KR100251360B1 - Active control system of vibration of automotive crankshaft - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차용 엔진의 진동제어시스템에 관한 것으로서, 특히 크랭크축의 진동을 제어하기 위한 시스템에 관한것이다.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 crankshaft.
본 발명은, 크랭크축의 베어링 캡과 엔진블록 사이에 피에조소자를 설치하여 크랭크축의 진동을 능동제어하도록 하여 엔진의 진동소음을 줄일 수 있도록하는 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a crankshaft vibration active control system for automobiles in which a piezoelectric element is installed between a crankshaft bearing cap and an engine block to actively control the vibration of the crankshaft to reduce vibration noise of the engine. .
종래의 자동차에는 차량의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진이 설치되어 있는 바, 엔진은 연소실내에서 폭발하면서 팽창하는 공기의 팽창력을 피스톤과 피스톤로드의 왕복운동으로 변환시키고, 이를 제1도에 도시된 바와 같은 구조의 크랭크축을 이용하여 회전운동으로 변환시키고, 최종적으로는 차륜으로 회전력을 전달하여 차량을 움직이도록 설계된다.Conventional automobiles are equipped with an engine that generates power for driving the vehicle, which converts the expansion force of the air that expands while exploding in the combustion chamber into the reciprocating motion of the piston and the piston rod, as 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 크랭크저어널(2), 밸런스 웨이트, 크랭크 핀 등으로 이루어지며, 베어링 캡(2)에 설치된 미끄럼베어링 형식의 메인 베어링(7)에 의해 크랭크저어널부가 지지되고 있다.The structure of the crankshaft consists of a crank journal 2, a balance weight, a crank pin, etc., and the crank journal part is supported by the main bearing 7 of the sliding bearing type provided in the bearing cap 2. As shown in FIG.
크랭크저어널부(2)와 메인베어링(7)의 사이에는 오일이 채워져서 유막을 형성하므로 크랭크축이 회전운동할 때 메인베어링(7) 위에서 미끄럼운동을 하기에 적합하도록 한다.Since the oil is filled between the crank journal part 2 and the main bearing 7 to form an oil film, the crank shaft is adapted to slide on the main bearing 7 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 데 중요과제로 대두된다.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 is an important task to reduce the noise of the engine.
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 크랭크축와 반대방향을 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 opposite to the crank shaft. Rotate the direction.
또한 크랭크축은 피스톤 기구가 하향할 때, 크랭크핀에 가해지는 충격으로 크랭크축이 비틀리는 현상이 발생하는바, 비틀림진동을 제어하기 위하여 제1도에 도시한 바와 같이, 크랭크축의 선단에 댐퍼풀리(4)를 설치한다.In addition, the crankshaft is a phenomenon in which the crankshaft is twisted due to the impact applied to the crank pin when the piston mechanism is downward, as shown in FIG. 1 to control the torsional vibration, the damper pulley ( 4) Install.
댐퍼풀리는 싱글매스타입, 또는 더블매스타입 또는 비스커스타입 등으로 외주에 러버, 또는 실린콘오일 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 a rubber or a cylinder 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 제1도와 같은 굽힘진동이 발생하는 바, 굽힘진동은 크랭크축의 선단이 위아래로 흔들리므로 플라이휠이나 댐퍼풀리가 상하로 흔들리는 현상으로, 소음을 일으키는 주요원인이 된다.On the other hand, the crankshaft causes the bending vibration as shown in FIG. 1 by the up and down movement of the piston mechanism, and the bending vibration is the phenomenon that the flywheel or the damper pulley shakes up and down because the tip of the crankshaft swings up and down. Cause.
이러한 상하방향으로 축이 굽혀지는 현상을 제어하기 위하여 댐퍼풀리(4)를 설계할 때, 풀리의 외주만 아니라 댐퍼의 내주에도 러버 등을 매개로 하여 관성매스를 설치하는 방법이 사용되고 있다.When the damper pulley 4 is designed to control such a phenomenon that the shaft is bent in the vertical direction, a method of installing an inertial mass through a rubber or the like not only on the outer circumference of the pulley but also on the inner circumference of the damper is 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 진동을 모두 없애는 것은 힘든 일이므로 보다 세밀한 진동까지도 제어할 수 있는 수단이 요구된다.However, it is difficult to eliminate all the vibrations generated by the crankshaft by these mechanisms alone, and thus a means for controlling even finer vibrations is required.
