KR20020090647A - 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진을 냉각하기 위한 냉각팬의 구동 연결수단인 풀리의 직경이 라디에이터 통과 공기의 온도에 따라서 변동되도록 하므로서 냉각효율을 향상시키기 위한 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조에 관한 것으로,

폭의 변경이 가능하도록 제1부재 및 제2부재로 분리 형성되어지되, 상기 제1부재 및 제2부재의 외측으로 일정크기의 홈이 형성되며, 그 내측으로 서로 결합되기 위한 결합홈과 결합돌기가 형성된 가변풀리와;

상기 가변풀리의 제1부재 및 제2부재의 외측으로 형성된 홈에 일단이 수용되며, 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 그 부피가 팽창 및 수축되도록 형성되는 액츄에이터와;

상기한 가변풀리외 구동풀리의 외경을 연결하는 벨트와;

라디에이터 통과공기의 온도에 따라 풀리의 외경이 변경되는 경우에 벨트의 장력이 자동적으로 조절되도록 하는 오토텐셔너; 로 구성되어 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 가변풀리의 직경이 변하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조{Driving apparatus of cooling fan}

본 발명은 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 엔진을 냉각하기 위한 냉각팬의 구동 연결수단인 풀리의 직경이 라디에이터 통과 공기의 온도에 따라서 변동되도록 하므로서 냉각효율을 향상시키기 위한 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진은 연료의 연소에 따른 압력과 열에 의해서 고온 고압의 상태가 된다. 이와 같이 고온 고압의 엔진을 냉각하기 위해서 도 5와 같이 엔진(1)의 실린더 블럭 및 실린더 헤드에는 냉각수통로(2)가 형성되고, 상기 냉각수통로(2)를 순환하는 냉각수의 열을 식혀주기 위한 라디에이터(3)가 엔진(1)의 전방에 형성된다. 또한, 상기 라디에이터(3)의 일측에는 냉각팬(4)이 형성되어 상기 라디에이터(3)를 통과하는 냉각수가 냉각되도록 라디에이터에 강제송풍을 하게 된다.

상기와 같이 라디에이터(3)의 냉각효과를 충분히 얻기 위해 강제송풍을 하는 냉각팬(4)은 엔진(1)의 구동력을 전달받아 회전되는 것으로, 통상 엔진(1)의 워터펌프(5)와 일체로 회전된다. 냉각팬(4)의 송풍량은 날개의 수나 비틀림 각도, 팬의 지름, 회전속도 등에 따라 다르나, 일정한 송풍량을 유지하기 위해서는 회전속도를 높이는 것보다는 팬의 지름을 크게 하는 것이 동력의 손실이 적다.

이와 같은 냉각팬(4)은 크랭크 축의 풀리와 벨트(6)로써 연결되어 라디에이터(3)를 통과하는 공기의 온도에 따라 회전량이 변경되는 비스코스(Viscous) 냉각팬과, 배터리의 전기를 이용하여 전동기로 냉각팬을 구동시키는 전동팬 등이 있는데, 차량의 길이방향으로 엔진이 장착되는 종치엔진에는 비스코스 냉각팬이 적용되고 있다.

상기한 비스코스 냉각팬은 도 4와 같이 온도 감응형의 자동 팬 클러치(10)가 적용된 것으로, 바이메탈(14)이 엔진 냉각수온과 비례한 라디에이터 통과공기 온도에 감응하여 밸브(15)가 개폐되고 주입액체인 실리콘 오일의 작동을 증감시켜 팬의 회전을 자동적으로 제어하면서 실리콘 오일의 이동을 케이스(11), 로터(12)에 있는 래비린드(Labyrinth)홈과 로터(12) 내에 있는 실리콘 오일을 작동실(16)과 저장실 (17)과의 연결을 위해 사절판(18)에 설치한 오일 홀과 커버(13) 내에 설치된 댐 (19) 등에 의해 펌프 작용에 의하여 작동되는 기구로 되어 있다.

