KR20210047035A

KR20210047035A - 차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20210047035A
Application number: KR1020190130591A
Authority: KR
Inventors: 이승호; 권영찬; 위태환; 손우철; 김동원; 지성욱; 김우태; 조성현; 김재형
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-29
Also published as: DE102020123640A1; US11118502B2; CN112761800A; JP2021067266A; US20210115844A1

Abstract

차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은, 연료의 연소에 따른 동력을 출력하는 엔진, 적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기, 모터의 회전력으로 공기를 압축하는 전동식 과급기, 상기 엔진으로 공기를 공급하는 급기라인에서 바이패스되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 다시 급기라인에 연결되는 엔진측 과급 경로부, 엔진측 상기 급기라인과 별도로 공기를 흡입하여 상기 전동식 과급기를 거친 후 상기 변속기에 공급하는 변속기측 과급 경로부 및 차량의 주행상태에 따른 상기 전동식 과급기를 작동하고 밸브 제어를 통해 엔진 부스팅을 위한 상기 엔진측 과급 경로부와 상기 변속기의 냉각 또는 워밍을 위한 상기 변속기측 과급 경로부를 개별적으로 개폐하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법{VEHICLE SUPERCHARGING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 과급기를 이용하여 차량에 적용된 발진용 마찰 클러치 자동화 변속기의 냉각 및 워밍 성능을 향상시키기 위한 차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 건식/습식 발진용 마찰 클러치를 사용하는 변속기가 적용된 경우 전통적인 냉각 방식인 자연 공냉식이나 자연 공냉식과 강제 유냉식을 혼용하여 사용하고 있다.

이러한 냉각 방식은 차량의 고속 주행 조건에서는 냉각 성능이 양호하지만 저속 또는 정차 조건에서는 자연 공냉식에 의한 냉각성능이 상대적으로 저하될 수 있다.

예를 들면, 차량이 평지나 언덕에서 장시간 비정상적인 크립(Creep) 주행을 하거나 저속조건에서 가다 서다를 반복하는 잦은 발진 주행 시 마찰 클러치의 슬립 횟수가 늘어나 클러치 온도가 급상승된 과열상태로 주행될 수 있다

이렇게 클러치가 과열된 상태에서의 차량 주행이 지속되면 클러치에 열화가 발생되어 성능 및 내구성에 불리하게 작용할 가능성이 있다.

또한, 클러치 고온 발열이 비정상적인 가혹조건이 유지되는 경우 차량의 운전성 저하에 영향을 줄 수도 있는데 냉각성능을 향상 시킬 시 사전에 방지할 수 있다.

또한, 종래 차량의 변속기에는 극저온 환경에서의 시동 시 예열을 위한 별도의 워밍(Warming) 장치가 마련되어 있지 않다. 이로 인해, 극저온 상황에서 클러치관련 유온 및 베어링 부품들의 온도를 빨리 상승시키지 못하는 경우 클러치 관련 부품 및 변속기 유온의 마찰 드래그 상승으로 인해 차량 연비 및 성능에 불리할 수 있다.

또한, 습식 클러치의 경우 강제 마찰 제어를 통해 변속기의 유온을 상승시키는 방안을 고려할 수 있으나 이는 클러치 성능 및 내구성에 불리하게 작용될 수 있으며, 차량 운전성 저하에 영향을 줄 수 있다.

그러므로, 차량에 발진 클러치를 사용하는 자동화 변속기를 적용함에 있어서 클러치 냉각 및 워밍 성능 향상을 위한 우수한 냉각 성능이 요구된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 차량에 적용된 발진용 마찰 클러치 자동화 변속기의 클러치 냉각 및 워밍 성능을 모든 운전조건에서 향상시키기 위한 차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 차량용 과급 시스템은, 연료의 연소에 따른 동력을 출력하는 엔진; 적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기; 모터의 회전력으로 공기를 압축하는 전동식 과급기; 상기 엔진으로 공기를 공급하는 급기라인에서 바이패스되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 다시 급기라인에 연결되는 엔진측 과급 경로부; 상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하여 상기 전동식 과급기를 거친 후 상기 변속기에 공급하는 변속기측 과급 경로부; 및 차량의 주행상태에 따른 상기 전동식 과급기를 작동하고 밸브 제어를 통해 엔진 부스팅을 위한 상기 엔진측 과급 경로부와 상기 변속기의 냉각 또는 워밍을 위한 상기 변속기측 과급 경로부를 개별적으로 개폐하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 변속기는 DCT(Dual Clutch Transmission), AMT(Automated Manual Transmission) 및 MT(Manual Transmission) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

또한, 상기 변속기는 변속기 하우징 내부의 클러치 드럼을 중심으로 원주방향의 둘레에 공기순환채널을 형성하고 상기 공기순환채널의 입구가 상기 변속기측 과급 경로부와 연결될 수 있다.

또한, 상기 엔진측 과급 경로부는 상기 급기라인으로부터 분기되어 상기 전동식 과급기의 입구에 연결되는 제1 바이패스 라인(L1); 상기 제1 바이패스 라인(L1)의 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제1 바이패스 밸브(V1); 상기 전동식 과급기의 출구와 상기 급기라인을 다시 연결하는 제2 바이패스 라인; 및 상기 제2 바이패스 라인(L2)에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제2 바이패스 밸브(V2)를 포함하며, 상기 제2 바이패스 밸브(V2)는 3웨이 밸브로 구성되거나, 혹은 2웨이 밸브로 구성 시 상기 급기라인의 역류방지를 위해 설치되는 역류방지 밸브(V5)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진측 과급 경로부는 엔진 부스팅 제어 조건 시 상기 제1 바이패스 밸브(V1) 및 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 열림(Open)으로 동작되고, 상기 엔진 부스팅 제어 조건이 아닌 경우 상기 제1 바이패스 밸브(V1) 및 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작될 수 있다.

또한, 상기 변속기측 과급 경로부는 상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하며 상기 제1 바이패스 라인(L1)을 통해 상기 전동식 과급기의 입구와 연결되는 제1 변속기측 급기라인(L3); 제1 변속기측 급기라인(L3)의 상기 제1 바이패스 라인(L1)과 연결된 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제1 변속기측 급기밸브(V3); 상기 제2 바이패스 라인(L2)에서 분기되어 상기 변속기의 입구에 연결되는 제2 변속기측 급기라인(L4); 및 상기 제2 바이패스 라인(L2)과 연결된 상기 제2 변속기측 급기라인(L4)의 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제2 변속기측 급기밸브(V4)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 변속기측 과급 경로부는 상기 변속기의 냉각 또는 워밍 제어 조건 시 상기 제1 변속기측 급기밸브(V3) 및 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 열림(Open)으로 동작되고, 상기 변속기의 냉각 또는 워밍 제어 조건이 아닌 경우 상기 제1 변속기측 급기밸브(V3) 및 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작될 수 있다.

