KR100774315B1 - 엔진 마운팅 시스템 - Google Patents

Abstract

탄성축과 관성주축의 이격도를 최대한 축소하여 파워트레인의 SHOCK/JERK를 개선함과 동시에 낮은 특성값으로 구성되어 차체로 직접 전달되는 소음진동에 대한 절연율을 향상시키는 것이 가능하도록, 엔진의 변속기 반대쪽에 설치되고 차체에 장착되는 하나의 엔진마운트와, 평면에서 보아서 변속기의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 설치되고 서브프레임에 장착되는 한쌍의 프론트롤마운트 및 리어롤마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 상부에 설치되고 파워트레인 하중의 25∼40%를 지지하며 차체에 장착되는 하나의 변속상부마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 하부에 설치되고 파워트레인 하중의 10∼25%를 지지하며 각각 변속기 중심쪽으로 10∼30도 경사진 상태로 서브프레임 상단에 장착되는 2개의 변속하부마운트를 포함하는 엔진 마운팅 시스템을 제공한다.

엔진, 변속기, 마운팅, 롤 마운트, 소음, 진동, 절연율, 특성값, 관성주축, 탄성축, 이격도

Description

엔진 마운팅 시스템 {Engine Mounting System}

도 1은 종래 관성주축 4점 방식의 엔진 마운팅 시스템을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 일실시예를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 일실시예를 변속기쪽에서 본 측면도이다.

도 4는 종래 관성주축 4점 방식과 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 일실시예에 있어서 주행시 가속소음을 측정하여 나타내는 그래프이다.

본 발명은 엔진 마운팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변속기측 지지점을 1점에서 3점으로 변경시키므로 소음진동을 최소화하고 롤변위 제어도 유리한 엔진 마운팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전륜구동(FF) 차량의 엔진을 지지하고 엔진으로부터 소음진동을 절연하기 위한 엔진 마운팅 시스템은 주로 관성주축 4점 또는 3점 방식이 주로 사 용된다.

상기 관성주축 3점 방식은 주 마운트 2점과 롤로드(Roll Rod) 1점을 적용하며, 소형차에서 중량과 원가절감을 고려하여 주로 적용한다.

상기 관성주축 4점 방식은 준중형에서 대형차에 이르기까지 대부분의 차량에서 적용하며, 주 마운트 2점과 롤 마운트 2점으로 이루어진다.

상기 관성주축 방식은 도 1에 나타낸 바와 같이, 주 마운트인 엔진마운트(2)와 변속기마운트(4)는 차체에 장착하여 파워트레인의 하중을 지지하고, 롤 마운트 2점(프론트마운트(6), 리어마운트(8)) 또는 롤로드는 서브프레임이나 크로스멤버에 장착하여 엔진의 롤변위(파워트레인이 전륜 구동방식으로 횡치로 탑재되어 가속시나 감속시에 발생하는 엔진의 대변위 방향)를 제어하는 역할을 수행한다.

상기한 관성주축 4점 방식은 관성주축(TRA)상에 주 마운트(2), (4)를 배치하여 엔진(1)의 가진 입력에 대한 저항을 최소로 하는 것이 가능하므로, 엔진(1)의 아이들시 NVH(Noise, Vibration, Harshness)가 우수한 특징을 가지고, 롤 마운트(6), (8)로 2점이 채용되므로 롤 대변위 제어에도 유리하다.

그러나 V6 엔진 등의 고성능 고출력 엔진의 적용차량에는 종래 관성주축 4점 방식으로 성능향상에 어려움이 있다.

특히 NVH 측면에서 보면, V6 엔진 자체의 정숙성이나 가진 주파수가 높아 아이들시에는 NVH 성능에 큰 무리가 없으며 마운팅 방식에 자유도가 있다. 그러나, 고출력 엔진으로 엔진의 토크 및 중량이 높기 때문에 엔진의 관성이나 출력에 대한 롤 변위가 과도하게 발생되며, 이 롤 변위를 제어하기 위하여 롤 마운트의 특성값 을 과도하게 높여야 하고, 롤 마운트의 특성값을 과도하게 높이게 되면 아이들시 NVH 성능이 나빠져 고객 불만의 원인이 된다.

