KR100428358B1 - 차량의 엔진 마운팅 장치 - Google Patents

차량의 엔진 마운팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 엔진 부압을 이용하여 NVH 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있는 차량의 엔진 마운팅 장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 엔진 마운팅 장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 부압을 이용하여 마운팅 인슐레이터에 가해지는 분담하중을 상쇄시켜 마운팅 인슐레이터의 강성값을 개선하기 위한 구성으로, 상기 마운팅 인슐레이터의 외형을 형성하며, 상기 차량의 차체에 결합되는 브라켓과; 상기 브라켓의 내부를 상부와 하부로 구분하도록 장착되는 완충부와; 상기 완충부의 상부에 형성되어 외부로부터 공급되는 부압의 변화에 따른 외력을 전달하는 부압실과; 상기 완충부의 하부에 형성되어 대기압이 작용되도록 대기와 연결되는 대기압실과; 상기 부압실에 결합되어 부압 공급원으로부터 공급되는 압력 변화를 상기 부압실로 전달하는 부압 호스를 포함하여 구성한다.

Description

차량의 엔진 마운팅 장치{ENGINE MOUNTING DEVICE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 엔진 마운팅 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 엔진 부압을 이용하여 분담하중을 상쇄시켜 인슐레이터의 강성값을 개선한 차량의 엔진 마운팅 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 차량의 엔진과 변속기를 지지하면서 진동 및 소음을 절연하기 위해 마운팅 인슐레이터(Mounting Insulator)를 사용한다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 차량의 엔진 마운팅 인슐레이터의 구성은 아웃터 파이프(Out Pipe)(10), 완충부(12), 인너 파이프(Inner Pipe)(14)로 이루어진다.
마운팅 인슐레이터는 엔진 및 변속기의 중량을 지지하기 위해서 마운팅 인슐레이터 자체의 강성이 커야하고, 진동소음의 절연을 위해서는 마운팅 인슐레이터 강성이 작아야 하는 상호 모순적인 상황을 동시에 만족해야 한다.
또한 마운팅 인슐레이터의 내구성능이 곧 차량의 내구성능으로 이어지므로 차량의 상품성에 아주 큰 부분을 차지한다.
상기한 바와 같이 마운팅 인슐레이터는 중량지지 및 승차 성능면에서는 강성이 높아야하고 진동, 소음 절연을 위해서는 강성이 낮아야하므로 마운팅 인슐레이터의 주 재질인 완충부(12)의 재질을 개선하여 낮은 경도의 재질을 이용, NVH(Noise, Vibration Harshness)에 유리하도록 동강성을 낮게 하고 정강성은 높게 하는 방식을 취하고 있다.
그러나, 마운팅 인슐레이터의 동강성을 개선하는 것은 한계가 있으며(동배율 1.3 수준이하 불가) 또한, 이 경우 내구성 부족이 야기되고 이를 극복하기 위해서는 마운팅 인슐레이터의 크기가 커져야 하나 레이아웃(Lay Out) 측면이나 비용면에서 불리하다.
이와 같은 이유로 하이드로 마운트(Hydro Mount) 및 액티브 마운트(Active Mount)등이 개발되고 있으나 이 또한 비용면에서 불리하고 실용화에 많은 문제점이 있다.
상기 문제점을 야기하는 이유를 고려해 보면 먼저 현재 대부분의 마운팅 인슐레이터 크기는 아웃터 파이프(10)의 직경이 80~90mm 수준이며, 이 정도의 크기가레이아웃에 적용될 수 있는 크기이다.
하지만 이 정도의 크기를 유지한 상태에서 엔진 및 변속기의 하중은 계속 증가하고 있고, 이에 보통 엔진 및 변속기의 하중을 2~3개의 마운팅 인슐레이터가 지지하므로 마운팅 인슐레이터 한 개에 보통 120~150kgf 하중을 받기 때문에 이 하중을 지지하고 일반적인 하중 처짐량(8mm)을 고려할 때 15~18kgf/mm 의 강성을 가져야 하고 이 결과 동강성(정강성의 1.4배) 또한 나빠져 NVH가 나빠지는 결과를 낳는다.
만약, 정강성을 상기 값 보다 작게 하면 오프셋(Offset) 및 변위가 커져 내구성에 심각한 악영향을 미치므로 정강성 값 축소 또한 한계가 있다.
