KR101217273B1

KR101217273B1 - 충격 감응형 댐퍼

Info

Publication number: KR101217273B1
Application number: KR1020100052725A
Authority: KR
Inventors: 김홍식
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-12-31
Also published as: KR20110133152A; DE102011103368A1; US20110297497A1; US8733520B2

Abstract

본 발명은 노면으로부터 차량에 전달되는 진동을 감쇠하는 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 댐퍼의 저속 작동구간에서는 조종 안정성을 얻을 수 있고 댐퍼의 고속 작동구간에서는 승차감의 향상을 얻을 수 있는 충격 감응형 댐퍼에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 차량에 충격이 입력되었을 때 감쇠력을 낮추어 승차감을 향상시킬 수 있는 충격 감응형 댐퍼로서, 압축유로 및 인장유로가 형성되어 있는 바디 밸브 몸체와, 상기 바디 밸브 몸체를 상하로 관통하는 체결구와, 상기 바디 밸브 몸체 상부와 상기 체결구 사이에 개재된 접시형 스프링 및 상기 바디 밸브 몸체 하부와 상기 체결구 사이에 개재된 디스크형 스프링을 포함하며,
상기 댐퍼에 충격이 입력되었을 때의 압축행정 시에 상기 접시형 스프링의 탄성변형으로 인해 상기 체결구는 상기 바디 밸브 몸체에 대하여 상대변위를 일으켜서 상기 디스크형 스프링과 상기 바디 밸브 몸체 하부는 이격되어 작동유체의 유로면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 충격 감응형 댐퍼가 제공된다.

Description

충격 감응형 댐퍼{DAMPER OF IMPACT SENSITIVE TYPE}

본 발명은 노면으로부터 차량에 전달되는 진동을 감쇠하는 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 댐퍼의 저속 작동구간에서는 조종 안정성을 얻을 수 있고 댐퍼의 고속 작동구간에서는 승차감의 향상을 얻을 수 있는 충격 감응형 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 주행 중 차륜을 통하여 노면으로부터 진동이나 충격을 끊임없이 받기 때문에 차체와 차축 사이에 완충장치를 설치하여 충격이나 진동이 직접 차체에 전달되는 것을 방지하여 승차감을 향상시키고, 또한 차체의 불규칙한 진동을 억제함으로써 주행 안정성을 향상시키게 된다.

이때 현가장치는 이러한 완충장치를 포함한 차체와 차축 사이의 연결장치를 통칭하며, 이 장치는 충격을 완화하는 샤시 스프링, 샤시 스프링의 자유 진동을 제어하여 승차감을 향상시키는 댐퍼, 롤링(rolling)을 방지하는 스테빌라이져(stabilizer), 고무 부싱(bushing), 및 컨트롤 암 등으로 구성된다.

현가장치 중에서도 특히 댐퍼(damper)는 노면으로부터의 진동을 억제, 감쇠하는 역할을 하고 차체 혹은 프레임과 휠 사이에 장착되며, 특히 차체의 상하방향 진동 에너지를 흡수함으로써 진동을 억제하고 승차감을 향상시키고, 적재 화물을 보호하고 차체 각부의 동적 응력을 저감시켜 내구 수명을 증가시키며, 동시에 스프링 아래쪽의 운동을 억제하여 타이어의 접지성을 확보하고 또 관성력에 의한 자세 변화를 억제하여 차량의 운동성능을 향상시킨다.

댐퍼의 감쇠력 특성에 따라 승차감과 조정 안정성을 알맞게 조정할 수 있다. 즉 차량의 일반적인 주행 중에는 승차감 향상을 위해 감쇠력이 작을 필요가 있으며, 차량의 급선회시나 고속 주행 중에는 조정 안정성의 향상을 위해 감쇠력이 클 필요가 있다.

도 1은 종래 일반적인 댐퍼를 도시한 단면도이다.

댐퍼(40)는 작동유체가 충전된 실린더(43)와, 일단은 이 실린더 내부에 위치하고 타단은 실린더 외부에 위치하는 피스톤 로드(49)와, 이 피스톤 로드(49)의 일단에 장착되어 실린더(43) 내에서 왕복 운동하는 피스톤 밸브(47)를 포함한다. 실린더(43)는 내부관(41)과 외부관(42)으로 이루어지며 실린더(43) 말단에는 피스톤 밸브(47)와 마주보는 위치에 바디밸브(48)가 설치되어 있다.

실린더 내부는, 피스톤 밸브(47)에 의해서 압축챔버(52)와 인장챔버(51)로 구획되며, 내부관(41)과 외부관(42) 사이에는 저장실(46) 형성된다.

