KR101396561B1 - 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 차량의 구동축을 지지하는 하우징과, 상기 하우징에 설치되어 구동축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 구비하며,상기 하우징 또는 이와 인접되는 측에 설치되어 상기 베어링의 외륜 또는 내륜에 예압을 인가하기 위한 가변예압유닛을 구비한다. 이러한 가변예압을 이용한 연료절감장치는 베어링에 의해 작용하는 고정예압에 의해 구동축에 작용하는 구동부하를 줄일 수 있으므로 엔진의 구동부하를 줄여 연료를 절감할 수 있다.

Description

차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치{fuel saving apparatus of car utilizing adjustable preload of bearing}
본 발명은 가변예압을 이용한 연료절감장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 버스, 트럭, 승용차, 건설기계와 같은 차량 베어링의 외륜 또는 내륜에 가변예압을 인가하여 연료를 절감 할 수 있는 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치에 관한 것이다.
통상적으로 베어링의 수명은 베어링에 가하여지는 예압에 의해 많은 영향을 받으며, 회전수 및 사용조건에 따라 적정한 예압을 변화시켜 가하는 경우, 구동축의 부하 및 진동을 감쇄시킬 수 있다.
기본적으로 베어링 결합체는 사용조건에 적절한 구동축의 강성을 확보하기 위해 적절한 예압을 가하도록 구성되지만 그 예압은 구동축의 부하 및 고속회전, 저속회전 시 상기의 이유로 사용조건에 적당하게 다르게 적용하는 것이 적절하다.
특히, 차량의 구동축을 지지하는 베어링에는 항상 일정한 예압이 가하여져 있으므로 공차 또는 만차(차량에 화물탑재 또는 승객의 탑승상태) 시에 구동축에 걸리는 부하가 상대적으로 커 많은 연료 소모된다. 이를 더욱 상세하게 설명하면, 자동차의 구동축계의 베어링은 고정예압이 가하여져 있으므로 구동축의 축방향 및 반경방향의 위치결정을 정확하게 함과 동시에 구동축들의 진동을 억제하고, 베어링의 강성을 높일 수 있으나 이러한 베어링에 가하여지는 고정예압은 자동차의 구동축에 일정한 부하로 작용하게 되어 공차 및 만차 시 연료의 소모를 증가시키는 문제점을 야기 시키게 되는 것이다.
이러한 점을 감안하여 종래에는 차축에 설치되는 베어링의 고정예압을 상대적으로 줄이고 있으나 이 경우, 차축에 지지되는 타이어 휠어셈블리의 지지력이 약화되어 타이어가 편마모되는 문제점이 있으며, 차량의 조향을 위한 토우인 또는 챔버의 안정성을 도모하기 어렵다. 베어링의 내륜 또는 외륜에 가하여지는 고정예압을 줄이게 되면, 차축에 베어링에 의해 지지되는 타이어 휠어셈블 리가 차축에 의해 직각방향으로 지지되지 못할 뿐만아니라 차축에 의해 흔들림이 발생되어 주행특성 또한 좋지 않게된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 구동축또는 차축에 설치되는 베어링의 외륜 또는 내륜에 가변예압을 가하여 베어링의 안정성을 향상시켜 연료를 절감할 수 있는 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량에 화물적재 및 공차시나 승객의 승차 및 하차 시에 구동축을 지지하는 베어링의 내륜 또는 외륜에 가변예압 즉, 하중조건에 따라 예압을 가변시켜 인가함으로써 차량의 구동부하를 조정할 수 있는 차량 베어링 설계자유도를 높일 수 있는 가변예압을 이용한 연료 절감장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구동축을 지지하는 베어링의 내륜 또는 외륜에 가하여지는 예압의 변경이 용이하여 제어가 쉽고, 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 자동차의 구동축을 지지하는 하우징과, 상기 하우징에 설치되어 구동축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 구비하며,
상기 하우징 또는 이와 인접되는 측에 설치되어 상기 베어링의 외륜 또는 내륜에 예압을 인가하기 위한 가변예압유닛을 구비한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 구동축은 차량의 휠이 설치되는 차축이며, 상기 가변예압유닛은 상기 베어링의 외륜 또는 내륜과 접촉되는 가압부재와 베어링 하우징부에 설치되며 상기 가압부재와 기밀이 유지되는 챔버를 형성하는 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되는 공급관로를 통하여 챔버에 공압 또는 유압을 공급하여 베어링의 외륜 또는 내륜에 예압을 가변시키는 위한 압력공급유닛을 구비한다.
