KR100251359B1 - Active control system of vibration of automotive main bearing cap - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An active control system of main bearing cap vibration is provided to improve driving experience by controlling vibration from a vehicle engine with offsetting vibration of a cap to a crankshaft by rotational vibration of the crankshaft. CONSTITUTION: A vibration control system is composed of piezoelectric elements(3,3') between a bearing cap(2) combined with an engine block to support a crank journal(1) and the crank journal; strain gauges(4,4') installed between piezoelectric elements and the bearing cap; and an electronic control unit compressing piezoelectric elements in case of the detected stress from the strain gauge to be tension, and straining piezoelectric elements in case of the detected stress to be the compressive force. A set composed of strain gauges, the electronic control unit and piezoelectric elements is installed between the crank journal and the bearing cap. Individual vibration of the main bearing cap is controlled with operating each set.

Description

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

본 발명은 자동차용 엔진의 진동제어시스템에 관한 것으로서, 특히 크랭크축의 메인베어링 캡의 진동을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration control system for an automobile engine, and more particularly to a system for controlling vibration of a main bearing cap of a crankshaft.

본 발명은, 크랭크축의 베어링 캡과 엔진블록 사이에 피에조소자를 설치하여 메인베어링의 진동을 능동제어하도록 하여 엔진의 진동소음을 줄일 수 있도록하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a main bearing cap vibration active control system for automobiles in which piezoelectric elements are installed between the crankshaft bearing cap and the engine block to actively control the vibration of the main bearing to reduce vibration noise of the engine. It is done.

종래의 자동차에는 차량의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진이 설치되어 있는 바, 엔진은 연소실내에서 폭발하면서 팽창하는 공기의 팽창력을 피스톤과 피스톤로드의 왕복운동으로 변화시키고, 이를 제1도에 도시된 바와 같은 구조의 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시키고, 최종적으로는 차륜으로 회전력을 전달하여 차량을 움직이도록 설계된다.Conventional automobiles are provided with an engine for generating power for driving the vehicle. The engine changes 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 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 얻기 위한 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 obtaining continuous power by applying the motion to the piston. Since the crankshaft has various kinds of force acting, it receives bending and torsion. It is made of alloy steel with high fatigue resistance, abrasion resistance and elasticity.

크랭크축의 구성은 크랭크 저어널, 밸런스 웨이트, 크랭크 핀 등으로 이루어지며, 베어링 캡(2)에 설치된 미끄럼베어링 형식의 메인 베어링에 의해 크랭크저어널부가 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 bearing cap 2.

크랭크저어널부(1)와 메인베어링의 사이에는 오일이 채워져서 유막을 형성하므로 크랭크축이 회전운동할 때 메인베어링 위에 미끄럼운동을 하기에 적합하도록 한다.Since oil is filled between the crank journal part 1 and the main bearing to form an oil film, the crank shaft is adapted to slide on the main bearing when the crank shaft rotates.

피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크축에 발생하는 진동은 굽힘진동, 비틀림 진동 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 due to bending vibration, torsional vibration, etc., and reducing this becomes an important task in reducing the engine noise.

이러한 크랭크축의 진동의 원인은 피스톤의 왕복부 및 크랭크축기구의 질량 등에 의한 관성력 등에 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 using a design such as a flywheel or a balance weight. In some cases, the design described above cannot be solved.

이러한 진동을 상쇄하기 위한 수단의 하나는 밸런스샤프트를 두는 것으로, 피스톤로드의 요동 등에 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 제1도에 도시한 바와 같이 크랭크축의 선단에 댐퍼풀리를 설치한다.In addition, the crankshaft causes the crankshaft to twist due to the impact applied to the crank pin when the piston mechanism moves downward. As shown in FIG. 1, a damper pulley is installed at the tip of the crankshaft to control the torsional vibration. do.

댐퍼풀리는 싱글매스타입, 또는 더블매스타입 또는 비스커스타입 등으로 외주에 러버, 또는 실린콘 오일 등을 매개로 관성매스를 설치하여 구성되어, 크랭크축에 회전방향 또는 회전반대방향으로 가속도가 발생하여 비틀림이 발생하면 관성매스의 관성에 의해 비틀림을 상쇄하도록 작동하여 비틀림진동을 억제하는 효과가 있다.The damper pulley is a single mass type, double mass type, or biscus type, and is formed by installing an inertial mass on the outer circumference through rubber or silicon oil, and twisting due to acceleration in the direction of rotation or counter rotation in the crankshaft. When this occurs, it operates to offset the torsion by the inertia of the inertial mass, thereby suppressing the torsional vibration.

