KR0181015B1 - 차량의 가변유량식 냉각수 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 냉각을 위하여 냉각수를 공급하는 차량의 가변유량식 냉각수펌프에 관한 것이다.

즉, 냉각수의 유입 및 토출시 일시 저장하는 하우징(10)과, 축방향으로 중심부에 일측이 개방되게 오일챔버(21)를 형성하며 내주면 끝단부에 로드기어(22)를 형성하여 하우징(10)에 일체로 조립되게 굴대설치되어 베어링(90)에 의하여 원활하게 회전하는 로드(20)와, 로드(20)의 끝단에 일체로 조립되어 엔진의 구동력을 전달받는 풀리(30)와, 로드(20)의 오일챔버(21)에 일체로 조립되어 축방향으로 전,후 이동가능하게 로드기어(22)에 맞물리는 스플라인기어(41)를 형성하며 스플라인기어(41)와 설정된 간격을 두고 리테이너(42)를 돌출한 피스톤 축(40)과, 피스톤 축(40)의 끝단에 일체로 조립되게 하우징(10)내에 내장되어 펌핑력을 발생시키는 임펠러(50)와, 로드기어(22)와 리테이너(42)사이에 탄력있게 설치되어 엔진시동시 임펠러(50)를 후퇴시켜 냉각수의 토출유량을 감소시키는 탄력부재(60)와, 로드(20)의 오일챔버(21)와 연결되어 시동초기시 임펠러(50)가 후퇴하기 용이하도록 오일을 회수하고 고부하시 임펠러(50)가 전진하여 냉각수의 토출유량을 증대시키도록 오일이 공급되게 제어부의 신호를 받아 유로를 변환시키는 삼방향 솔레노이드밸브(70)와, 하우징(10)과 로드(20)사이로 냉각수의 누수를 방지하기 위하여 설치되는 시일(80)로 구성하여, 냉각수펌프의 임펠러를 엔진의 온도에 따라 축방향으로 가변시켜 냉각수의 토출면적을 조절하므로서, 엔진시동시 냉각수의 유량을 감소시켜 신속한 웜업으로 배기가스를 감소하여 대기오염을 줄일 수가 있으며, 고부하시 냉각수의 유량을 증대시켜 냉각성능을 향상시키므로서 내구성 및 윤활성능의 향상으로 연비향상 및 오일소모를 감소시킬 수가 있는 효과가 있다.

Description

차량의 가변유량식 냉각수펌프

도 1 은 본 발명의 전체 구성도

도 2 는 본 발명의 요부를 발췌한 확대도

도 3 은 종래 냉각수펌프의 구조도

※ 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 하우징 10a : 하우징 수평부

20 : 로드 21 : 오일챔버

22 : 로드기어 30 : 풀리

40 : 피스톤 축 41 : 스플라인기어

42 : 리테이너 50 : 임펠러

60 : 탄력부재 70 : 솔레노이드밸브

80 : 시일부재 90 : 베어링

[발명의상세한설명]

[발명의목적]

차량의 냉각수펌프의 토출유량을 가변화시켜 엔진시동시나 고부하시 최적의 냉각유량을 유지하고자 하는 데 있다.

[발명이속하는기술분야및그분야의종래기술]

본 발명은 엔진의 냉각을 위하여 냉각수를 공급하는 차량용 냉각수펌프에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 온도가 낮으면 불완전연소되어 배기가스에 의한 대기오염 및 엔진성능의 저하 원인이 되며, 과열이 되는 경우 화재의 발생과 엔진성능이 저하되는 문제점이 있으므로 엔진의 온도를 설정된 온도로 유지시켜 주지 않으면 안되기 때문에 엔진의 냉각을 위하여 냉각장치를 설치하였다.

즉, 차량의 냉각장치는 엔진을 구성하는 실린더블럭과 실린더헤드의 주위를 순환하면서 냉각시키는 블럭용 및 헤드용 냉각수챔버와, 공급라인에 연결되어 헤드용 냉각수챔버로 부터 안내되는 냉각수를 외부의 공기와 열교환시켜 냉각시키는 라디에이터와, 배출라인에 설치되어 블럭용 및 헤드용 냉각수챔버로 순환되는 냉각수가 설정된 온도이상으로 상승될 때 냉각수펌프라인으로 냉각수가 순환되도록 개방시키는 써머스탯과, 냉각수펌프라인에 설치되어 냉각수를 강제적으로 순환시키는 냉각수펌프로 구성되어 있다.

