KR20180098937A - 변위 가변형 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위 가변형 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노면에 의해 차량으로 전달되는 진동을 노면의 상태 조건에 따라 가변적으로 발생하는 감쇠력으로 감쇠시킴으로써 승차감과 조종안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 변위 가변형 댐퍼에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 실린더; 실린더에서 상하 왕복 운동하는 피스톤로드; 상기 피스톤로드의 단부에 상하 간격을 두고 각각 설치되어 실린더의 내부를 인장챔버와 가변챔버 및 압축챔버로 구획하는 제2피스톤밸브와 제1피스톤밸브; 상기 피스톤로드의 내부에 구획된 보상챔버; 상기 보상챔버에서 상하 왕복 운동하고 보상챔버의 내부를 인장보상챔버와 압축보상챔버로 구획하는 플로팅피스톤; 상기 인장보상챔버와 압축보장챔버에 각각 설치되어 플로팅피스톤을 탄성 지지하는 제1탄성체와 제2탄성체; 상기 피스톤로드의 상부에 형성되어 상기 인장챔버와 상기 인장보상챔버를 연통시키는 인장보상챔버유로; 및 상기 피스톤로드의 하부에 형성되어 상기 가변챔버와 상기 압축보상챔버를 연통시키는 압축보상챔버유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼를 기술적 요지로 한다.

Description

변위 가변형 댐퍼{Variable displacement type damper}

본 발명은 변위 가변형 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노면에 의해 차량으로 전달되는 진동을 노면의 상태 조건에 따라 가변적으로 발생하는 감쇠력으로 감쇠시킴으로써 승차감과 조종안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 변위 가변형 댐퍼에 관한 것이다.

차량용 댐퍼(또는 쇼크업소버)는 차량의 차체와 차축의 사이에 연결 설치되어 노면의 상태에 따라 감쇠력을 발생시켜 노면을 통해 차축으로 전달되는 진동을 감쇠시키는 장치이다.

이러한 통상의 댐퍼는 진폭의 크기에 관계없이 일정한 크기의 감쇠력이 발생함으로써 진동을 적절하게 감쇠시키지 못하여 승차감과 조종안정성을 떨어뜨리는 한계가 있다.

따라서 통상의 댐퍼가 가진 한계를 극복하여 승차감과 조종안정성을 보장할 수 있도록 진폭의 크기에 따라 감쇠력을 가변적으로 발생하여 진동을 감쇠시키는 구조를 가진 변위 가변형 댐퍼가 개발되었다.

이러한 종래의 변위 가변형 댐퍼는 실린더의 내부에 피스톤로드가 설치되고 피스톤로드의 단부에 피스톤밸브가 설치되며 피스톤로드의 내부의 중공이 형성되며 중공의 내부에 플로팅피스톤이 상부와 하부가 스프링에 의해 탄성 지지되게 설치된 구조이다.

즉, 실린더의 내부는 피스톤밸브에 의해 상부챔버와 하부챔버로 구획되고, 피스톤로드의 내부는 플로팅피스톤에 의해 상부와 하부로 구획된 중공챔버가 되며, 중공챔버의 상부는 상부챔버와 연통되고, 중공챔버의 하부는 하부챔버와 연통된다.

따라서 상대적으로 저진폭일 때는 피스톤로드의 이동거리가 짧고 이때 발생하는 유체의 체적변화량이 중공챔버의 내부로 유입되면서 플로팅피스톤의 편향이동을 통해 피스톤밸브로 가는 유체의 압력을 흡수하여 상대적으로 낮은 감쇠력을 발생하고, 상대적으로 고진폭일 때는 피스톤로드의 이동거리가 길고 이때 발생하는 유체의 체적변화량이 중공챔버의 내부로 유입되면서 플로팅피스톤의 최대 편향이동되어 피스톤밸브를 개방시켜 상대적으로 높은 감쇠력을 발생하고자 한 것이다.

그러나 종래의 변위 가변형 댐퍼는 중공챔버의 상부와 하부가 바이패스유로에 의해 상호 연통되고 중공챔버의 하부와 하부챔버도 상호 연통됨에 따라 플로팅피스톤이 중공챔버의 내부에서 승강하는 과정에서 중공챔버의 상부와 하부로 유체가 그대로 유통하게 된다.