그리고 가속시 롤 마운트의 특성값이 낮기 때문에 고출력에 대한 작용 반작용으로 엔진의 롤 변위가 커져 롤 마운트 또한 과도하게 압착되어 발진시 가속투과소음이 나빠지고 음질도 나빠진다. 즉 고출력 엔진을 탑재하는 차량은 고가의 고급차량으로 발진시 고급차다운 음색이나 NVH 성능이 구현되어야 하지만, 이를 구현할 수 없게 된다는 문제를 내포하게 된다.

또한 대배기량 고출력 엔진의 경우에는 중량이 과다하고 토크가 크므로, 중량지지를 위해 엔진마운트(2)와 변속기마운트(4)의 정특성값이 높아야 하며, 변속기마운트(4)의 경우 전륜구동 차량에서 출력이 나가는 부분으로 변속기(9)측의 변위가 크고 분담하중 또한 높기 때문에, 차체에 직접 고정되는 변속기마운트(4)의 특성값이 높게 되고, 차체로 전달되는 진동이나 소음이 거의 절연이 되지 않아 진동 및 가속 투과 소음에 대한 절연율이 낮아지고, 고출력 엔진에서는 많은 문제를 야기하게 된다.

종래 관성주축 4점 방식은 발진시 가속 투과 소음 및 엔진의 롤 변위 제어에 문제가 있어 SHOCK/JERK 발생 및 엔진서지 현상 등이 발생하고, 고성능 엔진에 대한 고객 기대에 부합되는 주행 고급감 등이 없어 상품성이 떨어진다. 즉 관성주축 4점의 경우 특성값이 높은 주 마운트(엔진마운트(2)와 변속기마운트(4))가 엔진(1)의 상단에 위치하여 관성주축(TRA)과 탄성축(ERA)의 이격도가 발생하게 되며, 이격도가 크면 급격한 운동의 중심이동(가감속시, 변속시 등)으로 인한 충격이 발생하 게 되고, 이것이 차량의 SHOCK/JERK로 나타나게 되고, 관성주축 4점으로는 정속한 고출력 고배기량에서의 성능향상에 한계를 나타낸다. 그리고 변속기마운트(4)의 특성값이 높아 가속투과음이나 절연율이 나빠 음색 개선 및 진동 절연율 개선에 한계가 있다.

상기에서 관성주축(TRA)은 파워트레인이 소진폭의 진동소음(아이들시)에서 움직이는 중심선이 되고, 탄성축(ERA)은 각 마운트의 특성값에 의해 생성되는 축으로 대변위시 마운특 특성값에 의해 생성되는 탄성축(ERA)을 중심으로 파워트레인이 움직인다. 따라서 관성주축(TRA)과 탄성축(ERA)의 이격도가 크면 급격한 중심이동으로 인한 충격이 발생하게 된다.

본 발명은 종래의 관성주축 지지방식을 유지하여 아이들시 NVH의 이점을 최대한 살리면서 탄성축과 관성주축의 이격도를 최대한 축소하여 파워트레인의 SHOCK/JERK를 개선함과 동시에 파워트레인의 변위 제어를 위한 롤 마운트를 2점 추가하는 관성주축 6점 방식의 엔진 마운팅 시스템을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

즉 종래 관성주축 4점 방식에서는 변속기마운트 1점이 대략 50%의 분담하중을 지지하여 그 특성값이 높아야 하므로 차체로의 진동소음 전달율이 높아 차체 내부로 전달되는 소음진동이 커 상품성이 떨어지는 반면에, 본 발명은 변속기 상부에 1점이 차체와 연결되어 분담하중이 대략 25∼40% 정도로 되고 변속기 하부에 2점이 서브프레임 상단에 장착되어 분담하중이 대략 10∼25% 정도로 되도록 구성되어 변속기마운트가 낮은 특성값으로 구성되며, 차체로 직접 전달되는 소음진동에 대한 절연율을 향상시키는 것이 가능한 엔진 마운팅 시스템을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

본 발명이 제안하는 엔진 마운팅 시스템은 엔진의 변속기 반대쪽에 설치되고 차체에 장착되는 하나의 엔진마운트와, 평면에서 보아서 변속기의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 설치되고 서브프레임에 장착되는 한쌍의 프론트롤마운트 및 리어롤마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 상부에 설치되고 차체에 장착되는 하나의 변속상부마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 하부에 설치되고 서브프레임 상단에 장착되는 2개의 변속하부마운트를 포함하여 이루어진다.

상기 하나의 변속상부마운트는 파워트레인 하중의 대략 25∼40% 정도를 지지하고, 2개의 변속하부마운트는 대략 10∼25% 정도를 지지하도록 설정된다.