도 2는 댐퍼의 감쇠력 발생을 설명하기 위한 바디밸브의 단면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 바디밸브(48)는 그 바디밸브 몸체(61)에 압축챔버(52)와 저장실(46)을 연통시키는 압축유로(61a)와 인장유로(61b)가 수직으로 형성되어 있고, 바디밸브 몸체(61)의 상부에는 압축유로(61a)를 개폐시키는 셕션밸브 조립체(66)가 설치된다.

셕션밸브 조립체(66)는 바디밸브 몸체(61)의 상부에 압축유로(61a)와 연통하는 슬롯(62a)을 가지고 인장유로(61b)를 개폐시키는 단판의 셕션밸브(62)를 포함하며, 그 상부에는 리테이너(63), 셕션 스프링(64) 및 이들을 지지하는 와셔(65)가 순차적으로 적층된다.

여기서 리테이너(63)는 간극을 유지시키며, 셕션 스프링(64)은 리테이너(63)의 상부에서 셕션밸브(62)의 배면을 탄성 지지하여 항상 셕션밸브(62)를 바디밸브 몸체(61)의 상면에 긴밀하게 밀착시키고, 셕션 스프링(64)의 상부에는 구멍(65a)이 형성된 와셔(65)가 설치된다. 바디밸브 몸체(61)의 하부에는 압축유로(61a)를 개폐시키는 다판디스크(68)가 설치된다.

피스톤 로드(49)의 압축행정시에 압축챔버(52)의 작동유체가 와셔(65)의 구멍(65a), 셕션밸브(62)의 슬롯(62a)을 지나 압축유로(61a)를 통해 다판디스크(68)를 하방으로 밀어내려 개방시키면서 저장실(46)측으로 이동하여 감쇠력을 발생시키고, 인장행정시에는 저장실(46)측의 작동유체가 인장유로(61b)를 통해 셕션밸브(62)를 상방으로 밀어 올려 개방시키면서 압축챔버(52)로 이동하여 감쇠력을 발생시킨다.

하지만 상술한 다판디스크(68)를 사용하는 종래 바디밸브(48)의 경우, 다판디스크(68)는 가해지는 하중이 늘어날수록 변형량이 급격히 줄어드는 성질을 가지므로 큰 충격이 댐퍼에 전달되었을 때 다판디스크(68)의 변형에 한계가 발생하여 감쇠력이 급격히 상승하게 되어 승차감이 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 댐퍼의 바디밸브에서 접시형 스프링과 디스크형 스프링을 같이 적용하여 댐퍼의 저속 작동구간에서 댐퍼의 고속 작동구간으로의 변환 시 원만한 감쇠력 향상을 가지게 되어 조정 안정성과 승차감의 향상을 동시에 만족시킬 수 있는 충격 감응형 댐퍼를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 차량에 충격이 입력되었을 때 감쇠력을 낮추어 승차감을 향상시킬 수 있는 충격 감응형 댐퍼로서, 압축유로 및 인장유로가 형성되어 있는 바디 밸브 몸체와, 상기 바디 밸브 몸체를 상하로 관통하는 체결구와, 상기 바디 밸브 몸체 상부와 상기 체결구 사이에 개재된 접시형 스프링 및 상기 바디 밸브 몸체 하부와 상기 체결구 사이에 개재된 디스크형 스프링을 포함하며, 상기 댐퍼에 충격이 입력되었을 때의 압축행정 시에 상기 접시형 스프링의 탄성변형으로 인해 상기 체결구는 상기 바디 밸브 몸체에 대하여 상대변위를 일으켜서 상기 디스크형 스프링과 상기 바디 밸브 몸체 하부는 이격되어 작동유체의 유로면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 충격 감응형 댐퍼가 제공된다.

상기 접시형 스프링은 상기 바디 밸브 몸체와 상기 접시형 스프링 사이에 개재된 스프링 시트에 의해서 고정 설치되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 접시형 스프링, 상기 스프링 시트, 상기 바디 밸브 몸체 및 상기 디스크형 스프링은 상기 체결구에 의해 일체로 조립되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 댐퍼의 바디밸브에서 접시형 스프링과 디스크형 스프링을 같이 적용하여 댐퍼의 저속 작동구간에서 댐퍼의 고속 작동구간으로의 변환 시 원만한 감쇠력 향상을 가지게 되어 조정 안정성과 승차감의 향상을 동시에 만족시킬 수 있는 충격 감응형 댐퍼가 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명에 의하면, 댐퍼의 저속 작동구간에서는 높은 감쇠력 특성으로 인하여 조정 안정성의 향상을 얻을 수 있고 댐퍼의 고속 작동구간에서는 낮은 감쇠력 특성으로 인하여 승차감의 향상을 얻을 수 있다.

