KR102383362B1

KR102383362B1 - 변속기 오일 온도 제어 시스템

Info

Publication number: KR102383362B1
Application number: KR1020170063251A
Authority: KR
Inventors: 박당희; 박종철; 김남신
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2022-04-05
Also published as: KR20180128145A

Abstract

본 발명은 변속기 오일 온도 제어 시스템에 관한 것으로서, 차량의 부하 조건 등에 관계없이 ATF(변속기 오일)의 온도를 항상 적절한 온도로 유지 및 제어할 수 있는 변속기 오일 온도 제어 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 변속기 오일(ATF)과 엔진 냉각수가 통과하도록 되어 있고 변속기 오일과 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어지는 ATF 워머; ATF 워머를 통과한 후 변속기 측으로 이동하는 변속기 오일이 통과하도록 되어 있으면서 변속기 오일을 냉각하는 오일 쿨러; ATF 워머를 통과한 변속기 오일을 오일 쿨러를 통과하지 않도록 바이패스시키기 위한 바이패스 라인; ATF 워머로 연결된 냉각수 라인의 유로를 개폐하도록 설치되는 제1 밸브; 바이패스 라인의 유로와, 오일 쿨러와 변속기 측 사이의 ATF 순환 라인의 유로를 선택적으로 개폐하도록 설치되는 제2 밸브; 변속기 오일의 온도를 검출하는 제1 온도센서; 및 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도에 따라 제1 밸브 및 제2 밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 변속기 오일 온도 제어 시스템이 개시된다.

Description

변속기 오일 온도 제어 시스템{System for controlling temperature of transmission fluid}

본 발명은 변속기 오일 온도 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변속기 오일의 온도를 적정 수준으로 유지 및 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 자동변속기는 수동변속기에서 요구되던 운전자의 클러치 조작이나 변속 조작 없이도 차속에 따라 자동으로 차량 변속이 수행되도록 한 변속기이다.

이러한 자동변속기에서는 엔진이나 모터와 같은 차량 구동원의 동력을 구동축으로 원활하게 전달하기 위하여 변속기 오일(Automatic Transmission Fluid, 이하 'ATF'라 칭함)을 사용하고 있다.

ATF는 자동변속기의 토크 컨버터에서 동력을 전달하기 위한 작동유체로 사용되고, 이와 더불어 기어나 베어링 등 각 부품에 대한 윤활 및 냉각 작용은 물론, 클러치나 브레이크, 밸브 바디 등의 작동유체로 사용되고 있다.

ATF는 그 자체에 적절한 마찰계수를 갖고 있는 마찰제가 첨가되어 클러치 단속시 클러치판의 내구성을 향상시킬 수 있도록 되어 있으나, 그로 인해 토크 전달시 마찰로 인한 발열 작용이 발생하여 온도가 점차 상승할 수 있다.

또한, 부품 윤활 및 냉각 과정에서 ATF의 온도가 상승할 수 있다.

따라서, ATF의 온도를 낮추기 위해 ATF를 냉각시키는 오일 쿨러(주로 공냉식)를 차량의 라디에이터 부근에 설치하고, ATF(변속기 오일)가 오일 쿨러를 통과하여 순환하도록 함으로써 ATF의 온도 상승을 방지한다.

한편, 저온 또는 냉간 운전시에는 ATF의 온도가 낮은 상태이기 때문에 ATF의 작용효율이 떨어지고, 특히 ATF의 온도가 낮으면 유체 점도가 높아지면서 이를 사용하는 부품 등에서 마찰이 커지므로 차량 연비가 낮아지는 문제점이 발생한다.

상기한 오일 쿨러는 ATF를 냉각할 뿐이며, 필요시 ATF를 웜업(warm-up)하기 위한 기능, 즉 저온 또는 냉간 운전 조건에서 ATF의 온도를 올려주는 기능은 갖고 있지 못하다.

따라서, ATF의 온도를 상승시키는 ATF 워머(warmer)가 알려져 있다.

ATF 워머는 ATF를 가열하여 마찰 저감 및 차량 연비 개선을 주목적으로 하는 장치로서, ATF의 온도가 낮을 경우 ATF를 가열하여 유체 점도를 낮춰줌으로써 마찰 저감을 유도하고, 이를 통해 차량 연비를 개선한다.

이와 같은 목적을 위해 엔진 냉각수를 열원으로 사용하여 ATF를 가열하는 ATF 워머, 즉 ATF와 고온의 엔진 냉각수 사이의 열교환을 통하여 ATF의 온도를 상승시키는 ATF 워머가 알려져 있다.

이러한 ATF 워머는 ATF와 엔진 냉각수가 각각 통과하도록 되어 있으면서 내부를 통과하는 ATF와 엔진 냉각수 사이에 열교환이 이루어질 수 있는 일종의 열교환기로서 제공된다.

