KR20110026086A

KR20110026086A - 가변 오일펌프

Info

Publication number: KR20110026086A
Application number: KR1020090083828A
Authority: KR
Inventors: 문승동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2011-03-15

Abstract

본 발명의 가변오일펌프는 스프링을 직렬배열시킨 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)으로 구성된 가변스프링유닛(10)을 회전축(1)을 통해 구동되는 베인(2)을 감싸 오일 출구를 형성하는 아우터링(3)을 수용한 하우징(5)의 일측으로 내장하고, 상기 1차 스프링(11)을 약 3.0 kgf/mm정도에서 작동시키며, 상기 2차 스프링(12)을 약 9.5 kgf/mm정도에서 작동시킴으로써, 상기 1차 스프링(11)이 저속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 증대하도록 토출구 체적을 확장시키고, 상기 2차 스프링(12)이 고속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 줄이도록 토출구 체적을 축소하면서 엔진 오일 압력을 확보시키므로, 고속은 물론 중저속이하에서도 연비를 개선하는 특징을 갖는다.

오일펌프, 스프링, 이중

Description

가변 오일펌프{Variable Oil Pump}

본 발명은 가변 오일펌프에 관한 것으로, 특히 서로 다른 스프링 상수를 이중으로 적용하여 중속이하의 주운전영역에서 연비 개선을 높일 수 있는 가변 오일펌프에 관한 것이다.

일반적으로 오일펌프(Oil Pump)는 차량에서 요구하는 오일을 공급하는 장치로서, 엔진 동력을 이용해 구동되므로 연비 성능에도 관계되는 장치이다.

상기와 같은 오일펌프는 통상 고정유량형 오일펌프(Fixed Oil Pump)를 적용하며, 이러한 타입은 저속에서는 낮은 오일압력을 형성하고 고속에서는 높은 오일압력을 형성한다.

하지만, 실제적으로 높은 오일압력은 고온저속영역(Hot idle)에서 요구되므로, 고정형 오일펌프는 엔진시스템에서 필요로 하는 요구압력과 펌프오일압력간 차이 발생으로 손실을 가져와 결국 연비를 악화시키는 원인으로 작용한다.

고온저속영역(Hot idle)에서 높은 오일압력이 요구되는 경향은 엔진성능향상을 위한 장치들의 적용으로 인해 더욱 촉진되고 있는 실정이므로, 고정형 오일펌프에 대한 성능개선을 필요로 한다.

고정형 오일펌프에서 고온저속영역(Hot idle)의 오일 압력을 높이려면 로터 폭을 크게해 용량을 증대시키는 방식을 적용하지만, 이러한 방식의 오일펌프 용량 증대는 동시에 마찰증가를 유발해 연비악화를 초래 즉, 용량을 30% 저감하면 연비를 1.5% 개선하는 것같이 서로 대립되는 측면이 있으므로 한계를 갖는 방식이다.

이에 반해, 가변오일펌프(Variable Oil Pump)는 엔진 회전수(RPM)에 따라 오일량을 연속적으로 변화시켜, 상기와 같은 고정형 오일펌프의 한계를 극복할 수 있다.

상기 가변오일펌프(Variable Oil Pump)는 로터 회전으로 체적변화에 따른 압력변화로 오일을 흡입해 실린더블록의 메인갤러리로 공급하면서 동시에, 엔진회전수(RPM)변화에 따른 압력변화에 연동되어 오일 토출유량을 가변시키는 방식을 이용한다.

일례로, 고속 엔진회전수(RPM)에서는 상승압력에 연동된 스프링변형으로 펌프 토출구 체적을 축소해 불필요한 오일공급을 막고, 저속으로 낮아지는 엔진 회전수(RPM)에서는 하강압력에 연동된 스프링변형으로 펌프 토출구 체적을 확장해 오일공급을 증대함으로써, 엔진회전수(RPM)의 변화에 맞추어 오일량을 연속적으로 변화시켜 연비 향상을 도모한다.

하지만, 상기와 같은 가변오일펌프는 고속주행시 연비저감을 주로 구현함으로써, 중속이하에서는 연비개선성능에 기여하지 못하는 측면이 있다.

