KR19980040214A - Automotive Main Bearing Cap Vibration Active Control System - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 엔진의 진동제어시스템에 관한 것으로 특히 크랭크축의 메인베어링 캡의 진동을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration control system of an automotive engine, and more particularly, to a system for controlling vibration of a main bearing cap of a crankshaft.

본 발명은 크랭크축의 베어링캡과 엔진블록 사이에 피에조소자를 설치하여 메인베어링의 진동을 능동제어하도록 하여 엔진의 진동소음을 줄일 수 있도록하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a vehicle main bearing cap vibration active control system to reduce vibration noise of the engine by installing a piezo element between the crankshaft bearing cap and the engine block to actively control the vibration of the main bearing. do.

본 발명은 전술한 기술적과제를 해결하기 위한 수단으로, 크랭크저어널부와, 크랭크 핀과, 플라이 휠과, 댐퍼풀리와, 베어링 캡 및 캡 볼트를 구비하는 크랭크기구에 있어서, 상기 크랭크저널부와 베어링 캡 사이에 설치된 피에조소자와, 베어링캡에 설치된 스트레인게이지와, 스트레인게이지로부터 검출된 응력이 인장력이면 상기 피에조소자를 압축하도록 하고 압축력이면 상기 피에조소자를 인장시키도록 제어하는 전자제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공한다.The present invention provides a crank mechanism including a crank journal part, a crank pin, a flywheel, a damper pulley, a bearing cap and a cap bolt, as a means for solving the above technical problem. A piezoelectric element provided between the cap, a strain gauge provided on the bearing cap, and an electronic control device for compressing the piezoelectric element if the stress detected from the strain gauge is a tensile force, and tensioning the piezoelectric element if the compressive force is used. Provided is an active control system for a vehicle main bearing cap vibration.

전술한 바와 같이 구성되어 작동하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동 제어시스템의 제공으로 크랭크축의 회전진동에 따른 메인베어링캡의 축방향진동을 상쇄시키도록 하므로 자동차 엔진으로 부터의 진동소음을 제어하여 차량의 승차감 등을 개선 할 수 있게 되었다.By providing an active control system for the main bearing cap vibration for automobiles, which is configured and operated as described above, the axial vibration of the main bearing cap due to the rotational vibration of the crankshaft is offset to control vibration noise from the engine of the vehicle. It is possible to improve riding comfort.

Description

자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템Automotive Main Bearing Cap Vibration Active Control System

본 발명은 자동차용 엔진의 진동제어시스템에 관한 것으로 특히 크랭크축의 메인베어링 캡의 진동을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration control system of an automotive engine, and more particularly, to a system for controlling vibration of a main bearing cap of a crankshaft.

본 발명은 크랭크축의 베어링캡과 엔진블록 사이에 피에조소자를 설치하여 메인베어링의 진동을 능동제어하도록 하여 엔진의 진동소음을 줄일 수 있도록하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a vehicle main bearing cap vibration active control system to reduce vibration noise of the engine by installing a piezo element between the crankshaft bearing cap and the engine block to actively control the vibration of the main bearing. do.

종래의 자동차에는 차량의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진이 설치되어 있는 바, 엔진은 연소실내에서 폭발하면서 팽창하는 공기의 팽창력을 피스톤과 피스톤로드의 왕복운동으로 변환시키고, 이를 도1에 도시된 바와 같은 구조의 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시키고, 최종적으로는 차륜으로 회전력을 전달하여 차량을 움직이도록 설계된다.Conventional cars are provided with an engine that generates power for driving the vehicle, the engine converts the expansion force of the air expanding while exploding in the combustion chamber to the reciprocating motion of the piston and the piston rod, which is shown in FIG. It is designed to convert the rotational motion by using the crankshaft of the structure as described above, and finally transmit the rotational force to the wheels to move the vehicle.

크랭크축은 실린더의 피스톤 왕복운동을 회전운동으로 바꾸고 또한 피스톤에 운동을 가하여 연속적인 동력을 얻기위한 기구로서 크랭크축에는 여러 종류의 힘이 작용하므로 휨과 비틀림을 받으며, 마찰부분에서는 강한 마모가 행해지므로 내피로성과 내마멸성, 그리고 탄성이 강한 합금강 등으로 이루어진다.The crankshaft is a mechanism for converting the piston reciprocating motion of the cylinder into a rotational motion and applying continuous motion to the piston to obtain continuous power. The crankshaft is subject to bending and torsion because of various kinds of force acting. It is made of alloy steel with high fatigue resistance, abrasion resistance and elasticity.

