KR101534720B1

KR101534720B1 - 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈

Info

Publication number: KR101534720B1
Application number: KR1020130159331A
Authority: KR
Inventors: 이안
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-07-24
Also published as: KR20150072071A

Abstract

본 발명은 밸런스 샤프트 유닛 에 관한 것으로, 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트; 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 이격되어 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 평행하게 구비되어 그 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 밸런스 웨이트와 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 밸런스 웨이트; 및 상기 크랭크 샤프트의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 모멘트 밸런스 웨이트;를 포함한다.

Description

밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈{BALANCE SHAFT UNIT AND BALANCE SHAFT MODULE}

본 발명은 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 NVH(Noise Vibration Harshness)를 개선시키고, 엔진의 중량 및 높이를 경감할 수 있는 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.

일반적인 엔진의 밸런스 샤프트는 왕복 2차 기진력 상쇄를 목적으로 엔진 좌우에 각각 1개씩 총 두개의 밸런스 샤프트가 설치된 경우가 있으며, 일반적으로 기어 또는 체인 구동을 통해 크랭크 샤프트와 2배속으로 서로 반대방향으로 회전하게 된다.

그런데, 밸런스 샤프트의 밸런스 웨이트 무게중심이 엔진의 중심부와 옵셋이 되면 밸런스 샤프트에 의하여 오히려 불평형 피칭 모멘트가 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해서는 엔진의 크랭크 샤프트의 중심과 밸런스 샤프트의 중심을 동일 선 상에 위치시키기 위하여 밸런스 샤프트의 길이를 불필요하게 증대시켜야 하는 문제가 있다.

즉, 엔진의 밸런싱 이론에 따르면 엔진의 2차 기진력 상쇄를 위한 밸런스 샤프트의 평형력 발생 위치는 정확히 엔진의 중심선에 일치하여야만 불평형력을 온전히 상쇄하여 불평 모멘트가 발생하지 않게 된다. 하지만 밸런스 샤프트의 구동력 전달은 일반적으로 엔진의 프론트(Front)부 혹은 리어(Rear)부의 기어/스프로켓 구동 등을 통하여 이루어지므로, 밸런스 샤프트의 평형력을 엔진의 사이드뷰(Side View)의 중앙부에 정확하게 일치시키기 위해서는 밸런스 샤프트의 길이가 불필요하게 길어져야 하는 문제가 있고 이로 인해 엔진의 구조가 복잡해지고 중량이 증가되는 문제가 있다.

특히, 앞 엔진 4바퀴 구동（Front engine 4 Wheel Drive）차량의 경우, 드라이브 샤프트가 엔진 중앙 하부를 지나게 되며, 이로 인해 밸런스 샤프트의 길이가 제한되는 문제가 있다.

보다 상세하게는 엔진의 NVH(Noise Vibration Harshness)를 개선시키고, 엔진의 중량 및 높이를 경감할 수 있는 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛은 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트; 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 이격되어 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 평행하게 구비되어 그 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 밸런스 웨이트와 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 밸런스 웨이트; 및 상기 크랭크 샤프트의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 모멘트 밸런스 웨이트;를 포함할 수 있다.

상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트의 길이는 상기 크랭크 샤프트의 길이의 1/2 보다 짧을 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 제3 밸런스 웨이트의 회전 관성력과 동일하고, 상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 2차 불평형력과 동일할 수 있다.

상기 각 모멘트 밸런스 웨이트는 상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트와 동일한 위상으로 각각 제1, 2, 3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 모멘트 밸런스 웨이트; 및 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 180도 위상차로 구비되며, 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 동일한 회전관성력을 갖는 외측 모멘트 밸런스 웨이트;를 포함할 수 있다.

상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트는 동일한 가상의 면에 위치할 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합은 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합과 동일할 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 무게 중심과 상기 제3 밸런스 웨이트의 무게 중심은 동일 가상의 면에 위치할 수 있다.

