KR101509994B1

KR101509994B1 - 오일압력 연동형 가변오일펌프

Info

Publication number: KR101509994B1
Application number: KR20130147268A
Authority: KR
Inventors: 문승동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-04-07

Abstract

본 발명의 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)에는 펌프 하우징(3)의 내부공간에 형성되어져 로터(5)의 회전으로 펌핑된 엔진오일이 각각 유입되는 한 쌍의 1차 챔버(10) 및 2차 챔버(20)와, 엔진오일의 압력이 4bar일 때 엔진오일이 1차 챔버(10)로 유입되는 반면 2차 챔버(20)에서는 빠져나가도록 배출시키는 바이패스 밸브(50)가 더 포함됨으로써 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량ㅧ유압'의 관계에서 유압에 의한 엔진 구동 토크 감소율이 상대적으로 크게 낮아지고, 특히 엔진 구동 토크 감소율이 낮춰진 만큼 연비 개선율이 크게 개선되는 특징을 갖는다.

Description

오일압력 연동형 가변오일펌프{Oil Pressure Engaging type Variable Displacement Oil Pump}

본 발명은 가변오일펌프에 관한 것으로, 특히 엔진 오일압력을 이용해 펌핑 체적을 다단으로 변화시킴으로써 엔진의 구동 토크 손실방지를 위한 운전영역 확장으로 연비 개선율이 크게 높아진 오일압력 연동형 가변오일펌프에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진에서는 엔진 오일이 순환됨으로써 엔진 과열 방지나 각종 기구간 마찰력 저감이 이루어질 수 있고, 이를 위해 오일펌프가 적용된다.

하지만, 오일펌프는 토출 측으로 유량을 토출함과 동시에 흡입 측으로 리턴되는 유량을 흡입하도록 가동됨으로써 오일펌프 가동 시 엔진의 구동 토크는 손실될 수밖에 없다.

차량에서 엔진의 구동 토크 개선은 연비개선을 위해 필수사항이므로 오일펌프의 '유량x유압'의 관계에 비례하는 오일펌프로 인한 구동 토크 손실(오일을 송출하기 위하여 소비되는 소비 마력)은 오일펌프의 성능 개선으로 줄일 수 있다.

최근 들어 차량의 연료저감은 세계적인 고유가 및 CO₂규제로 인해 그 중요성이 더욱 가중됨으로써 차량 개발시 연비향상 및 친환경이 핵심항목으로 취급되고 있다. 특히, 엔진의 구동 토크 개선은 연비개선을 위해 필수사항인 측면을 고려할 때 오일펌프에 의한 구동 토크 손실 저감은 연비개선에 매우 효과적일 수 있다.

이를 위한 오일펌프의 예로서 가변 오일펌프가 있다. 가변 오일펌프에서는 엔진의 고회전수에서 단위 회전당 펌핑 체적을 줄여줌으로써 토출 유량이 고정될 때 대비 토출 유량 축소로 구동 토크 손실이 줄어들 수 있다.

즉, 고정식 오일펌프는 오일 송출시에 단위 회전당 펌핑 체적이 일정한 관계로 엔진 RPM이 올라갈수록 소비 마력은 선형적으로 증가하게 되지만, 가변 오일펌프는 고속에서 단위 회전당 펌핑 체적을 줄여 소비 마력이 줄게 됨으로써 연비 개선이 이루어지는 방식이다.

국내특허공개 10-2011-0026086(2011.03.15)

하지만, 가변오일펌프의 챔버 체적 축소는 스프링의 압축 변형정도에 의존되고, 스프링의 압축 변형은 로터(Rotor)를 회전시키는 엔진 회전수(RPM)에 의존됨으로써 가변오일펌프에 의한 구동 토크 축소는 엔진의 특정 회전수(RPM)로 국한될 수밖에 없다.

