KR20030026579A - 가변 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 운전조건에 따라서 워터펌프의 냉각수 펌핑유량이 조절되도록 하므로서 냉각성능이 향상되도록 하는 유량조절이 가능한 워터펌프에 관한 것으로,

펌프하우징의 내측으로 회전축이 수용되고, 상기 회전축의 일측에 냉각수에 원심력을 가하기 위한 다수의 블레이드가 방사상으로 형성된 임펠러가 장착되며, 회전축의 다른 일측에는 크랭크축의 동력을 전달받기 위한 풀리가 장착되는 워터펌프에 있어서,

일측은 상기한 풀리와 축결합되며, 중간부에는 피스톤이 수용되기 위한 원통형의 실린더가 형성되는 회전축과;

상기한 회전축의 타측이 나발모양으로 점차 확장되어지되, 그 외주연에 방사상으로 다수의 슬롯이 마련되는 아우터 가이드와;

아우터 가이드의 내측에 나발모양으로 형성되어지되, 상기 아우터 가이드의 슬롯과 대응되도록 방사상으로 다수의 슬롯이 마련되는 인너 가이드와;

상기한 아우터 가이드와 인너 가이드의 슬롯에 목부가 끼워지며, 목부의 외측에는 블레이드가 형성되고, 내측에는 꼬리부가 형성되는 임펠러와;

상기한 회전축에 마련되는 실린더에 수용되어 일측에서 공급되는 압력의 유무에 따라 슬라이딩되어 방사상으로 형성된 임펠러의 꼬리부 일측을 밀게 되는 피스톤과;

상기한 임펠러 꼬리부의 타측을 탄력지지하는 제1스프링과;

상기한 피스톤을 이동시키기 위해 상기 실린더 내부로 유압이 전달되는 것을 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 워터펌프{Variable water pump}

본 발명은 유량조절이 가능한 워터펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전조건에 따라서 워터펌프의 냉각수 펌핑유량이 조절되도록 하므로서 냉각성능이 향상되도록 하는 가변 워터펌프에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연료를 연소시켜 동력을 얻는데, 실린더 내에서 연소되는 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하게 되지만, 이 연소열의 전부가 동력으로 전환되는 것은 아니고, 그 중 상당량의 열이 실린더 헤드 및 피스톤 등에 흡수되어 열손실을 유발하고 또 이들 부분의 과열을 일으키게 된다.

이에 따라 실린더 등의 온도가 과도하게 상승하면 실린더의 변형을 일으키거나 유막을 파괴시켜 윤활불량을 초래하게 되고, 심하면 엔진을 손상시키게 되고 또 연소상태도 나빠지게 되므로서 노킹이나 조기점화를 일으켜 엔진의 출력을 급격히 저감시키게 된다.

이에 따라 엔진의 과열을 방지하기 위해서 엔진을 냉각하게 되는데 반대로 엔진이 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열이 동력으로 전환되지 못하고 냉각으로 상실되는 양이 많아져 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시키게 된다.

이 때문에 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되 적온으로 유지되도록 하는 냉각시스템이 엔진에 사용되고 있는데, 통상 도 5에 도시되는 것과 같이 실린더와 연소실을 둘러싸는 워터재킷(11)과, 냉각수를 실린더로 압송순환시키는 워터펌프(20)와, 엔진을 냉각하여 온도가 높아진 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(12)와, 라디에이터의 통풍을 돕는 냉각팬(13)을 포함하는 수냉식 냉각장치(14)가 주로 사용되고 있다.

이 수냉식 냉각장치(14)에는 서모스탯(15)이라는 냉각수온에 따라 냉각수의 흐름을 변경하는 장치가 마련되어 있어, 엔진의 온도가 낮은 시동초기에는 냉각수가 방열 냉각을 위한 라디에이터(12) 측으로 흐르지 않고 바이패스관로(16)를 통해 다시 엔진을 순환토록 하므로서 엔진의 온도를 신속하게 정상온도로 상승시키게 되며, 엔진이 정상온도에 이르면 엔진의 과열을 방지하기 위하여 냉각수온에 추종하여 서모스탯(15)이 열리게 되므로서 냉각수가 라디에이터(12)로 순환하여 방열 냉각된 후 엔진을 순환하여 적온을 유지하게 된다.

