KR101637744B1

KR101637744B1 - 팬 정지회전수 저감방법 및 이를 위한 케이스 간극 가변형 팬 클러치

Info

Publication number: KR101637744B1
Application number: KR1020140165132A
Authority: KR
Inventors: 이재진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-07-07
Also published as: DE102015104647B4; DE102015104647A1; KR20160062430A; CN106150654B; CN106150654A

Abstract

본 발명의 팬 정지회전수 저감방법은 아우터 케이스(4)와 로터(5)의 사이로 위치되어 로터(5)와 물리거나 간격을 형성하는 이동 케이스(30)를 이용하고, 이동 케이스(30)가 작동유의 순환흐름을 개폐하는 기계식 오일밸브(9)일 경우 바이메탈(20) 방식을 적용하고, 반면 전자식 오일밸브(9A)일 경우 PWM(Pulse Width Modulation) SIGNAL 인가방식을 적용함으로써 유체식 팬 클러치가 기계식이든 전자식이든 종류에 관계없이 팬 클러치 작동 냉각수온에서 지나친 고속 팬 회전이나 물림해제(disengage)를 위한 클러치 오프 신호시 팬 속도 저감을 신속히하거나 거의 영(0)에 가까운 OFF_RPM이 가능하고, OFF_RPM 개선으로 연비도 개선되는 특징을 갖는다.

Description

팬 정지회전수 저감방법 및 이를 위한 케이스 간극 가변형 팬 클러치{Fan OFF Speed Decrease Method and Variable Case gap type Fan Clutch therefor}

본 발명은 팬 클러치에 관한 것으로, 특히 팬 클러치 작동 냉각수온에서 지나친 고속 팬 회전이나 물림해제(disengage)를 위한 클러치 오프 신호시 팬 속도 저감을 신속히 하거나 거의 영(0)에 가까운 OFF_RPM이 가능한 팬 정지회전수 저감방법 및 이를 위한 케이스 간극 가변형 팬 클러치에 관한 것이다.

일반적으로 라디에이터 및 냉각팬과 함께 엔진 냉각계를 구성하는 팬 클러치 는 엔진 정지 시 함께 정지되고 엔진 가동 시 냉각수 온도에 따라 선택적으로 가동됨으로써 냉각수온에 맞춰 냉각팬의 RPM(Revolution per Minute)가 제어된다.

일례로, 클러치 온 시 저장실에서 작동실로 오일이 공급됨으로써 로터가 회전되고, 반면 클러치 오프 시 작동실에서 저장실로 오일을 복귀시켜 유체 점성마찰력에 의한 로터 회전력을 없애줌으로써 정지된다.

이를 위해, 팬 클러치는 내부에 저장실과 작동실이 오일 리턴홀로 이어진 오일 순환 구조를 형성하고, 내부를 순환하는 오일의 유체 점성마찰력으로 로터의 회전력을 전달하며, 오일 유로 밸브를 구비한 유체식 팬 클러치 타입이고, 오일순환유로의 개폐방식에 따라 기계식과 전자식으로 구분된다.

특히, 유체식 팬 클러치는 클러치 오프 시 원심력을 이용해 오일 회수가 이루어진다. 일례로, 원심력에 의해 작동실의 오일이 케이스 외곽으로 모이고, 케이스 외곽의 댐(dam)부위에서 케이스 외곽으로 모인 오일의 압력이 상승되며, 댐(dam)부위의 오일 압력 상승이 저장실측 오일의 원심력에 의한 압력 보다 높아짐으로써 작동실에서 저장실로 오일이 회수되는 방식이다.

국내특허공개 10-2003-202036(2003-7.18)

하지만, 유체식 팬 클러치의 원심력에 의한 오일 회수 방식은 로터와 케이스의 상대속도에 의한 댐(dam)부위의 오일 압력으로 오일 회수 속도가 결정됨으로써 클러치 오프 시 로터와 케이스의 상대속도가 작을 때 팬 클러치 정지가 지연될 수 있다.

일례로, 클러치 오프 시 로터와 케이스의 상대속도가 작을 때 더욱 심화되는데, 이는 로터와 케이스의 작은 상대속도로 댐(dam)부위에 낮은 오일 압력이 형성되고, 댐(dam)부위의 낮은 오일 압력은 작동실과 저장실이 압력 평형되도록 작동실내 오일 잔류를 가져오며, 작동실내 잔류 오일은 로터와 케이스의 물림(engage)에서 물림해제(disengage)로 전환됨을 늦춤으로써 로터의 토크를 케이스로 전달하고, 케이스 회전은 클러치 오프 시 OFF_RPM을 높여 주게 된다. 이러한 OFF_RPM은 200~700rpm 수준으로 형성된다.

이와 같이 클러치 오프 시 높은 OFF_RPM은 불필요한 팬 클러치 소음을 발생시키고 엔진 동력 소모로 인한 연비 손실을 가져올 수밖에 없다.

