KR101500409B1 - 엔진의 밸런스 샤프트 모듈 - Google Patents

엔진의 밸런스 샤프트 모듈 Download PDF

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Abstract

엔진의 밸런스 샤프트 모듈이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈은 실린더 블록의 크랭크 챔버 내부에 크랭크 샤프트와 평행하게 배치되고, 내부에 길이방향으로 오일통로가 형성되며, 일측 외주면에 스러스트 지지단이 일체로 형성된 밸런스 샤프트와, 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입된 상태로, 스러스트 지지단에 지지되는 스러스트 플레이트와, 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입되어 스러스트 플레이트를 지지한 상태로, 밸런스 샤프트의 일단에 볼트 체결되는 밸런스 기어를 포함하는 것으로서, 밸런스 샤프트의 일단부 외주면과 스러스트 플레이트의 내주면 사이에 오일간극을 형성하되, 크랭크 챔버의 내면에 형성되는 복수의 저널부와 밸런스 샤프트 사이의 오일간극 보다는 크게 형성된다.

Description

엔진의 밸런스 샤프트 모듈{BALANCE SHAFT MODULE OF ENGINE}
본 발명은 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸런스 샤프트의 내구성 향상 및 엔진의 구동에 따른 진동을 최소화시키며, 실린더 블록의 레이아웃을 향상시키는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진의 구조는 실린더 블록과, 실린더 블록 상에 흡/배기 밸브 및 개폐기구가 설치된 실린더 헤드, 및 실린더 블록 하부에 장착되어 엔진오일이 저장되는 오일 팬을 포함한다.
상기 실린더 블록에는 다수개의 실린더(예를 들어 4기통 엔진의 경우 4개, 6기통 엔진의 경우 6개)가 형성되어 있고, 각 실린더 내에는 연료와 혼합된 혼합공기를 압축하여 폭발시키는 피스톤이 왕복이동 가능하게 설치되어 있다.
각각의 피스톤은 커넥팅 로드와 연결되고, 커넥팅 로드의 하단에는 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 크랭크 샤프트가 연결되어 있으며, 상기 크랭크 샤프트의 회전력은 클러치를 통해 회전속도를 바꾸어주는 변속기로 전달될 수 있도록 되어 있다.
크랭크 샤프트는 실린더 내에서 혼합공기가 폭발할 경우, 하강되는 피스톤의 움직임, 즉, 폭발행정에서의 피스톤 하강으로 전달된 힘에 의해 회전되며, 다른 행정인 흡입, 압축, 배기 행정 동안에는 오히려 회전을 멈추려고 하는 힘이 작용하게 된다.
따라서 크랭크 샤프트의 일측 단부에는 회전관성을 유발하여 크랭크 샤프트가 멈추려고 하는 힘을 최대한 억제시키기 위한 플라이 휠이 장착되어 있으며, 이로 인해 크랭크 샤프트는 상기와 같은 각 행정에 상관없이 원활한 회전이 가능하게 된다.
그러나 상기와 같은 구성의 일반적인 엔진의 경우, 엔진 구동 시, 피스톤은 상하 왕복운동을 하는 반면 크랭크 샤프트는 회전운동을 하므로, 아래로 이동되는 피스톤에 위로 향하는 힘인 수직 우력과 피스톤 횡 방향 요동에 대한 수평 우력에 기인하여 2차원 방향으로 불평등 모멘트가 발생되며, 따라서 엔진이 심하게 떨리는 문제가 있었다.
이에 따라, 불평등 모멘트에 따른 상기한 엔진 진동을 상쇄시킬 목적으로, 밸런스 샤프트(balance shaft)를 일반적으로 채택하고 있다. 밸런스 샤프트는 아이들 기어로서 상기 크랭크 샤프트와 전동 가능하게 연결되어 있으며, 웨이트(weight)라 불리 우는 편향된 무게추를 일체로 구비하고 있다.
따라서, 크랭크 샤프트 회전에 의해 상기 밸런스 샤프트가 회전되면, 편향된 상기 웨이트의 회전으로 기진력이 발생되며, 이와 같은 기진력은 전술한 불평등 모멘트를 상쇄시키는 진동으로 작용함으로써, 엔진 구동에 따른 진동을 감소시킨다.
그러나, 종래의 밸런스 샤프트의 경우, 기진력 발생을 위해 편향된 무게추 즉, 상기 웨이트를 구비하는 샤프트 단면이 구간(또는 영역)에 상관없이 일정한 구성으로 이루어져, 엔진 길이방향으로 구간에 따라 다르게 나타나는 불평등 모멘트에 효과적으로 대응하지 못하는 문제가 있었다.
하부 웨이트의 단면적을 구간별로 달리하거나, 웨이트의 편향 반경을 크거나 작게 함으로써, 위와 같은 불평등 모멘트에 대응되도록 할 수 있으나, 이 방법은 밸런스 샤프트의 전체적인 사이즈를 실질적으로 증가시키게 되므로, 실린더 블록의 레이아웃(lay-out)에 크게 영향을 끼치는 문제가 있다.
또한, 실린더 블록과 접속된 저널 측에 오일이 지속적으로 제공될 수 있도록, 종래 밸런스 샤프트 중앙에는 샤프트 길이 방향을 따라 오일통로가 형성되는데, 종래에는 샤프트 선단으로부터 구멍을 내어 오일통로를 가공한 후, 별도의 씰링부재를 이용해 상기 선단에 형성된 구멍을 폐쇄시킴으로써, 밀폐된 오일통로를 형성하기 위해서는 가공 후 씰링부재와 같은 별도의 부재가 요구되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 밸런스 샤프트의 내구성 향상 및 엔진의 구동에 따른 진동을 최소화시키며, 실린더 블록의 레이아웃을 향상시키는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 실린더 블록의 크랭크 챔버 내부에 크랭크 샤프트와 평행하게 배치되고, 내부에 길이방향으로 오일통로가 형성되며, 일측 외주면에 스러스트 지지단이 일체로 형성된 밸런스 샤프트와, 상기 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입된 상태로, 상기 스러스트 지지단에 지지되는 스러스트 플레이트와, 상기 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입되어 상기 스러스트 플레이트를 지지한 상태로, 상기 밸런스 샤프트의 일단에 볼트 체결되는 밸런스 기어를 포함하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 있어서, 상기 밸런스 샤프트의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트의 내주면 사이에 오일간극을 형성하되, 상기 크랭크 챔버의 내면에 형성되는 복수의 저널부와 상기 밸런스 샤프트 사이의 오일간극 보다는 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 밸런스 샤프트는 상기 크랭크 챔버의 내부 양측에 형성하되, 상기 크랭크 챔버의 전, 후방향 길이에 대응하는 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 스러스트 플레이트의 내측면과 상기 밸런스 샤프트의 스러스트 지지단 사이, 및 상기 스러스트 플레이트의 외측면과 상기 밸런스 기어 사이에는 미세오일간극이 형성될 수 있다.
