KR20120051396A

KR20120051396A - 차량용 밸런스 샤프트

Info

Publication number: KR20120051396A
Application number: KR1020100112813A
Authority: KR
Inventors: 이창호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-22

Abstract

본 발명은 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤의 상사점에서 크랭크샤프트에 장착된 크랭크 카운트 웨이트와 밸런스 웨이트가 크랭크샤프트의 중심축 동일선상 하부에 정위치되게 배치되도록 틸팅하여 위상을 조절함으로써, 피스톤의 관성력을 상쇄시켜 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키도록 각 기통의 피스톤이 커넥팅 로드를 통해 연결되며, 크랭크 카운트 웨이트를 갖는 크랭크샤프트의 일측에 배치되어 상기 크랭크샤프트 상에 장착되는 구동기어에 맞물려 상기 크랭크샤프트와 함께 회전하는 것으로, 상기 크랭크샤프트의 중심축과 평행한 위치에 배치되는 샤프트부와, 상기 샤프트부 상에 일정간격으로 이격되게 형성되는 저널부와, 상기 각 저널부의 사이에서 상기 샤프트부 상에 장착되는 밸런스 웨이트와, 상기 구동기어에 대응하여 상기 샤프트부에 장착되며, 상기 구동기어와 치합되는 종동기어를 포함하여 구성되되, 상기 각 피스톤 중, 하나의 피스톤이 상사점에 위치될 때, 상기 크랭크샤프트의 중심축을 기준으로 하부에 위치되는 상기 크랭크 카운트 웨이트에 대응하여 상기 샤프트부의 중심축을 기준으로 상기 밸런스 웨이트가 하부에 위치되도록 상기 샤프트부의 위치 틸팅 옵션량에 따라 일정각도 범위 내에서 그 위상이 틸팅된 상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스 샤프트를 제공한다

Description

차량용 밸런스 샤프트{BALANCE SHAFT FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 밸런스 샤프트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤의 상사점에서 크랭크샤프트의 각도에 맞게 위상을 조절하여 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키도록 하는 차량용 밸런스 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 크랭크샤프트는 진동 없이 원활히 회전되어야 하지만 크랭크저널 중심과 크랭크핀 중심이 편심 되어있어 그대로 회전시키면 균형을 유지하지 못하고 큰 진동이 발생되므로, 크랭크핀의 반대쪽의 크랭크 암에 밸런스 웨이트가 구비된 밸런스 샤프트를 설치하여 회전중의 균형을 유지하도록 하고 있다.

여기서, 밸런스 샤프트는 크랭크샤프트의 동력으로 회전하면서 크랭크샤프트에서 발생하게 되는 자중과 원심력의 불균일을 상쇄시켜 진동을 완화시키기 위한 회전축으로, 엔진의 기통수나 배열에 따라 1개 또는 2개가 사용되고, 크랭크샤프트와 동방향 또는 역방향으로 같은 속도 또는 2배의 속도로 회전된다.

한편, 2기통 엔진에 장착되는 크랭크샤프트는 실린더 방향의 측압을 저감하기 위하여 오프셋 크랭크샤프트가 적용되는데, 이러한 오프셋 크랭크샤프트가 적용된 차량은 저속 또는 중속 영역에서는 연비 절감의 효과가 있으나, 고속 운전 시에는 NVH 성능이 악화되는 단점이 있다.

즉, 오프셋 크랭크샤프트가 적용된 엔진에서 일반적으로 밸런스 샤프트가 장착되면, 피스톤이 연소실의 내부에서 상사점에 위치될 경우, 상기 밸런스 샤프트의 밸런스 웨이트와 크랭크샤프트의 크랭크 카운트 웨이트의 각 무게 중심점이 하부에 정위치되지 않아 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키지 못하게 된다.

