KR100456058B1 - 유압식4륜구동차량 - Google Patents

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노보루 카나야마
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

안정한 견인력과 주행속도가 얻어지고 유기를 장수화 할 수 있고 또한, 경제적인 유압식 4륜구동차량을 제공한다.
가변용적식 유압펌프(1)와, 이 가변용적식 유압펌프(1)로부터의 압유을 받아서 회전하는 전륜측 양유압모터(2F) 및 후륜측 유압모터(2R)를 가지고 4륜구동주행하는 유압식 4륜구동차량에 있어서, 전륜측 유압모터(2F)에 대하여 설치된 폐쇄센터식 전륜측방향전환밸브(3F)와 후륜측 유압모터(2R)에 대하여 설치한 폐쇄센터식 후륜측방향전환밸브(3R)와, 각각의 방향전환밸브(3F)(3R)의 전후차압(ΔP)을 일정하게 유지하는 유량으로 되도록, 펌프토출용량(Q)을 제어하는 펌프유량제어수단과, 전륜측방향전환밸브(3F)로부터 전륜측 유압모터(2F)까지의 전륜측 유로와, 후륜측방향전환밸브(3R)로부터 후륜측 유압모터(2R)까지의 후륜측 유로의 사이에 설치되어서 이들 유로를 연통 또는 차단하는 연통밸브(5)를 가진다.

Description

유압식 4륜구동차량
본 발명은 유압식 4륜구동차량에 관한 것이다.
유압식 4륜구동차량은, "유압펌프와, 이 유압펌프로부터의 압유를 받아서 회전하는 전륜측 유압모터와 후륜측 유압모터를 가지고 4륜구동하는 것"이며, 다음의 기술이 알려지고 있다.
(1) 일본 특개평3-103670호에는, 가변용적식 유압펌프로부터의 압유를 직접받는 후륜측 유압모터와, 연통밸브를 통해서 받는 전륜측 유압모터를 구비하고, 연통밸브를 차단위치로하여 2륜구동주행으로하고, 한편, 연통밸브를 연통위치로하여 4륜구동주행으로하고, 또한 2륜구동주행시에 전륜측 유압모터를 무부하로하는 수단을 구비한 것이 기재되고 있다. 즉, 연통밸브는 2륜4륜구동변환수단이다. 또, 상세한 설명에 의하면 유압모터는 전후륜측이 공히 고정용정식 유압모터이다.
(2) 일본 실개소62-137129호에는, 가변용적식 유압펌프로부터의 압유를 직접받는 후륜측 유압모터와, 연통밸브를 통해서 받는 전륜측 유압모터를 구비하고, 변속기의 속도단이 저속도단일때는 연통밸브를 연통시켜서(즉, 4륜구동주행으로하고), 고토크를 얻고, 한편 고속단일때는 연통밸브를 차단시켜서(즉, 2륜구동주행으로하고), 고속주행하는 것이 기재되어 있다. 즉, 연통밸브는 변속기의 속도단에 대응하여 작동하는 2륜4륜구동변환수단이다. 또 상세한 설명에 의하면, 유압모터는 전후륜측이 공히 고정용적식유압모터이다.
(3) 일본 실개평5-37542호 및 일본 실개평5-44661호에는, 후륜측에 유압모터 및 가변용적식 유압펌프와, 전륜측에 유압모터 및 가변용적식 유압펌프를 설치하고, 또한 전륜측의 유압모터와 가변용적식 유압펌프 간에 후륜구동유압과 전륜구동유압을 일정비율로 하는 압력보상밸브를 구비하고, 이로써 전후륜의 타이어지름이나 축하중이 달라도 안정한 주행을 행하는 것이 기재되어 있다. 그리고, 전후륜이 서로 독립한 펌프·모터계로 되어 있고, 연통밸브를 갖지 않고 있다. 또, 상세한 설명에 의하면, 유압모터는, 전후륜측이 공히 고정용적식유압모터이다.
그런데, 상기 종래기술에는 다음과 같은 문제가 있다.
(1) 일본 특개평3-103670호는, 전륜측 유압모터를 무부하로하는 수단을 구비한 것에 의하여, 후륜구동에 의한 2륜구동주행시, 전륜으로부터 돌려지는 전륜측 유압모터의 마력손실을 해소하고 있으나, 연통밸브는 단순한 2륜4륜구동변환수단이다. 한편, 4륜구동주행시에 대해서는 하등특별한 구성을 실시하지 않고 있다.
(2) 일본 실개소62-137129호에 있어서의 연통밸브도 단순한 2륜4륜구동변환수단이다. 그리고, 연통밸브는, 변속기의 속도단이 저속도단일 때는 연통밸브를 연통시켜서 4륜구동주행으로하고, 고토크가 얻어지는 구성으로 되어 있으나, 이 4륜구동주행시에 대하여는 하등특별한 구성을 실시하고 있지 않다.
즉, 상기 2사례에 의하면, 모두 다음과 같은 문제가 생긴다. 4륜구동주행시는, 예컨데 평탄노면에서도 전후륜에서의 토질의 차이(즉, 점착계수의 차이) 커브의 유무나 정도, 또 전후륜의 타이어지름이나 마모상태의 상위 등에 의하여 전후륜에 대한 부하가 다르다. 특히 요철노면을 주행하는 건설기기에서는, 4륜구동주행시에, 전후륜의 부하상태가 변동한다(예컨데, 어느 한쪽이 공중에 떠서 무부하로 되는 경우가 빈발한다). 이와 같은 경우, 유압은 경부하측의 유압모터에 흘러들어가고, 이것을 고속회전시킨다. 이 때문에 유압이 저하한다. 또 예컨데 일단공중에 떠서 무부하로 된 차륜이 접지하면, 갑자기 고부하로 되어 고속회전 중인 유압모터를 급감속 또는 급정지시킨다.
