KR101281679B1 - 제어 가능한 냉각제 펌프 - Google Patents

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오이겐 슈미트
프란쯔 파웰렉
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게레테-운드 품펜바우 게엠베하 독타 오이겐 슈미트
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Abstract

본 발명은 토크 전달 요소들에 의해 구동되는 내연기관용 제어 가능한 냉각제 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 제어 수단이 고장난 경우에도 냉각제 펌프의 계속적인 작동을 보장하고(fail safe), 매우 콤팩트하고 단순하며 견고한 형태로 높은 효율을 나타내며, 오물이 포함된 작동 매체에서도 높은 작동 안정성 및 신뢰성을 보장하고, '누출-제로'를 통해 엔진의 최적의 가열을 보장하고 엔진의 가열 후 연속 작동 중 엔진 온도를 정확하게 조절하여 엔진의 전체 작업 영역에서 유해물질 방출 및 마찰손실과 연료소모를 현저히 감소시키기 위하여, 냉각제 전송량의 능동적인 제어를 가능하게 하는, 내연기관용 제어 가능한 피동 냉각제 펌프를 개발하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은, 펌프 하우징(1), 상기 펌프 하우징(1) 안에 설치되어 구동되는 샤프트(2), 상기 샤프트(2)의 액체의 흐름쪽 자유 단부 상에 고정되어 회전하도록 배치된 임펠러휠(3), 및 상기 임펠러휠(3)의 방출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더(5)를 갖는 압력 가동된 밸브 슬라이드(4)를 포함하는 제어 가능한 냉각제 펌프에 의해 달성되며, 이 냉각제 펌프는, 밸브 슬라이드(4)가 환형으로 형성되고 펌프 하우징(1) 안에 이동가능하게 설치되는 복수의 피스톤 로드(6)에 배치되며, 상기 피스톤 로드(6)에는 환형 피스톤(12)이 밸브 슬라이드(4)의 맞은편에 배치되고, 상기 환형 피스톤(12)은 펌프 하우징(1)의 환형 그루브(10) 내에 설치되어 초과 압력 또는 진공에 의하여 환형 그루브(10) 내에서 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
내연기관, 냉각제 펌프, 임펠러휠, 밸브 슬라이드, 환형 피스톤

Description

제어 가능한 냉각제 펌프{CONTROLLABLE COOLANT PUMP}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따라 풀리(pulley)를 통해 구동되는 제어 가능한 내연기관용 냉각제 펌프에 관한 것이다.
선행기술에는, 풀리를 통해 내연기관의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고, 임펠러휠은 스위치 가능하게, 예컨대 마찰쌍과 연결하여 펌프 샤프트에 의해 구동되는, 내연기관을 위한 제어 가능한 냉각제 펌프가 기술되어 있다.
본 출원인의 독일 특허 DE 100 57 098 C1에는 입증된 제어 가능한 냉각제 펌프가 소개되어 있으며, 이 냉각제 펌프에는 펌프 하우징 안에 마그네트 코일이 배치되고, 이 마그네트 코일은, 구동 샤프트 상에 고정되어 회전하나 스프링 하중을 받아 이동 가능하게 배치되며 임펠러휠 쪽에 마찰 라이닝이 제공된 전기자 디스크와, 스프링 접촉력으로 인해 꺼진 마그네트 필드에서 구동 샤프트 상에 회전가능하게 배치된 임펠러휠이 전기자 디스크에 의해 전진 이동될 수 있도록 작용 연결될 수 있다.
이 형태에서 수반되는 마찰 모멘트는 제공된 마그네틱 제조 공간에 의해 크 게 제한되기 때문에, 이 해결책은 계속해서 개발되었다.
이 해결책을 기초로 하는 독일 출원 DE 102 35 721 A1은, 마그네틱 클러치의 마찰 디스크로부터 임펠러휠로 전달가능하며 현저히 상승된 구동 토크를 갖는, 제조공간이 최적화된 제어 가능한 냉각제 펌프를 기술하고 있다.
이러한 상승된 구동 토크는 접촉력의 상승에 의해 야기되며, 이 접촉력은, 마찰 디스크와 임펠러휠 사이에서 냉각제를 위한 유입링과 방출링에 의해 접촉력을 도와주는 진공이 생기고 동시에 마찰 디스크는 작동 중 범람 개구부에 의하여 클러치쪽에서 냉각제의 압력으로 가압되는 것으로부터 유래한다.