이하, 바이메탈(14)이 감응하여 밸브(15)가 개폐되어 작동하는 원리를 설명하면 다음과 같다.

실차주행에 있어서 라디에이터 통과공기의 온도가 설정치보다 낮을 때는 바이메탈(14)이 만곡상태에서 그 공기 온도을 검출하여 작동하고, 사절판(18)에 밸브 (15)가 설치된 것은 실리콘 오일이 오일 홀(20)을 통과하여 저장실(17)에서 작동 실(16)로 유입하려는 것을 저지하기 위함이다. 따라서 케이스(11)와 로터(12) 및 커버(13)의 회전에 따라 작동실(16) 내의 실리콘 오일은 거의 없게 되면서 오프 (OFF) 상태가 되고, 로터(12)로부터 케이스(11), 커버(13)에 전달되는 토오크가 오프 상태에는 사절판(18)과 밸브(15)는 오일통로를 막고 있는 상태에서 작동실(16) 내의 실리콘 오일은 커버(13)에 설치된 댐(19)의 오일 통로(21)를 경유하여 실린콘 오일량은 75~88%가 저장실로 이동하게 된다.

그리고 라디에이터를 통과하는 공기 온도가 상승되면 바이메탈(14)이 감응하여 밸브(15)는 개방개시의 상태로 되고 밸브(25)가 열리면 저장실(17)로부터 실리콘 오일이 작동실로 서서히 이동하게 되고 작동실(14) 내에 실리콘 오일량이 서서히 증가하여 온(ON) 상태로 변환하기 위해 로터(12)로부터 케이스(11)와 커버(13)에 전달되는 토오크는 실리콘 오일의 점성에 의해 증가되며 팬회전이 올라가게 된다.

또한 라디에이터 통과공기의 온도가 변화하여 온도가 오르면 밸브는 완전개방의 상태가 되고 이때 실리콘 오일이 저장실에서 작동실로 이동되어 미로 (Labyrinth)구조의 공간 전체에 유막이 형성되면서 구동축의 동력전달은 최대한 피동축에 전달되어 팬회전이 최고 회전치에 도달하게 된다.

상기한 종래의 비스코스 냉각팬은 엔진의 회전수에 일정하게 비례하여 작동되는 것으로 고회전시에서는 실리콘 오일의 점성을 이용하여 과회전되지 못하도록 제어가 가능하지만, 엔진의 저속회전시에는 어떠한 대책이 없기 때문에 엔진의 저속영역에서의 냉각을 위해 냉각팬의 크기를 축소하지 못하므로서 냉각팬의 크기, 장착성, 가격면 등에서 불리함이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 엔진을 냉각하기 위한 냉각팬의 구동 연결수단인 풀리의 직경이 라디에이터 통과 공기의 온도에 따라서 변동되도록 하므로서 냉각효율을 향상시키기 위한 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서,

엔진의 실린더 블록 및 실린더 헤드의 워터재킷을 순환하는 냉각수를 냉각하기 위해 라디에이터 전방에 축지되는 냉각팬에 있어서,

폭의 변경이 가능하도록 제1부재 및 제2부재로 분리 형성되어지되, 상기 제1부재 및 제2부재의 외측으로 일정크기의 홈이 형성되며, 그 내측으로 서로 결합되기 위한 결합홈과 결합돌기가 형성된 가변풀리와;

상기 가변풀리의 제1부재 및 제2부재의 외측으로 형성된 홈에 일단이 수용되며, 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 그 부피가 팽창 및 수축되도록 형성되는 액츄에이터와;

상기한 가변풀리외 구동풀리의 외경을 연결하는 벨트와;

라디에이터 통과공기의 온도에 따라 풀리의 외경이 변경되는 경우에 벨트의 장력이 자동적으로 조절되도록 하는 오토텐셔너; 로 구성되어 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 가변풀리의 직경이 변하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 냉각팬 풀리의 구동상태도.

