KR101315774B1 - 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치 - Google Patents

가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치 Download PDF

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윤형진
김장호
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전조건에 따라 스토퍼의 크기를 가변시켜 NVH 성능을 개선할 수 있는 마운트 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 유체 이동이 가능한 유로홈을 가지는 제2 아우터 파이프; 상기 제2 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 상기 유로홈과 연결되는 복수 개의 연통홀과 적어도 하나 이상의 제어밸브를 가지는 제1 아우터 파이프; 상기 제1 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 내측에 상기 연통홀과 연결되는 리저버 챔버를 가지는 스토퍼 및 상기 제어밸브와 연결되는 펌핑 챔버를 가지는 메인 러버가 구비된 러버부; 상기 메인 러버에 삽입된 형태로 결합되는 이너 파이프;를 포함하여 구성되며, 상기 리저버 챔버를 출입하는 유체에 의해 스토퍼의 크기를 탄성적으로 가변할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치를 제공한다.

Description

가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치 {Mount device having variable stopper}
본 발명은 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전조건에 따라 스토퍼의 크기를 가변시켜 NVH 성능을 개선할 수 있는 마운트 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 차량의 엔진 구동시 엔진룸에서 차체를 통해 실내로 전달되는 진동 및 소음과 엔진 진동에 따른 엔진의 흔들림을 잡아주는 수단으로 방진기능을 가지는 엔진 마운트(Engine Mount)가 엔진과 차체 사이에 설치되고 있다.
종래의 엔진 마운트로는 스토퍼를 구비하여 대변위 진동을 억제할 수 있도록 구성된 마운트가 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 엔진 마운트는 아우터 파이프(1), 아우터 파이프 내측에 배치되는 이너 파이프(2), 아우터 파이프(1) 내측에서 이너 파이프(2)를 둘러싸고 있는 메인 러버(3), 보이드(4,5)를 사이에 두고 메인 러버(3)의 상하 양측에 위치하게 되는 스토퍼(6,7)로 구성된다.
이러한 종래의 엔진 마운트는 이너 파이프(2)에 연결된 파워트레인의 진동이 클 경우 이너 파이프(2)를 둘러싼 메인 러버(3)가 스토퍼(6,7)와 접촉하게 됨으로써 스토퍼(6,7)와 접촉하기 전의 특성인 1차 특성보다 더 큰 2차 특성이 나타나도록 하여 대변위 진동을 억제하게 된다(도 2 참조).
그런데, 이러한 종래의 엔진 마운트는 차량의 아이들 조건에서는 파워트레인의 진동이 차체로 전달되지 않도록 하기 위해 절연율을 높여야 하므로 특성값이 작은 1차 특성을 나타내야 하며 이를 위해서는 스토퍼의 크기를 줄여 보이드를 크게 하는 것이 요구되고, 차량의 주행 조건에서는 파워트레인의 거동이 크지 않도록 하기 위해 파워트레인의 거동을 제한해야 하므로 특성값이 큰 2차 특성을 조기에 나타내야 하며 이를 위해서는 스토퍼의 크기를 증가시켜 보이드를 작게 하는 것이 요구된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 엔진 마운트는 주행 조건 및 아이들 조건과 같이 서로 상반되는 2가지 요구조건을 동시에 충족시킬 수 없는 문제가 있으며, 이에 2가지 조건을 트레이드 오프(trade off)하여 절충된 성능을 갖도록 설계되고 있는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 고안한 것으로서, 운전조건에 따라 스토퍼의 크기를 가변시켜 아이들 상태 및 주행 상태에서 모두 NVH(Noise, vibration, and harshness) 성능을 개선할 수 있는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유체 이동이 가능한 유로홈을 가지는 제2 아우터 파이프; 상기 제2 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 상기 유로홈과 연결되는 복수 개의 연통홀과 적어도 하나 이상의 제어밸브를 가지는 제1 아우터 파이프; 상기 제1 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 내측에 상기 연통홀과 연결되는 리저버 챔버를 가지는 스토퍼 및 상기 제어밸브와 연결되는 펌핑 챔버를 가지는 메인 러버가 구비된 러버부; 상기 메인 러버에 삽입된 형태로 결합되는 이너 파이프;를 포함하여 구성되며, 상기 리저버 챔버를 출입하는 유체에 의해 스토퍼의 크기를 탄성적으로 가변할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 유로홈은 제2 아우터 파이프의 내주면을 따라 링 형상으로 연장된다.
