KR20070089931A - 밸런스 샤프트 유닛 및 관련 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 비분할(non-split) 베어링 시트를 구비하는 하우징(8, 9)에 설치하기 위한 것으로, 적어도 하나의 밸런스 샤프트(10)가 적어도 하나의 밸런스 웨이트(15)와 일체로 되는, 피스톤 엔진, 특히 내연기관용 밸런스 샤프트 유닛에 관한 것이다. 상기 샤프트 유닛이 그 베어링 상에 제한 없이 놓이도록 비분할 하우징에 설치되기 위해, 밸런싱 샤프트(10)의 적어도 하나의 베어링(11, 12)이 베어링 저널로 작용하는 밸런싱 샤프트(10)의 웨이스트(13, 14) 및 밸런싱 웨이트의 외경(26)보다 큰 외경(28)을 가지고 상기 하우징에 고정되는 비분할 베어링 링(20, 21)에 의해 형성된다.
밸런싱 샤프트, 베어링, 하우징, 엔진, 내연기관, 밸런싱 웨이트

Description

밸런스 샤프트 유닛 및 관련 베어링 {BALANCING SHAFT UNIT AND ASSOCIATED BEARING}
본 발명은, 비분할(non-split) 베어링 시트를 구비하는 하우징에 설치하기 위한 것으로, 적어도 하나의 밸런스 샤프트가 적어도 하나의 밸런스 웨이트와 일체로 되는, 피스톤 엔진, 특히 내연기관용 밸런스 샤프트 유닛에 관한 것이다.
밸런스 샤프트는, 자유 관성력 또는 자유 중량 관성모멘트, 4개의 실린더를 가지는 인라인 엔진에서는 2차 관성력의 평형을 위해 사용된다. 이를 위해, 크랭크샤프트의 속도의 2배로 반대로 회전하는 2개의 밸런스 샤프트가 필요하다.
밸런스 샤프트는 베이스 엔진에 고정되는 별도의 하우징 또는 크랭크샤프트 베어링에 수용된다. 또는, 이들의 하우징은 크랭크케이스 또는 엔진 블록의 일부분이다. 이것을 일체형 밸런스 샤프트 유닛이라고 한다. 각각의 하우징 또는 각각의 하우징 부분을 분할하여 밸런스 샤프트를 용이하고 정밀하게 설치할 수 있도록 하는 것이 공지되어 있다. 이것은 무엇보다도, 크랭크케이스 또는 엔진 블록을 약화시키기 때문에 일체형 설계에서는 바람직하지 않다. 이것을 피하기 위해, 밸런스 웨이트를 별도의 부품으로 구성하여 밸런스 샤프트의 설치 시에 비분할 하우징에 나사로 고정하는 것도 공지되어 있다.
DE 32 11 655 A1에는, 제2 플라잉 밸런스 웨이트를 별도로 구성하도록 일체형 밸런스 웨이트를 구비하는 샤프트에 대하여 기재되어 있다. 이것은 샤프트가 비분할 베어링을 통해 삽입된 후에 제일 먼저 조립된다. 제2 베어링은 샤프트와 함께 조립되어야 하는 베어링 플랜지 내에 있다. 이러한 구조는 복잡하며 조립이 어렵다. 그러나 무엇보다도, 구조의 한계를 가져오거나 베어링 간격을 많이 요구한다. 그리고, 밸런스 웨이트의 플라잉 구성(flying arrangement)이 항상 바람직한 것은 아니다.
이러한 단점은 DE 37 05 346 A1에 기재된 해결방안에 의해 회피되지만, 베어링 직경이 크기 때문에 비용이 수반된다. 샤프트의 베어링 저널의 직경은 밸런스 웨이트의 직경보다 커서, 밸런스 샤프트가 그 축의 방향으로 삽입될 수 있다. 고속으로 회전하는 4-실린더 엔진에서 밸런스 샤프트는 5자리의 회전속도에 달한다는 사실을 알고 있다면, 윤활 간극에서 엄청난 속도가 발생할 수 있어서 상당한 마찰 손실이 일어난다는 것을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은, 상기 단점을 가지지 않는 해결방안을 제공하는 것이다. 개선된 밸런스 샤프트는 밸런스 웨이트와 일체이어야 하지만, 그럼에도 불구하고 베어링의 구성에 대하여 제한을 두지 않고 비분할 하우징 내에 설치될 수 있다.
