KR20160078365A

KR20160078365A - 제어 가능한 냉각재 펌프

Info

Publication number: KR20160078365A
Application number: KR1020167011855A
Authority: KR
Inventors: 프란츠 파벨렉
Original assignee: 니덱 게페엠 게엠베하
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-07-04
Also published as: DE102013018205B3; EP3063412A1; WO2015062565A1; CN105874208A; US20160215679A1; JP2016535833A

Abstract

본 발명은 내연기관의 냉각 회로에서 사용되는 제어가능한 냉각재 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 압력 또는 체적 유량 조절을 위해 외부 전력을 전혀 필요로 하지 않고 대규모의 냉각재 펌프를 요구하는 높은 엔진 출력을 가진 엔진의 최적의 가열과 높은 안정성을 보장하는, 엔진에 의해 구동되는 제어가능한 냉각재 펌프를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 제어가능한 냉각재 펌프는 펌프 샤프트(4)에 회전 고정되게 배열되는 임펠러(5), 리턴 스프링(6)에 의하여 펌프 하우징(1)에서 축방향으로 가이드되는 스프링-부하 환형 피스톤(7)을 포함하며, 환형 피스톤 위에는 펌프 내부(9)에 배열된 제어 슬라이드 밸브(12)가 견고하게 고정되며, 상기 환형 피스톤(7)과 레이저 보어(28)가 제공된 필터 슬리브(29)는 냉각재 펌프의 내부에 있는 다른 요소들과 함께 펌프 샤프트 측에 배열된 압력 챔버(18)에 연결된 링-실린더형 스프링 압력 챔버(31)를 형성하며, 파일럿 밸브(20)가 펌프 샤프트(4)의 임펠러 측 단부에 배열되어 밸브 피스톤(24)이 펌프 샤프트(4)의 중심에 배열된 샤프트 보어(25)을 폐쇄하고, 샤프트 보어는 펌프 샤프트(4)에 배열된 횡방향 보어(26)를 통하여 압력 챔버(18)로 연통하는 것을 특징으로 한다.

Description

제어 가능한 냉각재 펌프{ADJUSTABLE COOLANT PUMP}

본 발명은 특히 내연기관에서 사용하기 위한 제어 가능한 냉각재 펌프에 관한 것이다.

내연기관은 최적화를 위하여 일정하거나 또는 보통 소형화되는 조건에서 일정하게 증가하는 엔진 출력을 가지는 경향이 있다.

이처럼 증가하는 엔진 출력에 부합하기 위하여 냉각재 펌프의 냉각 용량도 조절될 필요가 있으며, 즉 엔진 출력이 증가하는 경우 대응하는 냉각재 펌프도 저속의 회전수 영역에서 그에 상응하게 높은 이송 용량을 인가해야 하고, 그에 상응하게 크게 설계되어야만 하는데, 이는 불가피하게 엔진룸 내에서 증가된 공간 요건(space requirements)을 필요로 한다. 상승하는 회전수와 더불어 냉각재 펌프에 의해 생성되는 이송 압력은 내연기관의 냉각 시스템 내에서 압력 형성의 결과로서 예컨대 열 교환기와 같은 어셈블리들이 파괴되는 정도로 강하게 상승하지 않도록 하기 위해, 매우 다양한 압력 조절 기능들이 이용되고 있다. 그러나 이러한 압력 조절 기능들을 이용하기 위해 또한 엔진룸 내에서 추가 공간이 요구되고, 또한 일반적으로 작동을 위해 훨씬 더 넓은 공간을 요구하는 공급 라인들을 통해 공급되어야 하는 보조 에너지들도 필요로 한다. 따라서, 종래 기술에서 초과 압력 방지는 예컨대 바이패스 라인을 통해 실행되며, 이런 유형의 방안들은 반드시 높은 에너지 손실을 초래하게 된다.

압력 조절 기능의 실현을 위한 추가 가능성이 DE 881 306 B에 기재되어 있다. 이러한 가능성은 유압 작동형 제어 슬라이드(control slide)를 포함하는 회전 펌프이다. 작동 압력으로서는 펌프의 이송 압력이 이용된다. 스프링에 의해서는 슬라이드가 정상 위치(normal position)/초기 위치에서 폐쇄된다.

상기 구성의 경우 변위 피스톤은 양측에서 이송 압력을 공급받는다. 필요에 따라, 스프링 챔버는 외부 밸브를 통해 감압될 수 있고, 이에 따라 "개방" 방향으로 제어 슬라이드의 조절이 유도된다.

