KR100352952B1 - 차량용 파워스티어링 기어박스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전자가 용이하게 핸들을 조작할 수 있도록 보조배력을 발생시키는 파워스티어링 기어박스에 관한 것이다.

본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스는 양측에 오일펌프로부터 오일이 유입되는 유입공이 형성되고 그 중심부에 오일이 배출되는 배출공이 형성되며 양측 단부가 폐쇄된 실린더와, 그 양측 단부가 상기 실린더의 양단부를 관통하여 외부로 연장된 출력축과, 상기 실린더의 양측에 각각 형성되는 두 개의 압축실 및 이 두 압축실 사이의 중간공간을 형성하도록 상기 출력축의 외주면에 형성되는 두 개의 피스톤부와, 상기 두 압축실과 상기 중간공간이 연통되도록 상기 피스톤부가 마련되는 상기 출력축에 형성된 두 개의 유로와, 상기 각 유로의 중도에 설치되어 상기 유로를 개폐하는 스풀밸브와, 차량의 핸들이 회전될 때 상기 스풀밸브가 개폐되도록 상기 출력축의 두 피스톤부 사이에 미끄럼운동 가능하게 설치되며 그 양단부가 상기 스풀밸브와 연결되는 동시에 그 일측이 차량의 핸들과 연동하는 피니언기어와 이물림되는 랙기어를 포함하는 구성이다.

Description

차량용 파워스티어링 기어박스

본 발명은 차량용 동력 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전자가 용이하게 핸들을 조작할 수 있도록 보조배력을 발생시키는 파워스티어링 기어박스에 관한 것이다.

일반적으로 차량에서는 타이어와 노면사이의 접지 저항이 크기 때문에 조향시 핸들의 조작력이 크게 걸리게 된다. 특히 차량이 정지된 상태에서는 이러한 접지 저항이 더욱 커져 신속한 조향 조작이 어렵게 된다.

따라서, 차량에는 가볍고 신속한 조향 조작을 위해 동력 조향장치가 마련되는데, 이 동력 조향장치는 기관으로 오일펌프를 구동시켜 발생된 유압을 기계적인 힘으로 변환시켜 핸들의 조작력을 가볍게 함은 물론 신속한 조향 조작이 이루어지게 한다.

이러한 종래의 동력 조향장치는 핸들에 연결되는 입력축과, 일측이 입력축과 연결되고 양측이 바퀴측의 타이로드와 연결이 되어 입력축의 회전을 바퀴의 조향력으로 전달하는 파워스티어링 기어박스와, 기어박스 내의 파워 실린더부로 유압를 공급하여 보조 배력이 발생되게 하는 오일펌프가 구비된다.

또한, 입력축의 일측에는 핸들의 회전시에 비틀림이 발생되는 토션바와, 토션바를 감싸듯이 설치되며 토션바의 비틀림 변위에 따라 밸브의 개도가 조절되는 로터리 밸브가 구비된다. 이때, 로터리 밸브에는 유압을 발생시킨 오일펌프 및 기어박스의 파워 실린더부와 연결되는 유압라인이 구비된다. 따라서, 핸들의 회전시에 발생되는 상대 변위에 의해 로터리 밸브의 개도가 조절되면 유압이 파워실린더로 공급되어 보조배력이 발생되는 것이다.

즉, 운전자가 핸들을 회전시키게 되면, 핸들의 조작력은 입력축 및 토션바를 거쳐서 바퀴쪽으로 전해지는데, 바퀴는 노면의 저항 때문에 회전이 방해되고, 그 노면 저항만큼 토션바가 비틀리게 된다.

이에 따라 로터리 밸브에는 상대변위가 생겨, 로터리 밸브의 개도가 조향핸들이 회전되려는 방향으로 보조배력을 주도록 조절되게 된다. 이처럼 로터리 밸브의 개도가 조절되게 되면, 유압펌프의 유압이 파워스티어링 기어박스의 파워실린더로 유입되어 보조배력을 발생시킴으로써 운전자가 용이하게 핸들을 돌릴 수 있게 되는 것이다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 동력 조향장치는 토션바의 비틀림을 이용하여 유로를 변환하는 로터리 밸브의 구성이 너무 복잡하여 이를 제조하는데 가공상의 어려움이 있었고, 이로 인해 동력 조향장치의 제조 비용이 상승되는 문제가 있었다.

