KR101058577B1 - 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프포트의 압력이 없는 비상시 인력만에 의해서도 조향장치의 회전이 가능하도록 상호 축방향으로 연결되어 기계적으로 병행하여 작동되는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 구비하되, 정상시와 비상시를 구분하여 상기 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 상호 유압적으로 연통 및 차단하는 시프트밸브가 정상시 펌프압력과 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 이동되도록 상기 시프트밸브에 유로가 형성됨으로써 종래기술에서와 같이 시프트밸브가 펌프압력과 탱크압력의 차인 시스템압력에 의해 이동되는 경우 발생될 수 있는 고압에 의해 지로터를 포함한 내부 부품이 마모되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은, 조향 우선밸브의 CF포트에 연결된 펌프포트와, 작동유탱크에 연결된 탱크포트와, 조향 우선밸브의 LS포트에 연결된 로드센싱라인이 구비되고, 조향장치가 연결되는 조향밸브가 구비되어 유압에 의해 상기 조향장치의 회전을 보조하는 파워 스티어링 유닛에 있어서, 내부에 축방향으로 길게 보어가 형성되되, 상기 보어를 밀폐하도록 그 일단 및 타단에 각각 장착되는 캡과 밸브플레이트가 구비된 시프트밸브 하우징과; 상기 시프트밸브 하우징의 밸브플레이트에 밀착되게 결합되고, 상호 축방향으로 연결된 상태에서 기계적으로 병행하여 회전되며 회전에 의한 용적변화에 의해 상기 조향장치에 유압을 가하는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 저용량 지로터로 이루어진 이중 지로터와; 상기 시프트밸브 하우징의 보어에 구비되어 상기 펌프포트의 작동여부에 따라 상기 보어의 축방향을 따라 왕복이동되도록 일단부는 상기 펌프포트와 연통된 펌프유로에 연결되고 타단부는 복귀스프링에 의해 탄성지지되며, 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통 및 차단되도록 하는 작동유로가 형성되되, 상기 작동유로는 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통되도록 하는 정상작동유로와, 상기 펌프포트가 작동하지 않는 비상시의 경우 인력만에 의해서도 상기 조향장치의 회전이 가능하도록 상기 대용량 지로터의 회전에 의한 용적변화가 상기 대용량 지로터 내부에서 서로 연결되도록 하는 비상작동유로로 이루어진 시프트밸브를 포함하여 구성되되, 상기 시프트밸브는, 타단부가 상기 로드센싱라인과 연통되는 컨트롤유로에 연결되어, 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 펌프유로를 통한 펌프압력과 상기 컨트롤유로를 통한 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 타단부 방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛{DUAL GEROTOR TYPE POWER STEERING UNIT}

본 발명은 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프포트의 압력이 없는 비상시 인력만에 의해서도 조향장치의 회전이 가능하도록 상호 축방향으로 연결되어 기계적으로 병행하여 작동되는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 구비하되, 정상시와 비상시를 구분하여 상기 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 상호 유압적으로 연통 및 차단하는 시프트밸브가 정상시 펌프압력과 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 이동되도록 상기 시프트밸브에 유로가 형성됨으로써 종래기술에서와 같이 시프트밸브가 펌프압력과 탱크 압력의 차인 시스템압력에 의해 이동되는 경우 발생될 수 있는 고압에 의해 내부 부품이 마모되거나 손상되는 것을 쉽게 방지할 수 있는 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 구비된 조향장치는 주행 중인 차량의 진행방향을 운전자의 의지대로 전환시키기 위한 장치를 말한다. 특히, 중장비의 경우 유압에 의해 상기 조향장치의 회전을 보조하는 장치로서 랙과 피니언이나 웜기어등의 기계적인 동력전달 없이 유압연결만으로 작동을 하는 파워 스티어링 유닛을 사용하게 된다.

이러한 파워 스티어링 유닛은 유압만을 사용하는 전유압식 장치이지만 지로터의 작동특성에 의해 기본적으로 도로주행용 차량과 같이 파워스티어링이 불가능한 경우에는 인력만으로 작동하는 조향으로 작동한다.

하지만, 장비가 거대해지면서 기본적인 형태의 파워스티어링 유닛을 사용할 경우 인력만으로 비상조향이 불가능해지게 되었다. 이에 따라 비상시에도 인력만으로 조향이 가능한 기능이 추가된 파워스티어링 유닛이 필요하게 되었고, 이러한 요구에 맞게 다양한 형태의 방법이 제시 되었으나 가장 효과적이며 현재 많이 쓰이는 방법은 이중지로터를 사용하는 것이다.