또한, 상기 스러스트 플레이트의 내측면과 상기 밸런스 샤프트의 스러스트 지지단 사이의 미세오일간극과 상기 스러스트 플레이트의 외측면과 상기 밸런스 기어 사이의 미세오일간극은 동일한 간극으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 미세오일간극은 상기 크랭크 챔버의 내면에 형성되는 복수의 저널부와 상기 밸런스 샤프트 사이의 오일간극 보다는 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 밸런스 샤프트를 크랭크 챔버의 내부 양측에서 크랭크 챔버의 전, 후방향 길이에 대응하는 길이로 길게 배치하고, 밸런스 샤프트와 스러스트 플레이트 사이의 오일간극, 크랭크 챔버의 저널부와 밸런스 샤프트 사이의 오일간극, 및 미세오일간극을 통해 밸런스 샤프트의 내구성 향상 및 엔진의 구동에 따른 진동을 최소화시키며, 실린더 블록의 레이아웃을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(1)은 밸런스 샤프트의 내구성 향상 및 엔진의 구동에 따른 진동을 최소화시키며, 실린더 블록의 레이아웃을 향상시키는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(1)은 밸런스 샤프트(10), 스러스트 플레이트(20), 및 밸런스 기어(30)를 포함한다.
상기 밸런스 샤프트(10)는 실린더 블록(3)의 크랭크 챔버(5) 내부에 크랭크 샤프트(미도시)와 평행하게 배치되고, 내부에 길이방향으로 오일통로(11)가 형성되며, 일측 외주면에 스러스트 지지단(13)이 일체로 형성된다.
여기서, 상기 밸런스 샤프트(10)는 상기 크랭크 챔버(5)의 내부 양측에 형성하되, 상기 크랭크 챔버(5)의 전, 후방향 길이에 대응하는 길이로 형성된다.
즉, 상기 밸런스 샤프트(10)가 엔진의 길이방향에 걸쳐 길게 배치됨으로써, 엔진의 무게중심이 엔진의 길이방향 중심에 오게 되며, 이는 엔진의 진동을 최소화시키는 효과가 있다.
상기 스러스트 플레이트(20)는 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부에 삽입된 상태로, 상기 스러스트 지지단(13)에 지지되며, 알루미늄의 재질로 이루어진다.
상기 밸런스 기어(30)는 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부에 삽입되어 상기 스러스트 플레이트(20)를 지지한 상태로, 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단에 볼트(B) 체결된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(1)은 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트(20)의 내주면 사이에 오일간극(40)을 형성하되, 상기 크랭크 챔버(5)의 내면에 형성되는 복수의 저널부(7)와 상기 밸런스 샤프트(10) 사이의 오일간극(40) 보다는 크게 형성된다.
상기와 같은 이유는, 스러스트 플레이트(20)가 알루미늄의 재질로 이루어져 상기 밸런스 샤프트(10)의 하중을 지지하는 것이 불가능하므로, 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트(20)의 내주면 사이의 오일간극(40)이 상기 크랭크 챔버(5)의 내면에 형성되는 복수의 저널부(7)와 상기 밸런스 샤프트(10) 사이의 오일간극(40) 보다는 크게 형성되는 것이다.
그리고 상기 스러스트 플레이트(20)의 내측면과 상기 밸런스 샤프트(10)의 스러스트 지지단(13) 사이, 및 상기 스러스트 플레이트(20)의 외측면과 상기 밸런스 기어(30) 사이에는 미세오일간극(50)이 형성된다.
여기서, 상기 스러스트 플레이트(20)의 내측면과 상기 밸런스 샤프트(10)의 스러스트 지지단(13) 사이의 미세오일간극(50)과 상기 스러스트 플레이트(20)의 외측면과 상기 밸런스 기어(30) 사이의 미세오일간극(50)은 동일한 간극으로 형성된다.
이러한 미세오일간극(50)은 상기 크랭크 챔버(5)의 내면에 형성되는 복수의 저널부(7)와 상기 밸런스 샤프트(10) 사이의 오일간극(40) 보다는 작게 형성된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(1)은 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트(20)의 내주면 사이의 오일간극(40)을 상기 크랭크 챔버(5)의 내면에 형성되는 복수의 저널부(7)와 상기 밸런스 샤프트(10) 사이의 오일간극(40) 및 상기 스러스트 플레이트(20)의 내측면과 상기 밸런스 샤프트(10)의 스러스트 지지단(13) 사이의 미세오일간극(50)과 상기 스러스트 플레이트(20)의 외측면과 상기 밸런스 기어(30) 사이의 미세오일간극(50) 보다 크게 형성한다.
한편, 상기 밸런스 샤프트(10)의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트(20)의 내주면 사이의 오일간극(40)에는 많은 양의 오일이 새어나가는데, 상기와 같이 새어나가는 많은 양의 오일은 상기 스러스트 플레이트(20)의 내측면과 상기 밸런스 샤프트(10)의 스러스트 지지단(13) 사이의 미세오일간극(50)과 상기 스러스트 플레이트(20)의 외측면과 상기 밸런스 기어(30) 사이의 미세오일간극(50)이 새어나가는 오일의 양을 조절하여 오일의 누설량을 최소화한다.
즉, 오일이 최종적으로 누설되는 부분은 상기 스러스트 플레이트(20)의 내측면과 상기 밸런스 샤프트(10)의 스러스트 지지단(13) 사이의 미세오일간극(50)과 상기 스러스트 플레이트(20)의 외측면과 상기 밸런스 기어(30) 사이의 미세오일간극(50)이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(1)은 밸런스 샤프트(10)를 크랭크 챔버(5)의 내부 양측에서 크랭크 챔버(5)의 전, 후방향 길이에 대응하는 길이로 길게 배치하고, 밸런스 샤프트(10)와 스러스트 플레이트(20) 사이의 오일간극(40), 크랭크 챔버(5)의 저널부(7)와 밸런스 샤프트(10) 사이의 오일간극(40), 및 미세오일간극(50)을 통해 밸런스 샤프트(10)의 내구성 향상 및 엔진의 구동에 따른 진동을 최소화시키며, 실린더 블록(3)의 레이아웃을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1...엔진의 밸런스 샤프트 모듈 3...실린더 블록
5...크랭크 챔버 7...저널부
10...밸런스 샤프트 11...오일 통로
13...스러스트 지지단 20...스러스트 플레이트
30...밸런스 기어 40...오일간극
50...미세오일간극 B...볼트

