KR20050044022A

KR20050044022A - Variable water pump

Info

Publication number: KR20050044022A
Application number: KR1020030078530A
Authority: KR
Inventors: 김형현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-05-12

Abstract

본 발명은 엔진의 운전영역별로 엔진의 냉각효율이 달라질 수 있도록 하기 위한 가변 워터 펌프에 관한 것으로,The present invention relates to a variable water pump for varying the cooling efficiency of the engine for each operating region of the engine,

엔진의 크랭크 샤프트의 동력을 벨트로써 전달받아 회전되는 워터 펌프에 있어서,In the water pump is rotated by receiving the power of the crankshaft of the engine as a belt,

구동 축의 구동풀리와 구동 벨트로써 연결되어 전달받은 회전력이 타구동수단으로 전달될 수 있도록 형성되어지되, 그 벨트장착면은 내측에서 외측으로 향할수록 직경이 감소되는 경사면으로 형성되는 경사 풀리와;An inclined pulley connected to the driving pulley of the driving shaft and the driving belt so that the transmitted rotational force can be transmitted to the other driving means, the belt mounting surface being formed as an inclined surface whose diameter decreases from the inner side to the outer side;

상기한 경사 풀리와 소정거리 떨어진 위치에 상기 경사 풀리의 벨트장착면과는 대향된 방향의 벨트장착면을 갖는 워터 펌프 풀리와;A water pump pulley having a belt mounting surface in a direction opposite to the belt mounting surface of the inclined pulley at a position away from the inclined pulley;

상기한 경사 풀리와 워터 펌프 풀리 간을 연결하되, 그 도중의 단면방향이 상기 벨트장착면의 경사각과 같이 경사지게 형성된 벨트와;A belt connected between the inclined pulley and the water pump pulley, the cross-sectional direction of which is inclined as the inclination angle of the belt mounting surface;

솔레노이드 밸브의 작동량에 따라서 상기한 벨트의 축방향위치가 이동될 수 있도록, 상기 벨트의 도중이 수용되는 벨트홈이 형성된 조절 풀리와;An adjustment pulley in which a belt groove is formed in which the middle of the belt is accommodated so that the axial position of the belt can be moved in accordance with the operation amount of the solenoid valve;

엔진의 운전영역변화에 따라 상기 조절 풀리의 위치가 변경되도록 상기 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A control unit for controlling the operation of the solenoid valve so that the position of the regulating pulley is changed according to a change in an operating region of an engine; Characterized in that comprises a.

Description

Variable water pump

본 발명은 가변 워터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전영역별로 엔진의 냉각효율이 달라질 수 있도록 하기 위한 가변 워터 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a variable water pump, and more particularly, to a variable water pump for varying the cooling efficiency of the engine for each operating region of the engine.

일반적인 엔진의 냉각장치로는 냉각수의 순환에 의한 수냉식 냉각장치가 주로 사용되고 있으며, 수냉식 냉각 시스템을 위해서 엔진 연소실 주변의 실린더 블럭 및 실린더 헤드의 도중에는 성형과정에서 워터 재킷이 형성된다. 그리고 상기한 워터 재킷으로 냉각수를 공급하기 위해서 엔진의 일측에는 워터 펌프가 장착된다.As a general engine cooling apparatus, a water-cooled cooling apparatus by circulation of cooling water is mainly used. A water jacket is formed in the middle of the cylinder block and the cylinder head around the engine combustion chamber for the water-cooling cooling system. And a water pump is mounted on one side of the engine to supply the coolant to the water jacket.

한편, 상기한 워터 펌프의 구동수단은 엔진의 크랭크 샤프트의 동력을 벨트로써 전달받아 회전되도록 하기 위한 엔진 구동식과, 별도의 전동 모터에 의해서 회전되도록 하기 위한 전동 구동식이 있다.On the other hand, the driving means of the water pump is an engine drive type to rotate by receiving the power of the crankshaft of the engine as a belt, and an electric drive type to be rotated by a separate electric motor.

상기한 엔진 구동식의 워터 펌프 장치에서 상기 워터 펌프의 풀리는 크랭크 샤프트의 일단과 벨트로써 연결되고, 상기 워터 펌프의 하우징 내에는 냉각수에 압력을 가하기 위한 임펠러가 수용된다. 그리고 엔진의 냉각수온 변화에 따른 냉각수의 순환을 제어하기 위해서 실린더 블럭 및 실린더 헤드의 도중에 마련된 워터 재킷의 도중에는 서머스탯이 형성된다.In the engine driven water pump apparatus, the pulley of the water pump is connected to one end of the crankshaft by a belt, and an impeller for applying pressure to the cooling water is housed in the housing of the water pump. A thermostat is formed in the middle of the water jacket provided in the middle of the cylinder block and the cylinder head in order to control the circulation of the cooling water according to the change in the cooling water temperature of the engine.