이중 지로터 타입 파워스티어링 유닛을 사용하여 비상시에 인력만으로 차량의 조향이 가능하게 하는 최초의 종래기술은 독일 특허등록 DE2228531(1973. 2. 12. 등록, Hilfskraftlenkeinrichtung)에 개시되어 있다. 즉, 종래기술의 장치는 파워 스티어링 유닛의 내부에 상호 용량이 다른 2개의 지로터를 상호 축방향으로 연결하고, 왕복이동되며 상기 2개의 지로터가 유압적으로 연통 및 차단되도록 하는 시프트밸브를 구비함으로써, 비상시에는 용량이 작은 지로터의 회전에 의해 인력만에 의해서도 조향장치의 회전이 가능하도록 한 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛인 것이다.

상기 이중 지로터 타입 파워스티어링 유닛은 2개의 파워스티어링 유닛을 사용하는 기존의 방법을 획기적으로 개선한 것이다. 하지만, 상기와 같은 종래기술은 정상작동시 상기 시프트밸브가 펌프포트와 탱크 포트의 압력차인 시스템압력에 의해 시프트밸브가 고압으로 작동되고, 고압에 의해 시프트밸브가 밀리며 결국 지로터를 포함한 내부 부품의 마모 및 손상을 초래하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점를 해결하기 위하여 또 다른 종래기술로 미국 특허등록 US6016656(2000. 1. 5 등록)에는 시프트밸브의 지로터 방향으로의 이동을 제한하는 이동방지수단을 구비한 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛이 개시되어 있다.

도 1a 내지 도 1c는 상기 미국 특허등록 US6016656에 개시된 종래기술에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도, 측단면도 및 시프트밸브의 사시도를 도시한 것이다. 도면을 살펴보면 종래기술에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 시프트밸브(12')가 펌프포트(P)의 압력 및 복귀스프링(11')에 의하여 왕복이동되며 상호 용량이 다른 2개의 지로터(5', 6')가 유압적으로 연통 및 차단되도록 구성되는데, 상기 펌프포트(P)의 압력이 작용하는 정상시 상기 시프트밸브(12')가 상기 2개의 지로터(5', 6') 방향으로 이동되는 것이 제한되도록 상기 시프트밸브(12')의 선단 가장자리 따라 돌기(26')가 형성되고, 시프트밸브 하우징 보어(14')에는 상기 돌기(26')가 걸려 이동이 제한되도록 하는 멈춤면(28')이 형성되어 있다.

즉, 종래기술에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 펌프포트(P)의 압력이 작용하는 정상시의 경우 상기 펌프포트(P) 및 탱크포트(T)의 압력차인 시스템압력에 의해 상기 시프트밸브(12')가 상기 지로터(5', 6')가 위치된 밸브플레이트(25') 방향으로 이동되고, 펌프포트(P)의 압력이 작용하지 않는 비상시의 경우 복귀스프링(11')에 의해 상기 시프트밸브(12')가 시프트밸브 하우징 보어(14')를 밀폐하는 캡(15') 방향으로 이동되는 구조이다. 이렇게 함으로써 종래기술의 단점이었던 내부부품의 마모와 손상을 방지할 수 있었다.

하지만, 이러한 구조로 인해 상기 시프트밸브(12')에 돌기(26')가 형성됨으로써 그 길이만큼 상대적으로 시프트밸브 하우징의 길이가 길어지게 되며, 나아가 상기 밸브플레이트(25')의 선단이 맞닿는 캡(15')에는 상기 밸브플레이트(25')의 선단 일부분을 수용할 수 있는 어떠한 홈도 형성되어 있지 않아 시프트밸브 하우징의 길이가 더욱 길어질 수밖에 없는 문제점이 있었다.

게다가, 종래기술에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 최대 조향시(Steering End) 고압에 의한 변형에 의해 커지는 틈새에서 흘러가는 내부 누유량이 많아짐으로써 스티어링휠이 정지되지 않고 미끄러지는 현상 즉, 슬립(Slip) 현상이 나타나는 문제점이 다른 일반적인 파워 스티어링 유닛과 동일하게 있었다. 이러한 슬립(Slip) 현상을 줄이기 위해서는 지로터 내치에 홈가공등의 추가적인 가공을 통해야 하는 문제점도 가지고 있었다. 이러한 문제점은 거대한 크기와 제품 비용증가의 문제점을 가져왔고, 안전을 위해 필요한 비상조향기능의 파워스티어링 유닛을 차량에 적용하는데 상당히 큰 걸림돌이 되었다.

상기 파워 스티어링 유닛은 크게 오픈 센터 타입 스티어링 시스템(Open Center Type Sterring System)과 로드 센싱 타입 스티어링 시스템(Load Sensing Type Steering System)으로 대별되는데, 상기 오픈 센터 타입 스티어링 시스템은 가장 단순하면서도 상당히 효과적인 시스템으로 대부분 트랙터와 일부의 지게차등에서 채택되어 쓰인다. 반면에 로드 센싱 타입 스티어링 시스템은 대부분의 지게차, 휠로더, 휠굴삭기등의 중대형장비에 쓰인다.

