KR20160071553A

KR20160071553A - 변속기의 온도 조절 장치

Info

Publication number: KR20160071553A
Application number: KR1020140178548A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 현대다이모스(주)
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-22

Abstract

본 발명은 변속기의 온도 조절 장치에 관한 것으로, 배기가스가 유입되는 배기가스 유입부와, 외기가 유입되는 외기 유입부와, 상기 외기를 압축하여 냉각시키는 압축기와, 상기 배기가스 및 외기 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제어 유닛과, 상기 제어 유닛에 의해 선택적으로 공급된 배기가스 또는 외기가 유입되어 변속기의 윤활유의 온도를 상승 또는 하강시킨다. 본 발명에 따르면, 윤활유의 온도가 지나치게 낮으면 배기가스를 이용해 온도를 상승시키고, 윤활유의 온도가 지나치게 높으면 주행풍 및 열교환기를 이용해 온도를 하강시킴으로써 윤활유의 온도를 적정 범위 내로 유지할 수 있다. 이에 따라, 변속기의 온도 역시 적정 범위 내로 유지되어 변속기가 최적의 성능을 발휘할 수 있다.

Description

변속기의 온도 조절 장치{Temperature controlling device for transmission}

본 발명은 변속기의 온도 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변속기에 사용되는 윤활유의 최적 온도를 유지하여 고온 및 저온의 조건에서도 변속기 성능을 일정하게 유지시킬 수 있는 변속기의 온도 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진은 달리기 시작할 때에는 더 강한 토크와 낮은 회전을 필요로 하며, 속도가 빨라짐에 따라 토크보다도 회전속도를 필요로 한다. 변속기는 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 변속장치로, 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 기어를 사용하여 출발할 때에는 회전속도를 줄임과 동시에 토크를 늘려 주고, 속도가 빨라짐에 따라 회전을 높이는 역할을 한다.

일반적인 변속기는 1단에서 5단까지의 변속단계로 이루어져 있다. 1단과 2단 기어에서는 힘을 세게 발휘하도록 감속비가 크게 설정되어 있고, 3단과 4단 기어에서는 중속과 고속에서 속도를 유지하거나 가속할 수 있도록 엔진 회전수와 비슷한 기어비로 되어 있다. 5단은 오버드라이브(Over Drive)라고 하여 고속에서의 주행을 위한 엔진 회전수보다 낮은 기어비로 이루어져 있다. 그러나 자동차의 성격에 따라 다양한 변속단계를 구성한다. 사람의 클러치(Clutch) 조작 여부에 따라서, 직접 조작하는 수동(Manual)방식과 유압으로 미션이 속도에 따라 맞는 변속을 직접 해주는 자동(Auto)방식이 있다.

이러한 변속기는 냉각 및 윤활을 위한 오일(이하 편의상 윤활유로 통칭함)을 공급하는 시스템을 필요로 한다. 한국등록특허공보 제10-1360428호에는 변속기의 내부에 오일 펌프가 설치되며, 변속기의 내부로 유입된 오일은 오일 필터를 통과한 후 오일 파이프를 통해 오일 펌프를 거쳐 변속기를 윤활시키는 오일순환장치가 개시되어 있다.

윤활유는 적절한 온도에서 작동되어야 제 기능을 발휘하며, 변속기 역시 절절한 작동 온도 범위 내에서 최적의 성능을 발휘한다. 종래에는 변속기 케이스를 방열함으로써 변속기를 냉각하거나, 변속기 외부에 별도의 열교환기(쿨러)를 장착해 강제 순환을 통해 변속기를 냉각하였다.

일반적인 온도 조건에서는 종래의 냉각 방법이 어느 정도 효과가 있으나, 갑작스러운 온도 변화로 극 고온 또는 극 저온의 환경 조건이 형성되는 경우, 윤활유가 지나치게 가열 또는 냉각되어 변속기의 성능이 저하되는 요인이 된다.

