KR20050048072A - 차량용 범퍼 - Google Patents

Abstract

차량용 범퍼가 개시된다.

본 발명은, 범퍼의 일부에 도어 플레이트가 형성되고, 이 도어 플레이트가 엔진 혹은 엔진 부속부의 온도 조건에 따라 이동되어 라디에이터와 같은 냉각 장치 혹은 엔진 및 엔진 부속부가 설치된 공간으로 들어가는 공기의 양을 조절할 수 있도록 형성됨을 특징으로 한다.

따라서, 외기 유입에 의한 엔진 및 그 부속부의 온도 조절을 최적화할 수 있고, 엔진 및 엔지 부속부의 과열을 방지하여 엔진 등의 내구성을 높이고, 평균 엔진 운행 효율이 높도록 관리할 수 있으며, 전체 운행에 대한 평균적 공기 저항을 낮출 수 있다.

Description

차량용 범퍼 {Bumper for vehicles}

본 발명은 차량용 범퍼(bumper)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 냉각 효율을 높일 수 있는 차량용 범퍼에 관한 것이다.

차량용 범퍼는 차량의 저속충돌시 자체가 탄성적으로 변형하면서 차량의 물리적 손상을 방지하는 차량 부품의 하나다. 일반적으로 차량용 범퍼 시스템은 범퍼커버, 충격흡수재, 범퍼빔(bumper beam)과 차체와의 연결부인 범퍼브라켓(bracket)으로 구성된다. 또한, 범퍼는 구성 재료에 따라 스틸 범퍼, 플라스틱 범퍼, 알루미늄 범퍼 등으로 구분될 수 있다.

한편, 범퍼는 주로 차량의 손상을 방지하는 부품이지만 그 자체가 차량의 외관을 형성하며, 앞 범퍼의 경우, 넓게는 엔진이 설치된 공간의 벽체를 이루고 있다.

엔진의 온도는 차량의 효율과 내구성 및 안전과 관련하여 매우 중요한 결정 요소가 되며, 첵크 포인트(check point)가 된다. 가령, 차량의 엔진 온도가 너무 높으면, 엔진을 이루는 재질의 변형이 생기거나 엔진 내에서의 연료의 폭발이 비정상적으로 이루어진다. 이들 현상은 차량의 내구성 및 차량 운행의 안전과 효율을 방해하게 된다. 엔진 온도가 너무 낮은 경우에도, 연료의 폭발과 연소실 팽창이 적당하게 이루어지지 않고, 열기관의 기본 원리에 따라 에너지 효율이 떨어지게 된다.

이러한 온도 조절의 문제는 엔진뿐아니라 오일이 들어있는 변속기에도 유사하게 적용될 수 있다. 변속기 오일의 온도가 너무 상승하면 오일의 변질로 변속기의 내구성이 떨어진다. 따라서, 엔진 및 변속기 등 엔진 부속부의 온도를 적정하게 유지하는 것은 차량의 설계에서 매우 중요한 관건이다.

가령, 변속기에서 변속기 오일의 온도가 상승하면 오일 온도 센서에 의해 변속기 조절 박스(TCU:transmission control unit)에서 고유온 모드를 통해 변속기의 온도를 떨어뜨린다. 댐퍼 클러치를 사용하는 경우, 댐퍼 클러치가 직렬되어 동력전달의 효율을 높여 냉각성능 및 오일온도 상승을 억제하여 변속기의 내구성을 유지시키게 된다.

그런데, 변속기 제어 방식에 따라 다소 차이는 있지만 종래의 기술에 따르면, 댐퍼 클러치를 직결시키면 내구성이 떨어지는 경향이 있다. 따라서, 고유온 모드로 작동되는 경우에도 댐퍼 클러치를 연결시키지 못하고 오일 온도는 떨어지지 않는다는 문제가 있다. 결과적으로, 댐퍼 클러치의 작동 영역을 최소화하여 변속기 내구성을 향상시키고 댐퍼 클러치의 직결 충격도 최소화하는 방식으로 차량이 운용되고 있다.