즉, 상기 종래기술에 의하면, 안정한 견인력과 주행속도가 얻어지지 않을 뿐아니라 유기가 단명화하는 등의 문제가 있다.
(3) 일본 실개평5-37542호 및 일본 실개평5-44661호는, 먼저 서로 독립된 전륜측의 펌프·모터계와, 후륜측의 펌프·모터를 가지는 것을 기초구성으로 하고 있다. 이 기초구성만이라면 전후륜측에 가변용적식 유압펌프를 각각 배치하고 있기 때문에 극히 불경제적이나, 전후륜이 서로 독립해서 구동되기 때문에, 전후륜에 서로 독립된 강력한 견인력을 부여할 수가 있다. 그런데, 본 2사례에서는, 상기 기초구성에 대하여, 후륜구동유압과 전륜구동유압의 비율을 일정비율로 하고 있다. 이것은 후륜구동유압과 전륜구동유압의 비율이 "1대1(즉 동압)"인 상기 2사례와 완전히 같은 상태라고 할 수 있다. 따라서, 본 2사례에서도, 상기 2사례의 문제가 생기게 된다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 감안해서, 안정한 견인력과 주행속도가 얻어지고, 유기를 장수화 할 수 있고, 또한 경제적인 유압식 4륜구동차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 유압식 4륜구동차량은, 제1로, 가변용적식 유압펌프와, 이 가변용적식 유압펌프로부터 압유를 받아서 회전하는 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터를 가진 4륜구동주행하는 유압식 4륜구동차량에 있어서,
(1) 전륜측 유압모터에 대하여 설치한 폐쇄센터식 전륜측방향전환밸브와,
(2) 후륜측 유압모터에 대하여 설치한 폐쇄센터식 후륜측방향전환밸브와,
(3) 각각의 방향전환밸브의 전후차압을 일정하게 유지하는 유량이 되도록, 펌프토출유량을 제어하는 펌프유량제어수단과,
(4) 전륜측방향전환밸브로부터 전륜측 유압모터까지의 전륜측 유로와, 후륜측방향전환밸브로부터 후륜측 유압모터까지의 후륜측 유로의 사이에 설치되어서 이들 유로를 연통 또는 차단하는 연통밸브를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제1구성에 의하면, 방향전환밸브와, 가변용적식 유압펌프에 의하여"방향전환밸브의 통과유량(즉, 주행속도)이 방향전환밸브의 개구면적에만 비례한다"는 "유량특성"이 각각 방향전환밸브에 있어서 얻어진다. 다만, 양방향 전환밸브의 하류측유압이 상위할 때는, 작은 측의 방향전환밸브에 있어서 압력손실이 생긴다. 그래서, 상기 제1구성에서는, 연통밸브가 설치되어 있다. 즉, 연통밸브를 차단위치로 하면, 상기 압력손실이 생기는 기회가 늘어나지만, 각각의 유압모터에 대하여, 독립되는 유량과 견인력을 부여할 수가 있다. 한편, 연통밸브를 연통위치로 하면, 상기한 압력손실을 해소하면서, 상기 유량특성도 얻을 수가 있다.
또 제2에, 상기 제1구성의 유압식 4륜구동차량에 있어서,
(1) 차속을 검출하는 차속검출수단과,
(2) 차속검출수단으로부터의 검출차속을 받아서 검출차속이 기준차속이상일 때 연통밸브를 연통위치로 하는 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제2구성에 의하면, 상기 제1구성의 효과가 얻어지는 것 외에, 다음의 효과가 얻어진다.
즉, 제어수단은 "검출차속≥기준차속"일때 연통밸브를 연통위치로 한다. 즉, 제2구성은 제1구성을 보다 구체화한 것이며, "검출차속＜기준차속"은 저속주행시로 치환된다.
한편, "검출차속≥기준차속"은 고속주행시로 치환된다. 즉, 저속주행시는 큰 견인력이 필요하게 되고, 상기 유량특성(Q∝A)을 채용함으로써 큰 견인력이 얻어진다. 한편 고속 주행시는 견인력보다는 양유압모터의 고속회전이 요청된다. 이와 같은 고속주행시에 그러한 압력손실이 생기는 것은 효율상 바람직하지 않다. 즉, 본 제2구성은, 차속검출수단으로부터의 검출차속이라는 파라메터를 채용하는 것에 의해 상기 제1구성을 보다 구현화한 것이다.
또, 제3에, 상기 제1구성의 유압식 4륜구동차량에 있어서,
(1) 차속을 검출하는 차속검출수단과
(2) 악셀밟음각을 검출하는 악셀밟음각검출수단 및 견인력을 검출하는 견인력 검출수단 중 어느 한쪽 또는 양쪽과
(3) 차속검출수단으로부터의 검출차속을 받아서 검출차속이 기준차속으로 되었을 때에 연통밸브를 연통위치로 함과 아울러, 악셀밟음각검출수단으로부터의 검출밟음각 및 견인력 검출수단으로부터의 검출견인력 중 어느 한 쪽 또는 양쪽을 받아서 검출밟음각 및 검출견인력 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 값에 따라서 그 기준차속을 변화시키는 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
통상 저속주행에서도, 차량이나 노면상황에 따라서, 기준속도를 변경하는 것이 바람직하다. 구체적으로 설명하면, 연통밸브를 차단위치로 하는 것은 양유압모터를 차동잠김상태로 한 것에 상당한다.
