JP2020510784A - ウォーターポンプ - Google Patents
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Abstract
本発明は、冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、インペラを回転させる回転軸と、インペラの上側に配され、吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部;冷却水流量制御手段の上側に形成されて、冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部;油圧空間の内部に位置し、油圧空間の内部に存在する冷却水に圧力を加えるピストン;シリンダー部の側面に結合し、ピストンを進退させる駆動部;及びピストンの前面または裏面と対向するシリンダー部の内側面に位置し、弾性素材からなるロック防止部材;を含むウォーターポンプを提供する。本発明によるウォーターポンプによれば、ロック防止部材を備えることにより、ピストンがシリンダー部の内壁に接触されて動けない状況を根本的に防止することができる。
Description
本発明は、ウォーターポンプに係り、より詳細には、流入された冷却水に圧力を加えてエンジン内部を循環させることにより、エンジンを冷却させるウォーターポンプに関する。
一般的に、ウォーターポンプとは、冷却水をエンジン内部に強制に循環させて、車両内部の電装品を冷却させるポンプを意味する。自動車のエンジンのように燃料の爆発力を用いて動力を得る機関は、作動中、高温の熱を発生する。それを適切に制御することができなければ、エンジン自体はもとより、隣接した他の機関に対しても悪影響を及ぼす。したがって、前記のような熱を冷やすための手段として冷却水が必須的に使われる。
このようなウォーターポンプと関連した技術として、エンジン動力の一部を伝達されて作動する機械式ウォーターポンプと、ウォーターポンプインペラに伝達されるエンジン動力を選択的に遮断させるクラッチを備えたクラッチ式ウォーターポンプと、冷却水の流量制御のための別途のマグネットと位置センサーとを備えた可変式ウォーターポンプ(国際公開特許WO2016/012378 AI)がある。
従来の機械式ウォーターポンプは、エンジン動力によって常時駆動されるので、エンジン始動時のように、エンジンを冷却する必要のない場合にも、エンジンを冷却して、エンジン効率及び冷却効率が減少するという問題点が存在する。
また、従来のクラッチ式ウォーターポンプは、電磁石の動作によってクラッチと摩擦部との結合による摩擦及び騒音が発生するという問題点が存在する。
そして、従来の可変式ウォーターポンプは、流量制御のための別途の部品を使用するので、ウォーターポンプの構造が複雑になり、製品の価格が上昇するという問題点が存在する。
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、構造が簡単であり、内部部品間の摩擦及び騒音を防止し、かつ吐き出される冷却水の流量を調節できるように改善されたウォーターポンプを提供するところにその目的がある。
本発明は、冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、前記インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、前記インペラを回転させる回転軸と、前記インペラの上側に配され、前記吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部;前記冷却水流量制御手段の上側に形成されて、前記冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部;前記油圧空間の内部に位置し、前記油圧空間の内部に存在する冷却水に圧力を加えるピストン;前記シリンダー部の側面に結合し、前記ピストンを進退させる駆動部;及び前記ピストンの前面または裏面と対向する前記シリンダー部の内側面に位置し、弾性素材からなるロック防止部材;を含むウォーターポンプを提供する。
ここで、前記駆動部は、前記ピストンと結合し、前記ピストンを前記油圧空間内で移動させるリニアシャフトと、前記リニアシャフトの外面に形成されたネジ山に結合し、回転によって前記リニアシャフトを前後に移動させる回転子と、前記回転子を取り囲むように配され、前記回転子を回転させる固定子と、前記リニアシャフト、回転子及び固定子を内部に収容するモータケーシングと、を含みうる。
前記固定子は、永久磁石であり、前記回転子は、コイルが巻き取られたスロットからなって、前記固定子との磁気作用によって回転することができる。
逆に、前記固定子は、コイルが巻き取られたスロットからなり、前記回転子は、永久磁石からなって、前記固定子との磁気作用によって回転することができる。
