KR101448748B1 - 가변 오일펌프를 구비한 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가변 오일펌프를 구비한 차량은, 동력원으로부터 입력축을 통해서 회전력을 전달받는 선기어, 그 내주면이 상기 선기어의 외주면과 거리를 두고 배치되는 링기어, 상기 링기어의 내주면과 상기 선기어의 외주면 사이에 배치되는 유성기어, 상기 캐리어의 회전축을 연결하는 캐리어, 상기 캐리어와 연결된 출력축을 통해서 오일을 펌핑하는 오일펌프, 및 상기 링기어를 선택적으로 회전시키도록 상기 링기어의 외측에 배치되는 모터를 포함할 수 있다.
따라서, 엔진의 회전속도 또는 운행상태에 따라서 모터를 통해서 오일펌프의 회전속도를 최적으로 제어함으로써 손실되는 에너지를 줄일 수 있다. 또한, 오일펌프에서 토출되는 유압의 변동을 줄임으로써 안정성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 오일의 온도에 따라서 보정값을 적용함으로써 보다 안정적으로 유압을 생성할 수 있고, 하나의 모터를 통해서 오일펌프의 부하를 최적으로 제어할 수 있다.

Description

가변 오일펌프를 구비한 차량{VEHICLE HAVING VARIABLE OIL PUMP}
본 발명은 엔진 또는 변속기에서 필요한 유압을 형성하는 오일펌프의 부하를 가변적으로 변화시킴으로써 에너지의 낭비를 줄이고 비용을 절감할 수 있는 가변 오일펌프를 구비한 차량에 관한 것이다.
최근 CO2 저감을 위한 연비 향상기술이 여러 방면에서 개발되고 있는 바, 그 중 ISG(Idle Stop ＆ Go) 시스템은 차량이 정차 중인 경우에는 엔진의 시동을 끄고, 차량이 주행을 시작할 때 자동적으로 시동을 걸어주는 장치이다.
ISG(Idle Stop and Go) 장치는 차량의 차속, 엔진 회전속도, 냉각수온 등의 정보를 입력받아 정해진 조건에서 자동적으로 엔진이 아이들 정지되고(Idle Stop), 이후 운전자의 의지 및 차량 자체 조건에 의해 재출발이 요구되는 경우 자동적으로 엔진을 재시동(Go)하여 정상 운전이 가능하게 한다.
ISG 장치에서 아이들 정지에 진입되는 조건은 엔진의 웜업이 충분이 이루어진 상태, 즉 냉각수온이 설정된 일정온도 이상을 유지하는 상태에서 차속이 검출되지 않거나 저속 상태이고, 변속단이 중립을 유지하며, 브레이크 페달이 작동되어 설정된 소정시간 이상 유지되어 엔진을 정지시킨다.
이러한 ISG 장치를 장착한 차량은 5 내지 15%의 연비 상승 효과를 얻을 수 있다. 통상적으로 자동 변속기(AT) 차량에 ISG 장치를 적용하려면 엔진이 아이들 정지(Idle Stop)된 상태에서 변속기에 오일을 공급하는 전동식 오일펌프를 추가 구성해야 한다.
따라서, 자동변속기 ISG 차량은 자동변속기 내부에 장착되어 ISG 미작동시 즉, 엔진 시동 중에 기계적으로 구동하여 자동변속기 컨트롤에 필요한 유압을 형성하는 기계식 펌프와, 보조적으로 장착되어 ISG 작동시 즉, 엔진이 아이들 정지되면 구동하여 자동변속기 내부의 유압을 유지시키는 보조 전동식 오일펌프를 포함한다.
자동변속기 ISG 차량에는 2개의 펌프, 즉 기계식 펌프와 보조 전동식 오일펌프가 장착되어, 엔진 시동 중에는 기계식 펌프를 구동하고 엔진의 아이들 정지 시에는 보조 전동식 오일펌프를 서로 번갈아 가며 구동한다.
이러한 자동변속기 ISG 차량은 동일한 기능을 가진 2개의 펌프를 탑재하여야 하기 때문에 차량 원가 상승의 원인이 되고 차량의 중량이 상승하여 연비가 악화되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 오일펌프의 부하를 항상 최적으로 유지하여 오일펌프에서 손실되는 에너지를 최소화하고 연료소모를 줄이며 유압의 변동을 최소화하는 가변 오일펌프를 구비한 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 오일펌프를 구비한 차량은, 동력원으로부터 입력축을 통해서 회전력을 전달받는 선기어, 그 내주면이 상기 선기어의 외주면과 거리를 두고 배치되는 링기어, 상기 링기어의 내주면과 상기 선기어의 외주면 사이에 배치되는 유성기어, 상기 캐리어의 회전축을 연결하는 캐리어, 상기 캐리어와 연결된 출력축을 통해서 오일을 펌핑하는 오일펌프, 및 상기 링기어를 선택적으로 회전시키도록 상기 링기어의 외측에 배치되는 모터를 포함할 수 있다.
상기 입력축이 일방향으로 회전하도록 하는 샤프트일방향클러치, 및 상기 링기어가 타측방향으로 회전하도록 하는 링기어일방향클러치를 포함할 수 있다.
