KR20200027169A - 차량용 진공펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배출구의 단면이 다단 형상을 포함하는 차량용 진공펌프에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 진공펌프는 내부에 챔버가 형성되는 하우징, 상기 챔버와 연통되며 하우징에 형성되는 배출구, 상기 배출구를 개폐하는 밸브, 상기 배출구는 다단 형상의 측면을 포함하도록 구성되고, 상기 다단 형상의 배출구는 하우징 내측에 위치하는 오일이 배출되는 끝단이 상기 하우징으로부터 상기 오일이 유입되는 타단의 단면보다 넓은 유동면적을 포함하도록 구성되는 차량용 진공펌프를 제공한다.

Description

차량용 진공펌프{Vacuum Pump for Vehicle}
본 발명은 차량용 진공펌프에 관한 것으로, 더 바람직하게, 하우징과 연결되어 공기 및 오일이 배출되는 배출구의 끝단의 유동 면적이 상기 배출구의 유입단의 유동 면적보다 넓은 다단형상을 포함하도록 구성하여 차량의 소음, 진동을 감소시키기 위한 차량용 진공펌프에 관한 것이다.
진공펌프는 그 내부에 마련되는 로터 및 베인의 회전에 의하여 하우징 내부에 음압을 발생시켜, 차량 내부의 여러 부품 중 진공압이 필요한 부품(예, 브레이크 부스터 등)에 진공압을 제공할 수 있는 차량용 부품의 일종이다.
종래의 진공펌프의 구성은 진공압 형성을 위한 챔버가 형성되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 회전가능하게 형성되는 로터와, 상기 로터에 끼워지며 상기 하우징 내부의 챔버를 상기 로터와 함께 회전하는 베인을 포함한다.
상기 로터는 엔진에 마련되는 캠축과 연결되어, 상기 캠축의 회전에 의하여 회전동작을 수행한다. 상기 로터와 베인에 의하여 상기 하우징 내부 챔버가 복수의 공간으로 구획되고, 이와 같이 구획된 복수의 공간의 체적은 상기 로터 및 베인의 회전에 의하여 가변된다.
상기 하우징에는 공기가 유입되는 유입부와, 공기가 배출되는 배출구가 마련되는데, 상기 로터와 베인의 회전에 의하여 유입부를 통하여 공기와 오일이 유입되고 하우징 내부의 챔버를 거쳐서 배출구로 배출된다.
베인의 회전에 의하여 배출동작이 이루어지기 직전에, 배출구와 연통되어 있는 공간에는 오일이 가득차 있다.
따라서, 오일이 가득차 있는 공간의 압력과 하우징 외부의 압력의 차이는 대단히 크게 형성된다.
이 상태에서 베인이 배출구에 근접하여 밀어내는 동작을 수행하면, 오일이 배출구로 진입하고 오일의 푸쉬 동작에 의하여 밸브가 열리면서 오일이 하우징 외부로 빠져나간다.
진공상태의 공간이 밸브의 갑작스런 개방에 의하여 외부와 연통될때 배출구 입구의 압력은 진공상태에서 대기압 상태로 폭증하고, 갑작스러운 압력 변화로 인하여 하우징 전체에 소음 및 진동이 발생한다.
통상적으로 진공펌프 작동중에 하우징의 내부 챔버 영역 중 배출구 근처가 저압이 되는 경우, 외부 공기가 배출구를 통해서 유입될 수 있고, 이러한 공기와 오일이 뒤섞이는 경우, 공기가 위치한 부분이 압축성 체적을 가지고, 오일이 있는 부분은 비압축성 체적을 갖는다.
공기가 갖는 압축성 체적 영역은 베인이 배출구에 가까워질수록 줄어들되, 일종의 버퍼 공간 역할을 하면서 배출시 급격한 압력 변동을 저감시키는 역할을 함으로써 소음과 진동을 줄이는 역할을 한다.
그런데, 위와 같이 배출된 오일이 배출구 근처에 잔류하고 누적되어 밸브 시트와 밸브 사이를 막으면 외부 공기가 배출구를 통해서 내부 챔버로 유입되지 못하고, 추후 베인이 배출구에 인접하게 위치할 때 모두 오일에 의한 비압축성 체적만 있어서 배출시 급격한 압력 변동으로 인한 소음과 진동이 극심하게 발생하는 문제점이 있었다.