즉, 상대적으로 고진폭일 때도 유체가 중공챔버 내부의 플로팅피스톤이 최대로 편향 이동되고 압력이 피스톤밸브를 개방하지 못하면서 낮은 감쇠력만이 발생할 뿐 상대적으로 높은 감쇠력을 발생하지 못하는 구조적인 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0894798호, 2009.04.22.자 공고.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 진폭의 크기에 따라 감쇠력을 원활하게 가변적으로 발생시켜 승차감과 조종안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 구조를 가진 변위 가변형 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼는 실린더; 실린더에서 상하 왕복 운동하는 피스톤로드; 상기 피스톤로드의 단부에 상하 간격을 두고 각각 설치되어 실린더의 내부를 인장챔버와 가변챔버 및 압축챔버로 구획하는 제2피스톤밸브와 제1피스톤밸브; 상기 피스톤로드의 내부에 구획된 보상챔버; 상기 보상챔버에서 상하 왕복 운동하고 보상챔버의 내부를 인장보상챔버와 압축보상챔버로 구획하는 플로팅피스톤; 상기 인장보상챔버와 압축보장챔버에 각각 설치되어 플로팅피스톤을 탄성 지지하는 제1탄성체와 제2탄성체; 상기 피스톤로드의 상부에 형성되어 상기 인장챔버와 상기 인장보상챔버를 연통시키는 인장보상챔버유로; 및 상기 피스톤로드의 하부에 형성되어 상기 가변챔버와 상기 압축보상챔버를 연통시키는 압축보상챔버유로;를 포함하여, 상기 피스톤로드의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤의 상하 운동에 따른 인장보상챔버와 압축보상챔버의 체적변화량보다 작은 저진폭일 때는 제1피스톤밸브가 개방되면서 상대적으로 작은 감쇠력이 발생하고, 상기 피스톤로드의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤의 상하 운동에 따른 인장보상챔버와 압축보상챔버의 체적변화량과 같거나 큰 고진폭일 때는 제1피스톤밸브와 제2피스톤밸브가 차례대로 개방되면서 상대적으로 큰 감쇠력이 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼는 상대적으로 저진폭이 작용할 때는 피스톤로드의 내부에 마련된 보상챔버를 이용하여 제1피스톤밸브만의 감쇠력을 구현하고, 상대적으로 고진폭이 작용할 때는 보상챔버와 함께 실린더의 메인챔버를 모두 이용하여 제1피스톤밸브와 제2피스톤밸브의 감쇠력을 구현함에 따라, 변위 가변 조절 기능을 원활하게 구현하여 승차감과 조종안정성을 동시에 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 감쇠력 구현을 위한 시스템전장길이를 최소화하여 댐퍼 설계의 자유도가 향상되고 휠의 상하 스트로크도 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼가 고진폭 압축 및 인장시의 작동 예시 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼가 고진폭 압축시의 작동 예시 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼가 고진폭 인장시의 작동 예시 단면도.

본 발명은 노면의 상태에 따라 차량의 전달되는 진폭의 세기에 따라 감쇠력을 가변적으로 발생시켜 감쇠하는 변위 가변형 댐퍼에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 변위 가변형 댐퍼는 진폭의 크기에 따라 감쇠력을 원활하게 가변적으로 발생시킴으로써 차량의 승차감과 조종안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 것이 큰 특징이다.

이러한 특징은, 실린더, 실린더에서 상하 왕복 운동하는 피스톤로드, 피스톤로드의 단부에 상하로 설치되어 실린더의 내부를 인장챔버와 가변챔버 및 압축챔버로 구획하는 제2피스톤밸브와 제1피스톤밸브, 피스톤로드의 내부에 형성된 보상챔버, 보상챔버의 내부에서 상하 왕복 운동하고 보상챔버의 내부를 인장보상챔버와 압축보상챔버로 구획하는 플로팅피스톤, 피스톤로드의 상부와 하부에 각각 형성되어 인장챔버와 인장보상챔버를 연통시키고 압축보상챔버와 가변챔버를 연통시키는 제1보상챔버유로와 제2보상챔버유로, 플로팅피스톤의 상부와 하부를 탄성 지지하는 제1탄성체와 제2탄성체를 포함한 구성에 의해 달성된다.

