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KR100941204B1 - Ｖ형 내연기관용 크랭크샤프트 - Google Patents

Ｖ형 내연기관용 크랭크샤프트 Download PDF

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Abstract

크랭크샤프트(1)는 제 1 내지 제 6 크랭크 핀(41 내지 46)과, 제 1 내지 제 4 메인 저널(21 내지 24) 및 제 1 내지 제 9 크랭크 암(61 내지 69)을 포함한다. 적어도 제 1, 제 2, 제 8 및 제 9 크랭크 암(61, 62, 68, 69)은 상기 크랭크샤프트(1)의 균형을 잡기 위해 각각 일체형 평형추(61', 62', 68' 69')를 구비한다. 상기 제 2 및 제 8 크랭크 암(62, 68)이 인접하는 각각의 크랭크 핀 쌍(41과 42 및 45와 46)에 결합되는 영역의 굽힘 응력을 감소시키기 위해, 크랭크샤프트의 2개의 말단 경간의 축선 방향 길이가 중간 경간의 길이와 동일하도록 제 1 및 제 9 크랭크 암(61, 69)의 축선 방향 치수가 인접하는 크랭크 암(62, 68)의 길이와 실질적으로 동일하게 감소된다. 크랭크샤프트(1)의 균형을 잡기 위해, 2개의 추가 평형추(71, 72)가 단부 저널(21, 24)의 외측에 배열되고 상기 평형추의 축선 방향 치수가 상기 단부 크랭크 암(61, 69)의 축선 방향 치수와 거의 동일하다.