그리고 엔진을 순환하며 가열된 냉각수를 적정 온도로 낮추어 주기 위한 장치로서 엔진의 전방 일측에는 라디에이터가 장착된다. 상기 라디에이터의 상측 탱크와 하측 탱크 간에는 냉각 튜브 및 냉각 핀이 마련되어 엔진을 순환하며 가열된 냉각수가 대기와 열교환될 수 있도록 구성된다.In addition, a radiator is mounted on one side of the engine as a device for circulating the engine and lowering the heated cooling water to an appropriate temperature. Cooling tubes and cooling fins are provided between the upper tank and the lower tank of the radiator to circulate the engine so that the heated coolant can exchange heat with the atmosphere.

특히, 엔진의 설계과정에서, 엔진의 시동초기 냉간시에는 워밍 업(Wirmming up)이 단축될 수 있도록 하고, 엔진의 온간 구동시에는 냉각성능의 확보를 위해 적정한 냉각수 유량이 확보되어야 하며, 차량의 가속으로 인한 엔진의 고부하 영역에서는 엔진의 내구성능 보호를 위한 충분한 냉각유량이 확보될 수 있도록 하는 측면이 고려하여야 한다.Particularly, during the engine design process, the warming up can be shortened during the initial cold of the engine, and the coolant flow rate must be secured to ensure the cooling performance during the warm running of the engine. In the high load region of the engine due to acceleration, consideration should be given to ensuring sufficient cooling flow rate to protect the durability of the engine.

그런데 엔진 냉각장치의 개발과정에서 가장 문제가 되는 영역은 엔진의 최고속 고부하 영역으로, 이 영역에서의 냉각성능향상을 위주로 냉각장치의 개발이 이루어진다. 그리고 워터 펌프의 경우에는 어느 한 위치에서의 성능이 결정되면 엔진 회전수의 변화에 따라 어느정도 일정한 비율에 따라 유량이 설정되기 때문에, 초기 냉각 작동시의 워밍 업 시간의 단축을 방해하는 상대적으로 많은 유량이 발생되고, 이 영역에서 과냉각이 발생되어 엔진의 초기 워밍 시간의 단축에 한계로 작용하게 되는 문제점이 있었다.By the way, the most problematic area in the development of the engine cooling system is the fastest high-load region of the engine, the development of the cooling system mainly to improve the cooling performance in this area. In the case of the water pump, when the performance is determined at a certain position, the flow rate is set to a certain ratio according to the change in the engine speed, so that a relatively large flow rate prevents shortening of the warm-up time during the initial cooling operation. There is a problem that occurs, and the supercooling occurs in this area to limit the shortening of the initial warming time of the engine.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 운전영역별로 엔진의 냉각효율이 달라질 수 있도록 하기 위한 가변 워터 펌프를 제공하는 데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable water pump to solve the above problems, so that the cooling efficiency of the engine can be changed for each operating region of the engine.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,

상기한 경사 풀리와 소정거리 떨어진 위치에 상기 경사 풀리의 벨트장착면과는 대향된 방향의 벨트장착면을 갖는 워터 펌프 풀리와; A water pump pulley having a belt mounting surface in a direction opposite to the belt mounting surface of the inclined pulley at a position away from the inclined pulley;

이하, 본 발명에 의한 워터 펌프 장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the configuration and operation of the water pump apparatus according to the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 워터 펌프의 구동을 위한 풀리들의 구성도이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명에 의한 워터 펌프의 작동상태도이다. 도 1에 도시된 워터 펌프의 상태는 엔진의 온간 운전시이고, 도 2의 경우에는 엔진의 냉간 운전시이며, 도 3은 엔진의 과부하 운전시이다.1 is a configuration diagram of pulleys for driving a water pump according to the present invention, Figures 2 to 3 is an operation state diagram of the water pump according to the present invention. The state of the water pump shown in FIG. 1 is in the warm operation of the engine, in the case of FIG. 2 in the cold operation of the engine, and in FIG. 3 in the overload operation of the engine.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성된 워터 펌프를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의해 형성된 워터 펌프 벨트를 지시하는 것이다.Reference numeral 30 indicated in the drawing indicates a water pump formed by the present invention, and reference numeral 40 indicates a water pump belt formed by the present invention.

