KR101776327B1 - 연속제어타입 가변오일펌프유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가변오일펌프(1)에는 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링(1a)의 연장단(1b)에 위치되고, 엔진회전수에 따른 오일압력을 이용하여 오일토출유량을 산출하는 ECU의 제어신호를 입력받아 상기 연장단(1b)을 들어 올리거나 내려주는 압전소자가 더 구비됨으로써, 오일펌프가 엔진 유압대비 엔진 요구유압에 맞춰 최적 유압에 일치되도록 엔진의 회전영역에 대해 끊어짐 없이 연속적인 가변제어를 구현할 수 있고, 이를 통해 다른 방식의 다단제어타입 오일펌프 대비 최대 약 3% 연비가 향상되는 특징을 갖는다.

Description

연속제어타입 가변오일펌프유닛{Continuous Control Variable Displacement Oil Pump Unit}

본 발명은 가변오일펌프에 관한 것으로, 특히 엔진유압 대비 엔진요구유압에 따라 압전소자로 캠링의 위치를 조정함으로써 끊임없는 연속가변제어를 구현할 수 있는 연속제어타입 가변오일펌프유닛에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 오일펌프는 로터 회전에 따른 압력변화로 오일을 흡입해 실린더블록의 메인갤러리로 공급하며, 구동시 엔진의 고회전수에서 단위 회전당 펌핑체적을 줄이면 연비를 개선할 수 있게 된다.

이를 실현한 오일펌프를 가변오일펌프라 칭하며, 주로 탄성변화되는 압력조절 스프링이 펌프 토출압력변동에 연동되어 펌핑체적을 감소시킴으로써 고회전영역에서 동력손실을 최소화하고, 이로부터 연비를 개선효과를 얻을 수 있게 된다.

도 4(가)는 상기와 같이 구성된 가변오일펌프유닛을 이용한 가변오일펌프(1)의 2단으로 제어되는 경우로서, 오일펌프 토출유압선도(A)는 엔진회전수 상승에 비례하여 높아짐으로써 불필요한 유압을 생성할 수밖에 없음을 나타낸다.

도시된 1단제어선도(Aa)는 상기와 같은 저 효율해소를 위해 특정 엔진회전수에 대해 토출유량을 일방적으로 낮추도록 오일펌프가 제어되는 고정용량 방식의 예이고, 반면 도시된 2단제어선도(Ba)는 상기와 같은 저 효율해소를 위해 특정 엔진회전수에 대해 토출유량을 일방적으로 낮추도록 오일펌프가 제어되는 가변용량방식의 예이다.

도 4(나)는 2단 가변용량방식 가변오일펌프가 엔진 회전수(RPM)의 변화에 따른 스프링변화로 캠링의 위치를 조정하는 구성의 한 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 2단 가변용량방식 가변오일펌프는 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링(1a)을 갖춘 가변오일펌프(1)와, 캠링(1a)의 연장단(1b)쪽으로 위치되어진 탄성변형됨으로써 캠링(1a)의 위치를 변화시켜주는 코일 스프링 타입 가변수단(10)과, 판단인자(30)인 가변오일펌프(1)의 오일입구압력(Pi)과 오일토출압력(Po)을 이용하여 제어여부를 판단하고 솔레노이드(40)를 제어하는 ECU(20)로 구성된다.

상기와 같이 가변오일펌프(1)가 1단 제어선도(Aa)와 달리 2단 제어선도(Ba)에 맞춰 토출유량을 가변시켜줌으로써, 비록 실제적인 엔진요구유압선도(B)에 일치되지 않지만 보다 근접되도록 제어할 수 있고, 이를 통해 오일펌프의 소비동력을 보다 낮추고 이에 따른 연비성능도 보다 높일 수 있게 된다.

국내특허공개 10-2011-0026086(2011.03.15)은 가변 오일펌프에 관한 것이며, 이는 도 1내지 도 3 참조.

하지만, 상기와 같은 가변오일펌프는 그 효과를 얻기 위한 구성이 비교적 복잡한 측면이 있게 된다.

일례로, 가변오일펌프(1)의 캠링(1a)부위로 내장되는 코일 스프링 타입 가변수단(10)과 같이 전체적으로 콤팩트하게 구성되더라도, 오일입구압력(Pi)과 오일토출압력(Po)을 이용하여 가변오일펌프(1)를 제어하기 위한 ECU(20)와 연결에 필요한 오일 씰링 부품등을 필요로 하는 솔레노이드(40)도 함께 갖춰야함으로써 비교적 복잡한 구성을 이룰 수밖에 없다.