상기 동력원은 내연기관 또는 구동모터일 수 있다.
상기 입력축의 회전속도에 따라서 상기 모터를 제어하여 상기 오일펌프를 미리 설정된 최적의 속도로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
아이들 스탑 조건에서 상기 모터가 미리 설정된 회전수로 동작되어 상기 펌프가 최소회전수로 동작하도록 할 수 있다.
상기 동력원이 동작되는 경우 유온에 따라서 상기 오일펌프의 회전수에 보정값을 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 가변 오일펌프를 구비한 차량에서, 엔진의 회전속도 또는 운행상태에 따라서 모터를 통해서 오일펌프의 회전속도를 최적으로 제어함으로써 손실되는 에너지를 줄일 수 있다.
또한, 오일펌프에서 토출되는 유압의 변동을 줄임으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 오일의 온도에 따라서 보정값을 적용함으로써 보다 안정적으로 유압을 생성할 수 있고, 하나의 모터를 통해서 오일펌프의 부하를 최적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 개략적인 연결도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 작동원리를 보여주는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 오일펌프에서 유온에 다른 보정값을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 6 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변오일펌프의 작동상태를 보여주는 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 개략적인 연결도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 차량에 구비되는 가변 오일펌프는 동력원으로서의 엔진(100), 입력축(160), 샤프트일방향클러치(155), 선기어(110), 유성기어(105), 링기어(140), 링기어일방향클러치(150), 모터(145), 캐리어(115), 출력축(120), 오일펌프(135), 및 펌프하우징(165)를 포함한다.
아울러, 상기 펌프하우징(165)에는 상기 오일펌프(135)로 오일이 흡입되는 흡입유로(125)와 오일이 토출되는 토출유로(130)가 형성된다.
상기 엔진(100)의 회전력은 입력축(160)을 통해서 가변오일펌프의 상기 선기어(110)로 입력되고, 상기 샤프트일방향클러치(155)는 상기 입력축(160)의 외주면에 배치되어 상기 입력축(160)이 일측 회전방향으로만 회전하도록 한다.
상기 링기어일방향클러치(150)는 상기 링기어(140)의 외주면에 배치되어 상기 링기어(140)가 타측 회전방향으로만 회전하도록 한다. 상기 모터(145)는 상기 링기어(140)를 선택적으로 타측 회전방향으로 회전시킨다.
상기 입력축(160)으로 입력되는 회전력은 상기 선기어(110), 상기 유성기어(105), 및 상기 링기어(140)를 통해서 상기 캐리어(115) 및 상기 출력축(120)을 통해서 출력되어 상기 오일펌프(135)를 작동시켜 오일을 펌핑한다.
상기 엔진(100)이 정지한 경우에는 상기 모터(145)가 상기 링기어(140)를 회전시켜 상기 오일펌프(135)를 최소부하로 동작시키고, 상기 엔진(100)이 상기 입력축(160)을 일정 알피엠 이하일 경우에도 상기 모터(145)가 동작되어 상기 오일펌프(135)를 설정된 최적부하로 동작시킨다.
도 2를 참조하면, 상기 오일펌프(135)는 여러 가지 타입의 펌프가 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 오일펌프는 토로코이드형(trochoid type) 내접기어를 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 작동원리를 보여주는 구성도이다.
도 3을 참조하면, Ne는 상기 엔진(100)의 회전속도 또는 상기 출력축(120)의 회전속도 또는 상기 선기어(110)의 회전속도를 나타내고, Np는 상기 오일펌프(135) 또는 상기 캐리어(115)의 회전속도를 타내나고, Nm은 상기 모터(145) 또는 상기 링기어(140)의 회전속도를 나타내고, Zs는 상기 선기어(110)의 기어수를 나타내고, Zr은 상기 링기어(140)의 기어수를 나타낸다.
상기 오일펌프(135)의 회전속도 Np는 상기 엔진(100)의 회전속도 Ne, 상기 모터(145)의 회전속도 Nm, 상기 선기어(110)의 기어수 Zs, 및 상기 링기어(140)의 기어수 Zr에 의해서 지렛대의 원리로 결정된다.
즉, 상기 엔진(100)의 회전속도가 동일한 상태에서 상기 모터(145)의 회전속도가 증가하면, 상기 오일펌프(135)의 회전속도도 증가하고, 상기 모터(145)의 회전속도가 동일한 상태에서 상기 엔진(100)의 회전속도가 증가하면, 상기 오일펌프(135)의 회전속도도 증가한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 오일펌프에서 유온에 다른 보정값을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 오일의 온도(유온)을 나타내고, 세로축은 보정값인 알파(α)값을 나타낸다. 이러한 알파값은 상기 오일펌프(135)의 회전수를 제어하는 보정값으로 사용된다. 이러한 보정값의 사용방법에 대해서는 도 5를 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변 오일펌프의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, S500에서 제어가 시작되고, S510에서 상기 모터(145)가 정상인지 판단된다. 상기 모터(145)가 정상인지 판단하는 기술은 공지기술을 참조하여, 이에 대한 상세한 설명은 본 발명에서 생략한다.