상기한 워터 펌프(30)의 구동을 위해서 엔진의 크랭크 샤프트의 일단에 장착된 구동 풀리(10)와 상기 워터 펌프(30) 간에는 별도의 종동축(12)이 형성되고, 상기 구동 풀리(10)와 종동축(12)의 풀리(13) 간에는 구동 벨트(11)가 연결된다. 상기 종동축(12)의 풀리(13)는 기존의 엔진에도 형성되었던 보기류 중에서 어느 한 풀리의 축이 선택될 수도 있는 것이다.In order to drive the water pump 30, a separate driven shaft 12 is formed between the driving pulley 10 mounted at one end of the crankshaft of the engine and the water pump 30, and the driving pulley 10 is formed. And a drive belt 11 are connected between the pulley 13 of the driven shaft 12. The pulley 13 of the driven shaft 12 may be selected from the shaft of any one of the accessories formed in the existing engine.

특히, 상기한 종동축(12)의 다른 일측에는 경사 풀리(20)가 형성되는데, 본 발명에 의한 워터 펌프 풀리(32)와 워터 펌프 벨트(40)로써 연결되기 위한 상기 경사 풀리(20)의 벨트 장착면은 내측에서 외측으로 향할수록 직경이 점차 감소되는 방향으로 경사진 원뿔대형상으로 형성된다. 상기 경사 풀리(20)의 양측단에는 벨트의 이탈을 방지하기 위한 가드(22)가 돌출형성된다.In particular, the other side of the driven shaft 12 is formed with an inclined pulley 20, of the inclined pulley 20 to be connected to the water pump pulley 32 and the water pump belt 40 according to the present invention. The belt mounting surface is formed in a truncated truncated cone shape in a direction in which the diameter gradually decreases from the inner side to the outer side. Guards 22 are formed at both side ends of the inclined pulley 20 to prevent separation of the belt.

상기 경사 풀리(20)의 벨트 장착면과 대응하여 상기 워터 펌프(30)의 워터 펌프 풀리(32)의 경우에도 상기 경사 풀리(20)의 벨트 장착면과 대향되는 방향으로 동일한 경사각을 갖는 원뿔대형상으로 형성된다. 상기 워터 펌프 풀리(32)의 양측단에는 벨트의 이탈을 방지하기 위한 가드(34)가 돌출형성된다.In the case of the water pump pulley 32 of the water pump 30 corresponding to the belt mounting surface of the inclined pulley 20 also has a truncated conical shape having the same inclination angle in the direction opposite to the belt mounting surface of the inclined pulley 20. Is formed. Guards 34 are formed at both ends of the water pump pulley 32 to prevent separation of the belt.

상기한 바와 같이 경사면으로 형성되는 워터 펌프 풀리(32)와 경사 풀리(20) 사이를 연결하는 워터 펌프 벨트(40)는 상기한 풀리들의 경사각에 맞추어 그 도중의 단면형상이 경사지도록 형성된다.As described above, the water pump belt 40 connecting the water pump pulley 32 and the inclined pulley 20 formed as the inclined surface is formed so that the cross-sectional shape in the middle thereof is inclined in accordance with the inclination angle of the pulleys.

그리고 상기한 워터 펌프 풀리(32)와 경사 풀리(20) 사이의 중간위치에는 상기한 워터 펌프 벨트(40)의 회전을 가이드할 뿐만 아니라, 상기 워터 펌프 벨트(40)의 축방향위치 조절을 위한 조절 풀리(24)가 형성된다. 상기 조절풀리(24)의 외주면 양측에는 상기 워터 펌프 벨트(40)가 외측으로 이탈되지 않도록 하기 위한 가드(26)가 돌출형성되어, 상기 양측의 가드(26) 사이의 장착홈으로 워터 펌프 벨트(40)가 안착되도록 형성된다.In addition, the intermediate position between the water pump pulley 32 and the inclined pulley 20 not only guides the rotation of the water pump belt 40, but also adjusts the axial position of the water pump belt 40. An adjustable pulley 24 is formed. Guards 26 are formed on both sides of the outer circumferential surface of the adjusting pulley 24 to prevent the water pump belt 40 from escaping to the outside, and the water pump belts are provided as mounting grooves between the guards 26 on both sides. 40) is formed to be seated.

