KR101368072B1 - 가변형 밸런스 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 운전 영역에서의 엔진 소음 및 진동을 억제하여, 운전자 및 승객의 승차감을 향상시키는 가변형 밸런스 샤프트를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 각각 분리된 질량을 가지는 적어도 2개의 밸런스 웨이트 및 각각 상이한 강성을 가지는 적어도 2개의 탄성체를 포함하는 가변형 밸런스 샤프트를 개시한다.

Description

가변형 밸런스 샤프트{Variable balance shaft}

본 발명은 가변형 밸런스 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 밸런스 샤프트는 엔진의 회전에 의해 야기되는 진동을 상쇄시키기 위한 별도의 회전축이다.

현재 엔진 개발 시 동일한 배기량이라 하여도 과거의 엔진에 비해 고 압축비 및 최적 설계로 인한 높은 토크를 내게 되고, 이로 인해 예전에는 무시하였던 진동들도 영향을 미치게 되어 운전자에게 불편을 초래한다.

이러한 진동을 억제하기 위해서는 첫째로 밸런스 샤프트를 이용하여 진동의 원인을 없애는 방법이나, 마운팅 기술을 최적화하여 진동이 발생한 다음 운전자에게 전달되지 않도록 하는 방법 등이 있다.

통상 직렬 4기통 엔진은 피스톤 어셈블리, 피스톤핀 등과 같은 왕복 질량체로 인한 불평형 왕복 관성력이 발생하는데, 이러한 왕복 관성력은 엔진을 상하로 움직이게 하는 피칭모멘트(Pitching moment)와 엔진을 좌우로 흔드는 롤링모멘트(Rolling moment)를 발생시키게 되며, 피칭모멘트와 롤링 모멘트를 제거 또는 억제하기 위하여 밸런스 샤프트를 사용한다.

이러한 밸런스 샤프트는 엔진의 작동에 따라 회전되면서 발생하는 진동 및 소음을 밸런스 샤프트의 언밸런스 질량에 의해 발생하는 힘을 이용하여 상기 피칭모멘트와 롤링 모멘트를 상쇄시키는 역할을 한다.

그러나 종래의 밸런스 샤프트는 회전축에서 언밸런스 질량의 중심까지의 거리가 상수(Constant)이기 때문에 밸런스 샤프트에서 발생하는 힘은 샤프트의 회전 속도에만 의존하는 함수가 된다. 따라서 특정 운전 구간의 엔진 진동 및 소음만을 상쇄시킬 수 있는 한계가 있다.

본 발명은 다양한 운전 영역에서의 엔진 소음 및 진동을 억제하여 운전자 및 승객의 승차감을 향상시키는 가변형 밸런스 샤프트를 제공한다.

본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트는 상기 엔진의 크랭크 샤프트측과 맞물려 회전하며 외주면에 적어도 2개의 탭이 형성된 샤프트; 상기 샤프트에 결합되며, 외주면에 홈이 형성되고, 상기 홈 아래에는 홀이 형성된 적어도 2개의 밸런스 웨이트; 상기 홈에 안착 되며 탄성과 강성을 가지는 적어도 2개의 탄성체; 및 일측은 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트와 상기 적어도 2개의 탄성체를 동시에 관통하며 상기 적어도 2개의 탭과 각각 결합하고, 타측은 상기 홈에 각각 삽입되는 적어도 2개의 고정부재를 포함한다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트는 상기 샤프트가 회전하는 경우 원심력에 의해 상기 샤프트와 일정 거리 이격 될 수 있다.

상기 원심력은 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성보다 강하다.

상기 일정 거리는 상기 샤프트의 회전속도, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량, 및 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성에 따라 변할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량이 서로 상이하고, 또한, 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성은 서로 상이할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량이 서로 상이하고, 또한, 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성은 모두 동일 할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량이 모두 동일하고, 또한, 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성은 서로 상이할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트는 동일한 체적을 가지고, 상이한 물질로 형성되는 밸런스 웨이트를 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트는 상이한 체적을 가지고, 동일한 물질로 형성되는 밸런스 웨이트를 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트는 상이한 체적을 가지고, 상이한 물질로 형성되는 밸런스 웨이트를 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 탄성체는 동일한 권수를 가지고, 상이한 물질로 형성되는 탄성체를 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 탄성체는 상이한 권수를 가지고, 동일한 물질로 형성되는 탄성체를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트는 각각 분리된 질량을 가지는 적어도 2개의 밸런스 웨이트 및 각각 상이한 강성을 가지는 적어도 2개의 탄성체를 포함하여, 다양한 운전 영역에서의 엔진 진동 및 소음을 억제하는 동시에 운전자 및 승객의 승차감을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 가변형 밸런스 샤프트의 A-A'에 대한 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트를 도시한 측면 분해도이다.

이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 가변형 밸런스 샤프트에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 가변형 밸런스 샤프트에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 가변형 밸런스 샤프트의 A-A'에 대한 수직 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가변형 밸런스 샤프트를 도시한 측면 분해도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 가변형 밸런스 샤프트(100)는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 샤프트(110), 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120), 적어도 2개의 탄성체(130) 및 적어도 2개의 고정부재(140)를 포함한다.

상기 샤프트(110)는 엔진의 크랭크 샤프트측(미도시)과 맞물려 회전하는 회전축이며, 외주면에 적어도 2개의 탭(111)이 형성된다.

여기서 상기 샤프트(110)와 엔진의 크랭크 샤프트측(미도시) 사이의 기어비를 조정하면, 상기 샤프트(110)의 회전 속도를 조정할 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)는 외주면에 홈(121)이 형성되고, 상기 홈(121) 아래에는 홀(122)이 형성된 금속성 물질로 부채꼴 기둥 형상이다.

