KR101816385B1 - 차량용 밸런스샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 밸런스샤프트에 관한 것으로서, 특히 차량의 엔진에 장착되는 샤프트와, 상기 샤프트 양측에 각각 형성되어 상기 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널과, 상기 저널 사이의 상기 샤프트에 형성되는 밸런스웨이트를 포함하되, 상기 밸런스웨이트는 내부에, 상부와 하부가 중앙부로 연결된 공간부가 형성되어되어, 밸런스샤프트의 밸런스웨이트 내부에 'I'자 형상의 공간부가 형성되게 하여 축 방향 변위 발생을 최소화하고, 밸런스샤프트에 고정되어 회전하는 기어의 거동 특성을 해소하여 아이들 기어와 접촉에 의한 구동 소음 및 진동 발생을 억제하여 상품성과 내구성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

차량용 밸런스샤프트{Balance shaft for vehicle}

본 발명은 차량용 밸런스샤프트에 관한 것으로서, 특히 밸런스샤프트의 축 방향 변위 발생을 최소화하고, 소음 및 진동 발생을 저감시키기 위한 차량용 밸런스샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 소유가 늘어나면서 자동차의 안락감과 편암함의 기준은 높아져 가고 있고, 차량을 구입할 때 고려하는 필수사항으로 인식되는 상황에서의 엔진 내 소음 및 진동의 개선을 위한 개발은 필수적이다.

특히, 상대적으로 소음과 진동에 취약하다고 인식되고 있는 디젤 엔진 내에서 소음 및 진동을 저감하는 기술은 다양하게 시도 되어져 왔고, 이 중 밸런스샤프트의 적용을 통한 엔진 내 불평형 성분의 저감을 통한 소음 및 진동 저감 기술은 엔진 개발의 주요 기술 포인트이다.

한편, 엔진 내에서는 기통의 수 및 구성에 따라, 엔진 구조의 특징으로 인한 불평형력이 발생하고, 이를 상쇄하는 밸런스샤프트의 적용으로 엔진 불평형을 해소하고 진동을 저감한다.

그리고 이를 위해 크랭크샤프트에서 기어를 통해 동력을 전달하여 밸런스샤프트를 구동시키는 방식을 주로 사용한다.

기어 구동은 레이아웃 구성 및 내구성 측면에서 우수하며, 크랭크샤프트의 2배의 속도로 회전해야 하는 특성을 반영하기에 적절한 방안이다.

그러나, 종래의 벤딩 강성에 취약한 일자형 단면은 웨이트에 의한 벤딩에 의해 과대한 변위가 발생하게 되고 저널 좌/우 웨이트 단순 균등 방식은 이런 변위를 보상해주지 못해 결국 기어 장착부의 과대 변위를 발생시킨다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 종래에는 밸런스웨이트(20)에 의해 벤딩 하중을 받은 밸런스샤프트(10)는 밸런스웨이트(20)의 위치와 크기에 따라 축방향 변위가 발생하게 되는데, 이는 불평형 질량은 가지는 밸런스샤프트(10)에서는 어쩔 수 없이 발생 하는 변위이지만, 선단부(기어 장착부)에서 과다하게 발생할 경우, 아이들 기어와의 간극을 불안정하게 변동시켜 기어 소음이나 진동을 야기한다.

그리고 회전 중 발생하는 이런 간극 변동은 기어 간의 충돌 및 이상 접촉을 야기하여 기어의 이상마모 및 파손의 직접적인 원인이 되며, 특히, 엔진 rpm의 2배속으로 빠르게 회전하는 밸런스샤프트 내에서는 더욱 치명적으로 작용한다.

