KR20090077700A - 질량 밸런스 유닛 - Google Patents

질량 밸런스 유닛

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KR20090077700A KR1020090001449A KR20090001449A KR20090077700A KR 20090077700 A KR20090077700 A KR 20090077700A KR 1020090001449 A KR1020090001449 A KR 1020090001449A KR 20090001449 A KR20090001449 A KR 20090001449A KR 20090077700 A KR20090077700 A KR 20090077700A
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마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
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Abstract

차량의 내연 기관을 위한 일체형 2차 유닛을 갖는 질량 밸런스 유닛은, 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 질량 밸런스 하우징과, 2차 유닛의 적어도 하나의 구동 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 유닛 하우징을 가진다. 질량 밸런스 하우징은 단일체로 이루어져서, 질량 밸런스 하우징은 적어도 하나의 베어링부를 가지며, 이 베어링부는 질량 밸런스 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 원주 방향으로 베어링 개구를 둘러싼다. 유닛 하우징도 적어도 하나의 기저부, 벽부 및 베어링부를 갖는 단일체로 이루어지며, 유닛 하우징의 베어링부는 구동 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 원주 방향으로 베어링 개구를 둘러싼다. 구동 샤프트는 밸런스 샤프트 구동계에 동작 가능하게 연결된다. 유닛 하우징의 기저부는 질량 밸런스 하우징의 하측에 해제 가능하게 고정된다. 유닛 하우징의 벽부는 질량 밸런스 하우징의 단부면에 배치되어 있다.

Description

질량 밸런스 유닛{MASS BALANCE UNIT}
본 발명은 차량 내연 기관용의 일체형 2차 유닛을 가지는 질량 밸런스 유닛(mass balance unit)에 관한 것이다.
밸런스 샤프트(balance shaft)를 가지는 질량 밸런스 유닛은 내연 기관에서 발생하는 질량력(mass force) 및 질량 토크(mass torque)를 보상하기 위한 목적을 가지고 있다. 특정한 엔진 타입, 예를 들어, 4개의 실린더를 가지는 직렬형 엔진에서는, 이러한 밸런스 샤프트가 쌍을 이루어 이용되고, 밸런스 샤프트는 크랭크 샤프트 속도의 2배의 속도로 정반대로 회전한다. 밸런스 샤프트와, 이것을 지지하는 부품은 고속으로 인해 높은 부하를 받으므로, 특히, 질량 밸런스 유닛의 안정성이 매우 중요하다.
이러한 질량 밸런스 유닛은 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트가 회전 가능하게 저널(journal)에 의해 결합되어 있는 질량 밸런스 하우징(mass balance housing)을 가진다. 각각의 질량 밸런스 샤프트에는 밸런스 웨이트(balance weight)가 회전 가능하게 정착하여 고정되어 있고, 밸런스 샤프트는 내연 기관의 크랭크 샤프트와 구동 연결되어 있다. 질량 밸런스 유닛은 예를 들어, 내연 기관의 크랭크 케이스나 내연 기관의 오일 팬 내에 배치된다.
오일 팬의 영역에는 오일 펌프도 빈번하게 배치된다. 오일 펌프는 윤활 및 냉각을 위하여 내연 기관에 오일을 계속 공급하는 작용을 수행한다. 대표적으로, 이 오일은 오일 팬 내에 수집되고 오일 팬으로부터 흡입된다.
질량 밸런스 유닛과, 2차 유닛, 예를 들어, 설명된 종류의 오일 펌프를 공통의 어셈블리(assembly)로 일체형으로 하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 목적을 위해 요구되는 부품과, 설치의 수고 및/또는 비용은 바람직하지 않게 높다. 이러한 일체형 어셈블리의 제조는 궁극적인 일련의 공차(tolerance chain)로 인해 바람직하지 않게도 복잡하고 고비용이다.
발명의 목적은 적은 수의 부품과 작은 설치 수고 및/또는 비용으로 제조될 수 있는 일체형 오일 펌프를 가지는 질량 밸런스 유닛을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징을 가지는 질량 밸런스 유닛에 의해 충족되며, 구체적으로, 질량 밸런스 유닛은 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 질량 밸런스 하우징과, 2차 유닛의 적어도 하나의 구동 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 유닛 하우징을 가진다. 질량 밸런스 하우징은 단일체로 이루어져서, 질량 밸런스 하우징은 적어도 하나의 베어링부를 가지며, 이 베어링부는 질량 밸런스 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 베어링 개구를 원주 방향으로 둘러싼다. 유닛 하우징도 적어도 하나의 기저부(base section), 벽부(wall section) 및 베어링부를 갖는 단일체로 이루어져서, 유닛 하우징의 베어링부는 구동 샤프트가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 베어링 개구를 원주 방향으로 둘러싼다. 구동 샤프트는 밸런스 샤프트 구동계(drivewise)에 동작 가능하게 연결되어 있다. 유닛 하우징의 기저부는 질량 밸런스 하우징의 하측(lower side)에 해제 가능하도록 고정된다. 유닛 하우징의 벽부는 질량 밸런스 하우징의 단부면에 배치되어 있다.
