KR100581774B1 - 난방 성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치 - Google Patents

난방 성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치에 관한 것으로서, 특히 워터펌프풀리를 작동외경이 가변되는 가변풀리로 구현하거나 펌프 구동축의 도중에 임펠러로 전달되는 회전력을 가변시키는 유체 클러치를 형성하므로서, 엔진이 저 rpm 영역으로 동작하고 냉각수 온도가 일정온도 이하일때 히터스위치가 온동작하면 워터펌프의 구동속도를 감소시켜 냉각수의 순환속도가 감소되도록 하여 냉각수의 온도상승속도 촉진에 의해 난방기능이 개선되도록 한 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치에 관한 것이다.
난방성능, 워터펌프, 가변풀리, 클러치

Description

난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치{Water pump speed control device}
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 보인 개략도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 적용된 가변풀리를 보인 단면도.
도 3 은 본 발명의 가변풀리 작동외경과 냉각수온도와의 관계를 보인 그래프.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 적용된 제어수단을 보인 블럭도.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시예의 제어과정을 보인 플로우챠트.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예를 보인 도면.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 적용된 제어수단을 보인 블럭도.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예의 제어과정을 보인 플로우챠트.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 크랭크풀리 2: 오토텐셔너
5: 가변풀리 8: 액튜에이터
9: 벨트 11,38: ECU
12: 수온센서 20: 임펠러
22: 클러치 29: 오일공급수단
본 발명은 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치에 관한 것으로서, 특히 엔진이 저 rpm 영역으로 동작하고 냉각수 온도가 일정온도 이하일때 히터스위치가 온동작하면 워터펌프의 구동속도를 감소시켜 냉각수의 순환속도가 감소되도록 하여 냉각수의 온도상승속도 촉진에 의해 난방기능이 개선되도록 한 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치에 관한 것이다.
현재 엔진에는 크랭크 풀리로부터 전달되는 회전력으로 구동하여 엔진 내부로 냉각수가 강제 순환되도록 펌핑하는 워터펌프가 제공되고 있는데, 이러한 종래의 워터펌프는 크랭크 풀리와 연결된 펌프풀리가 일정한 비율로만 작동하도록 설정되어 있어서 엔진 회전수에 비례하여 워터펌프의 구동속도가 가변되도록 구성된다.
일반적으로 차량의 난방기능은 냉각수의 온도에 밀접한 관계를 갖게되는 것으로서, 냉각수 온도가 높게되면 히터스위치를 온동작 시킨 후 빠르게 차내로 더운 공기가 공급되나 냉각수 온도가 낮게되면 히터스위치를 온동작 시킨 후 냉각수 온도가 일정치 이상으로 상승할때까지 차내로 차가운 공기가 공급되게 된다.
즉, 엔진이 저 rpm 영역으로 운전되고 냉각수 온도가 낮은 상태에서 히터스위치가 온동작하게되면, 엔진이 저 rpm으로 동작함에 따라 엔진 내부의 온도가 높지 않은 상태여서 냉각수의 온도가 빠르게 상승하지 못하여 난방기능의 응답속도가 늦어지는 문제점이 발생하는 것이다.
상기와같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 차내로 송풍되는 공기를 인위적으로 가열하는 별도의 연소장치를 공조덕트 내에 설치하고 있는데, 이와같이 별도의 연소장치를 공조덕트 내부에 설치하는 것은 공간적인 측면이나 비용적인 측면에서 효율이 좋지 않게되며, 연소장치 구동을 위한 에너지가 별도로 소비되므로 엔진에 부하로 작용하여 엔진의 연비가 악화되는 문제점이 발생하고 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 워터펌프풀리를 작동외경이 가변되는 가변풀리로 구현하거나 펌프 구동축의 도중에 임펠러로 전달되는 회전력을 가변시키는 유체 클러치를 형성하므로서, 엔진이 저 rpm 영역으로 동작하고 냉각수 온도가 일정온도 이하일때 히터스위치가 온동작하면 워터펌프의 구동속도를 감소시켜 냉각수의 순환속도가 감소되도록 하여 냉각수의 온도상승속도 촉진에 의해 난방기능이 개선되도록 한 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은
제 1 실시예로서,
