KR101585410B1 - 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 마운트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직방향의 진동 감쇠 역할과 더불어, 유도전류를 통한 자기력의 형성을 통하여 코어보스의 움직임을 제어함으로서 수평방향의 종횡 진동에 대하여 능동적으로 대응할 수 있는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트에 관한 것이다.

Description

종횡방향 제어 능동 엔진 마운트{Active engine mount controlling length and breadth direction}
본 발명은 엔진 마운트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직방향의 진동과 더불어 수평방향의 진동에 대응하는 것을 능동적으로 제어할 수 있는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트에 관한 것이다.
엔진 마운트는 차체와 엔진 사이에 위치하여 엔진을 지지하는 동시에 엔진으로부터 차체를 통해 차량 실내로 전달되는 소음 및 진동을 저감하는 역할을 한다. 또한 주행중에는 노면 가진 등으로 인해 엔진 질량과 마운트 강성에 의한 공진으로 인하여 엔진의 과도한 진동, 즉 엔진 쉐이크가 나타나므로, 이를 저감시키기 위해 상기의 공진 주파수에서 감쇠 특성이 크게 나타나도록 마운트를 설계하여야 한다.
즉, 자동차의 엔진 혹은 엔진과 트랜스미션을 포함하는 파워플랜트는 진동 및 소음의 억제 기능을 갖는 마운트를 개재시켜 차체에 지지된다. 이러한 방진 및 방음 기능을 위해 최근 점성을 갖는 유체를 내부에 봉입한 액체 봉입 마운트가 널리 사용되고 있다.
액체 봉입 마운트는 주고무판과 벨로우즈에 감싸진 액실이 가동판 및 환형 통로를 포함하는 판에 의해 상부 액실과 하부 액실로 나뉘어진다. 엔진으로부터 진동이 들어오면, 주고무(인슐레이터)가 변형되면서 상부 액실의 체적이 변하게 되고, 변한 체적에 해당하는 만큼의 유체가 상부 액실로부터 하부 액실로 이동하게 되는데, 이때 환형 통로를 따라 흐르거나 가동판의 자유 간극 사이를 흐르게 된다.
만약, 주고무 변형 체적에 해당하는 유체의 양이 가동판의 자유 간극 이동량보다 크면(즉 저주파 대변위 진동이 엔진으로부터 전달되면) 유체가 가동판 사이의 간극을 통과하지 못하고 환형통로를 따라 흐르게 되고, 이때 특정한 주파수에서 환형 통로 내의 유체가 공진을 일으켜 큰 감쇠력이 엔진에 전달되도록 구성된다.
뿐만 아니라, 최근에는 원가가 보다 저렴하고 중량이 작아 보다 효율적인 에어 댐핑 마운트 또한 개발되어 사용되고 있다.
그러나, 상기한 액체 봉입 마운트 및 에어 댐핑 마운트는 수직방향으로 입력되는 진동에 특화된 것으로, 수평방향으로 입력되는 진동에는 취약한 현상을 보이게 된다.
즉, 수평방향으로 큰 진동이 입력될 경우, 그에 적절한 수평방향 진동의 큰 감쇠 현상을 달성하지 못하고 코어 및 인슐레이터가 가지는 재질적인 특성만으로 진동의 감쇠를 가져오게 된다. 이에 따라 다양한 주파수의 진동이 가해질 경우 감쇠 특성을 튜닝할 수 있는 마운트 구조가 필요한 실정이다.
특히, 종래 사용되던 4점 지지 마운트에서 벗어나 3점 지지 마운트를 일반적으로 사용함에 따라, 엔진 쉐이크 개선을 위한 수직방향의 진동 제어 뿐만 아니라, 아이들(Idle) 및 주행 NVH 개선을 위해 수평방향 진동의 제어 또한 중요하다.
