,

상기 오프셋 조절부는 상기 크랭크 샤프트를 기준으로 양측 실린더 블록에 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제3항에 있어서,

상기 베어링 캡이 슬라이딩할 수 있는 경로를 제공하며, 상기 베어링 캡을 실린더 블록에 밀착시키는 기능을 하는 빔을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제4항에 있어서,

상기 빔은 크랭크 저널마다 한 개씩 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제4항에 있어서,

상기 빔은 격자형 구조로 일체형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제2항에 있어서,

상기 피스톤은 베어링 캡과 접촉되는 부분이 구형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.
제7항에 있어서,

상기 피스톤이 접하는 실린더 블록에서 상기 피스톤의 이동 경로에 형성되는 홈에 오링이 장착되어 상기 로드 셀측으로 오일이 누유되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크 오프셋 장치.