KR20200099193A

KR20200099193A - 차량용 펌프 조립체, 펌프 조립체용 제어 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20200099193A
Application number: KR1020207021395A
Authority: KR
Inventors: 발데마르 헤비쉬
Original assignee: 한온 시스템즈 이에프피 도이칠란드 게엠베하
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-08-21
Also published as: DE102018200225B3; WO2019137672A1; CN111630275A; KR102379927B1; US11578720B2; JP2021510190A; US20200355183A1; CN111630275B

Abstract

본 발명은 변속기가 있거나 없는 내연 기관을 구비한 차량용 펌프 조립체에 관한 것이다.
이중 유동(流動) 펌프를 가진 오일 공급의 경우, 두 개의 유동은 서로 분리되고, 제2 유동이 제1 유동에 추가되는 것이 가능하며, 상기 펌프는 전기 기계 및 구동부에 대한 입력점을 가진다.

Description

차량용 펌프 조립체, 펌프 조립체용 제어 시스템 및 그 방법

본 발명은 이중 유동(流動) 펌프를 가진 구동부를 구비한 차량용 펌프 조립체에 관한 것으로, 두 개의 유동은 서로 분리되고, 제2 유동이 제1 유동에 추가되는 것이 가능하고, 상기 펌프는 전기 기계에 대한 입력점을 가진다. 또한, 본 발명은 상기 펌프 조립체용 제어 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것이다.

차량의 경우 연료 소비 절감은 미래 자동차 산업에 있어서 개발의 중심 초점이 될 것이다. 신규 기술 개발에 더해서, 기존 구성 요소들의 최적화가 점점 중요해지고 있다. 여기서, 신규 시스템이 야기할 수 있는 막대한 비용 지불 없이 상당한 절감 가능성이 실현 가능하다. 여기서 키워드는 ‘수요 지향 보조 장치’이다.

오일 펌프는 일 예이고 엔진과 변속기의 중요한 구성 요소이다. 펌프의 오작동은 매우 짧은 시간 내에 전체 조립의 실패를 야기한다. 오일 펌프는 세 가지 과제―윤활, 냉각 및 다양한 유압 작동 요소들의 제어―를 극복해야만 한다. 상기 작동 요소들은 엔진 제어부로부터 작동된다. 이러한 목적에 필요한 압력은 오일 펌프에 의하여 제공된다.

오일의 점도는 온도 상승에 따라 크게 떨어지는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그 결과, 필요한 압력의 축적을 가능하게 하기 위하여, 온도 상승에 따라 필요한 체적 유량이 증가한다. 온도에 의존하는 방법으로 체적 유량이 변경 가능 하도록 하기 위하여, 원칙적으로 두 가지 상이한 접근법이 있다. 펌프의 회전 속도 또는 방출량은 온도에 의존하는 방식으로 조절된다. 펌프는 또한 방출량의 가변적 조절 대신 단계적으로 구성될 수 있다.

이때, 이중 유동 스위칭 펌프는 하나의 입증된 실시의 예이다. 이는 배출구가 분리 가능하여 두 개의 유동이 발생하는 이중 동작 베인(vane) 셀 펌프이다. 스위칭 온도 이하에서는 상기 두 유동 중 하나가 흡입 덕트로의 순환으로 스위칭된다. 제2 유동의 체적 유량은 또한 밸브가 스위칭 된 이후에만 시스템 압력으로 공급된다. 모터 설계로 인하여, 종래 기술에서는 펌프는 정상 구동 동작에 있어서 오직 하나의 유동만을 이송하도록 설계되는 것이 적절했다 (Toil <90 °C).

이러한 유형의 펌프의 순수한 기계적 구동은 펌프의 출력이 엔진 및/또는 변속기의 회전 속도에 어느 정도 의존하도록 하여 내연 기관의 에너지 균형을 가져온다.

순수 전기 구동도 물론 가능하나 강력하고 복잡한 전기 모터를 필요로 한다.

DE 10 2006 048 050 A1에서와 같은 펌프 조립체는 마찬가지로 종래 기술에 공지되어 있으며, 제1 기계적 구동 장치 및 제2 기계적 구동 장치가 동일한 펌프에 할당된다. US 8 714 942 B2는 감속 기어 장치를 갖춘 이중-구동 펌프의 일 실시의 예를 개시한다.

본 발명의 목적은 펌프 조립체, 펌프 조립체용 제어 시스템 및 펌프 조립체 작동 방법을 제공하는 데, 이는 유연한 방식으로 서로 다른 체적 요구에 간단히 적응 가능하고 내연 기관의 부하를 감소시킨다.