상기 목적은, 밸런스 샤프트의 적어도 하나의 베어링 장치가, 베어링 저널인 밸런스 샤프트의 웨이스트(waist), 및 하우징에 고정되며 외경이 밸런스 웨이트의 외경보다 큰 분할 베어링 링에 의해 형성되는, 본 발명에 따라 달성된다. 따라서 밸런스 샤프트는 베어링 링과 함께, 상기 웨이스트 둘레에 미리 위치된 베어링 링의 부품 뒤의 일 측으로부터 하우징으로 삽입될 수 있다. 따라서 밸런스 샤프트는 일체형이기 때문에 저비용으로 만들어질 수 있으며 조립체로서 설치될 수 있도록 공급될 수 있다. 주요 장점은, 상기 웨이스트 덕분에 베어링 직경이 작게 유지될 수 있어서, 베어링 간극에서의 원주 속도가 작아지고 마찰 손실이 상당히 감소된다는 것이다.
베어링 링은 바람직하게 2개의 반쪽 링으로 분할되며, 그 접촉면은 포지셔닝 수단, 바람직하게는 레지스터 핀을 위한 적어도 하나의 보어를 갖는다. 포지셔닝 수단은 하우징으로 삽입되는 동안에 2개의 반쪽 링을 함께 지지하여 반쪽 링이 서로에 대하여 정확하게 위치되도록 한다.
특히 바람직한 실시예에서, 베어링 링의 외경은, 극저온 상태에서 하우징 내의 베어링 시트의 직경보다 작으며 상온에서 베어링 시트에 견고하게 안착되는 치수를 갖는다. 따라서 사전 조립된 유닛이, 힘을 가하거나, 로봇에 의하거나, 임의의 고정을 필요로 하는 일 없이, 각각의 하우징에 삽입될 수 있다. 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 유닛은 엔진 블록 또는 크랭크케이스 내의 터널인 별도의 비분할 밸런스 하우징 내에 수용될 수 있다. 본 발명의 장점은 특히 크랭크케이스의 경우에 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 유닛이 설치될 엔진 블록을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸런스 샤프트가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 설치 전의 밸런스 샤프트 유닛을 나타내는 도면이다.
도 1에는 엔진 블록(1) 및 상부 크랭크케이스 부분(2)만이 도시되어 있으며 이들은 일체로 되어 있다. 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 유닛용 하우징(3, 3')은 상부 크랭크케이스 부분(2)의 상부 양측에 안착되어 있다. 하우징(3)은 측면에서 보아, 내용물 없이 일 측으로부터만 접근 가능한 터널로서 도시되어 있다. 다른 하우징(3')에서는, 본 발명에 따른 밸런스 샤프트(구동 치차(4)만이 명확하게 도시됨)가 하우징(3')에 삽입되어 있다. 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 유닛용 하우징은, 크랭크케이스의 중간 벽에 고정되는 한 쌍의 밸런스 샤프트를 위한 독립적인 하우징이거나 공지된 방식으로 크랭크샤프트 베어링을 커버할 수 있다.
도 2에는, 하우징의 베어링 시트를 형성하는 하우징 부품(8, 9)만이 도시되어 있다. 베어링 시트 자체의 윤곽은 원형이며, 하우징 부품(8, 9)의 내부에 있는 원통형 표면은 상기 윤곽과 대응되는 직경(27)을 갖는다. 따라서 2개의 하우징 부품(8, 9)은 도 3에 참조부호 11 및 12로 나타낸, 밸런스 샤프트(10)의 베어링 장치를 포함한다.
