KR20100089135A - 자동변속기용 오일펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동변속기에 오일을 공급하기 위해 사용되는 가변 변위 베인펌프에서 제어밸브를 사용하지 않고도 베인펌프의 편심도를 조절할 수 있는 자동변속기용 오일펌프에 관한 것이다. 본 발명은 조절챔버와 스프링을 구비하여 캠링의 편심도를 조절하는 종래의 자동변속기용 오일펌프에 있어서, 오일펌프의 펌프출구에서 연장된 제1통로와; 상기 제1통로에서 연장되며, 상기 제1통로의 단면적보다 작은 단면적을 구비하며, 압력조절밸브와 연결되는 제2통로와; 상기 캠링 외주연과 하우징 내주연을 연결하며, 상기 제2통로에서 공급되는 오일의 압력에 의해 캠링을 최소 편심위치로 이동시키는 방향으로 신장되는 피스톤과; 상기 제1통로 또는 펌프출구에서 분기된 제3통로와; 상기 제2통로에서 분기된 제4통로를 구비하며; 상기 조절챔버는 제3통로에서, 상기 피스톤은 제4통로에서 오일이 공급되며, 상기 피스톤과 스프링에 의해 발생하는 힘과 상기 조절챔버에 공급되어 캠링에 작용하는 오일 압력에 의한 힘의 차이에 의해 캠링의 편심도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
자동변속기, 오일, 펌프, 캠링, 베인펌프, 피스톤(140), 단면적

Description

자동변속기용 오일펌프 {Oil Pump For Automatic Transmission}
본 발명은 자동변속기용 오일펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동변속기에 오일을 공급하기 위해 사용되는 가변 변위 베인펌프에서 제어밸브를 사용하지 않고도 베인펌프의 편심도를 조절할 수 있도록 한 자동변속기용 오일펌프에 관한 것이다.
자동차의 자동변속기에 오일을 공급하기 위한 자동변속기용 오일펌프는 일정변위 펌프와 가변변위 펌프로 나눌 수 있다.
일정변위 펌프는 펌프의 각 회전마다 고정된 체적의 오일을 출력하지만, 엔진의 회전수에 관계없이 출력을 조절하기 위해서는 감압밸브 등이 설치되어야 한다.
그러나, 가변변위 펌프는 펌프의 각 회전마다 출력되는 유체의 압력을 변화시킬 수 있어 펌프의 작동속도에 따라 신속하게 출력을 변경할 수 있게 된다.
이러한 가변변위 펌프는 주로 베인 타입의 오일펌프를 사용하게 되며, 미국 특허 제4,342,545호에 개시된 펌프를 그 예로 들 수 있다.
도 1에는 미국 특허 제4,342,545호에 개시된 펌프를 도시하였다.
도 1에 도시된 오일펌프(1)는 하우징(10)내에 피봇부재(20)을 중심으로 회동 가능하게 캠링(30)이 설치되어 있으며, 캠링(30)내부에 설치된 로터(40)에는 복수 개의 베인(50)이 로터의 반경방향으로 이동되어 캠링에 밀착될 수 있도록 설치되어 있다. 또한 상기 캠링(30)이 설치된 하우징(10)내에는 캠링(30)을 로터(40)의 중심과 편심되도록 스프링력을 작동시키기 위한 스프링(60)이 설치되어 있다.
또한 캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 사이에는 캠링(30)과 하우징(10) 내부의 공간을 구획하는 밀봉부재(70)가 구비되어 있다. 상기 밀봉부재(70)와 피봇부재(20)에 구획된 공간 중 일부는 오리피스(90)에 의해 펌프출구(80)와 연통되어 있으며 이 공간이 조절챔버(100)를 이루게 된다. 펌프 작동시 조절챔버(100)로 유입된 오일의 압력에 의해 캠링(30)은 상기 스프링(60)을 압축시키는 방향으로 회동되며, 이에 따라 로터(40)와 캠링(30)의 편심도가 줄어들어 펌프 출구로 배출되는 오일의 압력이 낮아지게 된다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래의 기술에서는 대부분 캠링의 편심도가 커지도록 하는 역할을 스프링(60)만이 담당하고 있어, 높은 출구압에 대응하기 위해 상대적으로 큰 스프링이 필요할 뿐만 아니라, 스프링의 운동에 대한 감쇄를 완화시킬 수 없어 정밀한 작동제어가 이루어지기 힘든 문제점이 있다.