그러므로, 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량x유압'의 관계에서 유압에 의한 구동 토크 축소 효율이 상대적으로 소홀해 지고, 이는 가변오일펌프를 이용한 연비 개선 효율이 낮아지는 구조적 한계로 작용될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진 회전수(RPM)와 관계없이 엔진 오일압력을 저압과 고압으로 구분하고, 적어도 저압에서는 펌핑 체적을 확장하는 반면 고압에서는 펌핑 체적을 축소함으로써 오일펌프 가동에 따른 엔진의 구동 토크 손실방지를 위한 운전영역이 크게 확장되고, 특히 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량x유압'의 관계에서 유압에 의한 구동 토크 감소율이 상대적으로 크게 낮아짐으로써 연비 개선율이 크게 개선되는 오일압력 연동형 가변오일펌프를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오일압력 연동형 가변오일펌프는 펌프 하우징의 내부공간에 형성되어져 로터의 회전으로 펌핑된 엔진오일이 각각 유입되는 한 쌍의 1차 챔버 및 2차 챔버; 상기 엔진오일의 압력이 저압일 때 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버에 상기 엔진오일이 각각 유입되는 반면, 상기 엔진오일의 압력이 고압일 때 상기 엔진오일을 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버중 어느 한쪽의 챔버에서 배출시키는 바이패스 밸브; 가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 저압은 2bar의 엔진오일압이고, 상기 고압은 4bar의 엔진오일압이고, 상기 바이패스 밸브는 ECU의 제어로 고압에서 온(On)으로 전환된다.

상기 2차 챔버는 가변 스프링이 위치된 캠링부위로 위치되고, 상기 1차 챔버는 상기 캠링에 의해 구획된 위치에서 상기 2차 챔버와 이격되며, 상기 바이패스 밸브는 상기 2차 챔버에 설치된다.

상기 1차 챔버에는 엔진의 메인갤러리에 이어진 메인 오일라인이 연결되고, 상기 2차 챔버에는 상기 메인 오일라인에서 분기된 서브 오일라인이 연결되며, 상기 바이패스 밸브는 상기 2차 챔버에 연통된 바이패스 오일라인으로 설치된다.

상기 바이패스 밸브는 ECU의 제어에 의한 오프(Off)시 상기 바이패스 오일라인을 차단하고, 온(On)시 상기 바이패스 오일라인을 열어주며, 상기 ECU는 저압에서 상기 바이패스 밸브를 오프(Off)로 전환하고 고압에서 온(On)으로 전환한다.

상기 로터는 엔진의 구동력으로 회전되고, 상기 로터에는 가변 스프링으로 상기 2차 챔버로 밀려난 캠링의 내주면에 접촉되는 베인이 방사상으로 결합된다.

이러한 본 발명은 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량x유압'의 관계에서 유압에 의한 구동 토크 감소율이 상대적으로 크게 낮아짐으로써 오일펌프에 의한 연비 개선율이 크게 높아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엔진 회전수(RPM)와 관계없이 엔진 오일압력에 연동되어 엔진의 구동 토크 손실이 방지됨으로써 엔진 회전수(RPM)에 연동된 스프링 압축방식 대비 구동 토크 손실 축소와 연비 개선 향상이 더욱 높아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엔진 회전수(RPM)와 관계없이 저압 엔진 오일압력에서는 펌핑 체적을 확장하는 반면 고압 엔진 오일압력에서는 펌핑 체적을 축소함으로써 오일펌프 가동에 따른 엔진의 구동 토크 손실이 방지되는 운전영역이 확장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오일압력 연동형 가변오일펌프의 구성이고, 도 2는 본 발명에 따른오일압력 연동형 가변오일펌프가 엔진오일압(저압(2bar)~고압(4bar))에 연동되어 작동되는 상태이며, 도 3은 본 발명에 따른 오일압력 연동형 가변오일펌프의 성능 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 오일압력 연동형 가변오일펌프의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)는 오일이 토출되는 공간을 갖춘 펌프 하우징(3), 베인(6)이 결합된 로터(5), 캠링(7), 가변 스프링(9), 메인갤러리(40)에서 흡입되는 오일이 각각 유입되는 한쌍의 챔버(10,20), ECU(60)의 제어로 흡입 오일중 일부 오일을 바이패스시키는 바이패스 밸브(50)로 구성된다.

상기 펌프 하우징(3)은 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)의 외관 형상을 이룬다.

상기 로터(5)는 엔진 동력으로 회전이 진행됨에 따라 원주방향으로 배열된 다수의 베인(6)이 캠링(7)과 접촉됨으로써 높이 조절이 이루어지고, 펌프 하우징(3)의 공간으로 오일이 흡입될 수 있는 진공압을 형성하여 준다.

상기 가변 스프링(9)은 펌프 하우징(3)의 내부에서 캠링(7)을 밀어내고, 메인갤러리(40)에서 흡입되는 오일의 압력 증가로 밀려나는 캠링(7)에 의해 압축된다. 상기 가변 스프링(9)은 한쌍의 챔버(10,20)중 제2챔버(20)쪽으로 위치된다.