상기 가변예압유닛은 상기 하우징에 설치되어 베어링의 외륜 또는 내륜에 로드가 접촉되어 가변예압을 인가하기 위한 공압 또는 유압에 의해 작동되는 실린더를 구비한다.
본 발명의 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 차량의 구동축 또는 차축에 설치되는 베어링에 가하여지는 하중 또는 차량의 속도에 따라 예압을 가변시켜 인가함으로써 구동부하를 줄일 수 있으며, 연료의 절감과 베어링의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명은 공압 또는 유압에 의한 가변예압을 베어링의 외륜 또는 내륜에 가함으로써 차축에 지지되는 타이어 휠어셈블리의 지지력을 향상시킬 수 있어 타이어의 편마모와 조향 및 주행특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치를 나타내 보인 단면도,
도 2 내지 도 7 및 도 12는 본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치의 다른 실시예들을 나타내 보인 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 본 발명의 가변예압유닛에 의해 베어링에 예압이 인가된 상태를 나타내 보인 단면도,
도 9는 베어링에 예압이 가하여진 경우, 구름볼에 작용하는 하중을 나타내 보인 도면,
도 10은 차축에 설치된 베어링에 가변예압이 인가되지 않은 상태를 나타내 보인 베어링의 단면도.
도 11은 베어링에 가변예압이 인가되지 않은 경우, 구름볼에 작용하는 하중을 나타내 보인 도면.
본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 자동차의속도, 자동차의 차축에 가하여지는 부하에 따라 예압을 조정하여 연료를 절감할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 차량의 엔진으로부터 동력 전달받아 회전되는 구동축(20)을 회전가능하게 지지하는 차축(21)과, 상기 차축(21)에 회전가능하게 설치되어 상기 구동축(20)에 의해 회전되며 타이어 휠어셈블리(30)가 설치되는 하우징(40)과, 상기 차축(21)과 하우징(40)의 사이에 설치되어 타이어 휠어셈블리(30)가 설치된 하우징(40)을 회전가능하게 지지하는 베어링(50)과, 상기 차축(21)과 하우징(40) 또는 이와 인접되는 측에 설치되어 상기 베어링(50)의 외륜 또는 내륜(51)에 가변된 예압을 인가할 하기 위한 가변예압유닛(60)을 구비한다.
상기 가변예압유닛(60)은 상기 베어링(50)의 외륜(52) 또는 내륜(51)과 접촉되는 제1가압부재(61)와, 상기 제1가압부재(61)와 기밀이 유지되는 제1가압챔버(63)를 형성하는 제1지지부재(62)를 구비한다. 상기 제 1가압부재(61)와 제 1지지부재(62)는 차축(21)과 하우징(40)의 사이에 설치되는 것으로, 제 1지지부재(62)는 차축(21)에 형성된 단차에 의해 지지된다. 상기 제 1지지부재(62)는 차축과 하우징(40)에 의해 지지될 수도 있다. 그리고 상기 제1가압부재(61)은 도 1에 도시된 바와 같이 차축(21)과 하우징(40)에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 차축(21)에 설치되는 베어링(50)의 내륜(51)에 접촉된다.
상기 제 1지지부재(62)와 가압부재(61)에 의해 형성되는 제 1가압챔버(63)는 상호 대향되는 측에 형성되는데, 제 1지지부재(62)과 제 1가압부재(61)의 상호 대밀착되는 부위에는 제 1가압챔버(62)에 가하여지는 압력이 누설되지 않도록 실링부재(S1)가 설치된다. 이 실링부재(S1)는 탄성력을 가지는 것으로, 제 1지지부재(62)에 대해 가변예압을 인가하기 위한 제 1가압부재(61)의 이동변위에 의해 기밀상태가 손상되지 않아야 한다.