도 1은 종래기술에 따른 ATF 워머의 일례를 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, ATF 워머(30)에는 엔진 냉각수가 유입된 뒤 내부를 통과하여 다시 외부로 배출될 수 있도록 냉각수 입, 출구가 구비되고, ATF가 유입된 뒤 내부를 통과하여 다시 외부로 배출될 수 있도록 ATF 입, 출구가 구비된다.

또한, 각 입, 출구에는 냉각수와 ATF가 흐르는 배관(31,32,33,34)이 연결된다.

도 2는 엔진 냉각수 및 ATF 순환 계통을 도시한 도면으로, 라디에이터(11), 워터 펌프(12), 서모스탯(13)을 포함하는 엔진 냉각 시스템과 차량 공조를 위한 히터 코어(14), 변속기(20), ATF 워머(30) 사이의 연결 관계를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 엔진 냉각수는 워터 펌프(12)에 의해 냉각수 순환 라인(14)을 따라 순환되고, 엔진(10)을 통과한 냉각수가 히터 코어(15) 및 서모스탯(13), 워터 펌프(12)를 거쳐 다시 엔진(10)으로 순환되도록 되어 있다.

또한, 서모스탯(13)에서 라디에이터 측 내부 유로가 개방되면, 엔진(10)에서 나온 냉각수 중 일부가 라디에이터(11)를 거치게 되며, 라디에이터(11)에서 냉각된 후 다시 엔진(10)으로 순환되도록 되어 있다.

또한, 변속기(20)로부터 나온 ATF가 ATF 워머(30)를 통과한 뒤 다시 변속기 측으로 순환되고, 엔진(10)으로부터 나온 엔진 냉각수가 ATF 워머(30)를 통과한 뒤 다시 엔진 측으로 순환되며, ATF 워머(30)에서는 ATF와 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어진다.

이러한 구성에서 ATF 워머(30)는 냉간 시동시의 경우 엔진(10)에 의해 가열된 엔진 냉각수를 이용하여 ATF를 웜업 해주지만, ATF의 온도가 어느 정도 상승하고 나면 엔진 냉각수에 의해 ATF의 온도 상승이 억제될 수 있다.

즉, ATF의 온도가 엔진 냉각수의 온도보다 낮으면 열교환시 엔진 냉각수가 가열 작용을 하게 되면서 ATF의 온도를 상승시키나, ATF의 온도가 엔진 냉각수의 온도보다 높아지면 열교환시 엔진 냉각수가 냉각 작용을 하게 되면서 ATF의 온도 상승이 억제될 수 있는 것이다.

이러한 ATF 워머와 관련한 선행기술문헌의 예로는 공개특허공보 제10-2013-0065049호(2013.6.19.), 공개특허공보 제10-2016-0112403호(2016.9.28.)를 들 수 있다.

그러나, 종래의 ATF 워머는 엔진 냉각수를 이용하여 ATF(변속기 오일)의 온도를 상승시키는 장치이므로, 차량의 부하 조건에 따라 ATF의 온도가 과도하게 상승할 수 있는 문제점을 가지고 있다.

즉, 고부하 조건에서 엔진 냉각수의 온도가 상승하면 엔진 냉각수에 의한 냉각 작용이 약해지면서 ATF의 온도가 과도하게 상승할 수 있고, ATF 온도의 과도한 상승으로 인해 ATF가 순간적으로 끓거나 타는 문제가 발생할 수 있다.

이는 변속기의 내구성 및 안전성에 악영향을 주게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 부하 조건 등에 관계없이 ATF(변속기 오일)의 온도를 항상 적절한 온도로 제어할 수 있는 변속기 오일 온도 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 변속기 오일(ATF:Automatic Transmission Fluid)과 엔진 냉각수가 통과하도록 되어 있고 변속기 오일과 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어지는 ATF 워머; 상기 ATF 워머를 통과한 후 변속기 측으로 이동하는 변속기 오일이 통과하도록 되어 있으면서 변속기 오일을 냉각하는 오일 쿨러; 상기 ATF 워머를 통과한 변속기 오일을 오일 쿨러를 통과하지 않도록 변속기 측으로 바이패스시키기 위한 바이패스 라인; 상기 ATF 워머에 연결된 냉각수 라인의 유로를 개폐하도록 설치되어, 엔진 냉각수가 ATF 워머에 선택적으로 흐르도록 개폐작동되는 제1 밸브; 상기 바이패스 라인의 유로와, 상기 오일 쿨러와 변속기 측 사이의 ATF 순환 라인의 유로를 선택적으로 개폐하도록 설치되어, 변속기 오일을 오일 쿨러에 통과시키거나 오일 쿨러를 통과하지 않고 바이패스시키도록 작동되는 제2 밸브; 변속기 오일의 온도를 검출하는 제1 온도센서; 및 상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도에 따라 상기 제1 밸브 및 제2 밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 변속기 오일 온도 제어 시스템을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템에 의하면, ATF 온도에 따라 ATF 유동 경로를 제어함으로써 ATF 워머와 오일 쿨러를 이용한 ATF 온도 유지 및 제어가 가능해지고, 차량의 부하 조건 등에 관계없이 ATF 온도를 항상 적절한 온도로 유지 및 제어할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 ATF 워머의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 엔진 냉각수 및 ATF 순환 계통을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템에서 온도센서 및 제어부, 밸브를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템의 오일 쿨러를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 과정을 나타내는 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

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.

