KR100513462B1 - 워터펌프의 가변 풀리 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수온의 변화에 따라서 풀리의 회전비를 조절하여 엔진 웜 업시에는 워터 펌프가 저속회전되고, 엔진 가열시에는 워터 펌프가 고속회전되도록 하기 위한 워터 펌프의 가변 풀리 구조에 관한 것으로,

엔진의 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 실린더 블럭의 일측에 부착되는 하우징과, 크랭크 샤프트의 동력을 벨트로써 전달받기 위해 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 상기 샤프트의 다른 일측에 축지되어 상기 하우징 내에 수용되는 임펠러로 구성되는 엔진의 워터 펌프에 있어서,

상기한 샤프트의 길이방향 도중이 관통되어 오일 홀이 형성되고, 상기 오일 홀로 오일이 흐로도록 연결되는 유압라인과;

상기한 유압 라인으로 전자제어장치의 제어에 의해 유압이 공급되도록 하기 위한 유압 펌프와;

상기한 유압 라인을 통해 입력되는 유압에 의해서 외경이 확장되거나 축소되도록, 벨트가 장착되는 링이 소정의 각도간격으로 분할된 다수의 분할편으로 형성되고, 상기 분할편 간은 호형상의 링크절로 연결된 펌프 풀리와;

냉각수온 센서에서 측정되는 냉각수온에 따라서 상기 유압 라인으로 공급되는 유압의 세기를 제어하기 위한 전자제어장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

워터 펌프의 가변 풀리 구조{Variable pulley apparatus for water pump}

본 발명은 워터 펌프의 가변 풀리 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수온의 변화에 따라서 풀리의 회전비를 조절하여 엔진 웜 업시에는 워터 펌프가 저속회전되고, 엔진 가열시에는 워터 펌프가 고속회전되도록 하기 위한 워터 펌프의 가변 풀리 구조에 관한 것이다.

자동차에 적용되는 엔진의 냉각장치는 엔진을 냉각하여 과열을 방지하며 운전에 적당한 온도가 유지되도록 하는 장치로서, 대부분의 차량 엔진에는 수냉식 냉각 장치가 적용되고 있다.

이러한 수냉식 냉각장치에는 물의 순환방식에 따라 자연순환식과 강제순환식이 있는데, 대부분의 엔진에는 강제순환식이 적용되고 있다. 강제순환식은 실린더 블럭과 실린더 헤드에 마련된 워터 재킷 안에 냉각수를 순환시켜 냉각작용을 하도록 구성된 것이며, 그 주요부는 라디에이터, 워터 펌프, 냉각 팬, 서머스탯 등으로 구성되어 있다.

이러한 엔진의 냉각 시스템은 도 7에서와 같이, 워터 펌프(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. 그리고 냉각수로의 도중에는 냉각수의 온도에 따라서 냉각수의 흐름방향이 자동으로 제어되도록 하기 위한 서머스탯(14)이 형성된다.

특히 상기한 워터 펌프(20)는 도 8에서와 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 워터 펌프의 구동이 크랭크 샤프트의 풀리와 워터 펌프의 풀리를 벨트로써 연결하는 벨트 구동으로 이루어지므로서, 냉각수 온도의 고저에 상관없이 항상 엔진회전속도에 순응하여 작동된다. 따라서 엔진을 웜 업하는 경우에도 엔진 가열시와 임펠러의 회전비가 균일하게 작동되어 엔진 부하의 원인이 되고, 바이패스 라인을 통한 냉각수 순환은 워터 재킷 측의 열전달계수를 증가시킴으로서 웜 업 시간을 지체시키는 원인이 되어 연비가 악화되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 냉각수온의 변화에 따라서 풀리의 회전비를 조절하여 엔진 웜 업시에는 워터 펌프가 저속회전되고, 엔진 가열시에는 워터 펌프가 고속회전되도록 하기 위한 워터 펌프의 가변 풀리 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 실린더 블럭의 일측에 부착되는 하우징과, 크랭크 샤프트의 동력을 벨트로써 전달받기 위해 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 상기 샤프트의 다른 일측에 축지되어 상기 하우징 내에 수용되는 임펠러로 구성되는 엔진의 워터 펌프에 있어서,

상기한 샤프트의 길이방향 도중이 관통되어 오일 홀이 형성되고, 상기 오일 홀로 오일이 흐로도록 연결되는 유압라인과;

상기한 유압 라인으로 전자제어장치의 제어에 의해 유압이 공급되도록 하기 위한 유압 펌프와;

