KR20170068051A - 차량용 워터 리타더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 워터 리타더에 관한 것으로서, 별도의 열교환기를 삭제할 수 있도록 엔진 냉각 시스템의 엔진 냉각수를 이용하여 제동력을 발생시킬 수 있고, 제동력의 조절이 가능한 차량용 워터 리타더를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 엔진 냉각 시스템에 연결되어 엔진 냉각수 시스템을 순환하는 냉각수의 저항으로 제동력을 발생시키는 차량용 워터 리타더에 있어서, 내부 공간을 가지면서 냉각수 순환라인을 따라 순환하는 냉각수의 유입 및 배출이 가능하도록 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 서로 마주하도록 배치되는 로터 및 스테이터로 이루어진 유체 커플러; 차량의 프로펠러 샤프트 또는 변속기의 출력축과 상기 로터 사이에 회전력 전달이 가능하도록 구비되는 기어 장치; 및 상기 로터와 스테이터 사이의 간격이 조절되도록 스테이터를 전후진시키는 간격 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더가 개시된다.

Description

차량용 워터 리타더{WATER RETARDER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 워터 리타더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대형 상용 차량에 채용되는 보조 브레이크로서의 워터 리타더에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 총 중량이 큰 트럭이나 버스 등의 대형 상용 차량에서는, 차량 감속을 위한 브레이크 수단으로서, 주 브레이크보다는 보조 브레이크를 주로 사용한다.

보조 브레이크는 주 브레이크의 제동력을 보조하여 차속을 감속시켜주는 것으로, 화물을 적재한 상태로 내리막의 긴 경사로를 운행하는 경우 주 브레이크의 연속적인 사용(브레이크 드럼 및 라이닝의 과열 등 유발)으로 인해 파생되는 여러 위급상황을 예방해준다.

이와 같이 차량 제동 시 주 브레이크의 작동을 보조하는 보조 브레이크로는 엔진 브레이크, 배기가스 배출 제어로 엔진 출력을 저하시키는 배기 브레이크, 프로펠러 샤프트를 강제로 구속하는 리타더(Retarder), 엔진의 폭발행정에서 배기밸브를 개방하여 폭발력을 조절하는 제이크 브레이크(Jake Brake) 등이 사용되고 있다.

이 중에서 리타더는 프로펠러 샤프트의 중간부위에 설치하는 것이 일반적이었으나 최근에는 변속기의 출력단에 일체로 연결된 것도 사용되고 있으며, 그 작동방식에 있어 자계 내에서 운동하는 도전체로부터 발생되는 와전류를 이용하여 감속하는 전자식 리타더와, 차량의 운동 에너지를 변속기 내부 오일의 열 에너지로 변환시켜 감속하는 오일 유체식 리타더로 분류될 수 있다.

여기서, 오일 유체식 리타더의 경우, 변속기 출력축의 회전속도를 오일의 저항을 이용하여 감속시켜줌에 따라 작동 시에는 변속기 내부의 오일 온도가 상승하게 되므로, 오일 쿨러와 같은 별도의 열교환기를 장착하여 오일의 온도를 저감시키고 있다.

이때, 열교환기에서는 엔진의 냉각수를 유입시켜 리타더를 냉각시키는데, 이러한 리타더 냉각 시스템에서는 엔진을 냉각하기 위해 냉각수가 흐르는 냉각수 라인에 연결된 리타더 순환라인을 열교환기로 연결하여, 냉각수가 열교환기를 통과하도록 함으로써 오일을 냉각시키고, 이어 열교환기에서 배출되는 냉각수가 서모스탯을 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각되는 경로를 취하도록 하고 있다.

그런데, 종래 기술에 따른 오일 유체식 리타더는 워터펌프에 의해 공급되는 냉각수를 이용하여 오일을 냉각시키는 별도의 열 교환기를 구비하므로, 차량의 총 중량이 증가하게 되고, 변속기 일체형으로 구성됨에 따라 다 차종의 상용 차량에 적용하기가 쉽지 않은 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 별도의 열교환기를 삭제할 수 있도록 엔진 냉각 시스템의 엔진 냉각수를 이용하여 제동력을 발생시킬 수 있고, 제동력의 조절이 가능한 차량용 워터 리타더를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 엔진 냉각 시스템에 연결되어 엔진 냉각수 시스템을 순환하는 냉각수의 저항으로 제동력을 발생시키는 차량용 워터 리타더에 있어서, 내부 공간을 가지면서 냉각수 순환라인을 따라 순환하는 냉각수의 유입 및 배출이 가능하도록 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 서로 마주하도록 배치되는 로터 및 스테이터로 이루어진 유체 커플러; 차량의 프로펠러 샤프트 또는 변속기의 출력축과 상기 로터 사이에 회전력 전달이 가능하도록 구비되는 기어 장치; 및 상기 로터와 스테이터 사이의 간격이 조절되도록 스테이터를 전후진시키는 간격 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더를 제공한다.

