KR100485833B1 - 감온형 유체식 팬 커플링 장치 - Google Patents
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Abstract
드레그(drag) 성능을 손상시키는 일없이 용이하게 선형(linear) 특성을 얻을 수 있는 감온형 유체식 팬 커플링 장치가 제공된다.
상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치에 있어서, 구동 디스크가 내장되어 있는 밀봉 케이스의 내부는 오일 유출량 조절 포트가 내부에 구비되어 있는 격벽에 의해 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되어 있으며, 밸브 부재는 외부의 대기 온도에 따라 유출량 조절 포트를 개폐시키도록 되어 있으며, 회전 토크의 전달은 토크 전달 간극 내의 오일과 구동 디스크와의 유효 접촉 영역을 증가 및 감소시킴으로써 제어되며, 상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 특징은, 구동 디스크의 내측 부분을 중공으로 만듦으로써 형성되는 아이들 오일 저장실의 측벽에 형성되어 상기 토크 전달 간극과 연통하는 연통 포트가 구동 디스크의 아이들 오일 저장실의 측벽의 내주부에 더 인접하게 위치하는 토크 전달 유닛의 부분의 적절한 위치에 설치되어 있는 것에 있다.
Description
본 발명은 엔진에 냉각 공기를 일정하게 공급하기 위한 감온형 유체식 팬 커플링 장치에 관한 것으로, 이러한 냉각 공기 공급량은 일반적으로 자동차의 엔진 냉각 팬의 회전을 제어함으로써 운행 상태에 따라 정해진다.
이러한 종류의 종래의 팬 커플링 장치는, 토크 전달실로 공급된 오일에 의해 구동 디스크의 구동 토크를 케이스로 전달하는 시스템에 일반적으로 설치된다. 이러한 종류의 팬 커플링 장치의 공지의 구조의 예로는, 감온형 유체식 팬 커플링 장치(일본 특허 공보 제21048/1988호 참조)를 들 수 있으며, 이 장치에 있어서, 밀봉 케이스의 내부는 격실에 의해 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되며, 구동 디스크가 토크 전달실에 설치되어 구동 장치의 구동력에 의해 회전할 수 있고, 오일 저장실 내의 오일은 격실 또는 커버 내에 형성된 유출량 조절 포트로부터 토크 전달실로 공급되며, 토크 전달실 내의 오일은 오일 순환 유로를 통해 오일 저장실로 복귀하도록 되어 있다. 이러한 종류의 팬 커플링 장치에 따르면, 구동 디스크의 구동 토크는 오일 저장실로부터 토크 전달실로 공급된 오일에 의해 케이스로 전달되며, 케이스에 고정된 팬이 회전하여 자동차 엔진 등의 냉각이 실행된다. 이러한 종류의 커플링 장치는 팬시 종이와 같은 혹은 나선형 바이메탈 스트립에 의해 대기 온도를 감지하도록 되어 있어, 상기 온도가 높아질 때 유출량 조절 포트의 개방 정도를 증가시킨다. 따라서, 토크 전달실 내의 오일량은 증가하고, 케이스의 회전수는 높아져 팬을 고속으로 회전시키고, 또 냉각 효과를 향상시키게 된다.
그러나, 이러한 종류의 팬 커플링 장치는 아래와 같은 문제점이 있다.
즉, 토크 전달실에 다량의 오일이 존재한 상태로 엔진이 재시동될 때, 혹은 차량의 운행 중에 엔진이 급속히 가속될 때, 토크 전달실 내에 다량으로 존재하는 오일로 인해 구동측의 구동 디스크의 가속에 후속하여 구동측의 케이스(냉각 팬)의 회전수의 증가가 비록 단시간 동안이지만 발생한다. 이러한 현상을 대개 "드레그(drag)" 현상이라고 부르며, 팬 소음을 유발뿐만 아니라 불쾌감을 주게 된다. 또한, 엔진 출력은 소진되어 연료 소모가 나빠진다.
이러한 "드레그" 현상을 제거한 팬 커플링 장치의 예로는 격실 내에 설치된 공급 포트로부터 유출되는 오일이 일단 직경 방향으로 대향하는 측면으로 안내된 다음 토크 전달실의 내부로 공급되는 팬 커플링 장치(일본 특허 공보 제21048/1988)와, 구동 디스크가 보조 오일 저장실(아이들 오일 저장실)을 그 내부에 구비하고 있는 중공의 구조로 형성된 팬 커플링 장치와, 또는 다량의 공기 발생 팬이 낮은 회전 속도로 작동하는 시스템의 팬 커플링 장치 및 이와 유사한 팬 커플링 장치를 들 수 있다.
그러나, 종래의 감온형 유체식 팬 커플링 장치는 아래와 같은 결점이 있다.
