KR20000061945A - 듀얼 매스 플라이 휠 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

자동차의 소음 및 진동을 감소시키는 듀얼 매스 플라이휠(Dual Mass Flywheel)

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

두개의 플라이휠 사이에 댐퍼(Damper)를 설치하여 엔진의 토오크 진동(Torsional Vibration)으로 인한 자동차의 진동 및 소음을 감소시키되, 구조가 매우 간단하여 부품수가 적고, 각 구성 부품의 제작에도 큰 제조설비의 투자가 필요치 않아 제품의 단가가 매우 낮아지는 듀얼 매스 플라이휠을 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

엔진과 동일하게 회전하는 프라이머리 플라이휠; 그의 외경부에는 댐퍼가 설치되며; 그 허브(Hub)에는 쎄컨더리 플라이휠이 설치되어 부싱(Bushing)을 매개로 자유로운 회전이 가능하며; 그 허브에는 쎄컨더리 플라이휠의 축 방향의 하중을 받는 트러스트 베어링 및 스냅 링이 설치되며, 상기한 쎄컨더리 플라이휠에 있어, 외경부에 서로 대칭되게 설치되는 두개의 피동요철(Driven Finger)이, 프라이머리 플라이휠에 설치되어 있는 댐퍼 사이에 직각으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명에 의한 듀얼 매스 플라이휠은 자동차에 적용되어 각종 소음 및 진동을 매우 효과적으로 차단하여 차량의 정숙성을 일층 향상시키는 효과가 있다.

Description

듀얼 매스 플라이휠 {Dual Mass Flywheel}

본 발명은 자동차의 내연기관에 부착되는 듀얼 매스 플라이휠에 관한 것으로 엔진에서 불가피하게 발생하는 비틀림 진동(Torsional Vibration)을 효과적으로 감쇄(Damping)하여 수동변속기에 발생하는 래틀 소음(Rattle Noise), 차량의 부밍 소음(Booming Noise) 등을 감소시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 과정 중 폭발 행정에 의해서만 토오크(Torque)가 발생되므로 아무리 고속회전 중이라 하더라도 엔진에서 발생하는 토오크는 불규칙하게 진동하면서 변속기로 전달된다.

이러한 엔진 토오크의 진동은 수동변속기 차량의 경우, 변속기어 이빨사이의 백래쉬(Backlash)에 의한 래틀 소음(딸딸딸―하는 소음)을 초래한다.

또한, 변속기의 고유진동수(Natural Frequency)와 일치되는 진동수 영역에서는 공진(Resonance)을 일으켜 부밍 소음(차체가 붕-하고 떠는 소음)을 유발한다.

따라서, 종래에는 이러한 현상을 감소시키기 위해 변속기의 입력 축과 연결되는 클러치 디스크(Clutch Disk)에 스프링으로 구성되는 댐퍼(Damper)를 설치하여 어느 정도의 효과를 얻을 수 있었다.(도 1)

그러나, 클러치 디스크 내에 댐퍼를 설치할 경우, 도 1에서 보는 바와 같이 외경방향의 공간상의 제약으로 인해, 플라이휠(엔진)과 변속기 입력 축 간의 비틀림 각(Torsional Angle)을 충분히 크게 할 수 없어, 가속페달을 급 조작할 때 저크(Jerk) 현상(차가 울꺽울꺽-하면서 전후 방향으로 진동하는 현상)을 피할 수 없었으며, 엔진의 토오크를 전달하기 위해서는 댐퍼 스프링 계수가 커야하므로 작은 진동의 흡수가 어려워져 래틀 소음을 완전히 방지하는 데에는 한계가 있었다. 또한, 변속기의 고유 진동수와 엔진의 토오크 진동수 영역을 완전히 분리시킬 수 없어 부밍 소음의 발생을 근본적으로 해결할 수 가 없었다.