한편, 연통밸브를 연통위치로 하는 것은 양유압모터를 차동풀림작동상태로 한것에 상당한다.
이 구체예에서 명백한 바와 같이, 예컨대 차량의 적재중량이 과대 또는 과소에 의하여, 저속주행시의 차동풀림상태를 중속주행까지 늘리고 싶은 경우가 있다. 본 제3구성은, 이러한 사정에 감안하여, 상기 적재중량을 나타내는 지표인 견인력이나 악셀밟음각을 기초로 기준차속을 적절히 변경할 수 있는 제어수단을 설치한 것이다.
즉, 본 제3구성에 의하면, 차량의 적재중량이 과대 또는 과소에 대응한 최적주행을 행할 수가 있다.
또 제4에, 상기 제2 또는 제3구성의 유압식 4륜구동차량에 있어서,
(1) 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 가변용적식유압모터임과 아울러,
(2) 제어수단은 연통밸브를 연통위치로 하였을 때에 가변용적식 유압모터의 밀어내는 용적을 변화시키는 제어수단인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제4구성에 의하면, 상기 제2 또는 제3구성에 있어서의 효과에, 상세한 것은 후술하나 다음과 같은 효과가 얻어진다.
(1) 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터 중 어느 한쪽을 가변용적식유압모터로 하고, 또한 연통밸브를 채용하는 것에 의하여, 가변용량펌프의 용적을 크게 함이 없이 4륜구동주행시의 차속을 높일 수가 있다.
(2) 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터의 양쪽을 가변용적식의 유압모터로 하고 또한, 연통밸브를 채용하는 것에 의하여 전후의 유압모터의 용적비가 일정하게 되지 않더라도 압력손실에 의한 효율의 저하를 방지할 수가 있다.
도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 알맞은 사례를 설명한다.
도 1에 표시하는 바와 같이, 예를 든 기기는 요철노면을 주행하는 장륜식유압굴식차량이며, 유압펌프(1)와, 이 유압펌프(1)로부터의 압유를 받아서 회전하는 전륜측(F)의 유압모터(2F) 및 후륜측(R)의 유압모터(2R)를 가지고 4륜구동주행하는 유압식 4륜구동차량이기도 하다.
유압모터(2F)는 고정용적식이며 폐쇄센터식의 방향전환밸브(3F)로부터 압유를 받는다. 한편, 유압모터(2R)는 가변용적식이며 폐쇄센터식의 방향전환밸브(3R)로부터 압유를 받는다.
양방향 전환밸브(3F)(3R)는, 운전석에 배치된 악셀페달(미도시)의 밟음각(θ)을 받아서 그 크기에 따라서 개구면적(A)(미도시)이 변화하고, 유압펌프(1)로부터의 압유를 양유압모터(2F)(2R)에 보내서 4륜구동주행시킨다. 유압펌프(1)는 가변용적식이고, "양방향 전화밸브(3F)(3R)의 전후차압(ΔP)이 일정차압(ΔPc)으로 되도록, 토출량(Q)이 제어된 것"이다.
그리고, 방향전환밸브(3F)로부터 유압모터(2F)까지의 유로(4F)와, 방향전환밸브(3R)로부터 유압모터(2R)까지의 유로(4R)의 사이에는 연통밸브(5)를 설치하고 있다.
이 연통밸브(5)는, 차단위치(도시하측)와 연통위치(도시상측)을 가지며, 제어기(6)로부터 신호(S)를 받고 있는 사이는, 연통위치에 유지되고 있다.
즉, 유압모터(2R)의 회전은 차속(V)으로서 차속센서(7)에서 검출되고, 이것이 제어기(6)에 입력된다. 제어기(6)는 마이크로컴퓨터 등이고 미리 기준차속(V0)을 기억하고, 차속센서(7)로부터 차속(V)을 받고, 차속(V)이 기준차속(V0)이상인 때(V≥V0), 연통밸브(5)에 신호(S)를 입력하여 연통밸브(5)를 연통상태로 한다. 또 제어기(6)은, 연통밸브(5)가 연통위치에 있을 때, 악셀페달의 밟음각(θ)을 받아서 그 크기에 반비례한 유압모터(2R)의 진출후퇴 용적으로 되도록, 신호(M)를 유압모터(2R)의 가변용적용 서보기구(2R1)에 입력하고 있다. 상세는 다음과 같다.
먼저, 양방향 전화밸브(3F)(3R)가 폐쇄센터식인 이유를 설명한다.
오리피스에서의 통과유량(Qo)(미도시)은, 오리피스의 개구면적(A)(미도시)과 오리피스의 전후차압(ΔP)의 평방근의 곱에 비례한다(Q∝A·ΔP1/2). 여기에서 전후차압(ΔP)을 일정차압(ΔPc)으로 할 수 있다면,"통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"라고 하는 "유량특성(Q∝A)"이 얻어진다.