워터펌프의 구동축 외주연에 슬라이딩 가능하도록 형성된 한쌍의 제 1 및 제 2 몸체로 이루어지며, 상기 한쌍의 몸체 사이공간에 크랭크 풀리와 연결되기 위한 벨트가 감겨지는 가변풀리와;
상기 가변풀리의 양측에 설치되고, 상기 가변풀리의 몸체가 오므라들거나 벌어지도록 슬라이딩 구동시켜 제 1 및 제 2 몸체의 사이공간 넓이에 따라 가변풀 리의 작동외경이 가변되어 구동축의 회전속도가 증가 또는 감소하도록 하는 액튜에이터와;
히터 스위치가 온상태이고, 엔진이 저 rpm으로 구동할때 상기 액튜에이터를 구동시켜 가변풀리의 작동외경이 증가하도록 하는 ECU; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 ECU는 히터스위치가 온상태이고 엔진이 저 rpm 조건이더라도 수온센서에서 감지되는 냉각수온이 충분히 높으면 액튜에이터를 구동시키지 않고 가변풀리의 작동외경이 작은상태를 유지하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예로서,
크랭크풀리와 벨트로서 연결되는 펌프풀리와, 상기 펌프풀리에 의해 전달된 회전력으로 임펠러를 회전시키는 펌프구동축을 포함하여 구성된 것에 있어서,
공급되는 오일양에 따라 동력전달율이 가변되어 임펠러의 회전속도가 제어되도록 하는 클러치를 상기 펌프 구동축의 도중에 형성하고,
오일팬과 클러치 사이에 오일공급통로와 오일드레인통로를 연결형성하되,
상기 오일공급통로에 오일펌핑용 오일펌프를 형성하고, 오일공급통로와 오일드에인통로에 각각 오일공급 및 드레인되는 양을 단속하는 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브를 형성하며,
엔진 운전조건에 따라 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브를 선택적으로 구동시키는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 클러치는 밀폐된 클러치 하우징 내부에 펌프풀리와 연결되는 구동원판 과 임펠러 측과 연결되는 구동원판을 일정간극을 가지면서 대향되게 형성하고, 클러치 하우징의 일단에 오일공급통로와 오일드레인통로를 연결하여 오일공급통로를 통해 공급되는 오일의 양에 따라 구동원판의 회전력이 종동원판에 전달되는 비율이 비례적으로 증감되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어수단은,
냉각수 온도를 감지하는 수온센서와;
히터스위치가 온상태이고, 엔진이 저 rpm 조건으로 구동할때 수온센서에서 감지된 냉각수온도가 일정온도 이하이면 난방성능 향상을 위해 오일 드레인 통로에 형성된 제 2 솔레노이드밸브를 개방시켜 클러치 하우징 내의 오일이 드레인 되도록 하여 임펠러의 회전속도가 감소되도록 제어하는 ECU; 로 구성되며,
상기 오일공급통로와 오일드레인 통로를 통해 공급 및 드레인되는 오일량을 감지하는 제 1 및 제 2 유량계를 더 구성하고, ECU는 제 1 및 제 2 유량계에서 감지되는 유량정보에 따라 클러치 하우징으로 공급되거나 드레인 되는 오일양을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 8 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5 는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 것으로서,
크랭크풀리(1)와 오일펌프의 펌프 풀리를 벨트(9)로서 연결하되, 도 1 과같이 작동외경이 가변되는 가변풀리(5)로서 펌프 풀리를 구성하여 가변풀리(5)의 작 동외경이 축소되면 워터펌프의 구동속도가 증가하고, 가변풀리(5)의 작동외경이 증대되면 워터펌프의 구동속도가 감소하도록 하며, 크랭크풀리(1)와 가변풀리(5)의 사이에는 가변풀리(5)의 작동외경 가변에 따른 벨트(9)의 장력 조절을 위한 오토텐셔너(2)를 형성한다.
상기 가변풀리(5)는 도 2 에 도시된 바와같이 워터펌프의 구동축(3) 외주연에 일정간격으로 스토퍼(4)를 외향 돌출 형성하고, 상기 스토퍼(4) 내부에 한쌍의 제 1 몸체(6)와 제 2 몸체(7)를 슬라이딩 가능하게 형성한다.
상기 제 1 및 제 2 몸체(6,7)의 사이공간으로 벨트(9)가 감겨지며, 몸체(6,7)의 사이공간 넓이에 따라 벨트(9)가 감겨지는 높이가 낮아지거나 높아지게된다.
즉, 사이공간의 넓이가 좁아지면 벨트(9)가 감겨지는 높이가 높아지면서 가변풀리(5)의 작동외경이 커져 구동축(3)의 회전속도가 감소하게되고, 제 1 및 제 2 몸체(6,7)의 사이공간 넓이가 넓어지게되면 벨트(9)가 감겨지는 높이가 낮아지면서 가변풀리(5)의 작동외경이 작아져 구동축(3)의 회전속도가 증가하게되는 것이다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 몸체(6,7)와 스토퍼(4)의 사이에는 몸체(6,7)를 슬라이딩 구동시키는 액튜에이터(8)가 형성되는데, 이 액튜에이터(8)는 유압 또는 공압에 의해 작동하여 제 1 및 제 2 몸체(6,7)를 슬라이딩 구동시키게되며, 상기 액튜에이터(8)는 ECU(11)의 제어에 따라 선택적으로 구동한다.
