KR20180059924A - 자동차용 방출 디바이스 - Google Patents

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크리스티안 뵘
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 오일 섬프(3)로부터 내연기관(1)의 윤활유 회로로 오일을 방출하기 위한 자동차용 방출 디바이스(2)에 관한 것이며, 방출 디바이스는 오일 펌프(5)로서, 베인(32)들의 확실한 안내를 갖는 이중-행정 베인 셀 펌프(28)를 가진다. 내연기관(1)을 통한 베인 셀 펌프(28)의 직접 구동부(6)는 작동점(P2)을 위해 설계된다. 증가되거나 감소된 오일 수요는 연결될 수 있는 전기 구동부(7)에 의해 보상된다. 이러한 방식으로, 컴팩트하고 매우 작은 치수의 오일 펌프(5)가 이용될 수 있다.

Description

자동차용 방출 디바이스
본 발명은 기계식 직접 구동부에 의해 또는 활성 가능한 전기 구동부(activatable electric drive)에 의해 구동될 수 있는 오일 펌프를 갖는, 오일 섬프(oil sump)로부터 내연기관의 윤활유 회로 또는 변속기로 오일을 방출하기 위한 자동차용 방출 디바이스(delivery device)에 관한 것으로, 회전자와 상기 회전자를 감싸는 러너부(runner part)를 갖는 오일 펌프는 오일을 방출하기 위하여 서로에 대해 움직일 수 있는 2개의 구성 요소를 가지며, 기계식 직접 구동부는 서로에 대해 움직일 수 있는 상기 구성 요소의 제1 구성 요소에 연결되고, 활성 가능한 전기 구동부는 서로에 대해 움직일 수 있는 구성 요소의 제2 구성 요소에 연결된다.
상기 형태의 방출 디바이스는 예를 들어 DE 10 2011 084 542 A1로부터 공지되어 있다. 상기 방출 디바이스의 경우에, 오일 펌프는 직접 구동부에 의해 또는 활성 가능한 전기 구동부에 의해 선택적으로 구동된다. 두 구동부의 병행 작동이 또한 가능하다. 직접 구동부가 너무 낮은 회전 속도의 작동 상태에서 작동하면, 오일 펌프의 방출 동력(delivery power)은 증가된다. 상기 상태는 내연기관에 수요가 많은 경우에 드문 상황에서 일어난다. 그러나, 이러한 것은 오일 펌프가 베이스 부하(base load)에 대하여 직접 구동부의 적절한 방출 동력을 위해 구성되어야만 한다는 영향을 가진다. 실제로, 이러한 것은 오일 펌프가 매우 큰 치수이어야만 한다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 큰 치수는 내연기관의 경우에 매우 지장을 준다.
본 발명은 컴팩트한 오일 펌프의 사용을 허용하도록 도입부에서 언급된 형태의 방출 디바이스를 더욱 발전시키는 문제에 기초한다.
상기 문제는, 직접 구동부에 의해 오일 펌프의 동력이 내연기관의 중속 또는 고속 회전 속도 및 작동 온도에서 작동점(operating point)을 위해 구성되고, 실제 필요량(actual requirement)으로 오일 펌프의 동력을 증가시키기 위하여 활성 가능한 전기 구동부가 제어 디바이스에 연결된다는 점에서 본 발명에 따라서 해결된다.
