KR20130059645A - 하이드로 부싱 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이드로 부싱에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 외형을 이루는 아우터와 체결되고자 하는 부품에 결합되는 이너 사이에 형성되고 유체를 충진한 제1 액실 및 제2 액실; 상기 제1 액실과 제2 액실 내 유체 간 흐름이 이루어지도록 형성되는 제1 이너시아 트랙 및 제2 이너시아 트랙; 상기 이너를 감싸면서 이너와 제1 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 메인 매스; 상기 제1 이너시아 트랙과 제2 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 서브 매스; 및 상기 서브 매스의 외면과 아우터의 내면 사이에서 상기 제2 이너시아 트랙의 개폐를 조절하는 조절부;를 포함하고, 진동의 주파수가 변화함에 따라 상기 조절부가 제2 이너시아 트랙을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도함으로써, 저주파수 영역대에서는 개선된 승차감 및 조종 안정성을 제공할 수 있고, 고주파수 영역대에서는 개선된 NVH 성능을 제공하는 장점이 있다.

Description

하이드로 부싱 {Hydro bushing}
본 발명은 하이드로 부싱으로서, 더욱 상세하게는 가해지는 진동의 주파수에 따라 제2 이너시아 트랙을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도하도록 배치된 조절부를 구비한 하이드로 부싱에 관한 것이다.
차량이 운행함에 따라 소음 및 진동은 필수적으로 수반되기 마련이다. 다만, 최근들어 차량에 적용되는 기술이 점차 발전하고 저진동 및 저소음에 대한 소비자의 요구가 증대됨에 따라, 차량에서 발생하는 소음(Noise), 진동(Vibration) 및 충격(Harshness) 등을 분석하여 승차감을 극대화시키려는 노력이 계속되고 있으며, NVH 성능 해석을 통하여 소음 및 진동의 발생 및 저감 정도를 가늠할 수 있는 척도로 삼기도 한다.
차량에서 발생하는 진동현상에는 엔진 시동시 및 정지시의 차체요동, 아이들 링(idling)시의 차체진동, 엔진 고 회전시의 차체진동 및 막힘소리, 요철에 의한 진동, 고부하 작용시 차체요동, 발진시나 변속시에 따른 급격한 변화작용시의 충격, 과대 변위에 의한 간섭 및 파손 등이 있다.
이러한 차량 진동이, 저주파수 영역일 경우에는 엔진의 저속회전시의 토크 변동, 엔진 저회전시의 크랭크축 회전운동에 따른 관성력 및 우력에 의한 파워플랜트 진동, 타이어 회전시의 언밸런스력에 의한 차체진동, 노면 프로필에 따른 서스펜션을 통한 차체의 진동 등이 있으며, 고주파수 영역일 경우에는 엔진 고회전시의 크랭크축 회전운동에 따른 관성력, 우력에 의한 파워플랜트 진동, 변속기내 기어의 맞물림 진동, 연소시의 실린더블록 진동, 크랭크축의 굽힘, 비틀림진동, 파워플랜트의 굽힘, 비틀림 진동 등이 있다.
상술한 것과 같은 차량의 진동을 감쇄하기 위하여 일반적으로 차량의 엔진이나 트랜스미션 등 진동 발생부와 도 1에 도시된 것과 같은 서스펜션의 컴프레션암 등과 같은 차체 내에 다양한 형태의 부싱이 사용되어왔다.
특히, 본 발명은 유체를 충진시켜 밀폐된 형태로서, 유체의 점성과 내부 공간을 채우는 매스의 특성을 이용한 하이드로 부싱에 관련된 것이다. 도 1에 도시한 종래의 하이드로 부싱(10)은 컴프레션암(11)에 압입되어 설치될 수 있고, 내부에는 충진된 유체의 이동 통로인 이너시아 트랙(inertia track, 12)을 구비하고 있다. 이러한 하이드로 부싱에 진동, 압력이 가해지면 이너시아 트랙(12)을 이동하는 유체의 질량이 다이내믹 댐퍼 역할을 하여 특정 주파수 대역에서 진동 절연 효과를 극대화할 수 있다.
그러나, 종래의 하이드로 부싱(10)을 사용한 경우 도 2를 참고하면 다음과 같은 문제점이 있었다. 도 2는 종래의 하이드로 부싱을 사용한 경우 전 주파수 영역에서의 손실 계수 및 동 스프링 특성을 나타낸 그래프이다. 타이어 전후 공진 주파수인 15Hz를 제어 주파수로 설정하고 15Hz 근방에서 손실 계수(tan△)가 최대가 되도록 설정한 상태이다. 이때, 동 스프링 특성은 10~25Hz 대역에서 급격하게 증가하는 것을 알 수 있고, 25Hz 이상 구간에서는 지속적으로 높은 수치의 동 스프링 특성을 보이는 것을 확인할 수 있는데, 이는 NVH 성능 악화로 이어진다.
