KR20170117347A - 밸런스 샤프트 어셈블리 - Google Patents

Abstract

밸런스 샤프트 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 샤프트 어셈블리는 밸런스 웨이트를 갖는 샤프트부와, 상기 샤프트부에 제공되는 구동기어와 저널부를 갖는 밸런스 샤프트; 상기 밸런스 샤프트를 수용하는 그리고 상기 구동기어가 삽입되는 기어부와 상기 저널부를 지지하는 축지지부를 갖는 하우징을 포함하되; 상기 기어부는 저온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제1엔드플이부를 포함하고, 상기 밸런스 샤프트는 고온조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제2엔드플레이부를 포함할 수 있다.

Description

밸런스 샤프트 어셈블리{Balance shaft assembly}

본 발명은 밸런스 샤프트 어셈블리에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 고온 및 저온 조건에서도 밸런스 샤프트의 축방향 변동폭을 일정하게 유지시킬 수 있는 밸런스 샤프트 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 밸런스 샤프트는 크랭크 샤프트의 동력으로 회전하면서 크랭크 샤프트에서 발생하게 되는 자중과 원심력의 불균형을 상쇄시켜 진동을 저감시키기 위한 회전축으로서, 엔진의 기통수나 배열에 따라 1개 또는 2개가 사용되고, 크랭크 샤프트와 정방향 또는 역방향으로 같은 속도 또는 2배의 속도로 회전된다.

이러한 밸런스 샤프트 어셈블리는 거의 대부분 헬리컬 기어를 사용하고 있다. 헬리켈 기어는 평기어 대비 물림율이 크기 때문에 기어 소음 개선에서 유리한 장점이 있지만, 단점으로는 축력이 발생하기 때문에 축 방향으로 움직이려는 밸런스 샤프트를 고정시킬 수 있는 구조가 요구된다.

종래 밸런스 샤프트 어셈블리는 밸런스 샤프트의 구동기어 양단면을 이용하여 축방향 엔드플레이(endplay)를 확보하고 있으나, 축방향 엔드플레이는 온도 조건에 따라 변화하며 엔드플레이가 커지면 축방향 래틀 소음이 증가하여 소음과 진동(NVH: Noise, Vibration, and Harshness) 측면에서 불리한 구조를 갖는다.

본 발명의 실시예들은 고온 및 저온 조건에서 밸런스 샤프트의 축방향 변동 폭을 일정하게 유지시킬 수 있는 밸런스 샤프트 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 밸런스 웨이트를 갖는 샤프트부와, 상기 샤프트부에 제공되는 구동기어와 저널부를 갖는 밸런스 샤프트; 상기 밸런스 샤프트를 수용하는 그리고 상기 구동기어가 삽입되는 기어부와 상기 저널부를 지지하는 축지지부를 갖는 하우징을 포함하되; 상기 기어부는 저온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제1엔드플이부를 포함하고, 상기 밸런스 샤프트는 고온조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제2엔드플레이부를 포함하는 밸런스 샤프트 어셈블리가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1엔드플레이부는 저온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하도록 상기 기어부의 내측면으로부터 돌출되어 형성되고 상기 구동기어의 양단면과 마주하는 한 쌍의 제1스페이서를 포함하고, 상기 제2엔드플레이부는 고온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하도록 상기 저널부 양단에 서로 이격되게 형성되고, 상기 축지지부의 양측단부에 위치되는 한 쌍의 제2스페이서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸런스 샤프트와 상기 하우징은 열팽창 계수가 상이한 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밸런스 샤프트는 스틸 소재로 이루어지고, 상기 하우징은 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 구동기어는 헬리컬 기어로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 밸런스 샤프트의 엔드플레이의 이중 구조 적용을 통해 고온 및 저온에서도 밸런스 샤프트의 축방향 변동 폭을 일정하게 유지시켜 축방향 래틀 소음을 저감시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 샤프트 어셈블리를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밸런스 샤프트 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 밸런스 샤프트 어셈블리의 하부 하우징 평면도이다.
도 4는 도 3에서 제1밸런스 샤프트와 제2밸런스 샤프트가 장착된 하부 하우징의 평면도이다.
도 5는 도 4에 표시된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 밸런스 샤프트 어셈블리를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 샤프트 어셈블리를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 밸런스 샤프트 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 하부 하우징의 평단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밸런스 샤프트 어셈블리(10)는 제1,2밸런스 샤프트(101,102)과, 밸런스 샤프트 하우징(이하, 하우징이라고 함)(200)을 포함할 수 있다.

