KR100613918B1 - 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템 - Google Patents

자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템 Download PDF

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KR100613918B1 KR1020040047983A KR20040047983A KR100613918B1 KR 100613918 B1 KR100613918 B1 KR 100613918B1 KR 1020040047983 A KR1020040047983 A KR 1020040047983A KR 20040047983 A KR20040047983 A KR 20040047983A KR 100613918 B1 KR100613918 B1 KR 100613918B1
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Abstract

본 발명은 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템에 관한 것으로서, 엔진의 쿨링팬 구동축에 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 바이메탈을 장착하고, 반대쪽에는 벨트를 이용하여 별도의 종동축(이하, 팬구동축이라 칭함)을 수축 및 팽창 가능하게 설치하여, 엔진의 온도가 고온으로 상승하는 경우 쿨링팬의 회전속도가 증대되고, 엔진의 온도가 저온인 경우에는 쿨링팬의 회전속도가 감소되도록 함으로써, 엔진의 온도 승하강 대비 쿨링팬의 냉각이 유연하게 이루어질 수 있도록 한 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템을 제공하고자 한 것이다.
엔진, 쿨링팬, 바이메탈, 구동축, 팬구동축, 구동축풀리, 가이드브라켓

Description

자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템{Cooling fan system for engine of vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축쪽의 구성들을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 점차로 팽창하는 상태를 보여주는 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 최대로 팽창되었을 때, 구동축 및 팬구동축(종동축)이 회전하는 상태를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 팽창되기 전후의 팬구동축의 작동상태를 나타내는 사시도,
도 6은 종래의 쿨링팬 구동 시스템을 나타내는 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템에서 가이드브라켓의 구조를 나타내는 일부 확대 사시도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 구동축 12 : 가이드브라켓
14 : 가이드 16 : 림
18 : 스프링 20 : 바이메탈
22 : 벨트 24 : 팬구동축
26 : 좌측풀리 28 : 우측풀리
30 : 스프링 32 : 구동풀리
34 : 구동풀리홈 36 : 돌기부
38 : 융기부 40 : 좌측고정판
42 : 우측고정판 44 : 가이드단
46 : 가이드홀 48 : 좌측림판
50 : 우측림판 52 : 가이드핀
54 : 중심축
100 : 팬 102 : 유체클러치
자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 쿨링팬 구동축에 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 바이메탈을 장착하여, 엔진의 온도가 고온으로 상승하는 경우 쿨링팬의 회전속도가 증대되고, 엔진의 온도가 저온인 경우에는 쿨링팬의 회전속도가 감소되도록 함으로써, 엔진의 온도 승하강 대비 쿨링팬의 냉각이 유연하게 이루어질 수 있도록 한 자동차용 엔진의 쿨링팬 구 동 시스템에 관한 것이다.
차량이 주행할 때, 라디에이터에 부딪히며 통과되는 공기가 냉각작용을 하게 되는 바, 이때 라디에이터쪽으로 공기를 더 많이 끌어들이는 기능의 쿨링팬(=엔진 팬)이 엔진의 워터펌프 축에 장착된다.
첨부한 도 6은 종래의 쿨링팬 구동 시스템을 나타내는 개략도로서, 다수의 날개를 갖는 쿨링팬(100)의 이면에 유체 클러치(102)가 장착된 상태를 나타내고 있다.
세로배치 엔진에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 쿨링팬에 팬클러치 다시말해서, 유체클러치가 연결되어 있는 바, 엔진이 저온이면 유체 커플링이 미끄러져 쿨링팬이 작동하지 않거나 저속으로 작동하게 되어, 잡음이 감소되는 동시에 엔진의 동력이 절감된다.
반면에, 엔진이 고온이면 상기 유체클러치의 자동 온도 조절장치가 더 많은 오일을 유체 커플링쪽으로 유입되게 함으로써, 엔진의 냉각을 위하여 쿨링팬의 회전수가 증대된다. 즉, 엔진의 온도가 상승함에 따라 유체의 압력이 증가하여 쿨링팬의 속도가 조절되는 것이다.
이렇게 유체 클러치를 포함하는 종래의 쿨링팬 구동 시스템은 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, 속도 제어가 유체에 의하여 이루어지기 때문에 유체의 슬립(Slip)에 의한 속도손실이 발생하게 되는 단점이 있다.
둘째, 유체의 온도증가로 인하여 엔진 RPM보다 낮은 속도로만 쿨링팬이 회전 하게 되어, 엔진 냉각효율이 떨어지는 단점이 있다.
