KR20190028968A

KR20190028968A - 워터 펌프의 가변형 풀리

Info

Publication number: KR20190028968A
Application number: KR1020170115942A
Authority: KR
Inventors: 서승형
Original assignee: 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-20
Also published as: KR101977339B1

Abstract

본 발명은 워터 펌프의 가변형 풀리에 관한 것이다. 본 발명은, 샤프트(20)에 결합하는 허브(110); 상기 허브(110)와 동심을 이루어 벨트 체결을 위한 원형의 풀리 외주연을 형성하고, 원주방향으로 복수의 원호로 등각 분할되며, 각각 주위 온도 변화에 따라 원호의 곡률이 변화되는 바이메탈 부재로 이루어지는 복수의 호형 분할 림(120); 상기 허브(110)와 상기 호형 분할 림(120)을 반지름 방향으로 연결하며, 주위의 온도 변화에 따라 반지름 방향으로 신축동작하는 연결체(200); 를 포함한다. 이러한 본 발명은, 주위의 온도 변화에 따라 상기 바이메탈 부재로 이루어진 상기 호형 분할 림(120)의 곡률 변화와 함께 상기 연결체(200)의 반지름 방향의 신축동작에 의한 상기 호형 분할 림(120)의 반지름 방향 이동이 조합하여 풀리의 외경이 증감된다.

Description

워터 펌프의 가변형 풀리{VARIABLE-TYPE PULLEY OF A WATER PUMP}

본 발명은 워터 펌프의 가변형 풀리에 관한 것으로, 특히 주위 온도에 따라 풀리 외경 변화를 주어 기어 비를 조절함으로써 운전 조건에 맞는 최적의 냉각수 유량을 유도할 수 있고, 냉간 시동시 연비를 향상시킬 수 있는 워터 펌프의 가변형 풀리에 관한 것이다.

자동차의 냉각장치는 가동 중인 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 엔진의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 한다.

대부분의 차량 엔진에 적용되는 수냉식 냉각장치의 경우는, 엔진을 구성하는 실린더 블록과 실린더 헤드에 냉각수를 통과시키는 워터 재킷이 형성되고, 엔진의 일측에 워터 재킷으로 냉각수를 펌핑하기 위한 워터 펌프가 마련된다.

워터 펌프는 엔진의 냉각을 위하여 엔진 내의 냉각수를 순환시키는 펌프로서 엔진의 크랭크 샤프트와 벨트로 연결되어 구동된다.

도 1은 종래 기술에 따른 워터 펌프의 구성도이다.

워터 펌프는, 도 1에서와같이, 엔진의 일측에 부착되는 하우징(10), 하우징(10)의 중심을 가로질러 수용되는 샤프트(20), 샤프트(20)로 크랭크 샤프트(60)의 동력이 벨트(50)로써 전달되도록 샤프트(20)의 일단에 설치되는 풀리(30), 샤프트(20)의 다른 일측에 설치되어 하우징(10) 내로 수용되는 임펠러(40)로 구성된다.

이와 같은 구조에서, 워터 펌프의 구동은 크랭크 샤프트(60)의 풀리(70)와 워터 펌프의 풀리(30)를 벨트(50)로써 연결하는 벨트 구동으로 이루어진다.

워터 펌프 풀리(30)는 크랭크 샤프트 풀리(70)와 벨트(50)로 연결되고 워터 펌프 샤프트(20)의 일측에 장착되어 샤프트(20)의 다른 일측에 장착된 임펠러(40)를 회전시킴으로써 엔진 크랭크 샤프트(60)의 동력을 워터 펌프 샤프트(20)에 전달하게 된다.

이때 크랭크 샤프트 풀리(70)의 지름과 워터 펌프 풀리(30)의 지름 간 비율에 의해 기어 비(Gear ratio)가 정해지고, 기어 비에 의해 워터 펌프 풀리(30) 및 임펠러(40)의 회전수가 결정된다.

