KR20240030321A - 차량용 에어 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 에어 서스펜션에 관한 것이다. 이는, 작동유체를 수용하는 실린더, 실린더에 일부 수용되며 수직 상부로 연장된 피스톤로드, 실린더에 장착되고 실린더 내부로의 이물질의 침투나 작동유체의 유출을 방지하는 밀폐씰을 구비하고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 충격을 완충하는 댐퍼와; 상기 실린더와 결합한 상태로 댐퍼 외부에 공기실을 제공하며 체적변화를 통해 충격을 흡수하는 벨로우즈를 포함하고, 상기 밀폐씰에는, 공기실 내부의 압력에 의해 밀려 피스톤에 접하며, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰저항을 감소시키는 마찰저감부재가 설치된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 차량용 에어 서스펜션은, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰력이 적절하게 유지되므로, 피스톤로드의 왕복운동이 원활하여 댐퍼의 댐핑효율이 양호하다. 또한, 작동 중의 응력집중에 따른 롤멤브레인의 손상이 없으며, 패브릭시트의 벌어짐 현상도 발생하지 않는다.

Description

차량용 에어 서스펜션{Air suspension for car}

본 발명은 차량용 에어 서스펜션에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부 밀폐씰 및 롤멤브레인의 기밀성 및 내구성이 안정적으로 유지되므로, 시간이 지나더라도 양호한 성능을 제공하는, 차량용 에어 서스펜션에 관한 것이다.

차량의 차축과 차체 사이에 설치되는 쇽 업소버는, 주행 중 노면으로부터 올라오는 진동이나 충격을 흡수 또는 감쇄하여 차체의 손상을 방지하고 승차감을 향상시키는 완충 장치이다.

쇽 업소버에는, 코일스프링 및 댐퍼가 조합된 타입과, 코일스프링을 대신하는 에어스프링과 댐퍼가 구비된 에어 서스펜션이 있다.

에어 서스펜선은, 에어스프링을 형성하는 벨로우즈의 체적 변화를 통해, 이를테면, 스프링 상수를 수시로 변화시킴으로써, 주행 상황에 맞는 최적의 승차감을 제공한다. 이러한 에어 서스펜션은, 코일스프링 방식에 비해, 완충 능력이 우수하고 미세 진동에 대한 대응이 양호하며 최근 많은 차량에 적용되고 있다.

하지만, 에어 서스펜션은, 고압의 공기를 수용하므로, 사용이 오래될수록 공기의 미세 누출 가능성이 있고, 또한 공기의 압력이, 댐퍼의 밀폐씰에 영향을 미쳐 댐퍼의 원활한 동작을 방해할 수 있다.

도 1은 종래 에어 서스펜션의 문제를 설명하기 위한 에어 서스펜션의 일부 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 롤멤브레인을 별도로 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 댐퍼(11)의 일부가, 에어스프링(16)의 벨로우즈(14) 내에 설치되어 있고, 에어스프링(16)의 공기실(12)은 롤멤브레인(19)으로 밀폐되어 있다.

댐퍼(11)는, 실린더(11a)와 피스톤로드(11b)로 구성된다. 실린더(11a)는 하단부가 차축에 연결되고, 오일이나 가스를 수용한다. 또한 피스톤로드(11b)는 일부가 실린더 내부 수용된 상태로 수직으로 연장되어 상단부가 캐니스터(15) 내에 고정된다.

롤멤브레인(19)은, 공기실(12) 내부의 공기가 외부로 빠지지 않도록 밀폐함과 아울러, 외부 이물질이 침투하는 것을 차단하는 씰링(sealing)용 부재로서, 도 2의 구조를 갖는다.

도 2는 종래 롤멤브레인(19)의 구조를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 종래 롤멤브레인(19)은, 마치 그릇을 엎어 놓은 모양을 가지며 중앙부에 통로(19g)를 갖는다. 통로(19g)는 피스톤로드(11b)가 통과하는 관통구멍이다.

이러한 롤멤브레인(19)은 고무바디(19a)와 패브릭시트(19f)의 적층구조를 이룬다. 고무바디(19a)는 롤멤브레인(19)의 형상을 유지하며, 하단부에 외측물림부(19b), 상단부에 내측물림부(19c)를 갖는다. 외측물림부(19b)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 맞물리는 고정부재(11g,11f)의 사이에 끼워져 압착되고, 내측물림부(19c)는 받침부재(11e)와 로드홀더(11c)에 물려 고정된다. 패브릭시트(19f)는 고무바디(19a)의 상면에 밀착한 상태로 고무바디(19a)를 보호하는 역할을 한다.