본 발명은 차량의 부하 조건 등에 관계없이 ATF(변속기 오일)의 온도를 항상 적절한 온도로 유지 및 제어할 수 있는 변속기 오일 온도 제어 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다.

이를 위해, ATF 워머와 오일 쿨러를 복합적으로 사용하는 온도 제어 시스템이 개시된다.

이하의 설명에서 변속기 오일을 ATF라 칭하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템에서 온도센서(61,62) 및 제어부(70), 밸브(81,82)를 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템은 ATF 워머(30), 오일 쿨러(40), 바이패스 라인(56), 제1 및 제2 온도센서(61,62), 제어부(70), 제1 및 제2 밸브(81,82)를 포함하여 구성된다.

도 3은 엔진 냉각수 및 ATF 순환 계통을 보여주고 있으며, 보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 오일 온도 제어 시스템의 구성과 함께 엔진 냉각 시스템의 구성을 도시하고 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 오일 온도 제어 시스템의 구성 중 도 3에 도시되지 않은 구성, 즉 제1 및 제2 온도센서(61,62)와 제어부(70)에 대해서는 도 4의 블록도에 나타내었다.

도 3에서 엔진 냉각 시스템의 구성과 엔진 냉각수의 순환 경로에 있어서는 공지된 구성과 비교하여 차이가 없으며, 엔진 냉각 시스템은 엔진 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프(12), 엔진 냉각수로부터 공냉식으로 열이 방출되도록 하여 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터(11), 및 엔진 냉각수가 라디에이터(11)를 선택적으로 통과하도록 엔진 냉각수의 유동 경로를 제어하는 서모스탯(13)을 포함한다.

또한, 차량 공조를 위한 히터 코어(15) 또한 엔진 냉각수가 순환하도록 된 엔진 냉각수 순환 라인(14)에 동일하게 설치될 수 있으며, 공지된 구성과 비교하여 차이가 없다.

도시된 엔진 냉각수 순환 계통에서는, 서모스탯(13)에서 라디에이터 측의 내부 유로가 닫힌 경우, 냉각수는 엔진(10)에서 가열된 뒤 히터 코어(15)와 워터 펌프(12), 서모스탯(13)을 경유하는 경로를 따라 다시 엔진(10)으로 순환된다.

또한, 서모스탯(13)에서 라디에이터 측의 내부 유로가 개방된 경우, 엔진(10)에서 나온 고온의 냉각수 중 일부가 라디에이터(11)를 거치게 되며, 라디에이터(11)에서 공기(주행풍이 될 수 있음)에 의해 냉각된 뒤 서모스탯(13), 워터 펌프(12)를 경유하는 경로를 따라 다시 엔진(10)으로 순환된다.

이와 함께 엔진(10)에서 나온 고온의 냉각수는 ATF 워머(30)를 거친 뒤 다시 서모스탯(13)과 워터 펌프(12)를 경유하는 경로를 따라 다시 엔진(10)으로 순환되며, 이때 변속기(20)에서 나온 ATF(변속기 오일) 역시 ATF 워머(30)를 거치도록 되어 있는바, 공지된 바와 같이 ATF 워머(30)에서는 ATF와 엔진 냉각수 사이의 열교환에 의해 ATF의 가열이 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 오일 온도 제어 시스템은 ATF를 냉각하기 위한 오일 쿨러(40)를 더 포함하며, 변속기(20)에서 나온 ATF가 상기 ATF 워머(30)를 거친 뒤 오일 쿨러(40)를 추가로 통과할 수 있도록 되어 있다.

상기 오일 쿨러(40)는 라디에이터(11)와 마찬가지로 공냉식 쿨러로서 구비될 수 있고, 오일 쿨러(40)로 유입된 ATF가 오일 쿨러 주변을 지나는 공기에 의해 냉각된 뒤 다시 변속기(20)로 유입될 수 있도록 되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템의 오일 쿨러를 도시한 사시도로서, 오일 쿨러(40)는 차량 주행시 차량 전단에서 라디에이터(11) 측으로 유입되는 공기(주행풍이 될 수 있음)에 의해, 내부를 통과하고 있는 ATF를 냉각하도록 구성될 수 있다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 오일 쿨러(40)는 라디에이터(11)의 주변, 보다 명확히는 라디에이터의 전방에 배치될 수 있고, 라디에이터(11)보다는 작은 크기 및 용적으로 설치될 수 있다.