한편, 크랭크축에는 피스톤 기구의 상하왕복운동에 의해 굽힘진동이 발생하는 바, 굽힘진동은 크랭크축의 선단이 위아래로 흔들리므로 플라이휠이나 댐퍼풀리가 상하로 흔들리는 현상으로, 소음을 일으키는 주요원인이 된다.On the other hand, the crank shaft is a bending vibration is generated by the up and down reciprocating movement of the piston mechanism, the bending vibration is a phenomenon that the flywheel or damper pulley swings up and down because the front end of the crank shaft swings up and down, causing noise.

이러한 크랭크축의 굽힘진동으로 플라이휠 뿐만 아니라 메인베어링을 설치하는 메인베어링 캡(2)이 제1도에 도시한 바와 같이 방향으로 진동하므로 그 소음정도가 보다 커지게 된다.The bending vibration of the crankshaft causes the main bearing cap 2 for installing the main bearing as well as the flywheel to vibrate in the direction as shown in FIG.

이러한 메인 베어링 캡(2)이 크랭크축의 축방향으로 진동하는 것을 제어하기 위한 수단은 없고 다만, 상하방향으로 축이 굽혀지는 현상을 제어하기 위하여 댐퍼풀리를 설계할 때, 풀리의 외주 뿐만 아니라 댐퍼의 내주에도 러버 등을 매개로 하여 관성매스를 설치하는 방법이 사용되고 있다.There is no means for controlling the vibration of the main bearing cap 2 in the axial direction of the crankshaft. However, when the damper pulley is designed to control the phenomenon that the shaft is bent in the vertical direction, the damper pulley as well as the outer periphery of the pulley In the inner circumference, a method of installing an inertial mass through a rubber or the like is also 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 메인베어링 캡(2)의 진동을 제어할 수 있는 수단이 요구된다.However, it is difficult to eliminate all the bending vibrations occurring in the crankshaft by only these mechanisms, so a means for controlling the vibrations of the main bearing cap 2 is required.

본 발명은 전술한 요구에 따른 것으로, 종래의 자동차 메인베어링 캡이 크랭크축의 축방향으로 진동하는 것을 제어하기 위하여, 전류가 흐르면 압축 또는 인장하는 피에조소자를 이용하여 메인 베어링 캡의 진동을 능동적으로 제어하도록 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is in accordance with the above-described requirements, in order to control the vibration of the conventional vehicle main bearing cap in the axial direction of the crankshaft, actively controlling the vibration of the main bearing cap by using a piezo element that compresses or tensions when current flows. It is a technical problem to provide an active control system for an automobile main bearing cap vibration.

본 발명은 전술한 기술적과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은, 크랭크저어널부를 회전 가능하게 지지하기 위해 엔진블록에 결합되는 베어링 캡과, 상기 크랭크저어널부 사이에 설치된 한쌍의 피에조소자; 상기 피에조소자와 베어링 캡 사이에 설치된 한쌍의 스트레인 게이지; 및 상기한 스트레인 게이지로부터 검출된 응력이 인장력이면 상기 피에조소자를 압축하도록 하고, 응력이 압축력이면 상기 피에조소자를 인장시키도록 제어하는 전자제어장치를 구비한 것을 특징으로 한다.The present invention is a means for solving the above technical problem, the present invention, a bearing cap coupled to the engine block for rotatably supporting the crank journal portion, a pair of piezo elements installed between the crank journal portion; A pair of strain gauges installed between the piezo element and the bearing cap; And an electronic controller configured to compress the piezoelectric element if the stress detected from the strain gauge is a tensile force, and to tension the piezoelectric element if the stress is a compressive force.

제1도는 본 발명에 따른 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 검출부와 작동부의 설치상태도.1 is an installation state of the detection unit and the operating unit of the main bearing cap vibration active control system according to the present invention.

제2도는 본 발명에 따른 메인베어링 캡 진동 능동제어시스템의 제어회로도.2 is a control circuit diagram of the main bearing cap vibration active control system according to the present invention.

