KR101575305B1 - 차량용 워터펌프의 동력전달장치 - Google Patents

차량용 워터펌프의 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 엔진의 운전 조건에 따라 워터펌프의 토출 용량을 조절함으로써, 임펠러의 고속 회전에 의한 펌프 캐비테이션(Pump Cavitation)의 예방 및 펌핑 손실을 최소화하고, 워밍업 시간을 단축시켜 배기가스의 배출량을 감소시키며, 연료 소비량을 줄일 수 있는 차량용 워터펌프의 동력전달장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 구동측 풀리(20; 크랭크축 풀리)와; 대외경부(26)와 소외경부(28)를 갖는 2단 풀리로서, 상기 구동측 풀리(20)와 이격 배치되는 피동측 풀리(22; 워터펌프측 풀리)와; 상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22) 사이에 배치되어 상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22)를 풀리비가 다르게 선택적으로 가변 연결하는 가변 연결기구(24)를 포함하여 이루어지는 차량용 워터펌프의 동력전달장치를 제공한다.

Description

차량용 워터펌프의 동력전달장치 {power transmission device of water pump for vehicles}
본 발명은 차량용 워터펌프의 동력전달장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전 조건에 따라 워터펌프의 토출 용량을 조절함으로써, 임펠러의 고속 회전에 의한 펌프 캐비테이션(Pump Cavitation)의 예방 및 펌핑 손실을 최소화할 수 있도록 한 차량용 워터펌프의 동력전달장치에 관한 것이다.
예컨대, 자동차 엔진의 냉각 시스템은 외부의 공기로 엔진을 직접 냉각시키는 공랭식과, 냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시켜 냉각하는 수냉식이 있는데, 주로 수냉식 냉각시스템을 적용하고 있다.
상기에서 본 발명이 관계하는 수냉식 냉각시스템은 실린더 블록과 실린더 헤드에 형성되어 있는 워터자켓에 냉각수를 순환시켜 냉각이 이루어지도록 하는 것으로서, 상기 냉각수의 열 에너지를 냉각팬의 회전에 의하여 방열이 이루어지는 라디에이터와, 상기 냉각수를 강제로 순환시키는 워터펌프, 엔진 내부의 온도 변화에 따라 밸브가 자동적으로 개폐하여 라디에이터로 흐르는 유량을 조절함으로써, 냉각수의 적정온도를 유지하는 서모스탯등을 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 이루어지는 냉각 시스템에 있어서, 냉각수의 흐름을 살펴보면, 도 1에서와 같이 엔진(2)을 순환하면서 가열된 냉각수는 서모스탯(4)을 통과하여 라디에이터(6)로 유입된다.
그러면 라디에이터(6)에서는 미도시한 냉각팬으로 유입되는 차가운 공기에 의하여 냉각되며, 상기 라디에이터(6)에서 냉각된 냉각수는 워터 펌프(8)에 의하여 엔진으로 다시 유입되어 엔진의 냉각작용을 하게 된다.
그리고 상기 엔진(2)에서 서모스탯(4)으로 공급되는 냉각수의 일부는 히터(10) 또는 스로틀 밸브의 온수 제공 및 터보 차저등의 냉각수 공급을 위한 기타 부품(12)으로 유입되어 난방 또는 냉각작용을 실시한 후에 다시 라디에이터(6)의 하류측을 통해 다시 엔진(2)측으로 유입되는 순환회로로 이루어진다.
상기에서 냉각수를 강제 순환시키는 워터펌프는 엔진이 구동되면 동시에 동작되면서 임펠러를 회전시키며, 임펠러의 회전(기계적인 에너지)에 의한 원심력에 의하여 냉각수에 운동 에너지를 공급하고, 발생된 운동 에너지를 펌핑실내에서 압력에너지로 변환하여 냉각수의 펌핑이 이루어지도록 하는 것이다.
그러나 상기와 같이 엔진의 구동과 동시에 워터펌프가 동작되면, 아이들링(Idling) 상태에서는 정상적으로 냉각수를 순환시키게 되지만 고속 회전시에는 워터 펌프의 과회전에 의하여 펌프 내부에 캐비테이션이 발생되고, 워터 펌프 베어링의 수명을 단축시키는 문제점을 내포하고 있다.
