KR101163371B1 - 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 구동과 연계하여 동작되는 오일 펌프의 오일 펌핑량이 엔진이 중저속 운전영역에 있을 경우에 증대되도록 하기 위한 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 관한 것으로,
크랭크 샤프트의 일단에 마련된 구동 스프로켓과 메인 오일 펌프의 펌프축에 마련된 종동 스프로켓이 체인으로써 연결되고, 상기 펌프축의 도중에 마련된 제1기어와 제1 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제2기어가 맞물려 형성되고, 상기 제1 밸런스 샤프트의 도중에 마련된 제3기어와 제2 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제3기어가 맞물려 형성되는 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 있어서,
상기한 제2 밸런스 샤프트의 일측단에 오일 팬 내의 오일을 펌핑하기 위한 서브 오일 펌프가 추가로 형성되어지되, 상기한 서브 오일 펌프에서 펌핑된 오일은 엔진이 고속 운전영역에서 운전될 때에는 오일 팬으로 바이패스 되도록 상기 제2 오일 펌프와 엔진의 메인 오일 갤러리 사이를 연결하는 제2 오일 통로의 도중에는 오일의 흐름방향을 제어하기 위한 릴리프 밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.
오일 펌프, 밸런스 샤프트, 릴리프 밸브

Description

오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조{Oil pumps and balance shafts}
도 1은 본 발명에 의해 구성된 오일 펌프 및 밸런스 샤프트의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 오일 펌프에서 펌핑된 오일의 흐름을 제어하기 위한 블럭도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 오일 펌프의 작동상태를 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 제 1 밸런스 샤프트 41 : 제2 밸런스 샤프트
50 : 메인 오일 펌프 51 : 제1 오일 통로
60 : 서브 오일 펌프 61 : 제2 오일 통로
70 : 메인 오일 갤러리 80 : 릴리프 밸브
90 : 오일 팬
본 발명은 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 구동과 연계하여 동작되는 오일 펌프의 오일 펌핑량이 엔진이 중저속 운전영역에 있을 경우에 증대되도록 하기 위한 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 관한 것이다.
엔진은 실린더 내에서 피스톤이 상하동작되는 과정에서 상당한 수준의 마찰열이 발생될 뿐만 아니라, 연소실에서의 연료 연소에 의한 상당한 수준의 연소열이 발생된다. 이와 같은 연소열 및 마찰열에 의해 엔진이 열해를 입는 것을 막기 위해서 엔진의 곳곳에는 윤활 및 냉각을 위한 오일이 공급될 수 있도록 오일 갤러리, 오일 패시지를 비롯한 오일 제트 등이 형성된다.
엔진의 각 부분에 형성된 오일공급 라인으로의 오일 공급을 위해서 실린더 블럭의 일측에는 크랭크 샤프트의 구동에 의해서 회전동작되는 오일 펌프가 형성된다.
그리고 소정 크기 이상의 엔진에는 크랭크 샤프트, 피스톤 및 커넥팅 로드 등 엔진 무빙계(Moving system)의 구동에 따른 관성 모멘트 및 우력의 발생을 감쇄시키기 위한 밸런스 샤프트가 장착된다. 이와 같은 밸런스 샤프트는 엔진의 크기에 따라서 1~2개 정도 장착되는 것이 일반적이다. 이와 같이 크랭크 샤프트의 회전을 원활하게 하기 위해 장착되는 밸런스 샤프트 중에는 오일팬에 저장된 오일에 그 일부가 잠긴 채로 크랭크 샤프트와 기어로써 연결되는 것이 일반적이다.
한편, 도 5 내지 도 6은 본 출원인에 의해서 출원되어 공개된 대한민국 특허공개공보(특2003-0030116호)에 공개된 도면으로, 2개의 밸런스 샤프트(40,41)와 1개의 오일 펌프(30)가 모듈화된 채로 엔진(20)의 하부 오일 팬 측에 장착된 상태의 도면이다. 이와 같이 밸런스 샤프트(40,41)와 오일 펌프(30)를 일체로 모듈화하는 가장 큰 이유는 밸런스 샤프트(40,41)의 구동이 오일 펌프(30)에 의한 기어를 통해서 이루어지게 되므로서, 밸런스 샤프트(40,41)와 크랭크 샤프트(21)를 연결하는 체인(23)의 장착이 생략될 수 있게 되어 밸런스 샤프트(40,41)의 구동에 따른 소음이 저감될 수 있기 때문이다.
이를 위해, 상기한 크랭크 샤프트(21)의 일단에 마련된 구동 스프로켓(22)과 오일 펌프(30)의 펌프축(31)에 마련된 종동 스프로켓(32)이 체인(23)으로써 연결되고, 상기 펌프축(31)의 도중에 마련된 제1기어(33)와 제1 밸런스 샤프트(40)의 일단에 마련된 제2기어(42)가 맞물려 형성되고, 상기 제1 밸런스 샤프트(40)의 도중에 마련된 제3기어(43)와 제2 밸런스 샤프트(41)의 일단에 마련된 제4기어(44)가 맞물려 형성된다.
