KR102144202B1 - 오일을 이송하기 위한 이송 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 내의 오일 섬프(3)로부터 오일을 이송하기 위한 이송 디바이스(2)에 관한 것으로, 이송 디바이스는 2개의 압력 스테이지(15, 16)를 가진 오일 펌프(6)를 갖는다. 압력 스테이지(15, 16)는 오일을 공통 흡입 연결부(17)로부터 상이한 유출 연결부(18, 19)로 이송한다. 압력 스테이지(15, 16)에 의한 오일의 이송은 상이한 전달 압력 및 상이한 전달 체적으로 발생한다. 이송 디바이스(2)는 내부 연소 엔진(1)에 연결되는 직접 구동부(7), 및 활성화될 수 있는 전기 구동부(8)를 더 구비한다.

Description

오일을 이송하기 위한 이송 디바이스
본 발명은, 오일을 오일 섬프(sump)로부터 자동차의 변속기 또는 연소 엔진의 윤활유 회로로 전달하기 위한 전달 디바이스에 관한 것으로, 해당 전달 디바이스는 오일 펌프, 오일 펌프를 구동하기 위한 기계식 직접 구동부 및 활성화 가능한 전기 구동부를 포함한다.
활성화 가능한 전기 구동부를 가진 전달 디바이스는 예를 들어, DE 10 2011 084 542 A1호에 공지되어 있다. 직접 구동부는 연소 엔진의 속도에 따른 전달 압력으로 전달 체적을 생성한다. 증가 요구가 있을 때, 오일 펌프의 동력은 전기 구동부를 활성화시킴으로써 증가될 수 있다.
그러나, 현대의 자동차, 특히 상대적으로 높은 오일 압력이 클러치를 작동시키고 홀딩하기 위해 필요하고, 그리고 높은 전달 체적과 상대적으로 낮은 압력이 클러치를 냉각시키기 위해 요구되는, 듀얼 클러치 변속기의 경우에 문제가 있다. 게다가, 클러치를 냉각시키기 위한 오일의 수요는 연소 엔진의 속도에 비례하지 않는다. 그러므로, 요구된 최대 전달 압력 및 요구된 최대 전달 체적을 위해 오일 펌프를 설계하는 것은 심각한 과치수화(overdimensioning)를 초래한다.
본 발명의 근본적인 문제는, 예상된 전달 체적으로 2개의 상이한 전달 압력의 생성을 허용하고 단순한 구성인 이러한 방식으로 처음에 언급한 타입의 전달 디바이스를 개발하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 문제는 오일 펌프가 제1 압력 스테이지(stage) 및 제2 압력 스테이지를 갖는다는 사실에 의해 그리고 2개의 압력 스테이지가 공통 흡입 연결부 및 별개의 유출 연결부를 갖는다는 점에서 해결된다.
이 구성에 의해, 압력 스테이지는 상이한 전달 압력 및 전달 체적으로 설계될 수 있다. 기계식 직접 구동부에 의해, 연소 엔진의 정상 동작 또는 오일 펌프의 정상 동작 동안 예상된 오일 전달을 보장하는 것이 가능하다. 활성화 가능한 전기 구동부는 전달 압력 및 전달 체적과 관련된 최대 운송(peak load) 오일 수요를 커버하는 것을 가능하게 만든다. 게다가 전달 디바이스는 2개의 별개의 오일 펌프의 사용과 비교하여 특히 단순한 구성이다.
