KR101171911B1 - 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 피스톤의 승강에 따라 체적을 변화시켜 압력 변동을 흡수하는 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진은, 실린더 블록의 실린더 내에서 승강하는 피스톤, 상기 피스톤에 커넥팅 로드로 연결되는 크랭크 샤프트, 상기 크랭크 샤프트에 장착되는 밸런스 웨이트, 및 상기 크랭크 샤프트와 상기 밸런스 웨이트를 내장하며, 일측에 연결되는 챔버를 가지는 크랭크 케이스를 포함하며, 상기 크랭크 샤프트의 회전에 연동하여 상기 챔버와 상기 크랭크 케이스의 연통을 단속하는 밸런스 웨이트를 더 포함한다.

Description

가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진 {ENGINE HAVING VARIATION VOLUME CRANK CASE}
본 발명은 피스톤의 승강에 따라 가변 체적을 형성하는 크랭크 케이스를 가지는 엔진에 관한 것이다.
일례로써 설명하면, 엔진 연소시 피스톤과 실린더 사이의 미세한 간극을 통하여 연소실을 빠져 나온 블로바이 가스는 연소 중에 생성되며, 대기 중으로 방출되면 대기오염을 유발하고, 부적절히 처치하면 크랭크 케이스의 내압 상승으로 엔진을 폭발시킬 수 있다.
엔진의 연소 중에 발생된 블로바이 가스는 크랭크 케이스에서 실린더 블록과 실린더 헤드를 관통하여 형성되는 블로바이 통로를 이용하여 헤드 커버로 전달된다. 헤드 커버로 유입된 블로바이 가스는 배플 플레이트를 통하여 가스 내 오일을 걸러내고, PCV 밸브(Positive Crank case Ventilation Valve) 및 브리더를 통하여 흡기계로 유입되어 연소실로 다시 공급된다.
블로바이 가스가 흡기계로 재순환되어 연소되지 않으면 크랭크 케이스 내의 압력 상승으로 엔진 페일(fail)이 일어난다. 블로바이 가스를 원활히 재순환시키기 위하여, 크랭크 케이스와 헤드 커버 사이에 실린더 블록과 실린더 헤드 내의 블로바이 통로를 통하여 원활한 흐름이 보장되어야 한다. 이를 위하여 크랭크 케이스의 체적이 크거나, 블로바이 통로의 단면적이 클 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 피스톤의 승강에 따라 체적을 변화시켜 압력 변동을 흡수하는 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진은, 실린더를 구비하는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 하부에 연결되는 크랭크 케이스, 상기 실린더 내에서 승강하는 피스톤에 커넥팅 로드로 연결되어 상기 크랭크 케이스에 장착되는 크랭크 샤프트, 상기 크랭크 샤프트에 연동하여 작동되고 상기 크랭크 케이스에 장착되는 밸런스 샤프트, 상기 크랭크 케이스에서 연장 형성되는 챔버, 및 상기 밸런스 샤프트에 장착되어 회전 작동으로 상기 챔버와 상기 크랭크 케이스의 연통을 단속하는 밸런스 웨이트를 포함한다.
상기 크랭크 샤프트는 구동기어를 구비하고, 상기 밸런스 샤프트는 상기 구동기어에 결합되는 피동기어를 구비할 수 있다.
상기 챔버는, 상기 크랭크 케이스에 유입구로 연결되고, 상기 밸런스 샤프트는 상기 유입구 측에 장착되며, 상기 밸런스 웨이트는, 상기 밸런스 샤프트의 원주 방향을 따라 반호 상태로 형성될 수 있다.
상기 밸런스 웨이트는, 상기 밸런스 샤프트의 원주 방향을 따라 가면서 상기 유입구에 슬라이딩 접촉하도록 동일 폭으로 형성될 수 있다.
상기 챔버는, 상기 크랭크 샤프트의 길이 방향으로 상기 크랭크 케이스에 대응하도록 상기 크랭크 케이스에 연결되며, 상기 유입구는, 상기 밸런스 샤프트의 길이 방향으로 상기 챔버와 상기 크랭크 케이스 사이에 형성되고, 상기 밸런스 웨이트는, 상기 밸런스 샤프트의 길이 방향으로 상기 유입구에 대응하도록 상기 유입구에 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 크랭크 케이스의 일측에 챔버를 형성하고, 밸런스 웨이트로 챔버를 크랭크 케이스에 연통시킴에 따라, 피스톤의 승강에 따라 크랭크 케이스의 체적을 변화시켜 크랭크 케이스 내의 압력 변동을 흡수할 수 있다. 따라서 일 실시예는 크랭크 케이스의 체적 또는 블로바이 통로를 확장하지 않고도 블로바이 가스를 효과적으로 재순환시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진의 피스톤 상승 상태의 단면도이다.
도 2는 도 1의 크랭크 샤프트와 밸런스 웨이트의 동력 전달 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 엔진의 피스톤 하강 상태의 단면도이다.
도 4는 챔버에 밸런스 웨이트를 설치한 상태의 사시도이다.
