KR101534727B1 - 밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈 - Google Patents

밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밸런스 샤프트 구조에 관한 것으로, 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비된 제1 밸런스 샤프트; 및 상기 제1 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비된 제2 밸런스 샤프트;를 포함한다.

Description

밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈{BALANCE SHAFT STRUCTURE AND BANANCE SHAFT MODULE}
본 발명은 밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 길이를 짧게 구성하여도 밸런싱력이 확보될 수 있는 밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.
밸런스 샤프트는 엔진의 피스톤의 왕복 운동과 커텍팅 로드의 복합적인 운동에 의한 진동을 저감하는 구성으로, 편심된 웨이트(weight)가 결합되어 있다.
상기 웨이트에 의한 회전관성력을 이용하여 진동을 저감하며, 회전관성력은 질량에 비례하고, 그 회전중심과의 거리의 제곱에 비례한다.
도4 및 도5는 일반적인 발란스 샤프트 구조를 설명하는 도면으로, 특히 I4 엔진의 기어 구동형 밸런스 샤프트를 도시한 도면이다.
도4 및 도5를 참조하면, 피스톤(1)의 왕복 운동이 커넥팅 로드에 의해 크랭크 샤프트(2)로 전달되고, 크랭크 샤프트(2)의 회전이 매개 기어(3)를 통해 밸런스 샤프트들(5, 8)로 전달된다.
상기 밸런스 샤프트들(5, 8)은 밸런스 샤프트 기어들(4, 7)로 서로 치합되어 있으며, 상기 밸런스 샤프트들(5, 8)는 상기 크랭크 샤프트(2)의 회전속도의 2배 속도로 회전한다.
상기 밸런스 샤프트들(5, 8)들은 상기 피스톤(1)과 상기 크랭크 샤프트(2)의무게 중심을 이은 가상의 선(X)과 대칭되게 배치되며, 상기 밸런스 샤프트들(5, 8)에는 각각 대칭 형상의 웨이트들(6, 9)이 구비된다.
상기 밸런스 샤프트들(5, 8)들간의 거리, 즉 밸런스 샤프트 기어들(4, 7) 간의 거리는 L1으로 표시되어 있으며, 상기 밸런스 샤프트들(5, 8)의 중심과 상기 웨이트(6, 9)들의 끝단 간의 거리(L2)는 상기 L1의 절반 미만이 된다.
상기 기어 구동형 밸런스 샤프트(5, 8)의 기어(4, 7)들의 중심 거리는 크랭크기어의 피치원지름(PCD; Pitch Circle Diameter)에 따라 정해진다.
한편, 엔진의 하부에 드라이브 샤프트 등의 부재가 구비되면, 엔진 하부에 장착되는 밸런스 샤프트의 길이가 한정될 수도 있다.
따라서, 상기 밸런스 샤프트(5, 8)의 길이 축소시 밸런싱율이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명은, 밸런스 샤프트의 길이를 축소 하더라도 밸런싱율을 확보할 수 있는 밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 구조는 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비된 제1 밸런스 샤프트; 및 상기 제1 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비된 제2 밸런스 샤프트;를 포함할 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 동일한 회전관성력을 가질 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 각각 부채꼴 형상이며, 그 반지름의 길이가 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리보다 짧고, 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리의 1/2 보다는 길 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 돌출부를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 삽입부를 포함하며, 상기 돌출부가 상기 삽입부 내측을 통해 회전할 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 외측 돌출부를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 내측 돌출부를 포함하며, 상기 내측 돌출부가 상기 외측 돌출부 사이를 통해 회전할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 밸런스 샤프트 모듈은 밸런스 모듈 하우징; 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비되며, 상기 밸런스 모듈 하우징에 구비되는 제1 밸런스 샤프트; 상기 제1 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비되고, 상기 밸런스 모듈 하우징에 구비되며, 상기 제1 밸런스 샤프트와 설정 거리 이격된 제2 밸런스 샤프트;를 포함할 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 동일한 회전관성력을 가질 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 각각 부채꼴 형상이며, 그 반지름의 길이가 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리보다 짧고, 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리의 1/2 보다는 길 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 돌출부를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 삽입부를 포함하며, 상기 돌출부가 상기 삽입부 내측을 통해 회전할 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 외측 돌출부를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 내측 돌출부를 포함하며, 상기 내측 돌출부가 상기 외측 돌출부 사이를 통해 회전할 수 있다.
상기 제1 밸런스 샤프트에는 상기 크랭크 샤프트로부터 회전을 전달받는 구동 기어 및 제1 밸런스 샤프트 기어가 구비되며, 상기 제2 밸런스 샤프트에는 상기 제1 밸런스 샤프트 기어와 직결되는 제2 밸런스 샤프트 기어가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 구조 및 밸런스 샤프트 모듈에 의하면, 밸런스 샤프트의 길이를 축소 하더라도 밸런싱율을 확보할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조를 도시한 사시도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조를 도시한 사시도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 모듈을 도시한 사시도이다.