특히, 시내 주행이 이루어지는 버스와 같이 중속이하를 주 운전영역으로 하는 경우, 가변오일펌프를 적용하더라도 가변오일펌프로 인한 연비개선효과를 달성 할 수 없는 한계를 갖는다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 한쌍의 스프링을 직렬 배열해 고속회전 작용 스프링과 저속회전 작용 스프링으로 역할 분담되도록 서로 다른 상수값을 갖춤으로써, 고속주행시 연비개선은 물론 중속이하 주행시도 연비개선이 이루어질 수 있는 가변오일펌프를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 서로 다른 상수값을 갖는 2종류 스프링을 직렬배열해 고속주행과 중저속주행시에도 연비를 개선함으로써, 내부구조변경을 요구하지 않는 가변오일펌프를 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베인(2)의 회전으로 오일토출구를 형성하는 가변오일펌프에 있어서,

엔진의 고속영역에서 증가되는 내부의 오일토출압력에 맞추어 상기 베인(2)의 단위회전당 펌핑체적을 중저속영역에 비해 축소시키도록, 상기 베인(2)을 내장한 아우터링(3)쪽에 가하는 하중을 상기 오일토출압력 크기에 맞추어 가변시키는 스프링상수값을 갖고 직렬배열된 적어도 1개 이상의 스프링으로 구성한 가변스프링유닛(10)을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 가변스프링유닛(10)은 회전축(1)을 통해 회전되는 베인(2)을 내장한 아우터링(3)을 수용한 하우징(5)의 수용챔버(5a)에 삽입되어, 상기 수용챔버(5a)쪽으로 위치되도록 상기 아우터링(3)에서 연장된 하중입력단(4)에 하중을 가하는 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)으로 구성되며, 상기 1·2차 스프링(11,12)은 서로를 분리시키는 분리체(13)를 매개로 구획된다.

상기 1차 스프링(11)은 상기 수용챔버(5a)쪽으로 위치된 하중입력단(4)과 분리체(13)사이에 탄발지지되며, 상기 2차 스프링(12)은 상기 분리체(13)와 상기 수용챔버(5a)사이에 탄발지지된다.

상기 2차 스프링(12)이 갖는 스프링상수값은 상기 1차 스프링(11)에 비해 큰값이며, 상기 1차 스프링(11)이 갖는 스프링상수값을 기준으로 상기 2차 스프링(12)은 약 3.0 ~3.2배의 스프링상수값을 갖는다.

이러한 본 발명에 의하면, 고속회전과 저속회전으로 역할 분담하도록 서로 다른 상수값을 갖는 2종류 스프링을 이용하여 고속주행시 연비개선은 물론, 중속이하를 주운전영역으로 주행하는 버스에서도 연비를 개선할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 서로 다른 상수값을 갖는 2종류 스프링을 이용하므로, 성능향상을 위해 가변오일펌프의 내부구조를 변경하지 않아도 되는 효과도 갖는다.

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 발명에 따른 가변오일펌프의 단면구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 가변오일펌프는 서로 다른 스프링강성을 갖는 2개의 스프링을 직렬배열함으로써, 상기 한쌍의 스프링이 고속회전 작용 스프링과 저속회전 작용 스프링으로 역할 분담하므로 고속주행과 중속이하 주행시도 연비를 개선할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 가변오일펌프는 동력을 전달하는 회전축(1)을 통해 구동되는 베인(2)과, 상기 베인(2)을 감싼 아우터링(3)과, 상기 아우터링(3)을 수용하고, 일측으로 상기 아우터링(3)에서 연장된 하중입력단(4)을 위치시키는 수용챔버(5a)를 형성한 하우징(5)과, 상기 수용챔버(5a)에 삽입되어 상기 아우터링(3)의 열림에 반하는 하중을 상기 하중입력단(4)쪽에 가하는 스프링을 구비한다.

상기와 같은 오일펌프 구조는 가변오일펌프에 적용되는 일반적인 구조이다.

본 실시예에서는 상기 스프링은 고속과 중속이하 엔진 회전영역에 따른 오일펌프내 압력변화에 맞춘 가변적인 하중을 발생시키는 스프링을 적용하고, 상기 스프링은 직렬배열된 2개의 스프링을 한쌍으로 한 가변스프링유닛(10)으로 구성한다.