또한, 상기 제1 변속기측 급기라인(L3)은 상기 변속기 측으로 유입되는 공기의 불순물을 정화하는 변속기용 에어 클리너를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은 상기 전동식 과급기의 미작동 상황에서 상기 변속기 측과 공기가 서로 통하는 바이패스 홀을 포함하되, 상기 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 상기 변속기 측으로의 공기 공급 또는 상기 바이패스 홀과 연결을 위한 3웨이 밸브로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은 상기 전동식 과급기의 압축으로 가열된 공기를 냉각하는 변속기용 냉각기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은 연결된 변속기의 입구를 통해 변속기 하우징 내부의 공기순환채널에 공기를 유입하고, 단부에 형성된 복수의 노즐을 통해 상기 변속기의 하우징 외부에 공기를 분사할 수 있다.

또한, 상기 차량용 과급 시스템은, 상기 엔진의 배기력으로 외부에서 유입된 공기를 압축하여 상기 급기라인으로 공급하는 터보차저; 상기 급기라인에 설치되어 상기 터보차저 및 전동식 과급기 중 적어도 하나의 공기 압축으로 가열된 공기를 냉각하는 냉각기; 및 차량 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 차량의 과급 경로 제어에 필요한 각종 운전정보를 수집하는 운전정보 검출부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전동식 과급기는 상기 터보차저에서 1차로 압축된 공기를 2차로 재압축하여 공기량 및 밀도를 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 운전정보에 기초한 차량의 주행상태를 분석하여 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건 중 적어도 하나의 충족여부를 판단하는 주행상태 분석기; 상기 제어 조건 중 어느 하나가 충족되면 상기 전동식 과급기의 작동을 개시하는 전동식 과급기 제어기; 상기 전동식 과급기의 작동 시점과 동기되어 상기 엔진측 과급 경로부 또는 변속기측 과급 경로부 연결을 위한 바이패스 밸브를 제어하는 밸브 제어기; 및 충족된 제어 조건에 상응하는 과급 경로 연결을 위한 제어신호를 인가하여 각 제어기의 전반적인 동작을 제어하는 통합 제어기를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 전동식 과급기를 이용하여 엔진과 변속기에 공기를 공급하는 차량용 과급 시스템의 제어 방법은, a) 차량의 주행상태에 따른 소정 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건 충족여부를 판단하는 단계; b) 상기 차량의 주행상태가 엔진 부스팅 제어 조건을 충족하면 전동식 과급기를 작동하고, 밸브 제어를 통해 엔진에 공기를 공급하는 급기라인에서 바이패스 되어 상기 전동식 과급기를 거치는 엔진측 과급 경로부를 연결하는 단계; 및 c) 상기 차량의 주행상태가 변속기 냉각 제어 조건 또는 변속기 워밍 제어 조건을 충족하면 상기 전동식 과급기를 작동하고, 밸브 제어를 통해 상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하여 상기 전동식 과급기를 거치는 변속기측 과급 경로부를 연결하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 a) 단계는, 가속페달 작동신호 증가율을 분석하여 일정 임계치를 초과하는 발진 또는 주행 중 재가속이 발생되면 상기 엔진 부스팅 제어 조건이 충족하는 것으로 판단하는 단계; 저속주행 시 크립, 가속 및 감속이 일정시간 반복되거나, 변속기 온도가 과열 임계치를 초과하면 상기 변속기 냉각 제어 조건이 충족하는 것으로 판단하는 단계; 및 상기 차량의 시동 온(ON)시 외기온도가 일정온도 미만의 극저온 상태이거나, 변속기 온도가 저온 임계치 미만이면 상기 변속기 워밍 제어 조건을 충족하는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 변속기측 과급 경로부에 설치된 바이패스 밸브를 모두 열림(Open)으로 제어하고, 상기 엔진측 과급 경로부에 설치된 바이패스 밸브를 모두 닫힘(Closed)으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 a) 단계는, 상기 엔진 부스팅 제어 조건과 변속기 냉각 제어 조건 혹은 변속기 워밍 제어 조건이 동시에 충족되면, 우선적으로 상기 엔진 부스팅을 제어한 후 변속기 냉각 혹은 변속기 워밍을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은, 연료의 연소에 따른 동력을 출력하는 엔진; 적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기; 모터의 회전력으로 공기를 압축하는 전동식 과급기; 엔진측 에어 클리너 필터와 변속기측 에어 클리너 필터의 분할된 구조로 외기가 유입되는 에어 클리너 필터; 상기 엔진측 에어 클리너 필터와 연결된 급기라인으로부터 분기되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 다시 급기라인에 연결되는 엔진측 과급 경로부; 상기 변속기측 에어 클리너 필터와 연결되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 상기 변속기에 연결되는 변속기측 과급 경로부; 및 차량의 주행상태에 따른 상기 전동식 과급기를 작동하고 밸브 제어를 통해 엔진 부스팅을 위한 상기 엔진측 과급 경로부와 상기 변속기의 냉각 또는 워밍을 위한 상기 변속기측 과급 경로부를 개별적으로 개폐하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 차량용 과급 시스템은 상기 엔진측에 연결된 급기라인과 변속기측에 연결된 상기 변속기측 과급 경로부의 라인이 나란히 지나가도록 구성되어 냉각기능이 공유되는 통합 냉각기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 전동식 과급기를 활용하여 엔진 부스팅을 통한 가속성 및 마찰 클러치 변속기의 과열 방지를 위한 냉각 제어를 동시에 수행함으로써 차량의 운전성 및 변속기의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 마찰 클러치의 고온 발열이 유발되는 주행상황에서의 변속기 냉각 기능과 극저온 시동 상황에서의 변속기 워밍 기능을 하나의 변속기 과급 경로를 통해 제공함으로써 변속기 클러치 내구성 및 차량 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 가혹한 다양한 주행환경의 적응으로 전달효율이 우수한 DCT, MT 및 AMT 등의 성능 향상 가능하여 발진 마찰재 사용 변속기들의 상품성 향상에 따른 차량 연비의 향상 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 과급기와 주변의 연결구조를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 부스팅시 엔진측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 냉각/워밍 시 변속기측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 하우징 내부의 냉각 구조를 나타낸다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속기 하우징 내외부의 동시 냉각 구조를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 하우징 내부의 워밍 구조를 각각 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 세부 구성을 나타낸 블록도 이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 과급 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제1 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 12는 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 13은 본 발명의 제3 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 14는 본 발명의 제4 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 15는 본 발명의 제5 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 엔진 부스팅시 엔진측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 제6 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 변속기 제어 시스템은 엔진(1), 변속기(2), 터보차저(Turbo Charger, 3), 전동식 과급기(Electric Super Charger, 4), 엔진측 과급 경로부(5), 변속기측 과급 경로부(6), 냉각기(Cooling Tank, 7), 운전정보 검출부(8) 및 제어부(9)를 포함한다.