이에 따라, 상기 크랭크샤프트의 회전각도에 따라 상기 피스톤으로부터 발생되는 관성력을 상기 밸런스 샤프트로부터 발생되는 가진력이 상쇄시키지 못하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤의 상사점에서 크랭크샤프트에 장착된 크랭크 카운트 웨이트와 밸런스 웨이트가 크랭크샤프트의 중심축 동일선상 하부에 정위치되게 배치되도록 틸팅하여 위상을 조절함으로써, 피스톤의 관성력을 상쇄시켜 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키도록 하는 차량용 밸런스 샤프트를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트는 각 기통의 피스톤이 커넥팅 로드를 통해 연결되며, 크랭크 카운트 웨이트를 갖는 크랭크샤프트의 일측에 배치되어 상기 크랭크샤프트 상에 장착되는 구동기어에 맞물려 상기 크랭크샤프트와 함께 회전하는 것으로, 상기 크랭크샤프트의 중심축과 평행한 위치에 배치되는 샤프트부와, 상기 샤프트부 상에 일정간격으로 이격되게 형성되는 저널부와, 상기 각 저널부의 사이에서 상기 샤프트부 상에 장착되는 밸런스 웨이트와, 상기 구동기어에 대응하여 상기 샤프트부에 장착되며, 상기 구동기어와 치합되는 종동기어를 포함하여 구성되되, 상기 각 피스톤 중, 하나의 피스톤이 상사점에 위치될 때, 상기 크랭크샤프트의 중심축을 기준으로 하부에 위치되는 상기 크랭크 카운트 웨이트에 대응하여 상기 샤프트부의 중심축을 기준으로 상기 밸런스 웨이트가 하부에 위치되도록 상기 샤프트부의 위치 틸팅 옵션량에 따라 일정각도 범위 내에서 그 위상이 틸팅된 상태로 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 위치 틸팅 옵션량은 0 ~ 15mm 거리 범위 내에서 설정되며, 상기 일정각도는 상기 샤프트부의 위상을 반시계방향으로 0°~ 10°각도 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 크랭크 카운트 웨이트는 상기 피스톤이 상사점에 위치될 경우, 상기 크랭크 카운트 웨이트의 무게중심점(CP1)이 상기 크랭크샤프트의 중심축을 지나는 제1 가상 중심선(CL1)을 기준으로 상기 제1 가상 중심선(CL)의 동일 선상에서 상기 크랭크샤프트의 하부에 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸런스 웨이트는 상기 크랭크 카운트 웨이트에 대응하여 그 무게중심점(G2)이 상기 샤프트부의 중심축을 지나는 제2 가상 중심선(CL2)을 기준으로 상기 제2 가상 중심선(CL2)의 동일 선상에서 상기 샤프트부의 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트에 의하면, 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤의 상사점에서 크랭크샤프트에 장착된 크랭크 카운트 웨이트와 밸런스 웨이트가 크랭크샤프트의 중심축 동일선상 하부에 정위치되게 배치되도록 틸팅하여 위상을 조절함으로써, 피스톤의 관성력을 상쇄시켜 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키는 효과가 있다.

또한, 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시킴에 따라, 차량의 고속 주행 시 발생되는 소음 및 진동을 최소화하여 NVH(NOISE VIBRATION HARSHNESS)성능을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트가 적용된 엔진에서 크랭크샤프트의 회전 각도에 따라 피스톤에서 발생되는 관성력과 밸런스 샤프트에서 발생되는 가진력을 종래기술과 비교하여 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트가 적용된 엔진에서 크랭크샤프트의 회전 각도에 따라 피스톤에서 발생되는 관성력과 밸런스 샤프트에서 발생되는 가진력을 종래기술과 비교하여 도시한 그래프이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)는 크랭크샤프트(10)에 연결되는 피스톤(11)의 상사점에서 크랭크샤프트(10)에 장착된 크랭크 카운트 웨이트(13)와 밸런스 웨이트(130)가 크랭크샤프트(10)의 중심축(C1) 동일선상 하부에 정위치되게 배치되도록 틸팅하여 위상을 조절함으로써, 피스톤(11)의 관성력을 상쇄시켜 크랭크샤프트의 밸런스를 최적화시키도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 각 기통의 피스톤(11)이 커넥팅 로드(15)를 통해 연결되며, 크랭크 카운트 웨이트(13)를 갖는 크랭크샤프트(10)의 일측에 배치되어 상기 크랭크샤프트(10) 상에 장착되는 구동기어(17)에 맞물려 상기 크랭크샤프트(10)와 함께 회전하게 된다.

