KR100962962B1 - 이알유체를 이용한 차량용 냉각팬 삽입량 조절식 팬클러치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는 엔진의 구동력을 전달받고, 내부에 ER유체가 수용되는 ER유체 수용부가 형성된 풀리 샤프트와; 상기 ER 유체 수용부에 진퇴되게 배치된 피스톤와; 상기 피스톤에 연결된 로터와; 상기 ER 유체가 상기 피스톤을 상기 엔진측으로 방향으로 당길 수 있도록 상기 ER 유체에 전기장을 생성하는 전기장 생성기와; 상기 피스톤이 상기 엔진측 방향으로 가압되도록 상기 피스톤을 탄지하게 설치된 탄성체를 포함하여, 냉각수 온도에 따라 팬클러치 및 팬을 라디에이터에 대해 직선 운동시킬 수 있으므로, 냉각수 온도에 따라 냉각팬 삽입량을 조절할 수 있으므로 적절한 냉각효율을 갖을 수 있는 이점이 있다.

ER유체, 차량, 팬클러치, 풀리 샤프트, 로터, 피스톤, 전기장 생성기, 탄성체

Description

이알유체를 이용한 차량용 냉각팬 삽입량 조절식 팬클러치{ Fan clutch controling depth of cooling fan using electro-rheological fluid}

본 발명은 차량용 냉각팬으로 전달되는 구동력을 전달/차단하는 차량용 팬클러치에 관한 것으로서, ER유체를 이용하여 엔진 상태에 따라 냉각팬 삽입량을 조절 할 수 있는 ER유체를 이용한 차량용 냉각팬 삽입량 조절식 팬클러치에 관한 것이다.

일반적으로, 대형트럭 등의 차량에 설치되는 냉각팬은 풀리를 통해 크랭크축과 연결되어 밸트로 구동되고, 냉각수온 및 팬클러치의 특성에 따라 냉각팬의 알피엠(RPM)이 변경된다.

최근에는 냉각수온에 따라 냉각팬의 알피엠을 콘트롤하여 엔진의 소모 마력을 최소화하면서 적절한 냉각을 할 수 있는 전자식 팬클러치 시스템이 적용되고 있다.

엔진의 적절한 냉각이 필요한 이유는 냉각수가 지나치게 냉각되면, 연소에 의한 열에너지의 많은 부분이 연소실의 벽을 통해 소모되어 열효율이 나빠지거나, 연소실 금속벽면 온도 감소로 마찰 손실이 증대되는 등의 문제로 인해 연비에 악영향을 미칠 수 있다. 반대로, 냉각수가 적절하게 냉각되지 못하여 엔진이 과열되면 엔진 각종 구성요소의 내구성이 떨어지고, 오버 히팅(over heating)의 원인이 될 수 있다.

상기와 같은 엔진 냉각시스템에서는 적절한 냉각성능을 가질 수 있도록 컨트롤하면서 소모 마력을 최소화하여 엔진의 부수적인 일(Accessory Work)의 증대에 따른 연비저하를 최소화하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 엔진 냉각시스템은 크게 쿨링모듈(Cooling Module)인 라디에이터(Radiator)와, 냉각팬과, 팬클러치의 세 부분으로 구분할 수 있고, 라디에이터는 차량 샤시에 냉각팬과 팬클러치는 엔진측에 탑재되어 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 엔진 냉각 시스템은 라디에이터와 냉각팬이 일정 거리만큼 떨어진 간극을 갖도록 설치되는데, 이 간극은 엔진 냉각 효율에 큰 영향을 주는 인자이고, 엔진의 보다 효율적인 냉각성능을 얻기 위해서는 운전 상태에 따라 간극을 적절히 조절 할 필요성이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, ER 유체를 이용하여 팬클러치를 직진운동 시키는 것에 의해 높은 냉각 효율을 필요치 않을 경우 간극을 최대화하여 냉각 효율을 낮추는 것에 의해 엔진 웜업 등에 도 움 되게 하고, 높은 냉각 효율을 필요할 경우 간극을 최소화하여 냉각 효율을 높이는 것에 의해 엔진 과열을 방지할 수 있는 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는, 클러치 케이스와; 상기 클러치 케이스와 결합된 클러치 커버와; 상기 클러치 케이스와 클러치 커버 중 하나에 연결된 냉각팬과; 오일 유동공이 형성된 분할 플레이트와; 상기 클러치 커버에 회전 가능하게 배치된 밸브축과; 상기 밸브축에 설치된 바이메탈과; 상기 분할 플레이트의 오일 유동공을 개폐하도록 밸브축에 설치된 밸브와; 상기 오일에 의해 상기 클러치 케이스와 클러치 커버를 회전시키는 로터와; 엔진의 구동력을 전달받고, 내부에 ER유체가 수용되는 ER유체 수용부가 형성된 풀리 샤프트와; 상기 ER 유체 수용부에 진퇴되게 배치되고 상기 로터에 연결된 피스톤과; 상기 ER 유체에 전기장을 생성하는 전기장 생성기와; 상기 피스톤이 상기 엔진측 방향으로 가압되도록 상기 피스톤을 탄지하게 설치된 탄성체를 포함한다.

