KR0166305B1 - 자동차 엔진 오일펌프 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

오일펌프 구조에 관한것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

오일펌프의 측면 간극, 맞물림 간극, 커버 측면 틈 및 흡입경을 최적 조건으로 설정하고자함.

3. 발명의 해결 방법의 요지

오일펌프의 측면간극(side clearance)을 0.03-0.065mm로 하고, 팁 간극(맞물림 간극(맞물림 간극, tip clearance)을 0.15-0.18mm로 하며, 커버측면틈(side clearance)을 1-2mm로 하며, 토출경을 일정하게 한 상태의 흡입경을 9-16mm로 하는 것을 특징으로 하는 오일펌프구조.

4. 발명의 중요한 용도.

오일펌프의 효율이 크게 향상됨.

Description

자동차 엔진 오일 펌프

제1도의 (a)는 일반적인 로우터리식 오일펌프의 분해도이고, (b)는 오일펌프의 단면도.

제2도의 (a)는 본 발명의 팁 간극 측정을 나타내는 도면이고, (b)는 바디간극측정을 나타내는 도면이고, (c)는 사이드 간극 측정을 나타내는 도면이다.

제3도는 본 발명 측면간극에 따른 유량선도.

제4도의 (a)(b)는 본 발명 측면간극에 따른 용적 효율선도.

제5도의 (a)(b)는 본 발명 측면간극에 따른 누설손실선도.

제6도는 본 발명 로우터 맞물림 간극(tip clearance)에 따른 유량선도.

제7도는 본 발명 로우터 맞물림 간극에 따른 용적효율선도.

제8도는 본 발명 커버측면틈에 따른 유량선도.

제9도는 본 발명 흡입경 변경에 따른 유량선도.

제10도는 본 발명 흡입경에 따른 송출량을 나타내는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 파일러 게이지 2 : 펌프바디

3 : 바깥 로우터(Out Rotor) 4 : 내부 로우터(Inner Rotor)

본 발명은 자동차 오일펌프에 관한 것으로 상세하게는 오일펌프의 측면간극, 맞물림 간극, 커버측면 틈간극, 흡입경을 개량하여 오일펌프 각 부품간의 간극이 이상적으로 설정되어 보다 원활한 오일의 유출이 달성되는 오일펌프 구조에 관한 것이다.

자동차의 윤활계통에 있어서 오일펌프는 크랭크축 또는 캠축에 의해 구동되어 오일팬 내의 오일을 흡입, 가압하여 각 윤활부에 공급하며 크랭크 케이스의 내부나 외부에 설치되어 있으며 기어식, 로우터리식, 플런저식, 베인식 등이 있다.

이중 보편적으로 보급된 로우터리 펌프의 구조는 첨부도면 제1도의 (a)(b)에서 도시하는 바와 같이 구동축(400)을 갖는 내부 로우터(300)와 단순한 링으로 바깥 로우터(200)가 결합되어 오일 입구(101)를 갖춘 바디(100)내에 끼워지고 여기에 오일출구(501)를 갖는 커버판(500)이 스트레이너 일체로 조립된 구조로 된다.

이와 같은 구조의 오일펌프는 그 조립상 몇가지 제약이 따른다. 즉 조립시 구동기어와 피동기어의 물림표지를 맞추지 않으면 안된다. 그 이유는 이의 물림이 바뀌면 잇면의 접촉이 불완전하여 유밀이 좋지 않아 펌프효율이 저하되기 때문이다. 구동기어와 피동기어는 이의 수가 같기 때문에 회전중 언제나 일정한 이끼리 물린다.

또한, 펌프커버를 붙일 때 정해진 토오크로 볼트를 조인다. 이것은 볼트의 조임 토오크가 다를 경우 펌프커버나 바디에 변형이 생겨 펌핑효율을 떨어뜨리는 원인이 되기 때문이다. 오일펌프의 기능 저하는 윤활장치 전체의 효율을 떨어뜨린다. 따라서 펌프 기능에 영향을 주는 몇가지 문제점을 첨부도면 제2도에서 도시하는 바에 의거 살펴보면 다음과 같다.

즉, 첫째 내부 로우터와 외부 로우터의 팁 간극(tip clearance)이 맞지 않는 경우와, 둘째 펌프 바디와 외부로우터의 간극(body clearance)이 맞지 않으며, 셋째 펌프커버와 로우터와의 간극(side clearance)역시 맞지 않을 경우이며, 넷째 펌프바디와 기어 이끝 사이의 간극, 다섯째 펌프커버와 기어와의 간극 등이 맞지 않으면 펌프의 기능 저하로 인한 효율이 떨어지게 된다. 따라서 일정한 간극이 유지되지 못하는 오일펌프는 펌프효율이 낮아질 수밖에 없으며 그로 인하여 오일펌프로서 부적당하게 된다.