도 3은 일반적인 선행 기술의 팬 커플링 장치를 도시한 것으로, 이 장치에 따르면, 밀봉 케이스(111)의 내부는 격실(114)에 의해 토크 전달실(112)과 오일 저장실(113)로 분할되어 있고, 상기 토크 전달실(112)에는 구동 장치(도시 생략)의 구동력에 의해 회전하는 회전 샤프트 본체(116) 상에 베어링(117)을 매개로 고형 구조체의 구동 디스크(115)가 회전 가능하게 장착되어 있어, 구동 디스크(115)와 토크 전달실(112)의 내주면 사이에 토크 전달 간극(112-1)이 형성되며, 오일 저장실(113) 내의 오일은 외부 대기 온도의 변화에 따라 작동되는 밸브 부재(118)에 의해 격벽(114)에 설치된 유출량 조절 포트(114-1)로부터 토크 전달실(112)로 공급되며, 저장실(112) 내의 공기는 순환 유로(121)를 통해 오일 저장실(113)로 복귀한다. 도면 부호 "119"는 구동 디스크(115)의 외주면, 즉 상기 디스크의 회전 중에 오일이 수집되는 외주면에 대향하는 밀봉 케이스(111)의 내주면의 일부 상에 마련된 댐(dam)을 나타내며, 도면 부호 "120"은 밀봉 케이스(111)의 외측면 상에 마련된 감온형 부재(바이메탈)를 나타낸다.
그러나, 이러한 구조의 팬 커플링 장치에서, 격실(114)의 유출량 조절 포트(114-1)로부터 유출하는 오일은 토크 전달 간극(112-1)의 전방면 상의 공간(112-2)에 잔류하고, 소정 량의 오일이 토크 전달 간극(112-1)으로 오일의 유동을 허용하고 원심력에 의해 발생하는 충분히 높은 압력(오일의 수두) 레벨에 도달할 때까지, 또는 오일의 온도가 증가하여 오일 점도를 더 낮추게 될 때까지 상기 공간 내에 계속하여 잔류(적체 : stagnate)하게 된다. 이러한 잔류 오일은, 토크 전달 간극(112-1)의 외주측에 존재하는 오일이 엔진의 가속 및 시동시에 댐(119)에 의해 오일 저장실(113)로 방출을 개시할 때라도, 토크 전달 간극(112-1)으로 계속 유동하며, 또 토크 전달을 행하게 된다. 이로 인해 전술한 "드레그" 현상을 유발하여 작동 지연을 초래한다. 상기 잔류 오일이 존재하기 때문에 다량의 오일이 필요하게 된다.
도 4 및 도 5에는 구동 디스크를 중공 구조로 형성함으로써 이루어진 보조 오일 저장실(아이들 오일 저장실)을 구비한 커플링 장치가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 팬 커플링 장치는 구동 디스크를 중공으로 형성하는 것만 제외하고 도 3에 도시된 팬 커플링 장치와 동일한 방식으로 형성되어 있다. 도 4에 도시된 팬 커플링 장치에 따르면, 밀봉 케이스(111)의 내부는 격실(114)에 의해 토크 전달실(112)과 오일 저장실(113)로 분할되며, 상기 토크 전달실(112)에는 내부에 중공을 만들어 형성한 아이들 오일 저장실(145-1)을 구비하는 구동 디스크(145)가 구동 가능하게 장착되어 있고, 또 상기 디스크의 측벽 내에서 토크 전달실(112)과 연통하는 연통 포트(145-2)와, 구동 장치(도시 생략)의 구동력에 의해 회전하는 회전 샤프트 본체(116) 상에 베어링(117)을 매개로 상기 연통 포트를 개폐하는 원심 밸브(145-3)가 장착되어 있어 토크 전달 간극(112-1)이 구동 디스크(115)와 토크 전달실(112)의 내주면 사이에 형성되며, 오일 저장실(113) 내의 오일은 외부 대기 온도의 변화에 따라 작동되는 밸브 부재(118)에 의해 격벽(114)에 설치된 유출량 조절 포트(114-1)로부터 토크 전달실로 공급되며, 따라서 토크 전달실(112) 내의 오일은 순환 유로(도시 생략)를 통해 오일 저장실(113)로 복귀하고, 오일 저장실(113) 내의 오일을 아이들 오일 저장실(145-1)로 직접 도입하기 위한 안내 부재(114-2)가 격실 상에 마련되어 있다(일본 특허 공보 제28778/1984호 참조). 즉, 상기 팬 커플링 장치는, 이 장치의 작동 중에 유출량 조절 포트(114-1)로부터 유출하는 오일이 아이들 오일 저장실(145-1)로 도입된 다음 연통 포트(145-2)로부터 원심 밸브(145-3)를 경유하여 토크 전달 간극(112-1)으로 공급되는 시스템을 구비한다.