라디에이터(11)에 대해서는 엔진 냉각 시스템의 구성 중 차량 전단에 설치되는 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 공지의 엔진 냉각 시스템에서 라디에이터(11)의 후방(차량 전후 방향을 기준으로 함)에는 라디에이터 팬(11a)이 설치되나, 도 5에는 라디에이터 팬(11a)의 일부만이 도시되어 있다.

한편, 본 발명의 변속기 오일(ATF) 온도 제어 시스템에서는 변속기(20)에서 나온 뒤 ATF 워머(30)를 거친 ATF가 오일 쿨러(40)를 선택적으로 통과하도록 되어 있으며, 오일 쿨러(40)를 통과한 ATF는 다시 변속기(20)로 유입되도록 되어 있다.

이를 위해, 변속기(20) 측과 ATF 워머(30)의 ATF 입구 측 사이에는 변속기(20)에서 ATF 워머(30)로 ATF가 흐르도록 된 ATF 입구 라인(53)이 연결되고, ATF 워머(30)를 거친 ATF가 오일 쿨러(40)로 유입될 수 있도록 ATF 워머(30)의 ATF 출구 측과 오일 쿨러(40)의 ATF 입구 측 사이에 제1 ATF 순환 라인(54)이 연결된다.

또한, 오일 쿨러(40)의 ATF 출구 측과 변속기(20) 측 사이에는 제2 ATF 순환 라인(55)이 연결된다.

결국, ATF 워머(30)에서 제1 ATF 순환 라인(54)을 따라 흐르는 ATF가 오일 쿨러(40)로 유입된 뒤 오일 쿨러에서 주변을 통과하는 공기(주행풍이 될 수 있음)에 의해 냉각되고, 이후 냉각된 ATF는 제2 ATF 순환 라인(55)으로 배출되어 다시 변속기(20) 측으로 흐르도록 되어 있다.

또한, 제1 ATF 순환 라인(54)과 제2 ATF 순환 라인(55) 사이에는 ATF 워머(30)를 통과하고 나온 ATF를 오일 쿨러(40)를 통과하지 않도록 바이패스시키기 위한 바이패스 라인(56)이 연결된다.

아울러, 엔진(10)에서 고온의 엔진 냉각수가 배출된 뒤 흐르도록 된 냉각수 순환 라인(14)에서 분기되어 ATF 워머(30)의 냉각수 입구 측으로 연결되는 냉각수 입구 라인(51)이 설치된다.

또한, ATF 워머(30)를 통과하면서 ATF와의 열교환을 마친 엔진 냉각수가 다시 냉각수 순환 라인(14)으로 흐를 수 있도록 ATF 워머(30)의 냉각수 출구 측에서 냉각수 순환 라인(14)으로 연결되는 냉각수 출구 라인(52)이 설치된다.

이때, 냉각수 입구 라인(51)은 엔진(10)과 히터 코어(15) 사이의 냉각수 순환 라인(14)에서 분기되어 ATF 워머(30)의 냉각수 입구 측으로 연결될 수 있으며, 냉각수 출구 라인(52)은 ATF 워머(30)의 냉각수 출구 측에서 히터 코어(15) 후단 측(하류 측)의 냉각수 순환 라인(14)으로 연결될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 오일 온도 제어 시스템은 ATF의 유동 경로를 결정하기 위한 밸브(81,82)들과, ATF 온도와 엔진 냉각수 온도에 따라 밸브들의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(70)를 포함한다.

상기 밸브(81,82)들은 제어부(70)에 의해 구동이 제어되는 전자식 밸브로서, ATF 워머(30)에 대한 엔진 냉각수의 출입을 선택적으로 제어하는 제1 밸브(81)와, ATF 워머(30)에서 배출된 ATF가 오일 쿨러(40)를 선택적으로 통과할 수 있도록 제어하기 위해 바이패스 라인(56)에 설치되는 제2 밸브(82)를 포함한다.

상기 제1 밸브(81)는 ATF 워머에 연결된 냉각수 라인의 유로를 개폐하도록 설치될 수 있고, 상기 제2 밸브(82)는 바이패스 라인(56)의 유로를 개폐하도록, 특히 바이패스 라인(56)과 오일 쿨러 측 라인(55a) 중 어느 하나를 변속기 측 라인(55b)에 선택적으로 연결 및 그 연결을 절환하도록 설치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1 밸브(81)가, 엔진(10)의 냉각수 출구로부터 히터 코어(15)의 냉각수 입구로 연결된 엔진 냉각수 순환 라인(14)에서 분기되어 ATF 워머(30)가 설치되어 있는 냉각수 라인에 설치된 것을 볼 수 있다.
여기서, 상기 제1 밸브(81)는 상기 ATF 워머(30)가 설치되어 있는 냉각수 라인 중, 상기 냉각수 순환 라인(14)에서 분기되어 ATF 워머(30)의 냉각수 입구 측으로 연결된 냉각수 입구 라인(51), 또는 ATF 워머(30)의 냉각수 출구 측에서 냉각수 순환 라인(14)으로 연결된 냉각수 출구 라인(52)에 설치될 수 있다.