기어 비가 1보다 클 경우에는 워터 펌프 풀리(30)가 크랭크 샤프트 풀리(70)보다 더 빨리 회전하게 되며, 기어 비가 1보다 작을 경우에는 워터 펌프 풀리(30)가 크랭크 샤프트 풀리(70)보다 더 느리게 회전하게 된다. 일반적으로 기어 비는 1보다 크다.

그런데 워터 펌프의 풀리(100)는, 그것의 외경이 하나로 고정되어 있으므로, 엔진 운전중의 온도 조건에 무관하게 기어 비는 항상 일정하다.

따라서, 엔진 및 냉각수 온도의 고저에 상관없이 엔진 회전속도에 순응하여 임펠러(40)가 회전하고 임펠러(40)의 회전에 따른 냉각수 유량이 발생하여 엔진의 온도를 낮추는 냉각 작용을 수행하게 된다.

즉, 종래 워터 펌프에 채용되는 풀리는 구조 및 형상이 고정되어 있어 회전수(RPM) 변화에 의해서만 냉각수 유량을 변경할 수 있고 온도 변화에 대해서는 대응할 수 없는 구조이다.

이와 같이 고정된 형태의 워터 펌프 풀리는 엔진 운전중의 온도 조건에 무관하게 회전수에 따라 정해진 유량만을 발생시켜 엔진의 온도를 낮추는 냉각 동작을 수행하므로, 운전 조건에 따라 필요보다 많은 냉각수 유량이 발생할 수 있다.

특히, 냉간 시동시에는 일반적으로 엔진의 온도가 낮고 윤활유가 높은 점성을 가짐으로 인해 각 구동계의 마찰력이 상대적으로 높아 냉각수 유량이 초과 발생할 경우 웜 업(Warm-up) 시간이 늘어나게 되어 연비에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

따라서, 워터 펌프에 채용되어 크랭크 샤프트 풀리와의 기어 비에 따라 임펠러를 회전시켜 냉각수 토출량을 결정하게 되는 워터 펌프 풀리의 구조적 개선 및 최적의 형상 설정이 요구된다.

공개특허공보 제10-2013-0048618호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 바이메탈 특성을 적용하여 주위 온도에 따라 풀리 외경 변화를 주어 기어 비를 조절함으로써 각 운전 조건에 맞는 최적의 냉각수 유량을 발생시킬 수 있는 워터 펌프의 가변형 풀리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉간 시동시 적은 냉각수 유량만을 발생시켜 급속 웜 업을 유도하여 연비를 향상시킬 수 있는 워터 펌프의 가변형 풀리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리는, 샤프트(20)에 결합하는 허브(110); 상기 허브(110)와 동심을 이루어 벨트 체결을 위한 원형의 풀리 외주연을 형성하고, 원주방향으로 복수의 원호로 등각 분할되며, 각각 주위 온도 변화에 따라 원호의 곡률이 변화되는 바이메탈 부재로 이루어지는 복수의 호형 분할 림(120); 상기 허브(110)와 상기 호형 분할 림(120)을 반지름 방향으로 연결하며, 주위의 온도 변화에 따라 반지름 방향으로 신축동작하는 연결체(200); 를 포함하며, 주위의 온도 변화에 따라 상기 바이메탈 부재로 이루어진 상기 호형 분할 림(120)의 곡률 변화와 함께 상기 연결체(200)의 반지름 방향의 신축동작에 의한 상기 호형 분할 림(120)의 반지름 방향 이동이 조합하여 풀리의 외경이 증감되도록 구성된다.

