KR20040000677A - 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠 - Google Patents

유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 운전조건에 따라서 플라이 휠의 중심부 혹은 원주 둘레 주변으로 내부에 수용된 수은이 이동됨으로써 가변 이너셔 모드를 구현할 수 있는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠에 관한 것으로,
크랭크 샤프트의 일측에 축결합되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전되는 원판형상의 내측으로 다수의 블레이드가 방사상으로 배치되는 원심펌프와;
상기한 크랭크 샤프트에 축결합되는 휠의 축공 외주연측으로 환형상의 로우 이너셔 챔버가 형성되고, 상기 로우 이너셔 챔버의 외주연측으로 환형상의 하이 이너셔 챔버가 형성되어지되, 상기 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버 간에는 그 내부의 유체가 서로 연통될 수 있도록 이동통로가 형성되는 플라이 휠과;
상기한 플라이 휠의 축공과 크랭크 샤프트 사이에 개재되어 크랭크 샤프트의 동력이 상기 플라이 휠에 전달되는 것을 제어하는 클러치와;
상기한 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버에 채워지는 유체와;
상기한 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버를 연결하는 이동통로의 입구를 단속하기 위한 제어밸브; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠{Variable inertia flywheel}
본 발명은 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전조건에 따라서 플라이 휠의 중심부 혹은 원주 둘레 주변으로 내부에 수용된 수은이 이동됨으로써 가변 이너셔 모드를 구현할 수 있는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠에 관한 것이다.
일반적인 내연기관에서 동력을 발생시키는 원천은 실린더 내에 충전된 공기를 연소시킴으로써 실린더 내에 순간적인 고압을 발생, 이 고압을 이용하여 엔진 크랭크 축을 회전시킴으로써 이루어진다.
이때 실린더 내 압력은 엔진 사이클 별로 또는 순간적인 크랭크 각 위치별로 변하게 되므로 인해 엔진 크랭크 축에서 발생하는 토오크는 순간적으로 변하게 된다. 이러한 순간적인 엔진 토오크의 부조를 방지하기 위해 기존의 엔진에서는 크랭크 축에 큰 질량을 달아 이 질량이 크랭크 축 회전에 대한 관성(Inertia,이너셔) 역할을 함으로써 토오크 부조화의 원천을 극복하고자 하고 있다.
한편, 플라이 휠의 질량이 너무 크면 엔진의 가속성능이 크게 떨어지고, 반대로 플라이 휠의 질량이 너무 작으면 엔진 토오크 부조화 방지라는 종래의 기능을 못하게 되므로서 플라이 휠의 질량을 설정하는 것이 매우 중요하였다.
따라서 플라이 휠의 이너셔(Inertia)의 설정은 엔진 가속성능과 엔진 토오크 부조화 방지의 두 관계의 적절한 타협에 의해서 설정되며, 또한 이 적절한 타협은 엔진 운전영역 별로 크게 달라지기 때문에 일정 질량을 갖는 플라이 휠은 필연적으로 모든 운전조건에서 만족할 만한 특성을 보일 수 없다는 것이 종래 기술의 문제점으로 지적되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 운전조건에 따라서 플라이 휠의 중심부 혹은 원주 둘레 주변으로 내부에 수용된 수은이 이동됨으로써 가변 이너셔 모드를 구현할 수 있는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 수단으로서,
크랭크 샤프트의 일측에 축결합되어 상기 크랭크 샤프트와 함께 회전되는 원판형상의 내측으로 다수의 블레이드가 방사상으로 배치되는 원심펌프와;
상기한 크랭크 샤프트에 축결합되는 휠의 축공 외주연측으로 환형상의 로우 이너셔 챔버가 형성되고, 상기 로우 이너셔 챔버의 외주연측으로 환형상의 하이 이너셔 챔버가 형성되어지되, 상기 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버 간에는 그 내부의 유체가 서로 연통될 수 있도록 이동통로가 형성되는 플라이 휠과;
상기한 플라이 휠의 축공과 크랭크 샤프트 사이에 개재되어 크랭크 샤프트의 동력이 상기 플라이 휠에 전달되는 것을 제어하는 클러치와;
상기한 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버에 채워지는 유체와;