그런데 상기와 같이 구성된 1개의 오일 펌프만이 장착된 경우에는 엔진의 운전영역에 따른 가변적인 오일공급이 불가능하므로서, 엔진의 고속 운전영역 및 중저속운전영역에 대한 최적의 오일공급이 불가능하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 구동과 연계하여 동작되는 오일 펌프의 오일 펌핑량이 엔진이 중저속 운전영역에 있을 경우에 증대되도록 하기 위한 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적달성을 위한 수단으로서,
크랭크 샤프트의 일단에 마련된 구동 스프로켓과 메인 오일 펌프의 펌프축에 마련된 종동 스프로켓이 체인으로써 연결되고, 상기 펌프축의 도중에 마련된 제1기어와 제1 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제2기어가 맞물려 형성되고, 상기 제1 밸런스 샤프트의 도중에 마련된 제3기어와 제2 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제4기어가 맞물려 형성되는 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 있어서,
상기한 제2 밸런스 샤프트의 일측단에 오일 팬 내의 오일을 펌핑하기 위한 서브 오일 펌프가 추가로 형성되어지되,
상기한 서브 오일 펌프에서 펌핑된 오일은 엔진이 고속 운전영역에서 운전될 때에는 오일 팬으로 바이패스 되도록 상기 제2 오일 펌프와 엔진의 메인 오일 갤러리 사이를 연결하는 제2 오일 통로의 도중에는 오일의 흐름방향을 제어하기 위한 릴리프 밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조 및 그에 따른 바람 직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의해 구성된 오일 펌프 및 밸런스 샤프트의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 오일 펌프에서 펌핑된 오일의 흐름을 제어하기 위한 블럭도이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 오일 펌프의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도면에 표시되는 도면부호 50과 60은 각각 본 발명에 의해서 형성된 메인 오일 펌프와 서브 오일 펌프를 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래의 기술에서 사용된 도면부호가 그대로 인용된다.
상기한 메인 오일 펌프(50)와 서브 오일 펌프(60)는 각각 크랭크 샤프트 구동시 관성력과 우력을 흡수하기 위해 엔진의 실린더 블럭 하부측에 형성된 제1 밸런스 샤프트(40) 및 제2 밸런스 샤프트(42)의 일측에 장착되므로서, 상기 제1 밸런스 샤프트(40) 및 제2 밸런스 샤프트(41)의 구동을 위한 크랭크 샤프트의 동력전달을 원동력으로 구동되도록 구성되는 것이다.
이를 위하여 상기한 메인 오일 펌프(50)는 종래기술의 설명에서 소개된 바와 같이 제1 밸런스 샤프트(40)의 일단에 설치된 제2 기어(42)에 치합된 제1 기어(33)가 축설되어 있는 펌프축(31)의 일단(도면상 우측단)에 마련되어 있으며(도 1 참조), 상기한 서브 오일 펌프(60)는 메인 오일 펌프(50)가 설치되어 있는 펌프축(31)의 일측(도면상 우측)에 설치되어 있는 제2 밸런스 샤프트(41)의 일단(도면상 좌측단)에 마련된다. 즉, 메인 오일 펌프(50)의 구동축은 상기 펌프축(31)이 되는 것이고, 서브 오일 펌프(60)의 구동축은 제2 밸런스 샤프트(41)가 되는 것이다.
특히, 일반적인 엔진에서와 마찬가지로 상기 메인 오일 펌프(50)에서 펌핑된 오일은 엔진의 메인 오일 갤러리(70)를 향하여 흐르도록 상기 메인 오일 펌프(50)와 메인 오일 갤러리(70)를 연결하는 제1 오일 통로(51)의 도중에는 오일의 흐름방향을 제어하기 위한 별도의 릴리프 밸브가 형성되지 않는다.
그러나, 상기 서브 오일 펌프(60)에서 펌핑된 오일은 엔진의 운전 영역에 따라서 그 흐름방향이 달라질 수 있도록 하기 위하여 상기 서브 오일 펌프(60)와 메인 오일 갤러리(70)를 연결하는 제2 오일 통로(61)의 도중에는 오일의 흐름방향을 제어하기 위한 릴리프 밸브(80)가 장착된다.
상기한 릴리프 밸브(80)는 엔진이 중저속 운전영역에서 운전되는 경우에는 상기 서브 오일 펌프(60)에서 펌핑된 오일이 메인 오일 갤러리(70)로 향하는 것을 허용하지만, 엔진이 고속 운전영역에서 운전되는 경우에는 상기 서브 오일 펌프(60)에서 펌핑된 오일이 메인 오일 갤러리(70)로 유입되지 않고 오일 팬(90)으로 귀환되도록 설정된 것이다.