여기서, 상기 스토퍼는 러버부의 내주면을 따라 이격 배치되고, 상기 메인 러버는 러버부의 내주면으로부터 연장되어 러버부의 중앙으로 돌출 형성되며, 상기 메인 러버와 스토퍼 사이에는 메인 러버의 변위를 수용하기 위한 보이드가 구비된다.
또한 바람직하게, 상기 제어밸브는 주행시 펌핑 챔버에서 유로홈으로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동하게 되고, 아이들 시 유로홈에서 펌핑 챔버로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동하게 되며, 스토퍼의 크기 가변을 위한 1 방향 모드로 작동 후 펌핑 챔버와 유로홈 간에 유체 이동을 허용하지 않는 클로즈 모드로 작동하게 된다.
이에 본 발명에 따른 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치는 차량의 운전조건에 따라 스토퍼의 크기를 가변시켜 주행시에는 파워트레인의 거동을 효과적으로 억제하고 아이들 상태에서는 파워트레인의 진동을 효율적으로 절연함으로써 NVH 및 R&H(조종안정성 및 승차감) 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진 마운트를 나타낸 개략적인 도면
도 2는 도 1의 엔진 마운트 중 메인 러버의 변위 발생에 따라 메인 러버가 절연하는 힘을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치를 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치를 나타낸 결합 사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치의 정면도 및 도 4의 A-A에서 바라본 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치의 일부 구성을 나타낸 사시도
도 7은 도 6의 B-B에서 바라본 단면 사시도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치의 제어밸브가 펌핑 챔버에서 유로홈으로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동시 유체 이동을 개략적으로 나타낸 예시도
도 9는 본 발명에 따른 마운트 장치의 메인 러버의 변위 발생에 따라 메인 러버가 절연하는 힘을 나타낸 그래프로서, 도 8과 같이 작동시 2차 특성이 나타나기 시작하는 변위 및 2차 특성의 변화를 개략적으로 나타낸 그래프
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치의 제어밸브가 유로홈에서 펌핑 챔버로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동시 유체 이동을 개략적으로 나타낸 예시도
도 11은 본 발명에 따른 마운트 장치의 메인 러버의 변위 발생에 따라 메인 러버가 절연하는 힘을 나타낸 그래프로서, 도 10과 같이 작동시 2차 특성이 나타나기 시작하는 변위 및 2차 특성의 변화를 개략적으로 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 차량의 운전조건에 따라 스토퍼의 크기를 가변시켜 NVH 및 R&H 성능을 개선하기 위한 유체 봉입형 마운트 장치에 관한 것으로, 상기 스토퍼의 크기 가변을 위한 동력원으로 가진원인 파워트레인의 진동을 이용하여 별도의 구동수단 없이 스토퍼의 크기를 가변시킬 수 있도록 한다.
본 발명에서는 스토퍼의 크기를 운전조건에 따라 가변시켜 2차 특성이 나타나게 되는 메인 러버의 변위와 2차 특성을 제어함으로써 아이들 시에는 절연율을 상승시키고 주행시에는 파워트레인의 거동을 억제시켜 차량의 NVH 및 R&H 성능을 향상시킨다.