이러한 냉각제 펌프으로 실현 가능한 투 포인트 제어에 의하여, 냉각제 펌프의 냉각 성능 및 구동 성능이 변화될 수 있다.
그러나, 차량을 위한 냉각제 펌프의 구동 성능 또는 냉각 성능의 최적의 제어는, 엔진 시동 후 곧바로 생기는 강제 냉각을 피할 수 있어, 엔진의 웜업(warm-up) 단계에서 나타나는 모든 단점들, 예컨대 마찰손실 증가, 배출값 증가, 및 연료소모 증가를 현저히 감소시킬 수 있어야 한다.
여러 장점들을 수반하는 이러한 보다 단기적인 엔진 가열을 가능하게 하기 위해, 상기 언급된 형태들에서는 냉각제 펌프의 구동부가 엔진의 냉시동(cold start)시 디클러치되었다.
엔진이 그 작동 온도에 도달하면, 각 마찰 클러치는 그 형태 고유의 작동 마모 문제를 가진채 활성화되며, 냉각제 펌프의 구동부는 켜진다.
이때, 많은 양의 차가운 냉각제가 작동 온도로 가열된 엔진 안으로 펌핑되어 엔진은 즉시 크게 냉각된다.
하지만, 이때 엔진의 빠른 가열의 필요한 장점들은 부분적으로 다시 보상되었다.
보다 큰 냉각제 펌프를 다시 켰을 때, 대량 가속화가 필요하였고 또한 매우 높은 토크가 극복되어야 하여 불가피하게 높은 부품하중을 필요로 하였다.
US 48 28 455에는, 가늘게 쪼개져 축방향으로 움직일 수 있는 디스크에 의하여 임펠러휠의 유효 임펠러 폭이 변화될 수 있는 해결책이 기술되어 있다.
DE 199 01 123 A1에도 마찬가지로, 오픈된 임펠러휠 및 가늘게 쪼개져 축방향으로 움직일 수 있는 바닥을 갖는 조정가능한 슬라이드를 구비한 제어 가능한 냉각제 펌프가 알려져 있으며, 이 냉각제 펌프에서는 전기식, 유압식 또는 공압식으로 가동되는 슬라이드의 위치 이동에 의하여 임펠러휠의 유효 임펠러 폭이 변화될 수 있다.
하지만, 상기 언급된 두 형태의 본질적인 단점들 중 하나는, 가늘게 쪼개진 슬라이드는, 단일 만곡되고 오픈된 블레이드 휠과 연결되어야만 사용될 수 있다는 것이다.
하지만, 이와 같이 단일 만곡된 블레이드 휠은 불가피하게 낮은 효율을 갖는다.
슬라이드의 다른 형태는 출원인의 독일 특허 DE 103 14 526 A1에 소개되어 있다. 여기에서는, 전자기로 가동되며 냉각제 펌프의 흡입 영역에서 작업하는 밸브 슬라이드가 기술되어 있다.
설비 기술 및 에너지 기술에서의 큰 펌프 유닛에서는, 밸브 슬라이드의 다른 형태(체 플라이더러(C. Pfleiderer)의 '회전 펌프(Die Kreiselpumpen)', 슈프링어 출판사(Springer-Verlag), 4 판(1955), 422 페이지 참조)가 이용된다.
갭 슬라이드로 불리는 이 형태들은 작동휠에 대해 동심으로 배치되고 축방향으로 이동가능한 밸브 슬라이드이며, 이 밸브 슬라이드는 닫힘위치에서 임펠러휠로부터 압력 나선 안으로의 액체의 방출을 방지하고 체적 흐름의 차단을 위해 이용된다.
독일 특허 DE 881 306 C에는 예컨대 축방향으로 움직일 수 있고 스프링 하중을 받으며 유압식으로 조정가능하고 압력 영역에서 작동하는 갭 슬라이드가 기술되어 있으며, 이 갭 슬라이드는 스프링의 작용하에 휠쪽 공간의 차압을 사용하여 운반 체적 흐름을 강하게 제한할 수 있다.
하지만, 회전 펌프 기술의 이러한 해결책은 차량 기술에서 냉각제 펌프로서의 이용에는 적합하지 않은데, 왜냐하면 무엇보다도 슬라이드는 예컨대 스프링 작용으로 폐쇄되며, 따라서 제어 수단의 고장은 필연적으로 냉각제 펌프의 고장으로 이어지며, 또한 제어 수단의 고장 후 냉각제 펌프의 계속적인 기능 보장(fail safe)이 불가능하기 때문이다.
