KR830001376B1 - 엔진의 배런서 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

엔진의 배런서 장치

도면은 본발명 실시예에 관한 수냉식 종형(縱形) 4사이클 4기통 디이젤 기관을 나타내며,

제 1도는 동작원리를 나타낸 정면도.

제 2도는 중요부분을 명확히한 사시도.

제 3도는 종단 정면도.

제 4도는 횡단 평면도.

제 5도는 제 2도의 V부 사시도.

제 6도는 제 5도의 횡단 평면도.

제 7도는 제 5도의 종단 측면도.

제 8도는 종형 4기통 디이젤 기관의 기진동작 원리를 나타낸 정면도.

제 9도는 제 8도의 측면도.

제 10도는 배런서 장치의 원심력 벡터(Vector)도.

제 11도는 제 10도의 위상 ①의 원심력 벡터도.

제 12도는 종래 장치의 동작 원리를 나타낸 정면도.

본 발명은 엔진의 기진력(起振力)의 n차 성분을 상쇄하는 배런서(BALANCER) 장치에 관한 것으로 그 기진력의 n차 성분을 상쇄하는 것 외에도 기진 우력(偶力)을 발생시키지 않고 배런서 장치를 엔진의 기진점이 되는 발동축을 통하는 기진방향 선으로부터 편향격리시키는 임의의 위치에 조정 배치할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 종래에는 제 12도에서 표시하는 것처럼 엔진의 크랭크축(4)에서 일어난 기진력

을 배런서 장치(21)의 형진력(衡振力) t-2 로 상쇄하기 위하여 그 기진력

의 기진점 0을 통하는 기진 방향선 S 위에 형진력 t-4를 실선도와 같이 될 수 있는대로 일치될 수 있도록 하였다.

그 이유는 형진력 t-5 가 만약 파선도의 표시와 같이 가진방향선에서 어떤 거리 ℓ을 두고 위치시켰을 때 기진력

과 형진력

의 이간거리 ℓ의 관계에서 진동우력

이 발생하는 것으로서 이 진동우력

이 발생되지 않도록 하기 위해서이다.

그러나 이것으로서는 배런서 장치(21)를 특정 위치에서만 설치해야 한다. 가령 레시프로(Recipro)식 엔진일 때, 실선도와 같이 크랭크축(4)의 바로 밑이거나 가상선도와 같이 바로 옆 위치(기진력의 일차성분

이 크랭크 아암의 100% 카운터 웨이트(Counter Weight)에 의해 횡방향으로 변향되었을 때)에 한한다.

이 때문에 엔진의 전체 높이와 전체 폭이 무리하게 커진다.

본 발명은 이러한 결점을 해소하기 위하여 예컨대 제 1도에서 표시하는 것처럼 형진력

가 가진방향선 S에서 어느거리 ℓ만큼 떨어진 곳에 위치시키고 이 때문에 생기는 진동우력

을 배런서 장치로 새로 발생하는 형우력

으로 상쇄하여 기진우력 이 엔진진동으로 나타나지 않도록 하는 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

도면은 수냉식 종형 4기통 4사이클 디이젤 엔진을 나타낸다. 도면중 부호(1)을 크랭크 케이스, (2)는 실린더, (3)은 피스톤, (15)는 가스켓, (16)은 실린더헤드, (20)은 연소실이다.

연소실(20) 내에서 혼합기의 연소에 의해 발생한 팽창력은 피스톤(3)과 콘넥팅로드(5)를 개재하여 크랭크축(4)을 회전시킨다.

크랭크축(4)의 회전력의 일부는 밸브를 움직이는 캠축(10) 및 연료분사 캠축(17)에

감속으로 타이밍기어(6)(7)(8)(9)를 개재하여 구동된다. 밸브를 움직이는 캠축(10)은 전동봉(傳動捧)(11), 푸쉬로드(12)및 짧은 레버(13)를 개재해서 흡배기 밸브(14)를 개폐한다.

연료분사 캠축(17)은 연료분사 펌프(18)를 구동하고 이에 의해서 연료가 분사밸브(19)에서 연소실(20)로 분사된다.

연료분사 펌프(18)의 펌프 케이싱(18a)은 실린더(2)의 맨앞줄의 좌측 횡방향으로 돌출된 상태로 실린더(2) 및 크래크 케이스(1)와 일체로 형성된다.

펌프 케이싱(18a)의 뒷면에는 배런서 장치(21)의 유니트(21a)와 작업용 유압펌프(22)가 직렬상태로 고정된다.

배런서 장치 유니트(21a) 및 작업용 유압펌프(22)는 실린더(2)에 좌측 횡방향으로 펌프 케이싱(18a)의 뒷쪽 데드 스페이스(Dead Space) 안에 배치되어 있다.

배런서 장치(21)는 제 1도의 표시와 같이 엔진의 기진력

과 기진우력

을 상쇄하는 것으로서 기진력

을 상쇄하는 형진력

와 기진우력

을 상쇄하는 형우력

을 발생시키도록 다음과 같이 구성된다.