본 발명은 전술한 요구에 따른 것으로, 종래의 자동차 크랭크축의 굽힘 진동 및 비틀림진동을 제어하기 위하여 전류가 흐르면 압축 또는 인장하는 피에조소자를 이용하여 플라이휠 및 댐퍼의 미세한 진동을 능동적으로 제어하도록하는 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.The present invention is in accordance with the above-described demands, for the automobile to actively control the fine vibration of the flywheel and damper using a piezo element that compresses or tensions when current flows in order to control the bending vibration and torsional vibration of the conventional car crankshaft. It is a technical task to provide a crankshaft vibration active control system.
전술한 바와 같이 구성되어 작동하는 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 제공으로 크랭크축에서 발생하는 굽힘진동 및 비틀림진동을 상쇄시키도록 하므로 자동차의 진동소음을 제어하여 차량의 승차감 등을 개선 할 수 있도록 한다.By providing the crankshaft vibration active control system for automobiles configured and operated as described above, it is possible to offset the bending and torsional vibrations generated in the crankshaft so that the vibration noise of the car can be controlled to improve the ride comfort of the vehicle. do.
본 발명은 전술한 기술적과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은, 크랭크저어널부를 회전 가능하게 지지하기 위해 엔진블록에 결합되는 베어링 캡과 상기 엔진블록 사이에 배치된 한쌍의 피에조소자, 상기 베어링 캡을 상기 엔진블록에 고정하기 위한 복수의 캡볼트에 의해 상기 베어링 캡의 하면에 배치되는 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 pair of piezo elements disposed between the engine cap and the bearing cap coupled to the engine block for rotatably supporting the crank journal portion, the bearing A pair of strain gauges disposed on the lower surface of the bearing cap by a plurality of cap bolts for fixing the cap to the engine block, and if the stress detected from the strain gauge is a tensile force to compress the piezo element, If the compressive force is characterized in that it comprises an electronic control device for controlling the tensioning of the piezo element.
제1도는 종래의 자동차의 크랭크축에서 발생하는 진동상태를 도시한 도면.1 is a view showing a vibration state occurring in the crankshaft of a conventional vehicle.
제2도는 본 발명에 따른 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 주요부의 설치상태를 도시한 도면.2 is a view showing the installation state of the main part of the crankshaft vibration active control system for automobiles according to the present invention.
제3도는 본 발명에 따른 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 제어를 위한 기구의 블록도.3 is a block diagram of a mechanism for control of a crankshaft vibration active control system for a vehicle according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 제어를 위한 회로의 일 실시예를 도시한 도면이다.4 is a diagram showing an embodiment of a circuit for controlling the crankshaft vibration active control system for a vehicle according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
2 : 크랭크축 3 : 플라이휠2: crankshaft 3: flywheel
4 : 댐퍼풀리 6 : 베어링 캡4: damper pulley 6: bearing cap
7 : 메인 베어링 8 : 엔진블록7: main bearing 8: engine block
9, 9' : 피에조소자 10, 10' : 스트레인 게이지9, 9 ': Piezo element 10, 10': Strain gage
11 : 베어링 볼트 12 : 전자제어장치11 bearing bolt 12 electronic control device
이하, 본 발명에 따른 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 구성 및 작동상태를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the crankshaft vibration active control system for a vehicle according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 주요부는 검출부인 스트레인 게이지(10)(10')와, 제어부인 전자제어장치(12), 그리고 작동부인 피에조소자(9)(9')로 구성된다.The main part of this invention consists of the strain gauge 10 (10 ') which is a detection part, the electronic control apparatus 12 which is a control part, and the piezo element 9 (9') which is an operation part.
