KR20010066053A - 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠에 관한 것으로, 크랭크 축의 후단에 볼트로 일체 고정되는 휠몸체와, 이 휠몸체의 외주면에 열박음되는 링 기어를 포함하는 자동차용 플라이 휠에 있어서, 상기 휠몸체에는 크랭크축을 따라 외부에서 공급된 오일이 중심으로부터 방사형으로 벋어나가도록 다수의 오일공급통로가 형성되고, 각 오일공급통로의 끝단부에는 탄성지지를 받아 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 다수의 질량체가 구비되어 있되, 상기 오일공급통로에는 외부로부터 공급되는 오일의 유입/유출을 조절할 수 있도록 유압조절밸브가 구비되어 있으며, 이 유압 조절밸브는 차속에 따라 선택적으로 ON/OFF 되도록 구성하여, 이 유압 조절밸브가 차속이 아이들구간이나 저속에서는 질량체를 바깥쪽으로 움직이게 하고, 고속구간에서는 반대로 중심쪽으로 움직일 수 있도록 오일공급통로를 개폐시켜 줌으로써, 운전조건에 맞게 관성모멘트를 조절하여 안정성과 함께 성능과 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠를 제공하는데 있다.

Description

자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠{Flywheel with variable inertia moment for automobile}

본 발명은 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휠몸체에 중심으로부터 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 질량체를 구비하고, 이 질량체가 차속에 따라 위치를 변화시켜 관성모멘트값을 달리 할 수 있게 함으로써, 엔진성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연비를 줄일 수 있는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 크랭크 축에는 크랭크축 풀리가 부착되어 있으며, 후단부에는 플라이 휠(fly wheel)이 함께 회전할 수 있도록 일체로 고정되어 있다.

특히, 상기 플라이 휠은, 첨부도면 1에서 도시한 바와 같이 크랭크축의 후단에 볼트로 고정되는 휠몸체와, 이 몸체의 외주면에 열박음(shrinkage fit)되는 링기어로 구성되어 있다.

여기서, 상기 휠몸체는 일종의 원판으로 중심 부분이 얇고 테두리부분이 두껍게 제작하여 사용하게 되는데, 이는 회전관성을 크게 하여 회전속도의 변동을 줄일 수 있게 하기 위함이며, 이 휠몸체의 후면은 클러치의 마찰면으로 이용하고 있다.

또한, 상기 링 기어는 휠몸체에 일체로 열박음되어서 시동기에 맞물려 있으며, 시동 초기에 시동기에 의해 강제회전되면서 크랭크 축을 강제로 회전시켜 주게 된다.

그러나, 기존의 플라이 휠은 휠몸체의 테두리 부분에 대한 질량값으로 관성모멘트가 결정되기 때문에, 항상 일정한 관성모멘트값을 가지고 있어서 차속에 따라 속도변동율이 달리지게 되는 문제가 발생하게 되었다.

도 1은 종래의 플라이 휠을 나타내는 사시도,

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 플라이 휠의 작동상태를 나타내는 단면도,

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 휠몸체 11 : 링기어

12 : 오일공급장치 13 : 질량체

14 : 유압조절밸브 15 : 절개면

16 : 작동체 17 : 탄성스프링

18 : 작동돌기 20 : 전자제어장치

100 : 크랭크 축 110 : 오일통로

111 : 오일공급부 200 : 실린더 블럭

210 : 메인 베어링 캡 211 : 유공

r : 안지름 R : 바깥지름

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 크랭크 축(100)의 후단에 볼트로 일체 고정되는 휠몸체(10)와, 이 휠몸체의 외주면에 열박음되는 링 기어(11)를 포함하는 자동차용 플라이 휠에 있어서, 상기 휠몸체(10)에는 크랭크축(100)을 따라 외부에서 공급된 오일이 중심으로부터 방사형으로 벋어나가도록 다수의 오일공급통로(12)가 형성되고, 각 오일공급통로(12)의 끝단부에는 탄성지지를 받아 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 다수의 질량체(13)가 구비되어 있되, 상기 오일공급통로(12)에는 외부로부터 공급되는 오일의 유입/유출을 조절할 수 있도록 유압조절밸브(14)가 구비되어 있으며, 이 유압 조절밸브(14)는 차속에 따라 선택적으로 ON/OFF 되도록 구성되어 있는 것이다.

이를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 2와 3은 본 발명에 따른 플라이 휠를 나타내는 단면도로, 도면부호 10은 휠몸체를, 100은 크랭크 축을 각각 나타낸다.

