KR102104849B1

KR102104849B1 - 자동차용 자동공기주입노즐장치

Info

Publication number: KR102104849B1
Application number: KR1020190143510A
Authority: KR
Inventors: 이승범; 장근진
Original assignee: 이승범
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-05-29

Abstract

본 발명은 자동차용 자동공기주입노즐장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 대기 공기를 실린더 내부로 유입하는 밸브 내부에 운전자가 설정하고자 하는 타이어 내부 공기압(설정 공기압)을 제어하는 위한 장치를 구비하는 자동차용 자동공기주입노즐장치가 개시된다.
본 발명에 따른 자동공기주입노즐장치에서는 대기공기를 유입하는 대기 유입밸브와 공기압 조절부를 동일한 방향에 설치함으로써 타이어 회전에 따라 공기압 조절부에 가해지는 압력을 최소화할 수 있게 되었다. 또한 유입밸브 내부 공간에 공기압 조절을 하는 부품을 구비함으로써 설치가 용이하게 되었다.

Description

자동차용 자동공기주입노즐장치{AUTOMATIC TIRE INFALTION NOZZLE APPARATUS}

본 발명은 자동차용 자동공기주입노즐장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 달리는 자동차의 타이어가 바닥과 접촉할 때 형상이 변형될 때 피스톤을 작동시켜 차량 타이어의 공기압을 정격 공기압으로 지속적으로 유지시킬 수 있는 자동차용 자동공기주입노즐장치에 관한 것이다.

일반적으로 중앙 타이어 팽창 장치(central tire inflation systems)(이하, CTIS라 칭함)는 차량의 정지 및/또는 운전중에 통상 차량 내에서 탑재된 압력유체원(통상, 차량 에어 브레이크 압축기 또는 저장탱크)을 사용해서 하나 이상의 타이어 팽창압력을 원격제어할 수 있는 것으로, 차량이 정지되어 있을 때와 동일하게 움직이고 있을 때에도 차량(통상적으로 트럭)의 공기 시스템에서 하나 또는 다수의 타이어의 공기압을 운전자가 원격식으로 수동 및/또는 자동적으로 변화 및/또는 유지할 수 있도록 한 장치이다.

차량의 휠 일부를 형성하는 타이어를 팽창시키고 수축시키기 위해 휠 밸브는 보통 휠의 림(rim) 또는 허브(hub)에 위치되어, 휠 림 주위에 위치한 타이어를 선택적으로 팽창시키고 수축시키기 위해 사용된다. 휠 밸브를 통해 타이어의 내부로 또는 외부로 공기가 흘러 타이어 내부의 공기압을 증가시키거나 감소시킬 수 있으며 각각의 휠 및 전반적인 차량의 승차감 및 동력성능 등의 특성을 변경할 수 있다.

도 1은 차량 하부에 설치된 에어 탱크를 사용하는 종래 CTIS 구성도이다. CTIS는 에어 컴프레셔(110)에 의해 생성된 고압의 공기압을 에어탱크(150)에 저장하고 있다가 속도 센서(130)에 의해 센싱된 속도에 따라 자동 또는 수동으로 컨트롤러(120)를 제어하여 매니폴드(140, manifold)를 이용하여 공기압을 분배 공급하고, 휠 밸브(100)를 통해 각각의 휠(200)에 공급하는 시스템이다. 그런데 이러한 CTIS 구성은 차량에 컴프레셔(110)를 설치하여야 하는 등 장착하여야 하는 장비가 많아 장착 비용이 증가하고 자동차 무게가 증가하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 특허문헌 1에서는 차량이 달릴 때 바닥과 접촉되는 타이어의 형상이 변형되면서 찌글어질 때 펌프를 작동시켜 공기를 자동으로 주입하는 자동차 타이어 자동공기주입장치가 제공되었다. 휠 외주면의 대칭되는 위치에 두 개의 펌프를 설치하고 펌프에 의해 유입된 공기가 타이어가 들어가도록 하는 방식인데 별도의 펌프를 설치하여야 하고 구조상 작동이 되지 않는 문제점이 있었다. 나아가 특허문헌 1에 제시된 방식은 타이어에 공기압이 상당히 감소된 경우에만 작동되는 방식이므로 타이어의 공기압을 일정한 압력으로 유지하지 못하는 방식이었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본원 발명자 중 일 인은 아래 특허문헌 2(한국공개특허 제10-2015-0088165호)를 제안한 바 있다. 특허문헌 2에서는 공기압 조절부가 구비되며 나사 결합방식으로 밸브 본체와 체결되도록 구현하였으나 실제 제작해 보니 이에 구비되는 홀 직경이 너무 작아서 용접으로 밸브 본체와 결합시킬 수밖에 없었다. 그런데 본원 발명자가 용접으로 제작한 시제품의 경우 공기압 조절부가 제2 일방향 공기유입부와 수직방향으로 설치되어서 타이어 회전시마다 상당한 압력이 가해지게 되어 용접이 시간이 지남에 따라 부서져서 공기압 누설이 발생되는 문제가 있었다. 또한, 특허문헌 2에 제안된 일방향 공기유입부의 경우 로드가 정확하게 수직 방향으로 왕복 운동을 하여야 하나 좌우로 비틀림이 발생하여 공기압 누설이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

