KR100423229B1 - 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치 - Google Patents

분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리저버탱크와 유압펌프와 유압호스 및 조향기어박스를 갖는 차량용 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 유압펌프에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스로 흐르도록 연결하는 고압호스와; 상기 유압펌프로부터 병렬로 분지되어 상기 고압호스에서 발생하는 맥동파를 상호간섭작용으로 소멸시키는 분지호스와; 병렬로 분지된 상기 고압호스와 상기 분지호스를 통합하여 한 라인으로 연결시키는 "Y"자관과; 상기 "Y"자관에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스로 흐를 수 있도록 연결시켜주는 스틸호스를 포함하는 것을 특징으로 하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치에 관한 것이다. 그리고 상기 고압호스와 상기 분지호스의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브를 더 삽입하는 것이 특징이고, 재질은 고무인 것이 좋다. 또한 상기 스틸호스는 맥동압의 저감 변수인 길이를 길게 하기 위하여 1회 이상 구부리는 것을 특징으로 한다.

Description

분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치{A Pulse Reduction Power Steering Device Using A Diverging Hose}
본 발명은 자동차의 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유압펌프로부터 분지호스가 병렬로 분지되어 고압호스에서 발생하는 맥동파를 상호간섭작용으로 소멸시키는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 조향장치는 스티어링 휠을 회전시켜 주행방향을 임의로 바꾸는 장치로써, 자동차의 대형화 그리고 타이어의 편평화 등에 의해 앞바퀴의 접지저항이 증가하고 따라서 핸들의 조향력도 커진다.
이 경우 핸들의 조작력을 경감하기 위하여 조향기어를 크게 하면 되지만, 그렇게 하면 핸들의 회전 각도를 크게 하여야 하므로 핸들 조작이 빈번하여 안전상 위험하다. 이러한 상황을 고려하여 기어비는 그대로 두면서 가볍고 신속한 조향조작을 할 수 있는 장치를 파워 스티어링장치라 한다.
파워 스티어링장치는 조향장치 중에 배력장치를 설치하여 핸들 조작력을 그 배력작용에 의해 경감시키는 것으로, 엔진의 동력으로 오일 펌프를 구동하여 펌프에서 발생한 유압을 이용하여 작동시킨다.
도 1은 종래의 파워 스티어링 장치의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 자동차의 파워 스티어링 장치의 구성으로, 엔진에 의하여 구동되는 유압펌프(200)의 작동유는 고압호스(300)를 거쳐 컨트롤밸브(400)로 유입된다. 이 때 운전자가 핸들(500)을 좌 또는 우로 회전시키면 오일은 작동 챔버로(미도시) 들어가 랙기어를 좌우로 이동시켜 배력 작동을 얻어 파워 실린더(600)를 동작시키면 타이로드(700)가 연동되어 바퀴를 운전자가 진행하고자 하는 방향으로 회전시킨다.
도 2는 종래의 파워 스티어링 장치에 사용되는 유압펌프의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 유압펌프에서 도출된 유체의 흐름도이다.
도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 유압펌프(200)는 펌프 보디(210), 펌프 축(220), 로터(230), 베인(240), 캠 링(250) 및 베어링 등으로 구성되어 있으며 타원형의 내벽을 가진 캠 링(250) 속에서 로터(230)가 회전하면 베인(240)과 캠 링(250) 내벽 및 로터(230) 외주벽으로 둘러싸인 공간의 용적이 증감하여 펌프 작용을 한다.
또한 상기 유압펌프(200)를 구동하고 있는 엔진은 운전 중 광범위하게 회전수가 변동하므로 파워 스티어링의 작동유량을 항상 일정하게 확보할 필요가 있기 때문에 오일의 유량을 제어하는 플로우 컨트롤 밸브(유량조절밸브)와 파워 스티어링의 유압회로에 급격한 압력상승이 생겼을 때 회로의 안전을 지키기 위하여 최고유압을 제한하는 압력조절밸브가 유압회로내에 구성되어 있다.
상기 유압펌프(200)의 작동은 로터(230)가 회전함으로써 상기 로터(230)의 각 홈에 들어 있는 상기 베인(240)이 방사상으로 진출되고 상기 베인(240)의 선단이 상기 캠 링(250)의 타원형 내벽에 밀어 붙어져 접동한다. 이 때 상기 캠 링 (250) 내벽에 상기 베인(240)을 확실히 밀어붙이기 위하여 펌프의 토출측의 압력을 상기 베인(240)의 안쪽으로 유도하여 그 유압을 이용하고 있다. 그리고 상기 캠 링 (250) 내벽과 로터(230) 및 두장의 인접한 상기 베인(240)으로 둘러싸인 공간용적은 상기 로터(230)의 회전에 따라 변화하며 용적이 증가할 때는 흡입구로부터 오일을 흡입하며 감소할 때는 토출하는 작용을 연속적으로 하여 오일을 압송한다.