특히, 유체식 팬 클러치가 기계식일 경우 물림(engage)에서 물림해제(disengage)로 전환되는 온도 차이로 인한 히스테리시스(hysteresis)가 큼으로써 냉각팬 회전이 필요 없는 냉각수 온도에서도 팬 작동이 이루어질 수 있고, 이에 더해 클러치 오프 시에도 댐(dam)부위의 낮은 압력으로 작동실내 잔류 오일이 지속됨으로써 높은 OFF_RPM이 상대적으로 길게 유지될 수밖에 없다.

또한, 유체식 팬 클러치가 전자식일 경우 100% 물림해제신호 인가시에도 지속되는 냉각 팬 회전으로 로터와 케이스의 물림이 유지됨으로써 작동이 필요 없는 상황에서 작동되거나 또는 물림해제가 지연됨으로써 OFF_RPM이 높을 수밖에 없다.

그러므로, 유체식 팬 클러치는 기계식이나 전자식의 종류에 관계없이 높은 OFF_RPM과 함께 작동이 필요 없는 상황에서 작동됨으로써 팬 클러치로 인한 소음 발생 및 연비 손실로부터 자유로 울 수 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 팬 클러치 작동 냉각수온에서 지나친 고속 팬 회전이나 물림해제(disengage)를 위한 클러치 오프 신호시 로터와 케이스 사이 간극조절로 팬 속도를 빠르게 낮추거나 OFF_RPM을 거의 영(0)으로 저감시킴으로써 팬 클러치 소음을 크게 저감하고, 특히 낮아진 냉각수 온도나 구동중지와 같이 가동이 불필요한 조건에서 작동실 내 오일 잔류에 의한 회전을 방지함으로써 불필요한 팬 클러치 가동에 의한 차량 연비 손실도 개선한 팬 정지회전수 저감방법 및 이를 위한 케이스 간극 가변형 팬 클러치의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 팬 정지회전수 저감방법은 (A) 팬 클러치 제어기가 전자식 팬 클러치와 기계식 팬 클러치를 판단하고; (B) 상기 팬 클러치 제어기가 전자식 팬 클러치로 판단하면, 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 회전수인 INPUT RPM(Revolution per Minute), 팬 클러치 회전수인 FAN RPM, 엔진 냉각수온, 제어 값인 팬 클러치 DUTY에 대한 정보를 검출하고, 엔진 냉각수온을 팬 클러치 작동온도와 비교하며; (C) 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높으면, 상기 팬 클러치 DUTY가 100% 팬 클러치 오프인 FULLY DISENGAGE 신호인지 확인하고, 상기 FULLY DISENGAGE 신호일 때 OFF_RPM 제로모드 활성화로 전환되어져 로터(5)와 아우터 케이스(4)의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시하며; (D) 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높지 않으면, 냉각팬의 속도인 FAN SPEED가 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 속도인 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과할 때, 상기 OFF_RPM 제로모드 활성화로 전환되는 것을 특징으로 한다.

상기 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대는 상기 팬 클러치 제어기에 의해 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 오일밸브가 FULLY DISENGAGE 신호에 해당되는 팬 클러치 DUTY로 제어되어 이루어진다.

상기 FAN SPEED가 상기 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과하지 않으면, 상기 팬 클러치 제어기는 OFF_RPM 제로모드 비활성화로 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시하지 않는다.

상기 팬 클러치 제어기가 기계식 팬 클러치로 판단하면, 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하는 상기 팬 클러치 제어기의 팬 클러치 DUTY 제어 없이 엔진냉각수온에 의해 수축되는 바이메탈의 작용으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 케이스 간극 가변형 팬 클러치는 오일이 저장된 저장실, 오일흐름밸브를 통해 상기 저장실의 오일이 공급되는 작동실, 상기 작동실의 오일이 상기 저장실로 회수되는 오일복귀유로를 형성한 이너 케이스와 아우터 케이스로 구성된 케이스; 풀리 샤프트와 결합되고, 상기 작동실에 모여진 오일의 유체마찰력으로 상기 케이스로 토크를 전달하는 로터; 상기 아우터 케이스에 결합된 밸브 회전축과 결합되고, 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 기계식 오일밸브; 상기 밸브 회전축을 감싸면서 상기 아우터 케이스의 외부에 고정되고, 냉각수온으로 수축과 팽창되어져 상기 밸브 회전축을 통해 상기 기계식 오일밸브에 회전력을 가하는 바이메탈; 상기 아우터 케이스와 상기 로터의 사이로 위치되고, 상기 기계식 오일밸브의 끝부위가 끼워진 상태에서 상기 기계식 오일밸브의 회전 방향으로 상기 로터와 간격을 형성하거나 물림을 형성하는 이동 케이스; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 케이스 간극 가변형 팬 클러치는 오일이 저장된 저장실, 오일흐름밸브를 통해 상기 저장실의 오일이 공급되는 작동실, 상기 작동실의 오일이 상기 저장실로 회수되는 오일복귀유로를 형성한 이너 케이스와 아우터 케이스로 구성된 케이스; 풀리 샤프트와 결합되고, 상기 작동실에 모여진 오일의 유체마찰력으로 상기 케이스로 토크를 전달하는 로터; 상기 작동실에 위치되어 팬 클러치 제어기에서 인가된 PWM(Pulse Width Modulation)SIGNAL로 작동되어져 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 전자식 오일밸브; 상기 아우터 케이스와 상기 로터의 사이로 위치되고, 상기 전자식 오일밸브의 밸브바디에 구비된 이동 케이스 조작부가 끼워진 상태에서 상기 PWM SIGNAL로 상기 로터와 간격을 형성하거나 물림을 형성하는 이동 케이스; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 팬 클러치 제어기는 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 회전수인 INPUT RPM(Revolution per Minute), 팬 클러치 회전수인 FAN RPM, 엔진 냉각수온, 제어 값인 팬 클러치 DUTY에 대한 정보를 검출하고, 엔진 냉각수온을 팬 클러치 작동온도와 비교하고, 냉각팬의 속도인 FAN SPEED가 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 속도인 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과하는지 비교하며, 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높거나 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높지 않은 상태에서 상기 FAN SPEED가 상기 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과할 때 상기 로터와 상기 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시한다.