본 발명의 유리한 개선에 따르면, 활성화 가능한 전기 구동부에 의한 제1 압력 스테이지의 전달 동력을 위한 도움은, 제1 압력 스테이지가 서로에 대해 이동될 수 있는 2개의 컴포넌트를 갖고, 활성화 가능한 전기 구동부가 서로에 대해 이동될 수 있는 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트에 연결되고 그리고 직접 구동부가 컴포넌트 중 다른 하나의 컴포넌트에 연결된다면 단순한 방식으로 생성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 오일의 연속적인 전달은, 제2 압력 스테이지 및 서로에 대해 이동될 수 있는 제1 압력 스테이지의 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트가 직접 구동부에 연속적으로 연결된다면 단순한 방식으로 보장될 수 있다. 이 구성에 의해, 압력 스테이지 둘 다는 직접 구동부를 거쳐 연속적으로 구동된다. 이는 2개의 별개의 컨슈머(consumer)가 상이한 전달 압력으로 연속적으로 공급되게 한다. 활성화 가능한 전기 구동부는, 컨슈머 중 하나의 컨슈머가 증가된 전달 체적 필요조건을 가질 때 제1 압력 스테이지의 전달 동력을 부스팅하는(boost) 것을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 전달 디바이스는, 제2 압력 스테이지 및 서로에 대해 이동될 수 있는 제1 압력 스테이지의 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트가 활성화 가능한 전기 구동부에 연속적으로 연결된다면 특히 저에너지 소비를 한다. 직접 구동부에 의해 구동되는, 이 경우에서, 제1 압력 스테이지만이 제1 압력 스테이지에 의해 결정된 전달 압력으로 연소 엔진의 속도에 따른 전달 체적을 전달한다. 이 전달은 연속적인 동작을 위해 자동차 내의 컨슈머로 공급될 수 있다. 증가된 압력 및/또는 증가된 체적 흐름이 요구된다면, 전기 구동부가 활성화되고 직접 구동부에 더하여 제2 압력 스테이지 그리고 또한 제1 압력 스테이지 둘 다를 구동시킨다. 그러므로, 제2 전달 압력 및 증가된 전달 체적은 전기 구동부를 활성화시킴으로써 달성된다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 전달 디바이스는, 제1 압력 스테이지가 회전자 및 회전자에 대해 이동될 수 있는, 러너(runner) 부분을 가진 베인 펌프(vane pump)라면, 그리고 각각의 경우에 직접 구동부가 회전자 또는 러너 부분에 연결되고, 전기 구동부가 러너 부분의 다른 하나의 컴포넌트 또는 회전자의 다른 하나의 컴포넌트에 연결된다면, 특히 단순한 설계 구성이다. 움직일 수 있게 배열된 베인은 바람직하게 회전자 내에서 포지티브하게(positively) 안내되고 따라서 러너 부분에 대해 연속적으로 사전 설치된다. 게다가 바람직하게 베인 펌프는, 예상된 전달 체적을 위해 특히 작은 설치 공간을 발생시키는, 더블-스트로크(double-stroke) 설계이다.
예상된 전달 압력 및 전달 체적을 생성하기 위해서, 개별적인 펌프 스테이지는 바람직하게 상이한 펌프 타입으로 설계된다. 본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 연소 엔진이 작동될 때 오일 전달의 신속한 시작은, 제2 압력 스테이지가 베인 펌프, 내부 기어 펌프 또는 외부 기어 펌프라면 단순한 방식으로 보장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 전달 디바이스는, 제1 압력 스테이지 및 제2 압력 스테이지가 공통 하우징 내에 배열된다면 특히 소수의 컴포넌트가 설치되게 요청한다. 게다가, 이는 특히 컴팩트한(compact) 구성의 전달 디바이스를 만든다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 전달 디바이스의 치수를 더 감소시키려는 기여는, 전기 구동부의 구동 샤프트가 적어도 부분적으로 중공형 샤프트로 설계되고 그리고 직접 구동부의 샤프트와 동심으로 배열된다면 이루어진다. 