이러한 구성에 의해, 전기 구동부는 내연기관이 공회전할 때 이미 작동되고, 변속기 또는 내연기관으로의 오일의 적절한 공급을 보장한다. 그러므로, 오일 펌프로서, 정속 구동(constant drive)의 경우에서보다 상당히 낮은 방출 동력을 가지는 정량 토출 펌프(constant-displacement pump)가 사용될 수 있다. 실제로, 본 발명으로 인해, 정속 구동의 경우에 20㎤의 방출량(delivery volume)을 구비하는 오일 펌프가 활성 가능한 전기 구동부의 경우에 10㎤의 방출량을 구비하는 오일 펌프로 대체될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 작동 온도는 약 90 내지 110℃ 오일 온도에 놓이며, 연속 작동 동안 도달되는 내연기관의 예열 상태(warmed-up state)에 대응한다. 중속 또는 고속 회전 속도는 내연기관의 공칭 회전 속도에 기초하여 정의된다. 본 발명 때문에, 오일 펌프는 서로에 대해 움직일 수 있는 구성 요소의 제1 구성 요소 또는 서로에 대해 움직일 수 있는 구성 요소의 제2 구성 요소에 의해, 또는 두 구성 요소의 구동을 통해 구동될 수 있다. 직접 구동부에 의해 부여되는 오일 펌프의 동력이 공회전을 위해 구성되기 때문에, 활성 가능한 전기 구동부는 낮은 회전 속도의 존재 시에 증가된 요구를 커버하기 위해 주로 사용된다. 그러므로, 작동점은 명시된 회전 속도에서 중간 또는 낮은 오일 온도를 위해 구성된다. 전기 구동부는 그런 다음 마찬가지로 고온 또는 과잉 온도의 존재 시에 활성화된다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 오일 펌프의 압력측을 주위로부터 분리시키는 포트 형상(pot-shaped) 하우징 구조가 활성 가능한 전기 구동부의 샤프트 섹션으로 이어지는 협폭 부분을 가지고 상기 협폭 부분이 상기 샤프트 섹션에 회전 가능하게 결합하여 연결되고 오일 펌프의 하우징 부품에 대해 밀봉되면, 오일 펌프는 특히 간단한 구성을 가진다. 이러한 구성에 의해, 특히 작은 지름의 밀봉 링의 사용이 가능하다. 그러므로, 오일 펌프의 밀봉 작용은 특히 높은 신뢰성을 보인다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 제어 디바이스가 오일 펌프의 동력을 감소시킬 목적을 위해 비활성 가능한(deactivatable) 전기 구동부를 위한 발전기 모드를 가지면, 오일 펌프의 방출 동력은 특히 넓은 범위에서 자유롭게 제어 가능하다. 이러한 구성에 의해, 전기 구동부는 발전기 모드에서 가동성 구성 요소의 제2 가동성 구성 요소로 제동 부하(braking load)를 전달하도록 설계된다. 제동 부하가 낮으면, 직접 구동부는 서로에 대해 움직일 수 있는 구성 요소의 제1 구성 요소와 방출될 오일에 의해, 전기 구동부에 연결된 제2 구성 요소를 공동으로 회전시켜, 오일 펌프의 낮은 방출 동력으로 이어진다. 제동 부하가 높으면, 전기 구동부에 연결된 제2 구성 요소는 정지되고, 오일 방출은 기계식 직접 구동부의 동력에 따라서 대응하여 높아질 것이다. 본 발명으로 인해, 활성 가능한 전기 구동부에 연결된 오일 펌프의 제2 구성 요소는 제어 디바이스에 의한 제어에 따라서 한쪽 또는 다른쪽 방향으로 선택적으로 움직일 수 있다. 그러므로, 활성 가능한 전기 구동부는 기계식 직접 구동부의 고속 회전의 경우에 오일 펌프의 동력을 감소시킬 목적을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 활성 가능한 전기 구동부에 의해 구동되는 구성 요소가 직접 구동부에 의해 발생된 토크를 지지하기 위한 프리휠(freewheel) 또는 브레이크를 가지면, 활성 가능한 전기 구동부의 항구적 동력 공급(permanent energization)이 용이하게 회피될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 전기 모터의 토크의 지지는 프리휠 또는 브레이크가 하우징 부품에 대해 활성화 가능한 전기 구동부의 구동 샤프트를 지지하면 특히 간단한 방식으로 실현된다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 오일 펌프가 2개의 상호 대향하여 위치된 스위프 용적부(swept volume)들을 구비하는 이중-행정 베인형 펌프(double-stroke vane-type pump)로서 설계되면, 특히 높은 효율 및 매우 광범위한 방출 동력이 용이하게 달성될 수 있다. 