KR101448739B1

KR101448739B1 - 전자 클러치식 워터 펌프

Info

Publication number: KR101448739B1
Application number: KR1020090118721A
Authority: KR
Inventors: 박재석
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2014-10-13
Also published as: KR20110062129A

Abstract

본 발명은 워터 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전조건에 따라 풀리비를 가변시킬 수 있는 전자 클러치식 워터 펌프에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 냉각된 냉각수를 엔진의 워터 자켓으로 압송하는 워터 펌프에 있어서, 상기 워터 펌프는 크랭크 샤프트의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 제1 벨트 풀리, 상기 제1 벨트 풀리보다 작은 직경을 갖고, 제1 벨트 풀리의 내측으로 소정 간격 이격되도록 상기 베어링 샤프트에 설치되는 제2 벨트 풀리 및 상기 베어링 샤프트의 일단에 형성되는 임펠러를 포함하고, 상기 제1, 제2 벨트 풀리의 사이에 개재되는 클러치에 의하여 상기 제1, 제2 벨트 풀리 중 선택적으로 상기 베어링 샤프트와 일체로 회전됨으로써 상기 임펠러를 회전시키는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프를 제공한다.

워터 펌프, 제1 벨트 풀리, 제2 벨트 풀리, 클러치, 임펠러

Description

전자 클러치식 워터 펌프{WATER PUMP OF ELECTROMAGNETIC CLUTCH TYPE}

일반적으로 차량의 엔진을 냉각하기 위하여 구비되는 워터 펌프를 사용하여 냉각수를 재순환시키고 냉각시키게 된다.

이러한 워터 펌프의 임펠러는 연결된 구동 벨트에 의하여 구동 샤프트에 연결되고, 풀리에 의하여 회전되는 샤프트에 의해 작동된다.

이때, 냉각수의 재순환은 현재의 작동 환경 및 차량의 동력을 사용하는데 있어서 불필요한 동력의 손실을 막고 빠른 웜업을 위하여 냉각수 온도에 의해 실질적으로 요구되는 때에만 작동되어야 한다.

즉, 불필요한 워터 펌프의 작동은 불필요한 차량의 에너지 소비를 증가시키고, 이에 더하여 더 많은 유체를 필요로 한다.

상기와 같이 불필요한 워터 펌프의 작동을 방지하기 위하여 엔진 냉간 시 및 엔진 열간 시에 따라 선택적으로 워터 펌프의 작동을 수행하거나 해제하는 전자 클러치식 워터 펌프가 공지되어 있다.

상기 전자 클러치식 워터 펌프는 엔진의 회전수에 의존하여 전류의 차단 연결에 의하여 엔진의 동력 전달 및 차단을 제어한다.

이것은 벨트 구동을 그대로 이용하기 때문이고, 별도의 동력원을 이용하지 않는 장점이기도 하다.

그러나 엔진의 운전 영역에 따라서 고정된 풀리비를 사용할 수밖에 없는 단점이 초래된다.