이 구성의 또 다른 장점은, 하우징에 대한 중공형 샤프트의 밀봉을 상당히 단순화하는, 작은 외경을 가진 중공형 샤프트가 제공될 수 있다는 것이다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 활성화 가능한 전기 구동부의 영구적인 활성화는, 활성화 가능한 전기 구동부가 직접 구동부에 의해 생성된 토크를 지원하기 위한 프리휠(freewheel) 또는 선택 가능한 브레이크를 갖는다면 쉽게 방지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 오일 펌프의 제1 압력 스테이지의 전달 동력은, 제어 디바이스가 오일 펌프의 동력을 감소시키기 위해 활성화 가능한 전기 구동부에 대한 생성기 모드를 갖는다면 특히 넓은 범위에서 자유자재로 제어 가능하다. 이 구성에 의해, 전기 구동부는 생성기 모드로 오일 펌프로 제동 하중을 전송하도록 설계된다. 제동 하중이 낮다면, 직접 구동부는, 서로에 대해 이동 가능한 컴포넌트 중 제1 컴포넌트에 의해, 전기 구동부에 연결되는 제2 컴포넌트를 함께 회전시켜서, 오일 펌프의 전달 동력의 감소를 초래한다. 제동 하중이 높다면, 전기 구동부에 연결되는 제2 컴포넌트는 큰 정도로 고정될 것이고, 그리고 오일 전달은 이에 대응하여 기계식 직접 구동부의 동력에 따라 높을 것이다. 본 발명 때문에, 제1 압력 스테이지의, 활성화 가능한 전기 구동부에 연결되는, 제2 컴포넌트는 일 방향 또는 다른 방향으로, 제어 디바이스에 의한 제어에 따라 선택적으로 이동될 수 있다. 그러므로 활성화 가능한 전기 구동부는, 제1 압력 스테이지의 동력을 감소시키기 위해, 기계식 직접 구동부의 높은 회전 속도의 경우에, 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에서, 자동차 내의 전달 디바이스의 특히 유리한 사용은, 일 압력 스테이지가 2 내지 3 bar를 생성하도록 설계되고 다른 압력 스테이지가 5 내지 30 bar를 생성하도록 설계된다면 획득된다. 이 구성에 의해, 전달 디바이스는 클러치 또는 셀렉터 도그(selector dog)를 냉각시키고 제어하기 위해 변속기에서 사용될 수 있고, 윤활유를 전달하도록 그리고 캠샤프트를 조정하도록 연소 엔진에서 사용될 수 있다. 클러치는 예를 들어 작동을 위해 30 bar에서 3 ℓ/min 그리고 냉각을 위해 2 내지 3 bar에서 30 ℓ/min을 필요로 한다. 실시예로서, 연소 엔진은 캠샤프트를 조정하기 위해 상대적으로 낮은 전달 체적에서 5 bar 그리고 윤활유 순환을 유지하기 위해 더 높은 전달 체적에서 대략 2 bar를 필요로 한다.
본 발명은 수많은 실시형태를 허용한다. 본 발명의 기본 원리를 더 예시하기 위해서, 이러한 실시형태 중 일 실시형태가 도면에 예시되고 이하에 기술될 것이다.
도 1은 전달 디바이스를 가진 자동차의 연소 엔진을 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1로부터의 전달 디바이스의 오일 펌프를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 연소 엔진 및 활성화 가능한 전기 구동부와 전달 디바이스의 상호연결을 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 전달 디바이스의 상호연결의 또 다른 실시형태를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 오일을 오일 섬프(3)로부터 2개의 컨슈머(4, 5)로 전달하기 위한 전달 디바이스(2)를 가진 자동차의 연소 엔진(1)을 개략적으로 도시한다. 컨슈머(4, 5)는 연소 엔진(1)의 캠샤프트 조정 시스템 또는 오일에 의해 냉각될 수 있는 유압식으로 이동 가능한 변속기 또는 이동되고 냉각될 수 있는 클러치를 구비한 윤활유 회로일 수 있다. 이러한 컨슈머(4, 5)의 경우에, 낮은 전달 체적에서 높은 오일 압력이 이동 또는 작동을 위해 요구되고 높은 전달 체적에서 낮은 오일 압력이 윤활 또는 냉각을 위해 요구된다. 전달 디바이스(2)는 연소 엔진(1)에 의한 직접 구동부(7) 및 활성화 가능한 전기 구동부(8)와 함께 오일 펌프(6)를 갖는다. 활성화 가능한 전기 구동부(8)의 전기 모터(9)는, 입력 신호, 예컨대, 모터 회전 속도, 요구된 모터 토크, 오일 온도 및 설정 압력에 의존적인 방식으로, 제어 라인(11)을 통해 전기 구동부(8)를 작동시키고, 그리고 자동차의 온-보드(on-board) 전기 시스템(12)으로부터 전류를 공급하는 전자 제어 디바이스(10)에 연결된다. 입력 신호의 공급을 위해, 제어 디바이스(9)가 신호 라인(13)에 연결된다.
