KR20110012925A - 이중 질량 플라이휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 질량 플라이휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토션 스프링의 피치가 토션 스프링의 일단에서 타단까지 점차적으로 증가하여, 피치가 작은 곳은 낮은 강성을 가지며, 토션 스프링의 피치가 큰 곳은 큰 강성을 가져 진동 및 소음 감쇠 특성을 높일 수 있는 이중 질량 플라이휠에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체; 변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 제1 질량체에 수용되는 드라이브 플레이트; 드라이브 플레이트에서 연장하는 플랜지부; 그리고 플랜지부에 맞닿아, 제1 질량체와 제2 질량체의 상대 회전에 의해 압축이 일어나며, 피치가 변하여 스프링 상수가 달라지는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠에 관한 것이다.

토션 스프링, 이중 질량 프라이휠, 피치(pitch), 선경

Description

이중 질량 플라이휠{DUAL MASS FLYWHEEL}

본 발명은 이중 질량 플라이휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토션 스프링의 피치가 토션 스프링의 일단에서 타단까지 점차적으로 증가하여, 피치가 작은 곳은 낮은 강성을 가지며, 토션 스프링의 피치가 큰 곳은 큰 강성을 가져 진동 및 소음 감쇠 특성을 높일 수 있는 이중 질량 플라이휠에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서는 팽창행정만이 출력행정이 되고 흡입, 압축, 배기 행정은 출력감소가 되고, 이로 인하여 회전력도 팽창행정에 의해 크거나 작아지게 되며, 이에 따라 엔진의 회전속도도 주기적으로 변동함으로 이 변동에 의한 회전속도 차이가 발생한다. 즉, 엔진의 맥동적인 회전을 플라이휠의 회전 관성력을 이용하여 원활한 회전으로 바꾸어 주게 되고, 상기 플라이휠은 크랭크 축에 장착된 주철제의 회전 관성체로서 외주에 링 기어를 끼우는 데, 이 링 기어는 기동 전동기의 피니언기어와 맞물려 엔진을 기동시킬 때에만 사용하는 것이 일반적이다.

그러나 엔진의 토크 출력의 증가, 트랜스미션의 기어비의 감소 등의 토크 변동의 증가로 기존의 플라이휠의 기능만으로는 엔진의 회전진동을 제어할 수 있는 데에 한계에 도달하였다.

따라서, 종래의 기술 분야에서는 이러한 방법으로 엔진의 시동 및 기동 시에 토크 변동을 더욱더 효과적으로 줄일 수 있는 플라이휠의 발명이 요구되었는 데 이중 질량 플라이휠이란 기존의 한 개의 플라이휠을 두 개로 나누어 엔진 쪽에 연결된 제1 질량체와 클러치를 통하여 트랜스미션에 연결되는 제2 질량체로 구성된 것이며, 이 두 질량체 사이에 적절한 연결이 가능하도록 진동 댐퍼를 장착한 것을 말한다. 이러한, 진동 댐퍼는 보통 토션 스프링 또는 이와 비슷한 기능을 하는 탄성 매개체로 구성되어 있으며, 두 질량 사이의 연결을 유지하며 회전 토크를 전달하는 기능을 하며 원주상 또는 반경 방향으로 배치되어 있다.

이 장치에서는 탄성 매개체의 탄성 작용과 마찰에 의한 감쇠에 의하여 첫째로, 엔진의 토크 충격을 완화시키는 기능을 하며, 둘째로, 엔진의 아이들(idle), 상용영역 등에서의 구동계의 비틀림 진동에 대하여 감쇠 작용을 하게 된다.