1: 대한민국공개특허 제10-2007-0040991호 (2007.04.18. 공개) 2. 대한민국공개특허 제10-2015-0088165호 (2015.07.31. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 것으로서, 별도의 에어 탱크, 에어 컴프레셔와 같은 복잡한 공기압 제공 장치를 사용함이 없이 종래 자동차 휠에 장착된 공기 주입 노즐만을 대체하여 자동공기주입노즐장치로 교체하는 간단한 변경으로 타이어 공기압을 정격 공기압으로 유지할 수 있는 자동공기주입노즐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 종래 자동공기주입노즐의 문제점을 해결하고자 제작이 용이하고 설치가 간편한 공기압 조절부를 구비하는 자동공기주입노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 림(rim)에 형성된 관통홀에 삽입 설치되어 타이어 내 공기압을 설정된 설정 공기압으로 일정하게 유지시키는 자동차용 자동공기주입노즐장치에 있어서, 측면에 체크밸브체결홀을 구비하며 제1내경의 속이 빈 원통형으로 형성되는 메인실린더몸체상부와, 해당 메인실린더몸체상부의 하부와 연이어 단차면을 가지도록 형성되며 제2내경을 갖는 속이 빈 원통형의 메인실린더몸체하부와 해당 메인실린더몸체상부의 상부에서 나사 체결되며, 수직 중심으로부터 제1반경 이격된 위치에 형성되는 복수개 제2실린더캡수직홀을 구비하는 메인실린더캡과, 중앙에 관통홀을 구비하고 상기 메인실린더몸체하부와 나사 체결되는 메인실린더커버를 포함하는 메인실린더와, 해당 메인실린더몸체하부의 내벽에서 상하 운동하는 피스톤과, 상부는 피스톤과 결합되며 메인실린터커버에 형성된 관통홀을 통해 메인실린더 하부로 돌출되는 메인푸시로드와, 메인푸시로드 하부에 결합되는 메인실린더볼과, 상부가 메인실린더캡 하부에서 나사 체결되며 제3내경과 제3외경을 갖는 속이 빈 원통 형상을 가지며, 측면에는 복수 개 서브실린더공기관통홀이 구비되며 상기 메인실린더몸체상부 높이보다 낮은 높이를 갖는 서브실린더와, 서브실린더 외경과 상기 메인실린더몸체상부 내면 사이에 형성되는 공간 내에서 상하강하면서 상기 체크밸브체결홀 및 상기 제2실린더캡수직홀을 선택적으로 개폐하는 서브피스톤 및 체크볼트체결홀에 체결되는 체크볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치에 의해서 달성 가능하다.

바람직하게는 상기 메인실린더캡에는 중앙에 제1직경을 갖는 제1실린더캡수직홀이 더 구비되고, 제1외경을 갖는 원통형 봉 형상을 갖는 로드몸체부와, 로드몸체부 하단과 연이어 형성되며 상기 제1외경보다 큰 제2외경을 갖는 로드하부머리부를 가지며 상기 로드몸체부 일부 상부는 제1실린더캡수직홀을 통해 상측으로 돌출되면서 상기 서브실린더 내부 공간에 구비되는 서브로드와, 서브로드 외경과 상기 서브실린더 사이에 삽입 설치되는 서브로드스프링 및 제1실린더캡수직홀 상부에 돌출된 상기 로드몸체부 일부 상부에 나사 체결되는 서브로드캡을 더 구비하는 것이 좋다.

