KR20080033747A - 밸런스 샤프트 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸런스 샤프트 모듈의 구조를 개선하여, 제조비 절감 및 엔진의 연비 및 성능을 향상할 수 있는 밸런스 샤프트 모듈을 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전되는 샤프트; 그리고, 상기 샤프트에 설치되며, 상기 엔진의 회전수에 의한 토출압력의 변화에 따라 토출되는 오일량이 가변되는 가변형 오일 펌프를 포함하는 밸런스 샤프트 모듈을 제공한다.

자동차, 엔진, 밸런스 샤프트 모듈, 가변형 오일 펌프

Description

밸런스 샤프트 모듈{a ballance shaft module}

도 1은 종래 기술에 따른 밸런스 샤프트 모듈을 나타낸 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈을 나타낸 분해 사시도.

도 3은 도 2의 가변형 오일 펌프를 나타낸 단면도.

도 4a~도 4d는 종래 밸런스 샤프트에 적용된 G??Rotor형 오일 펌프와 본 발명 밸런스 샤프트 모듈에 적용된 가변형 오일 펌프의 구동시, 엔진 회전수에 대한 압력, 유량, 구동 토크, 구동 동력을 비교하여 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 12, 14 : 샤프트 100 : 가변형 오일 펌프

본 발명은 자동차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조비 절감 및 엔진의 연비 및 성능을 향상할 수 있는 밸런스 샤프트 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 크랭크 샤프트는 진동이 없이 원활하게 회전할 필요가 있으나, 크랭크 저널 중심과 크랭크 핀 중심이 편심되어 있음에 따라, 회전시 밸런스를 유지할 수 없게 된다.

따라서, 크랭크 핀의 반대쪽의 크랭크 암에 밸런스 웨이트(또는 카운터 웨이트)를 설치하여 회전중에 밸런스를 유지하도록 하고 있다.

그런데, 상기와 같은 방법으로는 크랭크 샤프트 자체의 밸런스는 유지할 수 있었지만, 폭발 행정시 발생되는 엔진의 진동은 감쇠시킬 수 없었는 바, 이러한 엔진의 진동은 실린더의 배열이나 수량에 따라 다양한 크기로 존재한다.

일례로서, 4사이클 직결 2실린더 및 4실린더 엔진에서는 진동이 훨씬 큰 것으로 알려져 있다.

한편, 엔진에서 진동이 발생되면, 발생된 진동은 엔진 마운트를 통해 차체로 전달되어 실내 소음을 발생시키는 원인이 되므로, 특히 직결 2실린더 및 4실린더 엔진에서는 진동을 가능한 한 줄이기 위하여 하기와 같은 밸런스 샤프트를 적용하는 방식을 개발하여 적용하고 있다.

최근에 들어, 2.0L급 이상의 직렬 4기통 엔진은 가동중 발생하는 2차 불평형력을 상쇄시키는 시스템으로 엔진에 적용하여 차량의 정숙성을 개선시키고 고객이 요구하는 차량의 정숙성을 확보하기 위해 밸런스 샤프트를 채용하는 차량이 증가하고 있는 데, 이의 일례로는 밸런스 샤프트 모듈(balance shaft module)이다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 상기 밸런스 샤프트 모듈(balance shaft module)은 3개의 샤프트와, 이들 샤프트 사이를 연동시키도록 치합되는 2쌍의 기어 및, 상기 샤프트에 설치되어 구동되는 2개의 오일 펌프, 그리고 상기 오일 펌프로부터 토출되는 오일의 압력을 엔진의 회전수에 따라 조절하는 스풀 밸브를 포함한 오일 회로를 구비하여 이루어진다.

여기서, 상기 샤프트는 엔진의 크랭크 샤프트(도시안됨)와 연동되어 회전하는 제1 샤프트(10)와, 상기 제1 샤프트(10)와 한 쌍의 치합된 기어(11,11')를 매개로 연동되어 회전하는 제2 샤프트(12) 및, 상기 제2 샤프트(12)와 한 쌍의 치합된 기어(13,13')를 매개로 연동되어 회전하는 제3 샤프트(14)로 이루어진다.