상기한 유압 라인을 통해 입력되는 유압에 의해서 외경이 확장되거나 축소되도록, 벨트가 장착되는 링이 소정의 각도간격으로 분할된 다수의 분할편으로 형성되고, 상기 분할편 간은 호형상의 링크절로 연결된 펌프 풀리와;

냉각수온 센서에서 측정되는 냉각수온에 따라서 상기 유압 라인으로 공급되는 유압의 세기를 제어하기 위한 전자제어장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 의해 형성된 워터 펌프의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의해 직경이 축소된 상태의 워터 펌프의 구성도이며, 도 3은 펌프 풀리의 직경이 확대된 상태의 측단면도이고, 도 4는 펌프 풀리의 직경이 축소된 상태의 측단면도이며, 도 5는 펌프 풀리의 직경이 확대된 상태의 부분사시도이고, 도 6은 펌프 풀리의 직경이 축소된 상태의 부분사시도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성된 워터 펌프를 지시하는 것으로, 도면 부호 40은 본 발명에 의한 펌프 풀리를 지시하는 것이다.

상기한 워터 펌프(30)는 종래기술의 설명에서 이미 설명된 일반적인 워터 펌프와 마찬가지로, 엔진의 일측에 부착되는 하우징(31)과, 상기 하우징(31)의 중심부를 가로질러 축지되는 샤프트(32)와, 크랭크 샤프트의 동력이 벨트(33)를 통해 전달되도록 하기 위한 펌프 풀리(40)와, 상기 샤프트(32)의 다른 일측에 부착되어 회전되면서 냉각수를 가압하기 위한 임펠러(34)로 구성된다.

상기한 샤프트(32)의 중앙부에는 길이 방향으로 오일 홀(35)이 형성되고, 상기 오일 홀(35)은 오일의 공급원인 오일 펌프(50)의 오일 라인(51)에 연결된다. 오일 라인(51)의 도중에는 유압의 정역을 조절하기 위한 밸브(52)가 형성된다.

그리고 상기한 오일 홀(35)은 펌프 풀리(40)가 장착되는 부위의 원주를 향해 오일이 분배될 수 있도록 소정의 각도간격으로 방사상의 분배공(36)이 형성된다. 본 발명을 설명하기 위한 실시예의 도면에서는 상기 분배공(36) 간의 각도는 45°각도로 설정되었으나, 이는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 이것에 한정되지는 않는 것이다.

상기한 펌프 풀리(40)는 상기 샤프트(32)에 풀리 본체(41)의 축공(42)이 결합되고, 상기 풀리 본체(41)의 외주연으로 벨트(33)가 장착되기 위한 환형상의 벨트 장착홈(49)이 형성되며, 특히 상기 벨트 장착홈(49)의 내측은 종래의 일반적인 벨트 풀리와는 달리 그 지름이 축소 및 확대될 수 있도록 소정의 각도간격으로 분할되어 링크절(46)로써 연결된다. 즉, 상기한 링크절(46)로 연결되는 분할편(45)은 상기한 오일 홀(35)에서 전달되는 유압에 의해서 각각 원주방향으로 이동되고, 상기 유압이 제거되면 벨트(33)의 장력에 의해서 수축될 수 있도록 구성되는 것이다.

특히, 상기한 분할편(45)과 링크절(46)은 각각 소정의 반지름을 가지는 호형상으로 형성되어, 각각의 분할편(45)을 그 중심을 기준으로 연결하면 하나의 원주가 형성되고, 상기 각각의 링크절(46)을 연결하면 마찬가지로 하나의 원주가 형성된다. 그리고 상기한 분할편(45)을 이루는 호의 반지름과 링크절(46)을 이루는 호의 반지름은 서로 다르게 형성되는데, 본 발명의 실시예에서는 분할편(45)의 호의 반지름은 상기 펌프 풀리(40)의 벨트 장착지름이 최소경을 이루는 반경으로 형성되고, 상기 링크절(46)의 호의 반지름은 상기 펌프 풀리(40)의 벨트 장착지름이 최대경을 이루는 반경으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 분할편(45)과 링크절(46)은 도 5 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 분할편(45)과 분할편(45) 간의 양측으로 링크절(46)이 연결되는데, 상기 분할편(45)의 양측에는 핀(47)이 돌출형성되고, 상기 링크절(46)에는 상기 핀(47)을 따라 위치가 이동되기 위한 가이드 공(48)이 형성된다. 특히, 상기한 가이드 공(48)은 상기한 링크절(46)들이 원주방향으로 확장이동되었을 경우에 그 링크절(46)들이 이루는 직경이 분할편(45)들이 이루는 직경보다 커지도록 하기 위해서 상기 링크절(46)의 내측에서 외측으로 향할수록 호의 중심과의 거리가 가까워지는 경사방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 샤프트(32)의 분배공(36) 외주연에 장착되는 풀리 본체(41)의 축공(42)과 외경 간에는 상기 분배공(36)이 연장되는 방향으로 다수의 실린더(43)가 형성되고, 상기 실린더(43) 내부에는 상기 분할편(45)의 내주면과 일체로 연결되는 피스톤(44)의 일단이 수용된다. 상기 실린더(43)는 상기 분배공(36)보다 그 단면적이 확대되는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 오일 펌프(50)와 오일 라인(51)의 도중에 형성되는 밸브(52)는 엔진의 운전영역에 따라서 제어될 수 있도록 전자제어장치(60)에 연결되고, 상기 전자제어장치(60)에는 엔진을 냉각하는 냉각수의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(63)가 연결된다. 미설명부호 61과 62는 상기 오일 펌프(50) 및 밸브(52)의 작동을 제어하기 위한 릴레이를 지시하는 것이다.