이러한 냉각장치는, 난기운전시 엔진에서 발생된 고온을 냉각수펌프에 의하여 순환라인으로 공급된 냉각수가 엔진을 냉각시킨 뒤, 열교환되어 고온이 된 냉각수는 공급라인으로 순환되며, 공급라인으로 순환되는 고온의 냉각수는 개방된 써머스탯을 통과하여 라디에이터에서 열교환되어 냉각된 뒤 배출라인을 통해 냉각수펌프로 순환하게 되므로 냉각된 냉각수는 냉각수펌프에 의하여 다시 엔진의 순환라인으로 공급되도록 하므로서 엔진의 과열을 방지하게 되는 것이다.

그러나 냉기운전, 엔진시동시 엔진의 웜업으로 단시간내에 설정된 온도까지 상승시켜야 배기되는 연소가스중의 유해한 물질인 탄화수소, 질소산화물, 이산화탄소등의 불완전연소가스를 줄일 수가 있으므로 시동초기에는 엔진의 신속한 가열을 위하여 상술한 냉각시스템으로 작동되지 않도록 되어 있다. 즉 시동초기시 냉각수펌프에 의하여 엔진의 순환라인으로 공급되는 냉각수는 써머스탯의 차단으로 라디에이터로 순환되지 못하고 바이패스라인으로 순환되도록 하여 라디에이터에 의한 열교환을 방지하도록 되어 있다.

따라서 시동초기에는 엔진이 설정된 온도까지 신속하게 도달할 수 있도록 엔진의 회전수를 높게 설정하며, 엔진이 점차적으로 설정된 온도로 도달함에 따라 그 회전수를 비례하여 감소시키도록 하므로서 연료의 소모 및 소음을 방지하도록 하였다.

그런데 종래의 냉각수펌프의 구조는 도 3와 같이, 냉각수의 유입 및 토출시 일시 저장하는 하우징(1)과, 하우징(1)에 굴대설치되어 베어링(3)에 의하여 원활하게 회전하는 로드(2)와, 로드(2)의 일단에 일체로 조립되어 엔진의 구동력을 전달받는 풀리(4)와, 로드(2)의 타단에 일체로 조립되게 하우징(1)내에 내장되어 펌핑력을 발생시키는 임펠러(5)와, 하우징(1)과 로드(2)사이로 냉각수의 누수를 방지하기 위하여 설치되는 시일(6)로 구성되어 있다.

이러한 냉각수펌프는 엔진의 구동시 그 회전수를 풀리(4)에 전달하게 되고, 그 회전수는 로드(2)를 통하여 임펠러(5)에 전달하게 되므로 임펠러(5)의 펌핑력이 발생하여 상술한 냉각장치로 냉각수를 순환시키게 된다.

그런데 임펠러(5)는 로드(2)의 축방향으로 이동되지 못하도록 고정되어 있어 단순히 엔진의 회전수에 따라 임펠러(5)의 펌핑력이 비례하여 발생하게 되므로 순환되는 냉각수의 유량이 정해지게 된다.

따라서 엔진시동시 엔진의 신속한 가열을 위하여 상술한 바와같이 냉각수의 순환을 제어하여 냉각수의 방열을 방지하고 있으나, 시동초기시 엔진의 높은 회전수에 의하여 임펠러(5)가 비례하여 펌핑력이 발생하게 되므로 냉각수의 유량이 많아지게 되며, 많은 유량의 냉각수의 순환으로 엔진의 신속한 가열을 지연시키게 되므로 불완전연소에 의한 배기가스의 배출로 대기오염의 원인이 되었고, 이로인한 연료의 소모로 연비의 감소와 오일소모량의 증가요인이 되는 문제점이 있었다.

또한 고부하시 냉각시스템에 의한 냉각수의 순환과 엔진의 회전수에 따른 펌핑력에 의하여 냉각수의 유량이 증가하면서 라디에이터에 의한 열교환으로 엔진의 과열을 방지하고 있으나, 이는 엔진의 회전수에 따라 냉각수의 유량이 정해져 있을 뿐 엔진의 온도에 따라 순환되는 냉각수의 유량을 조절할 수가 없어 엔진의 냉각성능이 저하되었다. 즉, 엔진의 온도가 회전수에 관계없이 높아지게 되는 원인으로써 장시간 계속적인 고속주행시 냉각수가 순환하더라도 라디에이터의 온도상승으로 설정된 온도까지 냉각되지 못하고 엔진으로 공급되거나, 장시간 주행하다가 갑자기 서행하여 엔진의 온도에 관계없이 회전수에 따라 냉각수의 유량이 급격하게 감소하는 경우 엔진의 과열원인이 되는 것이며, 엔진의 과열에도 불구하고 상술한 종래의 냉각수펌프로 냉각수의 유량을 적절하게 공급할 수가 없어 냉각성능이 저하되었고, 이로인해 내구성 및 윤활성능이 저하되어 연비 및 오일소모가 증가되는 문제점이 있었다.

