KR20100090852A - 가변 용량형 오일 펌프 - Google Patents

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KR20100090852A
KR20100090852A KR1020090010050A KR20090010050A KR20100090852A KR 20100090852 A KR20100090852 A KR 20100090852A KR 1020090010050 A KR1020090010050 A KR 1020090010050A KR 20090010050 A KR20090010050 A KR 20090010050A KR 20100090852 A KR20100090852 A KR 20100090852A
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relief line
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신홍철
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 압축된 오일이 일시 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버를 구비하여 엔진의 회전수 변화에 따라 서브 챔버 및 메인 챔버로부터 토출되는 오일의 양을 조절하는 가변 용량형 오일 펌프에 관한 것으로서, 오일 펌프의 구동부에 의해 펌핑된 오일이 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버와; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버를 서로 연통시키는 연결유로와; 상기 연결유로로부터 분기되는 제1릴리프 라인과; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버로부터 공급되는 오일이 합해져서 메인 갤러리로 배출되는 통로인 토출라인과; 상기 토출라인으로부터 분기되는 제2릴리프 라인과; 상기 토출라인과 제2릴리프 라인에 개재되어, 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인을 순차적으로 개방시키는 개폐수단;을 포함하여, 엔진의 회전수의 변화에 따라 상기 서브 챔버 및 메인 챔버로부터 공급되는 오일의 양이 가변적으로 제어됨으로써 메인 갤러리로 공급되는 오일의 양을 안정적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 구동력이 손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
오일펌프, 가변, 릴리프 밸브, 바이패스

Description

가변 용량형 오일 펌프{variable capacitance type oil pump}
본 발명은 가변 용량형 오일 펌프에 관한 것으로서, 구체적으로는 압축된 오일이 일시 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버를 구비하여 엔진의 회전수 변화에 따라 서브 챔버 및 메인 챔버로부터 토출되는 오일의 양을 조절하는 가변 용량형 오일 펌프에 관한 것이다.
엔진에는 실린더와 피스톤처럼 접동하는 부분이나 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트와 같이 회전운동을 하는 부분이 있으며, 이러한 운동 마찰부분은 금속끼리 직접 접촉하므로 마찰열이 발생되고 마모되는 등의 고장이 발생하여 엔진의 운전에 커다란 지장을 초래한다.
따라서 마찰 저항을 줄여 마모를 방지하고 마찰열의 발생을 억제하기 위해 금속의 마찰면에 오일을 주입한다. 이때 엔진의 각부에 오일이 공급되도록 하기 위한 장치가 오일펌프이다.
상기한 오일펌프는 오일팬에 저장되어 있는 오일을 빨아 올려 엔진의 각 운 동부분으로 압송하는 펌프이며, 오일팬 안에 설치되거나 실린더 블럭의 일측면에 장착된다.
도 1은 일반적인 내접기어 오일 펌프를 도시한 도면으로서, 프론트 케이스 내측의 펌프실(11)에 아우터 로터(12)가 수용되고, 상기 아우터 로터(12)의 내측으로 이너 로터(13)가 상기 아우터 로터(12)와는 편심되도록 수용된다. 그리고 상기 이너 로터(13)의 중심축은 크랭크 샤프트 등의 구동축과 체인 또는 벨트로써 연결되어 구동되어진다. 따라서 크랭크 샤프트 등의 회전력을 전달받은 이너 로터(13)가 회전되고, 상기 이너 로터(13)가 아우터 로터(12)의 내측에서 회전되면서 상기 이너 로터(12)의 이와 아우터 로터(13)의 이가 맞물려 오일 팬으로부터 입력되는 오일을 펌핑하게 된다. 상기한 오일 펌프(10)에서 펌핑된 오일이 엔진의 각부로 공급되는 과정에서 필요이상으로 공급된 오일을 오일 팬으로 드레인 시키도록 하기 위한 오일 릴리프밸브가 형성된다.
이와 같이 이너 로터와 아우터 로터의 회전에 의해서 펌핑된 오일은 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 마련된 오일 갤러리를 따라 엔진의 각부로 공급되어 마찰부 및 작동부를 윤활 및 냉각하게 된다. 엔진의 각부로 공급되었던 오일은 오일 리턴 라인을 따라서 실린더 블럭 하부에 취부된 오일 팬으로 귀환된다.
한편, 상기와 같은 오일 펌프는 엔진에 의해 구동되는 크랭크 샤프트 등에 직접 연결되어 구동됨으로써 엔진 회전수의 증가에 비례하여 오일 펌프의 작동속도가 증가되어 펌핑되는 오일량이 증가하게 된다.
