KR100507043B1 - 차량용 냉각팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라디에이터 뒤쪽에 부착하여 전동으로 통풍시킴으로써 냉각 효과를 충분히 얻게 하고, 고속시에는 엔진 또는 배기 매니폴드등의 과열을 방지하는 냉각팬에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 중앙에 회전판이 구비되고, 상기 회전판의 일면에 코일바이메탈이 설치되어 온도변화에 의한 상기 코일바이메탈의 신축에 따라 상기 회전판을 회전시키며, 상기 회전판의 일측에 제1피스톤부가 고정되어 상기 회전판의 회전에 따라 실린더부 내에 충진된 오일을 가압하도록 중앙의 회전축을 중심으로 회전가능하게 구비되는 허브부재와, 상기 허브부재의 둘레면에 일정간격 이격되어서 상기 둘레면으로부터 이탈가능하게 구비되는 날개부재를 포함하며, 상기 허브부재의 실린더부와 상기 날개부재 사이에 설치되어 상기 실린더부 내에서 발생된 가압력을 상기 날개부재에 전달하여 상기 날개부재를 외측방향으로 이탈시키는 제2피스톤부가 구비되어, 상기 코일바이메탈의 열팽창에 의해 상기 회전판이 회전함에 따라 상기 제1피스톤부, 실린더부 내의 오일, 제2피스톤부, 날개부재에 이르는 연쇄적인 가압작용에 의해 상기 날개부재가 외측방향으로 연장하며 직경이 커지도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 냉각팬{Cooling pan in vehicle}

본 발명은 차량 엔진의 일측에 설치되는 냉각팬에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일바이메탈의 팽창에 의한 냉각팬의 직경 증대에 의해 냉각풍량을 증대시켜 엔진 냉각성능을 향상시키도록 된 차량용 냉각팬에 관한 것이다.

일반적으로, 냉각팬은 라디에이터의 후방에 위치되는데, 근래의 차량 엔진에서는 냉각팬의 회전을 자동적으로 조절하여 냉각팬의 구동에 소비되는 동력손실을 줄이면서 엔진의 과냉 및 소음을 줄일수 있도록 되어 있다. 통상 차량의 주행중에는 전방으로부터 유입되는 바람이 라디에이터를 식혀주지만 정차시에는 바람의 유입이 없으므로 엔진의 냉각기능이 다소 떨어지게 되는데, 이때 냉각팬은 강제 통풍에 의해 실린더 헤드의 블록과 같이 과열되기 쉬운부분을 식혀주게 된다. 그리고 냉각팬의 이상으로 엔진이 과열되어 고장 또는 파손의 원인이 되므로 냉각팬의 성능은 엔진의 냉각효율과 밀접한 관련이 있는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉각팬(10)은 물펌프(미도시)에 연결된 회전축(21)과 일체로 회전하며 라디에이터(30)를 통하여 공기를 흡입하여 라디에이터(30) 통풍을 도와준다. 냉각팬(10)은 강철판이나 플라스틱으로 만든 4∼6개의 날개(11)로 되어 있고, 라디에이터(30) 뒤쪽에 약간의 거리를 두고 설치되어 있다. 최근에는 냉각팬(10)의 회전을 자동적으로 조절하여 냉각팬(10)의 구동으로 소비되는 엔진(40)의 출력을 최대한으로 줄이고, 엔진(40)의 과냉이나 냉각팬(40)의 소음을 감소시키기 위해 팬클러치(미도시)를 두고 있다. 또한, 물펌프는 크랭크축(미도시)에 설치된 구동벨트(50)에 의해 구동되며, 엔진(40)의 물재킷(미도시) 내로 냉각수를 순환시키는 원심력 펌프이다. 라디에이터(30)는 엔진(40)에서 뜨거워진 냉각수가 라디에이터(30)의 상부탱크(31)로 들어오면 코어(32)를 통해 하부탱크(33)로 흐르는 동안 차량의 주행속도 및 냉각팬(10)의 작동에 의하여 유입되는 대기와 열교환이 이루어져 냉각된다.