이러한 본 발명의 유체식 팬 클러치는 팬 클러치 작동 냉각수온에서 지나친 고속 팬 회전이나 물림해제(disengage)를 위한 클러치 오프 신호시 로터와 케이스 사이 간극조절로 팬 속도를 빠르게 낮추거나 OFF_RPM을 거의 영(0)으로 저감시킴으로써 기존에 형성되던 200~700RPM의 OFF_RPM으로 인한 팬 클러치 소음이 크게 저감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 유체식 팬 클러치는 낮아진 냉각수 온도나 구동중지와 같이 가동이 불필요한 조건에서 작동실 내 오일 잔류에 의한 회전을 방지함으로써 불필요하게 가동되던 팬 클러치로 인한 차량 연비 손실이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 유체식 팬 클러치는 물림(engage)에서 물림해제(disengage)로 전환되는 온도 차이로 인해 히스테리시스(hysteresis)가 큰 기계식인 경우에도 케이스 간극 조정을 위한 바이메탈 적용으로 OFF_RPM 개선 및 불필요한 팬 구동이 방지됨으로써 팬 클러치 성능개선과 함께 연비 향상에 기여되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 유체식 팬 클러치는 100% 물림해제신호 인가시에도 냉각 팬 회전이 지속될 수 있는 전자식인 경우에도 케이스 간극 조정을 위한 제어밸브 적용으로 OFF_RPM 개선 및 불필요한 팬 구동이 방지됨으로써 팬 클러치 성능개선과 함께 연비 향상에 기여되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 팬 정지회전수 저감방법이고, 도 2는 본 발명에 따른 팬 정지회전수 저감 방법이 구현되는 유체식 팬 클러치의 예이며, 도 3,4는 도 2의 유체식 팬 클러치의 팬 정지회전수 저감을 위해 이동 케이스와 바이메탈로 이루어진 케이스 간극 가변 유닛이 적용됨으로써 유체식 팬 클러치가 기계식으로 구성된 예이며, 도 5,6은 도 3,4의 바이메탈과 이동 케이스가 클러치 오프 시 작동되는 상태이고, 도 7,8은 도 4,5의 바이메탈과 이동 케이스의 클러치 온 시 작동되는 상태이며, 도 9는 도 2의 유체식 팬 클러치의 팬 정지회전수 저감을 위해 전자식 오일밸브로 이루어진 케이스 간극 가변 유닛이 적용됨으로써 유체식 팬 클러치가 전자식으로 구성된 예이고, 도 10은 본 발명에 따른 팬 정지회전수 저감방법이 적용되는 영역을 나타낸 팬 클러치의 OFF_RPM 선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 팬 정지회전수 저감방법을 나타내고, 이하 팬 정지회전수 저감방법을 OFF_RPM 제로 모드로 칭한다. 도시된 바와 같이, OFF_RPM 제로 모드는 팬 클러치 오프 시 케이스간격 가변유닛의 작용이 이루어져 OFF_RPM 제로화를 보다 신속하게 구현하는 활성화방식(S40,S50-1)과 케이스간격 가변유닛의 작용 없이 OFF_RPM 제로화가 구현되는 비활성화방식(S40-1)으로 구분된다.