그러나, 도 4에 도시된 팬 커플링 장치의 경우, 원심 밸브(145-3)가 유효하지 않게 되는 저속의 입력 회전시에 과잉의 오일이 아이들 오일 저장실(145) 내에 잔류하게 된다. 이러한 조건에서 입력 회전의 속도가 증가하여 원심 밸브(145-3)를 개방시키게 되면, 과잉의 오일은 토크 전달 간극(112-1)으로 계속 유동하여 전술한 경우와 동일한 방법으로 "드레그" 현상 및 작동 지연 등을 유발하게 된다. 과잉의 오일이 존재함으로 인해 다량의 오일이 필요하게 된다.
도 5에 도시된 팬 커플링 장치는 도 4에 도시된 팬 커플링 장치와 동일한 방식으로 형성되어 있으며, 이 장치에 따르면, 밀봉 케이스(111)의 내부는 격실(114)에 의해 토크 전달실(112)과 오일 저장실(113)로 분할되며, 상기 토크 전달실(112)에는 그 내부를 중공으로 만들어 형성한 아이들 오일 저장실(245-1)을 구비하는 구동 디스크(245)가 회전 구동 가능하게 장착되어 있고, 또 베어링(117)을 매개로 구동 장치(도시 생략)의 구동력에 의해 회전하는 회전 샤프트 본체(116) 상에서 상기 구동 디스크의 측벽 내에서 상기 토크 전달실(112)과 연통하는 연통 포트(245-2)가 장착되어 있어, 토크 전달 간극(112-1)이 구동 디스크(245)와 토크 전달실(112)의 내주면 사이에 형성되며, 오일 저장실(113) 내의 오일은 외부 대기 온도의 변화에 따라 작동되는 밸브 부재(118)에 의해 격벽(114)에 설치된 유출량 조절 포트(114-1)로부터 토크 전달실(112)로 공급되며, 따라서 토크 전달실(112) 내의 오일은 순환 유로(도시 생략)를 통해 오일 저장실(113)로 복귀한다(일본 특허 제2775431호 참조). 상기 팬 커플링 장치는 엔진이 정지할 때 디스크 내의 오일을 취하고, 엔진이 시동될 때 전달면 상에 잔류 오일을 최소화시키는 기구가 설치되어 있어, 상기 팬 커플링 장치는 엔진의 시동시에 "드레그" 현상의 발생을 방지하기 위해서만 효과적이다.
그러나, 상기 팬 커플링 장치의 경우, 격실(114)의 유출량 조절 포트(114-1)로부터의 유출 오일은 토크 전달 간극(112-1)의 전방면 상의 공간(112-3)에 잔류하고, 소정 량의 오일이 토크 전달 간극(112-1)으로 오일의 유동을 허용하고 원심력에 의해 발생하는 충분히 높은 압력(오일의 수두) 레벨에 도달할 때까지, 또는 오일의 온도가 증가하여 오일 점도를 더 낮추게 될 때까지 상기 공간 내에 계속하여 잔류(적체)하게 된다. 이러한 잔류 오일은, 토크 전달 간극(112-1)의 외주측인 그 간극의 일부에 존재하는 오일이 엔진의 가속 및 시동시에 댐(도시 생략)에 의해 오일 저장실(113)로 방출을 개시할 때라도 토크 전달 간극(112-1)으로 계속 유동하며, 또 토크 전달을 실행한다. 이로 인해 전술한 "드레그" 현상을 유발하여 작동 지연을 초래한다. 상기 잔류 오일이 존재하기 때문에 다량의 오일이 필요하게 된다.
도 5에 도시된 팬 커플링 장치와 유사한 장치에 따르면, 엔진이 시동되고 가속될 때 구동 디스크 내의 오일을 취함으로써 엔진의 시동 및 가속시에 드레그를 방지하기 위한 기구가 설치되어 있다(일본 공개 특허 공보 제17849/1994). 그러나, 상기 팬 커플링 장치에서, 디스크 내의 오일을 단시간의 가속 시간에서 완전하게 회수하기가 곤란하다. 더욱이, 상기 격실의 유출량 조절 포트로부터 유출하는 오일은 도 5에 도시된 팬 커플링 장치와 동일한 방식으로 토크 전달 간극의 전방 공간에 잔류하게 된다. 따라서, 상기 공보에 개시된 팬 커플링 장치는 엔진의 가속시에 발생하는 드레그를 방지하기 위한 충분한 해결책을 제시하지 못하였으며, 또한 작동 지연을 유발하였다. 더욱이, 과잉의 유체가 존재하기 때문에, 다량의 오일이 필요하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 종래의 팬 커플링 장치에서, 격실의 유출량 조절 포트로부터 유출하는 오일은 소정 량의 오일이 원심력에 의해 발생하는 토크 전달 간극과 관련한 압력 유입을 허용하기에 충분히 높은 압력 레벨에 도달할 때까지, 또는 오일의 점도가 감소될 때까지 토크 전달 간극의 전방의 공간 내에 잔류(정체)하게 된다. 따라서, 잔류(과잉) 오일이 토크 전달 간극의 전방의 공간 내에 충분히 존재하지 않을 경우, 상기 오일은 그 간극으로 유동하지 않기 때문에, 필요한 팬 회전 제어 특성을 얻을 수 없게 된다. 반면에, 이러한 잔류(과잉) 오일은 드레그 및 작동 지연을 유발하였다.
