KR101714235B1 - 차량용 오일펌프시스템 - Google Patents

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김종현
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Abstract

본 발명은 요소별로 소모되는 오일유량의 특성에 맞춰 오일의 흐름 내지 유량 등을 최적으로 제어할 수 있는 차량용 오일펌프시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템은, 윤활요소로 오일을 공급하도록 구성된 기계식 오일펌프(mechanical oil pump); 및 냉각요소 및 제어요소 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하도록 구성된 전기식 오일펌프(electrical oil pump);를 포함하고, 상기 기계식 오일펌프와 상기 전기식 오일펌프는 서로 독립적으로 작동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 오일펌프시스템{OIL PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 오일펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요소별로 요구되는 오일유량의 특성에 맞춰 오일의 흐름 내지 유량 등을 최적으로 제어할 수 있는 차량용 오일펌프시스템에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈 및 환경 오염에 따른 대비책의 일환으로 화석 연료를 사용하는 엔진과 전기에 의해 작동하는 전기모터를 동시에 구동원으로 하는 하이브리드 차량 등과 같은 친환경차량이 개발되어 시판되고 있다.
이러한 하이브리드 차량의 변속기에는 오일펌프가 설치되어 있으며, 이러한 오일펌프는 윤활요소(베어링, 부시, 기어 등)의 윤활, 냉각요소(전기모터 등)의 냉각, 제어요소(클러치, 브레이크 등)의 제어압력 형성 등을 위하여 오일을 공급하도록 구성된다.
한편, 각 요소별로 소모되는 오일의 유량특성은 차량의 운전조건 등에 따라 달라진다. 예컨대, 윤활요소의 윤활에 소모되는 오일 유량은 차속에 비례하여 증가하고, 냉각요소의 냉각에 소모되는 오일 유량은 차량의 등판/가속 조건 등과 같이 전기모터의 토크가 높아질 때 증가하며, 제어요소의 제어압 형성에 소모되는 오일 유량은 변속시에 크게 증가할 수 있다.
이러한 오일펌프시스템 중에서, 일부의 하이브리드 차량에서는 기계식 오일펌프(Mechanical Oil Pump)와 전기식 오일펌프(Electrical Oil Pump)를 병렬로 연결하여 사용하고 있으며, 기계식 오일펌프는 윤활요소, 냉각요소, 제어요소에 대해 오일을 공급하도록 구성되고, 전기식 오일펌프는 차량의 아이들(idle) 상태나 저속구간 등과 같이 오일 유량이 부족할 경우에 보조적으로 오일을 공급하도록 구성된다.
하지만, 이러한 종래의 오일펌프시스템은 전기식 오일펌프가 보조하더라도 기계식 오일펌프가 윤활요소, 냉각요소, 제어요소에 대해 오일을 공급하도록 구성됨에 따라 기계식 오일펌프의 펌프용량이 커질 수 있다.
또한, 기계식 오일펌프가 구동원(엔진 또는 전기모터)에 직결되어 회전하도록 구성됨에 따라 구동원의 RPM이 높아질수록 오일의 유량이 증가할 수 있고, 이에 차속이 증가함에 따라 오일의 유량이 변속기에서 요구되는 유량 보다 커질 경우에는 구동원의 동력을 낭비할 수 있으므로 차량의 연비를 저하시키는 단점이 있었다.
이러한 점을 극복하기 위하여 기계식 오일펌프를 제거하고, 전기식 오일펌프만을 단독으로 채용한 오일펌프시스템이 개발되었다.
이와 같은 전기식 오일펌프만을 단독으로 채용한 오일펌프시스템은 전기식 오일펌프가 변속기에서 요구되는 오일의 유량에 적절히 대응하도록 제어될 수 있으므로 오일의 낭비를 최소화할 수 있고, 기계식 오일펌프가 제거되어 그 연비를 향상시킬 수 있었다.
