KR20120081400A

KR20120081400A - 엔진 밸런스 샤프트

Info

Publication number: KR20120081400A
Application number: KR1020110002725A
Authority: KR
Inventors: 강민우; 오헌식
Original assignee: 대동공업주식회사
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-07-19
Also published as: WO2012096519A3; WO2012096519A2; KR101421014B1

Abstract

엔진 밸런스 샤프트를 개시한다. 본 발명에 따른 엔진 밸런스 샤프트는, 편향된 무게중심을 갖는 단면구조의 축부; 상기 축부에 부등간격으로 형성되는 다수의 저널로 구성된 저널부;를 포함하며, 축부는 그 전방에 압입구멍을 가지면서 중심에는 축 방향을 따라 오일통로가 길게 형성되고, 압입구멍에는 인입축을 형성한 밸런스 기어가 압입 고정되며, 상기 오일통로와 연통되는 입유로가 저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 인접한 저널에 형성되고, 저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 이격된 위치에 존재하는 저널에는 오일통로와 연통되는 배유로가 형성되는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

엔진 밸런스 샤프트{Balance shaft for engine}

본 발명은 밸런스 샤프트에 관한 것으로, 상세하게는 진동상쇄 기능의 구현을 위해 엔진에 설치되는 엔진 밸런스 샤프트에 관한 것이다.

차량 구동력 발생의 핵심이 되는 엔진의 구조를 대략적으로 살펴보면, 실린더 블럭과, 실린더 블럭 상에 장치되며 흡?배기 밸브 및 개폐기구가 설치된 실린더 헤드 및, 실린더 블럭 하부에 장착되어 엔진오일이 저장되는 오일 팬을 포함한다.

실린더 블럭에는 수 개의 실린더, 예를 들어서 4기통 엔진의 경우 4개, 6기통 엔진의 경우 6개의 실린더가 형성되어 있고, 각 실린더 내에는 연료와 혼합된 혼합공기를 압축하여 폭발시키는 피스톤이 왕복이동 가능하게 장치되어 있다.

각각의 피스톤은 커넥팅 로드와 연결되고, 커넥팅 로드의 하단에는 상기 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 전환하는 크랭크 축이 연결되어 있다. 그리고 상기 크랭크 축의 회전력은 클러치를 통해 회전속도를 바꾸어주는 변속기로 전달될 수 있도록 되어 있다.

크랭크 축은 실린더 내에서 혼합공기가 폭발할 경우 하강되는 피스톤의 움직임, 즉 폭발행정에서의 피스톤 하강으로 전달된 힘에 의해 회전되며, 다른 행정인 흡입, 압축, 배기행정 동안에는 오히려 회전을 멈추려고 하는 힘이 작용하게 된다.

따라서 크랭크 축의 일측 단부에는 회전관성을 유발하여 크랭크 축이 멈추려고 하는 힘을 최대한 억제시키기 위한 플라이 휠이 장착되어 있으며, 이로 인해 크랭크 축은 위와 같은 각 행정에 상관없이 원활한 회전이 가능하게 된다.

그러나 위와 같은 구성의 일반적인 엔진의 경우, 엔진 구동 시 피스톤은 상하 왕복운동을 하는 반면 크랭크 축은 회전운동을 하므로, 아래로 이동되는 피스톤에 위로 향하는 힘인 수직 우력과 피스톤 횡 방향 요동에 대한 수평 우력에 기인하여 2차원 방향으로 불평등 모멘트가 발생되며, 따라서 엔진이 심하게 떨리는 문제가 있었다.

이에 따라, 불평등 모멘트에 따른 상기한 엔진 진동을 상쇄시킬 목적으로, 밸런스 샤프트(balance shaft)를 일반적으로 채택하고 있다. 밸런스 샤프트는 아이들 기어로서 상기 크랭크 축과 전동 가능하게 연결되어 있으며, '웨이트(weight)'라 불리 우는 편향된 무게추를 일체로 구비하고 있다.

