KR20010059772A - 엔진의 가변 토크형 크랭크 축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진에 구비되는 크랭크 축에 관한 것으로서, 특히 연소실의 폭발 행정시에 크랭크 축의 회전 토크가 가장 커지도록 구성된 엔진의 가변 토크형 크랭크 축에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은, 두 개의 크랭크 암 사이에 크랭크 축의 회전 중심 위치에 설치되는 중심 기어와, 커넥팅 로드의 양측에서 크랭크 핀의 둘레에 편심되게 설치되어 상기 중심 기어에 치합되면서 자전 및 공전하는 편심위성기어가 구성되고, 상기 중심 기어와 편심위성기어는 피스톤의 폭발 행정시에 상기 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크 핀이 상기 크랭크 축의 회전 중심으로부터 가장 멀게 위치되도록 결합된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

Description

엔진의 가변 토크형 크랭크 축 { Variable torque crank shaft of engine }

본 발명은 자동차 엔진에 구비되는 크랭크 축에 관한 것으로서, 특히 연소실의 폭발 행정시에 크랭크 축의 회전 토크가 가장 커지도록 구성된 엔진의 가변 토크형 크랭크 축에 관한 것이다.

도 1은 엔진의 피스톤 및 크랭크 축이 도시된 사시도이고, 도 2는 종래 기술의 크랭크 축이 도시된 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 방향의 단면도이다.

일반적으로 엔진은 흡기 밸브(1)를 통해 흡입된 혼합가스를 연소실 내에서 폭발시켜 이 폭발 동력으로 피스톤(2)을 직선 왕복운동시키게 된다.

그리고 상기 피스톤(2)과 피스톤 핀(3)으로 결합된 커넥팅 로드(4)가 피스톤(2)의 직선 왕복운동을 크랭크 축(10)에 회전 동력으로 전달하게 된다.

상기 크랭크 축(10)은 크랭크 케이스 내에 위치되어, 각 연소실의 동력 행정에서 발생한 피스톤(2)의 직선동력을 회전동력으로 바꾸고, 반대로 다른 행정에서는 피스톤(2)에 운동을 가해서 연속적으로 동력을 발생하는 중요한 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 크랭크 축(10)은 커넥팅 로드(4)의 대단부와 결합되는 크랭크 핀(14)과, 회전 동력의 밸런스를 유지하기 위해 크랭크 아암(16)에 부착된 밸런싱 웨이트(20)와, 상기 크랭크 케이스 내에 베어링으로 지지되는 크랭크 저널(12) 등이 일체로 형성되어 있다.

이와 같은 상기 크랭크 축(10)은 진동이 없이 원활하게 회전할 필요가 있으나 크랭크 저널(12)의 중심과 크랭크 핀(14)의 중심은 서로 편심되어 있기 때문에 그대로 회전시키면 밸런싱을 유지할 수 없다.

따라서, 크랭크 핀(14)의 반대쪽의 크랭크 암(16)에 밸런싱 웨이트(20)를 설치하여 회전 중에 밸런싱을 유지하도록 하고 있다.

여기서, 상기한 바와 같은 엔진은 커넥팅 로드(4)가 크랭크 축(10)을 중심으로 원운동을 하기 때문에 도 3에서와 같이 토크(Torque)는 크랭크 축(10)의 회전 중심으로부터 폭발력(F)의 크기와 반경(R)의 길이가 서로 비례하므로 폭발력(F)이 같다면 회전 반경(R)에 의해 토크의 크기가 결정된다.

따라서, 팽창 행정시에 회전 반경(R)의 길이가 길어진다면 그만큼 토크를 증대시킬 수 있게 된다. 하지만, 커넥팅 로드(4)의 회전 반경을 크게 한다면 피스톤의 행정 길이도 커지게 되어 엔진 회전수(rpm) 측면에서는 손해를 보게 되고, 고속 주행시와 같은 상황에서는 충분한 속도를 낼 수 없는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 종래 기술의 크랭크 축을 가진 엔진에서는 크랭크 축(10)을 중심으로 커넥팅 로드(4)가 결합된 크랭크 핀(14)이 회전하는 반경(R)이 일정하게 이루어져 있기 때문에 회전 반경(R)을 크게 하지 않고는 토크를 증대시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 개의 크랭크 암 사이에 편심된 기어들을 취합시켜 폭발 행정시에만 반경이 확대되도록 구성함으로써 크랭크축의 회전 반경을 전체적으로 크게 하지 않고도 엔진의 토크를 증대시켜 엔진의 출력을 향상시킬 있도록 하는 엔진의 가변 토크형 크랭크축을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 엔진의 가변 토크형 크랭크축은, 두 개의 크랭크 암 사이에 크랭크축의 회전 중심 위치에 설치되는 중심 기어와, 커넥팅 로드의 양측에서 크랭크 핀의 둘레에 편심되게 설치되어 상기 중심 기어에 치합되면서 자전 및 공전하는 편심위성기어가 구성되고, 상기 중심 기어와 편심위성기어는 피스톤의 폭발 행정시에 상기 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크 핀이 상기 크랭크축의 회전 중심으로부터 가장 멀게 위치되도록 결합된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술의 크랭축이 구비된 엔진에서 동력 발생부분이 도시된 사시도,

도 2는 종래 기술의 크랭축이 도시된 사시도,

도 3은 도 2의 A-A선 방향의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 크랭크 축이 구비된 동력 발생부분의 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 크랭크 축이 도시된 정면도,

도 6은 본 발명의 크랭크 축 작동 상태를 나타내기 위한 참고도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 피스톤 55 : 커넥팅 로드

56 : 대단부 60 : 크랭크 축

61 : 크랭크 저널 62 : 크랭크 암

63 : 밸런스 64 : 크랭크 핀

65 : 중심 기어 66 : 편심위성기어

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 크랭크 축 및 피스톤이 도시된 구성 도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가변 토크형 크랭크 축이 도시된 정면도이다.