또한 상기 유압펌프(200)의 흡입구(260)와 토출구(270)는 펌프 축(220)을 중심으로 하여 대칭적으로 2개씩 배치되어 있으므로 완전히 유압평형이 유지되어 베어링의 마모가 적어지게 되어 있다.
이상과 같이 구성되어 작동되는 상기 유압펌프(200)에서 회전차에 의하여 유압을 발생시켜 압력호스로 유압을 전달하고 기어는 펌프에서 동력을 받아 타이로드를 움직여 타이어를 회전시킨 후 다시 리저버탱크(800)로 유체를 리턴시키고 상기 리저버탱크(800)에서 유체를 여과한 후 다시 상기 유압펌프(200)로 보내어 같은 동작을 반복하여 동력을 얻는다.
이 때, 펌프에서 나오는 유체는 회전차에 의하여 맥동파가 발생되는데, 상기 맥동파는 파워 스티어링의 부품과 파워 스티어링 장치의 수명단축, 진동에 의하여 운전자를 불안하게 하여 사고를 일으키는 문제점이 있었다. 그리고 상기 유압펌프 (200)에서 유출되는 유체의 맥동이 일정한 주기를 가지고 이동되며, 이의 감쇄를 위하여 압력호스의 길이를 길게 하여 감쇄시키고 있으나 상기 압력호스가 길어짐으로 인하여 설치비용의 상승과 설치 공간이 복잡해지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 유압펌프로 부터 병렬로 분지호스를 분지하여 맥동에 의한 진동 및 소음을 저감시키고, 유체의 흐름을 용이하게 하여 기기의 수명을 연장시키는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제 2목적은 맥동으로 인한 진동 및 소음을 저감하여 운전자의 정신이 산만해지는 것과 육체적으로 피로해지는 것을 막아 사고를 방지하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은, 리저버탱크와 유압펌프와 유압호스 및 조향기어박스를 갖는 차량용 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 유압펌프에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스로 흐르도록 연결하는 고압호스와;
상기 유압펌프로부터 병렬로 분지되어 상기 고압호스에서 발생하는 맥동파를상호간섭작용으로 소멸시키는 분지호스와;
병렬로 분지된 상기 고압호스와 상기 분지호스를 통합하여 한 라인으로 연결시키는 "Y"자관과;
상기 "Y"자관에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스로 흐를 수 있도록 연결시켜주는 스틸호스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 분지호스의 길이(L)는,
와 같은 상기 방정식에 의하여 산출되고, 여기서
L 은 상기 분지호스의 길이(m),
V0는 맥동파의 전파속도(m/s),
D 는 상기 분지호스의 내경(m),
k 는 상기 분지호스의 재질에 대한 체적 탄성 계수[Bulk Modulus](kgf/cm2),
E 는 상기 분지호스의 재질에 대한 영 계수[Young's Modulus](kgf/cm2),
f 는 관심주파수(Hz)인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고압호스의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브를 더 삽입하는 것을 특징으로 하며, 상기 분지호스의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브를 더 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고압호스는 내압성을 유지하고 흡음성 및 경량화를 위하여 압출 발포고무재인 것을 특징으로 하며, 상기 분지호스는 흡음 및 탄성계수의 조절을 위하여 발포성 고무재인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 유압펌프에서 토출되는 맥동압을 줄이며, 오일의 흐름을 원활히 하기 위하여 볼트아이의 외주연과 너트아이의 내주연에는 다수의 홀이 형성된 조인트아이가 상기 유압펌프의 토출구에 더 추가된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 "Y"자관은 맥동의 저감에 효과를 발휘하기 위하여 상기 스파이럴 튜브 직경(D)보다 상기 "Y"자관의 직경(d)을 더 작게 하여 출구에서의 단면적을 변화시키는 "Y"자형 호스 접합구조인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스틸호스는 맥동압의 저감 변수인 길이를 길게 하기 위하여 1회 이상 구부리는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 종래의 파워 스티어링 장치의 사시도,
도 2는 종래의 파워 스티어링 장치에 사용되는 오일펌프의 단면도,