도 2는 본 발명에 의해 형성된 가변풀리의 단면도.

도 3은 본 발명에 의해 형성된 가변풀리의 작동상태도.

도 4와 도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 가변풀리 31 : 제1부재

32 : 제2부재 33,34 : 홈

35 : 결합홈 36 : 결합돌기

38 : 액츄에이터 39 : 브라켓트

40 : 냉각팬 41 : 회전축

42 : 키이 50 : 벨트

51 : 오토텐셔너 52 : 구동풀리

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 냉각팬 풀리의 구동상태도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 가변풀리의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의해 형성된 가변풀리의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 가변풀리를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 냉각팬을 지시하는 것이다.

상기한 가변풀리(30)는 그 폭의 크기가 변경됨에 따라 벨트(50)가 장착되는외경이 변경되도록 형성된 것으로서, 상기한 가변풀리(30)는 제1부재(31)와 제2부재(32)로 결합 및 분리가 가능하도록 형성된다.

상기한 각각의 제1부재(31) 및 제2부재(32)의 외측에는 일정크기의 홈(33,34)이 형성되는데, 상기 홈(33,34)은 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 부피가 수축 및 팽창되는 액츄에이터(38)의 일단이 수용되기 위한 것이다. 또한, 상기한 제1부재(31) 및 제2부재(32)의 내측에는 서로 결합되기 위한 결합홈(35)과 결합돌기(36)가 형성된다.

상기한 액츄에이터(38)의 일단은 상기한 홈(33,34)에 수용되며, 다른 일단은 차체에 고정된 브라켓트(39)에 지지된다.

상기한 가변풀리(30)는 워터펌프의 축과 동일선상으로 형성되는 회전축(41)에 축결합되는데, 상기 가변풀리(30)의 내경과 회전축(41)의 외경 사이에는 키이(42)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 키이(42)는 회전축(41)의 회전력이 손실없이 가변풀리(30)에 전달되도록 하며, 상기 1부재(31) 및 제2부재(32)의 이동을 안내하는 역활을 하기 위한 것이다. 또한, 상기한 액츄에이터(38)는 회전축(41)의 회전에 지장이 없도록 상기 회전축(41)의 외경과는 일정거리 이상의 간격이 유지되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 회전축(41)의 외측에는 냉각팬(40)이 형성되는데, 상기 냉각팬(40)은 종래와 같이 엔진 고RPM 시의 냉각성능을 향상하기 위한 비스코스 냉각팬으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 같이 형성되는 가변풀리(30)의 외주연에는 구동축의 동력을 전달하기위한 벨트(50)가 장착된다. 또한, 상기 가변풀리(30)의 변경량 만큼 변경되는 벨트(50)의 장력이 자동으로 조절되도록 하기 위한 오토텐셔너(51)가 상기 벨트(50)의 일측을 지지하게 된다.

이상과 같이 형성된 가변풀리가 적용되는 냉각팬의 구동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되면 구동풀리(52)가 되는 크랭크 축이 회전되고, 상기 구동풀리(52)와 벨트(50)로써 연결된 상기한 가변풀리(30)가 회전되므로서 상기한 냉각팬(40) 및 워터펌프와 라디에이터가 작동된다.

이 과정에서 엔진 초기시 및 엔진회전수가 저속일 때에는 구동풀리(52)의 회전속도에 따라 상기한 가변풀리(30)는 저속으로 회전된다. 이 때 라디에이터를 통과하는 공기의 온도가 일정수준 이하가 되면, 라디에이터를 통과하는 공기의 온도에 따라 상기한 액츄에이터(38)는 일정수준으로 수축된 상태가 유지된다. 즉, 상기 가변풀리(30)를 구성하는 제1부재(31) 및 제2부재(32) 간의 거리가 멀리 형성되는 것이다. 따라서 벨트(50)가 장착되는 가변풀리(30)의 외경은 축소되는 효과로 인해 가변풀리(30)의 회전비가 구동풀리(52)에 비해 상승되므로서 엔진의 저RPM시 냉각성능이 향상된다.