그리고 상기 제1지지부재(62)에는 공급관로(64)가 형성되고, 이 공급관로(64)에 통하여 가압챔버(63)에 공압 또는 유압을 공급하여 베어링의 외륜 또는 내륜에 예압을 가변시키는 위한 압력공급유닛(65)을 더 구비한다. 상기 압력공급유닛은 차량에 설치되는 공지의 유압공급유닛 또는 공압공급유닛과, 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 차축의 회전수 또는 차축에 가하여지는 하중을 검출하여 상기 관로를 통하여 공급되는 압력을 컨트롤하는 컨트롤밸브를 구비한다. 상기 컨트롤밸브는 상기 자축의 회전수를 검출하는 검출센서와 차축에 가하여지는 하중을 검출하는 하중검출센서로부터 검출되는 정보를 분석하는 제어부에 의해 제어될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가압부재(61)와 지지부재(62)에 형성되는 챔버(63)를 상대적으로 크게 형성하고, 이 챔버에 고정예압을 인가하기 위한 탄성스프링(66)이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 차량의 차축에 가하여지는 하중이 작게 작용하는 경우 베어링의 예압을 상대적으로 줄여인가하고, 차축에 가하여지는 하중이 크게 작용하는 경우 베어링에 가하여지는 예압을 크게한다. 이러한 가변된 예압은 상기 압력공급유닛에 의해 유압 또는 공압이 공급관로(64)를 통하여 제 1가압챔버(63)에 공급되면, 상기 제 1가압부재(61)가 상기 차축(21)과 하우징(40)을 따라 슬라이딩되어 베어링(50)의 내륜(51)을 가압함으로써 예압을 인가하게 된다. 상기 베어링(50)의 내륜(51)에 예압이 인가되면, 내륜과 외륜이 이들의 사이에 위치되는 구름볼과 안정적으로 접촉하게 된다. 이는 베어링의 수명을 연장시킬 수 있다.
한편 자축을 지지하는 베어링(50)이 두 개 이상 설치된 경우, 상대적으로 큰 베어링의 내륜 또는 외륜에 가변된 예압을 가하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이 베어링(55)(55)의 크기가 동일한 경우 설치가 용이한 위치의 베어링에 가변예압을 가할 수 있도록 가변예압유닛을 설치함이 바람직하며, 두 개의 베어링에 예압이 가하여질 수 있도록 설치할 수도 있다.
도 4에는 차축(21)의 단부측에 설치된 베어링(55)의 내륜에 가변된 예압을 인가할 수 있는 가변예압유닛이 설치된 상태를 나타내 보였다.
가변예압유닛(80)은 하우징(40)과 차축(21)의 사이에 설치되는 제 2지지부재(81)와, 상기 제 2지지부재(81)와 베어링(55)의 내륜(56)의 사이에 설치되며 제 2지지부재(81)와 밀착되어 예압을 인가하기 위한 제 2가압챔버(83)를 형성하는 제 2가압부재(82)를 구비한다. 그리고 상기 제2가압챔버(83)는 차축(21)에 형성된 제1압력공급관로(84)와 연결되고,이 제 1압력공급관로(84)는 상술한 압력공급수단과 연결된다.
상기와 같은 가변예압유닛은 제 1압력공급관로(84)를 통하여 제 2가압챔버(83)에 유압 또는 고압이 공급되어 상술한 실시예와 같이 작동된다.