슬라이드의 필요한 내부 및 외부 가이드로 인해, 상기 구성은 매우 고비용의 복잡한 제조를 요구하고, 또한 외부 제어 밸브뿐만 아니라 외부에서 안내되는 배출 라인(emptying line)도 필요하며, 따라서 이러한 구조 형상은 높은 공간 소요/장착 공간 소요를 필요로 한다. DE 881 306 B에 기재된 구조의 추가적인 실질적인 단점은, 냉각재 펌프를 위해 반드시 필요한 고장 안전성(fail-safe)을 보장할 수 없다는 것인데, 이는 펌프의 이송 유량이 폐회로 제어부의 고장 시 완전히 차단되기 때문이다. 이 밖에도, 상기 구조의 경우, 한편으로 변위 피스톤 밀봉면들이 이송 매체에 의해 함께 이송되는 입자들로부터 보호되지 않고, 다른 한편으로 샤프트 실링이 완전한 이송 압력으로 하중을 받으며, 이에 따라 유효 수명 외에 펌프의 신뢰성도 크게 제한된다.

또한, 본 출원인은, EP 1657446 A2에서 밸브 슬라이드를 이용한 압력 조절 기능을 포함하는 냉각재 펌프를 소개하였으며, 이는 실무에서 그 적합성이 입증되었다. 이 냉각재 펌프의 경우, 밸브 슬라이드는 펌프 샤프트의 둘레에 배치된 중앙 작동 피스톤에 의해 조정되고, 작동 피스톤 상에는 펌프 샤프트의 둘레에 배치되어 밸브 슬라이드를 "완전 개방된" 초기 위치로 조정/복귀시키는 리턴 스프링이 안착된다.

이러한 구조 형상의 경우, 임펠러는 축 방향으로 변위 가능하지만, 회전 고정 방식으로 샤프트 상에서 지지된다. 하우징 내의 압력 사면(pressure slope)과 개방형 임펠러 사이에는 이송 압력이 작용하면서, 사전 설정된 값에 도달할 때 임펠러의 배면 상에 안착된 디스크 스프링의 스프링 힘에 대항하여 임펠러를 변위시킨다. 이처럼 임펠러가 축 방향으로 변위될 때 압력 사면에 대해 커지는 실링 간극 때문에 펌프의 이송 압력은 감소한다. 이에 대한 전제조건은, 임펠러의 배면 상에 이송 압력에 비해 더 낮은 압력 레벨을 갖는 챔버(즉 스프링 챔버)가 존재하는 것이다.

그러나, 이러한 구성에서도, 냉각재 펌프는, 외부에서 외부 에너지로 구동될 수 있는 제어 유닛 및 자기 코일 때문에 불가피하게 상대적으로 큰 장착 공간을 요구한다.

상기한 구성에서 압력 조절 기능을 가지고 외부 에너지 없이도 "그럭저럭 작동하는" 작동 부재/스프링 부재는 제한된 공간에 삽인되는 디스크 스프링이지만, 이러한 디스크 스프링은 힘/행정 비율과 관련하여 크게 제한되며, 이에 따라 상기 구성으로는 개방 압력이 매우 부정확하게 설정될 수 있다.

본 출원인에 의한 DE 10 2008 026 218 B4 및 WO 2009/143832 A2에도, 마찬가지로 제어 슬라이드를 포함하여 압력 조절 기능을 가지는 냉각재 펌프의 구조 형상이 추가로 개시되어 있으며, 이 또한 실무에서 그 적합성이 입증되었다. 이 구성의 경우, 제어 슬라이드는 스프링 하중을 받으면서 축 방향으로 변위 가능한 환형 피스톤(annular piston) 상에 배치되고, 제어 슬라이드의 작동을 위한 제어 압력은, 특히 경사판으로서 형성되는 펌프 휠의 후면 벽부 상에 안착되는 축방향 피스톤 펌프에 의해 생성되고 펌프 하우징 내에 배치된 솔레노이드 밸브에 의해 조절된다.

그러나, 이러한 구성은 축방향 피스톤 펌프의 이용으로 인해 여전히 엔진룸 내에서 공간의 증가를 요구할 뿐만 아니라, 추가로 솔레노이드 밸브의 이용과 결부되어 할당된 공급 라인들을 이용한 외부 에너지도 필요로한다.

