KR101676257B1 - 엔진마운트 - Google Patents

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KR101676257B1
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김승원
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은, 인슐레이터와 다이어프레임 사이에 노즐판이 장착되어 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고 내부의 체적변화에 따라 봉입된 하이드로액이 노즐판에 형성된 유로를 통해 상측액실과 하측액실을 유동하는 엔진마운트에 있어서, 상단이 상측액실과 개통된 제2유로가 추가적으로 형성된 노즐판; 및 상측으로 돌출된 돌출부가 다이어프레임의 하부에서 가압하여 하측액실을 유로와 개통된 주액실과 제2유로와 개통된 부액실로 구획하는 분할컵;을 포함하고, 상기 돌출부의 내측에는 부액실 아래로 챔버가 형성되도록 격벽면이 형성되며, 상기 격벽면에는 챔버로 공기의 출입이 가능하도록 출입홀이 타공된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 엔진마운트는 주행 상황에 따라 입력되는 진동에 대응하여 감쇠특성이 자기변환됨에 따라 액티브마운트와 유사한 효과를 갖되, 구동기의 추가적인 장착이 요구되지 않으므로, 액티브마운트 대비 생산원가가 훨씬 감축되고 중량 상승을 억제할 수 있다.

Description

엔진마운트{Engine-mount}
본 발명은 엔진에서 발생하는 진동을 감쇠시키며 하중을 지지하도록 장착되는 엔진마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 구동기가 없더라도 주행조건에 따라 감쇠특성이 가변되어 주파수 특성이 상이한 진동들을 더욱 효율적으로 감쇠시킬 수 있도록 자기변환(self-conversion) 성질을 갖는 엔진마운트에 관한 것이다.
일반적인 하이드로 마운트(유체봉입식 마운트)는 내부에 소정량의 하이드로액이 봉입되어 상기 하이드로액의 유동에 따라 진동을 감쇠시키는 구조를 갖되 공압식 마운트 보다 생산비용은 증가하나 성능 면에서 유리하므로 적용 범위가 점차 증가하고 있다.
하지만, 차량에서 발생하는 진동은 엔진 뿐만 아니라 노면을 통해서도 전달되기도 하고 차량의 주행상황에 따라 발생하는 진동의 특성 또한 달라지므로, 다른 주파수 영역의 진동들을 일반적인 하이드로 마운트만으로 동시에 감쇠시키는 것에는 한계가 있었다.
이에 따라, 하이드로 마운트에서 특정 주파수 영역대의 진동을 더 효율적으로 감쇠시킬 수 있도록 감쇠특성을 능동적으로 제어할 수 있는 액티브마운트가 개발된 바 있다.
상기 액티브마운트는 마운트의 특성을 전류인가의 온/오프(On/Off) 방식으로 제어할 수 있도록 구성되되, 하이드로액의 유동에 따라 진동하는 멤브레인의 거동을 제어하는 볼륨스티프니스(Volume-Stiffness) 방식과 (상측액실과 하측액실을 개통하는) 제2유로를 추가적으로 형성하고 상기 제2유로의 개통을 단속하는 바이패스(By-pass) 방식이 널리 사용되고 있다.
이중, 도 1 을 참조하여 종래의 바이패스 방식을 갖는 액티브마운트 설명하면, 케이스 내부에서 상측에는 코어(1)와 결합된 탄성재질의 인슐레이터(2)가 장착되고 하단에는 다이어프레임(4)이 결합되되, 상기 인슐레이터(2)와 다이어프레임(4) 사이에는 노즐판(3)이 장착되어, 내부 공간은 상측액실과 하측액실로 구획되는 구조를 갖는다.
상기 노즐판(3)은 둘레를 따라 내부에 환형의 유로가 형성되어 봉입된 하이드로액이 상측액실과 하측액실을 유동할 수 있도록 구성된다. 상기 하이드로액의 유동은 엔진에서 전달되는 하중 이동 및 진동에 의해서 코어(1)와 결합된 인슐레이터(2)가 탄성변형하면 상측액실의 내부 체적량이 증감됨에 따라서 이뤄진다.
