KR20120136944A - 자동 변속기 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 변속기 오일을 웜업하기 위한 자동 변속기 열관리 시스템에 있어서, 엔진의 배기가스가 통과하도록 배기라인에 추가로 설치되는 배기열 회수라인; 상기 배기열 회수라인에 설치되어 배기열을 회수하는 배기열 회수장치; 및 상기 배기열 회수장치 측에 웜업을 위한 자동 변속기 오일을 순환시키는 오일 웜업라인을 포함할 수 있다.

Description

자동 변속기 열관리 시스템{AUTO TRANSMISSION HEAT MANAGING SYSTEM}
본 발명은 자동 변속기 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기열을 자동 변속기 오일의 웜업(Warm up)에 사용할 수 있는 자동 변속기 열관리 시스템에 관한 것이다.
유가 상승 및 지구 온난화로 인해 세계 각국은 자동차 연비 규제를 강화하고 있다. 이로 인해 연비를 개선할 수 있는 기술 발굴이 시급하며, 연비를 개선시킬 수 있는 기술 중 하나로 엔진 배기열을 활용하는 시스템이 있다.
차량의 동력 전달계는 자동 변속기 시스템과 수동 변속기 시스템으로 구분된다. 자동 변속기의 원활한 작동을 위해 사용되는 자동 변속기 오일(ATF: Automatic Transmission Fluid)은 온도가 증가함에 따라 점성이 감소하는 특성이 있다. 점성이 감소하면 기계적 마찰이 감소하고, 동력 전달계의 동력 전달 효율을 증가시켜 연비가 개선된다.
종래의 자동 변속기 열관리 시스템은 엔진의 냉각수로 관리되어, 엔진 냉각수 열교환에 의해 온도를 조절한다. 종래 시스템은 초기 엔진 웜업(Warm up) 시 엔진 써모스탯(Thermostat) 개방 전까지는 라디에이터에 냉각수 흐름이 없으므로, 자동 변속기유를 웜업할 열원이 없어 웜업 시간이 늦어진다.
이를 보완하고자 ATF 워머, 즉 엔진 써모스탯(Thermostat)과 관계없이 상시 열교환할 수 있는 기술이 적용되기도 하지만, 엔진 냉각수 열의 일부를 자동 변속기 오일과 열 교환을 하므로 여러 가지 문제점이 발생한다.
이와 같이 종래의 자동 변속기 열관리 시스템은 엔진의 냉각수와 열 교환하여 관리되어 엔진 웜업 시간 지연 및 겨울철 난방성능 부족을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진의 배기열을 활용하여 자동 변속기 오일을 웜업(Warm up)함으로써, 동력 전달계의 마찰을 감소시켜 내구성을 높이고, 차량의 연비를 개선할 수 있으며, 엔진 웜업에 대한 시간을 줄이고, 겨울철 난방성능을 높이는 자동 변속기 열관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 변속기 열관리 시스템은, 자동 변속기 오일을 웜업하기 위한 자동 변속기 열관리 시스템에 있어서, 엔진의 배기가스가 통과하도록 배기라인에 추가로 설치되는 배기열 회수라인; 상기 배기열 회수라인에 설치되어 배기열을 회수하는 배기열 회수장치; 및 상기 배기열 회수장치 측에 웜업을 위한 자동 변속기 오일을 순환시키는 오일 웜업라인을 포함할 수 있다.
상기 배기라인에는 배기가스를 배기열 회수라인으로 유동시키기 위한 유량제어밸브가 설치될 수 있다.
상기 유량제어밸브는 배기라인의 배압에 의한 고장 방지를 위해 일정 수준 이상의 압력을 받으면 자동적으로 개방되는 고장방지 구조를 포함할 수 있다.
상기 유량제어밸브는 배기라인에 설치되어 배기라인을 개폐하는 배기밸브; 및 상기 배기밸브을 작동시키는 솔레노이드를 포함할 수 있다.
상기 유량제어밸브에는 상기 유량제어밸브를 수동으로 작동시킬 수 있는 작동 스위치가 연결될 수 있다.