그리고, 상기 오리피스는 양방향 변환밸브(3F)(3R)에 대응한다. 그런데 방향전환밸브는 오픈센터식과 폐쇄센터식으로 대별된다. 먼저, 오픈센터식은, 중립위치가 탱크에 접속되어서 전체량 드레인하기 때문에, 일정차압(ΔPc)를 초기치로서 얻는 것이 곤란하다. 이어서 중립위치에서 작동위치로의 변환중에도, 일부유량이 탱크에 드레인하고 있기 때문에, 일정차압(ΔPc)을 얻는 것이 곤란하다. 즉, 오픈센터식에서는 상기한 "통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"는 "유량특성(Q∝A)"을 얻는 것이 곤란하다.
한편, 폐쇄센터식은, 중립위치 이외에서는 탱크에 접속되어 있지 않기 때문에, 초기치로서의 일정차압(ΔPc)의 확보가 용이하다. 중립위치에서 작동위치로의 변환중에는, 언로드밸브가 닫히는 것에 의하여 전체 유량이 액추에이터에 흐르기 때문에, 이때의 일정차압(ΔPc)의 확보도 용이하다. 즉, 폐쇄센터식에서는, 상기 "통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"고 하는"유량특성(Q∝A)"을 얻는 제어가 가능하게 된다. 이것이 양방향 전환밸브(3F)(3R)가 폐쇄센터식인 이유이다.
다음에 상기 "양방향 전환밸브(3F)(3R)의 전후차압(ΔP)이 일정차압(ΔPc)으로 되도록 토출량(Q)이 제어된 것"인 상기 유압펌프(1)의 구성을 설명한다.
도시하는 바와 같이, 유압펌프(1)로부터 방향제어밸브(3F)까지의 사이에는 감압밸브(1AF)가 달린 가변조리개(1BF)가 설치되어 있다. 그리고 방향제어밸브(3F)의 하류측의 유압(P1F)은 감압밸브(1AF)의 도시좌측에, 방향제어밸브(3F)의 상류측의 유압(P2F)은 가변조리개(1BF)의 우측에, 그리고, 유압펌프(1)의 토출압(Pp)은 가변조리개(1BF)의 도시좌측에 각각 가압력을 부여하고 있다. 감압밸브(1AF)는, 유압(P1F)을 감압치 설정용의 스프링력으로서 받고, 유압펌프(1)의 토출압(Pp)을 감압하여 이 유압(P1F)과 같은 유압(P3F)을 생성한다(P3F=P1F). 이 유압(P3F)은 감압밸브(1AF)자체의 도시우측과 유압펌프(1)의 용적가변용 서보기구(1C)에 부세력을 부여한다. 즉, 감압밸브(1AF)가 부착된 가변조리개(1BF)전체는, 상기 각 유압에 의하여"(P3F-P1F)=(Pp-P2F)"에서 균형을 이루도록, 도시좌우방향으로 일체적으로 이동가능하게 되어 있다. 여기에서 가변조리개(1BF)는 우방향으로 이동하면 전체개방 되고, 또 좌방향으로 이동하면 닫힌다.
한편 감압밸브(1AF)는 좌우 수압면적이 동일하고, "P3F=P1F"일 때, 가변조리개(1BF)를 우방향으로 이동시켜서 전체개방으로 되도록, 가변조리개(1BF)에서의 좌우의 수압면적이 조정되어 있다(그리고, 수압면적을 동일하게 하여, 도시 우방향으로 힘을 더하는 약한 스프링을 가지고 있어도 좋다). 그리고, 상기는 전륜측(F)에 대하여 설명하였으나, 후륜측(R)도 도시하는 바와 같이, 상기 전류측(F)와 동일구성이므로 대응하는 요소에는 대응부호를 붙여서 중복설명을 생략한다. 그리고, 이러한 구성에 있어서"유압(P3F)과 유압(P3R)을 동일유로에 발생시키고 있다".
한편, 서보기구(1C)는, 상기 일정차압(ΔPc)에 상당하는 가압스프링(미도시)을 구비함과 아울러, 유압(P3F)과 토출압(Pp)을 받아서"(ΔPc+P3F)=Pp"를 유지하도록 작동한다. 상세는 다음과 같다.
상기"(ΔPc+P3F)=Pp"는 "(Pp-P3F)=ΔPc"로 고쳐 쓸 수가 있다. 그리고, 가변조리개(1BF)는 전체개방이기 때문에"Pp=P2F", 또,"P3F=P1F"이므로"(P2F-P1F)=ΔPc"로 고쳐 쓸 수가 있다.
여기에서"(P2F-P1F)=ΔP"이므로,"ΔP=ΔPc"로 고처 쓸 수가 있다.
여기에서 가령 유압(P1F)이 승압하면, 전후차압(ΔP)이 작아지지만(즉,"ΔP＜ΔPc"로 되나), 이때 서보기구(1C)는 유압펌프(1)의 용적을 증가시켜서(즉, 토출량을 증가시켜서), 토출압(Pp)을 승압시킨다. 그리고 이 승압은,"ΔP=ΔPc"로 될때가지 행하여진다. 한편, 가령유압(P1F)이 감압하면, 전후차압(ΔP)은 크게 되지만(즉,"ΔP＞ΔPc"로 되나), 이때 서보기구(1C)는 유압펌프(1)의 용적을 감소시켜서(즉, 토출량을 감소시켜서), 토출압(Pp)을 감압시킨다. 이 감압은"ΔP=ΔPc"로 될 때까지 행하여진다.