도 3의 실시예에서는 제1 밸브(81)가 냉각수 입구 라인(51)에 설치되고 있다.

또한, 상기 제2 밸브(82)는 바이패스 라인(56)의 출구단과 제2 ATF 순환 라인(55)의 합관 지점에 설치되는 3-웨이(3-way) 밸브가 될 수 있다.

상기 제1 밸브(81)가 닫히게 되면, 엔진(10)에서 나온 고온의 엔진 냉각수는 ATF 워머(30)를 통해 흐르지 못하게 되며, 이때 엔진 냉각수는 엔진(10)에서 히터 코어(15)만을 경유한 뒤 서모스탯(13) 및 워터 펌프(12)를 거쳐 다시 엔진(10)으로 유입된다.

반면, 상기 제1 밸브(81)가 열리게 되면, 엔진(10)에서 나온 고온의 엔진 냉각수가 ATF 워머(30)를 통과하여 흐르게 되며, 이로써 ATF 워머(30)에서는 ATF와 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어지게 된다.

이때, ATF 온도가 엔진 냉각수 온도보다 낮은 조건에서는 ATF 워머(30)에서 엔진 냉각수에 의해 ATF가 가열될 수 있고, 반대로 ATF 온도가 엔진 냉각수 온도보다 높은 조건에서는 ATF 워머(30)에서 엔진 냉각수에 의해 ATF가 냉각될 수 있다.

또한, 제2 밸브(82)는 제2 ATF 순환 라인(55) 중 변속기(20) 측으로 연결된 라인(55b)과 오일 쿨러(40) 측으로 연결된 라인(55a), 그리고 바이패스 라인(56)이 각각 연결되는 3개의 포트를 가지며, 이하의 설명에서 바이패스 라인(56)이 연결된 포트를 제1 포트(83a), 제2 ATF 순환 라인(55) 중 변속기 측 라인(55a)이 연결된 포트를 제2 포트(83b), 제2 ATF 순환 라인(55) 중 오일 쿨러 측 라인(55b)이 연결된 포트를 제3 포트(83c)라 칭하기로 한다.

이러한 제2 밸브(82)는 바이패스 라인(56)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제1 포트(83a)와, 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제2 포트(83b)를 개방하는 동시에 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제3 포트(83c)를 닫을 경우, 바이패스 라인(56)이 개방되고 오일 쿨러 측 라인(55b)은 차단된 상태가 되어, 바이패스 라인(56)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결된 상태가 된다.

이 경우, 변속기(20)로부터 ATF 입구 라인(53)을 통해 나온 뒤 ATF 워머(30)를 통과한 ATF가 제1 ATF 순환 라인(54)과 바이패스 라인(56)을 거쳐 변속기(20) 측으로 다시 유입될 수 있다.

또한, 상기 제2 밸브(82)가 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제2 포트(83b)와, 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제3 포트(83c)를 개방하는 동시에 바이패스 라인(56)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제1 포트(83a)를 닫을 경우, 바이패스 라인(56)이 차단되고 오일 쿨러 측 라인(55b)은 개방된 상태가 되어, 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결된 상태가 된다.

이 경우, 변속기(20)로부터 ATF 입구 라인(53)을 통해 나온 뒤 ATF 워머(30)를 통과한 ATF가 제1 ATF 순환 라인(54)과 오일 쿨러(40), 제2 ATF 순환 라인(55)을 거쳐 변속기(20) 측으로 다시 유입될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 오일 온도 제어 시스템은 변속기 오일, 즉 ATF의 온도를 검출하는 제1 온도센서(61)와, 엔진 냉각수의 온도를 검출하는 제2 온도센서(62)를 더 포함한다.

여기서, 도면에 상세히 나타내지는 않았으나, 상기 제1 온도센서(61)는 ATF 워머(30)로 유입되기 전의 ATF의 온도를 검출하도록 설치될 수 있고, 예로서 변속기(20) 측 또는 ATF 입구 라인(53)에 설치될 수 있다.

또한, 상기 제2 온도센서(62)는 엔진 냉각수 온도를 검출하는 공지의 수온센서가 될 수 있다.

또는 ATF 워머(30)로 유입되기 전의 엔진 냉각수의 온도를 검출하도록 설치되는 별도의 온도센서가 될 수 있으며, 그 예로서, 제2 온도센서(62)는 엔진(10)과 히터 코어(15) 사이의 냉각수 순환 라인(14)에 설치되거나, 냉각수 순환 라인(14)에서 분기된 냉각수 입구 라인(51)에 설치될 수 있다.