발명에 따른 질량 밸런스 유닛은 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트의 저널 결합을 위한 단일체 질량 밸런스 하우징을 가진다. 즉, 질량 밸런스 하우징에서는, 각각의 밸런스 샤프트의 축을 따라 연장하여 베어링 개구를 통과하는 분할면(division plane)이 회피된다. 특히, 질량 밸런스 하우징의 베어링부도 이들을 연결하는 연결부를 갖는 단일체로 이루어지므로, 베어링부 사이의 간격이 고정된다. 따라서, 질량 밸런스 하우징의 베어링부는 개별적인 유닛을 함께 구성한다. 이에 따라, 질량 밸런스 하우징은 각각의 밸런스 샤프트의 저널링에 대해 특히 안정적이며, 복수의 하우징부는 서로 나란히 설치될 필요가 없다.
유닛 하우징도 구동 샤프트를 위한 베어링부를 갖는 단일체로 이루어지며, 유닛 하우징의 기저부는 (질량 밸런스 유닛의 이용 위치에 대하여) 질량 밸런스 하우징의 하측에 연관되어 있고, 유닛 하우징의 벽부는 (적어도 하나의 밸런스 샤프트의 회전축에 대하여) 질량 밸런스 하우징의 축 단부면에 연관되어 있다. 상기 베어링부에서 저널에 의해 결합되어 있는 구동 샤프트는 밸런스 샤프트에 구동에 의해 동작 가능하게 연결되어 있고, 이 밸런스 샤프트는 질량 밸런스 하우징 내에서 저널에 의해 결합되어 있다. 이에 따라, 구동 샤프트는 밸런스 샤프트에 의해 구동될 수 있다.
유닛 하우징은 그 기저부를 통해 비전형적인 방식으로 질량 밸런스 하우징의 하측에 고정된다. 질량 밸런스 하우징 및 유닛 하우징은 각각 단일체로 이루어지고 서로 분리되어 있으므로, 특히 양호한 일련의 공차는 밸런스 샤프트 및 구동 샤프트 사이의 구동 연결에 대해 수직 방향이 된다. 제1수직 측정값은 질량 밸런스 하우징의 하측으로부터의 밸런스 샤프트 축의 간격을 정의한다. 제2수직 측정값은 질량 밸런스 하우징의 하측으로부터의 구동 샤프트 축의 간격을 정의한다. 이러한 2개의 수직 측정값은 동일한 기준면, 즉, 질량 밸런스 하우징의 하측으로부터 계산되므로, 그리고, 이러한 2개의 수직 측정값은 동일한 방향에서, 즉, 수직으로 상부 방향에서 추가적으로 계산되므로, 밸런스 샤프트 및 구동 샤프트의 수직 방위(orientation)에 대하여 일련의 최소 공차가 제공된다. 이에 따라, 질량 밸런스 하우징 및 유닛 하우징의 개별 공차는 특히 작게 유지될 필요가 없다. 이에 따라, 상기 하우징의 제조는 간략화되고, 제조 비용은 그것에 대응하여 감소한다.
발명에 따른 질량 밸런스 유닛의 구체적인 장점은, 질량 밸런스 하우징의 하측에 대한 유닛 하우징의 기저부의 해제 가능한 연결에 의해 간단한 설치가 행해질 수 있다는 것을 포함한다. 특히, 구성 공간은 질량 밸런스 유닛을 위해 제공된 엔진의 영역에서 상급이다. 하부로부터의 유닛 하우징의 설치/공급(installation/servicing)은 덜 복잡하고 및/또는 덜 고가이다. 또한, 질량 밸런스 하우징 측에 임의의 실질적인 설치 간극이 제공될 필요 없이, 질량 밸런스 하우징의 설치 후에 유닛 하우징도 설치될 수 있다. 이것은 질량 밸런스 하우징이 오일 팬을 갖는 단일체로 이루어지고 그 내부 공간에 배치되는 경우에 특히 중요하며, 이것은 이 경우에 축 방향에서의 설치를 위하여 더 작은 구성 공간이 통상적으로 이용 가능하기 때문이다.
질량 밸런스 하우징이 하측에 하우징 개구를 가지는 경우, 추가적인 장점이 발생하며, 이것은 명백히 유리한 방식으로 질량 밸런스 유닛의 설치를 간략화할 수 있지만, 밸런스 샤프트에 고정된 밸런스 웨이트가 그 회전 중에 오일에 담기는 경우에는 원하지 않는 오일 포말이 발생할 수 있다. 이러한 배치에서는, 오일 포말 효과를 최소화하기 위하여, 유닛 하우징의 상기 기저부가 하측에서 질량 밸런스 하우징의 하우징 개구를 폐쇄할 수 있으며, 예를 들어, 유닛 하우징의 기저부만 오일 공급을 위한 흡입 개구를 가질 수 있다.
발명과 관련하여, 상기 유닛 하우징은 2차 유닛, 예를 들어, 오일 펌프의 모든 부품을 반드시 장착해야 하는 것은 아니라는 점에 주목해야 한다. 그러나, 구동 샤프트는 유닛 하우징의 베어링부에 적어도 저널에 의해 결합되어 있다. 또한, 이러한 유닛 하우징의 상기 단일체 설계는, 추가적인 하우징부, 예를 들어, 질량 밸런스 하우징의 반대쪽에 배치된 측에서 유닛 하우징의 벽부에 고정되어 있는 유닛 하우징 커버가 제공될 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다.
