KR20020050307A

KR20020050307A - 브이형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조

Info

Publication number: KR20020050307A
Application number: KR1020000079425A
Authority: KR
Inventors: 백성윤
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27
Also published as: KR100387465B1

Abstract

본 발명은 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 소재 제작시 통상의 금형 분할선에 의해서 크랭크 샤프트를 금형으로부터 탈형할 수 있도록 하기 위하여,

V형 6기통 엔진의 크랭크 샤프트에 있어서, 상기 제1크랭크 웨브에 그 무게중심이 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 하측으로 편재되어 형성되는 제1카운터 웨이트와; 상기 제2크랭크 웨브에 그 무게중심이 하측으로 편재되어지되, 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 반시계 방향으로 틀어진 자세를 취하여 형성되는 제2카운터 웨이트와; 상기 제3크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트의 무게중심에 대하여 반시계 방향으로 90°틀어진 방향으로 편향된 무게중심을 갖도록 형성되는 제3카운터 웨이트와; 상기 제4크랭크 웨브에 상기 제3카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제4카운터 웨이트와; 상기 제6크랭크 웨브에 상기 제4카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제5카운터 웨이트와; 상기 제7크랭크 웨브에 상기 제5카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제6카운터 웨이트와; 상기 제8크랭크 웨브에 상기 제2카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제7카운터 웨이트와; 상기 제9크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제8카운터 웨이트;를 포함하여 이루어지는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조를 제공한다.

Description

브이형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조{A COUNTER WEIGHT STRUCTURE OF V-TYPE 6 CYLINDER ENGINE CRANK SHAFT}

본 발명은 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 소재 제작시 통상의 금형 분할선에 의해서 크랭크 샤프트를 금형으로부터 탈형할 수 있도록 카운터 웨이트를 형성함으로써, 트위스트 공법을 삭제하고 소재의 원가를 절감하고 품질을 향상시킬 수 있는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조에 관한 것이다.

자동차 엔진에 있어서의 크랭크 샤프트는 각 피스톤의 직선 승강 운동을 회전운동으로 바꿈으로써 동력을 발생시키는 중요한 기능을 갖고 있다.

이에 따라 크랭크샤프트는 진동이 없이 원활히 회전하는 것이 바람직한데, 실제에 있어서는 메인 저어널과 핀 저어널의 중심이 편심되어 있기 때문에 그대로 회전시키면 균형을 유지할 수 없게 되어 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 통상적으로 크랭크 핀의 반대측 크랭크 웨브에 카운터 웨이트를 부가하여 회전중의 균형이 유지될 수 있도록 하고 있다.

이 경우에 직렬형 4기통 엔진은 예외없이 크랭크 웨브의 전개각이 180도로 이루어지기 때문에 카운터 웨이트의 배치에 별다른 문제가 없으나, V형 6기통 엔진의 경우에는 쉽지 않다.

이러한 점을 고려하여 본 발명이 관계하는 V형 6기통 엔진에 적용되는 크랭크 샤프트의 구성을 살펴보면, 도 4 및 도 5에서와 같이 커넥팅 로드가 연결되는 제1 내지 제6크랭크 핀(112,114,116,118,120,122)을 보유하고, 이들 사이에 제1 내지 제4 메인 저어널(124,126,128,130)이 개재됨과 아울러 제1 내지 제6크랭크핀(112,114,116,118,120,122)과 제1 내지 제4 메인 저어널(124,126,128,130)의 사이에 제1 내지 제9 크랭크 웨브(a,b,c,d,e,f,g,h,i)가 각각 형성되어 구성된다.

그리고 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1크랭크 웨브(a)에는 그의 무게중심이 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 하측으로 편재되는 제1카운터 웨이트(132)가 형성되고, 제2크랭크 웨브(b)에는 그 무게중심이 하측으로 편재되어지되, 상기 제1카운터 웨이트(132)에 대하여 반시계 방향으로 틀어진 자세를 취하는 제2카운터 웨이트(134)가 형성된다.

