KR20190074486A - 크랭크축 풀리의 토크증대기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 구동시 회전 마찰저항을 저감하여 발전효율이 감소하는 것을 방지하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 엔진 구동에 따른 발전시 원웨이클러치에 의해 풀리와, 크랭크축과, 제1베어링이 동일한 속도로 함께 회전하게 되는바, 회전 마찰저항이 저감되어 발전효율이 저하되는 것을 방지하는 한편, 엔진의 시동시에는 높은 시동토크의 구현이 가능하여 ISG의 토크 및 출력의 저감이 가능한 크랭크축 풀리의 토크증대기구가 소개된다.

Description

크랭크축 풀리의 토크증대기구{TORQUE INCREASE DEVICE FOR CRANKSHAFT PULLEY}
본 발명은 엔진 구동시 회전 마찰저항을 저감하여 발전효율이 감소하는 것을 방지하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구에 관한 것이다.
크랭크축 풀리는 크랭크축의 끝에 부착되는 풀리로서, 풀리에 벨트를 걸어 발전기, 워터펌프, 컴프레서 등의 엔진 보기류를 구동하는 역할을 한다.
한편, 상기 크랭크축 풀리에 토크증대기구를 설치한 구조가 제안된바 있는데, 상기 토크증대기구에 의한 토크 증대작용을 위해 크랭크축 풀리 내부에 유성기어장치가 설치될 수 있다.
예컨대, 엔진 시동시에는 유성기어장치의 3개의 회전요소 중 하나의 회전요소를 구속하여 ISG에서 엔진으로 입력되는 토크를 증대시키는 반면, 발전시에는 2개의 회전요소의 회전속도를 동일하게 만들어 1 :1의 기어비로 모터를 발전할 수 있게 구성한다.
이를 통해, 높은 엔진시동토크에 대응할 수 있고, 또한 발전시 모터 최대회전수 제한에서 자유로워지게 되는바, 모터의 파손을 방지할 수 있게 된다.
그런데, 이 같은 토크증대기구는 유성기어를 지지하기 위해 케이스와 유성기어 사이에 베어링이 필요한데, 케이스가 엔진블록에 고정되어 있어, 엔진이 작동할 때 회전저항으로 작용하게 되는바, 발전효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1632177 B
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 엔진 구동시 회전 마찰저항을 저감하여 발전효율이 감소하는 것을 방지하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 크랭크축을 감싸는 형상으로 마련되고, 엔진보기류와 연결되는 풀리; 제1,2,3회전요소를 갖되, 제1회전요소가 풀리에 상시 고정되고, 제2회전요소가 크랭크샤프트에 상시 고정되며, 제3회전요소가 선택적인 고정요소로 작동되는 유성기어장치; 상기 제1회전요소와 제2회전요소 사이에 설치되어 제1회전요소에서 제2회전요소 방향으로만 회전력을 전달하는 원웨이클러치; 및 상기 크랭크축과 제1회전요소 사이에 지지 설치되는 제1베어링;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1회전요소가 크랭크축을 감싸는 형상으로 구비되고; 상기 제1베어링은 크랭크축의 외주면과 제1회전요소의 내주면 사이에 지지 설치될 수 있다.
상기 제3회전요소를 선택적으로 고정하기 위해 작동하는 액추에이터;를 더 포함하되, 상기 제3회전요소를 덮는 형상으로 오일케이스가 마련되고; 상기 제3회전요소가 상기 오일케이스의 내면에 고정되며; 상기 오일케이스의 외주면에 원주방향을 따라 락킹기어가 형성되고; 상기 액추에이터의 단부에 락킹돌기가 구비되어, 상기 액추에이터의 작동에 따라 락킹돌기가 진출입 작동되면서 락킹기어에 선택적으로 체결될 수 있다.
상기 오일케이스가 제2회전요소를 감싸는 형상으로 구비되고; 상기 오일케이스의 내주면과 제2회전요소의 외주면 사이에 제2베어링이 지지 설치될 수 있다.
상기 제1회전요소의 외주면과 제2회전요소의 내주면 사이에 제3베어링이 지지 설치될 수 있다.