이러한 차량용 밸런스 샤프트(100)는 샤프트부(110), 저널부(120), 밸런스 웨이트(130), 및 종동기어(140)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 샤프트부(110)는 상기 크랭크샤프트(10)의 중심축(C1)과 평행한 위치에 배치된다.

이러한 샤프트부(110) 상에는 상기 저널부(120)가 일정간격으로 이격되게 형성되며, 상기 각 저널부(120)의 사이에서 상기 샤프트부(110) 상에는 상기 밸런스 웨이트(130)가 장착된다.

그리고 상기 종동기어(140)는 상기 구동기어(17)에 대응하여 상기 샤프트부(110)에 장착되며, 상기 구동기어(17)와 치합된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)는 상기 각 피스톤(11) 중, 하나의 피스톤(11)이 상사점에 위치될 때, 상기 크랭크샤프트(10)의 중심축(C1)을 기준으로 하부에 위치되는 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)에 대응하여 상기 샤프트부(110)의 중심축(C2)을 기준으로 상기 밸런스 웨이트(130)가 하부에 위치되도록 상기 샤프트부(110)의 위치 틸팅 옵션량에 따라 일정각도 범위 내에서 그 위상이 틸팅된 상태로 장착된다.

여기서, 상기 위치 틸팅 옵션량은 0 ~ 15mm 거리 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치 틸팅 옵션량에 의해 상기 일정각도는 상기 샤프트부(110)의 위상을 반시계방향으로 0°~ 10°각도 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)는 위상을 반시계방향으로 3.4°각도만큼 틸팅하여 상기 크랭크샤프트(10)에 배치시켜 장착하게 된다.

본 실시예에서, 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)는 상기 피스톤(11)이 상사점에 위치될 경우, 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)의 무게중심점(CP1)이 상기 크랭크샤프트(10)의 중심축(C1)을 지나는 제1 가상 중심선(CL1)을 기준으로 상기 제1 가상 중심선(CL)의 동일 선상에서 상기 크랭크샤프트(10)의 하부에 위치된다.

여기서, 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)는 상기 피스톤(11)이 상사점에 위치될 때, 그 무게중심점(G1)이 상기 피스톤(11)으로부터 180°각도 하부에 정위치된다.

그리고 상기 밸런스 웨이트(130)는 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)에 대응하여 그 무게중심점(G2)이 상기 샤프트부(110)의 중심축(C2)을 지나는 제2 가상 중심선(CL2)을 기준으로 상기 제2 가상 중심선(CL2)의 동일 선상에서 상기 샤프트부(110)의 하부에 위치된다.

즉, 상기 밸런스 웨이트(130)는 상기 피스톤(11)의 상사점에서 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)와 동일하게, 밸런스 웨이트(130)의 무게중심점(G2)이 상기 피스톤(11)으로부터 180°각도 하부에 정위치된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트(100)는 상기 크랭크 카운트 웨이트(13)와 밸런스 웨이트(130)의 각 무게중심점(G1, G2)이 상기 피스톤(11)이 상사점에 위치될 때 상기 피스톤(11)으로부터 180°각도 하부에 위치되게 장착됨으로써, 도 2에서 도시한 바와 같이, 회전각도에 따라 종래기술에 비해 3.4°각도 틸팅된 가진력을 발생시키게 된다.