본 발명의 목적은 이중 유동 펌프를 가진 구동부를 구비한 차량용 펌프 조립체에 의하여 달성되는데, 두 유동은 서로 분리되고, 제2 유동이 제1 유동에 추가될 수 있으며, 상기 펌프는 전기 기계 및 구동부 모두에 대한 입력점을 가지고, 상기 전기 기계는 제1 유동으로 펌프를 구동하기 위하여 그리고 구동부의 최고 회전 속도보다 높은 회전 속도로 가동하기 위하여 치수화된다.

제1 유동을 통한 정상 작동 및 전기 기계의 최적 스와핑에 의하여, 내연 기관은 부하가 걸리지 않으며, 전기 기계는 단지 정상 작동 및/또는 단지 시동-정지 작동을 위하여 치수화가 되어야 한다. 구동부, 예를 들어 내연 기관은 여기서 직접 또는 간접 입력을 가질 수 있다.

따라서, 제1 유동은 펌프의 정상 작동 및/또는 단지 펌프의 시동-정지 작동을 위하여 설계된다.

유리하게는 적어도 하나의 스위칭 밸브는 상기 유동들 사이에 부착된다.

구현 목적을 위하여, 각 경우에서 하나의 프리휠(freewheel)이 입력점들에 배치되고, 그 결과, 보다 빠르게 회전하는 기계만이 항상 펌프를 구동시킨다.

본 발명의 목적은 펌프 조립체용 제어 시스템에 의하여 달성되며, 제어되는 다음의 단계들을 포함한다:

내연 기관이 가동 중인 경우, 정상 유동을 통해 요구되는 작동 유체의 관통 유동을 요청하는 단계;

스위칭 밸브를 개방하는 단계; 및

전기 기계의 회전 속도를 감소시키는 단계.

스위칭 밸브의 개방 및 전기 기계의 회전 속도 감소는 유리하게는 동시에 일어난다.

시동-정지 자동 시스템에 의하여 내연 기관이 스위치 오프되는 경우 또는 미끄러지는 경우, 전기 기계의 회전 속도는 높은 정상 값으로 다시 설정되는 것이 유리하다.

본 발명의 목적은 또한 펌프 조립체 및 제어 시스템 작동 방법에 의해 달성되며, 작동 유체의 관통 유동 요청은 내연 기관이 가동 중인 경우 차량 제어 시스템에 의하여 발생하고―상기 관통 유동은 정상 유동을 통해 요구됨―, 스위칭 밸브는 중앙 제어 시스템 또는 펌프 조립체 제어 시스템에 의하여 개방되며, 전기 기계의 회전 속도가 감소된다.

활성 상태로 스위칭 되는 유동의 개수에 의존하는 방법으로 전기 기계의 회전 속도가 0과 정상 회전 속도 사이에서 제어된다는 이점이 있다.

또한, 상기 전기 기계는 과전류 보호 수단에 의하여 꺼지는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 예로써 본 발명을 설명한다.
도 1은 스위칭 펌프의 예시적인 펌프 조립체의 도식적 예를 도시한다.
도 2는 이중 구동 스위칭 펌프의 하나의 예시적인 실시의 예를 도시한다.
도 3은 스위칭 도표를 도시한다.

도 1a 및 1b는 펌프(10)를 구비한 펌프 조립체(1)를 도식적이고 예시적인 방법으로 도시한다.

로터 그룹(3)은 캠 링(cam ring)(2)에서 회전하는 복수의 베인(vane)(4)을 구비한 이중 작동 베인 셀로서 구성된다. 제1 유동(流動)은 흡입 영역(8a) 및 압력 영역(7a)를 가지는 반면, 제2 유동은 흡입 영역(8b) 및 압력 영역(7b)를 가진다. 펌프 자체의 구성은 덕트 라우팅(duct routing)이 하나의 유동인 상기 제1 유동만으로 정상 설정 상태에 대해 최적화되어 작동 유체를 이송하도록 이루어진다.

상기 두 유동의 상기 압력 영역(7a, 7b)은 시스템 고압(Psystem)에서 시스템의 압력 영역에 부착된다. 상기 두 흡입 영역(8a, 8b)은 압력(Plow)에서 펌프 조립체의 저압 영역에 차례대로 연결된다. 체크 밸브(5)는 상기 두 유동 간의 고압 영역과 저압 영역 사이의 연결을 방지한다. 스위칭 밸브는 상기 제1 유동의 상기 압력 영역(7a)에 상기 제2 유동의 상기 압력 영역(7b)를 추가한다.