따라서, 크랭크 축 회전에 의해 상기 밸런스 샤프트가 회전되면, 편향된 상기 웨이트의 회전으로 기진력이 발생되며, 이와 같은 기진력은 전술한 불평등 모멘트를 상쇄시키는 진동으로 작용함으로써, 엔진 구동에 따른 진동을 감소시킨다. 대한민국 공개실용신안공보 제1998?043076호에는 이와 같은 밸런스 샤프트 구성을 자세히 개시하고 있다.

그러나, 상기 공개실용신안공보를 비롯하여 종래 일반적으로 알려진 밸런스 샤프트의 경우, 기진력 발생을 위해 편향된 무게추 즉, 상기 웨이트를 구비하는 샤프트 단면이 구간(또는 영역)에 상관 없이 일정한 구성으로 이루어져, 엔진 길이방향으로 구간에 따라 다르게 나타나는 불평등 모멘트에 효과적으로 대응하지 못하는 문제가 있었다.

하부 웨이트의 단면적을 구간별로 달리하거나, 웨이트의 편향 반경을 크거나 작게 함으로써, 위와 같은 불평등 모멘트에 대응되도록 할 수 있으나, 이 방법은 밸런스 샤프트의 전체적인 사이즈를 실질적으로 증가시키게 되므로, 실린더 블럭의 레이아웃(lay?out)에 크게 영향을 끼치는 문제가 있다.

또한, 실린더 블록과 접속된 저널 측에 오일이 지속적으로 제공될 수 있도록, 종래 밸런스 샤프트 중앙에는 샤프트 길이 방향을 따라 오일통로가 형성되는데, 종래에는 샤프트 선단으로부터 구멍을 내어 오일통로를 가공한 후, 별도의 씰링부재를 이용해 상기 선단에 형성된 구멍을 폐쇄시킴으로써, 밀폐된 오일통로를 형성하기 위해서는 가공 후 씰링부재와 같은 별도의 부재가 요구되는 문제가 있다.

본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 웨이트의 단면적 또는 중심축으로부터의 웨이트 편향 거리를 달리 형성하지 않고도 구간 즉, 영역별로 다르게 발생하는 불평등 모멘트에 효과적으로 대응할 수 있는 엔진 밸런스 샤프트를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 밸런스 샤프트에 오일통로를 형성함에 있어 그 가공의 용이성을 향상시킬 수 있으면서, 가공 후 오일통로를 밀폐시키기 위한 별도의 부재(씰링부재)가 요구되지 않는 엔진 밸런스 샤프트를 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 진동상쇄 기능의 구현을 위해 엔진에 설치되는 것으로, 편향된 무게중심을 갖는 단면구조의 축부; 상기 축부에 부등간격으로 형성되는 다수의 저널로 이루어진 저널부;를 포함하며, 상기 축부는 그 전방에 압입구멍을 가지면서 중심에는 축 방향을 따라 오일통로가 길게 형성되고, 상기 압입구멍에는 인입축을 형성한 밸런스 기어가 압입 고정되며, 상기 오일통로와 연통되는 입유로가 저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 인접한 저널에 형성되고, 저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 이격된 위치에 존재하는 저널에는 상기 오일통로와 연통되는 배유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트를 제공한다.

본 실시예에서 상기 축부는, 횡 축선을 기준으로 상하 비대칭 단면형상을 갖고, 두 개의 경사면과 이 두 개의 경사면 선단을 잇는 원호면으로 구성된 하부 웨이트(weight)와, 횡 축선을 기준으로 상기 하부 웨이트와 비대칭 형상의 상부 돌출부로 구성될 수 있다.

또한, 상기 하부 웨이트의 경사면과 원호면이 만나는 모서리 부위에 경사진 에지면(edge)이 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 축부는, 다수의 저널을 기준으로 전방영역, 중앙영역, 후방영역으로 분리 구획될 수 있으며, 전방영역 중앙부에 형성된 상부 돌출부는 중앙영역 중앙부에 형성된 상부 돌출부에 비해 높게 형성되고, 후방영역의 상부 돌출부는 축부 말단으로 갈수록 그 높이가 점진적으로 낮아지는 경사진 구조로 이루어진 구성일 수 있다.