바람직하게는 서브피스톤은 h1 높이를 가지며 수직 중심선으로부터 제2반경의 빈 공간을 형성하는 서브피스톤몸체내부구성편 및 h4 높이를 가지며 서브피스톤몸체내부구성편의 외주면을 따라 연이어 외측으로 수직 중심선으로부터 제3반경까지 형성되는 서브피스톤몸체외부구성편을 포함하도록 구성되며, 서브피스톤몸체내부구성편의 상면에는 서브피스톤몸체외부구성편의 높이 차이로 인한 경사단차면이 구비되고, 서브피스톤몸체외부구성편에는 수직 중심선으로부터 제1반경을 따라 상호 이격된 각도로 형성되는 복수 개 서브피스톤공기관통홀을 포함하는 것이 좋다.

바람직하게는 상기 메인실린더커버와 상기 메인실린더볼 사이 공간에서 상기 메인푸시로드 외주면에 설치되는 메인스프링을 더 구비하는 것이 좋다.

바람직하게는 체크밸브체결홀은 상기 메인실린더의 단차면으로부터 상기 h1 보다 낮은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하고, 서브실린터공기관통홀은 상기 상기 메인실린더의 단차면으로부터 상기 h1 보다 높은 위치에 형성되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 자동공기주입노즐장치는 종래 자동차 휠에 장착된 공기 주입노즐을 제거하고 해당 위치에 본 발명의 자동공기주입노즐을 설치하는 간단한 변형으로 자동차 공기압을 항상 일정한 공기압으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 이러한 간단한 구조로 인하여 차량용 타이어를 교체할 수 있는 장치가 구비된 타이어 장착점이나 자동차 정비업소에서 손쉽게 장착할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동공기주입노즐장치는 부피가 작고 무게도 가볍기 때문에 차량의 무게를 증가시키지 않으면서 타이어 공기압을 항상 일정한 값으로 유지할 수 있어 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 자동차 회사에 따르면 차량의 연비를 휘발류 1리터당 1km 향상시키기 위해서 투자되어야 하는 돈은 대략 4,000억으로 추정하고 있는데 본 발명에 따른 자동공기주입노즐장치는 타이어 공기압을 항상 일정하게 유지할 수 있으므로 상당한 경제적인 효과를 가져 오는 것이라 할 수 있다.

본 발명에 따른 자동공기주입노즐장치에서는 대기공기를 유입하는 대기 유입밸브와 공기압 조절부를 동일한 방향에 설치함으로써 타이어 회전에 따라 공기압 조절부에 가해지는 압력을 최소화할 수 있게 되었다. 또한 유입밸브 내부 공간에 공기압 조절을 하는 부품을 구비함으로써 설치가 용이하게 되었다.

도 1은 차량 하부에 설치된 에어 탱크를 사용하는 종래 CTIS 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 결합도.
도 3은 도 2의 A-A' 방향 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 분해도.
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 메인실린더몸체부에 대한 평면도, 정면도 및 D-D 방향 절단면도.
도 6은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 메인실린더캡에 대한 평면도, 정면도 및 E-E 방향 절단면도.
도 7은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 서브실린더에 대한 정면도 및 F-F 방향 절단면도.
도 8은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 서브피스톤에 대한 평면도, 정면도 및 I-I 방향 절단면도.
도 9는 대기 공기가 메인실린더몸체부로 유입되는 동작을 설명하는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작 설명도.
도 10은 메인실린더몸체부로 유입된 공기가 타이어로 유출되는 동작을 설명하는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작 설명도.
도 11은 메인실린더몸체부로 유입된 공기가 대기로 유출되는 동작을 설명하는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작 설명도.
도 12는 메인실린더캡 하면에 서브피스톤 상면이 밀착된 상태의 평면도 및 단면도.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 결합도, 도 3은 도 2의 A-A' 방향 단면도 및 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 분해도이다. 도 2 내지 도 4를 이용하여 자동차용 자동공기주입노즐장치의 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 자동차용 자동공기주입노즐장치는 차량 림(200)에 형성된 관통홀(미 도시)에 삽입되어 림(200)과 타이어(300)로 둘러싸인 사이 공간 내에 설치된다.