특히, 가변오일펌프(1)와 ECU(20) 및 솔레노이드(40)사이의 회로구성을 위한 와이어 배열은 그 복잡성을 더할 수밖에 없다.

그러나, 무었보다도 상기와 같은 가변오일펌프는 설명된 2단제어선도(Ba)에 따른 가변제어를 수행하더라도 실제적인 엔진요구유압선도(B)에는 전혀 근접되지 못하는 한계가 있을 수밖에 없고, 이러한 제어 성능의 한계는 역으로 오일펌프의 소비동력을 더욱 낮출 수 있는 여지가 있고 동시에 이로 인한 연비성능도 더욱 높일 수 있는 여지가 있음을 의미하게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 엔진유압 대비 엔진요구유압이 비교된 데이터로 제어되는 압전소자로 캠링 위치가 조정됨으로써 엔진요구유압에 부응하여 토출유량을 연속적으로 가변제어할 수 있고, 엔진요구유압에 부응하는 토출유량 제어로 소비동력은 더욱 낮추고 동시에 연비성능은 더욱 높일 수 있는 연속제어타입 가변오일펌프유닛을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속제어타입 가변오일펌프유닛은 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링의 연장단에 위치되고, 엔진회전수에 따른 오일압력을 이용하여 오일토출유량을 산출하는 ECU의 제어신호를 입력받아 상기 연장단을 들어 올리거나 내려주는 압전소자를 갖춘 가변오일펌프;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 오일압력은 엔진회전수 검출시점에서 형성된 현재 오일압과 검출시점에서 요구되는 필요 오일압의 차로 산출된다.

상기 압전소자는 저속 회전수에서는 낮은 높이를 유지하고, 고속회전수로 올라갈수록 그 높이가 높아지도록 변화된다.

상기 압전소자의 높낮이 변화는 상기 ECU의 출력인 제어신호를 통해 이루어진다.

상기 ECU는 센서로부터 검출된 엔진회전수와 오일압력을 이용하고, 현재 엔진유압을 엔진요구유압에 맞춰 낮추거나 높여주는 제어신호를 생성하는 연속가변제어로직을 갖춘다.

상기 엔진요구유압은 최적유압에 일치시켜주고, 상기 ECU는 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)이다.

이러한 본 발명은 엔진유압 대비 엔진요구유압이 비교된 데이터로 제어되는 압전소자로 캠링 위치가 조정됨으로써 엔진요구유압에 부응하여 토출유량을 연속적으로 가변제어할 수 있고, 엔진요구유압에 부응하는 토출유량 제어로 소비동력은 더욱 낮추고 동시에 연비성능은 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엔진요구유압선도에 일치되는 오일펌프의 연속적인 가변제어를 이용함으로써, 다른 방식의 다단제어타입 오일펌프 대비 최대 약 3% 연비 향상 효과가 있고, 동시에 오일펌프 소음도 개선되어 상품성을 크게 향상할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연속제어타입 가변오일펌프유닛의 구성도이고, 도 2는 저속회전수(RPM)와 같이 엔진유압 대비 낮은 요구압력일 때 가변오일펌프유닛의 작동선도이며, 도 3은 고속회전수(RPM)와 같이 엔진유압 대비 높은 요구압력일 때 가변오일펌프유닛의 작동선도이고, 도 4는 종래에 따른 2단 가변오일펌프의 구성 및 작동선도이다.

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 연속제어타입 가변오일펌프유닛의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 가변오일펌프유닛은 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링(1a)을 갖춘 가변오일펌프(1)와, 캠링(1a)에서 연장된 연장단(1b)으로 힘을 가하는 압전소자 타입 가변수단(10)과, 캠링(1a)을 움직여 주기 위한 특정한 조건을 검출하는 판단인자(30)와, 판단인자(30)에서 제공된 특정한 조건 정보를 이용해 캠링(1a)의 오일유입과 토출체적이 변화되도록 가변수단(10)을 제어하는 ECU(20)로 구성된다.

상기 가변오일펌프(1)는 엔진 회전수에 부응하여 오일토출량을 끊어짐 없이 연속적으로 가변제어하는 연속제어 가변오일펌프(Continuous Control Variable Displacement Oil Pump, CCVDO)로 칭한다.