이 경우, 상기 후방영역 말단의 하부 웨이트는 축부 말단으로 갈수록 그 웨이트의 반경이 점진적으로 축소되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 저널부를 구성하는 저널 외면 중앙에는, 저널과 이 저널을 감싸는 베어링 사이로 윤활유가 지속적으로 공급될 수 있도록 그루브(groove)가 요입 형성될 수 있다.

그리고, 상기 오일통로는 압입구멍의 수직벽면 중앙으로부터 연장되어, 상기 밸런스 기어 조립 전 상기 압입구멍을 통해 외부로 노출되는 구성일 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 엔진 밸런스 샤프트에 따르면, 축부 영역별로 상부 돌출부의 높이를 달리 형성하는 구성만으로, 웨이트의 단면적 또는 중심축으로부터의 웨이트 편향 거리를 달리 형성하지 않고도 구간 즉, 영역별로 다르게 발생하는 불평등 모멘트에 효과적으로 대응할 수 있는 엔진 밸런스 샤프트를 구현할 수 있다.

또한, 축부 선단에 압입구멍이 소정의 직경으로 형성되며, 이 압입구멍으로부터 축부 중심을 따라 축 방향으로 오일통로가 길게 형성됨으로써, 밸런스 샤프트에 오일통로를 형성함에 있어 그 가공의 용이성을 향상시킬 수 있으며, 압입구멍에 밸런스 기어를 조립, 상기 오일통로를 밀폐시킴으로써, 별도의 부재(씰링부재)가 요구되지 않는 장점이 있다.

또한, 축부 말단부가 점진적으로 축소되는 단면 형상을 가짐으로써, 축부 후방영역의 단면축소에 맞게 실린더 블럭 형상을 변경하여 공간을 확보할 수 있고, 결과적으로는 실린더 블럭에 인접 설치되는 스타트 모터의 설치공간을 충분히 확보할 수 있게 되므로, 엔진 주변에 엔진 구동관련 부품을 설치함에 있어서도 유리하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸런스 샤프트의 사시도.
도 2는 도 1에 나타난 밸런스 샤프트의 횡 단면도.
도 3은 도 2에 따른 밸런스 샤프트의 A-A선 단면도.
도 4는 도 2에 따른 밸런스 샤프트의 B-B선 단면도.
도 5는 도 2에 따른 밸런스 샤프트의 C-C선 단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸런스 샤프트의 사시도이며, 도 2는 도 1에 나타난 밸런스 샤프트의 길이 방향 단면형상을 보여주기 위한 횡 단면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 밸런스 샤프트는 진동상쇄 기능의 구현을 위해 엔진에 설치되며, 편향된 무게중심을 갖는 단면구조의 축부(1)를 포함한다. 상기 축부(1)에는 다수의 저널(20)(22)(24)이 부등간격으로 형성된 구성의 저널부(2)가 마련되며, 상기 저널부(2)에 형성된 각각의 저널에 의해 밸런스 샤프트는 엔진의 실린더 블럭(미도시)에 지지 고정된다.

축부(1)에는 그 전방에 압입구멍(10)이 소정의 직경으로 함몰 형성되며, 축부(1) 중심에는 축 방향을 따라 오일통로(3)가 길게 형성된다. 이때 상기 오일통로(3)는 상기 압입구멍(10)의 수직벽면 중앙으로부터 연장되며, 따라서 상기 압입구멍(10)에 후술하는 밸런스 기어(4)를 조립하기 전, 상기 오일통로(3)는 압입구멍(10)을 통해 외부로 노출될 수 있다.

압입구멍(10)에는 인입축을 형성한 밸런스 기어(4)가 압입되어 고정됨으로써, 조립 전 위와 같이 외부로 노출되는 오일통로(3) 전방 개구를 폐쇄하며, 저널부(2)를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어(4)와 가장 인접한 저널(20)에는 상기 오일통로(3)와 수직방향으로 연통되는 입유로(30)가 형성된다.