메인실린더본체부(111) 상단은 메인실린더캡와 나사 체결되며 하단은 메인실린더커버가 나사 체결되어 내부 공간이 기밀 상태를 유지하게 된다. 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 메인실린더몸체부에 대한 평면도, 정면도 및 D-D 방향 절단면도이다. 도 5(a)는 메인실린더몸체부의 평면도이며, (b)는 정면도이며, (c)는 D-D 방향 절단면도이다. 메인실린더몸체부(11)는 상부 영역에 내부 직경 φ11a(이하, 제1내경)를 갖는 메인실린더몸체상부(11a)와 이와 연이어서 제1내경보다 큰 내부 직경 φ11b(이하, 제2내경)를 갖는 메인실린더몸체하부(11b)로 구성된다. 메인실린더몸체상부(11a)와 메인실린더몸체하부(11b)의 직경 차이로 인하여 연결부위에는 단차면(11e)가 형성된다. 메인실린더몸체상부(11a)에는 체크밸크체결홀(11c)이 구비되며, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 내부 직경 φ11a(이하, 제1내경)을 형성하는 내면의 수직 방향을 따라 일정한 깊이의 가이드홈(11d)가 형성된다. 해당 가이드홈(11d)과 서브피스톤에 형성되는 가이드돌기가 결합되어 서브피스톤이 정확한 이동 경로로 가이드 된다. 또한, 도 5(c)에서 확대 도시된 바와 같이 단차면(11e)은 제1내경 내측으로 δ만큼 튀어나온 서브피스톤스톱퍼(11f)를 구비하여 서브피스톤의 하부 방향의 운동성을 제한하도록 구성하였다.

도 6은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 메인실린더캡에 대한 평면도, 정면도 및 E-E 방향 절단면도이다. 도 6(a)는 메인실린더캡의 평면도이며, (b)는 정면도이며, (c)는 E-E 방향 절단면도이다. 메인실린더캡(13)은 중앙에 제1직경을 가지며 수직 하방으로 관통하는 제1실린더캡수직홀(13c)이 구비되며, 해당 제1실린더캡수직홀(13c)에는 서브로드(21) 상단부가 삽입 관통되도록 설치된다. 제1실린더캡수직홀(13c)은 메인실린더에 압축된 공기가 대기로 유출되는 공기 이동 경로로 이용된다. 메인실린더캡(13)에는 중심에서부터 제1반경을 갖는 위치에 90° 각도(각도는 임의로 변경 가능함)로 이격 배치되며 수직 하방으로 관통하는 네 개의 제2실린더캡수직홀들(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)이 설치된다. 제2실린더캡수직홀들(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)을 통하여 메인실린더 내부로 대기 공기가 유입된다. 메인실린더캡(13) 내부에는 직경 φ13a 및 직경 φ13b를 갖는 나사산이 형성되며, 직경 φ13b를 갖는 나사산에는 메인실린더몸체상부(11a)의 상부에 형성되는 나사산과 나사 체결된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 메인실런더몸체상부(11a) 내부 공간에는 서브로드(21), 서브로드스프링(29), 서브실린더(25) 및 서브피스톤(27)이 삽입 설치된다.

서브로드(21)는 제1외경을 갖는 원통형의 봉 형상을 갖는 로드몸체부와, 로드몸체부의 하단과 연이어 형성되며 제1외경보다 큰 제2외경을 갖는 로드하부머리부를 갖는다. 로드하부머리부의 제2외경은 서브로드스프링(29)의 내경보다 크게 형성되어 서브로드(21) 외측에 삽입되는 서브로드스프링(29)의 하단부를 지지하는 기능을 제공하게 된다. 서브로드(21) 상부에 형성된 나사산부는 메인실린더캡(13) 중앙에 형성된 제1실린더캡수직홀(13c)을 통하여 상부로 돌출되고, 해당 나사산부에 서브로드캡(23)이 나사 체결된다. 서브로드스프링(29)은 서브로드(21) 외경에 삽입 설치되어, 메인실린더캡(13) 하부면과 서브로드(21)의 로드하부머리부 사이에서 탄성을 가하게 된다.

제1실린더캡수직홀(13c)의 제1직경은 서브로드(21)의 외경(제1외경)보다 크게 형성하여야 한다. 이는 후술하는 바와 같이 제1실린더캡수직홀(13c)과 서브로드(21) 사이에 형성된 공간을 통해서 메인실린더몸체부 내부의 압축된 공기가 대기 중으로 빠져나가는 공기 통로로 사용되어야 하기 때문이다.

