KR101371730B1 - 차량용 파워트레인의 댐핑장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 변속기의 출력축과 연동하여 함께 회전하되 입력축을 중심으로 회전하도록 마련되며, 엔진으로부터 입력축에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼;를 포함하여 구성되는 차량용 파워트레인의 댐핑장치가 소개된다.

Description

차량용 파워트레인의 댐핑장치{APPARATUS FOR DAMPING VIBRATION IN POWER TRAIN OF VEHICLE}

본 발명은 파워트레인의 댐핑장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진자댐퍼가 출력축과 연동하여 회전됨으로써, 변속감에 영향을 주지 않고 비틀림 진동을 저감하며, 진자댐퍼의 회전반경을 증대시켜 진동 저감효율을 향상시키는 차량용 파워트레인의 댐핑장치에 관한 것이다.

일반적으로, 클러치는 엔진과 변속기 사이에 마련되어 엔진의 구동력을 변속기에 전달하거나 또는 차단하는 역할을 한다.

상기 클러치의 연결 동작에 의해 엔진의 구동력이 변속기 입력축에 전달되는 경우에, 엔진의 토크 변동이나 엔진 회전수, 그리고 입력축의 회전수 차이에 의해 비틀림 가진력이 발생되며, 상기 클러치에는 상기한 비틀림 가진력에 따른 충격 및 소음을 흡수하도록 댐핑용 스프링이 설치된다.

한편, 최근에는 고성능 엔진(GDI, 터보챠져, 슈퍼챠져 등 장착)이 탑재된 자동차들이 경쟁적으로 개발 및 출시되고 있는 실정에 있으며, 특히 고급 차량의 취약점인 발진감(다이렉트감) 부족을 해결하기 위해 저속영역에서 고 토크 엔진의 적용을 추진 중에 있다.

그러나, 이같은 엔진의 경우 앞서 설명된 비틀림 가진력이 더욱 증대되면서, 래틀 및 부밍 등의 NVH 측면이 악화되며, 특히 변속단 기어 쌍에서의 래틀에 의한 충격 및 소음이 더욱 가중되어, 저강성 댐핑장치의 적용이 필수적인 문제가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 댐핑장치의 구조를 나타낸 것으로, 변속기의 입력축(INPUT)에 클러치허브(1)가 스플라인 결합되어 함께 회전하며, 상기 클러치허브(1)에는 다수의 댐퍼스프링(2)을 매개로 클러치디스크(3)가 상대 회전 가능하도록 설치됨으로써, 엔진의 비틀림 진동이 댐퍼스프링(2)을 통해 흡수 및 저감된다.

특히, 상기 클러치허브(1)의 일면에는 복수의 진자댐퍼(4)가 설치되는데, 상기 진자댐퍼(4)는 질량체로서 비틀림 진동을 가하는 회전방향에 대해 상대 회전 가능하도록 설치됨으로써, 비틀림 가진력을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있게 된다.

그러나, 종래의 댐핑장치는 클러치에 일정 중량을 갖는 질량체가 추가로 설치되는 구조로 이루어져 있으므로, 상기 입력축의 회전 관성이 증대되는바, 클러치의 연결 동작에 따른 변속시에 입력축이 무거워져서 변속감이 악화되는 문제가 발생된다.

더욱이, 진자댐퍼의 경우 그 회전반경이 클수록 진동 저감 효율이 향상되는데, 종래 기술의 경우 클러치하우징 내에 진자댐퍼가 설치됨으로써, 상기 진자댐퍼의 회전반경을 증대하는데에 한계가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 진자댐퍼가 출력축과 연동하여 회전됨으로써, 변속감에 영향을 주지 않고 비틀림 진동을 저감하도록 한 차량용 파워트레인의 댐핑장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 진자댐퍼의 회전반경을 증대시켜 진동 저감효율을 향상시키도록 한 차량용 파워트레인의 댐핑장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 변속기의 출력축과 연동하여 함께 회전하되 입력축을 중심으로 회전하도록 마련되며, 엔진으로부터 입력축에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명은 변속기의 출력축에 고정되어, 상기 출력축과 함께 회전하는 회전구동요소; 및 상기 회전구동요소와 함께 회전하도록 설치되며, 엔진으로부터 입력축에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 회전구동요소와 연동하여 회전되도록 입력축에 회전피동요소가 자유 회전 상태로 마련되며; 상기 회전피동요소의 일면에 진자댐퍼가 설치될 수 있다.

