KR101241192B1 - 차량용 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 운전조건에 따라 워터펌프 내 블레이드(Blade)의 각도를 가변 조정함으로써 냉각수의 온도를 항상 최적으로 유지하여 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하고, 워터펌프의 동력손실(Pumping Loss)을 최적화하여 연비개선 효과를 가져올 수 있도록 하는 차량용 워터펌프를 제공한다.

냉각수 펌프, 워터펌프, 블레이드, 냉각손실

Description

차량용 워터펌프{WATER PUMP FOR VEHICLES}

도 1은 일반적인 엔진 냉각시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터펌프의 측 단면도이다.

도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 워터펌프의 작동상태의 단면도이다.

도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 워터펌프의 작동상태의 단면도이다.

도 5와 도 6은 도 2의 A-A 선 및 B-B 선에 따른 워터펌프의 미 작동상태의 단면도이다.

본 발명은 차량용 워터펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전조건에 따라 워터펌프 내 블레이드(Blade)의 각도를 가변 조정함으로써 냉각수의 온도를 항상 최적으로 유지하여 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하고, 워터펌프의 동력손실(Pumping Loss)을 최적화하여 연비개선 효과를 가져올 수 있도록 하는 차량용 워터펌프에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 워터펌프(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 엔진(101)의 일측에 장착되어 엔진(101)의 동력을 이용하여 구동함으로써 냉각수를 순환시켜 엔진이 적정온도를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 상기 워터펌프(100)는 엔진(101)의 동력을 이용하여 냉각수를 펌핑함으로써, 실린더 블록(103) 및 실린더 헤드(105)의 워터 재킷으로 순환시키고, 이렇게 순환한 냉각수를 다시 라디에이터(107)로 순환시켜 방열과정을 수행한 후, 다시 상기 워터펌프(100)로 유입되어 순환과정을 반복하도록 한다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 워터펌프(100)는 크랭크샤프트 풀리(Crank Shaft Pulley)와 벨트로 연결되어 있어 엔진이 구동되면 항시 작동하는 구조로 되어 있으며, 이에 따른 워터펌프(100)의 토출유량은 엔진의 회전수(RPM)에 비례하게 되어 있으나, 엔진의 냉각의 목적 측면에서 보면 엔진 발열 및 냉각정도에 비례해야 한다.

즉, 엔진이 냉간 시 일 때 또는 엔진의 발열량이 적을 때는 워터펌프가 작동할 필요가 없음에도 불구하고, 엔진의 회전수에 비례하여 작동함으로써 엔진의 출력저항을 크게 하여 연비를 악화시키는 결과적인 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 운전조건에 따라 워터펌프 내 블레이드(Blade)의 각도를 가변 조정함으로써 냉각수의 온도를 항상 최적으로 유지하여 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하고, 워터펌프의 동력손실(Pumping Loss)을 최적화하여 연비개선 효과를 가져올 수 있도록 하는 차량용 워터펌프를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위한 차량용 워터펌프는 내부에 중공부를 형성하는 아웃터 커버; 상기 아웃터 커버에 장착되는 인너 커버; 상기 아웃터 커버와 인너 커버 사이에 회전 가능하게 배치되는 회전판; 상기 아웃터 커버의 중공부 내측에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 장착된 상태로, 후단이 상기 회전판과 일체로 연결되는 중공의 회전 연결관; 상기 아웃터 커버의 전방에서 상기 회전 연결관의 전단에 장착되며, 외단면 내측에는 원형의 로터 설치홈이 형성되는 구동풀리를 포함하는 차량용 워터펌프에서, 상기 구동풀리의 로터 설치홈 내측에 설치되는 스테이터 코일과 로터로 구성되어 각도제어를 위한 회전력을 출력하는 각도제어수단; 상기 회전 연결관의 내측 후방에서 상기 회전판의 전면 회전중심에 대응하여 배치되며, 그 전면 상에는 반경방향으로 다수개의 각도조절 가이드 홈이 형성되는 조절판; 상기 회전 연결관의 중공부 내부에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 장착된 상태로, 후단이 상기 조절판의 전면 회전중심에 일체로 연결되고, 전단은 상기 각도제어수단의 로터에 일체로 연결되는 조절축; 상기 회전판의 단면상에 원주방향을 따라 일정간격으로 회전 가능하게 관통 설치되어 일단이 내향 절곡되어 상기 조절판 상의 각 각도조절 가이드 홈을 따라 안내되는 다수개의 각도조절레버; 상기 회전판의 배면 상에 원주방향을 따라 일정간격으로 배치되어 각각 상기 각도조절레버의 타단에 일체로 장착되는 다수개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 각도제어수단은 상기 구동풀리의 로터 설치홈 내주면을 따라 장착되는 스테이터 코일; 상기 구동풀리의 로터 설치홈 내부에서 상기 스테이터 코일을 따라 회전 가능하게 장착되며, 그 회전중심에는 상기 조절축의 전단이 일체로 연결되는 로터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터펌프의 측 단면도이고, 도 3과 도 4는 도 2의 A-A 선 및 B-B 선에 따른 워터펌프의 작동상태의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터펌프는 내부에 중공부를 형성하는 아웃터 커버(1)와 상기 아웃터 커버(1)에 장착되는 인너 커버(3)가 구비된다.

