KR101705149B1

KR101705149B1 - 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치

Info

Publication number: KR101705149B1
Application number: KR1020110071721A
Authority: KR
Inventors: 김효태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR20130010932A

Abstract

본 발명은 자동차용 진공펌프 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공탱크로부터 진공펌프로 유입시킨 공기를 종래와 같이 배출구를 통하여 배출시키는 대신에 이 공기를 다시 진공탱크에 설치된 엑츄에이터에 공급하고, 공기를 공급시킨 엑츄에이터가 진공탱크 내부에 설치된 격벽을 진공탱크의 일측 벽 방향으로 이동시켜 진공탱크 내부의 진공 영역의 부피를 확장시킴으로써 진공탱크 내부의 진공력을 신속하게 확보할 수 있는 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치에 관한 것이다.

Description

가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치{Apparatus for a vacuum pump use for a car having the variable type vacuum tank}

일반적으로, 가솔린 엔진이 장착된 자동차의 브레이크 시스템은 엔진의 인테이크 매니폴드에서 발생하는 진공력을 이용한 배력장치가 적용되며, 디젤 엔진이 장착된 자동차의 브레이크 시스템은 진공펌프를 이용하는 배력장치가 적용된다.

이중 디젤 엔진이 장착된 자동차의 브레이크 시스템에 이용되는 진공펌프는 주로 캠축의 후단부나 보기류 벨트로써 구동되는 알터네이터(발전기)의 후단부에 장착된다.

도 1 은 자동차의 일반적인 진공펌프 장치의 구성을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 진공펌프(2)는 타원형의 하우징(23) 내부에 일정한 크기의 직경을 가지는 로터(21)가 상기 하우징(23)의 중심에 대하여 일측으로 편심된 상태로 설치되고, 상기 로터(21)의 외주에는 통상적으로 다수개의 베인(vane)(22)이 형성된다.

상기 로터(21)는 자동차의 캠축과 연동되게 설치되며, 엔진 구동시 캠축의 회전과 함께 연동하여 구동된다.

그리고, 상기 하우징(23)에는 외부의 진공탱크(1)로부터의 공기를 하우징(23)으로 흡입하는 흡입구(24)가 형성되며, 흡입구(24)와 진공탱크(1)는 흡입라인(11)에 의하여 연결된다.

또한, 상기 하우징(23)에는 상기 진공탱크(1)로부터 흡입된 공기를 하우징(23) 외부로 배출하는 토출구(25)가 형성된다.

이때, 상기 진공펌프(2)에 의하여 진공탱크(1)에 형성되는 진공력은 진공탱크(1)와 연결된 진공공급라인(31)을 통하여 자동차의 브레이크(미도시)를 동작시키는 부스터(3)로 송출되게 된다.

상기와 같이 이루어진 진공펌프 장치의 작동을 도 2a 내지 2c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같은 초기 상태에서 자동차의 엔진이 구동되면, 도 2a 에 도시된 바와 같이, 캠축(미도시)과 연결된 편심된 상태의 로터(21)가 회전함에 따라서 로터(21)에 형성된 베인(22)도 회전운동을 개시한다.

그리고, 하우징(23)의 흡입구(24)가 개방되면서 흡입라인(11)을 통하여 진공탱크(1)로부터 공기가 흡입구(24)로 유입된다. 편의상, 진공펌프(2)의 내부로 유입된 공기의 부피분을 명암 부분으로 도시하였다.

이어서, 도 2b 에 도시된 바와 같이 캠축과 연동된 로터(21)가 회전을 계속하고 이 과정에서 흡입구(24)를 통한 진공탱크(1)로부터의 공기의 유입이 계속된다.

그리고, 로터(21)의 베인(22)이 배출구(25)의 하단 부분까지 근접할 정도로 회전되면, 진공펌프(2) 내부의 공기량이 설정된 최대치에 도달하게 되며, 이 상태에서 흡입구(24)가 차단되면서 진공탱크(1)로부터의 공기가 더 이상 유입되지 않게 된다.

