KR20110051504A

KR20110051504A - 오일펌프 유량 조절을 이용한 ａｔｆ 유온 제어 시스템

Info

Publication number: KR20110051504A
Application number: KR1020090108118A
Authority: KR
Inventors: 조완제
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-18

Abstract

본 발명은 ATF 유온 제어 시스템에 관한 것으로서, 히터에서 방출되는 냉각수의 온도와 오일펌프에서 방출되는 ATF의 온도를 비교하여, 자동 변속기 오일(Automatic transmission fluid ; ATF)의 온도에 따라 ATF 열교환기로 유입되는 오일의 유량을 자동 변속기 오일펌프에 의하여 조절할 수 있는 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템에 관한 것이다.

ATF, 유온, 오일펌프, 바이패스

Description

오일펌프 유량 조절을 이용한 ＡＴＦ 유온 제어 시스템{ATF oil temperature control system using flow adjustment of oil pump}

본 발명은 ATF 유온 제어 시스템에 관한 것으로서, 자동 변속기 오일(Automatic transmission fluid ; ATF)의 온도에 따라 ATF 열교환기로 유입되는 오일의 유량을 자동 변속기 오일펌프에 의하여 조절할 수 있는 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동 변속 차량에 있어 자동 변속장치는 수동 변속장치에서 필요한 클러치와 변속기의 조작을 자동적으로 행하는 장치이며, 보통 클러치의 역할을 하는 토크 컨버터, 변속을 위한 유성 기어와 변속 시점을 제어하기 위한 제어 유니트로 이루어져 동작이 이루어진다.

이중 토크 컨버터는 유체를 사용하여 동력을 전달하는 장치이며, 토크를 증폭하는 기능을 수행한다. 즉, 도우넛 모양의 케이스 내에 마주보는 임펠러를 1조로 하여 오일을 채워 엔진의 구동에 따라 회전하는 펌프 임펠러, 터빈러너, 임펠러와 터빈러너 사이에 스테이터를 놓고 오일 흐름을 제어하여 펌프 임펠러의 유압을 높이도록 되어 있다.

이와 같은 자동 변속장치에서 엔진의 동력을 구동축으로 전달하기 위해 사용되는 유체를 자동 변속기 오일(Automatic Transmission Fluid)이라 하며, 토크 컨버터의 작동 유체로서 동력을 전달하고, 기어나 베어링의 각 부분의 윤활작용을 하며, 클러치나 밴드 브레이크 등의 작동유와 윤활유 및 변속시의 충격을 저감하는 역할을 하는 한편 제어 밸브 바디의 작동유로서 사용되고 있다.

이러한 ATF 자체에 적절한 마찰계수를 갖고 있는 마찰제가 첨가되어 클러치 단속시 클러치판의 내구성을 향상시켜 주며, 그에 따라 토크 전달시 발열작용이 일어나서 ATF의 온도가 점차 상승하게 된다. 또한, 자동 변속기 차량에는 펌프로부터 힘을 받은 ATF가 작동부로 이동하기까지는 유로에서의 유체 마찰에 의한 발열, 각 작동부에서의 기계 마찰에 의한 전열로 인하여 ATF의 온도가 상승하게 된다.

그러나 ATF의 온도가 고온으로 상승한 상태로 주행하게 되면 ATF의 점도가 불량해질 뿐만 아니라 마찰열이 증가하게 되어 슬립현상이 발생되거나 클러치 관계에 상당한 손상을 주게 되며, 오일의 산화 촉진 및 점도 저하로 윤활 및 작동유로서의 기능이 저하되는 등 자동변속기의 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 모든 자동 변속차량에는 ATF를 냉각시키기 위한 별도의 냉각장치인 수냉식 쿨러나 공냉식 쿨러가 장착되어 있다. 이 중에서 주로 수냉식 방식을 많이 사용하는데, 상기 수냉식 방법은 오일 펌프에서 토크 컨버터내로 전달되는 과정에서 유체의 마찰에 의한 발열, 각 작동부에 기계 마찰에 의한 전열로 온도가 상승된 ATF는 라디에이터 내에 설치한 ATF 쿨러의 냉각 파이프라인을 통과하면서 냉각되는 과정을 거치게 된다.