도 5 내지 도 8은 유입구에서 밸런스 웨이트의 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진(편의상, 이하에서 "엔진"이라 한다)의 피스톤 상승 상태의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 엔진(1)은 실린더(11)를 구비하는 실린더 블록(10), 실린더 블록(10)의 하부에 연결되는 크랭크 케이스(20) 및 크랭크 케이스(20)의 하부에 연결되어 오일을 공급하는 오일팬(25)을 포함한다.
실린더 블록(10)은 실린더(11)의 개수에 따라 2기통, 3기통 또는 4기통으로 형성될 수 있다. 다기통의 엔진(1)은 연소 순서와 밸런스를 맞추기 위하여 각 기통별로 피스톤(12)의 고유 위상을 가진다. 이와 같은 피스톤(12)의 고유 움직임은 각 기통별로 상하 운동하는 피스톤(12)의 작동에 따라 크랭크 케이스(20) 내의 압력에 영향을 미치거나, 기통별 피스톤(12)의 상대 움직임으로 상쇄되기도 한다.
예를 들면, 3기통 엔진의 경우, 크랭크 샤프트가 120도의 위상 차이를 가지므로 1개의 피스톤이 상승하고, 나머지 2개의 피스톤이 하강하면서 크랭크 케이스에 압력 변동을 미치게 한다. 2기통 엔진의 경우, 각 기통별 위상 차이가 없으므로 2개의 피스톤이 동일 위상으로 상하 운동하면서 피스톤의 행정 체적만큼 크랭크 케이스에 압력을 미치게 한다.
2기통을 예로 들어 설명하면, 엔진(1)은 실린더(11) 내에서 승강하는 피스톤(12)에 커넥팅 로드(13)로 연결되어 크랭크 케이스(20)에 장착되는 크랭크 샤프트(30)와, 크랭크 케이스(20)에 장착되어 크랭크 샤프트(30)에 연동되는 밸런스 샤프트(40)를 포함한다.
도 2는 도 1의 크랭크 샤프트와 밸런스 웨이트의 동력 전달 구조를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 밸런스 샤프트(40)는 외측에 밸런스 웨이트(60)를 구비하여, 2기통 엔진(1)의 NVH(Noise vibration and harshness) 특성을 보상한다.
크랭크 샤프트(30)는 일측에 구동기어(31)를 구비하고, 밸런스 샤프트(40)는 구동기어(31)에 결합되는 피동기어(32)를 구비한다. 구동기어(31)와 피동기어(32)가 상호 결합되므로 크랭크 샤프트(30)의 회전에 따라 밸런스 샤프트(40)가 회전한다.
다시 도 1을 참조하면, 엔진(1)은 크랭크 케이스(20)에서 연장 형성되는 챔버(50)를 포함한다. 밸런스 웨이트(60)는 밸런스 샤프트(40)에 장착되어 회전하면서 챔버(50)와 크랭크 케이스(20)의 연통을 단속한다.
도 3은 도 1에 도시된 엔진의 피스톤 하강 상태의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 피스톤(12)의 승강 작동으로 크랭크 샤프트(30)가 회전하면, 구동기어(31) 및 피동기어(32)에 의하여 밸런스 샤프트(40)가 회전하면서 밸런스 웨이트(60)의 밸런싱 작용으로 NVH 특성을 개선한다.
동시에 밸런스 샤프트(40)에 구비된 밸런스 웨이트(60)가 크랭크 케이스(20)와 챔버(50)의 연통을 단속한다. 따라서 피스톤(12)의 위상 차이에 따라 크랭크 케이스(20) 내에 발생되는 변동 압력은 챔버(50)에서 흡수될 수 있다.
도 4는 챔버에 밸런스 웨이트를 설치한 상태의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 챔버(50)는 크랭크 케이스(20)에 유입구(51)로 연결되어, 밸런스 샤프트(40)로 유입구(51)를 단속할 수 있도록 밸런스 샤프트(40)에 대응한다.
밸런스 웨이트(60)는 밸런스 샤프트(40)의 외주에 장착되며 밸런스 샤프트(40)의 원주 방향을 따라 반호 상태로 형성된다. 따라서 밸런스 샤프트(40)가 회전함에 따라 밸런스 웨이트(60)는 회전하면서 유입구(51)를 차단할 수도 있고, 유입구(51)에서 멀어질 수 있다.
즉 도 3에 도시된 바와 같이, 밸런스 웨이트(60)가 유입구(51)에서 멀어짐에 따라 밸런스 샤프트(40)가 유입구(51)에 노출된다. 이때, 밸런스 웨이트(60)가 유입구(51)를 개방하므로 챔버(50)와 크랭크 케이스(20)는 유입구(51)를 통하여 서로 연통된다.
또한, 밸런스 웨이트(60)는 밸런스 샤프트(40)의 원주 방향을 따라 가면서 동일 폭(W, 도 1 참조)으로 형성된다. 즉 밸런스 웨이트(60)는 밸런스 샤프트(40)의 원주 방향을 따라 직경 방향으로 돌출되는 크기가 동일하여, 유입구(51)에 밀착하는 동안 유입구(51)를 폐쇄한다.