이는 엔진의 운전영역이 중저속 운전영역에 있을 경우에는 엔진의 회전수와 비례하여 동작되는 오일 펌프의 성능이 엔진 전체의 윤활을 위한 오일을 펌핑하는데에는 부족하지만, 엔진이 고속 운전영역에 있을 경우에는 오일 펌프의 성능 또한 향상되어 엔진에 상대적으로 충분한 오일이 공급될 수 있는 점을 감안한 것이다.
즉, 엔진의 운전영역이 중저속일 경우에는 2개의 오일 펌프를 가동시키고, 엔진의 운전영역이 고속일 경우에는 메인 오일 펌프(50)에서 펌핑된 오일만이 메인 오일 갤러리(70)로 향하도록 하기 위한 것이다.
릴리프 밸브(80)는 상기한 바와 같이 구성된 서브 오일 펌프(60)와 오일 메 인 갤러리(70)를 연결하는 제2 오일 통로(61)의 도중에 형성되며, 그 제어는 엔진의 운전을 제어하는 전자제어장치의 제어에 의해서 이루어지도록 설정될 수도 있으며, 상기한 메인 오일 펌프 및 서브 오일 펌프에서 펌핑되는 오일압에 의해서 이루어지도록 설정될 수도 있는 것이다.
이상과 같이 구성되는 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 작동상태를 이하에 간략히 설명한다.
엔진이 구동됨과 동시에 상기한 메인 오일 펌프(50)를 구성하는 펌프축(31)이 구동됨과 동시에 상기한 제1 밸런스 샤프트(40) 및 제2 밸런스 샤프트(41)가 구동되면서 상기한 서브 오일 펌프(60)를 구동시키게 된다.
그런데 본 발명이 적용된 엔진의 운전영역이 고속 영역에 있을 경우에는 엔진의 구동속도와 비례하여 동작되는 메인 오일 펌프(50)에서 펌핑되는 오일만으로도 엔진에서 필요로 하는 오일량이 충분히 공급하게 된다.
따라서 상기한 서브 오일 펌프(60)에서 펌핑되는 오일은 메인 오일 갤러리(70)로 향하지 않고 오일 팬(90)으로 바이패스될 수 있도록 상기 릴리프 밸브(80)가 동작된다. 즉, 서브 오일 펌프(60)는 구동되어 오일을 펌핑하게 되지만 엔진에 마련된 메인 오일 갤러리(70)로는 오일을 공급하지 않게 된다.
반면에, 엔진의 운전영역이 중저속 영역에 있을 경우에는 메인 오일 펌프(50) 및 서브 오일 펌프(60)의 펌핑 능력은 상대적으로 저하되어 어느 1개의 오일 펌프 만으로는 엔진에서 필요로 하는 충분한 오일을 공급하지 못하게 되므로서, 상기한 오일 펌프(50,60)들로부터 엔진의 메인 오일 갤러리(70)를 연결하는 제1 오일 통로(51) 및 제2 오일 통로(61)는 모두 개방된 상태가 되도록 상기 릴리프 밸브(80)가 동작된다.
한편, 상기한 메인 오일 펌프(50) 및 서브 오일 펌프(60)의 구동은 제1 밸런스 샤프트(40) 및 제2 밸런스 샤프트(41)와 함께 구동되면서 크랭크 샤프트의 구동에 따른 엔진의 관성력 및 우력을 흡수하게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 각부로 오일을 펌핑하는 오일 펌프의 구동이 엔진 하부에 마련되는 밸런스 샤프트의 구동과 함께 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 오일 펌프에서 펌핑된 오일량은 엔진의 운전영역에 따라서 달라지도록 하므로서, 엔진의 윤활 및 냉각성능이 최적의 상태로 이루어지도록 하는 장점뿐 아니라, 오일 펌프의 수가 증가되지만 오일 펌프와 밸런스 샤프트가 모듈화됨에 따라 엔진 전체의 중량 및 조립공정은 축소될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 크랭크 샤프트의 일단에 마련된 구동 스프로켓과 메인 오일 펌프의 펌프축에 마련된 종동 스프로켓이 체인으로써 연결되고, 상기 펌프축의 도중에 마련된 제1기어와 제1 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제2기어가 맞물려 형성되고, 상기 제1 밸런스 샤프트의 도중에 마련된 제3기어와 제2 밸런스 샤프트의 일단에 마련된 제4기어가 맞물려 형성되는 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조에 있어서,
    상기한 제2 밸런스 샤프트(41)의 일측단에 오일 팬(90) 내의 오일을 펌핑하기 위한 서브 오일 펌프(60)를 추가로 형성하되,
    상기한 서브 오일 펌프(60)에서 펌핑된 오일은 엔진이 고속 운전영역에서 운전될 때에 오일 팬(90)으로 바이패스되도록 하며, 엔진이 중저속 운전영역에서 운전될 때에는 오일 갤러리(70)로 공급되도록 상기 제2 오일 펌프(60)와 엔진의 메인 오일 갤러리(70) 사이를 연결하는 제2 오일 통로(61)의 도중에 오일의 흐름방향을 제어하기 위한 릴리프 밸브(80)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 펌프와 밸런스 샤프트의 구조.
  2. 삭제
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