이하, 상기 메인 러버가 스토퍼와 접촉하기 전에 나타내는 특성(즉, 아이들 조건에서 파워트레인의 진동을 절연하기 위해 메인 러버가 절연하는 힘)을 1차 특성이라고 하고, 메인 러버가 스토퍼와 접촉한 후 나타내는 특성(즉, 주행 조건에서 파워트레인의 거동을 억제하기 위해 메인 러버가 절연하는 힘)을 2차 특성이라고 하여 설명하도록 한다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마운트 장치는 파이프 형상의 제2 아우터 파이프(120), 상기 제2 아우터 파이프(120)의 내측에 삽입된 형태로 결합되는 파이프 형상의 제1 아우터 파이프(110), 상기 제1 아우터 파이프(110)의 내측에 삽입된 형태로 결합되는 러버부(130), 및 상기 러버부(130)의 내측 중앙에 삽입 결합되는 이너 파이프(140)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2 아우터 파이프(110,120)는 동심 구조로 중첩되게 조립되는데, 제1 아우터 파이프(110)는 그 둘레를 따라 이격 배치되는 복수 개의 연통홀(111~114)과 제어밸브(115,116)를 가지며, 제2 아우터 파이프(120)는 그 내주면을 따라 연장되는 링 형상의 유로홈(121)을 가진다.
여기서, 상기 연통홀(111~114)은 유로홈(121)과 유체 이동이 가능하도록 연결되는 위치 및 후술되는 리저버 챔버(131-1~134-1)와 연결 가능한 위치에 형성되고, 상기 제어밸브(115,116)는 후술되는 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 연결 가능한 위치에 배치되어 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간에 통로를 개폐하여 유체 이동을 제어하는 역할을 한다. 즉, 제어밸브(115,116)는 유로홈(121)과 연결 가능한 위치에 배치된다.
예컨대, 상기 제어밸브(115,116)는 유체 회로에서 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있는 체크밸브를 이용하여 구현될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 러버부(130)는 제1 아우터 파이프(110)의 내측에 삽입된 형태로 결합가능한 원통 형상으로 마련되는데, 내주면에 둘레를 따라 배치되는 복수 개의 스토퍼(131~134)와 내주면으로부터 일체로 연장되어 러버부의 중앙으로 돌출 형성되는 메인 러버(135)를 가지며, 상기 메인 러버(135)와 스토퍼(131~134) 사이에는 메인 러버(135)의 변위를 수용하기 위하여 빈 공간인 보이드(136,137)가 마련된다.
상기 스토퍼(131~134)는 중앙에 있는 메인 러버(135) 측으로 돌출되어 내측에 유체 수용이 가능한 리저버 챔버(131-1~134-1)를 가지며, 상기 메인 러버(135)는 러버부(130)의 내주면에 일체로 연결되어 있는 하단부 양측에 각각 유체 수용이 가능한 펌핑 챔버(135-1,135-2)를 가진다.
상기 리저버 챔버(131-1~134-1)는 스토퍼(131~134)와 제1 아우터 파이프(110) 사이의 공간으로 구성되고, 펌핑 챔버(135-1,135-2)는 메인 러버(135)와 제1 아우터 파이프(110) 사이의 공간으로 구성된다.
그리고, 상기의 이너 파이프(140)는 메인 러버(135)의 중앙을 관통한 형태로 러버부(130)에 삽입 결합된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 마운트 장치는 제2 아우터 파이프(120)와 이너 파이프(140)가 파워트레인 등의 진동원과 차체 등의 기반 사이에 장착되며, 이에 아우터 파이프(120)와 이너 파이프(140) 중 일측에 연결된 진동원과 다른 일측에 연결된 기반의 상대 운동에 의한 메인 러버(135)의 변위 및 펌핑 챔버(135-1,135-2)의 변형으로 발생되는 펌핑 챔버(135-1,135-2) 내 압력변화를 이용하여 유체 이동을 위한 별도의 구동수단 및 동력 소모 없이 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 리저버 챔버(131-1~134-1) 간 유체를 '펌핑 챔버(135-1,135-2) - 제어밸브(115,116) - 유로홈(121) - 연통홀(111~114) - 리저버 챔버(131-1~134-1)'의 경로를 이용하여 양방향으로 이동시킬 수 있으며, 이와 같은 유체의 이동을 통해 스토퍼(131~134)의 크기를 가변시키게 되고 이로 인해 보이드(136,137)의 크기가 가변되어 2차 특성이 나타나는 메인 러버(135)의 변위와 2차 특성값을 제어할 수 있게 된다.