한국등록특허공보 제10-1360428호(등록일: 2014. 02. 03)

본 발명의 목적은 변속기에 사용되는 윤활유의 최적 온도를 유지하여 고온 및 저온의 조건에서도 변속기 성능을 일정하게 유지시킬 수 있는 변속기의 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 변속기의 온도 조절 장치는, 배기가스가 유입되는 배기가스 유입부와, 외기가 유입되는 외기 유입부와, 상기 외기를 압축하여 냉각시키는 압축기와, 상기 배기가스 및 외기 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제어 유닛과, 상기 제어 유닛에 의해 선택적으로 공급된 배기가스 또는 외기가 유입되어 변속기의 윤활유의 온도를 상승 또는 하강시킨다.

상기 제어 유닛은 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 배기가스 유입부와 제어 유닛의 사이에 설치되어 상기 배기가스에 의해 작동되는 동력부를 더 포함하며, 상기 압축기는 상기 동력부에 연결되어 동력을 공급받는 것을 특징으로 한다.

상기 열교환기는 상기 변속기 내부의 윤활유에 잠기도록 설치되며, 상기 열교환기와 인접하여 상기 윤활유의 온도를 센싱하여 센싱된 온도값을 상기 제어부로 전송하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 윤활유의 온도가 설정 온도 이하인 냉시동 조건에서 상기 배기가스가 유입되도록 상기 바이패스 밸브를 제어하고, 상기 윤활유의 온도가 설정 온도 이상인 과열 시동 조건에서 상기 외기가 유입되도록 상기 바이패스 밸브를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어 유닛과 열교환기의 사이에 설치되어 상기 배기가스 및 외기를 필터링하는 에어 필터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치는 윤활유의 온도가 지나치게 낮으면 배기가스를 이용해 온도를 상승시키고, 윤활유의 온도가 지나치게 높으면 주행풍 및 열교환기를 이용해 온도를 하강시킴으로써 윤활유의 온도를 적정 범위 내로 유지할 수 있다. 이에 따라, 변속기의 온도 역시 적정 범위 내로 유지되어 변속기가 최적의 성능을 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 설치 상태를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 제어 유닛을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 가스 및 외기의 흐름과 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 설치 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 제어 유닛을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치의 가스 및 외기의 흐름과 제어 흐름을 도시한 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변속기의 온도 조절 장치(100)는 엔진에서 연료를 연소시키고 배출되는 배기가스를 끌어와 유입시키는 배기가스 유입부(110)와, 유입되는 배기가스에 의해 작동되는 동력부와, 유입된 배기가스를 필터링하는 에어 필터(160)와, 변속기(10) 내의 윤활유와 열교환하여 윤활유의 온도를 조절하는 열교환기(170)와, 열교환기(170)를 통과한 배기가스는 배기 머플러(30)로 배출된다. 또한, 변속기의 온도 조절 장치(100)에는 주행 시 외기 흡입부(130)를 통해 흡입되는 외기를 압축하여 저온의 상태로 만드는 압축기(130)가 추가로 포함된다. 압축기(130)는 동력부에 연결되어 동력부로부터 동력을 전달 받는다. 동력부는 터빈(120)을 포함할 수 있으며, 터빈(120)이 적용되는 경우 압축기(130)는 터빈축(122)에 연결되어 터빈(120)의 회전에 의해 발생된 전력을 이용해 작동된다. 그러나 동력부는 배기가스에 의해 동력을 발생하도록 작동될 수 있다면 종류에 제한되지 않는다(이하에서는 편의상 동력부에 대해 터빈을 예로 하여 설명하기로 한다). 온도 조절 장치(100)의 각 구성품들은 순환 유로(180)에 의해 연결된다.

겨울철 갑작스러운 한파에 의해 외기 온도가 지나치게 낮아지거나, 극지방과 같이 극저온의 환경에 노출되는 차량의 경우, 초기 냉시동 조건에서 바로 차량의 운행이 어렵기 때문에 일정 수준으로 주행하여 변속기 내부의 구동 마찰에 의해 윤활유의 온도를 올리게 된다. 그러나 이렇게 냉시동 조건에서 바로 차량을 주행하는 것은, 차량 운행 초기의 주행 성능 및 변속 성능이 낮고, 적정 성능을 회복하기까지 시간이 소요되며, 주행 전 지나친 웜 업(Warm up)으로 연료 소모가 높아지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 명세서에서는 배기가스의 폐열을 이용하는 방안을 제안하는 것이다.