그 이외에도, 이 형태에서 가이드부는 항상 제조과정 등 으로부터 또는 마모로 인해 주조용 모래, 금속 입자 등과 같은 냉각제의 불가피한 오물을 포함하는 작동 매체에 노출되어 있으며, 따라서 가이드부에 도달한 오물 입자는 필연적으로 슬라이드에 끼어 움직일 수 없도록 한다.
또한, 선행기술에 기술된 슬라이드에 의해서는 닫힌 상태에서 '누출-제로(zero)'를 실현할 수 없다.
하지만, 배출 및 연료소모와 관련하여 내연기관의 계속적인 최적화의 과정에서, 냉시동 후 엔진을 가능한 한 빨리 작동 온도로 가져가는 것이 점점 중요한데, 왜냐하면 한편으론 마찰손실을 최소화하고(증가하는 오일 온도와 함께, 그 점성이 저하되며 따라서 오일이 도포된 모든 부품의 마찰이 저하된다), 배출값을 감소시키기 위해서이며(왜냐하면, 소위 "시동 온도" 후에야 촉매가 효력이 있으며, 이 온도에 도달할 때까지의 기간은 배출가스 방출에 현저히 영향을 주기 때문이다), 또한 이로 인해 동시에 연료소모를 감소시키기 위해서이다.
엔진 개발에서의 일련의 실험들은, 엔진 가열을 위하여 냉시동 단계에서 "수 정지(standing water)" 또는 "누출 제로(zero)"가 매우 효과적인 조치인 것을 보여준다.
이때, 배출가스 온도를 가능한 한 빨리 원하는 수준으로 가져가기 위해, 냉시동 단계 중 냉각제는 결코 실린더 헤드를 통해 흘러서는 안된다.
차량 제조사로부터, 0.5 I/h 보다 적은 누출 흐름이 요구된다('누출-제로').
또한, 차량의 내연기관 연료소모 연구에 의하면, 철저한 열처리에 의하여, 즉 에너지 및 열기계적으로 내연기관의 최적의 작동을 야기하는 조치에 의하여 대략 3 내지 5%의 연료가 절약될 수 있다.
따라서, 이러한 관점을 고려하여, 냉각제의 온도에 따라 냉각제의 더 정밀한 제어가 매우 필요하다.
또한, 이러한 목적은 가능한 적은 재료비 및 경비로 실현되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기 언급된 선행기술의 단점들을 해결하여, 제어 수단 고장시에도 냉각제 펌프의 계속적인 작동을 보장하고(fail safe), 매우 콤팩트하고 단순하며 견고한 형태로 높은 효율을 나타내며, 오물이 포함된 작동 매체에서도 높은 작동 안정성 및 신뢰성을 보장하고, '누출-제로'를 통해 엔진의 최적의 가열을 보장하고 엔진의 가열 후 연속 작동 중 엔진 온도를 정확하게 조절하여 엔진의 전체 작업 영역에서 유해물질 방출 및 마찰손실과 연료소모를 현저히 감소시키기 위하여, 냉각제 전송량의 능동적인 제어를 가능하게 하는, 내연기관용 제어 가능한 피동 냉각제 펌프를 개발하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 청구범위의 주요 청구항의 특징을 갖는 제어 가능한 냉각제 펌프에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프는, 펌프 하우징(1), 상기 펌프 하우징(1) 안에 설치되어 구동되는 샤프트(2), 상기 샤프트(2)의 액체의 흐름쪽 자유 단부 상에 고정되어 회전하도록 배치된 임펠러휠(impeller wheel)(3), 및 상기 임펠러휠(3)의 방출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더(5)를 갖는 압력 가동되는(pressure-operated) 밸브 슬라이드(valve slide)(4)를 포함하며, 이 냉각제 펌프는, 상기 밸브 슬라이드(4)는 환형으로 형성되고, 상기 밸브 슬라이드(4)에는 복수의 피스톤 로드(piston rod)(6)가 배치되며, 상기 펌프 하우징(1) 안에는 샤프트(2)에 대해 평행하게 밸브 슬라이드(4) 둘레에 복수의 보어(7)가 균일하게 배치되어 각 피스톤 로드(6)가 할당되며, 상기 보어의 밸브 슬라이드쪽 단부에는 펌프 하우징(1)에 씰(seal) 수용부(8)가 형성되고 상기 씰 수용부 안에 로드 씰(rod seal)(9)이 배치되며, 상기 보어(7)의 맞은편 단부에는 펌프 하우징(1)에 샤프트(2)를 중심으로 환형을 이루는 환형 그루브(annular groove)(10)가 형성되고, 상기 환형 그루브는 보어(7)들을 서로 연결하며, 보어(7) 안에는 피스톤 가이드(piston