KR101305604B1

KR101305604B1 - 차량용 워터펌프

Info

Publication number: KR101305604B1
Application number: KR1020070131448A
Authority: KR
Inventors: 황순현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-09-09
Also published as: KR20090063918A

Abstract

본 발명은 차량용 워터펌프에 관한 것으로서, 누수된 냉각수가 드레인 홀을 따라 유도되어 저장되는 드레인 챔버를 갖는 차량용 워터펌프에 있어서, 상기 드레인 챔버와 연통되도록 워터펌프에 형성되고 그 내부에는 피스톤이 이동가능하게 설치된 피스톤 작동챔버와; 상기 드레인 챔버와 엔진의 냉각수 순환통로를 연통되게 연결하고 그 일측에는 체크밸브가 설치된 냉각수 공급로와; 상기 드레인 챔버와 연통되어 냉각수가 유입되고 냉각수의 유입여부에 따라 관로를 개폐시키는 밸브가 내장되며 흡기다기관의 진공챔버와 연통되게 연결된 밸브 작동챔버와; 상기 밸브가 개방됨에 따라 밸브 작동챔버와 피스톤 작동챔버를 연통시키도록 형성된 연통유로;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하여, 엔진으로부터 누수되어 드레인 챔버에 저장된 냉각수를 엔진의 냉각수 순환통로로 재공급함으로써, 누수로 인한 냉각수의 손실을 미연에 방지할 수 있게 된다.

엔진, 워터펌프, 메커니컬 씰, 드레인 챔버, 피스톤, 밸브, 진공챔버

Description

차량용 워터펌프{Water pump for automobile }

본 발명은 차량용 워터펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진에서 누수되어 워터펌프에 형성된 드레인 챔버에 저장되는 냉각수를 엔진으로 재공급하는 차량용 워터펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 워터펌프는 엔진을 구성하는 실린더블록의 일측면에 설치되어 벨트를 통해 전달되는 엔진의 구동력으로 구동되면서 엔진 내부로 냉각수를 강제 순환시켜 엔진을 냉각시키는 펌프이다.

이러한 종래의 차량용 워터펌프를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 1은 종래의 차량용 워터펌프의 드레인 챔버의 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 워터펌프(2)는 하우징(10)이 볼트로서 엔진 즉 실린더블록(미도시)에 결합되어 설치된다.

그리고, 상기 하우징(10)에는 베어링(30)을 매개로 한 샤프트(20)가 회전가능하게 설치되고, 상기 하우징(10) 외측의 샤프트(20) 일단에는 엔진의 크랭크샤프트(미도시)와 벨트(미도시)로서 연결된 풀리(70)가 설치되며, 상기 하우징(10) 외측의 샤프트(20) 타단에는 냉각수를 펌핑하는 임펠러(50)가 설치된다.

이와 같이 설치된 임펠러(50)는 실린더블록 내측의 냉각수 순환통로에 설치되어 크랭크샤프트의 회전에 의해 풀리(70) 및 샤프트(20)와 같이 회전되면서 냉각수를 펌핑하게 된다.

한편, 상기 워터펌프(2)는 임펠러(50)가 실린더블록 내에 위치되어 냉각수와 직접 맞닿아 있기 때문에, 냉각수가 워터펌프(2)의 하우징(10) 내부로 침투되어 베어링(30) 등과 같은 부품을 고장나게 하는 것을 방지하기 위하여, 실린더블록과 하우징(10) 사이의 샤프트(20)를 감싸 실링하는 메커니컬 씰(40)이 설치된다.

상기 메커니컬 씰(40)은 샤프트(20)와 연동되어 회전되는 매트링(MATE RING)(41)과, 하우징(10)측에 부착 고정되어 수밀을 유지하는 프라이머리링(PRIMARY RING)(42)으로 구성된다.

또한, 상기 하우징(10)의 일측에는 메커니컬 씰(40) 주변으로 누수되는 냉각수를 배출시키기 위한 드레인 홀(61)이 형성되며, 상기 드레인 홀(61)을 통해 배출된 냉각수는 하우징(10)에 별도 형성된 드레인 챔버(60)에 일단 저장된 후, 드레인 챔버(60)의 벤트홀(미도시)을 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 워터펌프(2)는, 크랭크샤프트의 구동력을 벨트를 통해 풀리(70)가 전달받으면, 풀리(70)에 일체로 결합된 샤프트(20)가 회전되면서 임펠러(50)를 회전시켜 실린더블록 내에서 냉각수를 펌핑하여 강제 순환시키게 된다.

