KR101090791B1 - 엔진의 레더 프레임 구조 - Google Patents

Abstract

엔진의 레더 프레임 구조가 개시된다. 개시된 엔진의 레더 프레임 구조는, 엔진의 실린더 블록과 오일팬 사이에 설치된 레더 프레임과, 상기 레더 프레임 내의 중앙에 설치되어 엔진오일이 안정적인 일정한 유면을 유지하면서 각각의 운동부에 원활한 오일공급을 시키기 위한 배플 플레이트를 구비하여 된 엔진의 레더 프레임 구조에 있어서, 상기 배플 플레이트의 중앙부 일부를 절개한 절개부가 형성되고, 상기 절개부의 상부를 커버하며 커버플레이트가 장착된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 배플 플레이트에서 강성 기여도가 없고 자체 매스 효과로 인해 전체적인 강성에 악영향을 주는 부위를 제거하고, 종래의 알루미늄 배플 플레이트 대신 플라스틱인 커버플레이트를 배플 플레이트에 장착함으로써, 엔진 운전 시 항상 일정한 유면을 확보할 수 있고, 매스를 최대한 줄임으로서 진동량을 최대한 작게 하여 방사되는 소음량을 최대한 줄일 수 있는 이점이 있다.

레더 프레임, 실린더 블록, 오일팬, 배플 플레이트

Description

엔진의 레더 프레임 구조{STRUCTURE OF LADDER FRAME FOR ENGINE}

도 1은 일반적인 레더 프레임(Ladder Frame)을 장착 상태를 나타내 보인 사시도.

도 2는 종래의 기술에 따른 레더 프레임에 형성된 일체형 배플 플레이트를 도시한 사시도.

도 3은 종래의 기술에 따른 배플 플레이트 진동에 의한 투과음 발생현상을 도시한 사시도.

도 4는 도 3에서 A-A 선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조의 구성을 나타낸 구성 사시도.

도 6은 도 5의 'D'부를 상세하게 나타내 보인 상세도.

도 8은 도 6의 'E'부를 상세하게 나타내 보인 상세도.

도 9는 도 8에서 C-C 선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.

도 10은 레더 프레임에 장착된 배플 플레이트의 응답함수를 검토한 결과 그래프.

도 11a 및 11b는 레더 프레임에 장착된 배플 플레이트의 방사 소음 수준을 검토한 결과 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

60. 레더 프레임

70. 배플 플레이트

71. 절개부

72. 너트홀

73. 보강리브

80. 커버플레이트

81. 볼트홀

본 발명은 엔진의 레더 프레임 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레더 프레임에서 일부 배플 플레이트의 제거하고 여기에 덧붙인 보강구조를 통하여 진동을 개선하기 위한 엔진의 레더 프레임 구조에 관한 것이다.

도 1에는 일반적인 레더 프레임(Ladder Frame)(20)이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 레더 프레임(20)은 엔진의 하단부에 위치해 있으며, 레더 프레임(20) 상단부에는 실린더 블록(10)이 장착되고, 하단부에는 오일팬(Oil Pan)(30)이 장착되어 있다.

그리고 상기 레더 프레임(20)의 주된 역할은 실린더 블록계 하부구조의 강성을 부여하여 엔진 운전 시 엔진 하단부의 진동과 소음을 줄이는 역할을 담당한다.

또한 상기 실린더 블록(10)의 메인 베어링 캡(Main Bearing Cap)에 지지되어 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 시스템(Crank System)의 운동부가 존재하는데, 이 크랭크 시스템이 회전할 때 각각의 운동부에 공급되어진 엔진오일들이 드레인(Drain) 되면서 서로간의 충돌로 인해 오일이 비산하게 되며, 레더 프레임(20)은 이 비산되는 오일을 외부로 빠져나가지 못하게 보관하는 기능을 한다.

그리고 도 2에는 상기 레더 프레임(20)에 형성된 일체형 배플 플레이트(40)를 도시한 하였다.

상기 배플 플레이트(40)는 레더 프레임(20)의 중앙부에 위치되어 있으며, 오일팬(30)이 장착되는 플랜지부와 실린더 블록(10)과 결합되는 톱데크(Top Deck)들과 연결되어 실린더 블록계 하단부의 강성을 지지하는 역할도 한다.