즉, 풀리비는 크랭크 축의 회전수와 펌프의 회전수 비를 의미하는 바, 클러치에 의하여 동력이 단속되기는 하지만, 미리 설정된 고정 풀리비를 사용할 수밖에 없고, 엔진이 과격한 부하운전 조건을 하였을 경우에는 단속구간에 충분히 냉각을 실시할 수 없기 때문에 과부하 운전 영역에서의 냉각 성능은 부족하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전자 클러치식 워터 펌프의 작동에 필요한 소비전력을 감소시킴으로써 에너지 효율을 향상시킨 전자 클러치식 워터 펌프를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자 클러치식 워터 펌프는 냉각된 냉각수를 엔진의 워터 자켓으로 압송하는 워터 펌프에 있어서, 상기 워터 펌프는 크랭크 샤프트의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 제1 벨트 풀리, 상기 제1 벨트 풀리보다 작은 직경을 갖고, 제1 벨트 풀리의 내측으로 소정 간격 이격되도록 상기 베어링 샤프트에 설치되는 제2 벨트 풀리 및 상기 베어링 샤프트의 일단에 형성되는 임펠러를 포함하고, 상기 제1, 제2 벨트 풀리의 사이에 개재되는 클러치에 의하여 상기 제1, 제2 벨트 풀리 중 선택적으로 상기 베어링 샤프트와 일체로 회전됨으로써 상기 임펠러를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클러치는 상기 베어링 샤프트의 외주면을 감싸는 실린더부, 상기 실린더부로부터 외측방향으로 연장형성되는 수직면부, 상기 수직면부로부터 축방향으로 연장형성되는 수평면부 및 상기 수평면부로부터 반지름 방향으로 연장형성되는 마찰판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 벨트 풀리는 상기 클러치의 수평면부의 외주면에 배치되는 제1 풀리 베어링에 의해 회전지지되고, 상기 제2 벨트 풀리는 상기 클러치의 실린더부의 외주면에 배치되는 제2 풀리 베어링에 의해 회전지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 벨트 풀리는 상기 마찰판의 일측면에 대응되도록 제1 풀리 마찰면을 갖고, 상기 제2 벨트 풀리는 상기 마찰판의 타측면에 대응되도록 제2 풀리 마찰면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 벨트 풀리 마찰면과 상기 제2 벨트 풀리 마찰면 사이에 상기 클러치의 마찰판이 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클러치의 마찰판이 상기 제1 벨트 풀리 마찰면과 제2 벨트 풀리 마찰면에 대하여 선택적으로 접촉하도록 구동하는 마그네틱 코일이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 벨트 풀리 마찰면 또는 상기 제2 벨트 풀리 마찰면에는 마찰계수를 증가시킬 수 있도록 마찰 패드가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 클러치와 상기 제1 풀리 베어링의 사이에는 탄성 부재가 개재되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자 클러치식 워터 펌프에 의하면, 워터 펌프의 토출량, 즉 엔진 냉각에 필요한 냉각수 펌핑량은 펌프의 회전수에 비례하므로 과부하 운전 영역에서는 보다 많은 냉각수를 공급할 수 있으므로 운전 조건을 고려한 엔진 내구성 확보에 보다 유리하다.

또한, 과부하 운전 영역에 있어서, 펌프의 풀리비를 다르게 함으로써 고부하 운전 영역에 보다 많은 냉각수를 공급할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 클러치식 워터펌프의 요부를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 클러치식 워터 펌프의 제1 벨트 풀리로의 동력전달 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 클러치식 워터 펌프의 제2 벨트 풀리로의 동력전달 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 전자클러치식 워터펌프는 도 1에 도시한 바와 같이, 라디에이터(미도시)에 의해 냉각된 냉각수를 엔진의 워터 자켓(미도시)으로 압송하기 위하여 크랭크축(미도시)의 회전력이 벨트(미도시)를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전하도록 베어링 샤프트(100)의 일단에는 제1 벨트 풀리(110), 제2 벨트 풀리(120)가 설치되고 타단에는 일체로 회전되는 임펠러(미도시)가 구비된다.

여기서, 상기 제1 벨트 풀리(110)는 상기 제2 벨트 풀리(120)보다 큰 직경을 갖도록 형성한다.

즉, 제1 벨트 풀리(110)는 기본 조건을 충족하는 펌핑량을 결정할 수 있는 풀리비로 설정이 되고, 제2 풀리는 제1 벨트 풀리(110)보다 풀리비가 높게 설정한다.

또한, 상기 제1 벨트 풀리(110) 및 제2 벨트 풀리(120)는 각각 내측으로 제1 풀리 베어링(112) 및 제2 풀리 베어링(122)을 구비함으로써 각각의 벨트 풀리는 상기 베어링 샤프트(100)에 대하여 공회전이 가능하도록 배치한다.

