KR100466121B1 - 자동차용 유압식 동력조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향 휠의 조작감을 가볍게 하기 위하여 오일펌프에서 펌핑된 유압이 랙크 액슬에 조향력을 부가하는 유압실린더에 직접 작용하도록 구성된 자동차용 유압식 동력조향장치에 관한 것이다

본 발명에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는, 조향 휠의 회전방향에 따라 오일펌프가 펌핑하는 오일을 랙크 액슬에 장치된 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 공급하면서 동시에 상기 좌,우 압력실의 오일을 선택적으로 회수함으로써, 상기 유압실린더가 상기 랙크 액슬에 대하여 좌,우측 중 어느 한 방향으로 선택적으로 힘을 가하게 하여 조향 휠의 조향력을 그 회전방향으로 보충하는 자동차용 유압식 동력조향장치에 있어서, 상기 오일펌프의 공급관을 상기 오일펌프의 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 분기하여 선택적으로 제 1, 2 공급로와 제 1, 2 회수로를 가지며, 방향절환수단에 의해 동시에 작동하면서, 상기 제 1, 2 공급로와 제 1, 2 회수로를 동시 개폐하여 상기 오일펌프의 공급관과 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 연결하는 밸브박스를 더 포함하여 이루어진다. 이러한 구성에 따르면, 오일펌프에서 펌핑된 오일을 유압실린더에 직접 공급하여 유압 공급경로가 극히 짧고 단순하다. 따라서, 설계와 부품의 가공 조립이 간편하여 제조원가가 낮고 또한 성능면에서 응답속도가 빠르다는 장점이 있다.

Description

자동차용 유압식 동력조향장치{HYDRAULIC POWER STEERING FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차 주행방향을 바꾸고자 조향 휠을 회전시킬 때 유압을 이용하여 조향축에 조향력을 부가함으로써 조향 휠의 조작감을 가볍게 하는 자동차용 동력조향장치에 관한 것으로, 특히, 오일펌프에서 펌핑된 유압이 랙크 액슬에 조향력을 부가하는 유압실린더에 직접 작용하도록 구성되어 유압 공급경로가 극히 단순화된 자동차용 유압식 동력조향장치에 관한 것이다.

자동차용 동력조향장치는 자동차의 주행방향을 바꿀 때 조향 휠을 돌리는 힘을 보충하여 조향 휠을 가볍게 만들어주는 장치로서, 생력 방식에 따라 기계식, 유압식, 압축공기식 등으로 구분되는 바, 그 중에서도 오일펌프가 엔진의 힘으로 구동하면서 펌핑하는 오일의 유압을 이용하는 유압식이 가장 많이 이용되고 있다.

종래 자동차용 유압식 동력조향장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 구동에 의해 오일펌프(10)가 펌핑하는 오일을 조향축(3)에 장치된 조절밸브(14)가 조향축(3)의 조향방향과 조향각도에 따라 랙크 액슬(5)에 장치된 유압실린더(15)의좌,우 압력실(15a,15b)로 선택적으로 유도하여, 유압실린더(15)의 좌,우 압력실(15a,15b) 중 어느 하나로 유입된 유압이 랙크 액슬(5)에 일체화된 피스톤(150)을 가압하게 함으로써, 조향 휠(2) 조향시 조향축(3) 끝단의 피니억 액슬(5)을 통해 랙크 액슬(5)에 가해지는 조향력을 보충하도록 구성되어 있었다. 위와 같은 작동에 있어서, 조향축(3)에 설치된 조절밸브(14)는 조향 휠(2)의 조향방향과 조향각도에 따라서 공급관(3)을 조향방향과 방향이 반대인 연결관(16a)에 연결하고 다른 연결관(16b)은 회수관(18)에 연결하여 오일펌프(10)가 펌핑한 오일은 조향방향의 반대쪽에 위치한 압력실(15b)로 유도하고 동시에 조향방향측 압력실(15a)에 충전된 오일은 회수관(16b)을 통해 오일탱크(12)에 회수되도록 한다. 설명되지 않은 부호 4는 조향축(3)을 랙크 액슬(5) 연결하는 피니언 액슬이고, 부호 6은 좌,우 바퀴이다. 그리고, 부호 11은 유량조절밸브이고, 부호 18은 릴리프 밸브이다.