또한, 종래 기술로서, 본 출원인에 의한 DE 10 2008 022 354 A1에 마찬가지로 실무에서 적합성이 입증된 추가 구성이 개시되어 있다. 이 구성에서도 마찬가지로 후면 벽부와 이 후면 벽부 상에 배치되어 임펠러의 유출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더를 포함하여 리턴 스프링을 통해 스프링 하중을 받는 밸브 슬라이드를 이용하여 이송 유량의 능동적인 제어를 가능하게 한다.

DE 10 2008 022 354 A1에 따른 구성에서는 리턴 스프링의 스프링 힘에 대항하여 스프링 하중을 받는 밸브 슬라이드의 변위를 실현하는 필요한 유압 압력이, 외부에서 펌프 하우징 상에 배치되어 전자기로 작동되는 특별한 축방향 피스톤 펌프에 의해 생성되고 그와 동시에 조절된다.

추가 구성이 DE 10 2012 207 387 A1에 공지되어 있으며, 여기서도 후면 벽부와 이 후면 벽부 상에 배치되어 임펠러의 유출 영역을 가변적으로 덮는 외부 실린더를 포함하여 리턴 스프링을 통해 스프링 하중을 받는 밸브 슬라이드가 3/2 웨이 방향 제어 밸브에 의해 유압으로 조정될 수 있고, 슬라이드의 조정을 위해 필요한 유압 압력은 펌프 하우징 내에 통합된 추가의 이차 펌프의 임펠러이면서 임펠러의 펌프 샤프트 상에 배치되는 "제2" 임펠러에 의해 생성된다.

따라서, 본 발명의 목적은, (제어 슬라이드를 포함하고) 구동 휠을 통해 구동되면서 연속 제어 가능한 냉각재 펌프에서, 종래 기술의 전술한 단점들을 방지하는 동시에, 초과압 밸브를 포함하는 고정 용량형 펌프들(fixed-displacement pump)에 비해 분명한 에너지 장점을 나타내고, 특히 압력 또는 체적 유량 조절을 위해 (유압, 진공, 전기 에너지와 같은) 외부 에너지를 필요로 하지 않고, 높은 고장 안전성(fail-safe)을 보장하며, 배기량과 관련하여 매우 크게 구성되는 냉각재 펌프를 필요로 하는 높은 엔진 출력을 갖는 엔진의 최적의 가열을 보장하며, 또한 엔진의 가열 후에도 연속 작동 모드에서 엔진 온도를 연속해서 높은 동적 거동으로 매우 신뢰성 있게 긴 이용 시간에 걸쳐서 정확하게 조절하며, 그와 동시에 엔진룸 내의 장착 공간을 최적으로 활용하는 최소의 구조 크기를 가지는 냉각재 펌프를 제공하는 것이며, 또한 본 발명의 목적은, 이러한 냉각재 펌프가 제조 및 조립 기술의 측면에서 간단하면서도 경제적으로 제조될 수 있고, 전체 유효 수명에 걸쳐 항상 높은 작동 안전성 및 높은 신뢰성을 보장하도록 하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 목적은 본 발명의 독립 청구항의 특징에 따른 내연기관용 구동 휠을 통해 구동되는 제어 가능한 냉각재 펌프를 통해 해결된다.

본 발명의 바람직한 실시예들, 상세 내용들 및 특징들은 종속 청구항들, 및 본 발명에 따른 4개의 도면을 참조한 본 발명의 하기의 설명에서 제시된다.