guide)(11)가 배치되고, 상기 피스톤 가이드 안에는 밸브 슬라이드(4)에 배치된 피스톤 로드(6)가 축방향으로 이동 가능하게 설치되며, 피스톤 가이드(11) 안에 배치된 피스톤 로드(6)들은 환형 그루브쪽 단부에서 환형 피스톤(12)에 의해 서로 연결되고, 상기 환형 피스톤(12)은 환형 그루브(10) 안에 이동 가능하게 설치되며, 펌프 하우징(1)의 환형 그루브쪽 내부 보어(7)들 사이에는 스프링 챔버(13)가 환형 피스톤(12)의 둘레에 균일한 간격으로 제공되고, 상기 스프링 챔버 안에는 환형 피스톤(12)에 대해 조여진 압축 스프링(14)이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 밸브 슬라이드(4)가 환형으로, 피스톤 로드(6)에 배치되고, 펌프 하우징(1) 내에 밀봉된 피스톤 가이드(11) 안에서 가이드되며, 환형 피스톤(12)을 통해 가동될 수 있도록 형성되어, 매우 콤팩트하고 단순하면서도 견고한 형태이며, 이러한 형태에서는 오물을 포함한 작동 매체에서도 높은 작동 안정성 및 신뢰성이 보장된다.
본 발명에 따르면, 환형 피스톤(12)의 피스톤 로드(6) 맞은편에는 환형 웨브(15)가 제공되며, 상기 환형 웨브 상에는 롤 폴딩 라이닝(roll folding lining)(16)이 배치되고, 상기 롤 폴딩 라이닝은 텐셔닝 요소(tensioning element)(17)로 펌프 하우징(1)에 조여진 클램핑 커버(18)에 의하여 고정된다. 롤 폴딩 라이닝(16)은, 환형 그루브(10)에 대한 환형 피스톤(12)의 단순하고 신뢰성 있는 밀봉을 보장한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 펌프 하우징(1)에는 밸브 슬라이드(4)의 압력 가동을 위한 하나 또는 다수의 압력 연결 보어(20)가 배치되고, 상기 압력 연결 보어는 펌프 하우징(1)에 연결된 압력 연결 파이프(19)로 통한다.
여기서, 특징적인 것은 압력 연결 보어(20)가, 환형 피스톤(12)의 압축 스프링쪽에서, 환형 그루브(10) 및 환형 피스톤(12)에 의해 형성된 환형 챔버(32)로 통한다는 점이다. 따라서, 압력 연결 파이프(19)에 인접한 한정된 변화 가능한 진공에 의하여, 밸브 슬라이드(4)의 한정된 위치 이동이 가능하고, 이로써 냉각제 운송량의 능동적인 제어가 야기될 수 있다. 본 발명에 따르면, 펌프 하우징(1)과 환형 피스톤(12) 사이에 배치된 압축 스프링(14)과 조합하여, 제어가 실패할 때에도 본 발명에 따른 냉각제 펌프의 계속적인 기능을 보장할 수 있다(fail safe).
본 발명에 따르면, 이 형태에서, 클램핑 커버(18)에는 환형 피스톤(12)의 이동에 따라 작동하는 롤 폴딩 라이닝(16)의 작동 영역 내에 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치된다. 이 압력 보상 보어(21)를 통해, 환형 피스톤(12)의 위치 이동시, 클램핑 커버(18)와 환형 피스톤(12) 상에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16) 사이의 실링 챔버(sealing chamber)(26)에서의 압력 보상이 보장된다.
다른 한편으로 특징적인 것은, 압력 연결 보어(20)가, 환형 피스톤(12)에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16)의 클램핑 커버쪽에서, 환형 피스톤(12) 상에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16) 및 클램핑 커버(18)에 의해 형성된 실링 챔버(26)로 통한다는 것이다. 본 발명에 따른 해결책의 이러한 형태에서는, 압력 연결 파이프(19)에 인접한 한정된 변화 가능한 공압식 또는 유압식 초과 압력에 의하여, 밸브 슬라이드(4)의 한정된 위치 이동이 가능하고, 이로써 냉각제 운송량의 능동적인 제어가 야기될 수 있다. 본 발명에 따르면 이러한 형태에서도 펌프 하우징(1)과 환형 피스톤(12) 사이에 배치된 압축 스프링(14)과 조합하여, 제어가 실패할 때에도 본 발명에 따른 냉각제 펌프의 계속적인 기능을 보장할 수 있다(fail safe).