一方、前記冷却水流量制御手段は、前記インペラの上側に配され、前記インペラと対向する端部が開放されたシリンダー状に形成され、側面が前記吐出口を選択的に開閉するように作動するインペラカバーと、前記インペラカバーの上部に配され、前記油圧空間と連通する加圧空間が内部に形成され、前記加圧空間に流入された冷却水を通じて前記インペラカバーに圧力を加えるチャンバカバーと、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の加圧空間に介在されて、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の隙間をシーリングし、前記加圧空間に流入された冷却水によって加えられる圧力を前記インペラカバーに伝達する加圧部材と、を含みうる。
また、前記冷却水流量制御手段は、前記インペラカバーとインペラとの間に介在され、前記インペラカバーに対して加圧空間側に弾性復元力を加える弾性部材をさらに含みうる。
前記本体部は、一端が前記シリンダー部と連結され、他端が前記インペラカバーに形成された冷却水流動ホールと対向するように、前記ハウジングの内部に収容され、前記ピストンが前記本体部側の方向に移動時に閉鎖されて、前記シリンダー部から本体部への冷却水の流入を防止するチェック弁をさらに含むことが望ましい。
前記チェック弁は、前記本体部とシリンダー部とを連通させる流路が内部に形成された弁シリンダーと、前記弁シリンダーの内側面で突設された係止段と、前記流路に位置し、前記シリンダー部から本体部に流動する冷却水によって係止段に係止されて、前記流路を閉鎖するシーリングボールと、を含むことが望ましい。
本発明によるウォーターポンプによれば、構造が簡単であり、内部部品間の摩擦及び騒音を防止し、かつ吐き出される冷却水の流量を調節することができる。
また、本発明によるウォーターポンプによれば、ロック防止部材を備えることにより、回転子を逆方向に回転させる場合に、リニアシャフトに引っ掛かるロックを根本的に防止することができる。
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
図1を参照すれば、本発明の一実施形態によるウォーターポンプ1000は、本体部1100、シリンダー部1200、ピストン1300、駆動部1400及びロック防止部材1500を含む。
また、前記本体部1100は、ハウジング1110、インペラ1120、回転軸1130及び冷却水流量制御手段1140を含む。
前記ハウジング1110は、冷却水が流入される流入口1110aと、流入された冷却水が吐き出される吐出口1110bと、が形成される。前記ハウジング1110は、前記インペラ1120、回転軸1130及び冷却水流量制御手段1140を内部に収容し、車両エンジンの所定部位に設けられる。
前記インペラ1120は、回転によって冷却水を流入または吐き出させる。前記インペラ1120に関する技術は、公知されたものであって、これについての詳細な説明は省略する。
前記回転軸1130は、前記インペラ1120と結合し、外部から伝達される駆動力を伝達されて、前記インペラ1120を回転させる。前記回転軸1130は、駆動モータ(図示 せず)から駆動力を伝達されることもあり、車両エンジンの動力を滑車(図示せず)のような動力伝達手段によって伝達されることもあるが、これに限定されるものではない。
前記冷却水流量制御手段1140は、前記インペラ1120の上側に配され、前記吐出口1110bを選択的に開閉するように作動する。
より詳細には、前記冷却水流量制御手段1140は、インペラカバー1141、チャンバカバー1142、加圧部材1143及び弾性部材1144を含みうる。
前記インペラカバー1141は、前記インペラ1120の上側に配され、前記インペラ1120と対向する端部が、開放されたシリンダー状に形成される。すなわち、前記インペラカバー1141は、前記インペラ1120の外周面を取り囲むように形成される。
この場合、前記インペラカバー1141は、前記ハウジング1110の内部で昇降するように作動することにより、前記インペラカバー1141の側面が前記ハウジング1110に形成された吐出口1110bを選択的に開閉させ、したがって、前記インペラ1120に流入されて圧縮された冷却水が、前記吐出口1110bへの吐出を選択的に防止する。
前記チャンバカバー1142は、前記インペラカバー1141の上部に配されて、前記インペラカバー1141との間に後述する油圧空間1200aと連通する加圧空間1142aを形成させる。前記油圧空間1200aの内部に存在する冷却水が加圧空間1142aに流入され、前記加圧空間1142aに流入された冷却水は、前記インペラカバー1141に圧力を加える。
前記加圧部材1143は、前記インペラカバー1141とチャンバカバー1142との間の加圧空間1142aに介在されて、前記インペラカバー1141とチャンバカバー1142との間の隙間をシーリングする。同時に、前記加圧部材1143は、前記加圧空間1142aに流入された冷却水によって前記加圧部材1143に加えられる圧力を、前記インペラカバー1141に伝達する。これにより、前記インペラカバー1141を下側に移動させうる。