예컨대, 상기 스토퍼(131~134)의 크기를 증가시켜 2차 특성이 나타나기 시작하는 메인 러버(135)의 변위를 감소시킬 수 있고, 스토퍼(131~134)의 크기를 감소시켜 2차 특성이 나타나기 시작하는 메인 러버(135)의 변위를 증가시킬 수 있다.
그리고, 전술한 제1 아우터 파이프(110)의 제어밸브(115,116)는 '펌핑 챔버(135-1,135-2) -> 유로홈(121)'으로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드와, '유로홈(121) -> 펌핑 챔버(135-1,135-2)'로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드와, 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간 유체 이동을 허용하지 않는 클로즈(close) 모드, 및 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간에 양방향 유체 이동을 허용하는 오픈(open) 모드 등 총 4개 모드로 제어가능하게 구성되며, 이와 같은 모드들을 구현하기 위하여 제어수단을 이용하게 된다.
상기 제어밸브(115,116)는 소모 전력이 mW 단위로 매우 적고 상기의 4개 모드를 제어하기 위한 제어 신호는 2 비트(bit)의 디지털 신호면 충분하기 때문에 별도의 제어수단을 추가하지 않고 차량에 구비되어 있는 기존의 제어기를 이용하여 상기의 4개 모드를 모두 구현할 수 있다.
즉, 차량 내 기존의 제어기에 상기 제어밸브(115,116)의 동작을 제어할 수 있는 제어 기능을 추가하여 통합시킴으로써 제어밸브(115,116)의 모드 수행이 가능하게 된다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 러버부(130)의 스토퍼(131~134)와 리저버 챔버(131-1~134-1)는 필요에 따라 개수와 위치를 달리할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 마운트 장치가 변속기 마운트로서 적용되어 파워트레인의 전후방향의 거동 억제를 주목적으로 하는 경우 스토퍼 및 리저버 챔버를 전후방향에만 배치 구성하여 효율을 높일 수 있다.
이하, 이해를 돕기 위하여 본 발명에 따른 마운트 장치의 작동 예시를 설명하면 다음과 같다.
도 8은 제1 아우터 파이프(110)의 제어밸브(115,116)가 펌핑 챔버(135-1,135-2)에서 유로홈(121)으로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동될 때, 파워트레인과 차체의 상대 운동에 의한 펌핑 챔버(135-1,135-2)의 변형이 발생됨에 따라 유체가 펌핑 챔버(135-2)로부터 제어밸브(115)를 통과하여 유로홈(121)으로 이동한 뒤 유로홈(121)을 통해 우측 스토퍼(131) 내부에 리저버 챔버(131-1)로 이동되는 경우를 나타낸 예시도이다.
실제로는 파워트레인과 차체의 상대 운동에 의한 메인 러버(135)의 변위 및 펌핑 챔버(135-1,135-2)의 변형이 발생됨에 따라 펌핑 챔버(135-1,135-2)의 유체가 유로홈(121)을 통해 러버부(130)의 모든 리저버 챔버(131-1~134-1)로 이동하게 되며, 이로써 러버부(130)의 모든 스토퍼(131`134)의 크기가 증가되고 보이드(136,137)가 감소하게 되어 2차 특성이 나타나기 시작하는 메인 러버(135)의 변위가 감소하여 2차 특성이 상대적으로 빨리 나타나고 2차 특성값이 높아지게 된다(도 9 참조).
따라서, 주행시 요구되는, 상대적으로 특성값이 큰 2차 특성이 조기에 나타나게 되어 파워트레인의 거동을 커지지 않도록 억제하여 제한하는 것이 가능하게 된다.
상기 스토퍼(131`134)의 크기가 충분히 증가된 이후에는 제어밸브(115,116)를 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간 유체 이동을 허용하지 않는 클로즈 모드로 전환시켜 스토퍼(131~134)의 커진 상태를 유지하도록 한다.
