KR100364441B1 - 워터 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진을 냉각하기 위한 워터 펌프의 임펠러가 워터 제트에서 분사되는 수압에 의해 구동되도록 하므로서 벨트장력에 의한 회전축의 편심을 방지하고, 회전축을 지지하는 베어링이 마모되는 것을 감쇠하기 위한 워터 펌프에 관한 것으로,

하우징과, 하우징 내부에 형성되는 회전축과, 하우징 외측에 돌출된 회전축의 끝단에 형성되는 풀리와, 하우징 내측의 수용된 회전축의 끝단에 형성되는 임펠러를 포함하여 구성되는 워터 펌프에 있어서,

제1라인으로 워터 펌프를 통과한 냉각수의 일부를 가압하여 제2라인으로 압송하는 냉각수 가압장치와;

상기한 냉각수 가압장치에서 가압된 냉각수로 상기 임펠러를 회전시키기 위하여 상기 하우징의 일측에 형성되는 냉각수 유입구와;

상기 냉각수 유입구에 수용되어 상기 임펠러에 냉각수를 강하게 분사하기 위한 워터 제트; 로 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 냉각수 가압장치는 실린더 내에 수용된 피스톤을 왕복운동시키기 위해서 플런저 외측의 자석에 코일을 권선되고, 상기 코일에 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 전류를 단락시키도록 형성되어 제1라인에서 실린더 내로 유입되는 냉각수에 압력을 가하여 제2라인으로 유출되도록 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 냉각수 유입구 일측에는 바이패스통로가 형성되고, 수압에 의해 작동되는 릴리프밸브가 상기 바이패스 통로의 전방에 형성되어 유입되는 냉각수의 압력이 필요이상으로 높을 경우에 상기 릴리프밸브가 후퇴하여 바이패스통로로 일부의 가압된 냉각수가 우회되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

워터 펌프{Water pump}

본 발명은 워터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진을 냉각하기 위한 워터 펌프의 임펠러가 워터 제트에서 분사되는 수압에 의해 구동되도록 하므로서 벨트장력에 의한 회전축의 편심을 방지하고, 회전축을 지지하는 베어링이 마모되는 것을 감쇠하기 위한 워터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연료를 통과시켜 동력을 얻으며, 실린더내에서 연소되는 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하게 되나 이 연소열의 모두가 동력으로 전환되는 것은 아니고 그 중 상당량의 열이 실린더헤드 및 피스톤 등에 흡수되어 열손실을 유발하고 또 이들 부분의 과열을 일으키게 된다.

이에 따라 실린더 등의 온도가 과도하게 상승하면 실린더에 변형을 일으키거나 또는 실린더벽의 유막을 파괴시켜 윤활불량을 초래하며, 심하면 엔진을 손상시키게 되고 또 연소상태도 나빠지는 결과 노킹이나 조기점화를 일으켜 출력을 급격히 저하시키게 된다.

이에 따라 엔진의 과열을 방지코자 엔진을 냉각하게 되는데 반대로 엔진이 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열이 동력으로 전환되지 못하고 냉각으로 상실되는 양이 많아져 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시키게 되며, 또 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 엔진에 공급되어 가솔린에 의해 엔진오일을 묽게 만들어 실린더의 마모를 촉진하게 된다.

이 때문에 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되 적온으로 유지되도록 하는 냉각시스템이 엔진을 사용되고 있으며, 통상 도 5에 도시하는 것과 같이 실린더와 연소실을 둘러싸는 워터재킷(1), 물을 실린더로 압송순환시키는 워터펌프(10), 엔진을 냉각하여 온도가 높아진 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(2), 라디에이터의 통풍을 돕는 냉각팬(3)을 포함하는 수냉식 냉각장치(4)가 주로 사용되고 있다.