도 4를 참조하면, 챔버(50)는 크랭크 샤프트(30)의 길이 방향으로 크랭크 케이스(20)에 대응하도록 크랭크 케이스(20)에 연결된다. 유입구(51)는 크랭크 샤프트(30)와 나란하게 배치되는 밸런스 샤프트(40)의 길이 방향으로 챔버(50)와 크랭크 케이스(20) 사이에 형성된다. 밸런스 웨이트(60)는 밸런스 샤프트(40)의 길이 방향으로 유입구(51)에 대응하도록 유입구(51)에 배치된다.
도 5 내지 도 8은 유입구에서 밸런스 웨이트의 작동 상태도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 즉 피스톤(12)이 상사점에 위치할 때, 밸런스 샤프트(40)에 구비된 밸런스 웨이트(60)는 유입구(51)를 완전 폐쇄한 상태를 유지한다. 따라서 피스톤(12) 상승시 발생되는 크랭크 케이스(20) 내의 압력 손실은 최소화 된다. 크랭크 케이스(20)는 챔버(50)의 용적을 제외한 만큼 압력 작용 용적이 감소되어 압력 손실을 최소화할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 피스톤(12)이 상사점에서 하강하면, 밸런스 샤프트(40)에 구비된 밸런스 웨이트(60)는 회전하면서 유입구(51)를 폐쇄한 상태에서 유입구(51)를 개방하기 시작한다. 따라서 피스톤(12) 하강시 발생되기 시작하는 크랭크 케이스(20) 내의 압력은 유입구(51)를 통하여 챔버(50)로 흡수되기 시작한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(12)이 하사점에 위치할 때, 밸런스 샤프트(40)에 구비된 밸런스 웨이트(60)는 유입구(51)를 완전 개방 상태로 유지한다. 따라서 피스톤(12) 하강시 발생되는 크랭크 케이스(20) 내의 압력은 유입구(51)를 통하여 챔버(50)로 흡수된다. 크랭크 케이스(20)는 챔버(50)의 용적을 포함한 만큼 압력 작용 용적이 증대되어 압력을 흡수할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 피스톤(12)이 하사점에 위치하면, 밸런스 샤프트(40)에 구비된 밸런스 웨이트(60)는 회전하면서 유입구(51)를 개방한 상태에서 유입구(51)를 폐쇄하기 시작한다. 따라서 피스톤(12) 상승시 발생되기 시작하는 크랭크 케이스(20) 내의 압력 손실은 밸런스 웨이트(60)에 의하여 차단되기 시작한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 크랭크 케이스(20)의 일측에 챔버(50)를 구비하고 유입구(51)를 밸런스 웨이트(60)로 개폐하여, 크랭크 케이스(20) 내의 압력 상승을 방지하므로 크랭크 케이스(20) 또는 블로바이 통로를 확장하지 않으면서도 블로바이 가스를 흡기계로 원활히 재순환시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1 : 엔진 10 : 실린더 블록
11 : 실린더 12 : 피스톤
13 : 커넥팅 로드 20 : 크랭크 케이스
25 : 오일팬 30 : 크랭크 샤프트
31 : 구동기어 32 : 피동기어
40 : 밸런스 샤프트 50 : 챔버
51 : 유입구 60 : 밸런스 웨이트
W : 폭

Claims (5)

  1. 실린더 내에서 승강하는 피스톤에 커넥팅 로드로 연결되어 크랭크 케이스에 장착되는 크랭크 샤프트;
    상기 크랭크 샤프트에 연동하여 작동되고 상기 크랭크 케이스에 장착되는 밸런스 샤프트;
    상기 크랭크 케이스에서 연장 형성되는 챔버; 및
    상기 밸런스 샤프트에 장착되어 회전 작동으로 상기 챔버와 상기 크랭크 케이스의 연통을 단속하는 밸런스 웨이트
    를 포함하는 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크 샤프트는 구동기어를 구비하고,
    상기 밸런스 샤프트는 상기 구동기어에 결합되는 피동기어를 구비하는
    가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 크랭크 케이스에 유입구로 연결되고,
    상기 밸런스 샤프트는 상기 유입구 측에 장착되며,
    상기 밸런스 웨이트는,
    상기 밸런스 샤프트의 원주 방향을 따라 반호 상태로 형성되는
    가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸런스 웨이트는,
    상기 밸런스 샤프트의 원주 방향을 따라 가면서 상기 유입구에 슬라이딩 접촉하도록 동일 폭으로 형성되는
    가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 크랭크 샤프트의 길이 방향으로 상기 크랭크 케이스에 대응하도록 상기 크랭크 케이스에 연결되며,
    상기 유입구는,
    상기 밸런스 샤프트의 길이 방향으로 상기 챔버와 상기 크랭크 케이스 사이에 형성되고,
    상기 밸런스 웨이트는,
    상기 밸런스 샤프트의 길이 방향으로 상기 유입구에 대응하도록 상기 유입구에 배치되는
    가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진.
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