상기 휠몸체(10)는 통상적인 기술로 제작된 것을 사용하게 되며, 상기 크랭크 축(100)이 결합되는 중심부에는 반지름 방향으로 오일공급통로(12)가 방사형으로 형성되어 있다.

특히, 상기 오일 공급통로(12)는 일종의 회전체인 휠몸체(10)가 회전하더라도 외부에서 오일공급이 가능하도록 크랭크 축(100)에 형성된 오일통로(110)와 연관되어 있는데, 이 오일통로(110)에 대해서는 후술하기로 한다.

또한, 상기 각 오일 공급통로(12)의 끝단부 즉, 휠몸체(10)의 중심에서 바깥쪽 끝단에는 일면에 이 통로(12)를 따라 소정의 크기로 절개된 절개면(15)이 형성되어 있으며, 이 절개면(15)에는 상기 질량체(13)와 결합되는 작동체(16)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 상기 오일 공급통로(12)의 끝단부에는 작동체(16)를 작동시켜 주는 탄성스프링(17)이 장착되는데, 이 탄성스프링(17)이 장착되는 위치를 확보할 수 있도록 상기 절개면(15)의 위치를 끝단보다 조금 앞쪽에 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예를 나타낸 첨부도면 3에서, 상기 오일 공급통로(12)는 서로 마주보는 형태로 4개가 방사형으로 제작된 것을 보여주고 있는데, 이 오일 공급통로(12)의 갯수는 소정의 폭을 갖는 원판 형태의 질량체(18)가 분할된 갯수와 동일 갯수로 제작하여 사용하게 된다.

이와 같이 이루어진 휠몸체(10)는 오일 공급통로(12)의 끝단부인 휠몸체(10)의 중심부가 상기 크랭크 축(100)의 오일통로(110)외 연결되도록 크랭크 축(100)에 볼트로 고정되며, 바람직하기로는 그 사이에 실링을 삽입장착하여 외부로부터 공급되는 오일이 누유되는 것을 막을 수 있도록 설치하게 된다.

상기 작동체(16)는 오일 공급통로(12)의 내부에 끼워져서 한쪽에서는 탄성스프링(17)의 탄성지지를 받고 다른 한쪽에서는 오일압을 받는 일종의 피스톤으로서 작동을 하게 된다.

특히, 상기 작동체(16)는 절개면(15)의 전체 길이보다 조금 길게 제작하여 사용하게 되며, 일측에는 상기 절개면(15)을 통하여 휠몸체(10) 외부로 돌출되도록 작동돌기(18)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 작동돌기(18)에는 휠몸체(10)의 일면과 밀착되어 오일 공급통로(12)를 따라 움직일 수 있도록 질량체(13)가 고정설치되며, 상기 탄성스프링(17)의 탄성지지 또는 오일압을 받게 되면 절개면(15)을 따라서 움직이게 된다.

즉, 상기 작동체(16)는 상술한 것과 같이 탄성지지와 오일압의 변화에 의해 오일 공급통로를 따라 움직이게 되는데, 이때 상기 작동돌기(18)가 절개면(15)의 양단에 걸리면서 최대/최소 이송거리를 결정해 주게 되는 것이다.

상기 질량체(13)는 휠몸체(10)의 일면에 장착되어 작동체(16)의 움직임에 따라 움직여주는 작동부분으로, MD²/g로 표시되는 관성모멘트의 크기를 가변시켜 주게 된다.

즉, 관성모멘트는 휠몸체(10)의 테두리부분에 집중되는 질량(M)에 의해 크기가 결정되는데, 본 발명에서는 상기 질량체(13)가 휠몸체10)의 중심부쪽에서 바깥쪽으로 이동하면서 전체 질량에 변화를 주어 관성모멘트의 크기를 가변시켜 주게 되는 것이다.

이와 같이 관성모멘트를 가변시켜 주는 질량체(13)는 소정의 폭을 갖는 환형상으로 이루어져 있으면서 균등하게 분리되어 있는데, 본 발명의 바람직한 구현예에서 상기 질량체(13)는 4개로 분리되어 있는 것을 보여 주고 있다.

특히, 상기 질량체(13)는 환형상일 때의 직경이 절개면(15)의 안지름(r)과 같게 제작하여 사용하게 되는데, 이는 상기 작동체(16)가 절개면(15)을 따라 안쪽까지 가더라도 각 질량체(13)가 더이상 움직일 수 없게 하는 최소의 위치에 두기 위함이다.