본 발명은 이와같은 종래 오일펌프가 갖는 문제점을 반복된 실험결과로 가장 좋은 간극을 얻어내어 이를 실현함으로써 성능이 개선된 오일펌프를 제공하고자 하는 데에 그 목적이 있다. 이와같은 본 발명의 목적은 오일펌프의 측면간극(side clearance)을 0.03 - 0.065mm로 하고, 팁 간극(맞물림 간극 tip clearance)을 0.15 - 0.18mm 로 하며, 커버 측면틈(side clearance)을 1 - 2mm 로 하며, 토출경을 일정하게 한 상태의 흡입경을 9 - 16mm로 하는 구조에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면과 함께 보다 상세하게 설명한다.

첨부도면중 제2도는 본 발명 구조를 나타내는 오일펌프의 단면도이고, 제3도는 본 발명 측면간극에 따른 유량선도이며, 제4도의 (a)(b)는 본 발명 측면간극에 따른 용적효율선도이고, 제5도의 (a)(b)는 본 발명 측면 간극에 따른 누설손실 선도이며, 제6도는 본 발명 로우터 맞물림 간극(tip clearance)에 따른 유량선도이고, 제7도는 본 발명 로우터 맞물림 간극에 따른 용적효율선도이며, 제8도는 본 발명 커버측면 틈에 따른 유량선도이고, 제9도는 본 발명 흡입경 변경에 따른 유량선도이며, 제10도는 본 발명 흡입경에 따른 송출량을 나타내는 선도이다.

상기 도면중 부호 1은 파일러 게이지이고, 2는 바디이며, 3은 바깥 로우터이고, 4는 내부 로우터이다. 이에 따라 본 발명의 실시예를 첨부한 각각의 선도에 의하여 설명하면 다음과 같다. 첫째 본 발명의 측면간극에 따른 유량 특성을 첨부한 도면에 의하여 살펴본다.

측면간극이란 로우터의 폭과 보디의 깊이 차를 말하며, 축방향(axial) 간극이라고도 한다. 이 간극은 첨부 도면 제2도의 (c)와 같이 측정되는 것으로 펌프의 러닝(runing) 간극으로 용적효율에 매우 큰 영향을 미치고 있으며, 인너 로우터의 간극이 아우터보다 더 큰 영향을 미친다.

제3도에서 나타내는 바와 같이 3,000rpm 까지는 흡입효율이 동일 압력점에서 간극이 적을수록 누설량이 작아지므로 유량곡선의 기울기가 완만하고 간극이 클수록 누설량의 증가로 유량곡선의 기울기가 급격히 저하하고 있다. 제4도의 (a)(b)에서 4,000 과 5,000rpm 구간에서는 초기 흡입효율부터 간극별로 저하하며, 유량곡선의 기울기도 저회전수 영역과 동일한 감소결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.

또한 이 결과로부터 측면 간극의 경우 양간의 증가에도 토출량은 상당히 감소하는 것을 알 수 있다. 이것은 펌프의 전체 간극중 측면 간극에 따른 체적효율은 제4도의 (a)(b)를 보면 간극이 작을수록 높은 것을 알 수 있다.

간극이 크면 체적효율은 저하되나 너무 크면 압력효과가 큰 인너와 아우터 로우터 사이에서 토츨측과 흡입측이 평행이 되어 인너와 아우터 로우터가 동시에 움직이게 되므로 아우터 로우터와 보디 접촉부에서 소음이 발생한다.

따라서 간극이 작으면 용적효율은 향상되나 점성 저항의 증대로 축동력이 증가하고 보디 부근의 온도가 상승하여 결국에는 소착 현상이 발생하기도 한다.

보디는 Al 합금으로 열팽창하게 되므로 이때 간극이 변하기도 한다. 제5도의 (a)(b)는 누설량의 정도를 나타내며 1,000 ∼ 3,000rpm 구간에서는 간극이 작을수록 누설량의 저하로 1.0bar 시 누설량 보다 3.0bar 시 누설량은 압력에 비례해서 3배 가량 많은 것을 알 수 있다. 이것은 간극 정도가 0.03mm부터 0.09mm까지 동등하게 나타난다. 결국 측면간극이 작을수록 제작의 어려움과, 마찰이 일어날 경우가 아니라면, 성능면에서 유리한 0.065mm내의 확보가 필요하며 0.100mm 이상일 때에는 성능 예측이 어려움을 알 수 있다. 상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 측면 간극은 0.03-0.065mm에서 가장 이상적임을 알 수 있다.