상기 아웃터 커버(1)와 인너 커버(3) 사이에는 회전판(5)이 회전 가능하게 배치된다.

상기 아웃터 커버(1)의 중공부 내측에는 2개의 베어링(B1)을 개재하여 중공의 회전 연결관(7)이 회전 가능하게 장착되며, 상기 회전 연결관(7)의 후단은 상기 회전판(5)과 일체로 연결된다.

상기 아웃터 커버(1)의 전방에는 상기 회전 연결관(7)의 전단에 구동풀리(9)가 장착되며, 이 구동풀리(9)의 외단면 내측에는 원형의 로터 설치홈(11)이 형성된다.

그리고 상기 구동풀리(9)의 로터 설치홈(11) 내측에는 스테이터 코일(13)과 로터(15)로 구성되어 각도제어를 위한 회전력을 출력하는 각도제어수단(17)이 설치된다.

또한, 상기 회전 연결관(7)의 내측 후방에는 상기 회전판(5)의 전면 회전중 심에 대응하여 조절판(19)이 배치되는데, 상기 조절판(19)은 그 전면 상에 반경방향으로 6개의 각도조절 가이드 홈(21)이 형성된다.

그리고 상기 회전 연결관(7)의 중공부 내부에는 2개의 베어링(B2)을 개재하여 조절축(23)이 회전 가능하게 장착되는데, 상기 조절축(23)은 그 후단이 상기 조절판(19)의 전면 회전중심에 일체로 연결되고, 그 전단은 상기 각도제어수단(17)의 로터(15)에 일체로 연결된다.

여기서, 상기 각도제어수단(17)의 상기 스테이터 코일(13)은 상기 구동풀리(9)의 로터 설치홈(17) 내주면을 따라 장착되고, 상기 로터(15)는 상기 구동풀리(9)의 로터 설치홈(17) 내부에서 상기 스테이터 코일(13)을 따라 회전 가능하게 장착되는데, 상기 로터(15)는 그 회전중심에 상기 조절축(23)의 전단이 일체로 연결된다.

그리고 상기 회전판(5)의 단면상에는, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 원주방향을 따라 일정간격으로 6개의 각도조절레버(25)가 회전 가능하게 관통 설치되며, 이 각도조절레버(25)의 일단은 내향하여 "ㄱ"자 형상으로 절곡되어 상기 조절판(19) 상의 각 각도조절 가이드 홈(21)을 따라 안내되도록 설치된다.

또한, 상기 회전판(5)의 배면 상에는 원주방향을 따라 일정간격으로 6개의 블레이드(27)가 배치되며, 각 블레이드(27)는 각각 상기 각도조절레버(25)의 타단에 일체로 장착된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 차량용 워터펌프의 작동은, 먼저, 엔진이 운전중일 때, 크랭크샤프트 풀리(미도시)로부터 밸트(미도 시)를 통하여 상기 구동풀리(9)에 회전력이 전달되면, 상기 회전력은 상기 회전 연결관(7)를 통하여 회전판(5)을 회전시키게 된다.

이에 따라, 상기 회전판(5) 상의 각 블레이드(27)가 회전하여 냉각수를 펌핑함으로써 엔진으로 냉각수를 공급하게 된다.

이러한 워터펌프의 작동에 있어, 엔진 냉각수의 온도가 설정온도 이하로 저온인 냉간시의 운전상황일 경우에는, 상기 스테이터 코일(13)에 제어신호를 출력하여 로터(15)를 설정각으로 회전제어하게 된다.

그러면, 상기 로터(15)와 조절축(23)으로 연결된 조절판(19)이, 도 6에서 도시한 바와 같이, 설정각(θ1)으로 회전하여 각도조절레버(25)을 설정각(θ1) 회전시키게 된다.