한편, 아이들 시 요구되는, 상대적으로 특성값이 작은 1차 특성이 나타나서 파워트레인의 진동이 차체로 전달되지 않도록 절연율을 높여야 하는 경우에는 제어밸브(115,116)를 유로홈(121)에서 펌핑 챔버(135-1,135-2)로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동시켜 스토퍼(131~134)의 크기를 줄이고 보이드(136,137)를 증가시킴으로써 요구조건을 만족시키는 것이 가능하다(도 10 참조).
이 경우, 도 11에 보이듯이 2차 특성이 나타나기 시작하는 메인 러버(135)의 변위가 증가되어 2차 특성이 상대적으로 늦게 나타나게 되고 2차 특성값이 작아지게 된다.
상기 스토퍼(131~134)의 크기가 충분히 감소된 이후에는 역시 제어밸브(115,116)를 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간 유체 이동을 허용하지 않는 클로즈 모드로 전환시켜 스토퍼(131~134)의 작아진 상태를 유지하도록 한다.
도 10은 제어밸브(115,116)가 유로홈(121)에서 펌핑 챔버(135-1,135-2)로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동될 때, 파워트레인과 차체의 상대 운동에 의한 메인 러버(135)의 변위 및 펌핑 챔버(135-1,135-2)의 변형이 발생됨에 따라 유체가 리저버 챔버(131-1~134-1)와 유로홈(121)으로부터 제어밸브(115,116)를 통과하여 펌핑 챔버(135-1,135-2)로 이동하게 되는 경우를 나타낸 예시도이다.
이와 같이 본 발명에 따른 마운트 장치는 리저버 챔버(131-1~134-1)를 출입하는 유체에 의해 스토퍼(131~134)의 크기를 탄성적으로 가변시킴으로써 아이들 및 주행 상태에서 요구되는 NVH 향상 조건을 모두 만족시킬 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
110 : 제1 아우터 파이프
111~114 : 연통홀
115,116 : 제어밸브
120 : 제2 아우터 파이프
121 : 유로홈
130 : 러버부
131~134 : 스토퍼
131-1~134-1 : 리저버 챔버
135 : 메인 러버
135-1,135-2 : 펌핑 챔버
135,137 : 보이드
140 : 이너 파이프

Claims (6)

  1. 유체 이동이 가능한 유로홈(121)을 가지는 제2 아우터 파이프(120);
    상기 제2 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 상기 유로홈과 연결되는 복수 개의 연통홀(111~114)과 적어도 하나 이상의 제어밸브(115,116)를 가지는 제1 아우터 파이프(110);
    상기 제1 아우터 파이프의 내측에 삽입 결합되고, 내측에 상기 연통홀과 연결되는 리저버 챔버(131-1~134-1)를 가지는 복수 개의 스토퍼(131~134) 및 상기 제어밸브와 연결되는 펌핑 챔버(135-1,135-2)를 가지는 메인 러버(135)가 구비된 러버부(130);
    상기 메인 러버에 삽입된 형태로 결합되는 이너 파이프(140);
    를 포함하여 구성되며, 상기 리저버 챔버를 출입하는 유체에 의해 스토퍼(131~134)의 크기를 가변할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로홈(121)은 제2 아우터 파이프(120)의 내주면을 따라 링 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스토퍼(131~134)는 러버부(130)의 내주면을 따라 이격 배치되고, 상기 메인 러버(135)는 러버부(130)의 내주면으로부터 연장되어 러버부(130)의 중앙으로 돌출 형성되며, 상기 메인 러버(135)와 스토퍼(131~134) 사이에는 메인 러버(135)의 변위를 수용하기 위한 보이드(136,137)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어밸브(115,116)는 주행시 펌핑 챔버(135-1,135-2)에서 유로홈(121)으로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동하게 되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어밸브(115,116)는 아이들 시 유로홈(121)에서 펌핑 챔버(135-1,135-2)로만 유체 이동을 허용하는 1 방향 모드로 작동하게 되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 제어밸브(115,116)는 스토퍼(131~134)의 크기 가변을 위한 1 방향 모드로 작동 후 펌핑 챔버(135-1,135-2)와 유로홈(121) 간에 유체 이동을 허용하지 않는 클로즈 모드로 작동하게 되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 가지는 마운트 장치.
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