KR100410673B1 - 냉각수온 감응형 워터 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수온 감응형 워터 펌프에 관한 것으로서, 엔진의 회전속도에 연동하여 항상 작동하게 되는 워터 펌프대신, 펌프 축의 임펠러 장착단부에 냉각수온 감응장치를 장착하여 냉각수온이 소정의 온도 이하일 때 임펠러가 임펠러 장착단부와 미끄럼 접촉상태로 펌프 축만 회전하도록 하고, 소정의 온도 이상일 때 임펠러 장착단부에 설치된 마찰부재로써 임펠러가 펌프 축과 함께 회전하도록 한 워터 펌프를 구성함으로써, 엔진의 워밍업시 워터 펌프가 정지되므로 워터 펌프의 구동력만큼 출력을 감소시켜 연비향상을 이룰 수 있고, 워밍업 시간이 짧아지게 되어 배기가스를 저감시킬 수 있는 냉각수온 감응형 워터 펌프를 제공하고자 한 것이다.

Description

냉각수온 감응형 워터 펌프{Water pump responsive to cooling-water temperature}

본 발명은 냉각수온 감응형 워터 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 회전속도에 연동하여 항상 작동하게 되는 워터 펌프대신, 펌프 축의 임펠러 장착단부에 냉각수온 감응장치를 장착하여 냉각수온이 소정의 온도 이하일 때 임펠러가 임펠러 장착단부와 미끄럼 접촉상태로 펌프 축만 회전하도록 하고, 소정의 온도 이상일 때 임펠러 장착단부에 설치된 마찰부재로써 임펠러가 펌프 축과 함께 회전하도록 한 냉각수온 감응형 워터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진 블록 전방에 장착되는 워터 펌프는 원심펌프로서 냉각수를 순환시켜 엔진의 과열을 방지하게 된다.

상기 워터 펌프는 임펠러의 회전에 따라 냉각수를 원심력으로 순환시키는 것으로서, 펌프 몸체, 임펠러, 펌프 축, 베어링, 풀리 및 시일부 등으로 구성되어 있다.

상기 임펠러는 펌프 축에 압입되어 케이싱 내에서 회전되고, 라디에이터에서 냉각된 물을 바깥둘레로 뿜어내서 실린더 블록의 워터 재킷으로 보내는 펌프작용을한다.

임펠러의 회전은 크랭크 축 풀리에 의해 V벨트로써 전달되며, 회전속도는 크랭크 축의 1.2 ~ 1.6배 정도이다.

그러나, 종래의 워터 펌프는 냉각수온에 상관없이 항상 엔진의 회전속도에 관계되어 작동하고, 엔진의 워밍업시에도 작동하게 된다.

이는 워밍업시 엔진출력의 일부를 사용하게 되므로 초기 연비를 악화시키는 원인이 된다.

또한, 워밍업시에도 바이-패스 라인(by-pass line)을 통해 냉각수가 계속해서 순환하게 되므로 워터 재킷 내에서 엔진으로부터 냉각수로의 열손실이 과다해지고, 따라서 워밍업 시간이 길어지게 된다.

이때는 엔진의 연소실로부터 냉각수에 접촉되는 금속면으로의 열전달이 일어나는 상태인데, 냉각수로의 열손실이 과다해지면 금속면의 온도가 상승하는데 제약조건으로 작용하게 되고, 금속면의 온도는 엔진 오일의 점성에 관계하여 엔진 내부의 마찰저항을 크게 하는 문제점이 발생한다.

상기와 같이, 엔진의 워밍업시에는 냉각수가 흐르지 않고 정체되는 것이 워밍업 시간을 단축할 수 있고, 워터 펌프가 회전되지 않음으로 해서 연비를 개선할 수 있다.

따라서, 종래의 워터 펌프가 냉각수온에 상관없이 항상 작동되는 문제점을 해결할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진의 회전속도에 연동하여 항상 작동하게 되는 워터 펌프대신, 펌프 축의 임펠러 장착단부에 냉각수온 감응장치를 장착하여 냉각수온이 소정의 온도 이하일 때 임펠러가 임펠러 장착단부와 미끄럼 접촉상태로 펌프 축만 회전하도록 하고, 소정의 온도 이상일 때 임펠러 장착단부에 설치된 마찰부재로써 임펠러가 펌프 축과 함께 회전하도록 한 냉각수온 감응형 워터 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프를 나타내는 단면도

