KR20040013872A

KR20040013872A - 타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법

Info

Publication number: KR20040013872A
Application number: KR1020020046968A
Authority: KR
Inventors: 이종원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-14
Also published as: KR100461454B1

Abstract

본 발명은 엔진의 크랭크 샤프트의 동력을 캠 샤프트에 전달하여 밸브 타이밍을 조절하는 타이밍 체인의 조립방법을 개선하므로서 엔진의 연비성능이 향상되도록 하는 타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법에 관한 것으로,

엔진의 밸브타이밍에 맞추어 크랭크 샤프트의 동력이 캠 샤프트에 전달되도록 하기 위해, 크랭크 샤프트 스프로켓과, 캠 샤프트 스프로켓 간에 타이밍 체인이 장착되는 구조에 있어서,

실린더 블럭의 전방측으로 크랭크 샤프트 스프로켓이 축지되는 크랭크 샤프트와;

실린더 헤드의 전방측으로 일단이 돌출되는 캠 샤프트와;

상기한 캠 샤프트의 일단에 끼우기 위한 축공이 형성되고, 상기 축공의 외주에 캠 샤프트 스프로켓이 체결되기 위한 다수의 체결공이 형성되는 플랜지와;

외주면에 상기한 플랜지의 보스에 끼우기 위한 축공이 형성되고, 상기 축공의 외주에 상기 체결공과 체결하는 과정에서 각도조절이 가능하도록 장공이 형성되고, 그 외주면에는 타이밍 체인이 채워지기 위한 이가 형성되는 캠 샤프트 스프로켓과;

상기한 크랭크 샤프트의 구동력이 상기한 캠 샤프트에 전달될 수 있도록 캠 샤프트 스프로켓에 채워지는 타이밍 체인; 을 포함하여 구성되어지되,

상기한 캠 샤프트의 일단에 플랜지를 압입하고, 상기한 플랜지의 일측에 캠샤프트 스프로켓을 가조립 한 후, 타이밍 체인의 장력이 조절되어진 상태에서 캠 샤프트 스프로켓을 완조립하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법{Assembling apparatus and method of timing chain}

본 발명은 타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크 샤프트의 동력을 캠 샤프트에 전달하여 밸브 타이밍을 조절하는 타이밍 체인의 조립방법을 개선하므로서 엔진의 연비성능이 향상되도록 하는 타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법에 관한 것이다.

일반적으로 크랭크 샤프트는 크랭크 케이스 안에 설치된 메인 베어링으로 지지되어 있고, 각 실린더의 동력 행정에서 발생한 피스톤의 직선동력을 커넥팅 로드를 통해 바꾸고, 반대로 다른 행정에서는 피스톤에 운동을 가해 연속하여 동력을 발생하는 기능을 하는 것이다.

이렇게 크랭크 샤프트에서 발생된 회전동력은 대부분은 트랜스 밋션을 통해 차량을 구동하기 위한 동력으로 작용되어지고, 일부의 동력은 타이밍 체인을 통해연료의 연소에 필요한 흡기밸브 및 배기밸브를 작동시키는 캠 샤프트 및 보기류에 전달되어 엔진의 시동이 연속적으로 이루어지도록 한다.

특히, 캠 샤프트의 구동장치는 일반적으로 크랭크 케이스의 앞부분에 설치되어 있으며, 타이밍 기어식, 타이밍 체인식, 타이밍 벨트식으로 분류되지만, 타이밍 기어식은 사용도중에 마모로 인하여 소음이 커지는 등의 이유로 최근에는 거의 사용하지 않고 있다. 그리고 타이밍 벨트식의 경우에는 스프로켓과 벨트의 조립공차에 의해 항상 캠위상의 공차폭이 기어보다 커지게 되는 단점이 있었다.

한편, 최근의 엔진에는 타이밍 장치로써 타이밍 체인이 많이 사용되고 있는데, 상기한 타이밍 체인이 적용되는 엔진의 경우에 체인스프라켓과 체인 간의 조립공차에 의해 캠 위상이 미소 변경되므로서 일반적으로 어느 정도의 밸브타이밍 공차가 발생된다는 것은 주지의 사실이다.