Description

Ｖ형 내연기관용 크랭크샤프트 {A CRANKSHAFT FOR A Ｖ-TYPE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 V형 내연기관용 크랭크샤프트에 관한 것이다.
이 분야의 종래 기술 및 본 원과 관련된 문제들을 보다 잘 이해하기 위해, 공지된 크랭크샤프트가 US 특허 제 4,730,512호로부터 발췌된 첨부 도면의 도 1을 참조하여 먼저 설명될 것이다.
상기 특허는 전체적으로 "1"로 표시되는 V형 6기통 내연기관용 크랭크샤프트를 개시한다. 특히, 크랭크샤프트(1)는 도면부호(도 1의 왼쪽부터 오른쪽으로 21 내지 24로 표시)로 표시된 4개의 저널(journal), 및 도면부호 41 내지 46으로 표시된 6개의 크랭크 핀을 포함한다. 저널 및 크랭크 핀은 "61" 내지 "69"로 표시되는 9개의 일련의 크랭크 암에 의해 결합되며, 크랭크샤프트(1)의 균형을 잡기 위해, 상기 크랭크 암 중 제 1(61), 제 2(62), 제 8(68) 및 제 9(69) 크랭크 암에는 각각 일체형 평형추(counterweight)(61', 62', 68' 및 69')가 제공된다.
위에서 언급된 종래 기술상의 배열에 있어 주요한 문제점은, 크랭크샤프트와 일체형으로 형성되는 평형추로 크랭크샤프트의 균형을 잡기 위해, 2개의 선행 저널 (21, 22) 및 2개의 후행 저널(23, 24) 사이에 각각 위치되는 크랭크 암의 단부 쌍 각각(61과 62 및 68과 69)의 최외각 크랭크 암(61, 69)은 각각의 내부 크랭크 암(62 또는 68)보다 현저하게 두꺼울 필요가 있다는 것이다. 이러한 두꺼운 두께는, 저널(22, 23) 사이에서 연장되는 중심 경간(span)의 길이 "Y"에 대해 크랭크샤프트의 2개의 말단 경간, 즉 저널 쌍(21과 22 및 23과 24) 사이에서 연장되는 경간의 길이 "X"의 증가로 인해, 결과적으로 각각의 크랭크 암(62, 68)이 인접하는 크랭크 핀의 각각의 쌍(41과 42 및 45와 46)에 결합되는 영역에서 벤딩 응력이 증가됨을 의미한다.
물론, 응력 저항(stress resistance)을 개선하기 위해, 이러한 임계 영역의 두께가 증가될 수 있으나, 이러한 것은 크랭크샤프트의 전체 길이의 추가적인 증가를 야기하여 결국 엔진 전체 길이의 증가를 야기할 것이다.
말단 경간의 축선 방향 치수의 증가 없이 V형 내연기관의 크랭크샤프트의 균형을 잡기 위해, US 5 000 141호에는 위에서 개시된 유형의 크랭크샤프트를 제공되며, 여기서 축선 방향으로 최외각에 있는 크랭크 암의 2개의 쌍은 실질적으로 동일한 두께를 가지며, 2개의 추가 평형추가 축선 방향으로 최외각에 있는 저널의 외측, 즉 크랭크샤프트와 동축으로 장착되는 풀리 및 플라이휠 내에 각각 배열된다.
그러나, 이러한 공지된 해결책은 특별히 각각의 평형추를 수용하도록 맞춰지는 풀리 및 플라이휠의 사용을 요구하며, 이로 인해 부품의 설계를 보다 복잡하게 하여 비용을 증가시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 위에서 언급된 종래 기술보다 제조 비용이 낮고 보다 간단한 구조를 가지며, 축선 방향으로 최외각에 있는 저널의 외측에 배열되는 한 쌍의 평형추를 가지는 V형 내연기관용 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에서 정의되는 특징을 가지는 크랭크샤프트에 의해 본 발명에 따라 충분히 성취된다. 추가적인 유리한 특징들이 종속항에서 정의된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 순연히 비제한적인 예를 들어, 이하 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 위에서 설명된 종래 기술에 따른 크랭크샤프트의, 축선 방향 평면을 따른 부분 단면을 포함하는 개략적인 측면 입면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 크랭크샤프트의 개략적인 측면 입면도이다.
도 1에 나타난 것과 동일하거나 균등한 부분 및 부재들에 동일한 참조번호가 주어지는 도 2를 참조하면, 도면을 볼 때 왼쪽에서부터 오른쪽으로 제 1 저널(21), 제 1 크랭크 암(61), 제 1 크랭크 핀(41), 제 2 크랭크 암(62), 제 2 크랭크 핀(42), 제 3 크랭크 암(63), 제 2 저널(22), 제 4 크랭크 암(64), 제 3 크랭크 핀(43), 제 5 크랭크 암(65), 제 4 크랭크 핀(44), 제 6 크랭크 암(66), 제 3 저널(23), 제 7 크랭크 암(67), 제 5 크랭크 핀(45), 제 8 크랭크 암(68), 제 6 크랭크 핀(46), 제 9 크랭크 암(69) 및 끝으로 제 4 저널(24)을 가지는, V형 6기통 내연기관용 크랭크샤프트가 전체적으로 "1"로 표시된다. 도 1 및 도 2의 내용은 9개의 크랭크 암이 나타나 있는 실시예에 해당하는 것이며, 본 발명에서는 반드시 9개의 크랭크 암을 가질 필요는 없고, 크랭크 암의 숫자는 크랭크 샤프트가 설치되는 엔진의 실린더의 숫자에 의존한다.
위에서 설명된 종래 기술에 있어서, 중심 부재, 즉 제 5 크랭크 암(65)에 대해 대칭인 크랭크샤프트의 이러한 부재들은 동일한 두께의 쌍을 이룬다. 추가적으로, 크랭크샤프트의 균형을 잡기 위해, 제 1 크랭크 암(61), 제 2 크랭크 암(62), 제 5 크랭크 암(65), 제 8 크랭크 암(68) 및 제 9 크랭크 암(69)은 각각 일체형 평형추(61', 62', 65', 68' 및 69')를 형성한다.
위에서 채택된 용어 사용에 따라, 명세서의 나머지 부분 및 첨부 청구항에서, "경간"이라는 용어는 2개의 인접하는 저널 사이에 위치하는 크랭크샤프트의 일부를 나타내기 위해 사용될 것이다. 추가적으로, 상기 샤프트의 각각의 축선 방향 단부에 하나씩 배열되는 2개의 경간은 "말단 경간"으로 언급될 것이며, 반면에 축선 방향으로 상기 각각의 말단 경간 사이에 위치되는 경간은 "중간 경간"으로 언급될 것이다.
도 2에서 도시된 예에서, 크랭크샤프트(1)의 2개의 말단 경간 각각은, 하나의 중간 경간이 저널(22, 23) 사이에 위치되는 동안에 각각의 저널 쌍(21과 22 및 23과 24) 사이에 위치된다.
본 발명의 제 1 필수 특성에 따라, 크랭크 암(62, 68)이 인접하는 크랭크 핀의 쌍(41과 42 및 45와 46)과 각각 결합하는 영역에서의 응력 증가를 방지하기 위해, 2개의 최외각 크랭크 암(61, 69)의 축선 방향 치수는 인접하는 크랭크 암(62, 68)의 치수와 실질적으로 동일하도록 적당히 감소되어, 상기 샤프트의 2개의 말단 경간이 중간 경간의 길이와 동일한 축선 방향 길이 "Y"를 형성하게 된다.
본 발명의 추가적인 필수 특성에 따라, 제 1 및 제 9 크랭크 암(61, 69)의 축선 방향 치수의 감소에도 불구하고 크랭크샤프트(1)가 균형을 잡을 수 있도록 하기 위해, 크랭크샤프트는 각각의 단부 저널(21, 24)의 외측으로 배열되는 2개의 추가적인 평형추(71, 72)를 포함한다. 평형추(71, 72)의 축선 방향 치수는 전술한 크랭크 암(61, 62, 68, 69)의 치수와 거의 동일하다.
끝으로, 본 발명의 또 다른 측면에 따라, 크랭크샤프트(1)의 길이를 제한하기 위해, 플라이휠(도시되지 않음)을 고정하기 위한 고정부(seat)(80)(도 2에서 개략적으로 도시됨)가 플라이휠 방향으로 평형추(72)에 직접 형성된다.
상기 제안된 배열은,
- 크랭크샤프트의 길이를 다양한 경간으로 균등하게 분할하여 상기 샤프트가 항상 균형을 유지할 수 있음을 보장하고,
- 크랭크샤프트의 길이를 감소시킴으로써, 크랭크샤프트의 말단 경간에 미치는 응력을 감소시키며,
- 플라이휠에 가장 가까이 배열되는 최외각 평형추에 직접 상기 플라이휠을 고정시키기 위해 고정부를 형성함으로써, 크랭크샤프트의 길이를 제한하며,
- 동일한 축선 방향 치수의 크랭크샤프트에 대해, 종래 기술에 따른 배열에 비해 질량 감소를 얻을 수 있는 장점을 가질 수 있다.
당연히, 본 발명의 원리에 있어 변경 없이, 실시예 및 제조 상세들은 비-제한적인 예시들로 본 원에서 설명되고 개시되는 것에 비해 광범위하게 다양할 수 있다.
특히, 비록 본 발명이 V형 6기통 엔진에 대해 설명되었지만, 당업자라면 실린더의 수와 상관없이 어떠한 V형 엔진에 대하여도 동일하게 적용할 수 있을 것이라는 것이 인식될 것이다.