즉, 종래 기술에 비해 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)가 회전각도에 따라 발생시키는 가진력은 피스톤으로부터 발생되는 관성력과 반대방향으로 동일하게 발생된다.

이에 따라, 상기 크랭크샤프트(10)의 회전각도에 따라 피스톤(11)으로부터 발생되는 관성력은 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트(100)로부터 발생되는 가진력이 상쇄시킴으로써, 상기 크랭크샤프트(10)의 밸런스를 최적화시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸런스 샤프트(100)를 적용하면, 크랭크샤프트(10)에 연결되는 피스톤(11)의 상사점에서 크랭크샤프트(10)에 장착된 크랭크 카운트 웨이트(13)와 밸런스 웨이트(130)가 크랭크샤프트(10)의 중심축(C1) 동일선상 하부에 정위치되게 배치되도록 틸팅하여 위상을 조절함으로써, 피스톤(11)의 관성력을 상쇄시켜 크랭크샤프트(10)의 밸런스를 최적화시킬 수 있다.

또한, 크랭크샤프트(10)의 밸런스를 최적화시킴에 따라, 차량의 고속 주행 시 발생되는 소음 및 진동을 최소화하여 NVH(NOISE VIBRATION HARSHNESS)성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10...크랭크샤프트 11...피스톤
13...크랭크 카운트 웨이트 15...커넥팅 로드
17...구동기어 100...밸런스 샤프트
110...샤프트부 120...저널부
130...밸런스 웨이트 140...종동기어
C1...크랭크샤프트 중심축 C2...샤프트부 중심축

Claims

각 기통의 피스톤이 커넥팅 로드를 통해 연결되며, 크랭크 카운트 웨이트를 갖는 크랭크샤프트의 일측에 배치되어 상기 크랭크샤프트 상에 장착되는 구동기어에 맞물려 상기 크랭크샤프트와 함께 회전하는 것으로,
상기 크랭크샤프트의 중심축과 평행한 위치에 배치되는 샤프트부와, 상기 샤프트부 상에 일정간격으로 이격되게 형성되는 저널부와, 상기 각 저널부의 사이에서 상기 샤프트부 상에 장착되는 밸런스 웨이트와, 상기 구동기어에 대응하여 상기 샤프트부에 장착되며, 상기 구동기어와 치합되는 종동기어를 포함하여 구성되되,
상기 각 피스톤 중, 하나의 피스톤이 상사점에 위치될 때, 상기 크랭크샤프트의 중심축을 기준으로 하부에 위치되는 상기 크랭크 카운트 웨이트에 대응하여 상기 샤프트부의 중심축을 기준으로 상기 밸런스 웨이트가 하부에 위치되도록 상기 샤프트부의 위치 틸팅 옵션량에 따라 일정각도 범위 내에서 그 위상이 틸팅된 상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스 샤프트.
제1항에 있어서,
상기 위치 틸팅 옵션량은 0 ~ 15mm 거리 범위 내에서 설정되며, 상기 일정각도는 상기 샤프트부의 위상을 반시계방향으로 0°~ 10°각도 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스 샤프트.
제1항에 있어서,
상기 크랭크 카운트 웨이트는
상기 피스톤이 상사점에 위치될 경우, 상기 크랭크 카운트 웨이트의 무게중심점(G1)이 상기 크랭크샤프트의 중심축을 지나는 제1 가상 중심선(CL1)을 기준으로 상기 제1 가상 중심선(CL)의 동일 선상에서 상기 크랭크샤프트의 하부에 위치되는 것을 특징으로 차량용 밸런스 샤프트.
제1항에 있어서,
상기 밸런스 웨이트는
상기 크랭크 카운트 웨이트에 대응하여 그 무게중심점(G2)이 상기 샤프트부의 중심축을 지나는 제2 가상 중심선(CL2)을 기준으로 상기 제2 가상 중심선(CL2)의 동일 선상에서 상기 샤프트부의 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸런스 샤프트.