상기 피스톤은 외주에 돌기가 형성된 단턱부가 반경방향으로 돌출 형성되고, 상기 풀리 샤프트는 내벽에 상기 돌기가 전후 슬라이드 안내되는 가이드가 형성된다.

상기 탄성체는 상기 피스톤의 둘레와 상기 풀리 샤프트 내벽 사이에 배치되는 코일 스프링이다.

상기 코일 스프링은 상기 단턱부가 안착되게 배치된다.

상기 전기장 생성기는 상기 풀리 샤프트 둘레 외측에 상기 풀리 샤프트와 이격되게 고정 설치된 복수개의 전극이다.

라이에이터의 냉각수온을 감지하는 수온감지부와, 상기 수온감지부의 감지결과에 따라 상기 전기장 생성기를 제어하는 컨트롤러를 더 포함한다.

상기 컨트롤러는 상기 냉각수온이 설정온도 이상이면, 상기 전기장 생성기를 오프하고, 상기 냉각수온이 설정온도 미만이면, 상기 전기장 생성기를 온시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는 냉각수 온도에 따라 팬클러치 및 팬을 라디에이터에 대해 직선 운동시키므로, 냉각수 온도에 따라 냉각팬 삽입량을 조절할 수 있으므로 적절한 냉각효율을 가질수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는 ER유체의 항복 응력과 점성이 전기장에 의하여 매우 신속하게 변하여 냉각수 온도에 따른 응답성이 높고, 엔진 냉각 성능을 신속하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치 일실시예가 적용되는 차량의 엔진 냉각 시스템 일부 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치 일실시예가 적용되는 차량의 엔진 냉각 시스템이 개략적으로 도시된 도이며, 도 3은 본 발명에 따른 냉각팬이 라디에이터와 최대로 이격되어 냉각팬 삽입량이 최소일 때의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 냉각팬이 라디에이터와 최대로 접근되어 냉각팬 삽입량이 최대일 때의 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 팬 클러치가 엔진측으로 최대 이동되었을 때의 주요 구성이 도시된 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 팬 클러치를 라이데이터측으로 최대 밀었을 때의 주요 구성이 도시된 측면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 팬클러치가 확대 도시된 단면도이다.

본 실시예에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 엔진(2)의 구동력을 전달받고 내부에 ER유체(F)가 수용되는 ER유체 수용부(8)가 형성된 풀리 샤프트(10)와; ER 유체 수용부(8)에 진퇴되게 배치된 피스톤(20)과; 피스톤(20)에 연결된 로터(30)와; ER 유체(2)에 전기장을 생성하는 전기장 생성기(40)와; 피스톤(20)이 엔진(2)측 방향으로 가압되도록 피스톤(20)을 탄지하게 설치된 탄성체(50)를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위해 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치를 '팬클러치'라 칭하여 설명한다.