도 2는 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프에서 냉각수온 감응장치가 장착되는 펌프 축의 임펠러 장착단부를 나타내는 확대단면도

도 3은 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프에서 냉각수온 감응장치가 장착되는 임펠러 장착단부의 내측을 나타내는 도면

도 4는 도 3의 'A-A'의 절개사시도

도 5는 본 발명에서 냉각수온 감응장치를 나타내는 단면도

도 6은 본 발명에서 피스톤을 나타내는 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 펌프 축 12 : 임펠러 장착단부

14 : 이동홈 16 : 이동부재

18 : 고무패드 20 : 임펠러

30 : 냉각수온 감응장치 32 : 케이스

32c : 가이드부 33 : 다이어프램

34 : 겔(gel) 유체 35 : 왁스

36 : 피스톤 36a : 로드부

36b : 헤드부 38 : 리턴스프링

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프는 임펠러(20)를 펌프 축(10)의 장착단부(12)상에 미끄럼 접촉상태로 장착하되, 상기 임펠러 장착단부(12)를 중공형상으로 하고, 상기 임펠러 장착단부(12)의 내측으로는 그 저면에서 이동홈(14)을 따라 펌프 축(10)의 원주방향으로 이동할 수 있는 다수개의 이동부재(16)와, 상기 이동부재(16)의 이동에 따라 상기 임펠러 장착단부(12)상에서 돌출되어 상기 임펠러(20)의 장착 내면에 압착되는 마찰부재인 고무패드(18)를 설치하며, 상기 임펠러 장착단부(12)의 끝단에 장착되어 케이스(32)의 전면이 냉각수에 접촉하는 냉각수온 감응장치(30)로써 냉각수온이 소정의 온도 이상일 경우 상기 케이스(32)에 삽입된 피스톤(36)이 상기 이동부재(16)를 이동시키도록 한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 냉각수온 감응장치(30)는 내부를 가로질러 설치되는다이어프램(33)에 의해 유체실(32a)과 왁스실(32b)로 구분되되 상기 유체실(32a) 내부에는 상기 다이어프램(33)의 동작에 따라 상기 피스톤(36)을 밀어내는 겔 유체(34)가 채워지고 상기 왁스실(32b) 내부에는 온도 상승시 팽창되는 왁스(35)가 채워지는 케이스(32)와, 왁스 팽창시 상기 다이어프램(33)과 상기 겔 유체(34)의 동작에 따라 로드부(36a)가 상기 케이스(32) 상측의 가이드부(32c) 내측에서 안내되어 축방향 이동하고 헤드부(36b)가 상기 이동부재(16)를 이동시키는 피스톤(36)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드부(36b)와 상기 케이스(32) 사이에는 왁스 팽창시 이동된 피스톤(36)을 왁스 수축시 원복시키는 리턴스프링(38)이 장착된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프에서 냉각수온 감응장치가 장착되는 펌프 축의 임펠러 장착단부를 나타내는 확대단면도이다.

또한, 첨부한 도 3은 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프에서 냉각수온 감응장치가 장착되는 임펠러 장착단부의 내측을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 'A-A' 절개사시도이다.

이때, 도 1과 도 2는 도 3의 'B-B' 방향에서 취한 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 펌프 축(10)의 임펠러 장착단부(12)는 중공(中空)형상으로 되어 있고, 상기 중공 내측으로 냉각수온 감응장치(30)가 장착된다.

상기 냉각수온 감응장치(30)는 상기 임펠러 장착단부(12)의 개방된 끝단에 장착되고, 케이스(32)의 전면(도 5에서 케이스의 하면)은 냉각수에 노출되어 있다.

상기 케이스(32) 내부에는 온도 상승에 감응하여 팽창하는 왁스(35)가 내장되고, 상기 왁스(35)가 팽창함에 따라 피스톤(36)이 후방으로 이동하도록 되어 있다.

상기 피스톤(36)이 축방향으로 후방 이동하면 피스톤(36)의 헤드부(36b)가 이동부재(16)를 축(10)의 원주방향(방사선 방향)으로 밀게 된다.

이때, 피스톤(36)의 헤드부(36b)와 케이스(32) 사이에는 리턴스프링(38)이 설치되어 상기 피스톤(36)이 후방으로 이동할 시 인장된다.

피스톤(36)이 후방으로 이동된 상태에서 왁스(35)가 수축되면 상기 피스톤(36)은 리턴스프링(38)의 탄성력에 의해 전방으로 원복되어 로드부(36a)의 일부가 케이스(32) 내로 다시 삽입된다.

상기 임펠러(20)가 펌프 축(10)의 임펠러 장착단부(12)에 장착된 상태는 미끄럼 접촉상태이며, 냉각수온 감응장치(30)가 감응하게 되는 소정의 온도 이하에서는 펌프 축(10)만 회전하도록 되어 있다.

상기 냉각수온 감응장치(30)가 감응하게 되는 소정의 온도 이상에서는 장착단부(12) 저면에 설치되는 이동부재(16)가 마찰부재인 고무패드(18)를 임펠러(20)의 장착 내면에 압착시킴으로써, 임펠러(20)가 펌프 축(10)과 함께 회전되도록 되어 있다.

첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 임펠러 장착단부를 좀더 상세히설명하면 다음과 같다.

이에 도시한 바와 같이, 임펠러 장착단부(12)에는 임펠러(20)를 장착하기 위한 플랜지단(10a)이 형성되어 있고, 상기 플랜지단(10a) 전방의 임펠러 장착단부(12)는 전술한 바와 같이 중공형상이며, 상기 임펠러 장착단부(12)의 끝단은 개방된 상태이다.

상기 임펠러 장착단부(12)에는 중공 내측의 저면에 인접하여 90°간격으로 고무패드 장착홀(13)이 형성되어 있고, 이에 펌프 축(10)과 임펠러(20) 사이의 마찰부재인 고무패드(18)가 삽입된다.

또한, 중공 내측의 저면에는 90°간격으로 방사상으로 형성된 이동홈(14)을 따라 축(10)의 원주방향으로 이동할 수 있는 이동부재(16)가 설치된다.

임펠러(20)의 회전은 상기 고무패드(18)가 방사상으로 배치되는 상기 이동부재(16)에 의해 임펠러 장착단부(12)상에서 돌출되어 임펠러(20)의 장착 내면에 압착됨으로써 펌프 축(10)의 회전력이 임펠러(20)에 전달되는 것이다.

또한, 상기 임펠러 장착단부(12)의 끝단에는 냉각수온 감응장치(30)를 고정하기 위한 걸림턱(12a)이 형성되어 있다.

첨부한 도 5는 본 발명에서 냉각수온 감응장치를 나타내는 단면도로서, 이를 참조하여 임펠러 장착단부의 끝단에 장착되는 냉각수온 감응장치를 설명하면 다음과 같다.

이에 도시한 바와 같이, 감응장치(30)의 케이스(32)는 내부를 가로질러 설치되는 다이어프램(33)에 의해 상측의 유체실(32a)과 하측의 왁스실(32b)로 구분된다.

상기 하측의 왁스실(32b)에는 냉각수온을 감지하여 소정의 온도 이상이 되면 팽창하기 시작하고 소정의 온도 이하가 되면 다시 원래상태가 되는 온도 감응형의 왁스(35)가 채워진다.

이때, 상기 케이스(32)의 하면이 냉각수에 노출되어 상기 하면을 통해 냉각수에서 왁스(35)로의 열전달이 이루어지게 된다.

또한, 상측의 유체실(32a)에는 다이어프램(33)의 상방향 동작을 피스톤(36)에 전하는 겔(gel)상태의 유체가 채워진다.

상기 겔 유체(34)의 상측에는 상하방향(도 1의 전후방향)으로 이동하는 피스톤(36)이 수직(도 1의 축방향)으로 배치되고, 이동부재(16)를 미는 헤드부(36b)와, 케이스(32) 상측의 가이드부(32c) 내측에서 안내되는 로드부(36a)로 구분된다.

바람직하게는, 상기 로드부(36a)의 하단부를 상측의 피스톤(36)과 일체로 구성하되 고무재질로 하여 상기 가이드부(32c) 내측에서 미소한 압입상태가 되도록 하고, 이로써 상기 겔 유체(34)가 시일링(sealing)되게 한다.

또한, 상기 겔 유체(34)가 가이드부(32c) 내측과 이에 접하는 로드부(36a)의 일부 구간 사이에서 시일링 될 수 있도록 테플론 시트(teflon sheet)로써 로드부(36a)를 감고 있다.

첨부한 도 6은 본 발명에서 피스톤을 나타내는 사시도이다.

상기 헤드부(36b)는 피스톤(36)의 축방향 이동시 90°간격으로 방사상 배치되는 이동부재(16)를 펌프 축(10)의 원주방향(방사선 방향)으로 밀게되는 부분으로서, 4방향의 측면이 이동부재(16)의 접촉면과 대응하도록 경사면으로 되어 있다.

이와 같이 하여, 피스톤(36)이 이동부재(16)를 펌프 축(10)의 원주방향으로 밀게 되면 상기 이동부재(16)가 고무패드(18)를 임펠러(20)의 장착 내면에 압착시키게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

펌프 축(10)의 끝단에 장착되는 냉각수온 감응장치(30)는 케이스(32)의 전면에서 냉각수온의 상승 및 하강을 감지하게 된다.

냉각수온이 상승되기 전에는 임펠러(20)가 펌프 축(10)상에서 미끄럼 접촉상태이므로 펌프 축(10)만이 회전되고, 상기 임펠러(20)는 전면의 냉각수와의 마찰로 인해 회전이 이루어지지 않는다.

상기 냉각수온이 소정의 온도 이상으로 상승될 경우 케이스(32) 내부의 왁스(35)는 팽창되는데, 상기 왁스(35)가 팽창됨과 동시에 피스톤(36)이 후방으로 이동되어 상기 이동부재(16)를 원주방향으로 밀게 되고, 고무패드(18)는 임펠러(20)의 장착 내면에 압착된다.

이때, 상기 임펠러(20)는 상기 고무패드(18)로써 펌프 축(10)과 함께 회전된다.

또한, 상기 냉각수온이 소정의 온도 이하로 내려갈 경우 케이스(32) 내부의 왁스(35)가 원래상태로 수축되고, 상기 피스톤(36)은 리턴스프링(38)에 의해 전방으로 이동되어 고무패드(18)의 압착상태를 해제한다.

결국, 다시 임펠러(20)는 펌프 축(10)이 회전하는 상태에서 미끄럼 접촉상태가 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각수온 감응형 워터 펌프에 의하면 엔진의 워밍업시 워터 펌프가 정지되므로 워터 펌프의 구동력만큼 출력을 감소시켜 연비향상을 이룰 수 있고, 워밍업 시간이 짧아지게 되어 배기가스를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 펌프 축(10)의 임펠러 장착단부(12)상에는 임펠러(20)를 미끄럼 접촉상태로 장착하고, 상기 임펠러 장착단부(12)를 중공형상으로 하여 그 내측에는 임펠러 장착단부(12)의 저면에서 이동홈(14)을 따라 펌프 축(10)의 원주방향으로 이동할 수 있는 다수 개의 이동부재(16)와 이 이동부재(16)의 이동에 따라 임펠러 장착단부(12)에서 돌출되어 임펠러(20)의 장착 내면에 압착될 수 있는 고무부재인 고무패드(18)를 설치하며, 상기 임펠러 장착단부(12)의 끝단에는 전면이 냉각수와 접촉하는 케이스(32)와 냉각수 온도에 따른 내부 왁스의 체적변화로 이동되면서 상기 이동부재(16)와 접촉되어 이동부재(16)를 원주방향으로 밀어주는 피스톤(36)을 포함하는 냉각수온 감응장치(30)를 설치하여, 냉각수온이 소정의 온도 이상일 경우 상기 냉각수온 감응장치의 피스톤이 이동부재를 이동시켜 고무패드를 임펠러의 장착 내면에 압착시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 냉각수온 감응형 워터 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수온 감응장치(30)는 내부를 가로질러 설치되는 다이어프램(33)에 의해 유체실(32a)과 왁스실(32b)로 구분되되 상기 유체실(32a) 내부에는 상기 다이어프램(33)의 동작에 따라 상기 피스톤(36)을 밀어내는 겔 유체(34)가 채워지고 상기 왁스실(32b) 내부에는 온도 상승시 팽창되는 왁스(35)가 채워지는 케이스(32)와, 왁스 팽창시 상기 다이어프램(33)과 상기 겔 유체(34)의 동작에 따라 로드부(36a)가 상기 케이스(32) 상측의 가이드부(32c) 내측에서 안내되어 축방향 이동하고 헤드부(36b)가 상기 이동부재(16)를 이동시키는 피스톤(36)으로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각수온 감응형 워터 펌프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 헤드부(36b)와 상기 케이스(32) 사이에는 왁스 팽창시 이동된 피스톤(36)을 왁스 수축시 원복시키는 리턴스프링(38)이 장착된 것을 특징으로 하는 냉각수온 감응형 워터 펌프.