여기서, 상기 하우징에서 냉각수가 유입되는 유입구에는 어큐뮬레이터로부터 냉각수가 공급될 수 있도록 냉각수 공급라인이 연결되고, 냉각수가 냉각수 순환라인에서 어큐뮬레이터를 통해 상기 하우징에 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 어큐뮬레이터에는 엔진과 서모스탯 사이를 연결하는 냉각수 순환라인으로부터 분기된 제2냉각수 라인이 연결되어, 상기 제2냉각수 라인을 통해 냉각수 순환라인으로부터 어큐뮬레이터로 냉각수가 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 어큐뮬레이터에 엔진 냉각 시스템의 서모스탯으로부터 연장된 제1냉각수 라인이 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2냉각수 라인은, 엔진과 서모스탯 사이를 연결하는 냉각수 순환라인에서, 냉각수가 배출되는 하우징의 배출구에 연결된 냉각수 배출라인이 합관되어 있는 합관 부위의 상류측에서 분기되고, 상기 냉각수 순환라인에서 제2냉각수 라인이 분기된 분기점에는 유동제어밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동제어밸브를 제어하는 제어부는 리타더의 작동 시 제2냉각수 라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브를 제어하여, 엔진을 통과하고 나온 냉각수가 제2냉각수 라인을 따라 어큐뮬레이터를 거친 뒤 냉각수 공급라인을 통해 상기 하우징으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 냉각수 배출라인에 설치된 수온센서의 출력신호를 입력받아 수온센서에 의해 검출된 냉각수 온도가 설정온도 이상으로 상승한 경우, 제2냉각수 라인의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하고, 수온센서에 의해 검출된 냉각수 온도가 설정온도 미만일 때 제2냉각수 라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 리타더 오프 시 제2냉각수 라인의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 어큐뮬레이터에는 고압 공기 공급부로부터 연장된 공기공급라인이 연결되고, 상기 공기공급라인의 도중에는 유로를 개폐하는 개폐밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 개폐밸브를 제어하는 제어부는 리터더의 작동 시 개폐밸브를 개방하여 고압 에어탱크로부터 고압의 공기가 어큐뮬레이터에 공급되도록 하고, 설정시간 이후 개폐밸브를 닫아 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 리타더 오프 시 설정시간 동안 개폐밸브를 개방하여 고압 공기 공급부로부터 어큐뮬레이터에 고압 공기가 공급되도록 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간격 조절 장치는 스테이터를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 모터; 및 상기 모터의 회전운동을 스테이터의 직선운동으로 변환해주는 기어 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기어 기구는 상기 모터의 회전축에 일체로 장착된 피니언 기어; 및 상기 스테이터가 장착된 스테이터 축에 축 방향을 따라 치가 형성되어 구성되고 상기 피니언 기어와 치합된 랙을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부는 운전자가 제동력 크기를 조절하기 위해 조작하는 스위치의 신호에 따라 모터의 구동을 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량용 리타더에서는 엔진 냉각 시스템의 엔진 냉각수를 이용하여 제동력을 발생시킬 수 있도록 구성됨으로써 제동력의 발생에 사용된 냉각수의 열을 방출하기 위해 기존의 라디에이터를 사용할 수 있으므로 별도의 열교환기가 삭제될 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 운전자가 스위치를 조작하여 로터와 스테이터에 의해 발생되는 제동력의 크기를 조절할 수 있다.

또한, 냉각수 순환라인에서 분기된 냉각수가 어큐뮬레이터를 거친 뒤 로터 및 스테이터가 설치된 하우징의 내부 공간에 공급되도록 구성됨으로써 리타더 온/오프 시 냉각수 경로가 변경될 때 냉각 시스템에 미치는 냉각수 압력의 급격한 변동을 최소화시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 워터펌프의 손상 및 성능 저하, 워터펌프의 내구력 저하, 냉각 효율의 손실, 엔진 내구력 저하 등의 문제가 해결될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더의 작동 시 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더를 나타낸 것으로, 냉각수 순환라인(11)을 따라 표시된 화살표는 워터 리타더의 작동이 오프(OFF) 된 상태일 때의 냉각수 순환 경로를 보여주고 있다.

도시된 실시예의 워터 리타더는 대형 상용 차량에서 제동력을 발생시키기 위한 보조 브레이크가 될 수 있는 것으로서, 주 브레이크와는 별도로 탑재될 수 있는 것이다.

또한, 실시예의 워터 리타더는 차량 제동 시 주 브레이크를 작동시킬 때 운전자가 리타더 스위치(8)를 조작하여 작동시킬 수 있다.

