KR20080109716A - 개선된 진공 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 오일 섬프와 같이 엔진의 하부 영역에 장착되기에 적합한 진공 펌프(10)를 제공한다. 상기 진공 펌프(10)는 이동 부재(18)를 수용하는 캐비티(14)를 구비하는 케이싱(12)을 포함하고, 상기 캐비티(14)에는 인렛(32)과 아웃렛(34)이 제공되고, 상기 이동 부재(18)는 상기 인렛(32)을 통하여 유체를 상기 캐비티(14)로 흡입하고 상기 아웃렛(34)을 통하여 유체를 상기 캐비티(14) 밖으로 배출하도록 이동하여 상기 인렛의 압력을 감소시킨다. 상기 진공 펌프(10)에는 상기 캐비티(14)로 오일을 공급하는 오일 피드 도관(84)이 제공되고, 상기 오일 피드 도관(84)에는 상기 펌프가 작동하지 않는 기간 동안에 오일이 상기 캐비티(14)로 유입되는 것을 방지하는 오일 피드 도관 밸브(86)가 제공된다.
진공 펌프, 밸브, 오일 피드

Description

개선된 진공 펌프{IMPROVED VACUUM PUMP}
본 발명은 진공 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 진공 펌프에 관한 것이다.
제동성능(braking performance)을 향상시키기 위하여 진공 펌프가 연료분사 전기점화 엔진(fuel injection spark ignition engine)이나 압축 착화 엔진(compression ignition engine)을 구비하는 자동차에 설치될 수 있다. 전형적으로 이러한 진공 펌프는 엔진의 캠샤프트(camshatf)에 의해 구동되기 때문에, 진공 펌프는 엔진의 상부 영역에 장착되었다. 차체(vehicle body) 내에서 엔진의 배치를 돕기 위해서는 엔진의 전체적인 크기를 가능한 한 작게 유지시키는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해 진공 펌프를 엔진의 하부 영역에 또는 엔진의 하부 영역 안에 위치시키는 발명들이 제안된 바 있다. 예컨대 진공 펌프를 엔진의 섬프(sump) 내부에 위치시키는 것이다. 진공 펌프를 낮게 위치시키면 자동차의 무게 중심을 낮출 수 있고, 자동차 충돌 시 사용자를 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명에 따르면 엔진의 오일 섬프(sump)와 같이 엔진의 하부 영역에 장착되기에 적합한 진공 펌프가 제공되며, 상기 진공 펌프는 이동 부재를 수용하는 캐비티(cavity)를 구비하는 케이싱을 포함하고, 상기 캐비티에는 인렛(inlet)과 아웃렛(outlet)이 제공되고, 상기 이동 부재는 상기 인렛을 통하여 유체를 상기 캐비티로 흡입하고 상기 아웃렛을 통하여 유체를 상기 캐비티 밖으로 배출하도록 이동하여 상기 인렛의 압력을 감소시키고, 상기 진공 펌프에는 상기 캐비티로 오일을 공급하는 오일 피드 도관(oil feed conduit)이 제공되고, 상기 오일 피드 도관에는 상기 펌프가 작동하지 않는 기간 동안에 오일이 상기 캐비티로 유입되는 것을 방지하는 오일 피드 도관 밸브가 제공된다.
예컨대 진공 펌프가 설치되는 엔진이 작동하지 않는 때와 같은 비작동 기간 동안에는, 상기 오일 피드 도관에 밸브가 제공되어 오일이 캐비티로 유입되는 것을 방지한다. 이런 밸브는 캐비티 내부에 남아있는 진공 상태에 의해, 또는 진공 펌프 보다 높은 위치에 있는 엔진 오일 공급 시스템에서 중력으로 인한 오일의 유출에 의해, 오일이 진공 펌프의 캐비티로 유입되는 것을 방지한다. 이러한 문제점은 진공 펌프를 엔진의 하부 영역에 위치시키는 경우에 발생하는 것임이 인식될 수 있다. 또한 이러한 밸브는 진공 펌프가 다시 재작동할 때 로터(rotor)와 베인(vane)이 캐비티 안에 축적된 오일을 캐비티 아웃렛을 통하여 퍼내야하는 필요을 방지한다. 이런 식으로 오일을 퍼내게 되면, 베인에 힘이 가해져서 베인은 이른 시간에 마멸(wear)되고 파손되고, 특히 오일의 점도가 증가된 경우에 심해진다. 이런 현상은 진공 펌프가 멈추고 재작동하는 사이에 주변 온도가 상당히 낮아진 경우에 발생한다.
