KR101468303B1

KR101468303B1 - 엔진용 오일펌프 스프링

Info

Publication number: KR101468303B1
Application number: KR1020130047305A
Authority: KR
Inventors: 권혁인
Original assignee: 명화공업주식회사
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2014-12-04
Also published as: KR20140129437A

Abstract

본 발명은 스프링의 권선 중에서 각 단부의 권선의 외경을 나머지 권선보다 작게 형성함으로써, 이들 권선부에 편심되게 하중이 가해지더라도 이러한 편심하중에 의한 변형을 외경이 큰 권선에서 흡수할 수 있게 하여 유효 권선부가 일정하게 변형되게 하여 좌굴 현상을 줄일 수 있게 한 엔진용 오일펌프 스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 각 단부의 권선의 외경(D)이 유효 권선의 외경(D')과 비교하여 그 외경비(D/D')를 0.9~0.94의 범위가 되게 형성함으로써, 스프링이 갖는 탄성특성을 거의 그대로 유지하면서도 편심하중에 의한 좌굴 현상을 방지할 수 있게 한 엔진용 오일펌프 스프링을 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진용 오일펌프 스프링은, 복수 회로 권취된 권선수를 갖는 엔진용 오일펌프 스프링에 있어서, 스프링의 각 단부로부터 권취된 적어도 하나의 권선(W1,Wn)은 그 외경(D)이 이들 권선(W1,Wn)을 제외한 유효권선(Wf)의 외경(D')보다 작게 형성되되, 그 외경비(D/D')가 0.9~0.94가 되게 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

엔진용 오일펌프 스프링{SPRING OF OIL PUMP FOR VEHICLE}

본 발명은 엔진용 오일펌프 스프링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스프링 양단의 각 권선이 갖는 외경의 크기를 축소시킴으로써, 이들 권선에 편심되게 가해지는 편심 하중에 의한 변형을 그 다음 외경이 큰 권선에 흡수할 수 있게 하여 압축시 발생되는 좌굴 현상을 줄일 수 있게 한 것이다.

종래 엔진의 가변 용량형 오일펌프(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 장착부(111)가 형성된 하우징(110)과, 장착부(111)에 마련되는 캠 링(120)과, 캠 링(120)의 내측에 마련되어 구동축(133)과 일체로 회전하는 로터(130)와, 로터(130)의 외주에 마련되어 반경 방향으로 이동될 수 있도록 지지되는 복수의 베인(131)으로 구성된다.

여기서, 캠 링(120)은 장착부(111)에 마련되어 피봇핀(121)에 의해 좌우 방향으로 요동 운동하는데, 이때 캠 링(120)은 장착부(111)의 일측에 마련된 편심부재(140)에 의해 탄성 지지된다.

그리고, 베인(131)은 로터(130)의 외주에 방사상 방향으로 설치되어 캠 링(120)의 내측면과 로터(130)의 외주면에 형성된 챔버(132)를 복수개로 구획한다. 이때, 베인(131)은 크랭크 샤프트와 연결된 구동축(133)의 회전에 따라 회전하는 로터(130)와 일체로 회전함으로써 챔버(132)의 용적을 변화시킨다.

또한, 편심부재(140)는 챔버(132)의 용적이 최대 위치가 되도록 캠 링(120)을 편심시키는 역할을 하며, 캠 링(120)의 운동에 따라 인장 또는 압축된다.

하지만, 이러한 종래 엔진의 가변 용량형 오일펌프(101)에 있어서는, 차량이 고속으로 주행될 때 편심부재(140)가 캠 링(120)에 눌려 압축되는데, 정상 위치인 P 위치에서 압축되지 않고 비정상적으로 Q 위치로 구부러짐으로써 토출되는 유체압이 저하되는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 특허문헌1에서는, 도 2와 같이, 편심부재로 이용되는 탄성스프링 내부에 가이드(50)를 구비하여, 이 편심부재가 휘어지는 좌굴 현상을 방지하게 된다.