크랭크축의 구성은 크랭크저어널, 밸런스 웨이트, 크랭크 핀 등으로 이루어지며, 크랭크 캡에 설치된 미끄럼베어링 형식의 메인 베어링에의해 크랭크저널부가 지지되고 있다.The structure of the crankshaft consists of a crank journal, a balance weight, a crank pin, etc., and the crank journal part is supported by the main bearing of the sliding bearing type provided in the crank cap.

크랭크저널부와 메인베어링의 사이에는 오일이 채워져서 유막을 형성하므로 크랭크축이 회전운동할 때 메인베어링위에서 미끄럼운동을 하기에 적합하도록 한다.Since oil is filled between the crank journal part and the main bearing to form an oil film, it is suitable for sliding movement on the main bearing when the crank shaft rotates.

피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크축에 발생하는 진동은 굽힘진동, 비틀림진동 등으로 엔진의 소음과 진동의 원인이 되며, 이를 줄이는 것은 엔진의 소음을 줄이는 데서 중요과제로 된다.Vibration generated in the crankshaft by the reciprocating motion of the piston causes the engine noise and vibration by bending vibration, torsional vibration, etc., and reducing this becomes an important task in reducing the noise of the engine.

이러한 크랭크축의 진동의 원인은 피스톤의 왕복부 및 크랭크축기구의 질량등에 의한 관성력등에 의하는 것으로 크랭크기구의 언밸런싱 상태는 플라이휠, 밸런스웨이트 등의 설계를 이용하여 해결할 수 있는 경우도 있으며 엔진의 구조상 전술한 설계만으로는 해결할 수 없는 경우도 있다.The cause of the crankshaft vibration is due to the inertia force caused by the reciprocating part of the piston and the mass of the crankshaft mechanism, etc. The unbalanced state of the crank mechanism can be solved by the design of the flywheel, balance weight, etc. In some cases, the design described above cannot be solved.

이러한 진동을 상쇄하기 위한 수단의 하나는 밸런스샤프트를 두는 것으로, 피스톤로드의 요동등에 따른 기진모멘트를 상쇄하기 위하여 밸런스샤프트를 상하방향으로 설치하여 하나는 크랭크축과 동일 방향으로 다른 하나는 크랭크축과 반대 방향을 회전하도록 한다.One means for canceling such vibration is to put a balance shaft, and in order to offset the vibration moment caused by the fluctuation of the piston rod, the balance shaft is installed in the up and down direction, one in the same direction as the crank shaft and the other in the same direction as the crank shaft. Rotate in the opposite direction.

또한 크랭크축은 피스톤 기구가 하향할 때, 크랭크핀에 가해지는 충격으로 크랭크축이 비틀리는 현상이 발생하는바, 비틀림진동을 제어하기 위하여 도1에 도시한 바와같이 크랭크축의 선단에 댐퍼풀리(4)를 설치한다.In addition, the crankshaft is a phenomenon that the crankshaft is twisted due to the impact applied to the crank pin when the piston mechanism is downward, as shown in Figure 1 to control the torsional vibration damper pulley (4) Install it.

댐퍼풀리는 싱글매스타입, 또는 더블매스타입 또는 비스커스타입등으로 외주에 러버, 또는 실린콘오일등을 매개로 관성매스를 설치하여 구성되어, 크랭크축에 회전방향 또는 회전반대방향으로 가속도가 발생하여 비틀임이 발생하면 관성매스의 관성에 의해 비틀림을 상쇄하도록 작동하여 비틀림진동을 억제하는 효과가 있다.The damper pulley is composed of single mass type, double mass type, or viscous type, and is installed by installing inertial mass on the outer circumference through rubber or cylinder oil, and the acceleration occurs in the crankshaft in the direction of rotation or anti-rotation. When it occurs, the inertial mass acts to offset the torsion by the inertia, thereby suppressing the torsional vibration.