도 7은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 서브실린더에 대한 정면도 및 F-F 방향 절단면도이다. 서브실린더(25)는 제3내경과 제3외경을 갖는 내부가 빈 원통 형상을 가지며 상단부에 나사산이 형성된다. 해당 나사산을 이용하여 메인실린더캡(13) 내부의 직경 φ13a에 형성된 나사산과 결합함으로써 메인실린더캡(13) 하부에 나사 체결된다. 또한, 서브실린더몸체부(25a)는 수평 중심으로부터 아래쪽으로 일정 거리 이격된 원주위를 따라서 네 개의 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)이 형성된다. 도 7에는 두 개의 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b3)이 도시되어 있는데 각각의 대칭되는 위치에 나머지 두 개의 서브실린더공기관통홀(25b2, 25b4)이 형성되어 있다. 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)을 통해서 메인실린더에 있던 공기가 대기부로 빠져나가게 된다. 서브실린더(25)의 높이는 메인실린더몸체상부 높이보다 낮게 형성된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)의 설치 높이는 서브피스톤(27)이 메인실린더몸체상부까지 완전히 내려왔을 때 서브피스톤(27)에 의해서 차단되지 않고 완전히 개방되는 위치에 설치되어야 한다. 도 3에 제시된 치수를 기준으로 'h2'가 'h1'보다 높은 위치에 형성되어야 한다. 'h1'은 서브피스톤의 전체 높이를 의미하며, 'h2'는 서브실린더(25)가 메인실린더캡(13) 하면에 체결된 상태에서 메인실린더의 단차면(11e)에서부터 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)의 최하단까지의 높이를 의미한다.

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 서브피스톤에 대한 평면도, 정면도 및 I-I 방향 절단면도이다. 서브피스톤(27)은 서브실린더(25) 외경과 메인실린더몸체상부(11a)의 내경 사이의 공간을 따라 상하부 이동하면서 공기의 이동 방향을 변경하는 부재이다. 도 8(a)에 도시된 바와 같이 서브피스톤몸체부(27a)에는 외부로 돌출 형성되는 가이드돌기(27d)가 구비된다. 전술한 바와 같이 가이드돌기(27d)는 메인실린더몸체상부(11a)에 형성된 가이드홈(11d)를 수직 방향으로 안정적으로 가이드 된다. 수직 중심축을 기준으로 제2반경을 갖는 서브피스톤수직관통홀(27c)이 형성된다. 서브피스톤수직관통홀(27c)은 서브실린더(25)의 외경을 따라 상하부로 이동하므로 서브피스톤수직관통홀(27c)의 직경은 서브실린더(25)의 외경보다 약간 크게 형성되어야 함은 물론이다.

도 8(b)에 도시된 바와 같이 서브피스톤몸체부(27a)는 h1 높이를 가지며 중심부에 제2반경의 빈 공간을 형성하는 서브피스톤몸체내부구성편(27a1)과, 서브피스톤몸체내부구성편(27a1)의 외주면을 따라 연이어 수직 중심축을 기준으로 제3반경까지 외측으로 h4 높이로 형성되는 서브피스톤몸체외부구성편(27a2)으로 구성된다. 서브피스톤몸체내부구성편(27a1)과 서브피스톤몸체외부구성편(27a2)의 높이 차이로 인하여 서브피스톤몸체내부구성편(27a1) 상면에는 경사단차면(27a3)이 형성됨을 알 수 있다. 서브피스톤몸체외부구성편(27a2)에서는 수직 중심선으로부터 일정한 반경(제1반경)을 따라 일정한 각도로 이격 형성되는 복수 개 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)이 구비된다.

도 8(b) 또는 (c)에 도시된 바와 같이 서브피스톤(27) 상면의 윤곽선은 도 6(c)에 도시된 메인실린더캡(13)의 내부면의 일부 윤곽선과 일치되도록 형성되어 있음을 알 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이 메인실린더의 피스톤이 상승함에 따라 서브실린더(25)의 외경을 따라 서브피스톤(27)이 제일 높은 위치까지 상승하게 되면 서브피스톤(27)의 상면이 메인실린더캡(13)의 내부면과 맞닿도록 접촉되기 때문이다. 또한, 수직 중심축을 기준으로 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)이 형성된 반경과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)이 형성된 반경은 제1반경으로 서로 동일하다. 다만, 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)의 형성 위치는 평면상에서 보았을 때 서로 다른 위치에 형성되도록 구성하였다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 메인푸시로드(15)의 상부 및 하부에는 나사산이 각각 형성되며, 상부 나사산에는 상부에서부터 순차대로 메인피스톤상부(31), 메인피스톤중간부(33), 메인피스톤하부(35) 및 테프론 실(37, seal)이 체결되어 메인피스톤(30)을 형성한다. 메인피스톤(30)은 메인푸시로드(15) 상부에 체결되어 메인실린더몸체부(11) 내부 공간에서 기밀을 유지하면서 상하 운동을 한다. 메인푸시로드(15)의 나머지 부분은 메인실린더커버(18) 하부로 돌출되며, 돌출된 외경에 메인스프링(17)이 삽입 설치된다. 메인실린더커버(18)의 중앙에는 메인푸시로드(15)의 외경을 갖는 관통홀이 형성되면 이를 통해 메인푸시로드(15)의 나머지 부분이 메인실린더 하부로 돌출되게 된다. 메인푸시로드(15) 하부에 형성된 나사산에는 메인실린더볼(19)이 나사 체결된다. 메인실린더볼(19)은 도 2에 도시된 바와 같이 타이어의 내면과 자주 접촉하므로 타이어와 동일한 재질인 천연 고무 재질로 형성하였으며, 메인푸시로드(15)와 나사 체결되는 영역에 체결 부재(미 도시)가 천연 고무에 삽입되도록 형성하였다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 체크밸브체결홀(13a)에 나사 결합 방식으로 설치되는 체크밸브(50)는 체크밸브볼(51), 체크밸브몸체부(53), 체크밸브스프링(55) 및 체크밸브캡(57)으로 구성된다. 체크밸브몸체부(53)에는 동일한 각도로 상호 이격되면서 구비되는 네 개의 체크밸브체결홀(53a)이 구비된다.