도 1은 엔진 하우징(37) 상에 배치되는 본 발명에 다른 제어 가능한 냉각재 펌프를 도시한 측단면도;
도 2는 파일럿 밸브(20)를 포함하는 펌프 샤프트(4)를 도시한 분해 사시도;
도 3은 도 1의 Z 부분의 상세도로서, 제어 슬라이드(12)의 "개방 단계" 중 "제어 흐름"을 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 도 1의 Z 부분의 상세도로서, 제어 슬라이드(12)의 "폐쇄 단계" 중 "제어 흐름"의 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에는 엔진 하우징(37) 상에 배치되는 본 발명에 따른 제어 가능한 냉각재 펌프가 도시되어 있으며, 이는 펌프 하우징(1)과, 이 펌프 하우징(1) 상에서 펌프 베어링(2) 내에 지지되면서 여기서는 풀리(40)의 형상인 구동 휠(3)에 의해 구동되는 펌프 샤프트(4)와, 이 펌프 샤프트(4)의 유동 측 자유 단부 상에 회전 고정 방식으로 배치되는 임펠러(5)와, 펌프 하우징(1) 내에서 축 방향으로 가이드되면서 리턴 스프링(6)에 의해 스프링 하중을 받는 환형 피스톤(7)을 포함하며, 이 환형 피스톤 상에는, 임펠러(5)의 유출 영역(10)을 가변적으로 덮는 외부 실린더(11)를 포함하여 펌프 내부 챔버(9) 내에 배치되는 제어 슬라이드(12)의 후면 벽부가 견고하게 고정되고, 펌프 샤프트(4)와 펌프 하우징(1) 사이의 실링 수용부(13) 내에는 샤프트 시일(shaft seal)(14)이 배치되고, 추가로 펌프 내부 챔버(9) 내에는 펌프 하우징(1)에 의해 형성되거나 또는 펌프 하우징(1) 상에 배치되는 펌프 돔부들(15)(pump dome)이 배치되며, 이 펌프 돔부들 상에는 임펠러(5)와 제어 슬라이드(12)의 후면 벽부(8) 사이에서 펌프 내부 챔버(9) 내에 위치 고정 방식으로 위치되는 다이어프램(16)이 배치된다.

본 발명의 특징은, 펌프 하우징(1) 상에 리턴 스프링(6)에 의해 스프링 하중을 받는 환형 피스톤(7)을 위한 슬라이드 가이드(17)가 배치되고, 이 슬라이드 가이드는 외부 케이싱 상에서 환형 피스톤(7)을 안내하고 이와 동시에 내부 케이싱이 펌프 샤프트(4)로부터 자유롭게 이격되어 있다는 점에 있다.

추가적인 특징은, 슬라이드 가이드(17)가 유동 측 자유 단부로 다이어프램(16) 상에 안착되어, 인접한 요소들, 즉 슬라이드 가이드(17), 다이어프램(16), 슬라이드 가이드의 내주면 상에서 펌프 샤프트(4)로부터 스로틀 간극(throttle gap) 만큼 이격되어 다이어프램(16) 상에서 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는 실링 디스크(33), 펌프 샤프트(4) 및 샤프트 시일(14)이 함께 원통형 압력 챔버(18)를 둘러싸거나/형성한다는 점에 있다.

다이어프램(16)에는 실링 디스크(33)가 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는데, 이 실링 디스크(33)의 내경은 펌프 샤프트(4)의 외경에 비해 사소한 정도의 유격[좁은 러닝핏(narrow running fit)]을 나타내어 압력 챔버(18) 내로 단지 적은 누출만을 허용하는 스로틀 간극을 나타낸다.

이 경우, 본 발명에 따른 전체 펌프 구성과 함께, 압력 챔버(18) 내에서 샤프트 시일(14)의 본 발명에 따르는 배치구조를 통해, 샤프트 시일(14)은 모든 작동 조건에서 과도한 압력으로부터 보호되며, 따라서 신뢰성이 높으면서도 샤프트 시일(14)의 높은 유효 수명이 보장된다.

여기서, 슬라이드 가이드(17)에 다이어프램(16)으로부터 이격되어 하나/복수의 관통 보어(19)가 배치된다는 점이 중요하다.

본 발명에서 중요한 특징은 또한, 펌프 샤프트(4)의 임펠러 측 자유 단부 상에서, 밸브 시트 보어 내에, 중앙 유출 보어(21)를 구비한 조정 나사(22), 밸브 스프링(23), 밸브 피스톤(24)으로 구성되는 파일럿 밸브(20)가 배치되어서, 밸브 피스톤(24)이 펌프 샤프트(4) 내에 중앙에 배치되어 파일럿 밸브(20)의 폐쇄 상태에서 밸브 시트 보어 내로 통하는 샤프트 보어(25)를 폐쇄한다는 점이다. 샤프트 보어는 펌프 샤프트(4) 내에 배치되는 하나/복수의 횡방향 보어(26)를 통해 압력 챔버(18)와 연통한다. 구성의 이해를 돕기 위해, 파일럿 밸브(20), 즉 파일럿 밸브(20)를 포함하는 펌프 샤프트(4)는 도 2에 분해 사시도로 도시되어 있다.

일 단부가 환형 피스톤(7) 상에 놓이는 리턴 스프링(6)은 타 단부가 레이저 보어들(28)(laser bore)을 가진 필터 슬리브(29)의 스프링 장착부(27)(spring installation) 상에 놓이고 이와 동시에 실(seal)을 다이어프램(16)에 대해 압착한다.