방사상 방향으로 질량 밸런스 샤프트의 회전축에 대해 오프셋되도록 배치되어 있는 질량 밸런스 하우징에 유닛 하우징을 고정하기 위하여, 기저부 및 질량 밸런스 하우징은 플랜지 면(flange surface)을 가지는 것이 바람직하고, 구체적으로, 평평하게 이루어진 플랜지 면, 즉, 실질적으로 단일체에 의해 연장되는 플랜지 면을 가지는 것이 바람직하다. 기저부 및/또는 질량 밸런스 하우징의 플랜지 면은 적어도 하나의 홈을 가질 수 있고, 이 홈은 윤활유를 운반하기 위한 플랜지 면을 따라 연장되는 통로를 구성한다. 이에 따라, 각각의 다른 플랜지 면과 함께 윤활유 운반 통로가 간단한 방식으로 형성된다. 플랜지 면을 따라 연장되는 통로는 질량 밸런스 유닛의 설치 상태에서, 질량 밸런스 하우징의 베어링부에 형성되어 있는 윤활유 통로를 경유하여, 질량 밸런스 샤프트를 위한 각각의 베어링 개구에 연결됨으로써, 밸런스 샤프트의 윤활이 신뢰성 있고 구성 가능한 간단한 방식으로 보장될 수 있다.
적어도 하나의 밸런스 웨이트 및 적어도 하나의 구동 휠이 질량 밸런스 유닛의 상기 밸런스 샤프트에 회전 가능하게 정착하여 고정되는 것이 바람직하다. 구동 휠은 내연 기관의 크랭크 샤프트 구동계에 대해 동작 연결(operative connection)을 제공할 수 있거나, 구동 휠은 추가적인 질량 밸런스 샤프트 구동에 대해 동작 연결을 수행하며, 특히, 상기 목적을 위하여 각각의 밸런스 샤프트에 2개의 구동 휠이 고정될 수 있다.
질량 밸런스 샤프트 및 구동 샤프트는 동축 상에 배치되도록 할 수 있다. 그러나, 특정한 응용에 대해서는, 질량 밸런스 샤프트 및 구동 샤프트가 서로에 대해 평행 오프셋(parallel offset) 상태로 배치되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 구동 샤프트를 구동하는 밸런스 샤프트의 토크의 특정한 변속을 실현하고 및/또는 샤프트 사이에서 상기 평행 오프셋에 브릿지를 제공하기 위하여, 질량 밸런스 샤프트와 구동 샤프트 구동계의 동작 연결의 어느 하나는 특히, 스퍼 기어(spur gear)로 이루어진 변속기를 포함할 수 있다. 또한, 질량 밸런스 샤프트와 구동 샤프트 구동계의 동작 연결은 클러치 장치를 포함하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 클러치 장치는 특히, 질량 밸런스 샤프트와 구동 샤프트의 회전 축의 더 작은 각도 오차(angular error) 또는 동축 오차(coaxial error)를 보상하도록 작동한다. 이에 따라, 구동 샤프트에 작용하는 추가적인 부하는 작게 유지된다. 구체적으로, 클러치는 2면각 연결(dihedral connection), 기어 샤프트 연결 또는 베벨(bevel) 기어 연결을 포함한다. 정렬 오차를 보상하기 위하여, 클러치는 추가적으로 또는 대안적으로 적어도 부분적으로 탄소 중합체 재료로 이루어질 수 있다.
장점이 많은 추가적으로 발전된 형태에 따르면, 질량 밸런스 하우징은 오일 팬을 갖는 단일체로 동시에 이루어지며, 이 오일 팬은 내연 기관의 크랭크 케이스의 하측에 고정되고, 하측에 오일 수집부를 가지거나 오일 팬 기저부의 고정을 위해 하측에 고정부를 가진다. 즉, 어느 경우에나 통상적으로 제공되는 오일 팬은 상기 단일체 질량 밸런스 하우징을 동시에 구성할 수 있으므로, 적어도 하나의 밸런스 샤프트는 궁극적으로 오일 팬 내에 직접 저널에 의해 결합되고, 상기 단일체 유닛 하우징은 궁극적으로 오일 팬의 부분에 고정된다. 이에 따라, 요구되는 하우징 부품의 수는 더욱 감소된다. 이와 동시에, 오일 팬, 질량 밸런스 유닛 및 2차 유닛의 전체 배치의 중량 및 요구되는 구성 공간이 감소된다.
또한, 본 발명은 상기 설명된 종류의 일체형 2차 유닛을 가지는 질량 밸런스 유닛의 설치 방법에 관한 것으로서, 다음의 단계가 수행된다:
단일체 질량 밸런스 하우징에 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트를 설치하는 단계;
적어도 하나의 기저부 및 하나의 벽부를 가지는 단일체 유닛 하우징에 적어도 하나의 구동 샤프트를 설치하는 단계; 및
유닛 하우징의 기저부를 질량 밸런스 하우징의 하측에 고정하는 단계를 포함하고, 유닛 하우징의 벽부는 질량 밸런스 하우징의 단부면에 배치되고, 밸런스 샤프트 구동계에 대한 구동 샤프트의 동작 연결이 설정된다.
