KR20180081553A - 구동 시스템 및 관련 모터 차량 - Google Patents

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KR20180081553A KR1020187016010A KR20187016010A KR20180081553A KR 20180081553 A KR20180081553 A KR 20180081553A KR 1020187016010 A KR1020187016010 A KR 1020187016010A KR 20187016010 A KR20187016010 A KR 20187016010A KR 20180081553 A KR20180081553 A KR 20180081553A
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안토니 펠르티에
필리프 차이나
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토탈 마케팅 서비스
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Abstract

모터 차량용 구동 시스템(1)은, 서로 커플링되는 상단(5) 및 하단(7), 운동학적 구동 체인, 압축기(35), 주 회로(105) 및 주 펌프(103)를 포함하고 주 회로를 통해 적어도 하단에 주 윤활제를 공급하는 주 윤활 시스템, 및 주 회로와 별개인 적어도 하나의 2차 회로(115) 및 주 펌프와 별개인 적어도 하나의 2차 펌프(113)를 포함하고, 2차 펌프는 2차 회로(115)를 통해 상단 및/또는 압축기에 2차 윤활제를 공급하는 2차 윤활 시스템을 포함한다. 2차 윤활 시스템은 운동학적 구동 체인과 기계적으로 독립적이며 2차 펌프(113)를 구동하여 상단(5) 및/또는 상기 압축기(35)에 2차 윤활제를 공급하는 적어도 하나의 2차 액추에이터(119)를 포함한다.

Description

구동 시스템 및 관련 모터 차량
본 발명은 모터 차량용 구동 시스템뿐만 아니라 이러한 구동 시스템을 포함하는 모터 차량에 관한 것이다.
현재 대다수의 모터 차량에는 2개의 파트를 갖는 내연 기관을 포함하는 구동 시스템이 구비된다:
- 실린더를 포함하는 "엔진 블록" 내의 운동 커플링 시스템(커넥팅 로드, 피스톤 및 크랭크 샤프트)과 엔진 윤활제를 포함하는 케이스를 포함하는 소위 "하부 엔진" 파트.
- 하부 엔진 파트에 조립된 실린더 헤드(들)로 구성된 소위 "상부 엔진" 파트. 실린더 헤드는 흡기 파이프 및 흡기 밸브를 통한 연소실에서의 흡기 가스의 분배 및 배기 파이프 및 배기 밸브를 통한 연소 가스의 배기의 장소이다.
"하부 엔진 파트"와 "상부 엔진 파트(들)" 사이의 한계는 실린더 헤드 개스킷(들)으로 구현된다.
공기-연료 혼합물 연소의 장소인 연소실은 "상사점(upper dead center)"이라고 칭해지는, 높은 위치에 있을 때의 피스톤 상단과 실린더 헤드 사이에 있는 공간이다.
FR-A-2,605,677은 크랭크 샤프트의 단부에 장착된 오일 펌프를 통합하는 하부 엔진 파트를 위한 1차 그리싱 회로뿐만 아니라, 1차 회로와는 독립적이며 차례로 엔진의 캠 샤프트의 단부에 장착된 펌프를 통합하는 상부 엔진 파트를 위한 2차 그리싱 회로를 포함하는 내연 기관용 윤활 시스템을 설명한다. 따라서, 윤활 시스템은 2개의 개별 회로로 분리되어, 상부 엔진 파트를 윤활하는 오일이 하부 엔진 파트를 윤활하는 데 사용되는 오일에 의해 오염되지 않게 되어, 엔진의 수명을 향상시킨다.
그럼에도 불구하고, 상부 엔진 파트의 윤활은 엔진이 작동 중일 때에만 수행되어, 엔진의 시동 및 정지 단계에서 상부 엔진 파트의 컴포넌트의 현저한 마모를 야기한다.
특정 모터 차량의 구동 시스템은 엔진의 동력을 향상시키기 위해 연소실로 그 흡기 전에 공기-연료 혼합물을 형성하도록 의도된 공기를 압축하도록 설계된 압축기를 더 포함한다. 이러한 압축기는 통상적으로 엔진의 크랭크 샤프트에 의하거나, 엔진에 의해 방출된 배기 가스에 포함된 운동 에너지를 사용하는 액추에이터이다. 두 번째 경우에서, 압축기에는 터보 압축기를 형성하도록 배기 가스의 경로 상에 배치되는 구동 터빈이 구비된다.
터보 압축기가 구비된 엔진의 경우, 윤활제 펌프의 작동이 크랭크 샤프트의 작동에 의존하기 때문에, 엔진이 정지될 때 후자의 윤활도 정지된다. 정지될 때, 터보 압축기의 윤활 시스템에 여전히 존재하는 윤활제 잔류물이 후자의 몸체 내의 고온 금속 표면과 접촉한다. 실제로, 터빈측의 고온 배기 가스의 근접은 전도(conduction)에 의한 터보 압축기의 몸체의 금속 파트의 온도 증가를 생성한다. 이 현상을 때로 윤활제의 "코킹(coking)"이라고 칭한다.
