KR101506813B1 - 클러치 일체형 풀리 및 이를 이용한 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와, 상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과, 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 연결되는 푸쉬로드를 포함하는 클러치 일체형 풀리를 제공하며, 또한 이러한 풀리와 냉각팬을 포함하는 냉각 시스템을 제공한다. 엔진이 구동하지 않을 때 상기 클러치 디스크는 엔진의 구동축과 이격된 제1상태로 유지되고, 엔진의 온도가 상승하여 온도조절기가 동작함에 따라 클러치 디스크와 구동축이 접촉하는 제2상태에서 상기 풀리가 회전하며, 냉각팬은 엔진의 온도에 연동되어 풀리로부터 동력을 전달받아 회전하게 된다.

Description

클러치 일체형 풀리 및 이를 이용한 차량용 냉각 시스템 {Clutch integrated pulley and cooling system using the same for vehicle}

본 발명은 클러치 일체형 풀리에 관한 것으로서, 상세하게는 차량 내 엔진의 온도 변화에 따라 풀리의 동작이 연동되도록 회전 조절 기능이 부가된 클러치 일체형 풀리를 제안하며, 또한 이를 이용한 차량용 냉각 시스템을 제안한다.

자동차 엔진의 실린더 내에서 혼합기가 연소될 때 연소가스의 온도는 약 2500℃ 정도에 이르며, 이로 인하여 차량 운전 중 엔진 각 부위의 온도가 상승해 부품들의 열팽창에 의한 변형 또는 강도저하 및 오일의 연소 등이 발생할 수 있다.

엔진 과열을 방지하기 위하여 차량에는 냉각수가 순환되며, 이 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터 및 라디에이터를 냉각하기 위한 냉각팬이 구비된다. 버스 등의 대형 차량에는 엔진의 온도 변화에 따라 냉각팬의 속도를 조절함으로써 연료손실을 줄이는 냉각장치 시스템(Cooling Device System)을 장착하는 경우가 증가하고 있다. 냉각장치 시스템은 냉각수를 냉각하는 팬을 회전 시키는 장치로서 팬의 회전을 냉각수 온도에 따라 자동적으로 조절하면서 팬 구동에 소비되는 손실을 최소화하여 연료를 절감하는 역할을 한다.

냉각장치 시스템의 구성요소는 구동속도를 제어하는 콘트롤러(Controller), 엔진의 동력을 냉각장치로 전달하는 드라이브풀리(Drive Pulley), 동력전달 장치인 드리이브샤프트(Drive Shaft), 팬의 회전속도를 단계적으로 자동 조절하는 클러치 포함 기어박스를 포함한다. 도 1은 기존의 냉각장치 시스템을 보인 것으로 엔진 구동축으로부터 동력을 전달받은 드라이브풀리(10)가 드라이브샤프트를 통해 동력을 전달하고, 기어박스(30)에서 회전속도가 조절되면서 팬(40)을 회전시키게 되며, 라디에이터 내부의 냉각수를 냉각시키게 된다. 드라이버풀리의 동력이 90°전환되고 냉각수의 온도변화에 따라 팬의 회전속도를 단계적으로 조절함으로써 엔진의 온도를 빠른 시간에 낮출 수 있고, 팬 구동에 따른 동력의 손실을 적게 한다.

그러나, 기존의 냉각장치 시스템의 경우 냉각팬과 풀리 사이의 동력 전달은 동력 전달부에 의해서 이루어지며, 이로 인하여 풀리에서 냉각팬으로 동력이 전달되는 과정에서 에너지 손실이 발생한다. 또한, 엔진 구동축으로부터 드라이브풀리를 거쳐 동력 전달부까지 동력 전달이 차단되거나 조절이 이루어지지 않고 엔진 구동 시 항상 동력 전달이 유지되어 소비에너지를 증가시키며 에너지 활용도가 저하되어 연비 저하의 요인이 된다.

또한, 차량 주행 시 드라이브풀리를 따라 계속 동력을 유지하기 때문에 냉각장치 시스템의 풀리 또는 기어박스에 지속적으로 부하가 발생하여 해당 부품이 손상될 수 있고 이에 따른 냉각 기능의 저하로 인하여 차량의 사고 가능성을 증가시킨다.

따라서, 차량 냉각 시스템을 에너지 절약형으로 새롭게 설계하고, 이에 적합한 동력 전달 부품을 개발할 필요가 있다. 특히 동력 전달 체계가 단순하면서 엔진 구동 시에도 동력 전달의 단속이나 조절이 가능한 시스템이 요구되고 있다. 또한, 냉각 시스템의 구성 부품의 내구성을 향상시키고 제조단가를 절감시킬 수 있는 기술적 대안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 차량 운전 중에 냉각 시스템에 전달되는 동력의 단속이나 조절이 가능한 동력 전달 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 에너지 활용도가 높고 부품에 가해지는 부하가 완화된 새로운 차량용 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 비용이 저감되고 내구성이 뛰어난 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와, 상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과, 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 연결되는 푸쉬로드를 포함하는 클러치 일체형 풀리를 제공한다.

