KR20050053834A - 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조에 관한 것으로서, 통상의 기계식 워터펌프에 유체클러치를 적용하여 냉각수 온도에 따라 워터펌프 임펠러의 구동 여부를 결정하도록 하여 저온상태에서 상기 워터펌프의 구동력이 일시 차단되도록 함으로써, 자동차에 대한 연료소비율의 향상을 도모하는 한편, 전자제어 방식의 워터펌프에 비해 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 제작 비용이 저렴한 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조에 관한 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 워터펌프 하우징 내에 유체클러치를 장착하되, 냉각수 온도에 따라 오일실 내의 작동유체가 구동 및 피동 디스크 사이의 공간에(서) 충전 또는 배출되도록 함으로써, 필요시에만 워터펌프가 구동되어 냉각수를 실린더헤드 및 실린더블록으로 압송시키게 된다.

Description

자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조{Structure for improving fuel ratio of mechanical water pump for automobile}

본 발명은 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 기계식 워터펌프에 유체클러치를 적용하여 냉각수 온도에 따라 워터펌프 임펠러의 구동 여부를 결정하도록 하여 저온상태에서 상기 워터펌프의 구동력이 일시 차단되도록 함으로써, 자동차에 대한 연료소비율의 향상을 도모하는 한편, 전자제어 방식의 워터펌프에 비해 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 제작 비용이 저렴한 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차란 차량 자체의 동력원으로서 엔진을 가지고, 그 발생 동력에 의해 노면 위를 자유롭게 운전 및 주행할 수 있는 차량을 말한다.

이와 같은 자동차는 통상의 인화성 연료를 사용하게 되며, 엔진은 이 연료로서 동력을 발생시키게 된다.

따라서, 이와 같은 엔진에서는 주행중 열이 발생하게 되므로, 통상의 자동차에서는 이러한 엔진의 열을 냉각시키기 위한 냉각 시스템이 필수적으로 적용된다.

도 5는 이와 같은 종래의 자동차 엔진의 냉각 계통도이다.

여기서, 도면부호 100은 워터펌프, 200은 리저버탱크, 300은 라디에이터, 400은 서모스탯, 500은 실린더헤드, 그리고 600은 실린더블록이다.

상기 리저버탱크(200)는 엔진냉각을 위한 냉각수가 저장되고, 필요시 라디에이터(300)에 공급된다.

상기 워터펌프(100)는 냉각수를 펌핑하여 엔진의 실린더헤드(500) 및 실린더블록(600)을 거쳐 라디에이터(300)와 서모스탯(400) 쪽으로 순환시킨다.

상기 라디에이터(300)는 실린더헤드(500) 및 실린더블록(600)을 거쳐 더워진 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각시킨다.

상기 서모스탯(400)는 냉각수의 온도를 측정하고 그 온도에 따라 개방/폐쇄되어, 라디에이터(300) 쪽으로 냉각수를 순환시키거나 또는 워터펌프(100) 쪽으로 바이패스 시킨다.

이와 같은 냉각 시스템 중, 상기 워터펌프(100)는 기계식과 전자제어식으로 구분되어 있으며, 첨부된 도 6은 종래의 자동차용 기계식 워터펌프를 나타내는 측면도이다.

상기 워터펌프(100)의 일측에는 타이밍체인(미도시)이 감겨지는 구동풀리(110)가 장착되고 타측에는 임펠러(130)가 장착된다.

상기 임펠러(130)는 하우징에 삽입되고 따라서, 구동풀리(110)가 타이밍체인(미도시)에 의해 회전되면, 상기 하우징에 삽입된 임펠러(130)가 회전하게 되어 그 내부의 냉각수를 순환시킨다.

아울러, 상기 구동풀리(110)에는 그 회전을 원활하게 하는 베어링(120)이 구비되고, 이 베어링(120)에는 그리스(grease) 등의 윤활제가 도포된다.

그러나, 이와 같은 종래의 기계식 워터펌프(100)의 경우, 냉각수를 압송시키는 임펠러(130)가 구동풀리(110)와 일체형으로 연결되어 있어 냉각수 온도의 상태와 관계없이 엔진 회전수에 비례하여 항상 구동 가능하도록 되어 있다.

그런데, 이런 경우에 초기 시동시나 겨울철에 엔진 냉각수온이 낮아 워터펌프(100)를 구동할 필요가 없을 때에도 워터펌프(100)를 구동시킴으로써, 엔진 출력 손실로 인한 연료 소비율의 증가가 수반되는 단점이 있다.