상기 레이저 보어들(28)은 오염 부하(polluting load)의 유입을 방지하여 본 발명에 따른 제어 장치의 신뢰도를 증가시킨다. 이와 동시에, 레이저 보어들(28)은 본 발명에 따른 구조 내에서 공급 오리피스(supply orifice)로 이용되면서, 파일럿 밸브(20)를 통해 배출될 수 있는 것처럼 더 이상 액체가 유입되지 않도록 보장한다.

그 외에도, 본 발명의 특징은, 환형 피스톤(7) 상에 필터 피스톤 슬라이드(30)가 견고하게 배치되고, 이 필터 피스톤 슬라이드는 환형 피스톤(7)이 변위될 때 필터 슬리브(29)의 외주면을 따라서 활주하여, 필터 슬리브(29)에서 오염 부하를 제거하는데, 즉 필터 슬리브(29) 내에 배치되는 레이저 보어들(28)/(필터 보어들)의 유입 영역에서 오염 입자 축적물을 청소하여, 외부 사용 조건 하에서도 높은 신뢰성을 보장한다는 점에 있다.

또한, 본 발명의 특징은, 환형 피스톤(7)이 필터 피스톤 슬라이드(30), 필터 슬리브(29), 다이어프램(16) 및 슬라이드 가이드(17)와 함께 원통형 스프링 압력 챔버(31)를 둘러싼다는 점에 있다.

또한, 다이어프램(16)의 외주면 상에, 즉 외부 실린더(11) 쪽을 향해 제어 슬라이드 실링(32)이 배치되고, 다이어프램(16)의 내주면 상에는 실링 디스크(33)가 배치되며, 따라서 펌프 내부 챔버(9)에서는, 펌프 샤프트(4)와 임펠러(5)의 후면 벽부와 다이어프램(16)과 외부 실린더(11) 사이에 배치되는 임펠러 밀착 측 챔버(34)가, 압력 측에서 후면 벽부(8)와 필터 슬리브(29)와 다이어프램(16)과 외부 실린더(11) 사이에 배치되는 제어 슬라이드 내부 챔버(36)로부터 분리되며, 제어 슬라이드 내부 챔버(36) 내에는 후면 벽부(8) 내에 돔형 부싱들(dome bushing)(35)이 배치됨으로써 나선형 채널(39) 내에서 형성되는 작동 압력이 항상 인가된다.

지금까지 본 발명을 그 구성과 관련하여 도 1 및 도 2을 참조하여 설명하였으며, 이하에서는 본 발명에 따른 냉각재 펌프의 구성과 관련한 기능/작용을 도 3 및 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명한다.

도 3은 도 1의 Z 부분의 상세도로서, 제어 슬라이드(12)의 "개방 단계" 중 "제어 흐름"을 개략적으로 도시하고 있다. "개방 단계"로 지칭되는 제어 슬라이드(12)의 이동 방향(도 3에서 제어 슬라이드(12) 상에 방향 화살표(R)로 도시되어 있음)에서 제어 슬라이드(12)는 풀리(40)의 방향으로 이동하고, 이와 동시에 외부 실린더(11)로는 임펠러(5)의 유출 영역(10)을 개방한다.

펌프 샤프트(4)의 회전수가 상승함에 따라 임펠러(5)의 회전수도 증가하며, 이에 따라 작동 압력, 즉 나선형 채널(39) 내의 압력도 상승한다. 이러한 작동 압력은 본 발명에 따른 냉각재 펌프의 특별히 밀봉되지 않은 전체 내부 챔버 내에서 형성된다.

이 경우, 작동 압력에 비해 낮은 압력이 (제어 슬라이드 내부 챔버(36)에 대해 밀봉된) 임펠러 밀착 측 챔버(34)와 (레이저 보어들을 구비하여 스로틀로서 작용하는 필터 슬리브(29)를 통해 제어 슬라이드 내부 챔버(36)와 연결된) 스프링 압력 챔버(31)에 공급된다.

