KR100569429B1 - 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 워터펌프 전단부에 설치된 유체 클러치 내부의 오일량을 조절함에 따라 워터펌프의 회전수를 조절할 수 있게 함으로써, 결과적으로 워터펌프의 회전수에 따라 냉각수의 온도를 조절할 수 있어 난방성능 및 엔진의 냉각성능을 가변적으로 조절할 수 있는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

워터펌프, 클러치, 솔레노이드, 오일, 난방, 냉방

Description

유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법{Water pump for vehicle using fluid clutch and method for controlling the same}

도 1, 도 2는 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프의 구조 및 작동상태를 도시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프로서, 이의 작동원리를 개략적으로 도시한 도면

도 4는 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프로서, 이의 작동순서를 도시한 블록도

도 5는 유체 클러치내 오일 잔류량과 구동비의 관계를 도시한 도면

도 6은 종래 발명에 따른 워터펌프의 구조를 도시한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 워터펌프 3 : 구동 클러치 판

4 : 종동 클러치 판 5 : 유체 클러치

6 : 클러치 하우징 7 : 구동 풀리

8 : 브이벨트 10 : 펌프몸체

11 : 임펠러 12 : 베어링

13 : 회전축 14 : 오일팬

15 : 오일 공급관 16 : 오일 배출관

17 : 오일 펌프 18a,18b : 솔레노이드 밸브

19a,19b : 유량계 20 : ECU

30 : 오일

본 발명은 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 워터펌프 전단부에 설치된 유체 클러치 내부의 오일량을 조절함에 따라 워터펌프의 회전수를 조절할 수 있게 함으로써, 결과적으로 워터펌프의 회전수에 따라 냉각수의 온도를 조절할 수 있어 난방성능 및 엔진의 냉각성능을 가변적으로 조절할 수 있는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 워터펌프는 엔진이 일정한 온도 조건 이상으로 가열되면 라디에이터에 주입되어 있는 냉각수를 실린더 및 실린더 헤드에 순환시켜 엔진이 과열되는 것을 방지하여 주는 장치이다.

즉, 상기 워터펌프는 냉각수를 순환시키는 장치로 임펠러의 회전으로 원심력을 일으켜 물을 뿜어내는 펌프작용을 하는데 이러한 워터펌프(40)는 첨부한 도 6에 서 도시한 바와 같이, 펌프몸체(42), 임펠러(41), 축(43), 베어링(44), 풀리(도시하지 않음), 씰(도시하지 않음) 등을 포함하여 구성되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래 자동차의 워터펌프는 엔진의 크랭크 축과 직결되게 또는 드라이브 시스템에 의해 구동되어, 엔진의 회전수에 따라 비례하게 워터펌프의 회전수가 정해졌던 바, 가변적인 냉방성능이 필요한 경우에 적절히 조절할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로서, 워터펌프 전단부에 설치된 유체 클러치 내부의 오일량을 조절함에 따라 워터펌프의 회전수를 조절할 수 있게 함으로써, 결과적으로 워터펌프의 회전수에 따라 냉각수의 온도를 조절할 수 있어 난방성능 및 엔진의 냉각성능을 가변적으로 조절할 수 있는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 펌프몸체, 임펠러, 회전축, 베어링, 씰 등을 포함하여 구성되어 크랭크 축의 회전력을 전달받아 구동되는 워터펌프에 있어서, 크랭크 축의 회전력을 동력전달장치에 의해 전달받아 구동되는 구동 풀리와; 상기 구동 풀리와 일체형으로 연결되어 연동되는 구동 클러치 판과, 이 구동 클러치 판과 소정 간격을 두고 치합되는 동시에 워터펌프의 회전축과 일체형으로 연결되는 종동 클러치 판이 클러치 하우징 내에 내설되어 있는 유체 클러치와; 상기 유체 클러치 일측과 오일팬에 연설되어 ECU의 제어에 따라 선택적으로 유체 클러치 내부의 오일량을 조절하는 오일공급장치 및 오일배출장치;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일 공급장치는 오일 펌프와 제 1 솔레노이드 밸브와 유량계를 포함한 오일 공급관인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일 배출장치는 제 2 솔레노이드 밸브와 유량계를 포함한 오일 배출관인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 제어방법은 히터의 온 또는 오프 신호를 입력하는 단계와, 상기 히터의 온 또는 오프 신호를 입력받은 ECU의 제어에 따라 유체 클러치에 설치된 오일배출측 솔레노이드 밸브 또는 오일공급측 솔레노이드 밸브를 개폐하는 단계와, 유량계를 이용하여 유체 클러치 내의 잔류 오일량을 계산하는 단계와, 위의 계산된 잔류 오일량과 설정값을 ECU에서 비교하는 단계와, 위의 비교된 잔류 오일량에 따른 ECU의 제어에 따라 오일배출측 솔레노이드 밸브 또는 오일공급측 솔레노이드 밸브를 닫는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1, 도 2는 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프의 구조 및 작동상태를 도시한 도면이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프로서, 이의 작동원리를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 유체 클러치 를 이용한 차량용 워터펌프로서, 이의 작동순서를 도시한 블록도이다.