상기 오일 피드 도관 밸브는 바람직하게 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고, 상기 밸브 부재는 개방 위치(open position)와 닫힌 위치(closed position) 사이에서 이동 가능하다. 상기 오일 피드 도관 밸브는 바람직하게 탄성 수단을 더 포함하고, 상기 탄성 수단은 상기 진공 펌프의 작동이 멈출 때 상기 밸브 부재를 상기 닫힌 위치로 위치시키게 작동한다. 상기 탄성 수단은 스프링과 같이 개별적인 탄성 부재를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 탄성 수단은 상기 밸브 부재의 탄성부(resilient portion)를 포함할 수도 있다. 상기 오일 피드 도관 밸브는 상기 케이싱 내부에 제공될 수 있다. 다른 방법으로, 상기 오일 피드 도관 밸브는 상기 케이싱에서 떨어진 상기 오일 피드 도관의 일 부분에 제공될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 캐비티로 들어가는 상기 인렛에는 상기 진공 펌프가 작동하지 않을 때 닫혀지는 인렛 밸브가 제공된다. 이 인렛 밸브는 진공 펌프의 작동에 의해 발생된 압력 감소를 인렛 상류의 도관에 유지시키도록 작동한다. 상기 인렛 밸브는 도관 부재(conduit member) 안에 수용되고, 상기 도관 부재는 상기 케이싱에 설치되며 상기 인렛과 유체적으로 연결될 수 있다. 상기 인렛 밸브는 바람직하게 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고, 상기 밸브 부재는 개방 위치와 닫힌 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 인렛 밸브는 바람직하게 탄성 수단을 포함하고, 상기 탄성 수단은 상기 진공 펌프의 작동이 멈출 때 상기 밸브 부재를 상기 닫힌 위치로 위치시키게 작동한다. 상기 탄성 수단은 스프링과 같이 개별적인 탄성 부재를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 탄성 수단은 상기 밸브 부재에 탄성부을 포함할 수 있다.
상기 오일 피드 도관은 상기 케이싱을 관통하여 상기 케이싱의 외부에서 상기 캐비티로 연장된다. 다른 방법으로, 상기 오일 피드 도관은 상기 진공 펌프의 이동 부재를 관통하여 상기 캐비티로 연장될 수 있다. 상기 오일 피드 도관은 상기 진공 펌프의 오일 갤러리와 연통하고, 상기 오일 갤러리는 오일을 상기 캐비티로 공급할 수 있다. 이런 실시 예에 있어서, 상기 오일 갤러리는 상기 진공 펌프의 이동 부재와 상기 케이싱 사이에 형성될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 일 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 진공 펌프의 단면도; 그리고
도 2는 도 1에 도시된 진공 펌프의 다른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 참조부호 10으로 표시된 진공 펌프가 도시되어 있다. 이러한 진공 펌프(10)는 엔진의 오일 섬프(oil sump) 내부에 위치하도록 의도된다. 도 1의 단면도는 도 2의 화살표 A-A 방향에서 바라본 것이고, 도 2의 단면도는 도 1의 화살표 B-B 방향에서 바라본 것이다. 진공 펌프는 케이싱(12)을 포함하고, 케이싱(12) 내부에는 캐비티(14; cavity)가 형성된다. 캐비티(14) 안에는 로터(16; rotor) 및 베인(18; vane)이 제공된다. 베인(18)은 로터(16)의 슬롯(20; slot)에 미끄러짐 가능하게 장착되고, 화살표(22)로 표시된 바와 같이 로터(16)에 대하여 상대적으로 미끄러짐 가능하게 이동할 수 있다. 로터(16)는 화살표(24)로 표시된 바와 같이 케이싱(12)에 대하여 상대적으로 회전 가능하다. 베인(18)의 단부(26)에는 실(28; seal)이 제공된다. 로터(16)에 의해 베인(18)이 회전할 때, 상기 실(28)에 의해 베인(18)과 캐비티(14)의 벽(30) 사이에 실질적으로 유밀성 실(fluid tight seal)이 유지될 수 있다. 밑에서 자세히 기술되듯이, 캐비티(14) 내의 오일의 존재는 실(28)이 유밀성 실을 제공하는데 도움을 준다.
