KR20110063112A - 가변 워터 펌프 - Google Patents

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KR20110063112A KR1020090120056A KR20090120056A KR20110063112A KR 20110063112 A KR20110063112 A KR 20110063112A KR 1020090120056 A KR1020090120056 A KR 1020090120056A KR 20090120056 A KR20090120056 A KR 20090120056A KR 20110063112 A KR20110063112 A KR 20110063112A
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Abstract

본 발명은 가변 워터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전 영역별로 엔진의 냉각 효율이 달라질 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 향상시킨 가변 워터 펌프에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 냉각된 냉각수를 엔진의 워터자켓으로 압송하는 워터펌프에 있어서, 상기 워터펌프는 크랭크축의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 벨트 풀리, 상기 벨트 풀리와 일체로 회전되는 회전축, 상기 회전축과 연결되어서 함께 회전하여 구동되는 구동부, 상기 구동부와 연결되어서 기어비를 가변시키는 가변 기어부 및 상기 베어링 샤프트에 연결되고 상기 벨트 풀리의 반대측에 형성되는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프를 제공한다.
워터 펌프, 임펠러, 회전축, 가변 기어부, 환형 피스톤, 압력 실린더

Description

가변 워터 펌프{VARIABLE WATER PUMP}
본 발명은 가변 워터 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전 영역별로 엔진의 냉각 효율이 달라질 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 향상시킨 가변 워터 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 냉각 장치로는 냉각수의 순환에 의한 수냉식 냉각 장치가 주로 사용되고 있으며, 수냉식 냉각 시스템을 위해서 엔진 연소실 주변의 실린더 블록 및 실린더 헤드의 도중에는 성형과정에서 워터 재킷이 형성된다.
그리고, 상기한 워터 재킷으로 냉각수를 공급하기 위해서 엔진의 일측에는 워터 펌프가 장착된다.
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.
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 블록 및 실린더 헤드의 도중에 마련되는 워터 재킷의 도중에는 서머스탯이 형성된다.
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.
특히, 엔진의 설계과정에서 엔진의 시동 초기 냉간시에는 워밍 업(warming up)이 단축될 수 있도록 하고, 엔진의 열간 구동 시에는 냉각 성능의 확보를 위해 적정한 냉각수 유량이 확보되어야 하며, 차량의 가속으로 인한 고부하 영역에서는 엔진의 내구 성능 보호를 위한 충분한 냉각유량이 확보될 수 있도록 하는 측면이 고려되어야 한다.
그런데, 엔진 냉각 장치의 개발과정에서 가장 문제가 되는 영역은 엔진의 최고속 고부하 영역으로, 이 영역에서의 냉각 성능 향상을 위주로 냉각 장치의 개발이 이루어진다.
그리고, 워터 펌프의 경우에는 어느 한 위치에서의 성능이 결정되면 엔진 회전수의 변화에 따라 어느 정도 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 단축의 한계로 작용하며, 엔진의 구동마찰 증가로 인하여 연비 및 배기 emission이 악화된다는 문제점을 내 포한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 가변 워터 펌프를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 워터 펌프는 냉각된 냉각수를 엔진의 워터자켓으로 압송하는 워터펌프에 있어서, 상기 워터펌프는 크랭크축의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 벨트 풀리, 상기 벨트 풀리와 일체로 회전되는 회전축, 상기 회전축과 연결되어서 함께 회전하여 구동되는 구동부, 상기 구동부와 연결되어서 기어비를 가변시키는 가변 기어부 및 상기 베어링 샤프트에 연결되고 상기 벨트 풀리의 반대측에 형성되는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동부는, 내부에 원통형상의 공간을 갖는 압력 실린더 및 상기 압력 실린더의 내벽에 밀착되고, 그 내벽을 따라 수직이동할 수 있도록 설치되는 구동 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 로드의 외주면에는 환형 피스톤이 형성되고, 상기 구동 로드의 이동에 의해 환형 피스톤의 외주면이 상기 압력 실린더의 내벽에 밀착되어 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가변 기어부는 상기 구동 로드의 