도 2는 본 발명에 따른 팬 정지회전수 저감 방법이 구현되는 유체식 팬 클러치의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 유체식 팬 클러치는 풀리 샤프트(1), 풀리 샤프트(1)가 결합된 이너 케이스(3)와 아우터 케이스(4)로 구분되고 그 내부 공간으로 파티션 플레이트(2), 로터(5), 스퀘어 링(8), 밸브 회전축(9-1)으로 고정된 기계식 오일밸브(9)등 이 내장된 케이스를 포함한다. 또한, 상기 케이스 내부에는 저장실과 작동실 및 오일복귀유로를 형성함으로써 클러치 온(ON) 또는 오프(OFF)에 따라 오일이 순환된다. 이러한 유체식 팬 클러치의 기술된 구성요소들은 통상적인 유체식 팬 클러치의 구성요소이다.

그러므로, OFF_RPM 제로 모드는 유체식 팬 클러치에 적용되며, 이를 위해 유체식 팬 클러치에는 이하 도 3내지 도 9에서 상세 설명될 케이스간격 가변유닛이 적용되고, 상기 케이스간격 가변유닛은 유체식 팬 클러치가 기계식 오일밸브(9)를 갖춘 기계식 종류나 전자식 오일밸브를 적용한 전자식 종류에도 동일하게 적용된다. 이하에서 설명되는 제어는 팬 클러치 제어기로 이루어지며, 상기 팬 클러치 제어기는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)를 적용할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, OFF_RPM 제로 모드는 다음과 같이 실시된다.

S1과 같이 팬 클러치 제어기는 적용된 팬 클러치가 전자식인지 기계식인지를 먼저 판단한다. 그러므로, 적용된 팬클러치가 전자식으로 인식하고 있으면 절차를 생략할 수 있다.

이어, S1에서 전자식 팬클러치로 판단되면, S10과 같이 팬 클러치 제어기는 INPUT RPM(엔진에서 팬 클러치로 전달되는 회전수), FAN RPM(팬클러치 회전수), 엔진 냉각수온 및 FAN CLUTCH DUTY 등에 대한 정보를 검출한다. 여기서, INPUT RPM은 엔진 RPM에 풀리비(Pully Ratio)를 곱하여 산출된다. FAN RPM은 INPUT RPM에 팬클러치 슬립비(FAN Clutch Slip Ratio)를 곱하여 산출된다. 이후, S20과 같이 엔진 냉각수온으로 팬 클러치의 작동이 요구되는지 판단한다. 이를 위해, 하기의 수학식1을 적용한다.

수학식1 : 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도

여기서, "≥"은 두 값의 크기 등식으로서, 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도는 엔진 냉각수온이 팬 클러치 작동온도와 동일한 값이거나 더 큰 값임을 의미한다.

이와 같이 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도의 조건을 적용하는 이유는 냉각수 온도가 높아 팬 클러치 작동이 필요한 상태지만 냉각팬이 필요 이상으로 고속회전될 때 냉각팬의 속도를 낮추기 위함이다. 그 결과, 팬 클러치 제어기는 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도의 조건 충족여부로 S20-1로 진입하거나 S30으로 진입할 수 있다.

S20-1은 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도의 조건이 만족되지 않은 경우로서, 이 경우 팬 클러치 제어기는 FAN SPEED(팬클러치 회전속도)를 검출하고, 검출된 FAN SPEED가 적정 값인지를 체크한다. 이를 위해, 하기의 수학식2를 적용한다.

수학식2 : FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED(엔진에서 팬 클러치로 전달되는 속도) x B(B는 보정계수로서 0.8)

여기서, "≥"은 두 값의 크기 등식으로서, FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED x B는 FAN SPEED의 값이 동일하거나 더 큼을 의미한다.

이와 같이 FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED x B의 조건을 적용하는 이유는 냉각수 온도가 낮아 팬 클러치 작동이 필요하지 않는 상태에서 현재 작동되는 냉각팬의 실제적인 속도가 입력 속도의 일정비율(예 80%) 이상인지 확인하기 위함이다. 그 결과, 팬 클러치 제어기는 FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED x B의 조건 충족여부로 S40-1로 진입하거나 S30으로 진입할 수 있다.

S30은 S20에서 엔진 냉각수온 ≥ 팬 클러치 작동온도의 조건을 통해 냉각수온이 작동온도이상이거나 또는 S20-1에서 냉각수온이 작동온도이하면서 FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED x B의 조건을 통해 실제적인 냉각팬 속도가 입력 속도의 일정비율이상(약 80%)인 경우로서, 이 경우 팬 클러치 제어기는 PWM(Pulse Width Modulation)SIGNAL로 출력되는 FAN CLUTCH DUTY 정보를 참조하여 현재 출력신호가 FULLY DISENGAGE 신호(100% 팬 클러치 오프)인지를 확인하여 준다. 이와 같이 작동온도 이상에서 FULLY DISENGAGE 신호가 발생하는 것은 주로 FULL ENGAGE 신호(100% 팬 클러치 온)후 냉각수온이 떨어져 냉각팬 회전수도 낮아져야 하는데도 계속 FULL ENGAGE되어 있는 경우로서, 이는 냉각수온이 작동온도 이하로 떨어졌음에도 냉각팬이 계속 빠른 속도로 회전할 때 또는 팬 클러치 내부적으로 작동오일의 이상 거동으로 냉각팬이 빠르게 회전할 때 발생된다.