그런데, 냉각팬의 풍량은 날개의 직경의 3제곱에 비례하고 회전수에 비례하기 때문에, 종래의 냉각팬은 날개의 직경이 일정하므로 엔진의 발열량 증대에 대응하는 최적의 냉각성능을 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 엔진의 발열량이 증대되는 경우, 냉각팬의 풍량을 증대시켜 냉각성능이 향상되는 냉각팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중앙에 회전판이 구비되고, 상기 회전판의 일면에 코일바이메탈이 설치되어 온도변화에 의한 상기 코일바이메탈의 신축에 따라 상기 회전판을 회전시키며, 상기 회전판의 일측에 제1피스톤부가 고정되어 상기 회전판의 회전에 따라 실린더부 내에 충진된 오일을 가압하도록 중앙의 회전축을 중심으로 회전가능하게 구비되는 허브부재와, 상기 허브부재의 둘레면에 일정간격 이격되어서 상기 둘레면으로부터 이탈가능하게 구비되는 날개부재를 포함하며, 상기 허브부재의 실린더부와 상기 날개부재 사이에 설치되어 상기 실린더부 내에서 발생된 가압력을 상기 날개부재에 전달하여 상기 날개부재를 외측방향으로 이탈시키는 제2피스톤부가 구비되어, 상기 코일바이메탈의 열팽창에 의해 상기 회전판이 회전함에 따라 상기 제1피스톤부, 실린더부 내의 오일, 제2피스톤부, 날개부재에 이르는 연쇄적인 가압작용에 의해 상기 날개부재가 외측방향으로 연장하며 직경이 커지도록 된 것을 특징으로 한다.

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상기 제2피스톤부에는 리턴스프링이 설치되어 상기 날개부재의 복귀를 도와주게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 냉각팬을 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2의 "A"부분을 확대하여 도시한 슬라이딩 전후의 냉각팬의 작동도이고, 도 4는 본 발명에 따른 작동링크들의 동작을 도시한 작동도이며, 도 5는 도 2의 "B"부분을 확대하여 상세하게 도시한 슬라이딩 후의 냉각팬의 작동도이다.

본 발명에 따른 냉각팬(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 허브부재(110) 및 날개부재(120)를 포함한다.

허브부재(110)는 원형형상으로 회전축(21, 도 1 참조)에 고정되고, 물펌프(미도시)의 회전에 따라 회전축(21, 도 1 참조)에 고정된 허브부재(110)도 회전하게 되면서 물펌프에서 발생된 회전력을 전달받는다.

날개부재(120)는 다수의 지지대(121)와 다수의 날개(122)로 구성되며, 상기 날개부재(120)는 상기 허브부재(110)의 둘레면에 일정간격 이격되어서 상기 둘레면으로부터 이탈가능하게 설치된다. 즉, 상기 다수의 지지대(121)는 허브부재(110)의 외주연에서 방사방향으로 설치되어 상기 허브부재(110)의 회전력을 전달하고, 상기 다수의 날개(122)는 각각의 상기 지지대(121)의 일측에 방사방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 상기 날개(122)의 회전에 따라 상기 허브부재(110)의 전방에서 흡입되는 공기를 이용하여 냉각팬(100)은 엔진을 냉각시키게 된다.

본 발명의 냉각팬(100)은 엔진이 과열되어 유입되는 공기의 온도가 일정온도 이상에서 지지대(121)로부터 날개(122)가 방사방향으로 슬라이딩되면서 연장되어 풍량을 증대시킨다.

좀더 상세하게 설명하면, 본 발명의 냉각팬(100)의 허브부재(110)는 중앙의 회전축(21)을 중심으로 회전가능하게 구비되고, 상기 허브부재(110)는 내경부에 오일이 충진된 실린더부(400)를 구비하고, 상기 실린더부(400)의 내, 외측에는 각각 복수의 제1 및 제2피스톤부를 구비하여 상기 제1피스톤부(310), 실린더부 내의 오일(410), 제2피스톤부, 날개부재(120)에 이르는 연쇄적인 가압작용에 의해 상기 날개부재(120)가 외측방향으로 연장하며 직경이 커지도록 한다.

또한, 상기 허브부재(110)는 중앙에 회전판(200)이 구비되고, 상기 회전판(200)의 후면에는 코일바이메탈(210)이 설치되는데, 상기 코일바이메탈(210)은 온도변화에 따라 신축이 발생하게 되고, 그로 인해 회전판(200)은 회전하게 되며, 상기 회전판(200)의 일측에 상기 제1피스톤부(310)가 고정되어 상기 회전판(310)의 회전에 따라 상기 실린더부(400) 내에 충진된 오일(410)을 가압한다. 상기 제1피스톤부(310)는 회전판(200)의 회전운동을 오일을 가압하는 직선운동으로 전환시키기 위해 2절 링크 구조로 형성된다.