본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리에서, 상기 호형 분할 림(120)은, 열팽창 계수가 상이한 2개의 판형 부재를 반지름 방향으로 겹쳐 형성한 것으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리에서, 주위 온도가 높아질수록, 상기 호형 분할 림(120)의 곡률 반지름이 줄어들고, 상기 제2 연결축(220)의 길이는 축소되어 상기 호형 분할 림(120)을 반지름 방향 내측으로 당김에 따라, 풀리의 지름이 감소하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리에서, 상기 연결체(200)는, 한쪽의 기초 단부가 상기 허브(110)에 고정되고, 반대쪽의 자유 단부가 상기 호형 분할 림(120)을 향해 반지름 방향 외측으로 연장되며, 그 자유 단부 내부에 챔버(212)가 형성되는, 제1 연결축(210); 한쪽이 상기 제1 연결축(210)의 자유 단부의 외측에 반지름 방향으로 미끄러짐 이동 가능하게 결합하고 반대쪽이 상기 호형 분할 림(120)에 고정되는 중공의 축으로 이루어지며, 중공의 축 내부에서 상기 반대쪽으로부터 상기 챔버(212)를 향해 연장되어 상기 챔버(212)에 삽입되는 피스톤(222)을 가지는, 제2 연결축(220); 주위의 온도가 상승하면 부피가 축소되는 성질의 재료로서 상기 챔버(212) 내에 내장되며, 주위의 온도 상승에 따라 수축하여 상기 피스톤(222)을 흡인하여 반지름 방향 내측으로 당기는 힘을 작용하는, 열수축 재료(214); 를 포함하는 구성으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리에서, 상기 제1 연결축(210)과 상기 제2 연결축(220) 사이에 지지 되며, 상기 제1 연결축(210)과 상기 제2 연결축(220)이 멀어지는 방향으로 힘을 작용시키는 탄성 부재(230)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

종래 고정된 형태의 워터 펌프 풀리가 온도 조건에 무관하게 고정된 기어 비로 인해 결과적으로 각 회전수 별로 정해진 냉각수 유량만을 발생시키는 반면, 본 발명에 의한 워터 펌프의 가변형 풀리에 따르면, 바이메탈 특성과 열수축 재료를 적용하여 주위 온도에 따라 풀리 외경 변화를 주어 기어 비를 조절함으로써 각 운전 조건에 맞는 최적의 냉각수 유량을 발생시킬 수 있다.

특히, 냉간 시동시 적은 냉각수 유량만을 발생시켜 신속한 웜 업을 유도하여 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 워터 펌프의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리를 나타낸 평면도.
도 4는 도 3의 주요부 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 가변형 풀리의 수축 상태를 나타낸 평면도.
도 6은 도 5의 주요부 확대도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리를 나타낸 것으로서, 도 2에는 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 평면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 부요 부분을 확대한 도면이 도시되어 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 워터 펌프의 풀리(100)는 엔진 크랭크 샤프트의 동력을 워터 펌프 샤프트(20)(이하, 도 1 참조)에 전달하기 위한 것으로, 워터 펌프 샤프트(20)의 일측에 장착되어 크랭크 샤프트 풀리(70)(이하, 도 1 참조)와 벨트(50)(이하, 도 1 참조)로 연결된다.

워터 펌프 샤프트(20)의 다른 일측에는 임펠러(40)(이하, 도 1 참조)가 장착되며, 엔진이 시동 되어 크랭크 샤프트(60)(이하, 도 1 참조)가 회전하면, 크랭크 샤프트 풀리(70)와 벨트(50)로써 연결된 워터 펌프(10)(이하, 도 1 참조)의 풀리(100)가 회전하고, 풀리(100)와 축 결합한 워터 펌프(10)의 샤프트(20)가 회전하여 임펠러(40)를 구동시키게 된다.

이와 같이 워터 펌프 풀리(100)와 크랭크 샤프트 풀리(70) 사이에 벨트(50)를 걸어 동력을 전달하는 구조에서, 냉각수 유량을 조절하는 워터 펌프 풀리(100)의 회전수는 크랭크 샤프트 풀리(70)와의 기어 비에 의해 정해진다.

이에 본 발명에서는, 주위 온도 조건에 따라 그 외경이 증감될 수 있도록 가변형 풀리(100)를 구성하여 풀리 외경을 조절하고, 이를 통해 기어 비를 가변시킴으로써 온도 조건에 맞는 최적의 냉각수 유량을 유도한다.

우선, 도 2 및 도 3을 참조하면, 주위 온도에 따라 외경이 변화되는 특성이 발현되도록 구성한 본 발명의 가변형 풀리(100)는, 허브(Hub)(110)와, 복수의 호형 분할 림(120)과, 연결체(200)를 포함하여 이루어진다.