그러나, 종래 사용되던 엔진 마운트는 하이드로 댐핑 또는 능동 제어에 의한 동특성 제어 등을 통하여 주로 수직방향의 진동만을 감쇠시켜 왔으며, 따라서 수직방향의 진동과 더불어 수평방향(종횡방향) 진동을 동시에 감쇠시킬 수 있는 엔진 마운트가 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수직방향의 진동 감쇠 역할과 더불어, 유도전류를 통한 자기력의 형성을 통하여 코어보스의 움직임을 제어함으로서 수평방향의 종횡 진동에 대하여 효과적으로 대응할 수 있는 엔진 마운트를 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진 마운트에 있어서, 원통형의 하우징, 상기 하우징의 내부에 위치하여 엔진과 연결되는 코어보스, 상기 코어보스의 중심에 위치하여 엔진과 상기 코어보스를 결합하는 센터볼트 및 상기 코어보스의 일측 끝단과 상기 하우징의 내측면을 연결하는 인슐레이터를 포함하여 이루어지며, 상기 하우징의 상단 내부와 상기 코어보스의 돌출부의 상단 사이의 공간에 위치하고, 상기 코어보스의 둘레를 따라 일정 거리만큼 이격된 상태로 형성되어 있는 환형 구동기 모듈을 더 포함하여, 상기 코어보스의 종횡방향 움직임을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환형 구동기 모듈은, 내부를 향하여 복수개의 스포크가 형성되어 있는 환형 철심 코어, 상기 스포크의 둘레를 따라 형성되어 있는 유도코일, 상기 환형 철심 코어 및 유도코일의 외부를 감싸는 형태로 이루어진 환형 하우징을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스포크 및 유도코일은 8개가 형성되어, 서로 동일한 각도를 이루며 위치하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 인슐레이터의 하부에는 상부 유체 챔버 및 하부 유체 챔버가 형성되고, 상기 상부 유체 챔버 및 하부 유체 챔버 사이에는 멤브레인 및 이너시아 트랙이 형성되어 유체가 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인슐레이터의 하부에는 상기 인슐레이터와 함께 일정한 내부 공간을 형성할 수 있도록 상기 인슐레이터의 하부와 결합되며 중심부에 공기가 통과할 수 있는 에어 홀이 형성되어 있는 플레이트를 포함하여, 상기 에어 홀을 통하여 공기가 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 코어보스 둘레를 따라 환형 구동기 모듈을 형성하여 제어 전류의 흐름에 따라 자기력을 형성할 수 있으므로 코어보스의 움직임을 능동적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 종횡방향의 진동을 감쇠시킬 수 있다.
나아가, 환형 철심 코어의 크기와 이에 형성된 스포크의 개수 및 유도코일의 크기를 조절하여, 차량에 다양한 종횡방향의 진동이 가해지더라도 세밀하게 대응하여 진동을 감쇠시킬 수 있으므로, 수직방향의 진동 뿐만 아니라 수평방향의 진동까지 감쇠시킬 수 있는 장점이 있다.
도1 은 본 발명인 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트의 일실시예에 대한 단면도이다.
도2 는 본 발명에 사용되는 환형 구동기 모듈을 나타낸 사시도 및 부분단면도이다.
도3 은 본 발명에 사용되는 환형 철심 코어 및 유도코일이 결합하는 상태를 나타낸 분해사시도이다.
도4a 는 아무런 진동이 가해지지 않는 경우의 본 발명인 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트를 나타낸 평면도이다.
도4b 는 전후방향 진동이 가해지는 경우 전방의 유도코일에 전류를 흐르게 하여 전방으로 코어보스가 이동한 모습을 나타낸 평면도이다.
도4c 는 좌우방향 진동이 가해지는 경우 우측의 유도코일에 전류를 흐르게 하여 우측으로 코어보스가 이동한 모습을 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도1 에 도시된 바와 같은 본 발명인 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100)는, 원통형의 하우징(10), 상기 하우징(10)의 내부에 위치하여 엔진과 연결되는 코어보스(30), 상기 코어보스(30)의 중심에 위치하여 엔진과 상기 코어보스(30)를 결합하는 센터볼트(20) 및 상기 코어보스(30)의 일측 끝단과 상기 하우징(10)의 내측면을 연결하는 인슐레이터(40)를 포함하여 이루어지며, 상기 하우징(10)의 상단 내부와 상기 코어보스(30)의 돌출부(31)의 상단 사이의 공간에 위치하고, 상기 코어보스(30)의 둘레를 따라 일정 거리만큼 이격된 상태로 형성되어 있는 환형 구동기 모듈(50)을 더 포함하여, 상기 코어보스(30)의 종횡방향 움직임을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 하우징(10), 센터볼트(20), 코어보스(30), 인슐레이터(40) 등을 포함하여 이루어진다는 점에서는 종래 사용되던 엔진 마운트와 유사하지만, 상기 하우징(10)과 상기 코어보스(30)의 돌출부(31) 사이의 공간에 환형 구동기 모듈(50)이 형성되어 있는 것이다.