상기 클러치 디스크는 엔진이 구동하지 않을 때 엔진의 구동축과 이격된 제1상태로 유지되고, 엔진의 온도가 상승하여 온도조절기가 동작함에 따라 클러치 디스크와 구동축이 접촉하는 제2상태에서 상기 풀리가 회전한다.

상기 클러치 디스크는 풀리 내부에서 풀리 직경 방향으로 고정되어 있고 직경의 수직 방향으로 이동이 가능하도록 장착된다.

상기 풀리 내부에는 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 디스크 내장부가 마련되어 있고, 이 디스크 내장부는 상기 디스크축이 내장되도록 후방으로 연장된다. 상기 온도조절기를 지지하면서 푸쉬로드 및 디스크축을 커버하는 지지케이스를 더 포함할 수 있다.

상기 디스크 내장부와 지지케이스는 베어링으로 접촉하는 것이 바람직하며, 상기 푸쉬로드와 디스크축은 베어링으로 접촉하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와, 상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과, 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 연결되는 푸쉬로드를 포함하는 클러치 일체형 풀리와; 상기 클러치 일체형 풀리로부터 동력을 전달받아 회전하는 냉각팬;을 포함하는 차량용 냉각 시스템을 제공한다.

상기 냉각팬은 엔진의 온도 변화에 연동되어 풀리로부터 동력을 전달받아 회전한다.

본 발명에 따르면, 차량 운전 중에 냉각 시스템에 전달되는 동력의 단속이나 조절이 가능하여 냉각 시스템과 관련된 에너지 활용도를 높일 수 있고, 냉각 시스템을 구성하는 부품에 가해지는 부하를 낮추고 부품 수를 줄인 새로운 차량용 냉각 시스템을 제공할 수 있다. 이와 같이 제조 비용이 저감되고 내구성이 뛰어난 냉각 시스템을 제공함으로써 차량의 경쟁력을 향상시키며, 차량의 장기 안전성에 기여할 수 있다. 또한 수입에 의존하던 냉각장치 시스템을 대체하여 관련 산업의 발전을 가져올 수 있고, 냉각 시스템의 수출 증가 및 고용 증대에 이바지할 수 있다.

도 1은 종래의 냉각장치 시스템을 보인 모식도
도 2는 본 발명의 클러치 일체형 풀리를 보인 단면도
도 3은 본 발명의 클러치 일체형 풀리의 주요 부품을 보인 분해 사시도
도 4는 본 발명의 클러치 일체형 풀리의 동작 상태를 보인 단면도
도 5는 본 발명에 따른 클러치 일체형 풀리가 적용된 냉각 시스템의 일례를 보인 모식도.

본 발명은 차량 내 엔진의 온도 변화에 따라 동력 전달용 풀리의 동작이 연동되는 클러치 일체형 풀리를 제안한다. 이러한 구동 단속 기능이 부가된 풀리를 이용하여 구조가 단순화되고 내구성이 향상된 새로운 차량용 냉각 시스템을 제안한다.

도 2는 본 발명에 따른 클러치 일체형 풀리를 보인 모식적 단면도이다. 본 발명의 클러치 일체형 풀리는 기본적으로 구동 벨트가 감기는 외주면이 있는 풀리(110)를 포함한다. 이 풀리 내부에는 엔진의 구동축(120)의 일단 및 클러치 디스크(132)가 내장되는 공간인 디스크 내장부(115)가 마련되어 있다. 이 디스크 내장부는 풀리에 일체적으로 형성될 수도 있고, 부품간 조립의 용이성을 위하여 별도로 제조된 후 풀리 내부에 결합될 수도 있다.

상기 클러치 디스크는 후방으로 디스크축(130)과 연결된다. 또한, 상기 클러치 디스크는 디스크 내장부에서 풀리 직경 방향으로는 고정되고 직경의 수직 방향으로는 이동이 가능하도록 장착된다. 이러한 클러치 디스크는 엔진이 구동하지 않을 때는 엔진의 구동축과 이격된 상태로 유지되어 풀리가 회전하지 않으며, 엔진의 온도가 상승함에 따라 후술하는 온도조절기가 동작하게 되면 클러치 디스크와 구동축이 접촉하게 되어 풀리가 회전한다. 엔진의 구동축의 끝단에는 클러치 디스크와 접촉이 용이하도록 축디스크(122)가 부가될 수 있다.