상기 2개의 변속하부마운트는 각각 변속기 중심쪽으로 대략 10∼30도 정도 경사져 장착되어 관성주축과 탄성축의 이격도를 줄이도록 설정된다.

상기 하나의 변속상부마운트는 2개의 변속하부마운트보다 정스프링 특성값이 높게 설정된다.

다음으로 본발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 일실시예른 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 엔진마운트(10), 한쌍의 프론트롤마운트(20) 및 리어롤마운트(30), 하나의 변속상부마운트(40)와, 2개의 변속하부마운트(50), (60)를 포함하 여 이루어진다.

상기 엔진마운트(10)는 엔진(1)의 변속기(9) 반대쪽에 설치되고, 차체(도면에 나타내지 않음)에 장착된다.

상기 프론트롤마운트(20) 및 리어롤마운트(30)는 평면에서 보아서 변속기(9)의 앞쪽과 뒤쪽(횡치될 경우 차량의 전방쪽과 후방쪽)에 각각 설치되고, 서브프레임(도면에 나타내지 않음)에 장착된다.

상기 변속상부마운트(40)는 변속기(9)의 엔진(1) 반대쪽 상부에 설치되고, 차체에 장착된다.

상기 변속하부마운트(50), (60)는 변속기(9)의 엔진(1) 반대쪽 하부에 설치되고, 서브프레임 상단에 장착된다.

상기에서 엔진(1)과 변속기(9)는 일체로 구성되고, 엔진룸에 횡치되어 탑재된다.

상기 엔진마운트(10)와 변속상부마운트(40), 변속하부마운트(50), (60)에서 파워트레인의 주하중 대략 97∼98% 이상의 대부분 하중을 지지하도록 구성된다.

상기에서 변속상부마운트(40)는 파워트레인 하중의 대략 25∼40% 정도를 지지하고, 2개의 변속하부마운트(50), (60)는 대략 10∼25% 정도를 지지하도록 설정된다.

그리고 관성주축(TRA)상에 하중을 지지하는 주 마운트인 엔진마운트(10)와 하나의 변속상부마운트(40), 2개의 변속하부마운트(50), (60)가 배치되고, 충격중심위치에 롤 변위 제어를 위한 롤 마운트인 프론트롤마운트(20)와 리어롤마운트 (30)가 배치된다.

상기 2개의 변속하부마운트(50), (60)는 각각 변속기(9) 중심쪽으로 대략 10∼30도 정도 경사져 장착되어 관성주축(TRA)과 탄성축(ERA)의 이격도를 줄이도록 설정된다.

상기 변속상부마운트(40)는 2개의 변속하부마운트(50), (60)보다 정스프링 특성값이 높게 설정된다.

그리고 2개의 변속하부마운트(50), (60)에 있어서, 정스프링 특성값은 경사져 장착하기 전의 직립상태에서 상하방향(차량을 기준으로)의 정스프링 특성값이 전후, 좌우의 정스프링 특성값보다 높도록 설정된다.

상기 변속하부마운트(50), (60)에 있어서, 차량의 전방쪽에 위치하는 프론트 변속하부마운트(50)의 특성값(장착전 직립상태에서 차량을 기준으로 상하방향의 정스프링 특성값)이 차량의 후방쪽에 위치하는 리어 변속하부마운트(60)의 특성값과 같거나 크도록 설정된다. 이는 많은 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 결과 탄성축(ERA)과 관성주축(TRA)의 이격도를 줄이고, 주행시 변위를 제어하며, 절연율을 향상시키는 점에서 유리한 것으로 경험적으로 확인되었다.

상기 2개의 변속하부마운트(50), (60)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각 변속기(9) 중심쪽으로 대략 10∼30도 정도 경사져 장착되어 관성주축(TRA)과 탄성축(ERA)의 이격도를 줄이도록 설정된다. 상기 차량의 전방쪽에 위치하는 프론트 변속하부마운트(50)는 차량의 후방쪽으로 대략 10∼30도 정도 기울어져 설치되고, 상기 차량의 후방쪽에 위치하는 리어 변속하부마운트(60)는 차량의 전방쪽으로 대략 10∼30도 정도 기울어져 설치된다.