이때, 진공탱크(1)는 내부의 공기를 진공펌프(2)로 모두 배출하였으므로 진공상태를 이루게 되며, 진공탱크(1)에 형성된 진공력은 진공공급라인(31)을 통하여 자동차의 브레이크(미도시)를 동작시키는 부스터(3)로 송출된다.

다음으로, 로터(21)의 회전이 계속되면서 베인(22)의 위치가 토출구(25)의 상단 부분에 이르게 되면, 도 2c 에 도시된 바와 같이 토출구(25)가 개방되면서 진공펌프(2)의 내부의 공기가 토출구(25)를 통하여 진공펌프(2)의 하우징(23) 외부로 토출된다.

이러한 진공펌프(2)의 작동은 엔진의 작동이 지속되는 동안에는 상술한 일련의 싸이클을 가지고 반복 작동하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 자동차용 진공펌프 장치는 엔진이 시동되어 진공펌프(2)의 로터(21)의 회전에 따라 진공탱크(1) 내부가 일정한 수준의 진공이 형성되기 전까지는, 부스터(3)가 필요로하는 브레이크 계통을 작동시킬 만한 충분한 진공력이 형성되지 않기 때문에, 엔진의 시동 초기에 운전자는 브레이크의 작동이 다소 무거움을 느낄수 있었으며, 차종에 따라서는 일정한 수준의 진공이 형성되기 전까지 차량의 운행이 원활하지 못한 단점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 자동차용 진공펌프 장치는 엔진의 시동 초기에도 브레이크 계통을 양호하게 작동시킬 수 있는 충분한 진공력을 제공하여 차량의 원활한 운행을 도모하기 위한 자동차용 진공펌프 장치의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치는, 진공탱크로부터 진공펌프로 유입시킨 공기를 종래와 같이 배출구를 통하여 배출시키는 대신에 이 공기를 다시 진공탱크에 설치된 엑츄에이터에 공급하고, 공기를 공급시킨 엑츄에이터가 진공탱크 내부에 설치된 격벽을 진공탱크의 일측 벽 방향으로 이동시켜 진공탱크 내부의 진공 영역의 부피를 확장시킴으로써 진공탱크 내부의 진공력을 신속하게 확보할 수 있도록 하는 자동차용 진공펌프의 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치는 진공펌프로부터 공기를 리턴받아 진공탱크 내부의 진공영역을 확장시켜 진공탱크 내부의 진공력을 신속하게 확보함으로써, 자동차의 시동 초기에 브레이크계통의 조기 제어가 가능한 효과가 있으며, 이로 말미암아 차량의 운행 능력을 보다 제고시킨 효과가 있다.

또한, 종래 토출구를 통하여 외부로 방출시키기만 하였던 공기를 재활용함으로써 진공펌프 장치의 에너지 효율성을 전체적으로 향상시킨 효과가 있는 매우 진보한 발명인 것이다.

도 1 은 종래의 자동차용 진공펌프 장치의 구성도,
도 2a 내지 도 2c 는 종래의 자동차용 진공펌프 장치의 작동상태도,
도 3 은 본 발명 자동차용 진공펌프 장치의 구성도,
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명 자동차용 진공펌프 장치의 작동상태도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치의 구성 및 작동을 상세하게 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3 은 본 발명 자동차용 진공펌프 장치의 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명 자동차용 진공펌프 장치는 크게 나누어 진공탱크(100)와 진공펌프(200)로 이루어진다.

먼저, 본 발명의 진공펌프(200)의 구성은 전술한 종래의 그것과 크게 차이가 없는 구성이다.

즉, 본 발명의 진공펌프(200)는 타원형의 하우징(230) 내부에 일정한 크기의 직경을 가지는 로터(210)가 상기 하우징(230)의 중심에 대하여 일측으로 편심된 상태로 설치되고, 상기 로터(210)의 외주에는 다수개의 베인(vane)(220)들이 형성된다.