일반적으로 가솔린 차량의 경우, 배기 매니폴드의 온도는 대략 600도 전후이고, 센터 파이프의 온도는 대략 400도 정도이며, 배기 머플러의 온도는 50도 전후이고, 터보 차량의 경우 이보다 20~50도 정도가 높게 측정된다. 따라서 배기 머플러(30)로 배출되기 전 배기가스의 온도 역시 300도 이상으로 매우 높은 열을 갖고 있다. 그런데 배기가스는 배기 머플러를 통해 공기중으로 배출되기 때문에 높은 온도의 폐열이 그냥 빠져나가게 된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배기가스 유입부(110)는 이렇게 빠져나가는 배기가스의 폐열을 윤활유의 웜 업에 사용할 수 있도록 배기가스를 끌어와 온도 조절 장치(100)로 유입시킨다. 이를 위해, 상대적으로 온도가 낮은 배기 머플러(30) 보다는 이전 단(배기 매니폴드의 출구나 센터 파이프 등)에서 배기가스를 바이패스 시켜 끌어오는 것이 바람직하다. 배기가스 유입부(110)로 배기가스를 끌어오기 위해 후술할 배기가스 유입관(180d)이 구비되는 것이 바람직하다.

터빈(120)은 배기가스 유입부(110)를 통해 유입된 배기가스에 의해 회전하며, 터빈(120)을 통과한 배기가스는 제어 유닛(150)을 거쳐 에어 필터(160)를 통과하게 된다.

제어 유닛(150)은 배기가스 또는 주행 시 외기(이하 주행풍) 중 어느 한쪽을 선택적으로 통과시키기 위한 바이패스 밸브(152)와, 외기의 온도 또는 변속기(10)의 온도 조건에 따라 냉시동 조건과 과열 조건 중 어느 하나에 적합한 모드로 바이패스 밸브(152)를 작동시키는 제어부(154)로 구성된다.

바이패스 밸브(152)는 제어부(154)의 제어 신호에 따라 배기가스가 공급되는 유로(이하 배기가스 이송관(180a))와 주행풍이 공급되는 유로(이하 외기 이송관(180b))를 선택적으로 개폐한다. 외기 온도가 매우 낮아 냉시동 조건일 때, 제어부(154)는 바이패스 밸브(152)를 제어하여 변속기(10)의 윤활유에 열을 공급할 수 있도록 배기가스 이송관(180a)을 개방한다. 외기 온도가 매우 높아 과열 상태이거나 변속기(10)의 온도가 높은 상태일 때, 제어부(154)는 바이패스 밸브(152)를 제어하여 변속기(10)의 윤활유를 냉각할 수 있도록 주행풍이 공급되는 외기 이송관(180b)을 개방한다. 외기는 압축기(130)로 유입되어 압축되면서 열을 빼앗겨 냉각되고, 고압의 기체가 되어 외기의 공급 시 흡입 효율이 향상된다. 또한, 제어부(154)는 윤활유의 온도가 적정 온도일 때 열원이 되는 배기가스 또는 주행풍을 차단하여 윤활유의 온도를 적정 온도로 유지한다.

그러나 여름철이나 극고온의 환경에서는 주행풍의 온도가 윤활유를 냉각시킬 만큼 충분히 낮지 않은 경우가 있다. 이 경우에는 외기가 아닌 에어컨의 냉매를 통과한 냉풍을 공급하거나, 에어컨의 냉매 또는 엔진의 냉각수의 일부를 압축기로 공급하는 별도의 유로를 구비하여 외기를 냉각시키는데 이용할 수 있다.

바이패스 밸브(152)를 통과한 배기가스 또는 주행풍은 에어 필터(160)를 거쳐 이물질이 필터링된 후 변속기(10) 내부의 열교환기(170)로 공급된다.