다음으로, 이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오일 온도 제어 시스템의 작동 상태와 오일 온도 제어 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오일 온도 제어 과정을 나타내는 순서도이다.

본 발명에서는 변속기 오일의 온도, 즉 ATF의 온도가 제어부(70)에 미리 설정된 기준온도 이하일 경우 기존과 동일하게 ATF 워머(30)만을 통과하도록 ATF를 순환시키고, ATF의 온도가 기준온도보다 높은 과온 상태일 경우 수냉식 ATF 워머(30)와 공냉식 오일 쿨러(40)를 모두 통과하도록 ATF를 순환시킨다.

이러한 ATF 순환 경로 및 유동 제어는 제어부(70)가 제1 밸브(81)와 제2 밸브(82)의 구동을 제어함으로써 수행될 수 있고, 제어부(70)가 제1 온도센서(61)와 제2 온도센서(62)의 센서값, 즉 ATF 및 엔진 냉각수 온도 검출값에 따라 제1 밸브(81)와 제2 밸브(82)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.

상기 기준온도는 ATF의 점도를 적정 수준으로 유지하여 연비 개선이 가능한 최대 온도로 설정될 수 있고, ATF 온도가 기준온도보다 높은 온도일 경우 제어부(70)가 ATF의 과온 상태인 것으로 판단하도록 되어 있다.

먼저, 차량이 시동되고 나면, 즉 시동키가 온(ON) 되고 나면, 본 발명의 온도 제어 시스템이 자동으로 온(ON) 되고(S11), 이어 제어부(70)는 제1 밸브(81)를 개방하기 위한 제어신호를 출력한다.

이에 제어부(70)의 제어신호에 따라 제1 밸브(81)가 개방되고(S12), 이에 따라 엔진(10)으로부터 배출되는 고온의 엔진 냉각수 중 일부가 냉각수 입구 라인(51), ATF 워머(30), 냉각수 출구 라인(52)을 거치는 경로로 순환된다.

또한, 제어부(70)가 제1 온도센서(61)와 제2 온도센서(62)의 검출신호를 입력받게 되며, 이때 제어부(70)는 제1 온도센서(61)의 검출값인 ATF 온도를 미리 설정된 기준온도와 비교하게 된다(S13).

여기서, 제1 온도센서(61)에 의해 검출된 ATF 온도가 기준온도보다 높은 과온 상태일 경우, 제어부(70)는 오일 쿨러(40)를 통과하는 ATF 유동 경로를 개방하기 위한 제어신호, 즉 ATF가 오일 쿨러(40)를 거치도록 ATF의 유동 경로를 설정해주기 위한 제어신호를 출력하게 된다(S14).

즉, 제어부(70)가 바이패스 라인(56)은 닫아주고 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)을 열어주기 위한 제어신호를 출력하도록 되어 있는 것이다.

이때, 제어부(70)의 제어신호에 따라 제2 밸브(82)에서는 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제2 포트(83b)와, 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제3 포트(83c)가 개방되는 동시에, 바이패스 라인(56)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제1 포트(83a)는 닫히게 된다.

결국, 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결된 상태, 및 오일 쿨러 측 라인(55b)은 개방되고 바이패스 라인(56)은 차단된 상태가 되며, 이에 따라 변속기(20)에서 나온 ATF는 ATF 입구 라인(53), ATF 워머(30), 제1 ATF 순환 라인(54), 오일 쿨러(40), 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)과 변속기 측 라인(55a)을 따라 흐르게 된다.

이로써, ATF는 ATF 워머(30)에서 엔진 냉각수와의 열교환이 이루어진 뒤 오일 쿨러(40)를 통과하는 동안 공냉식으로 추가 냉각되고, 이후 냉각된 ATF는 다시 변속기(20) 측으로 유입된다.

이 과정에서 ATF는 ATF 워머(30)에서 엔진 냉각수에 의해 고온의 과온 상태에서 중온으로 1차 냉각되고, 이후 오일 쿨러(40)에서 주변을 통과하는 공기에 의해 중온에서 기준온도 이하의 온도가 될 때까지 2차 냉각된다.

이와 같이 ATF 온도가 기준온도보다 높은 과온 조건에서는 ATF가 변속기(20), ATF 워머(30), 오일 쿨러(40), 변속기(20)를 순환하도록 경로가 설정되며, ATF 온도가 기준온도 이하가 될 때까지 ATF 워머(30)에서의 ATF 1차 냉각 후 오일 쿨러(40)에서의 ATF 2차 냉각이 계속해서 이루어지게 된다.

또한, 상기 S13 단계에서 제1 온도센서(61)에 의해 검출된 ATF 온도가 기준온도 이하로 낮거나 S14 단계 이후 기준온도 이하로 낮아지면, 제어부(70)는 바이패스 라인(56)을 통과하는 ATF 유동 경로를 개방하기 위한 제어신호, 즉 바이패스 라인(56)을 개방하기 위한 제어신호를 출력한다(S15).