단부에 설치되고, 구동 로드와 일체로 이동되는 구동 기어 및 상기 구동 기어와 선택적으로 계합되도록 배치되는 제1, 제2 피동 기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 제2 피동 기어는 각각 저속 기어 및 고속 기어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 기어, 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어는 상호 계합하는 면이 경사진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 기어, 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어는 베벨 기어 또는 헬리컬 기어의 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환형 피스톤에 의해 상기 압력 실린더의 내부가 양측으로 구획되고, 각각의 구획된 압력 실린더의 내부에 연통되는 제1, 제2 연결관을 통하여 진공압을 선택적으로 흡입하도록 버큠제어(vaccum control)를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 워터펌프 구조에 의하면, 냉간시 임펠러의 작동을 멈추게 함으로써 워터펌프의 소요마력을 감소시킨다.
또한, 종래기술에 비하여 작은 자기력으로도 작동성능을 확보할 수 있으므로 소비전력이 감소된다.
초기 엔진 구동 시 워터 펌프를 미구동함으로써 엔진 냉각 기능 차단으로 인한 웜업 시간의 단축을 기대할 수 있다.
또한, 이를 통하여 엔진 오일 온도의 상승을 얻을 수 있으며, 냉각수 유량 최적화를 통하여 냉각 효율의 증대 및 워터 펌프의 구동 마찰을 최소화한다.
또한, 웜업 시간 단축으로 인하여 엔진 구동 초기에 발생하는 HC, CO가 저감된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 전체적인 구성 및 요부의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 미구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 저속 구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 고속구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프는 라디에이터(미도시)에 의해 냉각된 냉각수를 엔진의 워터자켓(미도시)으로 압송하기 위하여 크랭크축(미도시)의 회전력이 벨트(미도시)를 통하여 전달되는 동력에 의해 회전하도록 벨트 풀리(100)가 배치된다.
상기 벨트 풀리(100)의 회전에 따라 그 동심원상에 형성되는 회전축(110)이 일체로 회전되도록 형성된다.
또한, 상기 회전축(110)의 단부에는 작동 로드(202)가 연결된다.
상기 작동 로드(202)는 수직왕복이동이 가능하도록 설치되는데, 이러한 밀폐된 공간을 갖는 압력 실린더(201)가 구비된다.
즉, 상기 작동 로드(202)의 외주면에는 환형 피스톤(203)이 일체로 외측을 향하여 연장형성되고, 이러한 환형 피스톤(203)이 상기 압력 실린더(201)의 내벽을 밀착한 상태로 작동된다.
이러한 환형 피스톤(203)에 의해 상기 압력 실린더(201)의 내벽을 따라 직선으로 슬라이딩이 가능함과 동시에 상기 회전축(110)에 의해 회전축(110)을 중심으로 회전도 가능하게 된다.
여기서, 상기 환형 피스톤(203)에 의해 상기 압력 실린더(201)의 내부가 양측으로 구획되고 상호 차단된다.
그리고, 상기 압력 실린더(201)의 내부와 연통되는 제1, 제2 연결관(204, 205)이 형성된다.
이러한 제1, 제2 연결관(204, 205)은 별도로 구비되는 진공 제어 장치(미도시)를 이용하여 버큠 제어(vaccum control)를 수행할 수 있다.
즉, 상기 진공 제어 장치에 의해 상기 제1, 제2 연결관(204, 205)에 대하여 선택적으로 진공 흡입을 하게 되면 상기 환형 피스톤(203)을 선택적으로 일측으로 이동시키게 된다.
또한, 상기 작동 로드(202)의 단부에는 가변 기어부(300)가 배치된다.
이러한 가변 기어부(300)는 구동 기어(301), 제1 피동 기어(302), 제2 피동 기어(303)를 포함한다.
상기 구동 기어(301)는 상기 작동 로드(202)의 단부와 일체로 회전되도록 설치되고, 이러한 구동 기어(301)와 선택적으로 맞물리도록 전후측에 제1 피동 기어(302) 및 제2 피동 기어(303)가 배치된다.
이때, 상기 구동 기어(301), 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어(302, 303)는 계합 및 해제가 용이하도록 상호 계합하는 면이 경사면으로 이루어지는 베벨 기어 또는 헬리컬 기어 등의 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 구동 기어(301)는 상기 작동 로드(202)에 의해서 회전하는 동안 직선왕복운동이 가능하고, 선택적으로 왕복운동을 함으로써 상기 구동 기어(301)가 상기 제1, 제2 피동 기어(302, 303)에 대하여 선택적으로 계합된다.
본 실시예에서는 제1 피동 기어(302)는 저속 기어비를 나타내고, 상기 제2 피동 기어(303)는 고속 기어비를 나타내지만, 이러한 피동 기어들은 3개 이상이 될 수도 있고, 또한, 그 순서도 구애받지 않고 설치하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가변 기어부(300)와 임펠러 작동부(400)가 최종적으로 연결됨으로써, 상기 임펠러 작동부(400)의 임펠러(미도시)가 작동된다.