S40의 활성화방식에서는 S30에서 현재 출력신호가 FULLY DISENGAGE 신호일 때 케이스 간극이 신속하게 제어되는 상태이다. 이로 인해, 전자식 팬 클러치는 전자식 오일 밸브에 의한 케이스간격 가변유닛의 작용으로 로터(5)와 아우터 케이스(4)의 케이스 간극이 신속하게 증대됨으로써 냉각팬의 속도가 빠르게 낮춰지고 특히 팬 클러치 오프 시 신속하게 OFF_RPM 제로가 이루어질 수 있다.

반면, S40-1의 비활성화방식에서는 S20-1에서 FAN SPEED ≥ INPUT FAN SPEED x B의 조건을 충족하지 않거나 S30에서 현재 출력신호가 FULLY DISENGAGE 신호가 아닐 때 케이스 간극이 제어되는 상태이다. 이로 인해, 전자식 팬 클러치는 전자식 오일 밸브에 의한 케이스간격 가변유닛의 작용이 없어 로터(5)와 아우터 케이스(4)의 케이스 간극이 케이스간격 가변유닛의 작용 시보다 다소 늦지만 냉각팬의 속도가 낮춰질 수 있다.

한편, S50은 S1에서 팬 클러치 제어기가 기계식식 팬클러치로 판단한 경우로서, 이 경우 기계식 팬 클러치의 OFF_RPM 제로 모드 실시는 S50-1과 같이 바이메탈로 케이스간격 가변유닛이 작동함으로써 로터(5)와 아우터 케이스(4)의 케이스 간극이 신속하게 증대됨으로써 냉각팬의 속도가 빠르게 낮춰지고 특히 팬 클러치 오프 시 신속하게 OFF_RPM 제로가 이루어질 수 있다.

한편, 도 3,4는 OFF_RPM 제로 모드가 구현되도록 유체식 팬 클러치에 케이스간극 가변유닛이 적용되고, 상기 케이스간극 가변유닛이 바이메탈(20)과 이동 케이스(30)를 이용해 기계식으로 구성된 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 케이스간극 가변유닛은 바이메탈(20)과 이동 케이스(30)로 구성되고, 풀리 샤프트(1)에 결합된 로터(5)와 기계식 오일 밸브(9)의 밸브 회전축(9-1)이 결합된 아우터 케이스(4)의 사이로 위치된다.

상기 바이메탈(20)은 밸브 회전축(9-1)을 감아 고정한 상태로 아우터 케이스(4)의 바깥에 위치된다. 이를 위해, 바이메탈(20)은 밸브 회전축(9-1)의 둘레를 감는 스파이럴 스프링 형상을 이루고, 한쪽 끝은 밸브 회전축(9-1)에 고정되고 반면 다른쪽 끝은 길게 연장된 연장 고정부(20-1)를 형성해 아우터 케이스(4)의 바이메탈 고정 보스(4-1)에 고정된다. 특히, 상기 바이메탈(20)은 냉각수온도가 팬 클러치 작동온도보다 낮을 때 수축됨으로써 밸브 회전축(9-1)이 소정 범위로 회전된다.

상기 이동 케이스(30)는 중앙에 중앙홀이 천공된 소정두께의 원판 형상으로 이루어지고, 로터(5)로 향하는 한쪽 면으로 로터(5)와 물림이 이루어지는 로터 물림 이(31)를 형성하며, 중앙홀의 내주면으로 기계식 오일밸브(9)의 끝부위가 끼워지는 밸브 슬롯(33)을 형성한다. 특히, 상기 밸브 슬롯(33)은 클러치 오프 포지션(33a), 클러치 온 포지션(33b), 연결 슬롯(33c)으로 구분된다. 이동 케이스(30)의 폭단면을 기준으로 할 때, 상기 클러치 오프 포지션(33a)은 로터(5)에 근접된 위치이고 반면 상기 클러치 온 포지션(33b)은 아우터 케이스(4)에 근접된 위치이며, 상기 연결 슬롯(33c)은 클러치 오프 포지션(33a)과 클러치 온 포지션(33b)이 형성하는 높이차 구간을 경사지게 연결한다. 그러므로, 클러치 오프 포지션(33a)에 끝부위가 위치된 기계식 오일밸브(9)는 이동케이스(30)의 로터 물림 이(31)를 로터(5)와 물리지 않도록 간격을 유지시켜 주고, 반면 클러치 온 포지션(33b)에 끝부위가 위치된 기계식 오일밸브(9)는 이동케이스(30)를 로터(5)쪽으로 이동시켜 간격을 제거함으로써 로터 물림 이(31)를 로터(5)와 물려준다.