도 1a에 도시된 바와 같이 상기 제1 유동의 정상 작동의 경우, 상기 제2 유동은 개방 스위치 밸브인 포핏 밸브(poppet valve)를 통해 탱크(11)와 연결된다. 시스템 측의 압력 출력과 상기 제2 유동 사이의 연결은 상기 체크 밸브(5)에 의하여 폐쇄된다. 만약 압력 증가 또는 체적 증가 요청이 있는 경우, 상기 스위칭 밸브(6)는 상기 제2 유동의 압력 출력과 상기 탱크(11) 사이의 연결을 폐쇄한다. 그 결과, 상기 압력 출력(7b)에서 압력이 축적된다. 상기 압력이 시스템 압력을 초과하자 마자 상기 체크 밸브는 개방되어 상기 제2 유동은 추가적으로 시스템에 전달된다.

따라서, 상기 펌프 조립체(1)는 구동 장치 및 유압 연결부를 갖는 실제 펌프, 적어도 하나의 제어 시스템 및 적어도 하나의 스위칭 밸브로 이루어진다.

이중 구동 장치를 가지는 펌프의 일 예가 도 2에서 설명된다. 상기 실시의 예에서, 예시적인 펌프(10)가 전기 기계(12)와 기계적 부가 장치 사이에 배치된다. 상기 전기 기계(12)는, 펌프 샤프트(16)에 연결되거나 일체로 구성되는 샤프트(13)을 가진다. 상기 캠 링(2)에서 로터와 함께 회전하는 상기 로터 그룹(3)은 상기 펌프 샤프트에 안착된다. 이때, 상기 펌프 샤프트는 압력 플레이트(14)와 펌프 플랜지(flange)(15) 사이에 장착된다. 마찬가지로 상기 펌프 샤프트에 부착되는 구동 피니언(pinion)(18)을 통해 기계적 구동이 발생한다. 프리휠(freewheel)은 상기 펌프 피니언(18)과 상기 펌프 샤프트(16) 사이에 구비된다. 상기 프리휠은 마찬가지로 상기 전기 기계(12)의 샤프트와 상기 펌프 샤프트 사이에 설치된다.

펌프는 엔진블록 또는 차량의 변속기, 상기 구동 피니언(18)을 구동하는 변속기의 구동 기어 또는 크랭크 축에 부착될 수 있다. 체인 구동을 통한 구동 또한 가능하다. 구동부(20)는 내연 기관 또는 자체 전기 기계이거나 하이브리드 구동 장치일 수 있다.

베인 셀 펌프는 비대칭 구성일 수도 있어서, 상기 제1 유동은 상응하여 작을 수 있는 반면 추가될 수 있는 상기 제2 유동은 더 크다.

도 3의 도표는 본 발명의 실시의 예에 따른 시스템에 있어서 펌프의 작동을 설명한다. 정상 작동에서, 상기 펌프는 상기 전기 기계(12)에 의하여 작동된다. 이때, 상기 펌프는 단일 유동 작동으로 작동한다. 두 입력점에서의 상기 두 개의 프리휠(17)의 결과, 보다 높은 회전 속도로 회전하는 구동은 항상 활성화되어 있다. 그러므로, 정상 작동인 펌프의 구동으로부터 내연 기관을 완화시키고자 한다면, 상기 전기 기계의 회전 속도는 더 높은 값으로 고정된다. 그 결과, 상기 구동 피니언이 분리되고(decoupled) 상기 펌프는 순수 전기적 방식으로 작동된다. 이때, 도 1에 도시된 상기 스위칭 밸브는 개방되어 상기 제2 유동이 무압력 방식으로 작동한다.

상기 펌프는 정상 작동에서 순수 전기적 방식으로 작동하므로, 내연 기관의 미끄러짐 동작 중의 또는 정지 상태에서의 작동은 용이하게 가능하다.

차량의 시스템이 더 높은 압력 및/또는 더 높은 체적 처리량을 필요로 하는 경우, 상기 펌프는 상기 스위칭 밸브가 폐쇄되는 이중 유동 작동으로 전환된다.

그러면 상기 전기 기계(12)는 더 이상 충분한 전력을 공급할 수 없기 때문에 정상 작동 만을 위한 치수화가 되므로, 상기 내연 기관은 스위치 온 되어야 한다.

이를 위해, 상기 전기 기계의 회전 속도는 상기 구동 피니언이 상기 로터 샤프트에 구동-연결될 정도로 감소되거나 0으로 설정된다. 상기 전기 기계는 상기 프리휠(17)을 통하여 분리(decoupled)된다.

도 4는 펌프 조립체 작동 방법을 도식적으로 도시한다.