즉, 로터리 밸브는 축방향으로 다수의 홈이 형성되고, 이 홈의 외주부에는 다수의 유로가 형성되는 등 구성이 복잡하여 가공이 어렵고, 제조시에 가공 공차의 차이가 발생될 경우 작동중 심한 소음이 발생되는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 파워스티어링 기어박스 내에 핸들의 조작에 따라 유로를 개폐하는 스풀밸브를 설치함으로써, 로터리 밸브가 없이도 용이하게 구현되는 차량용 동력 조향장치의 파워스티어링 기어박스를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스의 구조를 보인 단면도로 중립상태를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스의 구조를 보인 단면도로 핸들 조작시의 상태를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 실린더, 11a,b: 유입공,

12a.b: 압축실, 13: 중간 공간,

14: 배출공, 20: 출력축,

21a,b: 피스톤부, 22,23: 유로,

24: 랙기어 수용홈, 40a,b: 오일펌프,

50a,b: 스풀밸브, 60: 오일 저장조,

70: 랙기어, 71a,b: 연결봉,

80: 피니언기어, 90a,b: 압축스프링.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양측에 오일펌프로부터 오일이 유입되는 유입공이 형성되고 그 중심부에 오일이 배출되는 배출공이 형성되며 양측 단부가 폐쇄된 실린더와, 상기 실린더에 미끄럼운동이 가능하게 설치되며 그 양측 단부가 상기 실린더의 양단부를 관통하여 외부로 연장된 출력축과, 상기 실린더의 내부 공간을 3공간으로 구획하여 상기 실린더의 양측에 각각 형성되는 두 개의 압축실 및 이 두 압축실 사이의 중간공간을 형성하는 동시에 상기 압축실이 압축될 때 상기 출력축을 밀어주도록 상기 출력축의 외주면에 형성되는 두 개의 피스톤부와, 상기 두 압축실과 상기 중간공간이 연통되도록 상기 피스톤부가 마련되는 상기 출력축에 형성된 두 개의 유로와, 상기 각 유로의 중도에 미끄럼운동 가능하게 설치되어 상기 유로를 개폐하는 스풀밸브와, 차량의 핸들이 회전될 때 상기 스풀밸브가 개폐되도록 상기 출력축의 두 피스톤부 사이에 미끄럼운동 가능하게 설치되며 그 양단부가 상기 스풀밸브와 연결되는 동시에 그 일측이 차량의 핸들과 연동하는 피니언기어와 이물림되는 랙기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1과, 도 2는 본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스의 구조를 보인 단면도로 도 1은 중립상태를 도시한 것이고, 도 2는 핸들 조작시의 상태를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스는 이에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 원통상의 실린더(10)가 구비되는데, 이 실린더(10)는 양측 단부가 폐쇄된 구조로 마련된다. 그리고 실린더(10)의 내부에는 실린더(10)의 양측 단부를 관통하여 좌우로 연장되며 실린더(10)의 내부에서 좌우방향으로 미끄럼운동이 가능한 봉상의 출력축(20)이 설치된다. 이 출력축(20)은 실린더(10)의 외측으로 연장된 단부가 바퀴쪽과 연결이 된 타이로드(30)와 결합이 된다. 또한, 실린더(10)의 양측 단부에는 오일펌프(40a,40b)의 오일이 실린더(10)의 내측으로 유입되어 상기 출력축(20)을 작동시킬 수 있도록 내부와 연통된 유입공(11a,11b)이 형성되며, 이 유입공(11a,11b)에는 오일펌프(40a,40b)와 연결되는 유압라인(41)이 결합된다.

그리고, 실린더(10)의 내측에 위치하는 출력축(20)의 외주면에는 실린더(10)의 내부공간을 3공간으로 구획하는 동시에 실린더(10)의 내부로 유입되는 유압에 의해 출력축(20)이 작동될 수 있도록 내주면과 접하는 원판상의 피스톤부(21a,21b)가 마련된다. 이 피스톤부(21a,21b)는 실린더(10)의 좌측에 위치되는 좌측 피스톤(21a)과, 우측에 위치되는 우측 피스톤(21b)으로 구성되어, 실린더(10)의 좌측과 우측으로 유입된 오일이 압축되는 압축실(12a,12b)을 이루게 된다.

또한, 상기 출력축(20)에는 실린더의 양측 압축실(12a,12b)으로 유입된 오일이 중앙 공간(13)으로 흘러갈 수 있도록 피스톤부(21a,21b)가 형성된 중심부에 양측이 연통되는 유로(22,23)가 형성되고, 이 유로(22,23)에는 유로(22,23)를 개폐하는 스풀밸브(50a,50b)가 설치된다.