엔진(1)은 연료의 연소에 따른 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 동력원으로써 시동 온 상태에서의 엔진 동력을 출력한다. 예컨대, 엔진(1)은 가솔린 또는 디젤 엔진일 수 있으며 운전자의 가감속 제어에 따른 최적의 운전점으로 출력이 제어된다.

변속기(2)는 적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기로써, 예컨대, DCT(Dual Clutch Transmission), AMT(Automated Manual Transmission)의 자동화 변속기와 MT(Manual Transmission) 등이 적용될 수 있다.

터보차저(3)는 엔진(1)의 출력 증대를 위해 외기를 압축하여 급기라인(AL)을 통해 공급하는 배기 터빈구동방식(공냉식) 과급기이다.

터보차저(3)는 엔진(1)에서 배출되는 배기가스의 배기력으로 터빈을 회전시키고 동일한 회전축에 설치된 컴프레서(Compressor)를 통해 에어 클리너에서 유입되는 공기를 압축하여 급기라인(AL)으로 공급한다.

급기라인(AL)은 터보차저(3)와 엔진(1)을 연결하여 연료의 연소를 위한 공기를 공급하는 주 라인을 의미한다. 도 1에서는 통상적인 차량의 주행상태에서의 급기라인(AL)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 공기 흐름이 화살표로 표시되어 있다.

이러한 터보차저(3)는 상기 배기력을 활용하는 특성상 엔진(1)의 회전속도가 비교적 높은 고속 주행에서 과급성능을 발휘한다. 그러나, 터보차저(3)는 저속 주행에서는 상대적으로 낮은 배기력으로 인해 터빈의 회전속도를 순간적으로 높이는 것이 불가능하여 터보랙(Turbo lag) 발생 등 과급 성능이 떨어지는 한계가 있다.

전동식 과급기(4)는 상기 터보차저(3)의 한계를 보완하기 위한 것으로써 모터의 회전력을 이용하여 공기를 압축한다. 여기서, 전동식 과급기(4)의 공기 압축은 터보차저(3)에서 1차로 압축된 공기를 2차로 재압축하여 공기량 및 밀도를 증가시킬 수 있다.

전동식 과급기(4)는 차속 조건에 따른 엔진(1)의 회전속도와 무관하게 필요한 작동조건에서 가동되어 후술되는 부스팅 및 냉각을 위한 충분한 공기를 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 과급기와 주변의 연결구조를 개략적으로 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 과급기(4)는 하우징(41)의 내부에 설치된 스테이터(42), 상기 스테이터(42)에 인가되는 전기적 신호에 따른 자기력으로 회전되는 로터(43) 및 로터(43)의 회전축에 장착된 터빈(44)을 포함한다.

여기에, 전동식 과급기(4)는 반도체 스위칭 소자를 통한 고속 스위칭으로 신호를 인가하여 터빈(44)의 회전력을 제어하는 인버터(미도시)를 더 포함할 수 있다.

전동식 과급기(4)는 전기적으로 작동되고 제어라인(CAN)이 구비되는 특성상 열에 취약하므로 엔진(1)으로부터 떨어진 변속기(2)의 일측부에 배치될 수 있다.

또한, 전동식 과급기(4)는 차량의 운전상태에 따라 작동되어 상기 급기라인(AL)에 흐르는 공기를 압축한 후 엔진(1) 측으로 연결된 엔진측 과급 경로부(5)를 통해 공급하거나, 변속기(2) 측으로 연결된 변속기측 과급 경로부(6)를 통해 공급할 수 있다.

엔진측 과급 경로부(5)는 외부에서 유입된 공기를 상기 엔진(1)으로 공급하는 급기라인(AL)에서 분기되어 전동식 과급기(4)를 거친 후 다시 급기라인(AL)에 연결된다.

엔진측 과급 경로부(5)는 차량의 운전정보에 기초한 엔진(1)의 부스팅 조건에서 전동식 과급기(4)의 작동으로 압축된 공기를 엔진(1) 측으로 바이패스하여 공급하는 역할을 한다.

이를 위한, 엔진측 과급 경로부(5)는 제1 바이패스 라인(L1), 제1 바이패스 밸브(V1), 제2 바이패스 라인(L2) 및 제2 바이패스 밸브(V2)를 포함하여, 엔진 측 과급 경로를 연결 또는 차단할 수 있다. 여기서, 제2 바이패스 밸브(V2)는 열림(Open) 혹은 닫힘(Closed)으로 작동 시 엔진(1) 측으로 제2 바이패스 라인(L2) 혹은 급기라인(AL)을 선택적으로 연결하는 3웨이 밸브로 구성될 수 있다.

제1 바이패스 라인(L1)은 급기라인(AL)에서 분기되어 전동식 과급기(4)의 입구에 연결된다.

제1 바이패스 밸브(V1)는 급기라인(AL)과 연결된 제1 바이패스 라인(L1)의 분기점에 설치되며, 인가되는 제어신호에 따라 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작 된다.

제2 바이패스 라인(L2)은 전동식 과급기(4)의 출구와 급기라인(AL)을 연결한다.

제2 바이패스 밸브(V2)는 제2 바이패스 라인(L2)의 급기라인(AL)과 연결된 분기점에 설치되며, 인가되는 제어신호에 따라 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작 된다.

예컨대, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 부스팅시 엔진측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진측 과급 경로부(5)는 엔진 부스팅 조건시 전동식 과급기(4)가 작동되면, 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 열림(Open)으로 동작된다. 이때, 변속기 냉각조건에 해당되는(즉, 엔진측 과급경로와 무관한) 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 모두 닫힘(Closed)으로 동작된다.

엔진측 과급 경로부(5)의 공기흐름을 살펴보면, 터보차저(3)에서 급기라인(AL)에 흐르는 공기는 전동식 과급기(4)의 작동 및 제1 바이패스 밸브(V1)의 열림(Open)으로 제1 바이패스 라인(L1)으로 흡입되어 압축된 후 제2 바이패스 라인(L2)과 제2 바이패스 밸브(V2)를 통해 급기라인(AL)으로 배출된다. 이때, 제2 바이패스 밸브(V2)는 3웨이 밸브로 구성되어 열림(Open)으로 동작 시 급기라인(AL) 측의 통로를 차단하여 공기의 역류를 방지하고 엔진측으로 과급될 수 있도록 한다.

반면에 엔진측 과급 경로부(5)는 엔진 부스팅 조건이 아닌 경우 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작될 수 있다(도 1, 도 4 참조).

한편, 변속기측 과급 경로부(6)는 외부에서 유입된 공기를 상기 엔진(1)으로 공급하는 급기라인(AL)과 별도로 공기를 흡입하여 전동식 과급기(4)를 거친 후 변속기(2)에 연결되는 변속기측 급기라인이다.

