KR20020037935A - An unbalenced inertia couple force reducing structure of 3-cylinder engines - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Structure for reducing the unbalance couple force of a three-cylinder engine is provided to make a crankshaft and a piston unit form a complete balance by completely offsetting the secondary element of an unbalance couple force due to the reciprocating mass. CONSTITUTION: Six main balance weights(16a,16b,16c,16d,16e,16f) are formed on a crankshaft(14) installed in a cylinder block(12). Three balance shafts(18,20,22) are installed on the crankshaft. The first and second balance shafts includes two auxiliary balance weights(26a,26b,28a,28b) on both ends. The centers of the balance shafts are symmetric to the center of the crankshaft. The first and second balance shafts rotate by interlocking to the rotation of the crankshaft. By forming the inertia moments and phase values of the main balance weights and three balance shafts, the first and secondary elements of the unbalance couple force are removed.

Description

3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조{AN UNBALENCED INERTIA COUPLE FORCE REDUCING STRUCTURE OF 3-CYLINDER ENGINES}Unbalanced Inertia Force Reduction Structure for Three-cylinder Engines {AN UNBALENCED INERTIA COUPLE FORCE REDUCING STRUCTURE OF 3-CYLINDER ENGINES}

본 발명은 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3기통 엔진에 있어서 크랭크 샤프트와 피스톤 기구의 완전한 역학적 평형을 이룰 수 있도록 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력(偶力) 저감 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an unbalanced inertia-force reduction structure of a three-cylinder engine, and more particularly, to an unbalanced inertia-power of a three-cylinder engine that enables full mechanical equilibrium of the crankshaft and piston mechanism in a three-cylinder engine. It relates to a reduction structure.

내연기관은 연소실의 연소시 생성되는 폭발 압력에 의하여 피스톤이 왕복 운동하고 이에 따라 크랭크 샤프트가 회전함으로써 동력이 발생되는 역학 구조로 이루어져 있다.The internal combustion engine is composed of a mechanical structure in which power is generated by the piston reciprocating by the explosion pressure generated during combustion of the combustion chamber and thus rotating the crankshaft.

이와 같은 피스톤과 크랭크 샤프트 기구로서 이루어진 내연기관은 터어빈형 원동기와 달라 운동부분의 관성력이 평형되지 않으며 또 연소가스 압력에 의한 힘도 간헐적으로 작용한다. 이 때문에 기관의 마운팅과 새시에 전달된 가진력(加振力)이 크고 토오크의 주기적인 변동이 존재하여 자주 크랭크 샤프트계에 진동이 발생하게 된다.The internal combustion engine made of such a piston and crankshaft mechanism is different from the turbine type prime mover, and the inertial force of the moving part is not balanced, and the force caused by the combustion gas pressure is intermittent. For this reason, the excitation force transmitted to the engine mounting and the chassis is large and there is a periodic fluctuation of the torque, which frequently causes vibration in the crankshaft system.

이러한 피스턴과 크랭크 샤프트 기구의 운동 부분 질량에 의한 관성력 및 그 관성 우력(couple force)을 균형 잡히도록 하는 것을 기관의 평형이라고 하며 이 관성력의 크기는 기관 회전속도의 제곱에 비례하여 증가하므로 고속 기관에서는 특히 그 평형을 고려하는 일이 중요하다.To balance the inertia force and its inertia couple force due to the mass of the moving part of the piston and crankshaft mechanism is called the engine equilibrium, and the magnitude of the inertia force increases in proportion to the square of the engine rotational speed. In particular, it is important to consider the equilibrium.

다실린더 기관에 있어서는 관성력의 평형을 고려하여 실린더 배치 및 크랭크샤프트의 형상을 정하게 되는데, 이 때 다실린더 기관이 완전히 평형하기 위한 조건은 (1) 왕복 및 회전운동 부분에 의한 관성력의 합력이 항상 0이어야 하며, (2)이들의 관성력의 임의의 점 주위의 관성 우력의 합력이 항상 0이어야 한다. 여기서 왕복 운동에 의한 관성력 및 관성 우력은 2차항까지 고려하면 실용적으로 충분한 것으로 알려져 있다.In the case of a multicylinder engine, the cylinder arrangement and the shape of the crankshaft are determined in consideration of the balance of the inertia force.In this case, the condition for the completely equilibrium of the polycylinder engine is (1) that the inertia force due to the reciprocating and rotational motion is always zero. (2) The combined force of the inertia forces around any point of their inertia forces must always be zero. Here, the inertia force and the inertia force by the reciprocating motion are known to be practically sufficient considering the secondary term.