또한, 경제적, 입법적 그리고 환경적 제약은 내연 기관의 설계자와 사용자가 이러한 엔진의 연료 소비를 줄이라고 압박하고 있다. 예를 들어, 유럽 표준은 2021년부터 95g/km 이하의 CO2 배출 수준을 시작한다.
본 발명은 향상된 수명 및 감소된 연료 소비를 갖는 새로운 구동 시스템을 제안함으로써 이러한 문제점을 해결하는 것을 목표로 한다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 1에 따른 구동 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 압축기 및/또는 상부 엔진 파트의 윤활은 엔진, 특히 그 운동학적 구동 체인의 동작과 독립적으로 행해진다. 2차 윤활 시스템은 예를 들면, 압축기 및/또는 상부 엔진 파트를 미리 윤활하여 엔진을 시동할 때 상부 엔진 파트의 마모를 방지하도록 엔진의 시동 전에 작동될 수 있다. 또한, 이러한 요소들의 윤활은 특히 냉각 목적을 위해 엔진의 정지 후로 연장될 수 있다.
압축기에 적합한, 즉, 내온성을 가지며 및 양호한 마찰 특성을 갖는 윤활제의 사용은 배기에서 배압(back pressure)을 억제하면서 흡입 유체의 흡입을 용이하게 함으로써 엔진의 펌핑 손실을 억제할 수 있게 한다. 이는 동일한 연료 소비에서의 동력의 증가, 또는 동일한 동력에서의 감소된 연료로 반영된다. 가속과 같은 전이 단계에서의 압축기의 반응성이 또한 이러한 적응된 윤활제의 사용으로 향상되며, 이는 이러한 전이 단계 동안 연료 소비를 최적화할 수 있다.
또한, 엔진이 정지된 후의 이러한 윤활제의 순환은 이로부터 칼로리를 배출할 수 있게 하고 고온 파트의 윤활제의 정체를 억제할 수 있게 하고, 이에 의해 코킹(coking) 문제를 바로잡는다.
이로써, 본 발명의 윤활 시스템의 구성은 구동 시스템의 윤활되는 접촉부에 기초하여 윤활제 공급을 최적화할 수 있게 한다. 각각의 회로에 있어서, 압력은 고려되는 회로를 통해 윤활되는 각각의 접촉부의 윤활을 위해 필요한 최소의 최대값으로 적응될 수 있다. 이는 단일 글로벌 윤활 회로가 제공되는 구동 시스템의 경우보다 낮은 펌프의 구동력으로 귀결되어, 글로벌 에너지 이득이 달성된다.
마지막으로, 특히 구동 시스템의 이러한 파트의 물리적, 기계적 및 열적 제약에 있어서, 압축기 및/또는 상부 엔진 파트의 윤활에 특히 적합하도록 2차 윤활제가 선택될 수 있으며, 주 윤활제는 그 자체의 물리적, 기계적 및 열적 제약에 있어서 하부 엔진 파트를 윤활하는 데 특히 적합하다. 하부 엔진 파트에 특정적으로 적응된 윤활제의 선택은 동일한 동력으로 감소된 연료 소비를 달성할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 유리한 특징들이 청구항 2 내지 11에 규정된다.
본 발명은 또한 청구항 12에 규정된 모터 차량에 관한 것이다.
본 발명은 단지 비한정적이고 비포괄적인 예로서 제공되고 도면을 참조하여 이루어진 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예에 따른 구동 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 구동 시스템의 개략도이다.
도 1의 구동 시스템(1)은 예를 들어, 자동차와 같은 육상 차량인 모터 차량을 구비하도록 설계된다.
이하, "높은", "상위" 및 그 동의어와 같은 표현은, 예를 들어 차량이 지면 위에 놓여 있는 사용 위치에 있을 때 차량의 상부를 향하여 수직으로 향하는 방향을 가리키는 데 사용된다. "낮은", "하위" 및 그 동의어와 같은 표현은 반대 방향을 나타낸다.
도 1의 구동 시스템(1)은 압축기(35)가 구비된 내연 기관(3)을 포함한다. 내연 기관(3)은 크랭크 샤프트를 회전시키도록 의도된 기계적 조립체 및 예를 들어 터보 압축기를 형성하는 압축기(35)를 포함하는 공기 공급 시스템을 형성한다.
이와 같이 알려진 방식으로, 내연 기관(3)은 커플링되는 상부 엔진 파트(5) 및 하부 엔진 파트(7)를 포함한다.
하부 엔진 파트(7)는 하부 엔진 파트(7)의 케이스(11)에 대해 회전하는 크랭크 샤프트(9)를 포함하며, 그 내부에 크랭크 샤프트(9)가 장착되는 엔진 블록(17) 또는 "실린더 블록"을 포함한다.