이때, 워터펌프(2)의 임펠러(50)가 실린더블록에 내장되어 있으므로 인해 냉각수의 일부가 워터펌프(2)의 샤프트(20)측으로 누수되고, 이와 같이 누수된 냉각수는 메커니컬 씰(40)의 매트링(41)과 프라이머리링(42) 사이를 통해 드레인 홀(61)로 유도되어 드레인 챔버(60)에 저장된다.

한편, 이와 같이 저장된 냉각수는 드레인 챔버(60) 내에서 증발되어 드레인 챔버(60)의 벤트홀(미도시)을 통해 배출되고, 저장된 냉각수의 양이 드레인 챔버(60)의 체적을 넘어설 경우에도 냉각수가 넘치면서 벤트홀(미도시)을 통해 배출된다.

그러나, 이와 같은 종래의 워터펌프(2)에서는 누수된 냉각수가 저장된 드레인 챔버(60)에서 냉각수가 자연 증발될 때와 드레인 챔버(60)의 체적을 넘어설 경우에 냉각수가 벤트홀을 통해 외부로 배출되는데, 이는 곧 냉각수 손실로 직결되어 결국에는 냉각수 부족으로 인해 엔진의 냉각성능이 현격하게 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 이와 같이 배출되는 냉각수에 의해 워터펌프(2)의 베어링(30) 등이 침수되어 성능저하 및 내구성이 단축되고, 베어링(30)의 오작동으로 인해 이상소음 이 발생되는 문제가 있었으며, 드레인 챔버(60)의 주변에 위치되어 있는 벨트도 오염되어 벨트의 수명 및 내구성이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 배출된 냉각수가 엔진에 퍼진 후 증발하면서 남는 물질에 의해 엔진룸 전체가 하얗게 오염되어 심각한 품질저하의 문제점을 야기시켰다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엔진에서 워터펌프측으로 누수되어 드레인 챔버에 저장된 냉각수가 일정량 이상이 되면 엔진으로 재공급하여 순환되도록 함으로써 누수로 인한 냉각수 손실을 방지하고, 누수된 냉각수에 의한 주변 부품들의 오염을 방지토록 한 차량용 워터펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 누수된 냉각수가 드레인 홀을 따라 유도되어 저장되는 드레인 챔버를 갖는 차량용 워터펌프에 있어서, 상기 드레인 챔버와 연통되도록 워터펌프에 형성되고, 그 내부에는 피스톤이 이동가능하게 설치된 피스톤 작동챔버와; 상기 드레인 챔버와 엔진의 냉각수 순환통로를 연통되게 연결하고, 그 일측에는 체크밸브가 설치된 냉각수 공급로와; 상기 드레인 챔버와 연통되어 냉각수가 유입되는 관로가 형성되고, 상기 관로에 상기 드레인 챔버로부터의 냉각수 유입여부에 따라 관로를 개폐시키는 밸브가 내장되며, 흡기다기관의 진공챔버와 연통되게 연결된 밸브 작동챔버와; 상기 밸브가 개방됨에 따라 밸브 작동챔버의 관로와 피스톤 작동챔버를 연통시키는 연통유로;를 포함하여 구성된 차량용 워터펌프에 의해 달성된다.

그리고, 상기 밸브는, 밸브 작동챔버 내에서 유입되는 냉각수에 의해 상승되어 밸브 작동챔버를 개방시키도록 그 외측면에 함몰되어 단차진 요홈부가 형성된다.

또한, 상기 피스톤은 그 단부가 피스톤 작동챔버에 대응한 원추형상으로 형성되고, 상기 피스톤과 피스톤 작동챔버 사이에는 이동된 피스톤을 원상태로 복귀시키는 스프링이 설치된다.

그리고, 상기 피스톤은 밸브가 개방됨에 따라 피스톤 작동챔버에 작용하는 진공압에 의해 이동되고, 상기 체크밸브는 드레인 챔버 측에서 작용하는 압력에 의해서만 개구되게 설치된다.