도 12는 일반적인 엔진의 타이밍 체인이 장착된 모습을 도시한 도면이다. 도면에서와 같이, 실린더 헤드의 전방측에 일단이 돌출형성되는 캠 샤프트(10)의 끝단에는 캠 샤프트 스프로켓(11)이 각각 장착된다. 그리고 도면에는 도시가 생략되었지만 크랭크 샤프트의 일단에는 크랭크 샤프트 스프로켓이 장착된다. 또한, 상기한 크랭크 샤프트 스프로켓 과 두 개의 캠 샤프트 스프로켓(11) 간에는 타이밍 체인(12)이 연결된다.

한편, 엔진을 조립하는 과정에서 상기한 타이밍 체인(12)을 장착할 때에는, 엔진성능이 좌우되는 밸브 타이밍을 맞추기 위해서 각각의 캠 샤프트 스프로켓(11)에 표시된 타이밍 마크(15)의 위치를 체인 케이스(13) 측면에 표시된 기준 타이밍마크(16)에 일치시켜야 한다. 또한, 타이밍 체인(12)의 타이밍 마크(17)는 주변과 색깔이 다르게 표시된다. 따라서 엔진을 조립하는 과정에서 작업자는 체인 케이스(13)의 측면에 표시된 기준 타이밍 마크(16)와, 캠 샤프트 스프로켓(11)에 표시된 타이밍 마크(15)와, 체인에 색깔로 표시된 타이밍 마크(17)의 위치를 일치시킨 상태에서 조립하도록 구성되어 있다.

그러나 상기한 같이 밸브타이밍을 조절하는 장치로써 타이밍 체인을 적용하는 경우는 타이밍 기어를 적용하는 경우보다 밸브타이밍의 편차가 커지게 되는 문제가 있었다. 왜냐하면, 타이밍 체인을 조립하는 과정에서 캠 샤프트 스프로켓이 조립된 상태에서 타이밍 체인을 조립하므로 설계상으로는 기준 타이밍 마크(참조마크)와, 스프라켓의 타이밍 마크를 정확하게 설계하였다 하더라도, 타이밍 체인의 변형 및 체인 자체의 편차, 체인의 긴장 및 이완에 따른 편차 등으로 인해서 실제로 설계된 위상각에 정확히 조립할 수 없는 문제점가 있었기 때문이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 크랭크 샤프트의 동력을 캠 샤프트에 전달하여 밸브 타이밍을 조절하는 타이밍 체인의 조립방법을 개선하므로서 엔진의 연비성능이 향상되도록 하는 타이밍 체인의 조립구조 및 그 조립방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 밸브타이밍에 맞추어 크랭크 샤프트의 동력이 캠 샤프트에 전달되도록 하기 위해, 크랭크 샤프트 스프로켓과, 캠 샤프트 스프로켓 간에 타이밍 체인이장착되는 구조에 있어서,

실린더 헤드의 전방측으로 일단이 돌출되는 캠 샤프트와;

상기한 캠 샤프트의 일단에 플랜지를 압입하고, 상기한 플랜지의 일측에 캠 샤프트 스프로켓을 가조립 한 후, 타이밍 체인의 장력이 조절되어진 상태에서 캠 샤프트 스프로켓을 완조립하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립된 상태의 정면도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명에 의해 형성되는 플랜지의 사시도.

도 4는 본 발명에 의해 형성되는 캠 샤프트 스프로켓의 정면도.

도 5는 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 고정용 지그의 사시도.

도 6은 본 발명에 의해 크랭크 샤프트를 고정하는 상태를 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 의한 캠 샤프트 고정용 지그의 사시도.

도 8은 본 발명에 의해 캠 샤프트를 고정하는 상태의 도면.

도 9 내지 도 10은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립되는 단계를 설명하기 위한 도면.

도 11은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립되는 과정을 설명하기 위한 플로우차트.