이는, 현재의 엔진유압과 엔진요구유압에 따라 압전소자로 캠링(1a)의 위치를 조정함으로써 오일펌프는 엔진요구유압선도(도4(가)참조)에 일치되도록 끊임없이 연속 가변 제어되며, 이를 위해 ECU(20)와 회로로 구성되고, ECU(20)로부터 제어신호가 입력될 때 입력된 제어신호 값에 따라 압전소자의 높이(output)가 조절됨으로써 압전소자에 접촉된 연장단(1b)을 들어 올려주게 된다.

이러한 연장단(1b)의 움직임은 캠링(1a)의 위치변화를 일으키고, 캠링(1a)의 위치변화는 오일유입과 토출체적을 변화시켜줌으로써 가변오일펌프(1)의 토출유량에 변화를 줄 수 있게 된다.

본 실시예에서 압전소자는 저속 회전수에서는 낮은 높이를 갖고 고속회전수로 올라갈수록 그 높이가 높아짐으로써, 압전소자가 낮은 높이일 때 가변오일펌프(1)의 토출량이 낮고 더불어 오일압도 낮은 상태가 된다.

상기 판단인자(30)는 가변오일펌프(1)의 토출유량에 변화주기 위한 인자로서, 본 실시예에서는 엔진회전수(a)와, 엔진회전수(a)에 따른 오일압력(b)을 인자로 적용하며, 오일압력(b)은 검출시점에서 형성된 현재 오일압과 검출시점에서 요구되는 필요 오일압의 차로 산출된다.

이를 위해 상기 판단인자(30)는 적합한 센서가 적용될 수 있다.

상기 ECU(20)는 일반적으로 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)이고, 그 제어로직에는 엔진회전수(a)와, 현재 오일압과 필요 오일압의 차인 오일압력(b)을 산출하고 비교판단하며 제어신호를 출력하기 위한 연속가변제어로직이 더 포함된다.

한편, 도 2는 저속회전수(RPM)와 같이 엔진유압 대비 낮은 요구압력일 때 가변오일펌프유닛의 작동선도를 나타낸다.

도 2(가)는 이러한 제어시 엔진 회전수에 따른 유압선도로서, 이 경우는 저속영역(Ka)에 해당됨으로써 엔진유압선도(Ep)는 엔진 요구유압선도(Er)에 비해 상당히 높게 형성됨을 알 수 있다.

그러므로, 이러한 상태에서는 엔진유압선도(Ep)를 엔진 요구유압선도(Er)에 맞춰 낮춰줄 필요가 있으며, 이러한 제어는 최적유압선도(E)에 맞춰 이루어진다.

도 2(나)는 이와 같이 제어되는 가변오일펌프(1)의 작동상태로서, ECU(20)는 판단인자(30)로부터 획득한 엔진회전수(a)와 오일압력(b)정보를 이용해 연속가변제어로직으로부터 제어값을 산출한 후, 산출된 제어값에 따른 제어신호(일례로, 전압)를 가변수단(10)으로 전송해 작동시켜줌으로써 가변오일펌프(1)의 구동상태에 변화를 주게 된다.

즉, ECU(20)의 제어신호를 받은 가변수단(10)은 압전소자를 밑으로 내려주고, 이러한 압전소자의 하향 이동으로 압전소자로 지지된 캠링(1a)도 자동적으로 밑으로 내려감으로써 캠링(1)의 편심량은 상대적으로 작게 축소되어진다.

이와 같은 캠링(1)의 편심량 축소는 가변오일펌프(1)에서 나오는 토출량을 줄이고, 적은 토출량을 제공받은 엔진유압은 압력을 낮추게 됨으로써 엔진유압선도(Ep)는 엔진 요구유압선도(Er)에 맞춰 낮아지게 된다.

그러므로, 결국 가변오일펌프(1)는 저속영역(Ka)에 적합하게 구동되고, 이를 통해 저속영역(Ka)에서도 오일펌프의 소비동력을 더욱 낮추고 동시에 연비성능은 보다 높일 수 있게 된다.

반면, 도 3은 고속회전수(RPM)와 같이 엔진유압 대비 높은 요구압력일 때 가변오일펌프유닛의 작동선도를 나타낸다.

도 3(가)는 이러한 제어시 엔진 회전수에 따른 유압선도로서, 이 경우는 고속영역(Ka)에 해당됨으로써 엔진유압선도(Ep)는 엔진 요구유압선도(Er)에 비해 상당히 낮게 형성됨을 알 수 있다.