그리고 상기 조절풀리(24)의 양측에는 엔진의 운전영역변화에 따른 제어부(50)의 제어에 조절되어 상기 조절풀리(24)가 그 축방향을 따라서 소정의 구간내에서 이동될 수 있도록 하기 위한 솔레노이드 밸브(52,54)가 형성된다.And both sides of the adjustment pulley 24 is adjusted by the control of the control unit 50 according to the change in the operating area of the engine so that the control pulley 24 can be moved within a predetermined section along the axial direction Valves 52 and 54 are formed.

상기한 솔레노이드 밸브(52,54)는 엔진의 운전영역변화에 따라 제어부(50)의 제어에 의해 동작될 수 있도록 설정된다.The solenoid valves 52 and 54 are set to be operated by the control of the controller 50 according to the change in the operating region of the engine.

한편, 상기한 경사 풀리(20)와 축결합되는 중동축(12)과 워터 펌프(30)의 풀리(32)와 축결합되는 워터 펌프 축(31)은 베어링 등을 매개로 하우징(60)에 장착된다. 그리고 도면 중 미설명부호 36은 워터 펌프의 임펠러를 지시하는 것이다.On the other hand, the middle shaft 12 is coupled to the inclined pulley 20 and the water pump shaft 31 is coupled to the pulley 32 of the water pump 30 is connected to the housing 60 via a bearing or the like. Is mounted. Reference numeral 36 in the drawing indicates an impeller of the water pump.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operating state of the present invention configured as described above are as follows.

엔진이 시동되어 크랭크 샤프트가 회전되며, 상기 크랭크 샤프트의 구동 풀리(10)와 구동 벨트(11)로써 연결된 종동축(12)이 회전된다. 그리고 상기한 종동축(12)의 회전과 함께 상기 경사 풀리(20)가 회전되고, 상기 워터 펌프 벨트(40)로써 연결된 워터 펌프 풀리(32)가 회전된다.The engine is started to rotate the crankshaft, and the driven shaft 12 connected to the drive pulley 10 and the drive belt 11 of the crankshaft rotates. Then, the inclined pulley 20 is rotated along with the rotation of the driven shaft 12, and the water pump pulley 32 connected by the water pump belt 40 is rotated.

그런데 상기한 제어부(50)에서는 엔진의 시동초기시와 엔진 내를 순환하는 냉각수의 온도가 설정온도(예를 들어, 85℃) 이하일 경우에는 엔진의 운전영역을 냉간운전시로 판단하여, 상기한 조절 풀리(24)의 작동방향이 경사 풀리(20)를 기준으로 설명할 때 외측을 향하도록 상기 솔레노이드 밸브(52,54)가 작동된다.(도2 참조) 이 경우에는 상기 경사 풀리(20)와 워터 펌프(30)의 구동비를 비교할 때, 경사 풀리(20)의 직경이 작게되어, 상기 경사 풀리(20)의 회전수 대비 워터 펌프 풀리(32)의 회전수가 줄게되어 냉각수의 펌핑효율이 떨어지게 된다.However, the controller 50 determines that the operating region of the engine is cold operation when the initial temperature of the engine is started and when the temperature of the coolant circulating in the engine is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 85 ° C.). The solenoid valves 52 and 54 are operated to face outward when the operation direction of the adjusting pulley 24 is described with reference to the inclined pulley 20 (see FIG. 2). In this case, the inclined pulley 20 is operated. And the driving ratio of the water pump 30, the diameter of the inclined pulley 20 is smaller, the rotational speed of the water pump pulley 32 compared to the rotational speed of the inclined pulley 20 is reduced the pumping efficiency of the coolant Will fall.

그리고 엔진의 운전영역이 정상온도영역(예를 들어, 85~95℃)일 경우에는 첨부된 도면의 도 1에서와 같이, 상기한 조절 풀리(24)의 위치가 스토로크의 중간위치에 오게 된다. 따라서 상기 경사 풀리(20)의 중간부와 워터 펌프 풀리(30)의 중간부가 워터 펌프 풀리(32)로써 연결되어, 상기한 경사 풀리(20)와 워터 펌프 풀리(32) 간의 회전비가 엔진의 중저속영역에 해당되도록 한다.And when the operating region of the engine is a normal temperature region (for example, 85 ~ 95 ℃), as shown in Figure 1 of the accompanying drawings, the position of the above-mentioned control pulley 24 comes to the intermediate position of the stroke. . Therefore, the middle portion of the inclined pulley 20 and the middle portion of the water pump pulley 30 are connected by the water pump pulley 32, so that the rotation ratio between the inclined pulley 20 and the water pump pulley 32 is the bottom of the engine. Make sure that it belongs to the inner zone.