한편 최근에는, 휘발유 가격의 상승으로 디젤엔진을 승용차에 적용하는 사례가 늘고 있으나, 가솔린 엔진보다 토오크 진동이 더 심한 디젤엔진에서는 클러치 디스크에 설치되는 댐퍼 만으로는 소비자가 요구하는 수준의 정숙성을 기대하기가 어려워 졌다. 또한, 최근에 개발되고 있는 가솔린 및 디젤엔진에서 출력향상을 위해 연료의 직접분사(Direct Injection) 방식을 채택함으로 인해 엔진토오크의 크기 및 진동이 한층 증가되고 있어 새로운 개념의 댐퍼가 필요하게 되었고 이에 따라, 디젤엔진이나, 직접연료분사방식의 엔진을 위해 최근에 댐퍼를 두개의 플라이휠 사이에 설치하는 듀얼 매스 플라이휠이 외국에서 출현하게 되었다.(도2)

이러한 듀얼 매스 플라이휠은 쎄컨더리 플라이휠의 질량(Mass)이 변속기의 입력축에 연결되어 변속기의 고유진동수를 엔진의 진동수 영역이하로 낮추어 버리므로, 엔진과 변속기의 공진 가능성을 근본적으로 제거하여 차량의 부밍 소음을 효과적으로 제거 시킬 수 있다.

또한, 탬퍼 스프링을 플라이휠의 외경부에 설치함으로, 엔진과 연결된 프라이머리 플라이휠과 변속기와 연결된 쎄컨더리 플라이휠 사이의 비틀림 각을 극대화시킬 수 있어 저크 현상의 방지에 매우 효과적이며, 낮은 스프링 계수를 갖는 댐퍼로 인해 래틀 소음을 유발하는 미소 진동을 흡수하여 래틀 소음의 저감에도 매우 효과적이다.

그러나, 지금까지 개발된 이러한 듀얼 매스 플라이휠은, 쎄컨더리 플라이휠에 별도로 부착된 구동판(Driven Plate)에 의해 프라이머리 플라이휠의 회전이 전달되고 댐퍼 스프링의 하우징이 용접으로 제작되는 등, 구조가 복잡하고 생산공정에 대한 많은 투자가 필요로 하여 가격이 매우 비싸지는 문제가 있었다. 또한, 공간상의 제약으로 인해 주로 프레스(Press)로 제작되는 프라이머리 플라이휠의 질량이, 주철로 제작되는 기존의 싱글 매스 플라이휠의 질량에 비하여 작아져, 엔진 보기(補機, Accessory)의 구동벨트 부분에 과도한 진동을 일으키는 문제가 있었다. (도 2)

상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발 명은, 두개의 플라이휠 사이에 댐퍼를 설치하여 엔진의 토오크 진동으로 인한 변속기의 래틀 소음, 차량의 부밍 소음 및 저크 현상을 제거하되, 간단한 구조로 인하여 제작 및 조립이 간단하여 가격이 저렴하고, 프라이머리 플라이휠의 질량을 증가 시킴으로 인해 엔진의 구동부(Moving Part)의 진동을 최소화 시킬 수 있는 듀얼 매스 플라이휠을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 플라이휠과 클러치를 나타내는 단면도이며;

도 2는 종래의 듀얼 매스 플라이휠의 단면도와 정면도를 나타내며;

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 단면도와 정면도이며;

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 다른 실시예의 단면도와 정면도이며;

도 7은 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 비틀림 특성을 나타낸다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

도 1;

CS: 엔진 크랭크 샤프트 (Crank Shaft) C: 클러치 (Clutch)

F:(종래의) 플라이휠 (Single Mass Flywheel)

도 2;

1: 프라이머리 플라이휠 (Primary Flywheel)

2: 쎄컨더리 플라이휠 (Secondary Flywheel)

3: 댐퍼 스프링 (Damper Spring)

도 3, 도 4;

1: 프라이머리 플라이휠 2: 쎄컨더리 플라이휠

3: 아웃터 씰링 (0uter Sealing) 4: 인너 씰링 (Inner Sealing)