이 수냉식 냉각장치(4)에는 서모스탯(5)이라는 냉각수온에 따라 냉각수의 흠르을 변경하는 장치가 마련되어 있어, 엔진의 온도가 낮은 시동초기에는 냉각수가 방열 냉각을 위한 라디에이터(2) 측으로 흐르지 않고 바이패스관로(6)을 통해 다시 엔진을 순환토록 하므로서 엔진의 온도를 신속하게 정상온도로 상승시키게 되며, 엔진이 정상온도에 이르면 엔진과열을 방지하기 위하여 냉각수온에 추종하여 서모스탯(5)이 열리게 되므로서 냉각수가 라디에이터(2)로 순환하여 방열 냉각된 후 엔진을 순환하여 적온을 유지하게 된다.

냉각수를 강제순환하는 워퍼펌프(10)는 도 6과 같이 펌프하우징(11), 임펠러(12), 회전축(13), 베어링(14), 풀리(15) 등으로 구성된다.

또한, 상기한 임펠러(12)의 측면에는 냉각수를 강제순환하기 위한 블레이드(16)가 형성되어 있어서, 블레이드(16)가 형성된 임펠러(12)가 회전하면서 냉각수가 와류를 일으키며 순환되도록 구성되어 있다.

그러나, 종래의 워터펌프는 구동력을 전달하기 위한 벨트의 장력에 의해서 풀리와 연결된 회전축이 한쪽으로 치우치게 되므로서 회전축을 지지하고 있는 베어링이 쉽게 마모되므로서, 워터펌프의 성능이 저하될 뿐만 아니라 베어링의 마모에 의한 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 엔진을 냉각하기 위한 워터 펌프의 임펠러가 워터 제트에서 분사되는 수압에 의해 구동되도록 하므로서 벨트장력에 의한 회전축의 편심을 방지하고, 회전축을 지지하는 베어링이 마모되는 것을 감쇠하기 위한 워터 펌프를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

하우징과, 하우징 내부에 형성되는 회전축과, 하우징 외측에 돌출된 회전축의 끝단에 형성되는 풀리와, 하우징 내측의 수용된 회전축의 끝단에 형성되는 임펠러를 포함하여 구성되는 워터 펌프에 있어서,

제1라인으로 워터 펌프를 통과한 냉각수의 일부를 가압하여 제2라인으로 압송하는 냉각수 가압장치와;

상기한 냉각수 가압장치에서 가압된 냉각수로 상기 임펠러를 회전시키기 위하여 상기 하우징의 일측에 형성되는 냉각수 유입구와;

상기 냉각수 유입구에 수용되어 상기 임펠러에 냉각수를 강하게 분사하기 위한 워터 제트; 로 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 냉각수 가압장치는 실린더 내에 수용된 피스톤을 왕복운동시키기 위해서 플런저 외측의 자석에 코일을 권선되고, 상기 코일에 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 전류를 단락시키도록 형성되어 제1라인에서 실린더 내로 유입되는 냉각수에 압력을 가하여 제2라인으로 유출되도록 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 냉각수 유입구 일측에는 바이패스통로가 형성되고, 수압에 의해 작동되는 릴리프밸브가 상기 바이패스 통로의 전방에 형성되어 유입되는 냉각수의 압력이 필요이상으로 높을 경우에 상기 릴리프밸브가 후퇴하여 바이패스통로로 일부의 가압된 냉각수가 우회되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 워터펌프의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 냉각수 가압장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 워터 제트 및 릴리프밸브의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 릴리프밸브의 작동상태도.

도 5와 도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 워터펌프 21 : 하우징

22 : 회전축 23 : 임펠러

24 : 풀리 25 : 베어링

27 : 냉각수 유입구 28 : 바이패스통로

29 : 워터 제트 30 : 릴리프밸브

31 : 스프링 32 : 조절나사

40 : 냉각수 가압장치 41 : 실린더

42 : 피스톤 43 : 플런저

44 : 리턴스프링 45 : 자석

46 : 코일

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 워터펌프의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 의한 냉각수 가압장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 워터 제트 및 릴리프밸브의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 릴리프밸브의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 구성된 워터펌프를 지시하는 것이며, 도면부호 40은 임펠러를 회전시키기 위하여 냉각수에 압력을 가하는 냉각수 가압장치를 지시하는 것이다.