상기 회전구동요소 및 회전피동요소는 상시 치합 상태로 맞물려 있는 기어일 수 있다.

상기 회전구동요소는 종감속기어일 수 있다.

상기 상기 진자댐퍼는, 상기 회전피동요소의 측부에 마련되어, 상기 회전피동요소와 함께 회전하는 회전자; 상기 회전자의 양 측부에 마련되며, 상기 회전자의 순간적인 각속도 변화시 상기 회전자의 회전방향과 반대되는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 질량체; 상기 회전자 또는 질량체 중 적어도 어느 하나 이상에 상기 질량체가 상대 회전하는 방향으로 연장 형성된 진자홀; 및 상기 진자홀을 통해 상기 회전자와 질량체에 끼워짐으로써, 상기 회전자에 대한 질량체의 상대 회전시 진자홀 내에서 이동되면서 상기 질량체가 회전하는 방향으로 회전자에 순간적으로 당기는 힘을 제공하는 진자롤러:를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 엔진에서 입력되는 비틀림 진동이 진동댐퍼의 상대 회전동작에 의해서 상쇄됨으로써, 엔진의 비틀림 진동을 저감하게 되며, 특히 진자댐퍼가 설치된 회전피동요소가 입력축과 연동하여 회전하지 않고, 출력축과 연동하여 회전됨으로써, 변속시에 입력축의 회전 관성을 증대시키지 않아 변속감에 영향을 주지 않으면서 엔진의 비틀림 진동을 저감하는 효과가 있다.

더욱이, 진지댐퍼가 설치된 회전피동요소가 클러치하우징 내부가 아닌 종감속기어에 상시 치합되는 구조로 이루어져 있으므로, 진자댐퍼의 회전 반경을 크게 증대시켜 엔진에서의 비틀림 진동 저감효율을 극대화시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 클러치 댐퍼의 설치 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 파워트레인 댐핑장치의 설치 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 댐핑장치에서 진자댐퍼를 통한 비틀림 진동 저감 원리를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2와 도 3을 통해 도시된 본 발명의 차량용 파워트레인의 댐핑장치는, 변속기의 출력축(OUTPUT)과 연동하여 함께 회전하되 입력축(INPUT)을 중심으로 회전하도록 마련되며, 엔진으로부터 입력축(INPUT)에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼(30)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 변속기의 출력축(OUTPUT)에 고정되어, 상기 출력축(OUTPUT)과 함께 회전하는 회전구동요소(10); 및 상기 회전구동요소(10)와 함께 회전하도록 설치되며, 엔진으로부터 입력축(INPUT)에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼(30);를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 진자댐퍼(30)가 출력축(OUTPUT)과 연동하여 회전됨으로써, 기어 변속시에 클러치가 연결 동작되더라도 입력축(INPUT)의 회전 관성은 증대시키지 않으면서, 진자댐퍼(30)의 상대 회전에 의해 엔진으로부터의 비틀림 회전진동을 흡수 및 저감하게 된다. 따라서, 변속시에 변속감이 악화되는 것을 방지하면서도 비틀림 진동을 효과적으로 흡수 및 저감할 수 있게 된다.

여기서, 상기 변속기는 수동변속 메커니즘을 사용하는 수동변속기 또는 자동화된 수동변속기일 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 회전구동요소(10)와 연동하여 회전되도록 입력축(INPUT)에 회전피동요소(20)가 자유 회전 상태로 마련되며; 상기 회전피동요소(20)의 일면에 진자댐퍼(30)가 설치될 수 있다.

즉, 상기 회전피동요소(20)가 상기 입력축(INPUT)을 중심으로 회전하도록 설치되며, 상기 진자댐퍼(30)는 상기 회전피동요소(20)의 일면에 설치됨으로써, 상기 입력축(INPUT)과 출력축(OUTPUT) 사이의 공간 범위 내에서 상기 진자댐퍼(30)의 직경 범위를 최대한 증대시켜 설계할 수 있다.

도시된 도 3을 통해 부연하여 설명하면, 진자댐퍼(30)의 공진 주파수(파동)는

의 수식으로 계산할 수 있다.