도 1은 종래 댐퍼의 단면도.
도 2는 종래 댐퍼의 바디 밸브의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 충격 감응형 밸브의 바디 밸브 조립체의 단면도.
도 4은 저속에서 댐퍼의 바디 밸브 조립체에 형성된 작동유체의 흐름을 나타낸 상태도.
도 5는 고속에서 댐퍼의 바디 밸브 조립체에 형성된 작동유체의 흐름을 나타낸 상태도.
도 6은 본 발명에 따른 접시형 스프링과 디스크형 스프링의 하중에 따른 변형량을 비교한 곡선.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 충격 감응형 댐퍼를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만 댐퍼에서 감쇠력의 발생은 인장행정시와 압축행정시로 나눌 수 있지만 본 발명은 압축행정시의 감쇠력에 관한 것이므로 압축행정시 감쇠력 발생에 주로 영향을 미치는 바디 밸브를 위주로 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 충격 감응형 밸브의 바디 밸브 조립체의 단면도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충격 감응형 댐퍼는 작동유체가 충전된 원통형 실린더(25)와, 상기 실린더(25)의 내부에 설치되며 압축유로(16)와 인장유로(17)가 소정간격을 두고 형성된 바디 밸브 몸체(11)를 포함한다. 볼트(31)는 상기 바디 밸브 몸체(11)를 상하로 관통하여 너트(32)와 체결될 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예에서는 체결구로서 볼트(31)와 너트(32)를 예시하고 있지만 체결이 가능한 부재라면 리베트 등의 다른 부재를 사용할 수도 있다.

상기 바디 밸브 몸체(11)의 상면에는 석션 밸브(20)가 설치되며 석션 밸브(20) 위로는 스프링 시트(21)와 접시형 스프링(22)이 차례대로 적층되어 있다. 이때 접시형 스프링(22)은 너트(32) 하면에 있는 와셔(23)를 가압한 상태로 위치를 유지할 수 있다. 따라서 접시형 스프링(22)의 가압력 보다 작은 작동유체의 흐름에 따른 압력이 생기는 댐퍼의 저속 작동구간에서는 볼트(31)와 너트(32)가 결합된 체결구는 위치의 변화가 없다.
본 발명에서 접시형 스프링(22)은 중앙부분과 가장자리 부분의 높이가 달라 형태적으로 접시 형상을 취하는 것을 의미하는 것으로 이해되고 해석되어야 한다.

하지만 노면으로부터 큰 충격이 댐퍼에 입력되어 댐퍼가 고속작동 구간에서 동작할 때에는 작동유체의 압력이 순간적으로 상승하며 이 압력은 상기 접시형 스프링(22)의 가압력보다 크기 때문에 접시형 스프링(22)은 변형이 일어난다. 접시형 스프링(22)이 눌려지면 볼트(31)와 너트(32)가 결합된 체결구는 바디 밸브 몸체(11)에 대하여 아래쪽으로 상대변위를 일으킬 수 있다.

본 명세서에서 댐퍼가 고속 또는 저속에서 작동한다는 것은 댐퍼에 있는 피스톤 로드(미도시)의 작동속도를 말하는 것으로서, 일반적으로 차량의 주행 중 노면으로부터 큰 충격이 입력되었을 때는 댐퍼가 고속으로 작동하게 된다.

상기 바디 밸브 몸체(11)의 하면에는 디스크형 스프링(14)이 설치된다. 디스크형 스프링(14)은 디스크-S(12)와 복수의 디스크(13)를 포함한다. 또한 디스크형 스프링(14)의 하면에는 리테이너(24)가 설치되어 있으므로 작동유체의 압력에 의해 디스크형 스프링(14)이 아래로 휘어졌을 때에도 디스크형 스프링(14)의 위치를 유지시켜 주는 역할을 할 수 있다. 디스크-S(12)의 가장자리에는 슬릿(15)이 형성되어 있으므로 작동유체의 흐름이 약한 댐퍼의 저속 작동구간에서 작동유체가 슬릿(15)을 통해 흐를 수 있어 감쇠력이 발생할 수 있다.

상기 바디 밸브 몸체(11) 상면에는 석션 밸브(20)가 인장유로(17)를 막도록 설치되어 있다. 댐퍼의 압축행정시에는 석션 밸브(20)가 인장유로(17)를 막고 있으므로 작동유체가 압축유로(16)를 통하여 유동하게 된다. 댐퍼의 인장행정시에는 인장유로(17)를 막고 있던 석션 밸브(20)가 위로 열리게 되어 인장유로(17)를 통하여 작동유체가 유동하게 된다.