상기 ECU(11)는 엔진 운전조건, 즉, 히터스위치(10)가 온상태이고, 엔진이 저rpm 영역으로 구동할때 수온센서(12)에서 감지되는 냉각수 온도가 일정온도 이하이면 상기 액튜에이터(8)를 구동시켜 가변풀리(5)의 몸체(6,7)가 오므라들도록 하여 가변풀리(5)의 작동외경이 증대되도록 제어하게된다.
상기 가변풀리(5)의 작동외경이 증대되면 그만큼 워터펌프의 구동축(3) 회전속도가 감소하게되므로 엔진 내부를 순환하는 냉각수의 순환속도가 줄어들게되므로 냉각수온도가 빠르게 상승하게되며, 이에의해 히터코어로 공급되는 냉각수의 온도가 빠르게 상승하게되므로 차내로 유입되는 공기가 빠르게 더워지는 것이다.
도 3 은 펌프풀리의 작동외경과 냉각수 온도와의 관계를 나타내는 그래프로서, 펌프풀리(가변풀리)의 작동외경이 클수록 냉각수 온도가 높아지는 것을 확인할 수 있다.
상기 ECU(11)의 액튜에이터(8) 제어값은 데이타베이스(13)에 저장되어 있는 제어맵에 의존되며, 상기 데이타베이스(13)에 저장된 제어맵은 여러번의 실험에 의해 얻어진 데이타이고, 상기 ECU(11)는 냉각수의 온도가 일정온도 이상으로 상승되거나 엔진 rpm이 중고속으로 상승되면 액튜에이터(8)를 원래의 상태, 즉, 가변풀리(5)의 제 1 및 제 2 몸체(6,7)가 벌어지도록 하여 가변풀리(5)의 작동외경이 줄어들도록 제어한다.
그리고, 상기 ECU(11)는 엔진이 저 rpm 조건으로 운전될때 히터스위치가 온동작하더라도 냉각수의 온도가 일정온도(난방기능이 구현될 수 있는 온도) 이상이면 액튜에이터(8)를 구동시키지 않고 가변풀리(5)의 작동외경이 작은상태를 유지하도록 한다.
한편, 도 6 내지 도 8 은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것으로서,
크랭크 풀리와 벨트로서 연결되는 펌프풀리(23)가 구비되고, 상기 펌프풀리(23)와 임펠러(20)를 연결하는 펌프구동축(21)을 포함하는 워터펌프에 있어서,
상기 펌프구동축(21)의 도중에 임펠러(20)로 전달되는 회전동력을 가변시키는 클러치(22)를 형성하고, 상기 클러치(22)로 구동용 오일을 공급하는 오일공급수단(29)과, 엔진 운전조건에 따라 상기 오일공급수단(29)을 제어하여 클러치(22)로 공급되는 오일량을 조절하는 제어수단으로 구성된다.
상기 클러치(22)는 밀폐된 클러치 하우징(24)의 내부에 펌프풀리(23)와 연결되는 구동 원판(25)과 임펠러(20) 측과 연결되는 종동원판(26)을 서로 대향되게 맞대어 형성하되, 구동원판(25)과 종동원판(26)의 사이에 일정간극의 오일유동통로(27)가 형성되도록 하여 오일유동통로(27)로 공급되는 오일양에 따라 구동원판(25)에서 종동원판(26)으로의 동력전달율이 비례적으로 증감되도록 구성한다.
상기 오일공급수단(29)은 오일팬(28)과 클러치(22)의 클러치 하우징(24) 사이에 오일공급통로(30)와 오일드레인 통로(34)를 각각 형성하고, 상기 오일공급통로(30)에 오일펌핑용 오일펌프(31)를 형성하며, 오일공급통로(30)와 오일드레인통로(34)에 각각 오일공급 및 드레인되는 오일량을 단속하는 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브(32,35)를 형성하여 구성한다.