도시된 바와 같이, 차량에는 엔진(1)과 변속기(2)가 직결되어 있고, 상기 변속기(2)를 통해 출력되는 구동력을 종감속기어, 리어액슬(4) 등에 전달하는 프로펠러 샤프트(3)가 구비된다.

그리고, 엔진(1)을 냉각수로 냉각시키기 위한 엔진 냉각 시스템이 구비되는데, 이러한 엔진 냉각 시스템은 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터(10)와, 냉각수가 순환될 수 있도록 엔진(1)과 라디에이터(10) 사이에 구성되는 냉각수 순환라인(11)과, 냉각수 순환라인(11)에 설치되고 냉각수를 펌핑하여 냉각수 순환라인(11)을 따라 순환시키는 워터펌프(12)와, 라디에이터(10)를 통과하지 않도록 냉각수를 바이패스(By-pass) 시키기 위한 바이패스 라인(13)과, 냉각수 온도에 따라 작동하여 냉각수를 라디에이터(10)에 통과시키거나 바이패스 라인(13)을 통해 바이패스 시키는 서모스탯(Thermostat)(14)을 포함한다.

이러한 엔진 냉각수 시스템은 당해 기술분야에서 널리 알려진 공지 기술의 엔진 냉각 시스템이므로, 본 명세서에서 그 구성에 대한 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더는 유체의 저항을 이용하여 프로펠러 샤프트(3)의 구동력을 저감시킬 수 있는 유체식 리타더가 될 수 있으며, 엔진 냉각수 시스템을 순환하는 냉각수를 이용하여 프로펠러 샤프트(3)에 대한 제동력을 발생시키도록 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더는 엔진 냉각수 시스템과 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기의 출력축)에 연결되어 냉각수의 저항을 이용하여 프로펠러 샤프트(3)의 구동력을 저감시키도록 구성된다.

이때, 제동력의 발생에 사용된 냉각수를 냉각시키기 위하여 엔진 냉각 시스템의 열교환기인 라디에이터(10)를 그대로 이용하며, 이로써 종래 기술과 같은 별도의 열교환기는 삭제될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더는, 엔진 냉각 시스템에 연결되어 상기 냉각수의 저항으로 제동력을 발생시키는 것으로서, 소정의 내부 공간을 가지면서 냉각수 순환라인(11)을 따라 순환하는 냉각수의 유입 및 배출이 가능하도록 구비되는 하우징(20)과, 상기 하우징(20)의 내부 공간에 서로 마주하도록 배치되는 로터(22) 및 스테이터(23)로 이루어진 유체 커플러(21)와, 프로펠러 샤프트(또는 변속기의 출력축)(3)와 로터(22) 사이에 회전력 전달이 가능하도록 구비되는 기어 장치와, 상기 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 조절하기 위하여 스테이터(23)를 전후진시키는 간격 조절 장치(27)를 포함한다.

여기서, 상기 하우징(20)은 냉각수가 유입 및 배출되는 유입구와 배출구를 가지며, 이 중에서 하우징(20)의 배출구는 냉각수 배출라인(31)을 통해 엔진 냉각 시스템의 냉각수 순환라인(11)에 연결된다.

상기 냉각수 배출라인(31)은 하우징(20)의 배출구로부터 엔진(1)과 서모스탯(14) 사이를 연결하고 있는 냉각수 순환라인(11)으로 연결되며, 이와 같은 냉각수 배출라인(31)에는 냉각수 온도를 검출하기 위한 수온센서(32)와, 하우징(20)으로부터 배출된 냉각수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(33)가 설치된다.

이때, 상기 수온센서(32)의 출력신호는 제어부(ECU:Electronic Control Unit)(9)로 입력되도록 되어 있다.

또한, 하우징(20)의 유입구에는 어큐뮬레이터(37)로부터 냉각수가 공급될 수 있도록 어큐뮬레이터(37)로부터 연장된 냉각수 공급라인(38)이 연결되며, 이 어큐뮬레이터(37)에는 서모스탯(14)으로부터 연장된 제1냉각수 라인(36)과, 냉각수 순환라인(11)으로부터 분기된 제2냉각수 라인(35)이 연결된다.

상기 제2냉각수 라인(35)은 엔진(1)과 서모스탯(14) 사이를 연결하고 있는 냉각수 순환라인(11)의 도중에 설치된 3-웨이(3-Way) 전자식 밸브인 유동제어밸브(34)로부터 연장되어 어큐뮬레이터(37)로 연결된다.

이때, 유동제어밸브(34)는 냉각수 순환라인(11)에서 냉각수 순환 경로를 기준으로 냉각수 순환라인(11)과 냉각수 배출라인(31)이 연결되어 있는 합관 부위의 상류측 라인에 설치될 수 있다.