이를 해결하기 위하여 현재 전자제어 방식의 워터펌프를 적용하는 차량이 양산되고 있는데, 이러한 전자제어 방식의 워터펌프의 경우는 냉각 수온의 상태에 따라 적절히 구동되어 연료소비율의 향상을 도모하나, 제작 비용의 증대뿐만 아니라, 내구성 저하의 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 통상의 기계식 워터펌프에 유체클러치를 적용하여 냉각수 온도에 따라 워터펌프 임펠러의 구동 여부를 결정하도록 하여 저온상태에서 상기 워터펌프의 구동력이 일시 차단되도록 함으로써, 자동차에 대한 연료소비율의 향상을 도모하는 한편, 전자제어 방식의 워터펌프에 비해 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 제작 비용이 저렴한 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조는 구동풀리(110)와 임펠러(130) 사이의 동력 흐름을 일시 차단할 수 있도록 워터펌프 하우징 내의 구동풀리축(111)과 임펠러축(131) 사이에 유체클러치(10)가 장착된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 유체클러치(10)는 동력을 전달하는 구동디스크(21)가 일체 결합된 구동디스크커버(20) 및 그 동력을 전달받는 피동디스크(31)를 감싸는 피동디스크커버(30)로 분리된 원형구조의 클러치 하우징(11)과;

냉각수 온도에 따라 열팽창 가능하도록 그 일측 선단은 구동디스크커버(20)의 외측에 고정되고, 그 중심의 타측 선단은 상기 구동풀리축(111)을 통하여 슬라이드 밸브(23)의 중심에 연결되는 바이메탈(22)과;

상기 구동디스크커버(20) 및 피동디스크커버(30)의 내측에 각기 일정한 간격을 두고 다수개의 동심원을 갖는 요철부(21a,31a)가 형성되어 서로 결합 가능한 디스크면으로 이루어진 구동 디스크(21) 및 피동 디스크(31)와;

상기 구동디스크커버(20)의 중앙 내측에 설치되어 있으며, 작동유체인 오일이 충전되는, 오일 공급 및 회수원인 오일실(24)과;

상기 오일실(24)에서 배출되는 오일을 차단하는 차단막 기능을 가지며, 소정위치에 오일 배출구(26)가 형성된 원형 플레이트(25)와;

상기 바이메탈(22)에 의해 회전하여 상기 오일 배출구(26)를 개폐시키는 판 형상의 슬라이드 밸브(23)와;

상기 구동디스크커버(20)의 외주면부에 형성되어 있으며, 상기 오일 배출구(26)를 통해 배출된 오일이 오일실(24)로 리턴될 수 있도록 하는 오일 회수구(27) 및 리턴 통로(28)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 구동 및 피동 디스크(21,31)는 그 디스크면에 상기 요철부(21a,31a)로 오일이 급속히 충전 가능하도록 90°등간격을 이루는 오일 루트부(21b,31b)가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유체클러치 구조를 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 유체클러치에 대한 구동 및 피동클러치커버의 내부 구성을 나타내는 사진이다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 슬라이드 밸브가 장착된 피동클러치커버의 내부 구성을 나타내는 사진이다.

본 발명은 워터펌프 하우징 내에 유체클러치(10)를 장착하되, 냉각수 온도에 따라 오일실(24) 내의 작동유체가 구동 및 피동디스크(21,31) 사이의 공간에(서) 충전 또는 배출되도록 함으로써, 필요시에만 워터펌프(100)가 구동되어 냉각수를 실린더헤드(500) 및 실린더블록(600)으로 압송시키는 기술로서, 자동차에 대한 연료소비율을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 워터펌프 하우징 내의 구동풀리축(111)과 임펠러축(131) 사이에 유체클러치(10)가 장착되어 있는 바, 상기 유체클러치(10)는 수직단면이 원형구조로 이루어진 클러치 하우징(11)으로 되어 있으며, 상기 클러치 하우징(11)은 구동디스크커버(20)와 피동디스크커버(30)로 분리된다.

이때, 서로 볼트에 의해 일체 결합된 상기 구동 및 피동디스크커버(20,30)와, 상기 구동디스크커버(20)에 일체 결합된 구동디스크(21)는 상기 구동풀리축(111)에 일체 결합되어 있으며, 피동디스크(31)는 상기 임펠러축(131)에 일체 결합되어 있다.

상기 구동풀리축(111)에 일체 결합되어 있는 상기 구동디스크커버(20)의 외측 중앙부에 워터펌프(100) 내의 냉각수 온도의 변화에 따라 현저하게 벤딩되는 성질을 이용한 나선형상의 바이메탈(22)이 장착되어 있는 바, 상기 바이메탈(22)의 일측 선단은 구동디스크커버(20)의 외측에 고정되고, 그 중심의 타측 선단은 상기 구동풀리축(111)을 통하여 오일 배출구(26)를 개폐시키는 기능을 갖는 판 형상의 슬라이드 밸브(23)의 중심에 연결되어 있다.

