KR100488571B1 - 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수온의 변화에 따라서 워터펌프의 회전이 단속될 수 있도록 회전축과 임펠러 사이에 그 부피가 수축 및 팽창되는 바이메탈을 개재하여 워터펌프에 동력전달이 이루어지도록 하기 위한 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프에 관한 것으로,

엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 형성된 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 엔진의 일측에 부착되는 하우징과, 하우징의 중심을 가로질러 수용되는 샤프트와, 상기 샤프트로 크랭크 샤프트의 동력이 벨트로써 전달되도록 상기 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 샤프트의 다른 일측에 축지된 채로 하우징 내에 수용되는 임펠러로 구성되는 엔진의 워터 펌프에 있어서,

상기한 임펠러가 축지되는 측의 펌프 샤프트의 외경과 임펠러에 마련되는 축공의 내경 간에는 소정의 갭이 형성되고, 그 갭에 냉각수온의 변화에 따라 그 체적이 팽창 및 수축되는 원통형상의 바이메탈이 개재된 것을 특징으로 한다.

Description

바이메탈을 이용한 가변 워터펌프{Variable water pump using bimetal}

본 발명은 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수온의 변화에 따라서 워터펌프의 회전이 단속될 수 있도록 회전축과 임펠러 사이에 그 부피가 수축 및 팽창되는 바이메탈을 개재하여 워터펌프에 동력전달이 이루어지도록 하기 위한 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프에 관한 것이다.

자동차에 적용되는 엔진의 냉각장치는 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 또 적당한 온도를 유지하는 장치로서, 대부분의 차량 엔진에는 수냉식 냉각장치가 적용되고 있다.

이러한 수냉식 냉각장치에는 물의 순환방식에 따라 자연 순환식과 강제 순환식이 있으며, 대부분의 엔진에 강제 순환식이 적용되고 있는 실정이다. 강제 순환식은 실린더 블럭과 실린더 헤드에 마련된 워터 재킷 안에 냉각수를 순환시켜 냉각 작용을 하도록 한 것이며, 그 주요부는 라디에이터, 워터 펌프, 냉각 팬, 서머스탯 등으로 구성되어 있다.

이러한 엔진의 냉각 시스템은 도 4에서와 같이, 워터펌프(20)에서 강제로 펌핑된 냉각수가 실린더 블럭(11)의 워터 재킷을 거쳐서 실린더 헤드(12)의 워터 재킷으로 유도되면서 엔진(10)을 냉각한 다음에, 냉각 과정에서 가열된 냉각수는 라디에이터(13) 측으로 흘러 엔진(10)의 냉각에 적당한 온도로 방열되도록 구성되어 있다.

한편, 상술한 냉각시스템에는 차량의 난방을 위해 히터(15) 측으로 엔진을 통과하면서 가열된 냉각수의 일부가 바이패스되어 흐르도록 구성되며, 흡기의 온도를 높이기 위해 스로틀 바디(16) 측으로 엔진을 통과하면서 가열된 냉각수의 일부가 흐르도록 구성된다.

또한, 냉각수로의 도중에는 냉각수의 온도에 따라서 냉각수의 흐름방향이 자동으로 제어되도록 하기 위한 서머스탯(17,18)이 장착된다.

특히, 상기한 워터펌프(20)는 도 5에서와 같이 엔진의 일측에 부착되는 하우징(21)과, 상기 하우징(21)의 중심을 가로질러 축지되는 샤프트(22)와, 상기 샤프트(22)로 크랭크 샤프트의 동력이 벨트로써 전달되도록 샤프트(22)의 일단에 축지되는 풀리(23)와, 샤프트(22)의 다른 일측에 축지된 채로 상기 하우징(21) 내에 수용되는 임펠러(24)로 구성된다.

