KR102011702B1 - 밸런스 샤프트 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로, 샤프트와, 상기 샤프트의 일측에 설치된 샤프트베이스와, 상기 샤프트베이스의 일측에 분리 가능하게 설치된 기어와, 상기 샤프트의 타측에 편심되게 설치된 웨이트와, 상기 기어와 샤프트베이스 사이에 장착되어 상기 기어의 회전변동에 의한 충격을 완충하는 제1완충부재와, 상기 기어에 설치되어 상기 기어와 샤프트베이스를 가압하는 제2완충부재가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 밸런스 샤프트 모듈은 웨이트가 엔진 실린더의 상하운동을 상쇄시키는 기본 성능 이외에, 엔진 폭발력 때문에 발생하는 회전변동을 저감시킴으로써 래틀 소음을 저감시킨다.
그리고 기어와 샤프트가 분리가능하게 설치되어 제작이 편리하다. 즉, 기어부분의 재질은 가공성과 내마모성이 좋은 침탄열처리용 강을 적용하고, 샤프트 및 웨이트는 종래의 단조소재를 사용하여 가공 및 취급이 편리하다.
또한, 기어의 정밀가공이 쉬워지고 열처리 시 침탄열처리를 이용한 경화방식을 적용함으로써 내구품질의 향상을 기대할 수 있다.
한편, 기어에 콘스프링 및 스냅링을 설치하여 기어와 샤프트가 상호간에 가압됨으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 효과적으로 감소시킨다.

Description

밸런스 샤프트 모듈{Balance Shaft Module}

본 발명은 자동차 엔진용 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸런스 샤프트상에 기어가 분리가능하게 설치되어 제작이 편리하고, 완충부재를 설치하여 진동 및 소음을 방지하기 위한 것이다.

일반적으로 밸런스 샤프트 모듈(BSM:Blance Shaft Module)은 엔진 피스톤의 상하운동에 의한 진동을 상쇄시킨다. 밸런스 샤프트 모듈은 4,6기통 엔진등 불평형 모멘트나 불평형 질량이 발생하는 엔진에 적용되며 크랭크 샤프트의 하부에 설치되거나 양 측면에 각각 설치된다.

3기통 엔진에 사용되는 밸런스 샤프트 모듈은 크랭크 샤프트 끝단에 조립된 크랭크 샤프트 기어와 밸런스 샤프트 기어와 동일한 잇수로 직접 맞물려 엔진회전방향의 반대 방향으로 회전하며 1번, 3번 실린더의 상하 운동을 상쇄시킴으로써 엔진 진동을 저감시키는 역할을 한다.

4기통 엔진에 사용되는 밸런스 샤프트 모듈은 서로 평행한 두 개의 샤프트로 구성되는데, 하나의 샤프트에는 구동 스프로켓이 구비되는 경우도 있다. 이 구동 스프로켓 또는 구동기어는 크랭크 샤프트와 기어 또는 체인으로 연결된다. 또한 두 개의 샤프트는 서로 스퍼어 기어 또는 헬리컬기어 등으로 연결되어 있으며, 서로 반대방향으로 회전한다. 밸런스 샤프트 모듈의 두 샤프트에는 각각 웨이트가 설치되어 엔진회전수의 2배의 속도로 회전함으로써 회전2차의 진동을 상쇄시키는 역할을 한다.

종래에는 밸런스 샤프트 모듈의 헬리컬기어가 서로 맞물리면서 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었다.

그리고 이러한 구동시스템은 치차간에 발생되는 백래시(Back Lash)를 제거하기 위해 스프링력을 이용한 백래시 보상기어인 시저스 기어를 사용하게 되는데 이와 같은 시저스 기어는 고정된 기어와 자유 회전되는 기어를 서로 결합한 상태에서 그 사이에 개재된 시저스스프링이 회전되려는 기어의 회전방향과 반대로 스프링의 탄성력을 이용하여 항상 접촉상태를 유지시켜 줌으로서 백래시를 제거하여 래틀소음도 저감하도록 한 것이다.

그러나 이러한 시저스 기어는 궁극적으로 시스템 내부 응력을 증가하여 기어에 변형을 주는 부가적인 문제점을 발생시키게 된다.

특히, 3기통 밸런스 샤프트는 헬리컬 기어를 사용하더라도 기어 잇수가 크랭크 기어와 같기 때문에 항상 같은 위치에서 맞물리게 되는데, 엔진 회전시 밸런스 웨이트의 원심력에 의한 편하중을 받아 항상 같은 위치의 기어가 편마모가 발생함으로 인해 소음이 오히려 증가되는 경우도 있다.

또한, 종래에는 기어와 샤프트가 일체형으로 이루어져 정밀 가공시 어려움이 있고 열처리를 이용한 내구품질의 향상을 기대하기 어렵다.