상기한 워터펌프(20)는 하우징(21) 내부로 수용된 회전축(22)의 끝단에는 임펠러(23)가 고정형성되고, 하우징 외측에 돌출되는 회전축(22)의 끝단에는 풀리(24)가 축삽된다. 상기 회전축(22)은 베어링(25)에 의해 상기 하우징(21)의 내부에서 회전되도록 지지된다.

그리고 상기한 하우징(21)의 일측에는 상기한 임펠러(23)를 회전시키기 위해상기 냉각수 가압장치(40)에서 가압된 냉각수가 유입되기 위한 냉각수 유입구(27)가 형성되고, 상기 냉각수 유입구(27)의 타측의 하우징(21)에는 상기 냉각수 가압장치(40)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 유출구(26)가 형성된다.

그리고 상기한 냉각수 유입구(27)는 "T" 으로 구성되어 도면상 좌측에서 유입된 냉각수가 하향으로 공급되어 임펠러(23)에 회전시키도록 구성되는데, 이 냉각수 유입구(27) 하측에는 볼과 스프링으로 구성되어 냉각수를 보다 강하게 분사하기 위한 워터 제트(29)가 수용된다. 그리고 냉각수의 압력이 필요이상으로 높게 되면 상기한 임펠러(23)가 너무 빨리 회전되어 엔진이 과냉되는데, 이를 방지하기 위해 가압되어 유입되는 냉각수의 압력이 일정압력이상일 경우에 유입되는 일부의 냉각수를 임펠러(23)의 측면으로 우회시키기 위한 바이패스통로(28)가 형성된다.

상기한 바이패스통로(28)의 전방에는 유입되는 냉각수의 압력에 따라서 상기 바이패스통로(28)를 개폐하게 되는 릴리프밸브(30)가 형성된다. 이 릴리프밸브(30)는 스프링(31)에 의해 탄력지지되는데, 이 스프링(31)의 탄성계수는 상기 워터 제트(29)를 구성하는 스프링의 탄성계수보다 높게 설정해야 된다.

그리고 상기한 릴리프밸브(30)를 탄력지지하는 스프링(31)의 일측에는 상기 릴리프밸브(30)의 작동량을 수동으로 설정하기 위한 조절나사(32)가 형성된다.

상기한 냉각수 가압장치(40)는 실린더(41) 내에 수용된 피스톤(42)를 왕복운동시키기 위해서 플런저(43)의 외측에 형성되는 자석(45)에는 코일(46)이 권선되는데, 상기 코일(46)에는 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라서 전류가 단락되도록 구성된다. 특히, 상기 플런저(43)와 실린더(41) 사이에는 리턴스프링(44)이 형성되는데, 이는 전류가 통전되어 자기력에 의해 플런저(43)가 이동되었다가 상기 자석(45)에 전류가 차단되면 플런저(43)를 다시 원위치시키기 위한 것이다.

상기 실린더(21)의 냉각수 흡입측은 제1라인(47)으로 워터펌프(20) 하우징(21)의 냉각수 유출구(26)과 연결되고, 상기 실린더(21)의 냉각수 토출측은 제2라인(48)으로 워터펌프(20) 하우징(21)의 냉각수 유입구(27)과 연결된다.

이상과 같이 구성되는 워터펌프의 작동을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

엔진이 가동되면 크랭크축이 회전하게 되고, 크랭크축의 회전력은 벨트(혹은 체인)에 의해 워터펌프(20)의 풀리(24)에 전달되어 상기 워터펌프(20)가 가동되며, 전자제어장치(ECU)에서는 상기한 냉각수 가압장치(40)를 작동시키게 된다. 이 때 풀리(24)에 의한 워터펌프(20)의 구동은 엔진회전수(RPM)에 맞춰 워터펌프(20)의 임펠러(23)가 회전되도록 하는 역활을 하게 된다. 즉, 상기한 냉각수 가압장치(40)의 작동에 의해서 가압된 냉각수가 실제로 워터펌프(20)의 임펠러(23)를 돌리게 되는 것이다.