본 발명의 목적은 차량의 엔진 부압을 이용하여 NVH 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있는 차량의 엔진 마운팅 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 엔진 마운팅 장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 부압을 이용하여 마운팅 인슐레이터에 가해지는 분담하중을 상쇄시켜 마운팅 인슐레이터의 강성값을 개선하기 위한 구성으로, 상기 마운팅 인슐레이터의 외형을 형성하며, 상기 차량의 차체에 결합되는 브라켓과; 상기 브라켓의 내부를 상부와 하부로 구분하도록 장착되는 완충부와; 상기 완충부의 상부에 형성되어 외부로부터 공급되는 부압의 변화에 따른 외력을 전달하는 부압실과; 상기 완충부의 하부에 형성되어 대기압이 작용되도록 대기와 연결되는 대기압실과; 상기 부압실에 결합되어 부압 공급원으로부터 공급되는 압력 변화를 상기 부압실로 전달하는 부압 호스를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량의 엔진 마운팅 인슐레이터의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운팅 인슐레이터의 구성을 도시한 도면.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 엔진 부압의 변화에 따른 마운팅 인슐레이터의 동작 상태를 도시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운팅 장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 차량의 엔진 부압을 이용하여 마운팅 인슐레이터에 가해지는 분담하중을 상쇄시켜 마운팅 인슐레이터의 강성값을 개선하기 위하여 브라켓(100), 완충부(110), 부압실(120), 대기압실(130), 부압 호스(140)를 포함하여 구성한다. 참조 번호 (150)는 완충부(110)와 엔진(200)을 연결하는 볼트를 나타낸다.
브라켓(100)은 원통형으로 마운팅 인슐레이터의 외형을 형성하며, 차량의 차체(210)에 결합된다.
완충부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 삿갓 모양의 러버(Rubber)로 형성되며, 가류(加硫)방식으로 브라켓(100)과 일체형으로 결합되어 브라켓(100)의 내부를 상부와 하부로 구분한다.
부압실(120)은 완충부(110)의 상부에 형성되어 외부로부터 공급되는 부압의 변화에 따른 외력을 전달하는 기능을 하며, 대기압실(130)은 완충부(110)의 하부에 형성되어 대기압이 작용되도록 대기와 연결된다. 부압실(120)은 부압 호스(140)를 통하는 공기 통로 하나만 두고 다른 곳은 밀폐되게 한다.
부압 호스(140)는 부압실(120)에 결합되어 부압 공급원으로부터 공급되는 압력 변화를 부압실(120)로 전달한다.
부압 공급원으로부터 부압실(120)에 공급되는 부압은 차량의 엔진(200)에 장착된 흡기 매니폴드 내의 엔진 부압을 이용한다. 부압실(120)에 연결된 부압 호스(140)는 엔진(200)의 흡기 매니폴드에 구멍을 내어 연결한다.
차량의 엔진 부압이 작용하지 않을 때는 도 3a에 도시된 바와 같이 완충부(110)의 움직임을 정강성이 높은 방향으로 이동하도록 한다.
이와는 반대로 차량의 엔진 부압이 작용할 때는 도 3b에 도시된 바와 같이 완충부(110)의 움직임을 정강성이 낮은 방향으로 이동하도록 한다.
본 발명의 실시예는 하이드로 마운트나 기타 액티브 마운트를 적용하지 않고 기존의 마운팅 인슐레이터 구조를 이용하여 분담하중을 축소하고자 한 것이다.
마운팅 인슐레이터에 작용하는 분담하중을 줄여서 적정 처짐량에 맞게 할 수 있으면 마운팅 인슐레이터의 크기를 증대하지 않고서도 강성값을 줄여 NVH를 좋게 하면서 내구성도 좋게 할 수 있다.
이와 같은 이유로 본 발명의 실시예는 엔진 부압을 이용하여 마운팅 인슐레이터의 분담하중을 상쇄시켜 마운팅 인슐레이터의 강성값 개선을 통한 NVH 성능을향상시킬 수 있다.
도 3a와 도 3b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 마운팅 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 엔진(200) 거동전 부압이 작용하지 않는 경우 엔진(200) 탑재로 인하여 분담하중이 모두 부과될 때는 볼트(150)가 차체(210) 또는 고정 브라켓 측에 닿는 구조로 하여 완충부(110)의 정강성이 높도록 설계하여 엔진(200) 지지를 위한 완충부(110)의 정강성 부족을 보충하고 엔진(200) 시동 온/오프 및 노면에 의한 대변위 입력시 거동이 제어될 수 있는 구조로 한다.
이와는 반대로 도 3b에 도시된 바와 같이 엔진(200) 거동후 부압이 작용할 때는 부압의 역할로 인하여 분담하중의 일정 부분이 상쇄되어 거동전에 차체(210)나 고정 브라켓에 볼트(150)가 닿는 부분이 위로 밀려 올라가 엔진(200) 공회전 상태나 주행 중 소음과 진동을 우수하게 절연할 수 있도록 마운팅 인슐레이터의 강성이 낮도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 마운팅 인슐레이터의 설계 원리를 설명한다.