이와 같은 기관의 평형을 위한 기구적인 방법으로는 통상적으로 크랭크 샤프트에 밸런스 웨이트를 달거나 밸런스 샤프트를 추가로 장착하도록 이루어져 있는데, 3기통 엔진의 경우에 있어서는 도 4에 도시한 바와 같이, 6개의 밸런스 웨이트(116a,116b,116c,116d,116e,116f)를 각각의 크랭크 샤프트(112)의 크랭크 웨브(114)에 한쌍씩 120°의 등간격으로 설치하고, 2개의 밸런스 웨이트(120a,120b)를 샤프트의 양단에 각각 장착한 1개의 밸런스 샤프트(118)를 크랭크 샤프트(112)의 일측하단에 배치하여, 크랭크 샤프트(112)와 피스톤(미도시함)의 역학 관계로부터 비롯되는 회전 질량에 의한 불평형 관성 우력과 왕복 질량에 의한 불평형 관성 우력을 상쇄시키는 구조로 이루어져 있었다.Such a mechanical method for balancing the engine is generally made to attach the balance weight to the crankshaft or additionally mount the balance shaft. In the case of a three-cylinder engine, as shown in FIG. 4, six balance weights are provided. A pair of (116a, 116b, 116c, 116d, 116e, and 116f) is installed in the crank web 114 of each crankshaft 112 at equal intervals of 120 °, and two balance weights 120a and 120b are provided. An unbalanced inertia due to rotational mass resulting from the mechanical relationship between the crankshaft 112 and the piston (not shown) is arranged by placing one balance shaft 118 mounted at both ends of the crankshaft 112 at one lower end thereof. It consists of a structure that compensates for the unbalanced inertia power due to the right and reciprocating masses.

그런데 상기와 같이 이루어지는 3기통 엔진의 불평형력의 상쇄 구조는 크랭크샤프트의 회전 질량에 의한 불평형 우력과 피스톤의 왕복 질량에 의한 불평형 우력의 1차 성분만을 상쇄시킬 수 있는 구조로 이루어져 있기 때문에, 왕복 질량에 의한 불평형 우력의 2차 성분은 제대로 제거되지 못하여 3기통 엔진에서 완전한 역학적 평형을 구현하지 못하였다.However, the offset structure of the unbalanced force of the three-cylinder engine as described above consists of a structure capable of offsetting only the primary component of the unbalanced force due to the rotational mass of the crankshaft and the unbalanced force due to the reciprocating mass of the piston. The secondary component of the unbalanced power due to the stiffness was not properly removed and did not achieve full mechanical equilibrium in the three-cylinder engine.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 3기통 엔진의 크랭크 샤프트와 피스톤 기구가 완전한 역학적 평형을 이룰 수 있도록 왕복 질량에 의한 불평형 우력의 2차 성분까지 모두 상쇄시킬 수 있는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to offset all the secondary components of the unbalanced force by the reciprocating mass so that the crankshaft and piston mechanism of the three-cylinder engine can achieve a complete mechanical equilibrium To provide an unbalanced inertia-force reduction structure for a three-cylinder engine.

도 1은 본 발명에 의한 3기통 엔진의 관성 우력 저감 구조의 개략도,1 is a schematic diagram of a structure for reducing inertia of a three-cylinder engine according to the present invention;

도 2는 본 발명의 밸런스 웨이트와 밸런스 샤프트의 배치 관계를 설명하는 제1도해도,2 is a first diagram illustrating an arrangement relationship between a balance weight and a balance shaft of the present invention;

도 3은 본 발명의 밸런스 웨이트와 밸런스 샤프트의 배치 관계를 설명하는 제2도해도,3 is a second diagram illustrating an arrangement relationship between a balance weight and a balance shaft of the present invention;

도 4는 종래 기술에 의한 3기통 엔진의 관성 우력 저감 구조의 개략도이다.4 is a schematic diagram of an inertia-running force reduction structure of a three-cylinder engine according to the prior art.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

12 : 실린더 블록 14 : 크랭크 샤프트12 cylinder block 14 crankshaft

16a,16b,16c,16d,16e,16f : 주밸런스 웨이트16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f: Main balance weight