도면에는 인장시 유체의 흐름은 도시되지 않았지만, 인장행정시 석션 밸브(20)가 위로 열리면서 도 3을 기준으로 압축유로(16)의 양 옆에 있는 인장유로(17)를 통해서 작동유체가 위쪽 방향으로 유동할 수 있다.

본 발명에 따른 충격 감응형 댐퍼는, 디스크형 스프링(14)과 접시형 스프링(22)이 가지는 서로 다른 특성을 이용하여 감쇠력을 조절할 수 있다. 도 6의 본 발명에 따른 접시형 스프링(22)과 디스크형 스프링(14)의 하중에 따른 변형량을 비교한 곡선을 살펴보면, 디스크형 스프링(14)의 경우 받는 하중이 증가 할수록 변위될 수 있는 양이 점차 작아지기 때문에 큰 충격이 댐퍼에 입력되었을 때 감쇠력이 급격히 증가하게 된다. 반면 접시형 스프링(22)의 경우에는 받는 하중이 증가 할수록 변위될 수 있는 양이 점차 많아지기 때문에 큰 충격이 댐퍼에 입력되었을 때 감쇠력이 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있다.

보다 상세하게는, 접시형 스프링(22)이 와셔(23)를 가압하고 있는 힘보다 작은 작동유체의 압력이 바디 밸브 조립체에 전해지면 접시형 스프링(22)이 변형되기 전에 디스크형 스프링(14)이 먼저 변형이 될 수 있다. 디스크형 스프링(14)의 변형으로 바디 밸브 몸체(11)와 디스크형 스프링(14) 사이에는 작은 공간이 생기게 되며 작동유체가 상기 공간으로 흐르게 되면 높은 감쇠력이 발생되어 조정 안정성이 향상될 수 있다.

하지만 큰 충격이 댐퍼에 입력되었을 경우, 즉 접시형 스프링(22)이 와셔(23)를 가압하고 있는 힘보다 큰 작동유체의 압력이 바디 밸브 조립체에 전해지면 디스크형 스프링(14)은 도 6에서 알수 있는바와 같이 더 이상 변형이 어려우므로 접시형 스프링(22)의 변형이 일어난다. 접시형 스프링(22)의 변형으로 볼트(31)와 너트(32)가 체결된 체결구는 바디 밸브 몸체(11)에 대하여 아래쪽으로 상대변위를 일으켜서 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11)의 하면 사이에는 공간이 형성되어 작동유체의 유로면적이 넓어질 수 있다. 유로면적이 커지므로 감쇠력이 증가하는 양이 완만해져서 승차감이 향상될 수 있다.

만약 압축행정시 접시형 스프링(22)이 없이 디스크형 스프링(14)만으로 감쇠력을 발생시키게 된다면 차량에 큰 충격이 입력되었을 때 감쇠력이 급격하게 상승하게 되어 승차감이 나빠질 수 있다. 하지만 본 발명은 압축행정시 접시형 스프링(22)과 디스크형 스프링(14)을 같이 이용하여 감쇠력을 발생시키게 되므로 댐퍼의 작동이 저속구간에서 고속구간으로 변화되더라도 감쇠력이 원만하게 상승하게 되어 승차감의 향상을 얻을 수 있는 것이다.

이하, 상술한 바와 같이 구성되어 있는 본 발명에 따른 충격 감응형 댐퍼의 작동을 압축행정시 감쇠력 발생과 관련하여 서술하기로 한다.

도 4에는 저속에서 댐퍼의 바디 밸브 조립체에 형성된 작동유체의 흐름을 나타낸 상태도가 도시되어 있으며, 도 5에는 고속에서 댐퍼의 바디 밸브 조립체에 형성된 작동유체의 흐름을 나타낸 상태도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 댐퍼의 저속 작동구간에서는 작동유체가 바디 밸브 몸체(11)의 압축유로(16)를 통과하여 디스크형 스프링(14)의 슬릿(15)을 통해서 유동하게 된다.

저속 작동구간에서는 접시형 스프링(22)의 변형은 없으며 디스크형 스프링(14)의 변형이 서서히 일어날 수 있다. 즉, 초기에는 슬릿(15)을 통해서 유동하던 작동유체가 디스크형 스프링(14)이 조금씩 변형됨에 따라 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11) 사이에 형성된 공간으로 유동하게 될 수 있다.