하부 엔진 파트(7)는 또한 커넥팅 로드(13) 및 피스톤(15)을 포함하며, 각각의 커넥팅 로드(13)는 피스톤(15) 중 하나와 크랭크 샤프트(9) 상에 회전 장착된다. 하부 엔진 파트(7)에 속하는 엔진 블록(17)은 그 내부에서 피스톤(15)이 슬라이딩하는 실린더(19)를 한정한다. 엔진 블록(17)은 케이스(11)에 의해 하방 폐쇄되고 상부 엔진 파트(7)에 의해 상방 폐쇄된다. 케이스(11)는 바닥에 의해 폐쇄된 포켓(pocket)을 형성하고, 상부에 의해 엔진 블록(17)과 조립된다. 피스톤(15)은 커넥팅 로드(13)를 통해 크랭크 샤프트(9)를 구동시키기 위해 실린더 (19) 내에서 교번 병진 운동으로 구동된다. 도 1의 예에서, 4개의 피스톤(15)과 4개의 커넥팅 로드(13)가 나타내어진다. 그러나, 대안적으로, 하부 엔진 파트(7)는 단일 피스톤(15), 단일 커넥팅 로드(13) 및 단일 관련 실린더(19), 또는 더 많은 수의 피스톤(15), 커넥팅 로드(13) 및 관련 실린더(19)를 포함한다.
상부 엔진 파트(5)는 공기 및 연료를 실린더(19)를 향해 분배하기 위한 부재를 포함하는 분배 시스템이 구비된 실린더 헤드(21)를 포함한다. 실린더 헤드(21)는 엔진(3)의 실린더 헤드 개스킷(23)을 통해 엔진 블록(17)을 캡핑한다. 실린더 헤드 개스킷(23)은 상부 엔진 파트(5)와 하부 엔진 파트(7) 사이의 경계를 구성한다.
상사점에서 실린더(19) 내의 각각의 피스톤(15)의 상부와 실린더 헤드(21) 사이에 포함된 공간은 연소실(24)을 나타낸다. 각각의 연소실(24)은 하나의, 바람직하게는 몇 개의 흡기구(들)를 포함하며, 이러한 흡기구를 통해 공기 및 연료 흡기가 발생한다. 연소 기관(3)의 유형에 따라, 공기 및 연료는 연소실에서 개별적으로 또는 이미 혼합되어 흡기되므로, 이하 "흡기 유체"라고 일반적으로 칭해진다. 각 연소실(24)은 또한 이 흡기 유체의 연소 생성물을 위한 적어도 하나의 배기구를 포함한다. 각각의 연소실(24)은 크랭크 샤프트(9)를 구동하기 위해 피스톤(15)의 교번 병진 운동을 발생시키기 위해 관련 피스톤(15) 위에서 수행되는 흡기 유체의 연소 반응의 자리이다.
특히 상부 엔진 파트(5)의 분배 시스템은 연소실(24)의 흡기구 또는 배기구 중 하나의 개방 또는 폐쇄 위치 사이에서 각각 운동하는 밸브(25)를 포함한다. 분배 시스템은 또한 밸브(25)를 제어하기 위한 캠 샤프트 유형의 샤프트(27)를 포함한다. 제어 샤프트(27)는 크랭크 샤프트(9)와 평행하며, 엔진(3)의 분배 벨트(29)를 통해 크랭크 샤프트(9)에 의해 구동된다. 대안적으로, 분배 벨트 대신에, 구동 시스템(1)은 분배 체인 또는 기어 조립체를 포함한다. 대안적으로, 상부 엔진 파트(5)에는 바람직하게는 크랭크 샤프트(9)에 의해 구동되는 몇개의 제어 샤프트가 제공된다. 대안적으로, 밸브(25)는 액추에이터, 예를 들어 전자기식, 또는 전자 공압식 또는 전자 유압식으로 제어될 수 있다.
상기 규정된 크랭크 샤프트(9), 커넥팅 로드(13), 피스톤(15), 밸브(25), 제어 샤프트(27) 및 분배 벨트(29) 또는 그 기계적 대안은 엔진(3)의 운동학적 구동 체인에 속한다. 엔진(3)의 운동학적 구동 체인은 엔진(3)에 속하는 부가적인 가동 요소들, 예컨대, 제2 제어 샤프트, 더 적은 또는 더 많은 수의 밸브, 2개의 커넥팅 로드의 더 적은 또는 더 많은 수의 피스톤을 포함할 수 있다. 궁극적으로, 엔진(3)의 운동학적 구동 체인은 흡기 유체의 연소 반응의 작용 하에서, 직접적으로 또는 전달 수단을 통해 기계적으로 구동되는 엔진의 모든 운동 컴포넌트를 포함한다. 본 설명에서 언급되지 않고, 공압식, 유압식 또는 전자 수단과 같은 흡기 유체의 연소 반응과는 별도의 수단에 의해 운동되는 엔진(3)의 임의의 운동 컴포넌트는 구동 시스템(1)의 운동학적 구동 체인에 속하지 않는다.