그리고, 노즐판(3)의 중앙에는 상측액실과 하측액실을 수직방향에서 추가적으로 개통시키는 제2유로가 마련되고, 상기 제2유로의 하부에는 상단이 다이어프레임(4)과 연결되어 상승하강하는 로드(5)가 배치된다. 상기 로드(5)는 제2유로를 차폐시키는 방향(상승하는 방향)으로 탄성력이 제공되도록 스프링(미도시)과 결합되고, 코일(6)이 근접배치된다. 아울러, 상기 코일(6)에 전원이 인가되면 전자기력에 의해 로드(5)가 하강하여 상기 제2유로는 상측액실과 하측액실을 추가적으로 개통시킨다.
그러나, 이러한, 액티브마운트는 유체봉입식 마운트에 (로드, 스프링, 코일, 전원 인가장치 등을 포함하는) 구동기가 추가적으로 장착되는 구조이므로, 구동기의 추가장착에 따라 소비 전류도 증대되어 연비에도 악영향을 미칠 수 있으며, 생산 원가 및 중량이 늘어나는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 구동기의 추가장착이 없이도 주행 조건별로 입력되는 진동 특성에 따라 하이드로액의 유동특성이 자체적으로 가변되어(자기변환되어) 댐핑 성능 및 NVH(noise, vibration, harshness) 성능을 더욱 개선할 수 있는(손실계수를 높이고 동특성을 낮출 수 있는) 엔진마운트를 제공하는 것에 주목적이 있다.
더 상세하게는, 본 발명에 따른 엔진마운트는 감쇠효율이 더욱 증대될 수 있도록 (전술한 바와 같은) 볼륨스티프니스 타입의 특징과 바이패스 타입의 특징 모두를 갖는다. 즉, 제2유로가 형성된 점에서 본 발명의 엔진마운트는 바이패스 타입의 특징을 갖되, (부액실의 바닥면을 멤브레인으로 간주하면) 부액실 바닥면의 상승하강이 공기 출입에 의해 조절되는 점에서 볼륨스티프니스 타입의 특징을 가지므로 두 타입이 융합된 구조로 간주될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인슐레이터와 다이어프레임 사이에 노즐판이 장착되어 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고 내부의 체적변화에 따라 봉입된 하이드로액이 노즐판에 형성된 유로를 통해 상측액실과 하측액실을 유동하는 엔진마운트에 있어서, 상단이 상측액실과 개통된 제2유로가 추가적으로 형성된 노즐판; 및 상측으로 돌출된 돌출부가 다이어프레임의 하부에서 가압하여 하측액실을 유로와 개통된 주액실과 제2유로와 개통된 부액실로 구획하는 분할컵;을 포함하고, 상기 돌출부의 내측에는 부액실 아래로 챔버가 형성되도록 격벽면이 형성되며, 상기 격벽면에는 챔버로 공기의 출입이 가능하도록 출입홀이 타공된 것을 특징으로 한다.
상기 노즐판에는 제2유로의 길이가 확장되도록 파이프 모양을 가지며 노즐판 아랫쪽으로 연장된 확장부가 형성된다. 상기 출입홀의 상단은 상측으로 갈수록 직경이 확장되는 모양을 갖도록 형성된다.
그리고, 상기 다이어프레임은 다수 개의 주름들이 형성된 모양을 갖고 상기 돌출부는 주름들 중 어느 하나가 노즐판의 바닥면에 밀착되도록 가압하며, 상기 분할컵은 다이어프레임과 인슐레이터의 외부에 결합된 케이스의 하단에 고정되도록 장착된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 부액실의 측면은 플레이트와 결합되어 돌출부의 내주면에 밀착고정되고, 상기 부액실의 바닥면은 상측으로 볼록한 모양을 갖도록 형성된다.
전술한 바와 같이, 액티브마운트는 주행 조건별로 댐핑 특성을 가변시킬 수 있으므로 성능면에서 일반적인 하이드로 마운트 보다는 유리하였지만, 생산원가 및 중량이 상승하고 구동기와 연결되는 와이어링 배치가 복잡하여 장착되는 차종이 제한되는 문제점이 있었다.