최종적으로 서로 연결되는 2개의 사전 설치가능한 유닛이 이와 같이 제공된다. 이에 따라, 일체형 2차 유닛을 갖는 질량 밸런스 유닛을 위한 특히 간단한 제조 방법이 얻어지고, 이 방법도 상기 설명된 장점을 가진다.
이 방법의 추가적으로 발전된 형태에 따르면, 질량 밸런스 샤프트를 단일체 질량 밸런스 하우징에 설치하기 위하여, 다음의 단계:
적어도 하나의 밸런스 웨이트 및/또는 적어도 하나의 구동 휠이 질량 밸런스 하우징 내에 배치되고 지지되는 단계;
밸런스 샤프트가 축 방향에서 질량 밸런스 하우징으로 도입되고, 밸런스 웨이트의 고정용 개구, 또는 구동 휠의 고정용 개구를 통해 안내되는 단계;
밸런스 웨이트 또는 구동 휠이 밸런스 샤프트에 회전 가능하게 정착하여 고정되는 단계가 수행되도록 구비된다.
밸런스 웨이트 또는 구동 휠의 이러한 고정이 수축 피트 연결(shrink fit connection)로서 행해지는 것이 특히 장점이 많다.
도 1은 세로 방향 도면에 의해 일체형 오일 펌프를 갖는 질량 밸런스 유닛의 제1실시예를 도시한 것이다.
도 2는 경사진 하부로부터의 분해 도면에 의해 제2실시예를 도시한 것이다.
도 3은 경사진 상부로부터의 도면에 의해 펌프 하우징을 도시한 것이다.
도 4는 세로 방향 단면에 의해 일체형 오일 펌프를 갖는 질량 밸런스 유닛의 제3실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 오일 펌프 구동계의 밸런스 샤프트 및 구동 샤프트의 동작 연결을 위한 클러치의 도면을 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 질량 밸런스 하우징 13 : 질량 밸런스 샤프트
15 : 펌프 하우징 17 : 오일 펌프
19 : 베어링부 19a : 연결부
21 : 베어링 개구 23 : 하우징 개구
25 : 밸런스 웨이트 27 : 기어
29 : 연장부 31 : 단부면
33 : 기저부 35 : 벽부
36 : 베어링부 37 : 내부 로터
39 : 외부 로터 40 : 베어링 개구
41 : 압력 제한 밸브 43 : 펌프 하우징 커버
45 : 고정용 나사 47 : 오일 팬
49 : 고정용 플랜지 51 : 고정용 플랜지
53 : 흡입 개구 55 : 펌프 하우징 플랜지
57 : 질량 밸런스 하우징 플랜지 59 : 홈
61 : 윤활유 구멍 61a : 링 홈
63 : 구동 샤프트 65 : 변속기
67, 67' : 스퍼 기어 69 : 클러치
D, D' : 회전축
이하, 도면을 참조하여 단지 예시하기 위하여 발명을 설명할 것이다. 동일한 구성요소 또는 동일한 종류의 구성요소는 동일한 도면 번호에 의해 표시되어 있다.
도 1은 질량 밸런스 유닛을 도시하고 있고, 이 질량 밸런스 유닛은, 질량 밸런스 샤프트(13)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 질량 밸런스 하우징(11)과, 예를 들어, 소위 제로터 펌프(gerotor pump) 타입의 오일 펌프(17)가 수납되어 있는 펌프 하우징(15)을 가진다. 오일 펌프(17)는 질량 밸런스 유닛에 일체화되어 있으며, 다시 말하면, 오일 펌프(17)에 대해 개별적인 구동이 제공되는 것이 아니라, 밸런스 샤프트(13)를 통해 구동이 발생한다.
질량 밸런스 하우징(11)은 단일체로 이루어지고, 단일체에서 각각의 베어링 개구(21)를 원주 방향으로 둘러싸는 2개의 베어링부(19)를 가진다. 베어링부(19)는 망 형태의 연결부(19a)를 갖는 단일체로 이루어지므로, 그 간격은 서로에 대해 고정되어 있다. 밸런스 샤프트(13)는 베어링 개구(11)에서 저널에 의해 결합되고, 도 1에 따른 표시에 대한 대안으로서, 추가적인 베어링 슬리브(sleeve)가 제공될 수 있다. 질량 밸런스 하우징(11)은 베어링부(19) 사이에서 하측에 하우징 개구(23)를 가진다. 베어링부(19) 사이의 밸런스 샤프트(13)에는 밸런스 웨이트(25)가 회전 가능하게 정착하여 고정되고 축 방향으로 정착하여 고정되어 있다. 밸런스 샤프트(25)를 각각 대향하는 베어링부(19)의 단부면은 런온(run-on) 면으로서 작용하므로, 밸런스 샤프트(13)는 밸런스 웨이트(25)를 통해 베어링부(19)에서 동시에 축 방향으로 저널에 의해 결합되어 있다.