즉, 상기 질량체(13)는 환형으로 제작되어 균등하게 분배되어 있기 때문에 절개면(15)을 따라 움직이게 되면 최소 반경인 위치에 도달하게 되는데, 이때의 위치가 상기 절개면(15)의 안쪽단인 안지름(r)까지 이동가능하게 하여, 이웃한 다른 질량체(13)에 걸리지 않은 상태에서 멈출 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 이루어진 질량체(13)는 작동체(16)의 위치에 따라 휠몸체(10)의 중심위치로부터 결정되는데, 첨부도면 3에서 도시한 바와 같이 최소 안지름(r)에서 최대 바깥지름(R)의 사이에서 움직이게 된다.

이때, 상기 질량체(13)는 탄성스프링(17)의 탄성지지를 받아 안지름(r)의 위치까지 오게 되며, 후술하는 유압조절밸브(14)를 포함하는 통상의 유압공급장치(미도시됨)에 의해 바깥지름(R)의 위치까지 움직이게 된다.

상기 유압조절밸브(14)는 ON/OFF 신호에 의해 오일 공급통로(12)로 오일을 공급하거나 공급했던 오일을 미도시된 오일탱크로 배출시켜 주기 위한 통상적인 밸브로, 전자제어유니트(20)의 제어를 받아 작동하게 된다.

여기서, 상기 전자제어유니트(20)는 통상 차량에 장착되는 차속감지센서의 감지신호를 받아 작동되도록 구성되어 있으며, 차속이 아이들구간이나 저속에서는 상기 유압조절밸브(14)를 ON시켜서 오일을 오일 공급통로(12)에 공급하고, 차속이 고속구간에서는 상기 유압조절배브(14)를 OFF시켜서 오일을 오일탱크로 배출시켜서 탄성스프링(17)이 작동할 수 있는 여건을 마련해 주게 된다.

이때, 상기 탄성스프링(17)은 유압조절밸브(14)의 작동과 반대작용을 하게 되는데, 상기 유압조절밸브(14)가 ON 위치에 있으면 오일공급통로(12)의 바깥쪽으로 밀려나는 작동체(16)에 의해 압축되면서 탄성력을 저장하게 되고, 반대로 상기 유압조절밸브(14)가 OFF 위치에 있게 되면 저장된 탄성력으로 작동체(16)를 안지름(r)인 위치까지 밀어 내게 된다.

이렇게 작용되는 유압조절밸브(14)는 첨부도면에서는 도시하지 않았지만 통상적인 압력발생수단, 예를 들면 오일 압축기 등에 의해 압력을 제공받을 수 있게 구성되어 있으며, 이렇게 받은 오일을 오일탱크로 배출시킬 수 있는 구성요소들과 연계하여 작동하게 된다.

한편, 상기 크랭크 축(100)은 통상적으로 엔진에 사용되는 것을 그대로 이용할 수 있는데, 후단부에는 상기 오일 공급통로(12)와 연결될 수 있도록 길이 중앙ㅇ 부분에 오일통로(110)가 구비되어 있으며, 이 오일통로(110)는 상기 크랭크 축(100) 상에 미리 형성된 냉각용 오일통로와는 별도로 제작하게 된다.

특히, 상기 크랭크 축(100)은 실린더 블럭(200) 상에 고정시키기 위한 메인 베어링 캡(210)과 접촉되는 부위에 소정의 폭으로 전체 외주면을 따라 절개된 오일공급부(111)이 형성되어 있으며, 이 오일공급부(111)는 상기 오일통로(110)와 연결되어 있다.

여기서, 상기 오일공급부(111)는 메인 베어링 캡(210)에 미리 제작된 냉각용 오일통로와 겹쳐지지 않도록 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오일공급부(111)는 메인 베어링 캡(210)에 형성된 유공(211)과 연관되도록 형성하게 되며, 이 유공(211)에는 상기 유압조절밸브(14)를 포함하는 유압공급장치에 연결되게 된다.

따라서, 상기 유압공급장치에서 생성된 오일은 유압조절밸브(14)를 거쳐 유공(211)을 지나 오일공급부(111)에 공급이 되며, 이 오일공급부(111)에 공급된 오일은 상기 오일통로(110)를 거쳐서 오일공급통로(12)를 지나면서 작동체(17)를 밀어 주게 되고, 이렇게 작동이 끝난 오일은 역순에 의해 다시 유압공급장치의 오일탱크로 빠져나가게 된다.