이때, 상기 로터(210)는 자동차의 캠축과 연동되게 설치되며, 엔진 구동시 캠축의 회전과 함께 연동하여 구동된다.

그리고, 상기 하우징(230)에는 외부에 설치된 진공탱크(100)로부터의 공기를 진공펌프(200)의 내부 공간으로 흡입하는 흡입구(240)가 형성되며, 상기 흡입구(240)와 상기 진공탱크(100)와는 흡입라인(110)에 의하여 상호 연결된다.

또한, 상기 하우징(230)에는 상기 진공탱크(100)로부터 흡입한 공기를 다시 진공탱크(100)에 설치된 액츄에이터(140)로 배출시키는 토출구(250)가 형성된다. 상기 토출구(250)와 상기 액츄에이터(140)와는 토출라인(120)에 의하여 상호 연결된다.

또한, 상기 진공펌프(200)에 의하여 진공탱크(100)에 형성되는 진공력은 상기 진공탱크(100)와 연결된 진공공급라인(31)을 통하여 자동차의 브레이크(미도시)를 동작시키는 부스터(3)로 송출되게 된다. 그리고, 상기 부스터(3) 및 진공공급라인(31)는 전술한 도 1 을 통하여 설명한 종래의 그것들과 그 기능이 동일하므로, 상호 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

다음으로, 본 발명의 진공탱크(100)의 구성을 설명한다.

본 발명 진공탱크(100)는 종래와 같이 공기를 상기 진공펌프(200)로 공급할 뿐만 아니라, 진공펌프(200)로 공급한 공기를 다시 공급받아 진공탱크(100)에 설치된 엑츄에이터(140)를 작동시키고, 작동되는 엑츄에이터(140)에 의하여 이동하는 격벽(150)이 진공탱크(100) 내부의 진공 영역을 확장할 수 있도록 구성된 것이다.

이를 위하여 본 발명 진공탱크(100)는 종래와 같이 내부가 빈 공간부를 가진 하우징(130)을 가지고 있으며, 상기 하우징(140)의 내부 또는 외부에 엑츄에이터(actuator)(140)가 설치된다.

상기 엑츄에이터(140)는 상기 진공펌프(200)로부터 제공되는 공기에 의하여 작동될 수 있는 공지된 모든 종류의 액츄에이터가 채용가능하며, 본 발명 실시예에서는 상기 액츄에이터(140)로서 에어실린더(air cylinder)가 적용된다.

상기 진공탱크(100)의 내부 공간에는 격벽(150)이 설치된다. 상기 격벽(150)은 상기 진공탱크(100)의 내부 공간을 종방향 또는 횡방향으로 분할시킬 수 있도록 설치되며, 격벽(150)에 의하여 분할된 공간들 상호간에 공기가 서로 유동되지 않도록 차폐하는 기능을 한다.

이를 위하여, 본 발명 실시예의 격벽(150)은 도 4c 에 도시된 바와 같이 격벽(150)의 양단 부분을 밀폐시키는 차폐부재(151)가 구비되는 것이 바람직하며, 차폐부재(151)로서는 공지의 밀폐용 링(ring) 등이 채용될 수 있다.

이때, 상기 격벽(150)은 상기 엑츄에이터(140)가 제공하는 구동력에 의하여 상기 진공탱크(100)의 내부 공간에서 일정한 방향으로 이동가능하게 설치되며, 이렇게 이동되는 격벽(150)의 이동에 의하여 진공탱크(100) 내부의 진공 영역의 부피가 변동될 수 있다.

이를 위하여, 상기 엑츄에이터(140)는 상기 격벽(150)을 일정한 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 격벽(150)에 미는 힘이나 끄는 힘을 가하는 암(141)이 부설된다.

또한, 진공탱크(100)의 진공 영역이 최대치에 이르면, 상기 엑츄에이터(140)로 공급되는 공기를 진공탱크(100) 외부로 배출시키기 위하여 상기 엑츄에이터(140)에 측관(bypass)(160)이 설치된다.