상기 크랭크 샤프트의 무게 중심으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트의 무게 중심간의 거리와 상기 제1 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱은, 상기 제1 밸런스 샤프트의 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트 간의 거리와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱과 동일할 수 있다.

상기 엔진은 I4 엔진일 수 있다.

상기 각 밸런스 샤프트는 엔진의 크랭크 샤프트와 180도 위상차를 가지고, 상기 크랭크 샤프트의 회전속도의 2배의 속도로 구동될 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트는 제1, 2 돌출부를 포함하고, 상기 제3 밸런스 웨이트는 2개의 제3 돌출부를 포함하며, 상기 제1, 2 돌출부가 상기 제3 돌출부 사이에서 회전할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 엔진의 밸런스 샤프트 모듈은 드라이브 샤프트가 크랭크 샤프트의 무게중심 하부를 지나는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것일 수 있다.

상기 발란스 샤프트 모듈은 발란스 샤프트 모듈 하우징; 상기 발란스 샤프트 모듈 하우징에 구비되며, 상기 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트; 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 이격되어 평행하게 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트; 상기 크랭크 샤프트에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 밸런스 웨이트와 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 밸런스 웨이트; 및 상기 크랭크 샤프트의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 모멘트 밸런스 웨이트; 를 포함하며, 상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트의 길이는 상기 크랭크 샤프트의 길이의 1/2 보다 짧을 수 있다.

상기 발란스 샤프트 모듈 하우징에는 상기 각 밸런스 샤프트와 수직한 방향으로 그 중심 하부에 드라이브 샤프트 홀이 형성되고, 상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트는 상기 드라이브 샤프트 홀과 간섭되지 않도록 상기 발란스 하우징 모듈의 일측에 구비될 수 있다.

상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트는 동일한 가상의 면에 위치하고, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합은 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합과 동일할 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 무게 중심과 상기 제3 밸런스 웨이트의 무게 중심은 동일 가상의 면에 위치하고, 상기 크랭크 샤프트의 무게 중심으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트의 무게 중심간의 거리와 상기 제1 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱은, 상기 제1 밸런스 샤프트의 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트 간의 거리와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱과 동일할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈에 의하면, 엔진의 NVH(Noise Vibration Harshness)를 개선시키고, 엔진의 중량 및 높이를 경감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈에 의하면, 엔진의 레이아웃 등에 의해 밸런스 샤프트의 길이가 제한 되더라도, 밸런싱력을 확보할 수 있다.

도1은 밸런싱 이론과 관련되는 커넥팅 로드를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛과 크랭크 샤프트를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 사시도이다.
도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 모듈의 사시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 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

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

엔진은 왕복운동을 하는 피스톤과 진자운동을 하는 커넥팅 로드에 의한 불평형 모멘트에 대한 밸런싱 설계를 하게 된다. 커넥팅 로드의 경우 피스톤과 연결되어 있는 왕복질량 성분과 크랭크 핀과 연결되어 있는 회전질량 성분으로 구분하기 위하여 집중질량화를 고려하게 되고, 이에 따라 구분되어 엔진의 구동에 따라 관성력을 발생시키게 된다.

도1을 참조하여 설명하면 커넥팅 로드(3)의 왕복질량(Mo) 성분에 의한 왕복운동 관성력은 실린더 중심축과 동일한 방향으로 관성력을 발생시키게 되며, 회전질량(Mr)에 의한 회전관성력은 회전운동의 반경방향으로 관성력을 발생시키게 된다.

이러한 왕복운동 관성력과, 회전운동 관성력은 하기와 같은 수식으로 계산할 수 있다.