한편, 차량에서 엔진 및 그 부속부의 온도를 적정하게 유지하기 위해 엔진 주변에는 냉각장치가 설치된다. 차량용 엔진의 냉각 방식은 수냉식인 경우가 많지만 수냉식인 경우에도 엔진의 열을 빼앗아온 냉각수는 라디에이터(radiator)에서 결국 공기에 열을 전달하게 되고, 공랭식인 경우 엔진의 열이 냉각 핀을 통해 직접 공기로 전달된다.

범퍼도 엔진이 설치된 공간을 감싸며 차량의 최전방에 위치하여 엔진룸(engine room)으로 외기가 유입되는 통로의 일부를 형성하는 경우가 많다. 따라서, 범퍼의 형상이나 범퍼에 형성된 공기 창(window)의 위치, 크기, 형태는 차량의 냉각 효율과 밀접한 관계를 가질 수 있다.

도1은 종래의 차량용 범퍼가 승용차에 설치된 상태를 승용차의 정면에서 본 개략적 도면이며, 도2는 도1의 중심선 A에 따라 절단한 경우의 수냉식 차량의 라디에이터 주변부 및 범퍼 위치를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도시된 바에 따르면, 라디에이터(10)가 차량 앞쪽에서 차량 그릴(20)이나 범퍼(30)에 형성된 홀(hole) 또는 윈도우(window)를 통해 들어오는 공기와 닿으면서 열이 공기로 전달되는 것을 알 수 있다. 라디에이터(10) 뒤쪽 혹은 앞쪽에는 라디에이터(10)에 강제로 공기를 끌어올 수 있는 냉각 팬(14)이 형성되고, 라디에이터(10) 아래쪽에는 도시되지 않지만 라디에이터(10) 내에 수냉식 오일 냉각기가 구비되며, 라디에이터의 하부 전반에는 공냉식 오일 냉각기가 구비된다.

그런데, 라디에이터(10)를 지나는 공기는 엔진 및 부속부가 차량 운행에 최적의 온도를 유지하도록 온도와 양이 조절되는 것이 바람직함에도 불구하고 종래의 차량에서는 그릴(20)나 범퍼(30)에 형성된 공기창은 고정된 구조를 가지고 있어서 차량의 속도나 외부 풍향, 풍속 등의 환경에 따라 공기의 유입량이 결정되고, 공기의 온도도 외부 기온에 의해 결정된다. 따라서, 라디에이터(10)를 지나는 공기에 대한 열전달을 통해 최적의 엔진 온도를 유지하는 것은 어렵고, 엔진의 과열로 인한 내구성 및 효율 저하의 문제점이 있었다.

또한, 범퍼(30)의 공기창의 형태나 크기가 지나치게 클 경우, 차량 운행중의 공기 저항이 커지고, 엔진의 온도를 지나치게 낮출 수 있으므로 차량의 운행 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 차량 범퍼를 통과하는 공기를 이용한 엔진 및 엔진 부속부의 냉각에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기 유입에 의한 엔진 및 그 부속부의 온도 조절을 최적화할 수 있는 차량용 범퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 엔진의 온도가 과열되는 것을 방지하여 엔진 내구성을 높이고, 이상 폭발 및 엔진 오일 변성 등에 의해 엔진 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있는 차량용 범퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 엔진을 불필요하게 혹은 과잉 냉각시켜 차량 운행의 에너지 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 차량용 범퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상황에 따라 유입되는 공기량이 지나치게 많아 차량의 운행중 저항을 높이는 문제를 방지할 수 있는 차량용 범퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 범퍼의 일부에 도어 플레이트가 형성되고, 이 도어 플레이트가 엔진 혹은 엔진 부속부의 온도 조건에 따라 이동되어 라디에이터와 같은 냉각 장치 혹은 엔진 및 엔진 부속부가 설치된 공간으로 들어가는 공기의 양을 조절할 수 있도록 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명에서 범퍼는 통상 범퍼커버, 충격흡수재, 범퍼빔(bumper beam), 범퍼브라켓(bracket) 등을 구비하여 이루어지며, 도어 플레이트는 범퍼 커버와 함께 차량을 외부에서 볼 때의 범퍼 커버면의 일부를 구성하도록 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 도어 플레이트는 닫힌 상태에서 범퍼 커버면의 일부를 이루거나 혹은 범퍼 커버면과 연속되는 표면을 이루는 것이 바람직하다.