변속기측 과급 경로부(6)는 차량의 운전정보에 기초한 변속기 냉각 조건에서 전동식 과급기(4)의 작동으로 압축된 공기를 변속기(2) 측으로 공급하는 역할을 한다.

이를 위한, 변속기측 과급 경로부(6)는 제1 변속기측 급기라인(L3), 제1 변속기측 급기밸브(V3), 제2 변속기측 급기라인(L4) 및 제2 변속기측 급기밸브(V4)를 포함하여, 변속기 측 과급 경로를 연결 또는 차단할 수 있다.

제1 변속기측 급기라인(L3)은 엔진측 급기라인(AL)과 별도로 공기를 흡입하며, 제1 바이패스 라인(L1)을 통해 전동식 과급기(4)의 입구와 연결된다. 이때, 제1 변속기측 급기라인(L3)에는 변속기용 에어 클리너(Air Cleaner Filter, ACF)가 설치되어 변속기 측으로 유입되는 공기의 불순물을 정화할 수 있다.

제1 변속기측 급기밸브(V3)는 제1 변속기측 급기라인(L3)의 제1 바이패스 라인(L1)과 연결된 분기점에 설치되며, 인가되는 제어신호에 따라 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작 된다.

제2 변속기측 급기라인(L4)은 제2 바이패스 라인(L2)에서 분기되어 변속기(2)의 입구에 연결된다.

제2 변속기측 급기밸브(V4)는 제2 바이패스 라인(L2)과 연결된 제2 변속기측 급기라인(L4)의 분기점에 설치되며, 인가되는 제어신호에 따라 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작 된다.

예컨대, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 냉각/워밍 시 변속기측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변속기측 과급 경로부(6)는 변속기 냉각 조건에서 전동식 과급기(4)가 작동되면, 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 열림(Open)으로 동작된다. 이때, 엔진 부스팅 조건에 해당되(즉, 변속기측 과급경로와 무관한)는 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)는 모두 닫힘(Closed)으로 동작된다.

변속기측 과급 경로부(6)의 공기흐름을 살펴보면, 변속기용 에어 클리너(ACF)에서 유입되는 공기는 전동식 과급기(4)의 작동 및 제1 변속기측 급기밸브(V3)의 열림(Open)으로 제1 변속기측 급기라인(L3)으로 흡입되어 압축된 후 제2 바이패스 라인(L2)으로 배출된 공기가 열림(Open)으로 동작된 제2 변속기측 급기밸브(V4)를 통해 제2 변속기측 급기라인(L4)으로 유입되어 변속기(2)로 공급된다.

반면에 변속기측 과급 경로부(6)는 변속기 냉각조건이 아닌 경우 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작된다(도 1, 도 3 참조)

이상의 설명에서, 도 4에 나타낸 것과 같이 변속기 냉각 조건 및 변속기 워밍 조건의 판단기준은 차량의 주행상태에 따라 상이하지만 변속기측 과급 경로부(6)의 경로 제어와 냉각 및 워밍을 위한 공기의 공급방식은 동일하게 이루어 진다.

한편, 아래의 도 5 및 도 6을 통하여 변속기 하우징 내부의 냉각 구조를 설명하도록 한다.

먼저, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 하우징 내부의 냉각 구조를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변속기(2)는 변속기 하우징(21) 내부의 클러치 드럼(22)을 중심으로 원주방향의 둘레에 공기순환채널(23)을 형성하고 그 채널입구가 변속기측의 제2 변속기측 급기라인(L4)과 연결된다.

변속기 냉각 조건에 따른 제어로 형성된 변속기측 과급경로의 공기흐름에 따라 제2 변속기측 급기라인(L4)에서 공기순환채널(23)으로 공기가 유입된다. 그리고, 고온의 클러치 드럼(22)을 중심으로 순환하면서 가열된 공기는 공기순환채널(23)의 출구를 통해 외부로 배출되면서 클러치 및 변속기 내부가 냉각된다.

이후, 상기 유입되는 공기를 통한 냉각으로 클러치 온도가 정상범위의 온도를 유지하게 되면 전동식 과급기(4)의 작동 정지 및 관련 밸브를 닫아 변속기 냉각 제어를 종료할 수 있다.

한편, 도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속기 하우징 내외부의 동시 냉각 구조를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변속기 하우징 내외부의 동시 냉각 구조는 도 5와 유사하므로 중복된 설명은 생략하고 다른 점을 위주로 설명한다.

여기에서, 제2 변속기측 급기라인(L4)은 공기순환채널(23)의 입구에 연결된 단부에 마련된 방사형 공간에 복수의 노즐(Nz, 또는 홀)을 형성하여 변속기의 외부로의 공기분사 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

이때, 변속기측 과급경로의 공기흐름에 따라 제2 변속기측 급기라인(L4)에서 공기순환채널(23)으로 공기가 유입됨과 동시에 상기 방사형으로 배치된 노즐(Nz)을 통해 변속기 하우징(21)의 외면에도 공기를 방사할 수 있다. 이를 통해, 변속기(2)의 내부와 외부를 동시에 냉각함으로써 냉각성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변속기 하우징 내부의 워밍 구조를 각각 나타낸다.

먼저, 도 7을 참조하면, 변속기(2)의 내부는 도 5와 동일한 구조를 가지며, 공기순환채널(23)을 통한 워밍 공기의 유입 및 순환으로 차가워진 공기의 배출 경로가 동일하다.

다만, 변속기의 워밍은 차량이 극저온 환경이나 냉간 시동 시의 클러치 유온이 일정온도 이하인 조건에서 동작되는 특성만 다르다. 이러한 특성으로 변속기(2)의 공기순환채널(23)을 통해 유입되는 공기는 전동식 과급기(4)의 압축과정을 거치면서 자연스럽게 승온되어 외기에 비해 상대적으로 높은 워밍 공기를 형성하게 된다.

이러한 워밍 공기를 변속기 내부에 불어 넣어 순환시킴으로써 클러치와 변속기의 온도를 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

다음, 도 8을 참조하면, 도 6과 마찬가지로 전동식 과급기(4)의 압축과정을 거쳐 승온된 공기를 공기순환채널(23)으로 유입함과 동시에 방사형으로 배치된 노즐(Nz)을 통해 변속기 하우징(21)의 외면에도 방사할 수 있다.

이를 통해, 변속기(2)의 내부와 외부를 동시에 예열함으로써 워밍 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다시 도 1을 참조하면, 냉각기(7)는 엔진 측의 급기라인(AL)에 설치되어 터보차저(3) 및 전동식 과급기(4) 중 적어도 하나가 공기를 압축하는 과정에서 가열된 공기를 냉각한다.

냉각기(7)는 엔진 냉각장치(미도시)와는 별도로 설치된 냉각 계통으로써 공랭식(Air Cooling Type) 또는 수냉식(Water Cooling Type)으로 구성될 수 있다.

