KR101689175B1 - 유압 펌프 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

전륜 구동 차량(all wheel drive vehicle)의 앞뒤 차축 사이 및/또는 2륜 또는 4륜 구동 차량의 좌우 차륜 사이에 토크를 분배하는 시스템은 디스크 패키지(15) 및 이에 작동하는 피스톤(13)을 갖는 적어도 하나의 리미티드 슬립 커플링(7, limited slip coupling)을 포함하고, 피스톤(13)은 유압 펌프 어셈블리에 의해 작동된다. 이 어셈블리는 전기 모터(16), 그것에 의해 구동되는 유압 펌프(17), 및 그것에 의해 또한 구동되는 원심 조절기(19)를 포함하고, 원심 조절기(19)는 유압 펌프(17)의 오일 유출구(23)에 연결되는 압력 오버플로 밸브(20)를 조절한다. 어셈블리는 특히, 펌프 하우징(31) 내에서 회전 가능한 피스톤 드럼(30)을 갖고 다수의 왕복 가능한 축방향 피스톤(35)을 포함하는 축방향 피스톤 펌프, 피스톤 드럼(30)에 회전 가능하게 부착된 적어도 하나의 원심 레버(40), 및 원심 레버(40)에 연결되고, 피스톤 드럼 내(30)의 오일 출구관(45)의 입구와 협력하여 압력 오버플로 밸브(20)를 형성하도록 배치된 밸브 부재(44)를 포함한다.

Description

유압 펌프 어셈블리{A HYDRAULIC PUMP ASSEMBLY}
본 발명은 전륜 구동 차량(all wheel drive vehicle)의 앞뒤 차축 사이 및/또는 2륜 또는 4륜 구동 차량의 좌우 차륜 사이에 토크를 분배하는 시스템에서의 유압 펌프 어셈블리에 관한 것으로서, 상기 시스템은 디스크 패키지(disc package) 및 이에 작동하는 피스톤을 갖는 적어도 하나의 리미티드 슬립 커플링(limited slip coupling)을 포함하고, 상기 피스톤은 유압 펌프 어셈블리에 의해 작동되며,
상기 유압 펌프 어셈블리는 전기 모터(electric motor), 그것에 의해 구동되는 유압 펌프, 및 그것에 의해 또한 구동되는 원심 조절기(centrifugal regulator)를 포함하고, 상기 원심 조절기는 유압 펌프의 오일 유출구에 연결되는 압력 오버플로 밸브(pressure overflow valve)를 조절한다.
상기한 유형의 유압 펌프 어셈블리가 동일 출원인에 의해 스웨덴 특허 출원 제 0801794-9호에 개시되어 있다. 여기에 개시된 어셈블리의 목적은, 부품의 수를 줄이고, 어셈블리를 단순화하고, 어셈블리에서 요구되는 중량과 공간을 축소하고, 그리고 생산 및 어셈블리 비용을 가능한 낮게 유지하기 위한 본 발명의 목적과 원칙적으로 동일하다. 또한, 예를 들어, 제어 신호에 대한 가능한 최단 반응 시간을 갖는 전륜 구동 차량용 토크 분배 시스템에서 리미티드 슬립 커플링을 위한 단순하면서도 매우 신뢰할만한 작동 시스템을 제조하고자 하는 바람이 있다.
상기 출원은 매우 향상된 어셈블리를 위한 첫 번째 개발 단계를 나타내지만, 개발 작업이 계속되어 이전 어셈블리보다 더 양호하게 상기 목적을 달성하는 진정한 통합 어셈블리로 이어졌다.
