KR101101083B1 - 진동댐퍼, 진동댐퍼의 생산방법 및 엔진의 진동을 완충하기위한 완충장치 - Google Patents

Abstract

진동댐퍼(3)는, 댐퍼(3)가 완충해야할 물체에 그를 경유하여 고정될 수 있는 몸체부(10), 상기 몸체부(10)의 공간(19)에 가동 가능하게 배치되어 상기 몸체부의 적어도 하나의 스프링(29)에 의해 고정되는 진동편(20)을 포함하고, 상기 진동편(20)이 서로 분리될 수 있게 고정되는 하나 이상의 부품(21, 22, 23, 24, 25, 26)으로 이루어진다. 또한 본 발명은 진동댐퍼(3)를 생산하는 방법 및 피스톤 엔진에서의 진동을 감소시키는 장치에 관한 것이다.

댐퍼, 진동, 완충, 가이드, 진공댐퍼

Description

진동댐퍼, 진동댐퍼의 생산방법 및 엔진의 진동을 완충하기 위한 완충장치{VIBRATION DAMPER, A METHOD OF PRODUCING A VIBRATION DAMPER AND A DAMPENING ARRANGEMENT FOR DAMPENING THE VIBRATIONS OF AN ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 진동댐퍼(Vibration Damper)에 관한 것으로, 상기 댐퍼는, 댐퍼가 완충(Dampening)해야할 물체에 그에 의해 고정될 수 있는 몸체부를 포함하며, 진동편(Oscillating Piece)이 상기 몸체부의 공간에 가동 가능하게(Movably) 배치되고, 상기 진동편이 적어도 하나의 스프링에 의해 상기 몸체부에 연결된다.

또한, 본 발명은 피스톤 엔진(Piston Engine)에 관한 것이다.

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피스톤 엔진의 진동은 그 자체로 잘 알려져 있으며, 이를 줄이기 위하여, 균형조정방안(Balancing Solution)과 같은 수많은 다양한 해결방안이 있다. 엔진에서, 엔진과 그와 관련되어 부착된 부속물, 예컨대 하나 또는 그 이상의 컴프레서 모두가 현저한 진동 형태의 일부를 구성할 수 있다. 이 경우 그것은 전체진동형 태(Gloval Vibration Form)에 관한 문제이다. 즉 엔진과 그 부속물들이 함께 진동 시스템을 형성한다. 또한, 엔진은 어떠한 부속물의 부분진동(Local Vibration)을 포함하며, 이에 따라 그 부속물의 동적 특성들이 진동에 관한 한 정해질 것이다.

부분진동에 대한 제어는 대체로 전체 구성품의 전체진동에 대한 제어보다 더 쉽다. 부분진동에서는, 강성(Rigidity), 조임, 질량 등이 더 쉽게 변형될 수 있다. 그러나, 엔진의 전체진동에 대한 제어에서, 변형에 대한 필요는, 엔진 그 자체로 향하고, 이에 따라 실린더블럭 등의 강성을 증가시키도록 요구될 수도 있다. 이것은 자연히, 표준엔진부품을 사용하려고 하는 경우 불가능하다. 또한 비용이라는 관점도 새로운 해결방안을 찾을 때 고려되어야만 한다.

모든 형태의 진동에 있어서, 엔진의 질량과 가스 힘은 엔진의 자극으로서 작용한다. 엔진의 진동완충에 있어, 특히 어려운 점은 여러 크기의 엔진(실린더의 수, 실린더 직경 등)에 대한 진동 특성이 서로 다르다는 것이다. 또한, 엔진 운행 속도도 진동에 영향을 준다.

진동 완충을 위하여, 예컨대, 미국 특허 5,816,373호에 압축가스를 함유하는 공간 내의 스프링들 사이에 진동편을 배치한 해결방안이 개시되어 있다. 상기 댐퍼의 작동은 상기 진동편의 질량과 그 치수[간격조정(Throttling)], 가스의 특성 및 상기 스프링 특성과 이들의 상관관계에 의존하기 때문에, 그러한 해결책은 항상 특정 주파수의 진동을 완충하기 위하여 치수를 맞춰서 개별적으로 생산되어야 한다.
미국 특허 6,443,273호에는, 진동편이 장치의 몸체부의 공간 내에 가동 가능하게 배치되어 상기 몸체부에 스프링에 의해서 고정된 진동해제장치(Vibration Cancellation Device)가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 문제를 최소화하는 진동댐퍼를 생산하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 제조 후에도 그 완충특성이 쉽게 변경될 수 있는 진동댐퍼를 생산하는데 있다.