다시 말하자면, 종래의 하이드로 부싱(10)을 통해서는 특정 주파수 대역에서만 효과를 얻을 수 있었고, 고주파수 대역에서는 동 스프링 특징이 급격하게 증가하여 NVH 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이는 주입된 일정량의 유체만으로는 변화가 다양한 차량 주행 상태를 모두 만족할 수 없기에 발생하는 문제로서, 고주파수 영역에서의 동 스프링 특성을 저감시킬 수 있는 방안이 요구되는 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서, 주입된 일정량의 유체 중에서 이너시아 트랙을 통해 흐르는 유체의 양을 조절하여 고주파수 영역뿐만 아니라 전 주파수 영역에서 승차감을 향상시키고 NVH 성능을 개선시킨 하이드로 부싱을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 하이드로 부싱은, 외형을 이루는 아우터와 체결되고자 하는 부품에 결합되는 이너 사이에 형성되고 유체를 충진한 제1 액실 및 제2 액실; 상기 제1 액실과 제2 액실 내 유체 간 흐름이 이루어지도록 형성되는 제1 이너시아 트랙 및 제2 이너시아 트랙; 상기 이너를 감싸면서 이너와 제1 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 메인 매스; 상기 제1 이너시아 트랙과 제2 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 서브 매스; 및 상기 서브 매스의 외면과 아우터의 내면 사이에서 상기 제2 이너시아 트랙의 개폐를 조절하는 조절부;를 포함하고, 진동의 주파수가 변화함에 따라 상기 조절부가 제2 이너시아 트랙을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 조절부는 저주파수의 진동이 발생하면 상기 아우터의 내면에 형성된 홈에 걸려 유체의 흐름을 방해하고, 고주파수의 진동이 발생하면 상기 홈과 거리를 만들어 유체의 흐름을 유도하도록 상기 서브 매스의 외면에 형성된 돌기인 것을 특징으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 이너가 서스펜션의 컴프레션암에 결합되는 경우 상기 제2 이너시아 트랙의 개폐는 20Hz 주파수의 진동을 기준으로 조절되는 것을 특징으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 메인 매스 및 서브 매스는 탄성 부재 또는 고무로 제작된 것을 특징으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 하이드로 부싱에 대해 저주파수/고진폭의 진동이 가해지는 경우 제1 이너시아 트랙을 통해서만 유체가 흐르게 되므로, 저주파수 영역대 진동 감쇄력이 증대되어 승차감 및 조종 안정성이 개선되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이드로 부싱에 대해 고주파수/저진폭의 진동이 가해지는 경우 제1 이너시아 트랙 및 제2 이너시아 트랙을 통해서 유체가 흐르게 되므로, 기존 하이드로 부싱 대비 고주파수 영역대 동 스프링 특성이 저감되어 NVH 성능이 개선되는 장점이 있다.
도 1은 하이드로 부싱이 설치될 수 있는 위치와, 종래의 하이드로 부싱의 평면도 및 단면도를 도시한 도면이고,
도 2는 종래의 하이드로 부싱을 사용한 경우 전 주파수 영역에서의 손실 계수 및 동 스프링 특성을 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로 부싱의 단면도를 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로 부싱에서 주파수 변화에 따른 동작 변화를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로 부싱의 단면도를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 하이드로 부싱(100)은, 외형을 이루는 아우터(110)와 체결되고자 하는 부품에 결합되는 이너(120) 사이에 형성되고 유체를 충진한 제1 액실(130a) 및 제2 액실(130b); 그 제1 액실(130a)과 제2 액실(130b) 내 유체 간 흐름이 이루어지도록 형성되는 제1 이너시아 트랙(140a) 및 제2 이너시아 트랙(140b); 이너(120)를 감싸면서 그 이너(120)와 제1 이너시아 트랙(140a) 사이 공간을 채우도록 형성되는 메인 매스(150); 제1 이너시아 트랙(140a)과 제2 이너시아 트랙(140b) 사이 공간을 채우도록 형성되는 서브 매스(160); 및 그 서브 매스(160)의 외면과 아우터(110)의 내면 사이에서 제2 이너시아 트랙(140b)의 개폐를 조절하는 조절부;를 포함하고, 진동의 주파수가 변화함에 따라 조절부가 제2 이너시아 트랙(140b)을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도하는 것을 기술적 특징으로 한다.