즉, 서보기구(1C)는"ΔP=ΔPc"를 유지하도록 작동한다. 따라서 방향전환밸브(3F)는 상기한 "통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"는 "유량특성(Q∝A)"이 얻어지게 된다.
이상은, 전륜측(F)과 후륜측(R)이 동부하(P1F=P1R)인 때의 설명이다. 그런데 이와 같은 동부하상태는 순간적으로 일어나도 현실적이지 않다.
현실은"P1F＞P1R","P1F＞＞P1R","P1F＜P1R" 또는 "P1F＜＜P1R"이다. 이러한 현실에 있어서의, 서보기구(1C)와, 감압밸브(1AF)가 달린 가변조리개(1BF)의 협조작동을 다음에 설명한다.
가령, 후륜측(R)의 부하(유압(P1R))만이 크게 되면(P1F＜P1R), 이에 따라서 "P3F＜P3R"로 된다. 여기에서 상기한 "유압(P3F)과 유압(P3R)를 동일유로에 발생시키고 있다"라는 기재를 상기할 필요가 있다.
유압(P3R)은 서보기구(1C)를 제어하여 방향전환밸브(3R)의 전후차압(ΔP)을 일정차압(ΔPc)으로 하도록, 토출압(Pp)을 승압시킨다.
그런데 이 토출압(Pp)은 방향전환밸브(3F)에도 가하고자 한다. 그런데 여기에서 감압밸브(1AF)에서는 우측에 유압(P3R)이, 좌측에 유압(P1F)이 가압력으로서 작용하기 때문에, 가변조리개(1BF)는 좌방향으로 이동하게 된다. 즉, 가변조리개(1BF)가 토출압(Pp)의 관로를 닫게 되어, 그때까지"Pp=P2F"였던 것을,"Pp＞P2F"로 한다. 그리고 상기"(P3F－P1F)＝(Pp－P2F)"에서 균형을 이루는 조입위치에서 가변조리개(1BF)는 작동을 정지한다. 즉, 방향전환밸브(3F)에서도"ΔP＝ΔPc"로 된다.
역으로, 가령 후륜측(R)의 부하(유압(P1R))만이 작아지게 되면(P1F<P1R), 역작용에 의하여, 가변조리개(1BR)가 조여지고, 방향전환밸브(3R)에서"ΔP＝ΔPc"로 되는 것을 설명을 요하지 않는다. 또 마찬가지로, 전륜측(F)의 부하(유압(P1F))만 다소 변화하여도 상기와 동일한 작용에 의하여 양방향 전환밸브(3F)(3R)에서,"ΔP＝ΔPc"로 되는 것은 설명을 요하지 않는다.
따라서 중복설명을 생략한다.
즉, 상기 유압회로에 의하면, 양방향 전환밸브(3F)(3R)에서의 부하의 변화나 차이에 관계없이, 상기 "통과유량(Qo)가 개구면적(Ao)에만 비례한다"고 하는"유량특성(Q∝A)"이 얻어진다.
구체적으로는, 전후륜에 대한 토질의 차이, 커브의 유무나 정도, 노면의 요철, 또 전후륜의 타이어지름이나 마모상태의 상위 등에 의하여 전후륜의 부하가 다르더라도, 오직 악셀페달의 밟음각(θ)에 의존한 유량으로 4륜구동주행시킬 수가 있다. 보다 구체적으로는, 예컨데 한쪽 또는 양쪽의 차륜이 경부하나 무부하로 되어도 이상 공전하는 일도 없고, 또 부하가 어떻게 변화하여도, 안정한 견인력과 주행속도가 얻어지고, 또한 유기를 장수화 할 수 있다는 제1효과가 얻어진다. 더욱이, 유압펌프는 1개로 족하기 때문에, 경제적이라는 제2효과도 얻어진다. 이에 의하여 종래기술의 문제점을 해소할 수 있다.
그런데, 상기 유압회로에도 결점이 있다. 즉, 가변조리개(1BF), (1BR)가 작동한다고 하는 것은, 여기에서 큰 압력손실(에너지로서)이 일어난다는 것이다. 그래서 본 사례는 상기 제1, 제2효과를 유지하면서, 상기 압력손실을 해소하기 위해, 상기한 바와 같이, 방향전환밸브(3F)로부터 유압모터(2F)까지의 유로(4F)와, 방향전환밸브(3R)로부터 유압모터(2R)까지의 유로(4R)의 사이에는 연통밸브(5)를 설치하고 있다.
즉, 연통밸브(5)를 차단위치로 하면, 상기"통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"고 하는 "유량특성(Q∝A)"이 얻어진다 (다만, 압력손실을 수반한다). 한편, 연통밸브(5)를 연통위치로 하면, 어떠한 경우에도 "P1F＝P1R"로 되므로, 가변조리개(1BF)(1BR)가 작동하는 일이 없고, 따라서 그 압력손실을 없앨 수 있다(즉, 제3효과가 생긴다). 더욱이 "P1F＝P1R"의 상태는 상기한 "현실적이지 않는 상태"에 있어서의 상기"통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)에만 비례한다"고 하는 "유량특성(Q∝A)"의 확보에 상당하고 있기 때문에, 이 통과위치에서도 그 "유량특성(Q∝A)"이 얻어지게 된다.
또 본 사례는, 제어기(6)에 의하여 연통밸브(5)의 최적작동 제어구조도 표시하고 있다.