이중-행정 베인 펌프는 넓은 범위에 걸쳐 제어 가능한 동력으로 인해 내연기관의 윤활 회로 또는 변속기에서 의도된 분야의 사용에 특히 잘 적합하다. 통상적으로 사용되는 제회전자 펌프(gerotor pump) 또는 기어 휠 펌프는 높은 방출 압력(delivery pressure)을 적절하게 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 이중-행정 베인형 펌프는 제어 디바이스에 의해 대응하는 전기 동력 공급과 함께 높은 방출 압력 및/또는 높은 방출량을 선택적으로 허용한다. 이중-행정 특성은 높은 효율의 이점과 특히 작은 구조적 공간을 결합한다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 오일 펌프의 재시동 시에, 이중-행정 베인형 펌프가 반경 방향 외부 러너부에 대해 베인을 예비 적재하기 위한 고정식 안내 요소(static guide element)를 가지면, 오일의 즉각적인 방출이 보장될 수 있다. 이러한 구성은, 이러한 방식으로, 오일 펌프가 시동 직후에 오일을 확실하게 방출하기 때문에 내연기관의 윤활유 회로에서 오일을 방출하기 위한 방출 디바이스의 사용에 특히 유익하다.
본 발명의 또 다른 유익한 구체예에서, 고정식 안내 요소가 회전자 내로 돌출되면, 방출 디바이스의 치수의 추가적인 감소에 기여한다.
본 발명은 수많은 실시예를 허용한다. 그 기본 원리를 더욱 예시하도록, 이러한 실시예들 중 2개가 도면에 도시되어 있으며, 다음에 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 방출 디바이스를 갖는 자동차의 내연기관을 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1의 방출 디바이스의 오일 펌프의 예시적인 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 도면; 및
도 3은 내연기관의 수요 특성 곡선을 갖는 도 1의 오일 펌프의 설계와 관련된 특성 맵을 도시한 도면.
도 1은 오일 섬프(3)로부터 소비재(4)로 오일을 방출하기 위한 방출 디바이스(2)를 갖는 자동차의 내연기관(1)을 개략적으로 도시한다. 소비재(4)는 내연기관(1)에 연결된 내연기관(1)의 윤활 회로 또는 변속기(도시되지 않음)일 수 있다. 방출 디바이스(2)는 내연기관(1)에 의해 직접 구동부(6) 및 활성 가능한 전기 구동부(7)를 갖는 오일 펌프(5)를 구비한다. 활성 가능한 전기 구동부(7)의 전기 모터(8)는 전자적 제어 디바이스(9)에 연결되고, 전자적 제어 디바이스는 모터 회전 속도, 요구된 모터 토크, 오일 온도, 및 설정 압력과 같은 입력 신호에 의존하는 방식으로, 제어 라인(10)을 통해 전기 구동부(7)를 작동시키고, 자동차의 온보드 전기 시스템(on-board electrical system)(11)으로부터의 전류를 공급한다. 입력 신호의 공급을 위해, 제어 디바이스(9)는 신호 라인(12)에 연결된다.
오일 펌프(5)는 회전자(13), 및 회전자(13)를 둘러싸는 러너부(14)를 가진다. 회전자(13)는 직접 구동부(6)에 연결되는 반면에, 러너부(14)는 활성 가능한 전기 구동부(7)에 의해 구동될 수 있다. 그러므로, 오일 펌프(5)는 오일을 방출하기 위해 서로에 대해 움직일 수 있는 2개의 구성 요소를 가진다. 오일 펌프(5)는 주변으로부터 압력측(15)을 분리시키는 포트 형상 하우징 구조(16)를 가진다. 포트 형상 하우징 구조(16)는 활성 가능한 전기 구동부(7)의 샤프트 섹션(17)으로 이어지는 협폭 부분(18)을 가진다. 또한, 활성 가능한 전기 구동부(7)의 샤프트 섹션(17)에, 전기 구동부(7)가 통전되지 않을 때 정적 구성 요소에 대해 직접 구동부(6)의 토크를 지지하는 프리휠(19)이 배열된다.