제1,2밸런스 샤프트(101,102)와 하우징(200)은 열팽창 계수가 상이한 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 제,2밸런스 샤프트(101,102)는 스틸(steel) 소재로 이루어지고, 하우징(200)은 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다. 참고로, 알루미늄은 스틸보다 열팽창 계수가 높다.

하우징(200)은 내부에 후술하는 제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102)가 설치되는 공간을 제공한다. 하우징(200)은 차량의 엔진룸에 설치하기 용이한 소정의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 하우징(200)은 하우징(200)을 엔진룸 상의 소정의 장소(예: 엔진의 실린더 블록)에 체결할 수 있도록 소정의 장소에 형성되는 복수개의 볼트홀을 포함할 수 있다.

일 예로, 하우징(200)은 서로 결합되는 상부 하우징(201)과 하부 하우징(202)을 포함할 수 있다. 상부 하우징(201)과 하부 하우징(202)은 하우징(200)을 상하로 양분할 수 있다. 상부 하우징(201)과 하부 하우징(202)은 볼트에 의해 결합됨으로써, 하우징(200) 내부의 구성 요소를 수리할 때는 볼트 해체에 의해 서로 용이하게 분리될 수 있다. 상부 하우징(201)은 엔진의 베드 플레이트(미도시됨)와 조립되는 하우징으로, 종래에는 오일 유입을 위한 개구들이 형성되어 있었으나 본 발명의 상부 하우징(201)에는 개구들을 생략하였다는데 그 특징이 있다.

하우징(200)의 내부에는 제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102)가 평행하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102)는 서로 동일한 구성을 갖는다. 다만, 제1밸런스 샤프트(101)는 스프라켓(190)을 포함한다는 점에서 제2밸런스 샤프트(102)와 일부 차이점이 있다.

제1 밸런스 샤프트(101)의 샤프트부 일단은 하우징(200)의 외부로 노출될 수 있다. 외부로 노출되어 있는 제1 밸런스 샤프트(101)의 단부에는 외부의 회전력을 전달받을 수 있도록 스프라켓(190)이 연결될 수 있다. 스프라켓(190)은 체인 또는 기어에 의해 외부(예; 엔진)의 회전력을 전달받을 수 있다. 스프라켓(190)에 연결되는 체인 또는 기어의 회전비에 따라 제1 밸런스 샤프트(101)의 회전수는 엔진의 회전수와 동일하거나 2배 이상으로 설정될 수 있다.

제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102)의 샤프트부에는 서로 치합되는 제1 및 제2 구동 기어(110, 120)가 각각 연결된다. 제1 및 제2 구동 기어(110, 120)로는 헬리컬 기어가 사용될 수 있다. 스프라켓(190)을 통해 회전력을 전달받은 제1 밸런스 샤프트(101)는 제1 구동 기어(110)가 회전하도록 한다. 제1 구동 기어(110)는 치합되어 있는 제2 구동 기어(120)를 회전시킨다. 따라서, 제1 밸런스 샤프트(101)는 제1및 제2 구동 기어(110, 120)를 통해 제2 밸런스 샤프트(102)를 회전시킨다. 제1 및 제2 밸런스 샤프트(101,102)는 서로 반대 방향으로 회전하며 엔진의 진동을 감소시킨다. 한편, 엔진 진동 감소 효과를 상승시키기 위해, 제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102) 상에는 밸런스 웨이트(130)가 각각 제공될 수 있다. 엔진의 진동을 상쇄시키기 위한 밸런스 웨이트(balance weight)(120)는 샤프트부의 일단에 제공되며, 밸런스 웨이트(130)의 위치 및 개수 그리고 형상은 본 실시예에 한정되지 않으며 가변될 수 있다. 한편, 밸런스 웨이트(130)의 구성은 이 분야에서는 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

제1 및 제2 밸런스 샤프트(101, 102)의 샤프트부는 각각 밸런스 샤프트(101,102)를 하우징(200) 상에서 구름 지지하기 위한 저널부(150,150a)들이 구비될 수 있다. 저널부(150,150a) 각각에는 구름 수단인 부시(미도시됨)가 각각 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 구름 수단으로 부시가 적용되었으나 이에 한정하지 않으며, 구름 수단으로 베어링이 적용될 수도 있음은 물론이다.