특허 1 : 대한민국 공개특허 제10-2012-0128003호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 차량용 밸런스샤프트에 관한 것으로서, 특히 밸런스샤프트의 축 방향 변위 발생을 최소화하고, 소음 및 진동 발생을 저감시키기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 차량의 엔진에 장착되는 샤프트와, 상기 샤프트 양측에 각각 형성되어 상기 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널과, 상기 저널 사이의 상기 샤프트에 형성되는 밸런스웨이트를 포함하되, 상기 밸런스웨이트는, 상부, 하부 및 중앙부가 연결되어 빈 공간을 형성하는 공간부가 내부에 마련되고, 상기 밸런스웨이트의 상면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 하방으로 오목한 유선형으로 형성되고, 하면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 직선형으로 형성되어, 상기 밸런스웨이트의 가운데 부분의 상기 상면과 상기 하면 사이가 가장자리에 비해 짧게 형성되게 함으로써 달성된다.

상기 밸런스웨이트의 공간부의 상부와 하부는 수평방향으로 형성되며, 중앙부는 수직방향으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 공간부의 하부는 상부보다 크게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

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또한, 본 발명은 차량의 엔진에 장착되는 샤프트와, 상기 샤프트 양측에 각각 형성되어 상기 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널과, 상기 저널 사이의 상기 샤프트에 형성되는 밸런스웨이트를 포함하되, 상기 밸런스웨이트는, 'I'자 형상으로 이루어지며, 빈 공간을 형성하는 공간부가 내부에 마련되고, 상기 밸런스웨이트의 상면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 하방으로 오목한 유선형으로 형성되고, 하면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 직선형으로 형성되어, 상기 밸런스웨이트의 가운데 부분의 상기 상면과 상기 하면 사이가 가장자리에 비해 짧게 형성되게 함으로써 달성된다.

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이상과 같은 본 발명은 밸런스샤프트의 밸런스웨이트 내부에 빈 공간을 형성하는 'I'자 형상의 공간부가 마련되게 하여 축 방향 변위 발생을 최소화하고, 밸런스샤프트에 고정되어 회전하는 기어의 거동 특성을 해소하여 아이들 기어와 접촉에 의한 구동 소음 및 진동 발생을 억제하여 상품성과 내구성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 종래의 차량용 밸런스샤프트를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 차량용 밸런스샤프트를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 차량용 밸런스샤프트의 공간부를 도시하는 단면도,
도 4는 본 발명의 차량용 밸런스샤프트와 종래의 밸런스샤프트의 면적대비 2차 모멘트를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 차량용 밸런스샤프트와 종래의 밸런스샤프트의 축변형량과 선단부 변형량을 대비하여 도시하는 도면.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 밸런스샤프트(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(110)와, 저널(120)과, 밸런스웨이트(130)로 이루어지며, 밸런스웨이트(130) 내부에 빈 공간을 형성하는 공간부(131)가 마련되는 것을 특징으로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트(110)는 바(bar) 형상으로 이루어져 차량의 엔진에 장착된다.

저널(120)은 원통 형상으로 이루어져, 샤프트(110) 양측에 각각 형성되어 엔진의 실린더블록에 설치된다.

밸런스웨이트(130)는 저널(120) 사이의 샤프트(110)에 형성되어 엔진의 진동을 상쇄시킨다.

한편, 본 발명에서 밸런스웨이트(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 공간부(131)가 형성되는 것을 특징으로 하는데, 공간부(131)는 상부(131a)와 하부(131b)가 중앙부(131c)로 연결된 구조로 이루어진다.

이때, 밸런스웨이트(130)의 공간부(131)의 상부(131a)와 하부(131b)는 수평방향으로 형성되며, 중앙부(131c)는 수직방향으로 형성되도록 하여 단면이 'I'자 형상으로 이루어지며 빈 공간을 형성하는 공간부(131)가 마련되도록 한다.

또한, 공간부(131)의 하부(131b)는 상부(131a)보다 크게 형성되어 하방으로 받는 벤딩 하중에 의한 변위를 축소하고 밸런스웨이트(130)의 효율적인 분배로 기어가 장착되는 선단부의 축방향 변위를 최소화시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 밸런스웨이트(130)의 상면은 밸런스웨이트(130)의 길이 방향에 대해 하방으로 오목한 유선형으로 형성되고, 하면은 밸런스웨이트(130)의 길이 방향에 대해 직선형으로 형성되어, 밸런스웨이트(130)의 가운데 부분의 상면과 하면 사이가 가장자리의 상면과 하면 사이에 비해 짧게 형성되도록 한다.