상기에서 캐비테이션이라고 함은 공동현상으로 냉각수의 압력 강하로 인하여 냉각수에 포함되어 있는 공기 및 다른 기체가 냉각수로부터 유리되어 생기는 것으로 소음 및 진동과 부식의 원인이 되어 재료에 치명적인 손상을 입히는 것을 말한다.
또한, 엔진의 구동과 동시에 냉각수가 공급됨으로써, 엔진의 워밍업 시간이 길어지고, 그에 따른 배기가스 배출량이 증대되며, 연료 소비가 많아진다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 운전 조건에 따라 워터펌프의 토출 용량을 조절함으로써, 임펠러의 고속 회전에 의한 펌프 캐비테이션(Pump Cavitation)의 예방 및 펌핑 손실을 최소화하고, 워밍업 시간을 단축시켜 배기가스의 배출량을 감소시키며, 연료 소비량을 줄일 수 있는 차량용 워터펌프의 동력전달장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 구동측 풀리(20; 크랭크축 풀리)와; 대외경부(26)와 소외경부(28)를 갖는 2단 풀리로서, 상기 구동측 풀리(20)와 이격 배치되는 피동측 풀리(22; 워터펌프측 풀리)와; 상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22) 사이에 배치되어 상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22)를 풀리비가 다르게 선택적으로 가변 연결하는 가변 연결기구(24)를 포함하여 이루어지는 차량용 워터펌프의 동력전달장치를 제공한다.
상기에서 가변 연결기구(24)는 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 대외경부(26)를 가변적으로 연결하는 제1 아이들링 풀리(30)와; 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 소외경부(28)를 가변적으로 연결하는 제2 아이들링 풀리(32)와; 상기 제1, 2 아이들링 풀리(30)(32)를 회전 가능하게 지지하면서 이들 상기 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)가 선택적으로 상기 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결할 수 있도록 하는 액튜에이터(34)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 제1 아이들링 풀리(30)는 풀리비가 작게 설정될 수 있도록 외경을 제2 아이들링 풀리(32) 보다 상대적으로 크게 형성함을 특징으로 한다.
상기에서 액튜에이터(34)는 양방향 유압(流壓) 실린더(36)로 이루어지되, 양측으로 돌출되어 진퇴 동작이 이루어지는 제1, 2 피스톤 로드(38)(40)의 단부에 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)가 회전 가능하게 장착됨을 특징으로 한다.
상기에서 양방향 유압 실린더(36)는 부압(負壓) 실린더로 형성하되, 양측의 제1,2 압력 쳄버(44)(46)는 제1, 2 관로(48)(50)를 통해 진공펌프와 연결되며, 상기 제1,2 관로(48)(50)상에는 엔진제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 제1,2 밸브(52)(54)가 배치됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명은 엔진 초기 구동시에는 상기 제1, 2 아이들링 풀리(30)(32)중 어느 것도 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결하지 않음으로써, 워터펌프의 작동이 정지되면서 워밍업 시간을 단축시켜 배기가스 배출을 줄이고, 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 저부하 구간에서는 풀리비가 작게 형성하는 제1 아이들링 풀리(20)가 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결하고, 고부하 구간에서는 풀리비를 크게 형성하는 제2 아이들링 풀리(22)가 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결함으로써, 운전 조건에 따라 워터펌프의 토출 용량을 조절함으로써, 임펠러의 고속 회전에 의한 펌프 캐비테이션(Pump Cavitation)의 예방 및 펌핑 손실을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 냉각수 순환 회로의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 동력전달장치의 일부 발췌 사시도.
도 3은 도 2의 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 동력전달장치의 정면도.
도 5는 본 발명에 적용되는 액튜에이터의 구성도.
도 6는 저부하 구간에서의 작동도.