이러한 로드 센싱 타입 스티어링 시스템의 작동은 미국 특허공보 US4620416(Load Sensing System)에 잘 나와 있다. 이러한 시스템에서 조향과 관련된 중요한 제어인자로서 컨트롤 압력이 있다.

도 3은 펌프포트와 LS라인의 압력차인 컨트롤압력의 조향 우선 밸브의 스풀(Spool) 이동에 따른 변동을 그래프로 보여준 것이다. 여기에서 보이는 이론곡선의 최소값이 통상 부르는 컨트롤압력으로서 작동 중 대부분의 경우 어느 정도 일정함을 알 수 있다. 펌프포트의 압력은 최대 150bar 내지 180bar로서 고압임에 반하여 컨트롤압력은 통상 4.5bar, 7bar, 10bar, 15bar로서 고압은 아니면서도 시프트밸브를 작동시키기에는 충분한 압력이다.

종래기술에서는 시프트밸브를 작동시키는데 이러한 컨트롤압력을 전혀 활용하지 못하고 고압의 펌프포트의 압력만을 이용하는 실정이었으나, 이러한 컨트롤 압력을 시프트밸브의 작동에 사용한다면 중대형 장비에 사용되는 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서 고압사용에 따라 발생하는 파워스티어링 유닛의 기존문제점을 해결할 수 있을 것이다.

상기한 종래기술로 독일 특허등록 DE228531이나 미국 특허등록 US6016656에 개시된 파워 스티어링 유닛들은 오픈 센터 타입 스티어링 시스템에 적용하는 기술이었고, 또 다른 종래기술로서 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서의 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 미국 특허등록 US5806561호에 개시되어 있다.

상기 종래기술은 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서 휠진동(Wheel Kickback)등에 의해 비상시에 조향이 매끄럽지 못한 문제점을 보완하기 위해 세이프티 밸브(Safety Valve)를 추가하여 비상조향시에 조향이 매끄럽게 되도록 하였다.