7: 부싱 (Bushing) 9: 스냅 링 (Snap Ring)

8: 트러스트 베어링 (Thrust Bearing)

10: 탄성체 - 스프링 (Elastic Material - Spring)

11: 돌출부 - 쎄컨더리 플라이휠 12: 돌출부 - 프라이머리 플라이휠

도 5, 도 6;

5: 슬라이딩 블록 (Sliding Block) 6: 탄성체 - 스프링

도 7;

탄성체-스프링(댐퍼)의 비틀림 특성

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 두개의 플라이휠 사이에 댐퍼를 설치하여 엔진의 토오크 진동으로 인한 변속기의 래틀 소음, 차량의 부밍 소음 및 저크 현상을 제거하는 듀얼 매스 플라이휠에 있어서, 엔진의 크랭크 축에 볼트로 연결되어 엔진과 동일하게 회전하는 프라이머리 플라이휠; 그의 외경부에는 원주방향으로 댐퍼 하우징(Housing)이 설치되어 있어 스프링 등과 같은 탄성체의 삽입 및 설치가 가능하며; 또한, 그 중심 허브(Hub)부에는 쎄컨더리 플라이휠이 설치되되 프라이머리 플라이휠과는 고정되지 않고 부싱(Bushing)을 매개로 자유로운 회전이 허용되며; 그의 허브에는 쎄컨더리 플라이휠의 축 방향의 하중을 받는 트러스트 베어링 및 스냅 링이 설치되며,

상기한 프라이머리 플라이휠의 허브부에 회전가능토록 삽입 설치되는 쎄컨더리 플라이휠에 있어, 외경부에 서로 대칭되게 설치되는 두개의 피동요철(Driven Finger)이, 프라이머리 플라이휠에 삽입되어 있는 탄성체에 사이에 직각으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 일실시 예를 상세하게 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명은 엔진의 크랭크 축과 볼트로 연결되어 엔진과 동일한 속도로 회전하는 프라이머리 플라이휠(1); 바깥면에 클러치(도시 안됨)가 설치되며 이를 통하여 변속기의 입력 축과 연결되되, 프라이머리 플라이휠의 허브에 회전 가능하도록 설치 조립되는 쎄컨더리 플라이휠(2);프라이머리 플라이휠의 내부에 설치되어 엔진의 토오크를 쎄컨더리 플라이휠의 피동요철(Driven Finger)에 전달함과 동시에 진동을 흡수하여 댐퍼의 기능을 하는 탄성체-스프링(10); 댐퍼의 효과를 증대시키기 위해 그리스(Grease)등과 같은 점성물질을 댐퍼 내부에 주입할 경우, 댐퍼의 기밀성을 유지하기 위한 아웃터 씰링(3) 및 인너 씰링(4); 쎄컨더리 플라이휠의 축방향 하중을 지지하는 트러스트 베어링(8); 쎄컨더리 플라이휠이 축방향으로 빠지지 않토록하는 스냅 링(9); 프라이머리 플라이휠과의 원할한 회전을 위해 쎄컨더리 플라이휠의 내경부에 조립되는 부싱(7)으로 구성된다.

프라이머리 플라이휠의 내부에 가공된 댐퍼 하우징에 설치되는 탄성체-스프링은, 두개 혹은 다수 개로 나누어져 양쪽으로 대칭 배치되며 (도 4), 탄성체-스프링의 양끝은 프라이머리 플라이휠의 중앙부에 대칭으로 돌출된 스토퍼(Stopper)에 의해 지지된다.(* 표시부) 이 두 개의 탄성체 - 스프링 사이의 공간에는 쎄컨더리 플라이휠에 설치된 두 개의 피동요철(Driven Finger)이 직각으로 삽입된다. 프라이머리 플라이휠(엔진)이 회전하면, 탄성체-스프링의 한 끝은 스토퍼에 의해 지지 된 채, 다른 한끝 부분으로 피동요철을 구동 시켜 쎄컨더리 플라이휠을 회전시킨다. 즉, 쎄컨더리 플라이휠은 프라이머리 플라이휠에 설치된 탄성체-스프링에 의해 구동 되며 이 과정에서 탄성체의 변형에 의해 엔진의 토오크 진동이 흡수되어 변속기의 래틀 소음 방지에 매우 큰 효과를 나타낸다.