상기 크랭크축의 단부에 너트에 의해 제2회전요소와 볼팅 체결되고; 상기 크랭크축과 제1회전요소 사이와, 상기 제1회전요소와 오일케이스 사이와, 상기 오일케이스와 제2회전요소 사이 및 제2회전요소와 너트 사이에 오일씰이 설치될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 엔진 구동에 따른 발전시 원웨이클러치에 의해 풀리와, 크랭크축과, 제1베어링이 동일한 속도로 함께 회전하게 되는바, 회전 마찰저항이 저감되어 발전효율이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 엔진 정지시에도 ISG를 이용하여 에어컨의 구동이 가능함으로써, 전동식 에어컨 컴프레셔를 사용하지 않고 기계식 에어컨 컴프레셔의 사용이 가능한바, 차량의 원가를 절감하는 효과도 있다.
더불어, 크랭크축 풀리에서 시동토크가 증대됨으로써, ISG 벨트에 큰 장력이 걸리지 않아도 되는바, 보기류 전체에 큰 장력이 걸리는 것을 방지 할 수 있어, 축하중 저감에 따른 연비향상이 가능한 효과도 있다.
더욱이, 발전시에 ISG에 입력되는 회전수를 저감함으로써, 발전시 ISG 최대회전수 제한에서 자유로워 ISG가 파손되는 것을 방지하는 한편, 엔진의 시동시에는 높은 시동토크의 구현이 가능함으로써, ISG의 토크 및 출력을 저감하는 것은 물론 스타터모터의 제거가 가능하여 차량의 원가를 저감하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토크증대기구의 배치 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 토크증대기구의 내부 구조를 나타낸 상세 도면.
도 3은 본 발명에 따른 토크증대기구와 액추에이터의 결합관계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따라 엔진 시동시 유성기어장치의 속도선도를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따라 발전 작동시 유성기어장치의 속도선도를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 크랭크축 풀리의 토크증대기구는, 크랭크축(1)과, 풀리(3)와, 유성기어장치(PG)와, 제1베어링(19) 및 원웨이클러치(17)를 포함하여 구성이 될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 풀리(3)는 크랭크축(1)과 동축 상에서 크랭크축(1)을 감싸는 형상으로 마련되는 것으로, 벨트(5)에 의해 엔진보기류와 연결된다. 여기서, 엔진보기류는 ISG를 비롯하여 워터펌프와, 발전기와, 에어컨디셔너용 컴프레서 등이 포함될 수 있다.
유성기어장치(PG)는 제1,2,3회전요소를 갖되, 제1회전요소가 풀리(3)에 상시 고정되고, 제2회전요소가 크랭크샤프트에 상시 고정되며, 제3회전요소가 선택적인 고정요소로 작동될 수 있다.
여기서, 상기 제1회전요소는 선기어(S)이고, 제2회전요소는 캐리어(C)이며, 제3회전요소는 링기어(R)로서, 상기 선기어(S)가 풀리(3)에 고정되고, 캐리어(C)가 크랭크샤프트에 고정될 수 있다.
원웨이클러치(17)는 상기 제1회전요소와 제2회전요소 사이에 설치되어 제2회전요소에서 제1회전요소 방향으로만 회전력을 전달하게 된다.
예컨대, 캐리어(C)의 회전속도가 선기어(S)의 회전속도보다 빠른 경우, 원웨이클러치(17)에 의해 캐리어(C)가 선기어(S)를 끌고 함께 회전이 되고, 반대로 선기어(S)의 회전속도가 캐리어(C)의 회전속도보다 빠른 경우에는 원웨이클러치(17)에서 양 회전요소의 회전속도 차이가 허용된다.
그리고, 제1베어링(19)은 상기 크랭크축(1)과 제1회전요소 사이에 설치되어 회전방향으로 가해지는 하중을 지지하는 역할을 하게 된다.
조금 더 구체적으로, 상기 제1회전요소인 선기어(S)가 크랭크축(1)을 감싸는 형상으로 설치되고, 상기 제1베어링(19)은 크랭크축(1)의 외주면과 제1회전요소의 내주면 사이에 지지될 수 있다.
즉, 상기 풀리(3)가 벨트(5)에 의해 엔진보기류와 연결됨으로써, 벨트장력에 의해 선기어(S)에 편심하중이 가해지게 되는데, 이 편심하중이 제1베어링(19)에 의해 지지되고, 또한 엔진 구동에 따른 발전시 원웨이클러치(17)에 의해 풀리(3)와, 크랭크축(1)과, 제1베어링(19)이 동일한 속도로 함께 회전하게 되는바, 회전 마찰저항이 저감되어 발전효율이 떨어지는 것을 방지하게 된다.