유로(22,23)의 구조를 좀더 상세히 설명하면, 피스톤부(21a,21b)가 형성된 출력축(20)의 중심부에는 피스톤부(21a,21b)의 양측이 연통될 수 있도록 출력축(20)의 길이방향으로 길게 형성된 원통상의 중공부(22b,23b)가 마련되고, 피스톤부(21a,21b)의 양측에는 상기 중공부(22b,23b)와 연통되도록 출력축(20)의 외면에서 수직으로 형성된 연통공(22a,22c,23a,23c)이 구비된다.

그리고 상기 중공부(22b,23b)의 내측에는 상기 연통공(22a,23a)을 개폐할 수 있도록 횡방향으로 미끄럼운동을 하는 스풀밸브(50a,50b)가 설치된다. 이 스풀밸브(50a,50b)는 중공부(22b,23b)의 직경과 동일하게 형성되어 압축실(12a,12b)쪽의 연통공(22a,23a)에 위치될 때 유로(22,23)가 차단되고, 실린더(10)의 양단부 쪽으로 움직일 때 유로(22,23)가 열리게 된다.

그리고, 실린더(10)의 중심부 하측에는 상기 유로(22,23)를 통해 중앙 공간(13)으로 유입된 오일이 배출될 수 있도록 배출공(14)이 형성되고, 이 배출공(14)에는 유압라인(41)이 연결되어 배출된 오일이 오일 저장조(60)로 안내되어 오일의 순환이 이루어지게 된다.

한편, 상기 출력축(20)의 두 피스톤부(21a,21b) 사이에는 운전자의 핸들 조작에 따라 상기 스풀밸브(50a,50b)가 열리거나 닫힐 수 있도록 스풀밸브(50a,50b)와 연동하는 랙기어(70)가 구비된다. 이 랙기어(70)는 출력축(20)에 형성된 랙기어수용홈(24)에 결합되어 출력축(20)의 길이 방향으로 미끄럼운동이 가능하게 되는데, 랙기어(70)의 양측 단부에는 연결봉(71a,71b)이 결합되며, 이 연결봉(71a,71b)의 타단부는 중공부(22b,23b)의 내측에 설치된 스풀밸브(50a,50b)와 결합이 되어 랙기어(70)가 움직일 때 스풀밸브(50a,50b)가 움직이게 된다.

이때, 연결봉(71a,71b)의 직경은 중공부(22b,23b)의 직경보다 작게 형성되어 중공부를 통해 오일의 흐름이 원활하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 랙기어수용홈(24)의 길이는 랙기어(70)의 길이보다 길게 형성되어 랙기어(70)가 수용홈(24)의 내에서 횡방향으로 소정의 거리 만큼 자유롭게 움직일 수 있게 함으로써, 스풀밸브(50a,50b)가 움직여 유로(22,23)를 열거나 닫을 수 있도록 해야한다. 여기에서 랙기어(70)는 핸들의 입력축(미도시) 단부에 마련된 피니언기어(80)가 맞물려 운전자가 핸들을 조작할 때 좌우방향으로 움직이게 된다.

그리고, 랙기어(70)의 양측단부와, 랙기어(70)가 수용되는 수용홈(24)의 양측단부 사이의 공간에는 랙기어(70)를 탄력 지지하는 압축스프링(90a,90b)이 설치된다. 이 압축스프링(90a,90b)은 핸들의 조작으로 랙기어(70)가 움직일 때 랙기어(70)와 수용홈(24)사이를 완충시키는 역할 뿐만 아니라, 랙기어(70)가 늘 수용홈(24)의 중앙부에 위치하도록 복원력을 제공하게 된다.

또한, 바퀴의 노면 마찰력이 약할 경우에는 랙기어(70)의 힘이 압축스프링(90a,90b)을 통해 바로 출력축(20)에 전달됨으로써 유압에 의존하지 않고서도 출력축(20)을 움직일 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 노면 마찰력이 클 경우에는 압축스프링(90a,90b)이 압축되면서 랙기어(70)가 이동됨으로써 스풀밸브(50a,50b)가 열리거나 닫히게 된다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스의 작동을 설명한다.

운전자가 핸들을 조작하지 않을 때에는 출력축(20)의 양측에 형성된 유로(22,23)가 모두 열린 상태가 되므로 오일펌프(40a,40b)에서 실린더(10) 양측의 압축실(12a,12b)로 공급된 오일은 이들 유로(22,23)를 통해 중간 공간(13)으로 빠져나가 배출구(14)를 통해 배출되게 된다.