18, 20, 22 : 제1, 2, 3 밸런스 샤프트18, 20, 22: first, second, third balance shaft

24 : 크랭크 웨브24: Crank Web

26a,26b,28a,28b,30a,30b : 보조 밸런스 웨이트26a, 26b, 28a, 28b, 30a, 30b: auxiliary balance weight

32a,32b,32c : 크랭크 핀32a, 32b, 32c: crank pin

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above object

3개의 실린더실을 갖추는 3기통 엔진에 있어서,In a three-cylinder engine with three cylinder chambers,

6개의 크랭크 웨브를 갖춘 크랭크 샤프트의 각 크랭크 웨브에 한쌍씩 120°의 등간격으로 설치되는 6개의 주밸런스 웨이트와; 2개의 보조 밸런스 웨이트를 그 양단에 각각 장착하고, 그 축 중심이 상기 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 양측으로 대향하여 크랭크 샤프트의 회전운동에 연동 가능하게 설치되는 제1, 2밸런스 샤프트와; 2개의 보조 밸런스 웨이트를 그 양단에 장착하고, 상기 제2밸런스 샤프트에 연동 가능하게 설치되는 제3밸런스 샤프트;를 포함하고,Six main balance weights installed at equal intervals of 120 ° on each crank web of the crankshaft having six crank webs; First and second balance shafts each having two auxiliary balance weights mounted at both ends thereof, the center of the shaft being opposed to both sides with respect to the center of the crankshaft so as to be interlocked with the rotational movement of the crankshaft; And a third balance shaft mounted on two ends of the two auxiliary balance weights, the third balance shaft being interlocked with the second balance shaft.

상기 주밸런스 웨이트와 제1, 2, 3밸런스 샤프트에 의하여 불균형 관성 우력을 상쇄시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조를 제공한다.The main balance weight and the first, second, and third balance shafts provide an unbalanced inertial force reducing structure of the three-cylinder engine, characterized in that made to offset the unbalanced inertia.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 불평형 관성 우력 저감 구조를 개략적으로 도시한 것으로서, 이를 참조하면, 본 발명은 3개의 실린더실을 갖추는 실린더 블록(12)에 장착된 크랭크 샤프트(14)에 형성되는 6개의 주밸런스 웨이트(16a,16b,16c,16d,16e,16f)와, 크랭크 샤프트(14)에 연동 가능하게 설치되는3개의 밸런스 샤프트(18,20,22)의 불평형 관성 우력 저감 구조로 이루어진다.FIG. 1 schematically shows an unbalanced inertial force reducing structure according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to this, the present invention relates to a crank shaft 14 mounted to a cylinder block 12 having three cylinder chambers. Unbalanced inertia-running force reduction structure of six main balance weights 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f that are formed, and three balance shafts 18, 20, and 22 that are interlocked with the crankshaft 14 Is made of.

상기에서 주밸런스 웨이트(16a~16f)는 크랭크 샤프트(14)에 형성된 6개의 크랭크 웨브(24)에 한쌍씩 상호 120°의 등간격으로 설치되며, 각 주밸런스 웨이트(16a~16f)의 질량은 동일한 값()으로 형성한다.In the above, the main balance weights 16a to 16f are installed on the six crank webs 24 formed on the crankshaft 14 at equal intervals of 120 ° from each other, and the mass of each main balance weight 16a to 16f is Same value ( To form).

그리고 상기 밸런스 샤프트 중 제1밸런스 샤프트(18)와 제2밸런스 샤프트(20)는 각각 그 양단에 2개의 보조 밸런스 웨이트(26a,26b,28a,28b)를 장착하고 있으며, 그 축 중심은 서로 크랭크 샤프트(14)의 축 중심에 대하여 좌,우측으로 대향되게 배치되어 있다. 여기서, 제1밸런스 샤프트(18)와 제2밸런스 샤프트(20)는 크랭크 샤프트(14)의 회전에 연동하여 회전되는 바, 그 연동수단으로는 상호간에 기어 결합이나 또는 체인이나 벨트를 이용하는 풀리 결합 방식을 이용할 수 있다.The first balance shaft 18 and the second balance shaft 20 of the balance shafts each have two auxiliary balance weights 26a, 26b, 28a, and 28b mounted at both ends thereof, and the centers of the shafts are cranked with each other. The shaft 14 is arranged to face left and right with respect to the axis center. Here, the first balance shaft 18 and the second balance shaft 20 are rotated in conjunction with the rotation of the crankshaft 14, the interlocking means as a gear coupling between each other or a pulley coupling using a chain or belt Method can be used.