Claims (5)

  1. 실린더 블록의 크랭크 챔버 내부에 크랭크 샤프트와 평행하게 배치되고, 내부에 길이방향으로 오일통로가 형성되며, 일측 외주면에 스러스트 지지단이 일체로 형성된 밸런스 샤프트와, 상기 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입된 상태로, 상기 스러스트 지지단에 지지되는 스러스트 플레이트와, 상기 밸런스 샤프트의 일단부에 삽입되어 상기 스러스트 플레이트를 지지한 상태로, 상기 밸런스 샤프트의 일단에 볼트 체결되는 밸런스 기어를 포함하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 있어서,
    상기 밸런스 샤프트의 일단부 외주면과 상기 스러스트 플레이트의 내주면 사이에 오일간극을 형성하되, 상기 크랭크 챔버의 내면에 형성되는 복수의 저널부와 상기 밸런스 샤프트 사이의 오일간극 보다는 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스 샤프트는
    상기 크랭크 챔버의 내부 양측에 형성하되, 상기 크랭크 챔버의 전, 후방향 길이에 대응하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트의 내측면과 상기 밸런스 샤프트의 스러스트 지지단 사이, 및 상기 스러스트 플레이트의 외측면과 상기 밸런스 기어 사이에는 미세오일간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트의 내측면과 상기 밸런스 샤프트의 스러스트 지지단 사이의 미세오일간극과 상기 스러스트 플레이트의 외측면과 상기 밸런스 기어 사이의 미세오일간극은 동일한 간극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 미세오일간극은
    상기 크랭크 챔버의 내면에 형성되는 복수의 저널부와 상기 밸런스 샤프트 사이의 오일간극 보다는 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈.
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