[논문]엔진 오일펌프계 소음.진동 최적화

신달흔; 배성윤; 유동규; 강구태; 권오영

엔진 오일펌프계 소음.진동 최적화
NVH Optimization of the Eng. Oil Pump System 원문보기

신달흔 (현대자동차 연구개발본부) , 배성윤 (현대자동차 연구개발본부) , 유동규 (현대자동차 연구개발본부) , 강구태 (현대자동차 연구개발본부) , 권오영 (현대자동차 연구개발본부)

The rattle noise originated from the oil-pump system was issued in developing an engine. In this paper, the major concerning factors for rattle noise are analyzed and the NVH developing process is summarized. The main factors are the tip clearance of inner/outer rotor, the clearance between oil pump housing and rotor guide and the rotor mass. Also, the optimization for oil-pump rotor whine noise is performed. The main factors of the rotor whine are the profile of the rotor, the oil pressure and the shape of oil route. This paper will present the design guidelines of the engine oil-pump system.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는, 오일펌프계에서 발생할 수 있는 래틀(Rattle) 및 화인(Whine) 소음의 발생원리 및 개선 방안에 대하여 검토 하고자 한다.
2 는 소음 특성을 보여준다. 열간상태에서 소음이 발생한다는 관점에서 오일펌프계를 구성하는 주요 제원에 대한 조사를 진행하였다. 조사결과 오일펌프 로터를 감싸는 가이드와 오일펌프 하우징의 간극에 문제가 있음을 확인 하였다.
오일펌프의 구동 형식은 (1)크랭크샤프트의 회전운동을 기어, 체인 또는 벨트를 통하여 전달받아 구동되는 간접구동 방식, (2)밸런스샤프트 모듈 내에 구성되어 밸런스샤프트와 함께 구동되는 밸런스샤프트 모듈 일체형 방식 및 (3)크랭크샤프트에 직결되어 구동되는 방식 등 크게 3 가지 형태로 분류되어 질 수 있는데, 본 논문에서는, 간접구동방식 오일펌프계의 소음.진동 개선 방법에 대해 검토한다.

가설 설정

(3) 화인소음의 주요 인자는 로터간의 마찰력이다. 마찰력에 영향을 미치는 주요 요소는 내.

제안 방법

내·외접 로터간 간극 기여는 로터 간 상대운동의 기여를 의미하기 때문에 로터의 무게에 따른 기여도 검토를 실시하였다.
다양한 로터 형상에 대한 해석 검토 및 평가를 통하여, Fig.10 에서 보듯 로터 치형을 재선정하였다. 새로 선정된 로터의 경우 기존 사양에 대비해서, 상대적으로 우세한 미끄럼율 및 오일 공급 특성을 가짐을 확인하였다.
오일펌프 화인소음의 추가 개선을 위하여 치형상 및 치폭 개선과 병행해서 오일 유로의 최적화 방안을 추가로 검토하였다.
오일펌프의 구동 형식은 (1)크랭크샤프트의 회전운동을 기어, 체인 또는 벨트를 통하여 전달받아 구동되는 간접구동 방식, (2)밸런스샤프트 모듈 내에 구성되어 밸런스샤프트와 함께 구동되는 밸런스샤프트 모듈 일체형 방식 및 (3)크랭크샤프트에 직결되어 구동되는 방식 등 크게 3 가지 형태로 분류되어 질 수 있는데, 본 논문에서는, 간접구동방식 오일펌프계의 소음.진동 개선 방법에 대해 검토한다.
문제 소음의 특성에 크게 영향을 줄 수 있는 인자로 내.외접 로터의 백-래쉬(Back-lash)를 추론하였고, 이의 특성을 나타내 주는 인자인 팁-간극(Tip Clearance)에 대한 검토를 실시 하였다.
외접로터의 미끄럼율을 축소 할 수 있는 로터의 치 형상(Profile) 확보 방안과 오일압 저감을 위한 내·외접로터의 두께를 최적화 하는 방안이었다.
3 에서 보듯이, 오일펌프하우징의 각 구성요소에 대한 제원 측정 결과, 하우징의 비대칭성에 의해 흡입·토출 포트의 경계를 중심으로(③), 내경변형 특성을 가짐을 확인 하였다. 이에 근거하여, 하우징 내경의 크기를 조정하여, 다양한 간극에 대한 소음평가를 실시하였다.
아이들소음 개선을 위한, 팁-간극 최적화 이후, 밸런스샤프트 미적용 차량의 경우 오일펌프의 차수를 따르는 화인소음이 팁-간극 증대 상태 및 밸런스샤프트 장착 엔진 차량 대비 악화된 것을 확인하였다. 차량 실내소음 조사 결과, 실내에서도 인지되는 수준으로 원인 규명 및 개선안 수립을 검토하였다.
두 번째 이유는 팁-간극 축소에 따른 오일 누유(Oil Leakage) 양의 감소 현상이었다. 팁-간극 축소는 마찬가지로 IDLE 소음의 개선을 위한 조치이기 때문에, 팁-간극을 유지한 화인 소음 개선안 발굴을 추진하였다. 개선방향은 2 가지 방향으로 검토 되었는데, 동일 레이아웃(Layout)에서 우세한 오일 송출량을 확보하고 또한 내.
4 에서 볼 수 있듯이, 특정 간극 이상에서는 소음이 개선되는 것을 확인 할 수 있었고, 하우징을 포함한 구성요소의 열변형 발생으로 인한 로터의 회전운동 구속 및 진동 절연 특성의 불리가 소음 악화의 한 원인임을 확인 할 수 있었다. 평가 결과를 근거로 간극에 대한 스펙을 재설정 하였다.