상기 하우징(10) 및 상기 코어보스(30)는 일반적으로 원형으로 이루어지며, 이에 따라 그 사이의 공간 또한 원형(도넛 형태)으로 이루어진다.
종래 사용되던 엔진 마운트에서는, 상기 코어보스(30)의 돌출부(31)가 상기 하우징(10)의 상단에 밀착하여 결합함으로서, 상기 센터볼트(20) 및 코어보스(30)로부터 진동이 직접 전달되는 상태에서 상기 코어보스(30) 자체의 재질적인 특성으로 종횡방향의 댐핑 현상을 감쇠시켜 왔다.
그러나 본 발명에서는 엔진 또는 파워트레인과 연결되어 진동이 전달되는 부분인 센터볼트(20) 및 코어보스(30)가 상기 하우징(10)에 직접 밀착하여 결합되어 있는 것이 아니라, 상기 하우징(10)의 상단 내부와 상기 환형 구동기 모듈(50)의 일측이 결합하고, 상기 코어보스(30)의 돌출부(31)와 상기 환형 구동기 모듈(50)의 타측이 결합하게 된다.
이에 따라 상기 코어보스(30)가 전후 및 좌우로 흔들리는 현상을 상기 환형 구동기 모듈(50)의 제어에 따라 능동적으로 조절할 수 있어, 3점 지지 방식의 엔진 마운트를 사용하더라도 전후방향 및 좌우방향의 진동을 충분히 감쇠시킬 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같이 종횡방향의 진동을 제어하는 역할을 하는 상기 환형 구동기 모듈(50)은, 도2 에 도시된 바와 같이, 내부를 향하여 복수개의 스포크(53)가 형성되어 있는 환형 철심 코어(52), 상기 스포크(53)의 둘레를 따라 형성되어 있는 유도코일(54), 상기 환형 철심 코어(52) 및 유도코일(54)의 외부를 감싸는 형태로 이루어진 환형 하우징(51)을 포함하여 이루어진다.
도2 의 부분확대도에 도시된 바와 같이, 상기 환형 구동기 모듈(50)은 내부를 향하여 복수개의 스포크(53)가 형성된 상기 환형 철심 코어(52)가 위치하는데, 상기 코어보스(30)와 상기 하우징(10)의 사이의 공간에 위치하도록 원형으로 이루어지며, 바람직하게는 스틸(steel) 재질로 이루어지는 것이 좋다.
또한, 상기 환형 철심 코어(52)는 그 내경 즉, 상기 스포크(53)의 끝단이 상기 코어보스(30)로부터 일정 거리만큼 이격된 채로 원형으로 형성되고, 그 외경은 상기 하우징(10)의 내부면과 맞닿은 채로 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스포크(53)에는 그 둘레를 따라 유도코일(54)이 감겨서 결합되어 있는데, 상기 유도코일(54)에 전류를 흐르게 하여 상기 유도코일(54) 및 스포크(53)가 순간적인 전자석이 되도록 하는 것이다.
그러므로, 상기 환형 철심 코어(52)가 반드시 스틸 재질로 이루어져야 하는 것은 아니며, 전류가 흘러 전자석이 될 수 있는 재질이라면 구리, 은, 합금 등 다양한 재질로 이루어질 수 있는 것은 당연하다.
상기 환형 철심 코어(52) 및 스포크(53)가 전자석이 되는 경우, 양쪽으로 서로 이웃하고 있는 상기 유도코일(54)에 전류를 흘려주면 한 쌍의 스포크(53)가 하나의 자석과 같이 이루어지게 된다.
즉, 일측의 스포크(53)는 자석의 N극 역할을 하게되고, 타측의 스포크(53)는 자석의 S극 역할을 하게 되어 두개의 유도코일(54) 및 스포크(53)에 의하여 하나의 폐쇄된 자기력선을 만들게 된다.