한편, 미설명부호 131 은 상기 격벽(150)에 의하여 분할된 공간중 대기압을 가진 공기가 존재하는 공간에 연결된 배출구(131)이다.

그리고, 상기 진공탱크(100)에는 진공탱크(100) 내부의 공기를 상기 진공펌프(200)로 공급하는 흡입라인(110)과 상기 진공펌프(200)로부터 공기를 다시 제공받아 상기 엑츄에이터(140)로 공급하는 토출라인(120)이 설치됨은 전술한 바 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 자동차용 진공펌프 장치의 작동을 설명한다.

도 4a 내지 4c 는 본 발명 자동차용 진공펌프 장치의 작동상태도이다.

먼저, 도 3 에 도시된 바와 같은 초기 상태에서 자동차의 엔진이 구동되면, 도 4a 에 도시된 바와 같이, 진공펌프(200)에서 캠축(미도시)과 연결된 편심된 상태의 로터(210)가 회전함에 따라서 로터(210)에 형성된 베인(220)도 회전운동을 개시한다.

그리고, 상기 진공펌프(200)의 하우징(230)의 흡입구(240)가 개방되면서 흡입라인(110)을 통하여 진공탱크(100)로부터 공기가 흡입구(240)로 유입된다. 편의상 진공펌프(2)의 내부로 유입된 공기의 부피분을 명암 부분으로 도시한 것은 도 1 및 2 를 통하여 전술한 바와 같다.

이어서, 도 4b 에 도시된 바와 같이 캠축과 연동된 로터(210)가 회전을 계속하고 이 과정에서 흡입구(240)를 통한 진공탱크(100)로부터의 공기의 유입이 계속된다.

그리고, 로터(210)의 베인(220)이 배출구(250)의 하단 부분까지 근접할 정도로 회전되면, 진공펌프(200) 내부의 공기량이 설정된 최대치에 도달하게 되며, 이 상태에서 흡입구(240)가 차단되면서 진공탱크(100)로부터의 공기가 더 이상 유입되지 않게 된다.

다음으로, 도 4c 에 도시된 바와 같이 로터(210)의 회전이 계속되면서 베인(220)의 위치가 토출구(250)의 상단 부분에 이르게 되면, 토출구(250)가 개방되면서 진공펌프(200)의 내부의 공기가 토출구(250)를 통하여 배출되어 토출라인(120)을 경유하여 진공탱크(100)로 리턴되면서 엑츄에이터(140)로 공급되고, 엑츄에이터(140)는 공급된 공기에 의하여 암(141)이 구동되면서, 구동된 암(141)에 의하여 격벽(150)이 진공탱크(100)의 내부 공간에서 진공탱크(100)의 일측 벽면을 향하여 이동한다.

본 발명 실시예에서는 상기 엑츄에이터(140)가 상기 진공탱크(100)의 내부 공간에 설치되고, 엑츄에이터(140)에 구비된 암(141)이 상기 격벽(150)을 엑츄에이터(140)와 대향된 진공탱크(100)의 일측 벽면 방향으로 이동시킨다.

그러면, 진공탱크(100)의 내부는 격벽(150)의 이동에 의하여 진공 탱크(100) 내부 공간의 진공 영역이 확장되게 됨으로써, 진공탱크(100) 내부의 진공력이 종래보다 더욱 신속하게 확보될 수 있다.

이를 열역학적으로 해석하면, 종래의 진공탱크의 구성이 열역학의 압력과 부피에 관한 공식 pv = mRT 상에서 m 을 감소시켜 p 의 값을 낮추어 진공상태를 조성하는 구조로 되어 있는 반면, 본 발명 진공탱크(100)의 구성은 pv = mRT 상에서 종래와 같이 m 을 감소시킬 뿐만 아니라, 격벽(150)의 이동에 의하여 진공탱크(100) 내부의 진공 영역을 확장시켜 v 를 증가시킴으로써, 종국적으로 p 의 값을 더욱 낮추어 보다 신속하게 진공상태를 조성하게 되는 것이다.

