KR101610481B1 - 차량용 세미 액티브 엔진 마운트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 주행 조건에 따라 2가지의 동특성을 발휘할 수 있는 2-스텝의 세미 액티브 엔진 마운트에 관한 것이다.
본 발명은 유체 마운트에서 손실계수를 얻기 위해 넣은 유체를 필요한 경우에만 연결하고, 공회전 시와 같이 낮은 동특성 및 손실계수가 필요없을 때에는 유체를 분리하여, 차량 주행 조건에 따라 손실계수를 얻어낼 수 있고, 또 낮은 동특성을 유지할 수 있는 새로운 형태의 2-스텝 동특성 제어방식을 구현함으로써, 주행 시 등의 조건에서 높은 손실계수를 얻을 수 있고, 공회전 시 등의 조건에서 동특성을 낮출 수 있는 등 주행 진동은 물론 공회전 진동을 모두 개선할 수 있는 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 제공한다.

Description

차량용 세미 액티브 엔진 마운트{Semi active engine mount for vehicle}

본 발명은 차량용 세미 액티브 엔진 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 주행 조건에 따라 2가지의 동특성을 발휘할 수 있는 2-스텝의 세미 액티브 엔진 마운트에 관한 것이다.

일반적으로 엔진 마운트는 엔진의 진동이 차체로 전달되는 것을 막고, 차량의 진동모드를 절연하며, 엔진의 움직임을 제어하는 등의 기능을 한다.

이러한 엔진 마운트의 주요 성능 목표는 정적으로는 강하게 하여 엔진의 움직임을 최소화 시켜주고, 동적으로는 유연하게 하여 고주파 진동을 절연하는 것이다.

보통 고무 재질의 엔진 마운트는 엔진 구동 시에 발생되는 진동 중 고주파 미진폭의 진동에 대해서는 우수한 흡수 및 감쇠 성능을 발휘하나, 저주파 대변위의 진동에 대해서는 매우 취약한 바, 고주파 미진폭의 진동과 저주파 대변위의 진동에 대해 모두 충분히 만족시킬 수 없는 단점이 있다.

이에 따라, 엔진의 작동에 따라 엔진 마운트에 입력되는 고주파 미진폭의 진동 및 저주파 대변위의 진동 등을 포함하는 광범위한 영역에 걸친 진동을 모두 흡수 및 감쇠시킬 수 있는 유체 엔진 마운트가 사용되고 있다.

이러한 유체 엔진 마운트는 정적 및 동적 요구사항을 서로 분리하여 강성을 부여할 수 있기 때문에 차량의 진동 특성이 고무 타입의 엔진 마운트보다 향상된 성능을 제공하고 있다.

근래에는 운전자의 차량에 대한 정숙성 및 소음문제는 NVH(Noise Vibration Harshness) 특성에 대하여 보다 향상된 성능을 요구하고 있고, 국외에서는 이런 소비자 요구에 맞춰 다양한 제어방식의 엔진 마운트를 개발하고 있거나, 양산하여 적용하고 있는 추세이다.

특히, 최근에는 자동차의 연비를 향상시키기 위하여 개발된 가변기통 엔진의 NVH 저하를 방지할 수 있는 액티브 엔진 마운트(Active engine mount)가 많이 적용되고 있다.

이와 같은 액티브 엔진 마운트는 한국공개특허 10-2005-0022183호, 한국공개특허 10-2008-0027534호 등에 다양한 형태의 것들이 개시되어 있다.

한편, 초기의 러버 마운트에서 유체 마운트가 개발된 이유는 고무 내에 유체를 넣어서 손실계수를 높여 주행 진동을 개선하기 위함이다.

하지만, 내부 비압축성 물질인 유체의 반력으로 동특성은 높게 상승되어, 공회전 진동 악화라는 단점을 가지고 있다.

이를 개선하기 위해 멤브레인 등을 넣어 보지만, 초기 고무만 있을 때의 동특성을 갖지 못한다.

예를 들면, 유체 마운트의 경우, 고무는 감쇄특성이 tand = 0.05 정도로 낮기 때문에 내부에 2개의 액실을 만들고 서로 연결하는 오리피스를 구비한 구조로서, 특성 주파수에서 상부 및 하부 방향으로 유체가 오리피스를 흐르게 되면 감쇄특성을 높게 갖는다(tand = 1.0 이상).

하지만, 손실계수를 높게 갖는 대신에 비압축성 유체가 내부에 존재하여 동특성이 고무 대비 높아 절연성능이 나쁘다(고무 동배율 1.4→유체 동배율 1.8).