질량 밸런스 하우징(11)으로부터 돌출되는 밸런스 샤프트(13)의 단부에서, 기어(27)는 회전 가능하게 정착하고 축 방향으로 정착하여 밸런스 샤프트(13)에 설치되어 있다. 밸런스 샤프트(13)는 기어(27)에 의하여 회전축(D) 둘레로 회전 이동하도록 구동된다. 이러한 목적을 위하여, 기어(27)는 직접적으로 또는 추가적인 밸런스 샤프트를 경유하여 간접적으로, 각각의 내연 기관의 크랭크 샤프트에 구동 방식으로 동작 가능하게 연결되어 있다. 질량 밸런스 샤프트(13)는 기어(27)의 반대쪽에 배치된 단부에서 축상 연장부(axial prolongation)(29)를 가지며, 이 축상 연장부(29)는 질량 밸런스 하우징(11)의 연관된 단부면(31)을 지나서 돌출해 있다.
상기 펌프 하우징(15)도 단일체로 이루어지며, 기저부(33)와, 기저부(33)에 실질적으로 수직으로 연장되는 벽부(35)를 가진다. 도 1에 도시된 질량 밸런스 유닛의 이용 위치에서는, 기저부(33)는 실질적으로 수평면을 따라 연장되어 있고, 펌프 하우징(15)의 벽부(35)는 실질적으로 수직면을 따라 연장되어 있다.
오일 펌프(17)의 내부 로터(37) 및 외부 로터(39)는 펌프 하우징(15)의 벽부(35)에서 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있다. 내부 로터(37)는 질량 밸런스 샤프트(13)의 축상 연장부(29)에 회전 가능하게 정착하여 연결되어 있다. 내부 로터(37)는 오일 펌프(17)의 구동 샤프트를 구성하고, 펌프 하우징(15)의 벽부(35)의 영역은 구동 베어링 개구(40)를 가지는 베어링부(36)를 구성하고, 이 베어링 개구(40)에서는 샤프트(내부 로터(37))가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있다. 이에 따라, 기어(27)에 의해 밸런스 샤프트(13)를 회전축(D')(여기서, 회전축(D)과 동일함) 둘레로 회전 이동하도록 구동함으로써, 오일 펌프(17)의 내부 로터(37)가 구동될 수 있다.
예를 들어, 압력 제한 밸브(41)는 하측에서 펌프 하우징(15)의 상기 벽부(35)의 확장부에 수납된다. 펌프 하우징(15)의 벽부(35)는 질량 밸런스 하우징(11)의 반대쪽에 배치된 측의 펌프 하우징 커버(43)에 의해 폐쇄된다.
펌프 하우징(15)은 그 기저부(33)를 통해 질량 밸런스 하우징(11)에만 고정되며, 실제로는, 질량 밸런스 하우징(11)의 하측과 함께 동작하는 해당 고정용 나사(45)를 통해 고정된다. 이에 따라, 펌프 하우징(15)의 기저부(33)는 하측에서 질량 밸런스 하우징(11)의 상기 하우징 개구(23)를 폐쇄한다.
질량 밸런스 하우징(11)은 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링부(19)를 갖는 단일체로 이루어지므로, 질량 베어링 하우징(11)은 큰 안정성을 가지며, 이것은 밸런스 웨이트(25)가 고정되는 밸런스 샤프트(13)의 저널링에 대하여 장점이 있다. 또한, 펌프 하우징(15)도 기저부(33), 벽부(35) 및 베어링부(36)를 갖는 단일체로 이루어지므로, 도시된 질량 밸런스 유닛은 부품의 수가 작다는 장점이 있다. 펌프 하우징(15)은 기저부(33)를 통해 질량 밸런스 하우징(11)의 하측에 고정되므로, 질량 밸런스 유닛의 설치가 특히 간단하고, 개별 부품(11, 15)의 생산 및 설치 중에 관찰해야 할 일련의 공차는, 한편으로, 밸런스 샤프트(13)의 축의 수직 정렬에 대하여, 다른 한편으로, 오일 펌프(17)의 내부 로터(37)의 회전축에 대하여 짧다고 하는 장점이 있다.
즉, 내부 로터(37)의 회전축에 대한 밸런스 샤프트(13)의 축의 동심도(concentricity)는 다음의 부품 공차에 의해 정의된다. 첫째, 하측의 질량 밸런스 하우징(11)의 스크류-온 면(screw-on surface)으로부터 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링 개구(21)의 각각의 중심의 간격을 고려해야 한다. 둘째, 펌프 하우징(15)의 기저부(33)의 해당 스크류-온 면으로부터, 펌프 하우징(15)에 제공된 로터(37, 39)를 위한 베어링 개구(40)의 중심의 간격을 고려해야 한다. 밸런스 샤프트(13) 및 내부 로터(37)의 상기 축의 정렬은 횡단 방향, 즉, 도 1에 도시된 이용 위치에 대한 수평 방향에서 적절한 피팅 나사(fitting screw), 피팅 슬리브 또는 피팅 핀을 통해 발생할 수 있다.
펌프 하우징(15)의 기저부(33)는 하측에서 질량 밸런스 샤프트(11)의 하우징 개구(23)를 폐쇄하므로, 그렇지 않을 경우라면, 회전하는 밸런스 웨이트(25)에 의해 발생될 수 있는 오일 포말이 대폭 최소화된다.
