KR20090100331A

KR20090100331A - 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠

Info

Publication number: KR20090100331A
Application number: KR1020090085063A
Authority: KR
Inventors: 허만대; 이희락
Original assignee: 주식회사평화발레오
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2009-09-23

Abstract

본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠은 차량의 엔진에 장착되는 플라이휠에 있어서, 차량의 엔진 출력축에 연결하는 제1 질량체와; 변속기의 입력축에 연결하는 제3 질량체와; 제1 질량체 및 제3 질량체 사이에 구비되는 제2 질량체와; 제1 질량체와 제2 질량체 사이에 구비되는 제2 토션 스프링 및 제2 질량체와 제3 질량체 사이에 구비되는 제1 토션 스프링을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

삼중 질량 플라이휠, 제1 토션 스프링, 제2 토션 스프링, 비틀림 진동

Description

진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠{TRIPLE MASS FLYWHEEL FOR VIBRATION DAMPING}

본 발명은 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에 관한 것으로, 특히 비틀림 진동을 감쇠시킴으로써 부품의 내구성을 향상시키고 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 진동 감쇠를 위한 삼중 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 관성체로써 외주에 링 기어를 끼우는데 이 링 기어는 기동 전동기의 피니언기어와 맞물려 엔진을 기동시킬 때에만 사용하는 것이 일반적이다.

또한, 크랭크 축에는 혼합기의 연소에 따라 발생한 회전력이 간격을 두고 전달되지만 플라이휠은 관성에 의하여 일정한 속도로 회전하려고 하므로 균일한 회전력을 얻을 수 있다. 이는 외경이 크고 무거울수록 관성력은 커지므로 엔진의 회전 수의 변화는 어렵게 되고 가속페달의 개폐에 따라 반응이 둔하여지므로 엔진의 성격에 맞는 적당한 크기와 무게를 지닌 것을 선택하여 사용하고 있다.

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

따라서, 종래의 기술 분야에서는 이러한 방법으로 엔진의 시동 및 기동 시에 토오크 변동을 더욱 더 효과적으로 줄일 수 있는 플라이휠의 발명이 요구되었다. 도 1은 종래 기술에 따른 플라이휠을 나타낸 측단면도이다. 도 1에서, 이중 질량 플라이휠이란 기존의 한 개의 플라이휠을 두 개로 나누어 엔진 쪽에 연결된 제1 질량체(111)와 클러치를 통하여 트랜스미션에 연결되는 제2 질량체(112)로 구성된다. 여기서 제1 질량체(111)는 허브 플레이트(116)와 볼트(123)로 체결되며, 제2 질량체(112)는 허브 플레이트(116)와 리벳 결합으로 체결된다. 제1 질량체(111)와 제2 질량체(112)는 제한된 범위까지 상대측에 대하여 회전할 수 있으며 토크가 증가할 때에 플라이휠 질량체의 상대회전을 점진적으로 저지하기 위하여 플라이휠 질량체 사이에 작용하는 구동 토크 수단을 갖는다. 즉, 낮은 토크 레벨에서 플라이휠 질량체는 상대측에 대하여 크게 회전하지 않으나 높은 토크 레벨에서는 동일한 엔진 속도에서 플라이휠 질량체가 상대측에 대하여 크게 회전한다.

또한 제1 질량체(111)와 제2 질량체(112) 사이에 적절한 연결이 가능하도록 진동 댐퍼(113)를 장착한다. 이러한, 진동 댐퍼는 보통 스프링 또는 이와 비슷한 기능을 하는 탄성매개체로 구성되어 있으며, 두 질량 사이의 연결을 유지하며 회전 토크를 전달하는 기능을 하며 원주상 또는 반경방향으로 배치되어 있다.

그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 종래에는 엔진의 다양한 진동 특성에 따른 진동 감쇠를 위한 플라이휠의 설계가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비틀림 진동을 감쇠시킴으로써 부품의 내구성을 향상시키고 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록 하는 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 차량의 엔진에 장착되는 플라이휠에 있어서, 차량의 엔진 출력축에 연결하는 제1 질량체와; 변속기의 입력축에 연결하는 제3 질량체와; 제1 질량체 및 제3 질량체 사이에 구비되는 제2 질량체와; 제1 질량체와 제2 질량체 사이에 구비되는 제2 토션 스프링 및 제2 질량체와 제3 질량체 사이에 구비되는 제1 토션 스프링을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 제공한다.