또한, 제5크랭크 웨브(e)에는 상기 제1카운터 웨이트(132)의 무게중심에 대하여 시계방향으로 90°틀어진 방향으로 편향된 무게중심을 갖는 제3카운터 웨이트(136)가 형성되며, 상기 제8크랭크 웨브(h)에는 상기 제2카운터 웨이트(134)에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하는 제4카운터 웨이트(138)가 형성된다.

그리고 상기 제9크랭크 웨브(i)에는 상기 제1카운터 웨이트(132)에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하는 제5카운터 웨이트(140)가 형성된다.

이러한 5-카운터 웨이트 구조에 의하여 크랭크 샤프트 전체에 대한 관성 평형이 유지되게 된다.

한편, 상기와 같은 5-카운터 웨이트 구조를 갖는 크랭크 샤프트의 제작 과정을 간략히 살펴보면 먼저 금형에 크랭크 샤프트의 모체가 되는 주물을 부은 후에, 이 모체가 크랭크 샤프트의 모양으로 성형되면, 정해진 금형 분리선(142)을 따라 크랭크 샤프트를 금형으로부터 분리하게 되면 크랭크 샤프트가 소재 상태로 생산되어지며, 이 크랭크 샤프트 소재를 다시 가공기에 의하여 연삭, 정삭 등을 하여 원하는 디멘젼을 갖는 크랭크 샤프트를 최종적으로 생산하게 된다.

그런데 상기와 같이 이루어지는 V형 6기통 엔진의 크랭크샤프트의 카운터 웨이트 구조에 있어서는, 금형으로부터 크랭크 샤프트를 분리시, 통상의 금형 분할선으로는 "P"부분에 금형 간섭이 생기므로 이대로의 성형은 불가능하며 "L"부분은 크랭크 웨브에 비하여 깊이가 깊어 그 끝단부에서 미성형부(결육)가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

이에 따라, 도 6(b)에 도시한 바와 같은 금형 분할선이 형성된 금형으로 1차 소재를 추출한 후에, 다시 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 제1,2,3크랭크 웨브(a,b,c)는 시계 방향으로, 제7,8,9크랭크 웨브(g,h,i)는 반시계 방향으로 비틀어서 최종 소재를 완성하는 트위스트(TWIST)공법에 의하여 소재를 제작해야만 하였다.

그러나 이와 같은 트위스트 공법은 고가의 트위스트(TWIST) 장비 및 부대 장치를 필요로 하였으며, 비트는 작업에 의하여 소재의 품질이 열악해지고, 트위스트 공정에 작업자가 추가로 배치되어야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 소재 제작시 통상의 금형 분할선에 의해서 크랭크 샤프트를 금형으로부터 탈형할 수 있도록 카운터 웨이트를 형성함으로써, 트위스트 공법을 삭제하고 소재의 원가를 절감하며 품질을 향상시킬 수 있는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 카운터 웨이트 구조가 적용된 크랭크 샤프트의 평면도,

도 2는 본 발명에 의한 카운터 웨이트 구조가 적용된 크랭크 샤프트의 정면도,

도 3은 도 1의 크랭크 웨브부의 분해 단면도,

도 4는 종래 기술에 의한 카운터 웨이트 구조가 적용된 크랭크 샤프트의 평면도,

도 5는 종래 기술에 의한 카운터 웨이트 구조가 적용된 크랭크 샤프트의 정면도,

도 6(a)는 도 4의 크랭크 웨브부의 분해 단면도이고, 도 6(b),(c)는 트위스트 공법을 적용하기 전후의 크랭크 웨브부의 분해 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12,14,16,18,20,22 : 제1 ~ 제6크랭크 핀

