KR101382762B1 - 차량 엔진의 동흡진기형 공명기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 동흡진기형 공명기에 관한 것으로, 실린더헤드커버(1a)에 코킹볼트(2)가 고정되고, 공명기(3)에 코킹러버(4)가 구비되어, 상기 코킹러버(4)에 코킹볼트(2)가 끼워져 엔진(1) 상부에 공명기(3)가 장착되는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 공명기(3)에 의해 공기기인소음이 감소되고, 상기 공명기(3)와 코킹러버(4)가 동흡진기로 작용하여 구조기인소음이 감소됨으로써 엔진(1)으로부터 발생되는 소음이 효과적으로 감소되는 효과가 있다.

소음 공명기, 동흡진기

Description

차량 엔진의 동흡진기형 공명기{Dynamic damper type resonator of engine in a vehicle}

본 발명은 차량 주행시 엔진 작동으로 인해 발생되는 소음을 감소시키기 위한 동흡진기형 공명기에 관한 것이다.

차량 주행시 엔진 작동에 의해 발생되는 소음은 구조기인소음(structure borne noise)과 공기기인소음(air borne noise)으로 구분된다.

구조기인소음은 엔진의 진동이 마운팅브라켓, 서브프레임, 드라이브샤프트 등을 통해서 차체로 직접 전달되어 차체 패널을 가진함으로써 발생하는 소음이고, 공기기인소음은 엔진에서 방사되어 대시패널, 윈드쉴드글래스 등을 투과하여 실내로 전달되는 소음이다.

일반적으로 상기 구조기인소음을 감소시키기 위해서 동흡진기(Dynamic damper or Dynamic absorber)를 루프레일, 트렁크, 서브프레임 등에 장착하여 진동을 흡수하고, 공기기인소음을 감소시키기 위해서 공명기(Resonator)를 에어클리너 덕트 등에 연결하여 엔진의 흡기소음을 흡수함으로써 엔진 작동으로 인한 소음을 저감시키고 있다.

그런나, 종래에는 상기와 같이 구조기인소음을 감소시키기 위한 동흡진기와 공기기인소음을 감소시키기 위한 공명기를 각각 설계, 제작하여 서로 다른 위치에 장착하고 있으므로 설계, 제작 및 조립에 소요되는 비용과 시간이 증가되고, 또한 설치 공간을 확보해야만 하는 레이아웃 상의 간섭 문제도 발생하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 일체형으로 제작되어 엔진 상부에 장착됨으로써 엔진 소음의 구조기인소음과 공기기인소음을 모두 감소시킬 수 있고, 설계와 제작 및 조립에 비용과 시간이 적게 소모되며, 또한 설치공간을 용이하게 확보할 수 있는 차량 엔진의 동흡진기형 공명기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엔진에 고정된 코킹볼트,

일측에 공명통이 형성된 하부바디와, 그 하부바디의 상부를 덮어주는 상부바디로 이루어지고, 상기 공명통에 원통형상의 네크가 설치된 공명기,

상기 공명기의 하부바디에 형성된 장착홈에 삽입 고정된 코킹러버를 포함하여,

상기 코킹러버에 상기 코킹볼트가 삽입되는 상태로 엔진에 공명기가 장착된 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 하나의 장치로서 엔진의 구조기인소음과 공기기인소음을 모두 저감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 동흡진기와 공명기가 일체형으로 제작되므로 설계와 제작 및 조립에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있게 된다.

그리고, 장치를 장착할 공간을 확보하기가 용이해지므로 레이아웃 설정시 타 부품과의 간섭 문제가 해소된다.

한편, 본 발명에 따른 동흡진기형 공명기는 실린더헤드의 상부에 설치되어 엔진커버의 역할을 대신할 수 있게 되므로 별도의 엔진커버를 장착할 필요가 없게 되는 효과도 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 동흡진기형 공명기의 장착 전 상태도이고, 도 2는 동흡진기형 공명기의 장착상태 개략 단면도이다.

도시된 바와 같이, 엔진(1)의 실린더헤드커버(1a) 상부에 코킹볼트(2)를 매개로 공명기(3)가 장착된다.

상기 공명기(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측에 공명통(3aa)이 박스형상으로 함몰 형성된 하부바디(3a)와, 그 하부바디(3a)의 상부를 덮어주는 상부바디(3b)로 이루어진다.

상기 상부바디(3b)의 상기 공명통(3aa) 상부 부분은 상방으로 돌출 형성되어 공명통(3aa)과 더불어 공명 공간을 형성하도록 되어 있으며, 상기 하부바디(3a)의 공명통(3aa) 저면에는 엔진으로부터 방사되는 소음파와 그에 대해 반대 위상을 가지는 공명기(3) 내부의 반사파가 출입할 수 있도록 원통형상의 네크(3c)가 설치된다.