또한, 본 발명의 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서, 제1 토션 스프링 및 제2 토션 스프링은 원 둘레 방향으로 개별적인 직렬 연결을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서, 제1 토션 스프링 및 제2 토션 스프링은 병렬 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서, 제2 토션 스프링은 제1 토션 스프링 보다 강성이 우수한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서, 제3 질량체와 연결가능하고 제1 토션 스프링을 압축할 수 있는 제1 드라이브 플레이트 및 제1 질량체와 연결가능하고 제2 토션 스프링을 압축할 수 있는 제2 드라이브 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서, 감쇠요소는 건식으로 히스테리시스 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에 의하면, 엔진 공전 이전으로 토크의 진폭 변화의 이동뿐 아니라 피크 토크를 크게 완화할 수 있으므로 비틀림 진동을 감쇠시키며 부품의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 제1 토션 스프링 및 제2 토션 스프링의 병렬 구성을 통해 저강성, 및 고토크를 얻을 수 있으며, 이에 따라 소음 진동 특성이 향상될 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따르는 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 나타내기 위한 도면들로서, 도 2는 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플 라이휠을 나타낸 측단면도이며, 도 4는 단일 질량 플라이휠, 이중 질량 플라이휠 및 삼중 질량 플라이휠의 회전수에 따른 진폭을 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠의 회전각도에 따른 토크변화를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠은 5개의 저강성의 토션 스프링의 형성되는 제1 토션 스프링을 바깥쪽 원의 둘레에 구비하고, 3개의 고강성의 토션 스프링으로 형성되는 제2 토션 스프링을 안쪽 원의 둘레에 구비할 수 있다. 여기서 제3 질량체(130)에서 점선으로 도시된 제1 드라이브 플레이트(135)는 제1 토션 스프링(140)을 압축하면서 진동 감쇠를 할 수 있고, 점선으로 도시된 제2 드라이브 플레이트(115)는 제2 토션 스프링(150)을 압축하면서 진동 감쇠를 할 수 있다. 상기 제1 드라이브 플레이트(135)는 3개의 플랜지부(137)를 구비할 수 있고, 이러한 3개의 플랜지부(137)가 회전 운동을 하면서 제1 토션 스프링(140)을 압축할 수 있다. 여기서 제1 드라이브 플레이트(135)는 제3 질량체(130)와 리벳으로 연결될 수 있다. 또한 제2 드라이브 플레이트(115)는 5개의 플랜지부(117)를 구비할 수 있고, 이러한 5개의 플랜지부(117)가 회전 운동을 하면서 제2 토션 스프링(150)을 압축할 수 있다. 아울러 제2 드라이브 플레이트(115)는 제1 질량체(미도시)와 리벳으로 연결될 수 있다. 이처럼 진동 감쇠를 위해 제1 토션 스프링(140) 및 제2 토션 스프링(150)은 각각 원 둘레 방향으로 압축될 수 있는 데, 상기 제1 토션 스프링(140) 및 제2 토션 스프링(150)에 따라 구비된 창부를 통해서 이러한 진동 감쇠를 위한 동작을 이해할 수 있다.

여기서, 그리스(grease)와 같은 윤활유를 사용하지 않는 건식 댐퍼를 구성하고, 히스테리시스 요소로서 와셔와 같은 부품을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 각 창부에서 이동각도(travel angle)를 줄이고 상대운동 요소의 마찰면에 수직력을 배분함으로써 마찰력을 감소시킬 수 있게 된다.

도 3을 통해서, 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 보다 상세하게 살펴볼 수 있다. 여기서, 회전 중심축(190)의 아래에 도시된 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠(100)은 회전 중심축(190)의 위에 도시될 수 있는 회전체 형상의 중복을 이해할 수 있으므로 생략하여 도시한 것이다.

본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠은, 바람직하게는 엔진의 출력축에 연결되는 제1 질량체(110)와 변속기의 입력축에 연결되는 제3 질량체(130) 사이에 제1 질량체(110)에 연결된 제2 드라이브 플레이트(115) 및 제3 질량체(130)에 연결된 제1 드라이브 플레이트(135)를 형성할 수 있다.