상기 가변스프링유닛(10)은 서로 다른 스프링상수 값을 갖는 1차 스프링(11)과 2차 스프링(12)으로 구성하며, 상기 1·2차 스프링(11,12)사이에는 서로를 분리 시키는 분리체(13)를 개재시킨다.

상기와 같은 1차 스프링(11)은 하우징(5)의 수용챔버(5a)쪽으로 위치된 하중입력단(4)과 분리체(13)사이에 탄발지지되며, 상기 2차 스프링(12)은 상기 분리체(13)와 상기 수용챔버(5a)사이에 탄발지지됨으로써, 상기 1·2차 스프링(11,12)의 하중이 아우터링(3)쪽에 전달되도록 한다.

본 실시예에서는 상기 1차 스프링(11)이 갖는 스프링상수값을 기준으로 상기 2차 스프링(12)은 약 3.0 ~3.2배의 스프링상수값을 갖는다.

일례로, 상기 1차 스프링(11)은 엔진의 저속회전수(RPM)에서 작용하도록 약 3.0 kgf/mm정도일때, 상기 2차 스프링(12)은 엔진의 고속회전수(RPM)에서 작용하도록 약 9.5 kgf/mm정도로 형성한다.

이와 같이 본 실시예에 따른 가변오일펌프는 스프링을 직렬배열시킨 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)으로 구성된 가변스프링유닛(10)을 회전축(1)을 통해 구동되는 베인(2)을 감싸 오일 출구를 형성하는 아우터링(3)을 수용한 하우징(5)의 일측으로 내장하고, 약 3.0 kgf/mm정도에서 상기 1차 스프링(11)이 작동되고, 약 9.5 kgf/mm정도에서 상기 2차 스프링(12)이 작동되도록 한다.

도 2(가),(나)는 본 실시예에 따른 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)을 갖춘 가변오일펌프의 작동을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 회전축(1)을 통한 베인(2)의 회전으로 오일이 유입되면, 상기 베인(2)과 아우터링(3)사이의 공간을 통해 외부로 배출된다.

상기와 같이 오일을 펌핑하는 가변오일펌프는 유입된 오일을 배출시키면서 펌핑의 진행으로 내부 압력도 증가되지만, 단위회전당 펌핑체적A이 하우징(5)의 일측에 형성된 수용챔버(5a)에 내장된 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)의 작용으로 가변됨으로써, 저속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 증대하는 반면, 고속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 줄이면서 엔진의 오일압력을 확보한다.

도 2(가)는 엔진의 중저속영역에서 본실시예에 따른 가변오일펌프의 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 펌핑이 이루어지면 유입된 오일은 단위회전당 펌핑체적A을 통해 외부 배출을 형성하며, 상기 단위회전당 펌핑체적A는 최대로 형성되므로 오일 공급량도 최대로 이루어진다.

하지만, 상기와 같은 단위회전당 펌핑체적A을 통한 오일 토출은 1차 스프링(11)을 극복하는 오일펌프 압력 상승시까지 이루어진다.

즉, 오일펌프의 내부압력이 상승하더라도 베인(2)을 감싼 아우터링(3)이 1차 스프링(11)의 가압력F1으로 구속된 상태를 유지한다.

이어, 펌핑 진행으로 내부압력인 토출압력F가 약 3.0 kgf/mm를 넘어서는 시점에서 1차 스프링(11)의 가압력F1을 이겨내고 회전됨으로써, 상기 단위회전당 펌핑체적A을 최대로 축소된 단위회전당 펌핑체적A'로 변화시켜 오일 토출량을 줄이게 된다.

여기서, 상기 단위회전당 펌핑체적A'는 엔진의 고속영역에서 형성되는 오일 토출구 체적을 의미한다.

이러한 상태는 1차 스프링(11)의 작동점을 시작으로 가변압력을 낮추는 하강곡선으로 표현된 도 3에 나타난다.

도시된 바와 같이, 상기 1차 스프링(11)은 자신의 스프링상수값인 3.0 kgf/mm에서 작동되어 2차 스프링(12)이 작동되는 시점까지 가변압력을 낮추어줌으로써, 저속 및 중속에서는 최대 크기로 단위회전당 펌핑체적A을 형성해 오일공급량을 증대하게 된다.