스프링 압력 챔버(31)는 관통 보어들(19)을 통해 압력 챔버(18)와 연결되고, 압력 챔버는 횡방향 보어들(26)을 통해 샤프트 보어(25)와 연결되기 때문에, 파일럿 밸브(20)의 밸브 피스톤(24) 상에는 스프링 압력 챔버(31) 내에서 필터 슬리브(29) 직후에서와 동일한 압력이 인가되며, 이런 압력은 추가 설명에서 제어 압력으로서 지칭된다. 이러한 제어 압력은 그 압력으로 가압되는 환형 피스톤(7)의 환형 표면(annular surface) 상에 작용한다. 그 결과에 따른 압력은 하기에서 제어 압력으로 지칭된다. 이러한 제어 압력과 동일 방향으로 정렬되는 방식으로, 환형 피스톤(7) 상에는 추가로 리턴 스프링(6)의 스프링력도 작용한다. 전체적으로, 제어 압력과 스프링력은 환형 피스톤(7) 상에 작용하는 개방력을 형성한다. 이러한 개방력은 환형 피스톤(7)과 견고하게 연결된 제어 슬라이드(12)가 구동 측 단부 위치로 변위되도록 한다.

개방력의 반대 방향으로 정렬되는 방식으로는 제어 슬라이드(12) 상에 폐쇄 압력이 작용하며, 이런 폐쇄 압력은 환형 피스톤(7) 상에서 작동 압력으로 가압되는 표면에서 야기된다. 폐쇄 압력의 계산 시, "대향하는 방식으로" 작동 압력으로 가압되고 그 작용은 제어 슬라이드(12) 상에서 작동력으로서 상쇄되는 환형 피스톤(7)의 표면들(및 제어 슬라이드(12)의 표면들)은 고려되지 않는다.

도 4는 도 1의 Z 부분의 상세도로서, 제어 슬라이드(12)의 "폐쇄 단계" 중 제어 흐름을 개략적으로 도시하고 있다. "폐쇄 단계"로 지칭되는 제어 슬라이드(12)의 이동 방향(도 4에서 제어 슬라이드(12) 상에 방향 화살표(R)로 도시되어 있음)에서 제어 슬라이드(12)는 임펠러(5)의 방향으로 이동하고, 이와 동시에 외부 실린더(11)로는 임펠러(5)의 유출 영역(10)을 폐쇄한다.

도 3을 참조하여 기재한 환형 피스톤(7)(그에 배치된 제어 슬라이드(12)와 함께)의 작동 유격의 조건에서, 압력은 제어 슬라이드(12)가 구동 측 단부 위치에 안착되는 정도로 증가하기 때문에, 펌프 샤프트(4)의 상승하는 회전수와 함께(즉, 임펠러(5)의 상승하는 회전수와 함께) 작동 압력은 불가피하게 계속하여 상승하며, 그리고 "작동 압력의 감압 제어"가 없으면 내연기관의 냉각 시스템 내의 어셈블리들을 손상시킬 수도 있다.

그러나, 본 발명에 따른 배치에 의해 상승하는 작동 압력과 더불어 "스로틀", 즉 필터 슬리브(29)를 통해 사전 설정되는 제어 압력도 연속해서 함께 상승하고, 이런 제어 압력은, 이미 설명한 것처럼, 파일럿 밸브(20)의 밸브 피스톤(24) 상에 직접 인가되기 때문에, 파일럿 밸브(20)는, 최대로 허용되는 작동 압력에 도달할 때, 자신은 개방되고 이와 동시에 압력 챔버(18) 내에 위치하는 냉각 매체가 도 4에 도시된 것처럼 흡입 채널(38)로 배출되도록 사전 설정될 수 있다. 이 경우, "공급 오리피스", 즉 필터 슬리브(29) 내의 레이저 보어들(28)은, 개수 및 크기와 관련하여, 파일럿 밸브(20)를 통해 배출될 수 있는 것처럼 필터 슬리브(29)를 통해서는 더 이상 냉각재가 유입되지 않을 정도로 구성/치수 설계된다.

이 경우, 압력 챔버(18) 내에서뿐만 아니라 관통 보어(19)를 통해 압력 챔버(18)와 연결된 스프링 압력 챔버(31) 내에서도 압력 감압이 개시되며, 이는 제어 압력을 감소시키고, 그에 따라 스프링력이 일정하게 유지되는 경우 개방력은 각각의 작동 압력에 따르는 폐쇄 압력의 값 미만으로 감소하며, 그럼으로써 개방력에 비해 더 큰 폐쇄 압력은 이제 임펠러(5)의 방향으로 환형 피스톤(7)(그에 배치되는 제어 슬라이드(12)와 함께)의 변위를 야기하게 된다. 이 경우, 제어 슬라이드(12)는 외부 실린더(11)로 임펠러(5)의 유출 영역(10)을 폐쇄하며, 작동 압력은 감소한다. 엔진을 작동 중지할 때에도, 작동 압력은 "영(0)"으로 감소하며, 그에 따라 개방 압력 및 폐쇄 압력도 "영(0)"으로 감소한다.