또한, 도 5는 유체 클러치내 오일 잔류량과 구동비의 관계를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 워터펌프(2)는 펌프몸체(10), 임펠러(11), 회전축(13), 베어링(12), 씰(도시하지 않음) 등을 포함하여 구성되어 있으며, 이 워터펌프(2) 전단부에는 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3)으로 구성된 유체 클러치(5)가 워터펌프(2)와 연결 설치되고, 이 유체 클러치(5)는 구동 풀리(7)에 의해 구동될 수 있도록 설치된다.

또한, 상기 구동 풀리(7)는 크랭크 축(도시하지 않음)의 회전력을 전달받을 수 있도록 크랭크 축과 브이벨트(8)를 통해 연결되어 있다.

즉, 구동 풀리(7)의 구동에 따라 이와 연결된 유체 클러치(5)의 구동 클러치 판(3)이 구동되면, 이와 소정 갭을 두고 치합되는 방식의 종동 클러치 판(4)이 회전하고, 이에 따라 종동 클러치 판(4)과 일체로 연결된 워터펌프(2)의 회전축(13)이 회전하게 된다.

또한, 상기 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3)으로 구성된 유체 클러치(5)는 클러치 하우징(6) 내부에 내설되고, 이 클러치 하우징(6)은 오일 공급관(15) 및 오일 배출관(16)을 통해 오일팬(14)과 연설되어 선택적으로 클러치 하우징(6) 내부에, 즉 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3) 사이의 공간부에 오일(30)을 공급 또는 배출할 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 오일 공급관(15)은 클러치 하우징 내부(6)에 오일팬(14)의 오일(30)을 공급할 수 있도록 설치되는 것으로서, 오일 펌프(17)와 제 1 솔레노이드 밸브(18a)와 오일유량을 측정하는 유량계(19a)가 함께 설치되어 있다.

또한, 상기 오일 배출관(16)은 클러치 하우징(6) 내부의 오일(30)을 오일팬(14)으로 배출시킬 수 있도록 설치되는 것으로서, 제 2 솔레노이드 밸브(18b)와 유량계(19b)가 함께 설치되어 있다.

이때, 상기 제 1 솔레노이드 밸브(18a)와 제 2 솔레노이드 밸브(18b)는 난방성능에 관련된 신호와 엔진 냉각성능에 관련된 신호 및 냉각수 온도와 각 유량계를 통한 신호에 의한 ECU(20)의 제어에 의해 작동된다.

따라서, 상기와 같이 구성되어 있는 워터펌프(2)는 난방성능을 높이기 위해 일정시간 동안 오일 공급관(15)의 제 1 솔레노이드 밸브(18a)를 닫고, 오일 배출관(16)의 제 2 솔레노이드 밸브(18b)를 개방하게 되면, 클러치 하우징(6) 내부에, 즉 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3) 사이 공간부에 잔류하는 오일량이 줄어들게 되고, 이에 따라 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4) 간의 마찰력이 약해져 구동비가 낮아지게 된다.

결과적으로 워터펌프(2) 회전수가 줄어들게 되고 토출유량이 작아지게 되면 냉각수 온도가 올라가게 되고, 이에 따라 난방성능이 향상된다.

한편, 엔진의 냉각성능을 높이기 위해 일정시간 동안 오일 배출관(16)의 제 2 솔레노이드 밸브(18b)를 닫고, 오일 공급관(15)의 제 1 솔레노이드 밸브(18a)를 개방하게 되면, 오일펌프(17)에 의해 클러치 하우징(6) 내부에, 즉 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3) 사이 공간부에 일정량의 오일이 차게되고, 이에 따라 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4) 간에 마찰력이 증가되어 구동비가 높아지게 된다.

결과적으로 워터펌프(2)의 회전수가 늘어나게 되고 토출유량이 많아지게 되면 냉각수 온도가 낮아지고, 이에 따라 냉각성능이 향상된다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 운전자가 히터(도시하지 않음)를 작동시키면 ECU(20)는 오일 공급관(15)의 제 1 솔레노이드 밸브(18a)를 닫고, 오일 배출관(16)의 제 2 솔레노이드 밸브(18b)를 개방시킨다.