그리고, 운전자가 핸들을 조작하여 피니언기어(80)가 회전되게 되면, 피니언기어(80)와 이물림된 랙기어(70)가 일방향으로 움직이게 된다. 이때 랙기어(70)가 움직이는 방향쪽의 압축스프링(90a)은 압축이 되고, 맞은편 압축스프링(90b)은 팽창이 되면서, 랙기어(70)의 양측에 연결된 연결봉(71a,71b) 및 스풀밸브(50a,50b)가 움직여 유로(22,23)가 개폐되게 되는데, 랙기어(70)가 진행되는 쪽에 있는 스풀밸브(50a)는 열리고, 반대쪽에는 닫히게 된다.

따라서, 랙기어(70)가 진행되는 방향쪽에는 오일이 압축실(12a)에서 중간공간(13)으로 흘러 배출공(14)으로 배출되게 되지만, 반대쪽 압축실(12b)에는 스풀밸브(50b)에 의해 유로(23)가 차단되기 때문에 압축실(12b)에 유압이 발생되고, 이 유압은 출력축(20)에 형성된 피스톤부(21b)를 밀어주게 되어 출력축(20)을 랙기어(70)의 이동방향으로 밀어주게 된다. 즉, 랙기어(70)가 이동될 때 오일펌프(40b)의 유압은 곧바로 피스톤부(21b)에 작용되어, 출력축(20)을 랙기어(70)의 이동 방향으로 밀어주게 되므로, 양측의 유로(22,23)는 다시 모두 열린상태가 되어 새로운 중립상태를 유지하게 된다.

이러한 일련의 동작들이 반복되면서 피니언기어(80)의 회전 방향에 따라 출력축(20)이 좌우 방향으로 따라다니게 되어 운전자가 조향 핸들을 용이하게 조작할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파워스티어링 기어박스는 기어박스 내에 핸들의 회전에 따라 유압을 제어하는 스풀밸브가 설치됨으로써, 종래의 사용하였던 로터리 밸브 및 이에 따른 복잡한 유압라인을 구성하지 않아도 되므로, 부품의 숫자가 획기적으로 감소될 뿐만 아니라 가공성이 용이하여 제조비용이 크게 절감되는 이점이 있다. 또한, 핸들과 연동하는 피니언기어의 회전에 따라 출력축이 좌우 방향으로 따라다니게 되므로, 핸들의 조작에 따른 출력축의 응답성이 뛰어난 이점이 있다.

Claims (5)

1. 양측에 오일펌프로부터 오일이 유입되는 유입공이 형성되고 그 중심부에 오일이 배출되는 배출공이 형성되며 양측 단부가 폐쇄된 실린더와,

   상기 실린더에 미끄럼운동이 가능하게 설치되며 그 양측 단부가 상기 실린더의 양단부를 관통하여 외부로 연장된 출력축과,

   상기 실린더의 내부 공간을 3공간으로 구획하여 상기 실린더의 양측에 각각 형성되는 두 개의 압축실 및 이 두 압축실 사이의 중간공간을 형성하는 동시에 상기 압축실이 압축될 때 상기 출력축을 밀어주도록 상기 출력축의 외주면에 형성되는 두 개의 피스톤부와,

   상기 두 압축실과 상기 중간공간이 연통되도록 상기 피스톤부가 마련되는 상기 출력축에 형성된 두 개의 유로와,

   상기 각 유로의 중도에 미끄럼운동 가능하게 설치되어 상기 유로를 개폐하는 스풀밸브와,

   차량의 핸들이 회전될 때 상기 스풀밸브가 개폐되도록 상기 출력축의 두 피스톤부 사이에 미끄럼운동 가능하게 설치되며 그 양단부가 상기 스풀밸브와 연결되는 동시에 그 일측이 차량의 핸들과 연동하는 피니언기어와 이물림되는 랙기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 파워스티어링 기어박스.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 출력축에는 상기 랙기어가 수용되도록 랙기어수용홈이 형성되고, 상기 랙기어가 횡방향으로 미끄럼운동을 하도록 상기 랙기어수용홈이 상기 랙기어보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 파워스티어링 기어박스.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 랙기어의 양단부와 상기 랙기어수용홈의 양단부 사이에는 상기 랙기어를 탄력 지지하는 압축스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 파워스티어링 기어박스.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 유로는 상기 출력축의 중심부에 길이방향으로 길게 형성된 원통상의 중공부와, 상기 중공부와 연통되도록 상기 피스톤부의 양측에서 상기 출력축에 수직으로 형성된 연통공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 파워스티어링 기어박스.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 스풀밸브와 상기 랙기어의 양단부 사이에는 이들을 연결시키는 연결봉이 구비되며, 상기 연결봉은 상기 중공부의 직경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 파워스티어링 기어박스.