디스크축의 후방에는 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기(150)와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 연결되는 푸쉬로드(140)가 배치된다. 상기 온도조절기는 예를 들어 엔진의 온도가 상승함에 따라 길이가 연장되는 벨로우즈형 서머스탯을 사용할 수 있을 것이다. 또한, 온도조절기가 엔진의 온도를 감지하여 길이가 변화될 수 있도록 엔진 오일이나 냉각수가 온도조절기에 전달되는 별도의 연결부(미도시)가 포함될 수 있다.

상기 푸쉬로드는 온도조절기의 길이 변화에 따라 디스크축을 이동시킴으로써 클러치 디스크와 구동축의 접촉 상태를 변화시키는 역할을 한다.

본 발명에서 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 디스크 내장부는 디스크축이 내장되도록 후방으로 연장되어 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 온도조절기를 지지하면서 푸쉬로드 및 디스크축을 커버하는 지지케이스(155)를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 디스크 내장부와 지지케이스는 예를 들어 베어링(160)으로 접촉하는 것이 바람직하다. 이로 인하여 클러치 디스크가 구동축에 접촉함으로써 구동축의 회전으로 인해 풀리 및 디스크 내장부가 회전할 때 지지케이스와 온도 조절기는 정지 상태를 유지할 수 있다.

이와 더불어 상기 푸쉬로드와 디스크축도 베어링으로 접촉하는 것이 바람직하다. 디스크축과 푸쉬로드는 도 3에 도시한 바와 같이 상호 선형적으로 배치되어 온도조절기의 동작에 따라 길이 방향으로 함께 이동하는 반면, 클러치 디스크가 구동축과 접촉하여 디스크축이 회전하더라도 푸쉬로드는 회전을 하지 않아 온도조절기를 정지 상태로 유지시킨다. 푸쉬로드와 디스크축 사이의 베어링은 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 디스크축 접촉부(135)나 로드 접촉부(145) 중 어느 한 곳에 설치할 수 있다.

본 발명에 따른 클러치 일체형 풀리의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

차량의 엔진에 시동이 걸리면 엔진 구동축은 축디스크와 함께 공회전한다. 즉 구동축과 클러치 디스크는 이격된 상태를 유지하며, 따라서 풀리는 회전하지 않게 된다. 차량의 운전 시간이 경과하고 고속 운전이 진행되거나 외부 기온이 높게 유지되어 엔진의 온도(또는 엔진 오일의 온도, 냉각수 온도)가 상승하면, 온도조절기의 길이가 변화되고 이에 따라 도 4에 도시한 바와 같이 푸시로드를 밀어서, 디스크축의 끝단에 장착된 디스크와 구동축의 축디스크가 접촉하게 된다.

축디스크와 디스크가 접촉하게 되면 풀리는 회전을 시작하며, 풀리의 회전으로 다른 부품이나 시스템에 동력이 전달될 수 있다. 풀리의 회전 정도, 즉 회전 속도는 엔진의 온도 상승에 따른 온도조절기의 길이 변화에 직접적인 영향을 받는다. 즉, 엔진의 온도가 점진적으로 상승하면서 온도조절기의 길이 변화에 따라 푸시로드도 점진적으로 많이 밀리게 되며, 그 결과 점차 클러치 디스크와 구동축의 축디스크 사이에 발생할 수 있는 슬립이 제거되며 마찰력이 증가되어 풀리의 회전 속도가 동반하여 상승한다.

결과적으로 풀리로부터 전달되는 동력의 크기가 엔진의 온도에 따라 변화되어 동력의 조절이 가능하다. 또한, 엔진의 온도가 높지 않을 때는 풀리의 회전 자체가 정지된 상태를 유지하여 불필요한 에너지 손실을 방지할 수 있다.

엔진의 온도가 상승하여 클러치 디스크와 구동축이 접촉하더라도 푸시로드는 전술한 바와 같이 디스크축과 베어링으로 접촉하므로 회전하지 않고 직선 왕복운동만 진행될 수 있다. 또한, 디스크 내장부와 지지케이스 역시 베어링으로 연결되어 풀리가 회전하는 경우에도 지지케이스 및 온도 조절기가 회전하지 않게 된다.

본 발명에 따른 클러치 일체형 풀리를 이용하여 차량용 냉각시스템에 동력 전달이 가능하다.

도 5를 참조하면, 클러치 일체형 풀리는 동력 전달부(T)에 해당하며 앞서 설명한 바와 같이 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와, 상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과, 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 연결되는 푸쉬로드를 포함한다.

