KR20020043924A - 밸런스 샤프트 구동기어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의하면, 밸런스 샤프트 드라이브 기어에 작용하는 반력의 총합을 최소화하기 위하여,
크랭크축에 고정된 크랭크축 기어;
크랭크축 기어로부터 회전력을 전달받는 피동기어 및 상기 피동기어와 동심축상에 설치된 구동기어를 포함하는 밸런스 샤프트 드라이브 기어; 및
상기 구동기어에 연결되어 구동기어의 회전에 따라 구동되는 밸런스 샤프트 기어;를 포함하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에서,
상기 각 기어는 헬리컬 기어로서, 상기 피동기어 및 구동기어는 동일한 방향으로 헬릭스가 형성된 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템을 제공한다.

Description

밸런스 샤프트 구동기어 시스템{A GEAR SYSTEM FOR DRIVING BALANCE SHAFT}
본 발명은 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밸런스 샤프트 구동시 기어 시스템에 작용되는 회전축 방향의 힘을 최소화시킬 수 있는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 내연기관 엔진은 공기와 연료를 섞은 혼합가스를 연소실에서 폭발시킴으로써 그 폭발력을 이용하여 동력을 생성하는 기관이다.
연소실에서 발생된 폭발력은 피스톤 및 커넥팅 로드를 통해 크랭크축을 회동시킴으로써 회전력으로 변환시키게 된다.
그런데, 폭발력을 받아 크랭크축이 회전할 때에는 회전주기에 따라 엔진의진동이 발생하는데, 이 진동을 줄이기 위해 밸런스 샤프트를 구동시킴으로써 크랭크축의 회전으로 인한 진동을 상쇄시키고 있다.
도1은 종래기술 및 본 발명에 의한 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 정면도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 엔진(100)의 크랭크축에 고정된 크랭크축 기어(110)는 매개기어(120; intermediate gear)를 통해 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)를 구동시키고, 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)에 연결된 밸런스 샤프트 기어(150)는 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 회전에 의해 구동되어 회전한다.
이 때 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)는 피동기어(135) 및 구동기어(140)로 구성되어, 상기 피동기어(135)가 상기 매개기어(120)로부터 회전력을 전달받아 회전하면, 이에 따라 회전하는 구동기어(140)가 상기 밸런스 샤프트 기어(150)를 구동시키게 된다.
상기 각 기어의 회전방향은, 통상 크랭크축 기어(110)는 시계방향으로 회전하므로, 상기 매개기어(120)는 반시계 방향, 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)는 시계방향, 상기 밸런스 샤프트 기어(150)는 반시계 방향으로 각각 회전하게 된다.
도2는 도1의 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 A 방향의 우측면도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 각 기어(110,120,130,140)는 헬리컬 기어(helical gear)로서, 각 기어의 사선으로 표시된 방향으로 헬릭스(helix)가 형성되어 있다.
헬릭스의 형성 방향에 관하여는 임의로 정의할 수 있으나, 편의상 상기 도2의 크랭크축 기어(110)에 형성된 헬릭스의 방향을 RH(Right Hand)방향, 매개기어(120)에 형성된 헬릭스의 방향을 LH(Left Hand)방향으로 정의하자.
그러면, 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 피동기어(135)는 RH 방향, 구동기어(140)는 LH 방향, 밸런스 샤프트 기어(150)는 RH 방향으로 설정된다.
상기와 같은 방향성을 가지고 설치되는 기어 시스템이 동작함에 따라서 각 기어에 걸리는 회전축 방향의 힘을 살펴보면 다음과 같다.
크랭크축(210)이 시계방향으로 회전함에 따라서 상기 크랭크축 기어(110)의 우측면은 하향 동작하게 되고, 헬리컬 기어 결합에 의해 매개기어(120)의 우측면을 상향 구동시키게 된다.
이 때 크랭크축 기어(110)는 매개기어(120)의 반작용을 받아 엔진(100)방향으로 반력(f1)을 받게 되며, 상기 매개기어(120)는 상기 크랭크축 기어(110)가 받는 반력과 반대 방향(즉, 엔진 전면 방향)으로 반력(-f1)을 받게 된다.
이는, 헬리컬 기어에 구동력이 전달될 때에는 그 헬릭스에 수직방향으로 힘이 전달되는데, 이 수직방향의 힘은 기어의 회전방향 및 축 방향으로 분할되어 축 방향의 힘이 잔존하게 되기 때문이다.
동일한 원리에 의해 상기 매개기어(120)와 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 피동기어(135) 사이에는 매개기어(120)가 반력(f2)를 받게 되고, 피동기어(135)가 상기 반력(f2)의 반대방향으로 반력(-f2)을 받게 된다.
상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 구동기어(140)와 밸런스 샤프트 기어(150)의 관계에서는, 상기 구동기어(140)의 우측면은 하향 동작하게 되어 밸런스 샤프트 기어(150)의 우측면이 상향 구동된다. 이에 따라, 상기 구동기어(140)에는 엔진 앞쪽 방향으로 반력(-f3)이 형성되고, 이에 대해 상기 밸런스 샤프트 기어(150)에는 엔진 방향으로 반력(f3)이 형성된다.
그런데, 상기에서 살펴본 바와 같이, 두 개의 기어가 결합된 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)에 작용하는 반력은, 매개기어(120) 및 밸런스 샤프트 기어(150)와의 관계에서, 각각 -f2 및 -f3로서, 그 방향이 엔진 앞쪽 방향으로 일치한다.