즉, 밸브 부재가 바이메탈 등의 감온형 본체의 온도 변형과, 외측에서 그 본체로 전달된 전기자성 제어 작동으로 인해 작동할 때조차도, 예정된 팬의 회전수를 얻기 위한 시간은 전술한 바와 같이 토크 전달 간극의 전방의 공간에 오일이 잔류하기 때문에 지연되며, 팬의 거동은 전술한 바와 같이 팬의 자체 가열과 팬으로 전달된 외부 열에 기인하여 오일의 점도의 변화로 인해 불안정하게 된다.
이러한 상황에서, 본 발명의 발명자는 토크 전달 간극의 전방 공간 내에 오일의 잔류를 방지함으로써 엔진의 시동 및 가속시에 드레그 현상을 없앨 수 있고, 오일의 잔류가 일어나지 않을 때조차도 작동 지연을 방지할 수 있고, 온도 징후에 대해 팬의 회전을 안정적으로 제어(온도 특성을 안정화)할 수 있는 선행 기술에 따른 감온형 유체식 팬 커플링 장치들이 안고 있는 전술한 문제점을 해결하기 위한 방안을 예전에 제안하였다.
상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치는, 구동 디스크가 그 전방 단부에 견고하게 장착되어 있는 회전 샤프트 본체 상에서 베어링을 경유하여 지지되어 있고, 또 그 외주부에 고정된 냉각 팬을 구비하는 밀봉 케이스의 내부가, 오일 유출량 조절 포트 지지 격실에 의해 내부에 구동 디스크가 내장되어 있는 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되어 있으며, 구동 디스크가 회전될 때 오일이 수집되는 구동 디스크의 외주면에 대향하는 밀봉 케이스의 내주면의 일부는 댐을 구비하며, 이 댐에 연결되는 순환 유로를 형성하고, 그리고 상기 토크 전달실로부터 오일 저장실로 연장하며, 외부의 대기 온도가 예정된 수준을 초과할 때 상기 격실의 유출량 조절 포트를 개방시키고 또 상기 외부의 대기 온도가 예정된 수준 보다 낮을 때는 폐쇄시키도록 되어 있는 밸브 부재가 상기 밀봉 케이스의 내부에 설치되어 있어 상기 밸브 부재는 커버의 외면상에 마련되고 온도 변화에 따라 발생하는 감온형 본체의 온도 변형에 따라 작동하며, 회전 샤프트 본체로부터 피구동측의 밀봉 케이스로의 토크 전달은 구동 디스크와 밀봉 케이스의 대향면 사이에 마련된 토크 전달 간극 내의 오일의 유효 접촉 영역을 증가 및 감소시킴으로써 제어되고, 구동 디스크의 내부는 구동 디스크를 중공으로 만듦으로써 아이들 오일 저장실로 형성하며, 아이들 오일 저장실과 토크 전달실을 서로 연통시키기 위한 오일 순환 장치가 구동 디스크의 측벽 혹은 외주벽 내에서 토크 전달실과 연통하는 적어도 하나의 연통 통로를 만듦으로써 설치되어 있는 감온형 유체식 팬 커플링 장치이며, 상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 특징은, 상기 장치의 작동 중에 격실의 유출량 조절 포트로부터 유출하는 오일을 고속으로 회전하는 입력 샤프트측인 상기 디스크의 일부의 내부를 통해 통과시킴으로써 높은 원심력을 부여할 수 있고, 상기 디스크의 아이들 오일 저장실의 내주면 구조를 방사형 혹은 나선형 홈부 지지용 소직경의 내주면 구조체로 형성함으로써 소량의 오일로 큰 수두를 얻을 수 있으며, 또 상기 구동 디스크 내의 오일을 토크 전달 간극으로 직접 안정적으로 유동시킬 수 있다는 데 그 특징이 있고, 상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 요체는 오일 저장실 내의 오일을 격실의 유출량 조절 포트로부터 중공의 구동 디스크로 직접 도입시키기 위한 기구를 구동 디스크 및/또는 격실에 설치하는 것과, 상기 구동 디스크의 내주면 내에서 상기 디스크로 도입된 오일을 위한 적어도 하나의 오일 순환 홈부를 상기 디스크에 설치하는 것과, 상기 구동 디스크를 소경의 내주면을 갖는 구조로 형성하여 그 내부의 오일의 량이 상기 디스크의 구동에 필요한 최소의 수준으로 되게 하는 것과, 그리고 토크 전달 간극과 연통하는 연통 포트를 상기 순환 홈부에 설치하는 것에 있다.