또한 차량이 주행 중 급정거 및 차량이 정지 상태에서 급출발할 경우 또는 주행 중 급선회를 할 경우, 오일팬(30)안에 있는 엔진 오일이 관성 및 원심력에 의해 오일이 한쪽으로 쏠리는 현상을 발생한다.

이러한 쏠림 현상을 방지하기 위하여 레더 프레임(20)에 배플 플레이트(40)를 설치하여 엔진오일이 안정적으로 일정한 유면을 항상 유지하면서 각각의 운동부에 원활한 오일공급을 시키는데 큰 기여를 하는 부품 중의 하나이다.

상기 배플 플레이트(40)가 존재하지 않은 경우, 오일이 레더 프레임(20)의 각 벽면들과 충돌하여 진동을 유발시켜 소음을 발생시키는 경우도 종종 있다.

엔진 개발 시 엔진의 성능을 결정하는데 있어 출력과 연비도 중요한 반면에 현재에는 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능도 자동차 성능에 중요한 인자 중 하나이다.

현재 개발되고 있는 레더 프레임(20)은 엔진 중 실린더 블록계 하부의 강성을 유지하여 진동과 소음을 효과적으로 개선하면서 동시에 레더 프레임(20) 내에 일체형으로 형성되어 있는 배플 플레이트(40)가 존재하여 오일팬(30) 내부의 엔진 오일의 쏠림을 방지, 항상 일정한 유면을 유지하여 오일이 각 운동부에 골고루 공급될 수 있도록 하는 동시에 오일 충격에 의한 충격파를 방지하여 급정거 및 급출발 시 소음 발생을 억제하는 역할을 한다.

하지만, 상기 배플 플레이트(40)를 설치하는데 있어서 이를 잘못 설계할 경우, 도 3과 같이 배플 플레이트(40) 자체의 중량에 의해 진동이 발생됨에 따라 각각에 연결되어 있는 레더 프레임(20)의 벽면을 가진시켜 소음을 유발시키는 경우가 있으며, 또한 상기 배플 플레이트(40)의 상하 진동으로 인해 소음이 발생하며, 이렇게 발생한 소음은 오일팬(30)을 통해 투과되어 엔진 하부의 소음을 발생한다.

그리고 도 3은 상기 배플 플레이트(40) 진동에 의한 투과음 발생현상을 도시 한 것이고, 도 4는 도 3에서 A-A 선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 각각 참조하면, 엔진이 운전조건일 때 레더 프레임(20)의 배플 플레이트(40)는 상하 운동을 하게 되며, 이 진동은 엔진내의 공기와 오일을 통해 진동에너지가 소음 에너지로 변환되며, 이 소음에너지는 레더 프레임(20) 상단부에 위치한 실린더 블록(10)과 크랭크 시스템과 공명현상이 발생하여 소음이 악화되는 경향을 갖는다.

또한 레더 프레임(20) 하단부에 위치에 있는 오일팬(30)을 통해 소음이 투과되어 방출됨에 따라 엔진 하부 소음에 악영향을 미친다.

결국, 레더 프레임(20)에 배플 플레이트(40)를 설치한 목적인 엔진 오일 유면을 안정적인 유지 기능을 확보가 가능했으나, NVH 측면에서 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 레더 프레임에서 일부 배플 플레이트의 제거하고, 여기에 덧붙인 보강 구조를 통하여 진동이 개선되도록 한 엔진의 레더 프레임 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진의 레더 프레임 구조는, 엔진의 실린더 블록과 오일팬 사이에 설치된 레더 프레임과, 상기 레더 프레임 내의 중앙에 설치되어 엔진오일이 안정적인 일정한 유면을 유지하면서 각각의 운동부에 원활한 오일공급을 시키기 위한 배플 플레이트를 구비하여 된 엔진의 레더 프레임 구조에 있어서, 상기 배플 플레이트의 중앙부 일부를 절개한 절개부가 형성되고, 상기 절개부의 상부를 커버하며 커버플레이트가 장착된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 7에는 본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조의 구성을 개략 적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조는, 엔진의 실린더 블록과 오일팬 사이에 설치된 레더 프레임(60)과, 이 레더 프레임(60) 내의 중앙에 설치되어 엔진오일이 안정적인 일정한 유면을 항상 유지하면서 각각의 운동부에 원활한 오일공급을 위한 배플 플레이트(70)를 구비하여 된다.