상기한 수식에 따라 질량체(34)가 회전하는 직경의 반지름 범위인 r을 증대시키면, 질량체(34)의 상대 회전에 의해 진자댐퍼(30)의 파동을 저감시킬 수 있다. 따라서, 진자댐퍼(30)를 클러치의 외부에 설치하여 질량체(34)의 회전반경을 증대시키게 됨으로써, 진자댐퍼(30)의 진동 흡수성능을 극대화하게 된다.

본 발명에서, 상기 회전구동요소(10) 및 회전피동요소(20)는 상시 치합 상태로 맞물려 있는 기어일 수 있다. 그리고, 상기 회전구동요소(10)는 종감속기어일 수 있다.

즉, 상기 회전구동요소(10) 및 회전피동요소(20)가 수동변속 메커니즘에서 채용되는 변속단 기어와 마찬가지로 상시 치합식으로 이루어진 한 쌍의 기어 구조일 수 있으며, 이때 상기 종감속기어는 차동기어장치와 함께 회전피동요소(20)와 상시 치합식으로 맞물린 상태로 설치된다.

따라서, 기존의 수동변속 메커니즘에 사용된 종감속기어를 활용하여 진자댐퍼(30)를 상대 회전시키므로, 진자댐퍼(30)를 회전시키기 위한 회전구동요소(10)를 별도 설치할 필요가 없는바, 진자댐퍼(30)의 설치를 위한 부품의 추가비용을 줄일 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서, 상기 진자댐퍼(30)는, 상기 회전피동요소(20)의 측부에 마련되어, 상기 회전피동요소(20)와 함께 회전하는 회전자(32); 상기 회전자(32)의 양 측부에 마련되며, 상기 회전자(32)의 순간적인 각속도 변화시 상기 회전자(32)의 회전방향과 반대되는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 질량체(34); 상기 회전자(32) 또는 질량체(34) 중 적어도 어느 하나 이상에 상기 질량체(34)가 상대 회전하는 방향으로 연장 형성된 진자홀(35); 및 상기 진자홀(35)을 통해 상기 회전자(32)와 질량체(34)에 끼워짐으로써, 상기 회전자(32)에 대한 질량체(34)의 상대 회전시 진자홀(35) 내에서 이동되면서 상기 질량체(34)가 회전하는 방향으로 회전자(32)에 순간적으로 당기는 힘을 제공하는 진자롤러(36);를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 진자댐퍼(30)는 무게 중심이 중요한바, 질량체(34)는 회전자(32)의 회전방향을 따라 복수쌍이 설치될 수 있으며, 상기 질량체(34)에 의해 진자댐퍼(30)의 무게중심을 균일하게 설정하는 것이 중요하다.

이때, 상기 질량체(34)는 회전자(32)의 양측에 서로 대향되는 위치에 마련되며, 상기 양측의 질량체(34)는 별도의 고정용 핀에 의해 서로 고정되어 동시에 움직이도록 설치될 수 있다. 상기 고정용 핀(부호 생략)은 회전자(32)를 관통하여 설치하되, 질량체(34)의 회전 움직임에 간섭되지 않도록 설치되어야 할 것이다.

그리고, 상기 진자홀(35)은 회전자(32)와 질량체(34) 모두에 설치될 수 있는 것으로, 대략 하트 형상으로 형성될 수 있으며, 이 경우 회전자(32)와 질량체(34)에 형성된 진자홀(35)은 서로 반대되는 방향으로 형성될 수 있고, 상기한 양 진자홀(35)을 관통하여 진자롤러(36)가 설치될 수 있다.

즉, 상기 엔진으로부터의 회전 구동력이 특정 파동을 갖고 회전자(32)에 전달되면, 상기 회전자(32)에는 비틀림 회전진동이 전달되는바, 상기 질량체(34)는 회전자(32)의 순간적인 비틀림 진동이 발생되는 회전방향과 반대되는 방향으로 상대 회전하게 된다. 이때, 상기 진자롤러(35)는 질량체(34)가 상대 회전됨에 따라 진자홀(35)의 구간 내에서 질량체(34)의 상대 회전을 안내하는 역할을 함과 동시에, 질량체(34)가 회전하는 방향으로 진자롤러(35)를 순간적으로 당기는 듯한 힘을 가하게 됨으로써, 결국 회전자(32)의 회전방향과 반대되는 방향으로 회전자(32)에 순간적인 회전력을 제공하게 된다.