캐비티(14)에는 인렛(32; inlet)과 아웃렛(34; outlet)이 제공된다. 인렛(32)은 도관(36; conduit)에 연결되고, 도관(36)은 차례로 미 도시된 자동차의 브레이크 부스터 장치(brake booster arrangement)에 연결된다. 캐비티 아웃렛(34)는 도관(38)과 유체적으로 연결(fluid communication)된다. 도관(38)은 케이싱(12)을 통하여 케이싱(12)의 외부로 연장되어, 엔진의 크랭크케이스 챔버(crankcase chamber)까지 연장된다. 캐비티 아웃렛(34)에서 떨어진 도관(38)의 끝단에서는 리드 밸브(96; reed valve)와 멈추개(98; stop)가 제공된다. 멈추개(98)는 리브 밸브(96)가 개방되는 양을 제한한다. 리드 밸브(96)는 진공 펌프(10)의 작동이 멈추었을 때 크랭크케이스의 공기 및/또는 여과되지 않은 오일(unfiltered oil)이 캐비티(14)로 끌려들어오는 것을 방지한다. 캐비티(14)는 플레이트(52; plate)에 의해 닫혀지고, 플레이트(52)는 나사산이 형성된 패스너(threaded fastener; 54)에 의해 케이싱(12)에 부착된다.
인렛(32)에는 참조부호 40으로 표시된 논리턴 밸브(non-return valve)가 제공된다. 논리턴 밸브(40)는 스프링(46)에 의해 도관(36)의 시트(44; seat)에 밀착하는 구형 밸브 부재(42)를 포함한다. 화살표(48)로 표시되는 바와 같이, 로터(16)와 베인(18)의 회전에 의해 유발되는 도관(36)을 통한 인렛(32)으로의 유동이 스프링(46)을 압축시켜 밸브 부재(42)가 시트(44)에서 움직일 수 있을 정도로 스프링(46)의 강도가 결정된다. 이런 유동(48)이 멈추게 되면, 밸브 부재(42)는 다시 시트(44)에 밀착되어 도관(36)을 막는다. 본 발명의 일 실시 예에 도시된 도관(36)은 엘보우(elbow) 형상의 관형 부재(50; tubular member)에 의해 형성된다. 관형 부재(50)는 인렛(32)을 둘러싸는 케이싱(12)의 리세스(53; recess)에 설치된다. 밸브 시트(44)는 관형 부재(50)의 환상 계단(annular step)에 의해 형성된다. 이러한 구성은 예시적인 것일 뿐, 논리턴 밸브의 다른 형상이나 구성이 사용될 수 있음이 인식되어야 한다.
로터(16)에는 샤프프부(56; shaft portion)가 제공된다. 샤프트부(56)의 원단(62; distal end)이 케이싱(12)에서 돌출될 수 있도록, 샤프트부(56)는 캐비티(14)의 뒷면(60)에 제공되는 개구(58; aperture)를 통하여 연장된다. 샤프트부(56)에는 구동 커플링(64, drive coupling)이 제공된다. 구동 커플링(64)이 작동하는 경우, 구동 커플링(64)은 로터(16)가 미 도시된 구동 부재(drive member)에 연결되도록 한다. 케이싱(12)의 환상 리세스(68; annular recess)에 수용되는 오일 실(66; oil seal)이 샤프트부(56)를 둘러싼다. 스플릿 링(70; split ring)이 오일 실(66)을 리세스(68)에 유지시킨다.