상기 한쌍의 챔버(10,20)는 펌프 하우징(3)의 내부에서 캠링(7)으로 구획된 1차 챔버(10)와 2차 챔버(20)로 이루어지고, 가변 스프링(9)과 접촉된 캠링(7)부위로 위치된 2차 챔버(20)의 반대 부위로 1차 챔버(10)가 형성된다.

그러므로, 본 실시예에 의한 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)는 2개의 챔버를 갖춘 2단 가변오일펌프 타입이다.

상기 1차 챔버(10)에는 메인갤러리(40)에서 흡입되는 오일이 유입되도록 메인 오일라인(30-1)이 이어지고, 상기 2차 챔버(20)에는 메인 오일라인(30-1)을 흐르는 오일중 일부 오일이 유입되도록 메인 오일라인(30-1)에서 분기된 서브 오일라인(30-2)이 이어진다.

더불어 상기 2차 챔버(20)에는 서브 오일라인(30-2)을 통해 흡입된 오일이 메인갤러리(40)로 배출되도록 바이패스 오일라인(30-3)이 이어지며, 상기 바이패스 오일라인(30-3)에는 바이패스 밸브(50)가 설치된다. 본 실시예에서 상기 바이패스 오일라인(30-3)은 오일팬쪽으로 이어질 수 있다.

상기 바이패스 밸브(50)는 메인갤러리(40)에서 흡입되는 오일의 압력을 검출하는 ECU(60)의 제어로 온/오프(On/Off)됨으로써 2차 챔버(20)로 유입되는 오일을 에서 2차 챔버(20)에 머물게 하거나 또는 배출하여 준다.

한편, 도 2는 엔진 오일압(저압(2bar)~고압(4bar))에 연동된 오일압력 연동형 가변오일펌프의 작동 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 로터(5)의 회전으로 엔진 오일이 펌핑되면, ECU(60)는 엔진 오일의 압력이 저압(2bar)인지 또는 고압(4bar)인지를 판단하고, 저압(2bar)에서는 저압모드로 가변오일펌프(1)를 제어하고 반면 고압(4bar)에서는 고압모드로 가변오일펌프(1)를 제어한다.

일례로, 저압모드일 때 ECU(60)는 바이패스 밸브(50)를 오프(Off)로 유지함으로써 2차 챔버(20)에 이어진 바이패스 오일라인(30-3)을 차단하여 준다. 그러므로, 1차 챔버(10)에는 메인 오일라인(30-1)을 통해 메인갤러리(40)에서 흡입되는 엔진 오일이 유입되고 동시에 2차 챔버(20)에도 서브 오일라인(30-2)을 통해 메인갤러리(40)에서 흡입되는 엔진 오일이 흡입된다.

이때, 캠링(7)은 2차 챔버(20)에 충진되는 엔진오일의 압력을 받아 밀려남으로써 가변스프링(9)이 압축되고, 가변스프링(9)의 압축은 2차 챔버(20)의 체적확장을 가져온다.

이와 같이, 엔진 오일이 1차 챔버(10)와 2차 챔버(20)에 모두 유입됨으로써 가변오일펌프(1)는 엔진에서 요구하는 엔진오일유량을 충분히 공급할 수 있게 된다.

반면, 고압모드일 때 ECU(60)는 바이패스 밸브(50)를 온(On)으로 전환함으로써 2차 챔버(20)에 이어진 바이패스 오일라인(30-3)을 열어준다. 그러므로, 엔진오일은 저압모드시와 동일하게 1차 챔버(10)와 2차 챔버(20)에 모두 유입되지만 2차 챔버(20)로 유입된 엔진오일은 바이패스 오일라인(30-3)을 통해 배출될 수밖에 없다.

이로 인해, 2차 챔버(20)에서는 엔진오일에 의한 압력증가가 발생되지 않음으로써 캠링(7)은 가변스프링(9)이 가하는 힘에 의해 밀려나고, 캠링(7)의 밀림은 2차 챔버(20)의 체적 축소를 가져온다.

이와 같이, 엔진 오일이 2차 챔버(20)에서는 모두 빠져 나가고 1차 챔버(10)에 만 유입됨으로써 가변오일펌프(1)는 엔진의 고속 조건에서 단위 회전당 펌핑 체적을 줄여 줄 수 있다.

이러한 변화는 도 3을 통해 예시되는 바와 같이, 2차 챔버(20)의 엔진오일 배출은 저압(2bar)에서 시작된 후 고압(4bar)에 도달될 때 까지 지속됨으로써 엔진 구동토크 감소율이 커지고, 엔진 구동토크 감소율만큼 소비 마력이 줄게 됨으로써 연비 개선이 크게 향상될 수 있다.

