KR20120014138A

KR20120014138A - 내연 기관의 질량 보상 변속기

Info

Publication number: KR20120014138A
Application number: KR1020117026332A
Authority: KR
Inventors: 페터 졸프랑크
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2012-02-16
Also published as: CN102414475A; DE102009020134A1; JP5474179B2; CN102414475B; WO2010127959A1; JP2012526248A; US8695555B2; US20120037109A1; EP2427672A1

Abstract

본 발명은 내연 기관의 관성력 및/또는 관성 모멘트의 보상을 위한 질량 보상 변속기에 관한 것이다. 질량 보상 변속기는 불균형 발생을 위한 샤프트 섹션(6, 7)을 구비한 불균형 샤프트(4)와, 2개의 외측 베어링 저널(9, 10)과, 샤프트 섹션들 중 2개의 샤프트 섹션들을 연결하는 하나 이상의 내측 베어링 저널(5)을 포함하며, 불균형 샤프트는 내연 기관의 해당 베어링 지점들(2, 1, 3)에서 상기 베어링 저널들에 회전 가능하게 지지된다. 이때 내측 베어링 저널은 상기 내측 베어링 저널에 인접하는 2개의 샤프트 섹션들에 비해 반경 방향으로 안쪽으로 들어가 있으며 내측 베어링 지점(2)과 함께 미끄럼 베어링을 형성한다. 본 발명에 따라, 외측 베어링 저널은 외측 베어링 지점(1, 3)과 함께 각각 하나의 반경 방향 구름 베어링을 형성한다.

Description

내연 기관의 질량 보상 변속기{MASS BALANCING MECHANISM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 관성력 및/또는 관성 모멘트의 보상을 위한 질량 보상 변속기에 관한 것이다. 질량 보상 변속기는 불균형 발생을 위한 샤프트 섹션을 구비한 불균형 샤프트와, 2개의 외측 베어링 저널과, 샤프트 섹션들 중 2개의 샤프트 섹션들을 연결하는 하나 이상의 내측 베어링 저널을 포함하며, 불균형 샤프트는 내연 기관의 해당 베어링 지점들에서 상기 베어링 저널들에 회전 가능하게 지지된다. 이때 내측 베어링 저널은 상기 내측 베어링 저널에 인접하는 2개의 샤프트 섹션들에 비해 반경 방향으로 안쪽으로 들어가 있으며 내측 베어링 지점과 함께 반경 방향 미끄럼 베어링을 형성한다.

이러한 유형의 질량 보상 변속기는 일반적인 것으로 간주되는 EP 1 304 450 A2호에 제시되어 있다. 상기 문서에 제안된 질량 보상 변속기는 4기통 직렬 엔진의 제2 순번의 자유 관성력의 보상에 사용되며, 2배의 크랭크 샤프트 회전수로써 반대 방향으로 회전하는 2개의 불균형 샤프트들을 포함한다. 상기 불균형 샤프트들은 4중으로 지지되어 있으며, 불균형 발생을 위해 질량 중심이 편심되어 있는 연속하는 각각 2개의 샤프트 섹션들을 포함한다. 상기 샤프트 섹션들을 연결하는 내측 베어링 저널의 직경은 샤프트 섹션들의 포위 원보다 훨씬 작으므로, 상기 베어링 지점에 제공된 반경 방향 미끄럼 베어링을, 미분할된 베어링 링을 구비하며 마찰 손실 면에서 더 유리한 반경 방향 구름 베어링으로 대체하는 것은 조립의 이유로 가능하지 않으며, 경우에 따라서는 분할된 외측 링을 구비한 구름 베어링을 사용할 수도 있지만, 이 경우 외측 트랙에 불가피하게 형성되는 스텝으로 인해 기능 및 수명에 제약이 따른다는 우려가 있다. 각각의 불균형 샤프트의 다른 3개의 베어링 저널들 역시 해당 베어링 지점들에서 반경 방향으로 미끄럼 지지된다.

EP 0 243 683 A1호에는, 이 경우 구름 베어링에 3중으로, 완전하게 지지된 불균형 샤프트를 구비한 질량 보상 변속기가 제시되어 있다. 그러나, 불균형을 발생시키는 단 하나의 샤프트 섹션을 구비한 변속기의 기하 구조는 미분할된 구름 베어링이 성공적으로 조립되도록 한다. 이는 FR 2 619 881 A1호에 공지되어 있는 불균형 샤프트에 동일한 방식으로 적용되지만, 상기 불균형 샤프트는 구동 측 단부 섹션에서 구름 베어링 대신 미끄럼 베어링 방식으로 지지된다.