도 5 및 도 6에는 본 발명에 따른 가변예압유닛의 또 다른 실시예를 나타내 보였다. 이 실시예에 있어서, 상기 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도면을 참조하면, 가변예압유닛(90)은 구동축(20)을 감싸는 차축(21)의 단부측에 설치된 한쌍의 베어링(55)(55) 내륜에 가변된 예압을 인가할 수 있는 것으로, 한 쌍의 베어링(55)(55) 사이에는 제 4,5가압부재(93)(94)가 축방향으로 따라 슬라이딩 가능하게 설치되며 한쌍의 베어링(55)(55)의 내륜에 각각 접촉된다. 상기 제 4,5가압부재(93)(94)의 밀착부위에 형성되는 제 3가압챔버(92)는 상술한 실시예와 같이 차축(21) 형성된 제1압력공급관로(84)와 연결되어 조건에 따라 가변된 예압을 공급받게 된다. 여기에서 사익 제 4,5가압부재(93)(94)에 의해 형성되는 제 3가압챔버(92)는 상호 밀착되는 면에 내측으로 인입되어 형성될 수 있다. 이 제 3가압챔버(92)에는 탄성스프링(95)이 설치될 수 있다. 이 탄성스프링(95)은 상기 4,5가압부재(93)(94)를 차축(21)을 따라 이동시켜 베어링(55)(55)의 내륜 또는 외륜에 가변된 예압을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 가변예압유닛(90)의 제 1압력공급관로(84)에 유압 또는 공압으로 압력이 인가됨에 따라 제 4,5가압부재(93)(94)가 양측으로 상대이동되어 양측 차축(21)에 지지되는 베어링(55)(55)의 내륜에 가변예압을 인가하게 된다.
그리고 다른 실시예로서 도 7에 도시된 바와 같이 가변예압유닛은 상기 하우징(40)에 설치되어 베어링(50)의 외륜(52) 또는 내륜(51)에 접촉되어 가변예압을 인가하기 위한 것으로, 유압 또는 공압에 의해 작동되는 실린더(70)를 구비한다. 상기 실린더의 로드(71)는 베어링(50)의 내륜(51) 또는 외륜(52)과 접촉될 수 있는데, 내륜(51)과 접촉되도록 함이 바람직하다. 그리고 상기 실린더(70)의 로드(71)에는 설계 시 압력에 예압으로 작용될 수 있도록 하는 스프링(72)이 설치될 수 있다. 이 스프링(72)은 코일스프링, 접시스프링중 선택된 하나가 설치될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
상기 가변예압유닛은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 베어링의 내륜이나 외륜을 전자석을(200,도 12참조) 이용하여 예압을 가하거나 액튜에이터나 웜 스크류, 링크 등을 이용하여 가변예압을 인가할 수 있도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치는 차량의 속도, 차축에 가하여지는 하중에 따라 압력공급유닛(65)에 의해 제 1가압챔버(63)(제 2 또는 제 3가압챔버(92))에 압력이 인가됨으로써 차축(21)을 지지하는 베어링(50 또는 55)의 내륜 또는 외륜에 설정된 가변예압을 인가할 수 있다. 이러한 가변된 예압을 베어링의 내륜 또는 외륜에 인가하는 경우 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 차축(21)에 가하여지는 하중의 변화에도 구름볼(53)과 내륜(51) 및 외륜(52)의 접촉력이 균일하여 안정된 상태로 베어링(50)이 회전하게 된다. 또한 각 구름볼(53)과 내륜(51) 및 외륜(52)에 상대적으로 등분포하중이 작용하게 되어 베어링의 회전저항을 줄일 수 있으며, 나아가서는 연비를 향상시킬 수 있다.
그러나 베어링에 예압이 가하여지지 않은 경우 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 차축(21)에 큰 하중이 가하여지는 경우 내륜(51) 또는 외륜(52)과 구름볼(53)의 접촉이 특정부위 내륜(51)과 외륜(52)의 상부측에 위치한 구름볼(53)에 한정되게 됨으로써 베어링이 쉽게 파손되게 되며, 특정부위에 집중적이 하중이 작용하게 됨으로써 회전저항이 커지게 된다. 이는 결과적으로 자동차 엔진의 부하로 작용하게 되어 연료의 소모를 가중시킨다.