상기 제1 벨트 풀리(110)의 내측에 마련되는 공간에는 마그네틱 코일(300)이 설치된다.

상기 마그네틱 코일(300)은 후술하는 클러치(200)의 수직이동을 구동하는 기능을 한다. 아울러, 상기 클러치(200)는 상기 마그네틱 코일(300)과 상호 면으로 마주함으로써 마그네틱 코일(300)에 전원이 인가되었을 시에 발생되는 자력에 영향을 받을 수 있도록 한다.

상기 클러치(200)는 상기 베어링 샤프트(100)와 일체로 회전되고, 그 축방향으로는이동될 수 있도록 배치되고, 실린더부(201), 수직면부(202), 수평면부(203) 및 마찰판(204)을 포함한다.

상기 실린더부(201)는 상기 베어링 샤프트(100)의 외주면을 감싸는 원통형상으로 형성된다.

상기 수직면부(202)는 상기 실린더부(201)의 일단으로부터 통상적인 플랜지 형상으로 연장형성된다.

또한, 상기 수직면부(202)로부터 상기 베어링 샤프트(100)의 축방향으로 연 장형성되는 수평면부(203)가 구비된다.

상기 마찰판(204)은 상기 수평면부(203)의 단부로부터 반지름 방향으로 연장형성된다.

여기서, 제1 풀리 베어링(112)이 상기 수평면부(203)의 외주면에 배치됨으로써 상기 제1 벨트 풀리(110)의 회전을 지지한다.

또한, 상기 제2 풀리 베어링(122)이 상기 실린더부(201)의 외주면에 배치됨으로써 상기 제2 벨트 풀리(120)의 회전을 지지한다.

아울러, 상기 제1 풀리 베어링(112)과 상기 클러치(200)의 사이에는 탄성 부재(113)가 개재된다. 이러한 탄성 부재(113)는 상기 클러치(200)를 상시 상기 제2 벨트 풀리(120)측을 향하여 탄성 지지될 수 있도록 유지하는 기능을 한다.

상기 제1 벨트 풀리(110)는 상기 마찰판(204)의 일측면에 대응되도록 제1 풀리 마찰면(111)을 구비한다. 이때, 상기 제1 풀리 마찰면(111) 상에는 별도의 마찰 패드(123)를 설치함으로써 상기 탄성 부재(113)에 의하여 발생되는 미는 힘에 대하여 상기 클러치(200)와의 계합력을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제2 벨트 풀리는 상기 마찰판(204)의 타측면에 대응되도록 제2 풀리 마찰면(121)을 구비한다.

즉, 상기 마찰판(204)은 상기 제1 풀리 마찰면(111)과 상기 제2 풀리 마찰면(121) 사이에 배치된다.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 클러 치식 워터 펌프의 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 엔진이 저부하인 경우, 벨트로부터 전달되는 동력 전달 경로는 도 2의 화살표로 나타내었다.

즉, 마그네틱 코일(300)에 전류가 인가되고, 이러한 마그네틱 코일(300)에서 발생되는 자력에 의해 클러치(200)를 끌어당기게 된다.

이때, 상기 클러치(200)는 제1 벨트 풀리(110)의 제1 풀리 마찰면(111)과 맞닿게 된다.

따라서, 상기 클러치(200)에 의해 베어링 샤프트(100)와 상기 제1 풀리 마찰면(111)이 함께 회전되므로, 상기 제1 벨트 풀리(110)에 따른 풀리비로서 작동된다.

한편, 엔진이 고부하인 경우, 벨트로부터 전달되는 동력 전달 경로는 도 3의 화살표로 나타내었다.

즉, 마그네틱 코일(300)의 전류가 해제되면, 상기 마그네틱 코일(300)의 자력은 소멸된다.