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

1 : 베어링저어널 2 : 메인베어링 캡1: Bearing Journal 2: Main Bearing Cap

3, 3' : 피에조소자 4, 4' : 스트레인 게이지3, 3 ': Piezo element 4, 4': Strain gage

5 : 전자제어장치5: Electronic control device

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 전자 제어장치(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 게이지(4)(4')는 회전운동하는 크랭크축에 진동이 발생하면 이를 검출하는 역할을 하며, 크랭크축의 진동에 따른 축력의 발생을 검출한다.Strain gauges (4) (4 ') serves to detect when vibration occurs in the crankshaft to rotate, and detects the generation of axial force due to the vibration of the crankshaft.

스트레인 게이지(4)(4')는 응력이 가해지면 전압을 발생시키도록 하는 소자로 이루어진다.Strain gauges 4 and 4 'are made of elements that generate a voltage when stress is applied.

상기 스트레인 게이지의 설치위치는, 베어링 캡(2)이 진동하면서 발생하는 응력을 측정하는 목적에 맞게 베어링 캡(2)에 설치되며, 바람직하기로는 베어링 캡(2)의 양단에 각각 한쌍(4)(4')이 설치 되도록 한다.The installation position of the strain gauge is installed on the bearing cap 2 for the purpose of measuring the stress generated while the bearing cap 2 vibrates, preferably a pair of four at each end of the bearing cap 2, respectively. (4 ') is installed.

피에조소자(3)(3')는 크랭크축에 진동이 발생하여 축력이 발생하면 이를 제어하기위한 감쇠력을 발생하는 작동부로서 전류를 흘리면 압축력 또는 인장력이 발생하는 소자이다.Piezoelectric element (3) (3 ') is an operating unit for generating a damping force for controlling the vibration when the crankshaft generates the axial force is a device that generates a compressive or tensile force when the current flows.

피에조소자(3)(3')의 압축력 및 인장력의 발생은 피에조소자(3)(3')에 가하는 전압의 극성을 바꿔주는 제어로서 실행된다.The generation of the compressive and tensile forces of the piezoelectric elements 3 and 3 'is executed as a control for changing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric elements 3 and 3'.

이 피에조소자(3)(3')는, 제1도에 도시한 바와 같이 크랭크 저어널부(1)와 베어링 캡(2)의 사이에 설치된다.This piezoelectric element 3 (3 ') is provided between the crank journal part 1 and the bearing cap 2, as shown in FIG.

피에조소자(3)(3')와 스트레인 게이지(4)(4')는 한조를 이루어 작동하도록 상하 위치에 설치되며, 이는 전자제어장치에 의해 작동 제어된다.The piezoelectric elements 3 and 3 'and the strain gauges 4 and 4' are installed in an up and down position to operate in a pair, which are operated and controlled by an electronic controller.

전자제어장치(5)는 상기 스트레인 게이지(4)(4')로부터 검출된 축력을 기초로 인장응력인지 압축응력인지를 판단하고 작동부인 피에조소자(3)(3')에 상기의 응력을 상쇄하도록 하는 대응력을 발생시키도록 제어를 한다.The electronic controller 5 judges whether the tensile stress or the compressive stress is based on the axial force detected from the strain gauges 4 and 4 ', and cancels the above stress on the piezoelectric element 3 and 3' which is the operating part. Control to generate the corresponding force to make.

즉 상기 스트레인 게이지(4)(4')가 크랭크축의 진동에 따라 압축하게 되면 해당 스트레인 게이지(4 또는 4')와 한 조를 이루도록 상부에 설치된 피에조소자(3 또는 3')는 인장하도록 하며, 스트레인 게이지(4 또는 4')가 인장되면 해당 스트레인 게이지(4 또는 4')와 한 조를 이루는 상부의 피에조소자(3 또는 3')는 압축하도록 한다.That is, when the strain gauge (4) (4 ') is compressed according to the vibration of the crankshaft, the piezoelectric element (3 or 3') installed on the upper to form a pair with the strain gauge (4 or 4 ') to tension, When the strain gauge 4 or 4 'is tensioned, the upper piezoelectric element 3 or 3' constituting the pair with the strain gauge 4 or 4 'is compressed.

전자제어장치(5)는 마이크로 컴퓨터 및 주변회로를 이용하여 구성될 수 있으나, 작동상태는 자동적으로 이루어지고 빠른 시간 내에 응답하여 진동의 평형상태를 유지하도록 하여야 하는 특성을 지닌 브릿지 회로를 기본으로 구성하면 바람직하다.The electronic control device 5 may be configured using a microcomputer and a peripheral circuit, but the operating state is automatically configured and basically constitutes a bridge circuit having a characteristic of maintaining an equilibrium state of vibration in response to a quick time. Is preferable.