먼저, 일반적인 엔진 마운팅 인슐레이터의 설계는 엔진 분담하중이 130kgf 일 경우 일반적인 인슐레이터 오프셋은 8mm이다.
따라서, 중량지지를 위한 정강성은 16~17kgf/mm 이다.
NVH의 주요 인자인 동강성(정강성의 1.4배)은 22.4~23.8 kgf/mm이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 마운팅 인슐레이터의 설계는 일반적인 마운팅 인슐레이터의 설계시와는 달리 엔진 부압을 이용하여 분담하중이 축소되는 것을고려한다.
먼저, 분담 하중을 130kgf로 가정하면,
파스칼원리에 의한 발생 힘(Fa)은
Fa= 단면적(A)*(대기압-부압)로 구할 수 있다.
여기서, 단면적은 일반적으로 마운팅 인슐레이터의 아웃 파이프 직경이 90mm 정도의 크기이므로
단면적(A) = π* r2/106= π* 452/106= 6.362 * 10-3(m2)이고,
대기압 = 1기압 = 1013mb = 1.013 * 105Pa(N/(m2)이다.
부압을 -130mmHg(1기압 = 760mmHg 이므로 -130mmHg는 약 -0.171기압)로 가정하면,
Fa = 6.362 * 10-3* (1기압-(-0.171기압))
= 6.362 * 10-3* 1.171기압
= 6.362 * 10-3* 1.171 * 1.013 * 105
= 754.7N = 76.9 kgf이다.
결국, 엔진(200)이 정지시에는 분담하중이 130kgf이지만 엔진(200) 거동시 부압 작용 후에는 마운팅 인슐레이터의 분담하중은 130kgf에서 76.9kgf를 감한 53.1kgf 이다.
따라서, 마운팅 인슐레이터의 정강성은 8mm 오프셋(Offset)을 기준으로6.6kgf/mm의 강성을 가지도록 설계한다.
이때의 마운팅 인슐레이터의 동강성은 9.24kgf/mm(동배율 1.4 기준)가 된다.
여기서, NVH를 좌우하는 동강성은 간략하게 말해서 엔진(200)의 소음, 진동을 차체(210)로 전달하는 전달정도를 나타내는 척도이다. 따라서 엔진(200)의 거동이 0.1mm 변위로 가진 되었다면 전달력은 일반적인 동강성을 22.4kgf/mm로 가정하면,
전달력 = 동강성 * 변위 = 22.4 * 0.1 = 2.24kgf이다.
반면에 본 발명의 실시예에 따른 동강성이 9.24kgf/mm이므로,
전달력 = 9.24 * 0.1 = 0.924kgf이다.
결국 본 발명의 실시예에 따른 전달력은 일반적인 전달력을 약 41% 수준으로 감소시킬 수 있다. 이는 곧 이론상 기존 NVH 성능을 약 60% 향상시킴을 의미한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 엔진 마운팅 장치는 NVH 측면에서 전술한 이론대로 약 60% 수준의 성능을 향상시킬 수 있으며, 내구성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 엔진의 시동 온/오프시 종래 기술에 비해 정강성 증가 효과가 더 크므로 동등이상의 대변위 제어기능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 차량의 엔진 마운팅 장치에 있어서,
    상기 차량의 엔진 부압을 이용하여 마운팅 인슐레이터에 가해지는 분담하중을 상쇄시켜 마운팅 인슐레이터의 강성값을 개선하기 위한 구성으로,
    상기 마운팅 인슐레이터의 외형을 형성하며, 상기 차량의 차체에 결합되는 브라켓과;
    상기 브라켓의 내부를 상부와 하부로 구분하도록 장착되는 완충부와;
    상기 완충부의 상부에 형성되어 외부로부터 공급되는 부압의 변화에 따른 외력을 전달하는 부압실과;
    상기 완충부의 하부에 형성되어 대기압이 작용되도록 대기와 연결되는 대기압실과;
    상기 부압실에 결합되어 부압 공급원으로부터 공급되는 압력 변화를 상기 부압실로 전달하는 부압 호스를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 마운팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부압 공급원으로부터 상기 부압실에 공급되는 부압은 상기 차량의 엔진에 장착된 흡기 매니폴드 내의 엔진 부압을 이용하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 마운팅 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 차량의 엔진 부압이 작용하지 않을 때는 상기 완충부의 움직임을 정강성이 높은 방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 마운팅 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차량의 엔진 부압이 작용할 때는 상기 완충부의 움직임을 정강성이 낮은 방향으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 마운팅 장치.
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