즉, 상기한 바와 같이, 차속센서(7)을 탑재하고 제어기(6)가 차속센서(7)로부터의 차속(V)을 받아서 기준차속(V0)과 비교하여"V＜V0"인 때는 연통밸브(5)를 차단위치로 하고, "V≥V0"인 때는 연통밸브(5)를 연통위치로 하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
(1) 저속주행시(V＜Vo)는, 예컨데 주행개시시, 등판시, 요철노면주행시, 적재량과다시 등에서는, 예컨데 가변조리개(1BF)에서 압력손실이 생기고자하여도, 전후륜이 서로 독립해서 고견인력이 필요하다. 즉, 저속주행시(V＜Vo)는, 연통밸브(5)를 차단위치로 하는 것에 의하여, 전후륜에 대하여 서로 독립한 고견인력과 유량을 부여할 수가 있다.
(2) 한편, 고속주행시(V≥Vo)는, 전후륜이 서로 독립한 고견인력을 가질 필요는 없고, 저토크에서도 양유압모터(2F)(2R)가 고속회전하면 좋다. 즉, 고속주행시(V≥Vo)는, 연통밸브(5)를 연통위치로 하는 것에 의해 양유압모터(2F)(2R)에 대하여 전후륜에 대하여 균형이 잡힌 견인력과, 고속주행에 알맞는 유량을 부여할 수 있다.
그리고, 연통밸브(5)의 변환(즉, 기준차속(Vo))은, 노면상황이나 주행형태에 따라서 적당히 변경하는 것이 바람직하다. 즉, 연통밸브(5)의 차단위치는 이른바 차동잠김주행에 상당하고, 한편 연통밸브(5)의 연통상태는 차동풀림주행에 상당하나, 예컨데 과대적재량일때는 중속이라도 차동풀림주행하고 싶다.
이 경우 그 판단은, 상기 "과대적재량"에서 밝힌 바와 같이 고견인력의 정도를 표시하는 지표를 기초로, 상기 기준차속(Vo)을 적당히 변경하는 것이 바람직하다. 그리고 지표로서는 견인력자체인 유압펌프(1)의 토출압(Pp)(또는 양유압모터(2F)(2R)의 입력유압)이나, 악셀페달의 밟음각(θ)를 들 수가 있다. 개요를 도 2 및 도 3을 참조하여 다음에 표시한다.
도 2는, 제어기(6)이 기존의 악셀페달의 밟음각(θ)을 입력하여 기준차속(Vo)을 단계적으로 변경한 예이다. 도 3은 제어기(6)가 다시 유압펌프(1)의 토출압(Pp)(양유압모터(2F)(2R) 중 어느 한쪽의 입력유압)도 입력하고 유압이 고압인 때에 있어서의 경우와 저압인 때에 있어서의 경우와 나누어서 보다 치밀하게 단계적으로 변경한 예이다.
그리고, 도시하지 않지만, 제어기(6)는 악셀페달의 밟음각(θ)에 대신하여 유압펌프(1)의 토출압(Pp)(또는 양유압모터(2F)(2R)의 입력유압)만을 입력하여 기준차속(Vo)을 단계적으로 변경하여도 된다.
이와 같이 구성하는 것에 의하여, 보다 주행조건에 적합한 주행을 행할 수 있는 것은 설명을 요하지 않는다.
도 1로 설명을 되돌린다. 가령 유압펌프(1)의 크기를, 차속(V)이 기준차속(Vo)이였더래도 최대용적으로 되지 않는 것으로 하면, 연통위치 및 차단위치에서도, 상기한 바와 같이, 압력손실을 받는 일이 없이 상기 "통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)만에 비례한다"고하는 "유량특성(Q∝A)"을 얻을 수 있는 제어를 행한다. 그런데 본 사례는, 다음에 설명하는 바와 같이, 더욱 미세한 제어를 행할 수 있는 구성을 하고 있다.
즉, 유압펌프(1)가 1개라는 것은 그 자체가 경제적이기는 하나, 유압펌프(1)의 최대용적으로 보다 크게 하는 것은 비경제적이다. 따라서, 본 사례에서는 상기한 바와 같이, 유압모터(2R)를 가변용적식 유압모터로 하고, 또한, 제어기(6)는 연통밸브(5)가 연통위치에 있을때, 차속센서(7)로부터의 차속(V)에 따라서 유압모터(2R)의 진출후퇴 용적을 변화시키도록 신호(M)를 유압모터(2R)의 서보기구(2R1)에 입력하고 있다. 이 작용을 도 4∼도 8을 참조하여 다음에 설명한다.
그리고, 도 4∼도 8의 횡축(차속(V))은 서로 대응하는 크기로 하고 있다.
도 4는 차속(V)에 대한 연통밸브(5)의 작동상태를 표시하고, 제어기(6)는 차속(V)이 저속측으로부터 기준차속Vo(＝5.3㎞/h)로 되면, 연통밸브(5)를 차단위치(OFF)로부터 연통위치(ON)로 변환한다. 즉, 제어기(6)는 기준차속Vo(＝5.3㎞/h)를 미리 기억하고, "V＜Vo"인 때는 OFF, "V≥V0"일 때는 온(ON)으로 된다.
도 5는 차속(V)에 대한 유압모터(2F)의 용적변화를 표시한다. 제어기(6)는 "V＜Vo"일 때, 유압모터(2R)의 용적을 최대로 고정하지만, "V≥V0"일 때, 차속(V)이 크게 될수록, 용적이 차차 줄어들어 고속주행을 가능케 하고 있다. 그리고, 유압모터(2F)는 고정용적식이므로 용적은 일정하다.