본 발명의 목적은 본 전륜 구동 차량(all wheel drive vehicle)의 앞뒤 차축 사이 및/또는 2륜 또는 4륜 구동 차량의 좌우 차륜 사이에 토크를 분배하는 시스템에서의 유압 펌프 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유압 펌프 어셈블리는,
펌프 하우징 내에서 회전 가능한 피스톤 드럼을 갖고 다수의 왕복 가능한 축방향 피스톤(axial piston)을 포함하는 축방향 피스톤 펌프,
상기 피스톤 드럼에 회전 가능하게 부착된 적어도 하나의 원심 레버, 및
상기 원심 레버에 연결되고, 피스톤 드럼 내의 오일 출구관(outlet bore)의 입구와 협력하여 압력 오버플로 밸브를 형성하도록 배치된 밸브 부재를 포함한다.
본 발명의 중요한 양태는 원심 레버 및 피스톤 드럼을 갖는 오버플로 밸브의 통합이다.
실용적인 실시형태에서, 다수의 원심 레버(바람직하게는 3 개의 레버)가 피스톤 드럼 주위에 균등하게 분포되며, 각각의 레버는 원심력의 작용 하에 피스톤 드럼 내의 보어(bore)와 결합하는 볼을 구비한다.
바람직하게는 원심력과의 반대 방향으로 원심 레버를 편향(biasing)시키기 위한 스프링 수단이 구비된다. 실제로, 링 스프링이 피스톤 드럼 및 원심 레버 주위에 배치될 수 있다.
상기 볼은 바람직하게는 보어와 관련하여 볼에 대한 약간의 위치 조정을 가능하게 하는 스프링 클립에 의해 원심 레버에 연결될 수 있다.
I/U 그래프에서의 압력 곡선이 뚜렷이 다른 두 개의 교정 포인트(calibration point) 또는 엘보우(elbow)를 보이기 때문에, 함수 I=f(U)를 이용하여 작동시 가끔씩 어셈블리를 교정하기 위한 수단이 제공될 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면을 참고로 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다, 여기서:
도 1 내지 도 5는 리미티드 슬립 커플링을 갖는 차량용 다양한 구동 시스템들의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 유압 펌프 어셈블리가 포함된 유압 액추에이터 시스템의 유압도(scheme scheme)이고;
도 7은 본 발명에 따른 유압 펌프 어셈블리의 일부 단면인 측면도이고;
도 8은 도 7에서 A-A선을 따라 확대시킨 단면도이고;
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 어셈블리의 확대된 등각투상도(isometric view)이고, 및
도 10은 어셈블리에서의 전기 모터에 대한 I/U 그래프이다.
일반적으로 자동차인, 차량용 다양한 구동 시스템들의 5 가지 일반적인 예가 도 1 내지 도 5에 도시되어 있다. 모든 예에서, 차량은 엔진(1) 및 변속기(2)에 의해서 구동된다. 모든 예의 자동차는 앞차축(3), 뒷차축(5), 하나 또는 그 이상의 차동장치(6, differential), 및 하나 또는 그 이상의 리미티드 슬립 커플링(7)을 갖는다. 리미티드 슬립 커플링은 전륜 구동 차량의 앞뒤 차축 사이의 토크 분배 및/또는 2륜 또는 4륜 구동 차량의 좌우 차륜 사이의 토크 분배를 위한 수단으로 사용될 수 있다.
리미티드 슬립 커플링(7)은, 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 실린더(14)에 수납된 피스톤(13)에 의해 작동되는 디스크 패키지(15)를 포함한다. 피스톤(13)이 유압에 의해 작동될 때, 디스크 패키지(15)의 디스크들은 서로 접촉되고, 이들이 연결된 두 개의 축 사이에서 구동 접촉(driving contact)을 설정할 것이다.