도 3에 제시된 치수를 기준으로 'h3'는 'h1'보다 낮은 위치에 형성되어야 한다. 'h1'은 서브피스톤의 전체 높이를 의미하며, 'h3'는 메인실린더 단차면(11e)부터 체크밸브체결홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)의 최상단까지의 높이를 의미한다.

이하, 도 9 내지 도 11을 이용하여 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 대기로부터 자동공기주입노즐장치의 메인실린더로 공기가 유입되는 과정을 설명하기로 한다. 도 9는 대기 공기가 메인실린더몸체부로 유입되는 동작을 설명하는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작 설명도이다.

메인피스톤(30)이 메인실린더몸체부(11) 내벽을 따라 상부에서 하부 방향으로 이동하게 되면, 메인실린더몸체부(11) 내부의 공기압이 낮아지게 되고, 서브피스톤(27)은 메인실린더캡(13)의 하부면과 접촉되어 있다가 도 9에 도시된 메인실린더몸체부(11) 상부 위치까지 하강한다. 서브피스톤(27)이 메인실린더캡(13)의 하부면으로부터 이격되면서 대기 중의 공기가 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b3)을 통하여 메인실린더몸체상부 내부 공간으로 유입된 후, 서브피스톤(27)에 형성된 서브피스톤공기관통홀을 통하여 메인실린더몸체부(11) 실린더 내부로 유입되는 되는 것이다.

도 9와 같은 상태에서 타이어가 회전하여 타이어와 메인실린더볼(19)가 접촉하게 되면 도 10 하부에 도시된 바와 같은 방향의 압력이 가해져서 메인푸시로드(15)가 상승하고, 메인피스톤(30)가 상승하면서 메인실린더몸체부(11) 내부 공기가 압축된다. 도 10은 메인실린더몸체부로 유입된 공기가 타이어로 유출되는 동작을 설명하는 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치의 동작 설명도이다. 이러한 메인피스톤(30)의 상승에 의해서 서브피스톤(27)이 도 9의 위치에서 도 10에 도시된 위치까지 상승하면서 대기 공기와의 공기 통로가 차단된다. 메인피스톤(30)에 의해 압축된 공기압에 의해서 체크밸브볼이 도면 상 우측 방향으로 이동하게 되고 이로 인해 체크밸브(50)에 형성된 공기 이동 경로(53a1, 53a3 등)을 통해 타이어로 공기가 주입되는 것이다.

도 9 및 도 10에 도시된 동작을 반복하면서 타이어 내부 공기압은 상승하게 된다. 이후 타이어 내부 공기압이 설정 공기압보다 높아질 경우에 대해 설명하기로 한다. 타이어 내부를 충전하기 원하는 공기압(이하, 설정 공기압)은 서브로드(21)의 서브로드캡(23)의 나사 결합 정도를 이용하여 조절할 수 있다. 설정 공기압을 낮추고자 할 경우에는 서브로드(21)와 서브로드캡(23)의 나사 결합을 느슨하게 풀면 되며, 설정 공기압을 높이고자 할 경우에는 서브로드(21)와 서브로드캡(23)의 나사 결합을 타이트하게 조이는 방향으로 잠그면 된다. 이러한 나사 결합 강도 조절을 통해 서브로드스프링과 서브로드(21)의 결합 강도가 조절되어 설정 공기압 조절이 가능할 수 있게 된다.

결국, 도 10은 타이어 내부 공기압보다 설정 공기압이 낮은 상태에서 메인피스톤(30)이 상승할 경우 메인실리더에 의한 압축 공기가 타이어로 유출되는 경우를 도시한 것이라 이해하면 된다.