또한, 어큐뮬레이터(37)에는 고압 공기 공급부인 고압 에어탱크(40)로부터 연장된 공기공급라인(39)이 연결되고, 상기 공기공급라인(39)의 도중에는 유로를 개폐하는 개폐밸브(41)가 설치된다.

상기 유동제어밸브(34)와 개폐밸브(41)는 모두 제어부(9)가 출력하는 전기적인 신호, 즉 제어부(9)의 제어신호에 따라 구동이 제어되는 전자식 밸브로서, 솔레노이드 밸브가 될 수 있다.

여기서, 유동제어밸브(34)는 제어부의 제어신호에 따라 제2냉각수 라인(35)의 유로와 냉각수 순환라인(11)의 유로 중 어느 하나를 개방해주는 밸브이다.

더욱 상세하게는, 유동제어밸브(34)는 엔진(1)을 통과하고 나온 냉각수가 제2냉각수 라인(35)으로 흐를 수 있도록 제2냉각수 라인의 유로를 개방하거나, 엔진(1)을 통과하고 나온 냉각수가 서모스탯(14) 쪽으로 흐를 수 있도록 서모스탯 상류측 냉각수 순환라인(11)의 유로를 개방하도록 구동되며, 이러한 밸브 구동 제어는 제어부(9)의 제어신호에 따라 이루어진다.

또한, 개폐밸브(41)는 고압 에어탱크(40)로부터 어큐뮬레이터(37)로 공급되는 고압 공기의 단속을 위한 것으로, 고압 공기가 공급되는 공기공급라인(39)의 유로를 개폐하도록 구동되고, 이러한 밸브 구동 제어는 제어부(9)의 제어신호에 따라 이루어진다.

상기 어큐뮬레이터(37)는 내부에 스프링과 피스톤이 장착된 공지의 스프링 장착형 어큐뮬레이터(Spring Loaded Accumulator)(37)로서, 고압 에어탱크(40)로부터 고압의 공기를 공급받을 수 있도록 연결된다.

이와 같은 어큐뮬레이터(37)는 리타더 온/오프 시 냉각수 경로가 변경될 때 냉각 시스템에 미치는 냉각수 압력의 급격한 변동을 최소화시키기 위해 사용된다.

이에 대해 좀더 설명하면, 리타더의 작동 시에는 제어부(9)의 제어신호에 따라 유동제어밸브(34)가 제2냉각수 라인(35)의 유로를 개방하게 되고, 이에 엔진(1)을 통과하고 나온 냉각수가 제2냉각수 라인(35)을 따라 어큐뮬레이터(37)를 거친 뒤 냉각수 공급라인(38)을 통해 하우징(20)으로 공급된다.

만약, 어큐뮬레이터(37)가 없다면, 즉 냉각수가 유동제어밸브(34)를 통해 바로 하우징(20)에 공급되도록 한다면, 리타더가 온(ON) 될 때 하우징(20) 내 로터(22) 및 스테이터(23)가 전체 냉각 시스템에서의 진공펌프의 작용을 하게 되고, 리타더가 오프(OFF) 될 때 하우징(20) 내 로터(22) 및 스테이터(23)가 가압펌프의 작용을 하게 된다.

즉, 리타더가 온 될 때 하우징(20) 내 로터(22) 및 스테이터(23)로 이루어진 유체 커플러(21)가 냉각수를 순간적으로 흡입하게 되어 워터펌프(12)에 대해 진공펌프의 작용을 하게 되고, 이에 냉각수 압력이 저하되면서 공동 현상(Cavitation)이 발생하며, 결국 워터펌프(12)의 손상 및 내구력 저하, 냉각 효율 손실 발생으로 엔진(1)의 내구력까지 저하될 수 있는 문제가 있게 된다.

또한, 리타더가 오프 될 때 유동제어밸브(34)를 통해 하우징(20)으로 흐르던 냉각수가 냉각수 순환라인(11)을 따라 흐르도록 갑작스럽게 흐름을 바꾸게 되면서, 워터펌프(12)에 대한 가압펌프의 작용이 나타나게 되고, 이에 워터펌프(12)와 상호 기능 충돌 발생으로 인하여 하우징(20) 및 유체 커플러(21), 워터펌프(12) 등의 성능 및 내구력 저하가 발생할 수 있게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위해 유동제어밸브(34)를 통해 나온 냉각수가 어큐뮬레이터(37)를 거친 뒤 하우징(20)에 공급되도록 하는 것이며, 이를 통해 냉각 시스템에 미치는 압력 변동을 최소화할 수 있게 된다.