도 1은 종래의 이중 질량 플라이휠에 있어서 토션 스프링의 특성을 나타낸 그래프로서, 엔진의 회전에 따라 토션 스프링이 제1 질량체와 제2 질량체 사이에서 압축하게 되고, 압축 각도에 따른 토션 스프링의 토크를 나타낸 도면이다. 종래의 이중 질량 플라이휠은 아이들 상태와 주행 상태를 만족하기 위해서 예를 들어, 외측 토션 스프링의 안쪽에 외측 토션 스프링 보다 길이가 짧은 내측 토션 스프링을 설치하였다. 이 경우에는 약 40°정도의 각도에서 다단 특성형태를 이루고 있어, 단과 단사이에서 변곡점(A)이 형성되고, 엔진 토크를 플라이휠로 전달시 변곡점(A)에서 불규칙적인 진동과 소음이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 이중 질량 플라이휠에서 토션 스프링의 일단에서 타단까지 피치가 점차적으로 증가하여 스프링 상수를 증가시켜, 작은 회전 각도에서는 저강성을 갖고, 큰 회전 각도에서는 고강성을 갖게 되며, 토크의 다단 특성을 제거하여 소음 및 진동을 감쇠하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체; 변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 제1 질량체에 수용되는 드라이브 플레이트; 드라이브 플레이트에서 연장하는 플랜지부; 그리고 플랜지부에 맞닿아, 제1 질량체와 제2 질량체의 상대 회전에 의해 압축이 일어나며, 피치가 변하여 스프링 상수가 달라지는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토션 스프링의 피치가 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토션 스프링이 제1 질량체가 가속시 타단이 플랜지부와 맞닿도록 위치하며, 제1 질량체가 감속시 일단이 플랜지부와 맞닿도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토션 스프링이 각도가 증가함에 따라 토크가 완만하게 증가하는, 비선형적인 스프링 하중 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체; 변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 제1 질량체에 수용되는 원형의 드라이브 플레이트; 드라이브 플레이트에서 연장하는 플랜지부; 그리고 플랜지부에 맞닿아, 제1 질량체와 제2 질량체의 상대 회전에 의해 압축이 일어나며, 선경이 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토션 스프링의 선경이 증가할수록 피치도 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 토션 스프링의 피치가 일단에서 타단으로 점진적으로 증가하게 되어 스프링 상수도 점점 커지게 되므로 토션 스프링의 토크가 증가하게 된다.

또한, 본 발명은 비선형 토션 스프링의 하중 특성을 가져, 엔진 토크를 플라이휠로 전달시 발생할 수 있는 변곡점을 제거하여, 불규칙적인 소음 및 진동을 제거할 수 있게 된다.

아울러, 토션 스프링의 선경을 가변하게 하여, 스프링 상수가 선경의 4승에 비례하여 커지게 되어, 토션 스프링의 비선형 특성을 발생시켜, 소음 및 진동 특성(NVH:Noise Vibration Harshness)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 토션 스프링의 개수를 줄여, 생산 단가를 낮추어도 챠량 주행 성능이 향상되는 이중 질량 플라이휠을 생산할 수 있어 경제적 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예로 이중 질량 플라이휠을 도시한 부분 절개 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 토션 스프링의 토크를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 이중 질량 플라이휠(100)의 일실시예는 제1 질량체(1) 및 제2 질량체(2) 사이에 배치되는 드라이브 플레이트(3), 드라이브 플레이트(3)의 플랜지부(4, 5)에 맞닿아 배치될 수 있는 외측 토션 스프링(outer torsion spring)(6)으로 이루어질 수 있다.