KR 10-0643952 B1

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 샤프트와 기어가 분리되는 구조로 구성하고, 탄성부재가 삽입된 완충장치를 포함하여 진동 및 소음을 줄이며 기어의 마모를 줄일 수 있는 밸런스 샤프트 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 실린더 블록에 설치되는 밸런스 샤프트 모듈에 있어서, 샤프트; 상기 샤프트의 일측에 설치된 샤프트베이스; 상기 샤프트베이스의 일측에 분리 가능하게 설치된 기어; 상기 샤프트의 타측에 편심되게 설치된 웨이트; 상기 기어와 샤프트베이스 사이에 장착되어 상기 기어의 회전변동에 의한 충격을 완충하는 제1완충부재; 및 상기 기어에 설치되어 상기 기어와 샤프트베이스를 가압하는 제2완충부재;로 구성되며, 상기 제1완충부재는, 상기 기어에 장착되고 축공을 중심으로 다수의 스프링공을 방사형으로 길게 관통형성하며, 상기 스프링공의 양단에 제1가이드홈이 관통형성된 제1플레이트; 상기 스프링공에 삽입되고 양측에 스프링시트가 설치되어 각 단부에 상기 제1가이드홈에 대응되는 제2가이드홈이 구비된 댐퍼스프링; 상기 샤프트베이스에 장착되고 일측면에 돌출부가 형성되어 상기 돌출부의 일단 및 타단이 상기 제1가이드홈 및 제2가이드홈에 삽입되는 제2플레이트;를 포함하여, 상기 댐퍼스프링의 압축력에 의해 상기 기어로부터 샤프트로 전해지는 회전 진동을 감쇠시키고 상기 제2완충부재는, 상기 기어에 콘스프링 및 스냅링이 설치되어 상기 기어, 제1완충부재 및 샤프트베이스가 상호간에 가압되어 마찰력을 부여함으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈로 되는 것을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 제1완충부재는, 상기 기어 및 샤프트베이스가 맞닿는 면에 댐퍼스프링이 삽입되는 복수 개의 스프링홈; 상기 스프링홈에 삽입되는 복수 개의 댐퍼스프링; 상기 댐퍼스프링보다 작은 길이로 형성되어 상기 스프링홈에 삽입되는 스토퍼;로 구성되어 상기 코일 스프링의 장력에 의해 상기 기어로부터 샤프트로 전해지는 회전 진동을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2완충부재는, 상기 기어에 콘스프링 및 스냅링이 설치되어 상기 기어 및 샤프트베이스가 상호간에 가압되어 마찰력을 부여함으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈로 되는 것이 바람직하다.

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상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 밸런스 웨이트가 엔진 실린더의 상하운동을 상쇄시키는 기본 성능 이외에, 엔진 폭발력 때문에 발생하는 회전변동을 저감시킴으로써 래틀 소음을 저감시킨다.

화인 소음을 줄이기 위해 헬리컬 기어를 사용하는 경우에 발생하는 축방향의 진동 소음도 감쇄시킬 수 있다.

이때 헬리컬 기어를 사용하여 축방향으로 발생하는 진동을 감쇄할 수 있다.

그리고 기어와 샤프트가 분리가능하게 설치되어 제작이 편리하다. 즉, 기어부분의 재질은 가공성과 내마모성이 좋은 침탄열처리용 강을 적용하고, 샤프트 및 웨이트는 종래의 단조소재를 사용하여 가공 및 취급이 편리하다.

또한, 기어의 정밀가공이 쉬워지고 열처리 시 침탄열처리를 이용한 경화방식을 적용함으로써 내구품질의 향상을 기대할 수 있다.

한편, 기어에 콘스프링 및 스냅링을 설치하여 기어와 샤프트가 상호간에 가압됨으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 효과적으로 감소시킨다.

도 1, 도 2 및 도 3는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 밸런스 샤프트 모듈의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제1완충부재의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 것으로, 주로 3기통 엔진에 적용되는 밸런스 샤프트 모듈의 분해도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈은 엔진의 하부에 결합되면서 크랭크 샤프트의 하측에 크랭크 샤프트로부터 직접 회전력을 전달받을 수 있도록 설치되는 것으로 도 1에 도시한 바와 같이 크게 샤프트(100), 샤프트베이스(200), 기어(400), 웨이트(300), 제1완충부재(500) 및 제2완충부재(600)로 이루어진다.

먼저, 상기 샤프트(100)는 밸런스 샤프트 모듈의 축을 이루는 것으로 후술될 기어(400)로부터 회전력을 전달받아 회전된다.

다음으로, 상기 샤프트베이스(200)는 샤프트(100)의 일측에 원형으로 형성되어 회전력을 전달받는 것이다.