그런데 상기한 워터펌프의 구동이 크랭크 샤프트 댐퍼 풀리와 워터펌프의 풀리를 벨트로써 연결하는 벨트구동으로 이루어지므로서, 냉각수 온도의 고저에 상관없이 항상 엔진회전속도에 연동되어 작동된다. 따라서 엔진을 웜업하는 경우에도 항시 작동되어 엔진 부하의 원인이 되고, 바이패스 라인을 통한 냉각수 순환은 워터 재킷쪽의 열전달계수를 증가시킴으로서 워업 시간을 지체시키는 원인이 되어 연비가 악화되는 문제점이 있었다. 또한, 냉각수의 흐름을 단속하기 위한 서머스탯이 작동되는 과정에서 엔진내에 밀폐계가 형성되므로서 국부적인 에어층 형성이 완벽하게 제거되기 어렵고 실린더 내 에어층 형성은 엔진의 과열을 야기시키게 되어 엔진의 내구성 측면에서도 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 냉각수온의 변화에 따라서 워터펌프의 회전이 단속될 수 있도록 회전축과 임펠러 사이에 그 부피가 수축 및 팽창되는 바이메탈을 개재하여 워터펌프에 동력전달이 이루어지도록 하기 위한 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 형성된 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 엔진의 일측에 부착되는 하우징과, 하우징의 중심을 가로질러 수용되는 샤프트와, 상기 샤프트로 크랭크 샤프트의 동력이 벨트로써 전달되도록 상기 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 샤프트의 다른 일측에 축지된 채로 하우징 내에 수용되는 임펠러로 구성되는 엔진의 워터 펌프에 있어서,

상기한 임펠러가 축지되는 측의 펌프 샤프트의 외경과 임펠러에 마련되는 축공의 내경 간에는 소정의 갭이 형성되고, 그 갭에 냉각수온의 변화에 따라 그 체적이 팽창 및 수축되는 원통형상의 바이메탈이 개재된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 워터펌프의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 워터펌프의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 워터펌프의 요부 확대 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성된 워터펌프를 지시하는 것이고, 도면부호 50은 본 발명에 의해 형성된 바이메탈을 지시하는 것이다.

상기한 워터펌프(30)는 종래기술에서 설명된 일반적인 워터펌프와 마찬가지로, 엔진의 일측에 부착되는 하우징(31)과, 상기 하우징(31)의 중심을 가로질러 축지되는 샤프트(32)와, 상기 샤프트(32)로 크랭크 샤프트의 동력이 벨트로써 전달되도록 샤프트(32)의 일단에 축지되는 풀리(33)와, 샤프트(32)의 다른 일측에 축지된 채로 상기 하우징(31) 내에 수용되는 임펠러(34)로 구성된다.

특히, 상기한 임펠러(34)가 위치되는 샤프트(32)의 외경과 임펠러(34)에 마련된 축공(35) 간에는 소정 간격의 갭이 형성된다. 즉, 상기한 임펠러(34)의 축공(35) 지름이 샤프트(32)의 외경보다 크게 형성되는 것이다.

그리고 상기한 샤프트(32)와 임펠러(34) 사이에 마련되는 갭에는 원통형상의 바이메탈(50)이 개재되는데, 이 바이메탈(50)은 냉각수의 온도변화에 따라서 그 체적이 팽창되거나 수축되는 재질로 형성된다.

하우징(31) 내의 냉각수온이 상기한 바이메탈(50)에 직접 영향이 미칠 수 있도록 임펠러(34)가 위치되는 샤프트(32)의 구간은 파이프 형태의 중공부(36)가 형성된다. 그리고 상기한 중공부(36)의 내측으로 유입된 냉각수가 바이메탈(50)의 제적변화에 직접 영향을 미칠 수 있도록 중공부(36)의 외주연에 다수의 통공(37)이 형성된다.

그리고 상기한 원통형의 바이메탈(50)이 샤프트(32)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해서 상기 샤프트(32)의 도중에는 환형의 홈(38)이 형성되고, 상기 바이메탈(50)의 일측 내경에는 상기 홈(38)이 끼워지기 위한 환형의 돌부(51)가 형성되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 워터펌프의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어 크랭크 샤프트가 회전되면, 상기 크랭크 샤프트 풀리와 벨트로써 연결된 워터펌프(30)의 풀리(33)가 회전된다. 그리고 상기 풀리(33)와 축결합된 워터펌프(30)의 샤프트(32)가 회전되어 임펠러(34)를 구동시키게 된다.