도 11은 타이어 내부 공기압이 설정 공기압보다 높아진 상태에서 메인피스톤(30)이 상승할 경우 메인실린더몸체부로 유입된 공기가 대기로 유출되는 동작을 설명하는 도면이다. 도 9와 같은 상태에서 타이어가 회전하여 타이어와 메인실린더볼(19)가 접촉하게 되면 도 11 하부에 도시된 바와 같은 방향의 압력이 가해져서 메인푸시로드(15)가 상승하고, 메인피스톤(30)가 상승하면서 메인실린더몸체부(11) 내부 공기가 압축된다. 이러한 메인피스톤(30)의 상승에 의해서 서브피스톤(27)이 도 9의 위치에서 도 11에 도시된 위치까지 상승하면서 대기 공기와의 공기 통로가 차단된다. 메인피스톤(30)에 의해 압축된 공기압은 체크밸브볼과 서브로드(21)에 압력을 가하게 된다. 이때 타이어 내 공기압이 설정 공기압보다 높으므로 서브로드(21)가 먼저 상승하면서 도 11에 도시된 바와 같이 서브로드캡(23)이 메인실린더캡(13) 상부면보다 높은 위치까지 돌출되도록 튀어나오게 된다. 이에 따라 메인실린더몸체부 내부에 있던 압축 공기는 서브실린더(25)에 형성된 서브실린더공기관통홀(25b1, 25b2, 25b3, 25b4)을 통해서 서브로드(21) 외주면과 서브실린더(25) 사이에 형성된 공간을 따라 상승한 후 메인실린더캡(13)과 서브로드캡(23) 사이의 공간을 통해서 대기 중으로 유출된다.

이와 같이 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 자동공기주입노즐장치를 설치하면 타이어 공기압을 설정 공기압으로 일정하게 유지할 수 있음을 알 수 있다.

전술한 내용 중에서 "제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)의 형성 위치는 평면상에서 보았을 때 서로 다른 위치에 형성되도록 구성되었음을 도 12를 이용하여 상세히 설명하기로 한다. 도 12는 메인실린더캡 하면에 서브피스톤 상면이 밀착된 상태의 평면도 및 단면도이다. 도 12(a)는 메인실린더캡 하면에 서브피스톤 상면이 밀착된 상태의 평면도를 도시한 것이고, 도 12(b)는 메인실린더캡 하면에 서브피스톤 상면이 밀착된 상태의 단면도를 도시한 것이다. 도 12(a)에 도시된 바와 같이 평면상에서 보았을 때 수직 중심축을 기준으로 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)이 형성된 반경과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)이 형성된 반경은 제1반경으로 서로 동일하나, 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)의 형성 위치는 평면상에서 보았을 때 서로 일치되지 않는 위치에 형성되어 있음을 알 수 있다. 서로 일치되지 않은 상태를 표시하기 위하여 도 12(b)에서 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b3)을 점선으로 도시하였음을 유의하기 바란다. 또한 도 10 및 도 11에서도 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b3)를 점선으로 도시하였으나 도면 크기로 인해 점선 여부가 불명확하게 보일 수 있으나 도 12(b)에 도시된 바와 같이 평면상의 위치는 일치하지 않으므로 점선으로 도시된 것으로 이해되어져야 한다. 따라서, 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 메인실린더캡 하면에 서브피스톤 상면이 밀착된 상태에서는 제2실린더캡수직홀(13b1, 13b2, 13b3, 13b4)과 서브피스톤공기관통홀(27b1, 27b2, 27b3, 27b4)은 서로 공기 통로가 형성되지 않아 공기 흐름이 차단된다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

11: 메인실린더몸체부 11a: 메인실린더몸체상부
11b: 메인실린더몸체하부 11c: 체크밸브체결홀
11d: 가이드홈 11e: 단차면
11f: 서브피스톤스톱퍼
13: 메인실린더캡 13a: 제1실린더캡몸체부
13b1, 13b2, 13b3, 13b4: 제2실린더캡수직홀들
13c: 제1실린더캡수직홀
15: 메인푸시로드
17: 메인스프링 18: 메인실린더커버
19: 메인실린더볼 21: 서브로드
23: 서브로드캡 25: 서브실린더
25b1, 25b2, 25b3, 25b4: 서브실린더공기관통홀
27: 서브피스톤 27a: 서브피스톤몸체부
27a1: 서브피스톤몸체내부구성편 27a2: 서브피스톤몸체외부구성편
27a3: 경사단차면 27c: 서브피스톤수직관통홀
27b1, 27b2, 27b3, 27b4: 서브피스톤공기관통홀
27d: 가이드돌기
29: 서브로드스프링 30: 메인피스톤
31: 메인피스톤상부 33: 메인피스톤중간부
35: 메인피스톤하부 37: 및 테프론 실
50: 체크밸브
51: 체크밸브볼 53: 체크밸브몸체부
55: 체크밸브스프링 57: 체크밸브 캡
100: 외력 200: 림
300: 타이어