Claims (5)

  1. 축선 방향으로 제 1 말단 경간을 한정하는 제 1 저널 쌍(21, 22),
    축선 방향으로 반대편 제 2 말단 경간을 한정하는 제 2 저널 쌍(23, 24),
    축선 방향으로 상기 제 1 및 제 2 말단 경간 사이에 위치되는 하나 이상의 중간 경간,
    각각 상기 제 1 저널 쌍(21, 22)의 최외각 저널(21) 및 상기 제 2 저널 쌍(23, 24)의 최외각 저널(24)에 결합되는 크랭크 암의 쌍(61, 69)으로서, 상기 크랭크 암의 쌍(61, 69)의 축선 방향 치수는 상기 말단 경간이 상기 하나 이상의 중간 경간의 길이와 실질적으로 동일한 길이(Y)를 갖도록 정해지는, 크랭크 암의 쌍(61, 69),
    크랭크샤프트(1)의 균형을 잡기 위해 각각 상기 크랭크 암의 쌍(61, 69)에 제공되는 제 1 및 제 2 평형추(61', 69'), 및
    상기 각각의 단부 저널(21, 24)의 외측에 배열되는 제 3 및 제 4 평형추(71, 72)를 포함하는, 내연기관용 크랭크샤프트(1)에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 평형추(71, 72) 중 하나(72)에 플라이휠을 직접 고정하도록 상기 평형추(72)에 고정부(80)가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    크랭크샤프트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 평형추(71, 72)가 실질적으로 동일한 축선 방향 치수를 가지는,
    크랭크샤프트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 평형추(71, 72)의 축선 방향 치수가 상기 크랭크 암의 쌍(61, 69)의 치수와 실질적으로 동일한,
    크랭크샤프트.
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