KR100435752B1 - 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 크랭크축에 필연적으로 발생되는 각속도 변동에 따른 비틀림 진동을 완충하도록 하는 토셔널 댐퍼풀리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 고유진동수가 엔진의 회전수에 따라 가변될 수 있도록 된 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리를 제공하여,

댐퍼풀리가 엔진의 전 운전영역에서 주파수의 변화에 따라 가변되는 고유진동수를 가지도록 하여 비틀림 진동을 효과적으로 감쇠시킴으로써, 엔진의 내구성을 향상시키고, 정숙한 작동상태를 확보할 수 있다.

Description

엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리{A TORSIONAL CRANK SHAFT DAMPER PULLEY OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 크랭크축에 필연적으로 발생되는 각속도 변동에 따른 비틀림 진동을 완충하도록 하는 토셔널 댐퍼풀리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 고유진동수가 가변되도록 하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 크랭크축은 연소압의 변동에 따라 주기적인 각속도의 변동 및 토크의 변동이 반복된다. 이로 인하여 크랭크축에는 비틀림 진동 및 굽힘 진동이 발생하는데, 크랭크축계의 고유진동수와 풀리로부터 클러치디스크 또는 자동변속기의 경우 토크컨버터에 이르는 부품의 진동수가 일치할 때 공진이 발생되고, 이와 같은 공진 발생시에는 비틀림 진폭이 매우 크게 증가하게 되고 최악의 경우에는 크랭크축의 파손에 이르는 경우가 있다.

도 1에는 댐퍼가 없는 경우의 크랭크축 선단의 비틀림 진폭 값 및 차수별 분포를 도시한 것으로서, 종래에는 8차성분 진동은 그 값이 상대적으로 작으므로 일반적으로 6차성분 및 4차 성분의 진동을 저감하기 위해 댐퍼를 적용하는데, 현재는엔진단체에서 A(250Hz),B(290Hz),C(330Hz)... 등 주파수별로 당해 성분의 진동을 저감시키도록 한 일정한 풀리의 사양을 결정하고 있는바, 그러한 댐퍼풀리의 예가 도 2에 도시되어 있다.

그런데, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 댐퍼풀리가 한가지 주파수에 대해서만 조정되어 있는 상태에서는 엔진의 전 운전영역에서 최상의 진동감쇠의 효과를 얻을 수는 없는 실정이다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 고속운전영역을 포함하는 전 운전영역에서 주파수의 변화에 따라 가변되는 고유진동수를 가지도록 하여 비틀림 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있도록 한 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 댐퍼가 없는 경우의 크랭크축 선단의 비틀림 진폭 값 및 차수별 분포를 도시한 도면,

도 2는 종래의 일반적인 댐퍼풀리의 구조도,

도 3은 각 주파수별로 특화된 댐퍼풀리의 사용에 따른 진동저감효과를 도시한 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 댐퍼풀리를 도시한 부분도,

도 5는 도 4의 고유진동수 가변모듈의 구조도,

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,

도 7은 고유진동수 가변모듈의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1; 크랭크축 2; 크랭크축풀리

10; 고유진동수 가변모듈 12; 볼트구멍

14; 하우징 16; 질량체

18; 요철부 20; 오일통로

22; 가이드홈 24; 가이드핀

26; 스프링 27; 오일

28; 로드부 30; 압력판

32; 시일링

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리는 크랭크축풀리에 고정되도록 형성된 하우징과; 크랭크축의 반경방향으로 섭동 가능하게 상기 하우징의 내측에 구비된 질량체와; 상기 질량체가 크랭크축 반경방향 외측으로 탄지되도록 상기 하우징내에 설치된 탄성부재와; 상기 질량체를 하우징 외측으로 연결하며 형성되어 크랭크축풀리의 회전시 발생하는 공기와의 상대운동에 의해 상기 질량체를 크랭크축 반경방향 내측으로 이동시키는 힘을 발생시키는 압력발생수단으로 이루어진 고유진동수 가변모듈을 크랭크축풀리의 원주상에 일정한 간격으로 배열 설치한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼 풀리의 일부를 도시한 것으로서, 도시된 바와 같은 고유진동수 가변모듈(10)을 크랭크축풀리(2)의 원주상에 2개소 이상 배열하여 고정하도록 하는 것이다.