본 발명에 본질적인 것은, 이 형태에서도, 환형 피스톤(12)의 밸브 슬라이드쪽에, 펌프 하우징(1)의 환형 그루브(10)의 영역 내에, 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치되는 것이다. 이 압력 보상 보어(21)를 통해, 환형 피스톤(12)의 위치 이동시, 환형 그루브(10)와 환형 피스톤(12) 사이의 환형 챔버(32)에서의 압력 보상이 보장된다.
또한, 본 발명에 따르면, 밸브 슬라이드(4)의 피스톤 로드쪽 외부 에지(22)에는 엘라스토머-바이패스 씰(elastomer-bypass seal)(23)이 배치되며, 상기 엘라스토머-바이패스 씰은 슬라이드 행정 동안 밸브 슬라이드가 끼어 움직일 수 없게 되는 것을 방지하고, 밸브 슬라이드의 닫힘위치에서 펌프 하우징(1)과 밸브 슬라이드(4) 사이의 환형 틈(annular gap)(25)을 폐쇄한다.
동시에, 이 닫힘위치에서(밸브 슬라이드의 '닫힘' 위치에서의 단부 위치), 밸브 슬라이드(4)는 밸브 슬라이드 측에 형성된 펌프 하우징(1)의 밀봉면(24)에 접하며, 따라서 밸브 슬라이드의 '닫힘' 위치에서의 아주 적은 누출조차도 방지된다.
본 발명에 따른 구성에 의해, 높은 펌프 효율에서, '누출-제로'가 보장되고, 이로써 엔진의 최적의 가열이 보장된다. 또한, 본 발명에 따른 구성에 의하여, 엔진의 가열 후 연속 작동 동안 엔진 온도는, 엔진 전체 작업 영역에서 유해물질 방출 뿐만 아니라 마찰손실 및 연료소모도 현저히 감소될 수 있도록 정확하게 조절될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 특징들은 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 이하에서 더 상세히 설명한다.
도 1은 밸브 슬라이드가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의, 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 측단면도;
도 2는 밸브 슬라이드가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의, 도 1에 따른 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 다른 측단면도;
도 3은 도 1과 유사하나 밸브 슬라이드가 전방 끝단 위치('닫힘')에 배치된 상태의, 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 측단면도;
도 4는 밸브 슬라이드가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의, 초과 압력 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 측단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 펌프 하우징 2 : 샤프트
3 : 임펠러휠 4 : 밸브 슬라이드
5 : 외부 실린더 6 : 피스톤 로드
7 : 보어 8 : 씰 수용부
9 : 로드 씰 10 : 환형 그루브
11 : 피스톤 가이드 12 : 환형 피스톤
13 : 스프링 챔버 14 : 압축 스프링
15 : 환형 웨브 16 : 롤 폴딩 라이닝
17 : 텐셔닝 요소 18 : 클램핑 커버
19 : 압력 연결 파이프 20 : 압력 연결 보어
21 : 압력 보상 보어 22 : 외부 에지
23 : 엘라스토머-바이패스 씰 24 : 밀봉면
25 : 환형 틈 26 : 실링 챔버
27 : 펌프 베어링 28 : 통풍 보어
29 : 통풍구 30 : 누출 유입부
31 : 누출 보어 32 : 환형 챔버
도 1에는, 밸브 슬라이드(valve slide)가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의, 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 측단면도가 도시되어 있다. 이 형태는 진공 제어와 연결하여 이용될 수 있다.
