ABSTRACT
최근, intake manifold는 알루미늄 주조품에서 플라스틱 사출품으로 바뀌고 있는 실정이며, 이는 동일한 성능을 내면서도 중량감소안을 성공적으로 수행한 한 예라고 볼 수 있다.
그러나, 엔진 소음 진동 측면에서는 플라스틱 manifold의 낮은 강성이 자연스럽게 높은 진동 및 소음 레벨을 일으킨다. 이 연구에서는 새롭게 개발된 플라스틱 intake manifold에 대한 NVH 개발과정을 소개한다. 진동과 소음 레벨의 시험 결과를 통해, 알루미늄 manifold와 플라스틱 제품이 비교될 것이다. 최적화된 두께와 적절한 브라켓의 추가를 통해 알루미늄 제품과 대등한 소음 수준을 얻을 수 있었다.
1. 서론
<차종> : M100 (경차용 엔진임을 고려하여 플라스틱 흡기 매니폴드 적용)
<평가 절차>
모달 시험 -> 플라스틱 매니폴드 개발시 형상 변경 -> 형상 변경에 따른 시험 결과
2. 알루미늄과 플라스틱 흡기 매니폴드의 모드 특성 비교 (모드 시험)
: 본 시험 결과로부터 재질에 의한 엔진 운전 시 공진 현상을 어느 정도 예측할 수 있다.
2.1 모드 시험 및 조건
1) 경계 조건 : 매니 폴드는 엔진에 장착.
2) 가진 조건 : 충격 해머
3) 제품 질량 : 플라스틱 매니폴드(1.4 kg), 알루미늄 매니폴드(3.0 kg)
4) 기타 : 배기량 0.8 L 3기통 엔진, 보어(68.5mm), 스트로크(72mm)
2.2 모드 시험 결과
알루미늄 매니폴드 (1차 모드: 209 Hz, 댐핑: 1.49 %)
플라스틱 매니폴드 (1차 모드: 103 Hz, 댐핑: 2.42 %)
* 감쇠비= 대수감소율 / 2π
2.3 모드 시험 결과 고찰
1) 재질 특성차이에 의한 진동 특성 차이 = 질량 차이가 아니라 강성 차이
2) 플라스틱의 1차 모드가 엔진 폭발 주파수가 일치하는 엔진 rpm 구간이 존재.
3) BUT, 플라스틱의 댐핑 특성에 의해 과도한 진동은 없을 것으로 보임.
3. 진동 측정 시험의 결과와 분석 (강제 가진 시험)
대상 CASE : 알루미늄 매니폴드, 플라스틱 매니폴드(a), 플라스틱 매니폴드(b)
* 플라스틱 매니폴드(a) : 기존 모델
플라스틱 매니폴드(b) : 두께 보강 모델
3.1 강제 가진 시험 및 분석 조건
1) Sweeping 시험 : 엔진 운전 영역 2000 rpm~5000 rpm 볌위에 걸쳐 측정
2) 샘플링 주파수 : 25 kHz 이상 (10kHz 이내 성분 분석 가능)
3) 측정 장치 : 3축 가속도계 (Plenum에 접착제 이용 부착)
3.2 강제 가진 시험 시, 재료 별 진동 레벨 비교
: 플라스틱 매니폴드가 알루미늄에 비해 낮은 강성으로 인해 대부분의 운전영역에서
높은 진동 레벨이 나타나고 있다.
1) 플라스틱 : 1.5차 성분이 지배적.
2) 알루미늄 : 1.5차 이상의 고차수 성분이 지배적.
3.3 강제 가진 시험 시, Plenum의 두께 변경 사양의 진동 레벨 비교
: 두께 보강 사양은 피크 레벨을 가지는 주파수가 낮아지며, 진동 저감 효과를 보인다.
* 최대 진폭을 가질 때, w = root(1-2*zeta2)*wn
3.4 강제 가진 시험 결과 및 고찰
알루미늄의 경우, 큰 강성값의 영향으로 인해 상당히 낮은 진동 레벨을 보임.
플라스틱의 경우, 두께 보강이 댐핑 증가의 효과로 나타나서, 1kHz이하인
저주파 영역의 피크 성분 레벨을 줄이는 효과를 얻었음.
그 외, 소음 측정 시험에서는 재료 별 차이는 미미함.