유압 텐셔너의 누출 갭 변화에 따른 타이밍 체인 시스템의 장력 및 진동 변화에 대한 동적 해석 연구

초록

타이밍 체인 시스템은 반 영구적인 체인을 사용하여 크랭크 축의 동력을 캠 축으로 전달하는 자동차 엔진의 동력 전달 방식이며, 주로 체인 진동으로 인한 소음 문제가 대두되어 왔다. 이에 따라 선행된 연구 결과에 따르면, 체인 시스템의 장력을 결정하는 주요 부품인 텐셔너가 체인에 가하는 힘이 변화하는 경우, 체인의 장력, 진동, 전달오차가 힘의 증감과 같은 경향으로 변화한다. 일반적으로 상용되는 엔진 회전 속도 범위 내에서 전술 한 인자들이 커지면, 주행 중 소음, 진동이 증가하는 경향성이 보고되어 있다. 텐셔너 장치는 체인이 스프라켓을 지나감에 따라 발생하는 소음과 미끄러짐을 방지하기 위해 체인에 적절한 장력을 유지하기 위해 중요하게 사용된다. 본 논문에서는 체인의 최대 장력 및 최대 진동이 발생하는 엔진 회전 속도를 제어하기 위한 주요 인자로 텐셔너의 힘을 선정하여, 해당 인자의 변화 경향에 따라 최대 장력 및 진동 발생 엔진 회전수를 추적하였다. 타이밍 체인 시스템의 장력 및 진동 예측에는 상용프로그램인 “Virtual Engine”을 사용한 차량의 동적 해석 모델이 사용되었으며, 가상의 엔진의 상용 회전수 범위에서 동역학 해석 결과를 분석하였다. 해석 모델에 적용된 텐셔너는 유압식 텐셔너로, 하우징, 플런저, 스프링, 체크밸브, 체크 볼, 체크밸브 스프링 등으로 구성되어 있다. 하우징과 플런저 사이의 공간을 고압챔버라고 하고 오일이 이동하는 통로를 누출 갭(leakage gap)이라 한다. 누출 갭은 고압챔버로부터 오일이 유출되는 양에 직접적으로 연관되어 있어, 텐셔너의 힘을 제어하는 주요 요소로서 작용한다. 따라서 본 연구에서는 누출 갭의 부피를 변화시켜 텐셔너의 압력과 힘을 제어할 수 있도록 해석 모델을 구성하여 누출 갭의 변화로 인한 체인 장력, 체인 진동의 증감을 분석 가능하도록 하였다. 최종적으로 가정된 가상의 엔진 상의 누출 갭이 허용 범위 내에서 변화할 때, 체인의 장력과 진동을 엔진의 사용 회전 속도 범위에서 동적 해석하여 체인의 최대 장력 및 최대 진동이 발생하는 엔진 회전 속도의 변화 양상을 확인하였으며, 엔진의 사용 회전 속도 범위에서 최대 장력과 최대 진동이 발생하지 않도록 제어된 최적 텐셔너를 설계하고자 하였다.