도 12는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 체인 케이스 21 : 크랭크 샤프트

22 : 캠 샤프트 23 : 크랭크 샤프트 스프로켓

24 : 캠 샤프트 스프로켓 25 : 타이밍 체인

26 : 실린더 블럭 27 : 다웰 핀

28 : 체인 가이드 29 : 체인 텐셔너

30 : 플랜지 32 : 체결공

35 : 볼트 36 : 와셔

40 : 크랭크 샤프트 고정용 지그 50 : 캠 샤프트 고정용 지그

이하, 본 발명에 의한 체인의 조립구조 및 방법에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립된 상태의 정면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의해 형성되는 플랜지의 사시도이고, 도4는 본 발명에 의해 형성되는 캠 샤프트 스프로켓의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 고정용 지그의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 의해 크랭크 샤프트를 고정하는 상태를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 의한 캠 샤프트 고정용 지그의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 의해 캠 샤프트를 고정하는 상태의 도면이며, 도 9 내지 도 10은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립되는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명에 의해 타이밍 체인이 조립되는 과정을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 엔진에 조립되는 체인 케이스를 지시하는 것으로서, 상기한 체인 케이스(20)는 엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드의 전방측에 돌출형성되는 크랭크 샤프트(21) 및 캠 샤프트(22)의 일단을 수용하게 된다.

그리고 상기한 크랭크 샤프트(21)에는 종래와 같이 크랭크 샤프트 스프로켓(23)이 장착되는데, 타이밍 체인(25)을 장착하기에 앞서서 상기한 크랭크 샤프트(21)의 리어측에는 크랭크 샤프트 고정용 지그(40)가 끼워진다.

상기한 크랭크 샤프트 고정용 지그(40)는 크랭크 샤프트 스프로켓(23)에 타이밍 체인(25)을 장착하기 전에 크랭크 샤프트(21)가 피스톤의 하사점 위치인 상태에서 회전되지 않도록 하기 위한 것으로서, 플라이 휠이 장착되는 크랭크 샤프트(21)의 끝단에 원반(41)이 말착되도록 형성되고, 상기 원반(41)이 회전되지 않도록 상기 원반(41)의 하측으로 실린더 블럭(26)의 하부면과 밀착되는 고정판(42)이 형성되며, 크랭크 샤프트(21)의 끝단에 일반적으로 돌출형성되는 다웰 핀(27)이 걸리도록 하기 위한 걸림돌기(43)가 상기 원반(41)의 일측에 형성된다. 즉, 상기한 크랭크 샤프트 고정용 지그(40)의 걸림돌기(43)에 상기한 다웰 핀(27)이 걸리게 된 상태가 피스톤이 하사점이 된 상태가 되도록 구성되는 것이다.

그리고 상기한 캠 샤프트(22)의 전방측 끝단에는 캠 샤프트 스프로켓(24)의 체결각도를 조정하면서 고정하기 위한 플랜지(30)가 결합된다. 상기 플랜지(30)는 캠 샤프트(22)의 일단에 끼우기 위한 축공(31)이 형성되고, 상기 축공(31)의 외주에 캠 샤프트 스프로켓(24)이 체결되기 위한 다수의 체결공(32)이 형성된다. 특히, 상기한 플랜지(30)의 축공(31)을 보강하기 위한 보스(33)와 체결공(32) 사이의 면은 살빼기되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 플랜지(30)의 체결공(32)과 캠 샤프트 스프로켓(24)의 장공(24b)은 볼트(35)에 의해 결합되는데, 상기 볼트(35)의 축력이 상기 두 부재에 완전히 미치지 못하는 것을 보완하기 위해서 상기 캠 샤프트 스프로켓(24)의 외측면에는 링형상의 와셔(36)가 개재되는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 플랜지(30)가 장착된 캠 샤프트(22)는 별도로 형성되는 캠 샤프트 고정용 지그(50)에 의해서 고정된다. 이를 위해 상기 캠 샤프트(22)의 중간부 도중에는 지그 장착면(22a)이 평면가공된다. 상기한 지그 장착면(22a)이 가공되는 위치는 피스톤이 상사점 혹은 하사점에 위치되는 위치가 되도록 오차없이 정밀하게 가공되는 것이다.

상기한 캠 샤프트 고정용 지그(50)는 상기 지그 장착면(22a)에 끼워지기 위한 'n'자 형상의 끼움부(51)와, 상기 끼움부(51)가 회전되지 않도록 실린더 헤드의상면에 걸리기 위한 걸림부(52)가 상기 끼움부(51)의 상측에 일체로 형성된다. 따라서 상기한 캠 샤프트 고정용 지그(50)가 상기 지그 장착면(22a)에 정확하게 끼워진 상태가 피스톤이 상사점 혹은 하사점이 된 상태가 되는 것이다.