여기서, 상기 고유진동수 가변모듈(10)의 구조를 살펴보면 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 크랭크축풀리(2)에 볼트 등으로 고정되도록 볼트구멍(12)을 구비한 하우징(14)의 내측에 크랭크축(1)의 반경방향으로 섭동 가능하게 질량체(16)가 설치되어 있고, 상기 질량체(16)를 하우징(14) 외측으로 연결하며 형성되어 크랭크축풀리(2)의 회전시 발생하는 공기와의 상대운동에 의해 상기 질량체(16)를 크랭크축(1) 반경방향 내측으로 이동시키는 힘을 발생시키는 압력발생수단이 구비되어 있다.

여기서, 상기 질량체(16)는 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 원주형으로 구성되고, 상기 질량체(16)를 가이드하는 상기 하우징(14)의 내부공간은 상기 질량체(16)의 원주를 밀착하여 감싸는 크기의 사각 중공기둥형으로 구성되며, 상기 질량체(16)와 하우징의 내부 접촉부에는 상기 질량체(16)가 하우징(14)의 내부에서 회전하는 것을 방지하기 위한 요철부(18)가 구비되어 있고, 상기 질량체(16)와 하우징(14)의 사이에는 그 단면형상이 각각 원형과 사각형임에 의해 자연적으로 공간부가 형성되며, 이 공간부는 이후에 설명되는 오일통로(20)의 역할을 하게 된다.

또한, 상기 질량체(16)에는 질량체(16)의 섭동방향을 따라 직선형의 가이드홈(22)이 구비되고, 상기 가이드홈(22)에 삽입되어 상기 질량체의 섭동상태를 가이드하도록 상기 하우징에 가이드핀(24)이 설치되며, 상기 가이드핀(24)의 외측에는 상기 질량체(16)가 크랭크축 반경방향 외측으로 탄지되도록 하는 탄성부재인 스프링(26)이 설치되어 있다.

상기 하우징(14)의 내부에는 상기 질량체(16)의 불필요한 유동을 방지하기 위해 오일(27)이 충만되도록 하여, 상기한 질량체(16)의 섭동시에 상기 오일통로(20)를 통해 유동할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 압력발생수단은 상기 질량체(16)를 하우징(14) 외측으로 연결하는 로드부(28)와, 상기 로드부(28)의 단부에 크랭크축풀리(2)의 회전면에 수직하고 크랭크축 회전반경에 대해 경사지게 설치된 압력판(30)으로 구성하였는데, 상기 압력판(30)의 경사는 크랭크축(1)의 회전방향을 기준으로 앞쪽이 상기 크랭크축 회전반경에 대해 기울어지게 형성되어야 회전에 의해 상기 질량체(16)를 크랭크축 반경방향 내측으로 이동하도록 하는 압력을 형성할 수 있게됨은 물론이다.

또한, 상기 하우징(14)의 내측에는 오일(27)이 충만되어 있으므로 오일의 누출을 방지하기 위해 상기 로드부(28)와 하우징(14)의 사이에는 기밀유지를 위한 시일링(32)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

댐퍼풀리의 고유진동수는이고, 여기서 k는 댐퍼러버의 강성(stiffness)이며, m은 회전체 댐퍼풀리의 경우이므로 단순한 질량이 아니라 질량관성모멘트를 의미하는데, 최적의 진동저감 성능을 발휘하기 위해서는 저속에서는 고유진동수가 낮고 고속에서는 높아야 하는 점을 감안할 때, 질량관성모멘트는이므로 상기 질량체(16)의 크랭크축(1)으로부터의 반경을 상기 고유진동수와 회전속도와의 관계에 부합하도록 변경시키면, 결국 고유진동수의 적절한 변화로 엔진의 전 작동영역에서 비틀림 진동을 최소화할 수 있게 되는 바, 본 발명은 이러한 원리를 이용한 것이다.

즉, 고유진동수가 변화하기 시작하도록 할 필요가 있는 소정의 엔진 회전수 이상이 되면 상기 질량체(16)가 이동하도록 하여 고유진동수를 변화시키는 것이다.

여기서, 상기한 바와 같은 구조의 고유진동수 가변모듈에서 질량체(16)가 이동하는 과정을 살펴보면, 엔진이 고유진동수의 변화가 필요하지 않은 소정의 엔진회전수 영역까지는 상기 스프링(26)이 상기 질량체(16)를 밀고 있는 힘에 의해 상기 질량체(16)는 엔진의 정지시로부터 지속적으로 크랭크축(1)으로부터 일정한 위치를 유지하게 되고 이때의 댐핑작용은 종래의 댐퍼풀리에 의해 수행된다.