즉, 인장보상챔버와 압축보상챔버 간의 오일 유통이 플로팅피스톤에 의해 완전히 차단되고 인장챔버와 인장보상챔버가 연통되며 압축보상챔버와 가변챔버가 연통되어, 차량으로 상대적으로 전달되는 진폭이 상대적으로 작을 때는 제1피스톤밸브만이 개방되면서 상대적으로 작은 감쇠력을 발생시켜 진동을 완화시키고, 진폭이 상대적으로 클 때는 제1피스톤밸브와 제2피스톤밸브가 차례대로 개방되면서 상대적으로 큰 감쇠력을 발생시켜 진동을 완화시킨다.

따라서 진폭의 크기에 따라 감쇠력이 가변 제어됨으로써 변위 가변 기능이 원활하게 구현될 수 있다.

그리고 제2피스톤밸브와 제1피스톤밸브 및 플로팅밸브에 의해 감쇠력이 가변되면서 전장길이를 최소화함으로써 댐퍼 설계의 자유도를 높일 수 있고 휠의 상하 스트로크도 충분히 확보할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변위 가변형 댐퍼를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변위 가변형 댐퍼는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 실린더(10), 피스톤로드(20), 제2피스톤밸브(40), 제1피스톤밸브(30), 보상챔버(50), 플로팅피스톤(60), 제1탄성체(70), 제2탄성체(80), 인장보상챔버유로(90) 및 압축보상챔버유로(100)로 구성된다.

먼저, 상기 실린더(10)는 차축에 연결되고 내부에 오일이 채워지는 메인챔버가 마련된 구성이다. 즉, 실린더(10)는 감쇠력을 발생시키기 위한 오일의 유동공간을 제공한다.

다음으로, 상기 피스톤로드(20)는 실린더(10)의 내부에 상하 왕복 가능하게 설치된 구성이다. 즉, 피스톤로드(20)는 차량으로 전달되는 진동에 의해 실린더(10)의 메인챔버를 따라 상하 왕복 운동하면서 감쇠력이 발생하도록 오일을 가압하여 유동시킨다.

이때 피스톤로드(20)의 상단은 실린더(10)의 상부를 통해 외부로 노출되어 차체에 연결된다. 즉, 피스톤로드(20)는 차축과 차체의 사이에서 상하 왕복 운동하면서 발생하는 감쇠력을 이용하여 노면으로부터 차축을 통해 차체로 전달되는 진동을 감쇠시킨다.

다음으로, 상기 제2피스톤밸브(40)와 제1피스톤밸브(30)는 피스톤로드(20)의 하단에 각각 상하 일정간격을 두고 설치된 구성이다.

즉, 제2피스톤밸브(40)와 제1피스톤밸브(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(10)의 메인챔버를 상부에서 하부로 인장챔버(11)와 가변챔버(12) 및 압축챔버(13)로 각각 구획시키고 피스톤로드(20)의 상하 왕복 운동에 따른 오일의 압력에 따라 개폐동작하면서 오일의 유동 흐름을 제어한다.

이때 제2피스톤밸브(40)는 인장챔버(11)와 가변챔버(12) 간의 오일 유동 흐름을 단속하고, 제1피스톤밸브(30)는 가변챔버(12)와 압축챔버(13) 간의 오일 유동 흐름을 단속한다.

이를 위해 제2피스톤밸브(40)는 제2밸브바디(41), 제2밸브바디(41)에 상하로 각각 관통 형성된 제2인장유로(42)와 제2압축유로(43), 제2밸브바디(41)의 하면에 설치된 제2인장디스크(44), 제2밸브바디(41)의 상면에 설치된 제2압축디스크(45)로 구성된다.

또한, 제1피스톤밸브(30)는 제1밸브바디(31), 제1밸브바디(31)에 상하로 각각 관통 형성된 제1인장유로(32)와 제1압축유로(33), 제1밸브바디(31)의 하면에 설치된 제1인장디스크(34), 제1밸브바디(31)의 상면에 설치된 제2압축디스크(35)로 구성된다.

즉, 인장챔버(11)과 가변챔버(12) 간의 오일 이동은 제2피스톤밸브(40)의 제2인장유로(42)와 제2압축유로(43)를 통해 이루어지고, 가변챔버(12)와 압축챔버(13) 간의 오일 이동은 제1피스톤밸브(30)의 제1인장유로(32)와 제1압축유로(33)를 통해 이루어진다.