다음으로, 차량에는 운전자가 리타더를 선택적으로 작동시킬 수 있도록 리터터를 온/오프 조작하기 위한 리타더 스위치(8)가 구비되며, 운전자가 리타더 스위치(8)를 온 조작할 경우 리타더가 작동되고(리타더 온(ON)), 리타더 스위치(8)를 오프 조작할 경우 리타더의 작동이 중지된다(리타더 오프(OFF)).

상기 리타더 스위치(8)는 제어부(9)에 연결되고, 이에 운전자가 리타더 스위치(8)를 온/오프 조작함에 따른 스위치 조작신호가 제어부(9)에 입력될 수 있는바, 리타더 스위치(8)로부터 입력되는 스위치 조작신호, 즉 리타더 스위치(8)의 온/오프 조작상태에 따른 스위치 조작신호에 기초하여 상기 제어부(9)가 리타더를 온/오프 제어하게 된다.

한편, 하우징(20)의 내부 공간에 설치되는 로터(22)는 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기의 출력축)의 회전력을 기어 장치를 통해 전달받도록 되어 있으며, 로터(22)는 하우징(20)의 내부 공간에 삽입된 회전축(24)상에 설치된다.

상기 로터(22)의 회전축(24)은 기어 장치를 통해 회전력이 전달되는 부분으로, 상기 하우징(20)에 회전 가능하도록 설치되고, 하우징(20)의 내부 공간으로 삽입된 부분에는 로터(22)가 일체로 장착된다.

이때, 회전축(24)의 외주면에 치가 형성되고, 이렇게 형성된 회전축(24)의 치에 기어 장치의 기어(26)가 치합되어, 상기 기어(26)를 통해 전달되는 회전력에 의해 회전축(24)이 회전되면, 로터(22)가 회전되도록 구성될 수 있다.

이와 같이 기어 장치는 하나의 기어로 구성될 수 있는데, 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기의 출력축)에 기어(26)가 일체로 설치되고, 로터 회전축(24)의 외주면상에 치가 형성되어 프로펠러 샤프트(3)상의 기어(26)가 상기 회전축(24)의 치에 치합된 구성이 될 수 있다.

이 경우, 프로펠러 샤프트(3)가 회전될 때 로터(22)는 프로펠러 샤프트(3)로부터 상기 기어(26) 및 회전축(24)을 통해 계속해서 회전력을 전달받게 되므로 상시 회전된다.

또는 기어 장치는 도면으로 예시하지는 않았지만 복수 개의 기어로 구성될 수 있는데, 예를 들면 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기의 출력축)에 제1기어가 일체로 설치되고, 로터(22)의 회전축(24)에 제2기어가 일체로 설치되며, 상기 제1기어와 제2기어가 치합된 구성이 될 수 있다.

이 경우, 프로펠러 샤프트(3)가 회전될 때 로터(22)가 제1기어 및 제2기어, 회전축(24)을 통해 회전력을 전달받아 상시 회전된다.

물론, 제1기어와 제2기어 사이에 치합된 추가적인 전달기어를 더 포함할 수도 있으며, 이 경우 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기의 출력축), 제1기어, 전달기어, 제2기어, 회전축(24)의 경로로 회전력이 전달되어 로터(22)가 상시 회전된다.

더불어, 로터(22)가 프로펠러 샤프트(3)로부터 회전력을 전달받도록 구성되는 것과 달리, 로터(22)가 변속기(2)의 출력축으로부터 회전력을 전달받도록 구성되는 것 또한 실시 가능하며, 이 경우 기어 장치는, 상술한 바와 같이 프로펠러 샤프트(3)와 로터(22)의 회전축(24) 사이가 아닌, 변속기(2)의 출력축과 로터(22)의 회전축(24) 사이에 구성될 수 있다.

또한, 간격 조절 장치(27)는 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격이 조절될 수 있도록 스테이터(23)를 전후진시키는 장치로서, 제어부(9)의 제어신호에 따라 구동하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 조절해주게 된다.

상기 간격 조절 장치(27)는 모터(28)를 구동시켜 스테이터(23)의 전후 위치를 조절해줌으로써 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 조정하는 구성을 가진다.

즉, 간격 조절 장치(27)는 스테이터(23)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 동력발생장치인 모터(28)와, 상기 모터(28)의 회전운동을 스테이터(23)의 직선운동으로 변환해주는 기어 기구를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격은 스테이터(23)를 전후로 이동시키는 것에 의해 조절되는데, 이를 위해 간격 조절 장치(27)는 모터(28)의 회전력을 전후 직선 이동력으로 변환하여 스테이터(23)가 일체로 장착된 스테이터 축(25)에 작용시킴으로써 스테이터 축(25)과 스테이터(23)를 일체로 전후 직선 이동시키게 된다.