여기서, 드라이브 플레이트(3)는 제1 질량체(1)에 수용되며, 원형인 드라이브 플레이(3)트 본체와 이 본체에서 연장하는 한 쌍의 플랜지부(4, 5)를 포함한다. 이중 질량 플라이휠(100)에서 엔진 토크의 입력과 출력에 대한 상대회전이 발생하는 경우 비틀림 진동을 감쇠하기 위해, 드라이브 플레이트(3)의 한 쌍의 플랜지부(4, 5)는 토션 스프링(6)의 압축을 야기한다. 즉, 드라이브 플레이트(3)가 정측 방향 또는 부측 방향으로 회전하면서 토션 스프링(6)의 압축을 일으킬 수 있다. 여기서, 정측 방향이라 함은, 차량을 주행하거나, 가속하는 방향을 말하며, 부측 방향은 차량을 감속하는 방향을 말한다. 또한, 도 2는 이중 질량 플라이휠(100)을 트랜스미션 측에서 바라본 것으로, 엔진의 출력에 따라 플라이휠은 반시계방향으로 회전하게 되며, 제2 질량체와 연결되어 있는 드라이브 플레이트(3)는 엔진의 가속 또는 감속에 따라 반시계 또는 시계방향으로 회전하게 된다. 바람직한 실시예로서, 본 발명에 따른 드라이브 플레이트(3)의 플랜지부(4, 5)는 하단에 볼록부(미도시)를 형성한 제1 질량체(1)를 통해서 토션 스프링(6)을 압축할 수 있는 구조를 형성할 수 있다.

이중 질량 플라이휠(100)의 동작을 살펴보면, 엔진의 회전으로 엔진측과 결합된 제1 질량체(1)가 회전하게 되며, 이때 제1 질량체(1)에 형성된 볼록부와 제2 질량체(2)와 결합된 드라이브 플레이트(3)의 플렌지부(4, 5) 사이에서 위치한 토션 스프링(6)이 압축한다. 제2 질량체(2)는 관성에 의해 순간적으로 정지해 있다가 일정한 시간적 간격이 지나게 되면, 제2 질량체(2)와 결합하고 있는 드라이브 플레이트(3)에 토션 스프링(6)의 압축력이 작용하여 제2 질량체(2)도 회전하게 된다. 따라서, 제2 질량체(2)와 압착하는 클러치 디스크 어셈블리에 트랜스미션(미도시)이 결합하게 되어 엔진의 회전력을 전달하게 된다.

여기서, 토션 스프링(6)이 갖는 힘을 수식으로 나타내면,

(1)

로 나타낼 수 있으며, k는 스프링 상수이고, x는 스프링의 움직인 거리이다. 또한, 스프링 상수인 k를 수식으로 나타내면,

(2)

와 같은 식을 얻을 수 있고, G는 횡탄성계수 이며, d는 선경,

는 코일 권수 및 D는 외경을 나타낸다.

스프링 상수(k)는 선경의 4승에 비례하며, 코일 권수(

) 및 외경(D)에 반비례하는 값을 가지게 된다. 선경(d)은 스프링 코일의 두께를 나타내며, 코일 권수(

)는 단위 길이당 스프링코일의 수를 나타낸다. D는 토션 스프링(6)의 외경을 말한다. 즉, 토션 스프링(6)이 갖는 토크는 스프링 상수(k)가 클수록 커지는데, 스프링 상수(k)가 커지기 위해서는 선경이 커지거나, 코일 권수(

) 및 토션 스프링(6)의 외경이 작아야 한다. 따라서, 스프링 코일의 피치(pitch)가 작으면 코일 권수(

)가 커지게 되어 스프링 상수(k)가 작아지게 되나, 반대로 스프링 코일의 피치(p)가 커지면 코일 권수(

)가 작아지게 되어 스프링 상수(k)가 커지게 된다.

토션 스프링(6)은 이중 질량 플라이휠(100)의 원 중심으로부터 압축되는 각도가 작은 영역에서는 저강성을 가짐으로써, 엔진의 아이들 상태의 진동과 소음을 감소시켜주고, 큰 각도에서는 고강성을 가짐으로써 엔진의 토크를 보증해준다. 따라서, 고강성이 요구되는, 토션 스프링(6)의 각도가 큰 부분에서 스프링 상수(k)를 높여주고, 저강성이 요구되는 부분에는 스프링 상수(k)를 낮추어준다. 따라서, 토션 스프링(6)은 제1 질량체(1)가 가속시 타단이 플랜지부(5)와 맞닿도록 위치하며, 제1 질량체(1)가 감속시 일단이 플랜지부(4)와 맞닿도록 위치하도록 함이 바람직하다.