또한, 상기 드레인 챔버의 연통구조는, 상기 드레인 챔버와 밸브 작동챔버에는 니플이 각각 설치되고, 양 니플은 플렉시블한 호스로 연통되게 연결되며, 상기 진공챔버와 연결되는 밸브 작동챔버에는 다른 니플이 더 설치되고, 이 니플과 진공챔버는 플렉시블한 호스로 연통되게 연결된다.

본 발명의 차량용 워터펌프에 따르면, 엔진으로부터 누수되어 드레인 챔버에 저장된 냉각수가 일정량 이상으로 집수되면 밸브가 개방되면서 피스톤이 드레인 챔버측으로 이동되어 드레인 챔버에 저장된 냉각수를 엔진의 냉각수 순환통로로 재공급함으로써, 누수로 인한 냉각수의 손실을 미연에 방지하고, 누수된 냉각수에 의한 주변 부품들의 오염을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서, 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.

첨부도면 도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 차량용 워터펌프의 드레인 챔버의 구성 및 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 차량용 워터펌프(2)는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 엔진 즉 실린더블록(1)에서 누수된 냉각수가 드레인 홀(61)을 따라 유도되어 저장되는 드레인 챔버(60)를 포함한다.

상기 워터펌프(2)의 일단 즉 풀리(70)가 구비된 하우징(10)의 일단에는 도 3 및 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 드레인 챔버(60)와 동일한 직경으로 형성되어 연통된 피스톤 작동챔버(100)가 형성되고, 상기 피스톤 작동챔버(100)에는 피스톤(110)이 이동가능하게 삽입된다.

상기 피스톤(110)은, 피스톤 작동챔버(100)를 지나 드레인 챔버(60) 내에 삽입된 그 단부가 원추형상의 헤드부(111)로 형성되고, 상기 헤드부(111)와 이격된 피스톤(110)의 외측면에는 함몰되어 단차진 요홈부(112)가 형성되며, 상기 요홈부(112)와 피스톤 작동챔버(100) 사이에는 피스톤(110)에 복원력을 제공하는 스프링(113)이 설치된다.

그리고, 상기 드레인 챔버(60)의 내측 단부는 피스톤(110)의 헤드부(111)에 대응한 원추형상으로 형성됨과 동시에 냉각수 공급로(120)가 형성되어 실린더블록(1)의 냉각수 순환통로와 연통된다.

상기 냉각수 공급로(120)에는 드레인 챔버(60) 측에서 작용하는 압력에 의해서만 개구되는 체크밸브(130)가 설치되어, 상기 드레인 챔버(60) 내의 냉각수는 냉각수 공급로(120)를 통해 실린더블록(1)의 냉각수 순환통로로 유입될 수 있지만, 실린더블록(1)의 냉각수 순환통로에서는 드레인 챔버(60) 측으로 유입될 수 없다.

또한, 상기 드레인 챔버(60)의 하면에는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각수를 배출시키기 위한 제 1 니플(140)이 설치되고, 상기 제 1 니플(140)에는 플렉시블한 호스(150)에 의해 후술될 제 2 니플(210)이 연결된다.

한편, 상기 피스톤 작동챔버(100)와 이격된 하우징(10)의 일측에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 드레인 챔버(60)와 연통되는 밸브 작동챔버(200)가 형성된다.

즉, 상기 밸브 작동챔버(200)의 하면에는 제 2 니플(210)이 설치되고, 이 제 2 니플(210)은 전술한 바와 같이 드레인 챔버(60)의 제 1 니플(140)과 호스(150)로서 연통되게 연결되어, 상기 밸브 작동챔버(200) 내로 냉각수가 유입된다.

그리고, 상기 밸브 작동챔버(200) 내에는 냉각수의 유입여부에 따라 상하로 이동되면서 밸브 작동챔버(200)의 관로를 개폐시키는 밸브(220)가 내장되고, 상기 밸브(220)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 그 외측면 중앙부에 단차진 요홈부(221)를 갖는 대략 "I" 자 형상으로 형성된다.