상기한 로우 이너셔 챔버와 하이 이너셔 챔버를 연결하는 이동통로의 입구를 단속하기 위한 제어밸브; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 가변 플라이 휠의 측단면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도를 도시한 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 가변 플라이 휠의 작동상태도로서,
도 3은 엔진이 저속모드에서 고속모드로 전환되는 단계를도시한 도면,
도 4는 엔진이 고속모드에서 운전중인 상태를 도시한 도면,
도 5는 엔진이 고속모드에서 저속모드로 전환되는 단계를 도시한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 크랭크 샤프트 15 : 원심펌프
17 : 브레이드 20 : 플라이 휠
22 : 로우 이너셔 챔버 23 : 하이 이너셔 챔버
24 : 환형격벽 25 : 이동통로
31 : 제1제어밸브 32 : 제2제어밸브
40 : 클러치 50 : 유체(액체수은)
이하, 본 발명의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 가변 플라이 휠의 측단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도를 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 가변 플라이 휠의 작동상태도로서, 도 3은 엔진이 저속모드에서 고속모드로 전환되는 단계를 도시한 것이며, 도 4는 엔진이 고속모드에서 운전중인 상태를 도시한 것이며, 도 5는 엔진이 고속모드에서 저속모드로 전환되는 단계를 도시한 것이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 10은 크랭크 샤프트를 지시하는 것이며, 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성되는 가변 플라이 휠을 지시하는 것이다.
상기한 플라이 휠(20)은 환형의 휠 중심으로 크랭크 샤프트(10)에 축지되기 위한 축공(21)이 형성되고, 상기 축공(21)의 외주연 측으로 환형상의 로우 이너셔 챔버(22)가 형성되고, 또 상기 로우 이너셔 챔버(22)의 외주연 측으로 환형상의 하이 이너셔 챔버(23)가 형성된다. 그리고 상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)를 구획하는 플라이 휠(20)의 환형격벽(24)의 도중에는 소정의 간격으로 이동통로(25)가 형성되는데, 이 이동통로(25)는 상기한 로우 이너셔 챔버(23)와 하이 이너셔 챔버(24)에 채워지는 유체가 서로 유동될 수 있도록 하기 위한 것이다.
특히, 상기한 이동통로(25)는 상기 환형격벽(24)의 도중에 방사상으로 다수 형성되어지는데, 상기 이동통로(25)는 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)를 서로 연결하는 각각의 이동통로(25) 중에 이웃하는 두개의 통로가 한쌍을 이뤄 'V'자 형상으로 연결되어진다. 즉, 상기한 이동통로(25)의 로우 이너셔 챔버(22) 측은 서로 교차되고, 하이 이너셔 챔버(23) 측은 서로 분기형성된다. 즉,하이 이너셔 챔버(23) 측에 형성되는 이동통로(25)의 입구는 로우 이너셔 챔버(21)에 형성되는 이동통로(25)의 입구의 수보다 두 배가 많게 형성되는 것이다.
그리고 상기한 플라이 휠(20)의 환형격벽(25)의 내주연 및 외주연에는 상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23) 간을 연통시키는 이동통로(25)를 개폐단속하기 위한 제어밸브(31,32)가 형성된다. 상기 제어밸브(31,32)는 제1제어밸브(31)와 제2제어밸브(32)로 형성되는데, 상기 환형격벽(25)의 내주연에 장착되는 것이 제1제어밸브(31)이고, 상기 환형격벽(24)의 외주연에 장착되는 것이 제2제어밸브(32)이다.
상기한 제1제어밸브(31) 및 제2제어밸브(32)는 환형상의 링의 원주면에 소정의 각도 간격으로 관통공(31a,32a)이 형성된다. 즉, 상기한 관통공(31a,32a)과 상기 이동통로(25)의 통로가 연결되면, 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)가 연결되어지므로서, 엔진의 운전 영역에 따라서 상기한 노우 이너셔 챔버(22) 및 하이 이너셔 챔버(23)에 수용되는 유체의 이동이 가능하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 플라이 휠(20)은 엔진의 조립과정에서 크랭크 샤프트(10)의 일측 끝단에 축결합된다. 이 과정에서 상기 크랭크 샤프트(10)의 일끝단 외주면과 플라이 휠(20)의 축공(21) 사이에는 상기 크랭크 샤프트(10)의 동력이 상기 플라이 휠(20)에 전달될 수 있도록 클러치(40)가 형성된다.
