KR0138923B1 - 내연기관의 무단계작동 오토팬클러치(auto fan clutch) - Google Patents

Abstract

[발명이 해결코저 하는 과제〕

종래의 내연기관용 오토캔클러치는 작동과 부작동에 있어서 제4도와 같이 급격한 변화를 가져 옴으로서 엔진에 여러가지의 바람직하기 못한 폐단을 초래하여 크게 경제적이지 못하고 불편한 단점이 있었다.

〔과제의 해결방법〕

고안의 구성에서와 같이 꺽인 곡부(3)를 가진 밸브(1), 오일토출공(5)을 가진 판체로 된 금속링(4)을 사용하여 해결하였으며 원판(20)의 오일통과공(21)은 부수적인 해결수단으로 제공하였음.

Description

내연기관의 무단계작동 오토팬클러치(Auto Fan Clutch)

제1도는 본 발명의 사용상태를 나타내는 분해사시도.

제2도는 본 발명의 사용상태를 나타내는 단면도.

제3도는 본 발명의 사용상태를 나타내는 참고도.

제4도는 종래의 오토팬클러치의 성능을 나타낸 그래프.

제5도는 본 발명의 오토팬클러치의 성능을 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 밸브2 : 평면부

3 : 꺽인 곡부4 : 판체로 된 금속링

5 : 오일토출공10 : 카바

11, 12 : 오일출입공20, 30 : 원판

21, 31 : 오일통과공40 : 풀리축(Pully Shaft)

50 : 로터(Rotor)60 : 케이싱

70 : 베어링80 : 바이패스(Bi-pass)스토퍼

90 : 바이메탈100 : 팬

본 발명은 내연기관의 오토팬클러치에 관한 것으로서 팬의 작동과 부작동의 액션이 아주 스무드하게 이루어질 수 있도록 함이 특징이며 이는 본 발명의 안출목직이기도 하다.

회전이 가능하고 공극이 미세한 두 부재사이에 점성이 있는 유체를 주입, 유체의 전단응력을 이용하여 두 부재를 회전시키는 클러치를 오토팬 클러치로 통칭하는데 주로 내연기관의 냉각용 팬 구동용으로 사용된다.

내연기관의 냉각용 팬을 구동시키기 위한 상기 오토팬클러치는 이미 공지되어 있는데 입력부재와 출력부재 사이에 미세한 공극이 있고 그 공극 사이에 점성을 가지는 유체를 주입, 유체를 동력전달의 매개로 하여 풀리축(40)이 회전하면 케이싱(60)과 카바(10)가 회전하고 이에 부착되어 있는 팬(100)이 회전하도록 되어 있는데 입력부재와 출력부재의 마찰력 증가를 위해 상기 공극사이에 유량의 공급을 변화시키는 방법이다.

이를 상세히 설명한다.

엔진이 작동하여 엔진에 열이 발생하면 냉각수가 순환하게 되며 엔진의 열을 탈취하여 순환하는 이 냉각수를 냉각시키기 위해 설치된 라이데타는 당연히 열이 발생하게 된다.

라이에타의 열이 냉각팬에 형성된 바이메탈을 구동시키면 냉각팬은 회전하여 엔진을 냉각시키게 되는데(이에 대한 상세한 설명은 아래에서 서술함) 제4도의 상태와 같이 엔진열이 섭씨 65정도에 도달하면서 부터 팬은 서서히 회전을 시작하게 되고 섭씨 70도를 경과하면서 섭씨 80도 정도에 이르면 최대의 회전을 하게 된다.

제4도에 예시된 그래프는 현존하는 하나의 내연기관을 샘플로 하여 실헙하고 그 결과를 표현한 것인데 내연기관의 종류에 따라 상기의 온도는 다소 차이가 있을 수 있다.

그러나 본 발명에서 제공하는 기술은 내연기관의 종류에 구애받음이 없이 적용된다.

정지되어 있던 냉각된 엔진이 처음 회전될때 즉, 냉각팬의 초기회전에서는 로터(50)와 케이싱(60), 카바(10)가 이루는 공극사이에 고여 있던 소량의 오일을 마찰매개로 하여 서서히 회전을 하는데 오일의 량이 적기 때문에 마찰력이 크게 발생되지 않아 고속으로의 회전은 불가능하다.

이후 카바(10)와 케이싱(60)이 탄력을 받아 회전이 가속되면 카바(10)의 내측에 고여 있는 오일은 위 카바외 케이싱의 원주방향으로 쏠리면서 펌핑력을 받게 되는데 이 펌핑력은 입출력부재의 회전수차이에 의해 발생되는데 오일을 매체로 하여 마찰회전하는 입출력부재에 있어서 각각의 회전수에 차이가 있음은 당연한 것이다.