여기서, 동배율 = 동특성/정특성이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 유체 마운트에서 손실계수를 얻기 위해 넣은 유체를 필요한 경우에만 연결하고, 공회전 시와 같이 낮은 동특성 및 손실계수가 필요없을 때에는 유체를 분리하여, 차량 주행 조건에 따라 손실계수를 얻어낼 수 있고, 또 낮은 동특성을 유지할 수 있는 새로운 형태의 2-스텝 동특성 제어방식을 구현함으로써, 주행 시 등의 조건에서 높은 손실계수를 얻을 수 있고, 공회전 시 등의 조건에서 동특성을 낮출 수 있는 등 주행 진동은 물론 공회전 진동을 모두 개선할 수 있는 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량용 세미 액티브 엔진 마운트는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량용 세미 액티브 엔진 마운트는 내부에 코어를 가지는 메인 러버와 상기 메인 러버의 바깥둘레를 감싸는 케이스로 구성되는 러버 모듈과, 상기 러버 모듈의 저부에서 코어에 지지되며 전원 ON 또는 OFF에 따라 메인 러버측과 유체측을 연결 또는 분리시켜주는 솔레노이드 모듈과, 상기 케이스의 내측에 조립되면서 솔레노이드 모듈의 저부에 위치되며 솔레노이드 모듈측과 선택적으로 접촉되는 가진판 및 이 가진판을 지지하는 다이어프램을 가짐과 더불어 유체가 채워져 있는 상부 액실 및 하부 액실, 그리고 액실 간의 유체 이동을 위한 오리피스를 가지는 모듈 하우징으로 구성되는 유체 모듈을 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 차량용 세미 액티브 엔진 마운트는 주행 시 솔레노이드 모듈에 의해 결속되는 러버 모듈과 유체 모듈이 발휘하는 동특성에 의해 손실계수를 높일 수 있고 공회전 시 러버 모듈과 유체 모듈 간의 결속 해제에 의한 러버 모듈만의 동특성에 의해 진동 최적화를 구현할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 솔레노이드 모듈은 러버 모듈의 코어에 결합되는 모듈 케이스와 전원이 인가되는 코일과 보빈을 가지면서 모듈 케이스의 내부에 설치되는 스테이터와 상기 스테이터에 관통 결합되면서 하단을 통해 유체 모듈의 가진판과 접촉하며 전원 인가여부에 따라 스테이터측과 결속 및 해제되는 아마튜어를 포함하는 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 솔레노이드 모듈의 스테이터는 모듈 케이스의 내벽 사이에 개재되면서 스프링 역할을 하는 러버 재질의 지지체에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 차량용 세미 액티브 엔진 마운트는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 공회전 시에는 고무 동특성(동배율 1.4)으로 진동 최적화, 주행 시에는 손실계수 2.0 이상으로 주행진동 최적화가 가능하다.

즉, 진동부(코어)와 직접 연결되어 펌핑 압력 증대로 손실계수가 일반 유체 마운트 대비 더욱 증대된다(볼륨 스티프니스 방식 세미 액티브 대비 손실계수 증대).

또, 공회전 시에는 러버만 작용하므로 슛업이 발생하지 않아 발진 진동기 개선됨(바이패스 방식 대비 동특성 개선).

둘째, 유체 마운트에 들어가는 유체의 양을 최소화하며, 직접 연결을 통한 손실계수 확보로 마운트 중량을 절감할 수 있다.

셋째, 액체 액실 모듈화를 통한 공용화로 시스템 강건화 및 원가절감이 가능하다.

예를 들면, 상부 러버 부분과 유체 모듈 부분을 물리적으로 완전 분리하여, 레고 블럭식 조립을 통한 튜닝 자유도를 향상시킬 수 있다.

넷째, 상기 메인 러버(코어)에 부착된 요오크(스테이터)가 다이나믹 댐퍼로 작용하여 동특성을 최적화시킬 수 있다(공진 주파수 회피).

즉, 일반적으로 다이나믹 댐퍼는 서포트 브라켓에 적용되어 패키지에 불리하며 열해의 위험이 있으나, 본 발명은 내부에 장착되어(원래 사용 용도 이외에 추가 사용하는 기능) 패키지 및 열해에 유리한 구조이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 나타내는 결합 단면 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 나타내는 분리 단면 사시도
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트의 작동상태를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 나타내는 결합 단면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트를 나타내는 분리 단면 사시도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 세미 액티브 엔진 마운트는 주행 시나 공회전 시 등과 같은 주행 조건별 상황에서 마운트의 동특성과 손실계수를 적절히 조절하여 진동 최적화를 구현할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 세미 액티브 엔진 마운트는 3개의 모듈 조합형태, 즉 러버 모듈(13), 솔레노이드 모듈(14) 및 유체 모듈(30)의 조합형태로 이루어지며, 각 모듈은 고무 가류, 볼트 결합 등에 의해 일체식으로 조립된다.