운전정보 검출부(8)는 운전자의 차량 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 제어에 필요한 운전정보를 검출하여 제어부(9)로 전달한다.

예컨대, 운전정보 검출부(8)는 가속 페달 작동변위에 따른 APS(Accelerator Pedal Sensor) 작동신호, 브레이크 페달 작동 변위에 따른 BPS(Brake Pedal Sensor) 작동신호, 차속, 엔진 토크(Nm), 도로 경사도, 변속기 상태 정보, 터보차저 작동상태(ON/OFF), 전동식 과급기 작동상태(ON/OFF), 변속기 온도(유온), 외부 온도, 각 밸브 상태(Open/Closed) 등의 운전정보를 검출할 수 있다.

또한, 차량에 자율주행시스템(Autonomous driving system)이나 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems)이 적용된 경우 운전정보 검출부(8)는 전방의 카메라 센서, 라이다 센서, 레이저 센서 등으로부터 수집된 자율주행을 위한 운전정보를 검출할 수 있다.

제어부(9)는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 운용을 위한 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치로써, 이를 위한 각종 프로그램, 데이터 및 상기 각 구성을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어기를 포함한다.

제어부(9)는 차량의 주행상태에 따른 전동식 과급기(4)를 작동하여 엔진 부스팅을 위한 과급 경로 및 마찰클러치가 적용된 변속기(2)의 냉각 또는 워밍 성능 향상을 위한 과급 경로를 개별적으로 개폐한다.

제어부(9)는 운전정보 검출부(8)에서 수집된 운전정보에 기초한 차량의 주행상태를 분석하여 엔진 부스팅 제어 조건이나 변속기 냉각/워밍 제어 조건이 충족되면 전동식 과급기(4)를 작동한다.

제어부(9)는 바이패스 밸브(V1~V4)의 개폐 동작을 제어하여 전동식 과급기(4)를 통해 연결된 엔진측 과급 경로부(5) 및 변속기측 과급 경로부(6)를 선택적으로 연결할 수 있다.

구체적으로, 제어부(9)는 상기 엔진 부스팅 제어 조건이 충족되면 전동식 과급기(4)의 작동과 동시에 엔진 부스팅을 위한 엔진측 과급 경로부(5)의 바이패스 경로를 연결할 수 있다.

또한, 제어부(9)는 상기 변속기 냉각/워밍 제어 조건이 충족되면 전동식 과급기(4)의 작동과 동시에 변속기 냉각/워밍을 위한 변속기측 과급 경로부(6)를 연결할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 세부 구성을 나타낸 블록도 이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(9)는 주행상태 분석기(91), 전동식 과급기 제어기(92), 밸브 제어기(93) 및 통합 제어기(94)를 포함한다.

주행상태 분석기(91)는 운전정보 검출부(8)에서 수집된 운전정보에 기초한 차량의 주행상태를 분석하여 엔진 부스팅 제어 조건이나 변속기 냉각/워밍 제어 조건 충족여부를 판단한다.

주행상태 분석기(91)는 운전자의 가속페달 조작에 따른 APS 작동신호 증가율을 분석하여 일정 임계치를 초과하는 발진 또는 주행 중 재가속 조건에 따른 엔진 부스팅 제어 조건이 충족되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 주행상태 분석기(91)는 차량이 저속(예; 20kph) 주행상태에서 가다 서다를 반복하여 가속 및 브레이크 작동신호가 일정시간 반복되거나, 변속기 온도가 과열 임계치를 초과하면 변속기 냉각 제어 조건이 충족되는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 상기 변속기 온도는 클러치 유온이나 변속기 유온으로 검출될 수 있다.

또한, 주행상태 분석기(91)는 차량의 시동 온(ON)시 외기온도가 일정온도 미만의 극저온 상태이거나, 차량의 냉간 시동(Cold start) 시의 변속기 온도가 저온 임계치 미만이면 변속기 워밍 제어 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.

이를 위해, 주행상태 분석기(91)의 다양한 테스트를 통해 도출된 상기 조건 별 판단을 위한 제어맵(MAP)을 저장하고 이를 활용하여 각 제어 및 해제 시점을 판단할 수 있다.

전동식 과급기 제어기(92)는 주행상태 분석기(91)로부터 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건 중 어느 하나가 충족된 신호가 수신되면, 전동식 과급기(4)의 작동을 개시(ON)한다.

또한, 전동식 과급기 제어기(92)는 전동식 과급기(4)의 작동 중 주행상태 분석기(91)로부터 해제 신호가 수신되면, 전동식 과급기(4)의 작동을 종료(OFF)한다.

밸브 제어기(93)는 상기 전동식 과급기(4)의 작동 개시시점과 동기된 동작으로 엔진측 과급 경로 또는 변속기측 과급 경로 설정을 위한 각 밸브(V1~V4)를 제어한다.

엔진(1) 측으로 연결된 엔진측 과급 경로부(5)를 통해 공급하거나, 변속기(2) 측으로 연결된 변속기측 과급 경로부(6)를 통해 공급할 수 있다.

즉, 상위 제어기의 작동 지령에 따라 전동식 과급기(4)는 위 세가지 제어 조건에 공통적으로 작동되고, 상기 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건의 실질적인 과급 경로 제어는 밸브 제어기(93)에 의해 이루어지는 것으로 볼 수 있다.

통합 제어기(94)는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 과급 제어 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 최상위 제어기이다.

통합 제어기(94)는 주행상태 분석기(91)에서 분석된 차량의 주행상태에 따른 엔진 부스팅 제어 조건이나 변속기 냉각/워밍 제어 조건이 충족되면 그에 상응하는 제어신호를 인가하여 하위 전동식 과급기 제어기(92) 및 밸브 제어기(93)의 작동상태를 각각 제어할 수 있다.

이는 후술되는 차량 변속기 제어 방법을 통해 구체적으로 설명될 수 있다.

한편, 전술한 차량용 과급 시스템의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 과급 제어 방법을 아래의 도면을 통해 좀더 구체적으로 설명한다.

다만, 전술한 설명에서는 도 9의 각 제어기들을 해당 기능별로 구분하여 설명하였으나 이에 한정되지 않으며 상기 각 제어기들은 기능별로 더 세분화되거나 하나의 제어부(9)로 통합될 수 있다. 따라서, 이하 차량의 과급 제어 방법을 설명함에 있어서 그 주체를 제어부(9)로 하여 설명하도록 한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 과급 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 제어부(9)는 차량이 시동 온(ON) 되면 운전정보 검출부(8)에서 검출된 운전정보를 수집한다(S1).

제어부(9)는 수집된 운전정보를 분석하여 차량의 주행상태에 따른 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 워밍 제어 조건 충족여부에 따른 과급 제어를 시작한다(S2).