도 2는 상기 미국 특허등록 US5806561호에 개시된 종래기술에 따른 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서의 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도이다. 도면을 살펴보면 도 2는 도 1a에서와는 달리 조향 우선 밸브(12") 및 로드센싱라인(LS)이 존재하기는 하나 이는 상술한 바와 같이 오픈 센터 타입 스티어링 시스템과 로드 센싱 타입 스티어링 시스템과의 작동에 의한 차이점을 반영한 것일 뿐 시프트밸브(shut-off valve, 8")의 작동은 도 1a의 오픈 센터 타입 스티어링 시스템에서와 마찬가지로 펌프포트(P)와 탱크포트(T)의 압력차인 시스템압력에 의해서 작동됨으로써 종래기술 독일 특허등록 DE228531이나 미국 특허등록 US6016656에 나타나는 문제점이 동일하게 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 펌프포트의 압력이 없는 비상시 인력만에 의해서도 조향장치의 회전이 가능하도록 상호 축방향으로 연결되어 기계적으로 병행하여 작동되는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 구비하되, 정상시와 비상시를 구분하여 상기 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 상호 유압적으로 연통 및 차단하는 시프트밸브가 정상시 펌프압력과 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 이동되도록 상기 시프트밸브에 유로가 형성됨으로써 종래기술에서와 같이 시프트밸브가 펌프압력과 탱크압력의 차인 시스템압력에 의해 이동되는 경우 발생하는 하중에 의해 지로터를 포함한 내부 부품이 쉽게 마모되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 이중 지로터 타입 파워 스티어링을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 펌프포트의 압력이 작용하는 정상시 시프트밸브가 이중 지로터가 위치한 방향의 반대 방향인 캡방향으로 이동되도록 배치함으로써 정상시 상기 시프트밸브의 이동에 의해 상기 이중 지로터가 손상될 수 있는 상황을 원천적으로 배제하고, 펌프포트에 연결된 유로가 종래기술과 달리 시프트 밸브의 반대방향에 연결됨으로써 틈새를 줄이기 위해 새로운 유로를 형성하는 등의 가공이 필요없이 슬립(Slip)현상을 방지할 수 있으며, 캡에 상기 시프트밸브의 일부분을 수용할 수 있는 밸브 수용홈을 형성하여 시프트밸브 하우징의 길이를 줄임으로써 협소한 공간에서도 장착이 가능하고 다양한 분야에 이용할 수 있도록 한 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은, 조향 우선밸브의 CF포트에 연결된 펌프포트와, 작동유탱크에 연결된 탱크포트와, 조향 우선밸브의 LS포트에 연결된 로드센싱라인이 구비되고, 조향장치가 연결되는 조향밸브가 구비되어 유압에 의해 상기 조향장치의 회전을 보조하는 파워 스티어링 유닛에 있어서, 내부에 축방향으로 길게 보어가 형성되되, 상기 보어를 밀폐하도록 그 일단 및 타단에 각각 장착되는 캡과 밸브플레이트가 구비된 시프트밸브 하우징과; 상기 시프트밸브 하우징의 밸브플레이트에 밀착되게 결합되고, 상호 축방향으로 연결된 상태에서 기계적으로 병행하여 회전되며 회전에 의한 용적변화에 의해 상기 조향장치에 유압을 가하는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 저용량 지로터로 이루어진 이중 지로터와; 상기 시프트밸브 하우징의 보어에 구비되어 상기 펌프포트의 작동여부에 따라 상기 보어의 축방향을 따라 왕복이동되도록 일단부는 상기 펌프포트와 연통된 펌프유로에 연결되고 타단부는 복귀스프링에 의해 탄성지지되며, 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통 및 차단되도록 하는 작동유로가 형성되되, 상기 작동유로는 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통되도록 하는 정상작동유로와, 상기 펌프포트가 작동하지 않는 비상시의 경우 인력만에 의해서도 상기 조향장치의 회전이 가능하도록 상기 대용량 지로터의 회전에 의한 용적변화가 상기 대용량 지로터 내부에서 서로 연결되도록 하는 비상작동유로로 이루어진 시프트밸브를 포함하여 구성되되, 상기 시프트밸브는, 타단부가 상기 로드센싱라인과 연통되는 컨트롤유로에 연결되어, 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 펌프유로를 통한 펌프압력과 상기 컨트롤유로를 통한 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 타단부 방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은, 상기 시프트밸브는, 일단부가 상기 밸브플레이트를 향하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은, 상기 캡은, 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 컨트롤압력에 의해 상기 캡을 향하는 방향으로 이동되는 상기 시프트밸브의 타단부 일부가 수용될 수 있도록 내측에 밸브수용홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 이중 지로터를 사용하는 타입으로 하나의 파워 스티어링 유닛만으로도 비상시 인력만에 의해서도 조향장치의 회전이 가능한 효과가 있고, 정상작동시에는 대형중장비의 원활한 조향이 이루어지도록 조향력을 보조하는 기능을 한다. 또한 정상시와 비상시를 구분하여 상기 대용량 지로터 및 소용량 지로터를 상호 유압적으로 연통 및 차단하는 시프트밸브가 정상시 펌프압력과 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 이동되도록 상기 시프트밸브에 유로가 형성됨으로써 기존 기술의 문제점인 고압에 의해 지로터를 포함한 내부 부품이 쉽게 마모되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 펌프포트의 압력이 작용하는 정상시 시프트밸브가 이중 지로터가 위치한 방향의 반대 방향인 캡방향으로 이동되도록 배치됨으로써 정상시 상기 시프트밸브의 이동에 의해 상기 이중 지로터가 손상될 수 있는 상황을 원천적으로 배제하고, 슬립현상을 방지할 수 있으며, 캡에 상기 시프트밸브의 일부분을 수용할 수 있는 밸브수용홈을 형성하여 시프트밸브 하우징의 길이를 줄일 수 있게 되어 협소한 공간에서도 장착이 가능하도록 하고 다양한 분야에 이용할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 오픈 센터 타입 스티어링 시스템에서의 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도, 측단면도 및 시프트밸브의 사시도
도 2는 종래기술에 따른 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서의 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도
도 3은 컨트롤압력의 값을 도시한 그래프
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 측단면도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시프트밸브의 사시도

본 발명은 펌프포트(P)는 조향 우선밸브(PV, Priority Valve)의 CF포트, 탱크포트(T)는 작동유탱크(Tank)에, 로드센싱라인(LS)은 조향 우선밸브(PV)의 LS포트에 그리고 L, R 포트는 조향장치(L,R)에 연결된 하우징과 컨트롤셋(Control Set)로 이루어진 조향밸브(SV)가 구비되어 운전자의 회전입력에 따라 지로터(Gerotor)를 통해 나가는 유량을 제어하여 상기 조향장치(L, R)의 회전을 보조하는 로드 센싱 타입 스티어링 시스템(Load Sensing Type Steering System)에 쓰이는 파워 스티어링 유닛에 관한 것이다.