허브(110)는, 스틸(Steel) 등의 재질로 형성되어 워터 펌프 샤프트(20)의 일측에 결합한다.

각각의 호형 분할 림(120)은, 허브(110)와 동심을 이루면서 벨트 체결을 위한 원형의 풀리 외주연을 형성한다. 또한, 호형 분할 림(120)은, 원주방향으로 복수의 원호로 등각 분할된 형태를 가진다. 따라서, 원주 방향으로 등각으로 분할된 복수의 호형 분할 림(120)에 의해 풀리 외주면이 원형으로 형성되게 되고 전체적인 풀리 지름이 결정된다.

이러한 호형 분할 림(120)은, 각각, 주위 온도(예; 엔진 및 엔진 냉각수 온도) 변화에 따라 원호의 곡률이 변화되는 바이메탈 부재로 이루어진다. 즉, 주위의 온도 변화에 따라 각 호형 분할 림(120)마다 독립적으로 곡률이 변화하게 된다.

나중에 더 자세히 설명하겠지만, 호형 분할 림(120)이 변형되기 전의 상태에서는, 도 3에 도시된 것처럼, 호형 분할 림(120)의 외주면이 원주 둘레 전체 면이 풀리의 외주면과 일치한다(진원을 이룬다). 즉, 주위 온도가 낮은 저온 조건(예; 냉간 시동시 또는 초기 상태)에서는, 호형 분할 림(120)이 변형되지 않는 초기 상태를 유지한다.

그 상태에서, 주위 온도가 올라가면, 바이메탈 부재의 변형에 의해 내측으로 굽어져서(안쪽으로 오므라져서) 곡률이 커지며(즉, 곡률 반경이 작아지며, 또는, 많이 오므라들며), 이웃하는 호형 분할 림(120) 사이의 간격도 커진다.

이와 같은 기능을 원활하게 수행하기 위해, 호형 분할 림(120)은, 열팽창 계수가 상이한 2개의 판형 부재, 즉, 아우터 플레이트(122)와 이너 플레이트(124)를 반지름 방향으로 겹쳐 형성하는 것이 효과적이다. 이 경우, 아우터 플레이트(122)는 이너 플레이트(124)에 비해 열팽창계수가 큰 것을 사용하여, 주위 온도가 높아질수록 더 많이 오므라들 수 있게 구성한다.

연결체(200)는, 허브(110)에 대해 호형 분할 림(120)을 반지름 방향으로 연결하는 역할을 하는 한편, 주위의 온도 변화에 따라 반지름 방향으로 신축동작한다. 즉, 허브(110)를 기준으로 할 때, 연결체(200)가 반지름 방향으로 신장 되면 호형 분할 림(120)을 반지름 방향 외측으로 밀어내게 된다(따라서, 풀리의 지름이 커진다). 반대로 연결체(200)가 반지름 방향으로 수축되면 호형 분할 림(120)을 반지름 방향 내측으로 당기게 된다(따라서, 풀리의 지름이 줄어든다).

결국, 본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리(100)는, 주위의 온도 변화에 따라, 바이메탈 부재로 이루어진 호형 분할 림(120)의 곡률 변화와 함께, 연결체(200)의 반지름 방향의 신축동작에 의한 호형 분할 림(120)의 반지름 방향 이동이 조합하여, 풀리의 외경이 변화되도록 구성되는 것이다.

도 4를 참조하면, 연결체(200)는, 허브(110)에 고정되는 제1 연결축(210)과, 제1 연결축(210)에 미끄러짐 이동 가능하게 결합하면서 호형 분할 림(120)에 고정되는 제2 연결축(220)을 구비한다.

구체적으로, 제1 연결축(210)은, 한쪽의 기초 단부가 허브(110)에 고정되고, 반대쪽의 자유 단부가 상기 호형 분할 림(120)을 향해 반지름 방향 외측으로 연장된다. 또한, 그 자유 단부에는 일정한 수용공간을 제공하는 챔버(212)가 형성된다.