그리고, 팬클러치는 클러치 케이스(31)와, 클러치 케이스(31)와 결합된 클러치 커버(32)와, 오일 유동공(33)이 형성된 분할 플레이트(34)와, 클러치 커버(32)에 회전 가능하게 배치된 밸브축(35)과, 밸브축(35)에 설치된 바이메탈(36)과, 분할 플레이트(34)의 오일 유동공(33)을 개폐하도록 밸브축(35)에 설치된 밸브(37)를 더 포함한다.

로터(30)는 피스톤(20) 중 클러치 케이스(31)와 클러치 커버(32) 사이에 위 치되는 부분에 연결된다.

클러치 케이스(31)와 클러치 커버(32)는 로터(30)와의 사이에 오일 작동실(38)이 형성된다.

그리고, 클러치 커버(32)와 로터(30) 중 적어도 하나에는 오일 작동실(38)로 공급될 오일이 저장되는 오일저장실(39)이 형성되고, 클러치 커버(32)에는 오일작동실(38)을 통과한 오일을 클러치 커버(32)와 분할 플레이트(34) 사이로 복귀시키는 오일 리턴홀(미도시)이 형성된다.

즉, 상기와 같은 팬클러치는 엔진 구동에 의해 냉각수온의 상승시, 라이에이터(4)에서 발산하는 온도는 점차 높아져 바이메탈(36)이 팽창되고, 바이메탈(36)의 팽창시 밸브축(35) 및 밸브(37)가 회전되어 오일 유동공(33)을 개방하며, 오일저장실(39)의 오일은 오일작동실(38)로 이동되어, 로터(30)의 회전력을 클러치 케이스(31) 및 클러치 커버(32)로 전달하고, 팬(6)은 클러치 케이스(31) 및 클러치 커버(32)와 함께 회전된다.

한편, ER유체(F, electro-rheological fluid)는 가해지는 전기장의 강도에 따라 역학적 성질이 변하는 유체로서, 비전도성의 용액 중에 강한 전도성 입자를 분산시킨 용액이다.

즉, ER유체(F)는 전기장이 부과되면, 유체 중에 분산된 입자가 유도분극을 일으켜, 양쪽의 전극을 향하여 전기장과 평행한 섬유상 구조의 고리를 형성하는 것에 의해 유체의 이동이나 외부 전단력에 대하여 저항하는 것으로서, 전기장의 크기 에 따라 그 항복응력과 점성이 변하고, 그 반응이 매우 신속하게 이루어진다.

풀리 샤프트(10)는 엔진(2) 구동시 로터(30)가 피스톤(30)에 의해 회전되도록 엔진(2) 구동력을 피스톤(30)으로 전달시키는 것으로서, 엔진의 크랭크 축이나 워터 펌프 등과 벨트를 통해 연결되어, 크랭크 축이나 워터 펌프의 구동시 로터(30)를 회전시킨다.

피스톤(20)은 풀리 샤프트(10)의 회전시 로터(30)를 회전시키고 풀리 샤프트(10)를 따라 진퇴되는 것으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 일부가 클러치 케이스(31)를 관통하여 배치되고, 그 외주에는 클러치 케이스(31)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(26)이 배치된다.

피스톤(20)은 반경방향으로 풀리 샤프트(10)에 걸리면서 전후 방향으로 풀리 샤프트(10)에 이동 가능한 구조로 이루어지고, 상기와 같은 구조에 대해서는 후술하는 도 8을 참고하여 상세히 설명한다.

전기장 생성기(40)는 풀리 샤프트(10) 둘레 외측에 풀리 샤프트(10)와 이격되게 고정 설치된 일종의 안티 롤 브라켓(Anti Roll Bracket)으로서, 복수개의 전극 즉, + 전극(42)과 - 전극(44)을 포함한다.

탄성체(50)는 피스톤(20)의 둘레와 풀리 샤프트(10) 내벽 사이에 배치되는 코일 스프링으로 이루어진다.

코일 스프링은 일단이 풀리 샤프트(10)에 형성된 스프링 시트(미도시)에 안착되거나 풀리 샤프트(10) 내벽에 고정되고, 타단에 피스톤(20)의 후술하는 단턱부(24)가 안착된다.