또한, 상기 공명통(3aa) 부분은 엔진의 측면에 위치되고, 공명통(3aa)이외의 부분은 엔진의 상부 즉, 실린더헤드커버(1a)의 상부 전체를 덮는 형상으로 이루어진다. 상부바디(3b)의 상면은 엔진룸의 외관을 향상시키도록 엔진커버와 같은 모양으로 디자인될 수 있다.(미설명부호 5는 엔진룸을 덮는 후드이다.)

도 3과 같이, 상기 실린더헤드커버(1a)에는 볼트공이 형성된 보스가 형성되고, 상기 보스의 볼트공에 코킹볼트(2)가 체결된다.

이에 대해 도 4와 같이, 상기 공명기(3)의 하부바디(3a) 저면에는 상기 코킹볼트(2)와 대응되는 위치에 코킹러버(4)가 설치된다.

도 5와 같이, 상기 공명기(3)의 하부바디(3a)에는 원통형의 장착홈(3ab)이 형성되고, 그 장착홈(3ab)에 상기 코킹러버(4)가 삽입 설치된다.

상기 코킹러버(4)에는 대략 구형의 안착홈(4a)과, 그 안착홈(4a) 하단의 돌출턱(4b)과, 그 돌출턱(4b) 하단의 원추형 확장공(4c)이 형성된다.

또한, 상기 코킹볼트(2)는 상기 안착홈(4a)과 같은 형상의 헤드(2a)와, 헤드(2a) 하단에 원통형으로 형성된 바디(2b)와, 바디(2b) 하단의 지름이 축소 형성된 볼트부(2c)로 이루어진다.

따라서, 상기 코킹볼트(2)는 상기 실린더헤드커버(1a)에 형성된 보스의 볼트공에 상기 볼트부(2c)가 나사체결됨으로써 실린더헤드커버(1a)에 고정된다.

그리고, 상기 코킹볼트(2)의 상부에 코킹러버(4)를 위치시키고 공명기(3)를 하방으로 가압하여 코킹러버(4)의 내부로 코킹볼트(2)가 삽입되도록 함으로써 공명기(3)를 실린더헤드커버(1a)의 상부에 장착하게 된다.

이때 상기 코킹볼트(2)의 헤드(2a)는 입구가 넓은 확장공(4c)의 형상에 의해 안착홈(4a) 쪽으로 정확하고 용이하게 진입되며, 돌출턱(4b)을 확장시키면서 상기 안착홈(4a)내로 삽입되어 안착된다. 이후에는 상기 돌출턱(4b)이 다시 돌출되어 헤드(2a)의 이탈을 방지함으로써 공명기(3)의 장착상태가 안정적으로 유지된다.

상기 공명기(3)는 이른바 헬름홀츠 공명기로서 엔진(1)에서 방사되는 소음과 위상이 180° 다른 소음을 상기 네크(3c)를 통해 방출함으로써 엔진(1)에서 방사되는 소음파형을 상쇄시키도록 된 것이다.

그러한 공명기(3)의 설계시 필요한 각 부의 치수는 헬름홀츠 공명기 주파수 계산식━ f = C*SQRT(S/(V*L)/(2*PI) ━에 의해 구할 수 있다. 상기 식에서 C:음속, S:입구면적, V:공명기체적, L:입구등가길이이다.

한편, 동흡진기는 원 구조물(동흡진기가 장착되는 구조물)의 가진주파수와 일치하도록 고유진동수가 설정된 것으로 원 구조물이 가진주파수로 진동할 때 동흡진기가 공진하여 원 구조물의 주파수 성분을 흡수함으로써 원 구조물의 진동을 억제하도록 된 것이다. 동흡진기의 주요치수는 튜닝주파수가 f = SQRT(K/M)/(2*PI)가 되도록 설계하는 것으로 알려져 있다.(K: 등가강성, M:등가질량)

본 발명에서 동흡진기의 기능은 상기 코킹러버(4)와 공명기(3)에 의해 수행된다. 즉, 스프링(코일스프링, 러버스프링)과 그에 연결된 매스(중량체)로 이루어진 일반적인 동흡진기와 대비해 볼 때, 상기 코킹러버(4)가 스프링에 해당되고 공명기(3)가 매스에 해당되는 것이다.