상기 러버 모듈(13)은 엔진측에 결합되는 코어(10)를 포함하며, 상기 코어(10)의 둘레에는 메인 러버(11)가 일체 형성된다.

그리고, 상기 메인 러버(11)의 바깥둘레에는 차체측에 결합되는 대략 원통형의 케이스(12)가 일체 결합된다.

이러한 러버 모듈(13)은 엔진측에서 전달되는 진동을 메인 러버(11)가 발휘하는 동특성을 이용하여 저감시키는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 러버 모듈(13)의 케이스(12)에는 측면쪽에 홀(28a)이 형성되어 있으며, 이때의 홀(28a)을 통해 솔레노이드 모듈측으로 전원을 공급하기 위한 와이어링이 안으로 들어가 연결될 수 있게 된다.

상기 솔레노이드 모듈(14)은 전원 ON 또는 OFF에 따라 메인 러버측과 유체측을 연결 또는 분리시켜주는 역할을 하는 부분으로서, 러버 모듈(13)에 있는 케이스(12)의 내부에 위치되면서 메인 러버(11)의 저부에서 코어(10)측에 지지되는 구조로 설치된다.

이러한 솔레노이드 모듈(14)은 컵 모양의 케이스(12)를 포함하며, 이때의 케이스(12)는 엎어진 자세에서 러버 모듈(13)에 있는 코어(10)의 저면에 볼트에 의해 체결되는 구조로 설치된다.

이렇게 케이스(12)가 코어(10)측에 결합됨에 따라 솔레노이드 모듈(14) 전체가 러버 모듈(13)측에 지지될 수 있게 된다.

또한, 상기 솔레노이드 모듈(14)은 전원이 인가되면서 서로 결속 또는 해제가 가능한 솔레노이드 기능의 코일(22), 보빈(23), 스테이터(24), 아마튜어(25) 등을 포함한다.

이때의 상기 코일(22)과 보빈(23)은 원형 하우징 형태의 스테이터(24)에 내장된 상태로 와이어링과 연결되고, 상기 아마튜어(25)는 상단의 헤드 부분을 갖는 "T"자 형태로서 코일(22)과 보빈(23)이 들어 있는 스테이터(24)의 중심을 수직으로 관통하는 구조로 결합된다.

이렇게 결합되는 아마튜어(25)는 전원 ON 시 스테이터(24)측과 일체 결속되고, 전원 OFF 시 스테이터(24)측과 결속이 해제된 프리한 상태가 된다.

즉, 전원 OFF 상태에서 아마튜어(25)와 스테이터(24)는 상호 슬라이드 가능한 상태가 될 수 있다.

그리고, 상기 아마튜어(25)의 하단부는 유체 모듈(20)에 있는 가진판(15)의 상면과 접하게 되고, 예를 들면 아마튜어(25)의 하단이 가진판(15)의 상면 중앙에 있는 홈 부분에 끼워져 결합되고, 이에 따라 아마튜어(25)와 가진판(15)은 함께 위아래로 움직일 수 있게 된다.

또한, 상기 스테이터(24)는 모듈 케이스(21)의 내부에 동심축으로 배치되고, 이렇게 배치되는 스테이터(24)의 외주 둘레와 모듈 케이스(21)의 내벽 둘레 사이에는 스프링 역할을 하는 러버 재질의 지지체(27)가 개재된다.

즉, 상기 스테이터(24)는 지지체(27)를 이용하여 모듈 케이스(21)측에 지지될 수 있게 된다.

따라서, 상기 솔레노이드 모듈(14)에 전원이 인가되면(전원 ON), 스테이터(24)와 아마튜어(25)가 일체 결속되고, 이 상태에서 러버 모듈(13)의 메인 러버(11)에 하중(진동)이 가해지는 경우, 솔레노이드 모듈(14)의 아마튜어(25)가 위아래로 움직이면서 가진판(15)도 함께 위아래로 움직이게 되고, 결국 유체 모듈(20)측에서 유체의 유동이 일어나게 된다.