상기 변속하부마운트(50), (60)는 고무부재 등을 사용하여 구성된다. 예를 들면, 상기 변속하부마운트(50), (60)는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 고무부재 등의 탄성체로 이루어지는 기둥형상의 지지축(52), (62)과, 상기 지지축(52), (62)의 한쪽 끝부분에 연결 고정되고 상기 변속기(9)에 조립 고정되는 상부브라켓(54), (64)과, 상기 지지축(52), (62)의 다른쪽 끝부분에 연결 고정되고 서브프레임(7)에 조립 고정되는 하부브라켓(56), (66)으로 구성된다.

상기에서 상부브라켓(54), (64) 및 하부브라켓(56), (66)은 금속 등의 강체로 형성되고, 판형상으로 형성된다.

상기 상부브라켓(54), (64) 및 하부브라켓(56), (66)에는 볼트 등의 고정부재(80)를 이용하여 변속기(9) 및 서브프레임(7)에 조립 고정할 수 있도록 고정구멍이 2개 정도 각각 형성된다. 상기 고정부재(80)에는 방진 및 완충작용을 하도록 탄성부재로 이루어지는 완충부재(82)가 삽입되어 사용된다.

상기 상부브라켓(54), (64)은 변속기(9)의 측면에 조립 고정되고, 상기 하부브라켓(56), (66)은 변속기(9)의 측면 하부에서 서브프레임(7)에 조립 고정된다. 따라서 상기 상부브라켓(54), (64)은 차량에 대하여 수직면상에 설치되고, 상기 하부브라켓(56), (66)은 차량에 대하여 수평면상에 설치된다.

상기 2개의 변속하부마운트(50), (60)가 경사져 장착되는 각도는 상기 지지축(52), (62)이 장착된 상태에서 경사지는 각도를 의미한다. 즉 상기 지지축(52), (62)은 장착된 상태에서 대략 10∼30도 정도 변속기(9)의 중심쪽으로 경사지게 된 다.

상기와 같이 변속하부마운트(50), (60)를 설치한 본 발명에 따른 실시예와 종래 관성주축 4점 방식의 관성주축(TRA)과 탄성축(ERA)의 이격도를 비교하면, 도 1 및 도 2의 평면도로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예가 종래 기술에 비하여 이격도가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.

일반적으로 파워트레인의 거동은 저변위에 대하여 관성주축을 중심으로 움직이다가 대변위시에는 탄성축을 중심으로 움직이게 되므로, 탄성축과 관성주축의 이격도가 크면 거동의 중심이 급격히 바뀜에 따른 충격이 발생하게 된다.

상기한 구성을 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통하여 해석적으로 분석하면, 종래 기술에서의 이격도는 엔진(1)쪽(도 1의 정면도에서 파란색선으로 나타낸 부분)에서 32mm, 변속기(9)쪽(도 1의 정면도에서 빨간색선으로 나타낸 부분)에서 24mm를 나타내고, 본 발명에 따른 실시예에서의 이격도는 엔진(1)쪽(도 2의 정면도에서 파란색선으로 나타낸 부분)에서 21mm, 변속기(9)쪽(도 2의 정면도에서 빨간색선으로 나타낸 부분)에서 12mm를 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 실시예의 경우가 종래 기술에 비하여 상대적으로 변속이나 주행시 SHOCK/JERK 성능면에서 유리함을 알 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 실시예를 적용한 차량과 종래 관성주축 4점 방식을 적용한 차량을 이용하여 아이들 N단(680rpm)과 D단(680rpm)에서 에어콘을 온/오프(on/off)시키면서 소음과 진동을 측정하여 다음의 표 1에 나타내고, 주행식 가속소음을 측정하여 도 4에 나타낸다.

구분			본 발 명				종래 기술
			N단		D단		N단		D단
에어콘			오프	온	오프	온	오프	온	오프	온
소음	전석		43.0	46.8	46.3	48.0	41.5	44.9	44.5	46.5
	후석		40.9	45.7	45.2	47.8	41.9	45.3	45.7	48.0
진 동	S/WHL	x	106.4	112.9	111.9	115.9	105.1	112.5	111.3	116.6
		y	97.2	102.0	102.2	104.1	101.2	102.1	102.6	106.9
		z	105.8	109.9	107.9	112.9	103.7	108.3	103.6	110.6
	FLOOR	x	88.2	90.6	92.1	96.0	85.0	89.2	90.8	92.8
		y	80.6	80.2	88.3	90.2	84.2	84.4	88.2	88.3
		z	91.5	95.2	94.9	99.6	90.9	94.8	92.7	98.2

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 있어서 진동은 종래 기술과 거의 동등한 수준이지만, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 주행시 가속소음은 본 발명에 따른 실시예의 경우 종래 기술에 비하여 대략 3∼6dB 정도 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 고출력 엔진의 가속시 음색 및 고급감 등 실제로 사용자가 느끼는 NVH 측면에서 매우 유리하며, 상품성 향상에 기여할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 실시예와 종래 관성주축 4점 방식에 있어서 파워트레인의 운동제어를 3단 기준으로 롤 강성으로 측정하고, 아이들 NVH 절연율을 예측할 수 있는 롤 모드를 측정하여 다음의 표 2에 나타낸다.