24,26,28,30 : 제1 ~ 제4메인 저어널

32,34,36,38,40,42,44,46 : 제1 ~ 제8카운터 웨이트

48 : 금형 분할선

A,B,C,D,E,F,G,H,I : 제1 ~ 제9크랭크 웨브

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

커넥팅 로드가 연결되는 제1 내지 제6크랭크 핀을 보유하고, 이들 사이에 제1 내지 제4 메인 저어널이 개재됨과 아울러 제1 내지 제6크랭크핀과 제1 내지 제4 메인 저어널의 사이에 제1 내지 제9 크랭크 웨브가 각각 형성되어 있는 V형 6기통 엔진의 크랭크 샤프트에 있어서,

상기 제1크랭크 웨브에 그 무게중심이 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 하측으로 편재되어 형성되는 제1카운터 웨이트와; 상기 제2크랭크 웨브에 그 무게중심이 하측으로 편재되어지되, 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 반시계 방향으로 틀어진 자세를 취하여 형성되는 제2카운터 웨이트와; 상기 제3크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트의 무게중심에 대하여 반시계 방향으로 90°틀어진 방향으로 편향된 무게중심을 갖도록 형성되는 제3카운터 웨이트와; 상기 제4크랭크 웨브에 상기 제3카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제4카운터 웨이트와; 상기 제6크랭크 웨브에 상기 제4카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제5카운터 웨이트와; 상기 제7크랭크 웨브에 상기 제5카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제6카운터 웨이트와; 상기 제8크랭크 웨브에 상기 제2카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제7카운터 웨이트와; 상기 제9크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제8카운터 웨이트;를 포함하여 이루어지는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조를 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 카운터 웨이트 구조가 적용된 크랭크 샤프트의 평면도 및 정면도를 나타내며, 도 3은 각 크랭크 웨브별로 카운터 웨이트 구조를 분해한 부분 단면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 카운터 웨이트 구조에 관계하는 크랭크샤프트는 커넥팅 로드가 연결되는 제1 내지 제6크랭크 핀(12,14,16,18,20,22)을 보유하고, 이들 사이에 제1 내지 제4 메인 저어널(24,26,28,30)이 개재됨과 아울러 제1 내지 제6크랭크핀(12,14,16,18,20,22)과 제1 내지 제4 메인 저어널(24,26,28,30)의 사이에는 제1 내지 제9 크랭크 웨브(A,B,C,D,E,F,G,H,I)가 각각 형성되어 있다.

상기와 같이 이루어지는 크랭크 샤프트에 있어서 본 발명은 상기 각 제1 내지 제9 크랭크 웨브(A,B,C,D,E,F,G,H,I)의 일단에 형성되는 카운터 웨이트 구조에 관한 것으로서, 제 5크랭크 웨브(E)를 제외한 제1 내지 제4크랭크 웨브(A,B,C,D)와제6 내지 제9크랭크 웨브(F,G,H,I)에 총 8개의 카운터 웨이트를 형성함으로써 통상의 금형 분할선에 의해서도 크랭크 샤프트 소재가 금형으로부터 용이하게 탈형될 수 있도록 한다.

즉, 상기 제1크랭크 웨브(A)에는 그 무게중심이 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 하측으로 편재된 제1카운터 웨이트(32)를 형성하고, 제2크랭크 웨브(B)에는 그 무게중심이 하측으로 편재되어지되, 제1카운터 웨이트(32)에 대하여 반시계 방향으로 틀어진 자세를 취하여 제2카운터 웨이트(34)를 형성하고, 제3크랭크 웨브(C)에는 제1카운터 웨이트(32)의 무게중심에 대하여 반시계 방향으로 90°틀어진 방향으로 편향된 무게중심을 갖도록 제3카운터 웨이트(36)를 형성하고, 제4크랭크 웨브(D)에는 제3카운터 웨이트(36)에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하여 제4카운터 웨이트(38)를 형성한다.