이러한 팬 커플링 장치의 경우, 격실의 유출량 조절 포트로부터 유출하는 오일은 고속으로 회전하는 입력 샤프트측인 구동 디스크의 일부의 내부로 유동하여 더 높은 원심력이 오일에 부여되도록 해준다. 따라서, 상기 오일은 높은 압력을 안정적으로 얻게 되고, 상기 구동 디스크 내의 오일은 과잉의 오일이 존재하지 않을 때에도 디스크의 고속 회전에 따라 디스크 내에 잔류하는 일없이 용이하게 토크 전달 간극으로 유입된다. 따라서, 상기 오일은 구동 디스크 내에 실질적으로 잔류하지 않게 된다. 이로 인해 엔진의 시동 및 가속시에 드레그 현상 및 작동 지연을 방지할 수 있다. 팬 회전의 제어는 잔류 오일(과잉의 오일)에 의해 좌우되지 않기 때문에, 온도 징후와 관련한 상기 장치의 반응은 향상되며, 팬의 회전의 제어(온도 특성을 안정화)가 가능하게 된다. 더욱이, 상기 잔류 오일(과잉의 오일)이 실질적으로 존재하지 않고, 상기 구동 디스크는 아이들 오일 저장실 내의 오일의 량이 요구되는 최저의 수준으로 될 수 있게 하는 소경의 내주면을 갖는다. 따라서, 상기 팬 커플링 장치는 사용되는 오일의 총량을 더 줄일 수 있고, 다른 우수한 효과를 발휘한다.
그러나, 전술한 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 순환 홈부 내에 마련된 연통 포트가 토크 전달 유닛의 외주면상에 위치할 때, 상기 디스크의 내부를 통과하여 토크 전달 유닛으로 유동하는 오일은 적절한 토크를 토크 전달 유닛으로 전달하는 중에 토크 전달 유닛 내에 오일이 존재하지 않은 상태로 상기 댐에 기인하여 순환 유로를 경유하여 오일 저장실로 즉시 복귀된다. 이는 드레그 현상 및 선형 특성(단계가 적은 온도 특성)의 동시 만족을 어렵게 하는 문제점을 유발한다.
종래 기술의 일반적인 온/오프식 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 감온 특성(각종 온도에 따른 팬의 회전수와 오일 공급류와 오일 회수 능력 사이의 관계)이 도 6에 도시되어 있다. 이 도면은 입력 수준이 일정할 때 얻어진 특성을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 오일 회수 능력을 표시하는 일직선의 우상측 영역은 불연속한 영역이며, 오일 회수 능력을 표시한 일직선의 좌하측 영역은 선형 영역이다. 즉, 온/오프식 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 경우, 팬의 회전수는 온도 변화가 발생하지 않을 때조차도 갑자기 증가 혹은 감소하여, (1) 불연속한 변화에 따른 팬의 소음, (2) 팬의 소비 마력의 불연속한 변화에 따른 팬 구동 시스템 상의 부하의 갑작스러운 변동, (3) 과잉의 공기량의 발생으로 인한 연료 소모의 감소를 유발한다.
반면에, 본 발명의 발명자가 예전에 제안한 상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치에는 선형 특성을 얻기 위해 밸브 부재의 전방 단부에 균형추가 고정되어 있다. 상기 균형추의 원심력을 이용함으로써, 밸브 부재는 원심력의 효과로 인해 폐쇄되며, 소정 량의 오일은 팬측(출력/피구동측)의 부분이 고속으로 회전할 때 제한된다. 이는 팬의 회전수를 적절하게 설정할 수 있게 해주며, 따라서 전체의 영역에 걸쳐 선형 특성을 얻을 수 있게 된다(도 7 참조). 그러나, 오일 공급량을 오일 회수 능력보다 더 낮게 하여 팬의 회전수가 낮아질 때, 발생하는 토크는 오일이 토크 전달 유닛을 통과하게 되는 거리에 따라 좌우된다.
그러나, 순환 홈부에 마련된 연통 포트는 토크 전달 유닛의 외주부 내에 위치 설정되며, 균형추의 원심력에 의해 비록 적절한 량의 오일이 디스크로 유동하지만 대량 전체 량의 오일이 순환 유로로부터 오일 저장실로 복귀한다. 따라서, 드레그 현상 및 선형 특성(단계가 적은 온도 특성)을 동시에 만족하는 것은 어렵고 불연속적으로 된다. 그 결과, 팬의 소음이 문제가 되고, 구동 마력이 비경제적으로 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 제공된 것으로, 구동 디스크의 아이들 오일 저장실의 벽의 적절한 위치에 연통 포트를 설치함으로써 드레그 성능을 손상시키는 일없이 용이하게 선형 특성을 얻을 수 있는 감온형 유체식 팬 커플링 장치를 제공한다.