따라서, 상기 동흡진기의 주파수 계산식을 이용하여, 공명기(3)와 코킹러 버(4) 조합체의 고유진동수가 엔진의 문제주파수(소음을 많이 일으키는 주파수)와 일치하도록 공명기(3)의 중량과 코킹러버(4)의 물성치(스프링 상수)를 설계한다.

상기와 같이 엔진(1)에서 방사되는 소음파를 상쇄시키는 파동을 재방출하는 공명기(3)가 엔진(1) 상부에 장착되고, 또한, 상기 공명기(3)가 스프링으로 작용하는 코킹러버(4)와 더불어 동흡진기의 구성을 이룸으로써 엔진에서 발생되는 소음의 공기기인소음과 구조기인소음을 모두 감소시킬 수 있게 된다.

도 6에 동흡진기형 공명기 부착 전(A)과, 공명기가 부착되되 동흡진 기능만 구현된 경우(B ; 네크(3c)를 막아 소음 공명기로서 작용하지 못하게 한 경우)와, 동흡진 기능 및 소음 공명기 기능이 모두 구현된 경우(C ; 본 발명에 따른 동흡진기형 공명기가 장착된 경우에 해당)의 소음 발생량을 나타낸 그래프가 도시되어 있는 바, 공명기 부착 전(A) 보다 동흡진 기능만 구현된 경우(B)에 소음량이 다소 줄어들었음을 알 수 있다. 이는 소음 성분 중 구조기인소음이 감소된 것에 의한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 동흡진기형 공명기를 부착한 경우(C)에는 상기 (B)의 경우보다 소음량이 더욱 줄어들었음을 확인할 수 있는데, 이는 구조기인소음과 더불어 공기기인소음까지 모두 감소된 결과이다. (모든 엔진 작동 영역에서 그러한 것은 아니나 소음 발생이 심한 4000~5000rpm 영역에서는 확실히 개선된 효과를 확인할 수 있다.)

한편, 상기 공명기(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 상부 즉, 실린더헤드커버(1a)의 상부 전체를 덮는 형상으로 이루어져 있어서 별도의 엔진커버를 사용할 필요가 없게 된다. 즉, 공명기(3) 상부바디(3b)의 외관을 엔진커버와 같은 형태로 미감을 고려하여 디자인함으로써 엔진룸의 외관미를 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동흡진기형 공명기의 장착 전 상태도,

도 2는 동흡진기형 공명기의 장착상태 개략 단면도,

도 3은 실린더헤드커버의 코킹볼트 장착 상태도,

도 4는 공명기 하부바디의 코킹러버 장착 상태도,

도 5는 코킹볼트와 코킹러버의 결합상태 단면도,

도 6은 동흡진기형 공명기 부착 전(A)과, 공명기가 부착되되 동흡진 기능만 구현된 경우(B)와, 동흡진 기능 및 소음 공명기 기능이 모두 구현된 경우(C)의 소음 발생량을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 엔진 1a : 실린더헤드커버

2 : 코킹볼트 2a : 헤드

2b : 바디 2c : 볼트부

3 : 공명기 3a : 하부바디

3aa : 공명통 3ab : 장착홈

3b : 상부바디 4 : 코킹러버

4a : 안착홈 4b : 돌출턱

4c : 확장공 5 : 후드

Claims (3)

1. 엔진(1)에 고정된 코킹볼트(2),

   일측에 공명통(3aa)이 형성된 하부바디(3a)와, 그 하부바디(3a)의 상부를 덮어주는 상부바디(3b)로 이루어지고, 상기 공명통(3aa)에 원통형상의 네크(3c)가 설치된 공명기(3),

   상기 공명기(3)의 하부바디(3a)에 형성된 장착홈(3ab)에 삽입 고정된 코킹러버(4)를 포함하여,

   상기 코킹러버(4)에 상기 코킹볼트(2)가 삽입되는 상태로 엔진(1)에 공명기(3)가 장착되고,

   상기 공명기(3)의 중량과 코킹러버(4)의 스프링 상수는 공명기(3)와 코킹러버(4) 조합체의 고유진동수가 엔진의 문제주파수와 일치하도록 설계된 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 동흡진기형 공명기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 코킹러버(4)에 구형의 안착홈(4a)과, 그 안착홈(4a) 하단의 돌출턱(4b)과, 그 돌출턱(4b) 하단의 원추형 확장공(4c)이 형성되고, 상기 코킹볼트(2)는 상기 안착홈(4a)에 삽입 안착되는 동일 형상의 헤드(2a)와, 그 헤드(2a) 하단에 원통형으로 형성된 바디(2b)와, 그 바디(2b) 하단의 지름이 축소 형성된 볼트부(2c)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 동흡진기 형 공명기.

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