이 펌핑력은 입출력부재의 회전수가 동일한 회전수에 가까워질수록 약해진다.

이와 동시에 바이메탈(90)은 라이에타로 부터 방열되는 열을 감지, 작동하기 시작하여 바이메탈(90)과 결합되어 있는 밸브(1)를 제3도의 상태에서 시계방향으로 서서히 이동을 시켜 원판(20)의 오일통과공(21)을 점진적으로 개방시키게 된다.

물론, 바이메탈(90)이 작동하기 전에는 밸브(1)가 움직이지 않고 밸브(1)의 평면부(2)는 원판(20)의 오일통과공(21)을 완전히 막고 있다.

따라서 펌핑력을 받는 오일은 오일통과공(21)을 통해 상기 공극으로 진입할 수 가 없는 것이다.

위 오일통과공(21)이 개방되기 시작하여 오일이 상기 공극으로 진입하게 되면 공극내의 오일의 량이 증가하므로 마찰력은 상승하게 되고 따라서 케이싱(60)과 카바(10)는 회전속도가 가중되어 더 고속으로 회전을 하게 된다.

엔진은 시동후 시간이 경과할 수록 열이 상승하게 되므로 바이메탈(90)은 밸브(1)를 더욱 시계방향으로 제껴서 결국 오일통과공(21)이 완전히 개방되게 하여 상기 공극에는 오일의 진입량이 최댁 되도록 함으로서 팬의 회전속도는 최고치에 도달하게 되는 것이다.

따라서 고온의 열이 발생되고 있는 엔진을 최대로 냉각시켜 주게 된다.

여기서 하나의 문제점이 발생되는데 제4도에서 알 수 있듯이 종래의 장치는 섭씨 70도에서 78도 정도의 적은 온도구간에서 급속히 팬의 속도가 증가되기 때문에 엔진열을 급격하게 냉각시킴으로서 엔진의 효율을 저하시키고 엔진에 무리를 주게 되는 단점이 있는데 팬의 회전속도는 엔진의 열이 상승함과 비례하여 비례상승하는 것이 가장 바람직하기 때문이다.

그러나 종래의 장치로서는 이 단점을 해결할 방법이 없다.

종래의 장치는, 밸브(1)가 이동하면서 원판(20)의 오일통과공(21)을 개방시키고 이를 통해 오일은 전기(前記) 공극으로 약간씩 진입하게 되는데 로터(50)의 회전에 의해 공극사이에 있던 오일은 오일출입공(12)(11)을 통해 카바(10)내의 공간부로 순환하게 된다.

즉, 오일통과공(21)을 통해 공급되는 오일은 위 공극사이에서 마찰력을 행사하지만 오일출입공(12)(11)을 통해 배출이 되므로 초기에는 강한 마찰력을 부여하지 못하고 있다가 엔진의 온도가 더 높아져서 밸브(1)가 오일통과공(21)을 완전히 개방하여 일시에 많은 량의 오일이 공극에 공급되기 시작할 때 부터 마찰력이 급속히 상승하여 갑자기 팬의 회전속도가 높아지는 것이다.

그러므로 제4도에 나타난 상승곡선은 바람직하지 못하다.

다음, 엔진의 온도가 저하되어 더 이상의 냉각을 가할 필요가 없을 때(바이메탈에 가해지는 체감온도가 대략 섭씨 75도 이하일 때)에는 팬이 신속히 정지하여 엔진의 열을 손실시키지 않도록 해야 하는데 제4도의 그래프를 살펴보면 엔진의 열이 섭시 62.5도 정도에 이를때 까지도 팬의 회전속도는 거의 최고치를 나타내고 있다가 그 이후 급속히 회전속도가 저하되어 섭씨 58도 정도에서 정지한다는 것을 알 수가 있다.

이는 엔진에 더 이상의 냉각을 가하지 않아도 되는 시점에서 부터 팬의 회전속도가 정상적으로 서서히 저하되는 것이 아니고 엔진을 필요이상으로 과다히 냉각시키고 있다가 한 순간에 회전이 격감하는 것이다.

따라서 엔진의 무리한 냉각으로 인해 효율이 저하됨은 물론 엔진에 무리를 주게 되어 성능의 이상을 초래하며 엔진의 수명을 단축시키는 원인이 되는 것이다.