상기 감온형 유체식 팬 커플링 장치는 구동 디스크가 그 전방 단부 상에 견고하게 장착되어 있는 회전 샤프트 본체 상에 베어링을 경유하여 지지된 밀봉 케이스를 구비하며, 상기 밀봉 케이스의 내부는 오일 유출량 조절 포트가 내부에 구비되어 있는 격벽에 의해 상기 구동 디스크가 내장되어 있는 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되어 있으며, 순환 유로는 상기 밀봉 케이스의 내주 벽면부 상에 마련된 댐에 결합되어 있는 상기 토크 전달실로부터 상기 오일 저장실로 연장하며, 밸브 부재는 외부의 대기 온도가 예정된 수준을 초과할 때 상기 격실의 상기 유출량 조절 포트를 개방시키고 또 상기 외부의 대기 온도가 설정된 수준 이하일 때는 상기 유출량 조절 포트를 폐쇄시키도록 설치되어 있으며, 회전 샤프트 본체로부터 피구동측 상의 폐쇄된 케이스로 향하는 회전 토크의 전달은 구동 디스크 내의 오일과 토크 전달 간극의 유효 접촉 영역을 증가 및 감소시킴으로써 제어되며, 상기 장치의 특징은, 상기 구동 디스크를 중공으로 만듦으로써 형성되는 아이들 오일 저장실의 측벽에는 상기 토크 전달 간극과 연통하는 적어도 하나의 연통 포트와, 상기 오일 저장실 내의 오일을 상기 격실의 유출량 조절 포트로부터 아이들 오일 저장실의 내부로 직접 도입하는 기구가 설치되어 있으며, 상기 연통 포트는 다음의 조건, 즉
0.05L＜d＜0.4L
(여기서, L = Rout - Rin, d 는 상기 토크 전달 간극의 내경측 위치와 상기 연통 포트의 축 사이의 거리, Rout 은 상기 구동 디스크의 외주의 반경, Rin 는 상기 토크 전달 간극의 내경 위치의 반경)을 만족하는 위치에 설치되는 것을 그 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 특징은 구동 디스크의 아이들 오일 저장실의 측벽에서 그 측벽의 내주부에 더 인접하게 위치하는 토크 전달 유닛의 부분에 연통 포트를 설치하는 것에 있다. 그 이유는, 상기 연통 포트가 상기 내주부에 더 인접하게 위치하는 토크 전달 유닛의 상기 부분에 마련될 때, 연통 포트로부터 유출하는 오일이 오일 저장실과 연통하는 순환 유로로 유동하게 되는 거리가 길어져 오일 저장실로부터 공급된 적절한 량의 오일에 해당하는 토크가 발생될 수 있기 때문이다.
더욱이, 연통 포트가 전술한 조건을 만족하는 위치에 제공되어야 하는 이유는 다음과 같다.
즉, 상기 토크 전달 간극의 내주부의 위치와 상기 연통 포트의 축 사이의 거리(d)는 아래와 같은 이유로 0.05L 내지 0.4L 범위의 레벨로 설정된다. 상기 거리가 0.05L 보다 더 짧을 때, 토크 전달 간극으로 유출하는 오일은 상기 간극의 내측 상의 공간으로 반드시 유동하므로, 상기 공간 내에 수집된 오일은 드레그 특징을 저하시킬 염려가 있다. 반면에, 상기 거리(d)가 0.4L 을 초과할 때, 상기 작동은 높은 입력 회전 대역의 온/오프 상태로 놓이게 되어 선형 특징의 저하를 유발한다. 이러한 관점에서, 0.1L 내지 0.3L의 범위가 특히 양호할 수 있다. 즉, 전술한 거리가 상기 범위내의 수준에 있을 때, 상기 오일은 토크 전달 간극으로 안정하게 유동하며, 상기 선형 특징은 전체의 입력 회전 영역대에서 얻어지게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 감온형 팬 커플링 장치의 주요부의 기본 구성을 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 감온형 팬 커플링 장치의 다른 실시예의 주요부를 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이다.