상기와 같이 캠 샤프트(22)가 기준에 맞게 고정된 상태에서는 상기 플랜지(30)의 외측면에 캠 샤프트 스프로켓(24)을 가조립하게 된다. 캠 샤프트 스프로켓(24)은 도 4에서와 같이 외주연에 소정의 피치를 갖는 다수의 이가 규칙적으로 배열되고, 중앙으로는 상기한 플랜지(30)의 보스(33)에 끼우기 위한 축공(24a)이 일반적인 스프로켓과 같이 형성된다. 그리고 상기한 축공(24a)의 외주에 플랜지(30)의 체결공(31)과 체결되는 과정에서 각도조절이 가능하도록 장공(24b)이 일정한 각도 간격으로 형성된다.

상기와 같이 캠 샤프트 스프로켓(24)의 가조립이 끝난 다음에는, 상기 크랭크 샤프트 스프로켓(23)과 캠 샤프트 스프로켓(24) 간에 타이밍 체인(25)을 장착한다.

그리고 타이밍 체인(25)의 회전궤도를 안내하기 위한 체인 가이드(28) 및 체인 텐셔너(29)가 적당한 위치에 장착되고, 작업자의 체인 텐셔너(29)를 조절에 의해서 타이밍 체인(25)의 장력을 조절된다.

이상과 같이 타이밍 체인(25)의 장력조절이 끝나게 되면 타이밍 체인(25)에 장력이 가해진 상태에서 가조립되었던 캠 샤프트 스프로켓(24)을 완조립하게 된다.

그런데 도면에서와 같이 캠 샤프트(21)가 2개인 경우에는 긴장측 캠 샤프트 스프로켓을 먼저 완조립한 다음에 이완측 캠 샤프트 스프로켓을 완조립하는 것이바람직하다.

이상과 같이 설명한 타이밍 체인의 조립단계는 도 11을 참고하면 된다.

본 발명에서는 캠 샤프트 스프로켓(24)을 직접 고정하는 대신에 플랜지(30)를 캠 샤프트(22)의 일단에 고정하고 타이밍 체인(25)의 조립시에 장력이 가해진 긴장측 캠 샤프트 스프로켓(22)부터 고정해나가면 된다.

따라서 종래의 기술에서와 같이, 체인 케이스와 캠 샤프트 스프로켓과 타이밍 체인에 표시된 각각의 타이밍 마크를 맞춰야 할 필요가 없게 된다.

그리고 상기와 같이 타이밍 체인(25)의 조립 방법을 개선하게 되므로서, 정확한 밸브 타이밍에 맞춰 엔진이 작동되므로서 연비 성능 향상 및 배기가스 저감 기술의 실현이 가능하게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 타이및 체인을 장착하는 방법이 크게 개선되므로서 체인 케이스와 캠 샤프트 스프로켓과 타이밍 벨트에 표시된 각각의 타이밍 마크를 맞춰야 할 필요가 없게 될 뿐만 아니라, 정확한 밸브 타이밍에 맞춰 엔진이 작동되므로서 엔진의 연비 성능이 향상되어지고 배기가스 저감 측면에서 큰 효과가 있는 것이다.

Claims

엔진의 밸브타이밍에 맞추어 크랭크 샤프트의 동력이 캠 샤프트에 전달되도록 하기 위해, 크랭크 샤프트 스프로켓과, 캠 샤프트 스프로켓 간에 타이밍 체인이 장착되는 구조에 있어서,

실린더 블럭(26)의 전방측으로 크랭크 샤프트 스프로켓(23)이 축지되는 크랭크 샤프트(21)와;

실린더 헤드의 전방측으로 일단이 돌출되는 캠 샤프트(22)와;

상기한 캠 샤프트(22)의 일단에 끼우기 위한 축공(31)이 형성되고, 상기 축공(31)의 외주에 캠 샤프트 스프로켓(24)이 체결되기 위한 다수의 체결공(32)이 형성되는 플랜지(30)와;