그런데 엔진에서 필요로 하는 오일량은 엔진회전수에 비례하여 증가하지 않 지만, 오일 펌프에 의해 공급되는 오일량은 엔진회전수에 비례하여 증가하므로, 엔진회전수가 일정 수준 이상이 되면 오일 펌프에 의해 공급되는 오일이 엔진에서 필요로 하는 오일량을 초과하므로, 상기 초과량은 릴리프밸브에 의해 오일팬으로 리턴되게 된다. 위와 같은 문제점은 특히 중속도의 엔진회전영역대인 2000~3000rpm 영역에서 많이 발생된다.
상기와 같이 종래의 오일 펌프에 의할 경우, 오일 펌프에 의해서 공급되는 오일의 상당량이 릴리프밸브를 통해서 오일 팬으로 귀환됨으로써 엔진의 구동력이 낭비되고, 이로 인해 연비가 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엔진의 회전수의 변화에 따라서 펌핑되어 공급되는 오일의 양이 가변적으로 제어되는 가변 용량형 오일 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 가변 용량형 오일 펌프는, 오일 펌프의 구동부에 의해 펌핑된 오일이 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버와; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버를 서로 연통시키는 연결유로와; 상기 연결유로로부터 분기되는 제1릴리프 라인과; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버로부터 공급되는 오일이 합해져서 메인 갤러리로 배출되는 통로인 토출라인과; 상기 토출라인으로부터 분기되는 제2릴리프 라인과; 상기 토출라인과 제2릴리프 라인에 개재되어, 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인을 순차적으로 개방시키는 개폐수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 가변 용량형 오일 펌프에 의하면, 펌핑된 오일이 일시적으로 머무르는 서브 챔버 및 메인 챔버가 구비되고, 엔진의 회전수의 변화에 따라 상기 서브 챔버 및 메인 챔버로부터 공급되는 오일의 양이 가변적으로 제어됨으로써 메 인 갤러리로 공급되는 오일의 양을 안정적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 구동력이 손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 오일 펌프의 구동부에 의해 펌핑된 오일이 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버를 서로 연통시키는 연결유로; 상기 연결유로로부터 분기되는 제1릴리프 라인; 상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버로부터 공급되는 오일이 합해져서 메인 갤러리로 배출되는 통로인 토출라인; 상기 토출라인으로부터 분기되는 제2릴리프 라인; 및 상기 토출라인과 제2릴리프 라인에 개재되어, 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인을 순차적으로 개방시키는 개폐수단;을 제공한다.
이때 상기 제2릴리프 라인의 개방 시, 상기 개폐수단에 의해 상기 연결유로가 폐쇄되는 것이 바람직하다.
나아가 상기 개폐수단은, 상기 토출라인 내의 오일의 압력에 의해 가압되는 구조의 스프링이 일측에 구비되며, 상기 토출라인 내의 오일의 압력이 해제되는 경우 상기 스프링의 탄성력에 의해 상기 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인을 폐쇄하고, 상기 연결유로를 개방시키는 구조로 형성되는 릴리프밸브인 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더 라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프를 구성하는 구성요소를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 저속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 중속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 고속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프는, 오일 펌프의 구동장치에 의해 펌핑되는 오일이 저장되는 서브 챔버(20) 및 메인 챔버(30), 상기 서브 챔버(20)와 메인 챔버(30)를 서로 연결시켜주는 통로인 연결유로(22), 상기 서브 챔버(20)와 메인 챔버(30)로부터 공급되는 오일이 합해져서 메인 갤러리(70)로 공급되는 통로가 되는 토출라인(32), 서브 챔버(20)로부터 분기되어 서브 챔버(20) 내의 오일이 바이패스되는 통로가 되는 제1릴리프 라인(62), 상기 토출라인(32)으로부터 분기되어 토출라인(32) 내의 오일의 일부가 바이패스되는 통로가 되는 제2릴리프 라인(64), 상기 제1릴리프 라인(62), 제2릴리프 라인(64) 및 연결유로(22)를 단속하는 개폐수단으로 구성된다.
본 발명에 사용되는 오일 펌프의 펌핑수단은 종래의 내접기어나 베인을 이용 하거나, 기타 다른 방식의 펌핑수단을 사용할 수 있다. 상기 펌핑수단에 의해 오일팬으로부터 펌핑된 오일 중 일부는 서브 챔버(20)로 유입되고, 나머지는 메인 챔버(30)로 유입된다. 상기 서브 챔버(20) 및 메인 챔버(30)는 펌핑수단에 의해 펌핑된 오일을 일시적으로 저장하는 장소로서, 상기 연결유로(22)에 의해 연통됨으로써 서브 챔버(20) 내의 오일은 메인 챔버(30)로 이동할 수 있다.