前記弾性部材1144は、前記インペラカバー1141とインペラ1120との間に介在され、前記インペラカバー1141に対して加圧空間1142a側に弾性復元力を加える。したがって、下側に移動したインペラカバー1141を上側に復帰させうる。図1には、前記弾性部材1144がコイル状のバネであると示されているが、これは、本発明の一実施形態に過ぎず、前記弾性部材1144の素材及び形態は多様である。
前記シリンダー部1200は、前記冷却水流量制御手段1140の上側に形成され、前記冷却水流量制御手段1140に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間1200aが内部に形成される。前記シリンダー部1200は、後述する駆動部1400と本体部1100とを連結する媒介体であって、前記駆動部1400によって本体部1100から吐き出される冷却水の流量が調節されるようにする。
前記ピストン1300は、前記油圧空間1200aの内部に位置し、前記油圧空間1200aの内部に存在する冷却水に圧力を加える。より詳細には、回転運動を直線運動に変換するように作動する駆動部1400によって、前記油圧空間1200aの内部に収容された冷却水に選択的に圧力を加えることにより、前記本体部1100から吐き出される冷却水の量を調節する。
前記駆動部1400は、前記シリンダー部1200の側面に結合し、前記ピストン1300を前記油圧空間1200aの内部で前進(前記本体部1100側の方向に移動)あるいは後進(前記本体部1100から遠ざかる方向に移動)させるように作動する。
より詳細には、前記駆動部1400は、リニアシャフト1410、回転子1420、固定子1430及びモータケーシング1440を含みうる。
前記リニアシャフト1410は、前記ピストン1300と結合し、前記ピストン1300を前記油圧空間1200a内で移動させる。前記回転子1420は、前記リニアシャフト1410の外面に形成されたネジ山(図示せず)に結合し、回転によって前記リニアシャフト1410を前後に移動させる。
これは、固定されたナットにボルトを締結して回転する場合、ボルトが前進または後進するような原理であって、回転子1420が正位置に固定されて回転する場合、前記回転子1420に形成されたネジ山(図示せず)と前記リニアシャフト1410に形成されたネジ山とが互いに噛み合いながら、前記リニアシャフト1410が前進あるいは後進する。これにより、リニアシャフト1410と共にピストン1300が前記油圧空間1200a内で前後に移動する。
前記固定子1430は、前記回転子1420を取り囲むように配され、前記回転子1420を回転させる。ここで、前記固定子1430は、永久磁石であり、前記回転子1420は、コイルが巻き取られたスロットからなることもある。または、前記固定子1430がコイルが巻き取られたスロットからなり、前記回転子1420は、永久磁石からなることも可能である。
前者の場合、回転子1420に電流が印加されれば、回転子1420は磁性を表わし、永久磁石である固定子1430との磁気作用を通じて回転子1420は回転する。後者の場合、固定子1430に電流が印加されれば、固定子1430は磁性を表わし、永久磁石である回転子1420との磁気作用を通じて回転子1420を回転させる。但し、これは、本発明の一実施形態に過ぎず、前記回転子1420と固定子1430との種類及び構造は、多様に実施される。
前記モータケーシング1440は、前記リニアシャフト1410、回転子1420及び固定子1430を内部に収容する。前記モータケーシング1440は、モータの駆動に必要なブラシ(図示せず)や整流器(図示せず)なども内部に収容することができるが、これに限定されるものではない。
前記ロック防止部材1500は、弾性素材からなるものであって、前記ピストン1300の前面(前記本体部1100側の対向面)または裏面(前記駆動部1400側の対向面)と対向する前記シリンダー部1200の内側面に位置して、前記ロック防止部材1500と接触する前記ピストン1300に弾性反発力を加える。
より詳細には、前記ピストン1300の前面あるいは裏面が前記ロック防止部材1500と接触された状態で前記回転子1420が回転し続けて、前記ロック防止部材1500を圧縮させる場合、前記ロック防止部材1500は、これに対応する弾性反発力を前記ピストン1300に加える。
もし、本発明の一実施形態によるウォーターポンプ1000に前記のようなロック防止部材1500が備えられていない場合、ピストン1300がシリンダー部1200の内壁に接触して、ピストン1300がこれ以上移動することができない状況でも、回転子1420が回転し続けて、リニアシャフト1410がこれ以上回転することができない限界点まで戻る。
この場合、回転子1420を逆方向に回転させて、ピストン1300を逆方向に動かそうとする時、リニアシャフト1410にロック(Lock)が発生して、ピストン1300が動けないという問題点が発生する。