대표적인 것으로, 도 1a 및 도 1b 에 도시된 것과 같은 일본등록특허 제 4196802 호가 개시되어 있다. 상기 발명은, 엔진(10)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(21),열교환기(110), 유량 조정 수단(120), 온도 검출 수단(130), 제어 수단(140)을 포함하여 이루어져서, 자동 변속기 오일의 온도에 따라 가열(warming) 또는 냉각(cooling)하게 된다.

즉, 냉각수 유량 조정 수단(120)과 바이패스 회로(30,40)를 통하여 냉각수의 흐름과 유량을 제어하게 되는데, 자동 변속기 오일의 온도가 낮을 때에는 히터 코어(31)와 엔진(10)을 흐르는 뜨거운 냉각수를 ATF 열교환기(110)에 유입되도록 하여 오일의 온도를 상승시키고, 자동 변속기 오일의 온도가 높을 때에는 라디에이터(21)를 통과한 차가운 냉각수를 ATF 열교환기(110)에 유입되도록 하여 오일의 온도를 하강시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술은 냉각수 회로를 구성하기 위하여 많은 수의 부품이 필요하다. 즉, 상기 기술에 사용되는 다양한 회로를 구성하기 위하여 유량 조정 수단(120) 및 역지 밸브(32) 등 냉각수 회로의 기능을 유지하기 위하여 필요한 부품이 많기 때문에 원가가 증가한다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 유량 조정 수단(120)에 연결된 바이패스 유로(23) 및 냉각수 회로(100), 그리고 ATF 열교환기(110)를 구성하는 각종 회로들이 복잡하게 연결되어 있기 때문에 차량의 엔진룸이 복잡하게 되어, 기타 다른 부품들의 배치가 어렵 고 연결 및 조립과정이 복잡하게 된다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은,

자동 변속기 오일의 온도를 제어하기 위하여 별도의 복잡한 냉각장치들의 구성이 없이 종래 사용되던 장치들만을 사용하여 보다 간단하고 빠른 온도 제어를 제공하기 위함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)은,

엔진으로부터 연결되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터, 엔진으로부터 연결되어 냉각수를 가열하는 히터, 상기 히터로부터 이송되는 냉각수의 온도를 측정하는 제1센서, 자동 변속기 오일(ATF)을 이송하는 오일펌프, 상기 오일펌프로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하는 제2센서, 상기 히터로부터 이송되는 냉각수 및 상기 오일펌프로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 열교환이 일어나는 ATF 열교환기 및 상기 제1센서와 제2센서로부터 온도 정보를 수집하고, 수집한 각각의 온도 정보를 서로 비교하고, 비교한 결과에 따라 상기 오일펌프가 이송하는 자동 변속기 오일의 유량을 조절하는 명령을 전달하는 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일펌프와 상기 ATF 열교환기 사이에는 이송되는 자동 변속기 오일의 유로를 변경할 수 있는 바이패스 유로가 설치되어 있는 것이 바람직하며, 상기 오일펌프와 근접하는 위치에 전동식 보조 오일펌프가 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는,

상기 오일펌프를 통하여 자동 변속기 오일의 양을 조절하게 되므로 냉각수 유량을 조절하는 유량 조절 수단이 필요없고, 여기에 부가되는 각종 장치 및 회로가 부착되지 않으므로 시스템이 매우 간단하여 작동이 간편할 뿐만 아니라 엔진룸 내부의 레이아웃을 간편하게 사용할 수 있다.

또한, 냉각수의 유량 조절을 통하여 ATF 온도를 제어하는 방식이 아니라, ATF의 유량을 직접 조절하여 유온을 변화시키게 되므로 제어되는 속도가 빠르고 탁월한 효과를 얻을 수 있어, 마찰열 및 슬립현상의 발생이 줄고, 오일의 산화 촉진 및 점도 저하를 방지할 수 있으므로 자동변속기의 수명을 오랜 기간동안 유지할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 오일펌프와 상기 ATF 열교환기 사이에는 바이패스 유로가 설치되어 이송되는 ATF의 유로를 변경할 수 있으므로, 겨울철과 같이 난방 성능이 많이 요구되는 때에 냉각수와 열교환이 일어나는 것을 방지하기 때문에, 냉각수가 가지고 있는 열에너지를 난방에 사용하여 월등한 난방 성능을 확보할 수 있다.