펌프 하우징(1) 내부에는, 구동 샤프트(2)가 펌프 베어링(27) 안에 설치된다. 샤프트(2)의 액체의 흐름쪽 자유 단부 상에는 임펠러휠(impeller wheel)(3)이 고정되어 회전하도록 배치된다. 이 임펠러휠(3)에 인접하여, 임펠러휠(3)의 방출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더(5)를 구비한 압력으로 가동되는(pressure-operated) 환형의 밸브 슬라이드(4)가 펌프 하우징(1) 안에서 이동 가능하게 배치된다. 밸브 슬라이드(4)에는 복수의 피스톤 로드(piston rod)(6)가 배치된다. 펌프 하우징(1) 안에는, 샤프트(2)에 대해 평행하게 밸브 슬라이드(4) 둘레에 복수의 보어(bore)(7)가 균일하게 배치되어 각 피스톤 로드(6)가 할당되며, 상기 보어의 밸브 슬라이드쪽 단부에는 펌프 하우징(1)에 씰(seal) 수용부(8)가 형성되고 상기 씰 수용부 안에 로드 씰(rod seal)(9)이 배치되며, 상기 보어(7)의 맞은편 단부에는 펌프 하우징(1)에 샤프트(2)를 중심으로 환형을 이루는 환형 그루브(annular groove)(10)가 형성되고, 상기 환형 그루브는 보어(7)들을 서로 연결한다. 보어(7) 안에는 피스톤 가이드(piston guide)(11)가 배치되고, 상기 피스톤 가이드 안에는 밸브 슬라이드(4)에 배치된 피스톤 로드(6)가 축방향으로 이동 가능하게 설치된다.
피스톤 가이드(11) 안에 배치된 피스톤 로드(6)들은 환형 그루브쪽 단부에서 환형 피스톤(annular piston)(12)에 의해 서로 연결된다.
상기 환형 피스톤(12)은 환형 그루브(10) 안에 이동 가능하게 설치된다. 펌프 하우징(1)의 환형 그루브쪽 내부 보어(7)들 사이에는 스프링 챔버(13)가 환형 피스톤(12)의 둘레에 균일한 간격으로 제공되고, 상기 스프링 챔버 안에는 환형 피스톤(12)에 대해 조여진 압축 스프링(14)이 배치된다.
본 발명에서는, 밸브 슬라이드(4)가 환형으로, 피스톤 로드(6)에 배치되고, 펌프 하우징(1) 내에 밀봉된 피스톤 가이드(11) 안에서 가이드되며, 환형 피스톤(12)을 통해 가동될 수 있도록 형성되어, 매우 콤팩트하고 단순하면서도 견고한 형태이며, 이러한 형태에서는 오물을 포함한 작동 매체에서도 높은 작동 안정성 및 신뢰성이 보장된다.
본 발명에 따르면, 환형 피스톤(12)의 피스톤 로드(6) 맞은편에는 환형 웨브(15)가 제공되며, 상기 환형 웨브 상에는 롤 폴딩 라이닝(roll folding lining)(16)이 배치되고, 상기 롤 폴딩 라이닝은 텐셔닝 요소(tensioning element)(17)로 펌프 하우징(1)에 조여진 클램핑 커버(18)에 의하여 고정된다. 롤 폴딩 라이닝(16)은, 환형 그루브(10)에 대한 환형 피스톤(12)의 단순하고 신뢰성 있는 밀봉을 보장한다.
밸브 슬라이드(4)의 피스톤 로드쪽 외부 에지(22)에는 엘라스토머-바이패스 씰(elastomer-bypass seal)(23)이 배치되며, 상기 엘라스토머-바이패스 씰은 슬라이드 행정 동안 밸브 슬라이드가 끼어 움직일 수 없게 되는 것을 방지한다.
도 2는, 밸브 슬라이드가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의, 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 다른 측단면도를 도시하고 있다.
본 발명에 따르면, 이 형태에서, 펌프 하우징(1)에는, 밸브 슬라이드(4)의 압력 가동을 위한 압력 연결 보어(20)를 갖는 압력 연결 파이프(19)가 배치된다. 압력 연결 보어(20)는 환형 피스톤(12)의 압축 스프링쪽에서 환형 그루브(10)로 통 한다. 따라서, 압력 연결 파이프(19)에 인접한 한정된 변화 가능한 진공에 의하여, 밸브 슬라이드(4)의 한정된 위치 이동이 가능하고, 이로써 냉각제 운송량의 능동적인 제어가 야기될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 펌프 하우징(1)과 환형 피스톤(12) 사이에 배치된 압축 스프링(14)과 조합하여, 제어가 실패할 때에도 스프링 단부 위치에서 강요된 슬라이드 '열림' 위치에 의해, 본 발명에 따른 냉각제 펌프의 계속적인 기능을 보장할 수 있다(fail safe).
본 발명에 따르면, 클램핑 커버(18)에는 환형 피스톤(12)의 이동에 따라 작동하는 롤 폴딩 라이닝(16)의 작동 영역 내에 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치된다. 이 압력 보상 보어(21)를 통해, 환형 피스톤(12)의 위치 이동시, 클램핑 커버(18)와 환형 피스톤(12) 상에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16) 사이의 실링 챔버(sealing chamber)(26)에서의 압력 보상이 보장된다.