특허문헌1: 한국 공개특허 10-2004-0042410호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다단 형상의 유동 면적을 갖는 배출구를 구성하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다단 형상의 유동 면적을 갖는 배출구를 통해 연비 개선의 효과를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 차량용 진공펌프는 다음과 같은 구성을 포함한다.
내부에 챔버가 형성되는 하우징; 상기 챔버와 연통되며 하우징에 형성되는 배출구; 상기 배출구를 개폐하는 밸브; 상기 배출구는 다단 형상의 단면으로 구성되고, 상기 다단 형상의 배출구는 하우징 내측에 위치하는 오일이 배출되는 끝단이 상기 하우징으로부터 상기 오일이 유입되는 타단의 단면보다 넓은 유동면적을 포함하도록 구성되는 차량용 진공펌프를 제공한다.
또한, 엔진 역회전에 대응하여 오일 및 공기가 배출되도록 구성되는 보조 배출구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프를 제공한다.
또한, 상기 밸브와 상기 배출구 사이에 위치하는 밸브 시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프를 제공한다.
또한, 상기 배출구의 오일 및 공기가 배출되는 끝단에 형성되는 슬롯부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프를 제공한다.
또한, 상기 밸브의 개폐 구간을 제안하는 스토퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 다단 형상의 유동 면적을 갖는 배출구를 통해 간헐적으로 발생하는 이상 소음을 감소하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 진공펌프의 운행 효율을 증대시켜, 차량의 전반적인 연비 개선의 효과를 갖는다.
더욱이, 본 발명은 진공펌프의 오일 윤활 성능을 증대시켜, 진동 펌프의 마찰 수준을 개선하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 구성도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 정면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 배출구를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 배출구의 단면도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 소음 개선효과를 그래프로 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 진동 개선효과를 그래프로 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예로 차량용 진공펌프의 마찰 개선효과를 그래프로 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 차량용 진공펌프(이하, '진공펌프(100)')에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 차량용 진공펌프(100)의 사시도를 도시하고 있으며, 도 2는 진공펌프(100)의 정면도를 도시하고 있다.
도 1에서 개시된 바와 같이, 차량의 엔진에 체결되도록 구성되는 진공펌프(100)는 내부에 형성된 챔버(111)를 포함하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)에 회동가능하게 설치되는 로터(120)와, 상기 로터(120)를 가로지르도록 끼워지는 베인(130)을 포함한다.
상기 베인(130)의 양 옆에는 슬라이더를 포함하며, 상기 슬라이더는 상기 챔버(111)의 내측벽과 접촉하여 상기 로터(120) 및 베인(130)의 회전시 베인(130)의 회전 운동이 부드럽게 이루어지도록 안내하는 역할을 수행한다.
상기 하우징(110)의 상면에는 상기 챔버(111)를 차폐하는 커버(140)가 마련되며, 상기 커버(140)는 상기 하우징(110)과 볼트와 같은 체결부재에 의하여 결합된다.
상기 체결부재는 상기 커버(140)의 테두리에 마련되는 체결공을 관통하여 상기 하우징(110)의 테두리에 마련되는 체결공에 삽입되어 결합된다.
상기 커버(140)와 상기 하우징(110)의 상부 테두리 사이에는 공기의 누출을 방지하기 위한 상부 실링부재(141)가 마련된다.
상기 하우징(110)의 외부 측면에는 공기가 유입되는 유입부(160)가 마련된다.
상기 유입부(160)의 구성은 상기 하우징(110)에 마련되는 유입관과, 상기 유입관에 결합되어 유입공기의 역류를 방지하는 체크밸브와, 체크밸브 방향으로 공기를 안내하는 안내 호스를 포함한다.
상기 하우징(110)의 하면에는 배출구(210)가 마련되는데, 상기 배출구(210)는 상기 하우징(110)의 챔버(111) 바닥에 마련되는 배출구(210)와, 상기 배출구(210)을 선택적으로 개폐하는 플레이트 밸브(220) 형태의 밸브(220)와, 상기 밸브(220)의 개폐 구간을 정의하고 제한하는 스토퍼(240)를 포함한다. 상기 밸브(220)와 스토퍼(240)는 체결수단(260)에 의하여 상기 하우징(110)의 하면에 일체로 결합된다.
상기 하우징(110)의 하부에는 상기 로터(120)의 하부 중심에 끼워지는 노즐(170)이 마련되는데, 상기 노즐(170)은 엔진의 캠 샤프트의 중공측에서 공급되는 오일을 원하는 유량으로 펌프 내부로 공급하는 역할을 한다.