도 2에 따른 실시예는 도 1에 따른 실시예와 매우 유사하다. 도 2로부터, 질량 밸런스 하우징(11)은 오일 팬(47)을 갖는 단일체로 이루어진다는 것을 알 수 있다. 오일 팬(47)을 각각의 내연 기관의 크랭크 케이스에 고정하기 위하여, 오일 팬(47)은 상측에 고정부, 즉, 고정용 플랜지(fastening flange)(49)를 가진다. 연관된 오일 팬 기저부(도시하지 않음)의 고정을 위하여, 오일 팬(47)은 하측에 고정부, 즉, 고정용 플랜지(51)를 추가적으로 가진다. 이 오일 팬 기저부는 바닥 측에서 오일 팬(47)의 오일 수집 영역을 구성하고, 펌프 하우징(15)의 기저부(33)에 형성되어 있는 흡입 개구(53)는 상기 바닥 측으로 돌출되어 있다.
또한, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 도면에 도시된 질량 밸런스 유닛은 평행하게 배치된 2개의 질량 밸런스 샤프트(13)를 가지며, 2개의 밸런스 샤프트(13)는 기어(27) 구동계를 통해 서로 동작 가능하게 연결되어 있다.
도 1 또는 도 2에 따른 질량 밸런스 유닛의 장점이 많은 설치 방법에 대해 다음과 같이 설명할 것이다.
제1설치 단계에서, 각각의 질량 밸런스 샤프트(13)는 질량 밸런스 하우징(11)에 설치된다. 제2설치 단계에서, 내부 로터(37), 외부 로터(39) 및 오일 펌프(17)의 임의의 추가적인 부품은 펌프 하우징(15)에 설치된다. 제3설치 단계에서, 펌프 하우징(15)의 기저부(33)는 질량 밸런스 하우징(11)의 하측에 고정된다(예를 들어, 수평 방향으로 밀고, 그 다음으로 수직 방향으로 고정함).
3개의 상기 설치 단계는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1설치 단계 및 제2설치 단계는 교환될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3설치 단계는 제2설치 단계 전에 수행되는 것도 가능하며, 다시 말하면, 단일체 펌프 하우징이 질량 밸런스 하우징의 하측에 먼저 고정되고, 그 다음에만, 내부 로터(37) 및 외부 로터(39)가 펌프 하우징(15)의 벽부(35)에 축 방향으로 삽입되는 것도 가능하다. 그러나, 궁극적으로는, 펌프 하우징(15)의 벽부(35)가 질량 밸런스 하우징(11)의 축상 단부면(31)에 항상 위치되어 있고, 밸런스 샤프트(13)의 축상 연장부(29)에 대한 내부 로터(37)의 회전 가능하게 고정된 연결이 설정된다.
상기 제1설치 단계에 따라 질량 밸런스 하우징(11)에 각각의 밸런스 샤프트(13)를 설치하기 위해서는, 연관된 밸런스 웨이트(25) 및 연관된 기어(27)가 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링 개구(21)와 정렬하여 배치되고 그 곳에서 지지되도록 구비하는 것이 바람직하다. 각각의 밸런스 샤프트(13)는 밸런스 웨이트(25) 및 기어(27)의 각각의 고정용 개구를 통해 축 방향으로 순차적으로 안내되어, 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링부(19)의 베어링 개구(21)에 도입된다. 이러한 목적을 위하여, 도 2에 도시된 오일 팬(47)은 베어링 개구(21)와 정렬된 적당한 샤프트 도입 개구를 가질 수 있다. 각각의 밸런스 샤프트(13)가 이러한 방식으로 희망하는 축상 위치를 채택한 후, 연관된 밸런스 웨이트(25) 및 연관된 기어(27)는 밸런스 샤프트(13)에 고정된다.
이 고정은 특히 수축 피트 연결을 통해 실시될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 각각의 밸런스 샤프트(13)는 질량 밸런스 하우징(11)으로 도입되기 전에 냉각될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 각각의 밸런스 웨이트(25) 및 각각의 기어(27)가 가열되고, 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링부(19)도 가열되는 것이 바람직하다. 밸런스 샤프트(13)를 질량 밸런스 하우징(11)으로 도입한 후, 상기 부품(11, 13, 25, 27)은 상호 온도 평형이 발생할 때까지 오랫동안 서로에 대해 희망하는 위치에서 유지된다. 이에 따라, 밸런스 웨이트(25) 및 기어(27)는 밸런스 샤프트(13)에 단단하게 고정되고, 밸런스 샤프트(13)도 베어링부(19)의 베어링 개구(21)에서 이러한 방식으로 단단하게 저널에 의해 결합될 수 있다.
이에 따라, 요구되는 최소의 부품 수에 의한 간단하고 신속한 설치 방법이 결국 얻어진다.