한편, 상기 솔레노이드 모듈(14)에 전원이 차단되면(전원 OFF), 스테이터(24)와 아마튜어(25) 간의 결속이 해제되고, 이 상태에서 러버 모듈(13)의 메인 러버(11)에 하중(진동)이 가해지는 경우, 아마튜어(25) 및 가진판(15)은 그대로 둔 상태에서 스테이터(24)만 위아래로 움직이게 되므로, 결국 유체 모듈(20)측에서 유체의 유동이 일어나지 않게 된다.

또한, 상기 유체 모듈(20)은 케이스(12)의 내측에 조립됨과 더불어 솔레노이드 모듈(14)의 저부에 위치되면서 솔레노이드 모듈(14)측과의 선택적인 접촉을 통해 이루어지는 액실 간의 유체 유동에 의한 동특성을 발휘하는 부분이다.

이를 위하여, 상부 액실(17)의 조성을 위한 상부 중앙영역이 홈 구조로 이루어지고, 하부에는 중앙영역과 외곽영역에서 원주방향을 따라 형성되면서 서로 연통됨과 더불어 상부 액실(17)측과 통하는 오리피스(19)를 가지는 원형체의 모듈 하우징(26)이 마련되고, 이때의 모듈 하우징(26)은 솔레노이드 모듈(14)의 저부에 위치되면서 케이스(12)의 하부 내측에 끼워져 결합되는 구조로 설치된다.

또한, 상기 모듈 하우징(26)의 중앙역역에 있는 홈 구조의 상부에는 서로 결합되어 있는 중심부의 가진판(15)과 둘레부의 다이어프램(16)이 설치되며, 이렇게 가진판(15)과 다이어프램(16)이 모듈 하우징(26)에 결합됨에 따라 모듈 하우징(26)의 홈 구조 내부는 상부 액실(18)로 조성된다.

또한, 상기 모듈 하우징(26)의 측면부에는 홀(28b)이 형성되어 있으며, 이때의 홀(28b)과 케이스(12)에 있는 홀(28a)을 통해 와이어링이 내부로 들어와 솔레노이드 모듈(14)측과 연결될 수 있게 된다.

그리고, 상기 모듈 하우징(26)의 하부에는 마감판(29)이 결합되며, 이에 따라 모듈 하우징(26)의 저면과 마감판(29)의 상면 사이에는 하부 액실(26)이 조성되고, 이때의 하부 액실(26)은 외곽영역의 오리피스(19)와 통할 수 있게 된다.

이에 따라, 상부 액실(17)의 유체는 오리피스(19)를 거쳐 하부 액실(18)로 이동할 수 있게 되고, 또 하부 액실(18)의 유체 또한 오리피스(19)를 거쳐 상부 액실(17)로 이동할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 마운트는 3개의 모듈 형태를 조합한 구조로 이루어져 있어서 레고 블럭식으로 조립이 가능하다.

이에 따라, 유체 부분을 모듈화하면 주파수별로 만들어져 바꿔가면서 튜닝이 가능하고, 메인 러버의 특성, 솔레노이드의 힘 등을 바꿔가면서 조립하고 튜닝이 가능하다.

또한, 솔레노이드 모듈(14)에 있는 스테이터(24)가 다이나믹 댐퍼 역할을 수행하여 특정 주파수에서 특성을 낮게 함으로써, 절연 효과를 극대화할 수 있다.

보통 엔진 서포트 브라켓에 다이나믹 댐퍼를 설치하여 특성 주파수의 공진을 회피하고자 설계하는데, 다이나믹 댐퍼가 외부에 노출될 경우 레이아웃에 불리하다.

하지만, 본 발명에서는 다이나믹 댐퍼의 역할을 하는 스테이터가 마운트 내부에 내장되어 있어서 레이아웃 측면에서 유리한 점이 있다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 세미 액티브 엔진 마운트의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 여기서는 주행 조건에서 러버와 유체가 함께 발휘하는 동특성을 보여준다.

예를 들면, 솔레노이드 모듈(14)에 전원이 인가되면, 솔레노이드 모듈(14)의 스테이터(24)측과 아마튜어(25)측은 일체식으로 결속된다.

따라서, 러버 모듈(13)의 메인 러버(11)로 진동 등의 하중이 가해지게 되면, 러버 모듈(13)과 솔레노이드 모듈(14) 전체가 상하로 유동되고, 이러한 유동과 연계되어 아마튜어(25)에 의해 가진판(15)이 가진되면서 유체 모듈(20)의 상부 액실(17)과 하부 액실(18) 간의 유체의 이동이 이루어질 수 있게 되며, 결국 손실계수가 상승되면서 주행진동이 개선될 수 있게 된다.