그런데 상기한 종래의 롤멤브레인(19)은, 취약부위(A)가 쉽게 손상된다는 문제가 있었다. 취약부위(A)는, 피스톤로드(11b)의 승강 운동 시 응력이 집중되는 오목한 부위이다. 취약부위(A)가 손상되면 공기가 누출되고, 공기가 누출되면 에어서스펜션의 기능이 제대로 발휘될 수 없게 된다.

또한, 종래 롤멤브레인(19)은, 취약부위(A) 부근의 패브릭시트(19f)가, 고무바디(19a)로부터 쉽게 벌어진다는 단점도 있었다. 쉽게 벌어지는 이유는, 패브릭시트(19f)와 고무바디(19a)의 물성이 일단 다르고, 또한, 취약부위(A)가 반복적으로 구부러지는 대다가 마찰력 까지 작용하기 때문이다.

한편, 상기한 종래 에어 서스펜션(10)은, 피스톤로드(11b)에 대한 밀폐씰(13)의 접촉폭 증대에 따른 윤활부족 문제도 갖는다. 윤활부족 문제는, 밀폐씰(13)의 더스트립(13d)이 공기실(12)의 내부압력에 의해, 피스톤로드(11b)에 과도하게 밀착하여 유막이 깨지기 때문에 발생한다. 윤활이 부족하면, 밀폐씰(13)과 피스톤로드(11b)와의 마찰력이 커져, 피스톤로드의 원활한 움직임이 어려워져 댐핑이 제대로 이루어지지 않게 된다.

공기의 내부 압력이 가해지는 환경에서, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰저항 감소가 필요한 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰력이 적절하게 유지되어 피스톤로드의 왕복운동이 원활하고, 롤멤브레인의 손상이 없으며, 패브릭시트의 벌어짐 현상도 발생하지 않는, 차량용 에어 서스펜션을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 차량용 에어 서스펜션은, 작동유체를 수용하는 실린더, 실린더에 일부 수용되며 수직 상부로 연장된 피스톤로드, 실린더에 장착되고 실린더 내부로의 이물질의 침투나 작동유체의 유출을 방지하는 밀폐씰을 구비하고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 충격을 완충하는 댐퍼와; 상기 실린더와 결합한 상태로 댐퍼 외부에 공기실을 제공하며 체적변화를 통해 충격을 흡수하는 벨로우즈를 포함하고, 상기 밀폐씰에는, 공기실 내부의 압력에 의해 밀려 피스톤에 접하며, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰저항을 감소시키는 마찰저감부재가 설치된다.

또한, 상기 밀폐씰은, 피스톤로드의 외주면에 밀착하며 이물질의 유입을 차단하는 더스트립, 실린더 내 작동유체의 유출을 차단하는 메인립 및 보조립을 가지고, 상기 마찰저감부재는 더스트립에 고정된다.

또한, 상기 더스트립의 피스톤로드를 향하는 면에는, 더스트립의 원주방향을 따라 연장된 수용홈이 형성되어 있고, 마찰저감부재는, 링의 형상을 취하며 상기 수용홈에 고정된 테프론링이다.

그리고, 상기 벨로우즈의 상부에는, 피스톤로드의 상단부가 수용되는 캐니스터가 위치하고, 캐니스터의 내부에는; 공기실 내부의 공기의 유출을 방지하는 롤멤브레인과, 롤멤브레인을 지지하는 고정수단이 장착된다.

아울러, 상기 롤멤브레인은, 중앙에 피스톤로드를 통과시키는 통로를 가지고 탄성 변형 가능한 고무바디와, 고무바디의 상면에 밀착 고정되며, 고무바디를 커버하는 패브릭시트를 포함하고, 상기 고무바디의 외곽부에는, 고무바디의 하부로 돌출되며 상기 고정수단에 물려 고정되는 외측물림부가 형성되며, 고무바디의 중앙에는, 상기 통로를 둘러싸고 고무바디의 상부로 돌출되며 상기 고정수단에 물려 고정되는 내측물림부가 형성된다.