로터 샤프프부(56)와 구동 커플링(64) 모두는 중동(hollow) 형상으로 되어있으며 각각에 개구(72, 74)가 제공된다. 개구(72, 74)는 로터(16)의 회전축(76)과 정렬되어 있다. 로터 샤프브부(56)의 개구(72)에는 직경 확대부(78; enlarged diameter portion)가 제공되며, 오일 피드 튜브(80; oil feed tube)가 직경 확대부(78)에 설치된다. 오일 피드 튜브(80)에는 탄성 오링(82; elastomeric O-ring)의 형태로 환상 실(annular seal)이 제공되어, 튜브(80)와 로터 샤프트부(56) 사이가 유밀성 있게 연결되도록 한다. 오일 피드 튜브(80)는 오일 피드 도관(84; oil feed conduit)에 연결된다. 오일 피드 도관(84)은 여과된 오일의 소스(source of filtered oil)에 연결된다. 예컨대, 진공 펌프(10)가 장착되는 엔진에 있는 오일 여과 장치(oil filtration arrangement)의 아웃렛이 오일 피드 도관(84)에 오일을 공급할 수 있다. 오일 피드 도관(84) 내부에는 참조부호 86으로 표시된 논리턴 밸브가 제공된다. 논리턴 밸브(86)는 앞서서 설명한 논리턴 밸브(40)와 유사한 타입일 수 있으며 밸브 부재, 스프링, 시트를 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 논리턴 밸브(86)는 다른 형상이나 구성으로도 적용될 수 있다. 오일 피드 도관(84)은 하류측(84a)과 논리터 밸브(86)의 반대편에 있는 상류측(84a)을 구비하는 것으로 여겨질 수 있다. 여기에서 하류 및 상류의 의미는 논리터 밸브(86)를 통과하는 오일 유동을 기준으로 한 것이다.
사용 상태에 있을 때, 화살표(88)로 표시된 바와 같이 여과된 오일은 오일 피드 도관(84)을 통하여 오일 피드 튜브(80)로 공급된다. 그리고 나서 오일은 오일 피드 도관(84)에서 로터 샤프트 개구(72)로 들어간다. 그 후에 오일은 샤프트부(56)의 반경 방향 도관(90)을 통해 오일 갤러리(92; oil gallery)로 들어간다. 오일 갤러리(92)는 샤프트부(56)가 장착되는 개구(58) 안에 있는 리세스에 의해 형성된다. 로터(16)와 캐비티(14)의 뒷면(60) 사이로 오일 갤러리(92)에 존재하는 오일이 캐비피(14)로 흘러들어갈 수 있다. 캐비티(14) 안에 오일이 존재하여 진공 펌프(10)의 미끄러짐 면을 윤활하기 때문에 소착현상(seizure)를 방지할 수 있다. 로터 실(28)이 회전함에 따라 작은 양의 오일(94, 도 2 참조)이 로터 실(28) 앞에서 밀려진다. 이러한 오일(94)은 캐비티(14)에서 아웃렛(34)과 아웃렛 도관(38)을 통하여 배출된다. 따라서 로터(16)와 베인(18)이 회전할 때에는 아웃렛(34)을 통하여 캐비티(14)에서 배출되는 오일을 대체하기 위하여 캐비티(14)로 들어가는 일정한 오일 유동이 필요하다는 것이 인식될 수 있다.
오일은 다른 경로를 통하여 캐비티로 공급될 수 있다는 것도 인식되어야 한다. 예컨대, 화살표(91)로 표시된 바와 같이 오일은 케이싱(12) 안에 있는 통로(passageway)를 통하여 오일 피드 도관(94)의 하류측(84a)에서 오일 갤러리(92)로 공급될 수 있다.
이하 진공 펌프(10)의 작동 과정을 설명한다. 로터(16)와 베인(18)은 펌프 구동 부재(64)에 연결된 드라이버에 의해 회전한다. 이런 회전에 의해 공기가 인렛 도관(36)과 인렛(32)을 통해 캐비티(14)로 흡입된다. 논리턴 밸브(40)는 전술한 바와 같은 방식으로 개방된다. 따라서 인렛 도관(36)과 인렛 도관(36)과 연결된 어떠한 부품(item), 장치(equipment), 또는 조립체(assembly)에서는 압력 감소를 겪게 된다. 캐비티(14)로 흡입된 공기는 베인(18)에 의해 운반된 일부 오일과 함께 캐비티(14)에서 아웃렛(34)과 아웃렛 도관(38)을 통해 배출된다. 리드 밸브(96)가 개방되어 공기와 오일이 아웃렛 도관(38)에서 나간다. 전술한 바와 같이, 여과된 오일은 오일 피드 도관(84)과 오일 피드 튜브(88)를 통하여 캐비티(14)로 공급된다.