상기 수학식 1과 상기 수학식 2에서 Mo는 왕복질량으로서 Mc*h/L로 구할 수 있고, Mr은 회전질량으로서 Mc*(L-h)/L로 구할 수 있으며, Mc는 커넥팅 로드의 질량이고, R은 크랭크반경(스트로크/2)이며, W는 각속도이고, L은 커넥팅 로드 길이이며, h는 커넥팅 로드의 회전질량 중심으로부터 집중질량 중심까지의 거리이고, θ는 크랭크의 위상각이다.

엔진의 밸런싱 설계를 위해서는 상기 수학식 1과 수학식 2의 왕복 1차 관성력과, 2차 관성력 및 회전관성력의 벡터 성분을 엔진 형식별, 크랭크 샤프트의 위상 각도별로 계산함으로써 상기 엔진의 불평형력과 불평형 모멘트 발생여부를 확인할 수 있고, 엔진의 NVH 개선을 위하여 불평형 성분을 상쇄시키는 밸런싱 구조를 설치하여야 한다.

도2는 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛과 크랭크 샤프트를 도시한 도면이고, 도3은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 배치 관계를 설명하는 도면이고, 도4는 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 사시도이다.

도2 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛(120)은 엔진의 크랭크 샤프트(2)와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30), 상기 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30)와 이격되어 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30)와 평행하게 구비되어 그 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트(50)를 포함한다.

상기 크랭크 샤프트(2)에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30)에는 제1, 2 밸런스 웨이트(12, 32)가 각각 구비되고, 제3 밸런스 샤프트(50)에는 제3 밸런스 웨이트(52)가 각각 구비된다.

또한, 상기 크랭크 샤프트(2)의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트(30, 50)에는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트(20, 40)가 구비되고, 상기 제3 밸런스 샤프트(50)에는 제3 모멘트 밸런스 웨이트(60)가 각각 구비된다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트(10, 30, 50)의 길이는 상기 크랭크 샤프트(2)의 길이의 1/2 보다 짧을 수 있다.

도3을 참조하면, 상기 제1, 2 밸런스 웨이트(12, 32)의 회전 관성력은 각각 Z이며, 상기 제3 밸런스 웨이트(52)의 회전 관성력은 2Z 이며, 상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트(12, 32, 52)의 회전 관성력의 합은 상기 2차 불평형력과 동일할 수 있다.

상기 밸런스 웨이트들(12, 32, 52)과 2차 불평형력과의 관계는 후술 하기로 한다.

도3 및 도4를 참조하면, 상기 각 모멘트 밸런스 웨이트(20, 40, 60)는 상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트(12, 32, 52)와 동일한 위상으로 각각 제1, 2, 3 밸런스 샤프트(10, 30, 50)에 구비되는 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56) 및 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56)와 180도 위상차로 구비되며, 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56)와 각각 동일한 회전관성력을 갖는 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18, 28, 58)를 포함한다.

상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56)와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18, 28, 58)는 각각 동일한 가상의 면(F, G)에 위치할 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30)에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36)(18, 28)의 회전관성력은 각각 K로 표시되며, 상기 제3 밸런스 샤프트(50)에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트(56)(58)의 회전관성력은 각각 2K 로 표시된다.

상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트(10, 30, 50)에는 각각 제1, 2, 3 밸런스 샤프트 기어(62, 64, 66)가 각각 구비되며, 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18, 28, 58)는 상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트 기어(62, 64, 66)에 각각 형성될 수 있다.

상기 제1 밸런스 샤프트 기어(62)와 상기 제2 밸런스 샤프트 기어(64)는 나란히 이격되어 구비되며, 상기 제3 밸런스 샤프트 기어(66)는 상기 제1, 2 밸런스 샤프트 기어(62, 64)와 치합되며, 상기 제3 밸런스 샤프트 기어(66)는 상기 제1 밸런스 샤프트 기어(62) 및 상기 제2 밸런스 샤프트 기어(64)와 반대 방향으로 회전한다.

상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56)와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18, 28, 58)의 관계는 후술 하기로 한다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트(12, 32)의 무게 중심과 상기 제3 밸런스 웨이트의 무게 중심은 동일 가상의 면(A')에 위치한다.