이상과 같이 구성되는 워터 펌프의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

운전자가 시동키를 작동시켜 엔진의 운전이 시작되면 엔진을 냉각하기 위해 엔진의 실린더 블럭 일측에 마련된 워터 펌프(30)는 크랭크 샤프트의 회전과 연동하여 회전하게 된다.

엔진의 시동과 동시에 전자제어장치(60)에는 엔진을 순환하는 냉각수의 온도가 수온 센서(63)를 통해서 입력되고, 이렇게 입력되는 온도에 의해서 전자제어장치(60)는 엔진의 운전영역을 판단하게 된다.

이 때 냉각수의 온도가 소정 온도 이하로 측정되면, 전자제어장치에서는 엔진이 냉간운전시인 것으로 판단하고, 상기한 오일 펌프(50)에 작동신호를 보내기 위해 릴레이(61)를 ON시키게 된다.

오일 펌프(50)에서 전달되는 유압은 오일 라인(51)과 오일 홀(35)과 분배공(36)을 통해서 풀리 본체(41)에 마련된 다수의 실린더(43)로 공급되고, 이렇게 실린더(43) 내로 유입되는 오일압에 의해서 상기한 다수의 피스톤(44)을 각각 방사상의 방향으로 위치를 이동하게 된다. 따라서 상기한 피스톤(44)의 외측에 일체로 형성된 분할편(45)을 원주방향으로 넓게 퍼지게 되고, 상기 분할편(45)의 양측에 연결된 링크절(46) 또한 원주방향으로 퍼지게 된다. 이 때, 상기한 링크절(46)에 형성된 가이드 공(48)이 경사지게 형성되므로서 상기한 다수의 링크절(46)이 이루는 원주의 지름은 다수의 분할편(45)이 이루는 원주의 지름보다 커지게 된다. 즉, 벨트(33)의 내주연은 상기 링크절(46)이 이루는 원주에 접하게 되고, 그 마찰력으로 인해 펌프 풀리(40)가 회전된다. 상기와 같이 상기 실린더(43)에 소정 압력이 유입된 후에는 전자제어장치(60)는 오일 라인(51)의 도중에 형성된 밸브(52)를 OFF작동시켜 상기한 분할편(45)과 링크절(46)의 위치가 고정되도록 한다.

따라서 벨트(33)의 내주연이 접하게 되는 펌프 풀리(40)의 직경이 확대된 상태가 되므로서 크랭크 샤프트와 펌프 풀리(40) 간에 이루는 회전비가 줄게 되어 워터 펌프(30)의 회전 속도는 상대적으로 줄게 된다.

한편, 상기한 수온 센서(63)에서 입력되는 냉각수의 온도가 소정 온도 이상으로 상승된 상태가 되면 전자제어장치(60)에서는 엔진이 온간 운전상태인 것으로 판단하고, 상기한 밸브(52)를 작동시켜 실린더(43) 내의 오일압을 제거시키게 된다.

상기 실린더(43) 내의 유압이 제거되면서 피스톤(44)은 풀리 본체(41)의 중심방향으로 위치이동되므로서 상기한 분할편(45)과 링크절(46)이 이루는 원주의 지름이 축소되어진다. 상기한 피스톤(44)이 완전이 내향이동되었을 경우에 상기한 분할편(45)이 이루는 원주의 지름은 링크절(46)이 이루는 지름보다 크게 형성된다. 따라서 벨트(33)는 상기한 분할편(46)이 이루는 원주에 실질적으로 접하게 된다. 펌프 풀리(40)의 직경이 확대되었을 때와 마찬가지로, 실린더 내에 오일압이 소정압력으로 되면 상기한 전자제어장치(60)에서는 밸브(52)는 닫아 더 이상의 오일압력이 제거되지 않도록 한다.