여기서 제1 질량체(110)와 제2 질량체(120) 사이에 제2 토션 스프링을 구비할 수 있고, 제2 질량체(120)와 제3 질량체(130) 사이에 제1 토션 스프링을 구비할 수 있다. 아울러 감쇠요소에 해당하는 히스테리시스 요소(160)를 형성할 수 있다.

또한 제1 질량체(110)는 주철제를 적용하여 진동흡수력이 향상되고 관성이 증가하게 된다. 또한, 형상을 용이하게 제조할 수 있고 비용이 절감되는 효과가 있다.

한편, 바람직하게는 상기 제1 토션 스프링(140)과 제2 토션 스프링(150)은 원 둘레 방향에서 직렬로 이루어질 수 있고, 상기 제1 토션 스프링(140)과 제2 토 션 스프링(150) 각각은 병렬로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제2 토션 스프링(150)은 제1 토션 스프링(140) 보다 강성이 우수한 것이 바람직하다.

또한 토크 전달경로를 살펴보면 엔진에서 발생된 토크는 제1 질량체(110)로 전달되기 시작하여, 제2 토션 스프링(150), 제2 질량체(120), 제1 토션 스프링(140), 제3 질량체(130), 트랜스미션(미도시)까지 순차적으로 이루어질 수 있다.

이때, 토크 정지순서는 제1 토션 스프링(140)에서 제2 토션 스프링(150) 순서로 이루어지는데, 제1 토션 스프링(140)은 제2 질량체(120)와 제3 질량체(130) 사이에서 스프링 압착 또는 매개물에 의해서 정지되고, 제2 토션 스프링(150)은 제1 질량체(110)와 제2 질량체(120) 사이에서 리벳에 의해 정지하게 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 질량 플라이휠의 구조를 적용할 경우, 토크의 진폭 그래프를 상세하게 설명하면, 먼저 단일 질량 플라이휠(single mass flywheel)의 진폭 그래프(401)는 엔진 공전(idle) 후에 토크가 급격히 상승하여 차량 운전자에게 승차감에 있어서 좋지 않으며, 이중 질량 플라이휠(dual mass flywheel)의 진폭 그래프(402)는 엔진 공전 이전으로 토크의 진폭 변화가 이동될 수 있으나, 삼중 질량 플라이휠의 진폭 그래프(403)에서는 엔진 공전 이전으로 토크의 진폭 변화의 이동뿐 아니라 토크의 진폭 변화를 훨씬 크게 완화할 수 있다. 즉 피크 토크(peak torque)를 크게 완화할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에서의 진동 감쇠의 성능은 크게 향상될 수 있으며 이에 따른 부품의 내구성도 향상될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 질량 플라이휠은 회전각도와 토크의 관계를 나타낼 때, 제1 토션 스프링(140)과 제2 토션 스프링(150) 각각 병렬로 구성하게 될 경우 저강성(low stiffness), 및 고토크(high torque)를 얻을 수 있으며 이에 따라 소음 진동 특성(NVH: Noise Vibration Harshness)이 향상될 수 있다. 즉 차량 운전자는 승차감의 개선과 소음진동의 저감을 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠에 의하면, 제1 토션 스프링 및 제2 토션 스프링의 이중 병렬 구조와 삼중 질량체 구조를 통해 비틀림 진동을 감쇠시킴으로써 부품의 내구성을 향상시키고 소음 및 진동을 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 플라이휠을 나타낸 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 나타낸 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠을 나타낸 측면도.

도 4는 단일 질량, 이중 질량 및 삼중 질량 플라이휠의 회전수에 따른 진폭을 비교하여 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠의 회전각도에 따른 토크변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 삼중 질량 플라이휠 110 : 제1 질량체

120 : 제2 질량체 130 : 제3 질량체

140 : 제1 토션 스프링 150 : 제2 토션 스프링

160 : 히스테리시스 장치

Claims

발명의 상세한 설명 및 도면에 기재된 내용을 특징으로 하는 진동 감쇠를 위한 삼중 질량 플라이휠