제1 연결축(210)을 허브(110)에 견고하고 용이하게 고정하기 위해, 허브(110)의 외주에는 보스(112)를 형성하고, 그 보스(112)에 인서트 너트(114)를 설치한다. 그리고 제1 연결축(210)의 기초 단부에는 인서트 너트(114)의 나사부(116)에 나사 결합하는 나사부(216)가 형성된다. 이에, 제1 연결축(210)의 나사부(216)를 인서트 너트(114)의 나사부(116)에 나사 결합함으로써 제1 연결축(210)이 허브(110)에 고정된다.

제2 연결축(220)은, 내부가 빈 중공의 축으로 이루어진다. 제2 연결축(220)의 한쪽 끝은 제1 연결축(210)의 자유 단부의 외측에 반지름 방향으로 미끄러짐 이동 가능하게 결합되고, 반대쪽 끝은 호형 분할 림(120)에 고정된다.

또한, 제2 연결축(220)에는, 그것의 내측에 제1 연결축(210)의 챔버(212)를 향해 연장되는 피스톤(222)이 형성된다. 피스톤(222)은 챔버(212)에 밀봉 상태를 유지하여 끼워진다.

제1 연결축(210)과 제2 연결축(220)의 반지름 방향 미끄러짐 이동은, 도 4에 보인 예와 같이, 제1 연결축(210)과 제2 연결축(220) 중 어느 한 편에 축 방향으로 일정 길이를 가지는 안내 홈(218)을 형성하고, 다른 한 편에는 상기 안내 홈(218)에 미끄러짐 이동 가능하게 삽입되는 안내 돌기(226)를 형성하여 구성할 수 있다.

또한, 제2 연결축(220)과 호형 분할 림(120)의 결합은, 제2 연결축(220)으로부터 고정축(224)을 형성하고, 그 고정축(224)을 호형 분할 림(120)의 원주방향 중앙 부분에 끼워 용접 등으로 고정하는 방법 등, 다양한 방법을 사용할 수 있다.

다음으로, 챔버(212)에는 열수축 재료(214)가 내장된다. 열수축 재료(214)는, 이른바 'NTE(Negative Thermal Expansion) 재료'로서, 주위의 온도가 상승하면 부피가 축소되는 성질을 가진다. 열수축 재료(214)는, 액체여도, 고체여도 좋다. 액체일 경우는, 챔버(212) 내부에 주입하여 밀봉한다. 고체일 경우는, 피스톤(222)의 끝 면과 챔버(212)의 내면에 양끝을 결합시킨다.

열수축 재료(214)가 챔버(212)에 내장된 상태에서. 주위의 온도가 상승하면, 열수축 재료(214)가 수축되어 부피가 축소되며, 그에 따라 피스톤(222)을 흡인하는 힘이 발생하여 피스톤(222)을 반지름 방향 내측으로 당긴다. 피스톤(222)이 반지름 방향 내측으로 당겨지면, 그것에 일체화되어 있는 호형 분할 림(120)이 반지름 방향 내측으로 당겨진다. 호형 분할 림(120)이 반지름 방향 내측으로 당겨짐에 따라 풀리의 외경이 줄어든다.

그리고 제1 연결축(210)과 제2 연결축(220) 사이에는 탄성 부재(230)가 지지 된다. 탄성 부재(230)는 제1 연결축(210)과 제2 연결축(220)이 멀어지는 방향으로 힘을 작용시킨다. 탄성 부재(230)는, 제2 연결축(220)을 반지름 방향 외측으로 밀어내는 힘을 작용하여 호형 분할 림(120)에 걸리는 벨트의 장력을 지탱하게 된다. 물론, 열수축 재료(214)도 피스톤(222)을 지탱하는 힘을 발휘한다.

제2 연결축(220)과 호형 분할 림(120) 사이에는 완충 부재(240)를 설치할 수 있다. 완충 부재(240)는, 호형 분할 림(120)의 변형(내측으로 굽어짐)을 탄성으로 지탱하고 충격을 흡수하는 역할을 수행한다.

다음으로, 상기와 같이 이루어진 본 발명의 가변형 풀리(100)의 변형 및 냉각수 유량 조절 동작을 설명한다.