도 6은 차속(V)에 대한 유압모터(2F)의 유량(QF)을 표시한다. 유량(QF)은, "V＜Vo"인 때에는, 제어기(6)로부터의 명령이 아니고, 악셀페달의 밟음각(θ)에 따른 방향전환밸브(3F)의 개구면적(A)의 크기에 비례하여 증감한다.
한편, "V≥V0"인 때에는, 상세를 후술하는 유압모터(2R)의 용적의 증감분이 가산되어서 도시하는 바와 같이 증감한다. 그리고, 도 1에 표시하는 바와 같이 유압모터(2F)는 좌우에 각각 1개(합계2개)를 가지기 때문에, 같은 도의 유량예는 2개의 유압모터(2F)의 합계유량을 기재하고 있다.
도 7은, 차속(V)에 대한 유압모터(2R)의 유량(QR)을 표시한다. 상기와 같이"V＜Vo"일 때, 유압모터(2R)의 용적을 최대로 고정하고 있으나, 이 사이의 유량(QR)은, 제어기(6)로부터의 명령이 아니고, 악셀페달의 밟음각(θ)에 따르는 방향전환밸브(3F)의 개구면적(A)의 크기에 비례하여 같은 도에 표시하는 바와 같이 증감한다. 한편, "V≥V0"일 때(즉, 연통밸브(5)가 연통위치에 있을 때), 제어기(6)는, 상기와 같이 악셀페달의 밟음각(θ)을 받아서 그 크기에 반비례한 유압모터(2R)의 진출후퇴 용적으로 하도록, 신호(M)를 유압모터(2R)의 용적가변용 서보기구(2R1)에 입력하고 있다. 즉, 악셀페달을 밟음에 따라, 유압모터(2R)의 용적을 증감시켜서 차속을 고속화하고 있다.
상기 구성 및 작용에 의하면, 다음과 같은 효과를 발휘한다. 이것은 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 상기 도 6 및 도 7을 합친 것이며, 차속(V)에 대한 양유압모터(2F)(2R)의 유량Q(＝QF＋QR)를 표시한다. 여기에 도시하는 바와 같이, "V＜Vo"일 때의 유량(Q)은 일정하다. 즉, 본사례에서는 차속(V)이 기준차속(Vo)으로 된때가 유압펌프(1)의 최대토출량(Q)이고, 바꾸어 말하면, 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 개구면적이 최대이고, 고속주행은 유압모터(2R)의 용량을 작게 하는 것으로 달성하고 있다. 즉, 다음의 효과가 일어난다.
그리고, 양유압모터(2F)(2R)로부터 전후륜까지의 감속비를 각각 "1"로하여 설명한다.
(1) 전륜측 유압모터(2F) 및 후륜측 유압모터(2R) 중 어느 한쪽을 가변용량식 유압모터로 하고, 또한 연통밸브(5)를 채용하는 것에 의하여, 가변용량펌프(1)의 용적을 크게함이 없이, 4륜구동시의 차속을 높일 수가 있다.
가령, 연통밸브(5)가 없고, 또한 유압모터(2R)가 고정용적식인 경우에 있어서, 고속제어할 때에는 양방향 전화밸브(3F)(3R)도 양유압모터(2F)(2R)도 전후륜측이 서로 동등사이즈로 할 필요가 있고, 또 상기 "통과유량(Qo)이 개구면적(Ao)만에 비례한다"에 의한 "유량특성(Q∝A)"만에 차속(V)이 의존하므로, 4륜구동에서의 차속을 높임에는 펌프노출유량을 크게 할 필요가 있다.
그리고 이에 따라, 유압펌프(1)도 대형화하므로, 극히 비경제적이다. 그런데 연통밸브(5)가 있고, 또한 유압모터(2R)가 가변용적식인 경우, 유압모터(2R)의 용적을 작게하고, 연통밸브(5)를 연통상태로 하는 것에 의하여, 펌프토출용량을 크게 함이 없이, 고속주행이 가능하게 된다.
(2) 전륜측 유압모터(2F) 및 후륜측 유압모터(2R)의 양쪽을 가변용적식의 유압모터로 하고, 또한, 연통밸브(5)를 채용하는 것에 의해, 전후의 유압모터(2F)(2R)의 용적비가 일정하게 되지 않더라도 압력손실에 의한 효율의 저하를 방지할 수가 있다.
전륜측 유압모터(2F) 및 후륜측 유압모터(2R)의 양쪽을 가변용적식의 유압모터로 하고, 4륜구동에서의 차속을 높이는 경우, 양유압모터(2F)(2R)의 용적을 작게하는 것에 의해 실현할 수 있으나, 양유압모터(2F)(2R)의 용적 및 용적비를 일정하게 하지 않으면, 압력손실이 발생하기 때문에 효율의 저하를 피할 수 없다. 그러나, 연통밸브(5)를 설치하여 양유압모터(2F)(2R)의 용량을 작게 함과 아울러 연통상태로 하는 것에 의해 압력손실의 방지효율이 좋은 4륜구동주행이 실현된다.