따라서 상기한 벨트(33)의 내주연이 접하게 되는 펌프 풀리(40)의 직경이 상대적으로 축소된 상태가 되므로서 크랭크 샤프트와 워터 펌프(30) 간에 이루는 회전비는 커지게 된다. 즉, 워터 펌프(30)의 회전속도는 엔진의 냉간 운전시보다 상대적으로 빠르게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 냉간 운전시와 온간 운전시에 따른 냉각수의 온도에 의해서 워터 펌프의 회전속도가 가변되므로서, 엔진 시동 초기시의 웜 업 속도가 빨라지게 되어 엔진이 연비가 향상되고, 엔진의 온도가 소정 온도 이상으로 상승되어 엔진이 온간 운전영역에 이르게 되면 워터 펌프의 회전속도를 증가시켜 엔진의 냉각효율을 향상시키게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 워터 펌프의 구성도.

도 2는 본 발명에 의해 직경이 축소된 상태의 워터 펌프의 구성도.

도 3은 펌프 풀리의 직경이 확대된 상태의 측단면도.

도 4는 펌프 풀리의 직경이 축소된 상태의 측단면도.

도 5는 펌프 풀리의 직경이 확대된 상태의 부분사시도.

도 6은 펌프 풀리의 직경이 축소된 상태의 부분사시도.

도 7 내지 도 8은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 워터 펌프 31 : 하우징

32 : 샤프트 33 : 벨트

35 : 오일 홀 36 : 분배공

40 : 펌프 풀리 41 : 풀리 본체

43 : 실린더 44 : 피스톤

45 : 분할편 46 : 링크절

47 : 핀 48 : 가이드 공

50 : 오일 펌프 51 : 오일 라인

52 : 밸브 60 : 전자제어장치

Claims (6)

1. 엔진의 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위해, 실린더 블럭의 일측에 부착되는 하우징과, 크랭크 샤프트의 동력을 벨트로써 전달받기 위해 샤프트의 일단에 형성되는 펌프 풀리와, 상기 샤프트의 다른 일측에 축지되어 상기 하우징 내에 수용되는 임펠러를 포함하는 워터 펌프가 형성되어지되,

   상기한 샤프트(32)의 길이방향 도중이 관통되어 오일 홀(35)이 형성되고, 상기 오일 홀(35)로 오일이 흐로도록 연결되는 오일 라인(51)과; 상기한 오일 라인(51)으로 전자제어장치(60)의 제어에 의해 유압이 공급되도록 하기 위한 오일 펌프(50)와; 상기한 오일 라인(51)을 통해 입력되는 유압에 의해서 외경이 확장되거나 축소되도록, 벨트(33)가 장착되는 벨트 장착부가 소정의 각도간격으로 분할된 다수의 분할편(45)으로 형성되고, 상기 분할편(45) 간은 호형상의 링크절(46)로 연결된 펌프 풀리(40)와; 냉각수온 센서(63)에서 측정되는 냉각수온에 따라서 상기 오일 라인(51)으로 공급되는 유압의 세기를 제어하기 위한 전자제어장치(60); 를 더 포함하여 워터 펌프의 풀리가 가변되도록 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조에 있어서,

   상기한 펌프 풀리(40)는,

   상기한 샤프트(32)의 오일 홀(35)을 통과한 오일이 풀리 본체(41)의 원주방향으로 분배되도록 그 도중에 샤프트(32)에 형성된 분배공(36)의 연장선상으로 다수의 실린더(43)가 형성되고, 상기 실린더(43)의 내측에는 외측단에 분할편(45)이 일체로 형성된 피스톤(44)이 수용되고, 상기 분할편(45) 간에는 호형상의 링크절(46)이 연결되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 오일 라인(51)의 도중에는 전자제어장치(60)이 제어에 의해 유압의 흐름방향을 변환하기 위한 밸브(52)가 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 분할편(45)의 반경은 상기 펌프 풀리(40)가 최소경을 가질 때의 반경으로 형성되고, 상기 링크절(46)의 반경은 상기 펌프 풀리(40)가 최대경을 가질 때의 반경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 분할편(45)과 링크절(46)의 연결을 위해 상기 분할편(45)의 외측면에는 핀(47)이 형성되고, 링크절(46)에는 상기 핀(47)과 결합되는 가이드 공(48)이 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기한 가이드 공(48)은 장공형상으로 형성되어지되, 상기 링크절(46)의 내측에서 외측으로 향할수록 호의 중심과의 거리가 가까워지는 경사방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 펌프의 가변 풀리 구조.
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