성능/효과

(1) 내·외접 로터의 운동을 구속하는 로터 가이드 및 하우징의 간섭은 로터의 운동 구속 및 진동 절연 특성을 악화시켜, 소음을 악화 시킨다.
(2) 내·외접 로터의 팁-간극(백-래쉬) 및 외접 로터의 무게는 래틀성 타음의 주요 인자이며, 각 인자의 최적화를 통하여 문제 소음을 개선 할 수 있다.
(4) 오일유로의 구배 및 형상최적화를 통한 오일압 변동 최소화를 통하여, 화인소음 개선이 가능하다.
3 은 새로 선정된 로터의 특성을 보여 준다. 3mm 축소된 로터폭 조건에서도 뛰어난 체적 효율 특성으로 인하여, 주요 특성인 토출량이 동등 수준의 값을 보이며, 미끄럼율 및 맥동율 또한 우수한 특성을 가짐을 볼 수 있다.
Fig.3 에서 보듯이, 오일펌프하우징의 각 구성요소에 대한 제원 측정 결과, 하우징의 비대칭성에 의해 흡입·토출 포트의 경계를 중심으로(③), 내경변형 특성을 가짐을 확인 하였다.
Fig.4 에서 볼 수 있듯이, 특정 간극 이상에서는 소음이 개선되는 것을 확인 할 수 있었고, 하우징을 포함한 구성요소의 열변형 발생으로 인한 로터의 회전운동 구속 및 진동 절연 특성의 불리가 소음 악화의 한 원인임을 확인 할 수 있었다. 평가 결과를 근거로 간극에 대한 스펙을 재설정 하였다.
다양한 치형의 로터 및 치폭 검토를 통한, 최적 사양을 선정함으로써 아이들 상태의 래틀소음 개선을 마무리 할 수 있었다. Fig.
(1) 내·외접 로터의 운동을 구속하는 로터 가이드 및 하우징의 간섭은 로터의 운동 구속 및 진동 절연 특성을 악화시켜, 소음을 악화 시킨다. 따라서, 열변형 최소화 구조 확보 및 구성 요소간의 간극 최적화를 통하여, IDLE 소음을 개선 할 수 있다.
로터가이드 및 하우징 간극 개선 후에도 여전히 문제 수준의 소음이 잔존하는 것을 확인하였다. 소음의 발생 특성은 비주기적인 성질을 가지고 있으나 크랭크샤프트의 회전운동과 밀접한 관계를 가지고 있음을 확인 하였다.
10 에서 보듯 로터 치형을 재선정하였다. 새로 선정된 로터의 경우 기존 사양에 대비해서, 상대적으로 우세한 미끄럼율 및 오일 공급 특성을 가짐을 확인하였다.
로터가이드 및 하우징 간극 개선 후에도 여전히 문제 수준의 소음이 잔존하는 것을 확인하였다. 소음의 발생 특성은 비주기적인 성질을 가지고 있으나 크랭크샤프트의 회전운동과 밀접한 관계를 가지고 있음을 확인 하였다.
시험 결과를 근거로 팁-간극에 대한 설계 스펙 변경을 실시 하였고, 문제 소음에 대한 현저한 개선을 할 수 있었다.
RPM 영역별로 주요 화인 차수의 경우, 최대 12dBA 이상의 소음개선 효과가 있음을 볼 수 있다. 시험 결과를 근거로, 최종 로터의 폭 선정이 가능하였다.
아이들(IDLE) 상태 소음 특성 조사 결과, 엔진 냉간 상태 대비 열간 상태에서 문제 소음이 발생한다는 것을 확인 하였다.
아이들소음 개선을 위한, 팁-간극 최적화 이후, 밸런스샤프트 미적용 차량의 경우 오일펌프의 차수를 따르는 화인소음이 팁-간극 증대 상태 및 밸런스샤프트 장착 엔진 차량 대비 악화된 것을 확인하였다. 차량 실내소음 조사 결과, 실내에서도 인지되는 수준으로 원인 규명 및 개선안 수립을 검토하였다.
열간상태에서 소음이 발생한다는 관점에서 오일펌프계를 구성하는 주요 제원에 대한 조사를 진행하였다. 조사결과 오일펌프 로터를 감싸는 가이드와 오일펌프 하우징의 간극에 문제가 있음을 확인 하였다.
오일압 증대 원인은 2 가지 원인에 의하여 발생함을 확인 하였다. 첫째는 밸런스샤프트 모듈이 생략됨으로 인하여, 밸런스샤프트 윤활용 오일이 모두, 기타 엔진 부로 송출되었고, 이로 인하여, 오일압이 증대 됨을 확인 하였다. 두 번째 이유는 팁-간극 축소에 따른 오일 누유(Oil Leakage) 양의 감소 현상이었다.
첫째는 팁-간극 축소에 따른 내·외접 로터의 미끄럼량 증대 및 이에 따른 로터간 마찰력 증대이고, 두 번째는 엔진 오일압 증대에 따른 구동토크 증대 및 이로 인한 로터간 마찰력 증대임을 확인 하였다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

