KR100488563B1 - 워터펌프의 동력 단속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터펌프의 동력 단속장치에 관한 것으로서,

종래의 워터펌프는 회전축이 엔진보기류측과 직접 연결되어 있기 때문에 엔진구동시 워터펌프가 상시 동작하게되므로서 엔진출력대비 약 1%~2.5% 의 동력손실이 발생하고 있으며, 워터펌프의 상시구동에 의해 실링이 파손되면서 냉각수의 회전축과 직접 접촉될 뿐만 아니라 베어링으로 물이 스며들게되어 마찰부품의 산화가 촉진되어 제품의 수명이 단축되는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 워터펌프의 축을 풀리와 연결되는 메인회전축과 임펠러와 연결되는 가동회전축으로 분리하고, 메인회전축과 가동회전축의 사이에 냉각수 온도에 따라 팽창 및 수축하는 왁스를 내장시켜 이 왁스의 팽창여부에 따라 가동회전축을 선택적으로 회전시켜 임펠러가 회전하도록 하므로서, 워터펌프를 선택적으로 구동시킴에 따라 워터펌프의 소요동력을 축적하여 마찰마력을 저감시켜 엔진부하 감소 및 엔진출력향상의 효과를 기대할 수 있고, 또한 워터펌프를 구성하는 마찰부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 워터펌프의 동력 단속장치에 관한 것이다.

Description

워터펌프의 동력 단속장치{Clutch of water pump}

본 발명은 워터펌프의 동력 단속장치에 관한 것으로서, 특히 워터펌프를 선택적으로 구동시킴에 따라 워터펌프의 소요동력을 축적하여 마찰마력을 저감시켜 엔진부하 감소 및 엔진출력향상의 효과를 기대할 수 있고, 또한 워터펌프를 구성하는 마찰부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 워터펌프의 동력 단속장치에 관한 것이다.

일반적으로 워터펌프라 함은 엔진 구동시 연동되어 냉각수가 엔진내부를 순환하도록 하는 기능을 가진다.

도 4 는 종래의 워터펌프를 도시한 것으로서,

펌프 하우징(1)의 하측에 냉각수가 유입되는 입구(2)가 형성되고, 상측에 임펠러(7)에 의해 펌핑된 냉각수가 배출되기 위한 출구(3)가 형성되며, 이 펌프 하우징(1)의 중앙을 회전축(5)이 관통하여 설치되고, 상기 회전축(5)의 일측 끝단에는 엔진 보기류측과 벨트로서 연결되기 위한 풀리(4)가 결합된다.

또한, 상기 회전축(5)의 작동단에는 냉각수를 펌핑하기 위한 임펠러(7)가 결합되고, 상기 회전축(5)과 펌프 하우징(1)의 사이에 베어링(6)이 설치되어 있다.

그리고, 회전축(5)과 임펠러(7)의 결합부분에는 냉각수가 회전축(5)에 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 실링(8)이 형성된다.

이와같이 구성된 종래 워터펌프는 엔진 구동시 엔진보기류측과 벨트로서 연결된 풀리(4)가 회전하고, 이 풀리(4)가 회전함에 따라 회전축(5)이 회전하게되므로서 임펠러(16)가 고속회전하여 입구(2)로 유입된 냉각수를 펌핑하여 출구(2)로 배출하는 것이며, 이에의해 냉각수가 엔진 내부를 순환하게되는 것이다.

그러나, 종래의 워터펌프는 회전축이 엔진보기류측과 직접 연결되어 있기 때문에 엔진구동시 워터펌프가 상시 동작하게되므로서 엔진출력대비 약 1%~2.5% 의 동력손실이 발생하고 있으며, 워터펌프의 상시구동에 의해 실링이 파손되면서 냉각수의 회전축과 직접 접촉될 뿐만 아니라 베어링으로 물이 스며들게되어 마찰부품의 산화가 촉진되어 제품의 수명이 단축되는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 워터펌프의 축을 풀리와 연결되는 메인회전축과 임펠러와 연결되는 가동회전축으로 분리하고, 메인회전축과 가동회전축의 사이에 냉각수 온도에 따라 팽창 및 수축하는 왁스를 내장시켜 이 왁스의 팽창여부에 따라 가동회전축을 선택적으로 회전시켜 임펠러가 회전하도록 하므로서, 워터펌프를 선택적으로 구동시킴에 따라 워터펌프의 소요동력을 축적하여 마찰마력을 저감시켜 엔진부하 감소 및 엔진출력향상의 효과를 기대할 수 있고, 또한 워터펌프를 구성하는 마찰부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 워터펌프의 동력 단속장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

엔진 보기류 벨트를 통해 전달되는 회전력을 풀리를 통해 공급받아 임펠러를 회전시켜 냉각수를 순환시키는 워터펌프에 있어서,

일측 끝단에 풀리가 결합되는 메인회전축과;