구분	파워트레인 운동 제어	아이들 Shake 운전
	롤 강성 (Nm/deg)	모달-롤 모드 (Hz)
본 발명	1103	9.1
종래 기술	1210	9.5

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 롤 강성의 경우 본 발명에 따른 실시예에 있어서 종래 기술에 비하여 대략 10% 정도 유리하며, 롤 모드는 거의 동등한 수준임을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 경우에 롤 변위 제어에도 유리함을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템에 의하면, 관성주축과 탄성축의 이격도가 종래 관성주축 4점 방식에 비하여 상대적으로 낮아지므로, 변속 및 주행시 SHOCK/JERK 측면에서 유리하고, 롤 변위 제어에도 유리하다.

또 본 발명에 따른 엔진 마운팅 시스템에 의하면, 파워트레인의 하중을 1점의 변속상부마운트와 2점의 변속하부마운트로 분산하여 지지하므로, 차체에 장착되는 변속상부마운트의 특성값이 낮아져 진동 소음전달율이 낮으며, NVH 측면에서 유리하다. 즉 본 발명에 따르면, 변속상부마운트에서 분담하는 하중이 종래에 비하여 대략 35% 정도 감소되므로, 내구력이 증대되고, 크리프(Creep)에 유리하며, 변속상부마운트가 장착된 차체로 직접 전달되는 진동의 절연율이 증가되어 성능향상에 도움이 된다. 그리고 변속하부마운트 2점이 변속상부마운트의 하중을 분담하면서 동시에 서브프페임의 상부에 위치하여 2중 절연을 행하므로, NVH를 향상시키는 것이 가능하다.

Claims (8)

1. 엔진의 변속기 반대쪽에 설치되고 차체에 장착되는 하나의 엔진마운트와, 평면에서 보아서 변속기의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 설치되고 서브프레임에 장착되는 한쌍의 프론트롤마운트 및 리어롤마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 상부에 설치되고 차체에 장착되는 하나의 변속상부마운트와, 변속기의 엔진의 반대쪽 하부에 설치되고 서브프레임 상단에 장착되는 2개의 변속하부마운트를 포함하며,

   상기 하나의 변속상부마운트는 파워트레인 하중의 25∼40%를 지지하고, 2개의 변속하부마운트는 파워트레인 하중의 10∼25%를 지지하도록 설정되고,

   상기 하나의 변속상부마운트는 2개의 변속하부마운트보다 정스프링 특성값이 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 마운팅 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 2개의 변속하부마운트는 각각 변속기 중심쪽으로 10∼30도 경사져 장착 되는 엔진 마운팅 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 2개의 변속하부마운트는 정스프링 특성값이 경사져 장착하기 전의 직립상태에서 상하방향(차량을 기준으로)의 정스프링 특성값이 전후, 좌우의 정스프링 특성값보다 높도록 설정되는 엔진 마운팅 시스템.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 변속하부마운트 중 차량의 전방쪽에 위치하는 프론트 변속하부마운트의 특성값(장착전 직립상태에서 차량을 기준으로 상하방향의 정스프링 특성값)이 차량의 후방쪽에 위치하는 리어 변속하부마운트의 특성값과 같거나 크도록 설정되는 엔진 마운팅 시스템.
7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 2개의 변속하부마운트는 탄성체로 이루어지는 기둥형상의 지지축과, 상기 지지축의 한쪽 끝부분에 연결 고정되고 상기 변속기에 조립 고정되는 상부브라켓과, 상기 지지축의 다른쪽 끝부분에 연결 고정되고 서브프레임에 조립 고정되는 하부브라켓으로 구성되는 엔진 마운팅 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 상부브라켓 및 하부브라켓은 판형상의 강체로 형성되는 엔진 마운팅 시스템.

Images