제1 액실(130a) 및 제2 액실(130b)은 아우터(110)와 이너(120) 사이에 일정 공간을 차지하는 챔버 형태로 이루어지고, 유체를 충진해둔다. 도 3에 도시된 것처럼 제1 액실(130a) 및 제2 액실(130b)은 상술한 아우터(110)의 내면과 후술할 메인 매스(150) 및 서브 매스(160)에 의해 형성될 수 있고, 각 액실 내 압력은 외부로부터 가해지는 진동, 압력 등에 의해서 지속적으로 변화할 수 있다. 각 액실의 크기는 본 발명에 따른 하이드로 부싱의 레이아웃이나 NVH 성능과 관련된 메카니즘에 의해 결정될 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
제1 이너시아 트랙(140a) 및 제2 이너시아 트랙(140b)는 상술한 제1 액실(130a)과 제2 액실(130b) 내 충진된 유체 간 흐름이 이루어지도록 형성된다. 즉, 제1 이너시아 트랙(140a) 및 제2 이너시아 트랙(140b)는 유체가 흐를 수 있는 제1 액실(130a)과 제2 액실(130b) 간의 연결 통로로서, 도 3에 도시된 것처럼 이너(120)를 중심으로 제1 이너시아 트랙(140a)이 제2 이너시아 트랙(140b)보다 더 작은 반경을 가진 환형으로 형성될 수 있다. 제2 이너시아 트랙(140b)에는 후술할 조절부가 배치되어 제2 이너시아 트랙(140b)의 개폐를 조절한다.
메인 매스(150)는 상술한 이너(120)를 감싸면서 그 이너(120)와 제1 이너시아 트랙(140a) 사이 공간을 채우도록 형성되는 부재로서, 도 3에 도시된 것처럼 메인 매스(150)의 내면이 이너(120)를 감싸고 외면이 후술할 서브 매스(160)와 함께 제1 이너시아 트랙(140a)을 형성한다. 덧붙여, 메인 매스(150)는 탄성 부재 또는 고무로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 서브 매스(160)는 상술한 제1 이너시아 트랙(140a)과 제2 이너시아 트랙(140b) 사이 공간을 채우도록 형성되는 부재로서, 도 3에 도시된 것처럼 서브 매스(160)의 내면이 상술한 메인 매스(150)와 함께 제1 이너시아 트랙(140a)을 형성하고 외면이 아우터(110)의 내면과 함께 제2 이너시아 트랙(140b)을 형성한다. 덧붙여, 서브 매스(160)는 메인 매스(150)와의 관계에서 상술한 제1 액실(130a)과 제2 액실(130b) 및 제1 이너시아 트랙(140a)과 제2 이너시아 트랙(140b) 이외의 공간을 채우도록 서로 연결되어 있고, 메인 매스(150)와 마찬가지로 탄성 부재 또는 고무로 제작되는 것이 바람직하다.
아울러, 상술한 것과 같이 조절부는 서브 매스(160)의 외면과 아우터(110)의 내면 사이에 배치되어 제2 이너시아 트랙(140b)의 개폐를 조절한다. 외부에서 가해지는 진동의 주파수가 변화함에 따라 조절부가 제2 이너시아 트랙(140b)을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도한다.
이때, 본 발명의 하이드로 부싱이 설치되는 시스템의 유형에 따라 조절부에서 기준이 되는 주파수가 달라질 수 있는데, 하이드로 부싱의 이너(120)가 차량 서스펜션의 컴프레션암과 결합되는 경우 제2 이너시아 트랙의 개폐(140b)는 20Hz 주파수를 갖는 진동을 기준으로 조절될 수 있다. 즉, 하이드로 부싱이 컴프레션암에 설치된 경우, 조절부에 20Hz 미만의 저주파수를 갖는 진동이 가해지면 제2 이너시아 트랙(140b)을 통한 유체의 흐름을 방해하도록 조절되고, 20Hz 이상의 고주파수를 갖는 진동이 가해지면 제2 이너시아 트랙(140b)을 통한 유체의 흐름을 유도하도록 조절될 수 있다.
특히, 도 3에서 도시한 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로 부싱에 적용된 바람직한 형태의 조절부는 돌기(162)일 수 있다. 돌기(162)는 상술한 서브 매스(160)의 외면에 형성되어 아우터(110)의 내면에 형성된 홈(112)과 함께 제2 이너시아 트랙(140b)을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도하도록 조절할 수 있다.
이하, 돌기(162)와 홈(112) 간의 관계 변화에 따른 유체의 흐름에 대해 도 4를 참고해 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로 부싱에서 주파수 변화에 따른 동작 변화를 나타낸 도면이다.
도 4에서 도시된 것처럼 본 발명에 따른 하이드로 부싱에 진동이 가해지면 제1 액실(130a)과 제2 액실(130b) 간에 압력 차이가 생긴다. 제1 액실(130a)의 압력이 제2 액실(130b)의 압력보다 상대적으로 높아지게 된 경우라면 진동의 주파수에 따라서 유체의 흐름이 달라질 수 있다.