본 발명에 따르면, 그 기본 구조가 도 1에 도시되어 있으며, 밀봉 케이스(1)의 내부는 격실(4)에 의해 토크 전달실(2)과 오일 저장실(3)로 분할되어 있다. 상기 토크 전달실(2)에는 디스크의 내부를 중공으로 만듦으로써 형성된 아이들 오일 저장실(5-1)과, 상기 구동 디스크의 측벽에 형성되어 토크 전달실(2)과 연통하는 연통 포트(5-2)를 구비하는 구동 디스크(5)가 설치되어 있다. 구동 디스크(5)는, 토크 전달 간극(2-1)이 구동 디스크(5)와 토크 전달실(2)의 내측 원주면 사이에 형성되도록 하여, 구동 장치(도시 생략)의 구동력에 의해 회전하는 회전 샤프트 본체(6) 상에 마련된 베어링(7)을 매개로 회전 가능하게 장착되어 있다. 본 발명에 따르면, 연통 포트(5-2)는 전술한 조건, 즉 0.05L＜d＜0.4L 를 충족시키는 위치(토크 전달 간극(2-1)의 내주부에 더 가깝게)에 마련되어 있다.
이 실시예는 또한 오일 저장실(3) 내의 오일을 격벽(4)에 설치된 유출량 조절 포트(4-1)로부터 구동 디스크(5)의 아이들 오일 저장실(5-1)로 밸브 부재(8)에 의해 직접 도입하는 기구를 설치함으로써 이루어지며, 상기 밸브 부재(8)는 외부 대기 온도의 변화에 따라 바이메탈과 외부 전자석 코일에 의해 작동되며, 상기 아이들 오일 저장실(5-1) 내의 오일은 연통 포트(5-2)로부터 토크 전달실(2)로 공급되며, 또 상기 오일은 순환 유로(9)를 통해 오일 저장실(3)로 복귀된다. 도면 부호 "10"은 균형추를, 그리고 도면 부호 "11"은 댐(dam)을 나타낸다.
전술한 구조의 팬 커플링 장치의 작동 중에, 격실(4)의 유출량 조절 포트(4-1)로부터 유출하는 오일은 직접 중고의 구동 디스크(5)의 아이들 오일 저장실(5-1)로 도입된다. 상기 아이들 오일 저장실(5-1) 내의 오일은 회전 샤프트 본체(6)의 높은 회전 속도로 인해 발생하는 큰 원심력에 의해 연통 포트(5-2)에서 토크 전달 간극(2-1)으로 부드럽게 도입된다. 연통 포트(5-2)는 토크 전달 간극(2-1)의 내주부에 더 근접하게 설치되기 때문에, 오일 저장실(3)과 연통하는 순환 유로(9)와 상기 연통 포트(5-2)와 사이의 거리는 길어진다. 따라서, 연통 포트(5-2)로부터 도입되는 오일은 오일 저장실로부터 공급되는 적절한 오일량에 해당하는 토크를 발생한다.
즉, 본 발명에 따른 팬 커플링 장치의 경우, 적절한 오일량이 균형추(10)에 기인하여 격실(4)의 유출량 조절 포트(4-1)로부터 유출되고, 고속으로 회전하는 입력 샤프트측 구동 디스크(5)의 내측 부분으로 유입되어 그 오일에 높은 원심력이 부여된다. 따라서, 상기 오일은 안정된 고압을 가지며, 아이들 오일 저장실(5-1) 내의 오일은, 심지어 과잉의 오일이 존재하지 않을 때에도 오일 저장실(5-1)에 잔류하지 않은 채로 연통 포트(5-2)로부터 토크 전달 간극(2-1)으로 용이하게 유동한다. 따라서, 입력 샤프트측에 있는 구동 디스크의 부분은 고속으로 회전하며, 상기 오일은 아이들 오일 저장실(5-1) 내에 실질적으로 잔류하지 않으므로 드레그 현상이 발생하지 않는다. 더욱이, 팬 회전의 제어는 잔류 오일(과잉의 오일)에 따라 좌우되기 때문에 상기 장치의 반응성은 향상된다.
아이들 오일 저장실(5-1)의 측벽 내의 연통 포트(5-2)가 그 저장실의 내측 외주부에 더 가까운 토크 전달 간극(2-1)의 일부에 설치되기 때문에, 아이들 오일 저장실(5-1) 내의 오일은 토크 전달 간극(2-1)으로 안정적으로 유동하게 된다. 따라서, 드레그 성능을 손상시키는 일없이 선형 특성을 얻게 된다. 이로 인해, 팬의 소음은 현저하게 감소된다.
아이들 오일 저장실(5-1)의 측벽에 설치된 연통 포트(5-2)의 방식은 연통 포트(5-2)가 구동 디스크(5)의 일측면 상의 토크 전달벽 내에 설치되어 있는 시스템, 연통 포트(5-2)가 구동 디스크(5)의 양측면 상의 토크 전달벽 내에 설치되어 있는 시스템, 그리고 연통 포트가 그 단면적의 증가를 위해 횡단면이 길게 또는 타원형으로 되어 있는 시스템을 포함한다.