하지만, 본 발명의 엔진마운트는 주행 상황에 따라 입력되는 진동에 대응하여 (감쇠특성이) 자기변환됨에 따라 액티브마운트와 유사한 효과를 갖되, 구동기의 추가적인 장착이 요구되지 않으므로, (액티브마운트 대비) 생산원가가 훨씬 감축되고 중량 상승을 억제할 수 있다.
즉, 차량 개발 과정에서는 장착이 용이하며 상대적으로 저렴한 일반적인 하이드로 마운트를 적용할 것인지 또는 상대적으로 고가이나 성능면에서 유리한 액티브 마운트를 적용할 것인지를 두고 고민하게 되고, 특히, 액티브 마운트가 장착될 경우에는 구동기의 추가 장착에 따른 와이어링 설치가 문제될 수 있었다.
하지만, 본 발명에 따른 자기변환 특성을 갖는 엔진마운트는 종래의 일반적인 하이드로 마운트와 거의 동등한 생산원가 및 중량을 유지하며, 액티브 마운트의 특성을 구현할 수 있고, 구동기 및 와이어링의 추가 장착이 불필요하여 보다 폭 넓은 차종에 적용이 가능한 효과를 갖는다.
그리고, 종래에는 엔진마운트의 튜닝은 인슐레이터의 재질, 유로의 크기 및 형상 등의 변경을 통해 이뤄지므로, 시제품 제작이 매우 어려웠으나, 본 발명의 구조에서는 출입홀의 내경을 가변시켜 엔진마운트의 특성을 튜닝할 수 있으므로 보다 자유로운 튜닝 범위를 제공할 수 있다. 즉, 출입홀의 갯수, 내경, 모양, 위치를 가변시켜 차량 성격에 따라 공회전 시 또는 주행 시의 감쇠특성을 최적화하도록 튜닝이 이뤄질 수 있다.
그리고, 본 발명의 구조에서는 부액실을 구성하는 부분은 플레이트와 결합되어 분할컵에 면접촉하도록 부착되므로, 하이드로액의 유동시 떨림에 의한 이음 발생을 억제할 수 있으며, 출입홀은 상단은 상측으로 갈수록 직경이 확장되는 모양을 갖도록 형성되어 공기 출입 시 유동을 집중시킬 수 있다.
아울러, 노즐판에는 제2유로의 길이가 확장되도록 파이프 모양을 가지며 노즐판 아랫쪽으로 연장된 확장부가 형성되어 특정 구간(가령, 20~30Hz)에서의 동특성 변경량을 효율적으로 튜닝하고, (챔버로 공기 출입이 이뤄지도록) 하이드로액의 유동을 상하방향으로 유도하여 에어 댐핑 효과를 추가적으로 얻을 수도 있다.
도 1 은 종래의 액티브마운트가 종방향을 따라 절개된 모습을 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진마운트가 종방향을 따라 절개된 모습을 도시한 도면,
도 3 은 도 2 에서 노즐판과 분할컵이 장착된 부분을 확대한 모습으로써 (좌측은 부액실의 바닥면이 하강했을 때, 우측은 부액실의 바닥면이 상승했을 때의 모습을 각각 나타내며) 제2유로를 통한 하이드로액의 유동 및 출입홀을 통한 공기의 유동을 화살표로 표시한 도면,
도 4 는 공회전 시 상대적으로 더 작은 진폭을 갖는 진동(소변위 진동)이 발생할 때, 제2유로를 통해 하이드로액이 유동하고 출입홀을 통해 공기의 유동이 발생하는 모습을 도시한 도면,
도 5 는 주행시 상대적으로 더 큰 진폭(대변위 진동)을 갖는 진동이 발생할 때, 유로를 통한 하이드로액의 유동이 발생하는 모습을 도시한 도면,
도 6 은 출입홀의 내경이 다르게 형성된 모습들을 비교하여 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2 와 도 3 을 참조하면, 본 발명의 엔진마운트는 종래의 하이드로 엔진마운트와 같이 케이스(12) 내부에서 상측에는 코어(11)와 결합된 탄성재질의 인슐레이터(10)가 장착되고 하단에는 다이어프레임(20)이 결합되되, 상기 인슐레이터(10)와 다이어프레임(20) 사이에는 노즐판(30)이 장착되어, 내부 공간은 상측액실과 하측액실로 구획되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 노즐판(30)은 둘레를 따라 내부에 환형의 유로가 형성되어 봉입된 하이드로액이 상측액실과 하측액실을 유동할 수 있도록 구성된다. 그리고, 엔진에서 전달되는 하중 이동 및 진동에 의해 인슐레이터(10)가 탄성변형하여 상측액실의 내부 체적량이 가변되면 봉입된 하이드로액의 유동이 이뤄진다.