일례로, 고정식 오일펌프(C)와 1단 가변오일펌프(B)대비 2단 가변오일펌프(A)의 엔진 구동토크 감소율이 상대적으로 크고, 특히 2단 가변오일펌프(A)에서는 1단 가변오일펌프(B)대비 저압(2bar)-고압(4bar)의 사이에 형성되는 엔진 구동토크 감소 구간(K)이 더 형성된다.

이러한 엔진 구동토크 감소 구간(K)은 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량x유압'의 관계에서 유압에 의한 구동 토크 축소 효율이 상대적으로 크게 높아질 수 있음을 의미한다.

이때, 고정식 오일펌프(C)는 챔버의 펌핑체적의 변화가 없는 타입이고, 1단 가변오일펌프(B)는 펌핑체적 변화가 있으면서 챔버가 1개 형성된 타입이며, 2단 가변오일펌프(A)는 본 실시예에 의한 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)이다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 오일압력 연동형 가변오일펌프(1)에는 펌프 하우징(3)의 내부공간에 형성되어져 로터(5)의 회전으로 펌핑된 엔진오일이 각각 유입되는 한 쌍의 1차 챔버(10) 및 2차 챔버(20)와, 엔진오일의 압력이 4bar일 때 엔진오일이 1차 챔버(10)로 유입되는 반면 2차 챔버(20)에서는 빠져나가도록 배출시키는 바이패스 밸브(50)가 더 포함됨으로써 오일펌프의 주요 손실인자인 '유량x유압'의 관계에서 유압에 의한 엔진 구동 토크 감소율이 상대적으로 크게 낮아지고, 특히 엔진 구동 토크 감소율이 낮춰진 만큼 연비 개선율이 크게 개선될 수 있다.

1 : 가변오일펌프 3 : 펌프 하우징
5 : 로터 6 : 베인
7 : 캠링 9 : 가변 스프링
10 : 1차 챔버 20 : 2차 챔버
30-1 : 메인 오일라인 30-2 : 서브 오일라인
30-3 : 바이패스 오일라인40 : 메인 갤러리
50 : 바이패스 밸브 60 : ECU(Engine Control Unit)

Claims

펌프 하우징의 내부공간에 형성되어져 로터의 회전으로 펌핑된 엔진오일이 각각 유입되는 한 쌍의 1차 챔버 및 2차 챔버;
상기 엔진오일의 압력이 저압일 때 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버에 상기 엔진오일이 각각 유입되는 반면, 상기 엔진오일의 압력이 고압일 때 상기 엔진오일을 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버중 어느 한쪽의 챔버에서 배출시키는 바이패스 밸브;가 포함되고,
엔진의 메인갤러리에 이어져 상기 1차 챔버로 연결된 메인 오일라인에는 상기 2차 챔버로 이어져 상기 엔진오일이 동시에 공급되는 서브 오일라인이 분기되고, 상기 바이패스 밸브를 갖춘 바이패스 오일라인이 상기 2차 챔버에 이어지며; 상기 바이패스 밸브는 ECU의 제어에 의한 오프(Off)시 상기 바이패스 오일라인을 차단하고, 온(On)시 상기 바이패스 오일라인을 열어주며, 상기 ECU는 저압에서 상기 바이패스 밸브를 오프(Off)로 전환하고 고압에서 온(On)으로 전환하는 것을 특징으로 하는 오일압력 연동형 가변오일펌프.
청구항 1에 있어서, 상기 저압은 2bar의 엔진오일압이고, 상기 고압은 4bar의 엔진오일압이고, 상기 바이패스 밸브는 ECU의 제어로 고압에서 온(On)으로 전환되는 것을 특징으로 하는 오일압력 연동형 가변오일펌프.
청구항 1에 있어서, 상기 2차 챔버는 가변 스프링이 위치된 캠링부위로 위치되고, 상기 1차 챔버는 상기 캠링에 의해 구획된 위치에서 상기 2차 챔버와 이격되며, 상기 바이패스 밸브는 상기 2차 챔버에 설치되는 것을 특징으로 하는 오일압력 연동형 가변오일펌프.
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청구항 1에 있어서, 상기 로터는 엔진의 구동력으로 회전되고, 상기 로터에는 가변 스프링으로 상기 2차 챔버로 밀려난 캠링의 내주면에 접촉되는 베인이 방사상으로 결합된 것을 특징으로 하는 오일압력 연동형 가변오일펌프.