본 발명의 크랭크 축(60)은 크랭크 케이스 내에 베어링으로 지지되는 크랭크 저널(61)과, 상기 크랭크 저널(61) 사이에 회전 동력의 밸런스를 유지하기 위해 밸런싱 웨이트(63)가 형성된 크랭크 아암(62)과, 상기 크랭크 암(62)에서 밸런싱 웨이트(63)의 반대쪽에서 상기 크랭크 저널(61)과 편심되게 연결되어 피스톤(50)과 연결된 커넥팅 로드(55)의 대단부(56)와 결합되는 크랭크 핀(64)으로 구성된다.

특히, 상기 크랭크 암(62)과 크랭크 암(62) 사이에는 크랭크 축(60)의 회전 중심에서 일정 정도 편심되도록 두 개의 중심 기어(65)가 설치되고, 상기 크랭크 핀(64)의 둘레에는 상기 중심 기어(65)에 치합되면서 자전 및 공전하는 편심위성기어(66)가 크랭크 핀(64)에 편심되게 설치된다.

이와 같은 상기 중심 기어(65)와 편심위성기어(66)는 피스톤의 폭발 행정시에 상기 크랭크 핀(64)의 공전 반경(R₁)이 상기 크랭크 축(60)의 회전 중심(C₁)으로부터 가장 멀게 위치되도록 치합된다.

상기한 중심 기어(65)는 상기 밸런스(63) 쪽으로 미소하게 편심되게 위치되어 양측 크랭크 암(62)으로부터 일정 높이로 일체로 돌출된다.

그리고 상기 편심위성기어(66)는 상기 커넥팅 로드(55)의 대단부(56) 양측에서 일체로 형성되어 크랭크 핀(64)에 각각 장착되어 상기 중심 기어(65)에 치합되어 회전되도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 엔진의 가변 토크형 크랭크 축의 작용을 설명하면 다음과 같다.

피스톤(50)은 연소실의 폭발력에 의해 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정이 이루어지면서, 실린더 내에서 직선 왕복 운동하게 되고, 이때 상기 피스톤(50)과 결합된 커넥팅 로드(55)가 피스톤(50)의 직선 왕복운동을 크랭크 축(60)에 회전 동력으로 전달하게 된다.

이와 같은 크랭크 축(60)이 회전 운동할 때 도 6에서와 같이 크랭크 핀(64)에 장착된 편심위성기어(66)가 중심기어(65)의 둘레를 공전하게 된다.

여기서, 상기 편심위성기어(66)가 크랭크 핀(65)의 중심으로부터 편심되게 설치되어 있으므로 크랭크 핀(64)의 위치, 즉 피스톤(50)의 위치에 따라 상기 중심기어(65)로부터 크랭크 핀(64)의 회전 반경(R)이 달라진다.

본 발명에서는 폭발 행정시 가장 큰 토크를 얻기 위해 커넥팅 로드(55)의 대단부(56)의 회전 반경, 즉 크랭크 핀(64)이 상기 중심 기어(65)로부터 공전하는 회전 반경(R)이 커지도록 설계된다.

따라서 상기 크랭크 축(60)이 반시계 방향으로 회전할 때 폭발 행정이 이루어지면서 상사점에서 하사점으로 이동하는 중간부분에서 상기 중심 기어(65)의 센터(C₁)로부터 크랭크 핀(64)의 중심(C₂)이 가장 멀어져서 회전 반경이 커지게 되므로 그만큼 토크를 증대시킬 수 있게 된다.

반면, 상기 편심위성기어의 회전 중심(C₃)은 상기 중심 기어의 회전 중심(C₁)으로부터 일정한 거리를 계속 유지하게 되므로 엔진 회전수 측면에서는 손해를 보지 않게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 엔진의 가변 토크형 크랭크 축은 편심된 가변 기어를 장착하여 엔진의 폭발 행정시에 반경이 가장 커지도록 구성되어 있기 때문에 엔진 회전수에는 지장을 주지 않으면서 회전 토크를 증대시켜 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 두 개의 크랭크 암 사이에 크랭크 축의 회전 중심 위치에 설치되는 중심 기어와, 커넥팅 로드의 양측에서 크랭크 핀의 둘레에 편심되게 설치되어 상기 중심 기어에 치합되면서 자전 및 공전하는 편심위성기어가 구성되고,

   상기 중심 기어와 편심위성기어는 피스톤의 폭발 행정시에 상기 커넥팅 로드가 결합되는 크랭크 핀이 상기 크랭크 축의 회전 중심으로부터 가장 멀게 위치되도록 결합된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 토크형 크랭크 축.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중심 기어는 양측 크랭크 암으로부터 일정 높이로 각각 돌출되고;

   상기 편심위성기어는 상기 커넥팅 로드의 양측에 각각 형성되어 상기 중심 기어에 치합되어 회전되는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 토크형 크랭크 축.