이하, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프 의 작동을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 미구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 버큠 제어를 하지 않는 동안 워터 펌프의 미구동 상태인 것을 알 수 있다.
즉, 상기 환형 피스톤(203)은 압력 실린더(201)의 대략 중앙에 위치하고 있으므로 작동 로드(202)의 단부에 연결된 구동 기어(301)도 어느 피동 기어(302, 323)와도 계합되지 않는 상태이기 때문에, 워터 펌프가 작동되지 않는다.
이것은 차량의 초기 구동시에 냉각작용이 필요하지 않기 때문에 빠른 웜업을 기대할 수 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 저속 구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 운전 영역이 저속인 경우, 제1 연결관()을 통하여 진공흡입이 되도록 버큠 제어가 수행된다.
이로 인하여, 상기 환형 피스톤(203)이 일측으로 이동을 하게 되고, 구동 기어(301)도 동일한 방향으로 함께 이동하게 된다.
이때, 상기 구동 기어(301)는 도 3에 도시한 저속 기어인 제1 피동 기어(302) 측으로 이동 후 계합된다.
따라서, 저속 기어비로써 워터 펌프를 구동할 수 있게 된다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 고속 구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 4에 도시한 바와 같이 운전 영역이 고속인 경우, 제2 연결관(205)을 통하여 진공흡입이 되도록 버큠 제어가 수행된다.
이로 인하여, 상기 환형 피스톤(203)이 타측으로 이동을 하게 되고, 구동 기어(301)도 동일한 방향으로 함께 이동하게 된다.
이때, 상기 구동 기어(301)는 도 4에 도시한 고속 기어인 제2 피동 기어(303) 측으로 이동 후 계합된다.
따라서, 고속 기어비로써 워터 펌프를 구동할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 흐름도이다.
우선, 오일 및 냉각수의 온도를 측정한다(S100).
이후, 상기 오일 및 냉각수 온도의 최대값이 85℃보다 작은지 판단한다(S110).
상기 S110단계에서 판단한 결과값이 '거짓'이면 현재의 운전 조건을 고속 영역으로 판단하고, 워터 펌프를 고속으로 작동시키게 된다(S160).
또한, 상기 S110단계에서 판단한 결과값이 '참'이면 상기 오일 및 냉각수 온도의 최대값이 65℃보다 작은지 판단한다(S120).
상기 S120단계에서 판단한 결과값이 '거짓'이면 지연시간이 100초 미만인지 판단하고, 100초 미만이라고 판단되면 워터 펌프를 작동시키지 않고, 100초 이상이면 상기 S160단계를 수행한다.
또한, 상기 S120단계에서 판단한 결과값이 '참'이면 상기 오일 및 냉각수 온 도의 최대값이 40℃보다 작은지 판단한다(S130).
상기 S130단계에서 판단한 결과값이 '거짓'이면 지연시간이 150초 미만인지 판단하고, 150초 미만인 것으로 판단되면 워터 펌프를 작동시키지 않고, 150초 이상인 것으로 판단되면 현재의 운전 조건을 저속 상태로 판단하고, 워터 펌프를 저속으로 작동시키게 된다(S150).
또한, 상기 S130단계에서 판단한 결과값이 '참'이면 지연시간이 200초 미만인지 판단한다(S140).
상기 S140단계에서의 결과값이 '거짓'이면 현재의 운전 조건을 저속인 상태로 인식하고, 워터 펌프를 저속으로 작동시키게 된다.
또한, 상기 S140단계에서 판단한 결과값이 '참'이면 워터 펌프를 작동시키지 않는 상태로 판단한다(S170).
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프는 엔진 냉각수 및 오일 온도에 따라서 낮을수록 워터 펌프 미작동 시간을 확대함과 동시에 저속으로 구동되며, 온도가 높을수록 미작동 시간 축소와 동시에 고속으로 구동된다.
이렇게 함으로써, 냉각수 및 오일 온도에 따라 작동 시간 및 작동 속도를 차등있게 적용하여 워터 펌프의 가변 적용 시의 적용 효과 및 엔진 내구성을 확보할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 전체적인 구성 및 요부의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 미구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 저속 구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 워터 펌프 고속구동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 워터 펌프의 흐름도이다.
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *
100: 벨트 풀리 101: 회전축
200: 구동부 201: 압력 실린더
202: 작동 로드 203: 환형 피스톤
204: 제1 연결관 205: 제2 연결관
300: 가변 기어부 301: 구동 기어
302: 제1 피동 기어 303: 제2 피동 기어
400: 임펠러 작동부