엔진을 통해 발생되는 동력은 동력 전달부를 통해 냉각 시스템(C)의 풀리(210)에 전달될 수 있고, 냉각 시스템의 풀리에 선형적으로 장착되는 냉각팬(240)을 통해 라디에이터(미도시)를 순환하는 냉각수를 냉각할 수 있다.

이러한 냉각 시스템에서 냉각팬은 엔진의 온도 변화에 연동되어 풀리로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 차량의 엔진에 시동이 걸리면 엔진 구동축은 축디스크와 함께 공회전한다. 즉 구동축과 클러치 디스크는 이격된 상태를 유지하며, 따라서 풀리는 회전하지 않게 된다. 풀리로부터 동력을 전달받는 냉각 시스템은 작동하지 않게 된다. 엔진 온도가 상승하여 온도조절기의 길이가 늘어남에 따라 디스크축과 구동축이 접촉하게 되어 풀리에 회전력이 전달되면 이에 따라 냉각팬도 서서히 회전하게 되고 엔진 온도가 더 상승하면 냉각팬의 회전 속도도 증가한다. 엔진 온도가 떨어지게 되어 디스크축과 구동축의 접촉이 차단되면 풀리의 회전이 멈추게 되어 냉각팬도 정지한다.

이와 같이 엔진 온도에 연동하여 냉각 시스템에 동력을 전달함으로써 냉각 시스템의 구성 부품을 줄일 수 있고, 냉각 시스템의 구조를 단순화시키면서도 냉각 시스템의 구동을 엔진 온도에 따라 자동적으로 제어할 수 있다.

현재 상용 버스의 냉각장치 시스템의 경우 높은 가격, 수급의 어려움 등으로 인하여 국내 수요 상황에 대처하지 못하는 실정이다. 본 발명의 클러치 일체형 풀리 및 이를 이용한 냉각 시스템은 상용 버스용 냉각 시스템의 기술력을 확보하여 국가 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

특히 냉각장치 시스템에서 기어박스에 지속적으로 부가되는 부하를 낮추어 제품의 안정성을 높일 수 있고, 조립을 단순화시켜 제작 단가를 절감하며, 차량 부품 수명이 연장되고 부품 경량화 및 에너지 활용성 향상을 통한 연비 절감 등의 효과가 예상된다. 또한, 본 발명의 냉각 시스템은 상용 버스는 물론 트럭이나 화물차 등 대형 차량의 영역으로 확장이 가능하다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

110:풀리 115:디스크 내장부
120:구동축 122:축디스크
130:디스크축 132:클러치디스크
135:디스크축 접촉부 140:푸쉬 로드
145:로드 접촉부 150:온도조절장치
155:지지케이스 160:베어링
210:풀리 240:냉각팬

Claims (8)

1. 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와,
   상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과,
   엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와,
   일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 베어링으로 접촉하여 연결되는 푸쉬로드를 포함하며,
   상기 클러치 디스크는 풀리 내부에서 풀리 직경 방향으로 고정되어 있고 직경의 수직 방향으로 이동이 가능하며, 엔진이 구동하지 않을 때 상기 클러치 디스크는 엔진의 구동축과 이격된 제1상태로 유지되고, 엔진의 온도가 상승하여 온도조절기가 동작함에 따라 클러치 디스크와 구동축이 접촉하는 제2상태에서 상기 풀리가 회전하는 것을 특징으로 하는
   클러치 일체형 풀리.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 풀리 내부에는 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 디스크 내장부가 마련되어 있고, 이 디스크 내장부는 상기 디스크축이 내장되도록 후방으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 클러치 일체형 풀리.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 온도조절기를 지지하면서 푸쉬로드 및 디스크축을 커버하는 지지케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치 일체형 풀리.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 디스크 내장부와 지지케이스는 베어링으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 클러치 일체형 풀리.
   
6. 삭제
7. 구동 벨트가 감기는 외주면과 엔진의 구동축의 일단 및 클러치 디스크가 내장되는 풀리와, 상기 클러치 디스크에 연결되는 디스크축과, 엔진의 온도 변화에 따라 길이가 변화되는 온도조절기와, 일단이 상기 온도조절기에 결합되며 타단은 상기 디스크축과 베어링으로 접촉하여 연결되는 푸쉬로드를 포함하는 클러치 일체형 풀리와,
   상기 클러치 일체형 풀리로부터 동력을 전달받아 회전하는 냉각팬을 포함하며,
   엔진이 구동하지 않을 때 상기 클러치 디스크는 엔진의 구동축과 이격된 제1상태로 유지되고, 엔진의 온도가 상승하여 온도조절기가 동작함에 따라 클러치 디스크와 구동축이 접촉하는 제2상태에서 상기 풀리가 회전하는 것을 특징으로 하는
   차량용 냉각 시스템.
   
8. 삭제

Images