상기 메인회전축의 타측에 볼트로서 결합되고, 그 내부에 전방측으로 관통되는 소정의 작동실을 구비하되, 상기 작동실의 내벽면이 일정각도 경사진 테이퍼면으로 형성되는 왁스하우징과;

선단부의 작동단부에 임펠러가 결합되고, 후단부가 왁스하우징의 작동실 내부로 삽입되어지되, 그 삽입부분에 테이퍼면과 동일한 경사를 이루는 테이퍼경사면이 형성되어 있는 가동회전축과;

상기 작동실의 공간 내에 설치되며, 워터펌프 내로 유입된 냉각수 온도가 설정온도 이상일때 팽창하여 가동회전축의 테이퍼경사면과 왁스하우징의 테이퍼면이 밀착되면서 임펠러가 회전하도록 하는 왁스; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 왁스의 팽창온도는 써모스타트의 오픈 시작온도 보다 약 10도 낮게 설정되는 것을 특징으로 하며, 상기 왁스하우징은 메인회전축의 선단부에 넓게 확장되게 형성된 결합부에 볼트로서 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 10 은 엔진 보기류와 벨트로서 연결되는 풀리가 그 끝단에 결합되어지는 메인회전축을 나타내며, 이 메인회전축(10)은 펌프 하우징과 베어링에 의해 결합되며, 상기 메인회전축(10)의 선단부에는 왁스하우징(11)의 플랜지 결합을 위한 결합부(18)가 넓게 확장되어 있다.

상기 왁스하우징(11)은 그 일측이 상기 결합부(18)에 맞대어진 상태로 볼트로서 플랜지 결합되어 메인회전축(10) 회전시 연동하여 회전한다.

이 왁스하우징(11)의 내부에는 전방측(임펠러측)으로 관통되는 소정의 작동실(12)이 형성되는데, 이 작동실(12)의 내벽면은 일정각도 경사진 테이퍼면(13)으로 형성하며, 상기 왁스하우징(11)의 외각으로 실링(미도시하였음)이 형성된다. 즉, 상기한 왁스하우징(11)의 내경 지름이 소정구간에 걸쳐 점차 감소되는 형상으로 상기 테이퍼면(13)이 형성되는 것이다.

도면부호 14는 그 선단부에 임펠러(16)가 결합되고, 그 후단부가 도 3 에 도시된 바와같이 왁스하우징(11)의 작동실(12) 내부로 삽입되어지는 가동회전축을 나타낸다.

이 가동회전축(14)은 그 후단부에 작동실(12)의 테이퍼면(13)과 동일한 경사각을 가지는 테이퍼경사면(15)이 형성된다.

따라서, 상기 가동회전축(14)의 테이퍼경사면(15)이 작동실(12)의 테이퍼면(13)과 형합되어질때 가동회전축(14)이 왁스하우징(11)의 회전력을 전달받아 회전하게되며, 테이퍼경사면(15)과 테이퍼면(13)이 서로 접촉되어있지 않을 경우에는 왁스하우징(11)은 공회전하면서 회전력이 가동회전축(14)으로 전달되지 않게된다.

한편, 상기 가동회전축(14)을 도면상의 우측으로 밀어주는 역할을 하는것이 왁스(17)인데, 이 왁스(17)는 도 1 에 도시된 바와같이 작동실(12)의 일측에 가동회전축(14)과 접하도록 설치된다.

상기 왁스(17)는 주변의 온도가 일정온도 이상일 때 팽창하고, 이하일때 수축하는 성질을 가지고 있으며, 본 발명의 경우 왁스(17)의 팽창 시작온도를 써모스타트의 오픈 시작온도 보다 약 10도 낮게 설정하는 것이 바람직하다.

그 이유는 가동회전축(14)이 작동하기 위해서는 왁스(17)가 완전히 팽창하여 가동회전축(14)이 왁스하우징(11)에 충분히 밀착되도록 밀어주어야만 하기 때문에 왁스(17)가 충분히 팽창할 수 있는 시간을 주기 위함이다.

즉, 엔진과 라디에이터 사이에 설치되는 써모스타트의 작동온도가 대개 80~82도 일때 왁스(17)의 팽창 시작온도를 약 70도 정도로 설정해주게되면, 냉각수 온도가 70도를 넘어선 이후부터 왁스(17)가 팽창하기 시작하여 써모스타트가 작동되는 시점에서 왁스(17)가 최대로 팽창하면서 가동회전축(14)을 충분히 밀어주게 되는 것이며, 상기 왁스(17)의 팽창 시작온도는 워터펌프가 설치되는 환경에 따라 가변시킬 수 있다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 구동하면, 엔진보기류측과 벨트로서 연결된 풀리가 회전하면서 메인회전축(10)이 회전하게되고, 이 메인회전축(10)과 연결되어 있는 왁스하우징(11) 또한 회전하게 된다.