이하, 본 발명의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠은 엔진시동으로 크랭크 축(100)과 함께 회전하게 된다.

이때, 엔진 속도가 아이들 구간이나 저속 구간에 있게 되면 이를 감지한 전자제어장치(20)가 이에 대한 신호를 입력받게 되고, 이어 상기 유압조절밸브(14)를 ON시키게 된다.

그 결과, 미도시된 오일공급수단으로부터 오일이 크랭크 축(100)의오일통로(110)로 공급이 되고, 이 오일은 계속하여 오일공급통로(12)로 제공되게 된다.

이렇게 공급된 오일은 작동체(16)를 바깥쪽으로 밀어 주게 되는데, 이 작동체(16)가 바깥쪽으로 밀려 남에 따라 질량체(13)도 같이 움직이게 되어 휠몸체(10)의 외주부에 가해지는 전체 질량값이 커지게 된다.

이때, 상기 작동체(16)는 바깥쪽에 구비된 탄성스프링(17)을 눌러 가압하게 되고, 이 탄성스프링(17)에 저장된 탄성력은 오일이 배출됨에 따라 상기 작동체(16)를 원래 위치로 복귀시켜 주는 복원력으로 작용하게 된다.

따라서, 상기 플라이 휠이 갖는 관성모멘트가 증가하게 되어 속도 변동율이 줄어 들게 되어 아이들 구간과 저속구간에서의 주행 안정성을 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 크랭크 축(100)이 고속으로 회전을 하게 되면 차속을 감지한 전자제어장치(20)는 유압조절밸브(14)를 OFF시키게 되고, 그 결과 상기 오일 공급통로(12)에 공급되었던 오일이 오일통로(110)를 거쳐서 오일공급장치의 오일탱크로 배출되게 된다.

따라서, 상기 탄성스프링(17)은 저속 또는 아이들 구간에서 오일압에 의해 압축되면서 저장되었던 탄성력으로 작동체(16)를 휠몸체(10)의 중심쪽으로 밀어 주게 되고, 이에 따라 상기 휠몸체(10)의 전체 질량은 상대적으로 작아지게 된다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 크랭크 축의 후단에 장착되는 플라이 휠의 일측면에 중심으로부터 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 다수의 질량체를 방사형으로 장착하고, 이 질량체가 차속을 감지한 전자제어장치에 의해 공급되는 오일압에 의해 작동가능하게 함으로써, 차속에 적당한 상태로 플라이 휠의 전체 질량을 상대적으로 가감시켜서 관성모멘트의 크기를 변화시켜 아이들 상태에서의 안정성을 높일 수 있어 운행 조건을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 크랭크 축(100)의 후단에 볼트로 일체 고정되는 휠몸체(10)와, 이 휠몸체의 외주면에 열박음되는 링 기어(11)를 포함하는 자동차용 플라이 휠에 있어서,

   상기 휠몸체(10)에는 크랭크축(100)을 따라 외부에서 공급된 오일이 중심으로부터 방사형으로 벋어나가도록 다수의 오일공급통로(12)가 형성되고, 각 오일공급통로(12)의 끝단부에는 탄성지지를 받아 반지름 방향으로 움직일 수 있도록 다수의 질량체(13)가 구비되어 있되,

   상기 오일공급통로(12)에는 외부로부터 공급되는 오일의 유입/유출을 조절할 수 있도록 유압조절밸브(14)가 구비되어 있으며, 이 유압 조절밸브(14)는 차속에 따라 선택적으로 ON/OFF 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 공급통로(12)는 소정의 폭을 갖는 환 형상으로 조립되는 질량체(13)와 동일 갯수만큼 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오일 공급통로(12)의 바깥쪽 단부에는 작동체(16)의 작동거리를 제한할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 절개면(15)이 형성되어 있고, 이 절개면(15)에는 탄성지지를 받으면서 질량체(13)를 움직여주는 작동체(16)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 각 질량체(13)는 소정의 폭을 갖는 호 형상으로 이루어져 있으며, 하나로 조합된 전체 형상이 소정의 폭을 갖는 환형으로 이루어져서 균등하게 분리되어 동일 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 조절밸브(14)는 차속감지신호를 받은 전자제어유니트(20)의 제어를 받아 차속이 아이들구간이나 저속에서는 질량체(13)가 바깥쪽으로 움직이게 하고, 고속구간에서는 반대로 중심쪽으로 움직일 수 있도록 오일공급통로(11)를 개폐시켜 주는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 관성모멘트를 갖는 플라이 휠.