한편, 상기한 플라이 휠(20)의 일측면은 개방된 상태가 되는데, 이렇게 개방된 일측면은 상기한 크랭크 샤프트(10)에 축결합되는 원판형상의 원심펌프(15)에 의해서 막혀지게 된다.
상기한 원심펌프(15)는 원판의 중심에 크랭크 샤프트(10)에 축결합되기 위한 축공(16)이 형성되고, 상기한 플라이 휠(20)의 하이 이너셔 챔버(23)가 위치되는 부분의 원주에는 다수의 블레이드(17)가 방사상으로 배치된다.
즉, 상기한 원심펌프(15)는 크랭크 샤프트(10)에 고정된 채로 동시에 회전이 이루어지고, 상기 플라이 휠(20)은 클러치(40)의 작동에 의해서 크랭크 샤프트(10)의 회전이 전달된다.
그리고 상기와 같이 크랭크 샤프트(10)의 일측에 원심펌프(15) 및 플라이 휠(20)의 결합에 의해 마련되는 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)에는 소정량의 유체(50)가 채워지게 된다. 특히, 상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)의 용적은 비슷하게 구성하므로서, 상기 챔버들에 채워지는 유체(50)의 양은 어느 한곳의 챔버를 가득 채울 수 있는 양이면 바람직하다. 이는 운전영역에 따라서 유체의 위치가 로우 이너셔 챔버(22) 혹은 하이 이너셔 챔버(23)에 저장되도록 하므로서 플라이 휠(20)의 질량성분이 변동되도록 하기 위한 것이다. 특히, 상기한 유체(50)는 액체 수은인 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 2에 도시된 플라이 휠(20)의 상태는 유체(50)가 로우 이너셔 챔버(22)에만 채워진 상태로 제1제어밸브(31) 및 제2제어밸브(32)에 의해 이동통로(25)와 하이 이너셔 챔버(23)간에는 닫힌 상태가 유지된다. 이 경우에는 엔진이 공회전시와 같이 저출력을 요구하는 운전영역으로, 액체수은은 플라이 휠(20)의 중심부에 위치되어 회전반경이 작음므로써 액체수은의 큰 비중에도 불구하고 큰 질량(Inertia)의 역할을 하지 못하게 된다.
그리고 도 3에 도시된 플라이 휠의 상태는 유체(액체수은)가 로우 이너셔 챔버(22)에서 하이 이너셔 챔버(23)로 이동되고 있는 상태로, 엔진의 회전방향에 따라서 상기 제2제어밸브(32)가 소정 구간 회전되어 상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)가 이동통로(25)를 통해 연통되어진다. 따라서, 로우 이너셔 챔버(22)에만 수용되어 있던 액체수은은 원심력에 의해서 이동통로(25)를 따라 하이 이너셔 챔버(23)로 이동되어진다. 이 때, 플라이 휠(20)의 원주둘레로 이동되는 액체수은은 큰 회전반경을 갖기 때문에 큰 질량(Inertia)로 작용하게 된다.
한편, 도 4에 도시된 플라이 휠의 상태는 유체(20)가 하이 이너셔 챔버()에만 채워진 상태로 상기한 제2제어밸브(32)에 의해서 이동통로(25)가 막힌 상태가 된다. 따라서 액체수은은 하이 이너셔 챔버(23)에만 채워진 상태로 엔진의 고속영역을 담당하게 된다. 이 때, 상기한 로우 이너셔 챔버(22)는 빈 공간인 채로 회전이 이루어지므로서 부압상태가 유지되는데, 이러한 부압상태는 하이 이너셔 모드에서 로우 이너셔 모드로 전환되는 경우에 유체(액체수은)를 이동시키는 부압으로 작용된다.