본 발명에서 도어 플레이트는 그 일부를 지나도록 형성된 축을 중심으로 회전이동하도록 형성될 수 있다. 이때, 통상은 회전 중심축이 도어 플레이트 면을 반분하면서 도어 플레이트의 일 변과 평행하게 도어 플레이트의 중심을 지나도록 형성된다. 또는, 도어 플레이트는 범퍼 커버면과 평행하게 슬라이드 방식으로 이동하도록 형성될 수 있다.

본 발명에서 도어 플레이트의 이동에는 통상적으로 모터를 사용하게 된다. 또한, 렉크와 피니언 같은 기어 세트나 벨트와 풀리 방식의 동력 전달 수단을 이용하여 모터의 동력을 도어 플레이트로 이동시킬 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 범퍼가 승용차에 설치된 상태를 승용차의 정면 쪽에서 본 개략적 도면이며, 도4는 본 발명의 일 실시예에서 가변 도어 플레이트가 설치된 상태를 나타내는 구성도, 도5는 본 발명의 일 실시예에서 도어 플레이트를 움직이는 모터의 구동까지의 경로를 나타내는 개념적 흐름도이다.

도4를 참조하면, 범퍼 빔(21,23:이하 범퍼 프레임과 같은 의미로 사용한다) 혹은 범퍼 프레임에서 가로로 설치된 상하 두 빔(21)의 중간 부분에 래크(37)를 설치할 상하 고정 플레이트(39a,39b)가 형성된다. 래크(37)는 상하 고정 플레이트(39a,39b)에 두 단부가 연결되는 데 이들 단부는 상하로 일정 구간 움직일 수 있도록 연결되어야 한다. 가령, 상하 고정 플레이트(39a,39b)는 래크(37)의 두 단부가 연결될 때 두 단부가 좌우로 흔들리지 않게 고정하면서 상하 방향으로는 래크(37)가 직선 운동을 원활히 하도록 하는 박스형의 슬라이딩 홈을 가진 것일 수 있다.

중앙에 피니언(33)을 가지는 축이 범퍼 프레임의 세로로 설치된 좌우 빔(23)의 일정 준위에 회전 가능하게 고정된다. 회전 가능하게 고정되는 방법으로는 도시된 바와 같이 축의 두 단부에 피벗(41:Pibot)을 형성하고, 좌우 빔(23)에 피벗(41)에 대응되는 홈을 설치하는 방법을 사용할 수 있다. 이 외에도 축이 범퍼 프레임에 고정되는 방법으로는 좌우 빔(23)에 실린더를 형성하고, 축은 단부를 크기가 이 실린더에 삽입될 수 있는 원형 막대로 형성하며, 그 마찰면을 매끈하게 하여 실린더 속에서 막대가 슬라이딩하며 자유롭게 돌 수 있도록 하거나, 여러 베어링 수단을 예시할 수 있다.

축은 그 단부가 반드시 범퍼 빔에 고정될 필요는 없고, 상하 고정 플레이트(39a,39b)를 연결하며, 그 면이 축과 같은 방향을 향하는 중앙 세로 플레이트(32)에 형성된 홀에 회전가능하게 고정될 수도 있다.

축은 본 실시예에서 대략 직방형으로 형성된 도어 플레이트(31)의 장변과 평행하게 도어 플레이트(31)의 중앙을 지나면서 도어 플레이트(31)와 고정되도록 형성된다. 축의 하부 또는 상부에는 레크(37)와 맞물릴 수 있는 피치를 가진 피니언 기어(35)가 있다. 이 피니언 기어(35)는 모터(36)의 회전축의 단부에 설치된 것이다.