상기 크랭크 샤프트(2)의 중심에 수직한 가상의 면(A)으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트(12)의 무게 중심(A')간의 거리(c)와 상기 제1 밸런스 웨이트(12)의 회전관성력(Z)의 곱은, 상기 제1 밸런스 샤프트(10)의 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16)와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18) 간의 거리(d)와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16)의 회전관성력(K)의 곱과 동일할 수 있다.

상기 제1, 2 밸런스 웨이트(12, 32)는 제1, 2 돌출부(14, 34)를 포함하고, 상기 제3 밸런스 웨이트(52)는 2개의 제3 돌출부(54)를 포함하며, 상기 제1, 2 돌출부(14, 34)가 상기 제3 돌출부들(54) 사이에서 회전할 수 있다.

상기 제1, 2, 3 돌출부(14, 34, 54)의 구성을 통해, 상기 각 밸런스 웨이트(12, 32, 52)의 지름을 상대적으로 크게 하며, 밸런싱력을 확보할 수 있다.

상기 2개의 제 3 돌출부(54)는 제1, 2 돌출부(14, 34)와 동일한 지름으로, 상기 각 돌출부(14, 34, 54)가 엇갈려 회전함으로써, 상기 밸런스 샤프트 유닛(120) 전체의 부피를 축소할 수 있다. 그리고, 상기 엔진은 I4 엔진으로 왕복 2차 기진력 이 발생하는 엔진일 수 있다.

도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 작동을 설명하기 위한 도면으로, 회전관성력과 회전관성력에 의한 모멘트의 관계를 도시한 도면이다.

도면에서 M은 왕복 질량을 나타내고, R은 크랭크 반경(스트로크/2)을 나타내며, ω는 각속도(rad/s)를 의미하고, L은 커넥팅 로드의 길이를 의미하고, θ는 크랭크 각도를 의미한다.

Z는 상하 2차 기진력 크기를 의미하고,

로 표현될 수 있다.

K는 피칭 모멘트 상쇄를 위한 밸런스 웨이트 성분을 의미하고, a는 상기 제1, 2 밸런스 샤프트(10, 30)의 수평 위치를 나타내며, b는 상기 제3 밸런스 샤프트(50)의 수직 위치를 나타낸다.

c는 메인 밸런스 웨이트 옵셋 거리를 의미하며, 도3에서 제1, 2, 3 밸런스 웨이트(12, 32, 52)의 무게중심을 나타낸다.

D는 피칭 밸런스 웨이트 간 거리를 의미하며, 도3에서, 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16, 36, 56)와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18, 28, 58)의 무게 중심 간의 거리를 의미한다.

도3 내지 도6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 2차 상하방향 불평형력은 다음과 같다.

즉, 2차 상하방향 불평형력의 최대값은 4Z 가 되며, 상기 제1, 2 밸런스 웨이트(12, 32)의 회전 관성력을 각각 Z로 하고, 상기 제3 밸런스 웨이트(52)의 회전 관성력을 2Z 로 하면, 2차 상하방향 불평형력을 해소할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛의 피칭 모멘트를 구하면 다음과 같다.

즉, 피칭 모멘트의 밸런싱율은

로 나타난다.

즉, 도2에 나타난 바와 같이, 상기 밸런스 웨이트(12, 32, 52)가 상기 크랭크샤프트(2)의 중심으로부터 c 만큼 옵셋되어 시계방향의 피칭 모멘트가 발생하고, 상기 각 모멘트 밸런스 웨이트(20, 40, 60)에 의해 반시계 방향의 피칭 모멘트가 발생한다.