도 2는 도 1로부터의 전달 디바이스(2)의 오일 펌프(6)를 개략적으로 도시한다. 오일 펌프(6)는 2개의 압력 스테이지(15, 16)를 위한 공통 하우징(14)을 갖는다. 압력 스테이지(15, 16)는 공통 흡입 연결부(17)에 연결되고 각각은 유출 연결부(18, 19)를 갖는다. 흡입 연결부(17)는 오일 섬프(3)에 연결된다. 유출 연결부(18, 19) 각각은 도 1에 도시된 컨슈머(4, 5)로 이어진다. 제1 압력 스테이지(15)는 베인 펌프의 회전자(20) 및 러너 부분(21)을 갖고, 상기 러너 부분은 회전자(20)를 둘러싼다. 그러므로, 오일 펌프(6)는 오일을 전달하기 위해 서로에 대하여 이동될 수 있는 2개의 컴포넌트를 갖고, 하나의 컴포넌트는 직접 구동부(7)에 연결되고 다른 하나의 컴포넌트는 활성화 가능한 전기 구동부(8)에 연결된다. 제2 압력 스테이지(16)는 양 변위 펌프로서 설계되고 직접 구동부(7)에만 연결된다. 그러므로, 제2 압력 스테이지(16)는 직접 구동부(7)의 속도 그리고 그에 따른 연소 엔진(1)의 속도에 따라 오일을 전달한다. 제1 압력 스테이지(15)는 또한 직접 구동부(7)의 속도에 따라 오일을 전달한다. 수요가 증가함에 따라, 전기 구동부(8)가 활성화되고 오일 전달을 부스팅하는(boost) 것을 가능하게 만든다. 따라서 제1 압력 스테이지(15)의 전달 압력 및 전달 체적은 전기 구동부(8)를 활성화시킴으로써 부스팅될 수 있다.
활성화 가능한 전기 구동부(8)의 전기 모터(9)는 중공형 샤프트(22)를 구동한다. 중공형 샤프트(22)는 직접 구동부(7)의 샤프트(23)를 둘러싼다. 베어링(24 내지 26)은 중공형 샤프트(22) 및 샤프트(23)를 하우징(14)의 단부 상에서 그리고 서로에 대하여 지지한다. 하우징(14)에 대하여 샤프트(23) 및 중공형 샤프트(22)를 밀봉하는 밀봉 링(28, 29)이 또한 제공된다. 그러므로, 오일은 중심 흡입 연결부(17)를 통해 2개의 압력 스테이지(15, 16)로 그리고 이어서 2개의 유출 연결부(18, 19)로 흐른다. 명료성을 위해, 오일의 흐름은 화살표로 표시된다.
전기 구동부(8)는 전기 모터(9)의 전원이 끊긴 상태에서 제1 압력 스테이지(15)를 통해 직접 구동부(7)에 의해 전송된 토크를 지원하기 위한 프리휠(27)을 갖는다. 프리휠(27) 대신에, 직접 구동부에 의해 전송된 토크를 지원하도록 선택 가능한 브레이크를 사용하는 것이 또한 가능하다.
또 다른 실시형태에서, 전기 모터(9)가 적절한 활성화에 의해 직접 구동부(7)의 토크를 지원하도록 전환된다면 프리휠(27) 또는 선택 가능한 브레이크가 생략되는 것이 또한 가능하다. 게다가, 도 1에 예시된 제어 디바이스(10)는 직접 구동부(7)에 의해 생성되는 오일 펌프(6)의 동력을 감소시키기 위해 활성화 가능한 전기 구동부(8)에 대한 생성기 모드를 가질 수 있다. 그러므로, 직접 구동부(7)에 의해 도입된 엔진 토크는 전적으로 또는 부분적으로 지원될 수 있다.
도 3은 2개의 압력 스테이지(15, 16)의 상호연결 및 도 2로부터의 오일 펌프(6)의 연결부의 상호연결을 개략적으로 도시한다. 제1 압력 스테이지(15)의 "+" 표시는, 직접 구동부(7)의 구동력과 활성화 가능한 전기 구동부(8)의 구동력이 서로 합해지는 것을 나타낸다. 제2 압력 스테이지(16)는 직접 구동부(7)에 끊임없이 연결되고 따라서 연소 엔진(1)의 동작 동안 오일을 연속적으로 전달한다.