좀더 설명하면, 스테이터 축(25)은 하우징(20)의 내부 공간에 전후 이동 가능하게 장착되고, 이때 간격 조절 장치(27)는 모터(28)의 구동 시 그 회전력으로 스테이터 축(25)을 전후 이동시키도록 구성된다.

이때, 모터(28)와 스테이터 축(25) 사이에 구성되는 간격 조절 장치(27)는 모터(28)의 회전력을 직선 이동력으로 변환하여 스테이터 축(25)에 전달하는 구성을 가지는데, 일례로 모터(28)의 회전축에 일체로 장착된 피니언(Pinion) 기어(29a)와, 스테이터 축(25)에 축 방향을 따라 치가 형성되어 구성되고 상기 피니언 기어(29a)와 치합된 랙(Rack)(29b)을 포함할 수 있다.

이에 모터(28)가 구동하여 피니언 기어(29a)가 회전될 경우, 랙(29b) 및 스테이터 축(25)이 일체로 전후 이동되고, 이에 스테이터(23)가 전후 이동되면서 로터(22)와의 간격이 조정될 수 있다.

상기와 같이 구성된 유체 커플러(21)에 따르면, 프로펠러 샤프트(3)(또는 변속기(2)의 출력축)의 회전 시에 로터(22)가 일체로 상시 회전하게 되는데, 이때 하우징(20)의 내부 공간에 채워지고 스테이터(23)와 로터(22) 사이에 존재하는 유체의 저항, 즉 냉각수의 저항으로 발생하는 제동력이 로터 및 기어 장치를 통해 프로펠러 샤프트(3)에 전달된다.

이때, 스테이터(23)는 하우징(20)의 내부 공간에서 회전되지 않고 고정되어 있으므로, 하우징(20)의 내부 공간에 냉각수가 채워지면, 회전되지 않는 스테이터(23)와 회전되는 로터(22) 사이에 존재하는 냉각수의 저항이 로터(22)의 회전을 방해하게 되고, 이렇게 로터(22)의 회전을 방해하는 힘으로 작용하는 제동력이 프로펠러 샤프트(3)의 회전속도를 감속시키게 된다.

또한, 모터(28)의 구동을 통해 스테이터(23)의 전후 위치를 조절하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 조정하고, 이때 간격 조절 장치(27)가 모터(28)의 회전운동을 스테이터(23)의 직선운동으로 변환시킨다.

또한, 상기한 간격 조정을 통하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이에 발생되는 냉각수의 저항력, 즉 제동력을 조절할 수 있게 되는데, 하우징(20)의 내부 공간에 냉각수가 채워진 상태에서 제어부(9)의 제어신호에 따라 모터(28)가 구동하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격이 조절되고, 이를 통해 로터(22)와 스테이터(23) 사이에 발생되는 냉각수의 저항력 및 제동력이 조절될 수 있게 된다.

이때, 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격이 증가할수록 제동력은 작아지는데, 예를 들어 제어부(9)가 모터(28)를 구동하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격이 가장 커지도록 하는 1단 제어를 수행하면 제동력이 가장 작아진다.

또한, 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격이 가장 작아지도록 3단 제어를 수행하면 제동력이 가장 커지고, 1단 제어 시보다 작고 3단 제어 시보다 큰 간격을 형성하도록 2단 제어를 수행하면 제동력은 1단 제어 시보다 크고 3단 제어 시보다 작아진다.

이렇게 제어부(9)가 모터(28)의 구동을 제어함으로써 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 조절할 수 있고, 이러한 간격 조절을 통하여 저항력, 즉 제동력을 조절할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 워터 리타더의 작동 및 제어 상태에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자가 리타더 스위치(8)를 온(ON) 시키면, 제어부(9)가 스위치 조작신호를 입력받게 되고, 이에 제어부(9)는 리터터 온 제어를 수행하게 된다.

이때, 제어부(9)는 제2냉각수 라인(35)의 유로를 개방하도록 유동제어밸브(34)를 제어하고, 이어 개폐밸브(41)를 개방하여 고압 에어탱크(40)로부터 고압의 공기가 어큐뮬레이터(37)에 공급되도록 한다.

상기와 같이 고압의 공기가 공급됨으로써 고압의 공기가 어큐뮬레이터(37) 내 피스톤을 밀어 피스톤에 의해 가압된 어큐뮬레이터(37) 내 냉각수를 밀어내게 되고, 이에 어큐뮬레이터(37) 내 냉각수가 순간적으로 하우징(20)으로 공급된다.

이와 동시에 유동제어밸브(34)를 통해 나온 냉각수가 어큐뮬레이터(37)를 거치게 되면서 어큐뮬레이터(37)가 냉각수 압력을 조정해주는 작용을 하게 되어 유동제어밸브(34)가 개방되더라도 냉각 시스템 내 냉각수의 급격한 압력 변동이 최소화될 수 있게 된다.