또한, 상기 파워 스티어링 유닛과 함께 쓰이는 상기 조향 우선밸브(PV)는 차량 유압 구성품 작동의 우선 순위를 제어하는 유체조절 밸브를 말하는데, 차량에서는 유압이 작업장치(미도시)보다 파워 스티어링 유닛에 우선적으로 즉, 조향장치(L, R)에 우선적으로 배정되도록 하는 역할을 한다. 이것은 로드센싱라인(LS)을 통해 컨트롤압력(Control Pressure)을 스티어링 유닛 내의 특정 제어부분에 항상 어느 정도 일정하게 유지함으로써 우선적인 유량공급이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 로드 센싱 타입 스티어링 시스템은 중장비에서 일반적으로 사용되는 기술이며 배경기술에서 상술한 바 있으므로 상기의 조향 우선밸브(PV)와 상기의 파워 스티어링 유닛의 일반적인 구성과 작동에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도면에 도시된 실시 예를 참조하여 본 발명에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 비상조향 관련 작동 메카니즘(Mechanism)과 장점을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 측단면도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시프트밸브의 사시도이다.

도면을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 시프트밸브 하우징(10)과, 이중 지로터(20)와, 시프트밸브(30)를 포함하여 구성된다.

상기 시프트밸브 하우징(10)은 내부에 상기 시프트밸브(30)를 수용한 상태에서 양단을 밀폐하고, 타단에 상기 이중 지로터(20)가 결합되도록 하는 구성으로 내부에 보어(11)가 형성되고, 캡(12) 및 밸브플레이트(13)가 구비되어 있다.

상기 보어(11)는 상기 시프트밸브 하우징(10)의 내부에 축방향으로 길게 형성되는데, 상기 보어(11)에 상기 시프트밸브(30)가 축방향을 따라 왕복가능하게 구비된다.

상기 캡(12)은 상기 보어(11)에 상기 시프트밸브(30)가 수용된 상태에서 상기 보어(11)의 일단을 밀폐하도록 상기 시프트밸브 하우징(10)의 일단에 장착되고, 내측에 밸브수용홈(121)이 형성되어 있다.

상기 이중 지로터(20)는 상기 밸브플레이트(13)에 밀착되게 결합되고, 상호 축방향으로 연결된 상태에서 기계적으로 병행하여 회전되며 회전에 의한 용적변화에 의해 상기 조향장치(L, R)에 유압을 가하는 상호 용량이 다른 대용량 지로터(21) 및 소용량 지로터(22)로 이루어져 있다.

상기 이중 지로터(20)는 종래기술에서와 마찬가지로 상기 시프트밸브(30)에 의해 상호 유압적으로 연통 및 차단되며, 상기 펌프포트(P)가 작동되지 않는 비상시 인력만에 의해서도 상기 조향장치(L, R)의 회전이 가능하도록 한다.

상기 이중 지로터(20)의 구체적인 구성 및 작용은 종래기술에서 언급한 바와 같이 공지기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

반면에, 본 발명은 종래 기술과는 달리 로드 센싱 압력(Load Sensing Pressure)이 탱크 압력 대신에 상기 시프트밸브(30)의 한쪽 단에 연결이 되는 구조인데 이는 도 4에 잘 나타나 있다.

상기 시프트밸브(30)의 유압연결 회로가 종래기술에서 변경되었으므로, 종래의 기술에서는 언급되지 않은 비상조향과 정상 작동시 상기 시프트밸브(30)의 이동에 따른 유로의 형성과 작동유의 흐름에 관해 상세한 설명과 비교가 필요하다.

오픈 센터 타입 파워 스티어링 시스템(Open Center Type Steering System)에서 작동하는 종래 기술에서는 동력에 의해 펌프포트가 작동하기 시작하면 중립손실압력이 조향밸브에 작용한다. 이 압력차에 의해 발생하는 힘은 시프트밸브 전후에 작용하는데 보통의 경우 중립손실압력이 작기 때문에 시프트밸브를 밀기에는 부족하다. 이때 파워 스티어링 유닛이 작동하게 되면 여기에 따라 펌프 압력이 증가하게 되고 비로서 시프트밸브가 작동하게 된다. 시프트밸브가 작동해서 이동하면 밀리는 시프트밸브 공간 내에 있는 작동유는 탱크포트와 연결된 유로를 통해서 빠져나가게 된다.

한편, 상기 오픈 센터 타입 스티어링 시스템에서 동력이 차단되면 펌프포트에서 오던 작동유가 멈추게 되고 압력도 사라진다. 따라서 스프링힘을 이기고 작동했던 시프트밸브는 스프링의 복원력에 의해 기름을 밀어내게 된다. 이때 작동유는 오픈 센터 타입 스티어링 시스템의 특성에 의해 파워 스티어링 유닛 내부를 통해서 순환하는 유로가 형성되고, 밀어내는 작동유에 의해 반대쪽을 채우게 되는 원리이다.

상기 오픈 센터 타입 스티어링 시스템에 쓰인 종래 기술 US6016656이 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에도 동일하게 사용될 수 있다.

로드 센싱 타입 스티어링 시스템(Load Sensing Type Steering System)에서는 파워 스티어링 유닛의 작동이 클로스드 센터 타입 스티어링 시스템(Closed Center Type Steering System)을 변형한 형태이므로 상기 오픈 센터 타입 스티어링 시스템(Open Center Type Steering System)과 작동이 약간 달라지게 된다.