한편, ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치는 라디에이터(4)의 냉각수온을 감지하는 수온감지부(60)와, 수온감지부(60)의 감지결과에 따라 전기장 생성기(40)를 제어하는 컨트롤러(70)를 더 포함한다.

컨트롤러(70)는 라디에이터(4)의 냉각수온이 설정온도 이상이면, 전기장 생성기(40)를 오프하고, 라디에이터(4)의 냉각수온이 설정온도 미만이면, 전기장 생성기(40)를 온시킨다.

여기서, 설정온도는 전기장 생성기(40)의 온/오프를 결정하기 위해 설정된 온도로서, 낮게 설정될 경우 냉각팬(6)과 라디에이터(4)의 간극이 최소인 상태가 많고, 높게 설정될 경우 냉각팬(6)과 라디에이터(4)의 간극이 최대인 상태가 많게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 피스톤이 확대 도시된 단면도이다.

피스톤(20)은 외주에 돌기(22)가 형성된 단턱부(24)가 반경방향으로 돌출 형성되고, 풀리 샤프트(10)는 내벽에 피스톤(20)의 돌기(22)가 피스톤(20)의 반경 방향으로 걸리고 피스톤(20)의 직진 이동시 돌기(22)를 전후 슬라이드 안내하는 가이드(12)가 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 엔진(2) 구동시 수온 감지부(60)는 라디에이터(4)로 유입되는 냉각수온의 온도를 감지하고, 그 감지 결과를 컨트롤러(70)로 출력한다.

컨트롤러(70)는 수온 감지부(60)의 감지 결과에 따라, 전기장 생성기(40)를 온/오프시킨다.

컨트롤러(70)는 라디에이터(4)의 냉각수온이 설정온도 미만이면, 전기장 생성기(40)를 온시키고, 라디에이터(4)의 냉각수온이 설정온도 이상이면, 전기장 생성기(40)를 오프시킨다.

전기장 생성기(40)의 온시, ER유체(F)는 유체 중에 분산된 입자가 유도분극을 일으켜, 양쪽의 전극(42)(44)을 향하여 전기장과 평행한 섬유상 구조의 고리를 형성하는 것에 의해 고체화됨에 따라 유체의 이동이나 외부 전단력에 대하여 저항으로 작용하고, 이때 코일스프링(50)은 피스톤(20)을 엔진(2)측 방향으로 가압하는 상태이며, 피스톤(20)은 코일스프링(50)에 의해 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진(2)측 방향으로 이동되고, 피스톤(20)에 연결된 로터(30) 및 클러치 케이스(31), 클러치 커버(32) 등과 냉각팬(6)은 피스톤(20)과 함께 엔진(2)측 방향으로 이동된다.즉, 냉각팬(6)은 라디에이터(4)와의 간극이 도 3에 도시된 바와 같이, 최대가 되고, 라디에이터(4)로는 후술하는 냉각팬(6)과 라디에이터(4)의 간극이 최소인 경우 보다 풍량이 작아, 엔진(2) 과냉이 방지된다.

한편, 전기장 생성기(40)의 오프시, ER유체(F)는 유체화되어 피스톤(20)에 대한 저항이 최소화되고, 이때 냉각팬(6)의 회전수가 높아져 냉각팬(6)이 라디에이터(4)를 향해 전진하려는 힘 즉, 냉각팬(6)의 추력(Thrust Force)이 코일스프링(50)의 탄성력 보다 커지게 되면 피스톤(20)은 라디에이터측(4)으로 밀어진다. 즉, 냉각팬(6)은 라디에이터(4)와의 간극이 도 4에 도시된 바와 같이, 최소가 되 고, 라디에이터(4)로는 냉각팬(6)과 라디에이터(4)의 간극이 최대인 경우 보다 풍량이 증대되어, 엔진(2)의 과열이 방지된다.