따라서, 상기 크랭크 샤프트(2)의 중심에 수직한 면(A)으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트(12)의 무게 중심(A')간의 거리(c)와 상기 제1 밸런스 웨이트(12)의 회전관성력(Z)의 곱은, 상기 제1 밸런스 샤프트(10)의 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16)와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트(18) 간의 거리(d)와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트(16)의 회전관성력(K)의 곱과 동일하면, 상기 피칭 모멘트를 해소할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 엔진의 밸런스 샤프트 모듈(100)은 드라이브 샤프트가 크랭크 샤프트의 무게중심 하부를 지나는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.

도7은 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 모듈의 사시도이다.

앞서 설명한 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 유닛과 도4 및 도7을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 밸런싱 샤프트 모듈(100)을 설명한다.

상기 발란스 샤프트 모듈(100)은 발란스 샤프트 모듈 하우징(110)을 포함하고, 상기 발란스 샤프트 모듈 하우징(110)에는 상기 각 밸런스 샤프트(10, 30, 50)와 수직한 방향으로 그 중심 하부에 드라이브 샤프트 홀(112)이 형성되고, 상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트(10, 30, 50)는 상기 드라이브 샤프트 홀(112)과 간섭되지 않도록 상기 발란스 하우징 모듈(100)의 일측에 구비될 수 있다.

상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트(10, 30, 50)의 구성 및 작동은 앞서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛(120)과 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 유닛 및 밸런스 샤프트 모듈에 의하면, 엔진의 NVH(Noise Vibration Harshness)를 개선시키고, 엔진의 중량 및 높이를 경감할 수 있고, 엔진의 레이아웃 등에 의해 밸런스 샤프트의 길이가 제한 되더라도, 밸런싱력을 확보할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

2: 크랭크 샤프트 10: 제1 밸런스 샤프트
12: 제1 밸런스 웨이트 14: 제1 돌출부
16: 내측 모멘트 밸런스 웨이트 18: 외측 모멘트 밸런스 웨이트
20: 제1 모멘트 밸런스 웨이트 30: 제2 밸런스 샤프트
32: 제2 밸런스 웨이트 34: 제2 돌출부
36: 내측 모멘트 밸런스 웨이트 38: 외측 모멘트 밸런스 웨이트
40: 제2 모멘트 밸런스 웨이트 50: 제3 밸런스 샤프트
52: 제3 밸런스 웨이트 54: 제3 돌출부
56: 내측 모멘트 밸런스 웨이트 58: 외측 모멘트 밸런스 웨이트
60: 제3 모멘트 밸런스 웨이트 62: 제1 밸런스 샤프트 기어
64: 제2 밸런스 샤프트 기어 66: 제3밸런스 샤프트 기어
100: 밸런스 샤프트 모듈 110: 밸런스 샤프트 모듈 하우징
112: 드라이브 샤프트 홀 120: 밸런스 샤프트 유닛