다만 여기서 디스크형 스프링(14)의 변형에 따른 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11) 사이에 형성된 공간은, 댐퍼의 고속 작동구간에서의 체결구의 상대변위에 따라 형성된 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11) 사이에 형성된 공간에 비하여 극히 작은 것으로서 작동유체가 흐를 수 있는 면적에 있어서 큰 차이가 있으므로 주의하여야 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 댐퍼의 고속 작동구간에서는 작동유체가 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11) 사이에 형성된 공간으로 유동하게 되어 댐퍼의 저속 작동구간에 비해서 유로면적이 크게 증가할 수 있다.

댐퍼가 고속 작동구간에 있다는 것은 댐퍼에 큰 충격이 입력되었을 때 접시형 스프링(22)이 와셔(23)를 가압하는 힘보다 작동유체의 유동에 의해 생기는 압력이 큰 경우를 말한다. 이때 접시형 스프링(22)이 아래쪽으로 내려앉게 되면 너트(32)와 볼트(31)가 결합된 체결구는 바디 밸브 몸체(11)에 대해 아래쪽으로 상대변위를 일으키게 된다. 따라서 디스크형 스프링(14)과 바디 밸브 몸체(11) 사이에는 공간이 형성될 수 있는 것이다.

고속 작동구간에서는 디스크형 스프링(14)의 변형량이 저속 작동구간에 비해 상대적으로 작으므로 감쇠력의 급격한 상승이 우려되나 접시형 스프링(22)이 변형되어 너트(32)와 볼트(31)가 결합된 체결구가 바디 밸브 몸체(11)에 대하여 상대변위를 일으키면 유로면적이 증가하게 되므로 감쇠력의 상승은 현저히 줄어들게 된다.

이와 같이 본 발명의 충격 감응형 댐퍼에 따르면, 댐퍼의 저속 작동구간에서는 조정 안정성을 높일 수 있으며 댐퍼에 순간적으로 큰 충격이 입력되어 댐퍼가 고속 작동구간에서 동작하게 될 때에는 감쇠력이 완만하게 상승하게 되므로 승차감의 향상을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 충격 감응형 댐퍼는 종래 댐퍼에서 큰 구조변경 없이도 제조할 수 있으므로 종래 제조공정을 그대로 이용할 수 있는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 충격 감응형 댐퍼를, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

11: 바디 밸브 몸체 12: 디스크-S
13: 복수의 디스크 14: 디스크형 스프링
15: 슬릿 16: 압축유로
17: 인장유로 20: 셕션 밸브
21: 스프링 시트 22: 접시형 스프링
23: 와셔 24: 리테이너
25: 실린더 31: 볼트
32: 너트

Claims

작동유체가 충전된 실린더와 일단은 상기 실린더 내부에 위치하고 타단은 상기 실린더 외부에 위치하는 피스톤 로드와 상기 피스톤 로드의 일단에 장착되어 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 밸브를 포함하는 충격 감응형 댐퍼에 있어서,
상기 피스톤 밸브와 마주보게 위치하며, 압축유로 및 인장유로가 형성되어 있는 바디 밸브 몸체;
상기 바디 밸브 몸체를 상하로 관통하는 체결구;
상기 바디 밸브 몸체의 상부와 상기 체결구 사이에 개재된 접시형 스프링; 및
상기 바디 밸브 몸체의 하부와 상기 체결구 사이에 개재되며, 상기 댐퍼의 저속 작동구간에서 작동유체가 흐를 수 있도록 상측 가장자리에 슬릿(15)이 형성되는 디스크형 스프링;을 포함하며,
상기 댐퍼에 충격이 입력되었을 때의 압축행정 시에 상기 체결구는 상기 작동유체의 압력 변화에 의해 상기 접시형 스프링이 탄성변형하면 상기 체결구는 상기 바디 밸브 몸체에 대하여 상대변위를 일으켜서 상기 디스크형 스프링과 상기 바디 밸브 몸체 하부는 이격되어 상기 작동유체의 유로면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 충격 감응형 댐퍼.
청구항 1에 있어서,
상기 바디 밸브 몸체의 상부와 상기 체결구 사이에 위치하는 스프링 시트를 더 포함하되, 상기 접시형 스프링은 상기 스프링 시트에 설치되는 것을 특징으로 하는 충격 감응형 댐퍼.
청구항 2에 있어서,
상기 접시형 스프링, 상기 스프링 시트, 상기 바디 밸브 몸체 및 상기 디스크형 스프링은 상기 체결구에 의해 일체로 조립되는 것을 특징으로 하는 충격 감응형 댐퍼.