둘째, 본 발명의 로우터 맞물림 간극에 따른 유량 특성을 살펴본다. 즉 로우터 맞물림 간극은 첨부도면 제2도의 (a)에서 도시하는 바와 같이 내,외부 로우터 사이의 간극으로 로우터 맞물림(이끝) 간극에 따른 실험은 오일펌프 수명과도 밀접한 관계를 가지며, 본 실험에서는 고유수온 내구 실험을 4,000rpm과 3.5bar의 상태에서 250시간 동안 엔진 벤치(bench)에서 실시하여 실시 전후의 이끝 간극의 측정과 실험으로 성능변화를 고찰하였다.

내구 전후성능의 주요변화는 제6도와 같이 속도가 증가하면서 유량 감소의 현상이 나타났으며 이것은 로우터맞물림 회전시 이끝의 마모와 보디의 열팽창에 의한 변형으로서 제7도를 보면 3.0bar의 경우 특히 성능이 3,000rpm에서 2%, 4,000rpm에서 5%의 체적효율이 저하하는 것을 알 수 있다. 그리고 릴리이프 밸브의 압력이 0.3bar감소로 조기 작동하며 플런저부 스프링의 장시간 작동 및 고정으로 인한 스프링 자체 변형으로 체절압이 0.3bar감소되어 나타난다.

실험은 로우터의 장시간 회전에 의한 로우터의 이끝 접촉부의 마모 정도에 따라 간극이 증가하므로 최초의 간극으로부터 마모량에 의한 간극의 변화에 따른 누설량의 변화를 측정하였다. 펌프의 장시간 사용으로 소결 제품 마모와 보디 마모 및 변형 압축 코일 스프링의 장시간 사용 및 고정으로 인한 압축변형으로 릴리이프 밸브의 압력과 체절압이 같이 비례 감소되는 것을 알 수 있다.

셋째, 커버 측면 틈에 따른 유량특성을 살펴보면 다음과 같다.

커버 측면 틈은 첨부도면 제2도의 (b)와 같이 커버의 보디 측면에 포오트와 같은 형상으로 깊이가 0인 평면과 1mm, 2mm 의 별도 커버를 준비하여 동일 펌프를 이용하여 실시한 결과는 제8도에 나타낸다.

저속에서 4,000rpm까지는 성능차이의 변화가 없으며, 고속인 6,000rpm에서는 측면틈(1mm,2mm)을 부여한 경우의 성능이 향상되었으며, 깊이 1mm와 2mm의 성능차이는 비슷하였다. 이는 로우터 전후면에서 유체윤활이 이루어져서 고르게 힘이 작용하게 되며 특히 고속에 부압의 영향으로 유량 증가가 있음을 나타내고 있다. 이 결과는 오일이 스트레이너(strainer)를 거쳐 펌프내로 유입되어 보디로 올라갈 때 커버내의 측면 틈에도 오일이 충만되어 있으므로 유체윤활 작용을 하며 마찰 측면이 훨씬 좋아진 것으로 파악된다. 그러나 엔진 윤활용 펌프에 있어서는 낮은 압력과 커버의 폭이 충분하지 않으면 측면 틈을 생략할 경우가 많다.

넷째, 본 발명 흡입경 변경에 따른 유량특성은 다음과 같다.

즉, 본 발명 펌프의 흡입경 사양은 16mm이나 처음에는 5mm로 축소 관통시킨 후 1,500rpm과 4,000rpm에서 실험을 수행하고 직경을 1mm씩 증가시켜가면서 성능이 동일한 수준인 12mm까지 실험하였다. 실험결과 제9도에서 알 수 있는 바와 같이 1,500rpm에서는 흡입경이 직경 6mm부터 4,000rpm의 경우는 직경 10mm부터 토출유량이 동일하게 되며 흡입유속은 실제 사양에서 3.1m/sec이며 토출량이 동일 수준인 각각에서는 7.5m/sec이하이다. 제10도에서는 흡입경이 9mm이상 16mm까지 유량이 증가함을 나타내고 있다.

본 발명은 토출경로의 직경이 일정한 상태이므로, 흡입경의 변화만에 의한 유체 흡입속도와 흡입저항에 따른 유량의 변화를 알 수 있었다.

Claims (1)

1. 통상의 오일펌프구조에 있어서 오일펌프의 측면간극(side clearance)을 0.03-0.065mm로 하고, 팁 간극(맞물림 간극, tip clearance)을 0.15-0.18mm로 하며, 커버측면틈(side clearance)을 1-2mm로 하며, 토출경을 일정하게 한 상태의 흡입경을 9-16mm로 하는 것을 특징으로 하는 오일펌프구조.