도 3은 종래의 파워 스티어링 장치에 사용되는 오일펌프에서 도출된 유체의 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 사시도,
도 5는 너트아이가 장착된 고압호스와 분지호스의 확대도,
도 6은 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치에 사용되는 볼트아이와 너트아이의 분해 사시도,
도 7은 이중 홀 호스를 이용한 고압호스 및 분지호스의 단면도,
도 8은 고압호스와 분지호스에서의 유체 흐름을 나타내는 개념도,
도 9는 도 8의 분지호스에서 맥동음의 상호 소멸원리를 나타내는 개념도,
도 10은 스파이럴 튜브가 삽입된 고압호스 및 분지호스의 부분 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치에 사용되는 스틸호스의 확대도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 리저버탱크 4 : 유압펌프
6 : 조향기어박스 8 : 토출구
10 : 고압호스 12 : 분지호스
14 : 조인트아이 16 : 너트아이
18 : 볼트아이 20 : "Y"자관
22 : 스틸호스 29 : 이중 홀 호스
26 : 스파이럴 튜브 28 : 구멍
30 : 너트아이의 홀 31 : 볼트아이의 홀
33 : 연결부
이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치의 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 파워 스티어링 장치는 리저버탱크(2)와 유압펌프(4)와 유압호스 및 조향기어박스(6)로 구성되어 있으며 상기 유압펌프(4)의 토출구(8)로부터 고압호스(10)와 병렬로 분지호스(12)가 분지되어 있다. 그리고 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)는 상기 유압펌프(4)의 토출구(8)에 조인트아이(14)로 연결되며 상기 조인트아이(14)는 너트아이(16)와 볼트아이(18)로 구성되어 있다.
도 5는 너트아이(16)가 장착된 고압호스(10)와 분지호스(12)의 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 파워 스티어링에 사용되는 볼트아이(18)와 너트아이(16)의 분해 사시도이다.
즉, 상기 고압호스(10)의 일단과 상기 분지호스(12)의 일단에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 너트아이(16)가 장착되어 있으며, 상기 너트아이(16)는 중심에 구멍(28)이 형성된 형태로 내주연에는 도 6에 도시된 바와 같이 유체가 출입할 수 있는 네 개의 홀(30)이 형성되어 있다. 그리고, 외주연에 다수개의 홀(31)이 형성된 볼트아이(18)를 각각의 너트아이(16)의 상기 구멍(28)에 끼우고 상기 유압펌프 (4)의 토출구(8)에 결합하여 상기 토출구(8)에서 나오는 유체를 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)로 흐를 수 있도록 연결한다.
또한 상기 유압펌프(4)의 토출구(8)로부터 병렬로 분지된 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)는 각각의 타단을 "Y"자관(20)으로 연결하여 한 라인으로 다시 통합한다. 그리고 상기 "Y"자관(20)의 나머지 입구는 스틸호스(22)의 일단과 연결하고 상기 스틸호스(22)의 타단은 자동차의 바퀴를 조향하는 조향기어박스(6)로 연결한다.
이상과 같이 구성되는 파워 스티어링장치는 맥동파를 저감하여 진동 및 소음을 감소시키기 위하여 여러가지 특성을 갖으며, 이러한 특성을 이하에서 자세히 설명한다.
일반적으로 관속을 움직이는 매질에 있어서 철과 같이 영 계수[Young's Modulus](E)의 값이 크면 파의 전파속도가 크며 고무와 같은 무른 재질은 파의 전파속도가 작다. 또한 관의 직경과 두께, 체적 탄성 계수 등에 의하여도 관을 흐르는 유체의 속도는 변하게 된다.
이에 대한 이론식은
와 같으며 파워 스티어링계에 있어서 진동과 소음은 저속 또는 아이들상태에서 크게 발생하며 특정주파수에서만 감지되므로 이 주파수에 목표를 두고 상기 분지호스(12)를 설계한다.
다시 상기 [1]식을 파장에 대하여 계산하면
와 같은 [2]식으로 정리되며, 상기 [2]식에 의하여 상기 분지호스(12)의 길이를 구한다. 여기서
L 은 상기 분지호스(12)의 길이(m),
V0는 맥동파의 전파속도(m/s),
D 는 상기 분지호스(12)의 내경(m),
k 는 상기 분지호스(12)의 재질에 대한 체적 탄성 계수[Bulk Modulus] (kgf/cm2),
E 는 상기 분지호스(12)의 재질에 대한 영 계수[Young's Modulus](kgf/cm2),
f 는 관심주파수(Hz)인 것이 특징이다.