한편, 도 5,6은 클러치 오프 시 S50 및 S50-1의 기계식 팬 클러치 모드전환에 의한 바이메탈(20)과 이동 케이스(30)의 작동으로 OFF_RPM 제로 모드가 구현되는 상태를 나타낸다. 이때, 기계식 오일밸브(9)의 끝부위는 클러치 온 포지션(33b)에 위치된 상태에서 클러치 오프 포지션(33a)로 이동함을 가정한다.

도시된 바와 같이, 바이메탈(20)은 낮은 냉각수온의 영향으로 수축되고, 바이메탈(20)의 수축은 밸브 회전축(9-1)의 회전을 가져와 기계식 오일 밸브(9)를 회전시켜 준다. 이때, 기계식 오일 밸브(9)의 회전은 반시계방향회전으로 가정한다. 그러면, 기계식 오일밸브(9)의 끝부위는 클러치 온 포지션(33b)에서 연결 슬롯(33c)을 따라 클러치 오프 포지션(33a)으로 전진이동되고, 기계식 오일밸브(9)의 클러치 오프 포지션(33a)으로 전환은 기계식 오일밸브(9)가 이동 케이스(30)를 로터(5)로 밀어주던 힘을 제거함으로써 이동 케이스(30)에 초기 위치 복원력(Fa)이 형성된다. 그 결과, 이동 케이스(30)의 로터 물림이(31)가 로터(5)에서 분리됨으로써 이동 케이스(30)와 로터(5)사이에 간격 형성(즉, 간격 증대)이 이루어지고, 이동 케이스(30)와 로터(5)사이의 간격은 로터토크가 이동 케이스(30) 및 아우터 케이스(4)로 전달됨을 차단함으로써 OFF_RPM을 빠르게 낮추거나 거의 영(0)으로 정지시켜 준다. 이러한 상태에서 기계식 오일밸브(9)는 작동실(7-2)로 연통된 오일홀을 닫아줌으로써 작동실(7-2)내 오일도 오일복귀유로(7-3)를 거쳐 저장실(7-1)로 신속히 회수된다.

반면, 도 7,8은 클러치 온 시 S50 및 S50-1의 기계식 팬 클러치 모드전환에 의해 작동되었던 바이메탈(20)과 이동 케이스(30)가 초기 상태로 복귀되는 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 바이메탈(20)은 높은 냉각수온의 영향으로 팽창되고, 바이메탈(20)의 팽창은 밸브 회전축(9-1)을 시계방향으로 회전시켜줌으로써 기계식 오일 밸브(9)의 끝부위가 클러치 오프 포지션(33a)에서 연결 슬롯(33c)을 따라 클러치 온 포지션(33b)으로 후퇴 이동된다. 그러면, 이동 케이스(30)는 기계식 오일밸브(9)에 의한 가압력(Fb)으로 로터(5)로 접근함으로써 이동 케이스(30)의 로터 물림이(31)가 로터(5)와 맞물린다. 그 결과, 로터토크가 이동 케이스(30) 및 아우터 케이스(4)로 전달됨으로써 팬 클러치가 회전된다. 이러한 상태에서 기계식 오일밸브(9)는 작동실(7-2)로 연통된 오일홀을 열어줌으로써 저장실(7-1)내 오일이 작동실(7-2)로 신속히 공급된다.

한편, 도 9는 클러치 오프 시 S40,S40-1의 전자식 팬 클러치 모드 진입에 의한 전자식 오일 밸브(9A)의 작동으로 OFF_RPM 제로 모드가 구현되는 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 전자식 오일 밸브(9A)는 에어기(100)로 제어되는 밸브 바디(9A-1), 밸브 바디(9A-1)의 작동으로 이동 케이스(30)의 밸브 슬롯(33)을 따라 이동하면서 저장실(7-1)과 작동실(7-2)의 오일통로를 개폐하는 이동 케이스 조작부(9A-2)를 포함한다. 상기 전자식 오일 밸브(9A)는 밸브 바디(9A-1)와 이동 케이스 조작부(9A-2)를 구성요소로 하는 전자식 밸브로 표현하였으나 오일통로를 개폐 및 이동 케이스(30)의 조작이 가능한 모든 종류의 전자식 밸브가 포함된다. 또한, 상기 제어기(100)는 팬 클러치 제어기일 수 있으나 엔진 ECU(Electronic Control Unit)를 적용한다.