또한 도 2에 도시된 대한민국 공개특허 제10-2008-94902호의 경우에는, 별도 의 제어유닛(ECU,120)에 의해 제어되는 제어밸브(130)와, 이러한 제어밸브(130)에 의해 캠링(30)을 편심시킬 수 있는 피스톤(140)을 구비하여 캠링(30)의 작동을 미세하게 제어하고 있으나, 캠링(30)이 복원되는 순간 피스톤(140)(140)의 변위와 스프링(30)의 변위가 서로 달라 충격이 발생하는 등의 응답특성과 관련한 문제점 뿐만 아니라 구조가 복잡해지며 정비성이 악화되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스프링의 크기를 줄일 수 있으며, 고가의 제어밸브와 같은 부품이 필요없으며, 그 구조가 간단하여 고장이 발생하지 않는 자동변속기용 오일펌프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 자동변속기용 오일펌프는,
펌프 하우징(10)과;
상기 하우징(10)내에 피봇부재(20)을 중심으로 최대 편심위치와 최소 편심위치 사이를 회동 가능하게 설치된 캠링(30)과;
상기 캠링(30)내부에 설치되며, 복수 개의 베인(50)이 반경방향으로 이동되어 상기 캠링(30)의 내주면에 밀착될 수 있도록 설치된 로터(40)와;
캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 사이에 설치되어 캠링(30)과 하우징(10) 내부의 공간을 구획하는 밀봉부재(70)와;
상기 밀봉부재(70)와 피봇부재(20)에 의해 구획된 공간 중 하나인 조절챔버(100)와;
상기 캠링(30)을 최대 편심위치로 가압하는 스프링(60)을;
포함하여 이루어진 자동변속기용 오일펌프에 있어서,
오일펌프의 펌프출구(80)에서 연장된 제1통로(81)와;
상기 제1통로(81)에서 연장되며, 상기 제1통로(81)의 단면적보다 작은 단면적을 구비하며, 압력조절밸브와 연결되는 제2통로(82)와;
상기 캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 내주연을 연결하며, 상기 제2통로(82)에서 공급되는 오일의 압력에 의해 캠링을 최소 편심위치로 이동시키는 방향으로 신장되는 피스톤(140)과;
상기 제1통로(81) 또는 펌프출구(80)에서 분기된 제3통로(83)와;
상기 제2통로(82)에서 분기된 제4통로(84)를 구비하며;
상기 조절챔버(100)는 제3통로(83)에서, 상기 피스톤(140)은 제4통로(84)에서 오일이 공급되며, 상기 피스톤(140)과 스프링(60)에 의해 발생하는 힘과 상기 조절챔버(100)에 공급되어 캠링(30)에 작용하는 오일 압력에 의한 힘의 차이에 의해 캠링(30)의 편심도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2통로의 단면적은 제1통로 단면적의 10% ~ 30% 범위의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 종래 기술과 같이 높은 압력에 견딜 수 있도록 탄성계수가 큰 스프링이 필요없으며, 조절챔버(100)와 피스톤(140)이 서로 대향하여 있으므로, 압력변화나 스프링 특성에 의한 맥동을 감소시킬 수 있으며, 또한 제어밸브 및 제어유닛과 같은 복잡한 구성이 필요없어 생산비용을 낮출 수 있고 고장의 원인도 제거할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 실시예의 자동변속기용 오일펌프는, 도 3에 도시된 바와 같이,
펌프 하우징(10)을 구비하고, 상기 하우징(10)내에서 캠링(30)이 피봇부재(20)을 중심으로 최대 편심위치와 최소 편심위치 사이를 회동 가능하게 설치되며, 상기 캠링(30)내부에 설치된 로터(40)의 베인(50)이 반경방향으로 이동되도록 복수개 설치되며 또한 상기 캠링(30)의 내주면에 밀착될 수 있도록 설치되어 있으며, 밀봉부재(70)가 캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 사이에 설치되어 캠링(30)과 하우징(10) 내부의 공간을 구획하며 상기 밀봉부재(70)와 피봇부재(20) 에 의해 구획된 공간 중 하나에 의해 조절챔버(100)를 이루며, 또한 스프링(60)이 상기 캠링(30)을 최대 편심위치 측으로 가압하고 있다.
상기 구성은 종래의 자동변속기용 오일펌프와 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략키로 한다.
본 실시예에서는 상기 구성에 부가적으로 다음과 같은 구성을 더 구비하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 밀봉부재(70)와 피봇부재(20)에 의해 구획된 공간 중 캠링(30)과 하우징(10) 내부의 공간 중 조절챔버(100)를 이루는 공간이 아닌 다른 공간에 피스톤(140)이 설치되게 되는데, 상기 피스톤(140)은 상기 캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 내주연을 연결하는 형태로 설치된다. 이에 따라 피스톤(140)으로 공급되는 오일의 압력에 의해 캠링을 최소 편심위치로 이동시키는 방향으로 피스톤(140)이 신장하게 된다.
도 4에는 오일펌프의 하우징에 구비된 펌프출구(80)과 펌프입구(89)로 부터형성된 통로를 개략적으로 도시하고 있다. 제1통로(81)은 오일펌프의 펌프출구(80)에서 연장되어 형성되며, 상기 제1통로(81) 중 펌프출구(80)와 반대쪽에는 제1통로(81)의 단면적보다 작은 단면적을 구비한 제2통로(82)가 연결되어 있다. 도 4에서는 제1통로(81)의 단면적은 통로를 따라 변화하는 것으로 도시되어 있는데, 본 발명에서 뜻하는 제1통로(81)의 단면적은 제1통로(81)의 임의의 위치에서의 단면적 이 되더라도 크게 상관없다.