제3밸런스 샤프트(22)는 2개의 보조 밸런스 웨이트(30a,30b)가 그 양단에 장착되어 있으며, 상기 제1, 2밸런스 샤프트(18,20) 중 어느 하나에 연동 가능하게 설치되는 바, 본 발명의 실시예에서는 제2밸런스 샤프트(20)에 연동 가능하게 결합되는 것으로 한다. 물론, 제3밸런스 샤프트(22)를 제1밸런스 샤프트(18)에 연동하여도 관계는 없으나, 이 경우, 제1밸런스 샤프트(18)는 크랭크 샤프트 회전속도와 동일하더라도 제3밸런스 샤프트(22)는 크랭크 샤프트의 회전속도의 2개가 되도록 연동된다.The third balance shaft 22 has two auxiliary balance weights 30a and 30b mounted at both ends thereof, and is installed to be interlocked with any one of the first and second balance shafts 18 and 20. In the embodiment of the present invention, the second balance shaft 20 is coupled to be interlocked. Of course, although the third balance shaft 22 is linked to the first balance shaft 18, it is irrelevant. In this case, even if the first balance shaft 18 is equal to the crank shaft rotation speed, the third balance shaft 22 Is interlocked so as to be two of the rotational speeds of the crankshaft.

한편, 제2밸런스 샤프트(20)와 제3밸런스 샤프트(22)의 연동수단은 상기와 동일한 방식의 기어 결합 또는 풀리 결합 방식을 이용할 수 있다.Meanwhile, the interlocking means of the second balance shaft 20 and the third balance shaft 22 may use a gear coupling or pulley coupling scheme in the same manner as described above.

상기와 같이 이루어지는 6개의 주밸런스 웨이트(16a~16f)와 3개의 밸런스 샤프트(18,20,22)를 갖추고 그 관성 모멘트 값과 위상값을 적절하게 설정함으로써 크랭크 샤프트의 회전 질량에 의한 불평형 우력과 피스톤의 왕복 질량에 의한 불평형 우력의 1, 2차 성분 모두를 상쇄시킬 수 있는 바, 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The six main balance weights 16a to 16f and the three balance shafts 18, 20 and 22 made as described above, and by setting the moment of inertia and the phase value appropriately, The first and second components of the unbalanced force due to the reciprocating mass of the piston can be offset, which will be described in more detail as follows.

도 2 및 도 3 은 본 발명에 의한 밸런스 웨이트와 밸런스 샤프트의 배치 관계를 설명하기 위하여 크랭크 샤프트와 밸런스 샤프트를 간단히 도해한 도면으로서, 도 2의 (a)는 크랭크 샤프트(14)를, 도 2의 (b)는 제1밸런스 샤프트(18)를, 도 2의 (c)는 제2밸런스 샤프트(20)를, 도 2의 (d)는 제3밸런스 샤프트(22)를 도해한 것이며, 도 3은 각 밸런스 웨이트 사이의 배치 관계를 도해한 것이다.2 and 3 are schematic diagrams illustrating a crank shaft and a balance shaft in order to explain the arrangement relationship between the balance weight and the balance shaft according to the present invention, and FIG. 2 (a) shows the crank shaft 14. (B) illustrates the first balance shaft 18, FIG. 2 (c) illustrates the second balance shaft 20, and FIG. 2 (d) illustrates the third balance shaft 22. 3 illustrates the arrangement relationship between the respective balance weights.