상기 서브 챔버(20)로부터 배출된 오일은 상기 연결유로(22)를 통해 이동하여 메인 챔버(30)로부터 배출된 오일과 합류된다. 상기와 같이 합해진 오일은 토출라인(32)을 통해 메인 갤러리(70)로 공급된다.
상기 서브 챔버(20)와 메인 챔버(30)가 연통되는 통로인 상기 연결유로(22)의 일측에는 제1릴리프 라인(62)이 분기되는데, 후술할 개폐수단의 작동에 의해 제1릴리프 라인(62)이 개방되면 서브 챔버(20) 내의 오일의 일부 또는 전부가 상기 제1릴리프 라인(62)을 통해 바이패스되어 오일팬으로 리턴된다.
또한 상기 토출라인(32)의 일측으로는 제2릴리프 라인(64)이 형성되어, 개폐수단의 작동에 의해 제2릴리프 라인(64)이 개방되면 토출라인(32)을 흐르는 오일의 일부가 상기 제2릴리프 라인(64)을 통해 바이패스되어 오일팬으로 리턴된다.
상기 제1릴리프 라인(62), 제2릴리프 라인(64) 및 연결유로(22)를 개방 및 폐쇄시키는 개폐수단이 상기 연결유로(22), 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)의 일측에 걸쳐서 형성되는데, 본 실시예의 경우 상기 개폐수단은 일측에 스프링(52)이 구비되는 릴리프밸브(50)로 구성된다. 한편 상기 개폐수단은 본 실시예에 도시된 구조에 한정되지 아니하고, 전기적으로 작동되는 솔레노이드 밸브로 구 성되는 등 여러 가지 구조로 변경될 수 있다.
상기 릴리프밸브(50)는 일측에 부착된 스프링(52)의 탄성력에 의해 일측으로 가압됨으로써 평소에는 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)은 폐쇄된 상태를 유지시키고, 연결유로(22)는 개방된 상태를 유지시킨다. 그러나 토출라인(32) 내의 오일의 압력(80)이 증가하여 스프링(52)의 탄성력보다 더 크게 형성되면, 상기 오일의 압력(80)에 의해 릴리프밸브(50)가 가압되어 스프링(52)에 의해 가압되는 방향의 반대 방향으로 슬라이딩된다. 릴리프밸브(50)에 가해지는 토출라인(32) 내의 오일의 압력(80)이 상승함에 따라 릴리프밸브(50)가 슬라이딩되며 막혀있는 상태에 있던 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)을 순차적으로 개방시킨다.
릴리프밸브(50)에 의해 제1릴리프 라인(62)만 개방되면 서브 챔버(20)로부터 배출되는 오일의 일부가 제1릴리프 라인(62)을 통해 배출되며 나머지는 연결유로(22)를 통해 토출라인(32)으로 흐르게 된다.
엔진의 회전수가 높아짐에 따라 토출라인(32) 내의 오일의 압력(80)이 더 높아져서 릴리프밸브(50)에 의해 제1릴리프 라인(62)과 제2릴리프 라인(64)이 모두 개방되면 동시에 연결유로(22)도 릴리프밸브(50)에 의해 폐쇄된다. 따라서 서브 챔버(20)로부터 배출되는 오일은 전량 제1릴리프 라인(62)을 통해 바이패스되어 오일팬으로 리턴되며, 토출라인(32)에는 메인 챔버(30)로부터 배출되는 오일만이 유입되게 된다. 또한 토출라인(32) 내의 오일 중 일부는 개방된 제2릴리프 라인(64)을 통해 바이패스되며, 나머지가 메인 갤러리(70)로 공급된다.
이하, 전술한 구성요소를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 작동상태를 설명한다.
엔진이 구동되어 2000rpm 미만의 초기의 저속 엔진회전수 영역에서는, 크랭크 샤프트 등으로부터 동력을 전달받은 오일 펌프의 구동축이 회전하여 오일 펌프가 작동되어 오일을 펌핑하게 된다. 이렇게 펌핑된 오일의 일부는 서브 챔버로 유입되고, 나머지는 메인 챔버로 유입된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저속 엔진회전수 영역에서는 오일 펌프에 의해 펌핑되는 오일의 양도 많지 않고, 엔진의 회전수 증가에 따른 오일의 필요량이 증가하므로, 서브 챔버(20)와 메인 챔버(30)로부터 공급되어 서로 합해진 오일은 전량 토출 포트(32)를 통해 메인 갤러리(70)로 공급된다. 또한 토출라인(32) 내의 오일의 압력이 릴리프밸브(50)를 가압하는 스프링(52)의 탄성력보다 크지 않으므로 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)은 릴리프밸브(50)에 의해 폐쇄된 상태로 유지된다.