しかし、前記のようなロック防止部材1500をシリンダー部1200の内部に備える場合、前記回転子1420を逆方向に回転させる時、ロック防止部材1500からピストン1300に加えられる弾性反発力によって、小さなサイズのトルク(Torque)でもピストン1300を逆方向に容易に動かせうる。
したがって、本発明の一実施形態によるウォーターポンプ1000にロック防止部材1500を備えることにより、回転子1420とリニアシャフト1410との間にロックが発生して、ピストン1300が動けなくなる状況を根本的に防止することができる。
一方、前記本体部1100は、一端が前記シリンダー部1200と連結され、他端が前記インペラカバー1141に形成された冷却水流動ホール1141aと対向するように、前記ハウジング1110の内部に収容されるチェック弁1150をさらに含みうる。前記チェック弁1150は、前記ピストン1300が前記本体部1100側の方向に移動時に閉鎖され、前記シリンダー部1200から本体部1100への冷却水の流入を防止する。
より詳細には、図2を参照すれば、前記チェック弁1150は、弁シリンダー1151、係止段1152及びシーリングボール1153を含みうる。
前記弁シリンダー1151は、中空の円柱状であって、前記本体部1100とシリンダー部1200とを連通させる流路1151aが内部に形成される。前記流路1151aを通じて冷却水が流動することができる。
前記係止段1152は、前記弁シリンダー1151の内側面で内側に向けて突設される。突出した形状は多様であり、図2に示した形状に限定されるものではない。
前記シーリングボール1153は、前記流路1151aに位置し、前記シリンダー部1200から本体部1100に流動する冷却水によって係止段1152に引っ掛かることにより、前記流路1151aを閉鎖して、前記流路1151aを介した冷却水の流れを防止することができる。前記シーリングボール1153は、球状であることが望ましいが、これに限定されるものではない。
以下、本発明の一実施形態によってウォーターポンプ1000から吐き出される冷却水の流量が制御される過程を詳しく説明する。
エンジンの動作が開始されれば、エンジンの回転力を伝達されてインペラ1120が動作し、これにより、所定量の冷却水がウォーターポンプ1000の本体部1100の内側に流入される。エンジンの動作初期時には、エンジンの早いウォームアップ(Warm−up)のために、エンジンへの冷却水の供給が停止されることが望ましい。
図1を参照すれば、エンジンの温度を測定した温度センサー(図示せず)は、所定の信号を出力してモータ制御手段(図示せず)に当該信号を伝達する。以後、モータ制御手段は、当該信号に基づいて駆動部1400に電流を印加すれば、回転子1420が回転を通じてピストン1300を加圧空間1142a側に移動させる。
ピストン1300の移動によって、油圧空間1200aの内部の冷却水の一部がチェック弁1150の内部に流入される。この場合、図2に示したように、油圧空間1200aの内部の冷却水が加える圧力によって、シーリングボール1153は係止段1152に引っ掛かる。したがって、シーリングボール1153が流路1151aを閉鎖して、流路1151aを通じる冷却水の移動がなされないようにする。
残りの冷却水は、加圧空間1142aに流入されるか、既に加圧空間1142aに存在する冷却水に圧力を加える。この場合、加圧空間1142aの内部の冷却水は、加圧部材1143を通じてインペラカバー1141に圧力を加え、インペラカバー1141は、下側に移動して吐出口1110bを閉鎖する。
ここで、温度センサーが測定するエンジンの温度によって、モータ制御手段は、インペラカバー1141が吐出口1110bを閉鎖する程度を調節することができる。すなわち、エンジンの温度が高い場合であれば、モータ制御手段は、ピストン1300を少しだけ動くか、最初から動かず、この場合、冷却水に加えられる圧力は大きくなくて、インペラカバー1141が下側に少しだけ移動する。したがって、インペラカバー1141は、吐出口1110bの極めて一部のみを閉鎖するか、吐出口1110bを全く閉鎖しなくなり、ウォーターポンプ1000から吐き出される冷却水の量は極大化されて、エンジンを円滑に冷却させうる。
逆に、エンジンの温度が高くないか、初期エンジンを始動する場合であれば、モータ制御手段は、ピストン1300を多く動くようになり、この場合、冷却水に加えられる圧力は大きくなって、インペラカバー1141は下側に多く移動する。したがって、インペラカバー1141は、吐出口1110bのほとんどあるいは全部を閉鎖して、ウォーターポンプ1000から冷却水が吐き出されないようにする。
以後、エンジンの継続的な動作によってエンジンが一定レベルにウォームアップになれば、閉鎖された吐出口1110bを再び開放させる必要がある。