특히, 베어링의 내륜 또는 외륜과 구름볼의 접촉이 균일하지 않고, 특정부위에 집중하중을 받는 경우 외륜에 의해 지지되는 베어링 하우징이 흔들리게 되는 문점이 있이 있고, 이는 타이어의 편마모를 야기시키게 되며, 나아가서는 주행저항을 증가시키게 된다. 그리고 전륜축의 베어링에 상술한 바와 같이 예압이 가하여지지 않는 경우, 상술한 문제점을 인하여 캠버(camber), 토우인(toe-in) 등의 안정성이 떨어지고, 조향특성의 향상을 도모하기 어렵다.
본원 발명의 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치 차축에 인가되는 하중에 따라 예압을 조정함으로써 차축를 지지하는 베어링에 의해 가하여지는 일정한 고정예압이 구동부하로 작용하는 것을 방지할 수 있다. 이는 결과적으로 차량의 엔진에 가하여지는 구동부하를 줄일 수 있으므로 차량의 연료를 절감할 수 있다. 또한 베어링의 수명을 연장할 수 있으며, 특히 차축에 가하여지는 구동부하로 작용하는 고정예압을 적정하게 가할 수 있으므로 연료절감효과를 극대화 시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치 각종 차량 즉, 트럭, 버스, 중장비, 건설기계, 승용차 등의 차량 구동축에 널리 적용 가능하다.

Claims (6)

  1. 차량의 엔진으로부터 동력 전달받아 회전되는 구동축을 회전가능하게 지지하는 차축과, 상기 차축에 회전가능하게 설치되어 상기 구동축에 의해 회전되며 타이어 휠어셈블리가 설치되는 하우징과, 상기 차축과 하우징의 사이에 설치되어 타이어 휠어셈블리가 설치된 하우징을 회전가능하게 지지하는 베어링을 구비하고,
    상기 하우징 또는 이와 인접되는 측에 설치되어 차축에 가하여지는 하중에 따라 차량에 설치되는 압력공급유닛에 의해 가변된 예압을 상기 베어링의 내륜 또는 외륜에 인가하기 위한 가변예압유닛을 구비하며,
    상기 가변예압유닛은 차축에 설치되는 제1지지부재와, 상기 차축과 하우징에 슬라이딩 가능하게 지지되며 상기 베어링의 외륜 또는 내륜과 접촉되고, 상기 제 1지지부재와 제 1가압챔버를 형성하는 제1가압부재와, 상기 제1지지부재에 설치되는 제1공급관로를 통하여 제1가압챔버에 공압 또는 유압을 공급하여 제 1가압부재를 이동시킴으로써 베어링의 외륜 또는 내륜에 가변된 예압을 가하도록 하는 압력공급유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버에 베어링의 내륜에 고정예압을 인가하기 위한 탄성스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 차량의 엔진으로부터 동력 전달받아 회전되는 구동축을 회전가능하게 지지하는 차축과, 상기 차축에 회전가능하게 설치되어 상기 구동축에 의해 회전되며 타이어 휠어셈블리가 설치되는 하우징과, 상기 차축과 하우징의 사이에 설치되어 타이어 휠어셈블리가 설치된 하우징을 회전가능하게 지지하는 베어링을 구비하고,
    상기 하우징 또는 이와 인접되는 측에 설치되어 차축에 가하여지는 하중에 따라 차량에 설치되는 압력공급유닛에 의해 가변된 예압을 상기 베어링의 내륜 또는 외륜에 인가하기 위한 가변예압유닛을 구비하며,
    상기 가변예압유닛은 구동축을 감싸는 차축에 설치된 한 쌍의 베어링의 각 내륜에 가변된 예압을 인가할 수 있는 것으로, 한 쌍의 베어링 사이의 차축에 제 4,5가압부재가 축방향으로 따라 슬라이딩 가능하게 설치되며 각 베어링의 내륜에 접촉되고, 상기 제 4,5가압부재의 밀착부위에는 제 3가압챔버가 형성되며, 상기 차축에는 제 3가압챔버에 공압 또는 유압을 공급하기 위한 제1압력공급관로가 형성된 것을 특징으로 하는 차량 베어링의 가변예압을 이용한 연료 절감장치.





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