제어부(9)는 차량의 주행상태가 변속기 워밍 제어 조건을 충족하면(S3; 예), 전동식 과급기를 작동하고(S4), 이와 동시에 변속기 워밍을 위한 변속기측 과급 경로부(6)의 변속기측 과급경로를 연결한다(S5). 이때, 변속기측 과급 경로부(6)의 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 열림(Open)으로 제어되고, 엔진측 과급 경로부(5)의 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)는 닫힘Closed) 상태로 유지된다(도 4 참조).

이후, 제어부(9)는 운전정보로 수집된 클러치 유온이 소정 조건을 충족 시까지 변속기 워밍 제어를 유지시킨 후 전동식 과급기(4)를 정지하고 변속기측 과급경로의 연결을 해제할 수 있다(도 1 참조).

한편, 제어부(9)는 차량의 주행상태가 엔진 부스팅 제어 조건을 충족하면(S6; 예), 전동식 과급기를 작동하고(S7), 이와 동시에 엔진 부스팅을 위한 엔진측 과급 경로부(5)의 바이패스 경로를 연결한다(S8). 이때, 엔진측 과급 경로부(5)의 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)는 열림(Open)으로 제어되고, 변속기측 과급 경로부(6)의 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 닫힘Closed) 상태로 유지된다(도 3 참조).

이후, 제어부(9)는 차량의 발진/가속조건이 해제 시까지 엔진 부스팅 제어를 유지시킨 후 전동식 과급기(4)를 정지하고 엔진측 과급경로의 연결을 해제할 수 있다(도 1 참조).

제어부(9)는 차량의 주행상태가 변속기 냉각 제어 조건을 충족하면(S9; 예), 전동식 과급기를 작동하고(S10), 이와 동시에 변속기 냉각을 위한 변속기측 과급 경로부(6)의 변속기측 과급경로를 연결한다(S11). 이때, 변속기측 과급 경로부(6)의 제1 변속기측 급기밸브(V3)와 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 열림(Open)으로 제어되고, 엔진측 과급 경로부(5)의 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)는 닫힘Closed) 상태로 유지된다(도 4 참조).

제어부(9)는 운전정보로 수집된 클러치 유온이 소정 조건을 충족 시까지 변속기 냉각 제어를 유지시킨 후 전동식 과급기(4)를 정지하고 변속기측 과급경로의 연결을 해제할 수 있다(도 1 참조).

이후, 제어부(9)는 리턴 되어 차량의 주행종료 시까지 차량의 주행상태에 따라 필요한 과급경로를 선택적으로 연결할 수 있다.

한편, 상기 S3 단계에서, 제어부(9)는 차량의 주행상태가 변속기 워밍 제어 조건을 충족하지 않으면(S3; 아니오), 상기 S4~S5 단계를 생략한다.

마찬가지로, 제어부(9)는 차량의 주행상태가 엔진 부스팅 제어 조건을 충족하지 않거나(S6; 아니오), 변속기 냉각 제어 조건을 충족하지 않으면(S9; 아니오) 각각 대응되는 S7~S8 단계 또는 S10~S11 단계를 생략할 수 있다.

이상의 도 10을 통해 설명된 과급 제어 방법은 차량의 주행 시나리오를 가정한 하나의 예시이므로 각 제어 조건 별 순서가 위에 한정되지 않고 주행상항에 따라 결정된다.

또한, 제어부(9)는 엔진 부스팅 제어 조건과 변속기 냉각/워밍 제어 조건이 동시에 충족되는 상황이 발생되면 우선적으로 엔진 부스팅 제어를 한 후에 변속기 냉각/워밍 제어를 할 수 있다.

그 이유는 엔진 부스팅 제어는 운전자가 체감하는 가속 성능 및 운전성에 직접적인 영향을 주고 실질적으로 부스팅 시간은 상대적으로 짧아 부스팅 타이밍이 매우 중요하기 때문이다. 이에 비해, 변속기 냉각/워밍 제어는 내구성 향상을 위한 것이므로 타이밍에 민감하지 않으며 냉각이나 예열시간이 많이 소요되기 때문이다. 여기서, 변속기 냉각 제어와 변속기 워밍 제어는 서로 상반된(과열/극저온) 조건이므로 동시에 발생되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 전동식 과급기를 활용하여 엔진 부스팅을 통한 가속성 및 마찰 클러치 변속기의 과열 방지를 위한 냉각 제어를 동시에 수행함으로써 차량의 운전성 및 변속기의 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 본 발명의 차량 과급 시스템은 전술한 시스템 구성에 한정되지 않고, 아래의 다양한 실시 예에 따른 추가 및 수정이 가능하다.

도 11은 본 발명의 제1 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 도 1의 구성과 유사하며, 여기에 변속기측 과급 경로부(6)의 제2 변속기측 급기라인(L4)상에 바이패스 홀(10)이 추가된 점이 상이하다.

바이패스 홀(10)은 전동식 과급기(4)의 미작동 상황에서 변속기(2) 측과 공기가 서로 통하게 되며, 경우에 따라 변속기(2)측의 공기를 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 전동식 과급기(4)의 미작동 상황은 엔진 부스팅 조건 및 변속기 냉각/워밍 조건이 아닌 상태를 의미한다.

또한, 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 변속기 측으로의 공기 공급 및 상기 바이패스 홀(10)과 연결을 위한 3웨이 밸브로 구성될 수 있다.

한편, 도 12는 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 전술한 도 11의 시스템 구성과 유사하며, 여기에 변속기측 과급 경로부(6)의 제2 변속기측 급기라인(L4) 상에 변속기용 냉각기(11)가 추가된 점이 다르다.

변속기용 냉각기(11)는 변속기측 제2 변속기측 급기라인(L4)에 설치되어 변속기 냉각 제어 시 전동식 과급기(4)의 압축 과정에서 가열된 공기를 냉각함으로써 변속기의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 13은 본 발명의 제3 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 전술한 도 1의 시스템 구성과 유사하며, 에어 클리너 필터(12)가 엔진측 에어 클리너 필터(12a) 및 변속기측 에어 클리너 필터(12b)로 분할된 구조로 양측 경로에 공유되는 점이 상이하다.

또한, 변속기측 과급 경로부(6)의 제1 변속기측 급기라인(L3)은 기존 급기라인(AL)이 아닌 상기 변속기측 에어 클리너 필터(12b)에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.

이처럼, 변속기측 과급 경로가 변속기측 에어 클리너 필터(12b)에 직접 연결됨으로써 기존 별도로 구성되던 변속기용 에어 클리너(ACF)를 생략할 수 있는 이점이 있다.

또한, 엔진측 에어 클리너 필터(12a)에 유입된 공기는 터보차저(3)를 거쳐 급기라인(AL)을 통해 엔진(1)으로 공급되고, 변속기측 에어 클리너 필터(12b)에 유입된 공기는 변속기측 과급 경로부(6)를 통해 전동식 과급기(4)를 거쳐 변속기(2)에 유입되는 분리된 경로를 갖게 된다.