구동 시스템(1)의 흡기 컬렉터(31)는 "흡기 밸브"라고 칭하는 밸브(25)를 통해, 하부 엔진 파트(7)의 연소실(24) 내의 흡기 유체를 분배하기 위해 실린더 헤드(21)에 접속된다. 일반적으로, 흡기 유체는 상부 엔진 파트(5)를 통과함으로써 하부 엔진 파트(7)로 흡입된다. 구동 시스템(1)의 배기 컬렉터(33)가 또한 "배기 밸브"라고 칭하는 밸브(25)를 통해 흡기 유체의 연소 반응의 생성물을 연소실(24)로부터 수집하기 위해 상부 엔진 파트(5)에 접속된다. 이러한 생성물은 예를 들어, 배기 가스를 형성한다. 흡기 컬렉터(31) 내의 흡기 유체의 경로는 화살표 A로 기호화되고, 배기 컬렉터(33) 내의 연소 생성물의 경로는 화살표 E로 기호화된다.
구동 시스템(1)은 예를 들어, 흡기 컬렉터(31)로부터의 상류에서 연소실(24) 내로 흡입되기 전에, 흡기 유체를 압축되도록 설계된 압축기(35)를 포함한다. 바람직하게는, 압축기(35)는 흡기 유체의 조성에 들어가도록 의도된 공기를 압축하며, 연료 자체는 연소실(24)로의 그 흡기 전 또는 흡기되는 중에 공기가 압축기(35)에 의해 압축된 후에 이러한 공기에 추가된다. 따라서, 압축기(35)는 적어도 부분적으로 상부 엔진 파트(5)에 공급하도록 의도된 흡기 유체를 압축하도록 설계된다.
따라서, 흡기 유체의 흡기에 대한 몇몇 구성이 가능하다. 예를 들어, 가솔린 유형의 연료로 작동하는 구동 시스템(1)의 경우에, 이 연료는 흡기관의 상류 또는 연소실(24)에서 직접 분사될 수 있다. 두 번째 경우에, "가솔린 직접 분사"를 갖는 구동 시스템에 대해 참조한다. 디젤 구동 시스템(1)의 경우에, 연료는 연소실(24)로 직접 분사되거나, 연소실(24)의 상류에 있고 연소가 개시되는 연소실(24)에 접속되어 있는, 구동 시스템(1)의 프리-챔버로 흡기된다.
압축기(35)는 흡기 유체를 압축하기 위해, 특히 이러한 흡기 유체의 조성에 들어가는 공기의 전부 또는 일부를 압축하기 위해, 원심 펌프 유형의 압축 부재(36)를 포함한다. 압축기(35)는 바람직하게는 터보 압축기를 형성한다. 이 경우, 압축기(35)는 압축 부재(36)를 구동하는 터빈(37)을 포함한다. 터빈(37)은 이러한 생성물 E의 엔탈피 및/또는 운동 에너지를 이용하여 부재(36)를 구동하여 흡기 유체를 압축하도록, 배기 컬렉터(33)로부터의 하류 또는 적어도 연소 생성물 E의 경로 상에 배치된다. 대안적으로, 압축기(35)는 엔진(3)의 운동학적 구동 체인에 의해, 예를 들어 크랭크 샤프트(9)에 의해 구동될 수 있다.
구동 시스템(1)은 하부 엔진 파트(7)를 윤활시키기 위한 주 윤활 시스템을 더 포함한다. 당면한 경우에, 이러한 주 윤활 시스템은 도 1에 개략적으로 나타낸 주 회로(105) 및 주 펌프(103)를 포함한다. 주 펌프(103)는 예를 들어, 약 5cc/회전(회전 당 입방 센티미터)과 20cc/회전 사이, 바람직하게는 약 7cc/회전과 12cc/회전 사이, 더욱 바람직하게는 약 10.7cc/회전으로 이루어진 피스톤 변위를 갖는다. 주 펌프(103)는 주 회로(105) 내에 오일 유형의 주 윤활제를 순환시켜서 하부 엔진 파트(7)에 주 윤활제를 공급하고, 특히 운동학적 구동 체인에 속하는 하부 엔진 파트(7)의 다른 부재를 윤활시킨다. 주 회로(105)는 특히 크랭크 샤프트(9)와 커넥팅 로드(13) 사이의 회전 접속부를 윤활시키기 위해 하부 엔진 파트(7) 내에 부분적으로 연장된다. 주 회로(105)는 주 윤활제 보유부(107) 및 선택적으로 미도시한 오일 필터를 포함한다. 주 회로(105)는 특히 그 각각의 실린더(19)에 대한 각각의 피스톤(15)의 슬라이딩 접촉하는 파트를 나타내는, 하부 엔진 파트(7)의 세그먼트-피스톤-재킷 존(segment-piston-jacket zone)을 주 윤활제로 윤활하도록 설계된다. 이를 위해서, 예를 들어 주 회로(105)는 세그먼트-피스톤-재킷 존에서, 주 윤활제의 미스트를 방출하기 위한 수단(미도시)을 포함하며, 상기 주 윤활제의 미스트는 커넥팅 로드(13)의 베어링을 통해 방출된다. 주 윤활제의 공급은 주 회로(105)에 속하는 공급 바(supply bar)에 직접 접속된, 크랭크 샤프트(9)의 베어링에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 주 회로(105)는 피스톤(15)을 냉각시키기 위해 그 아래에 오일을 뿌리는, 미도시한 주 윤활제 세척 병을 포함한다.