클러치 오프 시, 제어기(100)가 100% 물림해제(FULLY DISENGAGE)를 위한 PWM(Pulse Width Modulation)SIGNAL을 전자식 오일 밸브(9A)에 인가하면, 밸브 바디(9A-1)에 의해 이동 케이스 조작부(9A-2)가 클러치 온 포지션(33b)에서 연결 슬롯(33c)을 따라 클러치 오프 포지션(33a)으로 전진이동됨으로써 이동 케이스 조작부(9A-2)가 이동 케이스(30)를 로터(5)로 밀어주던 힘이 제거된다. 그 결과, 이동 케이스(30)는 초기 위치 복원력(Fa)으로 이동 케이스(30)와 로터(5)사이에 간격 형성(즉, 간격 증대)을 하고, 이동 케이스(30)와 로터(5)사이의 간격은 로터토크가 이동 케이스(30) 및 아우터 케이스(4)로 전달됨을 차단함으로써 OFF_RPM을 빠르게 낮추거나 거의 영(0)으로 정지시켜 준다. 이러한 상태에서 전자식 오일 밸브(9A)는 작동실(7-2)로 연통된 오일홀을 닫아줌으로써 작동실(7-2)내 오일도 오일복귀유로(7-3)를 거쳐 저장실(7-1)로 신속히 회수된다.

반면, 클러치 온 시 작동 상태는 전자식 오일 밸브(9A)가 클러치 온 시와 반대로 움직임으로써 기계식 오일 밸브(9)를 통해 설명되었던 도 7,9과 동일하므로 설명은 생략한다.

한편, 도 10은 본 실시예에 따른 OFF_RPM 제로 모드가 적용된 유체식 팬 클러치의 OFF_RPM 선도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 팬 클러치의 작동이 필요 없는 영역에서 케이스간극 가변유닛과 OFF_RPM 제로 모드의 적용이 없을 때 로터(5)와 케이스(2)의 물림해제 지연으로 OFF_RPM이 650rpm인 A상태가 되지만, 반면 케이스간극 가변유닛과 OFF_RPM 제로 모드의 적용이 있을 때 로터(5)와 케이스(2)가 신속히 물림해제됨으로써 OFF_RPM이 거의 0rpm(A-1)으로 낮아지는 A-1 상태로 됨을 알 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 팬 정지회전수 저감방법은 아우터 케이스(4)와 로터(5)의 사이로 위치되어 로터(5)와 물리거나 간격을 형성하는 이동 케이스(30)를 이용하고, 이동 케이스(30)가 작동유의 순환흐름을 개폐하는 기계식 오일밸브(9)일 경우 바이메탈(20) 방식을 적용하고, 반면 전자식 오일밸브(9A)일 경우 PWM SIGNAL 인가방식을 적용함으로써 유체식 팬 클러치가 기계식이든 전자식이든 종류에 관계없이 팬 클러치 작동 냉각수온에서 지나친 고속 팬 회전이나 물림해제(disengage)를 위한 클러치 오프 신호시 팬 속도 저감을 신속히하거나 거의 영(0)에 가까운 OFF_RPM이 가능하고, OFF_RPM 개선으로 연비도 개선될 수 있다.

1 : 풀리 샤프트 2 : 파티션 플레이트
3 : 이너 케이스 4 : 아우터 케이스
4-1 : 바이메탈 고정 보스
5 : 로터 7-1 : 저장실
7-2 : 작동실 7-3 : 오일복귀유로
8 : 스퀘어 링
9 : 기계식 오일 밸브 9-1 : 밸브 회전축
9A : 전자식 오일 밸브 9A-1 : 밸브 바디
9A-2 : 이동 케이스 조작부
20 : 바이메탈 20-1 : 연장 고정부
30 : 이동 케이스 31 : 로터 물림 이
33 : 밸브 슬롯 33a : 클러치 오프 포지션
33b : 클러치 온 포지션 33c : 연결 슬롯
100 : 제어기