토션 스프링(6)의 피치(p)가 점점 증가하는 경우, 스프링 상수(k) 값이 점점 줄어들게 되어 토션 스프링(6)의 토크는 비선형적으로 변하게 된다. 따라서, 각도가 증가함에 따라 변하는 토션 스프링(6)의 복원력 역시 비선형적으로 변하게 되어, 변곡점이 형성되지 않고 완만한 곡선형식의 토크 곡선이 되며, 도 3에 도시되어 있다. 특히, 토션 스프링(6)은 피치(p)가 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 증가함으로써, 코일 권수가 작아지도록 하여, 스프링 상수(k)를 점점 커지게 할 수 있다. 이 경우 스프링 상수(k)가 일정한 경우 발생할 수 있는 다단 특성으로 변곡점이 발생하지 않게 하여, 불규칙한 진동과 소음을 제거하게 된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예로 선경이 가변 되는 토션 스프링을 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이 스프링 상수는 선경(d)의 4승에 비례하여 커지기 때문에, 토션 스프링(6)의 선경(d)을 가변적으로 형성하여 이중 질량 플라이휠(100)에 설치할 수 있다. 특히, 토션 스프링(6)의 일단에서 타단으로 선경(d)을 점진적으로 증가시키면, 저강성 및 고강성을 모두 갖게 되어 엔진의 아이들 상태에서는 저강성 영역이 대응을 하게 되고, 가속시 고강성 영역이 대응을 하게 된다. 토션 스프링(6)의 선경이 변함에 따라, 토션 스프링(6)의 특성 역시 비선형적으로 변하게 되 어 변곡점의 발생을 제거할 수 있고, 불규칙한 진동과 소음을 예방할 수 있게 된다. 또한, 토션 스프링(6)은 선경(d)이 일단에서 타탄으로 점진적으로 증가하고, 피치도 증가하는 경우에 스프링 상수(k)가 커지게 되어 완만하게 상승하는 토션 스프링의 토크 곡선을 얻게 됨은 물론이다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시 예 및 첨부도면에 기초하여 예를 들어 상세하게 설명하였다. 그러나 이상의 실시 예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 토션 스프링의 특성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예로 이중 질량 플라이휠을 도시한 부분 절개 도면.

도 3은 본 발명에 따른 토션 스프링의 특성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예로 선경이 가변되는 토션 스프링을 나타낸 도면.

Claims (6)

1. 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체;

   변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 제1 질량체에 수용되는 드라이브 플레이트;

   드라이브 플레이트에서 연장하는 플랜지부;그리고

   플랜지부에 맞닿아, 제1 질량체와 제2 질량체의 상대 회전에 의해 압축이 일어나며, 피치가 변하여 스프링 상수가 달라지는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.
2. 제1항에 있어서,

   토션 스프링은 피치가 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.
3. 제2항에 있어서,

   토션 스프링은 제1 질량체가 가속시 타단이 플랜지부와 맞닿도록 위치하며, 제1 질량체가 감속시 일단이 플랜지부와 맞닿도록 위치하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   토션 스프링은 각도가 증가함에 따라 토크가 완만하게 증가하는, 비선형적인 스프링 하중 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.
5. 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체;

   변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 제1 질량체에 수용되는 원형의 드라이브 플레이트;

   드라이브 플레이트에서 연장하는 플랜지부;그리고

   플랜지부에 맞닿아, 제1 질량체와 제2 질량체의 상대 회전에 의해 압축이 일어나며, 선경이 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.
6. 제5항에 있어서,

   토션 스프링의 선경이 증가할수록 피치도 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 이중 질량 플라이휠.

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