도 2에 도시된 대안적인 실시예에서, 활성 가능한 전기 구동부(7)는 제어 디바이스(9)에 의해 항구적으로 작동되고, 직접 구동부(6)의 동력이 충분하면 그 토크를 지지할 수 있다. 직접 구동부(6)의 동력이 오일 펌프(5)에 공급되는 동력보다 높으면, 전기 구동부(7)는 발전기 모드로 전환될 수 있으며, 그러므로 오일 펌프(5)의 동력을 감소시킬 수 있다. 이러한 실시예에서, 어떤 프리휠도 활성 가능한 전기 구동부(7) 상에 제공되지 않는다. 도 2에 따른 실시예는 그 외에 도 1에서와 동일한 방식으로 구성된다.
도 2는 오일 펌프(5)의 구조의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 도면을 단순화하도록, 오일 펌프(5)의 단지 절반만이 도시되어 있다. 여기에서, 포트 형상 하우징 구조(16)의 협폭 부분(18)은 밀봉 링(20)에 의해 오일 펌프(5)의 하우징 부품(21)에 대해 밀봉되어 있다는 것을 알 수 있다. 샤프트 섹션(17)은 전기 구동부(7)의 회전자(22)에 연결된다. 추가의 하우징 부품(23)은 오일 펌프(5)의 입구 덕트(24)를 가진다. 상기 입구 덕트(24)는 도 1에 도시된 오일 섬프(3)에 연결된다. 도 1로부터의 소비재(4)로 이어지는 오일 펌프(5)의 출구 덕트(25)는 다른 하우징 부품(27)에 있는 과압 밸브(26)와 함께 배열된다. 전기 구동부(7)의 스테이터(28)는 회전자(22)를 둘러싸고, 오일 펌프(5)에서 회전적으로 고정식으로 배열된다.
도 3은 내연기관(1)의 회전 속도에 대한 오일 펌프(5)의 방출량의 도표를 도시한다. 대략 90 내지 110℃의 작동 온도에서, 내연기관(1)은 특성 곡선(I)으로서 도시된 회전 속도(n)에 대한 오일 수요(Q)를 가진다. 본 발명에 따른 직접 구동부(6)에 의해 부여되는 동력은 II로 표시된다. 직접 구동부(6)와 전기 모터(8)의 병행 작동 동안의 오일 펌프(5)의 최대 출력을 Ⅲ으로 표시된다. 예를 들어 약 2700 rpm의 중속 회전 속도에서, 오일 펌프(5)의 작동에 필요한 동력은 직접 구동부(6)에 의해 발생된 동력에 대응한다. 이러한 지점은 도면에서 P2로 표시된다. 직접 구동부(6)의 회전 속도가 중속 회전 속도보다 낮으면, 오일 펌프(5)의 동력은 전기 구동부(7)를 작동시키는 것에 의해 증가된다. 매체 회전 속도 이상이면, 전기 구동부(7)는 직접 구동부(5)의 동력을 감소시키기 위하여 발전기 모드로 전환될 수 있다. 대안적으로, 과도하게 방출된 오일이 도 2에 도시된 과압 밸브(26)를 통해 배출되는 것이 또한 가능하다. 그러므로, 라인(II)으로부터 수직으로 상향 및 하향하는 화살표는 활성 가능한 전기 구동부(7)에 의한, 직접 구동부(6)에 의해 발생된 동력의 증가 또는 감소에 대응한다.
종래 기술에 따른 구동 상황의 특성 곡선은 IV로 표시된다. 상기 구동부의 설계 지점은 P1으로 표시된다. 대략 800 rpm의 저속 공회전 회전 속도에서 적절한 방출 성능을 보장하는 직접 구동부는 이러한 특성 곡선을 가져야만 할 것이다. 특성 곡선(IV 및 I)의 비교는 특히 낮은 동력 및 컴팩트한 오일 펌프(5)가 활성 가능한 전기 구동부(7)와의 조합에 의해 사용될 수 있다는 것을 명확히 보인다.