본 실시예에 따른 오일펌프는 상기와 같은 1차 스프링(11)의 작동점을 넘어 2차 스프링(12)의 작동점에 다다르면, 상기 2차 스프링(12)의 작용으로 오일 토출량을 줄이면서 동시에 충분한 엔진 오일압력을 확보하는데, 이러한 상태는 엔진의 고속영역에서 구현된다.

도 2(나)는 중저속영역에서 고속영역으로 전환될 때, 본 실시예에 따른 가변오일펌프의 작동을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고속영역에서 구동됨으로써 오일펌프의 내부압력이 3.0 kgf/mm를 넘어서 더욱 상승되고, 이러한 상승은 2차 스프링(12)의 작동점인 약 9.5 kgf/mm까지 이루어진 후, 약 9.0 kgf/mm이 넘어서는 시점부터는 상기 2차 스프링(12)의 영향을 받는다.

이러한 상태는 2차 스프링(12)의 작동점을 시작으로 가변압력을 낮추는 하강곡선을 상승곡선으로 올려주는 선도를 나타낸 도 3에 표현된다.

도시된 바와 같이, 상기 2차 스프링(12)은 자신의 스프링 상수값인 9.5 kgf/mm를 넘어선 시점부터 아우터링(3)에 가압력F2를 작용시킴으로써, 단위회전당 펌핑체적이 A에서 A'로 축소된 상태를 유지해 오일 토출량을 줄이면서 동시에 충분히 높은 오일압력을 엔진으로 공급하게 된다.

가변오일펌프가 본 실시예와 같이 서로 다른 스프링상수값을 갖고 중저속과 고속 회전영역에서 각각 작동되는 한쌍의 1·2차 스프링(11,12)을 갖춤으로써, 저속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 증대하도록 상기 1차 스프링(11)이 작용하고, 고속 엔진회전수(RPM)에서 오일공급을 줄이고 엔진 오일압력을 확보하도록 상기 2차 스프링(12)이 작동되므로, 상기 1·2차 스프링(11,12)의 작동을 이용해 고속은 물론 중저속이하에서도 연비를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변오일펌프의 단면구성도

도 2는 본 발명에 따른 2단 스프링을 적용한 가변오일펌프의 작동도

도 3은 본 발명에 따른 가변오일펌프의 2단 스프링을 이용한 작동선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 회전축 2 : 베인

3 : 아우터링 4 : 하중입력단

5 : 하우징 5a : 수용챔버

10 : 가변스프링유닛 11,12 : 1·2차 스프링

13 : 분리체

F : 토출압력 F1 : 1단스프링압력

F2 : 2단스프링압력

Claims

베인의 회전으로 오일토출구를 형성하는 가변오일펌프에 있어서,

엔진의 고속영역에서 증가되는 내부의 오일토출압력에 맞추어 상기 베인의 단위회전당 펌핑체적을 중저속영역에 비해 축소시키도록, 상기 베인을 내장한 아우터링쪽에 가하는 하중을 상기 오일토출압력 크기에 맞추어 가변시키는 스프링상수값을 갖고 직렬배열된 적어도 1개 이상의 스프링으로 구성한 가변스프링유닛을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.
청구항 1에 있어서, 상기 가변스프링유닛은 회전축을 통해 회전되는 베인을 내장한 아우터링을 수용한 하우징의 수용챔버에 삽입되어, 상기 수용챔버쪽으로 위치되도록 상기 아우터링에서 연장된 하중입력단에 하중을 가하는 한쌍의 1·2차 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.
청구항 2에 있어서, 상기 1·2차 스프링은 서로를 분리시키는 분리체를 매개로 구획된 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.
청구항 3에 있어서, 상기 1차 스프링은 상기 수용챔버쪽으로 위치된 하중입력단과 분리체사이에 탄발지지되며, 상기 2차 스프링은 상기 분리체와 상기 수용챔버사이에 탄발지지되는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.
청구항 4에 있어서, 상기 2차 스프링이 갖는 스프링상수값은 상기 1차 스프링에 비해 큰값인 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.
청구항 5에 있어서, 상기 1차 스프링이 갖는 스프링상수값을 기준으로 상기 2차 스프링은 약 3.0 ~3.2배의 스프링상수값을 갖는 것을 특징으로 하는 가변오일펌프.