[발명이이루고자하는기술적과제]

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 냉각수펌프의 임펠러를 엔진의 온도에 따라 축방향으로 가변시켜 냉각수의 토출면적을 조절하므로서, 엔진시동시 냉각수의 유량을 감소시켜 신속한 웜업으로 배기가스를 감소하며, 고부하시 냉각수의 유량을 증대시켜 냉각성능을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

냉각수의 유입 및 토출시 일시 저장하는 하우징과, 축방향으로 중심부에 일측이 개방되게 오일챔버를 형성하며 내주면 끝단부에 로드기어를 형성하여 하우징에 일체로 조립되게 굴대설치되어 베어링에 의하여 원활하게 회전하는 로드와, 상기 로드의 끝단에 일체로 조립되어 엔진의 구동력을 전달받는 풀리와, 상기 로드의 오일챔버에 일체로 조립되어 축방향으로 좌,우 이동가능하게 상기 로드기어에 맞물리는 스플라인기어가 형성되어 있으며 또한 스프라인기어와 설정된 간격을 두고 리테이너가 돌출된 피스톤 축과, 상기 피스톤 축의 끝단에 일체로 조립되게 하우징내에 내장되어 펌핑력을 발생시키는 임펠러와, 상기 로드기어와 리테이너사이에 탄력있게 설치되어 엔진시동시 임펠러를 후퇴시켜 냉각수의 토출유량을 감소시키는 탄력부재와, 상기 로드의 오일챔버와 연결되어 시동초기시 임펠러가 후퇴하기 용이하도록 오일을 회수하고 고부하시 임펠러가 전진하여 냉각수의 토출유량을 증대시키도록 오일이 공급되게 제어부의 신호를 받아 유로를 변환시키는 삼방향 솔레노이드밸브와, 상기 하우징과 로드사이로 냉각수의 누수 및 오일의 누유를 방지하기 위하여 설치되는 시일 부재로 차량의 가변유량식 냉각수펌프를 구성한 것이 본 발명의 특징이다.

[발명의구성및작용]

이하 첨부된 실시예 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 차량의 가변유량식 냉각수펌프를 도시한 전체 구성도이며,부호 10은 냉각수의 유입 및 토출시 일시 저장하는 하우징으로서 냉각수펌프라인에 일체로 조립한다.

부호 20은 하우징(10)에 의하여 베어링(90)을 개재하여 회전 가능하게 지지되는 로드(회전축)로서, 축방향으로 중심부에 일측이 개방되게 오일챔버(21)를 형성하여 삼방향 솔레노이드밸브(70)에 의하여 오일을 공급받도록 하며, 내주면 끝단부에는 스플라인 내접 치차인 로드기어(22)를 형성한다.

부호 30은 로드(20)의 끝단에 일체로 조립되어 엔진의 구동력을 전달받도록 벨트에 연결되는 풀리다.

부호 40은 로드(20)의 오일챔버(21)에 일체로 조립되어 하우징(10)내로 돌출되는 피스톤 축(40)으로서, 도 2에서와 같이 로드기어(22)와 맞물려서 함께 회동하는 동시에 축방향으로 좌,우 이동가능하게 대략 중간부에 스플라인기어(41)를 형성하며, 스플라인기어(41)와 설정된 간격을 두고 리테이너(42)를 돌출형성한다. 이때, 피스톤 축(40)의 좌,우 이동시 오일의 누수를 방지하기 위하여 피스톤 축(40)의 끝단에 O링(100)을 설치하여 오일챔버(21)의 내주면을 슬라이딩하도록 한다.

상기 로드기어(22)와 스플라인기어(41)는 축방향을 따라서 직선방향으로 슬라이딩 이동이 가능하게 상호 맞물려서 함께 회전하게 되는 스플라인 또는 세레이션등을 형성한다.

부호 50은 하우징(10)내에 내장되어 펌핑력을 발생시키는 임펠러로서, 피스톤 축(40)의 끝단에 일체로 조립된다.