일 예로, 제1 밸런스 샤프트(101)는 스프라켓(190)과 제1구동기어(110) 사이와, 제1구동기어(110)와 밸런스 웨이트(130) 사이 그리고 밸런스 웨이트(130) 끝단에 각각 저널부(150)를 구비하며, 제2밸런스 샤프트(102)는 제2구동기어(120)와 밸런스 웨이트(130) 사이 그리고 밸런스 웨이트(130) 끝단에 각각 저널부(150a)를 구비할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 제1밸런스 샤프트(101)가 3개의 저널부(150) 그리고 제2밸런스 샤프트(102)가 2개의 저널부(150)를 갖는 것으로 도시하였으나, 배치 위치 및 배치 개수는 사용자의 필요에 의해 가변될 수 있다.

하우징(200)은 제1,2 밸런스 샤프트(101,102)를 회전가능하게 저널부(150)가 안착되는 제1,2축지지부(260,270)들과 제1,2구동기어(110,120)가 위치되는 기어부(240)를 포함할 수 있다.

기어부(240)는 제1밸런스 샤프트의 제1구동기어(110)가 위치되는 제1삽입공간(242)과 제2밸런스 샤프트의 제2구동기어(120)가 위치되는 제2삽입공간(244)을 포함할 수 있다.

그리고, 제1축지지부(260)는 제1밸런스 샤프트(101)의 저널부를 지지하고, 제2축지지부(270)는 제2밸런스 샤프트(102)의 저널부를 지지할 수 있다.

한편, 하부 하우징(202)의 일면에는 제1,2축지지부(260,270) 각각으로 오일을 공급하는 내부 유로가 제공된다. 일 예로, 하부 하우징(202)은 오일이 공급되는 오일 공급홀(290), 오일 공급홀(290)과 연결되고 제1축지지부(260)와 제2축지지부(270)로 오일을 공급하기 위한 메인 오일 유로(292), 메인 오일 유로(292)와 연결되고, 제1축지지부(260)와 제2축지지부(270) 각각에 형성되는 저널부 유로(294)를 포함할 수 있다.

일 예로, 저널부 유로(294)는 메인 오일 유로(292)에 비해 상대적으로 작은 단면적을 가지도록 형성될 수 있으며, 저널부 유로(294)의 단면적은 메인 오일 유로(292)의 단면적 대비 0.6~0.4배일 수 있다. 또한, 메인 오일 유로(292)의 폭은 저널부 유로(294)의 폭과 동일한 반면, 저널부 유로(294)의 깊이는 메인 오일 유로(292)의 깊이 대비 0.6~0.4배일 수 있다. 단면적이 큰 메인 오일 유로(229)에서 단면적이 작은 저널부 유로(294)로 오일이 공급됨으로써, 저널부 유로(294)에는 메인 오일 유로(292) 대비 큰 오일 공급 압력이 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 밸런스 샤프트 어셈블리(10)는 제1,2 밸런스 샤프트(101,102)의 축방향 위치 고정을 위한 제1엔드플레이부(248) 및 제2엔드플레이부(158)를 포함할 수 있다.

제1엔드플레이부(248)는 저온 조건에서 제1,2밸런스 샤프트(101,102)의 축방향 움직임을 제한할 수 있고, 제2엔드플레이부(158)는 고온조건에서 제1,2밸런스 샤프트(101,102)의 축방향 움직임을 제한할 수 있다. 일반적으로 밸런스 샤프트 어셈블리에서 밸런스 샤프트의 엔드플레이는 약0.05~2.0mm의 축방향 공차를 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 밸런스 샤프트의 엔드플레이는 온도 조건에 따라 변화(재질의 열팽창 차이)되고 그 엔드플레이가 커지면 축방향 래틀 소음이 증가하게 되는 원인이 된다.