이를 위해서 상기 노즐(170)의 상부 부분이 상기 로터(120)의 내부 공간까지 끼워져서 그 내부공간과 연통된다.
상기 로터(120)에는 상기 베인(130)이 끼워지기 위한 베인(130) 장착 공간이 마련되는데, 그 베인(130) 장착 공간을 통해서 펌프 내부로 오일을 공급하기 위하여 상기 노즐(170)이 마련된다.
상기 베인(130)이 상기 로터(120)를 가로질러서 끼워지기 위하여 상기 로터(120)의 양 옆에는 상기 베인(130) 장착 공간과 연통되는 베인(130) 장착홈이 마련된다.
한편, 상기 로터(120)의 하부 부분에는 커플러(180)가 연결되는데, 상기 커플러(180)는 엔진의 캠 샤프트(미도시)와 연결되어 캠축의 회전력을 상기 로터(120)에 전달하는 역할을 한다.
상기 커플러(180)는 외부 동력 전달 수단의 일 예에만 한정되지 않고, 기어나 벨트, 마찰차와 같은 여러 가지 동력 전달 수단도 가능하다. 다만 상기 커플러(180)가 위 기술 분야에서 많이 사용되므로 이를 동력 전달 수단의 일 예로 든 것에 불과하다.
본 발명에서 상기 로터(120)와 상기 커플러(180)가 직접 연결되는 것은 아니고, 커플러(180)를 통해서 전달되는 회전력을 상기 로터(120)에 선택적으로 전달하는 동력 전달 조절 부재의 매개를 통해 연동되도록 구성될 수 있다.
상기 로터(120)는 상기 베인(130) 장착 공간 및 베인(130) 장착홈이 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부로부터 하방으로 연장되는 연장부(121)를 포함하고, 상기 동력 전달 조절 부재는 상기 연장부(121)와 결합되는 관계가 성립된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 차량용 진공펌프(100)의 배출구(210)의 단면도를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 하우징(110) 일면에 위치하는 배출구(210)를 포함하며 상기 배출구(210)를 선택적으로 개폐하도록 구성되는 플레이트 형상의 밸브(220)를 포함한다.
본 발명은 상기 밸브(220)와 일체로 구성되는 스토퍼(240) 구성을 포함하는바, 상기 밸브(220)와 스토퍼(240)는 하우징(110)에 고정되도록 하나의 체결수단(260)을 통해서 결합된다.
더욱이, 배출구(210)와 밸브(220)가 선택적으로 밀착될 수 있는 밸브 시트(230)를 포함할 수 있으며, 상기 스토퍼(240)는 배출구(210)와 이격되어 있어 밸브 시트(230)에 밸브(220)가 밀착되어 있는 상태에서는 밸브(220)와 이격되어 있어서, 밸브(220) 개방시 밸브(220)의 개방 정도를 제한한다.
위와 같이 구성되는 밸브(220) 및 배출구(210)의 경우, 진공펌프(100)의 펌핑 동작에 의하여 배출구(210)를 통해서 오일 및 공기가 배출되는바, 상기 밸브(220)가 배출압에 의하여 개방되면서 배출구(210)와 멀어지는 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 오일 및 공기가 배출되는 배출구(210)는 상기 오일 및 공기가 배출되는 방향으로 갈수록 유동 면적이 넓어지도록 다단 형상으로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 이중 다단 구조를 포함하는 배출구(210)를 포함하는바, 오일 및 공기가 배출되는 높이 방향을 따라 다층 형상을 포함하도록 구성된다.
즉, 최초 하우징(110) 내에 위치하는 오일 및 공기가 배출구(210)를 통해 배출되는 경우, 배출구(210) 끝단의 유동 면적은 배출구(210) 유입단의 유동 면적보다 넓도록 구성된다.
다단 구조를 포함하는 배출구(210)의 경우, 적어도 이단 이상으로 구성되는 형상을 포함할 수 있으며, 더 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에서는 이단으로 형성되는 배출구(210)의 단면을 포함할 수 있도록 구성된다.
더욱이, 본 발명은 배출구(210)와 대응되는 구성으로서, 보조 배출구(310)를 포함하도록 구성될 수 있는바, 보조 배출구(310)는 로터(120) 및 베인(130)의 역회전에 따른 오일 및 공기의 유동에 대응하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 보조 배출구(310)는 엔진 또는 구동계통의 역회전시 빠져나가는 오일 및 공기 홀을 통하여 오일이 외부로 배출되도록 한 구조로 구성된다. 따라서 엔진의 역회전 발생시에는 별도의 구분된 오일 및 공기 홀이 구비되어 있음으로, 특히 엔진 냉간시 점도가 높아진 오일이 순간적으로 압축되면서 내부 간극으로 빠져나가도록 하여 베인(130)의 파손이 방지된다.