도 2 및 도 3에서, M을 회전 질량,을 왕복 질량, R을 크랭크 쓰로우(여기서, 크랭크 쓰로우는 크랭크 샤프트(14)의 축 중심으로부터 크랭크 핀(32a~32c)의 축 중심까지의 거리를 말함), P를 각 실린더 보어간의 피치, H를 밸런스 샤프트의 보조 밸런스 웨이트간의 거리,를 주밸런스 웨이트(16a~16f)의 질량,를 제1밸런스 샤프트(18)의 보조 밸런스 웨이트(26a,26b)의 질량,를 제2, 3밸런스 샤프트(20,22)의 보조 밸런스 웨이트(28a,28b,30a,30b)의 질량,를 주밸런스 웨이트(16a~16f)의 반경,를 제1밸런스 샤프트(18)의 보조 밸런스 웨이트(26a,26b)의 질량,를 제2, 3밸런스 샤프트(20,22)의 보조 밸런스 웨이트(28a,28b,30a,30b)의 반경, θ를 X축으로부터 제1크랭크 핀(32a)까지의 각도, α를 제1크랭크 핀(32a)으로부터 이에 장착되는 주밸런스 웨이트(16a,16b)까지의 각도, β를 제1크랭크 핀(32a)으로부터 제1밸런스 샤프트(18)의 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(26a)까지의 각도, γ₁을 제1크랭크 핀(32a)으로부터 제2밸런스 샤프트(20)의 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(28a)까지의 각도, γ₂를 제1크랭크 핀(32a)으로부터 제3밸런스 샤프트(22)의 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(30a)까지의 각도라고 하면, 이에 따라 발생되는 엔진 전체의 불평형 관성력 및 불평형 관성 우력의 합은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.2 and 3, M is the rotational mass, Is the reciprocating mass, R is the crank throw (where crank throw is the distance from the center of the shaft of the crankshaft 14 to the center of the shaft of the crank pins 32a-32c), P is the pitch between the cylinder bores, H is the distance between the auxiliary balance weights of the balance shaft, The mass of the main balance weights 16a to 16f, The mass of the auxiliary balance weights 26a and 26b of the first balance shaft 18, The mass of the auxiliary balance weights 28a, 28b, 30a, 30b of the second and third balance shafts 20, 22, Is the radius of the main balance weights 16a-16f, The mass of the auxiliary balance weights 26a and 26b of the first balance shaft 18, Is the radius of the auxiliary balance weights 28a, 28b, 30a and 30b of the second and third balance shafts 20 and 22, θ is the angle from the X axis to the first crank pin 32a, and α is the first crank pin. The angle from the 32c to the main balance weights 16a and 16b attached thereto, β is the angle from the first crank pin 32a to the auxiliary balance weight 26a on the front side of the engine of the first balance shaft 18, γ₁ is the angle from the first crank pin 32a to the auxiliary balance weight 28a on the engine front side of the second balance shaft 20, γ₂ is the engine of the third balance shaft 22 from the first crank pin 32a. Supposing the angle to the auxiliary balance weight 30a on the front side, the sum of the unbalanced inertia force and the unbalanced inertia force of the entire engine generated by this can be expressed as follows.

(식1) (Eq. 1)

상기 (식1)에서 평형을 이루기 위해서는 각 항은 zero이어야 하므로 다음의 항등식이 성립하게 된다.In order to achieve equilibrium in Equation 1, each term must be zero, so the following identity is established.

(식2) (Eq. 2)

(식3) (Eq. 3)

(식4) (Eq. 4)

(식5) (Eq. 5)

상기의 (식2) 내지 (식5)를 풀면 다음과 같은 결과를 얻는다.Solving the above equations (2) to (5) gives the following results.

① α=2n pi + pi , ②, ③ ① α = 2n pi + pi, ② , ③

, ⑤ , ⑤

, ⑦ , ⑦

상기와 같이 구해지는 값에 따라 주밸런스 웨이트 및 제1, 2, 3 밸런스 샤프트의 관성 모멘트 및 위상값을 정하면, 먼저 주밸런스 웨이트(16a~16f)는 각각 그 관성(Inertia) 모멘트 값이 아래의 (식6)을 만족하도록 하고, 각 주 밸런스 웨이트 쌍의 위상값은 그 사이의 크랭크 핀과 π의 위상차를 갖도록 한다.When the inertia moments and phase values of the main balance weight and the first, second, and third balance shafts are determined according to the values obtained as described above, first, the main balance weights 16a to 16f have their Inertia moment values below Equation (6) is satisfied, and the phase value of each main balance weight pair has a phase difference of? And crank pins therebetween.

(식6) 관성 모멘트(I₁)= 0.5 ×회전 질량(M) ×크랭크 쓰로우 (R) + 0.25 ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우 (R) ―여기서, 크랭크 쓰로우는 크랭크 샤프트의 축 중심으로부터 크랭크 핀의 축 중심까지의 거리임.Equation 6 Moment of Inertia (I ') = 0.5 × Rotational Mass (M) × Crank Through (R) + 0.25 × Reciprocating Mass ( Crank throw (R) where crank throw is the distance from the center of the crankshaft to the center of the crank pin.