본 발명에서는 이러한 증상을 사전에 방지하기 위해 축방향 엔드플레이 이중 구조를 적용함으로써 고온 및 저온 조건에서 밸런스 샤프트의 축방향 변동폭을 일정하게 하여 소음을 개선할 수 있다.

제1엔드플레이부(248)와 제2엔드플레이부(158)는 제1밸런스 샤프트(110)와 제2밸런스 샤프트(102)에 각각 동일하게 제공된다. 따라서, 아래에서는 제2밸런스 샤프트(102)에 적용된 제1,2엔드플레이부(248,158)에 대해 구체적으로 설명하고, 제1밸런스 샤프트(101)에 적용된 제1,2엔드플레이부에 대해서는 생략한다.

도 5는 도 4에 표시된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1엔드플레이부(248)는 저온 조건에서 제2밸런스 샤프트(102)의 축방향 움직임을 제한하도록 기어부(240)의 내측면으로부터 돌출되어 형성되고 제2구동기어(120)의 양단면과 마주하는 한 쌍의 제1스페이서 형태로 제공될 수 있다.

제2엔드플레이부(158)는 고온 조건에서 제2밸런스 샤프트(102)의 축방향 움직임을 제한하도록 저널부(150a) 양단에 서로 이격되게 형성되고, 축지지부(270)의 양측단부에 위치되는 한 쌍의 제2스페이서 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 제2스페이서는 제2밸런스 샤프트의 반경을 따라 돌출된 플랜지 구조일 수 있다.

상술한 바와 같이, 고온 조건에서는 제1엔드플레이부(248)에서의 축방향 유격이 증가되는 반면에 제2엔드플레이부(158)에서의 축방향 유격은 감소됨으로써 제2밸런스 샤프트(102)의 엔드플레이를 일정하게 유지시킬 수 있다. 반대로, 저온 조건에서는 제1엔드플레이부(248)에서의 축방향 유격이 감소되는 반면에 제2엔드플레이부(158)에서의 축방향 유격은 증가됨으로써 제2밸런스 샤프트(102)의 엔드플레이를 일정하게 유지시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 밸런스 샤프트 200 : 하우징
150 : 저널부 292 : 메인 오일 유로
294 : 저널부 유로 248 : 제1엔드플레이부
158 : 제2엔드플레이부

Claims (5)

1. 밸런스 웨이트를 갖는 샤프트부와, 상기 샤프트부에 제공되는 구동기어와 저널부를 갖는 밸런스 샤프트;
   상기 밸런스 샤프트를 수용하는 그리고 상기 구동기어가 삽입되는 기어부와 상기 저널부를 지지하는 축지지부를 갖는 하우징을 포함하되;
   상기 기어부는
   저온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제1엔드플이부를 포함하고,
   상기 밸런스 샤프트는
   고온조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하는 제2엔드플레이부를 포함하는 밸런스 샤프트 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1엔드플레이부는
   저온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하도록 상기 기어부의 내측면으로부터 돌출되어 형성되고 상기 구동기어의 양단면과 마주하는 한 쌍의 제1스페이서를 포함하고,
   상기 제2엔드플레이부는
   고온 조건에서 상기 밸런스 샤프트의 축방향 움직임을 제한하도록 상기 저널부 양단에 서로 이격되게 형성되고, 상기 축지지부의 양측단부에 위치되는 한 쌍의 제2스페이서를 포함하는 밸런스 샤프트 어셈블리.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 밸런스 샤프트와 상기 하우징은 열팽창 계수가 상이한 재질로 이루어지는 밸런스 샤프트 어셈블리.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 밸런스 샤프트는 스틸 소재로 이루어지고,
   상기 하우징은 알루미늄 소재로 이루어지는 밸런스 샤프트 어셈블리.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 구동기어는 헬리컬 기어로 이루어지는 밸런스 샤프트 어셈블리.
   

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