상기한 냉각수 가압장치(40)의 작동은 전자제어장치(ECU)에 의해 코일(46)에 전류가 단락되므로서 자석(45)에 자기장이 발생되고, 그에 따라 플런저(43)가 이동된다. 플런저(43)의 이동에 의해서 실린더(41) 내의 피스톤(42)은 왕복운동을 하게 되고, 제1라인(47)에서 유입되는 냉각수를 가압하여 제2라인(48)로 압송하게 된다.

압송된 냉각수는 냉각수 유입구(27)로 유입되어 워터 제트(29)에서 강하게 임펠러(23)에 분사되므로서 상기 임펠러(23)는 회전하게 되는 것이다. 그런데 이때 상기한 냉각수 유입구(27)로 유입되는 냉각수의 압력이 일정압력이상이 되면 릴리프밸브(30)는 스프링(31)을 가압하며 도 4와 같이 뒤로 후퇴하게 되어, 가압된 냉각수의 일부가 바이패스통로(28)를 통해 우회되어 임펠러(23)의 측면으로 유도된다. 즉, 임펠러(23)가 필요이상으로 회전되어 엔진이 과냉되는 것을 방지하게 된다.

따라서 이상과 같이 구성되는 워터펌프(20)는 구동하기 위한 냉각수의 압력이 임펠러(23) 측에 가해지므로서, 풀리(24)에 가해지는 힘과 어느 정도의 균형을 맞출 수 있게 되어 종래의 워터펌프처럼 회전축의 어느 일측으로만 힘이 가해져 베어링(25)이 마모되는 현상을 방지하게 된다.

상기와 같이 구성되는 워터펌프는 엔진의 회전에 따라 풀리에 회전력이 전해지고, 가압된 냉각수가 일펠러측으로 유입되어 상기 임펠러를 회전시키게 되므로서, 풀리에 가해지는 회전력과 임펠러에 가해지는 냉각수압이 어느 정도의 균형이 맞춰지기 되어 종래의 워터펌프처럼 회전축의 풀리측으로만 힘이 가해져 베어링을 마모되는 현상을 방지하게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 하우징(21)과, 하우징(21) 내부에 형성되는 회전축(22)과, 하우징(21) 외측에 돌출된 회전축(22)의 끝단에 형성되는 풀리(24)와, 하우징(21) 내측의 수용된 회전축(22)의 끝단에 형성되는 임펠러(23)를 포함하여 구성되는 워터 펌프(20)에 있어서,

   제1라인(47)으로 워터 펌프(20)를 통과한 냉각수의 일부를 가압하여 제2라인(48)으로 압송하는 냉각수 가압장치(40)와;

   상기한 냉각수 가압장치(40)에서 가압된 냉각수압으로 상기 임펠러(23)를 회전시키기 위하여 상기 하우징(21)의 일측에 형성되는 냉각수 유입구(27)와;

   상기 냉각수 유입구(27)에 수용되어 상기 임펠러(23)에 냉각수를 강하게 분사하기 위한 워터 제트(29); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 냉각수 가압장치(40)는 실린더(41) 내에 수용된 피스톤(42)을 왕복운동시키기 위해서 플런저(43) 외측의 자석(45)에 코일(46)을 권선되고, 상기 코일(46)에 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 전류를 단락시키도록 형성되어 제1라인(47)에서 실린더(41) 내로 유입되는 냉각수에 압력을 가하여 제2라인(48)으로 유출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 냉각수 유입구(27) 일측에는 바이패스통로(28)가 형성되고, 수압에 의해 작동되는 릴리프밸브(30)가 상기 바이패스통로(28)의 전방에 형성되어 유입되는 냉각수의 압력이 필요이상으로 높을 경우에 상기 릴리프밸브(30)가 후퇴하여 바이패스통로(28)로 일부의 가압된 냉각수가 우회되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기한 릴리프밸브(30)는 스프링(31)에 의해 탄력지지되고, 상기 스프링(31)의 일측에는 릴리프밸브(30)의 작동량을 조절하기 위한 조절나사(32)가 형성되는 것을 특징으로 하는 워터펌프.