이때, 상기 클러치(200)는 탄성 부재(113)의 탄성력에 의해서 상기 제2 벨트 풀리(120) 측으로 이동하게 되므로, 제2 벨트 풀리(120)와 상기 클러치(200)는 상호 계합된다.

따라서, 상기 제2 벨트 풀리(120)의 풀리비로서 상기 베어링 샤프트(100)가 회전된다.

상기와 같이 제1 벨트 풀리(110)는 기본 조건을 만족하는 펌핑량을 결정할 수 있는 풀리비로 설정이 되고, 제2 벨트 풀리(120)는 제1 벨트 풀리(110)보다 풀리비가 높게 형성되어 있으므로, 상기 클러치(200)에 의해서 운전 조건에 따른 풀리비를 선택 제어하는 것이 가능해진다.

상기와 같은 풀리비 제어로 인하여 엔진의 저부하 운전 영역에서보다 고부하 운전 영역에서 보다 많은 냉각수를 공급할 수 있으므로 엔진의 작동성능을 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *

100: 베어링 샤프트 110: 제1 벨트 풀리

111: 제1 풀리 마찰면 112: 제1 풀리 베어링

113: 탄성 부재 120: 제2 벨트 풀리

121: 제2 풀리 마찰면 122: 제2 풀리 베어링

123: 마찰 패드 200: 클러치

201: 실린더부 202: 수직면부

203: 수평면부 204: 마찰판

300: 마그네틱 코일

Claims

냉각된 냉각수를 엔진의 워터 자켓으로 압송하는 워터 펌프에 있어서,

상기 워터 펌프는 크랭크 샤프트의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 제1 벨트 풀리;

상기 제1 벨트 풀리보다 작은 직경을 갖고, 제1 벨트 풀리의 내측으로 소정 간격 이격되도록 상기 베어링 샤프트에 설치되는 제2 벨트 풀리; 및

상기 베어링 샤프트의 일단에 형성되는 임펠러;

를 포함하고,

상기 제1, 제2 벨트 풀리의 사이에 개재되는 클러치에 의하여 상기 제1, 제2 벨트 풀리 중 선택적으로 상기 베어링 샤프트와 일체로 회전됨으로써 상기 임펠러를 회전시키는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제1항에 있어서,

상기 클러치는,

상기 베어링 샤프트의 외주면을 감싸는 실린더부;

상기 실린더부로부터 외측방향으로 연장형성되는 수직면부;

상기 수직면부로부터 축방향으로 연장형성되는 수평면부; 및

상기 수평면부로부터 반지름 방향으로 연장형성되는 마찰판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제2항에 있어서,

상기 제1 벨트 풀리는 상기 클러치의 수평면부의 외주면에 배치되는 제1 풀리 베어링에 의해 회전지지되고, 상기 제2 벨트 풀리는 상기 클러치의 실린더부의 외주면에 배치되는 제2 풀리 베어링에 의해 회전지지되는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제2항에 있어서,

상기 제1 벨트 풀리는 상기 마찰판의 일측면에 대응되도록 제1 풀리 마찰면을 갖고, 상기 제2 벨트 풀리는 상기 마찰판의 타측면에 대응되도록 제2 풀리 마찰면을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제4항에 있어서,

상기 제1 벨트 풀리 마찰면과 상기 제2 벨트 풀리 마찰면 사이에 상기 클러치의 마찰판이 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제4항에 있어서,

상기 클러치의 마찰판이 상기 제1 벨트 풀리 마찰면과 제2 벨트 풀리 마찰면에 대하여 선택적으로 접촉하도록 구동하는 마그네틱 코일이 구비되는 것을 특징으 로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제4항에 있어서,

상기 제1 벨트 풀리 마찰면 또는 상기 제2 벨트 풀리 마찰면에는 마찰계수를 증가시킬 수 있도록 마찰 패드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.
제3항에 있어서,

상기 클러치와 상기 제1 풀리 베어링의 사이에는 탄성 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 전자 클러치식 워터 펌프.