그러나 본 발명이 이러한 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 형상을 한정하는 것은 아니다.

여기서 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)는 체적이나 구성 물질을 다르게 하여 각각 다른 질량을 가질 수 있다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 내주면은 샤프트(110)의 외주면과 맞닿아 있으나, 상기 샤프트(110)가 회전하는 경우, 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)는 원심력으로 인해 샤프트(110)에서 일정 거리 이격 된다.

상기 적어도 2개의 탄성체(130)는 중심이 뚫려 있는 강성과 탄성을 가지는 탄성체이며, 상기 홈(121)에 안착 된다.

여기서 상기 적어도 2개의 탄성체(130)는 스프링 또는 고무로 형성될 수 있으며, 권수나 구성 물질을 다르게 하여 각각 다른 강성을 가질 수 있다.

그러나 본 발명이 이러한 상기 적어도 2개의 탄성체(130)의 구성 물질을 한정하는 것은 아니다.

상기 적어도 2개의 고정부재(140)는 금속성 물질로 일측은 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 홈(122)과, 적어도 2개의 탄성체(130)의 중심을 동시에 관통하여 상기 적어도 2개의 탭(111)과 각각 결합하고, 타측은 상기 홈(121)에 각각 삽입된다.

여기서, 상기 적어도 2개의 고정부재(140)는 볼트 형상을 가진다.

그러나 본 발명이 이러한 상기 적어도 2개의 고정부재(140)의 형상을 한정하는 것은 아니다.

상기 적어도 2개의 고정부재(140)는 샤프트(110)가 회전하는 경우, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 이탈을 방지한다.

상기 적어도 2개의 탄성체(130)는 적어도 2개의 고정부재(140)에 의해 홈(121)에 위치 고정되며, 상기 샤프트(110)가 회전하는 경우, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)에 발생하는 원심력에 대항해서, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)를 반대 방향으로 밀어낸다.

여기서, 상기 적어도 2개의 탄성체(130)의 강성은 샤프트(110)가 회전하여 발생하는 원심력보다 작아서, 상기 샤프트(110)가 회전하는 경우, 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)는 원심력으로 인해 샤프트(110)에서 일정 거리 이격 된다.

상기 샤프트(110)와 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)가 이격 되는 거리는 샤프트(110)의 회전속도, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 질량, 및 상기 적어도 2개의 탄성체(130)의 강성에 따라 변하게 된다.

상기 이격 되는 거리는 샤프트(110)의 회전속도가 클수록, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 질량이 클수록, 상기 적어도 2개의 탄성체(130)의 강성이 작을수록 이격 되는 거리는 늘어난다.

상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트(120)의 질량 및 적어도 2개의 탄성체(130)의 강성을 설계상에서 동일 또는, 상이하게 제어하면, 다양한 운전 영역에서의 엔진 진동 및 소음을 억제할 수 있어, 운전자 및 승객의 승차감을 향상시킬 수 있다.

100: 가변형 밸런스 샤프트 110: 샤프트
111: 탭 120: 밸런스 웨이트
121: 홈 122: 홀
130: 고정부재 140: 탄성체

Claims (16)

1. 엔진의 진동 및 소음을 억제하는 가변형 밸런스 샤프트에 있어서,
   상기 엔진의 크랭크 샤프트측과 맞물려 회전하며 외주면에 적어도 2개의 탭이 형성된 샤프트;
   상기 샤프트에 결합되며, 외주면에 홈이 형성되고, 상기 홈 아래에는 홀이 형성된 적어도 2개의 밸런스 웨이트;
   상기 홈에 안착 되며 탄성과 강성을 가지는 적어도 2개의 탄성체; 및
   일측은 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트와 상기 적어도 2개의 탄성체를 동시에 관통하여 상기 적어도 2개의 탭과 각각 결합하고, 타측은 상기 홈에 각각 삽입되는 적어도 2개의 고정부재를 포함하고,
   상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량이 서로 상이하고, 또한, 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트는 상기 샤프트가 회전하는 경우 원심력에 의해 상기 샤프트와 일정 거리 이격 되는 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 원심력은 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성보다 강한 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 일정 거리는 상기 샤프트의 회전속도, 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량, 및 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
5. 삭제
6. 삭제
7. 엔진의 진동 및 소음을 억제하는 가변형 밸런스 샤프트에 있어서,
   상기 엔진의 크랭크 샤프트측과 맞물려 회전하며 외주면에 적어도 2개의 탭이 형성된 샤프트;
   상기 샤프트에 결합되며, 외주면에 홈이 형성되고, 상기 홈 아래에는 홀이 형성된 적어도 2개의 밸런스 웨이트;
   상기 홈에 안착 되며 탄성과 강성을 가지는 적어도 2개의 탄성체; 및
   일측은 상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트와 상기 적어도 2개의 탄성체를 동시에 관통하여 상기 적어도 2개의 탭과 각각 결합하고, 타측은 상기 홈에 각각 삽입되는 적어도 2개의 고정부재를 포함하고,
   상기 적어도 2개의 밸런스 웨이트의 질량이 모두 동일하고, 또한, 상기 적어도 2개의 탄성체의 강성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 탄성체는 동일한 권수를 가지고, 상이한 물질로 형성되는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
12. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 탄성체는 상이한 권수를 가지고, 동일한 물질로 형성되는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
13. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 탄성체는 상이한 권수를 가지고, 상이한 물질로 형성되는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 밸런스 샤프트.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

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