바람직하게는, 주 펌프(103)는 엔진(3)의 운동학적 구동 체인, 특히 크랭크 샤프트(9)에 의해 작동된다. 따라서, 엔진(3)이 주행할 때, 크랭크 샤프트(9)가 회전하여 주 펌프(103)를 체계적으로 구동시킨다. 주 펌프(103)는 바람직하게는 가변 유속 및 제어된 압력을 가지므로, 그 에너지 소비는 주 윤활제를 펌핑하기에 특히 낮다.
구동 시스템(1)은 또한 주 회로(105)로부터 분리되어 별개인 2차 회로(115)를 포함하는 2차 윤활 시스템을 포함한다. 2차 회로(115)는 압축기(35) 및 상부 엔진 파트(5) 양쪽에 그 성질 및/또는 그 조성 및/또는 그 특성이 주 윤활제와 상이한 2차 윤활제를 공급한다.
바람직하게는, 주 윤활제는 X가 0 또는 5를 나타내고, Y가 4, 8, 12, 16 또는 20 등을 나타내는 식 (X)W-(Y)로 규정되는 SAEJ300 분류에 따른 등급을 갖는 윤활 조성물이다. 주 윤활제는 예를 들어, TOTAL SA사가 판매하는 Quartz 9000 Future 0W-20 또는 Quartz V-drive 0W-20 윤활제이다. 위에 규정된 윤활제 대신 다른 윤활제가 주 윤활제로 사용될 수 있다.
예를 들어, 2차 윤활제는 TOTAL SA가 판매하는 Quartz Ineo MC3 5W-30 또는 Quartz 9000 5W-40 윤활제이다. 주 윤활제가 2차 윤활제와 상이한 조성을 갖는 한, 위에 규정된 윤활제 대신 다른 윤활제가 2차 윤활제로 사용될 수 있으며, 이들 조성물은 하부 엔진 파트(7), 및 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)를 포함하는 조립체의 윤활 재료 제약에 각각 적응된다.
대안적으로, 주 윤활제 및 부 윤활제는 동일한 조성을 갖는다.
2차 윤활 시스템은 또한 2차 회로(115)에서 2차 윤활제를 순환시키기 위한 유압 펌프 유형의 2차 펌프(113)를 포함한다. 도 1의 예에서, 2차 회로는 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35) 양쪽에 2차 윤활제를 공급한다.
2차 회로(115)는 주 윤활제 보유부(107)와 별개인 2차 윤활제 보유부(117)를 포함하는 것이 바람직하다. 2차 회로(115)는 특히 제어 샤프트(27)와 실린더 헤드(23)와 밸브(25) 사이의 회전 접속부를 윤활시키기 위해 상부 엔진 파트(5) 내로 부분적으로 연장된다. 2차 회로(115)는 특히 부재(36) 및 적용 가능한 경우 터빈(37)의 회전 접속부를 윤활시키기 위해 압축기(35) 내에서 부분적으로 연장된다.
이 문헌에서, "별개 회로들"은, 2차 회로와 별개인 1차 회로 내에서 순환하는 1차 윤활제가 2차 회로에서 순환하는 2차 윤활제와 접촉하지 않고, 2개의 회로들이 개스킷 또는 벽과 같은 기밀한 분리 수단에 의해 분리되는 것을 의미한다.
2차 윤활 시스템은 2차 윤활제를 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)에 공급하기 위해 2차 펌프(113)를 구동하는 전기 모터(119) 또는 적어도 전기가 공급되는 액추에이터를 포함한다. 따라서, 펌프(113)는 전기적으로 구동되는 펌프이다. 전기 모터(119)의 전기 공급 에너지는 예를 들어, 구동 시스템(1)의 전기 배터리에 의해 공급된다. 따라서, 전기 모터(119)는 기계적으로 운동학적 구동 체인과 독립된 보조 펌프(113)의 2차 액추에이터를 구성한다. 실제로, 전기 모터(119)는 크랭크 샤프트(9), 커넥팅 로드(13), 피스톤(15), 밸브(25), 제어 샤프트(27) 또는 분배 벨트(29)의 운동과 독립적으로 동작될 수 있다.