일단 로터(16)와 베인(18)의 회전이 멈추게 되면, 인렛의 논리턴 밸브(40)는 닫힌다. 이로 인해 인렛 도관(36)의 감소된 압력이 유지될 수 있다. 오일 공급 논리턴 밸브(86) 역시 닫히게 되어 캐비티(14) 내에 남아있는 진공 상태에 의해 오일이 오일 갤러리(92)와 캐비티(14)로 유입되는 것을 방지한다. 만약에 오일 공급 논리턴 밸브(86)가 없다면, 시간이 지남에 따라 캐비티(14)는 오일로 넘치게 될 것이다. 로터(16)와 베인(18)가 다시 회전을 시작하게 될 때, 이런 오일들은 아웃렛(34)을 통하여 캐비티(14)에서 배출되어야만 한다. 이런 경우에 과도한 응력이 베인(18)과 실(28)에 가해지기 때문에 베인(18)과 실(28)은 이른 시간에 마멸(wear)되고 파손될 수 있다.
하나의 미끄러짐 베인을 갖는 진공 펌프를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나 예컨대 멀티 베인 펌프(multi vane pump)나 멀티 피스톤 펌프(multi piston pump)를 포함하는 다른 종류의 진공 펌프에도 본 발명이 동일하게 적용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한 예컨대 크랭크 샤프트(crank shaft)나 캠 샤프트(cam shaft)와 같은 엔진의 회전 부재가 직접 또는 간접적으로 진공 펌프를 구동할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 진공 펌프가 전기적으로 구동될 수도 있다.

Claims (17)

  1. 엔진의 오일 섬프와 같이 엔진의 하부 영역에 장착되기에 적합한 진공 펌프로서,
    상기 진공 펌프는 이동 부재를 수용하는 캐비티를 구비하는 케이싱을 포함하고,
    상기 캐비티에는 인렛과 아웃렛이 제공되고,
    상기 이동 부재는 상기 인렛을 통하여 유체를 상기 캐비티로 흡입하고 상기 아웃렛을 통하여 유체를 상기 캐비티 밖으로 배출하도록 이동하여 상기 인렛의 압력을 감소시키고,
    상기 진공 펌프에는 상기 캐비티로 오일을 공급하는 오일 피드 도관이 제공되고,
    상기 오일 피드 도관에는 상기 펌프가 작동하지 않는 기간 동안에 오일이 상기 캐비티로 유입되는 것을 방지하는 오일 피드 도관 밸브가 제공되는 진공 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관 밸브는 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고,
    상기 밸브 부재는 개방 위치(open position)와 닫힌 위치(closed position) 사이에서 이동 가능한 진공 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관 밸브는 탄성 수단을 더 포함하고,
    상기 탄성 수단은 상기 진공 펌프의 작동이 멈출 때 상기 밸브 부재를 상기 닫힌 위치로 위치시키게 작동하는 진공 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 수단은 스프링과 같이 개별적인 탄성 부재를 포함하는 진공 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄성 수단은 상기 밸브 부재에 탄성부(resilient portion)를 포함하는 진공 펌프.
  6. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관 밸브는 상기 케이싱 내부에 제공되는 진공 펌프.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관 밸브는 상기 케이싱에서 떨어진 상기 오일 피드 도관의 일 부분에 제공되는 진공 펌프.
  8. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티로 들어가는 상기 인렛에는 상기 진공 펌프가 작동하지 않을 때 닫혀지는 인렛 밸브가 제공되는 진공 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인렛 밸브는 도관 부재(conduit member) 안에 수용되고,
    상기 도관 부재는 상기 케이싱에 설치되며 상기 인렛과 유체적으로 연결되는 진공 펌프.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 인렛 밸브는 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고,
    상기 밸브 부재는 개방 위치와 닫힌 위치 사이에서 이동 가능한 진공 펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인렛 밸브는 탄성 수단을 포함하고,
    상기 탄성 수단은 상기 진공 펌프의 작동이 멈출 때 상기 밸브 부재를 상기 닫힌 위치로 위치시키게 작동하는 진공 펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 수단은 스프링과 같이 개별적인 탄성 부재를 포함하는 진공 펌프.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 수단은 상기 밸브 부재에 탄성부을 포함하는 진공 펌프.
  14. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관은 상기 케이싱을 관통하여 상기 케이싱의 외부에서 상기 캐비티로 연장되는 진공 펌프.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관은 상기 진공 펌프의 이동 부재를 관통하여 상기 캐비티로 연장되는 진공 펌프.
  16. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 피드 도관은 상기 진공 펌프의 오일 갤러리와 연통하고, 상기 오일 갤러리는 오일을 상기 캐비티로 공급하는 진공 펌프.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 오일 갤러리는 상기 진공 펌프의 이동 부재와 상기 케이싱 사이에 형성되는 진공 펌프.
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