상기 제2피스톤부는 상기 실린더부(400)와 상기 날개부재(120) 사이에 설치되어 상기 실린더부(400) 내에서 발생된 가압력을 상기 날개부재(120)에 전달하여 상기 날개부재(120)를 외측방향으로 이탈(연장)시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2피스톤부는 일단에 피스톤링크(320)가 상기 실린더부(400) 일측에서 상하운동이 가능하게 설치되고, 타단이 상기 날개(122)의 일측에 슬라이딩가능하게 설치되며, 상기 회전판(200)의 회전에 따라 상기 날개부재(120)가 상기 허브부재(110)로부터 이탈(연장)하게 된다. 특히, 제2피스톤부는 오일(410)의 가압력을 증대시키기 위해 V자형상의 링크구조를 가진 연결링크(330)를 포함한다. 또한, 연결링크(330)에서 전달되는 힘을 날개(122)에 전달하기 위해 지지링크(340)가 T자형상으로 연결링크(330)에 설치되고, 지지대(121)로부터 날개(122)가 슬라이딩될 수 있도록 가이드링크(350)가 날개(122)의 좌우측에 고정되어 있다. 즉, 이 가이드링크(350)에 지지링크(340)의 상부 양단이 삽입되어 지지링크(340)가 상측으로 이동하게 되면, 원심력에 의해 날개(122)는 가이드링크(350)를 따라 상방으로 슬라이딩된다. 여기서, 본 발명의 기술분야에 속한 당업자라면 지지대(121)로부터 날개(122)가 방사방향으로 원활하게 슬라이딩될 수 있도록 다양한 링크구조를 설계할 수 있을 것이다.

바람직하게는, 리턴스프링(360)이 일단은 상기 지지대(121)의 상단 내부에 탄설지지되고 타단은 지지링크(340) 상부의 중심에 고정되도록 설치되어 날개부재(120), 제2피스톤부, 실린더부 내의 오일(410), 상기 제1피스톤부(310)에 이르는 연쇄적인 가압작용을 도와주게 된다.

이러한 구성으로, 엔진의 발열이 커지면 냉각계통에 흐르는 냉각수의 냉각수온이 상승하게 된다. 이 냉각수온의 상승에 따라 냉각팬의 전방에 설치된 라디에이터를 통과하여 유입되는 공기의 온도도 상승하게 된다. 이러한 공기가 일정온도 이상 상승하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 코일바이메탈(210)이 서로 다른 열팽창계수로 인해 구부러지게 되고, 이러한 코일바이메탈(210)의 작용으로 인해 회전판(200)이 일측방향으로(도 3에서는 시계방향으로) 회전하게 된다. 즉, 코일바이메탈(210)의 팽창이 코일바이메탈(210)과 붙어있는 회전판(200)을 일방향으로 회전시키게 되고, 이때 상기 회전판(200)의 일측에 고정된 제1피스톤부(310)를 동일한 방향으로 회전시키면서 2절 링크 구조의 제1피스톤부(310)를 상측방향으로 올리게 된다. 이후, 제1피스톤링크(310)가 실린더부(400) 내부의 오일(410)를 가압하게 되고 가압된 오일(410)의 유압에 의해 피스톤링크(320)는 상측으로 움직이고, 상기 피스톤링크(320)에 연결된 V자형 연결링크(330)는 지렛대의 원리에 의해 하측방향으로 움직이고, 연결링크(330)에 고정된 지지링크(340)는 날개(122)에 고정된 가이드링크(350)를 따라 상방으로 슬라이딩되면서 움직이게 된다. 이후, 냉각팬(100)이 계속 회전하고 있기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이, 원심력에 의해 냉각팬(100)에 붙어있는 날개(122)는 방사방향으로 슬라이딩되어 결과적으로, 냉각팬(100)의 직경은 커지게 되고, 많은 양의 공기를 흡입하여 냉각팬(100)의 냉각성능을 향상시키게 된다.