아울러, 상기 다이어프레임(20) 아래에는 케이스(12) 하단에 고정된 분할컵(40)이 위치하게 된다. 상기 분할컵(40)은 상측으로 돌출된 돌출부(41)가 다이어프레임(20)의 하부에서 가압하여 하측액실을 '유로와 개통된 주액실'과 '제2유로와 개통된 부액실'로 구획한다. 그리고, 상기 돌출부(41)의 내측에는 부액실 아래로 챔버가 형성되도록 격벽면(42)이 형성된 구조를 갖는다. 상기 격벽면(42)에는 챔버로 공기의 출입이 가능하도록 출입홀(43)이 타공된다.
따라서, 제2유로를 통한 하이드로액의 유동이 이뤄지면 부액실 내의 체적은 가변되어 도 3 에 도시된 바와 같이 부액실의 바닥면(21)이 상승하강하게 되고 이에 따라 챔버의 체적 또한 가변되어 출입홀(43)을 통하여 공기의 출입이 이뤄진다. 이때, 공기의 출입에 따라 반대로 부액실의 체적 변화 또한 영향을 받게 되므로, 공기 출입량 조절을 통해 부액실에서 발생하는 댐핑특성을 셋팅할 수 있음을 이 분야의 당업자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 하이드로액의 유동 시 압력이 부액실의 바닥면(21)으로 집중될 수 있도록 제2유로의 길이를 확장시키고 파이프 모양을 갖는 확장부(31)가 노즐판(30) 아랫쪽으로 형성된다. 이와 같은 확장부(31)의 길이는 요구되는 엔진 특성에 따라 상이할 것이지만 특정구간의 진동(가령, 20 ~ 30 Hz 구간의 진동)의 감쇠효율에 최적될 수 있게 설정될 수 있다.
또한, 공기 출입시 출입홀(43)로 공기 유동이 집중되어 튜닝효과를 극대화시킬 수 있게 상기 출입홀(43)의 상단은 상측으로 갈수록 직경이 확장되는 모양을 갖도록 형성될 수 있고, 반대로 출입홀(43)의 하단이 하측으로 갈수록 직경이 확장되는 모양을 갖도록 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서, 상기 다이어프레임(20)은 다수 개의 주름들이 형성된 모양을 갖고 상기 돌출부(41)는 주름들 중 어느 하나가 노즐판(30)의 바닥면에 밀착되도록 가압하도록 구성된다. 상기 분할컵(40)은 다이어프레임(20)과 인슐레이터(10)의 외부에 결합된 케이스(12)의 하단에 컬링(curling) 또는 용접 등을 통해 고정될 수 있다. 상기 부액실의 바닥면(21)은 전술한 바와 같이 상하 거동이 용이하게 이뤄지고 하이드로액의 유동시 압력이 집중될 수 있도록 소정의 곡률로 상측으로 볼록한 모양을 갖도록 형성된다.
그리고, 상기 부액실의 측면은 (지지체 없이도) 접착제가 도포되어 돌출부(41)의 내주면에 접착될 수도 있겠으나, 다이어프레임(20)은 탄성재질로 제조되어 분할컵(40)의 조립 시 완전한 접착이 어려우므로, 측면에서는 탄성거동이 발생하지 않고 돌출부(41)에 밀착될 수 있도록 플레이트(50)와 결합된 상태에서 돌출부(41)의 내주면에 밀착고정된다.
상기 플레이트(50)는 소정의 강성을 갖는 플라스틱재로 제조되는 것이 바람직하며 부액실의 측면을 고정시켜 (부액실의 체적 변화시) 진동음 발생을 억제하며 부액실의 바닥면으로 하이드로액의 유동압력을 집중시킨다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 서로 상이한 특성의 진동이 발생하는 공회전시와 주행시 각각에서 댐핑효율이 증대되도록 하이드로액의 유동경로가 달라지도록 동작한다.