즉, 상기 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서는 동력에 의해 펌프포트가 작동하게 되면 중립상태에서 펌프포트는 컨트롤압력(Control Pressure)에 해당하는 압력이 작용한다. 참고로 중립시에는 로드센싱(LS)포트의 압력은 거의 대기압과 동일하다. 보통의 시스템은 엔진시동 즉시 정상적인 컨트롤압력이 파워 스티어링 유닛에 작동하도록 되어있다. 이 컨트롤압력 값에 의해 즉시 시프트밸브가 작동한다. 시프트밸브가 작동해서 이동하면 밀리는 공간 내에 있는 작동유는 스티어링 유닛 내부를 거쳐 탱크포트와 연결된 유로를 통해서 빠져 나가게 된다.

한편, 상기 로드 센싱 타입 시스템에서 동력이 차단되면 펌프포트에서 오던 작동유가 멈추게 되고 압력도 사라진다. 따라서 스프링의 힘을 이기고 작동했던 시프트밸브는 스프링의 복원력에 의해 기름을 밀어내게 된다. 이때 작동유는 오픈 센터 타입 스티어링 시스템과는 달리 파워 스티어링 유닛 내부를 통해서 순환하는 유로가 형성되지 못하고 조향 우선밸브(Priority Valve)내의 유로를 통해서 순환하는 유로가 형성되는데, 파워 스티어링 유닛 자체에서는 로드센싱 라인(LS line)과 펌프포트 그리고 조향밸브에 연결되는 유로를 통한다. 따라서 시프트밸브가 밀어내는 작동유에 의해 반대쪽을 채울 수 있게 된다. 조향 우선 밸브를 통하기 위한 필수적인 순환유로는 펌프포트와 로드센싱 포트의 조향우선 밸브를 통한 연결이다.

도 4에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛의 유압회로도는 도 2에 도시된 종래기술에 따른 로드 센싱 타입 스티어링 시스템의 작동과 대부분 동일하지만, 상기 시프트밸브(30)에는 탱크포트(T)의 압력이 아닌 로드센싱라인(LS)의 압력이 항상 작용하게 되고, 이에 따라 정상 작동상태에서 상기 시프트밸브(30)가 이동하고 조향밸브(SV) 내부의 순환유로를 거쳐 탱크포트(T)로 작동유가 이동하게 된다.

반면에 비상작동으로 전환시에는 조향밸브(SV) 내부유로가 아닌 로드센싱라인(LS)을 통한 조향 우선밸브(PV) 내부의 순환유로를 통해 작동한다. 이는 종래의 기술과는 달리 조향밸브(SV)를 거치는 순간은 반대이지만, 파워 스티어링 유닛 외부 연결은 동일한 유로를 사용하며 흐름 방향이 동일하다는 것을 알 수 있다. 즉, 유로 연결이 바뀌었어도 상기 시프트밸브(30) 작동상의 특별한 문제점이 없음을 알 수 있다.

한편, 휠진동(Wheel Kickback) 현상을 방지하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 펌프포트 체크밸브(CV1)와 로드센싱라인 체크밸브(CV2)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 펌프포트 체크밸브(CV1)는 종래기술에서도 기본적으로 장착하여 사용하므로 오픈 센터 타입 스티어링 시스템이건 로드 센싱 타입 스티어링 시스템이건 간에 시프트밸브의 연결은 펌프포트 체크밸브(CV1) 앞에서 한다. 즉, 펌프포트 체크밸브(CV1)는 한 가지 연결 방법으로 오픈 센터 타입 스티어링 시스템과 로드 센싱 타입 스티어링 시스템에서 동시에 작동이 가능한 것이다.

한편, 상기 로드센싱라인 체크밸브(CV2)는 로드 센싱 타입 스티어링 시스템을 채택한 대형차량에 많이 쓰이는데, 휠진동(Wheel Kickback) 현상을 방지하는 기능을 하며, 종래의 기술 미국 특허등록 US5806561에서 세이프티 밸브(Safety Valve)를 사용하여 이러한 작용을 하였다. 본 발명에서도 상기 로드센싱라인 체크밸브(CV2)를 사용하였을 때에도 전술(前述)한 바와 같이 상기 시프트밸브(30)의 비상작동 전환과 정상작동 전환시 문제가 없음을 알 수 있다.

이제 구체적인 부품의 작동을 통해 본 발명이 이루고자 바를 자세히 살펴본다.

상기 시프트밸브(30)는 상기 시프트밸브 하우징(10)의 보어(11)에서 축방향으로 왕복이동되며 상기 대용량 지로터(21) 및 상기 소용량 지로터(22)가 상호 유압적으로 연통 및 차단되도록 하는 구성으로 펌프유로(31)에 연결되고, 복귀스프링(32)이 구비되며, 작동유로(33)가 형성되고, 컨트롤유로(34)에 연결되어 있다.