즉, 제어부(70)가 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)은 닫아주고 바이패스 라인(56)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)을 열어주기 위한 제어신호를 출력하도록 되어 있는 것이다.

이때, 제어부(70)의 제어신호에 따라 제2 밸브(82)에서는 바이패스 라인(56)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제1 포트(83a)와, 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제2 포트(83b)가 개방되는 동시에, 제2 ATF 순환 라인(55)의 오일 쿨러 측 라인(55b)이 연결되어 있는 내부 유로 및 제3 포트(83c)는 닫히게 된다.

결국, 바이패스 라인(56)과 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)이 연결된 상태, 및 바이패스 라인(56)이 개방되고 오일 쿨러 측 라인(55b)은 차단된 상태가 되며, 이에 따라 변속기(20)에서 나온 ATF는 ATF 입구 라인(53), ATF 워머(30), 제1 ATF 순환 라인(54), 바이패스 라인(56), 제2 ATF 순환 라인(55)의 변속기 측 라인(55a)을 통해 흐르게 된다.

이로써, 오일 쿨러(40)를 거치지 않도록 ATF를 바이패스시키는 유동 경로가 설정되므로 ATF는 ATF 워머(30)에서 엔진 냉각수와의 열교환만 이루어진 뒤 다시 변속기(20) 측으로 유입된다.

이후, 제어부(70)는 제1 온도센서(61)에 의해 검출된 ATF 온도와 제2 온도센서(62)에 의해 검출된 냉각수 온도를 비교하고(S16), 여기서 ATF 온도가 엔진 냉각수 온도보다 낮은 조건에서는 바이패스 라인(56)의 개방 상태를 유지하여(도 6에서 '리턴'으로 이동함) ATF 워머(30)에서 ATF와 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어지도록 하며, 이를 통해 ATF가 엔진 냉각수에 의해 가열될 수 있도록 한다.

만약, ATF 온도가 엔진 냉각수 온도보다 낮고 S11 단계의 시스템 온 조건을 만족하며 S13 단계의 조건을 만족하지 않으면 바이패스 라인(56)의 개방 상태를 계속해서 유지하지만, S13 단계의 조건을 만족하면 S14 단계로 이동한다.

반면, S16 단계에서 ATF 온도가 냉각수 온도 이상일 경우 냉각수 입구 라인(51)에 설치된 제1 밸브(81)를 닫아주기 위한 제어신호를 출력한다(S17).

이로써 제1 밸브(81)가 폐쇄되면서 엔진 냉각수는 ATF 워머(30)로 흐르지 않게 되며, ATF 워머(30)를 경유하는 냉각수 경로는 차단된 상태가 된다.

이 경우, 엔진 냉각수가 ATF 워머(30)를 거치지 않게 됨으로써(엔진 냉각수의 ATF 워머 미순환) ATF 워머(30)에서의 열교환, 즉 ATF와 엔진 냉각수 사이의 열교환은 이루어지지 않으며, 이때 ATF 온도는 변속기(20) 내에서 ATF의 윤활 및 냉각 작용, 그리고 ATF의 마찰에 의해서만 상승하게 된다.

이와 같이 ATF 온도가 냉각수 온도 이상인 조건에서는 엔진 냉각수와 ATF 사이의 열교환이 이루어지지 않도록 함으로써 엔진 고부하 조건에서 ATF 온도가 상승하는 문제를 해결할 수 있고, 결국 ATF 온도의 과도한 상승으로 인한 변속기 측 내구성 및 안정성 저하 문제를 해결할 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 변속기 오일 온도 제어 시스템에 따르면, ATF 온도를 적절한 온도로 유지시킬 수 있고, ATF 온도가 과온으로 상승하는 것을 방지할 수 있으며, ATF 온도의 과도한 상승으로 인해 나타날 수 있는 변속기 측 내구성 및 안정성 저하의 문제를 해결할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 엔진 11 : 라디에이터
12 : 워터 펌프 13 : 서모스탯
14 : 냉각수 순환 라인 15 : 히터 코어
20 : 변속기 30 : ATF 워머
40 : 오일 쿨러 51 : 냉각수 입구 라인
52 : 냉각수 출구 라인 53 : ATF 입구 라인
54 : 제1 ATF 순환 라인 55 : 제2 ATF 순환 라인
55a : 변속기 측 라인 55b : 오일 쿨러 측 라인
56 : 바이패스 라인 61 : 제1 온도센서
62 : 제2 온도센서 70 : 제어부
81 : 제1 밸브 82 : 제2 밸브
83a : 제1 포트 83b : 제2 포트
83c : 제3 포트