즉, 공회전 시에는(즉, 소변위 진동이 인슐레이터를 통해 입력되면) 도 4 에 도시된 바와 같이, (하이드로액이 봉입된 상태에서는 유체의 관성에 의해 유로를 통한 하이드로액의 유동은 발생하지 않고) 제2유로를 통한 하이드로액의 유동만 발생하게 된다. 이에 따라, 부액실의 체적이 변화되고 부액실의 바닥면(21)이 상승하강하여 출입홀(43)을 통한 공기의 유동도 이뤄진다. 이때는 전술한 바와 같이 출입홀(43)에서 발생하는 공기의 유동저항이 부액실의 체적변화에 영향을 미치므로 엔진특징에 따라 도 6 에 도시된 바와 같이 출입홀(43a, 43b, 43c)의 직경을 가변시켜 감쇠성능을 증대시킬 수 있다(손실계수 및 동특성을 튜닝할 수 있다).
그리고, 주행 시에는(즉, 대변위 진동이 인슐레이터를 통해 입력되면) 도 5 에 도시된 바와 같이, 상측액실과 주액실을 연결하는 유로를 통한 하이드로액의 유동만 발생하고 제2유로를 통한 하이드로액의 유동은 거의 발생하지 않는다. 이에 따라 부액실의 체적변화가 거의 발생하지 않으므로 출입홀(43)을 통한 공기의 유동 또한 발생하지 않는다.
따라서, 본 발명의 엔진마운트에서는 진동의 크기 및 특성에 따라 두 가지 경로를 통해 하이드로액을 유동시킬 수 있되, 상기 유동 경로는 입력되는 진동의 특성에 따라 엔진마운트 내부에서 어느 하나의 경로로 정해지는 구조이므로, 소변위 진동(고주파 진동) 및 대변위 진동(저주파 진동) 각각에 대응하여 감쇠성능을 최적화 시킬 수 있다. 특히, 출입홀(43a, 43b, 43c)의 크기를 도 6 과 같이 다양한 크기로 튜닝할 수 있으므로 소변위 진동이 입력되었을 때는 더욱 정교하고 용이하게 동특성 및 손실계수를 튜닝할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 인슐레이터
20 : 다이어프레임
30 : 노즐판
31 : 확장부
40 : 분할컵
41 : 돌출부
42 : 격벽면
43 : 출입홀
50 : 플레이트

Claims (7)

  1. 인슐레이터와 다이어프레임 사이에 노즐판이 장착되어 내부가 상측액실과 하측액실로 구획되고 내부의 체적변화에 따라 봉입된 하이드로액이 노즐판에 형성된 유로를 통해 상측액실과 하측액실을 유동하는 엔진마운트에 있어서,
    상단이 상측액실과 개통된 제2유로가 추가적으로 형성된 노즐판; 및
    상측으로 돌출된 돌출부가 다이어프레임의 하부에서 가압하여 하측액실을 유로와 개통된 주액실과 제2유로와 개통된 부액실로 구획하는 분할컵;을 포함하고,
    상기 돌출부의 내측에는 부액실 아래로 챔버가 형성되도록 격벽면이 형성되며, 상기 격벽면에는 챔버로 공기의 출입이 가능하도록 출입홀이 타공된 엔진마운트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐판에는 제2유로의 길이가 확장되도록 파이프 모양을 가지며 노즐판 아랫쪽으로 연장된 확장부가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 출입홀의 상단은 상측으로 갈수록 직경이 확장되는 모양을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다이어프레임은 다수 개의 주름들이 형성된 모양을 갖고, 상기 돌출부는 주름들 중 어느 하나가 노즐판의 바닥면에 밀착되도록 가압하는 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부액실의 측면은 플레이트와 결합되어 돌출부의 내주면에 밀착고정된 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 부액실의 바닥면은 상측으로 볼록한 모양을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 분할컵은 다이어프레임과 인슐레이터의 외부에 결합된 케이스의 하단에 고정된 것을 특징으로 하는 엔진마운트.
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