또한, 저널부(2)를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어(4)와 이격된 위치에 존재하는 저널(22)(24)에는, 상기 오일통로(3)와 연통되는 배유로(32)(34)가 형성되며, 저널부(2)를 구성하는 저널(20) 외면 중앙에는 입유로(30)와 연통되는 그루브 (groove, 200)가 요입 형성된다.

따라서, 오일 탱크(미도시)로부터 상기 실린더 블럭으로 오일이 제공되면, 제공된 오일은 상기 그루브(200)와 입유로(30)를 거쳐 밸런스 샤프트 중앙에 길이방향으로 형성된 상기 오일통로(3)로 유입되고, 오일통로(3)를 흐르는 오일은 다른 저널(22)(24)들에 형성된 배유로(32)(34)를 통해 상기 저널(22)(24)과 베어링 사이로 제공됨으로써 고속 회전에 따른 베어링과 상기 저널의 소착을 방지한다.

도 2의 도시와 같이, 본 실시예에서 상기 축부(1)는 다수의 저널, 바람직하게는 세 개의 저널을 기준으로, 전방(a), 중앙(b), 후방영역(b)으로 그 영역이 분리 구획되며, 각각의 영역에 형성된 축부(1)는 공통적으로, 횡 축선(XC)을 기준으로 상하 비대칭 형상의 단면구조를 갖는다. 이하, 도 3 내지 도 5를 통해 상기 축부(1) 단면 형상에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3 내지 도 5는 각각, 도 2에 도시된 밸런스 샤프트를 A-A, B-B, C-C방향에서 바라본 단면도이다.

도 3 내지 도 5의 도시와 같이, 본 실시예에 따른 축부(1)는, 두 개의 경사면(120)과 이 두 개의 경사면(120) 선단을 잇는 원호면(122)으로 구성된 하부 웨이트(weight, 12)와, 횡 축선(XC)을 기준으로 상기 하부 웨이트(12)와 비대칭 형상의 상부 돌출부(14)로 구성된다. 하부 웨이트(12)는 엔진 구동 시 진동을 상쇄시키기 위한 기진력을 발생시키며, 기진력은 상기 상부 돌출부(14)의 길이에 따라 그 크기가 달라질 수 있다.

엔진 진동은 엔진 구동 시 피스톤의 왕복운동 및 크랭크 축의 회전운동 조합에 의해 2차원 방향으로 발생하는 불평등 모멘트에 의하며, 특히 고부하 직렬 4기통 디젤엔진의 경우 주로, 저널과 다른 저널 사이의 엔진 중앙부에서 집중적으로 발생한다. 따라서 이를 감안하여 상기 축부(1)의 경우, 영역별로 차등적인 기진력이 발생될 수 있도록 단면형상을 달리 구성하는 것이 바람직하다.

영역별 차등적인 기진력 발생을 위해, 하부 웨이트(12)의 단면적을 영역별로 달리 형성하는 방법이 제안될 수도 있으나, 이러한 방법은 실린더 블럭의 레이아웃에 크게 영향을 끼치므로, 영역별로 상부 돌출부(14)의 높이를 달리 형성함으로써 기진력의 크기가 영역별로 달라질 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 도 3 및 도 4의 도시와 같이, 전방영역(a) 중앙부에 형성된 상부 돌출부(14, 도 3)를 중앙영역(b) 중앙부에 형성된 상부 돌출부 (14, 도 4)에 비해 높게 형성한 구성을 채택하고 있다. 이 경우, 전방영역(a)에 비해 상대적으로 중앙영역(b)에 보다 큰 기진력이 발생하므로, 엔진 진동을 보다 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

하부 웨이트(12)의 경사면(120) 각도를 크게 하거나 하부 웨이트(12)와 원호면(122)이 만나는 모서리 부위에 경사진 에지(124, edge)면을 형성하면, 하부 웨이트(12)의 무게중심이 축 중심으로부터 보다 이격된 거리에 위치하게 되므로, 보다 큰 기진력을 발생시킬 수 있다. 따라서 하부 웨이트(12)의 경사면(120) 각도를 크게 하거나 위와 같이 에지면(124)을 형성할 수도 있다.