셋째, 냉각이 필요없는 영역에서도 유체클러치가 작동하는 동시에 쿨링팬이 회전을 하여, 엔진의 동력손실을 초래하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 개발된 것으로서, 엔진의 쿨링팬 구동축에 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 바이메탈을 장착하고, 반대쪽에는 벨트를 이용하여 별도의 종동축(이하, 팬구동축이라 칭함)을 수축 및 팽창 가능하게 설치하여, 엔진의 온도가 고온으로 상승하는 경우 쿨링팬의 회전속도가 증대되고, 엔진의 온도가 저온인 경우에는 쿨링팬의 회전속도가 감소되도록 함으로써, 엔진의 온도 승하강 대비 쿨링팬의 냉각이 유연하게 이루어질 수 있도록 한 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 워터펌프축과 연결되는 구동축의 둘레면에 팽창 및 수축 가능하게 장착된 바이메탈과; 상기 구동축에 회전가능한 구조로 장착되는 가이드브라켓과; 상기 바이메탈의 외주면과 이격 배치되어 상기 가이드브라켓에 원주방향을 따라 승하강 가능하게 부착되는 탄성력을 갖는 구동풀리와; 쿨링팬이 장착된 팬구동축에 소정의 간격으로 고정 배치되며, 각 안쪽면에는가이드 핀이 일체로 형성된 원판형의 좌측 및 우측 고정판과; 팬구동축의 축방향을 따라 전후진이동 가능하도록 상기 좌측 및 우측 고정판의 각 안쪽면에 장착되는 좌측 및 우측 풀리와; 상기 좌측 및 우측 고정판의 각 가이드핀이 체결되도록 상기 좌측 및 우측 풀리의 안쪽면에 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단과; 상기 좌측 및 우측 풀리의 가이드단들을 일체로 연결하는 좌측림판 및 우측림판과; 상기 좌측 고정판과 좌측풀리 사이 그리고 우측 고정판과 우측 풀리 사이에 연결된 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 가이드브라켓은 구동축에 회전가능한 구조로 고정되는 중심축과, 상기 중심축으로부터 반경방향을 따라 방사상으로 연결되며 각 안쪽면에는 가이드홈이 형성된 가이드와, 상기 가이드를 일체로 연결하는 원형의 림으로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 탄성력을 갖는 구동풀리는 탄성수단에 의하여 서로 연결된 여러개의 띠편으로 구성되며, 상기 각 띠편의 측면에는 상기 가이드브라켓의 가이드홈에 삽입되는 돌기부가 일체로 형성되고, 저면에는 구동풀리홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드브라켓의 가이드홈에는 상기 띠편의 돌기부에 의하여 압축되는 스프링이 내재된 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 좌측 및 우측 풀리의 안쪽면에 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단 사이에는 대향되는 가이드홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이메탈의 원주면에 상기 구동풀리의 구동풀리홈에 삽입되도록 등간격으로 융기부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축쪽의 구성들을 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 점차로 팽창하는 상태를 보여주는 측면도이다.
본 발명은 바이메탈을 이용한 것으로서, 엔진의 온도가 고온이 되면 바이메탈이 팽창하고, 엔진의 온도가 저온이 되면 바이메탈이 수축하는 원리를 이용하여 쿨링팬의 회전 속도가 자동 조절되도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 워터풀리축(미도시됨)과 연결되는 구동축(10)과, 이 구동축(10)에 의하여 회전하는 종동축 즉, 팬구동축(24)이 서로 벨트(22)에 의하여 대향 배치된다.
상기 구동축(10)은 워터풀리축과 연결된 회전축으로서, 그 외경면에는 마치 코일처럼 여러번 감겨진 형태의 바이메탈(20)이 장착되는 바, 이 바이메탈(20)은 재질 특성상 엔진이 고온으로 상승하면 팽창하고, 엔진이 저온으로 내려가면 수축하게 된다.
상기 바이메탈(20)의 외주면에는 등간격으로 융기부(37)가 일체로 형성된다.
한편, 상기 구동축(10)에는 원형 바퀴모양의 가이드브라켓(12)이 장착되고, 상기 가이드브라켓(12)의 가이드(14) 사이에는 바이메탈(20)이 위치하게 된다.
상기 가이드브라켓(12)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 구동축(10)에 회전가능한 구조로 고정되는 중심축(54)과, 상기 중심축(54)으로부터 반경방향을 따라 방사상으로 연결되며 각 안쪽면에는 가이드홈(38)이 형성된 가이드(14)와, 상기 가이드(14)를 일체로 연결하는 원형의 림(16)이 하나의 구조체로 성형된 것이다.
여기서, 상기 바이메탈(20)의 외주면과 환형 구조의 구동풀리(32)가 이격 배치되는 바, 이 구동풀리(32)는 탄성수단(예를들어, 스프링)에 의하여 여러개의 띠편이 환형 구조를 이루며 연결된 것이다.