밸런스 샤프트(10)는 적어도 하나의 제1 원통형 웨이스트(13), 제2 원통형 웨이스트(14), 및 이들 사이의 제1 밸런스 웨이트(15)를 포함한다. 웨이스트(13, 14)는 밸런스 샤프트(10)의 베어링면을 형성하며, 그 직경은 밸런스 샤프트(10)와 일체인 적어도 하나의 밸런스 웨이트(15)의 외경(26)보다 실질적으로 작다. 도시한 실시예에서, 밸런스 샤프트(10)는 베어링 장치(11, 12)의 외측에 2개의 추가 밸런스 웨이트(16, 17)를 갖는다.
도 3에 제1 베어링(20) 및 제2 베어링(21)을 분해 형태로 도시하였다. 각각의 베어링은 2개의 반쪽 링(20', 20" 및 21', 21")을 포함한다. 외경(28)은 베어링 시트의 내경(27)과 대략 대응된다. 웨이스트(13, 14)의 직경이 실질적으로 작기 때문에, 베어링 링(20, 21)은 매우 강력하게 구성된다. 이것을 매우 두꺼운 서포트 셸(support shell)이라고 부르기도 한다. 각각의 반쪽 링은 핀(25)이 끼워지는 보어(23)를 가지는 접촉면(22)을 갖는다.
밸런스 샤프트 유닛의 조립 및 설치를 위해, 반쪽 링(20', 20" 및 21', 21")이 밸런스 샤프트(10)의 각 웨이스트(13, 14) 둘레에 놓이고 레지스터 핀(25)에 의해 결합된다. 이제 베어링 링(20, 21)은 밸런스 샤프트(10)를 둘러싸고 밸런스 웨이트(15, 16, 17)의 윤곽을 넘어 돌출된다. 이러한 방식으로 구성된 밸런스 샤프트 유닛은, 유형에 관계없이 그 하우징(8, 9)에 삽입될 수 있다. 이것은 내부로 가압하거나, 전체 밸런스 샤프트 유닛, 즉 베어링 링(20, 21)을 구비하는 밸런스 샤프트(10)를 과냉(undercooling)시킴으로써 이루어진다. 전자의 경우, 베어링 링의 외경(28)의 오버사이즈(oversize)는, 삽입되는 베어링 링(20, 21)이 이들의 베어링 시트에 견고하게 안착되는 치수를 갖는다. 후자의 경우, 밸런스 샤프트 유닛은 단순히 삽입되며, 밸런스 샤프트 유닛이 다시 상온에 도달되는 순간에 베어링 시트에 베어링 링(20, 21)이 견고하게 안착된다.

Claims (4)

  1. 비분할(non-split) 베어링 시트를 가지는 하우징에 설치하기 위한 것으로, 하나 이상의 밸런스 샤프트가 하나 이상의 밸런스 웨이트(15)와 일체로 되는, 피스톤 엔진, 특히 내연기관용 밸런스 샤프트 유닛에 있어서,
    밸런스 샤프트(10)의 하나 이상의 베어링 장치(11, 12)가, 베어링 저널인 밸런스 샤프트(10)의 웨이스트(waist)(13, 14), 및 상기 하우징에 고정되며 외경(28)이 상기 밸런스 웨이트의 외경(26)보다 큰 분할 베어링 링(20, 21)에 의해 형성되는
    것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 링(20, 21)은 2개의 반쪽 링(20', 20", 21', 21")으로 분할되며, 상기 베어링 링의 접촉면(22)은 포지셔닝 수단(23, 25), 바람직하게는 레지스터 핀(25)을 위한 하나 이상의 보어(23)를 가지는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 링(20, 21)의 외경(28)은, 극저온 상태에서 상기 하우징(8, 9) 내의 베어링 시트의 내경(27)보다 작으며 상온에서 상기 베어링 시트에 견고하게 안착되는 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(3, 3')은 상기 피스톤 엔진의 엔진 블록(1) 또는 크랭크케이스(2) 내부의 실질적으로 원통형인 터널인 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 유닛.
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