하지만, 윤활요소에는 오일이 항상 공급되어야 하므로 전기식 오일펌프에서 전기에너지가 기계적 에너지로 변환되는 과정에서 큰 손실이 발생하고, 또한 극저온 구동(-35℃) 시에는 큰 부하로 작용하여 전기식 오일펌프를 구동시키는 모터의 사이즈가 커져야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러단점을 해결하기 위하여 연구개발된 것으로, 기계식 오일펌프가 윤활요소 측으로 오일을 공급함과 더불어, 전기식 오일펌프가 냉각요소 및 제어요소 측으로 오일을 공급하도록 구성되고, 기계식 오일펌프 및 전기식 오일펌프는 서로 독립적으로 구동함으로써 요소별로 요구되는 오일유량의 특성에 맞춰 오일의 흐름 내지 유량 등을 최적으로 제어할 수 있는 차량용 오일펌프시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 오일펌프시스템은,
윤활요소로 오일을 공급하도록 구성된 기계식 오일펌프(mechanical oil pump); 및
냉각요소 및 제어요소 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하도록 구성된 전기식 오일펌프(electrical oil pump);를 포함하고,
상기 기계식 오일펌프와 상기 전기식 오일펌프는 서로 독립적으로 작동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 기계식 오일펌프에는 윤활요소 측으로 오일을 공급하는 제1오일유로가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 기계식 오일펌프는 차량의 구동원에 연결되어 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전기식 오일펌프에는 제어요소 측으로 오일을 공급하는 제2오일유로가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2오일유로의 일측에는 냉각요소 측으로 오일을 공급하는 제3오일유로가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2오일유로와 제3오일유로가 연결되는 부분에는 레귤레이터밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 오일펌프시스템은,
오일이 저장된 오일팬(oil pan);
상기 오일팬의 오일을 윤활요소로만 공급하는 기계식 오일펌프; 및
상기 오일팬의 오일을 냉각요소 및 제어요소 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하는 전기식 오일펌프;를 포함하고,
상기 기계식 오일펌프와 상기 전기식 오일펌프는 상기 오일팬에 서로 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 기계식 오일펌프의 흡입구에는 제1흡입라인이 접속되고, 상기 제1흡입라인은 상기 오일팬에 연결되며, 상기 기계식 오일펌프의 토출구에는 윤활요소로 오일을 공급하는 제1오일유로가 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 전기식 오일펌프의 흡입구에는 제2흡입라인이 접속되고, 상기 제1흡입라인은 상기 오일팬에 연결되며, 상기 전기식 오일펌프의 토출구에는 제어요소로 오일을 공급하는 제2오일유로가 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1흡입라인과 상기 제2흡입라인은 상기 오일팬에 대해 서로 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2오일유로의 일측에는 냉각요소 측으로 오일을 공급하는 제3오일유로가 연결되고, 상기 제2오일유로와 제3오일유로가 연결되는 부분에는 레귤레이터밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기계식 오일펌프가 윤활요소 측으로 오일을 공급함과 더불어, 전기식 오일펌프가 냉각요소 및 제어요소 측으로 오일을 공급하도록 구성되고, 기계식 오일펌프 및 전기식 오일펌프는 서로 독립적으로 구동함으로써 요소별로 소모되는 오일유량의 특성에 맞춰 오일의 흐름 내지 유량 등을 최적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량용 오일펌프시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 오일펌프시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템의 전기식 오일펌프의 오일유량과 차속 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템이 적용가능한 하이브리드 차량의 변속기를 예시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량용 오일펌프시스템은 오일이 저장된 오일팬(15, oil pan)과, 윤활요소(21)로 오일을 공급하는 기계식 오일펌프(11, mechanical oil pump)와, 제어요소(22) 및 냉각요소(23) 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하도록 구성된 전기식 오일펌프(12, electrical oil pump)를 포함한다.
기계식 오일펌프(11)는 오일팬(15)의 오일을 펌핑하여 윤활요소(21) 측으로 공급하도록 구성된다. 여기서, 윤활요소(21)는 베어링, 부시, 기어 등과 같이 주변부품과 상대운동이 발생하여 마모 및 열이 발생하는 부품을 의미한다.
기계식 오일펌프(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 엔진 또는 전기모터 등과 같은 구동원(1)에 연결되고, 차량의 구동원(1)이 구동함에 따라 기계식 오일펌프(11)는 작동하며, 기계식 오일펌프(11)는 차속에 비례하여 오일의 유량을 증대시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 기계식 오일펌프(11)가 윤활요소(21) 측으로만 오일을 공급하도록 구성됨에 따라 윤활요소(21)의 요구유량에 맞춰 공급할 수 있으므로, 구동원(18)의 높은 RPM에서도 오일의 낭비를 최소화하여 차량의 연비를 향상시킴과 더불어 윤활요소(21)에 대한 적절한 윤활을 효율적으로 진행할 뿐만 아니라 수 있다.
기계식 오일펌프(11)에는 윤활요소(21) 측으로 오일을 공급하기 위한 제1오일유로(31)가 연결되고, 제1오일유로(31)의 일측에는 릴리프밸브(31a)가 설치될 수 있다.
기계식 오일펌프(11)의 흡입구에는 제1흡입라인(41)이 접속되고, 제1흡입라인(41)은 오일팬(15)에 접속되며, 기계식 오일펌프(11)의 토출구에는 제1오일유로(31)가 접속되어 있다. 이에, 기계식 오일펌프(11)는 제1흡입라인(41)을 통해 오일팬(15)의 오일을 흡입한 후에 제1오일유로(31)를 통해 윤활요소(21) 측으로 공급할 수 있다.