이렇게 형성된 가변 도어 플레이트 장치에서 모터(36)가 회전하면, 모터(36) 회전축에 달린 피니언 기어(35)가 회전하고, 피니언 기어(35)와 맞물린 레크(37)가 양 단이 상하 고정 플레이트(39a,39b)에 연결된 상태로 상방 혹은 하방으로 움직이게 된다. 레크(37)의 이동은 다시 레크(37)에 맞물린 축 중앙의 피니언(33)을 회전시키고 축이 돌면서 축에 그 중앙이 결합된 도어 플레이트(31)가 회전하게 된다.

도3에 도시된 바와 같이 도어 플레이트(31)는 자체가 범퍼(30)의 외벽을 형성하는 상태이므로 도어 플레이트(31)가 회전하여 회전각이 90도에 이르면 도어 플레이트(31)는 차량 앞쪽에서 볼 때 두께면만 보이고, 도어 플레이트(31)로 마감되어 있던 부분은 외기가 유입될 수 있는 윈도우 혹은 홀을 형성하게 된다.

도5에 개념적으로 연결 도시된 바와 같이 본 발명에서 모터는 통상 변속기 조절 유닛과 같은 제어 장치를 통해 온도 센서와 연결되어 있다. 온도 센서는 엔진의 수온 센서, 변속기 오일 센서 혹은 이들의 조합이나, 기타 엔진 부속부의 온도 센서일 수 있다.

도6과 도7은 본 발명의 일 실시예에서 도어 플레이트가 열리거나(도6의 경우) 닫혔을 때(도7의 경우) 엔진실 내로의 공기의 흐름과 여부와 엔진 주변에 대한 냉각 작용 유무를 나타내는 설명도이다.

도5를 참조하여 본 발명의 차량용 범퍼에서 도어 플레이트가 작용하는 것을 보면, 엔진 냉각수의 수온을 측정하는 수온 센서와 변속기 오일의 온도를 측정하는 변속기 오일 센서가 각각 변속기 조절 유닛(TCU)에 연결되어 온도 신호를 보낸다. 변속기 조절 박스에서는 이들 신호를 얻어 각각이 일정 온도 이상이 되는 지 판단한다. 그리고, 두 온도가 소정의 온도를 넘어선다고 판단하면 도4의 설명에서와 같이 모터를 구동하게 된다.

가령, 통상 변속기 오일의 온도는 138℃를 넘어서고, 엔진 냉각수의 온도는 115℃를 넘어서면 변속기 조절 박스의 제어장치는 모터의 구동을 명하는 전기신호를 보내고 이 전기 신호 혹은 전류에 의해 모터가 구동한다. 그리고, 모터의 피니언 기어, 래크, 축의 피니언, 축, 도어 플레이트로 이어지는 경로를 따라 운동이 회전, 직선, 회전으로 바뀌면서 도어 플레이트가 회전이동하여 범퍼의 홀이 개방된다. 도어 플레이트는 완전 개방 완전 폐쇄의 형태로 운영될 수도 있으나, 온도 센서에서 감지된 온도가 기준 온도를 넘어서는 정도에 따라 도어 플레이트의 개방의 정도를 조절하는 방식으로 운용될 수도 있다.

본 발명의 운용의 경우를 좀 더 살펴보면, 차량이 언덕을 오르거나, 트레일러 주행과 같이 부하가 많아지면, 엔진과 엔진 부속부가 과열되고, 엔진 냉각수와 변속기 오일 온도가 기준온도보다 높아진다. 따라서, 도5의 경로와 같은 경로를 통해 도6에 도시된 바와 같이 범퍼(30)의 외벽 일부를 형성하는 도어 플레이트(31)가 회전하여 홀이 개방되면 차량의 진행에 따라 외기가 범퍼 홀로 충분히 유입된다. 유입된 외기는 라디에이터(10)와 주변의 수냉식 오일 냉각기(29), 공냉식 오일 냉각기(27)에서 열을 빼앗아 결국 엔진과 변속기 오일의 온도를 낮추게 된다.