도 1은 일반적인 4륜 구동의 예를 도시하고, 도 2의 예는 후륜(rear wheels) 사이에 토크를 분배하는 추가 가능성을 갖는다. 도 3은 또한 전륜(front wheels)을 구동하기 위한 가능성을 갖는 후륜 구동(rear wheel drive)을 도시한다. 도 4에서 중앙 차동장치를 갖는 차량의 예가 도시되어 있다. 마지막으로, 도 5는 전륜 사이의 토크 분배를 갖는 전륜 구동(front wheel drive)의 예를 도시한다. 본 기술 분야의 숙련자는 리미티드 슬립 커플링(7)의 제어와 관련된, 본 발명이 이용될 수 있는 구동 시스템의 또 다른 예들이 있다는 것을 인식한다.
도 1의 예에서, 중간차축(4, intermediate axle)이 앞차축(3) 및 뒷차축(5) 사이에 연결된다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 중간차축(4) 및 뒷차축(5)의 차동장치(6) 사이에 위치한다. 도 2의 예는 도 1의 예와 다른데, 또 다른 리미티드 슬립 커플링(7)이 뒷차축(5)에 위치한다는 것이다.
도 3의 예에서, 리미티드 슬립 커플링(7)은 엔진(1) 상의 변속기(2) 및 중간차축(8) 사이에 위치하며, 이것의 타단은 뒷차축(5)의 차동장치(6)에 연결된다. 변속기(9)는 리미티드 슬립 커플링(7) 및 또 다른 중간차축(10) 사이에 위치하며, 이것의 타단은 앞차축(3)의 차동장치(6)에 연결된다.
도 4의 예에서, 엔진(1) 상의 변속기(2)는 제 1 중간차축(11) 및 제 2 중간차축(12)에 연결된 차동장치(6)에 연결된다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 차동장치(6)를 제 2 중간차축(12)에 연결한다. 제 1 중간차축(11)의 타단은 뒷차축(5)의 차동장치(6)에 연결된다. 제 2 중간차축(12)의 일단은 앞차축(3)의 차동장치에 연결된다.
도 5의 예에서, 차동장치(6)는 앞차축(3)에 연결된다. 차동장치(6)는 앞차축(3)을 형성하는 두 개의 반(half) 차축에 연결된다. 리미티드 슬립 커플링(7)은 차동장치(6)를 앞차축(3)의 어느 하나의 반 차축과 연결하도록 배치된다. 본 예에서, 뒷차축(5)은 구동되지 않는다.
도 6은 본 발명의 유압 펌프 어셈블리가 포함된 유압 액추에이터 시스템의 유압도(scheme scheme)이다.
상기 시스템은 구동축(18)을 통해 펌프(17)를 구동하고 또한 원심 조절기(19)를 구동하는 전기 모터(16)를 포함한다. 원심 조절기(19)의 위치는 압력 오버플로 밸브(20)의 위치 및 흐름을 제어한다.
상기 유압 액추에이터 시스템용 유압 오일은 저장소(21)에 저장된다. 유압 오일은 유압 라인(22)을 통해 펌프(17)로 흡입되어 유압 라인(23)을 통해 실린더(14)로 전달된다. 원심 조절기(19) 및 그에 따른 압력 오버프로 밸브(20)의 위치에 따라, 유압 흐름의 일부 그리고 가끔은 전체가 유압 라인(24)을 통해 우회해서, 오버플로 밸브(20)를 통해 저장소(21)로 반송된다. 그 결과, 실린더(14)에 전달된 유압은 원심 조절기(19)에 의해 통제된다.
릴리프 밸브(25)는 유압 라인(26)에 의해 실린더(14)에 연결된다. 릴리프 밸브(25)는, 그것의 압력이 일정 레벨, 예를 들어, 40 bar를 초과할 때, 실린더(14)에서 저장소(21)로 유압 오일을 우회시키는 목적을 갖는다.