전기식 오일펌프(12)는 오일팬(15)의 오일을 펌핑하여 제어요소(22) 및/또는 냉각요소(23)로 오일을 공급하도록 구성된다. 여기서, 제어요소(22)는 클러치, 브레이크 등으로 오일이 공급 내지 배출됨에 따라 작동하는 부품이고, 냉각요소(23)는 하이브리드 차량 또는 전기자동차의 구동원인 전기모터에 해당하는 부품이다.
전기식 오일펌프(12)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 모터(16)가 연결되고, 모터(16)에 의해 전기식 오일펌프(12)가 작동한다. 제어부(미도시)는 제어요소(22)의 제어압 형성 및/또는 냉각요소(23)의 냉각 등에 요구되는 오일의 유량을 산출하고, 제어부는 제어요소(22) 및/또는 냉각요소(23)에서 요구되는 오일의 유량에 맞춰 모터(16)를 제어함으로써 전기식 오일펌프(12)는 제어요소(22) 및/또는 냉각요소(23)에서 요구되는 유량에 맞춰 적절량의 오일을 공급할 수 있다.
요컨대, 전기식 오일펌프(12)는 차량의 구동원(18)과 상관없이 모터(16)에 의해 독립적으로 구동하여 오일의 유량을 제어할 수 있고, 이를 통해 제어요소(22)의 제어압 형성 및/또는 냉각요소(23)의 냉각을 차속과 상관없는 조건에서도 매우 안정적으로 수행할 수 있다.
전기식 오일펌프(12)에는 제어요소(22) 측으로 오일을 공급하기 위한 제2오일유로(32)가 연결되고, 제2오일유로(32)의 일측에는 냉각요소(23) 측으로 오일을 공급하기 위한 제3오일유로(33)가 연결된다.
특히, 제2오일유로(32)와 제3오일유로(33)가 연결되는 부분에는 제어요소(22)의 제어압을 형성하기 위한 레귤레이터 밸브(34, regulator valve)가 설치될 수 있다. 전기식 오일펌프(12)의 작동에 의해 오일이 제2오일유로(32)를 통과하여 제어요소(22) 측으로 공급되면, 레귤레이터 밸브(34)에 의해 제어요소(22)의 제어압이 형성될 수 있고, 이렇게 제어압이 형성된 이 후에 버려지는 일부의 오일이 제3오일유로(33)로 흘러 냉각요소(23) 측으로 공급될 수 있다. 그리고, 제3오일유로(33)의 일측에는 릴리프밸브(33a)가 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기식 오일펌프(12)는 차속에 상관없이 모터(16) 및 레귤레이터 밸브(34) 등의 제어를 통해 오일의 유량 내지 흐름을 제어할 수 있고, 이를 통해 전기식 오일펌프(12)는 제어요소(22) 및/또는 냉각요소(23)의 요구유량에 맞춰 오일을 적절히 공급할 수 있다.
전기식 오일펌프(12)의 흡입구에는 제2흡입라인(42)이 접속되고, 제2흡입라인(42)은 오일팬(15)에 연결되며, 전기식 오일펌프(12)의 토출구에는 제2오일유로(32)가 접속되어 있다.
특히, 기계식 오일펌프(11)과 전기식 오일펌프(12)는 제1흡입라인(41) 및 제2흡입라인(42)을 통해 오일팬(15)에 대해 서로 독립적으로 연결됨으로써 기계식 오일펌프(11)와 전기식 오일펌프(12)의 서로 독립적인 작동이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템이 적용가능한 하이브리드 차량용 변속기의 일예를 예시한 도면이다.
도 3의 하이브리드 차량용 변속기는, 엔진(1)이 연결된 입력축(2)과, 입력축(2)에 설치된 유성기어세트(3)와, 유성기어세트(3)에 대해 선택적으로 연결되는 제1전기모터(4)와, 입력축(2)과 평행한 중간축(6)에 설치된 제2전기모터(5)와, 제1전기모터(4)에 연결된 오버드라이브 브레이크(7)와, 유성기어세트(3)에 연결된 원웨이 클러치(8) 등을 가진다.
도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템의 기계식 오일펌프(11)는 엔진(1) 측에 기어 또는 풀리 등을 통해 연결되고, 기계식 오일펌프(11)에 인접하여 전기식 오일펌프(12)가 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 차량용 오일펌프시스템은 도 3에 예시된 하이브리드 차량용 변속기에 적용되어 윤활요소(21), 제어요소(22), 냉각요소(23) 등에서 요구되는 오일 유량에 맞춰 오일을 공급할 수 있다.
윤활요소(21)는 차속이 증가함에 따라 그 마찰 내지 열이 증가하고, 그에 따라 윤활요소(21)의 윤활을 수행하기 위한 오일의 요구유량이 증가한다. 이에 대해, 도 4와 같이 기계식 오일펌프(11)는 차량의 엔진(1)에 연결된 구조를 통해 차속에 비례하여 윤활요소(21) 측으로 공급되는 오일의 유량을 증가시킬 수 있다(도 4의 A 참조).