스트레인 게이지(10)(10')는 회전운동하는 크랭크축에 진동이 발생하면 이를 검출하는 역할을 하며, 크랭크축의 진동에 따른 축력의 발생을 검출한다.Strain gauges (10, 10 ') detects the occurrence of vibration in the crankshaft rotational movement, and detects the generation of the axial force due to the vibration of the crankshaft.
스트레인 게이지(10)(10')는 응력이 가해지면 전압을 발생시키도록 하는 소자로 이루어진다.Strain gauges 10 and 10 'are made of elements that generate a voltage when stress is applied.
설치위치는 크랭크축에 가해지는 응력을 측정하는 목적에 맞게 크랭크축의 주위에 설치되며, 바람직하기로는 엔진블록(8)과 베어링 캡(6)을 연결하는 캡볼트 (11)에 설치되도록 한다.The installation position is installed around the crankshaft for the purpose of measuring the stress applied to the crankshaft, preferably to be installed on the cap bolt 11 connecting the engine block 8 and the bearing cap 6.
피에조소자(9)(9')는 크랭크축에 진동이 발생하여 축력이 발생하면 이를 제어하기 위한 감쇠력을 발생하는 작동부로서 전류를 흘리면 압축력 또는 인장력이 발생하는 소자이다.The piezoelectric elements 9 and 9 'are actuating parts for generating damping force for controlling vibration when crankshaft is generated and generating axial force. The piezoelectric element 9 and 9' generate compressive or tensile force when a current flows.
피에조소자(9)(9')의 압축력과, 인장력의 발생은 피에조소자(9)(9')에 가하는 전압의 극성을 바꿔주는 제어로서 실행된다.The compression force of the piezoelectric elements 9 and 9 'and the generation of the tensile force are executed as a control for changing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric elements 9 and 9'.
피에조소자(9)(9')의 설치위치는 제2도에 도시한 바와 같이 엔진블록(8)에 베어링 캡(6)을 고정하기 위하여 볼트를 체결하는 볼트체결부이다.The installation positions of the piezoelectric elements 9 and 9 'are bolt fastening portions for fastening bolts to fix the bearing cap 6 to the engine block 8 as shown in FIG.
피에조소자(9)(9')와 스트레인 게이지(10)(10')는 한 조를 이루어 작동하도록 상하 위치에 설치되며, 이는 전자제어장치에 의해 제어된다.Piezo elements 9 (9 ') and strain gauges (10) (10') are installed in an up and down position to operate in a pair, which is controlled by an electronic controller.
전자제어장치(12)는 상기 스트레인 게이지(10)(10')로부터 검출된 축력을 기초로 인장응력인지 압축응력인지를 판단하고 작동부인 피에조소자(9)(9')에 상기의 응력을 상쇄하도록 하는 대응력을 발생시키도록 제어를 한다.The electronic controller 12 determines whether the tensile stress or the compressive stress is based on the axial force detected from the strain gauges 10 and 10 ', and cancels the above stress on the piezoelectric elements 9 and 9' serving as the operating portions. Control to generate the corresponding force to make.
즉 상기 스트레인 게이지(10)(10')가 크랭크축의 진동에 따라 압축하게 되면 해당 스트레인 게이지(10 또는 10')와 한 조를 이루도록 상부에 설치된 피에조소자 (9 또는 9')는 인장하도록 하며, 스트레인 게이지(10 또는 10')가 인장되면 해당 스트레인 게이지(10 또는 10')와 한 조를 이루는 상부의 피에조소자(9 또는 9')는 압축하도록 한다.That is, when the strain gauges 10 and 10 'are compressed according to the vibration of the crankshaft, the piezoelectric element 9 or 9' installed on the upper portion of the strain gauge 10 or 10 'to be tensioned is tensioned. When the strain gauge 10 or 10 'is tensioned, the upper piezoelectric element 9 or 9' constituting the pair with the strain gauge 10 or 10 'is compressed.
전자제어장치(5)는 마이크로 컴퓨터 및 주변회로를 이용하여 구성될 수 있으나, 작동상태는 자동적으로 이루어지고 빠른 시간내에 응답하여 진동의 평형상태를 유지하도록 하여야 하는 특성을 지닌 브릿지 회로를 기본으로 구성하면 바람직하다.The electronic controller 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.