상기 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브(32,35)를 온/오프 제어하여 클러치(22)로 공급되거나 드레인 되는 오일양을 제어하는 제어수단은,
오일공급통로(30)와 오일드레인통로(34)를 통해 공급 및 드레인 되는 오일량을 감지하는 제 1 및 제 2 유량계(33,36)와;
냉각수 온도를 감지하는 수온센서(37)와;
히터스위치가 온상태이고, 엔진이 저rpm 조건으로 구동할때 수온센서(37)에서 감지된 냉각수 온도가 일정온도 이하이면 난방성능이 향상되도록 오일드레인 통로(34)에 형성된 제 2 솔레노이드밸브(35)를 개방시켜 클러치 하우징(24) 내의 오일이 드레인되도록 제어하며, 냉각수 온도가 일정온도 이상이거나 엔진이 중고속 rpm으로 동작하면 제 2 솔레노이드밸브(35)를 오프시켜 오일이 드레인되지 않도록 함과 동시에 제 1 솔레노이드밸브(32)를 온동작시켜 클러치(22) 내부로 많은 양의 오일이 공급되도록 제어하는 ECU(38)로 구성된다.
상기 ECU(38)는 제 1 또는 제 2 솔레노이드밸브(32,35)가 개방되어 클러치 하우징(24) 내부로 오일이 공급되거나 드레인되면 제 1 및 제 2 유량계(33,36)에 의해 감지되는 유량정보로서 크랭크 하우징(24) 내에 존재하는 오일량을 연산하고, 그 연산된 정보에 따라 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브(32,35)의 온/오프 동작을 제어한다.
즉, 히터스위치가 온상태여서 워터펌프의 구동속도를 감소시키기 위해 제 2 솔레노이드밸브(35)를 온동작시켜 크랭크 하우징(24) 내의 오일이 드레인되도록 할때 드레인 되는 오일의 양이 너무 많게되면 크랭크 하우징(24) 내부에 오일이 남아있지 않고 완전히 배출되는 경우가 발생하게되므로 ECU(38)는 제 2 유량계(36)에서 감지되는 유량정보에 따라 크랭크 하우징(24)내에 남아있는 오일량을 연산하여 적정량의 오일이 남게될때 제 2 솔레노이드밸브(35)를 오프시켜 과도한 양의 오일이 드레인되지 않도록 하는 것이다.
상기 설명과같이 본 발명의 제 2 실시예는 정상조건일때 제 1 솔레노이드밸브(32)를 개방시켜 크랭크 하우징(24) 내부로 적정량의 오일이 공급되어 클러치(2)가 펌프풀리(23)의 회전력을 그대로 임펠러(20)로 전달하도록 하고,
히터스위치가 온상태이고, 엔진이 저rpm 조건으로 구동할때 냉각수 온도가 기준치 이하이면 제 2 솔레노이드밸브(35)를 개방시켜 크랭크 하우징(24) 내부에 적은양의 오일이 존재하도록 하여 클러치(22)가 펌프풀리(23)의 회전력을 감소시켜 임펠러(20)에 전달하도록 하므로서, 냉각수 순환속도의 감속에 의해 냉각수온도가 빠르게 상승하여 난방성능이 조기에 구현되도록 하는 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 워터펌프풀리를 작동외경이 가변되는 가변풀리로 구현하거나 펌프 구동축의 도중에 임펠러로 전달되는 회전력을 가변시키는 유체 클러치를 형성하므로서, 엔진이 저 rpm 영역으로 동작하고 냉각수 온도가 일정온도 이하일때 히터스위치가 온동작하면 워터펌프의 구동속도를 감소시켜 냉각수의 순환속도가 감소되도록 하여 냉각수의 온도상승속도 촉진에 의해 난방기능이 개선되도록 한 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 워터펌프의 구동축(3) 외주연에 슬라이딩 가능하도록 형성된 한쌍의 제 1 및 제 2 몸체(6,7)로 이루어지며, 상기 한쌍의 몸체(6,7) 사이공간에 크랭크 풀리(1)와 연결되기 위한 벨트(9)가 감겨지는 가변풀리(5)와;
    상기 가변풀리(5)의 양측에 설치되고, 상기 가변풀리(5)의 몸체(6,7)가 오므라들거나 벌어지도록 슬라이딩 구동시켜 제 1 및 제 2 몸체(6,7)의 사이공간 넓이에 따라 가변풀리(5)의 작동외경이 가변되어 구동축(3)의 회전속도가 증가 또는 감소하도록 하는 액튜에이터(8)와;
    히터 스위치(10)가 온상태이고, 엔진이 저 rpm으로 구동할때 상기 액튜에이터(8)를 구동시켜 가변풀리(5)의 작동외경이 증가하도록 하는 ECU(11); 로 구성된 것을 특징으로 하는 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ECU(11)는 히터스위치(10)가 온상태이고 엔진이 저 rpm 조건이더라도 수온센서(12)에서 감지되는 냉각수온이 충분히 높으면 액튜에이터(8)를 구동시키지 않고 가변풀리(5)의 작동외경이 작은상태를 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 난방성능 개선을 위한 워터펌프 속도 가변장치.
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