도 7은 단면으로 도시된 특정 중요 부분을 갖는 본 발명에 따른 유압 펌프 어셈블리의 전반적인 측면도이다. 일반적으로, 유압 펌프 어셈블리는 전기 모터(16) 및 아래에서 상세히 설명될 펌프/밸브 유닛(26)을 포함한다. 그러나, 이 유닛(26)은 도 6을 참고로 설명된 펌프(17), 원심 조절기(19) 및 압력 오버플로 밸브(20)를 포함한다고 이미 언급되었을 수 있다. 유압 펌프 어셈블리는 유압 오일 아래로 부분적으로 확장된 펌프/밸브 유닛(26)을 갖는 유압 저장소(도 6의 21)에 커버 내에 장착될 수 있다.
전기 모터(16)는 바람직하게는 DC 브러시 모터(DC brush motor)일 수 있다. 압력 오버플로 밸브(20)의 제공에 의해, 초과 오일의 오버플로를 저장소로 반송되게 하며, 모터(16)는 브러시가 타지 않도록 지속적으로 작동될 수 있다. 모터 (16)는, 이미 작동 중이므로, 필요한 경우 시스템 내의 압력을 높이기 위해 매우 짧은 반응 시간을 가질 것이며, 따라서 회전 부품들을 가속하기 위해 적은 량의 에너지가 소모될 것이다.
전기 모터(16)의 구동축(18)은 축방향 피스톤 펌프의 피스톤 드럼(30) 내로 일단이 연장된다. 피스톤 드럼(30)은 펌프 하우징(31) 내에 회전 가능하게 배치된다. 구동축(18)은, 특정 상대 운동을 가능하게 할 수 있는 구동기(driver)에 의해 피스톤 드럼에 구동 가능하게 연결된다.
피스톤 드럼(30)은 펌프 하우징(31)에 부착된 펌프 뚜껑(33, pump lid)에 지지된다.
경사판(34, 축 볼 베어링(axial ball bearing) 형태)은 펌프 하우징(31) 내에 배치된다. 축방향 피스톤(35, 도시된 실시형태에서 6 개의 피스톤)들이 피스톤 드럼(30) 내의 대응하는 축방향 보어(axial bore) 또는 실린더에 축 방향으로 회동 가능하게 배치되어 있으며, 각각의 압축 스프링(36)에 의해 경사판(34)과 결합되도록 편향되어 있다. 구동축(18)에 의한 피스톤 드럼(30)의 회전시, 축방향 피스톤(35)은 경사판(34)에 의해 피스톤 드럼(30) 내에서 펌핑, 왕복 운동을 할 것이다.
도 6에 도시된 압력 오버플로 밸브(20)를 갖는 원심 조절기(19)가 피스톤 드럼(30)에 일체로 연결된다. 이제 도 8을 주로 참고하면, 조절기(19)의 중요한 구성은 적어도 하나 그리고 본 실시형태에서 세 개의 원심 레버(40)이다. 각각의 이러한 레버(40)는 레버 핀(41)에 의해 피스톤 드럼(30)에 회전 가능하게 부착된 단부들의 제 1 단부에 비교적 근접해 있다. 피스톤 드럼(30)의 회전시, 각 레버(40)의 다른 또는 제 2 단부는 원심력에 의해 피스톤 드럼(30)으로부터 편향될 것이다. 이러한 경향은 레버(40) 상의 스프링 판(43) 주위에 놓인 링 스프링(42) 형태의 스프링 수단에 의해 해소된다.
상기한 제 1 단부에서, 각각의 레버(40)는 피스톤 드럼(30) 내의 방사상 보어(45)의 열린 단부와의 협력을 위해 볼(44) 형태의 밸브 부재를 구비한다. 볼(44)은 도 9에 도시되고 볼(44)이 약간의 위치 조정을 통해 보어의 단부 또는 입구에 밀봉 가능하게 삽입되게 하는 스프링 클립(46)에 의해 레버 단부에 연결된다.
도 8에서, 레버(40)는 원심력의 작용 하에 회전되는 것으로 도시되어 있고, 볼(44)은 방사상 보어(45)를 폐쇄하고 있다.