본 발명의 목적은 첨부된 청구항 1, 9 및 10에 주로 개시되고 다른 청구항에서 더 자세히 설명된 바와 같이 달성된다. 더 자세하게는, 본 발명의 기본 사상은 상기 진동편이 서로 가동 가능하게 고정된, 하나 이상의 부품들로 이루어진다는 것이다. 따라서 상기 진동편은 표준 형상을 가지는 어떠한 구성품을 사용함으로써 원하는 질량을 가지도록 조립될 수 있다.

바람직하게, 상기 진동편은 두 개의 엔드피스(End Piece)와 상기 엔드피스 상에 배치된 수많은 중간편(Intermediate Piece)을 포함한다. 다양한 적용에 있어서, 바람직하게 상기 엔드피스는 항상 비슷하고 상기 진동편의 최종 총질량은 상기 중간편의 선택에 의해 결정된다. 바람직하게, 상기 중간편은 조정 디스크 (Adjustment Dics) 및/또는 지지 슬리브(Support Sleeve)를 포함하며, 그 길이는 각각의 경우 조정 디스크의 양에 의존한다. 상기 진동편은 기본적으로 실린더 형상이며, 하우징 구성물(Housing Construction)에 그 진동편을 지지하기 위한 그 길이축(Longitudinal Axis)과 평행한 관통구멍을 포함한다. 상기 진동편의 바깥둘레는 상기 몸체부로부터 약간의 거리를 두고 위치한다.

상기 진동편은 기본적으로 실린더 형상이며, 상기 몸체부에 진동편을 지지하기 위한 그 길이축과 평행한 관통구멍을 포함한다. 또한, 상기 진동편을 위한 베어링 수단(Bearing Means)이 상기 엔드피스와 결합하여 배치된다.

상기 진동편의 몸체부는 제1 및 제2 끝단벽(First and Second End Wall)에 의해 한정되는 실린더 공간을 포함한다. 상기 진동편의 가이드축이 상기 실린더 공간의 중심축의 위치에 위치하며, 상기 가이드축은 상기 제1 및 제2 끝단벽으로부터 연장된다. 상기 가이드축은 기본적으로 상기 가이드축의 전체를 연장하는 공간을 포함한다. 상기 공간의 대향하는 끝단에 인접하여, 상기 가이드축의 공간과 상기 진동편의 타측의 몸체부의 공간 사이에 유로 연결(Flow Connection)을 형성하는 개구부(Opening)가 있다. 이러한 종류의 구성으로 상기 진동편의 이동이, 상기 가이드축의 공간을 경유하여 완충매체(Dampening Medium)의 흐름을 그 이동과 위치에 따라 상기 진동편의 다른 쪽의 몸체부의 공간으로 일어나도록 할 수 있게 된다.

상기 완충매체의 흐름은, 상기 가이드축의 공간과 결합하여 상기 가이드축의 공간과 상기 몸체부의 공간 사이의 유로 연결을 조절하기 위한 수단이 있기 때문에, 달성될 수 있다.

상기 진동편은 스프링에 의해 제1 및 제2 끝단벽에 지지되도록 배치되어 있다.

본 발명에 따른 진동댐퍼를 생산하기 위한 방법에 있어서, 진동편은 적어도 하나의 스프링에 의해 상기 몸체부의 공간에 배치되며, 상기 진동편은 수많은 피스(Piece)를 서로 조임으로써 형성된다.

적어도 하나의 부속물을 포함하는 엔진의 진동을 완충하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 부속물은 상기 엔진에 단단하게 부착되며, 진동댐퍼는 상기 적어도 하나의 부속물과 연결되게 배치된다. 바람직하게, 상기 완충장치는 그 온도를 제어하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 엔진의 매체 순환부(Medium Circulation)에 연결된다.

이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 엔진과 연결된 진동댐퍼를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 진동댐퍼에 대한 실시예를 나타낸다.

도 3은 도 1의 A-A 단면을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸다.