또한, 상기 기어(400)는 샤프트베이스(200)의 측면에 분리 가능하게 설치되어 엔진의 크랭크 기어로부터 회전력을 인가받아 샤프트베이스(200)를 회전시킨다.

이때 기어는 와인 소음(Whine noise)를 줄이기 위해 헬리컬 기어를 적용하여 물림율을 높히는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 웨이트(300)는 샤프트(100)의 타측에 편심되게 설치되어 샤프트(100)가 회전하면서 크랭크축의 회전력 불균일로 인해 발생하는 진동을 완화시키게 된다.

이때 웨이트(300)는 제1실시예에 따라 도 1과 같이 샤프트(100)의 타측 및 중간부에 원호면이 샤프트를 중심하여 외측으로 돌출된 반원형 기둥 형태로 형성된 구조이다.

또는, 제2실시예에 따라 도 5과 같이 샤프트(100)의 타측에 분리 가능하게 설치되고 180°이내의 각도로 원호면을 이루도록 형성된다.

이처럼, 웨이트(300)는 크랭크축이 회전할때 회전 균형을 맞춰주기 위한 구조 설치되어 엔진의 진동을 완화시킨다.

다음으로, 상기 제1완충부재(500)는 기어(400)와 샤프트베이스(200) 사이에 장착되어 엔진에서 발생하는 진동을 저감시키고 기어(400)의 급회전 또는 급정지시 충격을 완충하는 것이다.

이를 위해, 제1완충부재(500)는 제1실시예에 따라 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1플레이트(520), 댐퍼스프링(540) 및 제2플레이트(560)로 구성된다.

이때 기어(400) 및 샤프트베이스(200)는 제1완충부재가 삽입되는 면에 각각 복수 개의 삽입홈(502)이 형성되고, 제1플레이트(520) 및 제2플레이트(560)의 외측면에 삽입홈(502)에 대응하는 고정부(504)가 돌출형성된다. 즉, 제1플레이트(520) 및 제2플레이트(560)의 외측면이 각각 기어(400)와 샤프트베이스(200)에 장착된다.

또한, 제1플레이트(520)는 축공을 중심으로 다수의 스프링공(522)이 방사형으로 길게 관통형성되고, 스프링공(522)의 양단에 스프링공(522)의 폭보다 작은 폭의 제1가이드홈(524)이 길이방향으로 길게 관통형성된다.

한편, 댐퍼스프링(540)은 스프링공(522)에 삽입되어 탄성작용으로 엔진에서 밸런스 샤프트 모듈로 전달되는 진동을 완충하는 것이다.

이때 댐퍼스프링(540)의 양단에는 2차 소음을 방지하기 위한 스프링시트(542)가 설치되고, 스프링시트(542)의 단부에 제1가이드홈(524)과 대응하는 제2가이드홈(544)이 관통형성되며 스프링공(522)에 삽입된다.

이때 스프링시트(542)는 엔지니어링 플라스틱 재질로 하여 소음을 효과적으로 방지하는것이 바람직하다.

또한, 제2플레이트(560)는 일측면에 제1가이드홈(524) 및 제2가이드홈(544)에 대응하는 돌출부(562)가 형성되어 돌출부(562)의 일단 및 타단이 각각 제1가이드홈(524) 및 제2가이드홈(544)에 삽입된다.

따라서, 제1완충부재(500)는 엔진의 크랭크 기어로부터 회전력을 인가받은 기어(400)의 회전에 의해 댐퍼스프링(540)이 압착되면서 돌출부(562)를 회전시킴으로 급회전시 완충되는 효과가 있고, 기어(400)의 급정지시 웨이트(300) 및 샤프트(100)의 관성으로 돌출부(562)가 댐퍼스프링(540)을 압착시켜 완충됨으로 진동을 줄일 수 있다.

한편, 제2실시예에 따른 제1완충부재(500)는 도 5에 도시한 바와 같이 스프링홈(510), 댐퍼스프링(540), 스토퍼(550)로 구성된다.

이때 스프링홈(510)은 기어(400) 및 샤프트베이스(200)가 맞닿는 면에 댐퍼스프링(540)이 삽입되는 것으로 복수 개가 축공을 중심하여 방사형으로 형성된다.

한편, 댐퍼스프링(540)은 기어(400)의 회전변동에 의한 충격을 흡수하고, 엔진으로부터 가진력을 감쇠하는 것이다.

그리고 댐퍼스프링(540)은 길이방향으로 반을 나누었을때 일측 및 타측이 기어(400) 및 샤프트베이스(200)의 스프링홈(510)에 각각 삽입된다.