한 편, 크랭크축에는 피스톤 기구의 상화왕복운동에 의해 굽힘진동이 발생하는 바, 굽힘진동은 크랭크축의 선단이 위아래로 흔들리므로 플라이휠이나 댐퍼풀리가 상하로 흔들리는 현상으로, 소음을 일으키는 주요원인이 된다.On the other hand, the crankshaft causes bending vibration due to the reciprocating movement of the piston mechanism, and the bending vibration causes the flywheel or damper pulley to shake up and down because the tip of the crankshaft swings up and down, which is the main cause of noise. .

이러한 크랭크축의 굽힘진동으로 프라이휠 뿐아니라 메인베어링을 설치하는 메인베어링 캡이 도1에 도시한 바와 같은 방향으로 진동하므로 그 소음정도가 보다 커지게 된다.The crankshaft bending vibration causes the main bearing cap to install not only the fry wheel but also the main bearing to vibrate in the direction as shown in FIG.

이러한 메인 베어링캡의 축방향의 진동을 제어하기위한 수단은 없고 다만, 상하방향으로 축이 굽혀지는 현상을 제어하기 위하여 댐퍼풀리를 설계할 때, 풀리의 외주만 아니라 댐퍼의 내주에도 러버등을 매개로 하여 관성매스를 설치하는 방법이 사용되고 있다.There is no means for controlling the vibration in the axial direction of the main bearing cap. However, when designing the damper pulley to control the bending of the shaft in the up and down direction, the rubber is not only applied to the inner circumference of the damper but also the outer periphery of the pulley. As a result, a method of installing an inertial mass has been used.

즉 크랭크축과 가까운 위치에서 회전하는 관성매스는 크랭크축의 선단의 진동을 감쇠시키는 원주운동을 하므로 굽힘진동을 제어하는 효과가 있다.In other words, the inertial mass rotating near the crankshaft has a circumferential motion that attenuates the vibration of the crankshaft tip, thereby controlling bending vibration.

그러나 이러한 기구들만으로 크랭크축에서 발생하는 굽힘 진동을 모두 없애는 것은 힘든 일이므로 메이베어링 캡의 진동을 제어할 수 있는 수단이 요구된다.However, it is difficult to eliminate all the bending vibrations occurring in the crankshaft by these mechanisms alone, and thus a means for controlling the vibration of the may bearing cap is required.

본 발명은 전술한 요구에 따른 것으로, 종래의 자동차 메인베어링 캡의 축방향진동을 제어하기 위하여 전류가 흐르면 압축 또는 인장하는 피에조 소자를 이용하여 메인 베어링 캡의 진동을 능동적으로 제어하도록 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.The present invention is in accordance with the above-described demands, the main body for the automobile to actively control the vibration of the main bearing cap by using a piezo element that compresses or tensions when current flows in order to control the axial vibration of the conventional vehicle main bearing cap It is a technical task to provide a bearing cap vibration active control system.

도 1은 본 발명에 따른 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 검출부와 작동부의 설치상태도1 is an installation state diagram of the detection unit and the operating unit of the main bearing cap vibration active control system according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 제어회로도2 is a control circuit diagram of the main bearing cap vibration active control system according to the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 베어링저널, 2 : 메인베어링 캡, 3,3' : 피에조소자, 4,4' : 스트레인 게이지, 5 : 전자제어장치1: bearing journal, 2: main bearing cap, 3,3 ': piezo element, 4,4': strain gage, 5: electronic control device

본 발명은 전술한 기술적과제를 해결하기 위한 수단으로, 크랭크저어널부와, 크랭크 핀과, 플라이 휠과, 댐퍼풀리와, 베어링 캡 및 캡 볼트를 구비하는 크랭크기구에 있어서,The present invention provides a crank mechanism including a crank journal part, a crank pin, a fly wheel, a damper pulley, a bearing cap, and a cap bolt as a means for solving the above technical problem.

상기 크랭크저널부(1)와 베어링 캡(2) 사이에 설치된 피에조소자(3)(3')와, 베어링캡에 설치된 스트레인게이지(4)(4')와, 스트레인게이지로부터 검출된 응력이 인장력이면 상기 피에조소자를 압축하도록 하고 압축력이면 상기 피에조호자를 인장시키도록 제어하는 전자제어장치(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공한다.The piezoelectric element (3) (3 ') provided between the crank journal portion (1) and the bearing cap (2), the strain gauge (4) (4') provided on the bearing cap, and the stress detected from the strain gauge are tensile forces The present invention provides an automobile main bearing cap vibration active control system comprising an electronic controller 5 for compressing the piezo element and controlling the piezo protector to tension the piezo element.