도 7은 고부하 구간에서의 작동도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 2와 도 3은 본 발명에 의한 동력전달장치의 사시도 및 측면도로서, 본 발명의 동력전달장치는 구동측 풀리(20; 크랭크축 풀리)와 피동측 풀리(22: 워터펌프 풀리), 그리고 가변 연결기구(24)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세하게는 상기 구동측 풀리(20; 크랭크축 풀리)와 피동측 풀리(22: 워터펌프 풀리)는 상호 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되는데, 상기 피동측 풀리(22)는 대외경부(26)와 소외경부(28)를 갖는 2단 풀리로 이루어지며, 상기 구동측 풀리(20)는 상기 피동측 풀리(22)의 전체 폭을 수용할 수 있는 폭으로 두껍게 형성된다.
상기에서 피동측 풀리(20)를 대외경부(26)와 소외경부(28)를 갖는 2단 풀리로 형성한 것은 풀리비를 다르게 위한 것으로서, 상기 대외경부(26)는 저부하 구간에서 구동측 풀리(20)와 연결되면서 풀리비가 작은 상태에서 동력이 전달되도록 하기 위함이며, 상기 소외경부(28)는 고부하 구간에서 구동측 풀리(20)와 연결되면서 풀리비가 큰 상태에서 동력이 전달되도록 하기 위함이다.
그리고 상기 가변 연결기구(24)는 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)와 액튜에이터(34)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제1 아이들링 풀리(30)는 그 외경이 제2 아이들링 풀리(32) 보다 상대적으로 크게 형성하였으며, 상기 제1 아이들링 풀리(30)는 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 대외경부(26)를 가변적으로 연결하고, 상기 제2 아이들링 풀리(32)는 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 소외경부(28)를 가변적으로 연결한다.
또한, 상기 액튜에이터(34)는 도 5에서와 같이, 양방향 유압(流壓) 실린더(36)로 이루어지며, 이의 유압 실린더(36)의 양측으로 돌출되어 진퇴 동작이 이루어지는 제1, 2 피스톤 로드(38)(40)의 단부에 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)가 회전 가능하게 장착된다.
그리고 상기 유압 실린더(36)는 브라켓(42)에 의하여 엔진측에 고정되며, 양측 제1,2 압력 쳄버(44)(46)는 제1, 2 관로(48)(50)를 통해 진공펌프와 연결되며, 상기 제1,2 관로(48)(50)상에는 엔진제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 제1,2 밸브(52)(54)가 배치된다.
또한 상기 제1,2 압력 쳄버(44)(46)에는 코일 스프링으로 이루어지는 제1, 2리턴 스프링(56)(58)이 내장되어 상기 제1,2 피스톤 로드(38)(40)와 연결되어 있는 제1, 2 피스톤(60)(62)을 외측으로 밀어내는 탄발력을 발휘하게 된다.
이에 따라 제1 아이들링 풀리(30)측인 제1 압력 쳄버(44)에 부압이 작용하면, 이 부압에 의하여 제1 피스톤(60)이 이동하면서 제1 아이들링 풀리(30)를 상기 구동 및 피동측 풀리(20)(22)측으로 이동시켜 상호 연결하고, 상기 제2 아이들링 풀리(32)측 제2 압력 쳄버(46)에 부압이 작용하면, 이 부압에 의하여 제2 피스톤(62)이 이동하면서 제2 아이들링 풀리(32)를 상기 구동 및 피동측 풀리(20)(22)측으로 이동시켜 상호 연결하게 되는 것이다.
상기 구성에 의하여 엔진 구동 초기에는 조기 워밍업을 위하여 엔진을 냉각시킬 필요가 없게 되는 바, 도 4에서와 같이, 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)중 어느것도 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결하지 않는다.
이에 따라 워터펌프는 작동하지 않게 되므로 냉각수의 펌핑이 이루어지지 않음으로써, 엔진 초기 구동시 워밍업 시간을 단축시켜 배기가스 배출을 줄이고, 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 냉각수 용량이 크지 않은 통상의 운전 구간에서는 엔진제어유닛(ECU)에서 제1 아이들링 풀리(30)측 제1 밸브(52)를 제어하여 제1 압력 쳄버(44)에 부압이 작용하도록 한다.
그러면 부압에 의하여 제1 피스톤(60)이 이동하면서 제1 아이들링 풀리(30)를 상기 구동 및 피동측 풀리(20)(22)측으로 이동시켜 상호 연결되도록 함으로써, 풀리비가 작은 저부하 구간 펌핑이 이루어지게 되는 것이다.