또한, 상기 오일펌프와 근접하는 위치에 전동식 보조 오일펌프를 더 설치함 으로서, ISG(Idle Stop & Go) 시스템을 탑재하고 있는 차량의 경우 오일펌프의 유량조절 기능을 분담할 수 있기 때문에 ATF 유온 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)을 도시한 개략도이다. 본 발명은 엔진으로부터 연결되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터(210), 엔진으로부터 연결되어 냉각수를 가열하는 히터(220), 상기 히터(220)로부터 이송되는 냉각수의 온도를 측정하는 제1센서(221), 자동 변속기 오일(ATF)을 이송하는 오일펌프(230), 상기 오일펌프(230)로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하는 제2센서(231), 상기 히터(220)로부터 이송되는 냉각수 및 상기 오일펌프(230)로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 열교환이 일어나는 ATF 열교환기(240) 및 상기 제1센서(221)와 제2센서(231)로부터 온도 정보를 수집하고, 수집한 각각의 온도 정보를 서로 비교하고, 비교한 결과에 따라 상기 오일펌프(230)가 이송하는 자동 변속기 오일의 유량을 조절하는 명령을 전달하는 제어수단(250)을 포함하여 이루어진다.

본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)에서는 자동 변속기 오일과 냉각수의 상대적인 온도 차이에 따라 자동 변속기 오일을 가열 또는 냉각하게 된다. 도 2 를 참고하면, 엔진으로부터 나오는 냉각수는 라디에이 터(210)(radiator) 또는 히터(220)(heater)를 통과한다. 내연기관은 항상 고온고압의 가스를 연소시키므로, 방치해 두면 과열되어 금속이 녹고 실린더와 피스톤 등이 타 버릴 수 있다. 따라서 실린더 주위에 물재킷을 설치하고, 그 속에 냉각수를 순환시켜 냉각하는데, 이 냉각수도 그대로 두면 끓어서 냉각시킬 수 없게 된다. 따라서 엔진에서 방출되는 고온의 냉각수를 라디에이터(210)에서 순환시켜 냉각하게 된다.

상기 엔진으로부터 연결된 히터(220)는 상기 엔진으로부터 방출되는 냉각수를 가열하는 역할을 하며, 저항선 등에 전류를 흘려 발생하는 열을 직접 이용하거나, 전구와 같이 일단 가시광선 또는 적외선으로 변형하여 열을 전달하는 등 차량에서 열을 방출할 수 있는 것이면 다양하게 사용될 수 있다.

본 발명에서는 상기 히터(220)를 통과한 냉각수와 오일펌프(230)를 통과한 자동 변속기 오일(ATF)이 ATF 열교환기(240)에서 서로 밀폐형 열교환을 하게 된다. 즉, 냉각수와 ATF가 서로 섞이지 않으면서 열교환이 일어나게 된다. 상기 히터(220)를 통과한 냉각수와 상기 오일펌프(230)를 통과한 ATF의 온도를 비교하여 상대적으로 온도가 더 높은쪽에서 낮은쪽으로 열이 전달된다.

상기 ATF 열교환기(240)를 통과한 냉각수는 다시 엔진을 통과하게 되며, 상기 ATF 열교환기(240)를 통과한 ATF는 토크 컨버터의 작동 유체로서 동력을 전달하거나, 기어나 베어링의 각 부분의 윤활작용을 하거나, 클러치나 밴드 브레이크 등의 작동유와 윤활유 및 변속시의 충격을 저감하는 등 다양한 목적으로 사용될 수 있다.

다만, 종래의 냉각 회로에서는 냉각수의 흐름과 유량을 조절하여 ATF의 온도를 조절하였다. 즉, ATF의 온도가 낮을 때에는 히터(220)를 따라 흐르는 뜨거운 냉각수를 ATF 열교환기(240)에 유입되도록 하여 ATF의 온도를 상승시켰고, ATF의 온도가 높을 때에는 라디에이터(210)를 통과한 차가운 냉각수를 ATF 열교환기(240)에 유입되도록 하여 ATF를 냉각시켰다.