또한, 상기 펌프 하우징(1) 안에는 펌프 하우징의 베어링 시트(bearing seat)의 임펠러휠쪽에 누출 보어(leakage bore)(31)가 배치되며, 상기 누출 보어는 펌프 하우징(1) 안에서 펌프 베어링(27)의 임펠러휠측 표면쪽에 배치된 누출구(30)를 외부로 연결한다.
도 3은 도 1과 유사하나 밸브 슬라이드가 전방 끝단 위치('닫힘')에 배치된 상태의, 진공 제어를 위한 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 측단면도를 도시하고 있다.
밸브 슬라이드(4)는 밸브 슬라이드 측에 형성된 펌프 하우징(1)의 밀봉면(24)에 접하며(닫힘위치), 동시에, 밸브 슬라이드(4)의 피스톤 로드쪽 외부 에지(22)에 배치된 엘라스토머-바이패스 씰(23)과 함께 펌프 하우징(1)과 밸브 슬라이드(4) 사이의 환형 틈(25)을 폐쇄하고, 따라서 밸브 슬라이드의 '닫힘' 위치에서 아주 적은 누출조차도 방지된다.
본 발명에 따른 이러한 배치에 의해, 높은 펌프 효율에서, '누출-제로'가 보장되고, 이로써 엔진의 최적의 가열이 보장된다. 또한, 본 발명에 따른 배치에 의하여, 엔진의 가열 후 연속 작동 동안 엔진 온도는, 엔진 전체 작업 영역에서 유해물질 방출 뿐만 아니라 마찰손실 및 연료소모도 현저히 감소될 수 있도록 정확하게 조절될 수 있다.
상기 펌프 하우징(1) 안에는 펌프 하우징의 베어링 시트의 임펠러휠쪽에 통풍 보어(28)가 배치되며, 상기 통풍 보어는 펌프 하우징(1) 안에서 펌프 베어링(27)의 임펠러휠측 표면쪽에 배치된 통풍구(29)를 외부로 연결한다.
본 발명에 따른 제어 가능한 냉각제 펌프의 그 밖의 형태는, 도 4에 밸브 슬라이드가 후방 끝단 위치('열림')에 배치된 상태의 측단면도로 도시되어 있다.
이 형태는 유압식 또는 공압식 초과 압력(overpressure) 제어와 연결하여 이용될 수 있다.
이 형태에서도 펌프 하우징(1)에는 본 발명에 따른 압력 연결 파이프(19)가 배치된다. 하지만, 압력 연결 보어(20)는, 환형 피스톤(12)에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16)의 클램핑 커버쪽에서, 환형 피스톤(12) 상에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16) 및 클램핑 커버(18)에 의해 형성된 실링 챔버(26)로 통한다.
본 발명에 따른 해결책의 이러한 형태에서는, 압력 연결 파이프(19)에 인접한 한정된 변화 가능한 공압식 또는 유압식 초과 압력에 의하여, 밸브 슬라이드(4) 의 한정된 위치 이동이 가능하고, 이로써 냉각제 운송량의 능동적인 제어가 야기될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이러한 형태에서도 펌프 하우징(1)과 환형 피스톤(12) 사이에 배치된 압축 스프링(14)과 조합하여, 제어가 실패할 때에도 본 발명에 따른 냉각제 펌프의 계속적인 기능을 보장할 수 있다(fail safe).
본 발명에 따르면, 이 형태에서는, 환형 피스톤(12)의 밸브 슬라이드쪽에, 펌프 하우징(1)의 환형 그루브(10)의 영역 내에, 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치된다. 이 압력 보상 보어(21)를 통해, 환형 피스톤(12)의 위치 이동시, 환형 그루브(10)와 환형 피스톤(12) 사이의 환형 챔버(32)에서의 압력 보상이 보장된다.