외주면에 상기한 플랜지(30)의 보스(33)에 끼우기 위한 축공(24a)이 형성되고, 상기 축공(24a)의 외주에 상기 체결공(32)과 체결하는 과정에서 각도조절이 가능하도록 장공(24b)이 형성되고, 그 외주면에는 타이밍 체인(25)이 채워지기 위한 이가 형성되는 캠 샤프트 스프로켓(24)과;

상기한 크랭크 샤프트(21)의 구동력이 상기한 캠 샤프트(22)에 전달될 수 있도록 캠 샤프트 스프로켓(24)에 채워지는 타이밍 체인(25); 을 포함하여 구성되어지되,

상기한 캠 샤프트(22)의 일단에 플랜지(30)를 압입하고, 상기한 플랜지(30)의 일측에 캠 샤프트 스프로켓(24)을 가조립 한 후, 타이밍 체인(25)의 장력이 조절되어진 상태에서 캠 샤프트 스프로켓(24)을 완조립하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 캠 샤프트(22)에 플랜지(30)를 조립하는 과정에서, 상기 캠 샤프트(22)가 움직이지 않도록 고정하기 위한 캠 샤프트 고정용 지그(50)가 형성되어지되,

상기 캠 샤프트 고정용 지그(50)는 일부가 평면가공된 캠 샤프트(22)의 중단 도중에 형성된 지그 장착면(22a)에 끼워지기 위한 'n'자 형상의 끼움부(51)와, 상기 끼움부(51)가 회전되지 않도록 실린더 헤드의 상면에 걸리기 위한 걸림부(52)가 상기 끼움부(51)의 상면에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 타이밍 체인(25)을 조립하는 과정에서, 상기 크랭크 샤프트(21)가 움직이지 않도록 고정하기 위한 크랭크 샤프트 고정용 지그(40)가 형성되어지되,

상기한 크랭크 샤프트 고정용 지그(40)는 상기 크랭크 샤프트(21)의 끝단을 감싸기 위한 원반(41)이 형성되고, 상기 원반(41)이 회전되지 않도록 상기 원반(41)의 하측으로 실린더 블럭(26)의 하부면과 밀착되는 고정판(42)이 형성되며, 크랭크 샤프트(21)의 끝단에 돌출형성되는 다웰 핀(27)이 걸리도록 하기 위한걸림돌기(43)가 상기 원반(41)의 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 플랜지(30)의 체결공(32)과 캠 샤프트 스프로켓(24)의 장공(24b)은 볼트(35)에 의해 결합되어지되, 상기 두 부재의 결합력이 향상되도록 상기 캠 샤프트 스프로켓(24)의 외측면에는 링형상의 와셔(36)가 개재되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 플랜지(30)의 보스(33)와 체결공(32) 사이의 면은 살빼기되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립구조.
엔진의 밸브타이밍에 맞추어 크랭크 샤프트의 동력이 캠 샤프트에 전달되도록 하기 위해, 크랭크 샤프트 스프로켓과 캠 샤프트 스프로켓 간에 타이밍 체인이 장착되는 방법에 있어서,

크랭크 샤프트 고정용 지그를 크랭크 샤프트에 끝단에 끼워 크랭크 샤프트의 회전을 고정하는 단계와;

캠 샤프트의 끝단에 캠 샤프트 스프로켓이 결합될 플랜지를 압입하는 단계와;

상기한 캠 샤프트의 중간부에 캠 샤프트 고정용 지그를 끼워 캠 샤프트의 회전을 고정시키는 단계와;

상기한 플랜지의 외측으로 캠 샤프트 스프로켓을 가조립하는 단계와;

크랭크 샤프트 스프로켓과 캠 샤프트 스프로켓의 외주연으로 타이밍 체인을 장착하는 단계와;

체인 가이드 및 체인 텐셔너를 장착하는 단계와;

체인 텐셔너를 조절하여 상기한 타이밍 체인의 장력을 조절하는 단계와;

캠 샤프트 스프로켓을 완조립하는 단계; 로 조립이 이루어지는 것을 특징으로 타이밍 체인의 조립방법.
제 6 항에 있어서,

캠 샤프트 스프로켓을 완조립하는 단계에서, 긴장측 캠 샤프트 스프로켓를 완조립한 다음에 이완측 캠 샤프트 스프로켓을 완조립하는 단계; 를 더 포함하여 조립이 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인의 조립방법.