또한, 가속페달의 급격한 조작 시 등과 같은 큰 토오크 변동이 있을 때에도 도시한 바와 같이 탄성체-스프링의 큰 변위가 가능하므로, 쎄컨더리 플라이휠과 프라이머리 플라이휠이 매우 큰 상대각도로 움직이며 감쇄작용을 하여, 저크현상의 방지에도 큰 효과를 나타낸다. 그러나, 각 변위가 지나치게 크게 될 경우 스프링이 파손 될 우려가 있으므로 쎄컨더리 플라이휠과 프라이머리 플라이휠에 돌출부(11),(12)를 설치하여 일정각도 이상의 변위는 억제하도록 되어 있다.

댐퍼에 사용되는 탄성체-스프링으로서는 도시한 바와 같이 파상적인 형상을 가진 스프링이나 일반적인 원통형 코일 스프링 등이 사용 될 수 있으며 사용되는 엔진의 특성에 따라 적절한 것을 사용할 수 있다. 스프링의 특성은 변위에 따라 스프링의 계수가 다단계로 변하는 것이 바람직하며 본 실시 예에서는 길이가 서로 다른 파상 스프링을 다수 개 겹쳐 사용하므로 다 단계의 스프링 계수를 얻는 방법을 보였다.(도 7)

댐퍼의 효과적인 감쇄작용을 위해 댐퍼의 내부에 그리스(Grease)등과 같은 점성물질을 주입할 경우, 댐퍼의 기밀성을 유지하기 위한 아웃터 씰링(3) 및 인너 씰링(4)이 쎄컨더리 플라이휠과 프라이머리 플라이휠이 사이에 설치된다. 본 도시에서는 얇은 강판으로 제작된 접시형 스프링에 의한 씰 링의 예를 보였으나 일반적으로 알려진 씰 링은 다 본 발명에 적용 가능하다. 씰 링의 설치 위치는 필요에 따라 변경될 수 있다.

클러치의 작동 시, 쎄컨더리 플라이휠에 작용하는 클러치 릴리이스(Release)하중을 지지하기 위해 엔지니어링 플라스틱 등으로 제작된 트러스트 베어링(8)이 프라이머리 플라이휠의 허브에 설치되며, 도시의 예에서는 풀 타입(Pull Type) 클러치가 적용될 경우의 트러스트 베어링 설치방향을 보인다. 또한, 클러치의 릴리이스 하중 작용시 쎄컨더리 플라이휠이 이탈되는 것을 방지하기 위하여 스냅 링(9)이 프라이머리 플라이휠의 허브부에 설치된다.

도 5와 6은 본 발명의 다른 실시 예로서, 기본적인 구조는 동일하나 댐퍼가 스프링 계수가 서로 다른 다 수개의 탄성체-스프링(6)과 슬라이딩 블록(5)으로 구성되는 점이 상이하다. 서로 다른 스프링 계수의 탄성체-스프링은 다단계의 탬퍼 특성을 가능케 한다. (도 7)

슬라이딩 블록은 각 스프링-탄성체를 지지하며 큰 변위로 압축 시 블록의 길이에 의해 탄성체-스프링이 어느 한계 이상으로 압축되는 것을 방지하여 탄성체 - 스프링의 파손을 예방한다.

본 발명에서는 도시한 바와 같이, 탬퍼 하우징, 구동요철부, 스토퍼 등이 프라이머리 플라이휠 및 쎄컨더리 플라이휠과 일체로 제작, 가공되므로 외국에서 개발 된 듀얼 매스 플라이휠에 비해 부품의 수가 적고 가공 및 조립공정이 매우 용이해지는 장점이 있다.