계속해서 엔진이 가속되어 고속영역에서 운전되거나, 엔진의 냉각수 온도가 설정온도(예를 들어, 95℃) 이상으로 상승될 경우에 상기한 제어부(50)에서는 엔진의 운전상태를 열간운전시로 파악하게 되고, 상기한 위치가 경사 풀리(20)를 기준으로 설명할 때 상기 조절 풀리(24)의 위치가 내측을 향해 이동되는 방향으로 이동되도록 솔레노이드 밸브(52,54)를 제어하게 된다. 따라서 상기한 경사 풀리(20)와 워터 펌프 풀리(32) 간의 회전비가 변경되어 워터 펌프 풀리(32)의 회전수가 상승되어, 워터 펌프에서의 냉각수의 펌핑량이 증대되어진다.When the engine is continuously accelerated and operated in a high speed region, or when the coolant temperature of the engine rises above the set temperature (for example, 95 ° C.), the controller 50 determines the operating state of the engine as hot operation. When the position is described with reference to the inclined pulley 20, the solenoid valves 52 and 54 are controlled to move in the direction in which the position of the adjustment pulley 24 is moved inward. Therefore, the rotation ratio between the inclined pulley 20 and the water pump pulley 32 is changed to increase the rotation speed of the water pump pulley 32, thereby increasing the pumping amount of the cooling water in the water pump.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 엔진의 운전영역별로 크랭크 샤프트 대비 워터 펌프의 회전비가 달라지게 되므로서, 엔진의 시동초기시와 같은 냉간영역에서는 엔진의 워밍 업 시간이 단축되도록 하고, 엔진의 고속 고부하 영역에서 운전되는 경우에는 엔진의 회전수를 늘려 냉각수의 펌핑량이 충분하도록 조절되는 커다란 장점이 있는 것이다.According to the present invention configured as described above, the rotation ratio of the water pump to the crankshaft is changed for each operation region of the engine, so that the warm-up time of the engine is shortened in the cold region, such as when the engine is initially started, When operating in a high speed high load region, there is a great advantage that the pumping amount of the coolant is adjusted to a sufficient amount by increasing the engine speed.

도 1은 본 발명에 의한 워터 펌프의 구동을 위한 풀리들의 구성도.1 is a block diagram of pulleys for driving a water pump according to the present invention.

도 2는 엔진의 냉간 운전시 본 발명에 의한 워터 펌프의 작동상태도.Figure 2 is an operating state of the water pump according to the present invention during the cold operation of the engine.

도 3은 엔진의 열간 운전시 본 발명에 의한 워터 펌프의 작동상태도.Figure 3 is an operating state of the water pump according to the present invention during the hot operation of the engine.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

10 : 구동 풀리 11 : 구동 벨트10: drive pulley 11: drive belt

12 : 종동축 20 : 경사 풀리12: driven shaft 20: inclined pulley

24 : 조절 풀리 30 : 워터 펌프24: Adjustable Pulley 30: Water Pump

31 : 워터 펌프 축 32 : 워터 펌프 풀리31: water pump shaft 32: water pump pulley

36 : 임펠러 40 : 워터 펌프 벨트36: Impeller 40: Water Pump Belt

50 : 제어부 52,54 : 솔레노이드 밸브50: control unit 52, 54: solenoid valve

Claims

In the water pump is rotated by receiving the power of the crankshaft of the engine as a belt,

The belt mounting surface is inclined pulley 20 is formed as an inclined surface is reduced in diameter from the inner side to the outer side;

A water pump pulley 32 having a belt mounting surface in a direction opposite to the belt mounting surface of the inclined pulley 20 at a position away from the inclined pulley 20;

A water pump belt 40 for connecting between the inclined pulley 20 and the water pump pulley 32;

An adjusting pulley (24) for accommodating the middle of the water pump belt (40) so that the axial position of the water pump belt can be moved in accordance with the actuation amounts of the solenoid valves (52, 54);

A controller (50) for controlling the operation of the solenoid valves (52, 54) such that the position of the regulating pulley (24) is changed in accordance with a change in the operating region of the engine; Variable water pump, characterized in that comprises a.

The method of claim 1,

The inclined pulley (20) is axially coupled to the fixed portion at a position spaced apart from the drive pulley (10), variable water pump, characterized in that connected to the drive pulley (10) by a drive belt (11).

The method of claim 1,

The water pump belt 40 is a variable water pump, characterized in that the cross-sectional shape is inclined toward one side at an inclination angle of the inclined pulley (20) and the water pump pulley (32).