이와 같이 냉각수를 강제순환시키는 워터펌프(20)는 도 4와 같이 펌프하우징(21), 임펠러(22), 회전축(23), 베어링(24), 풀리(25) 등으로 구성되어 실린더 블록(17)의 일측에 장착된다.

또한, 상기한 임펠러(22)의 측면에는 냉각수를 강제순환시키기 위한 블레이드(26)가 형성되어 있어서, 상기 블레이드(26)가 형성된 임펠러(22)가 회전하면서 냉각수가 와류를 일으키며 순환되도록 구성되어 있다.

그러나 상기와 같이 구성되는 워터펌프의 임펠러는 엔진의 엔진회전수에 따라 회전되어 냉각수의 펌핑유량이 정해지므로서 엔진시동시나 고부하시에 적절한 냉각유량을 유지할 수가 없어 냉각성능 저하에 따른 엔진손실 및 배기가스의 악화를 초래하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 운전조건에 따라서 워터펌프의 냉각수 펌핑유량이 조절되도록 하므로서 냉각성능이 향상되도록 하는 유량조절이 가능한 워터펌프를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

펌프하우징의 내측으로 회전축이 수용되고, 상기 회전축의 일측에 냉각수에 원심력을 가하기 위한 다수의 블레이드가 방사상으로 형성된 임펠러가 장착되며, 회전축의 다른 일측에는 크랭크축의 동력을 전달받기 위한 풀리가 장착되는 워터펌프에 있어서,

일측은 상기한 풀리와 축결합되며, 중간부에는 피스톤이 수용되기 위한 원통형의 실린더가 형성되는 회전축과;

상기한 회전축의 타측이 나발모양으로 점차 확장되어지되, 그 외주연에 방사상으로 다수의 슬롯이 마련되는 아우터 가이드와;

아우터 가이드의 내측에 나발모양으로 형성되어지되, 상기 아우터 가이드의 슬롯과 대응되도록 방사상으로 다수의 슬롯이 마련되는 인너 가이드와;

상기한 아우터 가이드와 인너 가이드의 슬롯에 목부가 끼워지며, 목부의 외측에는 블레이드가 형성되고, 내측에는 꼬리부가 형성되는 임펠러와;

상기한 회전축에 마련되는 실린더에 수용되어 일측에서 공급되는 압력의 유무에 따라 슬라이딩되어 방사상으로 형성된 임펠러의 꼬리부 일측을 밀게 되는 피스톤과;

상기한 임펠러 꼬리부의 타측을 탄력지지하는 제1스프링과;

상기한 피스톤을 이동시키기 위해 상기 실린더 내부로 유압이 전달되는 것을 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 워터펌프의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 워터펌프의 측단면도.

도 3은 본 발명에 의한 아우터 가이드 및 커버의 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도.

도 5와 도 6은 종래기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 워터펌프 31 : 하우징

32 : 회전축 33 : 풀리

34 : 실린더 35 : 오일 홀

36 : 아우터 가이드 37 : 슬롯

38 : 인너 가이드 39 : 슬롯

40 : 피스톤 41 : 패킹

42 : 제1스프링 44 : 제1스프링

45 : 돌부 50 : 솔레노이드 밸브

51 : 전자제어장치 52 : 오일공급라인

53 : 드레인 홀 60 : 임펠러

64 : 임펠러 가이드 65 : 제2스프링

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

도 1은 본 발명에 의한 워터펌프의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 워터펌프의 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 아우터 가이드 및 커버의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도로서, 도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 워터펌프를 지시하는 것이다.

