KR100405674B1 - 워터 펌프 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

냉각수가 일정 온도로 상승할 때까지 워터 펌프의 작동을 정지시킴으로써 배기가스를 저감할 수 있는 워터 펌프 구동 시스템을 제공할 목적으로,

엔진 내부로 삽입되는 중공축을 구비하며, 엔진 외측에 배치되어 벨트에 의해 크랭크축에 연결되는 풀리부와;

상기 중공축의 내측에 삽입되는 회전축을 구비하며, 냉각수를 펌핑하여 엔진 내부로 보내주는 회전 날개부;

를 포함하는 워터 펌프에 있어서,

상기 중공축과 회전축 사이에는 냉각수 온도에 따라 상기 중공축과 회전축의 연동을 단속하는 클러치 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프 구동 시스템을 제공한다.

Description

워터 펌프 구동 시스템{SYSTEM FOR DRIVING WATER PUMP}

본 발명은 자동차의 워터 펌프 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수가 일정 온도로 상승할 때까지 워터 펌프의 작동을 정지시킴으로써 배기가스를 저감할 수 있는 워터 펌프 구동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 엔진의 연소실에서 발생하는 대략 2000-2500℃의 열을 흡수 및 냉각하여 상기 열에 의해 실린더벽, 실린더 헤드, 피스톤 밸브 및 기타의 부품이 열화되는 것을 방지하기 위한 냉각장치가 제공된다.

상기 냉각장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 벨트에 의해 크랭크축에 연결되어 냉각수를 순환시키는 워터 펌프(110)와, 엔진에서 열을 흡수한 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(112)와, 상기 라디에이터(112)와 엔진(114) 및 워터 펌프(110)에 냉각수가 통할 수 있도록 이를 연결하는 호스(116),(118)로 구성된다.

그리고, 상기 워터 펌프(110)는 벨트에 의해 크랭크축에 연결되는 풀리부와,상기 풀리부의 회전과 연동하여 회전되는 회전 날개부로 구성되며, 풀리부와 회전 날개부는 축에 의해 일체로 연결된다.

이러한 구성의 냉각장치는 워터 펌프(110)가 벨트를 통해 크랭크축의 구동력을 전달받아 구동되면, 냉각수가 강제 순환되어 상기 냉각수에 의해 엔진(114)이 냉각되며, 엔진을 냉각시킨 냉각수가 호스(116)를 따라 라디에이터(112)로 유입되면 이 냉각수는 라디에이터(112)에서 냉각된 후 호스(118)를 통해 다시 워터펌프(110)로 순환된다.

그런데 상기한 구성의 워터 펌프 구동 시스템에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.

자동차에는 일반적으로 배기가스를 저감하기 위한 촉매장치가 구비되는바, 상기 촉매는 활성이 되는데 까지 일정 시간이 필요하다.

따라서, 촉매가 활성되기 이전의 배기 가스를 감소시키려면 엔진 자체에서 나오는 초기(raw) 배기 가스를 줄이는 것이 필요한데, 엔진의 초기 배기 가스는 엔진의 상태(cold 또는 hot)에 따라 차이가 나며, 특히 냉간(cold)시에는 온간(hot)시에 비해 초기 배기 가스가 많이 배출된다.

그러므로, 엔진의 웜-업(warm-up)을 빨리 할수록 엔진의 초기 배기 가스를 감소시킬 수 있는데, 워터 펌프가 크랭크축에 연결된 벨트에 의해 구동되도록 설치되어 있는 종래의 워터 펌프 구동 시스템으로는 엔진의 웜-업을 앞당길 수 없다.

특히, 최근에 많이 채택하고 있는 입구 제어 방식의 냉각수 유량 제어는 워터 펌프의 회전에 따라 엔진 내부뿐만 아니라 라디에이터 및 서모스탯(thermostat)까지의 연결 호스내에 들어있는 냉각수 전체를 내부 순환시킴으로써 웜-업 특성이 더욱 나쁘다.

따라서, 종래의 워터 펌프 구동 시스템으로는 엔진의 초기 배기 가스를 저감할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 냉각수가 일정 온도로 상승할 때까지 워터 펌프의 작동을 정지시킴으로써 배기가스를 저감할 수 있는 워터 펌프 구동 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 워터 펌프 구동 시스템을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 워터 펌프 구동 시스템을 나타내는 도면.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

엔진 내부로 삽입되는 중공축을 구비하며, 엔진 외측에 배치되어 벨트에 의해 크랭크축에 연결되는 풀리부와;

상기 중공축의 내측에 삽입되는 회전축을 구비하며, 냉각수를 펌핑하여 엔진 내부로 보내주는 회전 날개부;

를 포함하는 워터 펌프에 있어서,

상기 중공축과 회전축 사이에는 냉각수 온도에 따라 상기 중공축과 회전축의 연동을 단속하는 클러치 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프 구동 시스템을 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터 펌프 구동 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 벨트를 통해 크랭크축과 연결되는 워터 펌프의 풀리부(10)에는 중공축(12)이 제공되며, 이 중공축(12)은 엔진 내부에 배치된다.