이는 워터펌프(100) 내의 수온이 상승하게 될 경우, 상기 바이메탈(22)이 열팽창율의 변화로 인하여 회전하고, 이와 연결된 상기 슬라이드 밸브(23)도 또한 회전하도록 하여 상기 오일 배출구(26)가 개방되고, 그로 인하여 오일이 원심력에 의해 배출될 수 있도록 함으로써, 구동디스크커버(20)의 구동 디스크(21)와 피동디스크커버(30)의 피동 디스크(31) 사이의 공간에 채워지도록 하기 위함이다.

한편, 상기 구동 디스크(21) 및 피동 디스크(31)는 상기 클러치 하우징(11)의 내측에 디스크 형태로 장착되어 있고, 그 디스크면은 일정한 간격을 두고 다수개의 동심원을 갖는 요철부(21a,31a)로 형성되어 서로 결합 가능하도록 되어 있는 바, 이로 인하여 상기 구동 및 피동디스크(21,31) 사이의 공간에 오일이 충전되어 구동디스크(21)와 피동디스크(31)가 결합시 상기 구동 디스크(21)를 포함한 구동 및 피동 디스크커버(20,30)의 회전력이 임펠러축(131)에 일체 결합된 피동 디스크(31)로 전달된다.

이때, 상기 구동 및 피동 디스크(21,31)의 디스크면에 형성된 요철부(21a,31a)로 오일이 급속히 충전되도록 90°등간격을 이루는 오일 루트부(21b,31b)가 디스크면에 형성되어 있다.

한편, 상기 디스크면에 오일이 충전될 수 있도록 하는 오일 유동 구조에 있어서, 상기 구동디스크커버(20)의 중앙 내측에는 유체클러치(10)의 작동매체인 오일이 충전되어 있는 오일실(24)이 설치되어 있고, 그 외측으로는 상기 오일실(24)에서 배출되는 유체를 차단하는 차단막 기능의 원형 플레이트(25)가 장착되어 있으며, 상기 원형 플레이트(25)에 형성된 상기 오일 배출구(26)를 차단하는 슬라이드 밸브(23)가 상기 오일실(24)과 원형 플레이트(25) 사이에 축고정되어 있다.

그리고, 상기 구동디스크커버(20)의 외주면부에는 상기 오일 배출구(26)를 통해 배출된 오일이 오일실(24)로 리턴될 수 있도록 하는 오일 회수구(27) 및 리턴 통로(28)가 형성되어 있다.

이때, 작동 유체인 오일은 점도가 큰 실리콘 오일로서, 상기 구동 디스크(21)와 피동 디스크(31)를 결합시키는 역할을 하게 된다.

한편, 도면 부호 40a,40b은 회전하는 축의 자중과 그 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소인 베어링부를 나타낸다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조의 작동원리에 대해 설명하기로 한다.

워터펌프(100) 내의 수온이 상승하게 될 경우, 유체클러치(10)의 구동디스크커버(20) 외측에 장착된, 열팽창율이 서로 다른 바이메탈(22)이 회전하게 되고, 바이메탈(22) 중심에 연결된 축(111)을 통하여 슬라이드 밸브(23)가 회전하게 되는데, 이때 상기 슬라이드 밸브(23)가 차단하고 있던 오일 배출구(26)의 입구를 개방하게 된다.

이렇게 되면, 유체클러치(10) 중심부의 오일실(24)에 충전되어 있는 작동유체인 오일이 원심력에 의해 오일 배출구(26)를 통해 오일실(24) 밖으로 토출되어 구동 디스크(21)와 피동 디스크(31) 사이의 공간을 채우게 된다.

이때, 점도가 큰 실리콘 오일은 상기 구동 디스크(21)와 피동 디스크(31)를 결합시켜 구동풀리(110)의 구동력을 임펠러(130)에 전달하여 냉각수를 순환시키게 되는 바, 구동풀리축(111)이 회전함에 따라 상기 구동디스크(21)를 포함한 구동 및 피동디스크커버(20,30)가 함께 회전하게 된다.

그리고, 그 회전력이 피동디스크(31)에 선택적으로 전달되어 임펠러축(131)에 연결된 임펠러(130)가, 구동풀리축(111)의 회전수와 동일한 회전수로 회전하게 되어 냉각수를 순환시키게 되는 것이다.