그리고, 도 5에 도시된 플라이 휠의 상태는 유체가(50) 하이 이너셔 챔버(23)에서 로우 이너셔 챔버(22)로 이동되는 단계를 도시한 것으로서, 엔진의 회전수가 고속에서 저속으로 줄면서 하이 이너셔 챔버(23)에서 로우 이너셔 챔버(22)로 유체가 이동될 수 있도록 상기한 제어밸브(31,32)의 위치가 변경된다. 특히, 이때는 클러치(40)가 오프되면서 원심펌프(15)로만이 크랭크 샤프트(10)의토오크가 전달된다. 또한, 원심 펌프(15) 내측의 블레이드(17)에 의해서 하이 이너셔 챔버(23)에 갇혀진 액체수은은 중심방향으로 힘을 받게 되고, 상기한 이동통로(25)가 열리게 됨므로써, 상술한 로우 이너셔 챔버(22)의 부압에 의해서 유체는 로우 이너셔 챔버(22) 측으로 이동되어진다.
상술한 바와 같이 엔진의 운전영역에 따라서 제어밸브(31.32)의 위치가 변동되므로서 상기한 이동통로(25)를 따라 유체(액체수은)이 적절한 위치로 이동되어진다.
따라서 엔진의 운전조건에 따라 플라이 휠의 질량 위치를 중심부에 위치시키거나 원주둘레에 위치시키게 되므로서 가변 이너셔 모드를 구현할 수 있게 되는 것이다
이상과 같이 구성 및 작동되는 본 발명은 엔진의 운전영역에 따라서 유체(액체수은)의 위치가 변동되므로서 엔진의 전운전영역에 걸쳐서 엔진의 가변 질량의 플라이 휠이 구현되므로서 엔진의 가속성능이 향상될 뿐만 아니라, 엔진의 아이들 운전시에도 진동이 감소될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 크랭크 샤프트(10)의 일측에 축결합되어 상기 크랭크 샤프트(10)와 함께 회전되는 원판형상의 내측으로 다수의 블레이드(17)가 방사상으로 배치되는 원심펌프(15)와;
    상기한 크랭크 샤프트(10)에 축결합되는 휠의 축공(21) 외주연측으로 환형상의 로우 이너셔 챔버(22)가 형성되고, 상기 로우 이너셔 챔버(22)의 외주연측으로 환형상의 하이 이너셔 챔버(23)가 형성되어지되, 상기 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23) 간에는 그 내부의 유체가 서로 연통될 수 있도록 이동통로(25)가 형성되는 플라이 휠(20)과;
    상기한 플라이 휠(20)의 축공(21)과 크랭크 샤프트(10) 사이에 개재되어 크랭크 샤프트(10)의 동력이 상기 플라이 휠(20)에 전달되는 것을 제어하는 클러치(40)와;
    상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)에 채워지는 유체(50)와;
    상기한 로우 이너셔 챔버(22)와 하이 이너셔 챔버(23)를 연결하는 이동통로(25)의 입구를 단속하기 위한 제어밸브(31,32); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 이동통로(25)는 방사상으로 다수 형성되어지되, 상기 이동통로(25)는 두개의 통로가 'v'자 형상으로 한쌍을 이뤄 로우 이너셔 챔버(22) 측은 서로 교차되고, 하이 이너셔 챔버(23) 측은 소정간격으로 분기된 것을 특징으로 하는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기한 제어밸브는 플라이 휠(20)의 환형격벽(24) 내주연에 제1제어밸브(31)가 형성되고, 상기 환형격벽(24)의 외주연에는 제2제어밸브(32)가 형성되어지되, 상기한 제1제어밸브(31) 및 제2제어밸브(32)는 환형상의 링의 원주면에 소정의 각도 간격으로 관통공(31a,32a)이 형성된 것을 특징으로 하는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기한 유체(50)는 액체수은인 것을 특징으로 하는 유체가 수용된 가변 이너셔 플라이 휠.
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KR100999050B1 (ko) * 2004-11-18 2010-12-07 현대자동차주식회사 유체를 이용한 가변 관성 플라이 휠

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