도 3 내지 도 4는, 주위 온도가 낮은 저온 조건(예컨대 냉간 시동시, 초기 상태)에서의 가변형 풀리(100)의 상태를 보인 도면이고, 도 5 내지 도 6은 주위 온도가 높은 고온 조건(예컨대 엔진 운전중의 중부하/고부하 영역)에서의 가변형 풀리(100)의 상태를 보인 도면이다.

가변형 풀리(100)는, 도 3 내지 도 4와 같은 초기 상태에서 가장 큰 풀리 반지름(R) 및 풀리 지름(D1)을 가지도록 설계된다. 또한, 이 상태에서는, 호형 분할 림(120)의 외주면은 진원(眞圓)을 이루게 설계된다. 따라서 진원의 호형 분할 림(120)의 외주연은, 진원의 풀리의 외주연과 일치하게 된다.

저온 조건(예: 냉간 시동 시)에서는, 가변형 풀리(100)가 이와 같은 초기 상태로 유지된다. 이 경우 크랭크 샤프트 풀리와의 기어 비가 작아서 워터 펌프 풀리(100)가 상대적으로 느리게 회전한다(저속 회전).

반면, 고온 조건(예컨대 엔진 운전으로 주위 온도가 상승한 후)에서는, 도 5 내지 도 6과 같이, 풀리 외경이 줄어들어 풀리 지름(D2)이 감소하게 된다. 이와 같이 풀리 외경이 작아지면 크랭크 샤프트 풀리와의 기어 비가 커져서 풀리(100)가 더 빠르게 회전하게 된다(고속 회전).

이와 같이, 종래 고정된 형태의 워터 펌프 풀리가 온도 조건에 무관하게 고정된 기어 비로 인해 회전수별로 정해진 냉각수 유량만을 발생시키는 반면, 본 발명의 가변형 풀리(100)에 의하면, 주위 온도에 따라 풀리 외경이 변경되어 각 온도 조건에 따른 최적의 냉각수 유량을 발생시킬 수 있다.

즉, 워터 펌프로부터의 냉각수 유량을 통한 냉각 효과가 크게 필요하지 않을 경우, 특히 냉간 시동시에는 적은 냉각수 유량만을 발생시켜 급속 웜 업을 유도하여 연비 향상을 도모할 수 있다.

그리고 엔진 운전중 주위 온도가 상승하여 충분한 냉각 작용이 필요한 경우에는, 워터 펌프 풀리(100)의 외경 변화(감소)로 인해 기어 비가 변경되어 풀리(100) 및 임펠러의 회전수가 증가하고, 이에 따라 냉각 작용을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 가변형 풀리(100)의 구조에서, 저온 조건으로부터 주위 온도(엔진 및 냉각수 온도)가 상승하는 고온 조건이 되어 풀리 외경이 줄어들게 되는 원리를 설명하면 다음과 같다.

우선, 초기의 저온 조건에서 호형 분할 림(120) 및 연결체(200)는 제1, 제2 바이메탈 플레이트(121, 123)는, 도 3 내지 도 4에 보인 바와 같은 초기 상태를 유지한다. 즉, 호형 분할 림(120)은 변형되지 않은(오므라들지 않은) 상태를 유지하고, 연결체(200)는 반지름 방향 외측으로 최대한 신장 된 상태를 유지한다. 따라서, 풀리는 최대의 지름(D1)을 유지한다.

주위 온도가 상승하게 되면, 도 5 내지 도 6에 보인 바와 같이, 챔버(212) 내부의 열수축 재료(214)가 수축하고, 그에 따라 피스톤(222)을 반지름 방향 내측으로 당기게 된다.

이와 함께, 바이메탈 부재로 이루어진 호형 분할 림(120)도, 주위 온도의 상승에 따라, 굽어진 방향으로 더 굽어진다(도 5 내지 도 6의 화살표시 방향).

호형 분할 림(120)이 내측으로 굽어짐에 따라, 도 5에 보인 것처럼, 호형 분할 림(120)의 원주방향 중앙부에 정점(산마루)이 만들어지고, 그 정점들을 원주방향으로 연결한 원(C2)이 최 외곽의 매끈한(즉, 호형 분할 림(120)의 원주방향 양쪽 끝이 원(C2)보다 바깥쪽으로 더 튀어나오지 않는) 진원을 유지할 수 있다.