따라서, 필요로 하는 일측 방향으로 상기 코어보스(30)를 이동시키기 위해서는 2개(한 쌍)의 유도코일(54)에 제어 전류를 동시에 흐르게 하여 한 쌍의 스포크(53)가 하나의 폐쇄회로를 이루도록 하여야 한다.
상기와 같이 구성된 환형 철심 코어(52) 및 유도 코일의 외부는 상기 환형 하우징(51)이 둘러싸고 있는데, 상기 환형 구동기 모듈(50)의 외측면인 환형 하우징(51)은 바람직하게는 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 좋다.
따라서, 종래 사용되던 엔진 마운트에서는 상기 코어보스(30)와 상기 하우징(10)이 직접 맞닿아 결합하여 진동의 직접적인 전달이 되었던 반면, 본 발명에 따르면 상기 코어보스(30)와 상기 하우징(10)사이에 상기 환형 구동기 모듈(50)이 위치하기 때문에 직접적인 진동의 전달 대신 플라스틱 재질의 상기 환형 하우징(51)이 1차적으로 진동을 감쇠시켜 주는 완충역할을 할 수 있으며, 엔진의 과도 변위시 스토퍼 역할을 할 수 있다.
도3 에서는 본 발명인 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100)의 실시예 중, 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)이 8개가 형성되고, 서로 동일한 각도를 이루며 위치하는 실시예를 도시하였다.
즉, 상기 코어보스(30)가 종횡방향 진동에 따라 다양한 방향으로 움직이는 것을 세밀하게 제어하기 위하여 다양한 방향으로의 제어가 가능하도록 이루어진 것이며, 보다 정밀한 제어를 위하여 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)의 갯수를 늘리거나 줄일 수도 있고, 보다 큰 자기력의 유도를 위하여 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)의 크기를 더욱 크게 하여서 사용하는 것도 가능하다.
도4a, 4b, 4c 는 본 발명의 일실시예가 작동하는 모습을 도시한 것이다. 외부로부터 입력되는 진동이 없을 경우에는, 도4a 에 도시된 바와 같이 유도코일(54)에 전류가 흐르지 않는다. 따라서 상기 코어보스(30)는 상기 환형 철심 코어(52)의 한가운데에 위치하게 되고 종횡방향으로의 이동은 없다.
이러한 상태에서 상기 코어보스(30)를 전방으로 이동시킬 필요가 있는 경우에는 도4b 에 도시된 바와 같이 전방에 위치한 한 쌍의 유도코일(54)에 제어전류를 흐르게 한다. 이에 따라 상기 유도코일(54)이 감겨져 있는 한 쌍의 스포크(53)가 자화되어 상기 코어보스(30)를 전방으로 끌어당기게 된다.
이와 동일한 방법으로, 상기 코어보스(30)를 우측으로 이동시킬 필요가 있는 경우에는 도4c 에 도시된 바와 같이 우측에 위치한 한 쌍의 유도코일(54)에 제어전류를 흐르게 하며, 상기 유도코일(54)이 감겨져 있는 한 쌍의 스포크(53)가 자화되어 상기 코어보스(30)를 우측으로 끌어당기게 된다.
이와 같이, 상기 코어보스(30)를 필요로 하는 어떠한 방향으로라도 이동시킬 수 있으며, 진동이 가해지는 방향에 따라 다양한 방향에 위치하고 있는 이웃하는 한 쌍(2개)의 유도코일(54)에 제어전류를 흘리기만 하면 상기 스포크(53)가 자석과 같은 역할을 하여 쉽게 코어보스(30)를 이동시킬 수 있는 것이다.
따라서, 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)의 개수를 늘려 보다 정밀한 방향제어가 가능하도록 할 수도 있고, 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)의 크기를 크게 하여 보다 강한 진동에 대처할 수도 있다.
상기와 같이 필요로 하는 유도코일(54)에 제어전류를 흘리기 위해서는 상기 코어보스(30)의 움직임을 우선적으로 감지하여야 하는데, 이를 위해서 엔진의 움직임을 우선적으로 먼저 감지한다.
즉, 도면에 도시하지는 않았지만, 엔진에 부착된 감지 센서를 통하여 엔진 및 파워트레인의 움직임을 미리 감지하고, 이에 적절하게 대처하기 위하여 제어기 및 구동 앰프 등을 통해 제어전류를 발생시켜 필요한 스포크(53)를 자화시키면, 상기 코어보스(30)의 전후방향 및 좌우방항의 움직임을 제어할 수 있어 차량의 NVH 성능을 크개 개선할 수 있다.