이에 따라, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 회전판(5)의 배면에 상기 각도조절레버(25)와 일체로 연결된 각 블레이드(27)는 회전판(5)의 원주 접선방향으로 그 각도를 가변하게 되며, 이러한 상태에서는 냉각수을 펌핑하지 못하게 된다. 이에 따라, 엔진에 불필요한 냉각수의 공급을 차단하여 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하며, 워터펌프의 동력손실(Pumping Loss)을 줄여 엔진의 온도를 빠른 시간내에 적정온도에 도달하도록 한다.

반면, 이와 같은 작동에 의해, 엔진의 온도가 올라가 상기 엔진 냉각수의 온도가 설정온도까지 상승하게 되면, 상기 스테이터 코일(13)에 제어신호를 출력하여 상기 로터(15)를 역방향으로 회전 제어하게 된다.

그러면, 상기 로터(15)와 조절축(23)으로 연결된 조절판(19)이, 최초 도 4에 서 도시한 바와 같이, 최초 각으로 회전하여 각도조절레버(25)을 초기각으로 회전시키게 된다.

이에 따라, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 회전판(5)의 배면에 상기 각도조절레버(25)와 일체로 연결된 각 블레이드(27)는 그 회전판(5)의 원주 접선방향으로부터 일정각(θ2; 여기서, θ2=θ1) 경사지게 그 각도를 가변하게 되며, 이러한 상태에서는 냉각수을 펌핑하여 엔진으로 공급하게 된다.

이에 따라, 엔진은 냉각수의 공급으로 인한 일정온도 범위 내에서 운행할 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 워터펌프는 엔진 내부와 외부로 순환하는 냉각수의 양을 조절함으로 냉간시에는 펌핑양을 최소화하여 펌핑로스(Pumping Loss)를 줄이고, 온간시에는 냉각수온을 적정온도로 세밀하게 제어(Control)하여 엔진의 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하게 된다.

상기한 본 발명에 따른 차량용 워터펌프에 의하면, 엔진의 운전조건에 따라 워터펌프 내 블레이드(Blade)의 각도를 가변 조정함으로써 냉각수의 온도를 항상 최적으로 유지하여 냉각손실(Cooling Loss)를 최소화하고, 워터펌프의 동력손실(Pumping Loss)을 최적화하여 연비개선 효과를 가져올 수 있도록 하는 효과가 있으며, 안정적인 냉각수온의 유지로 엔진의 연소 성능도 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내부에 중공부를 형성하는 아웃터 커버; 상기 아웃터 커버에 장착되는 인너 커버; 상기 아웃터 커버와 인너 커버 사이에 회전 가능하게 배치되는 회전판; 상기 아웃터 커버의 중공부 내측에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 장착된 상태로, 후단이 상기 회전판과 일체로 연결되는 중공의 회전 연결관; 상기 아웃터 커버의 전방에서 상기 회전 연결관의 전단에 장착되며, 외단면 내측에는 원형의 로터 설치홈이 형성되는 구동풀리를 포함하는 차량용 워터펌프에 있어서,

   상기 구동풀리의 로터 설치홈 내측에 설치되는 스테이터 코일과 로터로 구성되어 각도제어를 위한 회전력을 출력하는 각도제어수단;

   상기 회전 연결관의 내측 후방에서 상기 회전판의 전면 회전중심에 대응하여 배치되며, 그 전면 상에는 반경방향으로 다수개의 각도조절 가이드 홈이 형성되는 조절판;

   상기 회전 연결관의 중공부 내부에 베어링을 개재하여 회전 가능하게 장착된 상태로, 후단이 상기 조절판의 전면 회전중심에 일체로 연결되고, 전단은 상기 각도제어수단의 로터에 일체로 연결되는 조절축;

   상기 회전판의 단면상에 원주방향을 따라 일정간격으로 회전 가능하게 관통 설치되어 일단이 내향 절곡되어 상기 조절판 상의 각 각도조절 가이드 홈을 따라 안내되는 다수개의 각도조절레버;

   상기 회전판의 배면 상에 원주방향을 따라 일정간격으로 배치되어 각각 상기 각도조절레버의 타단에 일체로 장착되는 다수개의 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각도제어수단은

   상기 구동풀리의 로터 설치홈 내주면을 따라 장착되는 스테이터 코일;

   상기 구동풀리의 로터 설치홈 내부에서 상기 스테이터 코일을 따라 회전 가능하게 장착되며, 그 회전중심에는 상기 조절축의 전단이 일체로 연결되는 로터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
3. 제1항에 있어서,

   상기 각도조절레버는 "ㄱ" 자 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.

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