상기 배기열 회수장치는 배기열이 통과하는 회수통; 및 상기 회수통의 내부에 설치되며 자동 변속기 오일이 통과하는 코일형상의 배기열 회수관을 포함할 수 있다.
상기 오일 웜업라인은 상기 자동 변속기와 상기 배기열 회수장치를 연결하여 상기 배기열 회수장치에 오일을 유입시키는 제1 웜업라인; 상기 배기열 회수장치와 라디에이터의 오일쿨러를 연결하여 상기 배기열 회수장치의 오일을 상기 오일쿨러에 유입시키는 제2 웜업라인; 및 상기 오일쿨러와 상기 자동 변속기를 연결하여 상기 오일쿨러의 오일을 상기 자동 변속기로 복귀시키는 제3 웜업라인으로 구성될 수 있다.
상기 유량제어밸브에는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하여 오일의 온도가 설정 치보다 낮을 경우, 상기 유량제어밸브에 의해 상기 배기라인을 폐쇄하여 배기가스를 상기 배기열 회수장치로 유입시키고, 오일의 온도가 설정 치보다 높을 경우, 상기 유량제어밸브에 의해 상기 배기라인을 개방하여 상기 배기열 회수장치로 배기가스의 유입을 차단하는 기능을 갖춘 제어부가 연결될 수 있다.
상기 제어부에는 자동 변속기 오일의 웜업을 시작하기 위한 신호를 수동으로 입력할 수 있는 오일온 버튼이 연결될 수 있다.
상기 제어부는 엔진의 부하를 측정하여 설정 치보다 클 경우, 상기 유량제어밸브을 개방하여 상기 배기라인의 배압상승을 방지하는 배기기능을 더 구비할 수 있다.
상기 제어부에는 엔진 회전수, 엔진흡입 공기유량, 외기온도, 및 대기압을 입력변수로 사용하여 엔진의 부하를 산출하는 부하산출 함수가 포함될 수 있다.
상기 제어부는 ECU일 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자동 변속기 열관리 시스템은 엔진의 배기열을 활용하여 자동 변속기 오일을 웜업(Warm up)함으로써, 동력 전달계의 마찰을 감소시켜 내구성을 높이고, 차량의 연비를 개선할 수 있으며, 엔진 웜업에 대한 시간을 줄이고, 겨울철 난방성능을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 변속기 열관리 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 유량조절밸브의 개략도이다.
도 3은 도 1의 배기열 회수장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 변속기 열관리 시스템의 작동 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 변속기 열관리 시스템은 자동 변속기 오일을 엔진(100)의 배기열로 가열하는 시스템에 관한 것으로서, 엔진(100)의 배기가스가 통과하도록 배기라인(110)에 추가로 설치되는 배기열 회수라인(120), 배기열 회수라인(120)에 설치되어 배기열을 회수하는 배기열 회수장치(125), 및 배기열 회수장치(125) 측에 웜업을 위한 자동 변속기 오일을 순환시키는 오일 웜업라인(130)을 포함할 수 있다.
차량의 시동 후에, 자동 변속기 오일은 오일펌프(미도시)에 연결된 오일 웜업라인(130)을 따라 배기열 회수장치(125) 측으로 이송될 수 있다. 오일은 배기열 회수장치(125)를 통과하는 배기가스에 의해 가열된 후, 자동 변속기의 내부로 복귀될 수 있다. 오일이 배기열에 의해 예열되어, 예열 전 상태보다 점도가 낮아져 자동 변속기의 내부에서 작용되므로 자동 변속기에서 마찰에 의한 손실을 줄일 수 있다.
배기라인(110)은 엔진(100)의 배기가스를 외부로 배출하도록 배기 매니폴더(미도시)에 연결된 파이프이다. 배기열 회수라인(120)은 배기라인(110)을 통과하는 배기가스가 통과하도록 배기라인(110)의 일부 구간에 연결될 수 있다.
배기가스가 배기열 회수라인(120)으로 유입되기 위해서는 배기열 회수라인(120)이 연결된 구간 중 임의부위를 폐쇄해야 한다. 배기가스는 배기열 회수라인(120) 측으로 우회하여 배기라인(110)의 하류로 유동될 수 있다.