도 1은 터보차저(Turbocharger, 2)를 포함하는 피스톤 엔진(1)의 개략도이다. 본 발명에 따르면, 진동댐퍼(3)는 엔진(1)의 터보차저와 연결되어 배치된다. 상기 진동댐퍼는 터보차저(2) 또는 그 구조물에 단단히 부착되어 있다. 이것은 상기 부착에 기본적으로 어떠한 특별한 유연성 스페이서(Spacer)도 사용하지 않는 것을 의미한다. 상기 엔진과 터보차저 모두의 진동 수준은 상기 진동댐퍼에 의해 원하는 주파수 범위로 감소될 수 있다. 상기 진동댐퍼의 작동을 온도에 관한 한 안정적으로 유지하기 위하여, 온도제어수단(4, 5, 6)이 제공된다. 상기 온도제어수단은, 채널(4)을 경유하여 윤활 및 냉각시스템과 같은 엔진의 매체 순환부에 연결된 쉘 구조(Shell Construction)를 상기 실제 댐퍼(3)에 제공함으로써 구현될 수 있다. 일부 경우에 상기 댐퍼도 팬(5)이 제공될 수 있으며, 그 팬에 의해 냉각이 달성될 수 있다.

도 2와 도 3은 도 1의 진동댐퍼(3)를 더 상세히 도시한다. 상기 댐퍼는, 그 속에 제1 및 제2 끝단벽(11, 12)에 의해 밀폐공간(19)이 배치되는 몸체부를 포함한다. 상기 공간(19)과 몸체부의 단면은 둥근 것이 바람직하다. 상기 끝단벽들은 적절한 방식으로, 예컨대 볼트체결(도면에서 미도시)로 상기 몸체부에 고정되며, 그 결과 체결면은 견고하다. 가이드축(13)은 그 중심축상에 상기 댐퍼(3)의 안쪽 공간(19)에 배치되며, 기본적으로 제1 끝단벽으로부터 제2 끝단벽까지 연장되어 있다. 진동편(20), 즉 피스톤은 그 길이축을 따라 가동 가능하게 상기 가이드축 위에 배치되며, 상기 진동편은 그 길이축과 평행한 관통구멍(20.1)을 포함하고, 그 길이축에 의해 상기 진동편이 상기 가이드축에 꼭 맞게 된다. 상기 가이드축은 상기 댐퍼의 몸체부의 중심선 위에 배치된다. 상기 가이드축을 상기 끝단벽에 지지하는 고정 플랜지(14)는 상기 제2 끝단벽 근처에서 상기 가이드축(13)의 끝단에 배치된다. 상기 가이드축과 고정 플랜지(14)는 상기 끝단벽에 제공되는 홈(Recess) 내에 배치된다.

상기 가이드축에 공간(15)이 배치되어 있으며, 상기 공간은 상기 가이드축의 한쪽 끝단으로부터 거의 그 끝단까지 연장된다. 바람직하게 상기 공간은 보링(Boring)에 의해 만들어진다. 또한, 개구부(16, 17)가 상기 가이드축(13)의 벽에 배치되며, 그 개구부에 의해 상기 가이드축의 공간(15)과 상기 몸체부의 공간(19)의 진동편 양쪽 사이에 유로 연결이 형성된다. 따라서, 상기 진동편이 움직이기 때문에, 완충매체가 상기 진동편의 한쪽으로부터 그의 다른 쪽으로 흐를 수 있다. 상기 가이드축의 타단은 조정나사 또는 니들(Needle, 18)이 제공되어, 상기 유동 개 구부(Flow Opening, 17)가 상기 조정나사 또는 니들(18)에 의해 막힐 수 있도록, 즉 조절되도록 유동 개구부(17)와 함께 설치된다. 이 조정에 의해 상기 진동편이 움직이기 때문에 상기 공간(19)의 완충매체의 흐름을 초래하여 상기 진동에 대한 완충 특성을 이루는 것이 가능하다. 상기 완충매체는 각 경우에 필요한 완충 효과에 따라 선택되며, 그것은 적절한 가스나 오일과 같은 액체일 수 있다.

상기 쉘 구조(6)에서는, 제2 외곽 쉘(Second Outer Shell, 10.1)이 상기 몸체부(10)의 외면에 연결되어 배치되며, 상기 쉘(10.1)은 상기 몸체부(10)의 냉각매체를 위한 공간을 형성한다. 또한, 냉각매체를 상기 공간으로 그리고 그곳으로부터 멀어지도록 향하게 하기 위한 상기 외곽 쉘과 결합되어 제공되는 연결도관(10.2, 10.3)들이 존재한다. 이들은 상기 몸체부와 댐퍼의 전체의 온도를 조절하여 원하는 수준에서 온도를 유지하기 위한 냉각매체의 사용을 허용한다. 상기 온도는 상기 완충수단의 점성에 영향을 주므로써, 상기 장치의 작동에 영향을 준다.