이때, 상기 각 띠편의 측면에는 돌기부(36)가 일체로 형성되고, 또한 각 띠편의 저면에는 구동풀리홈(34)이 오목하게 형성된다.
따라서, 상기 구동풀리(32)가 상기 가이드브라켓(12)의 가이드홈(38)에 삽입 체결되어, 이 가이드홈(38)을 따라(원주방향을 따라) 승하강 가능한 상태가 되며, 특히 상기 가이드브라켓(12)의 가이드홈(38)에는 상기 띠편의 돌기부(36)에 의하여 압축되는 스프링(18)이 내재되어, 상승한 구동풀리(32)에 하강을 위한 복원력을 제공하게 된다.
여기서, 상기 구동축(10)과 벨트(22)에 의하여 연결되어 회전 구동하는 종동축 즉, 팬구동축(24)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 팬구동축(24)은 쿨링팬(100)이 회전 가능하게 연결되는 축으로서, 이 팬구동축(24)에 소정의 간격으로 좌측 고정판(40)과 우측 고정판(42)이 고정되는 바, 이 좌측 및 우측 고정판(40,42)의 각 안쪽면에는 가이드 핀(52)이 일체로 형성된다.
또한, 상기 좌측 및 우측 고정판(40,42)의 각 안쪽면에는 팬구동축(24)의 축방향을 따라 전후진이동 가능하도록 좌측 및 우측 풀리(26,28)가 장착된다.
상기 좌측 및 우측 풀리(26,28)는 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단(44)과, 이 가이드단(44)들을 일체로 연결하는 좌측림판(48) 및 우측림판(50)으로 구성되며, 상기 좌측 및 우측 고정판(40,42)의 각 가이드핀(52)이 상기 가이드단(44)의 끝단면에 형성된 삽입홀에 이탈되지 않도록 삽입 체결된다.
한편, 상기 좌측 고정판(40)과 좌측풀리(26) 사이 그리고 우측 고정판(42)과 우측 풀리(28) 사이에는 스프링(30)이 내재된다.
또한, 상기 좌측 및 우측 풀리(26,28)의 안쪽면에 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단(44) 사이는 관통된 형태의 가이드홀(46)로 형성되어, 좌측 및 우측 풀리(26,28)의 전진시 반대쪽의 가이드단(44)이 삽입 통과되는 홀이 된다.
이때, 상기 가이드단(44)은 앞쪽은 좁고 뒤쪽은 넓은 단면적을 갖도록 형성된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 자동차용 엔진의 쿨링팬 시스템에 대한 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 최대로 팽창되었을 때, 구동축 및 팬구동축(종동축)이 회전하는 상태를 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템의 구동축의 바이메탈이 팽창되기 전후의 팬구동축의 작동상태를 나타내는 사시도이다.
엔진의 시동과 함께 워터풀리축이 회전을 하게 되고 동시에 상기 구동축(10) 및 바이메탈(20)이 회전을 하게 된다.
이때, 공회전 등과 같은 엔진의 저속 회전시에는 엔진의 온도가 낮은 상태이므로, 상기 바이메탈(20)은 팽창하지 않고, 그 외주면에 배열된 구동풀리(32)와 이격된 상태가 되어, 구동풀리(32)에 회전력을 전달하지 못하게 됨에 따라, 상기 팬구동축과 연결된 쿨링팬의 회전이 이루어지지 않게 된다.
물론, 이때의 가이드브라켓(12)은 구동축(10)상에 통상의 베어링 등을 매개로 하여 회전가능한 구조로 장착되어 있으므로, 구동축(10)의 회전에는 영향을 주지 않게 된다.
엔진의 고속회전 또는 장기간 주행으로 엔진의 온도가 상승하는 경우, 이때의 고온으로 인하여 상기 바이메탈(20)이 첨부한 도 3과 같이 점차적으로 팽창하게 된다.
이와 동시에 상기 바이메탈(20)의 외주면에 형성된 융기부(37)가 상기 구동풀리(32)의 저면에 형성된 구동축풀리홈(34)에 삽입되어 구동풀리(32)도 상기 바이메탈(20)과 함께 회전을 하게 된다.
이어서, 상기 구동풀리(32)의 외경면에 감겨진 벨트(22)에 회전력이 전달되는 동시에 상기 팬구동축(24)도 회전을 하게 되어, 상기 쿨링팬의 회전이 이루어지게 되는 것이다.
이때, 상기 바이메탈(20)의 팽창으로 인하여 상기 구동풀리(32)의 직경이 점차 늘어나는 바, 그 이유는 상술한 바와 같이 구동풀리(32)의 각 띠편간의 탄성수단이 팽창을 하기 때문이다.