도 2에 도시된 감온형 팬 커플링 장치는 구동 디스크(5)와 밀봉 케이스(1)의 구동측인 대향하는 벽면과의 사이의 토크 전달 간극을, 평판 형태의 디스크를 사용하지 않고 미로형 구조로 형성하여 이루어지며, 이 장치의 작용 및 효과는 도 1에 도시된 것과 동일하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 감온형 팬 커플링 장치에 따르면, 격실의 유출량 조절 포트에서 유출하는 오일은 고속으로 회전하는 입력 샤프트측 구동 디스크의 아이들 오일 저장실의 내측 일부로 유입되고, 그 오일에 높은 원심력이 부여되므로, 상기 오일은 고압에서 안전성을 확보하게 된다. 따라서, 과잉의 오일이 존재하지 않을 때조차도 구동 디스크 내의 오일은 오일 저장실에 잔류하지 않은 채로 구동 디스크의 고속 회전에 따라 토크 전달 간극으로 용이하게 유동한다. 따라서, 다음과 같은 각종 우수한 효과를 얻게된다. 상기 오일은 실질적으로 구동 디스크 내에 잔류하지 않는다. 엔진의 시동 및 가속시에서의 유도 회전 현상과 작동 지연의 방지를 달성하게 된다. 팬의 회전 제어는 잔류 오일(과잉의 오일)에 따라 좌우되지 않기 때문에 온도 징후와 관련한 장치의 반응성은 향상되고, 안정적인 팬 회전의 제어(온도 특성의 안정)가 가능해지게 된다. 실질적으로 과잉의 오일이 존재하지 않기 때문에, 또 오일 유동을 구동 디스크의 내측으로부터 토크 전달 간극으로 향하게 하는 연통 포트가 그 연통 포트의 내측 외주부에 더 가까이 있는 토크 전달 유닛의 일부인 적절한 위치에 설치되기 때문에, 드레그 현상으로 인한 피해 없이 광범위의 회전 속도에서 선형 특성을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 주요부의 기본 구성을 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이며,
도 2는 본 발명의 감온형 유체식 팬 커플링 장치의 다른 실시예를 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이고,
도 3은 종래의 팬 커플링 장치의 주요부를 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이며,
도 4는 중공 구조의 구동 디스크를 구비한 종래의 팬 커플링 장치의 주요부를 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이고,
도 5는 중공 구조의 구동 디스크를 구비한 또 다른 종래의 팬 커플링 장치의 주요부를 종방향으로 절단하여 도시한 측면도이며,
도 6은 온/오프식 팬 커플링 장치의 감온 특성을 나타내는 그래프이고,
도 7은 선형식 팬 커플링 장치의 감온 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 밀봉 케이스
2 : 토크 전달실
3 : 오일 저장실
4 : 격실
5 : 구동 디스크
6 : 회전 샤프트 본체
7 : 베어링
8 : 밸브 부재
9 : 순환 유로
10 : 균형추
11 : 댐
Claims (1)
- 구동 디스크가 그 전방 단부 상에 견고하게 장착되어 있는 회전 샤프트 본체 상에 베어링을 경유하여 지지된 밀봉 케이스를 구비하며, 상기 밀봉 케이스의 내부는 오일 유출량 조절 포트가 내부에 구비되어 있는 격벽에 의해 상기 구동 디스크가 내장되어 있는 토크 전달실과 오일 저장실로 분할되어 있으며, 순환 유로는 상기 밀봉 케이스의 내주 벽면부 상에 마련된 댐에 결합되어 있는 상기 토크 전달실로부터 상기 오일 저장실로 연장하며, 밸브 부재는 외부의 대기 온도가 예정된 수준을 초과할 때 상기 격실의 상기 유출량 조절 포트를 개방시키고 또 상기 외부의 대기 온도가 설정된 수준 이하일 때는 상기 유출량 조절 포트를 폐쇄시키도록 되어 있으며, 회전 샤프트 본체로부터 피구동측 상의 폐쇄된 케이스로 향하는 회전 토크의 전달은 구동 디스크 내의 오일과 토크 전달 간극의 유효 접촉 영역을 증가 및 감소시킴으로써 제어되는, 감온형 유체식 팬 커플링 장치로서,상기 구동 디스크의 내측 부분을 중공으로 만듦으로써 형성되는 아이들 오일 저장실의 측벽에는 상기 토크 전달 간극과 연통하는 하나 이상의 연통 포트와, 상기 오일 저장실 내의 오일을 상기 격실의 유출량 조절 포트로부터 아이들 오일 저장실의 내부로 직접 도입하는 기구가 설치되어 있으며, 상기 연통 포트는 다음의 조건, 즉0.05L＜d＜0.4L(여기서, L = Rout - Rin, d 는 상기 토크 전달 간극의 내경측 위치와 상기 연통 포트의 축 사이의 거리, Rout 은 상기 구동 디스크의 외주의 반경, Rin 는 상기 토크 전달 간극의 내경 위치의 반경)을 만족하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 감온형 유체식 팬 커플링 장치.
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