이하 본 발명에 따른 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 구성 및 작동상태를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a configuration and an operating state of a vehicle main bearing cap vibration active control system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 주요부는 검출부인 스트레인 게이지(4)(4')와, 제어부인 전자제어장치(5), 그리고 작동부인 피에조소자(3)(3')로 구성된다.The main part of this invention consists of the strain gauge 4 (4 ') which is a detection part, the electronic control apparatus 5 which is a control part, and the piezo element 3 (3') which is an operation part.

스트레인 게이지는 회전운동하는 크랭크축에 진동이 발생하면 이를 검출하는 역할을 하며, 크랭크축의 진동에 따른 축력의 발생을 검출한다.The strain gauge detects the occurrence of vibration in the crankshaft which rotates and detects the generation of the axial force due to the vibration of the crankshaft.

스트레인 게이지는 응력이 가해지면 전압을 발생시키도록 하는 소자로 이루어진다.Strain gauges consist of devices that generate a voltage when stress is applied.

설치위치는 베어링캡이 진동 하면서 발생하는 응력을 측정하는 목적에 맞게 베어링캡에 설치되며, 바람직 하기로는 크랭크캡(2)의 축방향 양단에 각각 한쌍(4)(4')이 설치 되도록 한다.The installation position is installed on the bearing cap in accordance with the purpose of measuring the stress generated while the bearing cap is vibrating, and preferably, a pair (4) (4 ') of each of the axial ends of the crank cap (2) is installed.

피에조소자는 크랭크축에 진동이 발생하여 축력이 발생하면 이를 제어하기위한 감쇠력을 발생하는 작동부로서 전류를 흘리면 압축력 또는 인장력이 발생하는 소자이다.Piezo element is an operating unit that generates a damping force to control when the vibration occurs in the crankshaft to generate the axial force is a device that generates a compressive force or a tensile force when the current flows.

피에조소자의 압축력과, 인장력의 발생은 피에조소자에 가하는 전압의 극성을 바꿔주는 제어로서 실행된다.The compression force of the piezoelectric element and the generation of the tensile force are performed as a control for changing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric element.

피에조소자의 설치위치는 도1에 도시한 바와 같이 크랭크 저널부와 베어링캡의 사이에 설치된다.The installation position of the piezo element is installed between the crank journal portion and the bearing cap as shown in FIG.

피에조소자와 스트레인 게이지는 한 조를 이루어 작동하도록 상하 위치에 설치되며, 이는 전자제어장치에의해 제어된다.Piezo elements and strain gages are installed in up and down positions to operate in pairs, which are controlled by electronic controls.

전자제어장치(5)는 상기 스트레인 게이지로부터 검출된 축력을 기초로 인장응력인지 압축응력인지를 판단하고 작동부인 피에조소자에 상기의 응력을 상쇄하도록 하는 대응력을 발생시키도록 제어를 한다.The electronic controller 5 determines whether it is a tensile stress or a compressive stress based on the axial force detected from the strain gauge, and controls to generate a corresponding force for canceling the stress in the piezo element, which is an operating part.

즉 상기 스트레인 게이지가 크랭크축의 진동에 따라 압축되게 되면 해당 스트레인 게이지와 한 조를 이루도록 상부에 설치된 피에조소자는 인장하도록 하며, 스트레인 게이지가 인장되면 해당 스트레인 게이지와 한 조를 이루는 상부의 피에조소자는 압축하도록 한다.That is, when the strain gauge is compressed according to the vibration of the crankshaft, the piezoelectric element installed at the upper part to be tensioned with the corresponding strain gauge is tensioned, and when the strain gauge is tensioned, the upper piezoelectric element with the corresponding strain gauge is compressed. Do it.

전자제어장치는 마이크로 컴퓨터 및 주변회로를 이용하여 구성될 수 있으나, 작동상태는 자동적으로 이루어지고 빠른 시간내에 적응하여 진동의 평형상태를 유지하도록 하여야 하는 특성을 지닌 브릿지 회로를 기본으로 구성하면 바람직하다.The electronic control device may be configured using a microcomputer and a peripheral circuit, but it is preferable to construct a bridge circuit having a characteristic of automatically operating and adapting in a short time to maintain a balanced state of vibration. .