그러나, 위와 같은 종래 자동차용 유압식 동력조향장치는 조향축(3)에 설치되어 조향축(3)의 회전방향과 각도에 따라 오일의 유로와 유량을 조절하는 조절밸브(14)가 매우 정밀하게 가공되고 조립되어야 하는데, 그 정밀도가 떨어지는 경우가 많기 때문에 조향감이 떨어지고 소음과 진동을 유발하는 문제점이 있었다.

또한, 오일펌프(10)와 유압실린더(15) 사이에 오일유로를 형성하는 공급관(3), 회수관(17), 좌,우 연결관(16a,16b) 등의 오일 도관들이 차량의 일측에 편재된 조향축(3)의 조절밸브(14)를 경유하도록 구성되어, 이 오일도관(3,17,16a,16b)들이 타부품과의 간섭을 피해 매우 길게 배관되어야 했으므로, 응답속도가 느리고, 유압손실을 감수해야 했으며, 조절 밸브(14) 및 오일 배관 설계가 매우 복잡하여 제조원가가 매우 높다는 문제점도 안고 있었다.

이에, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 자동차용 유압식 동력조향장치가 안고 있는 문제점을 해소하기 위하여, 오일펌프에서 펌핑된 오일이 그 오일 유압에 의해 랙크 액슬에서 조향력을 보충하는 유압실린더에 직접 공급되도록 구성되어, 정밀가공이 요구되는 조절밸브가 필요치 않고 유압 공급경로가 극히 단순화된 자동차용 유압식 동력조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 자동차용 유압식 동력조향장치의 평면 모식도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 평면 모식도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 밸브박스 평면도.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 작동도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 조향휠 3 : 조향축

4 : 피니언 액슬 5 : 랙크 액슬

20 : 오일 펌프 21 : 유량조절밸브

24 : 공급관 25 : 밸브박스

27 : 유압실린더 28 : 회수관

250 : 밸브본체 250a,250b : 제 1, 2 공급로

250c,250d : 제 1, 2 회수로 251 ~ 254 : 제 1 ~ 4 밸브

260 : 유도코일 261 : 전류증폭장치

262 : 솔레노이드 바 262a : 코일

본 발명은, 조향 휠의 회전방향에 따라 오일펌프가 펌핑하는 오일을 랙크 액슬에 장치된 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 공급하면서 동시에 상기 좌,우 압력실의 오일을 선택적으로 회수함으로써, 상기 유압실린더가 상기 랙크 액슬에 대하여 좌,우측 중 어느 한 방향으로 선택적으로 힘을 가하게 하여 조향 휠의 조향력을 그 회전방향으로 보충하는 자동차용 유압식 동력조향장치에 있어서,

상기 오일펌프의 공급관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 분기하여 연결하는 제 1, 2 공급로와 상기 오일펌프의 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 분기하여 연결하는 제 1, 2 회수로가 형성된 밸브본체와; 상기 제 1, 2 공급로와 상기 제 1, 2 회수로 상에서 방향절환수단에 의해 동시에 작동하면서, 상기 제1, 2 공급로와 제 1, 2 회수로를 동시 개방하여 상기 오일펌프의 공급관과 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 동시에 연결하거나, 상기 제 1, 2 공급로 중 어느 하나와 상기 제 1, 2 회수로 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 상기 오일펌프의 공급관과 회수관을 서로 엇갈리도록 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 연결하는 제 1 내지 4 밸브;를 포함하는 밸브박스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성에 있어서, 상기 제 1, 2 공급로와 상기 제 1, 2 회수로는, 각각의 상,하류가 상기 제 1 내지 4 밸브를 기준으로 엇갈리게 배치되어, 각각 직선유로를 가진 상기 제 1 내지 4 밸브의 회전각도에 따라 개폐되도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 바람직한 구성에 따르면, 상기 방향절환수단은, 일직선 상에 배열된 상기 제 1 내지 4 밸브에 동시에 결합되어, 조향 휠의 회전으로 전원공급수단에서 코일에 인가되는 전류의 전자기유도에 의해 왕복동하면서 상기 제 1 내지 4 밸브를 동시에 개폐하는 솔레노이드 바를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 전원공급수단은, 상기 유압실린더 둘레에 감겨진 유도코일과; 상기 랙크 액슬과 일체화되어 회전되는 조향 휠에 의해 상기 랙크 액슬과 함께 상기 유압실린더 내에서 왕복이동하도록 설치된 영구자석 피스톤; 그리고, 상기 유도코일과 상기 영구자석 피스톤의 전자기유도에 의해 생성되는 상기 유도코일의 유도전류를 증폭하여 상기 솔레노이드 바에 인가하는 전류증폭장치;를 포함하여 이루어진다.

이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 구성과 작용을 구체적으로 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 평면 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 밸브박스 평면도이고, 그리고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치의 작동도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는, 엔진(1)의 동력으로 구동하면서 오일탱크(23)에 저장된 오일을 펌핑하는 오일펌프(20)와 상기 오일펌프(20)의 배출측에서 상기 오일펌프(20)가 펌핑하는 오일을 조향휠(2)의 회전각도에 따라 유량을 조절하여 배출하도록 구성된 유량조절밸브(21), 양단에 좌우 바퀴(6)가 링크식으로 연결되고 중간에 조향휠(2)이 결합된 조향축(3)이 피니언 액슬(4)을 매개로 동력적으로 연결되어 상기 조향휠(2)에 의해 좌,우방향으로 수평이동되면서 좌우 바퀴(6)의 조향각을 직접적으로 가변시키는 랙크 액슬(5), 상기 랙크 액슬(5)에 결합된 피스톤(270)을 내장하고 양측에 상기 피스톤(270)에 의해 구획된 좌,우 압력실(27a,27b)을 형성하는 유압실린더(27), 상기 유량조절밸브(21)에 연결된 공급관(24)과 상기 오일탱크(23)에 연결된 회수관(28)을 상기 유압실린더(27)의 좌,우 압력실(27a,27b)에 선택적으로 연결하기 위한 밸브박스(25) 등으로 구성되어 있다.

이상의 구성에 있어서, 상기 밸브박스(25)는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1,2 공급로(250a,250b)와 제 1, 2 회수로(250c,250d)가 형성된 밸브본체(250)와, 상기 각 유로(250a~250d)에 설치되는 제 1 내지 4 밸브(251~254), 그리고, 상기 제 1 내지 4 밸브(251~254)를 개폐하기 위한 방향절환수단 등으로 구성된다.

상기 밸브본체(250)의 상부에는 유량조절밸브(21)에서 인출된 공급관(24)이 연결되는 유입구(H1)와 오일탱크에 연결된 회수관(28)이 결합되는 배출구(H2)가 각각 형성되고, 하부에는 유압실린더의 좌,우 압력실에 각각 연결되는 제 1, 2 유배출구(H3,H4)가 형성된다. 그리고 밸브본체(250) 내부에 형성된 제 1, 2 공급로(250a,250b)는 상기 유입구(H1)에서 분기되어 상기 제 1, 2 유배출구(H3,H4)에 연결되고, 상기 제 1, 2 회수로(250c,250d)는 상기 제 1, 2 유배출구(H3,H4)를 상기 배출구(H2)에 연결하는 유로를 형성한다.

상기 제 1 내지 4 밸브(251~254)는 일직선상으로 유로가 형성된 회전체형 밸브로서, 이들은 방향절환수단에 의해 동시에 회전하면서 상기 제 1, 2 공급로(250a,250b)와 제 1, 2 회수로(250c,250d)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다. 즉, 도 4a와 4b에 나타난 바와 같이 방향절환수단에 회전하면서 그들 제 1 내지 4 밸브(21) 기준으로 그 상하류측이 어긋나게 배치된 제 1, 2 공급로(250a,250b)와 제 1, 2 회수로(250c,250d)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다.

그리고, 방향절환수단은 조향 휠(2)이 회전되는 경우 상기 제 1 내지 4 밸브(21)를 동작시켜 상기 제 1, 2 공급로(250a,250b)와 제 1, 2 회수로(250c,250d)를 선택적으로 개폐하기 위한 것으로서, 이는, 상기밸브본체(250)를 가로지르는 방향으로 수평이동 가능하게 설치되어 상기 제 1 내지 4 밸브(21)에 동시에 연결된 솔레노이드 바(262)와, 상기 솔레노이드 바(262)의 코일에 대하여 전원을 인가하기 위한 전원공급수단으로 구성된다. 전원공급수단은 상기 유압실린더(27) 주위를 둘러싸는 유도코일(260)과 상기 유압실린더(27) 내에서 랙크 액슬(5)과 함께 이동하면서 전자기를 유도하여 상기 유도코일(260)에 전류를 발생하는 영구자석 피스톤(270)과 상기 유도코일(260)에 유도된 전류를 증폭하여 상기 솔레노이드 바(262)의 코일(262a)에 인가하는 전류증폭장치(261) 등으로 구성된다. 이와 같은 구성으로 이루어진 방향절환수단은, 조향 휠(2)에 의해 랙크 액슬(5)이 일측으로 이동하는 경우 피스톤(270)과 유도코일(260)이 전자기를 유도하면 전류증폭장치(261)가 그에 따른 전류를 증폭하여 상기 솔레노이드 바(262)에 인가함으로써 증폭된 전류에 의해 유도되는 전자력에 의해 솔레노이드 바(262)가 왕복동하면서 제 1 내지 4 밸브(21)를 동시에 개폐하게 된다.

설명되지 않은 부호 23은 릴리프 밸브이고 262b는 솔레노이드 바를 원위치로 복원되는 방향으로 탄성지지하는 스프링이다.

이상과 같은 구성들로 이루어짐에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는 다음과 같이 작동하면서 조향휠(2)의 조향력을 보충하게 된다.

조향 휠(2)에 조향력이 가해져 회전되는 경우 조향축(3) 끝단의 피니언 액슬(4)이 조향축(3)과 함께 회전하면서 랙크 액슬(5)을 수평이동 이동시키게 되는데, 이 때, 유압실린더(27)의 영구자석 피스톤(270)이 랙크 액슬(5)과 함께 이동하면서 유압실린더(27) 둘레에 감겨진 유도코일(260)에 전자기를 유도하여 전류를 생성한다. 그리고 그 전류는 전류증폭장치(261)를 거치면서 솔레노이드 바(262)의 코일(262a)에 인가되어 전자력을 유도하게 되고, 솔레노이드 바(262)가 전자력에 의해 이동하면서 제 1 내지 4 밸브(21)를 회전시켜 도 4a와 4b에 나타난 바와 같이 제 1, 2 공급로(250a,250b) 중 어느 하나와 제 1, 2 회수로(250c,250d) 중 어느 하나를 선택적으로 개방한다. 이에 오일펌프(20)가 펌핑한 오일이 상기 제 1, 2 공급로(250a,250b) 중 어느 하나를 통해 유압실린더(27)의 좌,우 압력실(27a,27b) 중 랙크 액슬(5) 이동방향의 반대쪽 압력실(27a,27b)로 공급됨으로써 그에 따른 유압을 피스톤(270)에 작용하여 랙크 액슬(5)에 조향력을 부가하면서 다른 압력실(27a,27b)의 오일을 밀어내 제 1, 2 회수로(250c,250d) 중 개방된 회수로를 통해 오일탱크(23)로 회수하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는 조향휠(2)이 회전되는 경우 엔진(1)의 동력에 의해 오일펌프(20)가 펌핑한 오일을 밸브박스(25)를 통해 유압실린더(27)의 좌,우 압력실(27a,27b)로 공급하여 그에 따른 유압을 랙크 액슬(5)에 작용함으로써 조향휠(2)의 조향력을 보충하게 되는 바, 오일펌프(20)의 오일이 유압실린더(27)에 직접 공급되도록 구성되어 그 구성이 매우 간단하고 성능면에서는 응답속도가 빠르다는 장점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는 오일펌프에서 펌핑된 오일이 그 오일 유압에 의해 랙크 액슬에서 조향력을 보충하는 유압실린더에 직접 공급되도록 구성되어 있으므로 유압 공급경로가 극히 짧고 단순하다. 따라서, 본 발명에 따른 자동차용 유압식 동력조향장치는 설계와 부품의 가공 조립이 간편하여 제조원가가 낮고 또한 성능면에서 응답속도가 빠르다는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 조향 휠의 회전방향에 따라 오일펌프가 펌핑하는 오일을 랙크 액슬에 장치된 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 공급하면서 동시에 상기 좌,우 압력실의 오일을 선택적으로 회수함으로써, 상기 유압실린더가 상기 랙크 액슬에 대하여 좌,우측 중 어느 한 방향으로 선택적으로 힘을 가하게 하여 조향 휠의 조향력을 그 회전방향으로 보충하는 자동차용 유압식 동력조향장치에 있어서,

   상기 오일펌프의 공급관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 분기하여 연결하는 제 1, 2 공급로와 상기 오일펌프의 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 분기하여 연결하는 제 1, 2 회수로가 형성된 밸브본체와;

   상기 제 1, 2 공급로와 상기 제 1, 2 회수로 상에서 방향절환수단에 의해 동시에 작동하면서, 상기 제 1, 2 공급로와 제 1, 2 회수로를 동시 개방하여 상기 오일펌프의 공급관과 회수관을 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 동시에 연결하거나, 상기 제 1, 2 공급로 중 어느 하나와 상기 제 1, 2 회수로 중 어느 하나를 선택적으로 개방하여 상기 오일펌프의 공급관과 회수관을 서로 엇갈리도록 상기 유압실린더의 좌,우 압력실에 선택적으로 연결하는 제 1 내지 4 밸브;

   를 포함하는 밸브박스를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 유압식 동력조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1, 2 공급로와 상기 제 1, 2 회수로는, 각각의 상,하류가 상기 제 1 내지 4 밸브를 기준으로 엇갈리게 배치되어, 각각 직선유로를 가진 상기 제 1 내지 4 밸브의 회전각도에 따라 개폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 유압식 동력조향장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 방향절환수단은,

   일직선 상에 배열된 상기 제 1 내지 4 밸브에 동시에 결합되어, 조향 휠의 회전으로 전원공급수단에서 코일에 인가되는 전류의 전자기유도에 의해 왕복동하면서 상기 제 1 내지 4 밸브를 동시에 개폐하는 솔레노이드 바를 포함하여 이루어지는 것을 자동차용 유압식 동력조향장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전원공급수단은,

   상기 유압실린더 둘레에 감겨진 유도코일과;

   상기 랙크 액슬과 일체화되어 회전되는 조향 휠에 의해 상기 랙크 액슬과 함께 상기 유압실린더 내에서 왕복이동하도록 설치된 영구자석 피스톤; 그리고,

   상기 유도코일과 상기 영구자석 피스톤의 전자기유도에 의해 생성되는 상기 유도코일의 유도전류를 증폭하여 상기 솔레노이드 바에 인가하는 전류증폭장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 유압식 동력조향장치.