다음, 엔진이 고속운전영역으로 진입하면서 상기한 소정의 엔진회전수를 넘어서는 경우에는 상기 압력판(30) 주변을 흐르는 공기가 상기 압력판(30)의 경사면에 부딪히면서 제공하는 힘이 상기 질량체(16)에 발생하는 원심력 및 상기 스프링(26)이 제공하는 탄성력의 합보다 커져서 상기 질량체(16)가 크랭크축(1)의 반경방향 내측으로(중심으로) 이동하게 되고, 이와 같은 질량체(16)의 이동은 상기 크랭크축풀리(2)의 고유진동수를 변화시키는 것이다.

물론, 엔진의 회전수가 떨어지면 다시 상기 압력판(30)으로부터 제공되는 힘이 상기 질량체(16)에 발생하는 원심력과 스프링(26)의 탄성력의 합보다 작아져서, 상기 질량체(16)는 크랭크축 반경방향 외측으로 최대한 밀착되는 상태로 복귀된다.

이때, 상기 질량체(16)의 이동에 따라 오일(27)은 상기 오일통로(20)를 통해 질량체(16)의 양쪽을 오가면서 질량체(16)의 부드러운 섭동이 가능하도록 함과 아울러 질량체(16)의 불필요한 진동을 억제하는 역할을 하게 되며, 이와 같은 오일은 상기한 바와 같이 상기 시일링(32)에 의해 누유가 방지되는 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 본 발명은 엔진의 회전수에 따라서 상기 고유진동수 가변모듈(10)의 무게중심이 변함에 의해 크랭크축풀리(2)의 고유진동수가 가변되도록 되는 것이며, 이때의 가변되는 무게중심의 정도는 문제시되는 진동수의 비틀림 진동을 감쇠시키기에 적합한 상태로 실험에 의해 적절히 선택될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 댐퍼풀리가 엔진의 전 운전영역에서 주파수의 변화에 따라 가변되는 고유진동수를 가지도록 하여 비틀림 진동을 효과적으로 감쇠시킴으로써, 엔진의 내구성을 향상시키고, 정숙한 작동상태를 확보할 수 있다.

Claims (6)

1. 크랭크축풀리에 고정되도록 형성된 하우징과;

   크랭크축의 반경방향으로 섭동 가능하게 상기 하우징의 내측에 구비된 질량체와;

   상기 질량체가 크랭크축 반경방향 외측으로 탄지되도록 상기 하우징내에 설치된 탄성부재와;

   상기 질량체를 하우징 외측으로 연결하며 형성되어 크랭크축풀리의 회전시 발생하는 공기와의 상대운동에 의해 상기 질량체를 크랭크축 반경방향 내측으로 이동시키는 힘을 발생시키는 압력발생수단

   으로 이루어진 고유진동수 가변모듈을 크랭크축풀리의 원주상에 일정한 간격으로 배열 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.
2. 제1항에 있어서,

   상기 질량체는 원주형으로 구성되고, 상기 질량체를 가이드하는 상기 하우징의 내부공간은 사각의 중공기둥형으로 구성되며, 상기 질량체와 하우징의 내부 접촉부에는 질량체의 회전을 방지하기 위한 요철부가 구비된 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.
3. 제2항에 있어서,

   상기 질량체에는 질량체의 섭동방향을 따라 가이드홈이 구비되고, 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 질량체의 섭동상태를 가이드하도록 상기 하우징에 가이드핀이 설치되며, 상기 가이드핀의 외측에는 상기 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.
4. 제1항에 있어서,

   상기 하우징의 내부에는 상기 질량체의 불필요한 유동을 방지하기 위해 오일이 충만된 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.
5. 제1항에 있어서,

   상기 압력발생수단은 상기 질량체를 하우징 외측으로 연결하는 로드부와;

   상기 로드부의 단부에 크랭크축풀리의 회전면에 수직하고 크랭크축 회전반경에 대해 경사지게 설치된 압력판

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.
6. 제5항에 있어서,

   상기 로드부와 하우징의 사이에는 기밀유지를 위한 시일링이 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 크랭크축 토셔널 댐퍼풀리.