Claims (7)

  1. 펌프 하우징(1), 상기 펌프 하우징(1) 안에 설치되어 구동되는 샤프트(2), 상기 샤프트(2)의 액체의 흐름쪽 자유 단부 상에 고정되어 회전하도록 배치된 임펠러휠(3), 및 상기 임펠러휠(3)의 방출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더(5)를 갖는 압력 가동되는 밸브 슬라이드(4)를 포함하는 제어 가능한 냉각제 펌프에 있어서,
    a) 상기 밸브 슬라이드(4)는 환형으로 형성되고, 상기 밸브 슬라이드(4)에는 복수의 피스톤 로드(6)가 배치되며, 상기 펌프 하우징(1) 안에는 샤프트(2)에 대해 평행하게 밸브 슬라이드(4) 둘레에 복수의 보어(7)가 균일하게 배치되어 각 피스톤 로드(6)가 할당되며, 상기 보어의 밸브 슬라이드쪽 단부에는 펌프 하우징(1)에 씰 수용부(8)가 형성되고 상기 씰 수용부 안에 로드 씰(9)이 배치되며, 상기 보어(7)의 맞은편 단부에는 펌프 하우징(1)에 샤프트(2)를 중심으로 환형을 이루는 환형 그루브(10)가 형성되고, 상기 환형 그루브는 보어(7)들을 서로 연결하며, 보어(7) 안에는 피스톤 가이드(11)가 배치되고, 상기 피스톤 가이드 안에는 밸브 슬라이드(4)에 배치된 피스톤 로드(6)가 축방향으로 이동 가능하게 설치되며, 피스톤 가이드(11) 안에 배치된 피스톤 로드(6)들은 환형 그루브쪽 단부에서 환형 피스톤(12)에 의해 서로 연결되고, 상기 환형 피스톤(12)은 환형 그루브(10) 안에 이동 가능하게 설치되며, 펌프 하우징(1)의 환형 그루브쪽 내부 보어(7)들 사이에는 스프링 챔버(13)가 환형 피스톤(12)의 둘레에 균일한 간격으로 제공되고, 상기 스프링 챔버 안에는 환형 피스톤(12)에 대해 조여진 압축 스프링(14)이 배치되며,
    b) 환형 피스톤(12)의 피스톤 로드(6) 맞은편에는 환형 웨브(15)가 배치되며, 상기 환형 웨브 상에는 롤 폴딩 라이닝(16)이 배치되고, 상기 롤 폴딩 라이닝은 텐셔닝 요소(17)로 펌프 하우징(1)에 조여진 클램핑 커버(18)에 의하여 고정되며,
    c) 상기 펌프 하우징(1)에는 밸브 슬라이드(4)의 압력 가동을 위한 하나 또는 다수의 압력 연결 보어(20)가 배치되고, 상기 압력 연결 보어는 펌프 하우징(1)에 연결된 압력 연결 파이프(19)로 통하며,
    d) 밸브 슬라이드(4)의 피스톤 로드쪽 외부 에지(22)에는 엘라스토머-바이패스 씰(23)이 배치되며, 밸브 슬라이드(4)가 밸브 슬라이드 측에 형성된 펌프 하우징(1)의 밀봉면(24)에 접하는 닫힘위치에 있을 때, 상기 엘라스토머-바이패스 씰은 펌프 하우징(1)과 밸브 슬라이드(4) 사이의 환형 틈(25)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 연결 보어(20)는, 환형 피스톤(12)의 압축 스프링쪽에서, 환형 그루브(10) 및 환형 피스톤(12)에 의해 형성된 환형 챔버(32)로 통하는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 연결 보어(20)는, 환형 피스톤(12)에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16)의 클램핑 커버쪽에서, 환형 피스톤(12) 상에 배치된 롤 폴딩 라이닝(16) 및 클램핑 커버(18)에 의해 형성된 실링 챔버(26)로 통하는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 하우징(1) 안에는 펌프 하우징의 베어링 시트의 임펠러휠쪽에 통풍 보어(28)가 배치되며, 상기 통풍 보어는 펌프 하우징(1) 안에서, 상기 샤프트(2)가 내부에 설치되어 있는 펌프 베어링(27)의 임펠러휠측 표면쪽에 배치된 통풍구(29)를 외부로 연결하는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 하우징(1) 안에는 펌프 하우징의 베어링 시트의 임펠러휠쪽에 누출 보어(31)가 배치되며, 상기 누출 보어는 펌프 하우징(1) 안에서, 상기 샤프트(2)가 내부에 설치되어 있는 펌프 베어링(27)의 임펠러휠측 표면쪽에 배치된 누출구(30)를 외부로 연결하는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 클램핑 커버(18)에는, 환형 피스톤(12)의 이동에 따라 작동하는 롤 폴딩 라이닝(16)의 작동 영역 내에, 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
  7. 제3항에 있어서,
    환형 피스톤(12)의 작업 영역의 밸브 슬라이드쪽에, 펌프 하우징(1)의 환형 그루브(10)의 영역 내에, 외부로 통하는 압력 보상 보어(21)가 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각제 펌프.
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