본 발명의 과제는 불균형 샤프트의 성공적인 조립 가능성에 변동이 없을 경우, 작동으로 인한 질량 보상 변속기의 마찰 손실이 최대한 광범위하게 감소하도록, 서두에 언급한 유형의 질량 보상 변속기를 개선하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라, 외측 베어링 저널이 외측 베어링 지점과 함께 각각 하나의 반경 방향 구름 베어링을 형성함으로써 해결된다. 다시 말해, 이는 불균형 샤프트의 혼성 베어링을 구비한 질량 보상 변속기와 연관되며, 이 경우 안쪽으로 들어가 있는 내측 베어링 저널은 여전히 반경 방향으로 미끄럼 베어링 방식으로 지지되는 반면, 외측 베어링 저널과 해당 베어링 지점들 사이에는 마찰에 유리한 구름 베어링이 제공된다.

본 발명의 개선예에서, 반경 방향 미끄럼 베어링은 불균형 샤프트의 축방향 미끄럼 베어링과 조합되어야 하며, 2개의 샤프트 섹션들에는 내측 베어링 지점의 축방향 단부면을 위한 축방향 접촉면이 제공된다. 제조 기술적으로 간단한 이러한 실시예에 의해 다른 지점에서 불균형 샤프트의 축방향 지지가 불필요하게 될 경우, 축방향 미끄럼 베어링의 축방향 유격은, 축방향 접촉면과 각각의 해당 축방향 단부면이 반경 방향 미끄럼 베어링으로부터 배출되는 유압 수단에 대한 스로틀로서 작용하도록 작게 설정된다. 다시 말해, 연속적으로 미끄러지거나 서로 촘촘하게 이격되어 있는 베어링 지점들 및 샤프트 섹션들의 축방향면들은 반경 방향 미끄럼 베어링으로부터의 상응하게 제한된 유압 수단 배출량과 결부되는 유동 저항을 야기한다.

이와 같이 구성된 축방향 미끄럼 베어링의 밀봉 효과가 높아짐으로써 특히, 반경 방향 미끄럼 베어링의 반경 방향 베어링 유격은, 사전 규정된 정도로 불균형 샤프트가 휜 이후에야 비로소 내측 베어링 저널이 상기 불균형 샤프트의 반경 방향 지지에 참여하도록 크게 설정된다. 불균형 샤프트의 낮은 회전수 범위에서는 베어링 부하가 낮아지므로, 상기 범위에서 불균형 샤프트의 안정적인 지지를 위한 내측 베어링 저널은 필요하지 않다. 편심의 질량 배분으로 인해, 불균형 샤프트가 불균형 방향으로 휘는 정도는 상기 불균형 샤프트의 회전수에 따라 증가하므로, 내측 베어링 저널 역시 불균형 샤프트의 안정적인 지지를 위해 중요한 책임을 갖는다. 특히, 불균형 샤프트의 회전수를 고려하는 이러한 실시예에 의해, 불균형 샤프트의 낮은 회전수에서 반경 방향 미끄럼 베어링의 비교적 높은 마찰 손실은 무시해도 될 정도로 작게 유지될 수 있다.

이러한 반경 방향 미끄럼 베어링에서 회전수에 따르는 불균형 샤프트의 휨에 맞게 조정된 지속적인 접촉력 형성과 관련해 볼 때, 내측 베어링 저널은, 불균형 샤프트의 회전축에 대해 평행하게 연장되고 불균형의 방향으로 오프셋 연장되는 중앙축을 포함해야 한다.

구조적으로 바람직한 실시예에서, 불균형 샤프트는 단조 부품으로서 제조되어야 하며, 반경 방향 구름 베어링은 내측 링을 갖지 않는 니들 베어링을 각각 포함해야 하고, 이때 불균형 샤프트의 외측 베어링 저널은 니들을 위한 내측 트랙으로서 각각 사용된다. 미끄럼 베어링에 비해 구름 베어링이 반경 방향으로 공간을 더 많이 차지하는 것은 한편으로 내측 링이 생략되고 다른 한편으로 작은 직경의 니들이 사용됨으로써 최소치로 감소할 수 있다. 이는 특히, 니들 베어링이 무절삭 제조된 박벽의 외측 링과, 케이지 및 상기 케이지 안에 안내되는 니들을 구비한 니들 슬리브로서 비용 면에서 유리하게 형성될 때 적용된다.