반대로 엔진이 고RPM으로 운전될 경우에는 고속으로 회전되는 크랭크 축의 회전비에 따라 상기 가변풀리(30)도 고속으로 회전된다. 이 때 냉각팬(40)은 라디에이터를 통과하는 공기의 온도가 일정수준 이상이 되므로서, 종래와 같이 유압클러치의 작동으로 냉각팬(40)의 회전속도가 조절되어 냉각수의 과냉이 방지된다. 또한, 라디에이터를 통과하는 공기의 온도에 의해 상기 액츄에이터(38)가 부피가 팽창되므로서, 상기한 가변풀리(30)를 구성하는 제1부재(31)와 제2부재(32)간의 거리가 가까워지게 된다. 따라서 벨트(50)가 장착되는 가변풀리(30)의 외경이 확대되는 효과로 인해 가변풀리(30)의 회전비가 구동풀리(52)에 비해 감소되므로서 냉각팬(40)의 냉각성능이 조절된다.

이 과정에서 가변풀리(30)의 외경이 변동되므로서 발생되는 벨트(50)의 장력변화는 상기한 오토텐셔너(51)에서 흡수된다. 따라서 벨트(50)에 가해지는 마찰력이 감소되어 벨트의 내구성이 향상되고, 냉각팬(40)에서 발생되는 소음이 감소된다.

상기한 가변풀리(30)가 적용되는 냉각팬(40)은 엔진의 고속회전 영역에서 뿐만 아니라 저속회전 영역에서도 냉각성능이 향상되므로서, 저속영역의 냉각성능을 향상시키기 위해 냉각팬(40)의 크기를 크게하지 않아도 되는 것이다.

상기한 같은 본 발명은 엔진의 저속회전 영역에서의 냉각성능을 향상시키기 위해 냉각팬의 크기를 확대하지 않아도 엔진의 회전수에 따라서 가변풀리의 외경이 변경되므로서 냉각성능이 자동적으로 조절되고, 엔진의 고속회전 영역에서는 비스코스 냉각팬이 그대로 적용되어 냉각성능이 향상되므로서 냉각팬 및 워터펌프의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 벨트와 풀리와의 마찰력이 감소되어 벨트의 내구성이 향상되며, 냉각팬에서 발생되는 소음이 감소되는 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 엔진의 실린더 블록 및 실린더 헤드의 워터재킷을 순환하는 냉각수를 냉각하기 위해 라디에이터 전방에 축지되는 냉각팬에 있어서,

   폭의 변경이 가능하도록 제1부재(31) 및 제2부재(32)로 분리 형성되어지되, 상기 제1부재(31) 및 제2부재(32)의 외측으로 일정크기의 홈(33,34)이 형성되며, 그 내측으로 서로 결합되기 위한 결합홈(35)과 결합돌기(36)가 형성된 가변풀리 (30)와;

   상기 가변풀리(30)의 제1부재(31) 및 제2부재(32)의 외측으로 형성된 홈 (33,34)에 일단이 수용되며, 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 그 부피가 팽창 및 수축되도록 형성되는 액츄에이터(38)와;

   상기한 가변풀리(30)와 구동풀리(52)의 외경을 연결하는 벨트(50)와;

   라디에이터 통과공기의 온도에 따라 풀리(50)의 외경이 변경되는 경우에 벨트(50)의 장력이 자동적으로 조절되도록 하는 오토텐셔너(51); 로 구성되어 라디에이터 통과공기의 온도에 따라 가변풀리의 직경이 변하는 것을 특징으로 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 액츄에이터(38)의 외측은 고정형성되는 브라켓트(39)에 지지되는 것을 특징으로 하는 가변풀리를 이용한 냉각팬의 구동구조.