상기 내연 기관 없이도 구현 가능한 단일 유동 작동으로부터 시작하여 상기 시스템은 설정 점 압력을 증가시키라는 요청을 수신한다.

상기 펌프 조립체의 제어 시스템은 상기 스위칭 밸브(6)를 폐쇄한다. 상기 전기 기계의 회전 속도는 감소되고 상기 내연 기관은 스위치 온 되거나 이미 가동 중에 있다. 이른바 상기 스위칭 밸브의 폐쇄 및 상기 전기 기계의 회전 속도 감소라고 하는 두 가지 단계는 서로에 대하여 동시에 또는 시차를 두고 일어난다. 이중 유동 작동은 상기 스위칭 밸브의 폐쇄로 인하여 발생한다. 상기 내연 기관은 상기 전기 기계의 회전 속도의 감소로 인하여 그리고 상기 프리휠에 의한 상기 전기 기계의 분리(decoupling)로 인하여 상기 펌프에 연결된다.

본 발명은 변속기가 있거나 없는 내연 기관의 펌프 조립체로서 그리고 변속기가 있거나 없는 추가 구동 장치 또는 단일 구동 장치로서의 전기 기계로서 매우 다양한 실시의 예들에 대해 이용될 수 있다. 본 발명은 또한 오일 공급을 위해 이용될 수 있다.

1 펌프 조립체
2 캠 링(cam ring)
3 로터 그룹
4 베인(vane)
5 체크 밸브
6 스위칭 밸브
7a, 8a 압력 영역
7b, 8b 흡입 영역
10 펌프
11 탱크
12 전기 기계
13 샤프트
14 압력 플레이트
15 펌프 플랜지(flange)
16 펌프 샤프트
17 프리휠(freewheel)
18 구동 피니언(pinion)
19a, 19b 입력점
20 구동부

Claims

이중 유동 펌프(10)를 가진 구동부(20)를 구비한 차량용 펌프 조립체(1)로서, 두 개의 유동은 서로 분리되고, 제2 유동이 제1 유동에 추가되는 것이 가능하고, 상기 펌프(10)는 전기 기계(12) 및 상기 구동부(20)에 대한 입력점(19a, 19b)을 가지는 차량용 펌프 조립체이고, 상기 전기 기계(12)는 상기 제1 유동으로 펌프(14)를 구동하기 위하여 그리고 구동부(20)의 최고 회전 속도보다 높은 회전 속도로 가동하기 위하여 치수화되는, 차량용 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 제1 유동은 상기 펌프(14)의 정상 작동을 위하여 설계되는,
차량용 펌프 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 스위칭 밸브(6)는 상기 유동들 사이에 부착되는,
차량용 펌프 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
각 경우에서 하나의 프리휠(17)은 상기 입력점(19a, 19b)들에 배치되는,
차량용 펌프 조립체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서의 펌프 조립체용 제어 시스템으로서,
상기 구동부(20)가 가동 중인 경우, 정상 유동을 통해 요구되는 작동 유체의 관통 유동을 요청하는 단계;
상기 스위칭 밸브(6)를 개방하는 단계; 및
상기 전기 기계(12)의 회전 속도를 감소시키는 단계를 포함하는,
제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 스위칭 밸브(6)의 개방 및 상기 전기 기계(12)의 회전 속도 감소가 동시에 일어나는,
제어 시스템.
제5항 또는 제6항에 있어서,
시동-정지 자동 시스템에 의하여 상기 구동부(20)가 스위치 오프되는 경우 또는 미끄러지는 경우, 상기 전기 기계의 회전 속도는 높은 정상 값으로 다시 설정되는,
제어 시스템.
전항들 중 어느 한 항에서의 펌프 조립체 및 제어 시스템 작동 방법으로서,
작동 유체의 관통 유동 요청은 구동부(20)가 가동 중인 경우 차량 제어 시스템에 의하여 발생하고―상기 관통 유동은 정상 유동을 통해 요구됨―,
상기 스위칭 밸브(6)는 중앙 제어 시스템 또는 펌프 조립체 제어 시스템에 의하여 개방되며,
상기 전기 기계(12)의 회전 속도는 감소되는,
제어 시스템 작동 방법.
제8항에 있어서,
활성 상태로 스위칭 되는 유동의 개수에 의존하는 방법으로 상기 전기 기계(12)의 회전 속도가 0과 정상 회전 속도 사이에서 제어되는,
제어 시스템 작동 방법.
전항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 기계(12)는 과전류 보호 수단에 의하여 꺼지는,
제어 시스템 작동 방법.