브릿지회로는 각 저항이 평형상태를 이루면 전류의 흐름이 정지 상태이지만 평형이 깨어지면 전류의 흐름을 발생시키고 전류의 흐르는 방향도 불평형상태의 종류에 따라 달라지게 된다.In the bridge circuit, when each resistor is in an equilibrium state, the flow of current is stopped, but when the equilibrium is broken, the flow of current is generated, and the direction of the current also varies according to the type of unbalance.

전술한 스트레인 게이지와 전자제어장치 그리고 피에조소자는 도 3에 도시한 바와 같이 한 조로 구성되도록 이루어지면 바람직 하다.The strain gauge, the electronic controller and the piezoelectric element described above are preferably constituted as a pair as shown in FIG.

프랭크 축에 축력이 발생하여 진동이 일어나면 스트레인 게이지에 인장력 또는 압축력이 일어나고 그 결과 회로의 평형상태가 깨어지게 되므로 피에조소자에 전류가 흐르게되어 대응하는 응력을 발생시키고 이러한 결과 진동을 억제하는 효과가 있다.When axial force is generated in the shaft and vibration is generated, strain or compressive force is generated in the strain gauge, and as a result, the equilibrium state of the circuit is broken, so that a current flows in the piezoelectric element to generate a corresponding stress, thereby suppressing the vibration. .

전술한 바와 같이 스트레인 게이지, 전자제어장치, 피에조소자를 한 개의 조로하여 이 한 조를 크랭크축의 저널부마다 베어링 캡에 설치하면 각각 독립적으로 작동하는 각 조의 작동으로 메인베어링캡의 개별적인 진동을 제어할 수 있다.As described above, if a strain gage, an electronic control device, and a piezo element are installed in a pair of bearing caps for each journal part of the crankshaft, each pair of independent actuations can control the individual vibration of the main bearing cap. Can be.

전술한 바와 같이 구성되어 작동하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 제공으로 크랭크축의 회전진동에 따른 메인베어링캡의 축방향진동을 상쇄시키도록 하므로 자동차 엔진으로 부터의 진동소음을 제어하여 차량의 승차감 등을 개선할 수 있게 되었다.By providing an active control system for the main bearing cap vibration for automobiles, which is configured and operated as described above, the axial vibration of the main bearing cap is offset by the rotational vibration of the crankshaft, thereby controlling vibration noise from the engine of the vehicle. It is possible to improve riding comfort.

Claims (3)

크랭크저어널부와, 크랭크 핀과, 플라이 휠과, 댐퍼풀리와, 베어링 캡 및 캡 볼트를 구비하는 크랭크기구에 있어서, 상기 크랭크저널부(1)와 베어링 캡(2) 사이에 피에조소자와, 베어링캡에 설치된 스트레인게이지와, 스트레인게이지로부터 검출된 응력이 인장력이면 상기 피에조소자를 압축하도록 하고 압축력이면 상기 피에조소자를 인장시키도록 제어하는 전자제어장치(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템.A crank mechanism comprising a crank journal portion, a crank pin, a fly wheel, a damper pulley, a bearing cap and a cap bolt, wherein the piezo element and the bearing are connected between the crank journal portion 1 and the bearing cap 2. And a strain gauge installed in the cap, and an electronic controller (5) for controlling the piezoelectric element to compress the piezoelectric element if the stress detected from the strain gauge is the tensile force and to tension the piezoelectric element if the compressive force. Bearing cap vibration active control system. 제 1 항에 있어서, 상기 피에조소자 및 스트레인 게이지는 메인베어링 캡의 종축방향으로 양단부에 설치된 각각 한 쌍의 피에조소자(3)(3') 및 스트레인 게이지(4)(4')인 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템.2. The piezoelectric element and strain gauge according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element and the strain gauge are a pair of piezoelectric elements (3) (3 ') and strain gauges (4) (4') respectively provided at both ends in the longitudinal axis direction of the main bearing cap. Automotive main bearing cap vibration active control system. 제 1항 또는 제 2항에 있어서 상기 전자제어장치(5)는 브릿지회로를 이용하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템.3. The main control cap vibration active control system for vehicle according to claim 1 or 2, wherein the electronic control device (5) is configured using a bridge circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8834027B2 (en) 2011-01-13 2014-09-16 Fouad Y. Zeidan Damper having modular flexible ligaments and variable gaps
US8845196B2 (en) 2007-04-13 2014-09-30 Jongsoo Kim Compliant bearing

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