Claims

엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트;
상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 이격되어 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 평행하게 구비되어 그 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트;
상기 크랭크 샤프트에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 밸런스 웨이트와 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 밸런스 웨이트; 및
상기 크랭크 샤프트의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 모멘트 밸런스 웨이트;
를 포함하되,
상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트의 길이는 상기 크랭크 샤프트의 길이의 1/2 보다 짧은 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 제3 밸런스 웨이트의 회전 관성력과 동일하고,
상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 2차 불평형력과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제3항에 있어서,
상기 각 모멘트 밸런스 웨이트는
상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트와 동일한 위상으로 각각 제1, 2, 3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 모멘트 밸런스 웨이트; 및
상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 180도 위상차로 구비되며, 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 동일한 회전관성력을 갖는 외측 모멘트 밸런스 웨이트;
를 포함하는 밸런스 샤프트 유닛.
제4항에 있어서,
상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트는 동일한 가상의 면에 위치하는 밸런스 샤프트 유닛.
제4항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합은 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제6항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 무게 중심과 상기 제3 밸런스 웨이트의 무게 중심은 동일 가상의 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제7항에 있어서,
상기 크랭크 샤프트의 무게 중심으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트의 무게 중심간의 거리와 상기 제1 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱은,
상기 제1 밸런스 샤프트의 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트 간의 거리와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제1항에 있어서,
상기 엔진은 I4 엔진인 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제1항에 있어서,
상기 각 밸런스 샤프트는 엔진의 크랭크 샤프트와 180도 위상차를 가지고, 상기 크랭크 샤프트의 회전속도의 2배의 속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트는 제1, 2 돌출부를 포함하고,
상기 제3 밸런스 웨이트는 2개의 제3 돌출부를 포함하며,
상기 제1, 2 돌출부가 상기 제3 돌출부 사이에서 회전하는 밸런스 샤프트 유닛.
드라이브 샤프트가 크랭크 샤프트의 무게중심 하부를 지나는 엔진의 밸런스 샤프트 모듈에 있어서,
발란스 샤프트 모듈 하우징;
상기 발란스 샤프트 모듈 하우징에 구비되며, 상기 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 서로 평행하게 구비되어 동일한 방향으로 회전하는 제1, 2 밸런스 샤프트;
상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 이격되어 평행하게 구비되며, 상기 제1, 2 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하는 제3 밸런스 샤프트;
상기 크랭크 샤프트에 의한 2차 불평형력을 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 밸런스 웨이트와 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 밸런스 웨이트; 및
상기 크랭크 샤프트의 피칭 모멘트를 상쇄하기 위해 상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 각각 구비되는 제1, 2 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 제3 모멘트 밸런스 웨이트;
를 포함하며,
상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트의 길이는 상기 크랭크 샤프트의 길이의 1/2 보다 짧은 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제12항에 있어서,
상기 발란스 샤프트 모듈 하우징에는 상기 각 밸런스 샤프트와 수직한 방향으로 그 중심 하부에 드라이브 샤프트 홀이 형성되고,
상기 제1, 2, 3 밸런스 샤프트는 상기 드라이브 샤프트 홀과 간섭되지 않도록 상기 발란스 하우징 모듈의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 제3 밸런스 웨이트의 회전 관성력과 동일하고,
상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트의 회전 관성력의 합은 상기 2차 불평형력과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제13항에 있어서,
상기 각 모멘트 밸런스 웨이트는
상기 제1, 2, 3 밸런스 웨이트와 동일한 위상으로 각각 제1, 2, 3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 모멘트 밸런스 웨이트; 및
상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 180도 위상차로 구비되며, 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 동일한 회전관성력을 갖는 외측 모멘트 밸런스 웨이트;
를 포함하는 밸런스 샤프트 모듈.
제15항에 있어서,
상기 각 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 각 외측 모멘트 밸런스 웨이트는 동일한 가상의 면에 위치하고,
상기 제1, 2 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합은 상기 제3 밸런스 샤프트에 구비되는 내측 및 외측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제16항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트의 무게 중심과 상기 제3 밸런스 웨이트의 무게 중심은 동일 가상의 면에 위치하고,
상기 크랭크 샤프트의 무게 중심으로부터 상기 제1 밸런스 웨이트의 무게 중심간의 거리와 상기 제1 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱은,
상기 제1 밸런스 샤프트의 내측 모멘트 밸런스 웨이트와 상기 외측 모멘트 밸런스 웨이트 간의 거리와 상기 내측 모멘트 밸런스 웨이트의 회전관성력의 곱과 동일한 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제12항에 있어서,
상기 각 밸런스 샤프트는 엔진의 크랭크 샤프트와 180도 위상차를 가지고, 상기 크랭크 샤프트의 회전속도의 2배의 속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1, 2 밸런스 웨이트는 제1, 2 돌출부를 포함하고,
상기 제3 밸런스 웨이트는 2개의 제3 돌출부를 포함하며,
상기 제1, 2 돌출부가 상기 제3 돌출부 사이에서 회전하는 밸런스 샤프트 모듈.