변속기(10) 내부는 일정 높이로 윤활유가 충진되어 있고, 충진된 윤활유 안에 열교환기(170)가 잠겨있다. 열교환기(170)는 윤활유와 접촉하여 윤활유의 온도를 올리거나 내리는 역할을 한다. 배기가스가 공급되면 열교환기(170)의 온도가 윤활유보다 높으므로 열교환을 통해 윤활유의 온도를 상승시키고, 주행풍이 공급되면 열교환기(170)의 온도가 윤활유보다 낮으므로 열교환을 통해 윤활유의 온도를 저하시킨다. 변속기(10)의 온도를 직접적으로 측정하기 어려우므로 윤활유의 온도를 측정해 변속기(10)의 온도를 간접적으로 센싱할 수 있다. 윤활유의 온도 센싱을 위해 열교환기(170) 상에 또는 열교환기(170)와 인접하여 온도센서(172)가 구비될 수 있다. 온도센서(172)에서 측정된 윤활유의 온도는 제어부(154)로 전송되어 바이패스 밸브(152)의 제어에 이용된다.

이에 따라, 윤활유의 온도가 적정 온도 범위 내에서 유지될 수 있으며, 변속기의 온도 역시 적정 범위 내로 유지되어 변속기가 최적의 성능을 발휘할 수 있다.

열교환기(170)를 통과한 배기가스 또는 주행풍은 배기 머플러(30)로 이송되어 차량의 외부로 배출된다.

순환 유로(180)는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입부(110)부터 바이패스 밸브(152)까지를 연결하는 배기가스 이송관(180a)과, 외기 유입부(130)로부터 바이패스 밸브(152)까지를 연결하는 외기 이송관(180b), 바이패스 밸브(152)부터 에어필터(160) 및 열교환기(170)를 거쳐 배기 머플러(30)까지를 연결하는 배출관(180c), 그리고 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 배기 머플러(30) 이전 단계에서 배기가스 유입부(110)로 유입시키기 위한 배기가스 유입관(180d)으로 구성된다. 순환 유로(180)에 의해 온도 조절 장치(100)의 각 구성품들이 연결되어 배기가스 및 외기가 순환될 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 변속기 30: 배기 머플러
100: 온도 조절 장치 110: 배기가스 유입부
120: 터빈 122: 터빈축
130: 외기 유입부 140: 압축기
150: 제어유닛 152: 바이패스 밸브
154: 제어부 160: 에어 필터
170: 열교환기 172: 온도센서
180: 순환 유로

Claims

배기가스가 유입되는 배기가스 유입부와,
외기가 유입되는 외기 유입부와,
상기 외기를 압축하여 냉각시키는 압축기와,
상기 배기가스 및 외기 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제어 유닛과,
상기 제어 유닛에 의해 선택적으로 공급된 배기가스 또는 외기가 유입되어 변속기의 윤활유의 온도를 상승 또는 하강시키는 열교환기를 포함하는 변속기의 온도 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 변속기의 온도 조절 장치.
제2항에 있어서,
상기 배기가스 유입부와 제어 유닛의 사이에 설치되어 상기 배기가스에 의해 작동되는 동력부를 더 포함하며, 상기 압축기는 상기 동력부에 연결되어 동력을 공급받는 것을 특징으로 하는 변속기의 온도 조절 장치.
제2항에 있어서,
상기 열교환기는 상기 변속기 내부의 윤활유에 잠기도록 설치되며, 상기 열교환기와 인접하여 상기 윤활유의 온도를 센싱하여 센싱된 온도값을 상기 제어부로 전송하는 온도 센서를 더 포함하는 변속기의 온도 조절 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 윤활유의 온도가 설정 온도 이하인 냉시동 조건에서 상기 배기가스가 유입되도록 상기 바이패스 밸브를 제어하고, 상기 윤활유의 온도가 설정 온도 이상인 과열 시동 조건에서 상기 외기가 유입되도록 상기 바이패스 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 변속기의 온도 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛과 열교환기의 사이에 설치되어 상기 배기가스 및 외기를 필터링하는 에어 필터를 더 포함하는 변속기의 온도 조절 장치.