빠른 난방성능 향상, 즉 냉각수 온도를 빨리 올리기 위해서는 유체 클러치(5)의 종동 클러치 판(4)과 구동 클러치 판(3)의 구동비가 “0”에 가까워지도록 클러치 하우징(6) 내부의 오일 잔류량을 설정해야 하는 바, 잔류 오일량과 구동비의 관계는 첨부한 도 5에 의한 데이터를 축적하여 설정할 수 있다.

즉, 유체 클러치(5) 내의 잔류 오일량에 따라 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4) 간의 마찰력이 변하게 되는 바, 이러한 데이터 값을 통한 냉각수의 온도변화 값을 통해 유체 클러치(5) 내의 잔류 오일량에 따른 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4)의 최소 구동비 및 최대 구동비를 설정할 수 있다.

상기와 같은 과정을 통해서 유체 클러치(5) 내부의 오일량이 줄어들어 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4) 간의 구동비가 작아지면 워터펌프(2)의 성능이 떨어져 냉각수 온도가 급격히 상승하게 되고, 냉각수의 온도가 난방성능에 필요한 온도까지 도달하게 되면 더 이상의 구동비의 하락은 필요없게 된다.

즉, 냉각수의 온도가 필요한 일정 온도까지 도달하게 되면, 이러한 온도정보 는 온도센서를 통해 ECU(20)로 전달되며, ECU(20)는 더 이상의 구동비 하락이 없도록 오일 배출관(16)의 제 2 솔레노이드 밸브(18b)를 닫게 한다.

또한, 냉각수의 온도가 일정온도까지 도달하기 전에 미리 설정해놓은 구동비에 도달하게 되는 경우에도 ECU(20)는 오일 배출관(16)의 제 2 솔레노이드 밸브(18b)를 닫게 한다.

이때, 난방성능을 높이기 위한 구동 클러치 판(3)과 종동 클러치 판(4)의 최소 구동비는 미리 설정해야 하는 바, 최소 구동비에 대한 정보는 유체 클러치(5) 내부의 잔류 오일량의 정보로 알 수 있으며, 잔류 오일량의 정보는 오일 공급관(15)과 오일 배출관(16)에 각각 설치된 유량계(19a,19b)를 통해 알 수 있다.

즉, 유체 클러치(5) 내부로 들어가는 오일량과 유체 클러치(5)로부터 배출되는 오일량을 계산하여 잔류 오일량을 산출할 수 있다.

한편, 엔진 히터의 작동이 오프되어 정상적인 워터펌프(2)의 작동이 필요한 때에는 구동비가 “1”에 가까워지도록 해야 하는 바, 최대 구동비 또한 상술한 바와 같이 유체 클러치(5) 내부의 잔류 오일량을 통해 알 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성된 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프의 제어방법을 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 난방성능을 높이고 싶을 때의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
운전자의 조작에 의한 히터 온 신호가 ECU에 입력되는 단계가 수행된다.
다음, 히터 온 신호를 입력받은 ECU의 제어에 의해 오일배출측 솔레노이드 밸브가 열리는 동시에 오일공급측 솔레노이드 밸브가 닫히는 단계가 수행된다.
이에 따라, 오일의 공급은 없고 오일의 배출만 있게 되므로 유체 클러치 내의 잔류 오일량은 줄어들게 된다.
다음, 유량계를 이용하여 유체 클러치 내의 잔류 오일량을 계산하는 단계가 수행된다.
다음, 위의 계산된 잔류 오일량과 설정값(즉, 난방성능을 높이기 위한 구동 클러치 판과 종동 클러치 판 간의 최소 구동비에 상응하는 오일량)을 ECU에서 비교하는 단계가 수행된다.
여기서, 잔류 오일량이 설정값보다 많으면 오일배출측 솔레노이드 밸브를 계속 열어 놓은 상태를 유지하여 유체 클러치 내의 오일을 계속 배출시킨다.
다음, 계속적인 오일의 배출로 인해 잔류 오일량이 설정값보다 적어지면 오일배출측 솔레노이드 밸브를 닫는 단계가 수행된다.
또한, 냉각성능을 높이고 싶을 때의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 운전자의 조작에 의한 히터 오프 신호가 ECU에 입력되는 단계가 수행된다.
다음, 히터 오프 신호를 입력받은 ECU의 제어에 의해 오일배출측 솔레노이드 밸브가 닫히는 동시에 오일공급측 솔레노이드 밸브가 열리는 단계가 수행된다.
이에 따라, 오일의 배출은 없고 오일의 공급만 있게 되므로 유체 클러치 내의 잔류 오일량은 늘어나게 된다.
다음, 유량계를 이용하여 유체 클러치 내의 잔류 오일량을 계산하는 단계가 수행된다.
다음, 위의 계산된 잔류 오일량과 설정값(즉, 냉각성능을 높이기 위한 구동 클러치 판과 종동 클러치 판 간의 최대 구동비에 상응하는 오일량)을 ECU에서 비교하는 단계가 수행된다.
여기서, 잔류 오일량이 설정값보다 적으면 오일공급측 솔레노이드 밸브를 계속 열어 놓은 상태를 유지하여 유체 클러치 내에 오일을 계속 공급시킨다.
다음, 계속적인 오일의 공급으로 인해 잔류 오일량이 설정값보다 많아지면 오일공급측 솔레노이드 밸브를 닫는 단계가 수행된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프는 유체 클러치 내부의 오일량 조절을 통해 구동 클러치 판과 종동 클러치 판의 구동비를 조절하여 워터펌프의 회전수를 조절할 수 있게 한 것으로서, 결과적으로 워터펌프의 회전수에 따른 냉각수의 토출유량에 따라 냉각수의 온도를 조절할 수 있게 하며, 이는 난방성능 및 엔진의 냉각성능을 가변적으로 조절할 수 있게 한다.