그리고, 차량의 보조 구동원인 전기모터(4, 5) 등과 같은 냉각요소(23)는 차속이 낮으면서 고토크가 필요한 등판조건에서 급격히 상승한다. 즉, 냉각요소(23)는 차속과 무관하게 그 냉각이 필요한 상황이 발생한다. 이렇게 냉각요소(23)에 대한 냉각이 필요한 경우, 전기식 오일펌프(12)에 의해 적절한 오일이 냉각요소(23) 측으로 공급될 수 있다(도 4의 B1 참조)
또한, 차량의 고속 주행시 연비 향상을 위하여 오버드라이브 브레이크(7)가 결합된 경우와 같이 제어요소(22)의 제어압이 형성되는 경우에 전기식 오일펌프(12)에 의해 적절한 오일이 제어요소(22) 측으로 공급될 수 있다(도 4의 B2, B3 참조).
그리고, 오버드라이브 브레이크(7)가 결합된 상태에서 전기모터(4, 5)의 냉각이 요구되는 경우, 즉 제어요소(22)의 제어압 형성과 냉각요소(23)의 냉각이 동시에 요구되는 경우에, 전기식 오일펌프(12)에 의해 적절한 오일이 제어요소(22) 및 냉각요소(23) 측으로 오일이 공급될 수 있다(도 4의 B4 참조).
이상과 같은 본 발명은 전기식 오일펌프(12)와 기계식 오일펌프(11)가 서로 독립적으로 작동함에 따라 각 요소별로 요구되는 유량에 맞춰 오일의 흐름 내지 유량을 제어할 수 있으므로 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 각 오일펌프(11, 12)의 펌프용량을 감소시킴으로써 사이즈, 중량, 제조원가 등을 절감할 수 있으며, 또한 각 오일펌프(11, 12)의 용량 감소에 의해 극저온 조건에서 전기식 오일펌프(12)의 모터(16)의 최대 토크 감소를 통해 저전압을 사용할 수 있으므로 페일세이프(fail safe)의 안전성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
11: 기계식 오일펌프 12: 전기식 오일펌프
15: 오일팬 16: 모터
21: 윤활요소 22: 제어요소
23: 냉각요소 31: 제1오일유로
32: 제2오일유로 33: 제3오일유로
41: 제1흡입라인 42: 제2흡입라인

Claims (11)

  1. 윤활요소로 오일을 공급하도록 구성된 기계식 오일펌프(mechanical oil pump); 및
    냉각요소 및 제어요소 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하도록 구성된 전기식 오일펌프(electrical oil pump);를 포함하고,
    상기 기계식 오일펌프와 상기 전기식 오일펌프는 서로 독립적으로 작동하도록 구성되며,
    상기 냉각요소로 오일을 공급하는 유로와 상기 제어요소로 오일을 공급하는 유로가 연결되는 부분에는 제어요소의 제어압을 형성하기 위한 레귤레이터밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기계식 오일펌프에는 윤활요소 측으로 오일을 공급하기 위한 제1오일유로가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기계식 오일펌프는 차량의 구동원에 연결되어 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기식 오일펌프에는 제어요소 측으로 오일을 공급하기 위한 제2오일유로가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2오일유로의 일측에는 냉각요소 측으로 오일을 공급하기 위한 제3오일유로가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  6. 삭제
  7. 오일이 저장된 오일팬(oil pan);
    상기 오일팬의 오일을 윤활요소로만 공급하는 기계식 오일펌프; 및
    상기 오일팬의 오일을 냉각요소 및 제어요소 중에서 적어도 어느 하나로 오일을 공급하는 전기식 오일펌프;를 포함하고,
    상기 기계식 오일펌프와 상기 전기식 오일펌프는 상기 오일팬에 서로 독립적으로 연결되며,
    상기 냉각요소로 오일을 공급하는 유로와 상기 제어요소로 오일을 공급하는 유로가 연결되는 부분에는 제어요소의 제어압을 형성하기 위한 레귤레이터밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기계식 오일펌프의 흡입구에는 제1흡입라인이 접속되고, 상기 제1흡입라인은 상기 오일팬의 일측에 연결되며,
    상기 기계식 오일펌프의 토출구에는 윤활요소로 오일을 공급하는 제1오일유로가 접속되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전기식 오일펌프의 흡입구에는 제2흡입라인이 접속되고, 상기 제2흡입라인은 상기 오일팬에 연결되며, 상기 전기식 오일펌프의 토출구에는 제어요소로 오일을 공급하는 제2오일유로가 접속되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1흡입라인과 상기 제2흡입라인은 상기 오일팬에 대해 서로 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 오일펌프시스템.
  11. 삭제
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