아울러, 본 발명에서는, 도 2 및 도 3과 같이 상기 제3회전요소인 링기어(R)를 선택적으로 고정하기 위해 작동하는 액추에이터(13)를 더 포함하여 구성이 될 수 있다.
이러한, 액추에이터(13)는 엔진블록(11)에 고정이 될 수 있는 것으로, 제어기에 의해 솔레노이드 코일 등을 이용하여 전기를 인가하면 직선방향으로 작동되는 락킹돌기(15)가 구비되어 구성될 수 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 링기어(R)의 외주면 둘레를 덮는 형상으로 오일케이스(7)가 마련되고, 상기 링기어(R)가 상기 오일케이스(7)의 내주면에 고정된다. 이때에, 상기 오일케이스(7) 내부에는 오일이 채워지게 된다.
그리고, 상기 오일케이스(7)의 외주면에는 그 원주방향을 따라 락킹기어(9)가 돌출 형성되고, 상기 액추에이터(13)의 단부에 락킹돌기(15)가 구비되어, 상기 액추에이터(13)의 작동에 따라 락킹돌기(15)가 진출입 작동되면서 락킹기어(9)에 선택적으로 체결이 된다.
즉, 액추에이터(13)의 작동에 따라 락킹돌기(15)가 전진 작동되면 락킹돌기(15)가 락킹기어(9)에 체결되어 링기어(R)의 회전이 구속되고, 이에 ISG의 작동력이 풀리(3)에 고정된 선기어(S)에 입력되어 캐리에 고정된 크랭크축(1)으로 출력되면서 엔진을 시동할 수 있게 된다.
또한 락킹돌기(15)가 후진 작동되면 락킹돌기(15)가 락킹기어(9)로부터 체결 해제되어 링기어(R)가 회전 가능하게 되고, 이에 엔진의 구동력이 풀리(3)를 통해 엔진보기류에 전달될 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에서는 상기 오일케이스(7)가 제2회전요소인 캐리어(C)를 감싸는 형상으로 구비되고, 상기 오일케이스(7)의 내주면과 제2회전요소의 외주면 사이에 제2베어링(21)이 설치되어 회전방향 하중을 지지할 수 있다.
또한, 상기 크랭크축(1)과 제2회전요소인 캐리어(C)가 너트(25)에 의해 볼팅방식으로 체결되고, 상기 선기어(S)의 외주면과 캐리어(C)의 내주면 사이에 제3베어링(23)이 설치되어 회전방향 하중을 지지할 수 있다.
그리고, 상기 오일케이스(7) 내부의 오일이 누유되지 않도록 크랭크축(1)과 선기어(S) 사이와, 선기어(S)와 오일케이스(7) 사이와, 오일케이스(7)와 캐리어(C) 사이 및 캐리어(C)와 너트(25) 사이에 오일씰(27)이 구비된다.
이에, 상기 위치에 오일씰(27)이 구비됨으로써, 엔진 구동에 따른 발전시 오일씰(27) 역시 원웨이클러치(17)에 의해 크랭크축(1)과 함께 동일한 속도로 회전하게 됨으로써, 오일씰(27)에서 발생하는 회전 마찰이 제거되어 발전효율이 떨어지는 것을 방지하게 된다.
도 4는 엔진 시동시에 유성기어장치(PG)의 속도선도를 나타낸 도면으로, 액추에이터(13)를 작동하여 링기어(R)를 구속시킨 상태에서 ISG를 구동하면, ISG의 구동력이 벨트(5)를 통해 풀리(3)에 전달되어 선기어(S)를 통해 입력되고, 선기어(S)에 입력된 구동력이 캐리어(C)를 통해 감속 출력되어 크랭크축(1)으로 전달됨으로써, 시동토크를 증대시킬 수 있게 된다.
도 5는 엔진에 의한 발전 작동시 유성기어장치(PG)의 속도선도를 나타낸 도면으로, 액추에이터(13)를 작동하여 링기어(R)를 구속하지 않은 상태에서 엔진의 크랭크축(1)이 회전하면, 크랭크축(1)과 함께 회전하는 캐리어(C)의 회전속도가 선기어(S)의 회전속도보다 빠르므로, 원웨이클러치(17)에 의해 선기어(S)를 캐리어(C)와 동일한 속도로 회전시키게 되고, 이에 벨트(5)에 연결된 ISG를 통해 발전할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 구동에 따른 발전시 원웨이클러치(17)에 의해 풀리(3)와, 크랭크축(1)과, 제1베어링(19)이 동일한 속도로 함께 회전하게 되는바, 회전 마찰저항이 저감되어 발전효율이 저하되는 것을 방지하게 된다.