일정한 속도로 작동하는 모터(16)와의 정상적인 작동 조건에서, 볼(44)은 보어(45)에 대해 안정적인 반-오픈 위치를 이룰 것이다.
유압 오일은 다음과 같이 펌프/밸브 유닛(26) 내에서 이송된다.
오일은 저장소(21)로부터 펌프 뚜껑(33) 내의 축방향 유입관(50)을 통해 흡입된다. 유입관(50)은 펌프 드럼(30)을 마주하는 펌프 뚜껑의 표면 내의 원주 방향의 얕은 슬롯과 통해서, 오일이 펌프 드럼(30)의 회전시 펌프 드럼(30) 내의 피스톤(35)을 포함하는 각각의 실린더로 진입할 수 있게 한다.
피스톤(35)에 의해 가압된 오일은 이후 제 1 슬롯 개구와 180도 반대편의 상기 펌프 뚜껑의 표면 내의 또 다른 원주 방향의 얕은 슬롯을 통해 펌프 뚜껑(33) 내의 방사상 보어(51)로 전달되고 또한 펌프 하우징(31) 내의 유출로(52 outlet channel)로 전달되며, 상기 유출로는 실린더(1)로 이어지는 유압 라인(23)과 접촉한다 (도 6).
방사상 보어(51)는 또한 중앙 블라인드 보어(53)와 접촉하며, 상기 중앙 블라인드 보어(53)로부터 방사상 보어(45)가 볼(44)을 향해 외부로 연장된다. 마지막으로, 피스톤 드럼(30) 및 원심 조절기(19)의 레버(40)를 둘러싸는 펌프 하우징(31) 내의 원주 공간(54)로부터, 스프링 편향된 볼(44)에 의해 구성되는 압력 오버플로 밸브(20)으로부터의 초과 오일의 반송을 위한 축방향 보어(55)가 펌프 뚜껑(51) 내에 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 차량이 운행 중일 때 DC 모터(16)는 항상 작동된다. 정상적인 작동 조건에서, 리미티드 슬립 커플링(7)을 결합할 필요가 없는 경우, 모터는 압력 오버플로 밸브(20)이 폐쇄되는 회전 속도 이하에서 작동된다. 커플링(7)을 결합할 필요가 있는 경우, 즉, 피스톤(13)을 작동시킬 필요가 있는 경우, 고전류/전압이 DC 모터(16)에 전달된다. 구동축(18)의 속도는 상승할 것이고, 그것에 의해 오버플로 밸브(20)는 원심 조절기(19)에 의해 폐쇄될 것이고, 즉, 레버(40)가 회전하여 방사상 보어(45)의 단부에 대해 볼(44)을 밀봉 가능하게 가압할 것이다. 정반대로, 모터 구동축(18)의 회전 속도가 감소할 때, 레버(40) 상의 원심력은 감소할 것이고, 이는 링 스프링(42)이 레버(40)를 펌프 드럼(30)에 대해 반환하도록 하여, 볼(44)이 상승되게 하고 방사상 보어(45)를 개방되게 한다.
릴리프 밸브(25)의 기능은 시스템 내의 최대 압력을 조절하고, 언제든지 시스템의 교정을 가능하게 하고, 그리고 어셈블리와 관련하여 또한 차량 엔진의 시동과 관련하여 시스템 내에서 공기를 제거하는 것이다.
도 10은 유압 펌프 어셈블리로부터의 유압(P)의 상승시 모터(16)에 대한 전류(I)와 전압(U) 사이의 관계를 도시하는 그래프이고, 본질적으로 압력 레벨은 전류(I)에 의해 통제된다. 특정 온도 구간에서, 전류는 원칙적으로 압력에 비례한다. 제조된 모든 유압 펌프 어셈블리는 압력과 전류 사이의 개별 상수를 가지며, 따라서 제조 공정의 끝에서 각각의 펌프 어셈블리를 교정하는 것은 일반적인 관행이다.