이때, 유체에 대한 펌핑압력 극대화로 적은 유체를 가지고도 손실계수 최대화가 가능하며, 소량의 유체를 사용함에 따라 중량 개선의 효과가 있다.

도 3b에 도시한 바와 같이, 여기서는 공회전 조건에서 러버가 발휘하는 동특성을 보여준다.

예를 들면, 예를 들면, 솔레노이드 모듈(14)의 전원이 차단되면, 솔레노이드 모듈(14)의 스테이터(24)측과 아마튜어(25)측은 서로 프리한 상태가 된다.

따라서, 러버 모듈(13)의 메인 러버(11)로 진동 등의 하중이 가해지게 되면, 러버 모듈(13)과 솔레노이드 모듈(14) 전체가 상하로 유동되고, 이때의 아마튜어(25)와 가진판(15)은 움직이지 않게 되므로, 유체 모듈(20)의 상부 액실(17)과 하부 액실(18) 간의 유체의 이동이 이루어지지 않게 되며, 결국 윗쪽 메인 러버(11)의 고무 동특성만 나타나게 되면서 동특성 하향에 의해 공회전 진동을 개선할 수 있게 된다.

이와 더불어, 일반적인 세미 액티브의 슛업이 발생하지 않아 발진진동이 개선될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 유체의 연결 또는 분리의 2-스텝 제어방식, 즉 공회전 시에는 러버만의 동특성이 요구되므로 액실과 진동부를 분리하고 주행 시에는 유체에 의한 손실계수가 필요하므로 액실과 진동부를 연결하는 제어방식을 구현함으로써, 운전 조건별 특성 가변율 증대 및 손실계수 증대로 공회전, 주행 조건별로 시스템을 최적화시킬 수 있다.

10 : 코어
11 : 메인 러버
12 : 케이스
13 : 러버 모듈
14 : 솔레노이드 모듈
15 : 가진판
16 : 다이어프램
17 : 상부 액실
18 : 하부 액실
19 : 오리피스
20 : 유체 모듈
21 : 모듈 케이스
22 : 코일
23 : 보빈
24 : 스테이터
25 : 아마튜어
26 : 모듈 하우징
27 : 지지체
28a,28b : 홀
29 : 마감판

Claims (4)

1. 내부에 코어(10)를 가지는 메인 러버(11)와 상기 메인 러버(11)의 바깥둘레를 감싸는 케이스(12)로 구성되는 러버 모듈(13);
   상기 러버 모듈(13)의 저부에서 코어(10)에 지지되며 전원 ON 또는 OFF에 따라 메인 러버측과 유체측을 연결 또는 분리시켜주는 솔레노이드 모듈(14);
   상기 케이스(12)의 내측에 조립되면서 솔레노이드 모듈(14)의 저부에 위치되며 솔레노이드 모듈(14)측과의 선택적인 접촉을 통해 액실 간의 유체 유동이 이루어질 수 있도록 된 유체 모듈(20)을 포함하고,
   상기 솔레노이드 모듈(14)은 러버 모듈(11)의 코어(10)에 결합되는 모듈 케이스(21)와 전원이 인가되는 코일(22)과 보빈(23)을 가지면서 모듈 케이스(21)의 내부에 설치되는 스테이터(24)와 상기 스테이터(24)에 관통 결합되면서 하단을 통해 유체 모듈(20)의 가진판(15)과 접촉하며 전원 인가여부에 따라 스테이터측과 결속 및 해제되는 아마튜어(25)를 포함하며,
   상기 솔레노이드 모듈(14)의 스테이터(24)는 모듈 케이스(21)의 내벽 사이에 개재되는 러버 재질의 지지체(27)에 의해 지지되는 구조로 다이나믹 댐퍼의 역할을 하도록 설치되고,
   상기 유체 모듈(20)은 솔레노이드 모듈(14)측과 선택적으로 접촉되는 가진판(15) 및 이 가진판(15)을 지지하는 다이어프램(16)과, 유체가 채워져 있는 상부 액실(17) 및 하부 액실(18), 그리고 액실 간의 유체 이동을 위한 오리피스(19)를 가지는 모듈 하우징(26)을 포함하며
   상기 러버 모듈(13), 솔레노이드 모듈(14) 및 유체 모듈(20)은 레고 블럭식으로 조립 가능한 것을 특징으로 하는 차량용 세미 액티브 엔진 마운트.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
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