그러므로, 이러한 상태에서는 엔진유압선도(Ep)를 엔진 요구유압선도(Er)에 맞춰 높여줄 필요가 있으며, 이러한 제어는 최적유압선도(E)에 맞춰 이루어진다.

도 3(나)는 이와 같이 제어되는 가변오일펌프(1)의 작동상태로서, ECU(20)는 판단인자(30)로부터 획득한 엔진회전수(a)와 오일압력(b)정보를 이용해 연속가변제어로직으로부터 제어값을 산출한 후, 산출된 제어값에 따른 제어신호(일례로, 전압)를 가변수단(10)으로 전송해 작동시켜줌으로써 가변오일펌프(1)의 구동상태에 변화를 주게 된다.

즉, ECU(20)의 제어신호를 받은 가변수단(10)은 압전소자를 위로 올려주고, 이러한 압전소자의 상향 이동으로 압전소자로 지지된 캠링(1a)도 자동적으로 위로 올라감으로써 캠링(1)의 편심량은 상대적으로 크게 확장되어진다.

이와 같은 캠링(1)의 편심량 확장은 가변오일펌프(1)에서 나오는 토출량을 증대하고, 보다 많은 토출량을 제공받은 엔진유압은 압력을 상승하게 됨으로써 엔진유압선도(Ep)는 엔진 요구유압선도(Er)에 맞춰 높아지게 된다.

그러므로, 결국 가변오일펌프(1)는 고속영역(Kb)에 적합하게 구동되고, 이를 통해 고속영역(Kb)에서도 오일펌프의 소비동력을 더욱 낮추고 동시에 연비성능은 보다 높일 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 가변오일펌프(1)에는 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링(1a)의 연장단(1b)에 위치되고, 엔진회전수에 따른 오일압력을 이용하여 오일토출유량을 산출하는 ECU의 제어신호를 입력받아 상기 연장단(1b)을 들어 올리거나 내려주는 압전소자가 더 구비됨으로써, 오일펌프가 엔진 유압대비 엔진 요구유압에 맞춰 최적 유압에 일치되도록 엔진의 회전영역에 대해 끊어짐 없이 연속적인 가변제어를 구현할 수 있고, 이를 통해 다른 방식의 다단제어타입 오일펌프 대비 최대 약 3% 연비가 향상된다.

1 : 가변오일펌프 1a : 캠링
1b : 연장단 10 : 가변수단
20 : ECU 30 : 판단인자

Claims (7)

1. 오일유입과 토출체적을 변화시키도록 그 위치가 변하는 캠링의 연장단에 위치되고, 엔진회전수에 따른 오일압력을 이용하여 오일토출유량을 산출하는 ECU의 제어신호를 입력받아 상기 연장단을 들어 올리거나 내려주는 압전소자를 갖춘 가변오일펌프;를 포함해 구성되고,
   상기 ECU는 센서로부터 검출된 엔진회전수와 오일압력을 이용하고, 현재 엔진유압을 엔진요구유압에 맞춰 낮추거나 높여주는 제어신호를 생성하는 연속가변제어로직을 갖추며;
   상기 연속가변제어로직은 엔진유압선도가 엔진 요구유압선도에 비해 높게 형성된 저속영역에서 상기 엔진유압선도를 상기 엔진 요구유압선도에 맞춰 낮춰주도록 상기 제어신호를 위한 제어값을 산출하고 반면 상기 엔진유압선도가 상기 엔진 요구유압선도에 비해 낮게 형성된 고속영역에서 상기 엔진유압선도를 상기 엔진 요구유압선도에 맞춰 높여주도록 상기 제어신호를 위한 제어값을 산출함으로써 엔진의 회전영역에 대해 연속적인 가변제어를 구현하는
   것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 오일압력은 엔진회전수 검출시점에서 형성된 현재 오일압과 상기 가변오일펌프의 토출 유량에 변화를 주기 위해 검출시점에서 요구되는 필요 오일압의 차로 산출되는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 압전소자는 엔진의 저속 회전수에서는 낮은 높이를 유지하고, 고속회전수로 올라갈수록 그 높이가 높아지도록 변화되는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 압전소자의 높낮이 변화는 상기 ECU의 출력인 제어신호를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진요구유압은 상기 가변오일펌프의 구동 상태에 변화를 주기 위한 최적유압에 일치시키는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 ECU는 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)인 것을 특징으로 하는 가변오일펌프유닛.

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