Claims

(A) 팬 클러치 제어기가 전자식 팬 클러치와 기계식 팬 클러치를 판단하고;
(B) 상기 팬 클러치 제어기가 전자식 팬 클러치로 판단하면, 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 회전수인 INPUT RPM(Revolution per Minute), 팬 클러치 회전수인 FAN RPM, 엔진 냉각수온, 제어 값인 팬 클러치 DUTY에 대한 정보를 검출하고, 엔진 냉각수온을 팬 클러치 작동온도와 비교하며;
(C) 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높으면, 상기 팬 클러치 DUTY가 100% 팬 클러치 오프인 FULLY DISENGAGE 신호인지 확인하고, 상기 FULLY DISENGAGE 신호일 때 OFF_RPM 제로모드 활성화로 전환되어져 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시하며;
(D) 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높지 않으면, 냉각팬의 속도인 FAN SPEED가 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 속도인 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과할 때, 상기 OFF_RPM 제로모드 활성화로 전환되는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
청구항 1에 있어서, 상기 INPUT RPM은 엔진 RPM에 풀리비(Pully Ratio)를 곱하여 산출하고, 상기 FAN RPM은 상기 INPUT RPM에 팬클러치 슬립비(FAN Clutch Slip Ratio)를 곱하여 산출하는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
청구항 1에 있어서, 상기 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대는 상기 팬 클러치 제어기에 의해 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 오일밸브가 FULLY DISENGAGE 신호에 해당되는 팬 클러치 DUTY로 제어되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
청구항 1에 있어서, 상기 FAN SPEED는 상기 INPUT FAN SPEED의 80%보다 큰 값인지 판단되는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
청구항 1에 있어서, 상기 FAN SPEED가 상기 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과하지 않으면, 상기 팬 클러치 제어기는 OFF_RPM 제로모드 비활성화로 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
청구항 1에 있어서, 상기 팬 클러치 제어기가 상기 기계식 팬 클러치로 판단하면, 로터와 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하는 상기 팬 클러치 제어기의 팬 클러치 DUTY 제어 없이 엔진냉각수온에 의해 수축되는 바이메탈의 작용으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬 정지회전수 저감방법.
오일이 저장된 저장실, 오일흐름밸브를 통해 상기 저장실의 오일이 공급되는 작동실, 상기 작동실의 오일이 상기 저장실로 회수되는 오일복귀유로를 형성한 이너 케이스와 아우터 케이스로 구성된 케이스;
풀리 샤프트와 결합되고, 상기 작동실에 모여진 오일의 유체마찰력으로 상기 케이스로 토크를 전달하는 로터;
상기 아우터 케이스에 결합된 밸브 회전축과 결합되고, 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 기계식 오일밸브;
상기 밸브 회전축을 감싸면서 상기 아우터 케이스의 외부에 고정되고, 냉각수온으로 수축과 팽창되어져 상기 밸브 회전축을 통해 상기 기계식 오일밸브에 회전력을 가하는 바이메탈;
상기 아우터 케이스와 상기 로터의 사이로 위치되고, 상기 기계식 오일밸브의 끝부위가 끼워진 상태에서 상기 기계식 오일밸브의 회전 방향으로 상기 로터와 간격을 형성하거나 물림을 형성하는 이동 케이스;
상기 이동 케이스의 폭단면에서 높이차를 갖고 형성된 밸브 슬롯;이 포함되고,
상기 밸브 슬롯은 경사진 연결 슬롯으로 클러치 오프 포지션과 클러치 온 포지션을 연결한 것을 특징으로 하는 케이스 간극 가변형 팬 클러치.
청구항 7에 있어서, 상기 바이메탈의 수축은 클러치 오프 조건인 엔진 냉각수온도에서 발생되고, 상기 바이메탈 수축은 상기 밸브 회전축을 통한 상기 기계식 오일밸브의 회전방향이 상기 이동 케이스와 상기 로터의 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 케이스 간극 가변형 팬 클러치.
청구항 7에 있어서, 상기 이동 케이스에는 상기 로터와 맞물리는 로터 물림 이를 형성하고, 중앙에 뚫린 중앙홀 내주면으로 상기 기계식 오일밸브의 끝부위가 끼워져 이동되는 상기 밸브 슬롯이 파여진 것을 특징으로 하는 케이스 간극 가변형 팬 클러치.
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청구항 7에 있어서, 상기 클러치 오프 포지션은 상기 로터에 근접된 위치이고, 상기 클러치 온 포지션은 상기 아우터 케이스에 근접된 위치인 것을 특징으로 하는 케이스 간극 가변형 팬 클러치.
오일이 저장된 저장실, 오일흐름밸브를 통해 상기 저장실의 오일이 공급되는 작동실, 상기 작동실의 오일이 상기 저장실로 회수되는 오일복귀유로를 형성한 이너 케이스와 아우터 케이스로 구성된 케이스;
풀리 샤프트와 결합되고, 상기 작동실에 모여진 오일의 유체마찰력으로 상기 케이스로 토크를 전달하는 로터;
상기 작동실에 위치되어 팬 클러치 제어기에서 인가된 PWM(Pulse Width Modulation)SIGNAL로 작동되어져 상기 로터쪽으로 공급되는 작용유 통로를 개폐하는 전자식 오일밸브;
상기 아우터 케이스와 상기 로터의 사이로 위치되고, 상기 전자식 오일밸브의 밸브바디에 구비된 이동 케이스 조작부가 끼워진 상태에서 상기 PWM SIGNAL로 상기 로터와 간격을 형성하거나 물림을 형성하는 이동 케이스;가 포함되고,
상기 팬 클러치 제어기는 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 회전수인 INPUT RPM(Revolution per Minute), 팬 클러치 회전수인 FAN RPM, 엔진 냉각수온, 제어 값인 팬 클러치 DUTY에 대한 정보를 검출하고, 엔진 냉각수온을 팬 클러치 작동온도와 비교하고, 냉각팬의 속도인 FAN SPEED가 엔진에서 팬 클러치로 전달되는 속도인 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과하는지 비교하며, 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높거나 상기 엔진 냉각수온이 상기 팬 클러치 작동온도보다 높지 않은 상태에서 상기 FAN SPEED가 상기 INPUT FAN SPEED의 일정 값을 초과할 때 상기 로터와 상기 아우터 케이스의 케이스 간극 증대에 의한 냉각팬 속도 저하를 실시하는 것을 특징으로 하는 케이스 간극 가변형 팬 클러치.
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