이러한 조건 하에서, 엔진(3)이 정지될 때 2차 윤활제로, 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)를 윤활하도록 전기 모터(119)를 통해 2차 펌프(113)가 제어된다. 필요하다면, 액추에이터(119)의 속도를 제어함으로써, 2차 펌프(113)의 유속을 제어 및 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터(119)의 공급 에너지에 관계없이, 그 속도가 제어될 수 있는 액추에이터(119)를 선택함으로써 2차 펌프(113)가 가변 유속을 갖는 것이 제공된다. 2차 펌프(113)는 바람직하게는 2차 액추에이터(119)로 작동되어 운동 중인 그 운동학적 구동 체인의 설정에 상응하는 엔진(3)의 시동 직전에 2차 윤활제로 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)를 윤활시킨다. 바람직하게는, 2차 펌프(113)는 2차 액추에이터(119)에 의해 제어되어, 그 운동학적 구동 체인의 부동화(immobilization)에 대응하는, 엔진(3)이 정지된 후에 개시되는 소정의 길이의 시간 동안 2차 윤활제로 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)를 윤활시킨다. 어떠한 경우든, 엔진(3)의 작동 중, 즉 운동학적 구동 체인이 움직일 때, 2차 펌프(113)는 2차 액추에이터(119)로 작동되어 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)를 2차 윤활제로 윤활시킨다. 따라서, 터보 압축기를 포함하는 경우, 코킹(coking)뿐만 아니라 상부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)의 마모가 특히 감소된다.
펌프를 갖는 유압 회로와 같은 유압 에너지원 또는 압축기를 갖는 공기 회로와 같은 공압 에너지원을 포함하는 차량의 경우, 2차 액추에이터의 동작이 운동학적 구동 체인의 동작과 독립적인 한, 상술한 전기 모터 대신 공압 또는 유압 에너지로 작동하는 2차 액추에이터를 제공할 수 있다. 그러면, 이 2차 액추에이터는 예를 들어 잭(jack), 공압 모터 또는 유압 모터일 것이다.
2차 펌프(113)는 주 펌프(103)의 피스톤 변위보다 작은 피스톤 변위를 가지며, 이는 압축기(35) 및 상부 엔진 파트(5)의 윤활 요구를 충족시키면서 윤활 시스템에 의해 소비되는 에너지의 양을 최적화하는 것을 허용한다. 이는 구동 시스템(1)의 연료 소비를 감소시키는 것으로 귀결된다.
동작 중에, 하부 엔진 파트(7)는 특히 크랭크 샤프트(9) 상의 피스톤(15)의 작용에 의해 유발되는 강한 부하를 경험한다. 특히 흡입 유체에 대한 압축 부재(36)의 작용뿐만 아니라 터빈(37) 상의 연소 생성물 E에 의해 유발되는, 압축기(35)에 의해 경험되는 부하는 더 낮다. 상부 엔진 파트(5)에 의해 경험되는 부하는 더욱 더 낮으며, 이는 특히 밸브(25) 상의 제어 샤프트(27)의 작용에 의해 유발된다.
압축기(35)에서 상부 엔진 파트(5)보다 하부 엔진 파트(7)가 높은 부하를 경험하므로, 하부 엔진 파트(7)의 효과적인 윤활을 수행하기 위해, 윤활제 압력이 2차 회로(115)에서보다 주 회로(105)에서 더 높은 것이 바람직하다. 주 펌프(103)는 2차 펌프(113)보다 더 큰 피스톤 변위를 가지므로, 2차 회로(115)에서보다 주 회로(105)에서 더 높은 펌핑 압력을 얻기가 쉬워, 시스템(1)의 윤활이 최적화된다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 시스템(100)의 제2 실시예를 나타낸다. 도 1의 시스템(1)과 도 2의 시스템(100) 사이의 유사한 요소에는 동일한 참조 번호가 할당되었다.
실질적으로, 구동 시스템(100)은 상부 엔진 파트(5) 및 하부 엔진 파트(7)를 갖는 내연 기관(3)을 포함한다. 하부 엔진 파트(7)는 크랭크 샤프트(9), 케이스(11), 커넥팅 로드(13), 피스톤(15), 실린더(19)를 갖는 엔진 블록(17) 및 피스톤(15)의 상단과 실린더 헤드(21)의 바닥 사이에서 규정되는 연소실(24)을 포함한다. 상부 엔진 파트(5)는 엔진(3)의 실린더 헤드 개스킷(23)에 의해 하부 엔진 파트(7)로부터 분리되고, 특히 밸브들(25)을 갖는 실린더 헤드(21) 및 제어 샤프트(27)를 포함한다. 엔진(3)은 또한 분배 벨트(29)를 포함하고, 또는 상기 규정된 그 대안에서, 도 1의 실시예의 규정과 동일한 규정을 충족시키는 운동학적 구동 체인을 포함한다.
시스템(100)은 흡기 컬렉터(31) 및 배기 컬렉터(33), 압축 부재(36) 및 터빈(37)을 갖는 압축기(35)를 포함한다.
시스템(100)은 주 회로(105), 주 펌프(103) 및 운동학적 구동 체인이 움직일 때 하부 엔진 파트(7)에 주 윤활제를 공급하기 위한 주 윤활제 보유부(107)를 갖는 주 윤활 시스템을 포함한다.
도 2의 시스템(100)은 분리되어 있는 제1 2차 회로(125) 및 제2 2차 회로(135)를 포함하는 2개의 별개의 2차 회로들을 포함한다는 점에서 도 1의 시스템(1)과 상이하다.