상기와 같은 작동을 통하여 특히 차량의 수평방향(종횡방향) 진동 성능을 개선시킬 수 있으며, 수직방향(상하방향)의 진동은 종래의 엔진 마운트에서 사용되었던 다양한 방법을 통하여 수직방향의 진동 감쇠를 달성할 수 있다.
즉, 도1 에 도시된 바와 같이, 상기 인슐레이터(40)의 하부에는 상부 유체 챔버(61) 및 하부 유체 챔버(62)가 형성되고, 상기 상부 유체 챔버(61) 및 하부 유체 챔버(62) 사이에는 멤브레인 및 이너시아 트랙을 형성하여, 그 사이의 공간으로 유체가 이동할 수 있는 유체 봉입식 마운트를 구성할 수 있으며, 또한, 상기 인슐레이터(40)의 하부에는 상기 인슐레이터(40)와 함께 일정한 내부 공간을 형성할 수 있도록 상기 인슐레이터(40)의 하부와 결합되며 중심부에 공기가 통과할 수 있는 에어 홀이 형성되어 있는 플레이트를 포함하여, 상기 에어 홀을 통하여 공기가 이동할 수 있는 에어 댐핑 마운트를 구성할 수도 있다.
상하방향의 진동 또한, 마운트의 장착 위치 및 사용되는 차량의 특성 등에 맞게 유체 봉입식 마운트 또는 에어 댐핑 마운트 등 자유롭게 변경하여 사용함으로서 다양한 주파수의 진동에 대응할 수 있고, 차량의 주행성능을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트
10 : 하우징 20 : 센터볼트
30 : 코어보스 31 : 돌출부
40 : 인슐레이터 50 : 환형 구동기 모듈
51 : 환형 하우징 52 : 환형 철심 코어
53 : 스포크 54 : 유도코일
61 : 상부 유체 챔버 62 : 하부 유체 챔버

Claims (5)

  1. 엔진 마운트에 있어서,
    원통형의 하우징(10); 상기 하우징(10)의 내부에 위치하여 엔진과 연결되는 코어보스(30); 상기 코어보스(30)의 중심에 위치하여 엔진과 상기 코어보스(30)를 결합하는 센터볼트(20); 및 상기 코어보스(30)의 일측 끝단과 상기 하우징(10)의 내측면을 연결하는 인슐레이터(40); 를 포함하되,
    상기 하우징(10)의 상단 내부와 상기 코어보스(30)의 돌출부(31)의 상단 사이의 공간에 위치하고, 상기 코어보스(30)의 둘레를 따라 일정 거리만큼 이격된 상태로 형성되어 있는 환형 구동기 모듈(50)을 더 포함하여, 상기 코어보스(30)의 종횡방향 움직임을 제어할 수 있으며,
    상기 환형 구동기 모듈(50)은, 내부를 향하여 복수개의 스포크(53)가 형성되어 있는 환형 철심 코어(52), 상기 스포크(53)의 둘레를 따라 형성되어 있는 유도코일(54), 상기 환형 철심 코어(52) 및 유도코일(54)의 외부를 감싸는 형태로 이루어진 환형 하우징(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 스포크(53) 및 유도코일(54)은 8개가 형성되어, 서로 동일한 각도를 이루며 위치하는 것을 특징으로 하는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100).
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 인슐레이터(40)의 하부에는 상부 유체 챔버(61) 및 하부 유체 챔버(62)가 형성되고, 상기 상부 유체 챔버(61) 및 하부 유체 챔버(62) 사이에는 멤브레인 및 이너시아 트랙이 형성되어 유체가 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100).
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 인슐레이터(40)의 하부에는 상기 인슐레이터(40)와 함께 일정한 내부 공간을 형성할 수 있도록 상기 인슐레이터(40)의 하부와 결합되며 중심부에 공기가 통과할 수 있는 에어 홀이 형성되어 있는 플레이트를 포함하여, 상기 에어 홀을 통하여 공기가 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 종횡방향 제어 능동 엔진 마운트(100).
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