저속의 엔진회전수 영역보다 엔진의 회전속도가 빨라지게 되어 엔진회전수가 2000~3000rpm인 중속의 엔진회전수 영역에 진입하면 오일 펌프의 구동속도도 빨라짐에 따라 오일 펌프에 의해 펌핑되는 오일의 양도 많아지게 되어, 엔진에서 필요로 하는 오일량보다 오일 펌프로부터 펌핑되는 오일량이 많아지게 된다.
따라서 토출 포트(32)내의 오일의 압력(80)이 높아져서 릴리프밸브(50)에 가해지는 오일의 압력(80)이 상승함에 따라 릴리프밸브(50)가 일측으로 밀려나면서 제1릴리프 라인(62)을 개방시킨다.
제1릴리프 라인(62)이 개방되어 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 챔버(20)로부터 공급되는 오일의 일부가 상기 제1릴리프 라인(62)을 통해 오일 팬으로 바이패스되며, 나머지는 연결유로(22)를 통해 토출라인(32)으로 이동한다.
따라서 중속의 엔진회전수 영역에서는 메인 갤러리(70)로 공급되는 유량은 상승되지 않고 일정하게 유지된다.
중속의 엔진회전수 영역보다 엔진의 회전속도가 더욱 빨라지게 되어 엔진회전수가 3000rpm을 초과하는 고속의 엔진 회전 영역에 진입하면 오일 펌프의 구동속도도 더욱 빨라지게 되고, 엔진에서 필요로 하는 오일량보다 오일 펌프로부터 펌핑되는 오일량이 훨씬 많아지게 된다.
따라서 토출라인(32) 내의 오일의 압력(80)이 상승하여 릴리프밸브(50)에 가해지는 오일의 압력(80)이 최고로 커짐에 따라, 릴리프밸브(50)가 일측으로 최대한 밀려나면서 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)을 개방시킴과 동시에 연결유로(22)를 막는다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 서브 챔버(20) 내의 오일은 전량 제1릴리프 라인(62)을 통해 바이패스되어 오일 팬으로 리턴된다. 동시에 메인 챔버(30)로부터 공급되어 토출라인(32)을 흐르는 오일의 일부는 제2릴리프 라인(64)을 통해 바이패스되어 오일팬으로 리턴되고, 나머지 오일은 메인 갤러리(70)로 공급된다.
상기와 같이 엔진이 고속으로 회전할 때 오일의 일부가 제1릴리프 라인(62) 및 제2릴리프 라인(64)을 통해 오일 팬으로 직접 리턴되므로 메인 갤러리(70)로 공급되는 오일의 양을 안정적으로 제어할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 오일 펌프를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 저속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 중속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 용량형 오일 펌프의 고속의 엔진 회전 영역에서의 작동상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 서브 챔버 22 : 연결유로
30 : 메인 챔버 32 : 토출라인
50 : 릴리프밸브 52 : 스프링
62 : 제1릴리프 라인 64 : 제2릴리프 라인
70 : 메인 갤러리

Claims (6)

  1. 오일 펌프의 구동부에 의해 펌핑된 오일이 저장되는 서브 챔버 및 메인 챔버;
    상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버를 서로 연통시키는 연결유로;
    상기 연결유로로부터 분기되는 제1릴리프 라인;
    상기 서브 챔버와 상기 메인 챔버로부터 공급되는 오일이 합해져서 메인 갤러리로 배출되는 통로인 토출라인;
    상기 토출라인으로부터 분기되는 제2릴리프 라인; 및
    엔진회전수에 따라 변하는 상기 토출라인 내의 오일 압력의 작용에 의해 상기 제1릴리프 라인 및 상기 제2릴리프 라인을 순차적으로 개방시키는 릴리프밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 릴리프밸브는,
    상기 토출라인 내의 오일의 압력에 의해 가압되는 구조의 스프링이 일측에 구비되며, 상기 토출라인 내의 오일의 압력이 해제되는 경우 상기 스프링의 탄성력에 의해 상기 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인을 폐쇄하고, 상기 연결유로를 개방시키는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    저속의 엔진회전수 영역에서는,
    상기 릴리프밸브에 의해 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인이 모두 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    중속의 엔진회전수 영역에서는,
    상기 릴리프밸브에 의해 제1릴리프 라인이 개방되고 제2릴리프 라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    고속의 엔진회전수 영역에서는,
    상기 릴리프밸브에 의해 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인이 모두 개방되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1릴리프 라인 및 제2릴리프 라인의 개방 시,
    상기 릴리프밸브에 의해 상기 연결유로가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 오일 펌프.
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