그리고 제6크랭크 웨브(F)에는 제4카운터 웨이트(38)에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하여 제5카운터 웨이트(40)를 형성하며, 제7크랭크 웨브(G)에는 제5카운터 웨이트(36)에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하여 제6카운터 웨이트(42)를 형성하며, 제8크랭크 웨브(H)에는 제2카운터 웨이트(34)에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하여 제7카운터 웨이트(44)를 형성하며, 제9크랭크 웨브(I)에는 제1카운터 웨이트(32)에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하여 제8카운터 웨이트(46)를 형성한다.

상기에서 제3, 6카운터 웨이트(36,42)와 제4, 5카운터 웨이트(38,40)는 다른 카운터 웨이트보다 폭이 좁아지도록 형성한다. 즉, 제1, 8카운터 웨이트(32,46)는폭이 가장 넓으며, 제2, 7카운터 웨이트(34,44)는 그 다음으로 폭이 넓으며, 제3, 6카운터 웨이트(36,42)와 제4, 5카운터 웨이트(38,40)는 좌측으로 그 폭이 가장 좁다

상기와 같은 구조가 되도록 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트를 형성하면 통상의 금형 분할선(48)을 이용하여 크랭크 샤프트를 금형으로부터 탈형하더라도 소재와 금형간에 간섭이 발생하지 않으므로 별도의 트위스트 공법이 필요하지 않으며, 또한 소재의 미성형 부위가 발생할 가능성이 적다.

상기한 바와 같이 8개의 카운터 웨이트로 이루어지는 본 발명의 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조는 통상의 금형 분할선으로도 모든 크랭크 아암이 추출 가능하므로 소재를 비트는 트위스트(TWIST) 공법 없이도 소재를 제작할 수 있다.

이에 따라, 별도의 트위스트 장비가 불필요하므로 소재의 원가를 절감할 수 있으며, 추가 공정이 불필요하여 소재의 제작시간 및 생산성을 보다 향상시킬 수 있으며, 소재의 품질도 향상시킬 수 있다.

그 외에도 제1크랭크 웨브와 제9크랭크 웨브의 크기를 크게 설계하고 다른 크랭크 아암의 크기를 작게 설계하여 전체적으로 소재의 경량화를 달성할 수 있다.

Claims

커넥팅 로드가 연결되는 제1 내지 제6크랭크 핀을 보유하고, 이들 사이에 제1 내지 제4 메인 저어널이 개재됨과 아울러 제1 내지 제6크랭크핀과 제1 내지 제4 메인 저어널의 사이에 제1 내지 제9 크랭크 웨브가 각각 형성되어 있는 V형 6기통 엔진의 크랭크 샤프트에 있어서,

상기 제1크랭크 웨브에 그 무게중심이 크랭크 샤프트의 축 중심에 대하여 하측으로 편재되어 형성되는 제1카운터 웨이트와;

상기 제2크랭크 웨브에 그 무게중심이 하측으로 편재되어지되, 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 반시계 방향으로 틀어진 자세를 취하여 형성되는 제2카운터 웨이트와;

상기 제3크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트의 무게중심에 대하여 반시계 방향으로 90°틀어진 방향으로 편향된 무게중심을 갖도록 형성되는 제3카운터 웨이트와;

상기 제4크랭크 웨브에 상기 제3카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제4카운터 웨이트와;

상기 제6크랭크 웨브에 상기 제4카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제5카운터 웨이트와;

상기 제7크랭크 웨브에 상기 제5카운터 웨이트에 대하여 크랭크 축을 중심으로 180°회전되는 자세를 취하도록 형성되는 제6카운터 웨이트와;

상기 제8크랭크 웨브에 상기 제2카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제7카운터 웨이트와;

상기 제9크랭크 웨브에 상기 제1카운터 웨이트에 대하여 상하로 대칭되는 자세를 취하도록 형성되는 제8카운터 웨이트;를 포함하여 이루어지는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 제3, 6카운터 웨이트와 제4, 5카운터 웨이트는 다른 카운트 웨이트 보다 폭이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 V형 6기통 엔진 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트 구조.