제2통로(82)에는 압력조절밸브(도시하지 않음)가 연결되어 있으므로, 제1통로(81)의 압력이 자동변속기로 공급되어야 할 라인압 이상이 되더라도 제2통로(82)에는 자동변속기로 공급되어야 할 라인압만큼의 압력이 일정하게 유지되게 된다.
상기 조절챔버(100)은 상기 제1통로(81) 또는 펌프출구(80)에서 분기된 제3통로(83)를 통해 펌프 출구측으로 배출되는 오일을 공급받으며, 피스톤(140)은 상기 제2통로(82)에서 분기된 제4통로(84)를 통해 오일을 공급받게 된다.
상기 피스톤(140)과 스프링(60)에 의해 발생하는 힘과 조절챔버(10)에 공급되어 캠링(30)에 작용하는 오일 압력에 의해 발생하는 힘의 차이에 의해 캠링(30)의 편심도를 조절할 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 상기와 같은 구성에 따른 압력변화를 연속유체역학 시뮬레이션 툴에 의해 수치 해석한 결과를 나타내었다.
도 5는 도 4의 제1통로(81)의 지점 I 및 제2통로(82)의 지점 II의 압력차(△P)를 로터의 분당 회전수(RPM)에 따라 그래프로 표시한 것으로, 제2통로 단면적(AII)을 제1통로 단면적(AI)보다 작게 할 수록 압력차이가 크게 나타남을 알 수 있다. 이러한 압력차에 의해 발생한 힘은 결국 캠링의 편심도를 조절하는데 사용되게 되는데, 통상 자동변속기에 공급되는 오일의 라인압은 12 bar정도이며 펌프 출구의 압력은 최대 20 bar 정도임을 감안하였을 때, 본 발명의 구성에 따라 캠링을 최소 편심위치로 가압하기 위해 작용할 압력은 6 bar 미만으로 낮아지게 할 수 있으므로, 탄성계수가 종래에 비해 낮은 스프링을 사용할 수 있게 된다.
또한 단면적 비(AII/AI)가 작을수록 압력차가 크게 되며, 이에 따라 탄성계수가 높은 스프링을 사용하여야 하므로 단면적 비의 하한선은 약 0.1 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한 단면적 비가 클수록 압력차는 작아져 0.4 정도에서는 압력차가 거의 발생하지 않으므로 단면적 비의 상한선은 0.3 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 자동변속기용 오일펌프의 구조를 나타낸 도.
도 2는 또 다른 종래의 오일펌프의 구조를 나타낸 도.
도 3은 본 발명의 오일펌프의 구조를 나타낸 도.
도 4는 본 발명의 오일펌프의 구조를 나타낸 또 다른 도.
도 5는 본 발명의 오일펌프 성능에 관련된 도.

Claims (2)

  1. 펌프 하우징(10)과;
    상기 하우징(10)내에 피봇부재(20)을 중심으로 최대 편심위치와 최소 편심위치 사이를 회동 가능하게 설치된 캠링(30)과;
    상기 캠링(30)내부에 설치되며, 복수 개의 베인(50)이 반경방향으로 이동되어 상기 캠링(30)의 내주면에 밀착될 수 있도록 설치된 로터(40)와;
    캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 사이에 설치되어 캠링(30)과 하우징(10) 내부의 공간을 구획하는 밀봉부재(70)와;
    상기 밀봉부재(70)와 피봇부재(20)에 의해 구획된 공간 중 하나인 조절챔버(100)와;
    상기 캠링(30)을 최대 편심위치로 가압하는 스프링(60)을;
    포함하여 이루어진 자동변속기용 오일펌프에 있어서,
    오일펌프의 펌프출구(80)에서 연장된 제1통로(81)와;
    상기 제1통로(81)에서 연장되며, 상기 제1통로(81)의 단면적보다 작은 단면적을 구비하며, 압력조절밸브와 연결되는 제2통로(82)와;
    상기 캠링(30)의 외주연과 하우징(10) 내주연을 연결하며, 상기 제2통로(82)에서 공급되는 오일의 압력에 의해 캠링을 최소 편심위치로 이동시키는 방향으로 신장되는 피스톤(140)과;
    상기 제1통로(81) 또는 펌프출구(80)에서 분기된 제3통로(83)와;
    상기 제2통로(82)에서 분기된 제4통로(84)를 구비하며;
    상기 조절챔버(100)는 제3통로(83)에서, 상기 피스톤(140)은 제4통로(84)에서 오일이 공급되며, 상기 피스톤(140)과 스프링(60)에 의해 발생하는 힘과 상기 조절챔버(100)에 공급되어 캠링(30)에 작용하는 오일 압력에 의한 힘의 차이에 의해 캠링(30)의 편심도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동변속기용 오일펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2통로의 단면적은 제1통로 단면적의 10% ~ 30% 범위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 자동변속기용 오일펌프.
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