또한, 상기 패브릭시트의 일부는, 내측물림부에 매립되어 고무바디와 일체를 이룬다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 차량용 에어 서스펜션은, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰력이 적절하게 유지되므로, 피스톤로드의 왕복운동이 원활하여 댐퍼의 댐핑효율이 양호하다.

또한, 작동 중의 응력집중에 따른 롤멤브레인의 손상이 없으며, 패브릭시트의 벌어짐 현상도 발생하지 않는다.

도 1은 종래 에어 서스펜션의 문제를 설명하기 위한 에어서스펜션의 일부 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 롤멤브레인을 별도로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 에어 서스펜션의 구성을 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 도 3의 밀폐씰의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도 5는 도 3에 도시한 롤멤브레인의 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 실시예의 에어 서스펜션은, 서스펜션을 구성하는 댐퍼의 댐핑 성능을 유지하고, 또한 이에 더하여 공기의 유출을 방지함으로써, 사용시간이 지나더라도 성능의 저하를 발생하지 않는 구조를 갖는다.

이러한 에어 서스펜션은, 작동유체를 수용하는 실린더, 실린더에 일부 수용되며 수직 상부로 연장된 피스톤로드, 실린더에 장착되고 실린더 내부로의 이물질의 침투나 작동유체의 유출을 방지하는 밀폐씰을 구비하고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 충격을 완충하는 댐퍼와; 상기 실린더와 결합한 상태로 댐퍼 외부에 공기실을 제공하며 체적변화를 통해 충격을 흡수하는 벨로우즈를 포함하고, 상기 밀폐씰에는, 공기실 내부의 압력에 의해 밀려 피스톤에 접하며, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰저항을 감소시키는 마찰저감부재의 기본 구조를 갖는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 에어 서스펜션(30)의 구성을 나타내 보인 단면도이고, 도 4는 도 3의 밀폐씰(31)의 구조를 나타내 보인 도면이다. 또한, 도 5는 도 3에 도시한 롤멤브레인(35)의 단면도이다.

상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재로서 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.

도시한 바와 같이, 본 실시예예 따른 에어 서스펜션(30)은, 댐퍼(11), 에어스프링(16)을 구성하는 벨로우즈(14), 캐니스터(15), 롤멤브레인(35)을 포함한다.

댐퍼(11)는, 실린더(11a), 피스톤로드(11b), 밀폐씰(31)을 구비한다. 실린더(11a)는, 작동유체, 가령 오일을 수용하는 직선형 원통으로서, 통상의 에어서스펜션과 마찬가지로, 외주면이 벨로우즈(14)와 결합한다. 실린더(11a)는 차량의 차축에 연결된다.

벨로우즈(14)는 에어스프링(16)을 구성하는 고무 부재로서, 하단부가 실린더 외주면에 결합한 상태로 댐퍼(11) 외부에 공기실(12)을 제공하며, 공기실의 체적변화를 통해 충격을 흡수한다. 공기실(12)에는 고압의 공기가 충진되어 있다. 공기는, 습동부의 틈새를 통해 외부로 유출될 수 있는데, 후술할 롤멤브레인(35)이 공기의 유출을 차단한다.

피스톤로드(11b)는 실린더(11a)에 일부 수용되며 수직 상부로 연장된 직선형 부재로서, 외부로부터 충격이 들어올 때 승강하며 충격을 감쇄시킨다.

피스톤로드(11b)의 상단부는 캐니스터(15)에 삽입된 상태로, 캐니스터 내부에 지지된다. 캐니스터의 내부 구조 자체는, 일반적인 에어 서스펜션과 마찬가지이며, 캐니스터의 내부에는 로드홀더(11c), 받침부재(11e), 고정부재(11f,11g)가 포함된다.

로드홀더(11c)와 받침부재(11e)는, 후술할 롤멤브레인(35)의 내측물림부(35c)를 압착 고정한 상태로, 피스톤로드와 함께 승강 가능하다. 또한 고정부재(11f,11g)는, 캐니스터(15) 내에 고정된 상태로 롤멤브레인(35)의 외측물림부(35b)을 고정한다. 피스톤로드(11b)의 승강운동 시, 외측물림부(35b)는 그 자리에 고정되어 있고, 내측물림부(35c)만 승강한다. 이 때 롤멤브레인(35) 자체가 변형됨은 물론이다.