그리고, 상기 사례는 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 상류측에 가변조리개(1BF)(1BR)를 설치하고, 이들 가변조리개(1BF)(1BR)의 각각이 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 하류측의 유압 중에서 최대유압을 받아서 그 조임 정도가 조정되는 것에 의하여 가변조리개(1BF)(1BR)로부터 양방향 전환밸브(3F)(3R)까지의 유압을 승압하고, 이로써 양방향 전화밸브(3F)(3R)의 전후의 전후차압(ΔP)을 일정차압(ΔPc)으로 하고 이에 의하여, 상기 "유량특성(Q∝A)"을 확보하는 유압회로이나, 이와 같은 회로에 한정할 필요는 없고 예컨데, 다음과 같은 회로라도 좋다. 그리고 각 유압회로에 연통밸브(5)등을 설치하여도, 상기 사례와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
(1) 양방향 전화밸브(3F)(3R)의 하류측에 가변조리개(1BF)(1BR)를 설치하고, 이들 가변조리개(1BF)(1BR)의 각각이 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 하류측의 유압중에서 최대유압을 받아서 그 조임정도가 조정되는 것에 의하여 양방향 전화밸브(3F)(3R)로부터 가변조리개(1BF)(1BR)까지의 유압을 승압하고 이로써 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 전후의 차압(ΔP)을 일정차압(ΔPc)으로 하고 이에 의하여 상기 "유량특성(Q∝A)"을 확보하는 유압회로.
(2) 양유압보우터(2F)(2R)의 미터인측에 각각의 방향 전환밸브(3F)(3R)를 설치하고 미터아웃측에 양방향 전환밸브(3F)(3R)의 하류측의 유압의 중에서 최대유압을 받아서 그 조임정도가 조정되는 가변조리개(1BF)(1BR)를 설치하고, 이에 의하여 미터아웃유압을 높여 전후의 차압(ΔP)을 일정차압(ΔPc)으로 하고, 이에 의해 상기한 "유량특성(Q∝A)"을 확보하는 유압회로.
도 1은, 사례의 유압회로도이다.
도 2는, 사례의 다른 유압회로도이다.
도 3은, 사례의 다른 유압회로도이다.
도 4는, 차속에 대한 연통밸브의 작동상태를 표시하는 그래프이다.
도 5는, 차속에 대한 유압모터의 용적변화를 표시하는 그래프이다.
도 6은, 차속에 대한 전륜측 유압모터로의 유량을 표시하는 그래프이다.
도 7은, 차속에 대한 후륜측 유압모터로의 유량을 표시하는 그래프이다.
도 8은, 도 6 및 도 7을 결합시킨 그래프이다.
-도면의주요부분에대한부호의설명-
(1) -------------------- 가변용적식 유압펌프,
(2F) ------------------- 고정용적식유압모터,
(2R) ------------------- 가변용적식유압모터,
(3F) ------------------- 전륜측방향전환밸브,
(3R) ------------------- 후륜측방향전환밸브,
(5) -------------------- 연통밸브,
(6) -------------------- 제어기,
(7) -------------------- 차속센서,
(ΔP) ------------------ 방향전환밸브의 전후차압,
(ΔPc) ----------------- 방향전환밸브의 일정차압,
(V) -------------------- 차속,
(Vo) -------------------기준차속.

Claims (4)

  1. 가변용적식 유압펌프와, 이 가변용적식 유압펌프로부터의 압유를 받아서 회전하는 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터를 가지고 4륜구동주행하는 유압식 4륜구동차량에 있어서,
    (1) 전륜측 유압모터에 대하여 설치한 폐쇄센터식 전륜측방향전환밸브;
    (2) 후륜측 유압모터에 대하여 설치한 폐쇄센터식 후륜측방향전환밸브;
    (3) 각각의 방향전환밸브의 전후차압을 일정하게 유지하는 유량으로 되도록, 펌프토출유량을 제어하는 펌프유량제어수단; 및
    (4) 전륜측방향전환밸브로부터 전륜측 유압모터까지의 전륜측 유로와 후륜측방향전환밸브로부터 후륜측 유압모터까지의 후륜측 유로의 사이에 설치되어서 이들 유로를 연통 또는 차단하는 연통밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 유압식 4륜구동차량.
  2. 제1항에 있어서,
    (1) 차속을 검출하는 차속검출수단; 및
    (2) 차속검출수단으로부터 검출차속을 받아서 검출차속이 기준차속이상일 때 연통밸브를 연통위치로 하는 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유압식 4륜구동차량.
  3. 제1항에 있어서,
    (1) 차속을 검출하는 차속검출수단;
    (2) 악셀밟음각을 검출하는 악셀밟음각 검출수단 및 견인력을 검출하는 견인력 검출수단 중 어느 한쪽 또는 양쪽; 및
    (3) 차속검출수단으로부터의 검출차속을 받아서 검출차속이 기준차속으로 되었을 때 연통밸브를 연통위치로 함과 아울러, 악셀밟음각 검출수단으로부터의 검출밟음각 및 견인력 검출수단으로부터의 검출견인력 중 어느 한쪽 또한 양쪽을 받아 서 검출밟음각 및 검출견인력 중 어느 한쪽 또한 양쪽의 값에 따라서 그 기준차속을 변화시키는 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유압식 4륜구동차량.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    (1) 전륜측 유압모터 및 후륜측 유압모터 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 가변용적식 유압모터임과 아울러,
    (2) 제어수단은, 연통밸브를 연통위치로 하였을 때에 가변용적식 유압모터의 진출후퇴 용적을 변환시키는 제어수단인 것을 특징으로 하는 유압식 4륜구동차량.
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