즉, 배기라인(110)에는 배기가스를 배기열 회수라인(120)으로 유동시키기 위한 유량제어밸브(112)가 설치될 수 있다. 유량제어밸브(112)는 배기라인(110)의 배압에 의한 고장 방지를 위해 일정 수준 이상의 압력을 받으면 자동적으로 개방되는 고장방지 구조를 포함할 수 있다. 일 예로서 도 2를 참조하면, 유량제어밸브(112)는 배기라인(110)에 설치되어 배기라인(110)을 개폐하는 배기밸브(115), 및 배기밸브(115)을 작동시키는 솔레노이드(116)를 포함할 수 있다. 배기밸브(115)는 솔레노이드(116)의 로드에 기어결합되어 회전되는 회전축 등에 설치될 수 있다. 배기밸브(115)는 원형이나 다각형의 금속판재 등으로 구성될 수 있다. 또한, 배기밸브(115)와 회전축 사이에는 배기밸브(115)가 탄력적으로 개방될 수 있게 코일 스프링(117)이 설치될 수 있다. 코일 스프링(117)은 배기밸브(115)가 배기라인(110)을 폐쇄한 상태에서 배압되어 일정 압력 이상에 도달하는 경우, 탄력적으로 회전될 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
유량제어밸브(112)에는 유량제어밸브(112)를 수동으로 작동시킬 수 있는 작동 스위치(118)가 연결될 수 있다. 일 예로, 작동 스위치(118)는 차량의 실내에 버튼 방식으로 제공될 수 있다. 작동 스위치(118)가 온 상태로 연결되면, 유량제어밸브(112)에 전기가 공급되고, 유량제어밸브(112)는 배기라인(110)을 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 작동 스위치(118)는 개방/폐쇄의 두 가지 모드를 취할 수 있다. 작동 스위치(118)가 버튼 방식일 때, 한 번 눌러지면 폐쇄모드, 연속하여 두 번 눌러지면 개방모드가 될 수 있다. 작동 스위치(118)는 유량제어밸브(112)를 구성할 수 있는 솔레노이드(116)를 작동시키게 된다.
도 3을 참조하면, 배기열 회수장치(125)의 일 예로서, 배기열이 통과하는 회수통(126), 및 회수통(126)의 내부에 설치되며 자동 변속기 오일이 통과하는 코일형상의 배기열 회수관(127)을 포함할 수 있다. 회수통(126)은 배기열 회수라인(120)에 설치되며, 배기가스가 내부공간을 통과하게 된다. 회수관(127)은 회수통(126)의 내벽을 따라 설치되며, 오일은 회수통(126)을 통과하는 배기가스의 열을 흡수할 수 있다.
일 예로, 다시 도 1을 참조하면, 오일 웜업라인(130)은 자동 변속기와 배기열 회수장치(125)를 연결하여 배기열 회수장치(125)에 오일을 유입시키는 제1 웜업라인(131), 배기열 회수장치(125)와 라디에이터(140)의 오일쿨러(145)를 연결하여 배기열 회수장치(125)의 오일을 오일쿨러(145)에 유입시키는 제2 웜업라인(132), 및 오일쿨러(145)와 자동 변속기를 연결하여 오일쿨러(145)의 오일을 자동 변속기로 복귀시키는 제3 웜업라인(133)으로 구성될 수 있다.
오일은 제1 웜업라인(131), 제2 웜업라인(132), 및 제3 웜업라인(133)을 차례대로 통과할 수 있다. 오일은 제1 웜업라인(131)과 제2 웜업라인(132)이 양측에 연결되는 배기열 회수장치(125)를 통과하면서 배기열을 흡수할 수 있다. 제1 웜업라인(131)과 제2 웜업라인(132) 사이의 배기열 회수장치(125)에는 오일에 대한 열 전달 효율을 높일 수 있는 다양한 구조가 제공될 수 있다.
이번 실시예에서는, 열 전달 면적과 배기가스의 원활한 유동을 제공하기 위한 구조로서 코일형상의 회수관(127)을 선택하였을 뿐이며, 보일러 등과 같이 배기가스의 열 회수구조는 다양하게 존재하므로 이에 한정하지는 않는다.