그리고 본 발명에 따른 특징부를 이루는 것으로, 상기 배플 플레이트(70)의 중앙부 일부를 절개한 절개부(71)가 형성되고, 이 절개부(71)의 상부를 커버하며 커버플레이트(80)가 장착된다.

상기 커버플레이트(80)는 사각형으로 이루어지고, 다수개의 볼트(미도시)가 이용되어 절개부(71) 에 장착된다. 그리고 이 커버플레이트(80)는 플라스틱으로 이루어진다.

또한 상기 절개부(71)의 가장자리에는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 절개부(71)의 강성을 보강하기 위한 보강리브(73)가 형성 또는 장착된다. 그리고 상기 커버플레이트(80)는 보강리브(73) 내에 장착된다.

한편, 도 6에서 설명되지 않은 참조부호 72는 너트홀을 나타내 보인 것이고, 81은 볼트홀을 나타내 보인 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 5에는 상기 레더 프레임(60)에서 일부 배플 플레이트(70) 제거를 통하여 진동을 개선한 엔진의 레더 프레임(60) 구조가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 레더 프레임(60)에 강성 기여도를 하지 않고 단순히 유면 유지를 위해 설치한 배플 플레이트(70)의 일 부분을 제거함으로서 절개부(71)를 형성하고, 이 절개부(71)의 배플 플레이트(70)에서 발생하는 진동 모드를 제거하였다.

이를 통하여 엔진이 운전조건일 때 엔진 내의 공기와 오일을 통해 소음에너지로 변환되는 진동이 제거됨으로써 레더 프레임(60) 상단부에서의 실린더 블록과 크랭크 시스템과 공명현상이 제거되며, 또한 레더 프레임(60) 하단부에서의 오일팬을 통한 투과음이 제거됨으로써 차량 개발에 중요한 인자인 우수한 NVH 성능을 확보 및 중량저감을 통한 경량화가 가능하다.

그리고 상기 레더 프레임(60)에서 일부 배플 플레이트(70) 제거를 통하여 진동을 개선하였으나, 배플 플레이트(70)의 주요 기능 중 하나인 유면 유지를 할 수가 없어 엔진오일이 엔진 각 운동부에 원활하게 공급하기가 어려워진다.

결국, 배플 플레이트(70)의 기능(실린더 블록계의 하부구조 강성 유지 및 유면의 안정적 유지)을 모두 만족하기 위한 방안으로 도 6 및 도 7과 같이 플라스틱 판재인 커버플레이트(80)를 설치하여 급가속 시, 급정차 시, 급선회 시 유면을 일정하게 유지하도록 하였다.

또한 상기 플라스틱 판재인 커버플레이트(80)는 레더 프레임(60)에서 일부 배플 플레이트(70)가 제거된 곳에 볼트를 이용하여 볼트홀(81)과 너트홀(72)에 체결하여 장착한다.

장착된 플라스틱 판재인 커버플레이트(80)는 무게가 알루미늄보다 상당히 작 기 때문에 매스(Mass)에 의한 진동이 작으며, 또한 플라스틱은 알루미늄보다 댐핑(Damping)값이 10배가 큼에 따라 외부 가진력에 대한 이 부분에서 발생되는 소음레벨을 현저히 저감할 수 있는 장점이 있기 때문에 NVH 측면에서 우수한 성능을 가질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 종래의 배플 플레이트가 구조 상 레더 프레임의 강성에 기여해야 하나, 자체의 매스로 인하여 진동량이 커짐으로 인해 소음을 발생시키는 소음원이 되는 경우가 있었다.

도 10에는 레더 프레임(60)에 장착된 배플 플레이트(70)의 응답함수를 검토한 결과이다.