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

전술한 스트레인 게이지(4)(4')와 전자제어장치(5) 그리고 피에조소자(3)는 제3도에 도시한 바와 같이 한 조로 구성되도록 이루어지는 것이 바람직하다.The strain gauges 4, 4 ', the electronic controller 5, and the piezoelectric element 3 described above are preferably configured in a pair as shown in FIG.

크랭크축에 축력이 발생하여 진동이 일어나면 스트레인 게이지(4)(4')에 인장력 또는 압축력이 일어나고 그 결과 회로의 평형상태가 깨어지게 되므로 피에조소자(3)(3')에 전류가 흐르게되어 대응하는 응력을 발생시키고 이러한 결과 진동을 억제하는 효과가 있다.When axial force occurs on the crankshaft and vibration occurs, strain or compressive force is generated on the strain gauges (4) and (4 '), and as a result, the circuit equilibrium is broken, so that a current flows in the piezoelectric element (3) (3'). There is an effect of generating a stress to suppress the vibration as a result.

전술한 바와 같이 스트레인 게이지(4)(4'), 전자제어장치(5), 피에조소자 (3)(3')을 한 개의 조로 하여 이 한 조를 크랭크축의 저어널부(1)마다 베어링 캡 (2)에 설치하면 각각 독립적으로 작동하는 각 조의 작동으로 메인베어링 캡(2)의 개별적인 진동을 제어할 수 있다.As described above, the strain gauges 4, 4 ', the electronic controller 5, and the piezoelectric elements 3, 3' are formed into one pair, and the pair is replaced by a bearing cap (for each journal portion 1 of the crankshaft). 2), it is possible to control the individual vibration of the main bearing cap (2) by the operation of each group to operate independently of each other.

전술한 바와 같이 구성되어 작동하는 자동차용 메인베어링 캡 진동 능동 제어시스템의 제공으로 크랭크축의 회전진동에 의해 메인베어링 캡이 크랭크축의 축방향으로 진동하는 것을 상쇄시킴으로써, 자동차 엔진으로 부터의 진동소음을 제어하여 차량의 승차감 등을 개선 할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.Vibration noise from the car engine is controlled by providing the main bearing cap vibration active control system for automobiles configured and operated as described above to cancel the main bearing cap vibrating in the axial direction of the crank shaft by the rotational vibration of the crank shaft. There is a very excellent effect that can improve the ride comfort of the vehicle.

Claims (3)

크랭크저어널부(1)를 회전 가능하게 지지하기 위해 엔진블록에 결합되는 베어링 캡(2)과, 상기 크랭크저어널부(1) 사이에 설치된 한쌍의 피에조소자(3, 3'); 상기 피에조소자(3, 3')와 베어링 캡(2) 사이에 설치된 한쌍의 스트레인 게이지(4, 4'); 및 상기한 스트레인 게이지(4, 4')로부터 검출된 응력이 인장력이면 상기 피에조소자(3, 3')를 압축하도록 하고, 응력이 압축력이면 상기 피에조소자(3, 3')를 인장시키도록 제어하는 전자제어장치(5)를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동제어시스템.A bearing cap (2) coupled to the engine block to rotatably support the crank journal portion (1), and a pair of piezo elements (3, 3 ') provided between the crank journal portion (1); A pair of strain gauges 4 and 4 'installed between the piezo elements 3 and 3' and the bearing cap 2; And compressing the piezoelectric elements 3 and 3 'when the stress detected from the strain gauges 4 and 4' is a tensile force, and tensioning the piezoelectric elements 3 and 3 'when the stress is a compressive force. Vibration control system for a vehicle main bearing cap characterized in that it comprises an electronic control device (5). 제1항에 있어서, 상기 피에조소자 및 스트레인 게이지는, 상기 베어링 캡(2)의 종축방향으로 양단부에 설치된 각각 한 쌍의 피에조소자(3)(3') 및 스트레인 게이지(4)(4')인 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동제어시스템.The piezoelectric element and strain gauge according to claim 1, wherein each of the pair of piezoelectric elements (3) (3 ') and strain gauges (4) (4') provided at both ends in the longitudinal axis direction of the bearing cap (2). Automotive main bearing cap vibration control system, characterized in that. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자제어장치(5)는, 브릿지회로를 이용하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 메인베어링 캡 진동제어시스템.The main control cap vibration control system for automobile according to claim 1 or 2, wherein the electronic control device (5) is configured using a bridge circuit.
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