그리고, 상기 오일 펌프는 모두 G??Rotor형 오일 펌프로, 상기 제1 샤프트(10)에 설치되어 구동되는 상시구동 오일펌프(16;full time oil pump)와, 상기 제3 샤프트(14)에 설치되어 구동되는 간헐구동 오일펌프(18;part time oil pump)로 이루어지는 데, 상기 상시구동 오일펌프(16)는 엔진의 가동중 항상 동작되는 것인 반면에, 상기 간헐구동 오일펌프(18)는 엔진의 회전수가 낮은 경우에 한해 구동되는 것이다. 즉, 상기 간헐구동 오일펌프(18)는 엔진의 회전수가 낮은 경우에 상기 상시구동 오일펌프(16)의 구동만으로 토출되는 오일의 양을 보충하기 위한 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 밸런스 샤프트 모듈은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 엔진 회전수의 2배속 회전으로 인한 동력의 손실이 크고, 오일의 온도가 과도하게 상승하는 문제점이 있었다.

둘째, 고속 회전에 따른 NVH의 문제가 발생되고, 연비가 낮은 문제점이 있었 다.

셋째, 마찰 손실이 크기 때문에 출력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밸런스 샤프트 모듈의 구조를 개선하여 제작비 절감, 오일의 과도한 온도 상승 방지, 엔진의 연비 향상과 출력 상승 및 동력의 손실을 저감할 수 있는 밸런스 샤프트 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전되는 샤프트; 그리고, 상기 샤프트에 설치되며, 상기 엔진의 회전수에 의한 토출압력의 변화에 따라 토출되는 오일량이 가변되는 가변형 오일 펌프를 포함하는 밸런스 샤프트 모듈이 제공된다.

여기서, 상기 가변형 오일 펌프는, 상기 가변형 오일 펌프는, 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체 내에 수용되는 어댑터 링; 상기 어댑터 링 내에 형성된 공간 내에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 캠 링; 상기 캠 링 내에서 회전하며, 그 외주에 원주방향으로 근접하게 일정 간격으로 형성된 슬릿을 갖는 회전자; 및 상기 슬릿 내에 전후방향으로 수축 가능하게 삽입된 복수 개의 베인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈을 나타낸 분해 사시도를 나타내고, 도 3은 도 2의 가변형 오일 펌프를 나타낸 단면도를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈은, 크게 엔진의 크랭크 샤프트(미도시)와 연동되어 회전되는 복수개의 샤프트와, 상기 샤프트에 설치되며 상기 엔진의 회전수에 의한 토출압력의 변화에 따라 토출되는 오일량이 가변되는 가변형 오일 펌프(100)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 샤프트는 3개의 샤프트로 이루어지며, 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전하는 제1 샤프트(10)와, 상기 제1 샤프트와 한 쌍의 치합된 기어(11,11')를 매개로 연동되어 회전하는 제2 샤프트(12)로 이루어진다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가변형 오일 펌프(100)는, 펌프 본체(1)와, 상기 펌프 본체 내에 설치된 어댑터 링(1a)과, 상기 어댑터 링(1a)에 의해 형성된 타원형 공간(1b) 내에서 피봇 지지부(2a)를 거쳐서 미끄럼이동 변위 가능하게 설치되고 화살표 F로 지시된 방향으로 가압 수단에 의해 가압력이 부여되는 캠 링(2)과, 상기 캠 링 내에서 펌프실(4)을 일측에 형성하도록 다른 측으로 편심되어 수용되고 엔진의 회전에 의해 회전 구동되어서 방사 방향으로 진퇴 가능하게 유지된 베인(3a)을 출입시키는 로터(3)를 포함하여 구성된다.