부호 60은 로드기어(22)와 리테이너(42)사이에 탄력있게 설치되는 탄력부재(60)로서, 엔진시동시 임펠러(50)를 후퇴(도시상태에서는 좌측으로 이동)시켜 임펠러(50)의 일부가 하우징 수평부(10a)에 의해 막혀지도록 하므로써 냉각수 토출면적(A)은 감소되고 냉각수 토출 불가능 면적(B, 하우징 수평부와 겹쳐진 임펠라의 길이 X 하우징 수평부와의 틈새)은 줄어 들어 펌프로부터 토출되는 냉각수의 유량을 감소시켜, 즉 엔진을 순환하는 냉각수의 유량을 최소한으로 줄여서 설정된 온도로 엔진이 신속히 가열이 되도록 한다.

따라서 상기 하우징 수평부(10a)는 임펠러(50)와의 사이에 좁은 틈새를 형성하게 된다.

상기 탄력부재(60)는 코일스프링을 사용하며 그 이외에 이와 동일한 작용효과를 가진 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

부호 70은 로드(20)의 오일챔버(21)와 연결되는 삼방향 솔레노이드밸브로서, 시동초기시 임펠러(50)가 후퇴하기 용이하도록 오일을 회수하고, 고부하시 임펠러(50)가 전진하여 냉각수의 토출유량을 증대시키도록 오일이 공급되게 제어부의 신호를 받아 유로를 변환시키도록 한다. 상기 솔레노이드밸브(70)에는 오일탱크로부터 오일의 공급을 위하여 연결되는 오일 공급라인(71)과, 로드(20)의 오일챔버(21)내에 공급된 오일을 오일탱크로 회수시키는 오일 회수라인(72)이 연결되어 있다.

부호 80은 하우징(10)과 로드(20)사이로 냉각수의 누수를 방지하기 위하여 설치되는 시일부재이다.

부호 110은 냉각수온센서(120)와 차속센서(130) 및 rpm센서(140)등로부터 검출된 엔진 구동 정보에 의해 삼방향 솔레노이드 밸브(70)를 절환제어하는 제어부(ECU)이다.

이하 본 발명의 실시예에 대한 작용을 상세하게 설명한다.

엔진의 구동시 그 회전수를 풀리(30)에 전달하게 되고, 그 회전수는 로드(20)를 통하여 피스톤 축(40)에 전달하게 되므로 피스톤 축(40)에 일체로 조립된 임펠러(50)도 동시에 회전하게 되므로 임펠러(50)의 회전력에 의하여 펌핑력이 발생하여 냉각수를 유입 및 순환시키게 된다.

따라서 엔진의 시동초기에는 종래와 같이 제어부의 신호를 받아 엔진의 회전수를 높여서 신속하게 설정된 온도로 상승되도록 하며, 이와동시에 엔진이 냉각되어 있는 상태이므로 솔레노이드밸브(70)의 유로는 회수라인(72)과 연결되어 로드(20)의 오일챔버(21)내의 오일은 오일탱크로 회수되어지며, 오일의 회수로 인하여 오일압력이 소멸된 상태이므로 탄력부재(60)의 신장력에 의하여 피스톤 축(40)이 후퇴되어지며, 피스톤 축(40)의 후퇴로 피스톤 축(40)과 일체로 조립된 임펠러(50)도 동시에 후퇴되어 하우징 수평부(10a) 안쪽으로 그의 일부가 수용되어지게 되므로써 냉각수의 유입 및 토출량은 임펠러(50)가 후퇴된 거리만큼 감소된다.

즉, 임펠러(50)의 후퇴로 하우징 수평부(10a)내의 냉각수토출불가면적(B)이 증대하게 되므로 결국 냉각수토출면적(A)이 감소하게 되는 것이며, 이로인하여 냉각시스템으로 순환되는 냉각수의 유량을 최소화 할 수가 있어 엔진의 높은 회전수와 더불어 상승되는 엔진온도의 방열을 현저하게 방지하므로서 엔진의 온도를 신속하게 설정된 온도로 상승시켜 배기가스의 감소로 대기오염을 줄일 수가 있게 된다.