상기 진동편(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 스프링(29)을 포함하는 스프링 시스템에 의해 상기 가이드축과 고정 플랜지(Fastening Flange, 14)의 고리부(Collar Part, 13.1)에 직접 또는 경유하여 상기 제1 및 제2 끝단벽에 지지된다. 여기서, 상기 스프링 시스템은 상기 진동편의 양쪽에 별도의 많은 스프링들을 포함한다. 본 발명에 따라, 상기 진동편은 많은 부품들에 의해 형성되어, 상기 진동댐퍼를 조율할 가능성을 개선한다.

상기 진동편(20)은 몸체부(21)와 덮개부(22)를 포함한다. 상기 진동편과 가이드축(13) 사이의 베어링 장치(23, 24)는, 상기 몸체부(21)와 덮개부 모두가 상기 베어링 장치(23, 24)를 포함하도록 상술한 부품과 결합된 상태로 제공되고 있다. 수많은 중간 부품, 즉 조정 디스크(25.1-25.3)들이 상기 몸체부와 덮개부 사이에 제공되며, 그에 의해 상기 진동편의 질량이 영향을 받을 수 있다. 상기 중간부품들은 상기 몸체부(21)와 덮개부(22) 사이에 위치하며, 도 2에 도시된 실시예에서는, 그들은 모두 나선바(Threaded Bar, 26)와 너트(27)에 의해 고정되어 조립체를 형성한다. 여기서, 어떠한 공간, 즉 길이방향쪽의 거리가 상기 몸체부(21)와 덮개부(22) 사이에 존재하며, 상기 원하는 총 질량이 반드시 전체 이용할 수 있는 공간이 채워질 정도로 중간편의 사용을 필요로 하지 않더라도, 지지 슬리브(25.4)는 상기 나선바와 결합하여 사용된다. 이것은, 다른 것과 함께, 각 경우에서 상기 댐퍼의 조율을 위해 필요한 질량이 상기 몸체부 및 덮개부 사이의 공간에서 표준 크기로 설치될 수 있다는 잇점을 달성할 수 있다. 상기 진동편의 질량은 다른 수의 중간편들을 배치함으로써 변경할 수 있다. 또한 상기 중간편을 다른 밀도를 가지는 재료로부터 만드는 것도 가능하다. 따라서, 상기 진동편의 질량은 외부 치수를 변경하지 않고 변경할 수 있으며, 이에 의해 물리적 치수를 표준화하는 것이 가능하다. 그러나 상기 진동편의 모든 부품들은 서로에 대하여 가동되지 않는 것이 중요하다. 상기 몸체부(21), 덮개부(22) 및 중간부(25)의 형상은 도시된 것과 다를 수 있다; 그러나, 기본적으로, 그들은 형상이 회전하게 대칭이고, 그들의 질량 중심이 중심축상에 있다.

유로(Flow Path, 28)들은 공간(19)을 채우는 완충매체를 위해 상기 진동편 내에 배치될 수 있으며, 이에 의해 상기 진동편의 이동은 상기 완충매체를 유로를 따라 흐르게 할 수 있다. 이에 따라 상기 완충매체는 유동 개구부(16, 17)와 공간(19)을 경유하여 흐를 수 있다. 상기 진동편의 완충 효과와 함께, 유로를 경유한 흐름은, 상기 조정나사 또는 니들(18)의 위치를 변경함으로써 조절될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 진동댐퍼의 다른 실시예를 도시한다. 그것은 구조적으로, 도 2에 도시된 바와 같은 것에 대응하며, 이하에서는, 일반적으로 도 2의 것과 다른 특징만을 언급한다. 여기서, 상기 몸체부(10)는 더 작은 직경을 가지는 영역(10.4)을 제공하며, 상기 영역은 상부와 하부 숄더(Upper and Lower Shoulder, 10.5, 10.6)를 형성한다. 여기서, 두 개의 중첩된 링(Superimposed Ring, 30, 31)이 상기 숄더에 기대어 배치되며, 상기 링의 조임은 슬리브(32)에 의해 확보된다. 상기 링들은 이들과 상기 진동편(20) 사이에 작은 공차만이 존재하도록 중심쪽을 향해 상기 공간(19) 내에서 연장된다. 상기 공차는 완충매체의 유로와 조절점(Throttling Point)으로서 작용한다. 한편, 상기 링(30, 31)들 주위에 의해 형성되는 공차는, 상기 진동편과 몸체부(10) 사이에 존재한다. 돌출링(Projection Ring, 21.2)이 상기 진동편의 바깥 둘레 위에 배치되어, 그 주위로 따라 그 영역에서 상기 링들 사이의 길이축 방향으로 연장되고, 상기 돌출링은 상기 진동편의 몸체부(21)와는 떨어진 쉘(21.1)에 형성된다. 상기 쉘과 몸체부는 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 부품일 수 있다. 상기 돌출링(21.2)은 그 일부가 상기 완충매체의 조절점으로서 기능을 하며, 상기 장치의 진동 완충을 조율하는데 영향을 미친다.