상기한 워터펌프(30) 하우징(31)의 축공으로는 회전축(32)이 수용되는데, 상기 회전축(32)의 일측에는 크랭크 축의 동력을 전달받기 위한 풀리(33)가 축삽되며, 회전축(32)의 중간부에는 후설할 피스톤(40)이 수용되기 위한 원통형의 실린더(34)가 형성된다. 특히, 상기 실린더(34)의 일측에는 오일이 유출입되기 위한 오일 홀(35)이 형성되며, 상기 오일 홀(35)로 오일이 공급되기 위한 오일공급라인(52)이 형성된다. 상기한 오일공급라인(52)의 도중에는 전자제어장치(51)에 의해 작동되는 솔레노이드 밸브(50)가 형성된다.

그리고 상기 회전축(32)의 다른 일측에는 나발모양으로 직경이 점차 확장되는 아우터 가이드(36)가 형성되는데, 상기 아우터 가이드(36)의 몸체에는 방사상으로 다수의 슬롯(37)이 마련된다.

또한, 상기한 아우터 가이드(36)의 내측에는 상기 아우터 가이드(36)보다는 작은 크기의 인너 가이드(38)가 수용되는데, 상기 인너 가이드(38)는 상기 아우터 가이드(36)와 마찬가지로 나발모양으로 형성되고, 그 몸체에는 다수의 슬롯(39)이 방사상으로 형성된다.

그리고 상기한 인너 가이드(38)를 아우터 가이드(36)에 끼운 상태에서 각각의 슬롯(37,39)에는 후설할 임펠러(60)의 목부(61)가 끼워지는데, 상기한 임펠러(60)의 목부(61) 외측에는 냉각수를 가압하기 위한 블레이드(62)가 형성되고, 목부(61)의 내측에는 꼬리부(63)가 형성된다. 또한, 상기 임펠러(60)의 목부(61) 양측에는 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38) 사이의 갭으로 안정되게 슬라이딩 되도록 하기 위한 임펠러 가이드(64)가 형성된다. 특히, 상기 임펠러(60)의 조립시에 상기한 임펠러 가이드(64)의 양측은 서로 이웃하는 다른 임페러 가이드(64)의 양측과 제2스프링(65)으로써 연결된다.

그리고 상기한 회전축(32)의 중간부에 마련되는 실린더(34)에는 피스톤(40)이 수용되는데, 상기한 피스톤(40)의 일측은 상기 임펠러(60)의 꼬리부(63)의 일측면과 밀착된다. 또한, 상기한 피스톤(41)의 외주연에는 기밀을 위한 패킹(41)이 형성된다.특히 상기한 임펠러(60) 꼬리부(63)의 타측면은 제1스프링(42)으로써 실린더블럭의 좌면이나, 후설한 커버(44)의 내측면에 탄력지지된다.

상기한 커버(44)는 상기 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)에 형성된 슬롯(37,39)의 끝부를 씌워 임펠러(60)의 이탈을 방지하기 위한 것으로, 엽전형상의 링의 외주연에 상기 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)의 슬롯(37,39)에 끼워지기 위한 돌부(45)가 다수 형성된다.

상기와 같이 형성되는 워터펌프의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되면 전자제어장치(51)에서는 엔진회전수, 스로틀 밸브의 각도 및 엔진의 과부하 여부 등 엔진의 운전조건을 인지하게 된다. 이렇게 인지된 엔진의 운전조건이 만약 냉각유량이 많이 필요한 상태가 되면, 상기한 전자제어장치(51)의 제어에 의해 3방향 솔레노이드 밸브(50)가 작동된다. 즉, 실린더(34)로 오일이 유입되는 오일공급통로(52)를 개방하게 되므로서 상기한 피스톤(40)은 일측으로 밀리게 된다. 그러면 임펠러(60)의 꼬리부(63)가 동시에 밀리게 되고, 임펠러(60)의 블레이드(62) 간의 거리가 크게 확장되어 보다 더 많은 양의 냉각수를 펌핑하게 된다.