일실시예로 상기 [2]식을 이용하여 대상차량의 1차 맥동모드를 280Hz로 하고 고무호스의 물성치를 대입하여 계산하면 약 60Cm의 상기 분지호스(12)의 길이가 계산된다. 현재의 상기 고압호스(10)의 길이는 70 ~ 80Cm정도이고 이러한 상기 고압호스(10)와 약 60Cm의 상기 분지호스(12)를 이중 라인으로 구성하여 맥동파를 저감한다.
이러한 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)는 도 7에 도시된 바와 같이 이중 홀 호스(29)를 사용하는 방법도 가능하며, 상기 이중 홀 호스(29)를 이용하면 압력의 분산 및 상쇄의 효과를 확실히 얻을 수 있다. 또한 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)의 재질은 흡음 및 탄성계수의 조절을 위하여 발포성 고무재를 사용하는 것이 좋다.
그리고 도 8은 고압호스와 분지호스에서의 유체 흐름을 나타내는 개념도이고, 도 9는 도 8의 분지호스에서 맥동음의 상호소멸원리를 나타내는 개념도이다.
도 8과 도 9에서 도시된 바와 같이, 상기 고압호스(10)에서 발생하는 맥동파(10a)와 상기 분지호스(12)에서 발생하는 맥동파(12a)가 서로 위상을 달리하여 상호 간섭작용으로 맥동을 저감한다.
도 10은 스파이럴 튜브가 삽입된 고압호스(10) 및 분지호스(12)의 부분 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기 고압호스(10)의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브(26)가 삽입되고, 상기 분지호스(12)의 내주연에도 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브(26)가 삽입된다.
그리고 스파이럴 튜브(26)가 삽입된 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)의 단면적의 비는 맥동 저감성능에 관계하고, 상기 스파이럴 튜브(26)의 출구에서는 단면적이 급격히 변화할수록 맥동의 저감에 효과를 발휘하며 이에 적합한 상기 "Y"자관(20)을 사용한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 스파이럴 튜브(26)의 직경(D)보다 상기 "Y"자관(20)의 직경(d)을 더 작게 하여 출구에서의 단면적을 변화시킨다.
도 11은 본 발명에 따른 파워 스티어링 장치에 사용되는 스틸호스의 확대도이다.
또한 상기 "Y"자관(20)과 상기 조향기어박스(6)를 연결하여 주는 상기 스틸호스(22)는 맥동압의 저감에 길이가 변수이며, 자동차의 한정된 공간내에서 상기 스틸호스(22)의 길이를 길게 하기 위하여 도 11에 도시된 바와 같이 1회 이상 구부리는 것이 특징이다.
미설명부호 33은 상기 "Y"자관(20) 및 상기 조향기어박스(6)와 연결시 사용하는 연결부이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 분지호스(12)를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치에 의하면, 유압펌프(4)로 부터 병렬로 분지호스(12)를 분지하여 맥동에 의한 진동 및 소음을 저감시키므로 유체의 흐름을 용이하게 하여 기기의 수명을 연장할 수 있게 되었다. 그리고, 맥동으로 인한 진동 및 소음을 저감하여 운전자의 정신이 산만해지는 것과 육체적으로 피로해지는 것을 막아 사고를 방지 효과도 얻을 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (9)

  1. 유압펌프(4)에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스(6)로 흐르도록 연결하는 고압호스(10)와; 상기 유압펌프(4)로부터 병렬로 분지되어 상기 고압호스(10)에서 발생하는 맥동파를 상호간섭작용으로 소멸시키는 분지호스(12)와; 병렬로 분지된 상기 고압호스(10)와 상기 분지호스(12)를 통합하여 한 라인으로 연결시키는 "Y"자관(20)과; 상기 "Y"자관(20)에서 토출된 오일을 상기 조향기어박스(6)로 흐를 수 있도록 연결시켜주는 스틸호스(22)를 포함하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치에 있어서,
    상기 고압호스(10)의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브(26)를 더 삽입하고,
    상기 분지호스(12)의 내주연에는 맥동음을 감소시키기 위하여 스파이럴 튜브(26)를 더 삽입하는 것을 특징으로 하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 "Y"자관(20)은 맥동의 저감에 효과를 발휘하기 위하여 상기 스파이럴 튜브(26) 직경(D)보다 상기 "Y"자관(20)의 직경(d)을 더 작게 하여 출구에서의 단면적을 변화시키는 "Y"자형 호스 접합구조인 것을 특징으로 하는 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치.
  9. 삭제
KR10-2001-0006231A 2001-02-08 2001-02-08 분지호스를 이용한 파워 스티어링의 맥동저감장치 KR100423229B1 (ko)

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Citations (6)

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