반면, 엔진을 웜 업(warm up)하는 등 냉각이 불필요한 단계에서 또는 평지나 내리막을 달리면서 엔진은 과열되지 않은 상태라면, 온도 센서는 변속기 오일 온도나 엔진 냉각수 온도가 기준보다 낮음을 알릴 것이다. 변속기 조절 박스의 제어 장치는 도어 플레이트(31)의 폐쇄를 명하고 모터는 반대로 구동하여 도어 플레이트(31)가 주변 범퍼의 외벽과 나란하게 정렬하도록 한다. 혹은 도어 플레이트(31)가 폐쇄된 상태를 유지하도록 한다.

이런 경우, 도7에서 도시된 바와 같이 범퍼 홀을 통한 외기의 유입은 없으므로 라디에이터(10)나 그 주변의 오일 냉각기를 지나는 공기량은 작고 냉각 효율이 떨어지면서 엔진은 온도가 오르게 된다. 따라서, 엔진 온도 증가에 따른 에너지 효율이 높아지고, 공기 저항 계수가 적어져 운행의 효율도 높아지는 결과를 가져온다.

본 발명에 따르면, 범퍼면 일부의 위치를 가변시켜 외기 유입에 의한 엔진 및 그 부속부의 온도 조절을 최적화할 수 있다.

따라서, 엔진 및 부속부의 온도가 과열되는 것을 방지하여 엔진 및 부속부의 내구성을 높이고, 엔진을 불필요하게 냉각시켜 차량 운행의 에너지 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 차량의 운행중 저항이 필요없이 높아지는 문제를 저감할 수 있다.

도1은 종래의 차량용 범퍼가 승용차에 설치된 상태를 승용차의 정면 아래쪽에서 본 개략적 도면이며,

도2는 도1의 중심선 A에 따라 절단한 경우의 수냉식 차량의 라디에이터 주변부 및 범퍼 위치를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 범퍼가 승용차에 설치된 상태를 승용차의 정면 아래쪽에서 본 개략적 도면,

도4는 본 발명의 실시예에서 가변 도어 플레이트가 설치된 상태를 나타내는 구성도,

도5는 본 발명에서 도어 플레이트가 회전하는 경로를 나타내는 흐름도

도6과 도7은 각각 본 발명의 일 실시예에서 도어 플레이트가 열렸을 때와 닫혔을 때의 엔진실 내로의 공기의 흐름과 여부와 엔진 주변에 대한 냉각 작용 유무를 나타내는 설명도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.

10: 라디에이터 12: 콘덴서

14: 팬 20: 그릴

21,23: (범퍼) 빔 27: 공냉식 오일 냉각기

29: 수냉식 오일 냉각기 30: 범퍼

31: 도어 플레이트 32: 중앙 세로 플레이트

33: 피니언 35: 피니언 기어

36: 모터 37: 래크

39a,39b: 상하 고정 플레이트 41: 피벗

Claims (6)

1. 범퍼커버 및 범퍼빔(bumper beam)을 구비하여 이루어지는 차량용 범퍼 일부에 도어 플레이트가 형성되고,

   상기 도어 플레이트는 엔진 또는 엔진 부속부의 온도 조건에 따라 위치가 변화되어 엔진 및 부속부의 냉각 수단이 설치된 공간으로 들어가는 공기의 양을 조절하도록 형성됨을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도어 플레이트는 닫힌 상태에서 외관상 상기 범퍼 커버면과 연속되는 면을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 도어 플레이트는 상기 범퍼 커버면과 평행하게 이동하여 여닫기는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 도어 플레이트는 상기 도어 플레이트의 일부를 지나도록 형성된 축을 중심으로 회전이동하도록 형성됨을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 축에는 피니언이 설치되고,

   상기 피니언은 일 방향으로 왕복이동 가능하게 고정된 두 단부를 가지는 래크에 맞물리며,

   상기 래크는 상기 피니언과 다른 위치에 설치된 별도의 피니언 기어에 맞물리고,

   상기 피니언 기어는 모터축에 연결되어 모터가 회전하면 상기 래크가 상기 일 방향으로 이동되고, 상기 피니언이 회전되면서 상기 도어 플레이트가 회전이동하도록 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 축의 양 단부는 피벗 형태로 이루어져 상기 범퍼빔에 형성된 홈에 회전 가능하게 결속되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.