상기 진동편의 이동을 완충하기 위하여, 상기 링(30, 31)들은 그 주위를 따 라 관통구멍(33)이 제공되며, 그 크기와 위치는 상기 매체의 흐름에 영향을 주는, 즉 조절하는데 사용될 수 있다. 상기 중첩된 링들의 개구부는 다른 크기일 수 있고 부분적으로 겹칠 수 있어, 상기 조절(Throttling)에 대한 조정성을 향상시킬 수 있다. 상기 개구부(33)의 위치는 상기 중심축에 대하여 상기 링들을 서로에 대하여 적절한 위치로 회전시킴으로써 변경할 수 있다.

작동 중, 상기 댐퍼의 진동편은, 상기 공간(19) 내의 가이드축에 이리저리 진동하기 때문에, 반작용력을 생기게 한다. 상기 반작용력의 진폭, 빈도수 및 위상각은 상기 진동편의 질량을 변경하거나, 상기 스프링 시스템의 스프링 상수를 변경하거나 상기 공간(19)을 채우는 완충매체나 그 흐름에 의해 얻어질 수 있다. 상기 진동댐퍼는, 상기 진동 피스톤에 의해 가압된 하나의 공간으로부터 다른 공간으로 상기 완충매체가 좁은 조절점 내에서 흐르기 때문에, 진동에너지를 열로 변환한다.

본 발명은 여기에서 기술된 실시예들에 한정되지 않지만, 그 수많은 변형예들이 첨부된 청구항의 영역 내에서 생각될 수 있다.

Claims (11)

1. 댐퍼(3)가 완충해야할 물체에 그것을 경유하여 고정될 수 있는 몸체부(10)와, 상기 몸체부(10)의 공간(19)에 가동 가능하게 배치되어 상기 몸체부의 적어도 하나의 스프링(29)에 의해 고정되는 진동편(20)을 포함하고, 상기 진동편(20)은 서로 분리될 수 있게 고정되는 하나 이상의 부품(21, 22, 23, 24, 25, 26)으로 이루어지는 진동댐퍼(3)에 있어서,

   상기 진동편(20)을 안내하기 위한 가이드축(13)이 상기 몸체부의 공간(19)에 배치되고, 상기 가이드축은 상기 가이드축의 공간(15)와 진동편(20)의 양쪽 사이의 유로 연결을 형성하기 위하여 상기 가이드축의 벽에 배치된 공간(15)과 개구부(16, 17)를 포함하며,

   상기 가이드축의 공간(15)과 몸체부의 공간(19) 사이의 유로 연결을 조정하기 위한 수단(18)이 상기 가이드축의 공간(15)과 연결되어 제공되는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진동편(20)은 두 개의 엔드피스 및 상기 엔드피스들 사이에 배치된 복수의 중간편(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동편(20)은 형상에 있어 기본적으로 실린더이며, 그 길이축과 평행한 관통구멍(20.1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부(10)는 제1 및 제2 끝단벽(11, 12)과 그 중심축을 따라 배치되는 진동편을 위한 가이드축(13)에 의해 한정된 실린더 공간(19)을 포함하고, 상기 가이드축은 그 가이드축의 공간(15)과 상기 몸체부의 공간(19) 사이의 유로 연결을 형성하기 위한 그 대향하는 단부들과 인접하는 공간(15)과 개구부(16, 17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
5. 삭제
6. 제 2 항에 있어서, 상기 진동편을 위한 베어링 수단(23, 24)이 상기 엔드피스(21, 22)와 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 진동편이 스프링(29)에 의해 제1 및 제2 끝단벽(11, 12)으로 지지되어 배치되는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 중간편은 조정 디스크(25.1, 25.2, 25.3) 및 지지 슬리브(25.4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동댐퍼.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 의해 형성된 진동댐퍼(3)에 의해 특정되는 피스톤 엔진.
10. 삭제
11. 삭제

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