Claims

변속기 오일(ATF:Automatic Transmission Fluid)과 엔진 냉각수가 통과하도록 되어 있고 변속기 오일과 엔진 냉각수 사이의 열교환이 이루어지는 ATF 워머;
상기 ATF 워머를 통과한 후 변속기 측으로 이동하는 변속기 오일이 통과하도록 되어 있으면서 변속기 오일을 냉각하는 오일 쿨러;
상기 ATF 워머를 통과한 변속기 오일을 오일 쿨러를 통과하지 않도록 변속기 측으로 바이패스시키기 위한 바이패스 라인;
상기 ATF 워머에 연결된 냉각수 라인의 유로를 개폐하도록 설치되어, 엔진 냉각수가 ATF 워머에 선택적으로 흐르도록 개폐작동되는 제1 밸브;
상기 바이패스 라인의 유로와, 상기 오일 쿨러와 변속기 측 사이의 ATF 순환 라인의 유로를 선택적으로 개폐하도록 설치되어, 변속기 오일을 오일 쿨러에 통과시키거나 오일 쿨러를 통과하지 않고 바이패스시키도록 작동되는 제2 밸브;
변속기 오일의 온도를 검출하는 제1 온도센서; 및
상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도에 따라 상기 제1 밸브 및 제2 밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제1 밸브가, 엔진의 냉각수 출구로부터 히터 코어의 냉각수 입구로 연결된 엔진 냉각수 순환 라인에서 분기되어 ATF 워머가 설치되어 있는 냉각수 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 오일 쿨러는, 엔진 냉각수를 냉각하는 차량 라디에이터의 주변에 설치되어, 상기 라디에이터 측으로 유입되는 공기에 의해 내부를 통과하는 변속기 오일이 냉각되도록 한 공냉식 쿨러인 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진 냉각수가 순환하는 엔진 냉각수 순환 라인으로부터 분기된 냉각수 입구 라인이, 상기 ATF 워머로 연결된 냉각수 라인으로서, ATF 워머의 냉각수 입구 측으로 연결되고,
상기 ATF 워머를 통과한 엔진 냉각수가 배출되는 냉각수 출구 라인이 ATF 워머의 냉각수 출구 측에서 엔진 냉각수 순환 라인으로 연결되며,
상기 제1 밸브가 상기 냉각수 입구 라인 또는 냉각수 출구 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 변속기 측에서 ATF 워머로 변속기 오일이 유입될 수 있도록 변속기 측과 ATF 워머의 ATF 입구 측 사이에 ATF 입구 라인이 연결되고,
상기 ATF 워머를 통과한 변속기 오일이 오일 쿨러로 유입될 수 있도록 ATF 워머의 ATF 출구 측과 오일 쿨러의 ATF 입구 측 사이에 제1 ATF 순환 라인이 연결되며,
상기 오일 쿨러를 통과한 변속기 오일이 변속기 측으로 유입될 수 있도록 오일 쿨러의 ATF 출구 측과 변속기 측 사이에 제2 ATF 순환 라인이 연결되고,
상기 제1 ATF 순환 라인과 제 2 ATF 순환 라인 사이에 상기 바이패스 라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 밸브는,
상기 바이패스 라인과 상기 제2 ATF 순환 라인의 합관 지점에 설치되고,
상기 바이패스 라인의 유로와, 상기 제2 ATF 순환 라인 중 오일 쿨러의 ATF 출구 측으로 연결된 오일 쿨러 측 라인의 유로 중 하나를 개방하여,
개방된 하나의 유로가, 상기 제2 ATF 순환 라인 중 변속기 측으로 연결된 변속기 측 라인에 연결되도록 하는 3-웨이 밸브인 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도가 미리 설정된 기준온도보다 높은 경우, 상기 바이패스 라인의 유로를 차단하고 상기 오일 쿨러와 변속기 측 사이의 ATF 순환 라인의 유로를 개방하도록 제2 밸브의 구동을 제어하여, 변속기 오일이 ATF 워머와 오일 쿨러를 차례로 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도가 미리 설정된 기준온도 이하인 경우, 상기 바이패스 라인의 유로를 개방하고 상기 오일 쿨러와 변속기 측 사이의 ATF 순환 라인의 유로를 차단하도록 제2 밸브의 구동을 제어하여, ATF 워머를 통과한 변속기 오일이 오일 쿨러를 통과하지 않도록 바이패스 라인을 따라 바이패스 되도록 하는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
엔진 냉각수의 온도를 검출하는 제2 온도센서를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도와, 상기 제2 온도센서에 의해 검출된 엔진 냉각수의 온도에 따라, 상기 제1 밸브 및 제2 밸브의 구동을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 온도센서에 의해 검출된 변속기 오일의 온도가 미리 설정된 기준온도 이하인 동시에, 상기 변속기 오일의 온도가 상기 제2 온도센서에 의해 검출된 엔진 냉각수의 온도 이상인 경우, 상기 제1 밸브를 닫아주어, 엔진 냉각수가 ATF 워머를 통해 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 변속기 오일 온도 제어 시스템.