도 4는 도 1 및 도 2의 오일 펌프(5)로서 바람직하게 사용되는 이중-행정 베인형 펌프(28)를 도시한다. 베인형 펌프는 2개의 스위프 용적부(29, 30)를 가진다. 베인형 펌프(28)는 연장 가능한 베인(32)를 위한 안내부(31)를 회전자(13)에 가진다. 회전자(13) 내로 돌출되는 고정식 안내 요소(static guide element)(33)는 오일 펌프(5)의 러너부(14)에 대해 반경 방향으로 외향하는 베인(32)들을 예비 적재한다. 안내 요소(33)는 러너부(14)의 내부 윤곽에 대응하는 외부 윤곽을 가진다. 베인(32)들은 오일의 방출이 오일 펌프(5)의 시동 시에 직접적으로 보장되도록 안내 요소(33)에 의해 확실하게 안내된다. 그러므로, 상기 오일 펌프(5)는 또한 내연기관(1)의 윤활유 회로에 있는 엔진 오일을 방출하도록 또한 사용될 수 있다.
도 5는 도 4의 선 IV-IV를 따라서 취한 베인형 펌프(28)의 단면도를 도시한다. 여기에서, 회전자(22)가 밀봉 웨브(sealing web)(34)에 의해 러너부(14)에 대해 밀봉된다는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 기계식 직접 구동부(6)에 의해 또는 활성 가능한 전기 구동부(7)에 의해 구동될 수 있는 오일 펌프(5)를 갖는, 오일 섬프(3)로부터 내연기관(1)의 윤활유 회로 또는 변속기로 오일을 방출하기 위한 자동차용 방출 디바이스(delivery device)(2)로서, 회전자(13)와 상기 회전자(13)를 감싸는 러너부(runner part)(14)를 갖는 상기 오일 펌프(5)는 오일을 방출하기 위하여 서로에 대해 움직일 수 있는 2개의 구성 요소를 가지며, 상기 기계식 직접 구동부(6)는 서로에 대해 움직일 수 있는 상기 구성 요소의 제1 구성 요소에 연결되고, 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)는 서로에 대해 움직일 수 있는 상기 구성 요소의 제2 구성 요소에 연결되되,
    상기 직접 구동부(6)에 의한 상기 오일 펌프(5)의 동력은 상기 내연기관(1)의 중속 또는 고속 회전 속도 및 작동 온도에서 작동점을 위해 구성되고, 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)는 실제 필요량으로 상기 오일 펌프(5)의 동력을 증가시키기 위하여 제어 디바이스(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오일 펌프(5)의 압력측(15)을 주위로부터 분리시키는 포트 형상(pot-shaped) 하우징 구조(16)는 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)의 샤프트 섹션(17)으로 이어지는 협폭 부분(18)을 가지며, 상기 협폭 부분(18)은 상기 샤프트 섹션(17)에 회전 가능하게 결합하여 연결되고, 상기 오일 펌프(5)의 하우징 부품(21)에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 디바이스(9)는 상기 오일 펌프(5)의 동력을 감소시킬 목적을 위해 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)를 위한 발전기 모드를 갖는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)에 의해 구동되는 상기 구성 요소는 상기 직접 구동부(6)에 의해 발생된 토크를 지지하기 위한 프리휠(freewheel)(19) 또는 브레이크를 갖는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프리휠(19) 또는 브레이크는 하우징 부품에 대하여 상기 활성 가능한 전기 구동부(7)의 구동 샤프트를 지지하는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 오일 펌프(5)는 2개의 상호 대향하여 위치된 스위프 용적부(swept volume)(29, 30)를 갖는 이중-행정 베인형 펌프(double-stroke vane-type pump)(28)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이중-행정 베인형 펌프(28)는 반경 방향 외부 러너부(14)에 대해 베인(32)들을 예비 적재하기 위한 고정식 안내 요소(static guide element)(33)를 갖는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고정식 안내 요소(33)가 회전자(22) 내로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 방출 디바이스.
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