또한, 엔진이 정지된 상태에서 액추에이터(13)를 해제하고 ISG를 구동시키는 경우, 엔진이 정지되어 있기 때문에 링기어(R)가 역회전되고, 에어컨 등의 보기류가 ISG와 함께 회전하게 된다. 따라서, 엔진 정지시에도 ISG를 이용하여 에어컨을 구동할 수 있게 됨으로써, 전동식 에어컨 컴프레셔를 사용하지 않고 기계식 에어컨 컴프레셔의 사용이 가능한바, 차량의 원가를 절감하게 된다.
더불어, 기존에 ISG일체형으로 토크증대기구를 구성하는 경우, 큰 시동토크에 대응하기 위해 벨트(5) 장력이 커져야 하고 보기류 전체에 큰 장력이 걸리는데 비해, 본 발명은 크랭크축 풀리에서 시동토크가 증대됨으로써, 벨트에 큰 장력이 걸리지 않아도 되는바, 보기류 전체에 큰 장력이 걸리는 것을 방지 할 수 있어, 축하중 저감에 따른 연비향상이 가능한 효과도 있다.
또한, 발전시에 ISG에 입력되는 회전수를 저감함으로써, 발전시 모터최대회전수 제한에서 자유로워 모터가 파손되는 것을 방지하는 한편, 엔진의 시동시에는 높은 시동토크의 구현이 가능함으로써, ISG의 토크 및 출력을 저감하는 것은 물론 스타터모터의 제거가 가능하여 차량의 원가를 저감할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 크랭크축
3 : 풀리
5 : 벨트
7 : 오일케이스
9 : 락킹기어
11 : 엔진블록
13 : 액추에이터
15 : 락킹돌기
17 : 원웨이클러치
19 : 제1베어링
21 : 제2베어링
23 : 제3베어링
25 : 너트
27 : 오일씰
PG : 유성기어장치
S : 선기어
C : 캐리어
R : 링기어

Claims (6)

  1. 크랭크축을 감싸는 형상으로 마련되고, 엔진보기류와 연결되는 풀리;
    제1,2,3회전요소를 갖되, 제1회전요소가 풀리에 상시 고정되고, 제2회전요소가 크랭크샤프트에 상시 고정되며, 제3회전요소가 선택적인 고정요소로 작동되는 유성기어장치;
    상기 제1회전요소와 제2회전요소 사이에 설치되어 제1회전요소에서 제2회전요소 방향으로만 회전력을 전달하는 원웨이클러치; 및
    상기 크랭크축과 제1회전요소 사이에 지지 설치되는 제1베어링;을 포함하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1회전요소가 크랭크축을 감싸는 형상으로 구비되고;
    상기 제1베어링은 크랭크축의 외주면과 제1회전요소의 내주면 사이에 지지되는 것을 특징으로 하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3회전요소를 선택적으로 고정하기 위해 작동하는 액추에이터;를 더 포함하되,
    상기 제3회전요소를 덮는 형상으로 오일케이스가 마련되고;
    상기 제3회전요소가 상기 오일케이스의 내면에 고정되며;
    상기 오일케이스의 외주면에 원주방향을 따라 락킹기어가 형성되고;
    상기 액추에이터의 단부에 락킹돌기가 구비되어, 상기 액추에이터의 작동에 따라 락킹돌기가 진출입 작동되면서 락킹기어에 선택적으로 체결되는 것을 특징으로 하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 오일케이스가 제2회전요소를 감싸는 형상으로 구비되고;
    상기 오일케이스의 내주면과 제2회전요소의 외주면 사이에 제2베어링이 지지 설치되는 것을 특징으로 하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1회전요소의 외주면과 제2회전요소의 내주면 사이에 제3베어링이 지지 설치되는 것을 특징으로 하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 크랭크축의 단부에 너트에 의해 제2회전요소와 볼팅 체결되고;
    상기 크랭크축과 제1회전요소 사이와, 상기 제1회전요소와 오일케이스 사이와, 상기 오일케이스와 제2회전요소 사이 및 제2회전요소와 너트 사이에 오일씰이 설치된 것을 특징으로 하는 크랭크축 풀리의 토크증대기구.
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