그러나 이와 같은 기술에 따르면 냉각수 회로 및 ATF 열교환기(240)를 구성하는 각종 회로들이 복잡하게 연결되기 때문에, 엔진룸 레이아웃이 불리하게 작용할 뿐만 아니라, 냉각수 회로를 구성하는데 유량 조정 수단, 역지 밸브 등 많은 부품이 필요하기 때문에 차량의 제조 원가가 상승하게 된다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 냉각수의 흐름과 유량을 조절하는 것이 아니라, 상기 오일펌프(230)를 통과하는 ATF의 양을 직접 변화시켜 온도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

냉간 시동과 같이 ATF의 온도가 냉각수 온도에 비해 상대적으로 낮을 때에는 오일펌프(230)가 ATF 열교환기(240)로 유입되는 오일의 유량을 증가시켜, 상기 히터(220)를 통해서 방출된 뜨거운 냉각수와 충분한 시간동안 많은 열교환을 할 수 있게 하여 ATF의 온도를 상승시킨다. 이 때에는 상기 히터(220)를 통과한 냉각수가 상대적으로 더 고온이므로 ATF 열교환기(240)가 워머(warmer) 기능을 수행하게 된다.

또한, 차량 주행시와 같이 ATF의 온도가 냉각수 온도에 비해 상대적으로 높을 때에는 오일펌프(230)가 ATF 열교환기(240)로 유입되는 오일의 유량을 증가시 켜, 상기 히터(220)를 통해서 방출된 상대적으로 차가운 냉각수와 충분한 시간동안 열교환을 할 수 있게 하여 ATF의 온도를 하강시킨다. 이 때에는 상기 히터(220)를 통과한 냉각수가 상대적으로 더 저온이므로 ATF 열교환기(240)가 쿨러(cooler) 기능을 수행하게 된다.

결국, 상기 오일펌프(230)를 통과한 ATF의 온도와 상기 히터(220)를 통과한 냉각수의 온도 중에서 어느 것이 더 높던지 무관하게, 그 차이가 커질수록 상기 오일펌프(230)는 상기 ATF로 유입되는 오일의 유량을 늘리게 되는 것이다. 따라서 더 많은 시간동안 열교환을 할 수 있기 때문에 ATF의 온도를 높일 수도 있고 낮출 수도 있는 것이다.

반면, ATF의 온도와 냉각수의 온도가 비슷할 경우에는, 오일펌프(230)에서 ATF 열교환기(240)로 유입되는 오일의 유량을 변화 없이 정상상태로 유지하게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면 상기와 같이 ATF의 온도와 냉각수의 온도 사이에 차이가 있더라도, 유량 조정 수단과 같은 냉각수의 흐름을 조절하기 위한 별도의 장치가 더 필요하지 않으므로 이에 따르는 부가 장치들을 생략할 수 있어 엔진룸의 레이아웃이 유리하며, 또한 상기 부가 장치들이 필요하지 않기 때문에 차량 제작 원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

종래의 시스템에서는 ATF 열교환기(240)를 통과하여 나온 ATF의 온도만을 측정한 후, 미리 저장된 온도값과 비교하여 높으면 냉각 시스템을 가동하고 낮으면 가열 시스템을 가동하는 형식이었다.

그러나, 상기와 같이 하나의 센서를 사용하면 센서의 고장이 발생하였을 경우 엔진 및 트랜스미션 등의 심각한 손상을 초래할 뿐만 아니라, 다양하게 변화하는 주변의 상황에 정밀하게 대처할 수 없으므로 여러 장치들의 마모 및 노화가 빠르게 진행되었다.

본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)에서는 상기 오일펌프(230)를 통과하여 나온 ATF의 온도를 측정하는 제2센서(231)와 상기 히터(220)를 통과하여 나온 냉각수의 온도를 측정하는 제1센서(221)를 동시에 작동하여 온도의 측정을 보다 정밀하게 할 수 있다. 따라서 ATF 및 냉각수의 온도 변화에 민감하게 반응하여 ATF의 흐름 및 유동을 조절하게 되므로 최적의 상태로 자동차의 운행이 가능하게 됨과 동시에, 오랜 기간동안 부품들을 사용할 수 있게 되므로 자원의 절약 및 환경오염의 방지를 이룰 수 있다.