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 게이지(10, 10')와 전자제어장치(5) 그리고 피에조소자(9 또는 9')는 제4도에 도시한 바와 같이 한 조로 구성되도록 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the above-mentioned strain gauges 10, 10 ', the electronic controller 5 and the piezo element 9 or 9' are constituted as a set as shown in FIG.
크랭크축에 축력이 발생하여 진동이 일어나면 스트레인 게이지(10)(10')에 인장력 또는 압축력이 일어나고 그 결과 회로의 평형상태가 깨어지게 되므로 피에조소자(9, 9')에 전류가 흐르게되어 대응하는 응력을 발생시키고 이러한 결과 진동을 억제하는 효과가 있다.When axial force occurs on the crankshaft and vibration occurs, the strain gauges 10 and 10 'generate tensile or compressive forces, and as a result, the circuit equilibrium is broken, so that current flows to the piezoelectric elements 9 and 9'. There is an effect of generating stress and suppressing vibration as a result.
전술한 바와 같이 스트레인 게이지(10)(10'), 전자제어장치(5), 피에조소자 (9)(9')를 한 개의 조로 하여 이 한 조를 크랭크축의 곳곳에 설치하면 각각 독립적으로 작동하는 각 조의 작동으로 크랭크축의 전체적인 진동을 제어할 수 있다.As described above, when the strain gauges 10, 10 ', the electronic control device 5, and the piezoelectric elements 9, 9' are installed in one group, the pairs are installed in various places on the crankshaft to operate independently. The operation of each set can control the overall vibration of the crankshaft.
즉 제2도와 같이 한 개의 크랭크 저어널부(2)에 양측으로 설치된 두 개조의 본 발명에 따른 장치 한 쌍은 크랭크축의 굽힘 진동의 경우 동일한 동작으로 굽힘진동을 제어하는 역할을 하지만, 동시에 비틀림 진동이 발생하여 한 조에는 압축력이 다른 한 조에는 인장력이 발생하는 경우 독립적으로 작동하는 각 조의 작동에 따라 비틀림진동을 제어하도록 한다.That is, a pair of devices according to the present invention of the two modifications installed on both sides in one crank journal part 2 as shown in FIG. 2 serves to control the bending vibration by the same operation in the case of bending vibration of the crankshaft, but at the same time When a compression force is generated in one tank and a tension force is generated in another tank, the torsional vibration is controlled according to the operation of each tank that operates independently.
따라서 본 발명에 따른 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템은 스트레인 게이지(10)와, 전자제어장치(5) 그리고 피에조소자(9)를 주요부로 하여 한 조를 크랭크축 저어널부(2) 곳곳에 설치하여 크랭크축의 미세한 진동까지 상쇄시키도록 작동한다.Therefore, the crankshaft vibration active control system for automobiles according to the present invention has a pair of strain gages 10, an electronic controller 5, and a piezo element 9 as a main part of the crankshaft journal part 2. To offset even the slightest vibration of the crankshaft.
전술한 바와 같이 구성되어 작동하는 자동차용 크랭크축 진동 능동제어시스템의 제공으로 크랭크축에서 발생하는 굽힘진동 비틀림진동을 상쇄시키도록하므로 자동차의 진동소음을 제어하여 차량의 승차감 등을 개선 할 수 있게 되었다.By providing the crankshaft vibration active control system for automobiles configured and operated as described above, it is possible to offset the bending vibration and torsional vibration generated in the crankshaft, thereby improving the riding comfort of the vehicle by controlling the vibration noise of the car. .
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KR100456871B1 (en) * | 2001-09-29 | 2004-11-10 | 현대자동차주식회사 | A torsional damper in vehicle |
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1996
- 1996-11-29 KR KR1019960059359A patent/KR100251360B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100456871B1 (en) * | 2001-09-29 | 2004-11-10 | 현대자동차주식회사 | A torsional damper in vehicle |
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