도4 및 도5는 일반적인 발란스 샤프트 구조를 설명하는 도면이다.
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.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조를 도시한 사시도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 구조는 크랭크 샤프트(도4의 도면번호 2 참조)와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트(20)가 구비된 제1 밸런스 샤프트(10) 및 상기 제1 밸런스 샤프트(10)와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트(20)와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트(40)가 구비된 제2 밸런스 샤프트(30)를 포함한다.
상기 제1 밸런스 웨이트(20)와 상기 제2 밸런스 웨이트(40)는 동일한 회전관성력을 가질 수 있다.
상기 제1 밸런스 웨이트(20)와 상기 제2 밸런스 웨이트(40)는 각각 부채꼴 형상이며, 그 반지름의 길이(R1, R2)는 상기 제1 밸런스 샤프트(10)와 상기 제2 밸런스 샤프트(30) 간의 거리(A)보다 짧고, 상기 제1 밸런스 샤프트(10)와 상기 제2 밸런스 샤프트(30) 간의 거리의 1/2 (B)보다는 길 수 있다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제1 밸런스 웨이트(10)와 상기 제2 밸런스 웨이트(30) 중 어느 하나는 돌출부(42)를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트(10)와 상기 제2 밸런스 웨이트(30) 중 다른 하나는 삽입부(22)를 포함하며, 상기 돌출부(42)가 상기 삽입부(22) 내측을 통해 회전할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 발란스 웨이트(40)와 상기 제1 발란스 웨이트(20)는 동일한 반지름을 가지며 각각 하나의 웨이트 부재(42)와 2개의 웨이트 부재(23, 24)를 포함하고, 제1 발란스 웨이트(40)의 웨이트 부재(23, 24)의 두께의 합은 상기 제2 발란스 웨이트(40)의 웨이트 부재(42)와 동일한 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 밸런스 샤프트(10)에는 제1 밸런스 샤프트 기어(12)가 장착되고, 상기 제2 밸런스 샤프트(30)는 제2 밸런스 샤프트 기어(32)가 장착되며, 상기 제1 밸런스 샤프트 기어(12)와 상기 제2 밸런스 샤프트 기어(32)가 치합하여 회전하기 때문에 상기 제1 밸런스 샤프트(10)와 상기 제2 밸런스 샤프트(30) 간의 거리(A)가 제한된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조에서는, 상기 제1 발란스 웨이트(20)와 상기 제2 발란스 웨이트(40)는 동일하지 않은 형상으로 동일한 회전관성력을 가질 수 있고, 그 반지름을 상대적으로 크게 할 수 있어 발란싱율이 상대적으로 크게 된다. 따라서, 상기 발란스 샤프트(10, 30)의 전체 길이를 짧게 할 수 있어, 엔진 레이아웃의 제약에 대응 가능하다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조를 도시한 사시도이다.
도2를 참조하면, 제1 밸런스 샤프트(50)와 제2 밸런스 샤프트(70)는 제1 밸런스 샤프트 기어(52)와 제2 밸런스 샤프트 기어(72)가 각각 장착되며, 상기 제1 밸런스 샤프트 기어(52)와 상기 제2 밸런스 샤프트 기어(72)가 치합하여, 상기 제1 밸런스 샤프트 기어(52)와 상기 제2 밸런스 샤프트 기어(72) 간의 거리에 의해 발란스 웨이트의 반지름이 제한된다. 여기서, 도면번호 54는 상기 크랭크 샤프트(도4의 도면번호 2 참조)로부터 회전 동력을 전달 받는 구동 기어이다.
상기 제1 밸런스 샤프트(50)와 제2 밸런스 샤프트(70)에 각각 장착되는 제1 밸런스 웨이트(50)와 제2 밸런스 웨이트(70) 중 어느 하나는 외측 돌출부(62,64)를 포함하며, 상기 제1 밸런스 웨이트(50)와 상기 제2 밸런스 웨이트(70) 중 다른 하나는 내측 돌출부(82,84)를 포함하며, 상기 내측 돌출부(82,84)가 상기 외측 돌출부(62,64) 사이를 통해 회전할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 발란스 웨이트(60)와 상기 제2 발란스 웨이트(80)는 동일한 반지름을 가지며 각각의 웨이트 부재(62,64)와 웨이트 부재(82,84)는 동일한 두께를 갖고, 동일한 반지름을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조에서는, 상기 제1 발란스 웨이트(60)와 상기 제2 발란스 웨이트(80)는 동일하지 않은 형상으로 동일한 회전관성력을 가질 수 있고, 그 반지름을 상대적으로 크게 할 수 있어 발란싱율이 상대적으로 크게 된다. 따라서, 상기 발란스 샤프트(50,70)의 전체 길이를 짧게 할 수 있어, 엔진 레이아웃의 제약에 대응 가능하다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 모듈을 도시한 사시도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 밸런스 샤프트 모듈은 밸런스 모듈 하우징(110), 크랭크 샤프트(도4의 도면번호2 참조)와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비되며, 상기 밸런스 모듈 하우징(110)에 구비되는 제1 밸런스 샤프트(50), 상기 제1 밸런스 샤프트(50)와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비되고, 상기 밸런스 모듈 하우징(110)에 구비되며, 상기 제1 밸런스 샤프트(50)와 설정 거리 이격된 제2 밸런스 샤프트(70)를 포함한다.
상기 제1 밸런스 샤프트(50)와 상기 제2 밸런스 샤프트(70)는 도1 및 도2에서 설명한 밸런스 웨이트(20, 60, 40, 80)이 각각 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 본 발명의 실시예에 의한 밸런스 샤프트 모듈에는 앞서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구조가 적용될 수 있으며, 그 구성 및 기능은 동일하므로, 반복되는 설명은 생략한다.
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.
10: 제1 밸런스 샤프트 12: 제1 밸런스 샤프트 기어
20: 제1 밸런스 웨이트 22: 삽입부
23, 24: 30: 제2 밸런스 샤프트 32: 제2 밸런스 샤프트 기어
40: 제2 밸런스 웨이트 42: 돌출부
50: 제1 밸런스 샤프트 60: 제1 밸런스 웨이트
62,64: 외측 돌출부 70: 제2 밸런스 샤프트
80: 제2 밸런스 웨이트 82: 내측 돌출부
54: 구동 기어 110: 밸런스 샤프트 모듈 하우징