그러나, 이 상수는, 예를 들어, 펌프 어셈블리의 작동시 다른 부품의 표면 평탄화에 의해 일반적으로 변화를 겪으며, 따라서 일정한 간격으로, 예를 들어 차량의 엔진이 점화 키에 의해 시동될 때마다, 교정을 갱신하는 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 교정을 위해 두 개의 참조 포인트(reference point) 또는 엘보우(elbow)가 식별되고 사용될 수 있다:
원심 레버(40)가 링 스프링(42)의 힘을 극복하고 밸브를 폐쇄할 때, 방사상 보어(45)에 대해 위치해 있는 볼(44)에 의해 구성되는 제 1 포인트(56). 압력은 파이프 내에서 그리고 개방된 밸브에서의 유압 손실에 따른 접지 압력 이상에서 상승한다.
압력이 펌프 어셈블리에 의해 더 이상 증가되지 않도록 기계적인 릴리프 밸브(25)가 개방될 때의 제 2 포인트(57).
두 경우 모두에 있어서, 전압(U)과 전류(I)의 관계가 사용된다. 함수 I=f(U)를 실행함으로써, 두 개의 엘보우 또는 교정 포인트가 식별되고 사용될 수 있다.
첨부한 청구 범위 내에서 수정이 가능하다.

Claims (6)

  1. 전륜 구동 차량(all wheel drive vehicle)의 앞뒤 차축 사이 또는 2륜 또는 4륜 구동 차량의 좌우 차륜 사이에 토크를 분배하는 시스템에서의 유압 펌프 어셈블리에 있어서, 상기 시스템은 디스크 패키지(15) 및 이에 작동하는 피스톤(13)을 갖는 적어도 하나의 리미티드 슬립 커플링(7, limited slip coupling)을 포함하고, 상기 피스톤(13)은 유압 펌프 어셈블리에 의해 작동되며,
    상기 유압 펌프 어셈블리는 전기 모터(16), 그것에 의해 구동되는 유압 펌프(17), 및 그것에 의해 또한 구동되는 원심 조절기(19)를 포함하고, 상기 원심 조절기(19)는 유압 펌프(17)의 오일 유출구(23)에 연결되는 압력 오버플로 밸브(20)를 조절하고,
    상기 유압 펌프 어셈블리는,
    펌프 하우징(31) 내에서 회전 가능한 피스톤 드럼(30)을 갖고 다수의 왕복 가능한 축방향 피스톤(35)을 포함하는 축방향 피스톤 펌프,
    상기 피스톤 드럼(30)에 회전 가능하게 부착된 적어도 하나의 원심 레버(40), 및
    상기 원심 레버(40)에 연결되고, 피스톤 드럼 내(30)의 오일 출구관(45, oil outlet bore)의 입구와 협력하여 압력 오버플로 밸브(20)를 형성하도록 배치된 밸브 부재(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 원심 레버(40)가 피스톤 드럼(30) 주위에 균등하게 분포되며, 각각의 레버는 원심력의 작용 하에 피스톤 드럼 내의 보어(45, bore)와 결합하는 볼(44)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    원심력과의 반대 방향으로 원심 레버(40)를 편향(biasing)시키기 위한 스프링 수단(42)이 구비되는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    피스톤 드럼(30) 및 원심 레버(40) 주위에 링 스프링(42)이 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
  5. 제 2 항에 있어서,
    볼(44)은 보어(45)와 관련하여 볼에 대한 약간의 위치 조정을 가능하게 하는 스프링 클립(46)에 의해 원심 레버(40)에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 어셈블리에 있어서,
    I/U 그래프에서의 압력 곡선이 뚜렷이 다른 두 개의 교정 포인트(calibration point) 또는 엘보우(elbow)를 보이기 때문에, 함수 I=f(U)를 이용하여 작동시 어셈블리를 교정하기 위한 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 유압 펌프 어셈블리.
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