한편, 도 5의 도시와 같이, 본 실시예에 적용된 축부(1) 후방영역(c)의 경우에는, 이에 형성되는 상부 돌출부(14)가 축부(1) 말단으로 갈수록 그 높이가 점진적으로 낮아지는 경사진 구조를 갖고, 후방영역(c) 말단의 웨이트(12) 역시 축부(1) 말단으로 갈수록 웨이트(12) 반경이 점진적으로 축소되는 구성일 수 있다.

축부(1) 후방영역(C) 즉, 축부(1) 말단부가 점진적으로 축소되는 단면 형상을 가지면, 축부(1) 후방영역(C)의 단면축소에 맞게 실린더 블럭 형상을 변경하여 공간을 확보할 수 있게 되고, 따라서 실린더 블럭에 인접 설치되는 스타트 모터의 설치공간을 충분히 확보할 수 있어서 엔진 주변에 엔진 구동관련 부품을 설치함에 있어 유리하다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸런스 샤프트에 의하면, 축부 영역별로 상부 돌출부의 높이를 달리 형성하는 구성만으로, 웨이트의 단면적 또는 중심축으로부터의 웨이트 편향 거리를 달리 형성하지 않고도 구간 즉, 영역별로 다르게 발생하는 불평등 모멘트에 효과적으로 대응할 수 있는 엔진 밸런스 샤프트를 구현할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 축부 2 : 저널부
3 : 오일통로 4 : 밸런스 기어
10 : 압입구멍 12 : 하부 웨이트
14 : 상부 돌출부 20, 22, 24 : 저널
120 : 경사면 122 : 원호면
124 : 에지면

Claims

진동상쇄 기능의 구현을 위해 엔진에 설치되는 것으로,
편향된 무게중심을 갖는 단면구조의 축부;
상기 축부에 부등간격으로 형성되는 다수의 저널로 이루어진 저널부;를 포함하며,
상기 축부는 그 전방에 압입구멍을 가지면서 중심에는 축 방향을 따라 오일통로가 길게 형성되고,
상기 압입구멍에는 인입축을 형성한 밸런스 기어가 압입 고정되며,
상기 오일통로와 연통되는 입유로가 저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 인접한 저널에 형성되고,
저널부를 구성하는 다수의 저널 중 상기 밸런스 기어와 이격된 위치에 존재하는 저널에는 상기 오일통로와 연통되는 배유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 1 항에 있어서,
상기 축부는 횡 축선을 기준으로 상하 비대칭 단면형상을 가진 구조이며,
두 개의 경사면과 이 두 개의 경사면 선단을 잇는 원호면으로 구성된 하부 웨이트(weight)와,
횡 축선을 기준으로 상기 하부 웨이트와 비대칭 형상의 상부 돌출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 2 항에 있어서,
상기 하부 웨이트의 경사면과 원호면이 만나는 모서리 부위에 경사진 에지면(edge)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 2 항에 있어서,
상기 축부는, 다수의 저널을 기준으로 전방영역, 중앙영역, 후방영역으로 분리 구획되며,
전방영역 중앙부에 형성된 상부 돌출부의 높이는 중앙영역 중앙부에 형성된 상부 돌출부의 높이 보다 높고,
후방영역의 상부 돌출부는 축부 말단으로 갈수록 그 높이가 점진적으로 낮아지는 경사진 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 4 항에 있어서,
상기 후방영역 말단의 하부 웨이트는 축부 말단으로 갈수록 웨이트 반경이 점진적으로 축소되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 1 항에 있어서,
상기 저널부를 구성하는 저널 외면 중앙에는 그루브(groove)가 요입 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.
제 1 항에 있어서,
상기 오일통로는 압입구멍의 수직벽면 중앙으로부터 연장되어, 상기 밸런스 기어 조립 전 상기 압입구멍을 통해 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸런스 샤프트.