밀폐씰(31)은, 실린더(11a) 내에 장착되고 실린더 내부로의 이물질의 침투나 작동유체의 유출을 방지하는 역할을 한다. 즉, 모래나 먼지 등의 이물질이 실린더(11a) 내부로 유입하는 것을 차단하고, 또한 내부 작동유체의 유출을 방지하는 것이다.

밀폐씰(31)은, 피스톤로드의 외주면에 밀착하는 씰본체(31b)와, 스프링(31g)과, 마찰저감부재인 테프론링(31d)으로 구성된다.

씰본체(31b)는 와셔(31a)에 고정되는 신축성 고무부재로서, 더스트립(31c), 보조립(31e), 메인립(31f)을 갖는다. 더스트립(31c)은, 이물질이 실린더(11a)로 유입하는 것을 차단한다. 또한 보조립(31e)과 메인립(31f)은 작동유체의 유출을 방지한다. 스프링(31g)은 메인립 및 보조립을 지지하여 피스톤로드(11b)에 긴밀히 밀착하게 한다. 씰본체(31b)는 고무로 제작된다.

특히 더스트립(31c)에는 수용홈(31k)이 형성되어 있다. 수용홈(31k)은 더스트립(31c)의 피스톤로드를 향하는 면에 형성된 홈이다. 수용홈(31k)은 더스트립(31c)의 원주방향을 따라 연장된다.

테프론링(31d)은, 테프론으로 제작된 링형 부재로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 수용홈(31k)에 고정된 상태로, 화살표 F방향으로 작용하는, 공기실 내부의 압력에 의해 밀려 피스톤에 접하며, 피스톤로드에 대한 밀폐씰, 특히, 더스트립(31c)의 마찰저항을 감소시킨다. 테프론이 고무에 비해 마찰계수가 작은 것은 잘 알려진 사실이다.

테프론링이 없는 종전 밀폐씰은, 더스트립(31c)이, 피스톤로드(11b)에 필요 이상으로 넓게 밀착하므로 접촉폭 증가에 따른 유막깨짐 현상이 있었다. 유막이 깨지면 윤활이 부족해지고 댐퍼의 전체적인 기능이 떨어지기 마련이다.

한편, 상기한 바와 같이, 롤멤브레인(35)은, 캐니스터(15)의 내부에서, 고정수단에 의해 지지된 상태로 공기의 유출을 방지한다. 고정수단은, 롤멤브레인(35)을 움직임 가능하도록 지지하는 것으로서, 상기한 로드홀더(11c), 받침부재(11e), 고정부재(11f,11g)를 포함한다.

롤멤브레인(35)은, 외력이 가해지지 않은 상태에서, 도 5에 도시한 것처럼, 마치 그릇을 엎어 놓은 형태를 취한다.

롤멤브레인(35)은, 고무바디(35a)와 패브릭시트(35f)로 구성된다.

고무바디(35a)는, 일정 형상을 가지며 탄성 변형 가능하고 중앙에 통로(35g)를 제공한다. 통로(35g)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 피스톤로드(11b)를 통과시키는 구멍이다.

특히 고무바디(35a)의 외곽부(하단부) 저면에는 외측물림부(35b)가 형성되어 있다. 외측물림부(35b)는 고무바디(35a)의 하부로 돌출되며, 고정수단인, 고정부재(11f,11g)에 물려 압착 고정되는 부분이다.

또한 고무바디(35a)의 중앙에는, 상부로 돌출된 내측물림부(35c)가 위치한다. 내측물림부(35c)는 통로(35g)를 둘러싸고 고무바디의 상부로 돌출된 부분이다. 내측물림부(35c)는 다른 고정수단인 로드홀더(11c)와 받침부재(11e)에 물려 압착 고정된다. 고무바디(35a)의 재질 자체는 종전 롤멤브레인과 마찬가지 이다.

내측물림부(35c)를 상부로 돌출시킨 이유는, 응력이 집중되는 취약부위(A), 즉 구석진 부위를, 롤멤브레인(35)의 상부로 노출시켜, 취약부위가 페브릭시트(37f)에 보호되도록 의도된 설계 사항이다. 참고로, 패브릭시트(35f)가 고무바디(35a)의 저면에 적층된다면 내측물림부(35c)를 하부로 돌출시킬 것이다.