이렇게 구동풀리(32)의 직경이 늘어나면 상기 벨트(22)의 감겨진 직경 또한 늘어나게 되며, 이때 벨트(22)의 환형 경로(직경)는 고정된 상태이므로, 반대쪽 팬구동축(24)에 감겨진 벨트의 직경이 작아지게 된다.
즉, 상기 팬구동축(24)쪽의 벨트(22)는 좌측 및 우측 풀리(26,28)의 각 가이드단(44)을 감고 있는 상태인 바, 벨트(22)가 상기 가이드단(44)을 눌러주게 되는 동시에 가이드단(44)의 큰 직경면이 뒤쪽으로 밀리는 동시에 벨트(22)는 가이드단(44)의 좁은 직경면과 접촉되는 상태가 된다.
이때, 상기 가이드단(44)으로부터 좌측 및 우측 고정판(40,42)에 형성된 가이드핀(52)이 빠지게 되는 동시에 좌측 및 우측 풀리(26,28)의 후진 이동이 이루어지게 되고, 상기 좌측 고정판(40)과 좌측풀리(26) 사이 그리고 우측 고정판(42)과 우측풀리(26) 사이에 연결된 스프링(30)은 압축된 상태가 된다.
이와 같이, 엔진이 고온으로 상승하면, 바이메탈의 팽창으로 구동풀리의 직경이 늘어나는 동시에 벨트이 감김량이 커지게 되지만, 반대로 상기 팬구동축에 대한 벨트의 감김 직경이 작아지게 됨으로써, 팬 구동축의 RPM을 증대시킬 수 있고, 이때 팬 구동축의 RPM은 엔진의 RPM보다 크므로, 냉각 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템에 의하면, 엔진의 쿨링팬 구동축에 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 바이메탈을 장착하고, 반대쪽에는 벨트를 이용하여 팬구동축을 수축 및 팽창 가능하게 설치하 여, 엔진의 온도가 고온으로 상승하는 경우 쿨링팬의 회전속도가 증대되고, 엔진의 온도가 저온인 경우에는 쿨링팬의 회전속도가 감소되도록 함으로써, 엔진의 온도 승하강 대비 쿨링팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 쿨링팬의 RPM을 엔진 RPM보다 높게 조절하여, 냉각성능을 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 워터펌프축과 연결되는 구동축의 둘레면에 팽창 및 수축 가능하게 장착된 바이메탈과;
    상기 구동축에 회전가능한 구조로 장착되는 가이드브라켓과;
    상기 바이메탈의 외주면과 이격 배치되어 상기 가이드브라켓에 원주방향을 따라 승하강 가능하게 부착되는 탄성력을 갖는 가변 구동풀리와;
    쿨링팬이 장착된 팬구동축에 소정의 간격으로 고정 배치되며, 각 안쪽면에는가이드 핀이 일체로 형성된 원판형의 좌측 및 우측 고정판과;
    팬구동축의 축방향을 따라 전후진이동 가능하도록 상기 좌측 및 우측 고정판의 각 안쪽면에 장착되는 좌측 및 우측 풀리와;
    상기 좌측 및 우측 고정판의 각 가이드핀이 체결되도록 상기 좌측 및 우측 풀리의 안쪽면에 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단과;
    상기 좌측 및 우측 풀리의 가이드단들을 일체로 연결하는 좌측림판 및 우측림판과;
    상기 좌측 고정판과 좌측풀리 사이 그리고 우측 고정판과 우측 풀리 사이에 연결된 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가이드브라켓은 구동축에 회전가능한 구조로 고정되는 중심축과, 상기 중심축으로부터 반경방향을 따라 방사상으로 연결되며 각 안쪽면에는 가이드홈이 형성된 가이드와, 상기 가이드를 일체로 연결하는 원형의 림으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 탄성력을 갖는 구동풀리는 탄성수단에 의하여 서로 연결된 여러개의 띠편으로 구성되며, 상기 각 띠편의 측면에는 상기 가이드브라켓의 가이드홈에 삽입되는 돌기부가 일체로 형성되고, 저면에는 상기 바이메탈의 원주면에 등간격으로 형성된 융기부가 삽입되도록 한 구동풀리홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가이드브라켓의 가이드홈에는 상기 띠편의 돌기부에 의하여 압축되는 스프링이 내재된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 좌측 및 우측 풀리의 안쪽면에 원주방향을 따라 등간격으로 형성된 다수개의 가이드단 사이에는 대향되는 가이드홀이 형성된 것을 특 징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
  6. 청구항 1 또는 3에 있어서, 상기 바이메탈의 원주면에 상기 구동풀리의 구동풀리홈에 삽입되도록 등간격으로 융기부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템.
KR1020040047983A 2004-06-25 2004-06-25 자동차용 엔진의 쿨링팬 구동 시스템 KR100613918B1 (ko)

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