하지만, 이러한 구성은 강제로 편심부재가 가이드를 따라 움직이면서 좌굴 현상이 발생하지 않도록 할 수 있으나, 근본적으로 좌굴 현상이 없어지는 것은 아니기 때문에 편심부재에 반복적인 피로 한도 등으로 인하여 편심부재가 단시간에 파손될 우려가 있었다.

또한, 가이드는 편심부재가 자유롭게 움직일 수 있게 하기 위해서는 그 내경보다 작게 형성해야 하기 때문에, 이들 사이의 틈새로 인하여 가이드를 구비하더라도 편심부재가 휘어지는 좌굴 현상을 완전히 없앨 수 없게 되었다.

한국공개특허 제10-2010-0044021호(공개일: 2010년04월29일)

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 스프링의 권선 중에서 각 단부의 권선의 외경을 나머지 권선보다 작게 형성함으로써, 이들 권선부에 편심되게 하중이 가해지더라도 이러한 편심하중에 의한 변형을 외경이 큰 권선에서 흡수할 수 있게 하여 유효 권선부가 일정하게 변형되게 하여 좌굴 현상을 줄일 수 있게 한 엔진용 오일펌프 스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 각 단부의 권선의 외경(D)이 유효 권선의 외경(D')과 비교하여 그 외경비(D/D')를 0.9~0.94의 범위가 되게 형성함으로써, 스프링이 갖는 탄성특성을 거의 그대로 유지하면서도 편심하중에 의한 좌굴 현상을 방지할 수 있게 한 엔진용 오일펌프 스프링을 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진용 오일펌프 스프링은, 복수 회로 권취된 권선수를 갖는 엔진용 오일펌프 스프링에 있어서, 스프링의 각 단부로부터 권취된 적어도 하나의 권선(W1,Wn)은 그 외경(D)이 이들 권선(W1,Wn)을 제외한 유효권선(Wf)의 외경(D')보다 작게 형성되되, 그 외경비(D/D')가 0.9~0.94가 되게 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 각 권선(W1,Wn)은 1권선수가 1회인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 외경의 감소비(D'-D)와 유효권선(Wf)의 선경(d)과의 비(

)가 0.4~0.6인 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 엔진용 오일펌프 스프링은, 외경(D') 11.30㎜, 권수 11.5권, 선경(d') 1.8㎜, 스프링 상수 1.255㎏/㎜, 그리고 자유장의 길이(L)가 43㎜이며, 상기 권선(W1,Wn)은 그 외경(D)이 각각 10.22~10.58㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엔진용 오일펌프 스프링에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 코일 형태로 권취된 스프링 양단의 권선부 외경을 작게 형성하여 이들 권선에 편심하중이 가해지더라도 나머지 유효 권선에서 이 편심하중을 흡수할 수 있게 하여 유효권선 부분이 어느 한쪽으로 휘어지는 좌굴 현상을 방지할 수 있다.

(2) 이러한 좌굴 현상의 발생을 방지함으로써, 오일 펌프의 동작이 보다 정밀하고 정확하게 이루어질 수 있게 된다.

(3) 특히, 작게 형성되는 외경(D)과 유효권선의 외경비(D')의 비(D/D')가 0.9~0.94가 되게 제작함으로써, 스프링의 원래 가지고 있는 탄성특성을 거의 해치지 않으면서도 좌굴 현상을 방지할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 특허문헌1의 구성을 설명하기 위한 종래기술 및 특허문헌1의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 3은 통상의 스프링(a)과 본 발명에 따른 스프링(b)의 구성을 비교하여 설명하기 위한 개념도.
도 4는 실시예와 비교예의 압축시험의 결과를 보여주기 위한 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 엔진용 오일펌프 스프링은, 도 3과 같이, 스프링 양단의 각 권선(W1,Wn)의 외경(D)을 유효권선(Wf)의 외경(D')보다 작게 형성하여 이들 권선에 가해지는 편심 하중에 의한 변형이 유효권선(Wf) 부분에서 흡수할 수 있게 하여 편심 하중에 의해 유효권선(Wf) 부분에서 어느 한쪽으로 휘어져서 발생되는 좌굴 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

특히, 본 발명은 이들 외경비(D/D')가 0.9~0.94의 범위에서 이루어지게 함으로써, 스프링이 갖는 고유의 탄성특성을 거의 그대로 가지게 하면서도 좌굴 현상을 방지할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

통상의 스프링(S')은, 도 3의 (a)와 같이, 하중 등을 고려하여 그 선경(d)과 외경(D') 그리고 자유장의 길이(L)가 미리 정해지게 된다. 여기서, 선경(d)은 강선의 직경을, 외경(D')은 코일 형태로 감겨진 스프링의 전체 직경을, 자유장의 길이(L)는 스프링(S')이 아무런 하중을 받지 않는 상태의 길이를 각각 나타낸다.