엔진에 무리가 발생하여 출력이 갑자기 저하되면 운전자는 당황하게 되어 급속하고 경속한 조작을 할 가능성이 높아 사고발생의 우려가 있으며 필요이상으로 엔진에 과부하를 가할 가능성이 높고 갑작스런 엔진의 변화 때문에 급제동을 하거나 엔진의 시동을 정지시키는 경우의 발생우려도 높아 역시 합리적이지 못한 문제가 았다.

종래의 장치에 있어서 팬의 회전속도가 정상적으로 서서히 감소되지 않는 이유는 다음과 같다.

전기한 공극사이에 있던 오일은 입력부재와 출력부재 사이에서 강한 마찰력을 유지한 채 머물고 있다가 팬의 회전을 정상적으로 감소시키고저 할 경우에는 비교적 신속히 공극사이에서 탈출하여 카바(10)내의 공간부로 되돌아 와야만 하는데 카바내의 공간부와 공극, 오일출입공(12)(11)이 관통되어 있는 상태이기 때문에 오일에 가해져 있는 강한 원심력이 파손되지 않아 오일을 카바 내의 공간부로 신속히 되돌려 보낼 수 있는 방법이 없다.

즉, 엔진의 열이 섭씨 62.5도 정도에 이르러 바이메탈이 원위치하여 밸브가 오일통과공(21)을 완전히 막아주지 않는 상태까지는 펌핑력의 균형을 파괴하는 원인이 없으므로 팬은 최고속도를 유지한 채 회전할 수 밖에 없는 것이다.

이때의 입출력부재의 회전속도는 거의 동일하다.

다음, 밸브가 오일통과공(21)을 완전히 차단시키면 펌핑력의 균형이 파괴되므로 공극사이에 있던 오일은 신속히 카바내부의 공간부로 귀환하게 되어 마찰력을 급격히 감소시킴으로서 팬의 회전 또한 급격히 감소되기 때문에 제4도의 상태와 같이 급격한 하강곡선을 이루게 되는 것이다.

그러므로 상술한 바오 같은 바람직하지 못한 결과가 초래된다.

본 발명은 이러한 종래장치의 단점을 해결키 위해 안출된 것으로서 그 구성을 첨부한 도면에 의해 설명한다.

전술한 바와 같은 종래의 오토팬클러치에 있어서, 카바(10)의 오일통과 공(11)의 단부가 노출되는 단의 원주면에 끼이도록 판체로 된 금속링(4)을 끼우는데 이것에는타입의 오일토출공(5)을 형성하여 오일토출공(5)이 오일통과공(11)의 정면에 위치토록 한 후, 양단에 꺽인 곡부(3)가 대칭형성되고 평면부(2)가 대칭으로 형성된 밸브(1)를 판체로 된 금속링 (4)의 내부에 위치시키되 꺽인 곡부(3)가 아래로 향하도록 하면서 꺽인 곡부(3)의 외부면이 판체로 된 금속링(4)의 내면에 접촉되도록 하고, 그 위로는타입의 오일통과공(21)이 대칭으로 형성된 원판(20)을 위치시키는데 밸브(1)의 평면부(2)가 오일통과공(21)을 밀폐시키도록 하며, 오일통과공(21)과 오일출입공(11)의 위치는 밸브(1)가 작동하였을 때 오일통과공(21)이 오일출입공(11)의 위치는 밸브(1)가 작동하였을 때 오일통과공(21)이 개방되면 오일출입공(11)은 밀폐되도록 거리를 가지는 위치로 하고, 밸브(1)의 중심에는 기존의 바이메탈(90)를 설치하여서; 장치가 작동할 때 밸브(1)의 평면부(2)가 오일통과공(21)을 개방시키면 꺽인 곡부(3)는 오일출입공(11)을 밀폐시킬 수 있도록 하여 팬의 회전속도가 무리 없이 증가하고 무리없이 감소할 수 있도록 함을 특징으로 하는 본 발명의 작용과 효과를 설명한다.

종래의 장치는 제 2도를 기준하여 볼 때 판체로 된 금속링(4)이 구성되어 있지 않고 또한 밸브(1)에는 꺽인 곡부(3)가 없이 평면부(2)만 형성이 되어 있다.

따라서 밸브(1)는 오일출입공(11)으로 출입되는 오일량을 조절하거나 통제할 수 있는 기능은 없으며 단지 오일통과공(21)으로 통과되는 오일량을 조절하거나 통제하는 기능밖에는 없다.

이어 본 발명이 구성된 오토팬클러치의 작동을 설명한다.