또한, 상기와 같은 구조는 난방성능을 향상 시키기 위한 추가적 설비가 필요 하지 않은 바, 이는 뛰어난 난방성능을 제공하면서도 원가를 절감시킬 수 있게 하며, 엔진의 저 RPM 영역에서도 난방성능을 향상시킬 수 있게 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 및 그 제어방법에 의하면 워터펌프 전단부에 설치된 유체 클러치 내부의 오일량을 조절함에 따라 워터펌프의 회전수를 조절할 수 있게 함으로써, 워터펌프의 회전수에 따라 냉각수의 온도를 조절할 수 있고, 이에 따라 난방성능 및 엔진의 냉각성능을 가변적으로 조절할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 워터펌프는 난방성능을 향상 시키기 위한 추가적 설비가 필요하지 않은 바, 이는 뛰어난 난방성능을 제공하면서도 원가를 절감시킬 수 있게 한다.

특히, 상기와 같은 방식은 엔진의 저 RPM 영역에서의 난방성능을 향상 시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 펌프몸체, 임펠러, 회전축, 베어링, 씰 등을 포함하여 구성되어 크랭크 축의 회전력을 전달받아 구동되는 워터펌프에 있어서,

   크랭크 축의 회전력을 동력전달장치(8)에 의해 전달받아 구동되는 구동 풀리(7)와;

   상기 구동 풀리(7)와 일체형으로 연결되어 연동되는 구동 클러치 판(3)과, 이 구동 클러치 판(3)과 소정 간격을 두고 치합되는 동시에 워터펌프(2)의 회전축(13)과 일체형으로 연결되는 종동 클러치 판(4)이 클러치 하우징(6) 내에 내설되어 있는 유체 클러치(5)와;

   상기 유체 클러치(5) 일측과 오일팬(14)에 연설되어 ECU(20)의 제어에 따라 선택적으로 유체 클러치(5) 내부의 오일량을 조절하는 오일공급장치 및 오일배출장치;

   를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 오일 공급장치는 오일 펌프(17)와 제 1 솔레노이드 밸브(18a)와 유량계(19a)를 포함한 오일 공급관(15)인 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용 한 차량용 워터펌프.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 오일 배출장치는 제 2 솔레노이드 밸브(18b)와 유량계(19b)를 포함한 오일 배출관(16)인 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프.
4. 히터의 온 또는 오프 신호를 입력하는 단계;

   상기 히터의 온 또는 오프 신호를 입력받은 ECU의 제어에 따라 유체 클러치에 설치된 오일배출측 솔레노이드 밸브 또는 오일공급측 솔레노이드 밸브를 개폐하는 단계;

   유량계를 이용하여 유체 클러치 내의 잔류 오일량을 계산하는 단계;

   위의 계산된 잔류 오일량과 설정값을 ECU에서 비교하는 단계;

   위의 비교된 잔류 오일량에 따른 ECU의 제어에 따라 오일배출측 솔레노이드 밸브 또는 오일공급측 솔레노이드 밸브를 닫는 단계;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 클러치를 이용한 차량용 워터펌프 제어방법.

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