특히, 상기 스프링(S')은 강선의 선경(d')이 균일한 것을 이용하게 되며, 코일 형상으로 복수회로 권취된 권선 또한 그 외경(D') 또한 동일한 외경으로 권취된다.

한편, 본 발명에 따른 스프링(S)은, 도 3의 (b)와 같이, 유효권선(Wf) 부분은 기존의 스프링(S')과 동일하나, 각 단부의 권선(W1,Wn)의 외경(D)을 유효권선(Wf)의 외경(D')보다 작게 제작한 것이다.

여기서, 유효권선(Wf)이란 통상적으로 코일 스프링의 경우, 도 3의 (a)와 같이, 균일한 외경(D')을 갖도록 복수회 권취하여 형성하게 되는데, 이렇게 권취된 권선 중에서 도 3의 (b)와 같이 각 단부의 권선(W1,Wn)을 제외한 나머지 권선 부분을 의미한다.

그리고, 본 발명에서는, 이들 권선(W1,Wn)의 외경(D)은 종래 외경(D')과의 외경비(D/D')를 0.90~0.94의 범위로 형성하게 된다. 이는 외경을 작게 형성하기 전의 스프링이 갖는 탄성특성이 외경을 줄임에 따라 달라지게 되는데, 본 발명에서는 이러한 탄성특성을 거의 그대로 유지하면서도 유효권선(Wf)이 휘어지는 좌굴현상을 방지할 수 있게 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 권선(W1,Wn)은 각 단부의 1회의 권선의 외경비(D/D')만을 작게 형성한 것으로 설명하고 있으나, 각 단부에서 그 이상의 권선을 유효권선(Wf)의 외경(D)보다 작게 형성하는 것도 가능하다. 하지만, 이처럼 외경비(D/D')가 작아지는 권선 부분이 많아질수록 스프링이 갖는 원래의 탄성특성이 반대로 저하되기 때문에 이를 방지하기 위해서는 스프링의 각 단부에서 1회의 권선에만 외경비를 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 외경(D,D')의 감소비(D'-D)와 유효권선(Wf)의 선경(d)과의 비(

)는 0.4~0.6의 범위 내에서 결정하게 된다. 이 또한 좌굴 현상을 방지할 수 있는 최적의 조건을 얻기 위한 것이다.

이와 같이 이루어진 스프링은 오일 펌프 내부에서 아웃 링이 원래 위치로 되돌아 갈 수 있도록 복원력을 제공하는 스프링 이외에도 엔진 오일이 미리 정해진 압력 이상으로 급등하지 않게 하는 릴리프 밸브 내에 구비되는 스프링에도 적용할 수 있다.

(압축시험)

이하에서는, 오일 펌프에서 미리 정해진 압력 이상이 되지 않게 하여 안전성을 확보하기 위한 릴리프 밸브에 사용되는 스프링을 가지고 압축시험을 하였다. 이때 종래 비교예의 스프링(S')은 외경(D') 11.30㎜, 권수 11.5권, 선경(d) 1.8㎜, 스프링 상수 1.255㎏/㎜, 그리고 자유장의 길이(L)가 43㎜인 것을 사용하였다.