즉, 상기 시프트밸브(30)는 상기 시프트밸브 하우징(10)의 보어(11)에 구비되어 상기 펌프포트(P)와 상기 로드센싱포트(LS)의 작동여부에 따라 상기 보어(11)의 축방향을 왕복이동 되도록 일단부(30a)는 상기 펌프포트(P)와 연통된 펌프유로(31)에 연결되고 타단부(30b)는 로드센싱포트(34)에 연결되고 복귀스프링(32)에 의해 탄성지지되게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 상기 시프트밸브(30)의 일단부(30a)가 상기 밸브플레이트(13)를 향하는 방향으로 배치되고, 상기 시프트밸브(30)의 타단부(30b)와 상기 캡(12) 사이에 복귀스프링(32)이 구비되어 종래기술과는 달리 상기 밸브플레이트(13)에는 비상시에는 복귀스프링(32)에 의한 탄성가압력만이 작용하고, 정상작동시에는 펌프포트(P)의 압력이 가해지게 된다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 기술은 종래 기술과는 달리 상기 밸브플레이트(13)에 탱크포트(T)와의 연결을 위해 홀을 가공할 필요가 없으므로 정상작동시 펌프포트(P)의 압력이 가해져도 파손되거나 및 상기 이중 지로터(20)를 손상시킬 우려가 없게 된다.

더불어 본 발명의 일실시예 따른 기술은 파워 스티어링 유닛에서 발생하는 최대 조향시(Steering End)시 발생되는 슬립(Slip)현상을 방지하고자 틈새를 줄이기 위해 새로운 유로를 형성하는 등의 가공이 필요없이 상기 시프트밸브(30)의 일단(30a)에 가해지는 압력만을 이용하여 틈새를 줄여 방지할 수 있게 된다.

최대 조향시(Steering End)의 슬립(Slip) 현상은 스티어링 시스템이 최대 압력이 되는 최대 조향시에 고압에 의해 내부 부품이 변형이 일어나 틈새가 커지게 되고 이러한 틈새를 통해 내부 누유가 많아져, 운전대에 하중을 가하면 정지된 조향장치(L, R)와 상관없이 운전대가 미끌어지는(Slip) 현상을 말한다. 상기의 슬립현상과 이의 방지에 관한 사항은 종래기술 미국 특허등록 US5136844 등에 잘 나와 있는 기지(旣知)의 기술이므로 여기서의 언급은 생략한다.

상기 작동유로(33)는 상기 시프트밸브(30)가 왕복이동되며 상기 대용량 지로터(21) 및 상기 소용량 지로터(22)가 상호 유압적으로 연통 및 차단되도록 형성되는데 도 4에 도시된 바와 같이 정상작동유로(331)와, 비상작동유로(332)로 이루어져 있다.

즉, 상기 정상작동유로(331)는 상기 펌프포트(P)가 작동하는 정상시의 경우 상기 대용량 지로터(21) 및 상기 저용량 지로터(22)가 상호 유압적으로 연통되도록 형성되고, 상기 비상작동유로(332)는 상기 펌프포트(P)가 작동하지 않는 비상시의 경우 인력만에 의해서도 상기 조향장치(L, R)의 회전이 가능하도록 상기 대용량 지로터(21)의 회전에 의한 용적변화가 상기 대용량 지로터(21) 내부에서 서로 연결되도록 형성된다.

결국, 상기 펌프포트(P)가 작동하지 않는 비상시의 경우에는 상기 비상작동유로(332)에 의해 상기 대용량 지로터(21)의 회전에 의한 용적변화가 상기 대용량 지로터(21) 내부에서 서로 연결됨으로써 상기 저용량 지로터(22)의 회전에 의해 적은 유량이 배출됨으로 해서 인력만에 의해서도 상기 조향장치(L, R)가 회전가능하게 되는 것이다.

상기 컨트롤유로(34)는 상기 로드센싱라인(LS)과 상기 시프트밸브(30)의 타단부(30b)가 상호 연통되도록 하는 구성이다.

상기 컨트롤유로(34)의 구성으로 인하여 상기 펌프포트(P)가 작동하는 정상시의 경우 상기 펌프유로(31)를 통한 펌프압력과 상기 컨트롤유로(34)를 통한 로드센싱압력과의 차인 컨트롤압력에 의해 상기 시프트밸브(30)가 타단부(30b) 방향 즉, 본 발명의 일실시예에서는 상기 캡(12)을 향하는 방향으로 이동된다.

상기 캡(13)에는 정상작동시 상기 로드센싱라인(LS)의 압력과 함께 복귀스프링(32)의 탄성가압력이 작용한다. 이는 종래 기술에서 펌프압력이 작용하는 것과 큰 차이가 없다.