그러나, 반경 방향 구름 베어링은 내측 링을 갖지 않는 니들 베어링에 대한 대안예로서 내측 링을 구비한 니들 베어링으로 각각 형성될 수 있다. 이러한 구조적 실시예는, 불균형 샤프트가 단조 부품으로서 제조되는 것이 아니라, 간단하게 처리되고 비용면에서 유리한 주조 부품으로서 제조될 때 그리고, 구름 베어링 트랙에 필요한 재료 특성을 베어링 저널이 갖지 않을 때 요구될 수 있다.

본 발명의 추가의 특징들과 실시예들은 이하의 상세한 설명 및, 본 발명의 실시예가 간단하게 도시되어 있는 도면에 나타나 있다.

도 1은 불균형 샤프트의 베어링 배치의 종단면을 도시한 사시도이다.

도 1에는 4기통 직렬 엔진의 제2 순번의 자유 관성력의 보상에 사용되는 질량 보상 변속기의 실질적 컷아웃이 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시되어 있다. 상기 도면에는 2배의 크랭크 샤프트 회전수로써 반대 방향으로 회전하는 2개의 불균형 샤프트들 중 하나와, 엔진 내 상기 불균형 샤프트의 배치가 도시되어 있으며, 불균형 샤프트들의 구동에 필요한 부품들(예를 들어, 체인 휠 및 치형 휠)은 명료함을 위해 생략하였다.

내연 기관의 베어링 지점들(1, 2, 3)에 3중으로 지지된 불균형 샤프트(4)는 내측 베어링 저널(5)에 의해 연결된 2개의 샤프트 섹션들(6, 7)을 포함하며, 상기 샤프트 섹션들 각각은, 불균형 샤프트(4)의 회전축(8)에 대해 편심으로 연장되고 반경 방향으로 동일하게 배향된 질량 중심으로써 불균형을 발생시킨다. 내측 베어링 저널(5)의 직경은 상기 내측 베어링 저널에 인접하는 2개의 샤프트 섹션들(6, 7)의 포위 원보다 실질적으로 작으므로 상기 샤프트 섹션들에 비해 반경 방향으로 뚜렷하게 안쪽으로 들어가 있다. 이와 관련해서, 미분할된 베어링 링을 구비한 구름 베어링의 조립은 분명히 가능하지 않으므로, 내측 베어링 저널(5)은 내측 베어링 지점(2)과 함께 유체 역학적 반경 방향 미끄럼 베어링을 형성한다.

이에 반해, 2개의 외측 베어링 지점들(1, 3)은 단조된 불균형 샤프트(4)의 해당 외측 베어링 저널(9, 10)과 함께 마찰에 유리한 반경 방향 구름 베어링을 형성한다. 반경 방향 구름 베어링은 내측 링을 갖지 않는 니들 베어링(11)을 포함하며, 니들 베어링은 불균형 샤프트(4)에 성공적으로 조립될 수 있고 니들 베어링의 니들(12)은 내측 트랙으로서 형성된 외측 베어링 저널(9, 10) 상에서 직접 롤링된다. 니들 베어링(11) 각각은 무절삭 제조된 박벽의 외측 링(13)과, 케이지(14) 및 상기 케이지 안에서 안내되는 니들(12)을 구비한 소위 니들 슬리브로서 형성된다.

내측 베어링 저널(5)에서의 반경 방향 미끄럼 베어링은 통상적 실시예에 비해 훨씬 더 큰 반경 방향 베어링 유격을 갖는다. 이러한 유격은, 사전 규정된 정도로 불균형 샤프트(4)가 휜 이후에야 비로소 내측 베어링 저널(5)이 상기 불균형 샤프트의 반경 방향 지지에 참여하도록 크게 설정된다. 서두에 설명한 바와 같이, 불균형 샤프트(4)의 휨은 불균형으로 인해 샤프트의 회전수에 따라 증가하므로, 사전 규정된 한계 회전수 미만에서는 외측 베어링 저널(9, 10)에서의 2개의 반경 방향 구름 베어링만이 불균형 샤프트(4)의 반경 방향 지지에 결정적으로 기여한다. 심하게 과장되어 도시된 바와 같이, 내측 베어링 저널(5)의 중앙축(15)은 반경 방향 미끄럼 베어링에서 접촉력이 지속적으로 형성되도록, 회전축(8)에 대해 평행하게 연장되어 불균형의 방향으로 오프셋된다.