그리고, 본 발명의 실시예는, 비교예와 동일하나 양단의 외경(D)이 아래와 같이 다른 것을 이용하였다. 아래의 [표 1]은 실시예에서 적용한 외경비(D/D')와, 감소비(D'-D)와 선경(d)과의 비(%)를 백분율로 표시한 것이다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
외경(%)	91.15 (10.3/11.30)	90.44 (10.22/11.3)	92.03 (10.4/11.3)	93.62 (10.58/11.3)
비(%)	55.5 [(11.3-10.3)/1.8]	60.0 [(11.3-10.22)/1.8]	50.0 [(11.3-10.4)/1.8]	40.0 [(11.3-10.58)/1.8]
1. 각 실시예의 스프링 상수 1.255㎏/㎜이고, 자유장의 길이(L)는 43㎜임. 2. 유효권선은 "11.5-2=9.5권"임. 3. 압축후의 길이는 28㎜임(즉, 변위량은(43-28)=15㎜임).

여기서, 각 실시예는 외경(%)를 외경비(D/D')에 100을 곱한 백분율로 보여주고 있으며, 줄어든 외경의 비(D-D')와 선경(d)과의 비(

) 또한 백분율로 계산하여 보여주고 있다. 그 결과 종래의 스프링 조건에서 본 발명에 따른 외경(D)의 범위는 10.22~10.58㎜이며, 이로 인하여 줄어든 외경의 비와 선경(d)의 비(

)의 범위는 0.72~1.08㎜이다.

또한, 도 4에서, 실시예의 가지 번호 중에서 홀수, 즉 실시예1-1, 실시예2-1, 실시예3-1, 그리고 실시예4-1은 스프링의 양단에서 각각 하나의 권선만을 본 발명에 따라 그 외경을 상기 [표 1]과 같이 작게 형성한 것이다. 그리고, 실시예의 가지번호 중에서 짝수, 즉 실시예1-2, 실시예2-2, 실시예3-2, 그리고 실시예4-2는 스프링의 양단에서 각각 두 개의 권선을 본 발명에 따라 그 외경을 상기 [표 1]과 같이 작게 형성한 것이다. 또한, 각 실시예는 각각 2개의 샘플을 통해 2회에 걸쳐 총 6회에 걸쳐 시험을 수행하였다(즉, 실시예1-1의 경우, "1회 실시"에서 2개의 샘플을, 3회 실시로 전부 6개의 샘플을 가지고 동일한 조건에서 압축시험을 수행하였다).

그 결과, 비교예의 경우를 보면 스프링의 전체적인 형상이 "S"자 또는 "역S"형태와 같이 약간 휘어진 것을 확인할 수 있다. 그리고, 실시예의 경우 실시예1-1 및 실시예1-2의 경우 약간의 휨 현상이 보이나 다른 실시예들의 경우 이러한 휨 현상이 거의 보이지 않음을 알 수 있다. 또한, 실시예1-1 및 실시예1-2의 경우도 비교예와 비교해 볼 때 그 휨 정도가 덜 하다는 것을 확인할 수 있다.

결과적으로, 실시예의 경우가 비교예와 비교해 볼 때 전체적으로 스프링이 휨에 따라 발생되는 좌굴 현상을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 특히 "실시예4-1"의 경우가 좌굴 현상이 거의 나타나지 않는 최적의 상태임을 확인할 수 있다.

d : 선경
D, D' : 외경

Claims

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복수 회로 권취된 권선수를 갖는 엔진용 오일펌프 스프링에 있어서,
스프링의 각 단부로부터 권취된 적어도 하나의 권선(W1,Wn)은 그 외경(D)이 이들 권선(W1,Wn)을 제외한 유효권선(Wf)의 외경(D')보다 작게 형성되되,
그 외경비(D/D')가 0.9~0.94가 되게 형성되고,

상기 각 권선(W1,Wn)은 권선수가 1회이고,
외경의 감소비(D'-D)와 유효권선(Wf)의 선경(d)과의 비(
)가 0.4~0.6인 것을 특징으로 하는 엔진용 오일펌프 스프링.
제 3 항에 있어서,
상기 스프링은, 외경(D') 11.30㎜, 권수 11.5권, 선경(d') 1.8㎜, 스프링 상수 1.255㎏/㎜, 그리고 자유장의 길이(L)가 43㎜이며,
상기 권선(W1,Wn)은 그 외경(D)이 각각 10.22~10.58㎜인 것을 특징으로 하는 엔진용 오일펌프 스프링.