따라서, 엔진에서 출력되는 특정 파동이 상기 질량체(34)의 상대 회전 움직임에 따른 파동에 의해 상쇄되면서 비틀림 회전 진동을 저감할 수 있게 된다.

본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.

차량의 주행 중에는 클러치가 연결된 상태에 있으므로, 엔진의 동력이 입력축(INPUT)으로 전달되고, 입력축(INPUT)에 전달된 동력은 어느 하나의 변속단 기어쌍을 통해 변속되어 출력축(OUTPUT)에 전달되면서 종감속기어 및 차동장치를 통해 구동륜에 전달된다.

이때, 상기 종감속기어에는 회전피동요소(20)가 상시 치합 상태로 맞물려 있으므로, 상기 클러치가 연결된 상태에서 회전피동요소(20)에 엔진의 비틀림 진동이 전달될 수 있게 된다.

이에, 회전피동요소(20)에 설치된 진자댐퍼(30)에서는 회전자(32)의 순간적인 비틀림 진동이 발생되는 회전방향과 반대되는 방향으로 질량체(34)가 상대 회전됨으로써, 회전피동요소(20)에 입력되는 비틀림 진동을 흡수 및 저감하게 된다.

이때, 상기 회전피동요소(20)와 상시 치합된 종감속기어는 출력축(OUTPUT)에 고정되어 있는바, 상기 출력축(OUTPUT)에서 비틀림 회전 진동을 저감함으로써, 변속단 기어쌍에서의 래틀에 의한 충격 및 소음을 저감하게 된다.

특히, 상기 회전피동요소(20)가 입력축(INPUT)과 연동하여 회전되지 않고, 출력축(OUTPUT)과 연동하여 회전됨으로써, 변속시 입력축(INPUT)의 회전 관성을 증대시키지 않는바 변속감에 영향을 주지 않으면서 엔진의 비틀림 진동을 저감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 회전구동요소 20 : 회전피동요소
30 : 진자댐퍼 32 : 회전자
34 : 질량체 35 : 진자홀
36 : 진자롤러 INPUT : 입력축
OUTPUT : 출력축

Claims (6)

1. 변속기의 출력축(OUTPUT)과 연동하여 함께 회전하되 입력축(INPUT)을 중심으로 회전하도록 마련되며, 엔진으로부터 입력축(INPUT)에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼(30);를 포함하고,
   상기 진자댐퍼(30)는 상기 입력축(INPUT)에 자유 회전 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.
2. 변속기의 출력축(OUTPUT)에 고정되어, 상기 출력축(OUTPUT)과 함께 회전하는 회전구동요소(10); 및
   상기 회전구동요소(10)와 함께 회전하도록 설치되며, 엔진으로부터 입력축(INPUT)에 전달되는 비틀림진동을 상쇄하는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 진자댐퍼(30);를 포함하고,
   상기 회전구동요소(10)와 연동하여 회전되도록 입력축(INPUT)에 회전피동요소(20)가 자유 회전 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 진자댐퍼(30)는 상기 회전피동요소(20)의 일면에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전구동요소(10) 및 회전피동요소(20)는 상시 치합 상태로 맞물려 있는 기어인 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 회전구동요소(10)는 종감속기어인 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 진자댐퍼(30)는,
   상기 회전피동요소(20)의 측부에 마련되어, 상기 회전피동요소(20)와 함께 회전하는 회전자(32);
   상기 회전자(32)의 양 측부에 마련되며, 상기 회전자(32)의 순간적인 각속도 변화시 상기 회전자(32)의 회전방향과 반대되는 방향으로 상대 회전되도록 구성된 질량체(34);
   상기 회전자(32) 또는 질량체(34) 중 적어도 어느 하나 이상에 상기 질량체(34)가 상대 회전하는 방향으로 연장 형성된 진자홀(35); 및
   상기 진자홀(35)을 통해 상기 회전자(32)와 질량체(34)에 끼워짐으로써, 상기 회전자(32)에 대한 질량체(34)의 상대 회전시 진자홀(35) 내에서 이동되면서 상기 질량체(34)가 회전하는 방향으로 회전자(32)에 순간적으로 당기는 힘을 제공하는 진자롤러(36);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 파워트레인의 댐핑장치.

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