상기 제어수단(250)은 상기 제1센서(221)로부터 감지된 냉각수의 온도와 제2센서(231)로부터 감지된 ATF의 온도 정보를 수집하고, 수집한 각각의 온도 정보를 서로 비교하여, 비교한 결과에 따라 상기 오일펌프(230)가 이송하는 자동 변속기 오일의 유량을 조절하고, 그러한 명령을 상기 오일펌프(230)에 전달하는 역할을 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 오일펌프(230)와 상기 ATF 열교환기(240) 사이에서 이송되는 자동 변속기 오일의 유로를 변경할 수 있는 바이패스(bypass) 유로가 설치될 수 있다. 상기 바이패스 유로(260)는 상기 오일펌프(230)에서 상기 ATF 열교환기(240)로 오일이 흐르는 것을 방지하고 다시 토크 컨버터로 흘러가게 하는 역 할을 한다.

이는 겨울철과 같이 난방 성능이 많이 요구되는 때 냉각 수온이 요구되는 난방 성능을 만족하지 못할 경우, 상기 바이패스 유로(260)를 통하여 오일을 흐르게 함으로서 냉각수와의 열교환이 일어나지 못하게 하는 것이다. 따라서 냉각수가 가지고 있는 열에너지를 난방에 사용할 수 있기 때문에 난방 성능이 향상될 수 있다.

즉, 요구되는 난방 성능이 작을 때에는 상기 바이패스 유로(260)를 닫고 상기 ATF 열교환기(240)로 오일이 흐르도록 함으로서 냉각수와 ATF의 열교환이 일어나게 하지만, 요구되는 난방 성능이 클 때에는 상기 바이패스 유로(260)를 열어 상기 ATF 열교환기(240)로 오일이 흐르지 못하게 함으로서 냉각수와 ATF의 열교환이 일어나지 않게 한다. 따라서 급박하게 난방 성능이 많이 필요한 경우라도 본 발명에 따라 대응이 가능하다.

또한, ISG(Idle Stop & Go) 시스템을 탑재하고 있는 차량의 경우 상기 오일펌프(230)와 근접하는 위치에 전동식 보조 오일펌프(230)를 더 설치함으로서, 오일펌프(230)의 유량조절 기능을 분담할 수 있다.

ISG(Idle Stop & Go) 시스템이란, 아이들(공회전)상태에서 소비되는 연료를 줄이기 위하여 차량 정차시 자동으로 엔진 컴퓨터(ECU)가 상황을 판단해 엔진시동을 끄거나 켜는 기술을 말한다. 따라서 상기와 같은 ISG 시스템이 탑재되어 있는 경우라면 이와 연관되어 작동할 수 있는 전동식 보조 오일펌프(230)를 더 부착하여 메인 오일펌프(230)의 유량 조절 기능을 분담함으로서, 더욱 빠르고 정확한 유온의 제어가 가능하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1a 는 종래 사용되던 냉각수 회로를 나타낸 모식도이다.

도 1b 는 도 1a 의 냉각수 회로를 도시한 개략도이다.

도 2 는 본 발명인 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200)을 도시한 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

200 : 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템

210 : 라디에이터(radiator) 220 : 히터(heater)

221 : 제1센서 230 : 오일펌프(oil pump)

231 : 제2센서 240 : ATF 열교환기

250 : 제어수단 260 : 바이패스(bypass) 유로

Claims

엔진으로부터 연결되어 냉각수를 냉각하는 라디에이터(210);

엔진으로부터 연결되어 냉각수를 가열하는 히터(220);

상기 히터(220)로부터 이송되는 냉각수의 온도를 측정하는 제1센서(221);

자동 변속기 오일(ATF)을 이송하는 오일펌프(230);

상기 오일펌프(230)로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하는 제2센서(231);

상기 히터(220)로부터 이송되는 냉각수 및 상기 오일펌프(230)로부터 이송되는 자동 변속기 오일의 열교환이 일어나는 ATF 열교환기(240) 및

상기 제1센서(221)와 제2센서(231)로부터 온도 정보를 수집하고, 수집한 각각의 온도 정보를 서로 비교하고, 비교한 결과에 따라 상기 오일펌프(230)가 이송하는 자동 변속기 오일의 유량을 조절하는 명령을 전달하는 제어수단(250)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200).
제 1 항에 있어서,

상기 오일펌프(230)와 상기 ATF 열교환기(240) 사이에는 이송되는 자동 변속기 오일의 유로를 변경할 수 있는 바이패스 유로(260)가 설치되어 있는 것을 특징 으로 하는 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 오일펌프(230)와 근접하는 위치에 설치되는 전동식 보조 오일펌프(230)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일펌프 유량 조절을 이용한 ATF 유온 제어 시스템(200).