따라서 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)에는 항시 큰 반력을 받게 되며, 이에 따라 축 방향으로 작용하는 상기 반력은 엔진의 동작시 회전요소의 마찰력을 증가시키게 되고, 이에 따라 내구성이 떨어지게 되며, 엔진의 소음이 커지고, 연료의 소비가 커지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 헬리컬 기어 결합을 통해 밸런스 샤프트를 구동함에 있어서 기어간에 상호 작용하는 반력을 최소화할 수 있는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템을 제공하는 것이다.
도1은 종래기술 및 본 발명에 의한 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 정면도이다.
도2는 도1의 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 A 방향의 우측면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 구성도로서, 도1의 A 방향의 우측면도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 밸런스 샤프트 구동기어 시스템은,
크랭크축에 고정된 크랭크축 기어;
크랭크축 기어로부터 회전력을 전달받는 피동기어 및 상기 피동기어와 동심축상에 설치된 구동기어를 포함하는 밸런스 샤프트 드라이브 기어; 및
상기 구동기어에 연결되어 구동기어의 회전에 따라 구동되는 밸런스 샤프트 기어;를 포함하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에서,
상기 각 기어는 헬리컬 기어로서, 상기 피동기어 및 구동기어는 동일한 방향으로 헬릭스가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸런스 샤프트 구동기어 시스템의 구성도로서, 도1의 A 방향의 우측면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 밸런스 샤프트 구동기어 시스템은, 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 구동기어(140)의 헬릭스 방향, 및 밸런스 샤프트 기어(150)의 헬릭스 방향을 종래기술에 비하여 반대방향으로 바꾼 것이다.
즉, 크랭크축(310)에 연결된 크랭크축 기어(110)의 헬릭스 방향은 RH로 설정되고, 이에 따라 매개기어(120)의 헬릭스 방향 및 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 피동기어(135)의 헬릭스 방향은 LH 및 RH 로 각각 형성된다.
상기 피동기어(135)와 동심축(330) 상에 설치된 구동기어(340)의 헬릭스 방향은, 상기 피동기어(135)의 헬릭스 방향과 동일한 방향인 RH 방향으로 형성하고, 이에 따라 밸런스 샤프트 기어(350)의 헬릭스 방향은 LH 방향으로 형성된다.
상기와 같은 방향성을 가지고 설치되는 기어 시스템이 동작함에 따라서 각 기어에 걸리는 회전축 방향의 힘을 살펴보면 다음과 같다.
크랭크축 기어(110)와 매개기어(120) 사이에 작용하는 회전축 방향의 힘, 및 매개기어(120)와 피동기어(135) 사이에 작용하는 회전축 방향의 힘은 종래기술의 설명에서 상세히 살펴본 바와 동일하므로 기재를 생략한다.
크랭크축 기어(110)가 시계방향으로 회전하면, 이에 따라 매개기어(120)는 반시계 방향, 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 피동기어(135)는 시계방향으로 회전한다.
밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 구동기어(140)는 피동기어(135)와 직결되어 시계방향으로 회전하고, 이에 따라 상기 구동기어(140)의 우측면은 하향 동작하게 되고, 이에 따라 상기 구동기어(140)에 의해 구동되는 밸런스 샤프트 기어(150)의 우측면은 상향 구동되게 된다.
그런데, 상기 구동기어(140)의 헬릭스 방향이 종래와는 반대로 형성됨으로 인하여 상기 구동기어(140)에 작용하는 반력(f3)은 종래에 비해, 크기가 같고 방향이 반대로 형성된다.
따라서, 상기 밸런스 샤프트 드라이브 기어(130)의 회전축 방향으로 걸리는 힘은, 매개기어(120)와의 관계에서 -f2, 밸런스 샤프트 기어(350)와의 관계에서 f3가 작용하게 되어, 작용방향이 반대로 형성됨으로 인하여, 회전축 방향으로의 총반력을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 크랭크축 기어의 헬릭스 방향을 RH 방향으로 설정하였으나, 이를 LH 방향으로 설정하는 것도 가능하며, 이 경우 본 발명의 실시예의 기어 시스템에 포함된 각 기어의 헬릭스 방향을 상기 실시예에서 기재한 바와 반대방향으로 형성할 수 있다.
이상으로 본 발명의 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에 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.
본 발명의 실시예에 의하면, 밸런스 샤프트 드라이브 기어에 작용하는 반력의 총합을 최소화할 수 있으며, 이로 인하여, 엔진 구동시 마찰력을 줄이고, 마찰로 인한 엔진의 소음을 줄이며, 기어 시스템 및 엔진의 내구성을 증가시키고, 마찰로 인한 연료 손실을 줄일 수 있다.

Claims (3)

  1. 크랭크축에 고정된 크랭크축 기어;
    크랭크축 기어로부터 회전력을 전달받는 피동기어 및 상기 피동기어와 동심축상에 설치된 구동기어를 포함하는 밸런스 샤프트 드라이브 기어; 및
    상기 구동기어에 연결되어 구동기어의 회전에 따라 구동되는 밸런스 샤프트 기어;를 포함하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템에서,
    상기 각 기어는 헬리컬 기어로서, 상기 피동기어 및 구동기어는 동일한 방향으로 헬릭스가 형성된 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 크랭크축 기어로부터 상기 피동기어에 회전력을 전달하는 매개기어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 크랭크축 기어, 매개기어, 밸런스 샤프트 드라이브 기어의 피동기어, 밸런스 샤프트 드라이브 기어의 구동기어, 및 밸런스 샤프트 기어의 헬릭스 방향은, RH, LH, RH, RH, 및 LH 방향으로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 구동기어 시스템.
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