그런데 본 발명에 의한 워터펌프(30)의 경우에는 샤프트(32)와 임펠러(34)의 결합면 사이에 바이메탈(50)이 개재되어 있으므로서, 하우징(31) 내측으로 유입되는 냉각수의 온도에 따라서 상기 바이메탈(50)의 체적이 변화되어 샤프트(32)와 임펠러(34) 간의 결합정도가 조절되어 결과적으로 임펠러(34)의 회전속도가 냉각수온에 따라서 제어된다. 즉, 냉각수온이 상승될수록 상기 바이메탈(50)의 체적이 확대되면서 상기 샤프트(32)와 임펠러(34) 간의 클리어런스가 없어지게 되고, 반대로 냉각수온이 하강될수록 상기 바이메탈(50)의 체적이 수축되면서 상기 샤프트(32)와 임펠러(34)간의 클리어런스가 확대되는 것이다.

특히, 하우징(31) 내의 냉각수 온도가 저온인 경우에는 샤프트가 고속회전되어도 바이메탈의 개재에 의한 클리어런스의 존재로 임펠러(34) 측은 구동 샤프트 측과 미세 슬라이딩 마찰로 인한 임펠러(34)의 저속회전이 이루어진다.

반대로 하우징(31) 내의 냉각수 온도가 고온인 경우에는 수온상승에 따른 바이메탈(50)의 체적팽창으로 인해서 상기한 샤프트(32)와 임펠러(34)가 일체화되므로서 상기 임펠러(34)는 샤프트(32)의 회전과 함께 고속회전하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 워터펌프가 적용되는 냉각시스템에서는 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 수단으로서 종래의 경우에 냉각수 배출측에 설치되었던 서머스탯이 삭제되는 대신에 배출측이 상시 개방된 상태에서 냉각수온에 따라 임펠러(34)의 회전속도가 제어된다.

상기와 같이 냉각시스템의 오픈 회로의 구성은 실린더 헤드의 워터 패시지나 엔진열에 취약한 부분에 에어층이 형성되는 것을 방지하게 된다.

이상과 같이 구성되는 워터펌프는 상시 오픈된 냉각시스템을 제공하게 되므로서 실린더 헤드의 워터 패시지나 열에 국부적으로 취약한 부분의 에어층 형성이 방지될 뿐만 아니라, 냉각수온이 저온일 경우에 임펠러의 회전력이 자동으로 감소되어 엔진부하의 저하 및 빠른 웜업으로 연료 절감에 커다란 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 워터펌프의 단면도.

도 2는 본 발명에 의해 형성된 워터펌프의 요부 확대 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도.

도 4 내지 도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 워터펌프 31 : 하우징

32 : 샤프트 33 : 풀리

34 : 임펠러 35 : 축공

36 : 중공부 37 : 통공

38 : 홈 50 : 바이메탈

Claims (2)

1. 엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 형성된 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 엔진의 일측에 부착되는 하우징과, 하우징의 중심을 가로질러 수용되는 샤프트와, 상기 샤프트로 크랭크 샤프트의 동력이 벨트로써 전달되도록 상기 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 샤프트의 다른 일측에 축지된 채로 하우징 내에 수용되는 임펠러로 구성되는 엔진의 워터 펌프에 있어서,

   상기한 임펠러(34)가 축지되는 측의 샤프트(32)의 외경과 임펠러(34)에 마련되는 축공(35)의 내경 간에는 소정의 갭이 형성되고, 그 갭에 냉각수온의 변화에 따라 그 체적이 팽창 및 수축되는 원통형상의 바이메탈(50)이 개재되어지되,

   상기한 바이메탈(50)이 위치되는 샤프트(32)의 구간은 파이프 형태의 중공부(36)가 형성되고, 상기 중공부(36)의 내측으로 유입된 냉각수가 바이메탈(50)의 체적변화에 직접 영향을 미치도록 중공부(36)의 외주연에 다수의 통공(37)이 형성되며,

   상기한 바이메탈(50)의 일측 내경에는 상기 샤프트(32)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 샤프트(32)에 마련된 환형 홈(38)와 결합되는 환형의 돌부(51)가 형성된 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 가변 워터펌프.
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