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

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 듀얼 메스 플라이휠은 자동차에 적용되어 구동계(Drivetrain)의 각종 소음 및 진동을 매우 효과적으로 차단하되, 구조가 매우 간단하며 부품수가 적고, 각 구성 부품의 제작에도 큰 제조설비의 투자가 필요치 않아 제품의 단가가 매우 낮아지는 효과가 있다. 또한, 프라이머리 플라이휠이 주철로 제작될 수 있어 충분한 질량(Mass)의 확보가 가능하여 기존의 듀얼 메스 플라이휠로 인한 엔진 보기 구동계의 진동문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 두개의 플라이휠 사이에 댐퍼를 설치하여 엔진의 토오크 진동으로 인한 변속기의 래틀 소음, 차량의 부밍 소음 및 저크 현상을 제거하는 듀얼 매스 플라이휠에 있어서,

   엔진의 크랭크 축에 볼트로 연결되어 엔진과 동일하게 회전하는 프라이머리 플라이휠;

   그의 외경부에는 원주방향으로 댐퍼 하우징이 일체로 가공되어 있어 그 내부에 스프링 등과 같은 탄성체의 삽입 및 설치가 가능하며;

   댐퍼 하우징의 끝 단에는 탄성체 - 스프링을 지지하는 스토퍼가 형성되어 있으며;

   또한, 그 중심 허브(Hub)부에는 쎄컨더리 플라이휠이 설치되되 프라이머리 플라이휠과는 고정되지 않고 부싱(Bushing)을 매개로 자유로운 회전이 허용되며;

   또, 그 허브부에는 쎄컨더리 플라이휠의 축 방향의 하중을 받는 트러스트 베어링 및 스냅 링이 설치되는 프라이머리 플라이휠,

   상기한 프라이머리 플라이휠의 허브부에 회전가능토록 부싱을 매개로 삽입 설치되는 쎄컨더리 플라이휠에 있어,

   외경부에 서로 대칭되게 설치되는 두개의 피동요철(Driven Finger)이 프라이머리 플라이휠에 삽입되어 있는 스프링-탄성체 (댐퍼)에 사이에 직각으로 삽입되며;

   이 쎄컨더리 플라이휠의 일측은 댐퍼의 하우징의 일면을 구성하며;

   댐퍼의 과도한 변형을 방지하기 위하여 돌출부가 프라이머리 및 쎄컨더리 플라이휠에 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.
2. 제1항에 있어서,

   프라이머리 플라이휠에 설치되는 댐퍼를 구성하는 탄성체-스프링은 파상 형 상의 스프링이나 일반 코일 스프링 등을 사용하며;

   다단계의 스프링 계수 특성을 얻기 위해 길이 및 크기가 상이한 다수개의 스프링을 중복적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.
3. 제1항에 있어서,

   프라이머리 플라이휠에 설치되는 댐퍼가 다수개의 스프링과 슬라이딩 블록으로 구성되며;

   슬라이딩 블록은 각 스프링-탄성체를 지지하며 큰 변위로 압축 시 블록의 길이에 의해 탄성체-스프링이 어느 한계 이상으로 압축되는 것을 방지하며;

   다단계의 스프링 계수 특성을 얻기 위해 길이 및 크기가 상이한 다수개의 스프링을 중복적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.
4. 제1항에 있어서 프라이머리 플라이휠에 설치되는 댐퍼의 감쇄 기능을 향상시키기 위하여 댐퍼의 내부에 그리스(Grease)등과 같은 점성물질을 주입할 경우,

   댐퍼의 기밀성을 유지하기 위한 아웃터 씰링 및 인너 씰링이 쎄컨더리 플라이휠과 프라이머리 플라이휠이 사이에 설치되며;

   씰 링의 종류와 위치는 목적에 따라 적절하게 변경 가능한 것을 특징으로하는 듀얼 매스 플라이휠.