이와 같은 힘의 관계에서, 환형 피스톤(7) 상에는 리턴 스프링(6)의 스프링력 만이 작용하면서, 환형 피스톤(7)(그에 배치되는 제어 슬라이드(12)와 함께)을 구동 측/풀리 측 단부 위치로, 즉 "완전" 개방된 위치로 변위시킨다.

본 발명에 따른 배치의 상기 설명한 작용들의 상호작용에 의하여, 종래 기술의 단점들을 방지하고, 분명한 에너지 장점을 나타내며, 압력 또는 체적 유량 조절을 위한 (유압, 진공, 전기 에너지와 같은) 외부 에너지를 필요로 하지 않고, 높은 고장 안전성(fail-safe)을 보장하고, 배기량과 관련하여 매우 크게 구성되는 냉각재 펌프를 필요로 하는 높은 엔진 출력을 갖는 엔진의 최적의 가열을 보장하며, 또한 본원의 냉각재 펌프는 엔진의 가열 후에도 연속 작동 모드에서 엔진 온도를 연속해서 높은 동적 거동으로 매우 신뢰성 있게 매우 긴 이용 시간에 걸쳐 매우 정확하게 조절할 수 있으며, 그와 동시에 엔진룸 내에 존재하는 장착 공간을 최적으로 활용하는 최소의 구조 크기를 가지고, 추가로 제조 및 조립 기술의 측면에서 간단하면서도 경제적으로 제조될 수 있도록 하며, 전체 유효 수명에 걸쳐 항상 높은 작동 안전성 및 높은 신뢰성을 보장하도록 하는, 작동 압력의 최적의 폐회로 제어부가 제공된다.

1: 펌프 하우징
2: 펌프 베어링
3: 구동 휠
4: 펌프 샤프트
5: 임펠러
6: 리턴 스프링
7: 환형 피스톤
8: 후면 벽부
9: 펌프 내부 챔버
10: 유출 영역
11: 외부 실린더
12: 제어 슬라이드
13: 실링 수용부
14: 샤프트 시일
15: 펌프 돔부
16: 다이어프램
17: 슬라이드 가이드
18: 압력 챔버
19: 관통 보어
20: 파일럿 밸브
21: 유출 보어
22: 조정 나사
23: 밸브 스프링
24: 밸브 피스톤
25: 샤프트 보어
26: 횡방향 보어
27: 스프링 장착부
28: 레이저 보어
29: 필터 슬리브
30: 필터 피스톤 슬라이드
31: 스프링 압력 챔버
32: 제어 슬라이드 실링
33: 실링 디스크
34: 임펠러 밀착 측 챔버
35: 돔형 부싱
36: 제어 슬라이드 내부 챔버
37: 엔진 하우징
38: 흡입 채널
39: 나선형 채널
40: 풀리
R: 화살표