또한, 밸런스웨이트(130)는 기어 구동부의 변위를 최소화하도록 비대칭 구조로 형성되도록 한다.

한편, 일반적으로 밸런스샤프트 내에서 밸런스웨이트(130)에 의한 하중은

인데, 이 때문에 동일한 재질과 동일한 레이아웃이라면 I(단면 이차 모멘트)에 의해서 정해지게 된다.

이와 관련하여 도 4는 동일한 레이아웃 내에서 각각 다른 단면을 가졌을 경우의 면적과 2차 모멘트를 비교한 것으로, 본 발명과 같이 단면이 'I'자 형상인 공간부(131)는 원형 및 일자형에 비해 동일한 면적 내에서 높은 2차 모멘트를 가지게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 벤딩 하중을 받는 밸런스샤프트(100)에 'I'자 형상의 공간부(131)를 적용함으로써 축 방향 변위를 최소화시키는 것이 가능하게 한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 'I'자 형상의 공간부(131)가 형성된 밸런스샤프트와 종래의 일자형 밸런스샤프트의 축 변형 해석 결과를 보면, 종래기술에 비해 본 발명의 밸런스샤프트가 최대 변형량이 큰 폭으로 감소된 것을 알 수 있으며, 기어 거동 안정 측면에서도 중요한 선단부 최대 변형량도 종래기술에 비해 50%정도 감소된 것을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명은 차량의 엔진에 장착되는 샤프트(110)와, 샤프트(110) 양측에 각각 형성되어 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널(120)과, 저널(120) 사이의 샤프트(110)에 형성되는 밸런스웨이트(130)를 포함하되, 밸런스웨이트(130)는 내부에, 상부(131a)와 하부(131b)가 중앙부(131c)로 연결된 'I'자 형상의 공간부(131)가 형성되게 하여 축 방향 변위 발생을 최소화하고, 밸런스샤프트(100)에 고정되어 회전하는 기어의 거동 특성을 해소하여 아이들 기어와 접촉에 의한 구동 소음 및 진동 발생을 억제하여 상품성과 내구성을 향상시킨다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 밸런스샤프트 110 : 샤프트
120 : 저널 130 : 밸런스웨이트
131 : 공간부 131a : 상부
131b : 하부 131c : 중앙부

Claims (8)

1. 차량의 엔진에 장착되는 샤프트와, 상기 샤프트 양측에 각각 형성되어 상기 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널과, 상기 저널 사이의 상기 샤프트에 형성되는 밸런스웨이트를 포함하되,
   상기 밸런스웨이트는, 상부, 하부 및 중앙부가 연결되어 빈 공간을 형성하는 공간부가 내부에 마련되고,
   상기 밸런스웨이트의 상면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 하방으로 오목한 유선형으로 형성되고, 하면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 직선형으로 형성되어, 상기 밸런스웨이트의 가운데 부분의 상기 상면과 상기 하면 사이가 가장자리의 상면과 하면 사이에 비해 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스샤프트.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸런스웨이트의 공간부의 상부와 하부는 수평방향으로 형성되며, 중앙부는 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스샤프트.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 공간부의 하부는 상부보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스샤프트.
   
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6. 차량의 엔진에 장착되는 샤프트와, 상기 샤프트 양측에 각각 형성되어 상기 엔진의 실린더블록에 설치되는 저널과, 상기 저널 사이의 상기 샤프트에 형성되는 밸런스웨이트를 포함하되,
   상기 밸런스웨이트는, 'I'자 형상으로 이루어지며, 빈 공간을 형성하는 공간부가 내부에 마련되고,
   상기 밸런스웨이트의 상면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 하방으로 오목한 유선형으로 형성되고, 하면은 상기 밸런스웨이트의 길이 방향에 대해 직선형으로 형성되어, 상기 밸런스웨이트의 가운데 부분의 상기 상면과 상기 하면 사이가 가장자리의 상면과 하면 사이에 비해 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스샤프트.
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