이렇게 하여, 주위 온도 상승에 따라, 풀리의 지름이 지름(D1)에서 지름(D2)으로 작아진다. 이에 크랭크 샤프트 풀리와의 기어 비가 커짐으로써, 워터 펌프 풀리(100) 및 임펠러의 회전수가 증가하여 냉각수 유량은 많아지고 냉각 효과는 높아지게 된다.

본 발명에 따른 워터 펌프의 가변형 풀리의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

20: 샤프트
100: 워터펌프의 가변형 풀리
110: 허브
112: 보스
114: 인서트 너트
116: 나사부
200: 연결체
210: 제1 연결축
212: 챔버
214: 열수축 재료
216: 나사부
218: 안내 홈
220: 제2 연결축
222: 피스톤
224: 고정축
230: 탄성 부재
240: 완충부재

Claims

샤프트(20)에 결합하는 허브(110);
상기 허브(110)와 동심을 이루어 벨트 체결을 위한 원형의 풀리 외주연을 형성하고, 원주방향으로 복수의 원호로 등각 분할되며, 각각 주위 온도 변화에 따라 원호의 곡률이 변화되는 바이메탈 부재로 이루어지는 복수의 호형 분할 림(120);
상기 허브(110)와 상기 호형 분할 림(120)을 반지름 방향으로 연결하며, 주위의 온도 변화에 따라 반지름 방향으로 신축동작하는 연결체(200); 를 포함하며,
주위의 온도 변화에 따라 상기 바이메탈 부재로 이루어진 상기 호형 분할 림(120)의 곡률 변화와 함께 상기 연결체(200)의 반지름 방향의 신축동작에 의한 상기 호형 분할 림(120)의 반지름 방향 이동이 조합하여 풀리의 외경이 증감되도록 구성되는, 워터 펌프의 가변형 풀리.
제1항에서,
상기 호형 분할 림(120)은,
열팽창 계수가 상이한 2개의 판형 부재를 반지름 방향으로 겹쳐 형성한 것인, 워터 펌프의 가변형 풀리.
제1항에서,
주위 온도가 높아질수록, 상기 호형 분할 림(120)의 곡률 반지름이 줄어들고, 상기 제2 연결축(220)의 길이는 축소되어 상기 호형 분할 림(120)을 반지름 방향 내측으로 당김에 따라, 풀리의 지름이 감소하도록 구성되는, 워터 펌프의 가변형 풀리.
제1항 또는 제2항에서,
상기 연결체(200)는,
한쪽의 기초 단부가 상기 허브(110)에 고정되고, 반대쪽의 자유 단부가 상기 호형 분할 림(120)을 향해 반지름 방향 외측으로 연장되며, 그 자유 단부 내부에 챔버(212)가 형성되는, 제1 연결축(210);
한쪽이 상기 제1 연결축(210)의 자유 단부의 외측에 반지름 방향으로 미끄러짐 이동 가능하게 결합하고 반대쪽이 상기 호형 분할 림(120)에 고정되는 중공의 축으로 이루어지며, 중공의 축 내부에서 상기 반대쪽으로부터 상기 챔버(212)를 향해 연장되어 상기 챔버(212)에 삽입되는 피스톤(222)을 가지는, 제2 연결축(220); 및
주위의 온도가 상승하면 부피가 축소되는 성질의 재료로서 상기 챔버(212) 내에 내장되며, 주위의 온도 상승에 따라 수축하여 상기 피스톤(222)을 흡인하여 반지름 방향 내측으로 당기는 힘을 작용하는, 열수축 재료(214); 를 포함하는, 워터 펌프의 가변형 풀리.
제4항에서,
상기 제1 연결축(210)과 상기 제2 연결축(220) 사이에 지지 되며, 상기 제1 연결축(210)과 상기 제2 연결축(220)이 멀어지는 방향으로 힘을 작용시키는 탄성 부재(230)를 더 포함하는, 워터 펌프의 가변형 풀리.