도 3은 경사진 상부로부터의 도면에 의해 도 2의 펌프 하우징(15)을 도시하고 있다. 도 2로부터 이미 알려진 부품에 추가하여, 특히, 기저부(33)의 상측이 용이하게 인식될 수 있다. 펌프 하우징은 단일체에서 실질적으로 연장되어 있는 펌프 하우징 플랜지(55)를 가진다. 펌프 하우징 플랜지(55)는 질량 밸런스 하우징(11)에 펌프 하우징(15)을 고정하도록 동작하고, 질량 밸런스 하우징(11)은 이러한 목적을 위해 질량 밸런스 하우징 플랜지(57)(도 2 참조)를 가진다.
밸런스 샤프트(13)에 윤활유를 전달하기 위하여, 통로 형태의 홈(59)이 펌프 하우징 플랜지(55)의 표면에 구비되어 있다. 이 홈은 윤활유 구멍을 통해 기저부(33)의 출구 개구와 접촉하며, 이 출구 개구를 통해 윤활유를 공급받는다. 설치 상태에서, 질량 보상용 하우징 플랜지(57)는 홈(59)의 커버를 구성한다. 그러나, 질량 밸런스 하우징 플랜지(57)도 베어링부(19)를 통해 베어링 개구(21)(도 1 참조)에 연장되어 있는 윤활유 구멍(61)을 가진다. 윤활유 구멍(61)과 통해 있는 링 홈(61a)은 베어링 개구(21)에 구비되어, 베어링 개구(21)의 전체 영역에서 윤활유를 분배한다. 이렇나 통로 형태의 홈은 대안적으로 또는 추가적으로, 연관된 질량 밸런스 하우징 플랜지(57)에 구비될 수도 있다.
도 4는 발명에 따른 질량 밸런스 유닛의 추가적인 실시예의 개략적인 표시를 도시하고 있다. 상기 설명한 실시예에 비해, 오일 펌프(15) 또는 질량 밸런스 샤프트(13)의 회전축 (D, D')이 동축 상에 배치되는 것이 아니라, 평행하게 오프셋되도록 배치되어 있다. 질량 밸런스 샤프트(13)는 변속기(65)를 통해 오일 펌프(17)의 구동 샤프트(63)를 구동하며, 이 변속기(65)는 밸런스 샤프트(13) 또는 구동 샤프트(63)에 회전 가능하게 정착하여 연결되어 있는 2개의 맞물리는 스퍼 기어(67, 67')로 구성된다. 변속기(65)는 동축 상의 배치에 의해 일반적으로 이용될 수도 있다.
도 5 (a) 및 (b)는 각각 세로 방향 단면 및 횡단 방향 단면에 의해, 2개의 실질적으로 동축 상에서 연장되어 있는 샤프트, 예를 들어, 밸런스 샤프트(13) 및 구동 샤프트(63)(도 4에 도시된 실시예와는 상이함)의 연결을 위한 클러치(69)를 도시하고 있다. 이러한 클러치(69)는 질량 밸런스 유닛의 개별 부품의 상대적인 정렬시의 작은 결함을 보상하기에 적합하다. 예를 들어, 정렬 오차는 샤프트(13, 63)의 평행 배치로부터의 편차와, 회전축 방향 및/또는 그것에 수직인 방향에서의 샤프트의 오프셋(offset)일 수 있다. 예를 들어, 클러치(69)는 2면각 연결, 기어 샤프트 연결 또는 베벨 기어 연결을 포함할 수 있다. 도시된 클러치(69)는 정사각형의 내부 단면을 가지며, 이 정사각형의 내부 단면은 밸런스 샤프트(13) 및 구동 샤프트(63)의 대응하여 설계된 단부와 형상 일치 방식으로 함께 동작하여 효율적인 토크 변속을 가능하게 한다. 클러치(69)가 탄성 중합체(elastomer)로 이루어지는 경우, 상기 설명한 정렬 오차는 클러치(69)의 작은 변형에 의해 보상된다. 밸런스 샤프트(13) 및 구동 샤프트(63)의 다른 상황에서는 동축 상으로 올바르게 정렬된 샤프트 단부의 간격을 너무 크게 연결하는 경우에는, 강성 클러치(rigid clutch)(69)가 적합할 수 있다.