반대로 전자제어장치(51)에서 측정되는 엔진의 운전조건이 적은 냉각유량이 필요한 상태가 되면 상기한 솔레노이드 밸브(50)의 작동을 멈추고 상기한 실린더(34)로 공급되었던 오일이 드레인 홀(53)로 리턴되도록 한다. 그러면 피스톤(40)의 전진에 의해 넓게 확장되었던 임펠러(60)는 제1스프링(42) 및 제2스프링(65)에 의해서 원래의 상태로 이동되어진다. 따라서 임펠러(60)가 회전되더라도 적은 양의 냉각수를 펌핑하게 되므로서 엔진에서 필요로 하는 적정량의 냉각수를 공급하게 된다. 즉, 엔진이 초기시동시인 경우에 보다 빨리 엔진이 웜업되므로서 배기가스의 배출이 저감되는 장점이 있다.

따라서 상기와 같이 엔진의 운전조건에 따라서 냉각수량이 많이 필요하게 되는 열간시동시에는 임펠러의 직경이 확장되므로서 펌핑되는 냉각수량이 확대되며, 냉각수량이 적게 필요하게 되는 냉각시동시에는 임펠러의 직경이 축소되므로서 펌핑되는 냉각수량이 축소되므로서 엔진이 냉시동시인 경우에 빠르게 웜업되므로서 배기가스의 배출이 저감되는 장점이 있는 것이다.

Claims (6)

1. 펌프하우징의 내측으로 회전축이 수용되고, 상기 회전축의 일측에 냉각수에 원심력을 가하기 위한 다수의 블레이드가 방사상으로 형성된 임펠러가 장착되며, 회전축의 다른 일측에는 크랭크축의 동력을 전달받기 위한 풀리가 장착되는 워터펌프에 있어서,

   일측은 상기한 풀리(33)와 축결합되며, 중간부에는 피스톤(40)이 수용되기 위한 원통형의 실린더(34)가 형성되는 회전축(32)과;

   상기한 회전축(32)의 타측이 나발모양으로 점차 확장되어지되, 그 외주연에 방사상으로 다수의 슬롯(37)이 마련되는 아우터 가이드(36)와;

   아우터 가이드(36)의 내측에 나발모양으로 형성되어지되, 상기 아우터 가이드(36)의 슬롯(37)과 대응되도록 방사상으로 다수의 슬롯(39)이 마련되는 인너 가이드(38)와;

   상기한 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)의 슬롯(37,39)에 목부(61)가 끼워지며, 목부(61)의 외측에는 블레이드(62)가 형성되고, 내측에는 꼬리부(63)가 형성되는 임펠러(60)와;

   상기한 회전축(32)에 마련되는 실린더(34)에 수용되어 일측에서 공급되는 압력의 유무에 따라 슬라이딩되어 방사상으로 형성된 임펠러(60)의 꼬리부(63) 일측을 밀게 되는 피스톤(40)과;

   상기한 임펠러(60) 꼬리부(63)의 타측을 탄력지지하는 제1스프링(42)과;

   상기한 피스톤(40)을 이동시키기 위해 상기 실린더(34) 내부로 유압이 전달되는 것을 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브(50);로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기한 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)에 형성된 슬롯(37,39)의 끝부에는 임펠러(60)의 이탈이 방지되며, 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)를 고정하기 위한 커버(44)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.
3. 제 2항에 있어서,

   상기한 커버(44)는 엽전모양의 링 외주연에 상기 상기한 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38)의 슬롯(37,39)에 끼워지기 위한 돌부(45)가 다수 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기한 각각의 임펠러(60) 목부(61)에는 상기 아우터 가이드(36)와 인너 가이드(38) 사이의 갭으로 안정되게 슬라이딩 되도록 하기 위한 임펠러 가이드(64)가 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.
5. 제 4항에 있어서,

   상기한 임펠러 가이드(64)의 양측은 이웃하는 임펠러 가이드(64)의 측면과 제2스프링(65)으로써 연결되는 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.
6. 제 1항에 있어서,

   상기한 피스톤(40)의 외주연에는 기밀을 위한 패킹(41)이 형성되는 것을 특징으로 하는 유량조절이 가능한 워터펌프.