상기와 같이 냉각수 압력 변동 시간(예, 2초) 동안 어큐뮬레이터(37)에 공기를 빠르게 공급하여 냉각수 압력 저하를 보상하게 되며, 이어 압력이 안정화되는 설정시간(예, 5초) 이후에는 제어부(9)가 개폐밸브(41)를 닫아 주게 된다.

결국, 엔진(1)에서 나온 냉각수가 냉각수 순환라인(11)으로부터 유동제어밸브(34)를 통해 제2냉각수 라인(35), 어큐뮬레이터(37), 냉각수 공급라인(38)을 통해 하우징(20)의 내부 공간으로 공급되고, 하우징(20)의 내부 공간에서 냉각수 배출라인(31)을 통해 배출되는 냉각수는 이후 체크밸브(33)를 거쳐 냉각수 순환라인(11)으로 유입된 뒤, 서모스탯(14)을 통해 라디에이터(10)를 거치게 된다.

이와 같이 하우징(20)의 내부 공간에 냉각수가 채워지고, 이 냉각수가 하우징(20)으로부터 배출되어 냉각수 순환라인(11)을 따라 순환될 때, 로터(22)는 변속기(2)의 출력축 또는 프로펠러 샤프트(3)로부터 회전력을 전달받아 상시 회전되고 있는 상태이므로, 하우징(20)의 내부 공간으로 유입된 냉각수가 로터(22)와 스테이터(23)에 대해 회전 저항을 일으켜 변속기(2)의 출력축 또는 프로펠러 샤프트(3)의 회전속도를 저감시키는 제동력을 발생시키게 된다.

이렇게 리타더가 작동하는 동안, 운전자가 리타더 스위치(8)를 통해 원하는 제동력이 발생하도록 제동력 조절을 위한 스위치 조작을 행할 경우, 제어부(9)는 모터(28)의 구동을 제어하여 로터(22)와 스테이터(23) 사이의 간격을 운전자 조작상태에 따라 조절해주게 된다.

이때, 운전자가 리타더 스위치(8)의 조작을 통하여 전술한 예와 같이 1단, 2단, 3단 중 어느 하나의 제어 단수로 리타더에 의해 발생되는 제동력의 크기를 조절할 수 있으며, 결국 운전자가 원하는 수준으로 제동력 발생을 조절하는 것이 가능해지게 된다.

또한, 하우징(20)으로부터 배출되는 냉각수는 냉각수 배출라인(31) 및 냉각수 순환라인(11)을 따라 유동하여 라디에이터(10)를 거치게 되고, 라디에이터(10)에서 냉각이 이루어지는바, 이에 별도의 열교환기 없이 라디에이터(10)를 이용하여 냉각수를 냉각시키는 것이 가능해진다.

또한, 제어부(9)는 수온센서(32)의 출력신호를 입력받아 수온센서(32)에 의해 검출된 냉각수 온도가 설정온도 이상으로 상승한 경우, 냉각수가 하우징(20)을 통과하지 않고 바이패스 되어 냉각수 순환라인(11)을 따라서만 순환될 수 있도록 유동제어밸브(34)를 제어하게 된다.

즉, 제2냉각수 라인(35)의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인(11)의 유로를 개방하도록 유동제어밸브(34)의 구동을 제어하는 것이며, 이후 수온센서(32)에 의해 검출된 냉각수 온도가 다시 설정온도 미만이 될 때 제2냉각수 라인(35)을 개방하도록 유동제어밸브(34)의 구동을 제어하여 리타더의 작동이 재개되도록 한다.

한편, 운전자가 리타더 스위치(8)를 오프(OFF) 하면, 제어부(9)가 제2냉각수 라인(35)의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인(11)의 유로를 개방하도록 유동제어밸브(34)의 구동을 제어하게 된다.

이때, 제1냉각수 라인(36)과 냉각수 공급라인(38)을 통해 냉각수가 어큐뮬레이터(37) 내로 흡입되어 어큐뮬레이터가 냉각수에 의해 급속히 충전되는데, 이때 제어부(9)는 개폐밸브(41)를 개방하여 고압의 공기가 어큐뮬레이터(37)에 공급되도록 한다.