하지만, 상기 시프트밸브(30)가 상기 펌프포트(P)와 탱크포트(T)의 압력차인 시스템 압력에 의해 직접 이동되는 것이 아닌 시스템압력에 비해 저압이면서 일정한 압력을 갖는 컨트롤압력에 의해 이동됨으로써 본 발명의 일실시예에 따른 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 상기 시프트밸브(30)에 과도한 하중이 작용하지 않게 되는 것이다.

도 1b 또는 도 1c에 도시된 종래기술에서와 같이 시프트밸브(12')의 이동을 제한하는 수단으로서 돌기(26')를 형성하여 지로터의 마모와 파손을 방지하였지만, 본 발명의 일실시예에서는 시스템압력에 비해 20분의1 정도인 컨트롤압력(Control Pressure)에 의한 하중만이 상기 시프트밸브(30)에 가해지므로 종래기술에서와 같은 돌기의 형성은 필요가 없게 되고 부품의 단순화 및 전체적인 길이를 줄일 수 있게 되는 것이다.

상기 캡(12)은 상기 시프트밸브(30)와 함께 주어진 형상에 의해 시스템압력이 작용하여도 파손의 염려가 없고, 오히려 종래기술에서는 중앙부분이 과도하게 두꺼운 형상을 하고 있었다. 이러한 과도한 공간을 이제 상기 복귀스프링(32)를 지지하는 형상으로 가공하여 활용할 수 있다.

상기 시프트밸브(30)의 소형화와 상기 캡(12)의 여유공간 활용에 따라 일반적인 설계방법의 경우에는 15~20mm (약 8~10%)정도의 전체 제품길이 단축이 가능하게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경 된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

L, R 조향장치
PV 조향 우선밸브
SV 조향밸브
P 펌프포트
T 탱크포트
LS 로드센싱라인
10 시트트밸브 하우징
11 보어
12 캡
121 밸브수용홈
13 밸브플레이트
20 이중 지로터
21 대용량 지로터
22 저용량 지로터
30 시프트밸브
31 펌프유로
32 복귀스프링
33 작동유로
331 정상작동유로
332 비상작동유로
34 컨트롤유로

Claims (3)

1. 조향 우선밸브의 CF포트에 연결된 펌프포트와, 작동유탱크에 연결된 탱크포트와, 조향 우선밸브의 LS포트에 연결된 로드센싱라인이 구비되고, 조향장치가 연결되는 조향밸브가 구비되어 유압에 의해 상기 조향장치의 회전을 보조하는 파워 스티어링 유닛에 있어서,
   내부에 축방향으로 길게 보어가 형성되되, 상기 보어를 밀폐하도록 그 일단 및 타단에 각각 장착되는 캡과 밸브플레이트가 구비된 시프트밸브 하우징과;
   상기 시프트밸브 하우징의 밸브플레이트에 밀착되게 결합되고, 상호 축방향으로 연결된 상태에서 기계적으로 병행하여 회전되며 회전에 의한 용적변화에 의해 상기 조향장치에 유압을 가하는 상호 용량이 다른 대용량 지로터 및 저용량 지로터로 이루어진 이중 지로터와;
   상기 시프트밸브 하우징의 보어에 구비되어 상기 펌프포트의 작동여부에 따라 상기 보어의 축방향을 따라 왕복이동되도록 일단부는 상기 펌프포트와 연통된 펌프유로에 연결되고 타단부는 복귀스프링에 의해 탄성지지되며, 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통 및 차단되도록 하는 작동유로가 형성되되, 상기 작동유로는 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 대용량 지로터 및 상기 저용량 지로터가 상호 유압적으로 연통되도록 하는 정상작동유로와, 상기 펌프포트가 작동하지 않는 비상시의 경우 인력만에 의해서도 상기 조향장치의 회전이 가능하도록 상기 대용량 지로터의 회전에 의한 용적변화가 상기 대용량 지로터 내부에서 서로 연결되도록 하는 비상작동유로로 이루어진 시프트밸브를 포함하여 구성되되,
   상기 시프트밸브는, 타단부가 상기 로드센싱라인과 연통되는 컨트롤유로에 연결되어, 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 상기 펌프유로를 통한 펌프압력과 상기 컨트롤유로를 통한 로드센싱압력의 차인 컨트롤압력에 의해 타단부 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시프트밸브는, 일단부가 상기 밸브플레이트를 향하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛.
3. 제2항에 있어서,
   상기 캡은, 상기 펌프포트가 작동하는 정상시의 경우 컨트롤압력에 의해 상기 캡을 향하는 방향으로 이동되는 상기 시프트밸브의 타단부 일부가 수용될 수 있도록 내측에 밸브수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 지로터 타입 파워 스티어링 유닛.
   

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