따라서 차량에 전달되는 진폭이 상대적으로 작을 때 제1피스톤밸브(30)만이 개방되어 압축챔버(13)와 가변챔버(12) 간에 오일이 이동하면서 후술할 보상챔버(50)를 이용하여 상대적으로 작은 감쇠력을 발생한다.

이와 달리 진폭이 상대적으로 클 때 제1피스톤밸브(30)가 개방된 후 제2피스톤밸브(40)도 함께 개방되어 가변챔버(12)와 인장챔버(11) 간에도 오일이 이동하면서 후술할 보상챔버(50)와 메인챔버를 동시에 이용하여 상대적으로 큰 감쇠력을 발생한다.

다음으로, 상기 보상챔버(50)는 피스톤로드(20)의 내측에 길이방향으로 구획되어 차량으로 전달되는 진폭에 따라 감쇠력을 가변하기 위한 오일공간을 제공하는 구성이다.

이때 도 2에 도시된 바와 같이 보상챔버(50)가 구획된 위치를 기준으로 피스톤로드(20)의 외경이 반경방향으로 확대되고 피스톤로드(20)의 외면과 실린더(10)의 내벽과의 사이에는 최소한의 오일 유동유로만이 형성된다.

따라서 감쇠력 발생을 위한 보상챔버(50)의 체적 최대한 넓게 확보할 수 있으므로 실린더(10)와 피스톤로드(20)가 이루는 전장 길이를 최소화할 수 있다.

다음으로, 상기 플로팅피스톤(60)은 보상챔버(50)의 내부에 상하 왕복 운동하도록 설치된 구성이다. 이때 플로팅피스톤(60)의 위치를 기준으로 보상챔버(50)가 상하로 구획되는데, 상부는 인장보상챔버(51)로 구획되고 보상챔버(50)의 하부는 압축보상챔버(52)로 구획된다.

즉, 플로팅피스톤(60)은 차량에 전달되는 진폭에 따라 오일이 유동하면서 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52)의 상대적인 체적변화가 일어나면서 보상챔버(50)의 내부에서 상하 왕복 운동하게 된다.

단, 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52) 간에 오일이 유동되지 않도록 플로팅피스톤(60)의 외면은 보상챔버(50)의 내벽에 긴밀하게 밀착되어야 한다. 그리고 필요에 따라 플로팅피스톤(60)의 외면에 적어도 하나 이상의 오링(110)이 더 설치될 수 있다.

다음으로, 상기 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80)는 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52)의 내부에 각각 설치되어 플로팅피스톤(60)이 보상챔버(50)의 내측에서 상하 왕복 운동할 때 발생하는 충격을 완충하는 구성이다.

마지막으로, 상기 인장보상챔버유로(90)는 피스톤로드(20)의 상부에 형성되어 인장보상챔버(51)를 인장챔버(11)와 연통시키는 구성이다.

즉, 인장보상챔버유로(90)는 플로팅피스톤(60)이 보상챔버(50)의 내부에서 상승 운동할 때 인장보상챔버(51)의 오일을 인장챔버(11)로 유출시키고 가변챔버(12) 내부의 오일을 압축보상챔버(52)로 유입시킨다.

상기 압축보상챔버유로(100)는 피스톤로드(20)의 하부에 형성되어 압축보상챔버(52)를 가변챔버(12)와 연통시키는 구성이다.

즉, 압축보상챔버유로(100)는 플로팅피스톤(60)이 보상챔버(50)의 내부에서 하강 운동할 때 압축보상챔버(52)의 오일을 가변챔버(12)로 유출시키고 인장챔버(11)의 오일을 인장보상챔버(51)로 유입시킨다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤로드(20)의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤(60)의 상하 왕복 운동에 따른 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52)의 체적변화량보다 작은 저진폭일 때는 제1피스톤밸브(30)만이 개방되어 압축챔버(13)와 가변챔버(12) 간, 가변챔버(12)와 보상챔버(50) 간 및 보상챔버(50)와 인장챔버(11) 간에 오일이 유동하면서 상대적으로 작은 감쇠력을 발생시켜 진동을 감쇠한다.

이와 달리 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 피스톤로드(20)의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤(60)의 상하 운동에 따른 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52)의 체적변화량과 같거나 큰 고진폭일 때는 제1피스톤밸브(30)와 제2피스톤밸브(40)가 차례대로 개방되어 압축챔버(13)와 가변챔버(12) 간, 가변챔버(12)와 보상챔버(50) 간, 보상챔버(50)와 인장챔버(11) 간 및 가변챔버(12)와 인장챔버(11) 간에 오일(62)이 유동하면서 상대적으로 큰 감쇠력을 발생시켜 진동을 감쇠한다.