이때 스토퍼(550)는 댐퍼스프링(540)보다 작은 길이로 형성되어 각 스프링홈(510)에 댐퍼스프링(540)과 번갈아 삽입되고, 댐퍼스프링(540)과 스토퍼(550)의 길이의 차이만큼 압착되면서 회전력이 완충된다.

다음으로, 상기 제2완충부재(600)는 기어(400)에 설치되어 기어(400)와 샤프트베이스(200)를 가압하는 것이다.

이를 위해, 제2완충부재(600)는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 기어(400)의 일측에 콘스프링(620) 및 스냅링(640)이 설치되어 기어(400)와 샤프트베이스(200)를 상호간에 가압하여 마찰력을 부여함으로써 엔진의 시동 또는 정지시 짧은 시간 동안 발생되는 공진현상을 감소시키는 것이다. 즉, 제2완충부재(600)는 기어(400)와 샤프트베이스(200)를 밀착시켜 상호간에 상대 운동을 줄여 진동을 흡수한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈은 웨이트가 엔진 실린더의 상하운동을 상쇄시키는 기본 성능 이외에, 엔진 폭발력 때문에 발생하는 회전변동을 저감시킴으로써 래틀 소음을 저감시킨다.

그리고 기어(400)와 샤프트(100)가 분리가능하게 설치되어 제작이 편리하다. 즉, 기어부분의 재질은 가공성과 내마모성이 좋은 침탄열처리용 강을 적용하고, 샤프트(100) 및 웨이트(300)는 종래의 단조소재를 사용하여 가공 및 취급이 편리하다.

또한, 기어(400)의 정밀가공이 쉬워지고 열처리 시 침탄열처리를 이용한 경화방식을 적용함으로써 내구품질의 향상을 기대할 수 있다.

한편, 기어(400)에 콘스프링(620) 및 스냅링(640)을 설치하여 기어(400)와 샤프트(100)가 상호간에 가압됨으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 효과적으로 감소시킨다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

100: 샤프트
200: 샤프트베이스
300: 웨이트
400: 기어
500: 제1완충부재
502: 삽입홈
504: 고정부
510: 스프링홈
520: 제1플레이트
522: 스프링공
524: 제1가이드홈
540: 댐퍼스프링
542: 스프링시트
544: 제2가이드홈
550: 스토퍼
560: 제2플레이트
562: 돌출부
600: 제2완충부재
620: 콘스프링
640: 스냅링

Claims (5)

1. 엔진의 실린더 블록에 설치되는 밸런스 샤프트 모듈에 있어서,
   샤프트;
   상기 샤프트의 일측에 설치된 샤프트베이스;
   상기 샤프트베이스의 일측에 분리 가능하게 설치된 기어;
   상기 샤프트의 타측에 편심되게 설치된 웨이트;
   상기 기어와 샤프트베이스 사이에 장착되어 상기 기어의 회전변동에 의한 충격을 완충하는 제1완충부재; 및
   상기 기어에 설치되어 상기 기어와 샤프트베이스를 가압하는 제2완충부재;로 구성되며,
   상기 제1완충부재는,
   상기 기어에 장착되고 축공을 중심으로 다수의 스프링공을 방사형으로 길게 관통형성하며, 상기 스프링공의 양단에 제1가이드홈이 관통형성된 제1플레이트;
   상기 스프링공에 삽입되고 양측에 스프링시트가 설치되어 각 단부에 상기 제1가이드홈에 대응되는 제2가이드홈이 구비된 댐퍼스프링;
   상기 샤프트베이스에 장착되고 일측면에 돌출부가 형성되어 상기 돌출부의 일단 및 타단이 상기 제1가이드홈 및 제2가이드홈에 삽입되는 제2플레이트;를 포함하여, 상기 댐퍼스프링의 압축력에 의해 상기 기어로부터 샤프트로 전해지는 회전 진동을 감쇠시키고
   상기 제2완충부재는,
   상기 기어에 콘스프링 및 스냅링이 설치되어 상기 기어, 제1완충부재 및 샤프트베이스가 상호간에 가압되어 마찰력을 부여함으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1완충부재는,
   상기 기어 및 샤프트베이스가 맞닿는 면에 댐퍼스프링이 삽입되는 복수 개의 스프링홈;
   상기 스프링홈에 삽입되는 복수 개의 댐퍼스프링;
   상기 댐퍼스프링보다 작은 길이로 형성되어 상기 스프링홈에 삽입되는 스토퍼;로 구성되어 상기 코일 스프링의 장력에 의해 상기 기어로부터 샤프트로 전해지는 회전 진동을 감쇠하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2완충부재는,
   상기 기어에 콘스프링 및 스냅링이 설치되어 상기 기어 및 샤프트베이스가 상호간에 가압되어 마찰력을 부여함으로써 엔진의 시동 또는 정지시 발생되는 공진현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.
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