도 1과 도 4를 참조하여, 유량제어밸브(112)가 오일의 온도에 따라 전자적으로 제어되는 순서를 설명한다.
유량제어밸브(112)에는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하여 오일의 온도가 설정 치보다 낮을 경우, 유량제어밸브(112)에 의해 배기라인(110)을 폐쇄하여 배기가스를 배기열 회수장치(125)로 유동시키고, 오일의 온도가 설정 치보다 높을 경우, 유량제어밸브(112)에 의해 배기라인(110)을 개방하여 배기열 회수장치(125)로 배기가스의 유입을 허용하지 않는 기능을 갖춘 제어부(150)가 연결될 수 있다.
제어부(150)는 오일의 온도를 측정하여 원하는 점도상태를 유지할 수 있는 설정 온도와 비교하는 방식으로 유량제어밸브(112)의 개폐를 결정할 수 있다. 제어부(150)가 유량제어밸브(112)를 개방하는 경우, 오일은 배기가스에 예열된다. 오일이 예열되는 중에, 실시간으로 측정되는 오일의 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 제어부(150)는 유량제어밸브(112)를 작동시켜 배기라인(110)을 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환시킬 수 있다.
유량제어밸브(112)는 여름과 같이 고온이 유지되어 오일이 원하는 점도 상태를 유지하는 경우에는 작동되지 않거나, 개방된 상태를 유지할 수 있다.
제어부(150)에는 자동 변속기 오일의 웜업을 시작하기 위한 신호를 수동으로 입력할 수 있는 오일온 버튼(155)이 연결될 수 있다. 오일온 버튼(155)이 온 상태일 경에만 유량제어밸브(112)가 가동되고, 오일온 버튼(155)이 오프 상태일 경우, 유량제어밸브(112)에 대한 전원공급이 차단되도록 제어부(150)는 설정될 수 있다.
제어부(150)는 엔진(100)의 부하를 측정하여 설정 치보다 클 경우, 유량제어밸브(112)를 개방하여 배기라인(110)의 배압상승을 방지하는 배기기능을 더 구비할 수 있다. 즉, 유량제어밸브(112)가 배기라인(110)을 폐쇄한 상태에서, 엔진(100)에 대한 부하가 커져 더 많은 배기가스를 배출하는 경우, 배기라인(110)으로 배기가스가 원활하게 배출되지 못하고, 배기라인(110)의 압력이 제한 압력 이상으로 상승될 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 제어부(150)는 실시간으로 엔진(100)의 부하를 파악하고, 능동적으로 배기라인(110)을 개방하여 필요 이상의 배기가스가 배기열 회수장치(125)로 유입되는 경우를 방지하면서, 배기라인(110)을 보호할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 ECU로서, 엔진(100) 회전수, 엔진흡입 공기유량, 외기온도, 및 대기압을 입력변수로 사용하여 엔진(100)의 부하를 산출하는 부하산출 함수가 탑재될 수 있다. 엔진 회전수, 엔진 흡입 공기유량으로 된 테이블에 의해 엔진(100)의 부하가 선 결정되고, 외기온 및 대기압으로 된 테이블에 의해 보정 값을 결정할 수 있으며, 선 결정된 값과 보정 값에 의해 최종적인 엔진(100)의 부하 값을 결정할 수 있다.
상기와 같이 기술된 본 발명의 실시예들에 대한 도면은 자세한 윤곽 라인을 생략한 것으로서, 본 발명의 기술사상에 속하는 부분을 쉽게 알 수 있도록 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 상기 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하는 기준이 될 수 없으며, 본 발명의 청구범위에 포함된 기술사항을 이해하기 위한 참조적인 사항에 불과하다.