즉 레시프로식 4사이클 4기통 엔진의 기진력

은 2차 조화성분이 더욱 크며 여기서는 기진력

의 2차 조화성분을 상쇄할 때에 대해서 설명한다.

배런서 장치(21)는 3개의 회전 배런서(37)(38)(39)로 이루어지며 각 회전 배런서(37)(38)(39)는 2단중속치차(32)(36)(42)(43) 및 각 배런서기어(44)(45)(46)을 개재하여 연료분사 캠축(17)의 후단부로 연동연결되어 크랭크축(4)에 대해서 2배로 중속되어 회전구동된다.

각 회전 배런서 (37)(38)(39)의 각 회전축심은 크랭크축(4)의 회전축심과 평행을 이루며 중앙에 위치하는 회전배런서(37)와 상하에 위치하는 회전 배런서(38)(39)와는 회전방향이 반대로 된다.

각 회전 배런서 (37)(38)(39)의 벡터 t-22및 그 회전변화는 제 10도(뒷면에서 본 도면)와 같이 설정된다.

즉, 도면에서 중앙회전 배런서(37)의 원심력 벡터

은 작고 좌회전하며 상하 배런서(38)(39)의 원심력 벡터

는 크고 우회전한다. 각 벡터

에 있어서 부호 ①은 초기 위상(位相)을 나타내고 임의의 피스톤 (3)이 상사점에 있는 상태를 나타낸다.

이 상태가 서로 같은 각 속도 ②③④…⑫①②…의 순서로 회전되어 간다.

이에 의해서 이들 벡터

의 합력으로서 전체적으로 제 1도에 표시된 형진력

와 형우력

가 발생한다.

형진력 t-29는 엔진의 기진력

의 2차 조화성분을 상쇄한다. 형우력

은 기진력

의 기진점 0을 통하는 기진 방향선 S에서 어떤 거리 ℓ을 정면에서 보아 좌측으로 떨어진 곳에 위치한다.

기진력

와 형진력

와의 이간거리 ℓ을 떼어놓은 것으로서 양자간에 진동우력 M이 발생된다.

형우력

은 이 진동우력

을 상쇄하는 우력의 크기로 되도록 처음부터 설정되어 있다.

이로 인해서 엔진의 기진력

및 진동우력

이 배런서 장치(21)에서 없어져서 엔진에는 나타나지 않도록 구성됨과 아울러 배런서 장치(21)를 엔진의 아무곳에나 모아서 설치되도록 구성되어 있다.

상기한 배런서 장치(21)를 구성하는 각 회전 배런서(37)(38)(39), 각 배런서 기어 (44)(46), 그리고 2단 중속 기어(32)(36)(42)(43)는 독립 형성된 배런서 케이스(24) 내에 장입되어 배런서장치(21)의 유니트(21a)가 구성되며 이 유니트(21a)를 연료분사 펌프(18)의 펌프 케이스(18a)에 착탈자재로 고정시킨다.

또한 유니트(21a)이 작업용 유압펌프(22)가 착탈자재로 고정되며 작업용 펌프(22)의 입력축(48)은 1개의 배런서축에 끼워 맞춰진 전동부(47)로 연동 연결된다.

이하 직렬 4기통 기관의 왕복운동 관성력에 의한 기진력 F를 제거하는 경우를 예로 들어서 본 발명 배런서의 원리를 상세히 설명한다.

제 8도 및 제 9도에 표시한 직렬 4기통 기관의 왕복운동 관성력에 의한 기진력

는

F_x=4mrω²(0+A₂cos2θ+0+A₄cos 4………)

F_y=0 F₂=0

단,

: x. y. z축 방향의 유니트 벡터

F_xF_yF_z: x. y. z축 방향의 기진력

의 크기로서 크랭크 회전각의 관수(關數)

r : 크랭크 반경 l : 콘넥팅 로드의 길이

m : 1기통 마다의 왕복운동 질량 Ai : F/4mrω²의 조화 성분으로

θ : 임의의 기통에 관한 상사점에 의한 크랭크축 회전각

w : 크랭크축 회전각 속도(dθ/dt)

t : 시간

로서 4차 이후의 기진력은 2차에 비해 약 1/30 이하이므로 이때 상쇄되는 기진력으로서 2차 성분만을 들어서

……………………………………………………………………①식

단,

다음에 다축 배런서의 원심력의 합력 및 우력에 대해서 말한다.

편심질량 m_Bi, 편심량 r_Bi의 회전 배런서 축을

의 위치에 i=1.2.3……N개 배치하고 이들을 크랭크 회전속도의 2배의 각 속도로 시킨 경우 각 횐전 배런서 축에 발생하는 원심력은

단, Fsi=4m_Bir_Biω²α_i: 제 i 회전 배런서축의 초기 위상

θ=ωt θ : 크랭크 회전각

m_Bi: 제 i 회전 배런서축의 편심질량 ω : 크랭크 각속도

r_Bi: 제 i 회전 배런서축의 편심량 t : 시간

k_i: 제 i 회전 배런서축의 회전 방향에서 오른쪽에 있어서 정방향이면 +1, -1로서 그 합력은

…………②식

단,

으로 되어 N개수의 회전 배런서축 전체가 발생하는 합성 회전력은

…………………………③식

단,

로 된다.