페브릭시트(37f)는, 고무바디(35a)의 상면에 밀착 고정되며 고무바디를 커버한다. 당연히 취약부위(A)도 커버한다. 취약부위(A)가 패브릭시트(37f)로 보강되어 있으므로, 취약부위(A)의 마찰 마모가 거의 발생하지 않아, 그만큼 수명이 길고 안정적인 밀폐 기능을 유지한다.

그리고 패브릭시트(35f)의 상단부는, 내측물림부(35c)에 매립되어 롤멤브레인과 일체를 이룬다. 즉 패브릭시트(35f)가 고무바디(35a)에 단지 접착되는 것이 아니라, 아예 내측물림부(35c)에 매립되므로, 마찰이 아무리 진행된다 하더라도 패브릭시트(35f)가 고무바디(35a)로부터 벗겨질 염려가 없다. 고무바디(35a)에 대한 패브릭시트(35f)의 결합은, 인서트사출과 접착 방식으로 가능하다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:에어 서스펜션 11:댐퍼 11a:실린더
11b:피스톤로드 11c:로드홀더 11e:받침부재
11f:고정부재 11g:고정부재 12:공기실
13:밀폐씰 13d:더스프립 14:벨로우즈
15:캐니스터 16:에어스프링 19:롤멤브레인
19a:고무바디 19b:외측물림부 19c:내측물림부
19f:패브릭시트 19g:통로 30:에어서스펜션
31:밀폐씰 31a:와셔 31b:씰본체
31c:더스트립 31d:테프론링 31e:보조립
31f:메인립 31g:스프링 31k:수용홈
35:롤멤브레인 35a:고무바디 35b:외측물림부
35c:내측물림부 35f:패브릭시트 35g:통로

Claims (6)

1. 작동유체를 수용하는 실린더, 실린더에 일부 수용되며 수직 상부로 연장된 피스톤로드, 실린더에 장착되고 실린더 내부로의 이물질의 침투나 작동유체의 유출을 방지하는 밀폐씰을 구비하고, 차량의 주행 중 노면으로부터 전달되는 충격을 완충하는 댐퍼와;
   상기 실린더와 결합한 상태로 댐퍼 외부에 공기실을 제공하며 체적변화를 통해 충격을 흡수하는 벨로우즈를 포함하고,
   상기 밀폐씰에는, 공기실 내부의 압력에 의해 밀려 피스톤에 접하며, 피스톤로드에 대한 밀폐씰의 마찰저항을 감소시키는 마찰저감부재가 설치된,
   차량용 에어 서스펜션.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀폐씰은, 피스톤로드의 외주면에 밀착하며 이물질의 유입을 차단하는 더스트립, 실린더 내 작동유체의 유출을 차단하는 메인립 및 보조립을 가지고,
   상기 마찰저감부재는 더스트립에 고정되는,
   차량용 에어 서스펜션.
3. 제2항에 있어서,
   상기 더스트립의 피스톤로드를 향하는 면에는, 더스트립의 원주방향을 따라 연장된 수용홈이 형성되어 있고,
   마찰저감부재는, 링의 형상을 취하며 상기 수용홈에 고정된 테프론링인,
   차량용 에어 서스펜션.
4. 제1항에 있어서,
   상기 벨로우즈의 상부에는, 피스톤로드의 상단부가 수용되는 캐니스터가 위치하고,
   캐니스터의 내부에는;
   공기실 내부의 공기의 유출을 방지하는 롤멤브레인과,
   롤멤브레인을 지지하는 고정수단이 장착된,
   차량용 에어 서스펜션.
5. 제4항에 있어서,
   상기 롤멤브레인은,
   중앙에 피스톤로드를 통과시키는 통로를 가지고 탄성 변형 가능한 고무바디와,
   고무바디의 상면에 밀착 고정되며, 고무바디를 커버하는 패브릭시트를 포함하고,
   상기 고무바디의 외곽부에는, 고무바디의 하부로 돌출되며 상기 고정수단에 물려 고정되는 외측물림부가 형성되며,
   고무바디의 중앙에는, 상기 통로를 둘러싸고 고무바디의 상부로 돌출되며 상기 고정수단에 물려 고정되는 내측물림부가 형성된,
   차량용 에어 서스펜션.
6. 제5항에 있어서,
   상기 패브릭시트의 일부는, 내측물림부에 매립되어 고무바디와 일체를 이루는,
   차량용 에어 서스펜션.

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