따라서, 평상 시에는 밸브(220)의 돌출된 상단부에 의해 상기 밸브 작동챔버(200)와 후술될 연통유로(250) 및 진공챔버(미도시)가 서로 차단된 상태로 있다가 밸브(220)가 상승되면 밸브(220)의 요홈부(221)에 의해 상기 밸브 작동챔버(200)와 후술될 연통유로(250) 및 진공챔버가 서로 연통된다.

또한, 상기 밸브 작동챔버(200)에는 제 3 니플(230)이 설치되고, 이 제 3 니플(230)에는 플렉시블한 호스(240)가 연결되어 흡기다기관의 진공챔버와 연통되게 연결된다.

그리고, 상기 밸브 작동챔버(200)와 피스톤 작동챔버(100)는 연통유로(250)에 의해 연결되고, 상기 연통유로(250)는 밸브 작동챔버(200) 내의 밸브(220)가 개방될 때에만 상기 밸브 작동챔버(200)와 피스톤 작동챔버(100)를 연통시키게 된다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(220)가 개방됨에 따라 진공챔버에 의해 피스톤 작동챔버(100)에 진공압 작용됨과 동시에 하우징(10) 외측에서 피스톤(110)의 외측 단부에 대기압이 작용함으로써 상기 피스톤(110)은 드레인 챔버(60) 내에서 전진 이동하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명한다.

먼저, 종래와 같이 누수된 냉각수가 워터펌프(2)의 드레인 홀(61)로 유동되어 드레인 챔버(60) 내에 저장된다.

이와 같이 드레인 챔버(60)로 저장되는 냉각수는 제 1 니플(140)과 호스(150) 및 제 2 니플(210)을 채우면서 밸브 작동챔버(200) 내로 유입된다.

한편, 냉각수가 밸브 작동챔버(200) 내에 일정높이 이상으로 유입되면 밸브(220)가 부력에 의해 상승되고, 상승된 밸브(220)의 요홈부(221)에 의해 도 8의 (a)에서와 같이 밸브 작동챔버(200)가 개방됨으로써 밸브 작동챔버(200)와, 진공챔버, 연통유로(250), 피스톤 작동챔버(100)는 서로 연통된다.

그러면, 진공챔버의 진공압이 호스(240)와 연통유로(250)를 통해 피스톤 작동챔버(100) 내에 작용함과 동시에 피스톤(110)의 외측 단부에는 대기압이 작용함으로써 도 8의 (b)에서와 같이 피스톤(110) 및 이의 헤드부(111)가 각각 피스톤 작동챔버(100)와 드레인 챔버(60) 내에서 전진 이동하여 드레인 챔버(60) 내의 냉각수를 가압하게 된다.

따라서, 상기와 같은 작동으로 인해 드레인 챔버(60) 내의 압력이 상승되면서 냉각수 공급로(120)의 체크밸브(130)가 개방되고, 체크밸브(130)가 개방됨과 동시에 드레인 챔버(60) 내에서 가압된 냉각수는 냉각수 공급로(120)를 통해 실린더블록(1)의 냉각수 순환통로로 재공급됨으로써 냉각수의 손실발생을 최소화한다.

한편, 상기와 같이 이동된 피스톤(110)이 도 8의 (c)와 같이 드레인 챔버(60)의 내측 단부까지 완전히 이동하게 되면, 드레인 챔버(60)에 의해 제 1 니플(140)의 대부분의 관로가 닫히면서 일부 열린 유로를 통해 제 1 니플(140) 내의 냉각수가 드레인 챔버(60) 측으로 역유입되고, 이로 인해 상승된 밸브(220)는 원상태로 하강되어 밸브 작동챔버(200)를 다시 폐쇄시키게 된다.

따라서, 서로 연통되어 있던 각 챔버(100)(200)와 연통유로(250)가 서로 차단되면서 피스톤 작동챔버(100)에 작용하던 진공압이 차단됨으로써 전진 이동된 피 스톤(110) 및 이의 헤드부(111)가 스프링(113)의 반발력에 의해 원상태로 후진 이동되어 복원된다.

이와 같은 작동은 드레인 챔버(60) 내에 저장되는 냉각수에 따라 반복적으로 이루어진다.