반대로, 엔진이 충분히 냉각되어 냉각계통에 흐르는 냉각수의 냉각수온이 하강하게 된다. 이 냉각수온의 하승에 따라 냉각팬(100)의 전방에 설치된 라디에이터를 통과하여 유입되는 공기의 온도도 하강하게 된다. 이러한 공기가 일정온도 이하로 하강하게 되면, 코일바이메탈(210)이 원상태로 회복되고, 이러한 코일바이메탈(210)의 작용으로 인해 회전판(200)이 반시계방향으로 회전하게 된다. 즉, 코일바이메탈(210)의 수축이 코일바이메탈(210)과 붙어있는 회전판(200)을 반시계방향으로 회전시키게 되고, 회전판(200)은 회전판(200)의 일측에 고정된 제1피스톤부(310)를 반시계방향으로 회전시키면서 2절 링크 구조의 상기 제1피스톤부(310)를 하측방향으로 끌어내리게 된다. 제 1 피스톤링크(310)가 하강함에 따라 실린더부(400) 내부의 오일(410)의 압력이 떨어지면서 피스톤링크(320)는 하측으로 움직이고, 상기 피스톤링크(320)에 연결된 V자형 연결링크(330)는 지렛대의 원리에 의해 상측방향으로 움직이고, 연결링크(330)에 고정된 지지링크(340)는 날개(122)에 고정된 가이드링크(350)를 따라 하방으로 슬라이딩되면서 움직이게 된다. 결론적으로, 냉각팬(100)에 붙어있는 날개부재(120)는 허브부재(110)의 중심방향으로 슬라이딩되어 냉각팬(100)의 직경은 작아지게 되고, 불필요한 공기의 흡입을 방지하여 냉각팬(100)의 구동으로 소비되는 엔진의 출력을 최대한 줄이고, 엔진의 과냉이나 냉각팬(100)의 소음을 감소시키게 된다. 이때, 지지대(121)와 지지링크(340) 사이의 리턴스프링(360)은 날개부재(120)의 작동전 상태로 원위치되는 것을 도와주게 된다.

따라서, 차량의 냉각성능을 좌우할 수 있는 커다란 변수인 냉각팬(100)의 풍량을 조절함으로써, 엔진에서 발생되는 열이 증대되는 경우, 냉각팬(100)의 날개부재(120)를 방사방향으로 이탈시키면서 냉각팬(100)의 풍량을 더 증대시켜 엔진을 신속하게 냉각시키게 된다. 특히, 냉각팬(100)의 풍량은 Q ∝ D³·N 으로 직경의 3제곱에 비례하고 회전수에 비례하므로 회전수의 증대보다는 냉각팬(100)의 직경의 증대가 훨씬 많은 풍량을 확보할 수 있다. 본 발명은 라디에이터를 통과한 공기의 온도에 따라 코일바이메탈(210)에 의한 냉각팬(100)의 직경의 변화로 엔진의 발열이 많은 경우, 냉각팬(100)에 설치된 날개부재(120)를 방사방향으로 슬라이딩시켜 많은 양의 풍량을 얻을 수 있게 된다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 장치는, 냉각팬에 유입되는 공기의 온도에 따라 엔진이 과열인 경우 냉각팬의 날개부재를 방사방향으로 이탈시킴으로써, 냉각팬의 직경을 증대시켜 엔진의 발열량 증대에 대응하는 냉각성능을 발휘하게 되는 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 차량의 냉각계통의 구성을 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉각팬을 도시한 개략도.

도 3은 도 2의 "A"부분을 확대하여 도시한 슬라이딩 전의 냉각팬의 작동도.

도 4는 본 발명에 따른 작동링크들의 동작을 도시한 냉각팬의 작동도.

도 5는 도 2의 "B"부분을 확대하여 상세하게 도시한 슬라이딩 후의 냉각팬의 작동도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 냉각팬 110: 허브부재

121: 지지대 122: 날개

200: 회전판 210: 코일바이메탈

310: 제1피스톤부 320: 피스톤 링크

330: 연결링크 340: 지지링크

350: 고정링크 360: 리턴스프링

400: 실린더부 410: 오일

Claims (4)

1. 중앙에 회전판이 구비되고, 상기 회전판의 일면에 코일바이메탈이 설치되어 온도변화에 의한 상기 코일바이메탈의 신축에 따라 상기 회전판을 회전시키며, 상기 회전판의 일측에 제1피스톤부가 고정되어 상기 회전판의 회전에 따라 실린더부 내에 충진된 오일을 가압하도록 중앙의 회전축을 중심으로 회전가능하게 구비되는 허브부재와, 상기 허브부재의 둘레면에 일정간격 이격되어서 상기 둘레면으로부터 이탈가능하게 구비되는 날개부재를 포함하며, 상기 허브부재의 실린더부와 상기 날개부재 사이에 설치되어 상기 실린더부 내에서 발생된 가압력을 상기 날개부재에 전달하여 상기 날개부재를 외측방향으로 이탈시키는 제2피스톤부가 구비되어, 상기 코일바이메탈의 열팽창에 의해 상기 회전판이 회전함에 따라 상기 제1피스톤부, 실린더부 내의 오일, 제2피스톤부, 날개부재에 이르는 연쇄적인 가압작용에 의해 상기 날개부재가 외측방향으로 연장하며 직경이 커지도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 제2피스톤부에는 리턴스프링이 설치되어 상기 날개부재의 복귀를 도와주는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.