다음으로 제1밸런스 샤프트(18)는 크랭크 샤프트(14)의 회전 방향과 반대로 회전하며, 크랭크 샤프트(14)의 회전속도와 동일한 속도비를 가지며, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트(26a,26b)의 관성 모멘트값이 아래의 (식7)을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(26a)의 위상값은 제1크랭크 핀(32a)과 7π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트(26b)의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(26a)의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 한다.Next, the first balance shaft 18 rotates in the opposite direction to the rotational direction of the crankshaft 14, has the same speed ratio as the rotational speed of the crankshaft 14, and the auxiliary balance weights 26a and 26b at both ends thereof. The inertia moment value satisfies Equation 7 below, the phase value of the auxiliary balance weight 26a on the front side of the engine has a phase difference of 7π / 6 with the first crank pin 32a, and the auxiliary balance on the rear side of the engine. The phase value of the weight 26b is to have a phase difference of pi with the phase value of the auxiliary balance weight 26a on the front side of the engine.

(식7) 관성 모멘트(I₂)= 0.433 ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) / 보조 밸런스 웨이트간 거리(H).Equation 7 Moment of Inertia (I₂) = 0.433 × reciprocating mass ) Crank throw (R) x distance from center of first cylinder bore to center of third cylinder bore (L) / distance between auxiliary balance weights (H).

그리고 제2밸런스 샤프트(20)는 크랭크 샤프트(14)의 회전 방향과 반대로 회전하며, 크랭크 샤프트(14)의 회전속도의 2배의 회전 속도비를 가지며, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트(28a,28b)의 관성 모멘트값이 아래의 (식8)을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(28a)의 위상값은 제1크랭크 핀(32a)과 5π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트(28b)의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(28a)의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 한다.The second balance shaft 20 rotates opposite to the rotational direction of the crankshaft 14, has a rotational speed ratio twice the rotational speed of the crankshaft 14, and auxiliary balance weights 28a and 28b at both ends thereof. ), The moment of inertia meets (8) below, and the phase value of the auxiliary balance weight 28a on the front side of the engine has a phase difference of 5π / 6 with the first crank pin 32a. The phase value of the auxiliary balance weight 28b has a phase difference of π with the phase value of the auxiliary balance weight 28a on the front side of the engine.

(식8) 관성 모멘트(I₃)= ( 0.108/λ) ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) / 보조 밸런스 웨이트간 거리(H) ―여기서, λ= 크랭크 쓰로우(R) / 커넥팅 로드의 길이(l) 임.(8) Moment of Inertia (I₃) = (0.108 / λ) x reciprocating mass ( ) Crank throw (R) x Distance from the center of the first cylinder bore to the center of the third cylinder bore (L) / Distance between auxiliary balance weights (H)-where λ = crank throw (R) / connecting rod Length (l).

마지막으로, 제3밸런스 샤프트(22)는 크랭크 샤프트(14)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하며, 크랭크 샤프트(14)의 회전속도의 2배의 회전 속도비를 가지며, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트(30a,30b)의 관성 모멘트값이 아래의 (식9)을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(30a)의 위상값은 제1크랭크 핀(32a)과 5π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트(30b)의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트(30a)의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 한다.Finally, the third balance shaft 22 rotates in the same direction as the rotational direction of the crankshaft 14, has a rotational speed ratio twice the rotational speed of the crankshaft 14, and auxiliary balance weights at both ends thereof. The moment of inertia of (30a, 30b) satisfies the following expression (9), and the phase value of the auxiliary balance weight 30a on the front side of the engine has a phase difference of 5π / 6 with the first crank pin 32a. The phase value of the auxiliary balance weight 30b on the rear side of the engine has a phase difference of pi with the phase value of the auxiliary balance weight 30a on the front side of the engine.

(식9) 관성 모멘트(I₄)= ( 0.108/λ) ×왕복 질량() ×크랭크쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) / 보조 밸런스 웨이트간 거리(H) ―여기서, λ= 크랭크 쓰로우(R) / 커넥팅 로드의 길이(l) 임.Equation 9 Moment of Inertia (I ') = (0.108 / λ) x reciprocating mass ( ) X crank throw (R) x distance from the center of the first cylinder bore to the center of the third cylinder bore (L) / distance between the auxiliary balance weights (H)-where λ = crank throw (R) / of the connecting rod Length (l).