이처럼, 본 발명의 배출구의 유동 면적의 변화를 통해 유입되는 오일 및 공기의 유동성능이 개선되는바, 배출구(310)로 갈수록 단면적이 증가하는바, 더욱 낮은 압력에서 밸브(220)가 개방되도록 구성된다.
상기와 같이, 더욱 낮은 압력으로 밸브(220)의 개방을 수행하도록 배출구(310)의 다단 형상을 포함하도록 구성되는바, 진공펌프 밸브(220) 개방에 따라 발생하는 소음이 저감되도록 구성된다.
더욱이, 본 발명의 배출구(310)의 유동 면적이 넓은 일단에는 슬롯부(250)가 추가로 형성될 수 있는바, 상기 슬롯부(250)를 통해 배출구(310)의 적어도 일부는 상 시 개방상태를 유지할 수 있으며, 상기 개방된 배출구(310)에 의해, 밸브(220)를 개방하는 토크값(압력에 의한 힘)이 저감될 수 있다.
상기와 같이, 슬롯부(250)는 밸브(220)의 개방 토크를 감소하여, 밸브 개방에 따른 소음 및 진동을 저감하도록 구성된다.
더 바람직하게, 상기 슬롯부(250)는 배출구(210)의 오일 및 공기가 토출되는 끝단의 가장자리에 적어도 하나 이상 위치하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 진공펌프(100)는 오일 및 공기 배출시 발생하는 진동 및 소음을 저감할 수 있도록 구성된다.
위에서 개시된 바와 같이, 배출구(210)의 다단 형상을 통해 이하 개시된 도 5 내지 도 7에서는 진동, 소음 및 마찰 개선의 효과 데이터를 도시하고 있다.
도 5에서는 종래 진공펌프는 배출구에 다단 형상을 포함하지 않는 구성을 포함하는바, 종래 사용되는 진공펌프에 발생하는 간헐적 소음과 비교하여, 본 발명의 일 실시예로서, 다단 형상을 포함하는 배출구(210)의 구성은 종래 사용되는 진공펌프에서 발생하는 소음이 저감된다.
또한, 도 6에서는 배출구에 다단 형상을 포함하지 않는 종래 진공펌프에서 발생하는 진동 구간과 비교하여 본 발명의 일 실시예를 통해 발생하는 진동이 저감되는 효과를 뒷받침하는 데이터를 도시하고 있다.
뿐만 아니라, 도 7에서는 다단 형상을 포함하는 배출구(210)를 포함하는 본 발명의 일 실시예를 통해서 밸브(220) 포트가 개방된 상태에서 종래 배출구에 다단 형상을 포함하지 않는 진공펌프에서 발생하는 마찰 수준과 비교하여 엔진 회전수에 따라 최소 0.046Nm 최대 0.133Nm의 마찰 개선 효과가 존재함을 도시하고 있다.
즉, 본 발명은 엔진의 회전수가 증가할수록 진공 펌프의 마찰 토크는 종래 진공펌프보다 개선되는 효과가 존재한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 진공펌프
110: 하우징
111: 챔버
120: 로터
121: 연장부
130: 베인
140: 커버
141: 실링부재
160: 유입부
170: 노즐
180: 커플러
210: 배출구
220: 밸브
230: 밸브 시트
240: 스토퍼
250: 슬롯부
260: 체결수단
310: 보조 배출구

Claims (5)

  1. 내부에 챔버가 형성되는 하우징;
    상기 챔버와 연통되며 하우징에 형성되는 배출구; 및
    상기 배출구를 개폐하는 밸브;를 포함하고,
    상기 배출구는 다단 형상의 단면으로 구성되며,
    상기 다단 형상의 배출구는 하우징 내측에 위치하는 오일이 배출되는 끝단이 상기 하우징으로부터 상기 오일이 유입되는 타단의 단면보다 넓은 유동면적을 포함하도록 구성되는 차량용 진공펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    엔진 역회전에 대응하여 오일 및 공기가 배출되도록 구성되는 보조 배출구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브와 상기 배출구 사이에 위치하는 밸브 시트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배출구의 오일 및 공기가 배출되는 끝단에 형성되는 슬롯부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브의 개폐 구간을 제안하는 스토퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 진공펌프
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