심하게 유격을 갖는 반경 방향 미끄럼 베어링으로부터 배출되는 유압 수단 체적 흐름을 제한하기 위해, 반경 방향 미끄럼 베어링과 조합되고 축방향 유격의 크기 설정과 관련해서 조정되는 축방향 미끄럼 베어링이 사용된다. 축방향 미끄럼 베어링은 내측 베어링 지점(2)의 축방향 단부면(16, 17)과 축방향 접촉면(18, 19)에 의해 2개의 샤프트 섹션들(6, 7)에 형성되며, 이 경우 축방향 접촉면(18, 19)은 통상의 실시예에 비해 훨씬 더 작은 축방향 유격을 갖고 축방향 단부면(16, 17)을 둘러싼다. 질량 보상 변속기의 작동 시 내측 베어링 지점(2)에 대해 불균형 샤프트(4)가 취하는 축방향 상대 위치에 따라, 상응하게 좁은 축방향 유격은, 반경 방향 미끄럼 베어링으로부터 배출되는 유압 수단에 대한 스로틀 저항을 축방향 미끄럼 베어링이 구현하도록 한다.

1 : 외측 베어링 지점
2 : 내측 베어링 지점
3 : 외측 베어링 지점
4 : 불균형 샤프트
5 : 내측 베어링 저널
6, 7 : 샤프트 섹션
8 : 불균형 샤프트의 회전축
9, 10 : 외측 베어링 저널
11 : 니들 베어링
12 : 니들
13 : 외측 링
14 : 케이지
15 : 내측 베어링 저널의 중앙축
16, 17 : 내측 베어링 지점의 축방향 단부면
18, 19 : 축방향 접촉면

Claims

내연 기관의 관성력 및/또는 관성 모멘트의 보상을 위한 질량 보상 변속기이며, 상기 질량 보상 변속기는 불균형 발생을 위한 샤프트 섹션(6, 7)을 구비한 불균형 샤프트(4)와, 2개의 외측 베어링 저널(9, 10)과, 샤프트 섹션들(6, 7) 중 2개의 샤프트 섹션들을 연결하는 하나 이상의 내측 베어링 저널(5)을 포함하며, 불균형 샤프트(4)는 내연 기관의 해당 베어링 지점들(2, 1, 3)에서 상기 베어링 저널들(5, 9, 10)에 회전 가능하게 지지되고, 내측 베어링 저널(5)은 상기 내측 베어링 저널에 인접하는 2개의 샤프트 섹션들(6, 7)에 비해 반경 방향으로 안쪽으로 들어가 있으며 내측 베어링 지점(2)과 함께 반경 방향 미끄럼 베어링을 형성하는 질량 보상 변속기에 있어서,
외측 베어링 저널(9, 10)은 외측 베어링 지점(1, 3)과 함께 각각 하나의 반경 방향 구름 베어링을 형성하는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제1항에 있어서, 반경 방향 미끄럼 베어링은 불균형 샤프트(4)의 축방향 미끄럼 베어링과 조합되고, 2개의 샤프트 섹션들(6, 7)에는 내측 베어링 지점(2)의 축방향 단부면(16, 17)을 위한 축방향 접촉면(18, 19)이 제공되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제2항에 있어서, 축방향 미끄럼 베어링의 축방향 유격은, 축방향 접촉면(18, 19)과 각각의 해당 축방향 단부면(16, 17)이 반경 방향 미끄럼 베어링으로부터 배출되는 유압 수단에 대한 스로틀로서 작용하도록 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제1항에 있어서, 반경 방향 미끄럼 베어링의 반경 방향 베어링 유격은, 사전 규정된 정도로 불균형 샤프트(4)가 휜 이후에야 비로소 내측 베어링 저널(5)이 상기 불균형 샤프트의 반경 방향 지지에 참여하도록 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제4항에 있어서, 내측 베어링 저널(5)은, 불균형 샤프트(4)의 회전축(8)에 대해 평행하게 연장되고 불균형의 방향으로 오프셋 연장되는 중앙축(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제1항에 있어서, 반경 방향 구름 베어링은 내측 링을 갖지 않는 니들 베어링(11)을 각각 포함하며, 단조 부품으로서 제조된 불균형 샤프트(4)의 외측 베어링 저널(9, 10)은 니들(12)을 위한 내측 트랙으로서 각각 사용되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제6항에 있어서, 니들 베어링(11)은 무절삭 제조된 박벽의 외측 링(13), 케이지(14) 및 상기 케이지 안에 안내되는 니들(12)을 구비한 니들 슬리브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.
제1항에 있어서, 반경 방향 구름 베어링은 각각 하나의 니들 베어링(11)을 포함하며, 주조 부품으로서 제조된 불균형 샤프트(4)의 외측 베어링 저널(9, 10)에는 니들(12)을 위한 내측 트랙으로서 사용되는 내측 링이 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 질량 보상 변속기.