한편, 워터펌프(100) 내의 수온이 하강하게 될 경우, 바이메탈(22)이 수축하여 슬라이드 밸브(23)가 원래대로 오일 배출구(26)를 차단하게 되고, 구동 디스크(21)와 피동 디스크(31) 사이에 잔존하는 오일이 원심력에 의해 그 외주면부에 위치한 오일 회수구(27)로 유입되어 리턴 통로(28)를 통해 오일실(24)로 리턴된다.

그 결과, 상기 구동 디스크(21)와 피동 디스크(31) 사이의 오일이 소량 잔존하게 되고, 그로 인하여 요철부(21a,31a)의 밀착면에서 슬립 현상이 발생하여 구동 디스크(21)의 회전력이 피동 디스크(31)로 전달되지 않게 되어 임펠러(130)가 거의 회전하지 않게 된다.

따라서, 본 발명은 냉각수 온도가 낮을 경우, 구동풀리(110)만 회전하게 되고, 실제 동력소요원인 워터펌프(100)는 회전하지 않게 되어 불필요한 연료의 낭비를 방지할 수 있는 새로운 기계식 워터펌프를 제공하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조에 의하면, 냉각수 온도에 따라 그 구동을 달리하여 불필요한 연료의 낭비를 방지함으로써, 자동차에 대한 연료소비율의 향상이 가능한 한편, 전자제어 방식의 워터펌프에 비해 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 제작 비용이 저렴한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조를 나타내는 개략적인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 유체클러치 구조를 나타내는 정면도,

도 3은 본 발명에 따른 유체클러치에 대한 구동 및 피동클러치커버의 내부 구성을 나타내는 사진,

도 4는 본 발명에 따른 슬라이드 밸브가 장착된 피동클러치커버의 내부 구성을 나타내는 사진,

도 5는 종래의 자동차 엔진의 냉각 계통을 나타내는 블록도,

도 6은 종래의 자동차용 기계식 워터펌프를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 유체클러치 11 : 클러치 하우징

20 : 구동디스크커버 21 : 구동 디스크

21a : 요철부 21b : 오일 루트부

22 : 바이메탈 23 : 슬라이드 밸브

24 : 오일실 25 : 원형 플레이트

26 : 오일 배출구 27 : 오일 회수구

28 : 리턴 통로 30 : 피동디스크커버

31 : 피동 디스크 31a : 요철부

31b : 오일 루트부 40a,40b : 베어링부

Claims (3)

1. 구동풀리(110)와 임펠러(130) 사이의 동력 흐름을 일시 차단할 수 있도록 워터펌프 하우징 내의 구동풀리축(111)과 임펠러축(131) 사이에 유체클러치(10)가 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 유체클러치(10)는 동력을 전달하는 구동디스크(21)가 일체 결합된 구동디스크커버(20) 및 그 동력을 전달받는 피동디스크(31)를 감싸는 피동디스크커버(30)로 분리된 원형구조의 클러치 하우징(11)과;

   냉각수 온도에 따라 열팽창 가능하도록 그 일측 선단은 구동디스크커버(20)의 외측에 고정되고, 그 중심의 타측 선단은 상기 구동풀리축(111)을 통하여 슬라이드 밸브(23)의 중심에 연결되는 바이메탈(22)과;

   상기 구동디스크커버(20) 및 피동디스크커버(30)의 내측에 각기 일정한 간격을 두고 다수개의 동심원을 갖는 요철부(21a,31a)가 형성되어 서로 결합 가능한 디스크면으로 이루어진 구동 디스크(21) 및 피동 디스크(31)와;

   상기 구동디스크커버(20)의 중앙 내측에 설치되어 있으며, 작동유체인 오일이 충전되는, 오일 공급 및 회수원인 오일실(24)과;

   상기 오일실(24)에서 배출되는 오일을 차단하는 차단막 기능을 가지며, 소정위치에 오일 배출구(26)가 형성된 원형 플레이트(25)와;

   상기 바이메탈(22)에 의해 회전하여 상기 오일 배출구(26)를 개폐시키는 판 형상의 슬라이드 밸브(23)와;

   상기 구동디스크커버(20)의 외주면부에 형성되어 있으며, 상기 오일 배출구(26)를 통해 배출된 오일이 오일실(24)로 리턴될 수 있도록 하는 오일 회수구(27) 및 리턴 통로(28)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 구동 및 피동 디스크(21,31)는 그 디스크면에 상기 요철부(21a,31a)로 오일이 급속히 충전 가능하도록 90°등간격을 이루는 오일 루트부(21b,31b)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 기계식 워터펌프의 연비향상 구조.