그리고 상기와는 반대로 급가속등에 의하여 엔진에 열부하가 급격하게 증대외어 충분한 냉각수 필요한 경우에는 엔진제어유닛(ECU)에서 제2 아이들링 풀리(32)측 제2 밸브(54)를 제어하여 제2 압력 쳄버(46)에 부압이 작용하도록 한다.
그러면 부압에 의하여 제2 피스톤(62)이 이동하면서 제2 아이들링 풀리(32)를 상기 구동 및 피동측 풀리(20)(22)측으로 이동시켜 상호 연결되도록 함으로써, 풀리비가 큰 고부하 구간 펌핑이 이루어지게 되는 것이다.
즉, 엔진의 운전조건(열부하)에 따라 워터펌프의 토출 용량을 조절함으로써, 임펠러의 고속 회전에 의한 펌프 캐비테이션(Pump Cavitation)의 예방 및 펌핑 손실을 최소화할 수 있는 것이다.
상기에서 가변 연결기구(24)에 적용되는 액튜에이터(34)를 부압(負壓)에 의하여 작동하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 유압(油壓) 또는 공압(空壓) 실린더를 사용할 수 있으며, 또한 전기적인 방법(솔레노이드)등을 사용할 수 있음은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
20... 구동측 풀리 22... 피동측 풀리
24... 가변 연결기구 26... 대외경부
28... 소외경부 30,32... 제1,2 아이들링 풀리
34... 액튜에이터 36... 실린더
38,40... 제1,2 피스톤 로드 42... 브라켓
44,46... 제1,2 압력 쳄버 48,50... 제1,2 관로
52,54... 제1,2 밸브 56,58... 제1,2 리턴 스프링
60,62... 제1,2 피스톤

Claims (5)

  1. 구동측 풀리(20; 크랭크축 풀리)와;
    대외경부(26)와 소외경부(28)를 갖는 2단 풀리로서, 상기 구동측 풀리(20)와 이격 배치되는 피동측 풀리(22; 워터펌프측 풀리)와;
    상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22) 사이에 배치되어 상기 구동측 풀리(20)와 피동축 풀리(22)를 풀리비가 다르게 선택적으로 가변 연결하는 가변 연결기구(24);를 포함하며,
    상기 가변 연결기구(24)는, 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 대외경부(26)를 가변적으로 연결하는 제1 아이들링 풀리(30)와, 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)의 소외경부(28)를 가변적으로 연결하는 제2 아이들링 풀리(32)와, 상기 제1, 2 아이들링 풀리(30)(32)를 회전 가능하게 지지하면서 이들 상기 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)가 선택적으로 상기 구동측 풀리(20)와 피동측 풀리(22)를 연결할 수 있도록 하는 액튜에이터(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터펌프의 동력전달장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 제1 아이들링 풀리(30)는 풀리비가 작게 설정될 수 있도록 외경을 제2 아이들링 풀리(32) 보다 상대적으로 크게 형성함을 특징으로 하는 차량용 워터펌프의 동력전달장치.
  4. 제1항에 있어서, 액튜에이터(34)는 양방향 유압(流壓) 실린더(36)로 이루어지되, 양측으로 돌출되어 진퇴 동작이 이루어지는 제1, 2 피스톤 로드(38)(40)의 단부에 제1,2 아이들링 풀리(30)(32)가 회전 가능하게 장착됨을 특징으로 하는 차량용 워터펌프의 동력전달장치.
  5. 제4항에 있어서, 양방향 유압 실린더(36)는 부압(負壓) 실린더로 형성하되, 양측의 제1,2 압력 쳄버(44)(46)는 제1, 2 관로(48)(50)를 통해 진공펌프와 연결되며, 상기 제1,2 관로(48)(50)상에는 엔진제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 제1,2 밸브(52)(54)가 배치됨을 특징으로 하는 차량용 워터펌프의 동력전달장치.
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JP2010156307A (ja) 2009-01-05 2010-07-15 Toyota Motor Corp 内燃機関

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