본 발명의 오토팬클러치 역시 제5도의 상태와 같이 엔진온도가 섭씨 58도 정도에서 부터 작동을 하기 시작하는데 바이메탈(90)의 운동에 의해 제3도와 같이 밸브(1)가 시계방향으로 서서히 이동을 하게 된다.

이때 부터 카바(10) 내부의 오일은 오일통과공(21)을 통해 전기한 공극 사이로 진입을 하게 되고 입출력부재 사이에는 마찰력이 증가되기 시작한다.

여기서 본 발명의 요부기술이 표출되는데 이를 상세히 설명한다.

밸브(12)가 이동하여 평면부(2)가 오일통과공(21)을 개방시키기 시작하면 그와 동시에 꺽인 곡부(3)는, 판체로 된 금속링(4)에 형성이 되어 있는 오일토출공(5)의 수평부분 홈의 좌측부터 서서히 밀폐시켜 나가기 시작한다.

물론 평면부(2)가 오일통과공(21)을 완전히 개방시키면 꺽인 곡부(3)는 오일통출공(5)을 완전히 밀폐시키게 된다.

본 발명의 장치는 팬의 회전속도가 제5도와 같이 엔진의 온도상승에 조화롭게 비례하여 상승하게 되는데 그 이유는 다음과 같다.

오일이 오일통과공(21)을 통과하여 입출력 부재의 공극사이에 진입한 후 마찰력을 행사하면서 이는 로터(50)의 회전력에 의해 오일출입공(12)(11)을 거쳐서 귀환하고 다시 순화하는 것은 당연하다.

그런데 밸브(1)의 꺽인 곡부(3)가 오일통과공(21)의 개방속도에 비례하는 속도로 오일토출공(5)을 막아주면서 운동을 하기 때문에 결국 오일출입공(11)을 거쳐서 카바내부의 공간부로 귀환하려는 오일의 량을 통제하는 것이다.

따라서 입출력 부재사이의 공극과 오일출입공(12)(11) 사이에 머물고 있으면서 귀환하려는 오일의 귀환력을 막아주기 때문에 오일은 탄력있게 (귀환을 방해하는 압력이 가하여지므로)머물면서 마찰력을 저하시키지 않고 지속적으로 상승을 시켜 주는 것이다.

밸브(1)가 더욱 이동을 하여 오일통과공(21)을 완전히 개방시키면 오일의 공급량은 최대가 되고 귀환오일 구멍은 완전히 막힘으로 오일의 마찰력이 최상이 되면서 팬의 회전속도는 최고치에 달하게 된다.

다시 말해서, 본 발명의 밸브(1)는 오일통과공(21)으로 오일을 공급하여 줌과 동시에 귀환하는 오일량을 서서히 그리고 지속적으로 통제시켜 주기 때문에 입출력 부재사이의 공극과 오일출입공(12)(11)의 내부에는 항시 정압(플러스 압력)이 작용하게 된다.

그러므로 유선의 단속현상이 발생치 않으므로 마찰력은 서서히 증가하게 되고 이에 따라 팬의 회전속도도 서서히 증가함으로서 결국 제5도의 그래프와 같은 결과치를 얻을 수 있는 것이다.

이느 엔진의 효율을 저하시키지 않음은 물론 엔진에 과부하가 결리거나 무리가 가해지는 현상을 완전히 없애 줄 수 있는 획기적인 효과를 잉태하는 것으로 향후 내연기관 전체의 성능이나 내구성에 크게 기여할 수 있을 것이다.

다음, 엔진이 냉각되면서 더 이상의 냉각을 필요치 않을 경우에 있어서의 본 발명의 작용을 설명한다.

엔진이 냉각되어 더 이상의 냉각을 필요로 하지 않는 온도점인 약 섭씨 78-80도에 이르면 바이메탈이 작동하여 밸브(1)를 원위치시키고저 한다.

밸브(1)가 작동하여 제3도의 상태에서 반시계방향으로 이동을 하게 되면 밸브(1)의 꺽인 곡부(3)는 오일토출공(5)의 세로구멍 부분부터 개방을 시키게 되는데 개방이 됨과 동시에 상기 공극과 오일출입공(12)(11) 내부에 정압의 상태로 있던 오일은 신속하게 토출되어 귀환하게 되는 것이다.

이는 상술한 바와 같이 밸브(1)의 꺽인 곡부(3)가 오일토출공(5)을 완전히 밀폐시킴에 따라 그 내부에는 정압이 작용하고 있었기 때문이다.