Claims (11)

  1. 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비된 제1 밸런스 샤프트; 및
    상기 제1 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비된 제2 밸런스 샤프트;
    를 포함하되,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 동일한 회전관성력을 갖는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 각각 부채꼴 형상이며,
    그 반지름의 길이가 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리보다 짧고, 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리의 1/2 보다는 긴 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구조.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 삽입부를 포함하며,
    상기 돌출부가 상기 삽입부 내측을 통해 회전하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구조.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 외측 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 내측 돌출부를 포함하며,
    상기 내측 돌출부가 상기 외측 돌출부 사이를 통해 회전하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구조.
  6. 밸런스 모듈 하우징;
    크랭크 샤프트와 연동되어 회전하며, 제1 밸런스 웨이트가 구비되며, 상기 밸런스 모듈 하우징에 구비되는 제1 밸런스 샤프트;
    상기 제1 밸런스 샤프트와 반대 방향으로 회전하며, 상기 제1 밸런스 웨이트와 동일하지 않은 형상의 제2 밸런스 웨이트가 구비되고, 상기 밸런스 모듈 하우징에 구비되며, 상기 제1 밸런스 샤프트와 설정 거리 이격된 제2 밸런스 샤프트;
    를 포함하되,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 동일한 회전관성력을 갖는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
  7. 삭제
  8. 제6항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트는 각각 부채꼴 형상이며,
    그 반지름의 길이가 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리보다 짧고, 상기 제1 밸런스 샤프트와 상기 제2 밸런스 샤프트 간의 거리의 1/2 보다는 긴 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 삽입부를 포함하며,
    상기 돌출부가 상기 삽입부 내측을 통해 회전하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 어느 하나는 외측 돌출부를 포함하며,
    상기 제1 밸런스 웨이트와 상기 제2 밸런스 웨이트 중 다른 하나는 내측 돌출부를 포함하며,
    상기 내측 돌출부가 상기 외측 돌출부 사이를 통해 회전하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
  11. 제6항에서,
    상기 제1 밸런스 샤프트에는 상기 크랭크 샤프트로부터 회전을 전달받는 구동 기어 및 제1 밸런스 샤프트 기어가 구비되며,
    상기 제2 밸런스 샤프트에는 상기 제1 밸런스 샤프트 기어와 직결되는 제2 밸런스 샤프트 기어가 구비된 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
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