(범례: pv = mRT 에서, p; 압력, v; 부피, m; 단위질량, R; 기체 상수, T; 온도)

한편, 이러한 상기와 같이 격벽(150)의 이동되면서 진공탱크(100) 내부에 남아있던 공기는 배출구(131)를 통하여 진공탱크(100) 외부로 배출되며, 최대진공영역에 이르렀을 경우 상기 진공펌프(200)로부터 엑츄에이터(140)로 공급되는 공기는 측관(160)을 통하여 진공탱크(100) 외부로 배출된다.

그리고, 이렇게 이동되는 격벽(150)에 의하여 조성된 진공탱크(100)에 형성된 진공력은 진공공급라인(31)을 통하여 자동차의 브레이크(미도시)를 동작시키는 부스터(3)로 송출된다.

한편, 상기 진공펌프(200)로부터 엑츄에이터(140)로 제공되는 공기가 모두 소진되면 엑츄에이터(140)의 암(141)이 격벽(150)을 끌어당기면서 진공영역이 다시 감소되면서 외부로부터 진공탱크(100) 내부로 새로운 공기가 유동되어 엔진의 작동이 지속되는 동안에는 상술한 도 4a 내지 4c 의 과정을 반복하여 작동하게 된다.

이상의 설명에서 본 발명의 가변형 진공탱크를 가진 자동차용 진공펌프 장치의 구성 및 작동을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100; 진공탱크
110; 흡입라인
120; 토출라인
130; 하우징
131; 배출구
140; 액츄에이터
141; 암
150; 격벽
151; 차폐부재
160; 측관
200; 진공펌프
210; 로터
220; 베인
230; 하우징
240; 흡입구
250; 토출구

Claims

진공탱크(100)와 진공펌프(200)로 이루어진 자동차용 진공펌프 장치에 있어서,
상기 진공탱크(100)는,
하우징(130); 상기 하우징(130)의 내부 또는 외부에 설치된 엑츄에이터(140); 상기 진공탱크(100)의 내부 공간을 종방향 또는 횡방향으로 분할시킬 수 있도록 설치되며 상기 엑츄에이터(140)가 제공하는 구동력에 의하여 상기 진공탱크(100)의 내부 공간에서 일정한 방향으로 이동 가능한 격벽(150); 상기 진공탱크(100) 내부의 공기를 상기 진공펌프(200)로 공급하는 흡입라인(110); 상기 진공펌프(200)로 공급한 공기를 상기 엑츄에이터(140)에 제공하는 토출라인(120); 상기 엑츄에이터(140)로 공급되는 공기를 진공탱크(100) 외부로 배출시키는 측관(160); 을 포함하여 구성되고,
상기 진공펌프(200)는,
하우징(230); 상기 하우징(230) 내부에서 설치되어 자동차의 캠축과 연동하여 회전하는 로터(210); 상기 로터(210)의 외주에 형성된 다수개의 베인(220); 상기 진공탱크(100)로부터 공기를 흡입하는 흡입구(240); 상기 진공탱크(100)로부터 흡입한 공기를 상기 진공탱크(100)에 설치된 액츄에이터(140)로 배출시키는 토출구(250); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엑츄에이터(140)는 에어실린더인 것을 특징으로 하는 자동차용 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 격벽(150)은 격벽(150)에 의하여 분할된 공간들 상호간에 공기가 서로 유동되지 않도록 격벽(150)의 양단 부분에 차폐부재(151)가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차용 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엑츄에이터(140)는 상기 격벽(150)을 일정한 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 격벽(150)에 미는 힘이나 끄는 힘을 가하는 암(141)이 부설되는 것을 특징으로 하는 자동차용 진공펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징(130)에 상기 격벽(150)에 의하여 분할된 공간의 공기를 진공탱크(100)의 외부로 배출시키는 배출구(131)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 진공펌프 장치.