한편, 상기와 같이 유입되는 냉각수에 의해 상하로 이동되는 밸브(220)는 도 9에 도시된 바와 같이, 피스톤(110)의 작동점 즉 밸브(220)의 작동점을 도 9 (a)의 "목표지점" 과 같이 설정할 경우, 목표지점과 밸브 하면 사이의 "H" 만큼의 높이 차가 발생하게 된다.

그러면, 밸브의 질량(M)을 하기와 같이 정의할 수 있게 된다.

M = ρH (ρ : 냉각수 밀도, H : 밸브 하면에서 목표지점까지의 높이 차)

따라서, 냉각수 수면이 "H" 를 넘을 경우 밸브(220)가 부력에 의해 상승하게 되고, 냉각수 수면 높이가 "H" 보다 낮을 경우에는 충분한 부력이 형성되지 않아 밸브(220)는 최초 설치상태로 복원되게 된다.

이와 같은 원리로 밸브(220)는 냉각수의 수면 높이에 따라 상하로 이동되면서 밸브 작동챔버(200)를 개폐시키게 되고, 밸브(220)의 부피와 목표지점의 높이를 조절하면 밸브(220)의 개폐조건을 조절할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 차량용 워터펌프의 드레인 챔버의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 워터펌프를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 워터펌프를 도시한 도면으로서, (a)는 정면도이고, (b)는 저면도이다.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 5는 도 3의 B-B선 단면도이다.

도 6은 도 3의 C-C선 단면도이다.

도 7은 도 3의 D-D선 단면도이다.

도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 드레인 챔버의 작동관계를 순서대로 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 드레인 챔버의 밸브 개폐조건을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 드레인 챔버의 일부 확대도이고, (b)는 밸브를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실린더블록 2 : 워터펌프

10 : 하우징 20 : 샤프트

30 : 베어링 40 : 메커니컬 씰

41 : 매트링 42 : 프라이머리링

50 : 임펠러 60 : 드레인 챔버

61 : 드레인 홀 70 : 풀리

100 : 피스톤 작동챔버 110 : 피스톤

111 : 헤드부 112 : 요홈부

113 : 스프링 120 : 냉각수 공급로

130 : 체크밸브 140 : 제 1 니플

150 : 호스 200 : 밸브 작동챔버

210 : 제 2 니플 220 : 밸브

221 : 요홈부 230 : 제 3 니플

240 : 호스 250 : 연통유로

Claims

누수된 냉각수가 드레인 홀을 따라 유도되어 저장되는 드레인 챔버를 갖는 차량용 워터펌프에 있어서,

상기 드레인 챔버와 연통되도록 워터펌프에 형성되고, 그 내부에는 피스톤이 이동가능하게 설치된 피스톤 작동챔버와;

상기 드레인 챔버와 엔진의 냉각수 순환통로를 연통되게 연결하고, 그 일측에는 체크밸브가 설치된 냉각수 공급로와;

상기 드레인 챔버와 연통되어 냉각수가 유입되는 관로가 형성되고, 상기 관로에 상기 드레인 챔버로부터의 냉각수 유입여부에 따라 관로를 개폐시키는 밸브가 내장되며, 흡기다기관의 진공챔버와 연통되게 연결된 밸브 작동챔버와;

상기 밸브가 개방됨에 따라 밸브 작동챔버의 관로와 피스톤 작동챔버를 연통시키는 연통유로;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브는, 밸브 작동챔버 내에서 유입되는 냉각수에 의해 상승되어 밸브 작동챔버를 개방시키도록 그 외측면에 함몰되어 단차진 요홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 피스톤은 그 단부가 피스톤 작동챔버에 대응한 원추형상으로 형성되고, 상기 피스톤과 피스톤 작동챔버 사이에는 이동된 피스톤을 원상태로 복귀시키는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
제 3 항에 있어서,

상기 피스톤은 밸브가 개방됨에 따라 피스톤 작동챔버에 작용하는 진공압에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 드레인 챔버와 밸브 작동챔버에는 니플이 각각 설치되고, 양 니플은 플렉시블한 호스로 연통되게 연결되며,

상기 진공챔버와 연결되는 밸브 작동챔버에는 다른 니플이 더 설치되고, 이 니플과 진공챔버는 플렉시블한 호스로 연통되게 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 체크밸브는 드레인 챔버 측에서 작용하는 압력에 의해서만 개구되게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프.