결국, 냉각수 압력 변동 시간(예, 2초) 동안 어큐뮬레이터(37)에 공기가 빠르게 공급되고, 이어 냉각수 고압 보상이 이루어지면서 냉각수의 압력이 안정화되는데, 압력이 안정화되는 설정시간(예, 5초) 이후에는 제어부(9)가 개폐밸브(41)를 다시 닫아주게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 엔진 2 : 변속기
3 : 프로펠러 샤프트 4 : 리어액슬
8 : 리터더 스위치 9 : 제어부
10 : 라디에이터 11 : 냉각수 순환라인
12 : 워터펌프 13 : 바이패스 라인
14 : 서모스탯 20 : 하우징
21 : 유체 커플러 22 : 로터
23 : 스테이터 24 : 회전축
25 : 스테이터 축 26 : 기어
27 : 간격 조절 장치 28 : 모터
29a : 피니언 기어 29b : 랙
31 : 냉각수 배출라인 32 : 수온센서
33 : 체크밸브 34 : 유동제어밸브
35 : 제2냉각수 라인 36 : 제1냉각수 라인
37 : 어큐뮬레이터 38 : 냉각수 공급라인
39 : 공기공급라인 40 : 고압 에어탱크
41 : 개폐밸브

Claims (14)

1. 엔진 냉각 시스템에 연결되어 엔진 냉각수 시스템을 순환하는 냉각수의 저항으로 제동력을 발생시키는 차량용 워터 리타더에 있어서,
   내부 공간을 가지면서 냉각수 순환라인을 따라 순환하는 냉각수의 유입 및 배출이 가능하도록 구비되는 하우징;
   상기 하우징의 내부 공간에 서로 마주하도록 배치되는 로터 및 스테이터로 이루어진 유체 커플러;
   차량의 프로펠러 샤프트 또는 변속기의 출력축과 상기 로터 사이에 회전력 전달이 가능하도록 구비되는 기어 장치; 및
   상기 로터와 스테이터 사이의 간격이 조절되도록 스테이터를 전후진시키는 간격 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징에서 냉각수가 유입되는 유입구에는 어큐뮬레이터로부터 냉각수가 공급될 수 있도록 냉각수 공급라인이 연결되고, 냉각수가 냉각수 순환라인에서 어큐뮬레이터를 통해 상기 하우징에 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 어큐뮬레이터에는 엔진과 서모스탯 사이를 연결하는 냉각수 순환라인으로부터 분기된 제2냉각수 라인이 연결되어, 상기 제2냉각수 라인을 통해 냉각수 순환라인으로부터 어큐뮬레이터로 냉각수가 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 어큐뮬레이터에 엔진 냉각 시스템의 서모스탯으로부터 연장된 제1냉각수 라인이 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2냉각수 라인은, 엔진과 서모스탯 사이를 연결하는 냉각수 순환라인에서, 냉각수가 배출되는 하우징의 배출구에 연결된 냉각수 배출라인이 합관되어 있는 합관 부위의 상류측에서 분기되고,
   상기 냉각수 순환라인에서 제2냉각수 라인이 분기된 분기점에는 유동제어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유동제어밸브를 제어하는 제어부는 리타더의 작동 시 제2냉각수 라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브를 제어하여, 엔진을 통과하고 나온 냉각수가 제2냉각수 라인을 따라 어큐뮬레이터를 거친 뒤 냉각수 공급라인을 통해 상기 하우징으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어부는 냉각수 배출라인에 설치된 수온센서의 출력신호를 입력받아 수온센서에 의해 검출된 냉각수 온도가 설정온도 이상으로 상승한 경우, 제2냉각수 라인의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하고, 수온센서에 의해 검출된 냉각수 온도가 설정온도 미만일 때 제2냉각수 라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제어부는 리타더 오프 시 제2냉각수 라인의 유로를 폐쇄하고 냉각수 순환라인의 유로를 개방하도록 유동제어밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 어큐뮬레이터에는 고압 공기 공급부로부터 연장된 공기공급라인이 연결되고, 상기 공기공급라인의 도중에는 유로를 개폐하는 개폐밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 개폐밸브를 제어하는 제어부는 리터더의 작동 시 개폐밸브를 개방하여 고압 에어탱크로부터 고압의 공기가 어큐뮬레이터에 공급되도록 하고, 설정시간 이후 개폐밸브를 닫아 주는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 리타더 오프 시 설정시간 동안 개폐밸브를 개방하여 고압 공기 공급부로부터 어큐뮬레이터에 고압 공기가 공급되도록 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 간격 조절 장치는
    스테이터를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 모터; 및
    상기 모터의 회전운동을 스테이터의 직선운동으로 변환해주는 기어 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기어 기구는
    상기 모터의 회전축에 일체로 장착된 피니언 기어; 및
    상기 스테이터가 장착된 스테이터 축에 축 방향을 따라 치가 형성되어 구성되고 상기 피니언 기어와 치합된 랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 모터의 구동을 제어하는 제어부는 운전자가 제동력 크기를 조절하기 위해 조작하는 스위치의 신호에 따라 모터의 구동을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 워터 리타더.

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