Claims (22)

  1. 차량의 내연 기관을 위한 일체형 2차 유닛(17)을 가지는 질량 밸런스 유닛으로서,
    적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트(13)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 질량 밸런스 하우징(11)과, 2차 유닛(17)의 적어도 하나의 구동 샤프트(37)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 유닛 하우징(15)을 포함하고,
    상기 질량 밸런스 하우징(11)은 단일체로 이루어지고, 상기 질량 밸런스 하우징(11)은 질량 밸런스 샤프트(13)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 원주 방향으로 베어링 개구(21)를 둘러싸는 적어도 하나의 베어링부(19)를 가지고;
    상기 유닛 하우징(15)도 적어도 하나의 기저부(33), 벽부(35) 및 베어링부(36)를 갖는 단일체로 이루어지고, 상기 유닛 하우징(15)의 베어링부(36)는 구동 샤프트(37)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있는 단일체에서 원주 방향으로 베어링 개구(40)를 둘러싸고;
    상기 구동 샤프트(37, 63)는 밸런스 샤프트(13) 구동계에 동작 가능하게 연결되고;
    상기 유닛 하우징(15)의 기저부(33)는 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 하측에 해제 가능하게 고정되고;
    상기 유닛 하우징(15)의 벽부(35)는 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 단부면(31)에 배치되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 하우징(11)은 하측에 하우징 개구(23)를 가지고, 상기 유닛 하우징(15)의 기저부(33)는 하측에 있는 질량 밸런스 하우징의 하우징 개구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)은 기저부(33)를 통해 질량 밸런스 하우징(11)에만 고정되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)은 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 하측에만 고정되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)의 벽부(35)는 상기 유닛 하우징(15)의 기저부(33)에 실질적으로 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 유닛의 이용 위치에서는, 상기 유닛 하우징(15)의 기저부(33)가 실질적으로 수평면을 따라 연장되고, 상기 유닛 하우징의 벽부(35)는 실질적으로 수직면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)의 기저부(33)와 상기 질량 밸런스 하우징(11)은 상기 유닛 하우징(15)을 상기 질량 밸런스 하우징(11)에 고정하기 위한 플랜지 면(55, 57)을 가지고, 상기 질량 밸런스 샤프트(13)의 회전축(D)에 대해 방사상 방향으로 오프셋되어 배치된 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기저부(33)의 플랜지 면(55) 및/또는 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 플랜지 면(57)은, 윤활유를 전달하기 위하여 플랜지 면(55, 57)을 따라 연장되어 있는 통로를 구성하는 적어도 하나의 홈(59)을 가지는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 통로는 윤활유 통로(61)를 통해 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링 개구(21)와 통하고, 상기 윤활유 통로(61)는 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 베어링부(19)에 형성되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)의 벽부(35)에서 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 반대쪽에 배치된 측에는 유닛 하우징 커버(43)가 고정되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 샤프트(13) 및 상기 구동 샤프트(37)는 동축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 샤프트(13) 및 구동 샤프트(63)는 서로에 대해 평행 오프셋 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 샤프트(13) 및 상기 구동 샤프트(37, 63) 구동계의 동작 연결은 구체적으로 스퍼 기어(spur gear)로서 이루어진 변속기(65)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 샤프트(13) 및 상기 구동 샤프트(37, 63) 구동계의 동작 연결은 클러치 장치(69)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛 하우징(15)에는 압력 제한 밸브(41)가 배치되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 하우징(11)은 오일 팬(47)을 갖는 단일체로 이루어지고, 상기 오일 팬(47)은 오일 팬을 내연 기관의 크랭크 케이스에 고정하기 위하여 상측에 위치한 고정부(49)와, 하측에 위치한 오일 수집부 또는 오일 팬 기저부를 고정하기 위하여 하측에 위치한 고정부(51)를 가지는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 샤프트(13)에는 적어도 하나의 밸런스 웨이트(25) 및 적어도 하나의 구동 휠(27)이 회전 가능하게 정착하여 연결되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 밸런스 하우징(11)에는 2개의 질량 밸런스 샤프트(13)가 회전 가능하게 저널에 의해 결합되어 있고, 상기 2개의 질량 밸런스 샤프트(13)는 서로 평행하게 배치되고, 구동 방식으로 서로 동작 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 유닛(17)은 오일 펌프인 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛.
  20. 차량의 내연 기관을 위한 일체형 2차 유닛(17)을 가지는 질량 밸런스 유닛의 설치 방법으로서,
    단일체 질량 밸런스 하우징(11)에 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트(13)를 설치하는 단계;
    적어도 하나의 기저부(33) 및 벽부(35)를 가지는 단일체 유닛 하우징(15)에 적어도 하나의 구동 샤프트(37)를 설치하는 단계; 및
    유닛 하우징(15)의 기저부(33)를 상기 질량 밸런스 하우징(11)의 하측에 고정하는 단계를 수행하고,
    상기 유닛 하우징(15)의 벽부(35)는 질량 밸런스 하우징의 단부면(31)에 배치되고, 밸런스 샤프트(13)에 대한 구동 샤프트(37, 63)의 동작 연결은 구동 방식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛의 설치 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 질량 밸런스 샤프트(13)를 질량 밸런스 하우징(11)에 설치하기 위하여,
    상기 질량 밸런스 하우징(11) 내에, 적어도 하나의 밸런스 웨이트(25) 및/또는 적어도 하나의 구동 휠(27)이 배치 및 지지되고;
    축 상의 샤프트(13)가 축 방향에서 상기 질량 밸런스 하우징(11)으로 도입되고, 적어도 하나의 밸런스 웨이트(25)의 고정용 개구, 또는 적어도 하나의 구동 휠(27)의 고정용 개구를 통해 안내되고;
    상기 적어도 하나의 밸런스 웨이트(25) 또는 상기 적어도 하나의 구동 휠(27)은 상기 밸런스 샤프트에 회전 가능하게 정착하여 고정되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛의 설치 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 밸런스 샤프트는 냉각되고, 및/또는, 상기 적어도 하나의 밸런스 웨이트(25) 또는 상기 적어도 하나의 구동 휠(27)은 상기 밸런스 샤프트(13)를 상기 질량 밸런스 하우징(11)에 도입하기 전에 가열되는 것을 특징으로 하는 질량 밸런스 유닛의 설치 방법.
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