KR100976025B1 - 조향펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 펌프에서 토출되는 오일 유량을 제어하는 유량조절밸브를 갖는 조향펌프에 관한 것으로서, 일측은 오일이 흡입되는 흡입 유로와 타측은 오일이 토출되는 토출 유로와 연통되며, 압력실을 갖는 하우징과; 오일을 외부로 토출가능하게 상기 토출 유로의 단부에 결합되는 토출조인트와; 상기 토출 유로에서 분기되어 오일을 상기 흡입 유로로 안내하는 바이패스 유로와; 상기 토출 유로에 의해 안내되는 축선을 따라 이동 가능하게 마련되어 상기 토출조인트와 연동되며, 상기 압력실에서 토출되는 오일의 압력에 따라 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개방하는 스풀;을 구비하며, 상기 바이패스 유로는 상기 스풀축선에서 멀어질수록 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 좁은 바이패스 유로를 통과하는 오일의 발생되는 캐비테이션을 예방할 수 있어 유로의 침식을 줄일 수 있으며 소음 및 맥압 발생을 억제할 수 있다.

하우징, 바이패스 유로, 스풀, 압력실, 경사부

Description

조향펌프{THE STEERING PUMP}

본 발명은, 조향펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 바이패스 유로를 개선한 조향펌프에 관한 것이다.

자동차는 많은 부품들이 결합되어 이루어지는 현대의 대표적인 운송수단이다. 이러한 자동차는 통상적으로 운전자가 자동차의 진행방향을 조정하기 위하여 조향 휠을 회전시키게 된다. 이에, 조향 휠에 연결된 바퀴가 회전되어 운전자는 자동차의 진행방향을 조정하면서 달리게 된다. 자동차의 여러 부품 중 조향장치는 운전자가 자동차의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조정하는 기능을 한다.

이러한 조향장치 중에는 운전자가 더욱 용이하게 조향 휠을 회전시킬 수 있도록 운전자가 제공하는 조향 휠의 회전력에 조력하기 위한 유압을 공급하는 펌프를 구비한 유압식 동력 조향장치가 있다.

이러한 유압식 동력 조향장치(Power Steering Device, 이하에서 '조향장치'라고 함)는 조향 휠에 연결되는 조향 링키지의 중간에 설치된 오일펌프로부터 공급되는 유압을 동력조향기어에 의해 배력시켜 출력축을 통해 조향륜(전륜)에 가함으로써 조향력을 증대시킨다. 운전자가 적은 힘으로 가볍고 신속한 조향을 할 수 있 도록 해준다. 즉, 조향장치는 운전자에 의한 조향 휠의 조작력을 감소시킬 수 있고, 노면으로부터 전륜을 통해 조향 휠에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있는 역할을 한다.

이러한 조향장치는, 조향력을 발생시켜 조향력을 전달하거나 조향력 방향을 변경하는 입력전달기구와, 조향 보조력을 발생시키거나 조향 보조력을 경감시키는 배력기구와, 입력 토크와 변위를 적절하게 변환하거나 조향력의 방향을 변경시키는 출력기구로 통상 구성된다. 여기서, 입력전달기구에는 조향 휠, 드래그 링크 및 중간축과 같은 조향 링키지 등이 포함되고, 배력기구에는 조향 펌프, 컨트롤 밸브 등이 포함되며, 출력기구에는 파워 실린더 등을 갖는 조향 기어, 타이 로드 및 엔드 등이 포함된다.

한편, 조향펌프는 엔진으로부터 동력을 전달받아 베인이 회전함에 따라 흡입 호스를 통해 오일을 흡입하여 압축된 오일을 토출시킨다. 또한, 조향펌프에는 일반적으로 토출되는 오일을 량을 조절하는 유량조절밸브가 결합된다. 즉, 조향펌프의 1회전 당 토출량은 일정하기 때문에 단위 시간당 토출량은 엔진 회전수에 비례해 증감한다.

그러나 조향 장치가 항상 안전한 성능을 발휘하기 위해서는 항시 일정 범위의 유량을 요구하고 또한 필요한 최고 유량은 조향 휠의 최고 회전 속도에 의해 정해진다. 유량조절밸브는 엔진 회전의 상승에 의해 조향펌프의 토출량이 정해진 일정 유량을 초과한 경우 그 과잉 유량을 조향펌프 내부로 보내고 조향 장치에는 항상 필요한 만큼 충분한 유량을 공급한다. 또한, 유량조절밸브는 엔진이 고속으로 되면 조향장치의 공급 유량을 감소시켜 고속시의 조향 보조력을 저감시켜 안정된 주행을 할 수 있도록 한다.

조향펌프의 작동유 토출량은, 엔진이 저 회전하는 경우에 많고, 엔진이 고 회전하는 경우에 상대적으로 적다. 엔진의 저속 시에는 바퀴와 노면의 접촉력 때문에 조향 휠에 과부하가 걸리기 때문에, 조향펌프의 유량조절밸브에서 작동유인 오일을 많이 흐르게 하여 조향 휠의 조향을 쉽게 하는 역할을 한다. 이것은 물체가 움직이기 시작할 때 가장 많은 힘을 필요로 하는 경우와 같은 원리이다. 그리고 엔진의 고속 시에는 유량조절밸브에서 작동유 토출량을 감소시켜 안정된 주행을 할 수 있도록 도와준다.

종래기술에 의한 유량조절밸브는, 도 7에 도시된 바와 같다.

이하에서 도 7에서 특별하게 설명되지 않은 참조번호는 본 발명의 구성 요소의 참조번호에 대응한 참조번호인 것으로 해석한다(예를 들면, 본 발명의 헤드의 참조번호가 '273'인 경우, 이에 대응하는 종래의 헤드의 참조번호는 특별한 다른 설명이 없는 한 '173'인 것으로 해석한다). 종래의 유량조절밸브(150)는, 하우징(140)의 압력실(미도시)과 연통되어 압력실에서 압축된 작동유인 오일을 토출 안내하는 토출 유로(143) 상에 결합된 토출조인트(미도시)와, 토출 유로(143)에서 분기되어 조향펌프(미도시)의 흡입 측으로 되돌아가는 바이패스 유로(145)와, 토출 유로(143)를 따라 압력실에서 토출되는 오일의 압력에 따라 바이패스 유로(145)를 선택적으로 개방하는 스풀(170)을 포함한다. 또한, 토출조인트 내부에는 대경부(미도시)와 소경부(미도시)를 가지며 스풀(170)의 단부에 형성된 플런저(미도시)가 이 동 가능하게 결합된다.

이러한 구성에 의한 종래 유량조절밸브(150)는 압력실의 압력에 따라 스풀(170)이 좌우로 이동한다. 이에, 압력실에서 토출 유로(143)를 통과하여 고압유로(미도시)로 토출되는 오일의 량은 플런저의 대경부, 소경부 및 바이패스 회로 등에 의해 조절될 수 있다.

그런데, 종래의 유량조절밸브는 스풀의 축선과 바이패스 회로의 경사부가 거의 수직에 가까운 구조로 되어 있다. 이에, 압력실의 오일 압력이 상승하여 스풀이 우측으로 이동하여 도 7과 같은 위치에 도달하면 비교적 높은 압력을 갖는 오일은 토출 유로에서 스풀과 경사부의 단부에 의해 형성된 갭 내지 틈새를 통해 바이패스 회로로 매우 빠른 속도로 빠져 나간다. 이 과정에서 스풀의 축선과 바이패스 회로의 경사부가 거의 수직인 구조로 되어 있으므로 갭 내지 틈새를 통과한 오일은 캐비테이션을 일으킬 우려를 갖는다. 이에, 종래기술은 캐비테이션에 의해 소음 또는 맥압이 발생되거나 바이패스 유로(245)를 침식시킨다는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 압력실의 오일이 바이패스 유로를 통과하는 과정에서 캐비테이션을 예방할 수 있는 구조를 갖는 조향펌프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 유체의 토출 각도에 대응한 바이패스 유로를 구비하여 소음 또는 맥압 감소와 유로의 침식을 줄일 수 있는 조향펌프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 바이패스 유로는 하우징과 다른 재질로 이루어져 유로의 침식을 보다 감소시킬 수 있는 조향펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 펌프에서 토출되는 오일 유량을 제어하는 유량조절밸브를 갖는 조향펌프에 있어서, 일측은 오일이 흡입되는 흡입 유로와 타측은 오일이 토출되는 토출 유로와 연통되며, 압력실을 갖는 하우징과; 오일을 외부로 토출가능하게 상기 토출 유로의 단부에 결합되는 토출조인트와; 상기 토출 유로에서 분기되어 오일을 상기 흡입 유로로 안내하는 바이패스 유로와; 상기 토출 유로에 의해 안내되는 축선을 따라 이동 가능하게 마련되어 상기 토출조인트와 연동되며, 상기 압력실에서 토출되는 오일의 압력에 따라 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개방하는 스풀;을 구비하며, 상기 바이패스 유로는 상기 스풀축선에서 멀어질수록 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조향펌프에 의해 달성된다.

상기 바이패스 유로는 상기 스풀축선의 수직 방향과 소정 각도로 기울어진 경사부와; 상기 경사부에서 연장되어 격벽을 형성하는 격벽부;를 포함하며, 상기 경사부와 상기 스풀축선의 수직 방향이 이루는 각도는 상기 토출 유로에서 상기 바이패스 유로로 유출되는 오일의 방향과 상기 스풀축선의 수직방향이 이루는 각도와 근접하게 형성된 것이 바람직하다.

상기 스풀은, 상기 토출조인트 측에 형성된 헤드와; 상기 헤드 단부에서 연장되어 함몰 형성된 스풀홈;을 구비하며, 상기 헤드에는 상기 토출조인트 측의 모서리가 깎여 형성된 단 챔퍼가 마련되고, 상기 스풀홈에는 후방 모서리가 깎여 형 성된 홈 챔퍼가 마련된 것이 바람직하다.

상기 바이패스 유로는 상기 하우징보다 침식에 강한 재질을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 격벽부는 둥근 원호 형상을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 압력실의 오일이 바이패스 유로를 통과하는 과정에서 유체의 유출각도에 대응한 유로를 구비하여 캐비테이션을 예방할 수 있으므로 소음 또는 맥압 감소와 유로의 침식을 줄일 수 있으며, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 바이패스 유로는 하우징보다 강한 다른 재질로 이루어져 유로의 침식을 보다 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 조향펌프(230)를 도 1 내지 도 6B를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

조향장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동력수단인 조향펌프(230), 작동수단인 파워 실린더(213), 제어수단인 컨트롤 밸브(217)를 포함한다. 여기에서 조향펌프(230)는 엔진의 동력을 전달받아 회전 운동하면서 흡입 호스(223)를 통해 리저버(221)로부터 오일을 흡입한 후 오일을 강제 토출하여 유압을 발생시킨다. 또한 파워 실린더(213)는 2개의 챔버(미도시)를 형성하는 피스톤(미도시)이 타이로드(미도시)를 거쳐 양측 전륜에 연결되어 조향펌프(230)로부터의 유압을 차륜에 전 달한다. 그리고 컨트롤 밸브(217)는 조향축의 회전각에 따라 조향펌프(230)로부터 압력 호스(225)로 송출되는 유압을 파워 실린더(213)의 해당 챔버로 공급하고 다른 챔버의 오일을 리턴 호스(227)를 통해 리저버(221)로 배출한다.

따라서 엔진이 구동되면, 조향펌프(230)는 동기 회전하면서 리저버(221)의 오일을 흡입하여 압력 호스(225)를 통해 오일 압력을 파워 실린더(213) 등에 전달한다. 예를 들어, 컨트롤 밸브(217)가 로터리 밸브일 경우, 운전자가 조향 휠(211)을 한쪽으로 돌리면 그 물리적인 힘은 조향축(215)에 전달되면서 컨트롤 밸브(217) 내의 토션바(미도시)를 비틀게 된다. 이러한 토션바의 비틀림에 의해 컨트롤 밸브(217)가 회전한다. 컨트롤 밸브(217)의 회전에 따라 조향펌프(230)와 연결된 압력 호스(225)는 조향 휠(211)의 회전방향에 해당하는 파워 실린더(213)의 챔버와 연통되고, 파워 실린더(213)의 다른 챔버는 리저버(221)와 연결된 리턴 호스(227)와 연통된다.

이에 따라, 컨트롤 밸브(217)에 의해 압력 호스(225)와 연통된 파워 실린더(213)의 챔버는 오일이 유입되면서 피스톤을 이동시켜 확장된다. 한편, 반대쪽의 챔버는 피스톤의 이동에 의해 수축되면서 오일을 리턴 호스(227)를 통해 리저버(221)로 배출시킨다. 이 때, 이동하는 피스톤은 유압에 의해 타이로드를 조작하면서 전륜의 진행 각도를 바꾸어 동력 조향을 하게 된다.

조향펌프(230)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(240)과, 하우징(240)의 중심부에 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전하는 구동축(249)을 포함하며, 구동축(249)은 하우징(240) 내의 베인(미도시)과 연동된다. 리저버(221)로부터 흡입 호 스(223)과 연결되는 흡입 유로(244)를 통해 흡입된 오일은 베인이 회전됨에 따라 압축되고 압축되어 토출되는 오일의 량을 조절하는 유량조절밸브(250)가 상부에 있다. 이하에서 흡입 유로(244)는 전술한 흡입 호스(223)와 구별하여 사용되기도 하며 때에 따라 혼용되기도 한다. 조향펌프(230)에는 일측에 리저버(221)에서 오일이 흡입되는 흡입 유로(244)와 타측에 흡입된 오일을 압축하여 압력 호스(225)로 배출시키는 토출 유로(243)와 각각 연통된 압력실(241)이 구비되어 있다. 또한, 조향펌프(230)에는 토출 유로(243)에서 분기되어 오일은 흡입 유로(244)로 바이 패스(by-pass)되도록 안내하는 바이패스 유로(245)가 형성되어 있다. 바이패스 유로(245)는, 스풀축선(A)에서 멀어질수록 점점 좁아지는 단면 형상을 가지며, 토출 유로(243)에서 스풀축선(A)으로부터 이격되는 방향으로 연장된 경사부(245a)와, 경사부(245a)에서 연장되어 격벽을 형성하는 격벽부(245b)를 갖는다.

설명의 편의상 이하에서 유량조절밸브(250)의 단면도를 나타낸 도 3에서와 같이, 좌우방향을 "X"축선 방향으로, 상하방향을 "Y"축선 방향으로 각각 정한다.

여기에서, 도 3의 "Y" 축선을 따라 절단한다고 가정하면, 바이패스 유로(245)는 여러 군데 형성될 수도 있다. 즉, "Y"축선을 따라 절단한 단면을 따라 여러 개의 바이패스 유로(245)가 형성된 경우 본 발명에 따른 바이패스 유로(245)는 가장 캐비테이션 현상이 많이 일어나는 바이패스 유로(245)에만, 부분적으로 복수 바이패스 유로(245)에만 또는 모든 바이패스 유로(245)에 선택적으로 적용될 수 있음은 물론이다. 이하에서 설명의 편의상 본 발명에 따른 조향펌프(230)의 바이패스 유로(245)는, "Y" 축선을 따라 절단한 경우(도 6B 참조), 일 개소에 형성되어 있다고 가정한다.

도 3은 유량조절밸브(250)의 단면도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 "Ⅳ"부분을 확대한 확대 단면도이다. 유량조절밸브(250)는, 토출조인트(260)와, 스풀(270)을 갖는다.

토출조인트(260)는, 토출 유로(243)의 단부에 결합되어 있으며, 압력 호스(225)와 연통된다. 토출조인트(260)의 중심부에는 스풀(270)의 플런저(281)가 이동 가능하게 결합된다. 토출조인트(260)의 중심부에는 압력이 높은 오일만 통과하는 고압 유로(263)가 형성되며, 토출조인트(260)의 우측 중심부에는 필요에 따라 직경이 좁아지는 영역(미도시)이 형성되기도 한다.

이에, 오일의 압력에 따라 스풀(270) 축선 방향의 좌우로 이동하는 대경부(281a) 및 소경부(281b)에 의해 토출조인트(260)의 중심부와 대경부(281a) 또는 소경부(281b) 사이에 오일이 통과할 수 있는 체적의 변화에 따라 압력 호스(225)로 토출되는 오일 량은 조절될 수 있다.

스풀(270)은 토출 유로(243)에 의해 이동 가능하게 결합되어 있다. 스풀(270)은, 좌측에 토출조인트(260)의 중심부에 결합되는 외경이 비교적 큰 대경부(281a)와 외경이 작은 소경부(281b)가 형성된 플런저(281)를 갖는다. 또한, 스풀(270)은, 플런저(281)에서 연장되어 돌출된 헤드(273)와, 헤드(273)에서 연장되어 함몰된 스풀홈(275)을 갖는다.

헤드(273)는 좌측의 플런저(281)에서 연장되어 토출 유로(243)에 결합되어 토출 유로(243)에 의해 안내될 수 있도록 돌출 형성되어 있다. 헤드(273)에는 토출 조인트(260) 측의 모서리가 깎여 형성된 단 챔퍼(273a)가 형성된다.

스풀홈(275)은 헤드(273)에서 연장되어 함몰 형성되어 있다. 이에, 오일이 바이패스되는 과정에서 스풀홈(275)은 바이패스 유로(245)와 함께 오일을 흡입 유로(244)로 안내할 수 있다. 스풀(270)의 스풀홈(275)에는 후방 우측 모서리가 깎여 형성된 홈 챔퍼(275a)가 형성되어 있다.

이에, 압력실(241)에서 형성된 오일의 압력이 소정치 이하이면, 오일은 플런저(281)와 토출조인트(260)의 중심부에서 의해 형성된 공간을 통과하여 토출조인트(260)의 좌측을 통해 압력 호스(225)로 토출된다. 즉, 오일은 토출 유로(243)로 토출되고 바이패스 유로(245)로 바이패스 되지 않는다.

또한, 압력실(241)에 형성된 오일의 압력이 소정치보다 높아지면, 오일의 높아진 압력이 스풀(270)을 가압하여 오른쪽으로 이동시킨다. 즉, 스풀(270)은 도 3과 같은 상태로 놓여진다. 이에, 토출 유로(243)의 오일 일부는 플런저(281)와 토출조인트(260)의 중심부에서 의해 형성된 공간을 통과하고, 나머지는 스풀(270)의 이동에 의해 형성된 경사부(245a)와 헤드(273) 사이의 공간을 통해 바이패스 유로(245)로 안내되어 흡입 유로(244)로 안내된다. 여기서 바이패스되는 오일은 유출되는 오일의 방향과 근접하게 형성된 경사부(245a)의 각도(도 4a, 도 4b, 도 6a의 'θ' 참조)를 따라 안내되어 오일이 흐르는 과정에서 캐비테이션을 거의 발생시키지 않는다.

플런저(281)는, 토출조인트(260)의 중심부 유로에 이동 가능하게 배치되며, 단부에 직경이 대경부(281a)와, 대경부(281a)와 헤드(273) 사이에 직경이 다소 작 은 소경부(281b)를 구비한다. 플런저(281)의 대경부(281a) 및 소경부(281b)는 원형 막대 형상이 바람직하다.

또한, 방식부재(290)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 바이패스 유로(245)를 형성하며, 하우징(240)의 재질보다 침식에 강한 합금강 내지 강철제를 선택하는 것이 바람직하다.

밸런스 유로(247)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 토출조인트(260)로 토출되는 고압의 오일 압력과 스풀(270)의 우측단의 압력이 균형을 이루도록 형성되어 있다.

여기에서 바이패스 유로(245)의 형상은, 도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 스풀축선(A)에서 멀어질수록 점점 좁아진다.

즉, 경사부(245a)는 스풀축선(A)의 수직방향과 소정 각도(θ)로 기울어져 있다. 경사부(245a)의 각도(θ)는 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 유출되는 오일의 유출 방향과 스풀축선(A)의 수직 방향이 이루는 각도와 근접되는 것이 바람직하다.

또한, 격벽부(245b)는 경사부(245a)에서 연장되어 격벽을 형성하여 다양한 형상을 가질 수 있으나 스풀축선(A)과 실질적으로 평행인 것이 바람직하다. 그리고, 필요에 따라 격벽부(245b)는 둥근 원호 형상으로 마련되어 바이패스 유로(245)를 따라 흐르는 오일이 원활하게 흐르도록 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 효과를 시뮬레이션 결과에 근거한 사시도인 도 5b 및 도 5b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5a 및 도 5b는 각각 종래기술 및 본 발명에 따라 토출 유로(143, 243)에서 바이패스 유로(145, 245)로 흐르는 오일의 캐비테이 션 발생하는 영역을 나타낸 사시도이다.

본 시뮬레이션에 적용된 조건을 살펴보면 다음과 같다. 조향펌프(230)의 분 당 회전수(RPM)는 1750 또는 3000 이며, 조향펌프(230)의 바이패스 압력은 120bar 로 한다. 또한, 오일은 비압축성이며, 토출 이론 유량은 분당 1 리터(liter)로 유량의 변동을 고려하지 않았다. 또한, 스풀(270)과 토출 유로(243) 사이에서 누출되는 오일은 없는 것으로 한다.

여기서, 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 오일이 누출되면서 캐비테이션이 발생하는 원인은, 바이패스 되는 오일이 유출되는 방향과 경사부(245a)가 스풀축선(A)의 수직방향과 이루는 각도 차이(이하에서 '원인 ①' 이라 함), 바이패스 유로(245)와 스풀(270) 사이에서 발생하는 좁은 틈(이하에서 '원인 ②' 라 함), 높은 바이패스 속도에 의한 압력 강하(이하에서 '원인 ③' 이라 함), 바이패스 유로(245)의 공간이 커서 바이패스 유로(245)에서 오일이 회전하면서 회전 중심부에서 압력강하(이하에서 '원인 ④' 라 함) 등인 것을 해석된다. 또한, 캐비테이션 발생 요인 중에서 1750 RPM에서는 주로 원인 ① 및 원인 ②가, 3000 RPM에서는 주로 원인 ③ 및 원인 ④가 각각 주 원인인 것으로 해석된다.

이러한 조건 하에서 시뮬레이션 한 결과 중 엔진의 분 당 회전수가 1750인 경우에, 도 5b를 도5a와 비교하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 엔진의 분 당 회전수가 3000인 경우는 분 당 회전수가 1750인 경우와 유사하여 사시도를 생략하였다.

도 5b의 캐비테이션 발생 영역(도 5b의 "B"참조)은 도 5a의 캐비테이션 발생 영역(도 5a의 "A"참조)에 비해 약 70~80% 포인트 줄어든다는 사실을 알 수 있다. 여기서, 캐비테이션 발생 영역은 캐비테이션이 발생할 확률이 70% 포인트인 영역을 의미한다. 즉, 기포 등이 약 70% 포인트이고, 오일이 약 30% 포인트인 영역을 의미한다. 여기서, 전술한 캐비테이션의 발생 원인과 연관지어 본 발명에 따라 캐비테이션 발생을 줄이기 위해 개선한 내용, 구체적인 수치의 일예, 효과 등을 각각 살펴보면 다음과 같다.

전술한 원인 ① 에 의해 발생되는 캐비테이션을 주로 감소시키기 위해 경사부(245a)는 스풀축선(A)의 수직 방향과 소정 각도(θ)를 이루는 것이 바람직하다는 결과를 얻을 수 있었다. 여기서, 스풀축선(A)의 수직 방향과 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 유출되는 오일의 유출 방향이 이루는 각도가 약 30도라는 사실이 시뮬레이션으로부터 밝혀졌다. 따라서, 경사부(245a)와 스풀축선(A)의 수직방향과 이루는 각도(θ)가 30도와 근접되는 경우 원인 ① 에 의해 발생되는 캐비테이션 발생 영역이 매우 줄어든다는 사실도 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있다. 이에, 스풀축선(A)의 수직 방향과 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 유출되는 오일의 유출이 경사부(245a)를 따라 이루어질 수 있어 캐비테이션 발생을 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 전술한 원인 ②에 의해 발생하는 캐비테이션을 주로 감소시키기 위해 헤드(273)에는 단 챔퍼(273a)가 형성되어 있다. 즉, 종래의 단 챔퍼(173a)는 0.1 mm로 모서리를 깎아 내는(챔퍼링) 것을 본 발명의 단 챔퍼(273a)는 0.5 mm로 모서리를 깎아 내는 것으로 변경하고, 단 챔퍼(273a)의 챔퍼링 각도는 경사부(245a)가 스풀축선(A)의 수직 방향과 이루는 각도(도 4a, 도 4b 및 도 6a의 "θ" 참조)인 30도에 근접시키는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있다. 이에, 바이패스 유로(245)와 스풀(270) 사이에서 발생하는 틈 내지 간격을 보다 크게 하여 캐비테이션을 감소시킬 수 있다.

또한, 전술한 원인 ③에 의해 발생하는 캐비테이션을 주로 감소시키기 위해 스풀홈(275)의 폭을 감소하였다. 즉, 종래 스풀홈(175)의 폭은 5.4 mm(도 7의 "K2" 참조)이나, 본 발명의 스풀홈(275)의 폭은 3.0mm 로 변경(도 6A의 "H2" 참조)되는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있다. 또한, 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 들어온 오일의 흐름이 보다 안정적으로 흡입 유로(244)로 안내되도록 스풀홈(275)의 후방 모서리에는 홈 챔퍼(275a)가 형성된다. 일예로, 본 발명에 따른 홈 챔퍼(275a)는 0.5 mm로 챔퍼링 되고 챔퍼링되는 각도는 45도인 것이 바람직하다. 이에, 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 들어온 오일의 흐름을 단 챔퍼(273a)가 형성된 근처 영역으로 유입시켜 유입되는 오일의 압력강하를 방지할 수 있다.

마지막으로, 전술한 원인 ④에 의해 발생하는 캐비테이션을 주로 감소시키기 위해 바이패스 유로(245)의 공간을 줄이는 것이 바람직하다. 즉, 종래의 토출 유로(143)의 외측에서 격벽부(145b)까지의 거리(도 7의 "K1" 참조)인 3.46 mm 를 본 발명에서 2.5 mm 로 변경(도 6A의 "H1"참조)하였다. 아울러, 종래의 격벽부(145b)의 중앙부 형상은 삼각형이었으나, 본 발명의 격벽부(245b) 중앙부와 좌우측부가 평평하게 형성되어 격벽부(245b)가 스풀축선(A)과 실질적으로 평형하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 다른 실시예로 격벽부(245b)의 형상을 원호 형상으로 둥글게 형성(도 4b 참조)하여도 바이패스 유로(245)를 따라 흐르는 오일의 유로를 원활하게 유지할 수 있어 캐비테이션 발생을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 이에, 바이패스 유로(245)의 불필요한 공간을 축소시켜 바이패스 유로(245)에서 오일의 불필요한 회전에 따른 손실을 감소시킬 수 있다.

이에, 캐비테이션 발생 영역이 줄어들어 바이패스 유로(245)를 형성하는 경사부(245a) 내지 격벽부(245b)의 침식이 줄어든다. 또한, 캐비테이션이 줄어들어 바이패스 시의 소음 및 맥압이 줄어들 수 있다. 따라서, 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 조향펌프(230)의 작동 과정을 도 6A, 도 6B 와 종래의 조향펌프를 도시한 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 토출 유로(243)에서 바이패스 유로(245)로 유출되는 오일은 고압이며 그 유속 또한 매우 빠른 반면, 바이패스 유로(245)에 있던 오일은 상대적으로 저압이며 그 유속 또한 매우 느리다. 이러한 압력 및 속도 차이로 특히, 바이패스 유로(245)로 오일이 처음 유입되는 순간에 바이패스 유로(245)로 유입되는 오일 흐름 주위에서 압력이 급격하게 떨어져 캐비테이션이 발생된다.

특히, 종래의 조향펌프에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 경사부(145a)가 스풀축선의 수직방향과 거의 수직으로 형성되거나 스풀홈(175)의 폭이 넓거나 단 챔퍼(173a)가 불충분하거나 스풀축선에서 격벽부(145b)까지의 거리가 먼 경우에 캐비테이션이 발생하기 쉽다.

이에, 종래의 조향펌프(미도시)에서는 흐름 주위로 기포가 발생되어 기포가 경사부(145a) 내지 격벽부(145b)에 충돌하여 파괴되면서 침식이 발생되거나, 소음이 크며, 맥압이 발생될 수 있다. 이 때, 토출 유로(143)에서 바이패스 유로(145)로 유출되는 오일의 압력이 높으면 높을수록 압력의 차이가 더 심해 캐비테이션 발생 영역은 더 넓어진다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 조향펌프(230)는, 도 6A에 도시된 바와 같이, 스풀축선(A)의 수직 방향과 경사부(245a)가 이루는 각도 등의 전술한 개선들을 통해 바이패스 유로(245)로 유입하는 오일을 흡입 유로(244)로 매우 안정적으로 안내할 수 있어, 캐비테이션이 발생되는 영역을 대폭 줄일 수 있다.

또한, 도 6B에 도시된 바와 같이, 토출 유로(243)를 들어온 오일은 오른쪽의 바이패스 유로(245)를 통과하고 상하 방향의 스풀홈(275)을 거쳐서 흡입유로로 원활하고 안정적으로 배출되어 캐비테이션이 현저하게 줄어든다.

전술한 원인 ① 내지 원인 ④에 따른 캐비테이션을 감소시키기 위해 본 발명에 따른 각 구성 요소의 수치는 본 발명의 일실시예로 본 발명은 이러한 수치 범위에 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다. 즉, 조향펌프(230)의 크기, 용량, 회전수 등에 따라 전술한 수치의 일예는 다양하게 변경될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 조향장치의 개략적인 회로도,

도 2는 도 1의 조향펌프의 정면도,

도 3은 도 2의 유량조절밸브의 단면도,

도 4a 및 도 4b는 도 3의 "Ⅳ"부분을 확대하여 도시하여 다른 실시예를 나타낸 확대 단면도,

도 5a 및 5b는 시뮬레이션 결과에 따라 각각 종래기술과 본 발명에서 캐비테이션 발생 영역을 비교하기 위한 사시도,

도 6a는 본 발명에 따른 조향펌프의 작동 과정을 설명하기 위해 바이패스 유로 영역을 확대한 단면도,

도 6b는 도 3의 ⅥB-ⅥB 선을 따라 절취한 단면도,

도 7은 종래기술에 따른 조향펌프의 작동 과정을 설명하기 위해 바이패스 유로 영역을 확대한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 조향장치 211 : 조향 휠

213 : 파워실린더 215 : 조향축

217 : 컨트롤밸브 221 : 리저버

223 : 흡입 호스 225 : 압력 호스

227 : 리턴 호스 230 : 조향펌프

240 : 하우징 241 : 압력실

243 : 토출 유로 244 : 흡입 유로

245 : 바이패스 유로 245a : 경사부

245b : 격벽부 247 : 밸런스 유로

249 : 구동축

250 : 유량조절밸브 260 : 토출조인트

270 : 스풀 273 : 헤드

273a : 단 챔퍼 275 : 스풀홈

275a : 홈 챔퍼 281 : 플런저

281a : 대경부 281b : 소경부

290 : 방식부재

Claims (5)

1. 펌프에서 토출되는 오일 유량을 제어하는 유량조절밸브를 갖는 조향펌프에 있어서,

   일측은 오일이 흡입되는 흡입 유로와 타측은 오일이 토출되는 토출 유로와 연통되며, 압력실을 갖는 하우징과;

   오일을 외부로 토출가능하게 상기 토출 유로의 단부에 결합되는 토출조인트와;

   상기 토출 유로에서 분기되어 오일을 상기 흡입 유로로 안내하는 바이패스 유로와;

   상기 토출 유로에 의해 안내되는 축선을 따라 이동 가능하게 마련되어 상기 토출조인트와 연동되며, 상기 압력실에서 토출되는 오일의 압력에 따라 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개방하는 스풀;을 구비하며,

   상기 바이패스 유로는 상기 스풀축선에서 멀어질수록 점점 좁아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조향펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 유로는

   상기 스풀축선의 수직 방향과 기울어진 경사부와;

   상기 경사부에서 연장되어 격벽을 형성하는 격벽부;를 포함하며,

   상기 경사부와 상기 스풀축선의 수직 방향이 이루는 각도는 상기 토출 유로에서 상기 바이패스 유로로 유출되는 오일의 방향과 상기 스풀축선의 수직방향이 이루는 각도와 근접하게 형성된 것을 특징으로 하는 조향펌프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스풀은,

   상기 토출조인트 측에 형성된 헤드와;

   상기 헤드 단부에서 연장되어 함몰 형성된 스풀홈;을 구비하며,

   상기 헤드에는 상기 토출조인트 측의 모서리가 깎여 형성된 단 챔퍼가 마련되고,

   상기 스풀홈에는 후방 모서리가 깎여 형성된 홈 챔퍼가 마련된 것을 특징으로 하는 조향펌프.
4. 제3항에 있어서,

   상기 바이패스 유로는 상기 하우징보다 침식에 강한 재질인 강철제 또는 합금강 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조향펌프.
5. 제2항에 있어서,

   상기 격벽부는 둥근 원호 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조향펌프.

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