이때, 참조 부호 5,6은 상기 펌프 본체(1)의 어댑터 링(1a)의 타원형 공간(1b)내에서 캠 링(2)의 외주부 양측에 각각 형성된 고압측과 저압측으로 되는 한쌍의 유압실이고, 이 유압실(5, 6)에는 캠 링(2)을 요동 변위시키기 위한 제어압 즉, 펌프 배출측 통로에 설치된 가변 오리피스의 전후측상으로 유압을 도입하기 위한 통로(5a, 6a)가 개구되어 설치되어 있다.

따라서, 펌프 배출측 통로의 가변 오리피스의 전후측상의 유압이 상기 통로(5a, 6a)를 통하여 도입될 때, 캠 링(2)은 소정 방향으로 요동 변위되어 펌프실(4)의 용적을 가변시키고, 펌프의 배출측상에서 유량에 비례하여 배출측 유량이 가변적으로 제어된다. 또한, 펌프 회전수가 증가할때 배출측 유량은 감소되도록 제어된다.

즉, 상기 가변형 오일 펌프는 1회전당 배출 유량(cc/rev)을 회전수의 증가에 비례하여 감소시켜서 얻을 수 있어, 유량 제어 밸브가 필요없고, 구동 마력의 소비를 방지할 수 있어서 에너지 효율면에서도 우수하다.

더욱이, 상기 가변형 오일 펌프는 탱크측으로의 복귀유량이 없기 때문에 오일 온도가 상승하는 것을 저감(방지)할 수 있고, 또한 펌프 내부에서의 누설과 용적 효율 저하라고 하는 문제도 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 밸런스 샤프트 모듈은 하나의 가변형 오일 펌프로 오일을 펌핑하여, 이로 구성된 밸런스 샤프트 모듈의 제작비용을 절감시킬 수 있다.

한편, 도 4a~도 4d는 종래 밸런스 샤프트에 적용된 G??Rotor형 오일 펌프와 본 발명 밸런스 샤프트 모듈에 적용된 가변형 오일 펌프의 구동시, 엔진 회전수에 대한 압력, 유량, 구동 토크, 구동 동력을 비교하여 나타낸 그래프를 나타낸 것이다.

도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밸런스 샤프트 모듈에 가변형 오일 펌프가 적용될 경우, 종래에 비하여 오일의 압력 특성과 유량 특성이 좋아짐은 물론, 도 4c에 도시된 바와 같이, 마찰 손실이 저감됨에 따라 연비 향상 및 출력이 증대되며, 도 4d에 도시된 바와 같이, 동력 손실이 저감됨에 따라 오일 온도가 과다하게 상승하는 것을 방지할 수도 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 마찰 손실이 저감됨에 따라 연비 향상 및 출력 증대되는 효과가 있다.

둘째, 동력 손실이 저감됨에 따라 오일의 온도가 과다하게 상승하는 것을 방지하는 효과가 있다.

셋째, 기존 G??Rotor형 폄프에서 고속 회전시 발생하는 에어레이션을 저감할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 기존 G??Rotor형 펌프 장착에 따른 운전시 치합음에 의한 펌프 노이즈를 저감할 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 가변 타입으로 저속 고온 영역에서 CVVT 응답성 개선 및 CDA 작동 영역 확대가 가능하여 연비가 더욱 향상되는 효과가 있다.

여섯째, 밸런스 샤프트 모듈을 한 개의 가변형 오일 펌프만을 적용하여 구동할 수 있기 때문에, 제작비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 엔진의 크랭크 샤프트와 연동되어 회전되는 샤프트; 그리고,

   상기 샤프트에 설치되며, 상기 엔진의 회전수에 의한 토출압력의 변화에 따라 토출되는 오일량이 가변되는 가변형 오일 펌프를 포함하는 밸런스 샤프트 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가변형 오일 펌프는,

   펌프 몸체;

   상기 펌프 몸체 내에 수용되는 어댑터 링;

   상기 어댑터 링 내에 형성된 공간 내에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 캠 링;

   상기 캠 링 내에서 회전하며, 그 외주에 원주방향으로 근접하게 일정 간격으로 형성된 슬릿을 갖는 회전자; 및

   상기 슬릿 내에 전후방향으로 수축 가능하게 삽입된 복수 개의 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런스 샤프트 모듈.

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