시스템(100)은 또한 상부 엔진 파트(5)에 제1 2차 회로(125)를 통해 제1 2차 윤활제를 공급하는 제1 2차 펌프(123) 및 압축기(35)에 제2 2차 회로(135)를 통해 제2 2차 윤활제를 공급하는, 제1 2차 펌프(123)와 개별적인 제2 2차 펌프(133)를 포함하는 2개의 별개의 2차 펌프들(123, 133)을 포함한다. 제1 2차 윤활제 및 제2 2차 윤활제는 상이한 조성, 즉, 상이한 성질 및 상이한 특성을 갖는다. 제1 2차 윤활제 및 제2 2차 윤활제는 또한 주 윤활제의 조성과 상이한 조성을 갖는다.
예를 들어, 제1 2차 윤활제는 Quartz Ineo MC3 5W-30 윤활제이고, 제2 2차 윤활제는 Quartz 9000 5W-40 윤활제이며, 양쪽 모두 TOTAL SA사가 판매한다. 일반적으로, 제1 2차 윤활제는 상부 엔진 파트(7)의 윤활 제약에 특히 적합하도록 선택되고, 제2 2차 윤활제는 압축기(35)의 윤활에 대한 제약에 특히 적합하도록 선택된다.
대안적으로, 주 윤활제, 제1 2차 윤활제 및 제2 2차 윤활제 중에서 2개의 윤활제는 동일한 조성을 가지며, 세번째 윤활제는 다른 2개와 상이한 조성을 갖는다. 또한, 대안적으로, 3개의 윤활제 모두 동일한 조성을 갖는다.
2차 회로(125)는 바람직하게는 주 윤활제 보유부(107)와 별개인 제1 2차 윤활제의 제1 보유부(127)를 포함한다. 2차 회로(135)는 바람직하게는 주 윤활제 보유부(107) 및 보유부(127)과 별개인 제2 2차 윤활제의 제2 보유부(137)를 포함한다.
도 2의 예에서, 운동학적 구동 체인과 기계적으로 독립적인 제1 2차 액추에이터(129)는 제1 2차 펌프(123)를 구동하여 상부 엔진 파트(5)에 제1 2차 윤활제를 공급한다. 제1 2차 액추에이터(129)와 별개이고 운동학적 구동 체인과 기계적으로 독립적인 제2 2차 액추에이터(139)는 제2 2차 펌프(133)를 구동하여 압축기(35)에 제2 2차 윤활제를 공급한다.
바람직하게는, 2개의 2차 액추에이터들(129, 139)의 동작은 서로 독립적이므로,
- 2차 펌프(123)는 엔진(3)을 시동하기 전의 소정의 길이의 시간 동안 및/또는 엔진(3)의 동작 중에 상부 엔진 파트(5)에 제1 2차 윤활제를 공급하고;
- 2차 펌프(133)는 엔진(3)의 동작 중에 및/또는 엔진(3)이 정지된 후 소정의 길이의 시간 동안 압축기(35)에 제2 2차 윤활제를 공급한다.
대안적으로, 압축기(35)의 시동을 용이하게 하여 그 마모를 억제하기 위해, 2차 펌프(133)는 엔진(3)이 시동되기 전에 소정의 길이의 시간 동안 압축기(35)에 제2 2차 윤활제를 공급한다.
제1 2차 회로(125)는 특히 제어 샤프트(27)와 실린더 헤드(23)와 밸브(25) 사이의 회전 접속부를 윤활하기 위해 상부 엔진 파트(5) 내에 부분적으로 연장된다. 제2 2차 회로(135)는 특히 부재(36)와 적용 가능하다면 터빈(37)의 회전 접속부를 윤활하기 위해 압축기(35) 내에 부분적으로 연장된다.
따라서, 하부 엔진 파트(5) 및 압축기(35)의, 윤활제의 조성뿐만 아니라 윤활은 구동 시스템(100)의 이들 2개 부재 각각에 특정된 윤활 요구에 기초하여 최적화될 수 있다.
제2 액추에이터(129, 139)는 동일한 에너지, 예를 들어 전기를 사용하거나, 2개의 상이한 에너지를 사용하여, 예를 들어 하나는 전기 에너지에 의해 구동되고 다른 하나는 공압 에너지에 의해 동작한다.
바람직하게는, 제1 2차 펌프(123)는 제2 2차 펌프(133)의 피스톤 변위보다 낮은 피스톤 변위를 가지므로, 2차 펌프(123, 133)는 한편으로는 상부 엔진 파트(5)에, 다른 한편으로는 압축기(35)에 적응된 양의 윤활제를 공급한다. 따라서, 2차 펌프(123, 133)를 작동시키는 데 필요한 에너지가 최적화된다.
바람직하게는, 제1 2차 펌프(123)는 3 cc/회전과 15cc/회전 사이에서 이루어지는 피스톤 변위를 갖고, 제2 2차 펌프(133)는 1cc/회전과 10cc/회전 사이에서 이루어지는 피스톤 변위를 갖는다.