상기와 같이 주밸런스 웨이트(16a~16f)와 3개의 밸런스 샤프트(18,20,22)의 관성 모멘트와 위상값을 형성하게 되면 (식1)이 zero가 될 수 있으므로 엔진 전체의 불평형 관성력 및 불평형 관성 우력의 제1차 성분 및 제2차 성분 모두를 제거할 수 있게 된다.As described above, when the moment of inertia and phase of the main balance weights 16a to 16f and the three balance shafts 18, 20, and 22 are formed, Equation 1 can be zero. It is possible to remove both the primary component and the secondary component of the inertia superior force.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조는 크랭크 샤프트에 형성되는 6개의 주밸런스 웨이트와, 2개의 보조 밸런스 웨이트를 각각 장착한 3개의 밸런스 샤프트가 이루는 관성 모멘트 및 위상값에 의하여 3기통 엔진의 회전 질량 및 왕복 질량에 의한 불평형 관성력 및 관성 우력의 1,2차 성분 모두를 상쇄시킬 수 있으므로, 크랭크 샤프트와 피스톤 기구의 완전한 역학적 평형을 구현할 수 있다.The unbalanced inertia-running force reduction structure of the three-cylinder engine of the present invention made as described above has an inertia moment and a phase value formed by six main balance weights formed on the crankshaft and three balance shafts each equipped with two auxiliary balance weights. It is possible to offset both the first and second components of the unbalanced inertia and inertia by the rotational mass and the reciprocating mass of the three-cylinder engine, thereby achieving a complete mechanical balance of the crankshaft and the piston mechanism.

이에 따라, 크랭크 샤프트의 진동을 보다 저감시킬 수 있어 엔진의 소음, 진동 특성을 보다 향상시킬 수 있다.As a result, the vibration of the crankshaft can be further reduced, and the noise and vibration characteristics of the engine can be further improved.

Claims (5)