따라서, 변속기 냉각/워밍 제어 시 급기라인(AL)의 바이패스 없이 변속기측 에어 클리너 필터(12b)에서 정화된 공기를 전동식 과급기(4)에 직접 전달함으로써 엔진(1)에 공급되는 공기의 영향을 주지 않는 이점이 있다.

한편, 도 14는 본 발명의 제4 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제4 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 전술한 도 13의 시스템과 유사하며, 통합 냉각기(7)가 엔진측과 변속기측 라인에 공유된 점이 상이하다.

즉, 통합 냉각기(7)에 엔진측으로 연결된 급기라인(AL)과 변속기측으로 연결된 제2 변속기측 급기라인(L4)이 나란히 지나가도록 구성됨으로써 변속기용 냉각기(11)의 구성을 생략할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 15는 본 발명의 제5 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템의 엔진 부스팅시 엔진측 과급경로가 설정된 상태를 나타낸다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제5 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 도 3의 실시 예와 유사하며, 제1 바이패스 밸브(V1)와 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 2웨이 밸브로 구성되고, 제1 바이패스 라인(L2)과 제2 바이패스 라인(L2)이 연결된 급기라인(AL) 상에 역류방지를 위한 역류방지 밸브(V5)가 구성된 점이 다르다.

엔진측 과급 경로부(5)의 공기흐름을 살펴보면, 터보차저(3)에서 급기라인(AL)에 흐르는 공기는 전동식 과급기(4)의 작동 및 제1 바이패스 밸브(V1)의 열림(Open)으로 제1 바이패스 라인(L1)으로 흡입되어 압축된 후 제2 바이패스 라인(L2)과 제2 바이패스 밸브(V2)를 통해 급기라인(AL)으로 배출된다. 이때, 역류방지 밸브(V5)는 엔진측 과급 시 닫힘(Closed)으로 동작하여 급기라인(AL) 측의 통로를 차단함으로써 공기의 역류를 방지하고 엔진측으로 과급될 수 있도록 할 수 있다.

한편, 도 16은 본 발명의 제6 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 제6 추가 실시 예에 따른 차량용 과급 시스템은 전술한 도 1의 시스템 구성과 유사하며, 터보차저(3)가 생략된 점이 상이하다.

이를 통해, 터보차저(3)가 없는 간접분사 엔진이나 연료 다중분사 방식(Multi Point Injection, MPI) 엔진 등에도 전동식 과급기를 활용한 엔진 부스팅, 발진용 마찰 클러치 자동화 변속기의 클러치 냉각 및 워밍 성능을 수행할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 엔진 2: 변속기
21: 변속기 하우징 22: 클러치 드럼
23: 공기순환 채널 3: 터보차저
4: 전동식 과급기 41: 하우징
42: 스테이터 43: 로터
44: 터빈 AL: 급기라인
5: 엔진측 과급 경로부 L1: 제1 바이패스 라인
V1: 제1 바이패스 밸브 L2: 제2 바이패스 라인
V2: 제2 바이패스 밸브 6: 변속기측 과급 경로부
L3: 제1 변속기측 급기라인 V3: 제1 변속기측 급기밸브
L4: 제2 변속기측 급기라인 V4: 제2 변속기측 급기밸브
V5: 역류방지 밸브
7: 냉각기 8: 운전정보 검출부
9: 제어부 91: 주행상태 분석기
92: 전동식 과급기 제어기 93: 밸브 제어기
94: 통합 제어기 ACF: 에어 클리너
Nz: 노즐 10: 바이패스 홀
11: 변속기용 냉각기 12a: 엔진측 에어 클리너 필터
12b: 변속기측 에어 클리너 필터