도 4는, 제2 압력 스테이지(16)가 오직 전기 구동부(8)에 의해 구동될 수 있다는 점에서, 도 3의 압력 스테이지의 상호연결과 상이한, 압력 스테이지(15, 16)의 상호연결의 또 다른 실시형태를 도시한다. 그러므로, 전기 구동부(8)가 정지될 때, 제2 압력 스테이지(16)를 통한 오일의 전달은 없다. 도 3에 도시된 상호연결에서처럼, 제1 압력 스테이지(15)는 직접 구동부(7) 및 전기 구동부(8) 둘 다에 의해 구동될 수 있다.

Claims (11)

  1. 오일을 오일 섬프(3)로부터 자동차의 변속기 또는 연소 엔진(1)의 윤활유 회로로 전달하기 위한 전달 디바이스(2)로서,
    오일 펌프(6), 상기 오일 펌프(6)를 구동하기 위한 기계식 직접 구동부(7) 및 활성화 가능한 전기 구동부(8)를 포함하되,
    상기 오일 펌프(6)가 제1 압력 스테이지(15) 및 제2 압력 스테이지(16)를 갖고 그리고 2개의 상기 압력 스테이지(15, 16)가 공통 흡입 연결부(17) 및 별개의 유출 연결부(18, 19)를 갖고,
    상기 제1 압력 스테이지(15)는 서로에 대해 이동될 수 있는 2개의 컴포넌트를 갖고, 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)는 서로에 대해 이동될 수 있는 상기 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트에 연결되고 그리고 상기 직접 구동부(7)는 상기 컴포넌트 중 다른 하나의 컴포넌트에 연결되고,
    제어 디바이스(10)를 더 포함하고, 상기 제어 디바이스(10)는 상기 오일 펌프(6)의 동력을 감소시킬 목적을 위해 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)에 대한 생성기 모드를 가지며,
    상기 제1 압력 스테이지(15)의, 활성화 가능한 상기 전기 구동부(8)에 연결되는, 상기 컴포넌트는 일 방향 또는 다른 방향으로, 상기 제어 디바이스에 의한 제어에 따라 선택적으로 이동될 수 있고,
    공통 하우징(14)을 더 포함하고, 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)가 상기 제1 압력 스테이지(15)와 상기 제2 압력 스테이지(16) 사이에 위치되도록 상기 제1 압력 스테이지(15), 상기 제2 압력 스테이지(16) 및 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)는 상기 공통 하우징(14) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 압력 스테이지(16) 및 서로에 대해 이동될 수 있는 상기 제1 압력 스테이지(15)의 상기 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트는 상기 직접 구동부(7)에 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 압력 스테이지(16) 및 서로에 대해 이동될 수 있는 상기 제1 압력 스테이지(15)의 상기 컴포넌트 중 하나의 컴포넌트는 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)에 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 압력 스테이지(15)는 회전자(20) 및 상기 회전자(20)에 대해 이동될 수 있는 러너 부분(runner part)(21)을 가진 베인 펌프(vane pump)이고, 그리고 상기 직접 구동부(7)는 상기 회전자(20) 또는 상기 러너 부분(21)에 연결되고, 그리고 상기 전기 구동부(8)는 각각의 경우에 상기 러너 부분(21)의 다른 하나의 컴포넌트 또는 상기 회전자(20)의 다른 하나의 컴포넌트에 연결되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 압력 스테이지(16)는 베인 펌프, 내부 기어 펌프 또는 외부 기어 펌프인 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기 구동부(8)의 구동 샤프트는 적어도 부분적으로 중공형 샤프트(22)로서 설계되고 그리고 상기 직접 구동부(7)의 샤프트(23)와 동심으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 활성화 가능한 전기 구동부(8)는 상기 직접 구동부(7)에 의해 생성된 토크를 지원하기 위한 프리휠(freewheel)(27) 또는 선택 가능한 브레이크를 갖는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 하나의 압력 스테이지(15, 16)는 2 내지 3bar를 생성하도록 설계되고 그리고 다른 하나의 압력 스테이지(16, 15)는 5 내지 30bar를 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전달 디바이스.
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