그리고 고부하시 엔진의 온도가 설정된 온도이상으로 상승되는 경우 제어부가 삼방향 솔레노이드밸브(70)를 작동시키게 되며, 상기 솔레노이드밸브(70)는 유로가 전환되어 공급라인(71)을 통해 오일탱크에서 공급되는 오일이 로드(20)의 오일챔버(21)로 공급된다. 오일챔버(21)로 공급되는 오일압력에 의하여 후퇴되어 있던 피스톤 축(40)을 밀어내게 되므로 피스톤 축(40)이 전진하면서 리테이너(42)에 의하여 탄력부재(60)는 압축되어지게 된다. 피스톤 축(40)의 전진으로 이와 일체로 조립된 임펠러(50)도 전진하게 되므로 하우징 수평부(10a)와의 사이에 형성되는 냉각수토출불가면적(B)이 감소하게 되고 반대로 냉각수토출면적(A)은 증대하게 된다. 이로인하여 냉각시스템으로 순환되는 냉각수의 유량을 최대화 할 수가 있는 것이다. 따라서 엔진의 회전수에 비례하여 임펠러(50)의 펌핑력도 점차적으로 증가하게 되는 동시에 엔진의 온도에 따라 임펠러(50)를 이동시켜 냉각수의 토출유량을 증가시켜 주게 되므로 펌핑력과 토출유량의 증대로 엔진의 신속한 냉각성능을 향상시키게 되는 것이다.

한편 주행하던 차량의 주1W정차시 엔진의 온도가 고부하상태로 구동하여 상술한 바와같이 임펠러(50)가 전진되어 있다가 자연냉각에 의하여 엔진의 온도가 점차적으로 냉각되어 실온상태로 변화하게 되면 제어부가 이를 감지하여 솔레노이드밸브(70)를 작동시켜 유로가 전환되게 하며, 솔레노이드밸브(70)의 유로전환으로 로드(20)의 오일챔버(21)에 공급되어 있던 오일이 회수라인(72)으로 회수되므로 오일압력의 소멸로 압축되어 있던 탄력부재(60)의 탄발력이 작용하여 신장하게 되고, 탄력부재(60)의 신장으로 피스톤 축(40)이 후퇴하면서 임펠러(50)도 후퇴시키게 되므로 순환되는 냉각수 유량을 줄여 엔진이 과냉되는 것은 방지하게 된다.

[발명의효과]

이와같이 본 발명은 냉각수펌프의 임펠러를 엔진의 온도에 따라 축방향으로 가변시켜 냉각수의 토출면적을 조절하므로서, 엔진시동시에는 냉각수의 엔진 순환 유량을 감소시켜 신속한 웜업으로 배기가스를 감소하여 대기오염을 줄일 수가 있으며, 고부하시에는 냉각수의 유량을 증대시켜 냉각성능을 향상시키므로서 내구성 및 윤활성능의 향상으로 연비향상 및 오일소모를 감소시킬 수가 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉각수의 유입 및 토출시 일시 저장하는 하우징과, 축방향으로 중심부에 일측이 개방되게 오일챔버를 형성하며 내주면 끝단부에 로드기어를 형성하여 하우징에 일체로 조립되게 굴대설치되어 베어링에 의하여 원활하게 회전하는 로드와, 상기 로드의 끝단에 일체로 조립되어 엔진의 구동력을 전달받는 풀리와, 상기 로드의 오일챔버에 일체로 조립되어 축방향으로 좌,우 이동가능하게 상기 로드기어에 맞물리는 스플라인기어가 형성되어 있으며 또한 스프라인기어와 설정된 간격을 두고 리테이너가 돌출된 피스톤 축과, 상기 피스톤 축의 끝단에 일체로 조립되게 하우징내에 내장되어 펌핑력을 발생시키는 임펠러와, 상기 로드기어와 리테이너사이에 탄력있게 설치되어 엔진시동시 임펠러를 후퇴시켜 냉각수의 토출유량을 감소시키는 탄력부재와, 상기 로드의 오일챔버와 연결되어 시동초기시 임펠러가 후퇴하기 용이하도록 오일을 회수하고 고부하시 임펠러가 전진하여 냉각수의 토출유량을 증대시키도록 오일이 공급되게 제어부의 신호를 받아 유로를 변환시키는 삼방향 솔레노이드밸브와, 상기 하우징과 로드사이로 냉각수의 누수 및 오일의 누유를 방지하기 위하여 설치되는 시일 부재로 구성한 것을 특징으로 하는 차량의 가변유량식 냉각수펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 임펠러는 후퇴시 임펠러와의 사이에 좁은 틈새를 형성하는 하우징 수평부 안쪽에 그의 일부가 수용되는 것을 특징으로 하는 차량의 가변유량식 냉각수펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄력부재는 압축스프링인 것을 특징으로 하는 차량의 가변유량식 냉각수펌프.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 삼방향 솔레노이드 밸브는 상기 오일 챔버에 오일을 공급하기 위하여 오일 탱크로부터 연결되는 오일공급라인과, 오일챔버에 공급된 오일을 회수하기 위한 오일 회수라인이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 가변유량식 냉각수펌프.