Claims

펌프 하우징(1)과, 상기 펌프 하우징(1)에서 펌프 베어링(2)에 지지되어 구동 휠(3)에 의해 구동되는 펌프 샤프트(4)와, 상기 펌프 샤프트(4)의 유동 측 자유 단부 상에 회전 고정 방식으로 배치되는 임펠러(5)와, 상기 펌프 하우징(1) 내에서 축 방향으로 가이드되면서 리턴 스프링(6)에 의해 스프링 하중을 받는 환형 피스톤(7)을 포함하는 제어 가능한 냉각재 펌프로서, 상기 환형 피스톤 상에는, 임펠러(5)의 유동 영역(10)을 가변적으로 덮는 외부 실린더(11)를 포함하여 펌프 내부 챔버(9)에 배치되는 제어 슬라이드(12)의 후면 벽부(8)가 견고하게 고정되고, 상기 펌프 샤프트(4)와 펌프 하우징(1) 사이에는 실링 수용부(13) 내에 샤프트 실링(14)이 배치되며, 펌프 내부 챔버(9)에는 펌프 하우징(1)에 의해 형성되거나 또는 펌프 하우징(1) 상에 위치되는 펌프 돔부들(15)이 배치되며, 상기 펌프 돔부들 상에는 임펠러(5)과 제어 슬라이드(12)의 후면 벽부(8) 사이에서 펌프 내부 챔버(9) 내에 위치 고정 방식으로 다이어프램(16)이 배치되는, 제어 가능한 냉각재 펌프에 있어서,
- 상기 펌프 하우징(1) 상에는 상기 리턴 스프링(6)에 의해 스프링 하중을 받는 환형 피스톤(7)을 위한 슬라이드 가이드(17)가 배치되고, 상기 슬라이드 가이드는 외부 케이싱 상에서 상기 환형 피스톤(7)을 가이드하고 내부 케이싱은 상기 펌프 샤프트(4)로부터 자유롭게 이격되어 있으며,
- 상기 슬라이드 가이드(17)는 유동 측 자유 단부가 상기 다이어프램(16) 상에 안착되어, 서로 인접한 요소들인, 상기 슬라이드 가이드(17), 상기 다이어프램(16), 상기 슬라이드 가이드의 내주면 상에서 상기 펌프 샤프트(4)로부터 스로틀 간극만큼 이격되어 다이어프램(16) 상에서 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는 실링 디스크(33), 상기 펌프 샤프트(4), 및 상기 샤프트 실링(14)이 함께 원통형 압력 챔버(18)를 형성하며,
- 상기 슬라이드 가이드(17)에는, 상기 다이어프램(16)으로부터 이격된 하나 또는 복수의 관통 보어(19)가 배치되고,
- 상기 펌프 샤프트(4)의 임펠러 측 자유 단부에서, 밸브 시트 보어 내에, 하나 또는 복수의 유출 보어(21)를 구비한 조정 나사(22)와 밸브 스프링(23)과 밸브 피스톤(24)으로 구성되는 파일럿 밸브(20)가 배치되고, 상기 밸브 피스톤(24)은 파일럿 밸브(20)의 폐쇄 상태에서 상기 펌프 샤프트(4) 내에서 중앙에 배치되어 펌프 샤프트 내에 배치된 하나 또는 복수의 횡방향 보어(26)를 통해 상기 압력 챔버(18)로 통하는 샤프트 보어(25)를 폐쇄하며,
- 상기 리턴 스프링(6)은 일측 스프링 단부가 환형 피스톤(7) 상에 안착되고 타측 스프링 단부는 레이저 보어들(28)을 구비한 필터 슬리브(29)의 스프링 장착부(27) 상에 안착되고 이와 동시에 상기 필터 슬리브를 다이어프램(16) 쪽으로 기밀하게 압착하며,
- 상기 환형 피스톤(7) 상에는 필터 피스톤 슬라이드(30)가 견고하게 배치되고, 상기 필터 피스톤 슬라이드는 상기 환형 피스톤(7)이 변위될 때 필터 슬리브(29)의 외주면을 따라 활주하고,
- 상기 환형 피스톤(7)은, 상기 필터 피스톤 슬라이드(30), 상기 필터 슬리브(29), 상기 다이어프램(16) 및 상기 슬라이드 가이드(17)와 함께 원통형 스프링 압력 챔버(31)를 둘러싸며,
- 상기 다이어프램(16)의 외주면 상에는 외부 실린더(11)를 향해 제어 슬라이드 실링(32)이 배치되고, 상기 다이어프램(16)의 내주면 상에는 실링 디스크(33)가 배치되어, 상기 펌프 내부 챔버(9) 내에서, 상기 펌프 샤프트(4)와 임펠러(5)의 후면 벽부와 다이어프램(16)과 외부 실린더(11) 사이에 배치되는 임펠러 밀착 측 챔버(34)가, 압력 측에서 상기 후면 벽부(8)와 필터 슬리브(29)와 다이어프램(16)과 외부 실린더(11) 사이에 배치되는 제어 슬라이드 내부 챔버(36)로부터 분리되며, 상기 제어 슬라이드 내부 챔버(36) 내에는 상기 후면 벽부(8) 내에 돔형 부싱들(35)이 배치됨으로써 나선형 채널(39) 내에서 형성되는 작동 압력이 항상 인가되는 것을 특징으로 하는, 제어 가능한 냉각재 펌프.
제1항에 있어서,
상기 펌프 하우징(1)은, 흡입 채널(38) 및 나선형 채널(39)이 통합된 엔진 하우징(37) 상에 플랜지 결합되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각재 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동 휠(3)은 풀리(40)인 것을 특징으로 하는 제어 가능한 냉각재 펌프.