한편, 플로팅피스톤(60)의 상단과 하단에는 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80)의 수직방향으로의 압축을 가이드함과 동시에 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80)가 최대로 압축될 때 인장보상챔버유로(90)와 압축보상챔버유로(100)의 입구를 막는 폐쇄돌부(61)가 각각 수직으로 돌출 형성된다.

단, 폐쇄돌부(61)는 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80)의 최대 압축높이보다 더 긴 길이로 돌출된다. 그리고 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80)는 압축높이가 상대적으로 낮아 폐쇄돌부(61)의 돌출 길이를 최소화하여 보상챔버(50)의 체적을 최대로 확보할 수 있도록 원추형 스프링으로 구성된다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

10: 실린더
11: 인장챔버
12: 가변챔버
13: 압축챔버
20: 피스톤로드
30: 제1피스톤밸브
31: 제1밸브바디
32: 제1인장유로
33: 제1압축유로
34: 제1인장디스크
35: 제1압축디스크
40: 제2피스톤밸브
41: 제2밸브바디
42: 제2인장유로
43: 제2압축유로
44: 제2인장디스크
45: 제2압축디스크
50: 보상챔버
51: 인장보상챔버
52: 압축보상챔버
60: 플로팅피스톤
61: 폐쇄돌부
62: 오링
70: 제1탄성체
80: 제2탄성체
90: 인장보상챔버유로
100: 압축보상챔버유로

Claims (5)

1. 실린더(10);
   실린더에서 상하 왕복 운동하는 피스톤로드(20);
   상기 피스톤로드의 단부에 상하 간격을 두고 각각 설치되어 실린더의 내부를 인장챔버(11)와 가변챔버(12) 및 압축챔버(13)로 구획하는 제2피스톤밸브(40)와 제1피스톤밸브(30);
   상기 피스톤로드(20)의 내부에 구획된 보상챔버(50);
   상기 보상챔버(50)에서 상하 왕복 운동하고 보상챔버의 내부를 인장보상챔버(51)와 압축보상챔버(52)로 구획하는 플로팅피스톤(60);
   상기 인장보상챔버와 압축보장챔버에 각각 설치되어 플로팅피스톤(60)을 탄성 지지하는 제1탄성체(70)와 제2탄성체(80);
   상기 피스톤로드(20)의 상부에 형성되어 상기 인장챔버(11)와 상기 인장보상챔버(51)를 연통시키는 인장보상챔버유로(90); 및
   상기 피스톤로드(20)의 하부에 형성되어 상기 가변챔버(12)와 상기 압축보상챔버(52)를 연통시키는 압축보상챔버유로(100);를 포함하여,
   상기 피스톤로드의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤의 상하 운동에 따른 인장보상챔버와 압축보상챔버의 체적변화량보다 작은 저진폭일 때는 제1피스톤밸브가 개방되면서 상대적으로 작은 감쇠력이 발생하고,
   상기 피스톤로드의 입출량에 따른 체적 변화가 플로팅피스톤의 상하 운동에 따른 인장보상챔버와 압축보상챔버의 체적변화량과 같거나 큰 고진폭일 때는 제1피스톤밸브와 제2피스톤밸브가 차례대로 개방되면서 상대적으로 큰 감쇠력이 발생하는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플로팅피스톤의 상단과 하단에는
   상기 제1탄성체와 상기 제2탄성체가 최대로 압축될 때 상기 인장보상챔버유로와 상기 압축보상챔버유로의 입구를 막는 폐쇄돌부(61)가 각각 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼.
3. 제2항에 있어서,
   상기 폐쇄돌부는
   상기 제1탄성체와 상기 제2탄성체의 최대 압축높이 이상의 길이로 돌출되고,
   상기 제1탄성체와 상기 제2탄성체는
   원추형 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플로팅피스톤의 외면에는
   상기 인장보상챔버와 상기 압축보상챔버가 상호 연통하지 않도록 오링(62)이 설치되는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼.
5. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤로드는
   상기 보상챔버가 구획된 위치를 기준으로 반경 방향으로 외경이 확대된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 변위 가변형 댐퍼.

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