대안적으로, 특히 상이한 피스톤 변위가 펌프(123) 및 펌프(133)에 대해 제공되는 경우, 도 2의 경우에서와 같이, 공유되는 액추에이터가 운동학적 구동 체인에 독립적으로 제공되어, 2개의 별개의 액추에이터(129, 139)가 아니라 펌프(123) 및 펌프(133) 양쪽을 구동한다. 이러한 대안에서, 2개의 펌프(123, 133)는 조합되어 2단 펌프를 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 액추에이터의 개수가 감소되므로, 시스템(100)의 연료 소비가 감소된다.
대안적으로, 본 발명은 상술된 구동 시스템의 예, 특히 소위 "플랫(flat)" 엔진의 공간적 구성과 다른 엔진에 또한 적용된다. 이들 특정 엔진의 경우, 상부 엔진 파트가 반드시 하부 엔진 파트 위에 배치되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 따라서 이들 특정 엔진의 경우, 상기 규정된 "상부 엔진 파트"란 용어는 특히 제어 샤프트(들) 및 분배 시스템이 장착된 실린더 헤드를 칭하고, "하부 엔진 파트"란 용어는 특히 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크 샤프트, 실린더 및 연소실이 장착된 케이스 및 엔진 블록을 칭한다.
본 발명은 2L 피스톤 변위를 갖는 디젤 엔진, 즉 PSA 푸조 시트로엥(PSA Peugeot Citroen)사의 DW10 엔진에서 시험되었다. NEDC(New European Driving Cycle) 정규화 사이클을 나타내는 충전 속도 안정화 동작점에서 약 3%의 연료 소비 이득을 얻을 수 있도록 이루어졌다.
상술한 실시예 및 대안이 결합되어 새로운 실시예를 형성할 수도 있다.

Claims (12)

  1. 모터 차량용 구동 시스템(1)에 있어서,
    - 적어도 하나의 피스톤(15) 및 크랭크 샤프트(9)를 포함하는 운동학적 구동 체인뿐만 아니라, 커플링되는 상부 엔진 파트(5) 및 하부 엔진 파트(7)를 포함하는 내연 기관(3),
    - 상기 내연 기관을 구비하고, 상기 하부 엔진 파트의 실린더들을 채우도록 의도된 흡입 유체(A)를 적어도 부분적으로 압축하도록 설계된 압축기(35),
    - 주 회로(105) 및 주 펌프(103)를 포함하고 상기 주 회로를 통해 적어도 상기 하부 엔진 파트에 주 윤활제를 공급하는 주 윤활 시스템, 및
    - 상기 주 회로와 별개인 적어도 하나의 2차 회로(115; 125, 135)와 상기 주 펌프와 별개인 적어도 하나의 2차 펌프(113; 123, 133)를 포함하고, 상기 2차 펌프는 상기 2차 회로(115; 125, 135)를 통해 상기 상부 엔진 파트 및/또는 상기 압축기에 2차 윤활제를 제공하는, 2차 윤활 시스템을 포함하고,
    상기 2차 윤활 시스템은 상기 운동학적 구동 체인과 기계적으로 독립적이며 상기 2차 펌프(113; 123, 133)를 구동하여 상기 상부 엔진 파트(5) 및/또는 상기 압축기(35)에 상기 2차 윤활제를 공급하는 적어도 하나의 2차 액추에이터(119; 129, 139)를 포함하고,
    상기 주 펌프(103)는 각각의 상기 2차 펌프(123, 133)의 피스톤 변위보다 더 큰 피스톤 변위를 갖는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 액추에이터(119; 129, 139)는 전기 에너지로 동작하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    분리되어 있는 제1 2차 회로(125) 및 제2 2차 회로(135)를 포함하는 2개의 별개의 2차 회로들이 제공되고, 2개의 2차 펌프들이 제공되고, 상기 2개의 2차 펌프들은,
    - 상기 제1 2차 회로를 통해 상기 상부 엔진 파트(5)에 제1 2차 윤활제를 공급하는 제1 2차 펌프(123), 및
    - 상기 제1 2차 펌프와는 별개이고, 상기 제2 2차 회로를 통해 상기 압축기(35)에 제2 2차 윤활제를 공급하는 제2 2차 펌프(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 2차 펌프(123)는 상기 제2 2차 펌프(133)의 피스톤 변위보다 낮은 피스톤 변위를 갖는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 2차 윤활제의 조성은 상기 제2 2차 윤활제의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 펌프(103)는 약 5 cc/회전과 20 cc/회전 사이, 바람직하게는 약 7 cc/회전과 12 cc/회전 사이, 보다 더 바람직하게는 약 10.7 cc/회전으로 이루어지는 피스톤 변위를 갖는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 펌프(103)는 상기 운동학적 구동 체인에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 펌프(113; 123, 133)는 가변 유속 펌프인 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 윤활제는 식 (X)W-(Y)로 규정되는 SAEJ300 분류에 따른 등급을 갖는 윤활제 조성물이고, X는 0 또는 5를 나타내고, Y는 4, 8, 12, 16 또는 20 등을 나타내는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 윤활제의 조성은 상기 2차 윤활제의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기(35)는 터보 압축기인 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 구동 시스템(1)을 포함하는 모터 차량.
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