그리고, 상기와 같은 냉각팬(6)과 라디에이터(4)와의 간극이 최소인 상태에서, 냉각팬(6)의 회전수가 낮아져 냉각팬(6)의 추력(Thrust Force)이 코일스프링(50)의 탄성력 보다 작아지게 되면, 코일스프링(50)의 미는 힘에 의해 피스톤(20)은 엔진(2)측으로 다시 이동되고 냉각팬(6)과 라디에이터(4)와의 간극은 최소 상태에서 최대 상태로 복원된다.

한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 팬클러치에 팬클러치 연동기구를 별도로 설치하거나 냉각팬(6)의 회전수를 조절하는 팬조절기구를 별도로 설치하여 컨트롤러(70)가 수온감지부(60)에서 감지된 냉각수온에 따라 팬클러치 연동기구를 구동하거나 팬조절기구를 구동하여 팬 회전수를 전자식으로 조절하는 것도 가능하고, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치 일실시예가 적용되는 차량의 엔진 냉각 시스템 일부 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치 일실시예가 적용되는 차량의 엔진 냉각 시스템이 개략적으로 도시된 도.

도 3은 본 발명에 따른 냉각팬이 라디에이터와 최대로 이격되어 냉각팬 삽입량이 최소일 때의 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 냉각팬이 라디에이터와 최대로 접근되어 냉각팬 삽입량이 최대일 때의 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 팬 클러치가 엔진측으로 최대 이동되었을 때의 주요 구성이 도시된 측면도,

도 6은 본 발명에 따른 팬 클러치를 라이데이터측으로 최대 밀었을 때의 주요 구성이 도시된 측면도,

도 7은 본 발명에 따른 팬클러치가 확대 도시된 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 피스톤이 확대 도시된 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 엔진 4: 라디에이터

6: 팬 8: ER유체 수용부

10: 풀리 샤프트 12: 가이드

20: 피스톤 22: 돌기

24: 단턱부 30: 로터

40: 전기장 생성기 42: + 전극

44: - 전극 50: 탄성체

F: ER유체

Claims (7)

1. 클러치 케이스와;

   상기 클러치 케이스와 결합된 클러치 커버와;

   상기 클러치 케이스와 클러치 커버 중 하나에 연결된 냉각팬과;

   오일 유동공이 형성된 분할 플레이트와;

   상기 클러치 커버에 회전 가능하게 배치된 밸브축과;

   상기 밸브축에 설치된 바이메탈과;

   상기 분할 플레이트의 오일 유동공을 개폐하도록 밸브축에 설치된 밸브와;

   상기 오일에 의해 상기 클러치 케이스와 클러치 커버를 회전시키는 로터와;

   엔진의 구동력을 전달받고, 내부에 ER유체가 수용되는 ER유체 수용부가 형성된 풀리 샤프트와;

   상기 ER 유체 수용부에 진퇴되게 배치되고 상기 로터에 연결된 피스톤과;

   상기 ER 유체에 전기장을 생성하는 전기장 생성기와;

   상기 피스톤이 상기 엔진측 방향으로 가압되도록 상기 피스톤을 탄지하게 설치된 탄성체를 포함하는 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤은 외주에 돌기가 형성된 단턱부가 반경방향으로 돌출 형성되고,

   상기 풀리 샤프트는 내벽에 상기 돌기가 전후 슬라이드 안내되는 가이드가 형성된 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 탄성체는 상기 피스톤의 둘레와 상기 풀리 샤프트 내벽 사이에 배치되는 코일 스프링인 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 코일 스프링은 상기 단턱부가 안착되게 배치된 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기장 생성기는 상기 풀리 샤프트 둘레 외측에 상기 풀리 샤프트와 이격되게 고정 설치된 복수개의 전극인 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
6. 제 1 항에 있어서,

   라이에이터의 냉각수온을 감지하는 수온감지부와,

   상기 수온감지부의 감지결과에 따라 상기 전기장 생성기를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 컨트롤러는 상기 냉각수온이 설정온도 이상이면, 상기 전기장 생성기를 오프하고,

   상기 냉각수온이 설정온도 미만이면, 상기 전기장 생성기를 온시키는 ER유체를 이용한 차량용 팬 삽입량 조절식 팬클러치.

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