자동차 엔진 마운트의 친환경 혁신

자동차 엔진의 굉음은 산업문명의 상징이지만 그에 수반되는 진동과 소음은 여전히 ​​난제로 남아있습니다. 사소해 보이는 부품인 엔진 고무 마운트는 진동을 차단하고 소음을 줄이는 중요한 역할을 조용히 수행합니다. 그러나 기존의 고무 마운트는 재생 불가능한 석유 기반 합성 고무에 의존하는 경우가 많아 점점 더 엄격해지는 환경 규제 및 지속 가능성 원칙과 상충됩니다. 이제 자동차 산업은 엔진 마운트용 고성능 친환경 소재를 개발해야 하는 중요한 과제에 직면해 있습니다.

엔진 부싱이라고도 알려진 자동차 엔진 마운트는 엔진을 차량 프레임에 연결하는 중요한 구성 요소 역할을 합니다. 주요 기능에는 엔진 진동을 흡수 및 완화하고, 소음을 줄이고, 승차감을 향상시키며, 진동 손상으로부터 엔진 구성품을 보호하는 것이 포함됩니다. 기존 마운트는 일반적으로 고무 또는 엘라스토머 복합재를 핵심 재료로 사용하는 사출 성형 공정을 사용합니다.

천연고무는 탄성, 내마모성, 감쇠성이 우수하여 마운트 제조에 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 환경에 대한 인식이 높아지고 지속 가능성이 중요해짐에 따라 기존 고무 마운트는 심각한 단점을 드러냈습니다. 천연 고무 공급은 가격 변동으로 인해 지리적, 기후적 한계에 직면해 있는 반면, 특정 합성 고무(예: 폴리우레탄)는 유해한 생산 공정을 포함하고 재활용 문제를 안고 있습니다.

지속 가능한 변화를 달성하기 위해 연구원들은 천연 고무(NR), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 사이잘 섬유를 결합한 새로운 복합 재료를 개발했습니다. 이 조합은 다음과 같은 뚜렷한 이점을 제공합니다.

• 천연고무(NR):뛰어난 탄성과 진동 흡수 특성을 지닌 재생 가능한 자원으로, 상대적으로 친환경적인 생산 공정을 특징으로 합니다.
• 열가소성 폴리우레탄(TPU):기존 합성고무에 비해 우수한 기계적 성질과 재활용성을 제공하며, NR의 내유성, 내열성, 노화 성능을 향상시킵니다.
• 사이잘삼 섬유:고강도, 저밀도, 생분해성을 제공하는 천연 식물섬유입니다. 강화충진제로 석유계 소재 의존도를 낮추면서 강성을 향상시킵니다.

이번 연구에서는 TRIZ(창의적 문제 해결 이론), 형태학적 분석, ANP(Analytic Network Process)를 결합한 통합 설계 접근 방식을 사용하여 최적의 마운트 설계를 개발했습니다.

이 방법론에는 세 가지 주요 TRIZ 원칙이 통합되었습니다.

• 매개변수 변경:진동 제어를 위한 기하학적 및 재료 매개변수 최적화
• 위상 전환:적응형 진동 감쇠를 위한 스마트 소재 탐색
• 복합 재료:탁월한 성능을 위해 소재의 장점 결합

이러한 체계적인 접근 방식은 구조적 구성, 재료 조합 ​​및 연결 방법을 분석하여 수많은 개념 설계를 생성했습니다.

분석 네트워크 프로세스는 진동 감쇠, 기계적 성능, 환경 영향, 비용 및 제조 가능성을 포함한 여러 기준에 따라 4개의 최종 후보 설계를 평가했습니다.

연구를 통해 네 가지 뚜렷한 디자인 컨셉이 탄생했습니다.

• 디자인 1:최적화된 내부 감쇠 기능을 갖춘 기존 원통형 구조
• 디자인 2:주파수 적응형 진동 제어가 가능한 혁신적인 원추형 구조
• 디자인 3:등급화된 재료 특성을 갖는 다층 복합 구조(최적 솔루션으로 선택)
• 디자인 4:조절 가능한 댐핑을 위해 자기유변유체를 사용한 스마트 소재 설계

선택된 디자인 3은 탁월한 진동 감쇠, 기계적 특성, 환경적 이점 및 유리한 제조 경제성을 보여주었습니다.

이번 연구는 지속 가능한 엔진 마운트 개발을 위한 기반을 구축합니다. 향후 작업은 다음에 중점을 두어야 합니다.

• 향상된 성능을 위한 추가 재료 최적화
• 전산분석을 이용한 구조정밀
• 성능 검증을 위한 종합적인 차량 테스트

자동차 산업이 지속 가능성을 향해 발전함에 따라 진동 제어 기술의 혁신은 환경적으로 책임 있는 운송 솔루션을 만드는 데 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것입니다.