한편 배런서에 만족할 수 있는 조건은

1) 엔진(E)의 피스톤과 크랭크 기구에 의해서 발생되는 기진력

과 알맞는 기진력

을 발생하고

2) 또

과

에 의해 형성되는 진동우력

을 0으로 하는 것, 골고루 크랭크축의 둘레에 각회전 배런서축의 원심력에 의해서 만드는 모우멘트의 합이 0으로 되는 것이다. 이상 2항을 식으로 표현하면

여기에 식 ① 내지 ③을 대입하면

F_xc=F_rxF_ys=0

F_xs=0 M_BC=0

F_yc=0 M_BS=0

여기서 각 회전 배런서축의 위치(x_i, y_i, 0)을 이미 알고 있는 숫자로 하여 x_ci와 x_si에 대해서 2N원 연립 1차 방적식 ④를 풀어서 ②의

x_ci=F_Bicos 2α₁

F_Bi=m_Br_Bω²

x_si=F_Bisin2α_i

의 관계를 사용하여

, 2α_i를 구하면 임의의 위치에 N개수의 회전 배런서축을 배치할 경우 이들이 총합으로 되어 만족할 만한 조건 1) 2)를 만족할 수 있도록 각 배런서 축의 부가 모멘트 m_Bir_Bi및 초기위상 α_i가 결정된다.

그리고 회전 배런서(37)(38)(39)를 3개 또는 3개 이상 사용하는 이유를 발명자는 다음과 같은 것으로 알고 있다.

기진력

을 상쇄하는 형진력

를 발생시키려면 배런서 축은 기본적으로는 2개면 된다.

그리고 진동우력

을 상쇄하는 형우력

을 발생시키려면 2개의 배런서축을 상하로 조정하여 위치시키면 좋다고 생각했다.

그러나 이때 크랭크축(4)의 회전각도에서 보면 형우력

이 진동우력

보다도 1/4주기(본 실시예에서 45°)위상이 늦어진다.

이 위상의 늦어지는 것을 수정하기 위해서 회전배런서를 1개 더 또는 2개 이상 추가하는 것이다.

상기한 실시예의 변형예로서 그 일부를 다음과 같이 병행하는 것이 생각된다.

A) 레시프로식 엔진이 본래 가지고 있는 롤링(Rolling) 모멘트를 진동우력

에 가한 합성우력을 상쇄하는 우력으로 될 수 있도록 형우력

의 값을 설정한다.

B) 기진력

의 일차 조화성분을 상쇄할 경우에 있어서 각 회전 배런서(37)(38)(39) 중의 하나를 크랭크축(4)에 고정한다. 각 회전 배런서(37)(38)(39)의 회전축심은 기진방향성 S를 포함한 임의의 가상평면.

약간 직교하는 것을 조건으로 해서 엔진의 앞, 뒤 비스듬히 앞쪽 또는 비스듬히 뒷쪽으로 임의의 방향에 배치한다.

D) 엔진을 4기통 이외의 다기통 또는 단기통으로 한다.

E) 배런서 장치(21)의 형진력

의 1차 성분 또는 3차 이상의 성분을 상쇄하도록 설정한다.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있어서 엔진의 기진력의 n차 성분을 상쇄해서 기진우력을 발생시키지 않고 배런서 장치를 엔진의 기진점으로 되는 발동축을 통하는 기진방향성에서 떨어지는 임의의 한 위치에 자유로히 배치된다.

이에 의해서 배런서장치를 엔진의 데드스페이스나 기타 필요한 위치에 별지장이 없이 자유로히 배치해서 엔진 전체를 소형 콤팩트화할 수 있고 아울러 배런서장치로의 전동기구조도 간소화 된다. 더우기 기존엔진에도 크랭크 케이스나 오일팬(Pan)을 교환 또는 개조 등을 하지 않고도 배런서 장치를 간단하게 추가 부착할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 엔진(E)에 배런서 장치(21)를 부설해서 배런서 장치는 형진력

   

   와 형우력

   

   을 발생할 수 있도록 구성해서 형진력

   

   는 엔진의 기진력

   

   의 n차 조화성분을 상쇄할 수 있도록 설정한 것으로서 기진력

   

   의 기진점 0을 통하는 기진방향선 S에서부터 거리 ℓ만큼 떨어진 곳에 위치시켜서 기진력

   

   에 n차 조화성분 형진력

   

   및 이 양자간의 거리 ℓ에서 생기는 진동우력

   

   와 여기에 엔진의 롤링 모우멘트를 더한 합성우력의 한쪽을 상쇄하는 우력이 될 수 있도록 형우력

   

   을 설정한 것을 특징으로 하는 엔진의 배런서 장치.

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