3개의 실린더실을 갖추는 3기통 엔진에 있어서,In a three-cylinder engine with three cylinder chambers, 6개의 크랭크 웨브를 갖춘 크랭크 샤프트의 각 크랭크 웨브에 한쌍씩 120°의 등간격으로 설치되는 6개의 주밸런스 웨이트와;Six main balance weights installed at equal intervals of 120 ° on each crank web of the crankshaft having six crank webs; 2개의 보조 밸런스 웨이트를 그 양단에 각각 장착하고, 그 축 중심이 상기 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 양측으로 대향하여 크랭크 샤프트의 회전운동에 연동 가능하게 설치되는 제1, 2밸런스 샤프트와;First and second balance shafts each having two auxiliary balance weights mounted at both ends thereof, the center of the shaft being opposed to both sides with respect to the center of the crankshaft so as to be interlocked with the rotational movement of the crankshaft; 2개의 보조 밸런스 웨이트를 그 양단에 장착하고, 상기 제2밸런스 샤프트에 연동 가능하게 설치되는 제3밸런스 샤프트;A third balance shaft having two auxiliary balance weights mounted at both ends thereof, the third balance shaft being operatively installed on the second balance shaft; 를 포함하고,Including, 상기 주밸런스 웨이트와 제1, 2, 3밸런스 샤프트에 의하여 불균형 관성 우력을 상쇄시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조.The unbalanced inertial force reducing structure of the three-cylinder engine, characterized in that the main balance weight and the first, second, third balance shaft to offset the unbalanced inertia. 청구항 1에서,In claim 1, 상기 주밸런스 웨이트는 각각 그 관성(Inertia) 모멘트값이 아래의 식을 만족하도록 하며, 각 주밸런스 웨이트 쌍의 위상값은 그 사이의 크랭크 핀과 π의 위상차를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조,Each of the main balance weights is such that the Inertia moment value satisfies the following equation, and the phase value of each main balance weight pair has a phase difference of crank pin and π between them. Structure of unbalanced inertia rain reduction, (식) 관성 모멘트(I₁)= 0.5 ×회전 질량(M) ×크랭크 쓰로우 (R) + 0.25 ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우 (R) ―여기서, 크랭크 쓰로우는 크랭크 샤프트의 축 중심으로부터 크랭크 핀의 축 중심까지의 거리임.Inertia moment (I () = 0.5 × rotational mass (M) × crank throw (R) + 0.25 × reciprocating mass ( Crank throw (R) where crank throw is the distance from the center of the crankshaft to the center of the crank pin. 청구항 1에서,In claim 1, 상기 제1밸런스 샤프트는 크랭크 샤프트의 회전 방향과 반대로 회전하며, 크랭크 샤프트의 회전속도와 동일한 속도비를 가지며, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트의 관성 모멘트값이 아래의 식을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값은 제1크랭크 핀과 7π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조,The first balance shaft rotates in the opposite direction to the rotational direction of the crankshaft, has the same speed ratio as the rotational speed of the crankshaft, and makes the moment of inertia of the auxiliary balance weights at both ends satisfy the following equation. The phase value of the auxiliary balance weight has a phase difference of 7π / 6 with the first crank pin, and the phase value of the auxiliary balance weight at the rear of the engine has a phase difference of π with the phase value of the auxiliary balance weight at the front of the engine. Unbalanced inertia power reduction structure of a three-cylinder engine (식) 관성 모멘트(I₂)= 0.433 ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) / 보조 밸런스 웨이트간 거리(H).Moment of inertia (I₂) = 0.433 x reciprocating mass ( ) Crank throw (R) x distance from center of first cylinder bore to center of third cylinder bore (L) / distance between auxiliary balance weights (H). 청구항 1에서,In claim 1, 상기 제2밸런스 샤프트는 크랭크 샤프트의 회전 방향과 반대로 회전하며, 크랭크 샤프트의 회전속도의 2배의 회전 속도비를 가지며, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트의 관성 모멘트값이 아래의 식을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스웨이트의 위상값은 제1크랭크 핀과 5π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조,The second balance shaft rotates in the opposite direction to the rotational direction of the crankshaft, has a rotational speed ratio twice the rotational speed of the crankshaft, and the moment of inertia of the auxiliary balance weights at both ends thereof satisfies the following equation, The phase value of the auxiliary balance weight on the front side of the engine has a phase difference of 5π / 6 with the first crank pin, and the phase value of the auxiliary balance weight on the rear side of the engine has a phase difference of π with the phase value of the auxiliary balance weight on the engine front side. Unbalanced inertia power reduction structure of a three-cylinder engine, characterized in that (식) 관성 모멘트(I₃)= ( 0.108/λ) ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) / 보조 밸런스 웨이트간 거리(H) ―여기서, λ= 크랭크 쓰로우(R) / 커넥팅 로드의 길이(l) 임.Moment of inertia (I₃) = (0.108 / λ) x reciprocating mass ( ) Crank throw (R) x Distance from the center of the first cylinder bore to the center of the third cylinder bore (L) / Distance between auxiliary balance weights (H)-where λ = crank throw (R) / connecting rod Length (l). 청구항 1에서,In claim 1, 상기 제3밸런스 샤프트는 크랭크 샤프트의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하고, 크랭크 샤프트의 회전속도의 2배의 회전 속도비를 가지고, 그 양단의 보조 밸런스 웨이트의 관성 모멘트값이 아래의 식을 만족하도록 하며, 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값은 제1크랭크 핀과 5π/6의 위상차를 갖도록 하고, 엔진 후측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값은 엔진 전측의 보조 밸런스 웨이트의 위상값과 π의 위상차를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조,The third balance shaft rotates in the same direction as the rotational direction of the crankshaft, has a rotational speed ratio twice the rotational speed of the crankshaft, and the moment of inertia of the auxiliary balance weights at both ends thereof satisfies the following equation. The phase value of the auxiliary balance weight on the front side of the engine has a phase difference of 5π / 6 with the first crank pin, and the phase value of the auxiliary balance weight on the rear side of the engine is the phase difference between the phase value of the auxiliary balance weight on the front side of the engine and π. Unbalanced inertia power reduction structure of a three-cylinder engine, characterized in that (식) 관성 모멘트(I₄)= ( 0.108/λ) ×왕복 질량() ×크랭크 쓰로우(R) ×제1실린더 보어 중심으로부터 제3실린더 보어 중심까지의 거리(L) /보조 밸런스 웨이트간 거리(H) ―여기서, λ= 크랭크 쓰로우(R) / 커넥팅 로드의 길이(l) 임.Moment of inertia (I₄) = (0.108 / λ) x reciprocating mass ( ) X crank throw (R) x distance from the center of the first cylinder bore to the center of the third cylinder bore (L) / distance between auxiliary balance weights (H)-where λ = crank throw (R) / of the connecting rod Length (l).
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KR100719632B1 (en) * 2006-03-23 2007-05-17 한국기계연구원 Balancing method of the reciprocating compressor

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