Claims (8)

  1. 냉각된 냉각수를 엔진의 워터자켓으로 압송하는 워터펌프에 있어서,
    상기 워터펌프는 크랭크축의 회전력이 벨트를 통하여 전달되는 동력에 의해 공회전되도록 베어링 샤프트에 설치되는 벨트 풀리;
    상기 벨트 풀리와 일체로 회전되는 회전축;
    상기 회전축과 연결되어서 함께 회전하여 구동되는 구동부;
    상기 구동부와 연결되어서 기어비를 가변시키는 가변 기어부; 및
    상기 베어링 샤프트에 연결되고 상기 벨트 풀리의 반대측에 형성되는 임펠러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    내부에 원통형상의 공간을 갖는 압력 실린더; 및
    상기 압력 실린더의 내벽에 밀착되고, 그 내벽을 따라 수직이동할 수 있도록 설치되는 구동 로드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 로드의 외주면에는 환형 피스톤이 형성되고, 상기 구동 로드의 이동에 의해 환형 피스톤의 외주면이 상기 압력 실린더의 내벽에 밀착되어 이동되는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가변 기어부는
    상기 구동 로드의 단부에 설치되고, 구동 로드와 일체로 이동되는 구동 기어; 및
    상기 구동 기어와 선택적으로 계합되도록 배치되는 제1, 제2 피동 기어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1, 제2 피동 기어는 각각 저속 기어 및 고속 기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 구동 기어, 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어는 상호 계합하는 면이 경사진 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 기어, 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어는 베벨 기어 또는 헬리컬 기어의 구조인 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 환형 피스톤에 의해 상기 압력 실린더의 내부가 양측으로 구획되고, 각각의 구획된 압력 실린더의 내부에 연통되는 제1, 제2 연결관을 통하여 진공압을 선택적으로 흡입하도록 버큠제어(vaccum control)를 수행하는 것을 특징으로 하는 가변 워터 펌프.
KR20090120056A 2009-12-04 2009-12-04 가변 워터 펌프 KR101490904B1 (ko)

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