Claims

림(rim)에 형성된 관통홀에 삽입 설치되어 타이어 내 공기압을 설정된 설정 공기압으로 일정하게 유지시키는 자동차용 자동공기주입노즐장치에 있어서,
측면에 체크밸브체결홀을 구비하며 제1내경의 속이 빈 원통형으로 형성되는 메인실린더몸체상부와,
상기 메인실린더몸체상부의 하부와 연이어 단차면을 가지도록 형성되며 제2내경을 갖는 속이 빈 원통형의 메인실린더몸체하부와
상기 메인실린더몸체상부의 상부에서 나사 체결되며, 수직 중심으로부터 제1반경 이격된 위치에 형성되는 복수개 제2실린더캡수직홀을 구비하는 메인실린더캡과,
중앙에 관통홀을 구비하고 상기 메인실린더몸체하부와 나사 체결되는 메인실린더커버
를 포함하는 메인실린더와,
상기 메인실린더몸체하부의 내벽에서 상하 운동하는 피스톤과,
상부는 상기 피스톤과 결합되며 상기 메인실린더커버에 형성된 관통홀을 통해 상기 메인실린더 하부로 돌출되는 메인푸시로드와,
메인푸시로드 하부에 결합되는 메인실린더볼과,
상부가 상기 메인실린더캡 하부에서 나사 체결되며 제3내경과 제3외경을 갖는 속이 빈 원통 형상을 가지며, 측면에는 복수 개 서브실린더공기관통홀이 구비되며 상기 메인실린더몸체상부 높이보다 낮은 높이를 갖는 서브실린더와
상기 서브실린더 외경과 상기 메인실린더몸체상부 내면 사이에 형성되는 공간 내에서 상하강하면서 상기 체크밸브체결홀 및 상기 제2실린더캡수직홀을 선택적으로 개폐하는 서브피스톤 및
상기 체크밸브체결홀에 체결되는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 메인실린더캡에는 중앙에 제1직경을 갖는 제1실린더캡수직홀이 더 구비되고,
제1외경을 갖는 원통형 봉 형상을 갖는 로드몸체부와, 상기 로드몸체부 하단과 연이어 형성되며 상기 제1외경보다 큰 제2외경을 갖는 로드하부머리부를 가지며 상기 로드몸체부 일부 상부는 상기 제1실린더캡수직홀을 통해 상측으로 돌출되면서 상기 서브실린더 내부 공간에 구비되는 서브로드와,
상기 서브로드 외경과 상기 서브실린더 사이에 삽입 설치되는 서브로드스프링 및
상기 제1실린더캡수직홀 상부에 돌출된 상기 로드몸체부 일부 상부에 나사 체결되는 서브로드캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.
제2항에 있어서,
상기 서브피스톤은
h1 높이를 가지며 수직 중심선으로부터 제2반경의 빈 공간을 형성하는 서브피스톤몸체내부구성편 및
h4 높이를 가지며 상기 서브피스톤몸체내부구성편의 외주면을 따라 연이어 외측으로 상기 수직 중심선으로부터 제3반경까지 형성되는 서브피스톤몸체외부구성편을 포함하도록 구성되며,
상기 서브피스톤몸체내부구성편의 상면에는 상기 서브피스톤몸체외부구성편의 높이 차이로 인한 경사단차면이 구비되고, 상기 서브피스톤몸체외부구성편에는 수직 중심선으로부터 상기 제1반경을 따라 상호 이격된 각도로 형성되는 복수 개 서브피스톤공기관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.
제3항에 있어서,
상기 메인실린더커버와 상기 메인실린더볼 사이 공간에서 상기 메인푸시로드 외주면에 설치되는 메인스프링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.
제4항에 있어서,
상기 체크밸브체결홀은 상기 메인실린더의 단차면으로부터 상기 h1 보다 낮은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.
제5항에 있어서,
상기 서브실린더공기관통홀은 상기 상기 메인실린더의 단차면으로부터 상기 h1 보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 자동공기주입노즐장치.