래틀소음은 어떻게 개선 가능한가?

래틀소음은 오일펌프계를 구성하는 각 부분의 간극, 내.외접 로터의 간극 및 치폭(Tooth width) 축소를 통한 무게(Mass) 저감을 통하여 개선 할 수 있으며, 화인 소음은 로터의 치형(Profile) 최적화, 로터 치폭 최적화를 통한 오일압 저감 및 오일펌프 입.출구단의 형상 최적화를 통하여 개선이 가능하다.

엔진의 오일펌프계의 역할은?

엔진의 오일펌프계는, 엔진 각 부의 윤활 및 냉각을 위해, 오일 팬에 고인 윤활유를 빨아올려서, 크랭크 샤프트, 캠 샤프트, 피스톤 등의 베어링이나 섭동부에 압송하는 역할을 한다. 오일펌프 작동 과정에서는 내.

고효율의 오일펌프 개발을 위한 유동량 증대를 위해 어떻게 해야하는가?

유동량 증대를 위해서는, 로터의 치와 치사이의 공간을 최대한 확보하여 오일팬 내의 오일 흡입 능력을 최대화하고, 오일압의 급격한 변동을 피하는 구조를 채택하며, 맥동을 저감하여 원활한 입출구부의 유동을 확보한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

엔진 오일펌프계 소음.진동 최적화
NVH Optimization of the Eng. Oil Pump System 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

엔진 오일펌프계 소음.진동 최적화 NVH Optimization of the Eng. Oil Pump System 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

엔진 오일펌프계 소음.진동 최적화
NVH Optimization of the Eng. Oil Pump System 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper