KR100482115B1 - 엔진의 워터펌프 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일펌프에서 발생되는 잉여 엔진오일압을 이용하여 엔진의 냉각수를 순환시킬 수 있도록 함으로써, 간단한 구성으로 엔진의 크랭크샤프트에서 발생되는 동력의 소모를 최소화하고, 벨트 및 각종 보조기구류의 배치에 융통성을 더욱 부여하며, 엔진의 냉시동성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

엔진의 워터펌프 구동장치{water pump driving device of an engine}

본 발명은 수냉식 엔진에서 엔진의 냉각수를 순환시켜주기 위하여 구동되는 워터펌프를 구동하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 엔진의 각종 보조기구류(예컨대, 알터네이터, 워터펌프, 파워스티어링펌프, 에어컨펌프 등)가 서펜타인 벨트에 의해 구동되고 있는 상태를 도시한 것으로서, 엔진의 중앙하측에 크랭크샤프트풀리(100)가 위치하고, 그 상측에 워터펌프풀리(102)가 있으며, 상기 워터펌프풀리(102)의 좌측에 상하로 알터네이터풀리(104)와 에어펌프풀리(106)가 배치되며, 상기 워터펌프풀리(102)의 우측에 상하로 에어컨펌프풀리(108)와 파워스티어링펌프풀리(110)가 배치되어 있고, 이들 모든 풀리가 하나의 서펜타인벨트(112)에 의해 상기 크랭크샤프트풀리(100)로부터의 회전력을 전달받도록 되어 있다.

이와 같이 종래의 엔진에서는 엔진의 크랭크샤프트에서 발생된 회전력을 캠샤프트를 구동하는 타이밍벨트 또는 체인과는 별도로 서펜타인벨트나, V벨트 등을 사용하여 알터네이너와 워터펌프와 같이 엔진의 작동에 필수적인 보조기구류 및 파워스티어링펌프나 에어컨펌프와 같이 차량에 부수적으로 채택되는 옵션에 따른 보조기구류를 구동하도록 하고 있다.

그러나, 도시된 바와 같이 상기한 바와 같은 다수의 보조기구류를 하나 또는 두 개의 벨트로 모두 연결하여 충분한 접촉각을 확보하면서 원활한 동력전달이 이루어지도록 하기 위해서는 이들 보조기구류 및 벨트의 배치가 매우 복잡하고 까다롭다는 문제점이 있으며, 이들 보조기구류의 구동은 엔진의 크랭크샤프트에서 발생된 회전력을 소모시켜 출력을 저감시키는 원인이 되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안 중 대한민국 공개실용신안번호 실-1999-0032218; “워터펌프 구동장치”를 도 2를 참조하여 살펴보면, 엔진의 배기가스에서 제공되는 압력으로 로터(201)를 회전시키고, 그 회전력으로 워터펌프의 역할을 하는 임펠러(202)를 구동시켜 냉각수를 순환시키도록 하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 워터펌프 구동장치는 배기압의 발생이 엔진의 회전수대별에 따라서 일정하게 증가하는 것이 아니라 불규칙적으로 발생하므로, 엔진의 회전수가 증가하면서 증가되는 냉각수 순환량의 요구를 만족시킬 수 없으며, 배기가스의 고온에 의해 상기 워터펌프 구동장치의 열해가 우려되는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 대한민국 특허 공개특허번호 특-1999-0057242; “자동차용 냉각수 순환장치”를 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 엔진제어유닛(301)에서 전달되는 신호에 따라 유로를 개방시켜 오일 공급라인(302)을 통해 오일펌프(303)로부터 공급된 오일을 오일공급통로(304)에 선택적으로 공급하는 솔레노이드(305)와, 오일공급통로를 통해 유입되는 오일에 의해서 작동이 일시적으로 정지되는 펌프 구동밸브가 내장된 워터펌프(306)를 구비하여, 엔진의 초기 냉시동시에는 워터펌프(306)의 작동을 정지시켜서 실린더라이너가 신속히 정상온도가 되도록 함으로써, 배기가스를 저감하고 실린더라이너의 저온부식을 방지하도록 하고 있다.

그러나, 상기 기술은 그 구성이 복잡하며, 특히 제공되는 오일에 의해서 작동이 일시적으로 정지되는 펌프 구동밸브를 내장한 워터펌프(306)는 그 구조가 복잡하여 단가가 비싸고 내구성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 간단한 구성으로 엔진의 크랭크샤프트에서 발생되는 동력의 소모를 최소화하고, 벨트 및 각종 보조기구류의 배치에 융통성을 더욱 부여하며, 엔진의 냉시동성능을 향상시킬 수 있도록 한 엔진의 워터펌프 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 워터펌프 구동장치는 오일펌프에서 토출되는 엔진오일을 바이패스시키는 바이패스관로와;

상기 바이패스관로에 구비된 로터하우징과;

상기 로터하우징 내에서 유동하는 엔진오일에 의해 회전되는 로터와;

상기 로터와 샤프트로 연결된 임펠러와;

상기 임펠러의 회전에 의해 냉각수가 펌핑되도록 냉각수통로에 상기 임펠러를 감싸도록 구비된 임펠러하우징과;

상기 바이패스관로에 공급되는 엔진오일의 공급상태를 조절하는 밸브수단과;

엔진의 상태에 따라 상기 밸브수단을 제어하는 컨트롤수단을 갖추되; 상기 밸브수단은 상기 컨트롤수단의 제어를 받아 상기 바이패스관로를 개폐하는 솔레노이드밸브로 구성되며; 상기 컨트롤수단은 엔진의 초기시동여부와 냉각수온을 감지하여 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 엔진전자제어유닛으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같은 오일펌프의 작동양태를 이용한 것으로서, 엔진의 회전수에 따라 일정하게 증가하는 오일펌프의 오일토출압이 일정수준 (약 4000 RPM 부근)이 되면 릴리프 밸브에 의해 잉여 오일압을 해제하여야 하는 바, 기본적으로는 이와 같은 잉여의 오일토출압을 이용하여 워터펌프를 구동하는 것이다.

물론, 본 발명은 오일토출압이 릴리프 밸브에 의해 해제되기 이전에도 워터펌프의 구동이 이루어지지만, 이때에 소모되는 오일압은 크지 않으므로 엔진의 윤활에 필요한 오일갤러리 내의 유압에는 큰 영향을 미치지 않는다는 사실에도 근거하고 있다.

더구나, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 엔진회전수에 따른 냉각수의 토출량이 제어될 수 있어서, 엔진의 냉시동시에는 엔진의 빠른 웜업이 가능함은 물론, 오일압을 사용하지 않으므로 엔진 냉시동시에 요구되는 엔진오일의 충분한 오일압 확보가 가능하다.

도 6과 도 7을 참조하여 본 발명 엔진의 워터펌프 구동장치를 살펴보면, 오일펌프(1)에서 토출되는 엔진오일을 바이패스시키는 바이패스관로(3)와, 상기 바이패스관로(3)에 구비된 로터하우징(5)과, 상기 로터하우징(5) 내에서 유동하는 엔진오일에 의해 회전되는 로터(7)와, 상기 로터(7)와 샤프트(9)를 매개로 연결된 임펠러(11)와, 상기 임펠러(11)의 회전에 의해 냉각수가 펌핑되도록 냉각수통로(12)에 상기 임펠러(11)를 감싸도록 구비된 임펠러하우징(13)과, 상기 바이패스관로(3)에 공급되는 엔진오일의 공급상태를 조절하는 밸브수단과, 엔진의 상태에 따라 상기 밸브수단을 제어하는 컨트롤수단으로 구성하였다.

여기서, 상기 밸브수단은 전자적인 제어를 받아 상기 바이패스관로(3)를 개폐하는 솔레노이드밸브(15)로 구성하고, 상기 컨트롤수단은 엔진의 초기시동여부와 냉각수온을 감지하여 상기 솔레노이드밸브(15)를 제어하는 엔진전자제어유닛(17)으로 구성하였다.

즉, 종래의 엔진오일을 공급하는 엔진오일통로(19)에서 바이패스관로(3)를 분지시켜 엔진오일의 선택적 공급이 가능하도록 하고, 상기 바이패스관로(3)에 엔진오일의 흐름에 의해 작동되며 로터(7)와 임펠러(11) 등으로 구성된 워터펌프(21)를 구비한 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 엔진의 워터펌프 구동장치는 상기한 바와 같이, 엔진의 초기 냉시동시에는 이를 상기 엔진전자제어유닛(17)이 판단하여 상기 솔레노이드밸브(15)를 닫아 바이패스관로(3)에 엔진오일이 공급되지 않도록 함으로써, 엔진의 신속한 웜업이 이루어져 실린더의 저온부식을 방지하고 유해가스의 배출을 억제하며, 오일펌프에서 펌핑된 엔진오일의 전량을 엔진의 각 부 윤활에 사용함으로써, 엔진이 신속히 정상적인 운전상태에 이르도록 한다.

또한, 엔진의 온도가 상승하여 엔진의 냉각이 필요한 시점이 되면, 상기 엔진전자제어유닛(17)이 이를 판단하여 상기 솔레노이드밸브(15)를 개방한다. 따라서, 엔진오일은 상기 바이패스관로(3)로 유입되어 상기 로터(7)를 회전시키고, 이 회전력은 상기 임펠러(11)를 회전시켜 냉각수가 펌핑되도록 하게 된다.

따라서, 엔진의 각 부분이 상기 펌핑되는 냉각수의 순환에 의해 적절히 냉각되며, 이와 같은 냉각수의 흐름은 상기 도 4와 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이 엔진의 회전수가 상승함에 따라 증가하는 엔진오일의 오일압에 의해 자연적으로 증가되어, 엔진의 회전수 변화에 따른 적절한 냉각수의 공급이 자동적으로 이루어지게 된다.

물론, 엔진의 제작시에 오일펌프의 용량을 상대적으로 크게 하고, 상기 솔레노이드밸브(15)를 단지 개폐조작만하는 것이 아니라, 바이패스관로(3)를 통과하는 엔진오일의 유량을 제어할 수 있도록 하는 것으로 사용함으로써, 엔진의 운전상태에 따른 보다 정밀한 냉각수 유동의 제어가 가능할 것이다.

따라서, 상기한 바와 같이 구동에 별도의 벨트 등이 요구되지 않으므로, 벨트 및 각종 보조기구류의 배치에 상당한 융통성을 부여할 수 있게 되며, 크랭크샤프트의 동력 소모를 최소화할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 오일펌프에서 발생되는 잉여 엔진오일압을 이용하여 엔진의 냉각수를 순환시킬 수 있도록 함으로써, 간단한 구성으로 엔진의 크랭크샤프트에서 발생되는 동력의 소모를 최소화하고, 벨트 및 각종 보조기구류의 배치에 융통성을 더욱 부여하며, 엔진의 냉시동성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 일반적인 엔진의 워터펌프 구동상태를 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 의한 워터펌프 구동장치를 도시한 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 워터펌프 조작장치의 구성을 도시한 도면,

도 4는 엔진 회전수에 따른 오일펌프의 엔진오일 토출압의 관계를 도시한 그래프,

도 5는 엔진 회전수에 따른 워터펌프의 냉각수 토출량의 관계를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 엔진의 워터펌프 구동장치를 도시한 구성도,

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 오일펌프 3; 바이패스관로

5; 로터하우징 7; 로터

9; 샤프트 11; 임펠러

12; 냉각수통로 13; 임펠러하우징

15; 솔레노이드밸브 17; 엔진전자제어유닛

19; 엔진오일통로 21; 워터펌프

Claims (2)

1. 오일펌프에서 토출되는 엔진오일을 바이패스시키는 바이패스관로와;

   상기 바이패스관로에 구비된 로터하우징과;

   상기 로터하우징 내에서 유동하는 엔진오일에 의해 회전되는 로터와;

   상기 로터와 샤프트로 연결된 임펠러와;

   상기 임펠러의 회전에 의해 냉각수가 펌핑되도록 냉각수통로에 상기 임펠러를 감싸도록 구비된 임펠러하우징과;

   상기 바이패스관로에 공급되는 엔진오일의 공급상태를 조절하는 밸브수단과;

   엔진의 상태에 따라 상기 밸브수단을 제어하는 컨트롤수단을 갖추되;

   상기 밸브수단은 상기 컨트롤수단의 제어를 받아 상기 바이패스관로를 개폐하는 솔레노이드밸브로 구성되며;

   상기 컨트롤수단은 엔진의 초기시동여부와 냉각수온을 감지하여 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 엔진전자제어유닛으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 워터펌프 구동장치.
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