100: 엔진
110: 배기라인
112: 유량제어밸브
115: 배기밸브
116: 솔레노이드
117: 코일 스프링
118: 작동 스위치
120: 배기열 회수라인
125: 배기열 회수장치
126: 회수통
127: 회수관
130: 오일 웜업라인
131: 제1 웜업라인
132: 제2 웜업라인
133: 제3 웜업라인
140: 라디에이터
145: 오일쿨러
150: 제어부
155: 오일온 버튼

Claims (12)

  1. 자동 변속기 오일을 웜업하기 위한 자동 변속기 열관리 시스템에 있어서,
    엔진의 배기가스가 통과하도록 배기라인에 추가로 설치되는 배기열 회수라인;
    상기 배기열 회수라인에 설치되어 배기열을 회수하는 배기열 회수장치; 및
    상기 배기열 회수장치 측에 웜업을 위한 자동 변속기 오일을 순환시키는 오일 웜업라인;
    을 포함하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기라인에는 배기가스를 배기열 회수라인으로 유동시키기 위한 유량제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유량제어밸브는 배기라인의 배압에 의한 고장 방지를 위해 일정 수준 이상의 압력을 받으면 자동적으로 개방되는 고장방지 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유량제어밸브는 배기라인에 설치되어 배기라인을 개폐하는 배기밸브; 및
    상기 배기밸브을 작동시키는 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유량제어밸브에는 상기 유량제어밸브를 수동으로 작동시킬 수 있는 작동 스위치가 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기열 회수장치는 배기열이 통과하는 회수통; 및
    상기 회수통의 내부에 설치되며 자동 변속기 오일이 통과하는 코일형상의 배기열 회수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오일 웜업라인은 상기 자동 변속기와 상기 배기열 회수장치를 연결하여 상기 배기열 회수장치에 오일을 유입시키는 제1 웜업라인;
    상기 배기열 회수장치와 라디에이터의 오일쿨러를 연결하여 상기 배기열 회수장치의 오일을 상기 오일쿨러에 유입시키는 제2 웜업라인; 및
    상기 오일쿨러와 상기 자동 변속기를 연결하여 상기 오일쿨러의 오일을 상기 자동 변속기로 복귀시키는 제3 웜업라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어밸브에는 자동 변속기 오일의 온도를 측정하여 오일의 온도가 설정 치보다 낮을 경우, 상기 유량제어밸브에 의해 상기 배기라인을 폐쇄하여 배기가스를 상기 배기열 회수장치로 유입시키고, 오일의 온도가 설정 치보다 높을 경우, 상기 유량제어밸브에 의해 상기 배기라인을 개방하여 상기 배기열 회수장치로 배기가스의 유입을 차단하는 기능을 갖춘 제어부가 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부에는 자동 변속기 오일의 웜업을 시작하기 위한 신호를 수동으로 입력할 수 있는 오일온 버튼이 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진의 부하를 측정하여 설정 치보다 클 경우, 상기 유량제어밸브을 개방하여 상기 배기라인의 배압상승을 방지하는 배기기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어밸브에는 엔진 회전수, 엔진흡입 공기유량, 외기온도, 및 대기압을 입력변수로 사용하여 엔진의 부하를 산출하는 부하산출 함수를 포함하고, 엔진의 부하가 설정 치보다 클 경우, 상기 유량제어밸브을 개방하여 상기 배기라인의 배압상승을 방지하는 배기기능을 구비하는 제어부가 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속기 열관리 시스템.
  12. 엔진이 시동되는 단계;
    자동 변속기 오일의 온도를 측정하여 오일의 온도가 설정 치보다 낮을 경우, 유량제어밸브에 의해 배기라인을 폐쇄하여 배기가스를 배기열 회수장치로 유입시키고, 오일의 온도가 설정 치보다 높을 경우, 유량제어밸브에 의해 배기라인을 개방하여 배기열 회수장치로 배기가스의 유입을 차단하는 단계; 및
    엔진 회전수, 엔진흡입 공기유량, 외기온도, 및 대기압을 입력변수로 사용하여 엔진의 부하를 산출하고, 엔진의 부하가 설정 치보다 클 경우, 유량제어밸브에 의해 배기라인을 개방하여 배기열 회수장치로 배기가스의 유입을 차단함으로써 배기라인의 배압상승을 방지하는 단계를 포함하는 자동 변속기 열관리 시스템.
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