그리고, 엔진 내부에는 냉각수를 펌핑하여 엔진 내부로 압송하는 회전 날개(14)가 설치되며, 회전 날개(14)에는 중공축(12)과 기계적으로 연결되는 회전축(16)이 제공된다.

여기에서 상기 중공축(12)과 회전축(16)의 연결 구조는 다음과 같다.

먼저, 중공축(12)의 단부 내주면에는 스플라인 기어부(12a)가 제공되며, 회전축(16)의 단부 외주면에는 스플라인 기어부(12a)와 치합하는 형상의 스플라인 기어부(18a)를 갖는 기어 부재(18)가 설치된다.

그리고, 기어 부재(18)와 회전축(16) 사이에는 냉각수 온도에 따라 팽창 및 수축하는 왁스(wax)가 내장된 오-링(20)과, 기어 부재(18)를 회전축(16)의 중심 방향으로 잡아당기는 스프링(22)이 설치되며, 회전축(16)에는 기어 부재(18)의 축방향 이동을 억제하기 위한 홈(16a)이 제공된다.

여기에서, 기어 부재(18)는 적어도 2개의 부분으로 분할 구성되며, 상기 분할부는 스프링에 의해 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 기어 부재(18)는 오-링(20)과 스프링(22)의 상호 작용에 따라 중공축(12)의 기어부(12a)와 치합 및 치합 해제된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 워터 펌프 구동 시스템의 작용을 설명한다.

냉각수 온도가 설정치(88℃)에 도달하기 전까지 오-링(20)은 수축 상태에 있으며, 기어 부재(18)는 스프링(22)에 의해 회전축 중심 방향으로 잡아당겨진 상태이므로 기어 부재(18)의 기어부(18a)와 중공축(12)의 기어부(12a)는 치합이 해제된 상태이다.

따라서, 크랭크축에 의해 워터 펌프의 풀리부(10)가 회전되더라도 풀리부의 회전력은 회전 날개(14)에 전달되지 않는다.

이후, 냉각수 온도가 설정에 도달하면 왁스(wax)의 팽창에 따라 오-링(20)이 팽창되고, 이로 인해 기어 부재(18)가 방사방향 외측으로 이동되어 기어 부재(18)의 기어부(18a)가 중공축(12)의 기어부(12a)에 치합된다.

따라서, 크랭크축의 회전력은 풀리부(10)를 통해 회전 날개(14)에 전달되어 상기 회전 날개(14)가 회전되고, 회전 날개(14)의 회전에 따라 냉각수가 펌핑되어 엔진 내부로 압송된다.

이와 같이, 본 발명의 워터 펌프 구동 시스템은 냉각수 온도가 설정치에 도달할 때까지 냉각수 순환을 억제함으로써 엔진의 웜-업 시간을 단축할 수 있으므로, 초기 배기 가스량을 감소시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 워터 펌프의 구동을 냉각수 온도에따라 제어함으로써 촉매가 활성화되기 이전에 배출되는 초기 배기 가스량을 대략 10% 정도 감소시킬 수 있으며, 또한 웜-업 시간을 단축할 수 있어 냉간(cold) 상태에서 엔진의 효율을 향상시킬 수 있어 연비 향상이 가능하며, 냉간 상태에서 발생할 수 있는 각종 운전성 관련 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 엔진 내부로 삽입되는 중공축을 구비하며, 엔진 외측에 배치되어 벨트에 의해 크랭크축에 연결되는 풀리부와;

   상기 중공축의 내측에 삽입되는 회전축을 구비하며, 냉각수를 펌핑하여 엔진 내부로 보내주는 회전 날개부;

   를 포함하는 워터 펌프에 있어서,

   상기 중공축과 회전축 사이에는 냉각수 온도에 따라 상기 중공축과 회전축의 연동을 단속하도록 상기 중공축의 내주면에 제공되는 기어부와, 상기 회전축의 외주면에 제공되며, 냉각수 온도에 따라 팽창 및 수축하는 팽창/수축 부재와, 상기 팽창/수축 부재의 외주에 설치되며, 이 부재의 팽창시에 중공축의 기어부와 맞물리는 기어부를 구비하는 기어 부재 및 상기 팽창/수축 부재의 수축시에 상기 기어 부재를 회전축 중심 방향으로 끌어당기는 스프링으로 구성되는 클러치 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프 구동 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 기어 부재는 적어도 두 개의 부분으로 분할 구성되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프 구동 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전축에는 상기 기어 부재의 축방향 이동을 억제하는 홈부가 제공되는 워터 펌프 구동 시스템.