Claims

연료의 연소에 따른 동력을 출력하는 엔진;
적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기;
모터의 회전력으로 공기를 압축하는 전동식 과급기;
상기 엔진으로 공기를 공급하는 급기라인에서 바이패스되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 다시 급기라인에 연결되는 엔진측 과급 경로부;
상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하여 상기 전동식 과급기를 거친 후 상기 변속기에 공급하는 변속기측 과급 경로부; 및
차량의 주행상태에 따른 상기 전동식 과급기를 작동하고 밸브 제어를 통해 엔진 부스팅을 위한 상기 엔진측 과급 경로부와 상기 변속기의 냉각 또는 워밍을 위한 상기 변속기측 과급 경로부를 개별적으로 개폐하는 제어부;
를 포함하는 차량용 과급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변속기는
DCT(Dual Clutch Transmission), AMT(Automated Manual Transmission) 및 MT(Manual Transmission) 중 어느 하나로 구성되는 차량용 과급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변속기는
변속기 하우징 내부의 클러치 드럼을 중심으로 원주방향의 둘레에 공기순환채널을 형성하고 상기 공기순환채널의 입구가 상기 변속기측 과급 경로부와 연결되는 차량용 과급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엔진측 과급 경로부는
상기 급기라인으로부터 분기되어 상기 전동식 과급기의 입구에 연결되는 제1 바이패스 라인(L1);
상기 제1 바이패스 라인(L1)의 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제1 바이패스 밸브(V1);
상기 전동식 과급기의 출구와 상기 급기라인을 다시 연결하는 제2 바이패스 라인; 및
상기 제2 바이패스 라인(L2)에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제2 바이패스 밸브(V2)를 포함하며,
상기 제2 바이패스 밸브(V2)는 3웨이 밸브로 구성되거나, 2웨이 밸브로 구성 시 상기 급기라인의 역류방지를 위해 설치되는 역류방지 밸브(V5)를 더 포함하는 차량용 과급 시스템.
제4항에 있어서,
상기 엔진측 과급 경로부는
엔진 부스팅 제어 조건 시 상기 제1 바이패스 밸브(V1) 및 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 열림(Open)으로 동작되고, 상기 엔진 부스팅 제어 조건이 아닌 경우 상기 제1 바이패스 밸브(V1) 및 제2 바이패스 밸브(V2)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작되는 차량용 과급 시스템.
제4항에 있어서,
상기 변속기측 과급 경로부는
상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하며 상기 제1 바이패스 라인(L1)을 통해 상기 전동식 과급기의 입구와 연결되는 제1 변속기측 급기라인(L3);
제1 변속기측 급기라인(L3)의 상기 제1 바이패스 라인(L1)과 연결된 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제1 변속기측 급기밸브(V3);
상기 제2 바이패스 라인(L2)에서 분기되어 상기 변속기의 입구에 연결되는 제2 변속기측 급기라인(L4); 및
상기 제2 바이패스 라인(L2)과 연결된 상기 제2 변속기측 급기라인(L4)의 분기점에 설치되어 열림(Open) 또는 닫힘(Closed)으로 동작되는 제2 변속기측 급기밸브(V4);
를 포함하는 차량용 과급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 변속기측 과급 경로부는
상기 변속기의 냉각 또는 워밍 제어 조건 시 상기 제1 변속기측 급기밸브(V3) 및 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 열림(Open)으로 동작되고, 상기 변속기의 냉각 또는 워밍 제어 조건이 아닌 경우 상기 제1 변속기측 급기밸브(V3) 및 제2 변속기측 급기밸브(V4)가 모두 닫힘(Closed)으로 동작되는 차량용 과급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 변속기측 급기라인(L3)은
상기 변속기 측으로 유입되는 공기의 불순물을 정화하는 변속기용 에어 클리너를 포함하는 차량용 과급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은
상기 전동식 과급기의 미작동 상황에서 상기 변속기 측과 공기가 서로 통하는 바이패스 홀을 포함하되,
상기 제2 변속기측 급기밸브(V4)는 상기 변속기 측으로의 공기 공급 또는 상기 바이패스 홀과 연결을 위한 3웨이 밸브로 구성되는 차량용 과급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은
상기 전동식 과급기의 압축으로 가열된 공기를 냉각하는 변속기용 냉각기를 포함하는 차량용 과급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 변속기측 급기라인(L4)은
연결된 변속기의 입구를 통해 변속기 하우징 내부의 공기순환채널에 공기를 유입하고, 단부에 형성된 복수의 노즐을 통해 상기 변속기의 하우징 외부에 공기를 분사하는 차량용 과급 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진의 배기력으로 외부에서 유입된 공기를 압축하여 상기 급기라인으로 공급하는 터보차저;
상기 급기라인에 설치되어 상기 터보차저 및 전동식 과급기 중 적어도 하나의 공기 압축으로 가열된 공기를 냉각하는 냉각기; 및
차량 운행에 따른 각종 센서 및 제어기로부터 차량의 과급 경로 제어에 필요한 각종 운전정보를 수집하는 운전정보 검출부;
를 더 포함하는 차량용 과급 시스템.
제12항에 있어서,
상기 전동식 과급기는
상기 터보차저에서 1차로 압축된 공기를 2차로 재압축하여 공기량 및 밀도를 증가시키는 차량용 과급 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제어부는
상기 운전정보에 기초한 차량의 주행상태를 분석하여 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건 중 적어도 하나의 충족여부를 판단하는 주행상태 분석기;
상기 제어 조건 중 어느 하나가 충족되면 상기 전동식 과급기의 작동을 개시하는 전동식 과급기 제어기;
상기 전동식 과급기의 작동 시점과 동기되어 상기 엔진측 과급 경로부 또는 변속기측 과급 경로부 연결을 위한 바이패스 밸브를 제어하는 밸브 제어기; 및
충족된 제어 조건에 상응하는 과급 경로 연결을 위한 제어신호를 인가하여 각 제어기의 전반적인 동작을 제어하는 통합 제어기;
를 포함하는 차량용 과급 시스템.
전동식 과급기를 이용하여 엔진과 변속기에 공기를 공급하는 차량용 과급 시스템의 제어 방법에 있어서,
a) 차량의 주행상태에 따른 소정 엔진 부스팅 제어 조건, 변속기 냉각 제어 조건 및 변속기 워밍 제어 조건 충족여부를 판단하는 단계;
b) 상기 차량의 주행상태가 엔진 부스팅 제어 조건을 충족하면 전동식 과급기를 작동하고, 밸브 제어를 통해 엔진에 공기를 공급하는 급기라인에서 바이패스 되어 상기 전동식 과급기를 거치는 엔진측 과급 경로부를 연결하는 단계; 및
c) 상기 차량의 주행상태가 변속기 냉각 제어 조건 또는 변속기 워밍 제어 조건을 충족하면 상기 전동식 과급기를 작동하고, 밸브 제어를 통해 상기 엔진측 급기라인과 별도로 공기를 흡입하여 상기 전동식 과급기를 거치는 변속기측 과급 경로부를 연결하는 단계;
를 포함하는 차량용 과급 시스템 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 a) 단계는,
가속페달 작동신호 증가율을 분석하여 일정 임계치를 초과하는 발진 또는 주행 중 재가속이 발생되면 상기 엔진 부스팅 제어 조건이 충족하는 것으로 판단하는 단계;
저속주행 시 크립, 가속 및 감속이 일정시간 반복되거나, 변속기 온도가 과열 임계치를 초과하면 상기 변속기 냉각 제어 조건이 충족하는 것으로 판단하는 단계; 및
상기 차량의 시동 온(ON)시 외기온도가 일정온도 미만의 극저온 상태이거나, 변속기 온도가 저온 임계치 미만이면 상기 변속기 워밍 제어 조건을 충족하는 것으로 판단하는 단계;
를 포함하는 차량용 과급 시스템 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 변속기측 과급 경로부에 설치된 바이패스 밸브를 모두 열림(Open)으로 제어하고, 상기 엔진측 과급 경로부에 설치된 바이패스 밸브를 모두 닫힘(Closed)으로 제어하는 단계를 포함하는 차량용 과급 시스템 제어 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 a) 단계는,
상기 엔진 부스팅 제어 조건과 변속기 냉각 제어 조건 혹은 변속기 워밍 제어 조건이 동시에 충족되면, 우선적으로 상기 엔진 부스팅을 제어한 후 변속기 냉각 혹은 변속기 워밍을 제어하는 차량용 과급 시스템 제어 방법.
연료의 연소에 따른 동력을 출력하는 엔진;
적어도 하나의 마찰 클러치가 적용된 변속기;
모터의 회전력으로 공기를 압축하는 전동식 과급기;
엔진측 에어 클리너 필터와 변속기측 에어 클리너 필터의 분할된 구조로 외기가 유입되는 에어 클리너 필터;
상기 엔진측 에어 클리너 필터와 연결된 급기라인으로부터 분기되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 다시 급기라인에 연결되는 엔진측 과급 경로부;
상기 변속기측 에어 클리너 필터와 연결되어 상기 전동식 과급기를 거친 후 상기 변속기에 연결되는 변속기측 과급 경로부; 및
차량의 주행상태에 따른 상기 전동식 과급기를 작동하고 밸브 제어를 통해 엔진 부스팅을 위한 상기 엔진측 과급 경로부와 상기 변속기의 냉각 또는 워밍을 위한 상기 변속기측 과급 경로부를 개별적으로 개폐하는 제어부;
를 포함하는 차량용 과급 시스템.
제19항에 있어서,
상기 엔진측에 연결된 상기 급기라인과 변속기측에 연결된 상기 변속기측 과급 경로부의 라인이 나란히 지나가도록 구성되어 냉각기능이 공유되는 통합 냉각기를 더 포함하는 차량용 과급 시스템.