그러므로 정압이 해지됨과 동시에 오일은 부압(마이너스 압력)상태에 있던 카바내부의 공간부로 신속히 귀환하게 되는데 오일토출공(5)은 일시에 개방되지 않고 바이메탈과 밸브에 의해 서서히 개방이 되므로 정압상태는 서서히 파괴되면서 결국 부합상태와 균형을 이루게 된다.

따라서 공극사이의 마찰력은 강제로 서서히 감소하게 되기 때문에 제4도의 상태와 같이 이상적인 그래프를 창출할 수가 있는 것이다.

그러므로 엔진의 냉각속도와 잘 조화를 이룬 채 팬의 회전속도도 가장 이상적으로 감소되어 전술한 바와 같은 종래장치의 문제점과 단점을 완전히 해소할 수 가 는 것이다.

원판(20)에 형성되어 있는 오일통과공(21)은 그 형상이와 같이 되고 이 신규의 형상을 본 발명에서는 제공하게 되는데 제3도를 기준으로 하여 볼 때 우측으로 갈 수로 서서히 높이가 커지는 형상을 채택하였다.

종래장치의 오일통과공은 주로나,등과 같은 형상을 가지고 있어 오일의 주입량이 서서히 증가할 수 없는 것이어서 바람직하지 못하였고 본 발명에 종래의 오일통과공의 형상을 적용하여 본 발명에서 제공한 오일통과공(21)의 형상보다는 효과가 미미하였다.

따라서 원판(20)에 있어서의 오일통과공(21)의 형상은 일측으로 서서히 그 높이가 증가하는 타입이 가장 바람직하다는 결과를 얻을 수 있었다.

그 이유는, 온도상승에 따른 유체의 점도저하와 단면적의 변화량에 의해 수반되는 유량변화계수를 이상적으로 보충시켜 줄 수 있기 때문이다.

오일토출공(5)의 전체길이는 오일출입공(11)의 직경보다 약간 작게 하는 것이 바람직한데 오일출입공(11)의 단부를 넓히고 그에 비례하도록 오일토출공(5)의 길이를 늘릴 수도 있다.

이는 설계변경의 사항에 해당이 되는데 내연기관의 특징이나 성능에 따라 오일토출공(5)의단면적은 변화시킬 수 있는 것이다.

단, 중요한 것은 오일토출공(5)의 형상은 수평부분으로 전체길이의 60% 정도를 넘는 길이의 홈을 가져야 하고 수직의 홈의 높이는 수평홈폭의 5-15배의 높이를 가지도록 하며 수직홈의 폭은 위 수평홈의 폭보다 최소 5배이상이 되어야 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 작용과 효과 이외에도 더욱 경제적으로 내연기관을 운전할 수 있고 기관의 수명을 연장시킬 수 있으며 기관의 순간 이상현상이 발생되지 않아 이로운 등의 장점이 있으며 산업전반의 분야에 걸쳐 폭 넓게 적용될 수 있는 유용한 것이다.

Claims (1)

1. 전술한 바와 같은 종래의 오토팬클러치에 있어서, 카바(10)의 오일통과 공(11)의 단부가 노출되는 단의 원주면에 끼이도록 판체로 된 금속링(4)을 끼우는데 이것에는타입의 오일토출공(5)을 형성하여 오일토출공(5)이 오일통과공(11)의 정면에 위치토록 한 후, 양단에 꺽인 곡부(3)가 대칭형성되고 평면부(2)가 대칭으로 형성된 밸브(1)를 판체로 된 금속링 (4)의 내부에 위치시키되 꺽인 곡부(3)가 아래로 향하도록 하면서 꺽인 곡부(3)의 외부면이 판체로 된 금속링(4)의 내면에 접촉되도록 하고, 그 위로는타입의 오일통과공(21)이 대칭으로 형성된 원판(20)을 위치시키는데 밸브(1)의 평면부(2)가 오일통과공(21)을 밀폐시키도록 하며, 오일통과공(21)과 오일출입공(11)의 위치는 밸브(1)가 작동하였을 때 오일통과공(21)이 개방되면 오일출입공(11)은 밀폐되도록 거리를 가지는 위치로 하고, 밸브(1)의 중심에는 기존의 바이메탈(90)를 설치하여서; 장치가 작동할 때 밸브(1)의 평면부(2)가 오일통과공(21)을 개방시키면 꺽인 곡부(3)는 오일출입공(11)을 밀폐시킬 수 있도록 하여 팬의 회전속도가 무리 없이 증가하고 무리없이 감소할 수 있도록 함을 특징으로 하는 내연기관의 오토팬클러치.