응답함수를 검토한 결과, 종전 알루미늄 배플 플레이트(70) 대비 플라스틱인 커버플레이트(80)를 배플 플레이트(70)에 장착한 레더 프레임(60)이 진동량 측면에서 대부분 주파수 대역에서 개선됨을 알 수 있으며, 이는 소음측면에서도 개선효과가 큼을 알 수 있다.

본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조는, 상기 레더 프레임(60)에 존재하는 배플 플레이트(70)에서 강성 기여도가 없고, 자체 매스 효과로 인해 전체적인 강성에 악영향을 주는 부위를 삭제함으로써, 레더 프레임(60)의 자체 강성을 증가시키는 동시에 경량화를 실현하였다.

또한 배플 플레이트(70)의 주요 기능의 하나인 일정한 유면 유지를 위하여 일부(배플 플레이트(70))삭제된 부위에 알루미늄보다 중량이 상대적으로 적고 또한 진동 측면에서 댐핑이 큰 플라스틱 판재인 커버플레이트(80)를 볼트로 고정하여 엔 진 운전시 항상 일정한 유면을 확보할 수 있도록 고안하였다.

결국, 매스로 작용하는 부분을 알루미늄 대신 플라스틱 판재인 커버플레이트(80)를 장착하여, 이 부분을 매스를 최대한 줄임으로서 진동량을 최대한 작게 하여 방사되는 소음량을 최대한 줄이는 개념이다.

도 11a 및 11b에는 레더 프레임(60)에 장착된 배플 플레이트(70)의 방사 소음 수준을 검토한 결과이다.

도시된 바와 같이, 플라스틱인 커버플레이트(80)를 배플 플레이트(70)에 장착한 개선사양은 자체(레더 프레임(60))의 강성을 증대시키는 동시에 방사되는 소음량을 획기적으로 저감할 수 있는 구조로 평가된다.

그리고 종래 사양인 대비 개선사양의 동강성이 400Hz 대역에서 1000Hz 대역으로 상승해도 배플 플레이트(70)에서 방사되는 방사 소음수준이 더 우수한 것을 알 수 있다.

결국 플라스틱 판재는 무게가 알루미늄보다 상당히 작기 때문에 매스에 의한 진동이 작으며, 또한 플라스틱은 알루미늄보다 댐핑값이 10배가 큼에 따라 외부 가진력에 대한 이 부분에서 발생되는 소음레벨을 현저히 저감할 수 있는 장점으로 인해 발생한 효과이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 레더 프레임 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

배플 플레이트에서 강성 기여도가 없고 자체 매스 효과로 인해 전체적인 강 성에 악영향을 주는 부위를 제거하고, 종래의 알루미늄 배플 플레이트 대신 플라스틱인 커버플레이트를 배플 플레이트에 장착함으로써, 엔진 운전시 항상 일정한 유면을 확보할 수 있고, 매스를 최대한 줄임으로서 진동량을 최대한 작게 하여 방사되는 소음량을 최대한 줄일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 엔진의 실린더 블록과 오일팬 사이에 설치된 레더 프레임과,

   상기 레더 프레임 내의 중앙에 설치되어 엔진오일이 안정적인 일정한 유면을 항상 유지하면서 각각의 운동부에 원활한 오일공급을 시키기 위한 배플 플레이트를 구비하여 된 엔진의 레더 프레임 구조에 있어서,

   상기 배플 플레이트의 중앙부 일부를 절개한 절개부가 형성되고,

   상기 절개부의 상부를 커버하며 커버플레이트가 장착된 것을 특징으로 하는 엔진의 레더 프레임 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 커버플레이트는 사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 레더 프레임 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 커버플레이트는 다수개의 볼트가 이용되어 장착된 것을 특징으로 하는 엔진의 레더 프레임 구조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 커버플레이트는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 레 더 프레임 구조.
5. 제1항에 있어서,

   상기 절개부의 가장자리에는 보강리브가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 레더 프레임 구조.
6. 제5항에 있어서,

   상기 커버플레이트는 상기 보강리브 내에 장착된 것을 특징으로 하는 엔진의 레더 프레임 구조.

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