図3を参照すれば、温度センサーから信号を伝達されたモータ制御手段は、駆動部1400を制御してピストン1300を本体部1100から遠ざかる方向に移動させる。この場合、油圧空間1200aの空間が広くなって、加圧空間1142aの内部の冷却水の一部は、油圧空間1200a側に流入し、したがって、加圧空間1142aの内部の冷却水によってインペラカバー1141に加えられる圧力は減る。
これにより、弾性部材1144がインペラカバー1141の下部に加える弾性復元力が、加圧空間1142aの内部の冷却水によってインペラカバー1141の上部に加えられる力よりも大きくなり、インペラカバー1141が上側に移動することによって、吐出口1110bが開放される。
一方、油圧空間1200aは、冷却水で満たされているが、構成要素間の隙間を通じて冷却水が漏水するなどの理由によって、油圧空間1200aの冷却水が不足になる。この際、チェック弁1150が開放されて、冷却水が油圧空間1200aの内部に供給される。
図4を参照すれば、冷却水流動ホール1141aを通じて流れた冷却水がシーリングボール1153の下部に圧力を加えることによって、シーリングボール1153は、係止段1152から離隔し、これにより、流路1151aが開放される。したがって、シーリングボール1153の下部を通じて流路1151aに流入された冷却水は、油圧空間1200aに補充される。
Claims (8)
- 冷却水が流入及び吐き出される流入口及び吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に収容され、回転によって冷却水を流入及び吐き出させるインペラと、前記インペラに結合し、外部駆動力を伝達されて、前記インペラを回転させる回転軸と、前記インペラの上側に配され、前記吐出口を選択的に開閉するように作動する冷却水流量制御手段と、を含む本体部と、
前記冷却水流量制御手段の上側に形成されて、前記冷却水流量制御手段に圧力を加える冷却水を収容する油圧空間が内部に形成されたシリンダー部と、
前記油圧空間の内部に位置し、前記油圧空間の内部に存在する冷却水に圧力を加えるピストンと、
前記シリンダー部の側面に結合し、前記ピストンを進退させる駆動部と、
前記ピストンの前面または裏面と対向する前記シリンダー部の内側面に位置し、弾性素材からなるロック防止部材と、
を含むウォーターポンプ。 - 前記駆動部は、
前記ピストンと結合し、前記ピストンを前記油圧空間内で移動させるリニアシャフトと、
前記リニアシャフトの外面に形成されたネジ山に結合し、回転によって前記リニアシャフトを前後に移動させる回転子と、
前記回転子を取り囲むように配され、前記回転子を回転させる固定子と、
前記リニアシャフト、回転子及び固定子を内部に収容するモータケーシングと、を含む請求項1に記載のウォーターポンプ。 - 前記固定子は、永久磁石であり、
前記回転子は、コイルが巻き取られたスロットからなって、前記固定子との磁気作用によって回転する請求項2に記載のウォーターポンプ。 - 前記固定子は、コイルが巻き取られたスロットからなり、
前記回転子は、永久磁石からなって、前記固定子との磁気作用によって回転する請求項2に記載のウォーターポンプ。 - 前記冷却水流量制御手段は、
前記インペラの上側に配され、前記インペラと対向する端部が開放されたシリンダー状に形成され、側面が前記吐出口を選択的に開閉するように作動するインペラカバーと、
前記インペラカバーの上部に配され、前記油圧空間と連通する加圧空間が内部に形成され、前記加圧空間に流入された冷却水を通じて前記インペラカバーに圧力を加えるチャンバカバーと、
前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の加圧空間に介在されて、前記インペラカバーとチャンバカバーとの間の隙間をシーリングし、前記加圧空間に流入された冷却水によって加えられる圧力を前記インペラカバーに伝達する加圧部材と、を含む請求項1から請求項4のうち何れか一項に記載のウォーターポンプ。 - 前記冷却水流量制御手段は、
前記インペラカバーとインペラとの間に介在され、前記インペラカバーに対して加圧空間側に弾性復元力を加える弾性部材をさらに含む請求項5に記載のウォーターポンプ。 - 前記本体部は、
一端が前記シリンダー部と連結され、他端が前記インペラカバーに形成された冷却水流動ホールと対向するように、前記ハウジングの内部に収容され、前記ピストンが前記本体部側の方向に移動時に閉鎖されて、前記シリンダー部から本体部への冷却水の流入を防止するチェック弁をさらに含む請求項5に記載のウォーターポンプ。 - 前記チェック弁は、
前記本体部とシリンダー部とを連通させる流路が内部に形成された弁シリンダーと、
前記弁シリンダーの内側面で突設された係止段と、
前記流路に位置し、前記シリンダー部から本体部に流動する冷却水によって係止段に係止されて、前記流路を閉鎖するシーリングボールと、を含む請求項7に記載のウォーターポンプ。
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