하지만, 엔진 초기 구동시에는 냉각수의 온도가 낮은 상태이므로 왁스(17)가 도 1 과같이 수축된 상태를 유지하게되고, 이에의해 가동회전축(14)의 테이퍼경사면(15)과 왁스하우징(11)의 테이퍼면(13)이 밀착되지 않은 상태로 존재하면서 왁스하우징(11)의 회전력이 가동회전축(14)으로 전달되지 않게되어 임펠러(16)는 회전하지 않는다.

즉, 냉각수의 온도가 낮을 때에는 워터펌프는 구동하지 않게된다.

이후, 시간이 경과하여 냉각수의 온도가 왁스(17)의 팽창 시작온도에 도달하게되면, 이시점부터 왁스(17)는 서서히 팽창하면서 가동회전축(14)을 도면상의 우측으로 밀어내게되고, 써모스타트가 동작하는 온도에 다다르게되면 왁스(17)는 최대치로 팽창하여 가동회전축(14)을 밀어줌에 따라 가동회전축(14)의 테이퍼경사면(15)과 왁스하우징(11)의 테이퍼면(13)이 도 2 와같이 완전히 밀착된 상태를 이루게되므로서, 왁스하우징(11)의 회전력이 가동회전축(14)으로 전달되어 임펠러(16)가 회전하게 되는 것이다.

상기 설명과같이 동작하는 본 발명에 의하면, 엔진 구동시 워터펌프가 상시 작동하지 않고 냉각수의 온도에 따른 왁스(17)의 팽창여부에 따라 필요시에 작동하게 되므로 워터펌프를 구성하는 마찰부품의 마모율을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 실링의 파손을 최대한 억제하여 베어링계로 물이 스며드는 현상을 사전에 방지할 수 있게된다.

또한, 상기와같은 효과에 의해 워터펌프를 구성하는 실링 및 베어링의 내구성을 약 50% 이상 향상시킬 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 워터펌프의 축을 풀리와 연결되는 메인회전축과 임펠러와 연결되는 가동회전축으로 분리하고, 메인회전축과 가동회전축의 사이에 냉각수 온도에 따라 팽창 및 수축하는 왁스를 내장시켜 이 왁스의 팽창여부에 따라 가동회전축을 선택적으로 회전시켜 임펠러가 회전하도록 하므로서, 워터펌프를 선택적으로 구동시킴에 따라 워터펌프의 소요동력을 축적하여 마찰마력을 저감시켜 엔진부하 감소 및 엔진출력향상의 효과를 기대할 수 있고, 또한 워터펌프를 구성하는 마찰부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 워터펌프의 동력 단속장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 워터펌프의 동력 단속장치를 보인 단면도.

도 2 는 본 발명의 작동상태를 보인 도면.

도 3 은 본 발명에 적용된 왁스 하우징과 가동회전축의 결합상태를 보인 도면.

도 4 는 종래의 워터펌프를 보인 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 메인회전축 11 : 왁스하우징

12 : 작동실 13 : 테이퍼면

14 : 가동회전축 15 : 테이퍼경사면

16 : 임펠러 17 : 왁스

18 : 결합부

Claims (3)

1. 일측 끝단에 풀리가 결합되는 메인회전축(10)과; 선단부의 작동단부에는 임펠러(16)가 결합된 가동회전축(14)과; 상기한 메인회전축(10)의 일단과 가동회전축(14)의 일단을 연결시켜 구동력이 전달되도록 내부에는 왁스(17)가 충진된 왁스하우징(11); 을 포함하여 구성되어, 엔진 보기류 벨트를 통해 전달되는 회전력을 풀리를 통해 공급받아 임펠러(16)를 회전시켜 냉각수를 순환시키는 워터펌프에 있어서,

   상기한 왁스하우징(10)은 메인회전축(10)의 끝단부에 마련된 결합부(18)에 볼트로써 플랜지 결합되고,

   서로 면접되는 왁스하우징(11)의 내부 소정구간과 가동회전축(14)의 외주연 소정구간에는 각각 동일한 경사각을 가진 테이퍼면(13)과 테이퍼경사면(15)이 형성되도록 상기 왁스하우징(11)의 내부 소정구간은 그 내경이 점차 감소되는 형상으로 형성되고,

   상기 왁스(17)는 가동회전축(14)의 끝단과 결합부(18)의 측면 사이에 공간으로 마련된 왁스하우징(11)의 작동실(12)에 충진되어지되, 상기한 왁스(17)의 팽창온도는 써모스타트의 오픈 시작온도보다 낮게 설정된 것을 특징으로 하는 워터펌프의 동력 단속장치.
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