상기 모터(145)가 비정상인 것으로 판단되면, S570에서 실패(fail)코드가 생성되고, S580에서 상기 엔진(100)은 미리 설정된 실패(fail)모드 회전속도로 운전된다. 여기서, 상기 모터(145)는 동작되지 않고, 상기 오일펌프(135)는 상기 엔진(100)에 의해서 동작된다
S520 및 S530에서는 차량이 아이들 스톱(ISG) 조건에 있는지 판단된다. 상기 아이들 스톱 조건(아이들 상태에서 엔진 정지 조건)으로 차속과 브레이크답력을 통해서 판단된다. 즉, 차속이 미리 설정된 기준치(ISG기준) 이하이고, 브레이크답력이 미리 설정된 기준치(ISG기준) 이상일 때, ISG조건이 만족된다.
차량이 아이들 스톱조건에 있지 않으면, S550이 수행되고, 차량이 아이들 스톱조건에 있으면, S540이 수행된다.
S540에서 상기 엔진(100)이 정지되어 Ne이 0으로 판단되면, S590이 수행된다. S590에서 상기 모터(145)의 회전속도(Nm)는 미리 설정된 값(N_isg)으로 유지된다.
S540에서 상기 엔진(100)의 회전속도(Ne)가 0이 아닌 것으로 판단되면, S550에서 오일의 온도가 기준값보다 큰지 판단된다. 오일의 온도가 기준값보다 큰 것으로 판단되면, S560이 수행되고, 오일의 온도가 기준값 이하로 판단되면, S595가 수행된다.
S560에서 상기 모터(145)의 회전속도(Nm)는 수식 -Zs/Zr*(Ne-(Np+α))-(Np+α)로 제어부(미도시)에서 연산된다. 그리고, S595에서 상기 모터(145)의 회전속도(Nm)는 수식 -Zs/Zr*(Ne-Np)-Np로 제어부(미도시)에서 연산된다.
도 6 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 차량에 구비되는 가변오일펌프의 작동상태를 보여주는 구성도이다.
도 6의 (a)는 상기 엔진(100)이 아이들 상태로 동작되는 것으로, 상기 모터(145)의 회전수를 비교적 높게 유지하여, 상기 오일펌프(135)의 회전속도를 미리 설정된 최적값으로 유지한다.
도 6의 (b)는 상기 엔진(100)이 저부하 상태로 동작되는 것으로, 상기 모터(145)의 회전수를 비교적 중간으로 유지하여, 상기 오일펌프(135)의 회전속도를 미리 설정된 최적값으로 유지한다.
도 6의 (c)는 상기 엔진(100)이 고부하 상태로 동작되는 것으로, 상기 모터(145)의 회전수를 비교적 낮게 또는 0으로 유지하여, 상기 오일펌프(135)의 회전속도를 미리 설정된 최적값으로 유지한다.
도 6의 (d)는 상기 엔진(100)이 정지 상태로 동작되는 것으로, 상기 모터(145)의 회전수를 아이들 상태로 유지하여, 상기 오일펌프(135)의 회전속도를 미리 설정된 최소값으로 유지한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 모터는 일반적인 모터유닛의 고정자로 간주되고, 상기 링기어는 모터유닛의 회전자로 간주될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진 105: 유성기어
110: 선기어 115: 캐리어
120: 출력축 125: 흡입유로
130: 토출유로 135: 오일펌프
140: 링기어 145: 모터
150: 링기어일방향클러치 155: 샤프트일방향클러치
160: 입력축 165: 펌프하우징

Claims (6)

  1. 동력원으로부터 입력축을 통해서 회전력을 전달받는 선기어;
    그 내주면이 상기 선기어의 외주면과 거리를 두고 배치되는 링기어;
    상기 링기어의 내주면과 상기 선기어의 외주면 사이에 배치되는 유성기어;
    상기 유성기어의 회전축을 연결하는 캐리어;
    상기 캐리어와 연결된 출력축을 통해서 오일을 펌핑하는 오일펌프; 및
    상기 링기어를 회전자로하고, 상기 링기어의 외측에 배치되는 고정자를 포함하고, 상기 고정자는 상기 링기어를 선택적으로 회전시키는 모터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
  2. 제1항에서,
    상기 입력축이 일방향으로 회전하도록 하는 샤프트일방향클러치; 및
    상기 링기어가 타측방향으로 회전하도록 하는 링기어일방향클러치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
  3. 제1항에서,
    상기 동력원은 내연기관 또는 구동모터인 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
  4. 제1항에서,
    상기 입력축의 회전속도에 따라서 상기 모터를 제어하여 상기 오일펌프를 미리 설정된 최적의 속도로 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
  5. 제4항에서,
    아이들 스탑 조건에서 상기 모터가 미리 설정된 회전수로 동작되어 상기 펌프가 최소회전수로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
  6. 제4항에서,
    상기 동력원이 동작되는 경우 유온에 따라서 상기 오일펌프의 회전수에 보정값을 적용하는 것을 특징으로 하는 가변 오일펌프를 구비한 차량.
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