도 4의 윗쪽 그림에서 도시된 것처럼 돌기(162)는 저주파수의 진동이 발생하면 아우터(110)의 내면에 형성된 홈(112)에 걸려 유체의 흐름을 방해할 수 있다. 즉, 저주파수의 진동에 의해 많은 양의 유체가 제2 이너시아 트랙(140b) 측으로 흐르면 유체에 의해 가압된 돌기(162)가 홈(112)에 걸리게 되어 제2 이너시아 트랙(140b)를 통한 유체의 흐름을 방해한다. 흐름을 방해받은 유체는 제1 이너시아 트랙(140a)을 통해 고압력의 제1 액실(130a)에서 저압력의 제2 액실(130b) 쪽으로 흐르게 된다. 여기서, 돌기(162)는 유체에 의해 휘어질 수 있는 탄성 부재 또는 고무로 제작되는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 저주파수의 진동이 발생하는 경우뿐만 아니라 고진폭의 진동 혹은 저주파수, 고진폭의 진동이 발생하는 경우에도 돌기(162)가 이와 같이 유체의 흐름을 방해할 수 있다. 따라서 저주파수/고진폭의 진동이 가해지는 경우 제1 이너시아 트랙(140a)을 통해서만 유체가 흐르게 되므로, 저주파수 영역대 진동 감쇄력이 증대되어 승차감 및 조종 안정성이 개선된다.
한편, 도 4의 아래쪽 그림에서 도시된 것처럼 돌기(162)는 고주파수의 진동이 발생하면 아우터(110)의 내면에 형성된 홈(112)과 거리를 만들어 유체의 흐름을 유도할 수 있다. 즉, 고주파수의 진동에 의해 적은 양의 유체가 제2 이너시아 트랙(140b) 측으로 흐르면 유체에 의해 홈(112)에 걸릴 정도의 압력을 돌기(162)가 받지 않게 되어 제2 이너시아 트랙(140b)를 통한 유체의 흐름을 유도한다. 동시에 유체는 제1 이너시아 트랙(140a)을 통해서도 고압력의 제1 액실(130a)에서 저압력의 제2 액실(130b) 쪽으로 흐르게 된다. 덧붙여서, 고주파수의 진동이 발생하는 경우뿐만 아니라 저진폭의 진동 혹은 고주파수, 저진폭의 진동이 발생하는 경우에도 돌기(162)가 이와 같이 유체의 흐름을 유도할 수 있다. 따라서 고주파수/저진폭의 진동이 가해지는 경우 제1 이너시아 트랙(140a)과 제2 이너시아 트랙(140b)을 통해서 유체가 흐르게 되므로, 고주파수 영역대 동 스프링 특성이 저감되어 NVH 성능이 개선된다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110 : 아우터 120 : 이너
130a : 제1 액실 130b : 제2 액실
140a : 제1 이너시아 트랙 140b : 제2 이너시아 트랙
150 : 메인 매스 160 : 서브 매스

Claims (4)

  1. 외형을 이루는 아우터와 체결되고자 하는 부품에 결합되는 이너 사이에 형성되고 유체를 충진한 제1 액실 및 제2 액실;
    상기 제1 액실과 제2 액실 내 유체 간 흐름이 이루어지도록 형성되는 제1 이너시아 트랙 및 제2 이너시아 트랙;
    상기 이너를 감싸면서 이너와 제1 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 메인 매스;
    상기 제1 이너시아 트랙과 제2 이너시아 트랙 사이 공간을 채우도록 형성되는 서브 매스; 및
    상기 서브 매스의 외면과 아우터의 내면 사이에서 상기 제2 이너시아 트랙의 개폐를 조절하는 조절부;를 포함하고,
    진동의 주파수가 변화함에 따라 상기 조절부가 제2 이너시아 트랙을 통한 유체의 흐름을 방해하거나 유도하는 것을 특징으로 하는 하이드로 부싱.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 조절부는 저주파수의 진동이 발생하면 상기 아우터의 내면에 형성된 홈에 걸려 유체의 흐름을 방해하고, 고주파수의 진동이 발생하면 상기 홈과 거리를 만들어 유체의 흐름을 유도하도록 상기 서브 매스의 외면에 형성된 돌기인 것을 특징으로 하는 하이드로 부싱.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이너가 서스펜션의 컴프레션암에 결합되는 경우 상기 제2 이너시아 트랙의 개폐는 20Hz 주파수의 진동을 기준으로 조절되는 것을 특징으로 하는 하이드로 부싱.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 메인 매스 및 서브 매스는 탄성 부재 또는 고무로 제작된 것을 특징으로 하는 하이드로 부싱.
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