KR101151459B1

KR101151459B1 - 유압 가변기 제어 장치

Info

Publication number: KR101151459B1
Application number: KR1020067001661A
Authority: KR
Inventors: 존 풀러
Original assignee: 토로트랙 (디벨로프먼트) 리미티드
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2012-06-01
Also published as: MXPA06000828A; JP4712701B2; ATE371127T1; US8641576B2; US20110105272A1; CA2546455A1; CN1833125B; EP1649199B1; CN1833125A; RU2006105653A; DE602004008475D1; BRPI0412817A; KR20060063917A; JP2006528754A; WO2005015061A1; EP1649199A1; GB0317499D0; DE602004008475T2

Abstract

가변비의 변화에 따라 이동가능한 롤러(28)에 의해 구동력이 전달되는 레이스(12,14,26,102)를 갖춘 유형의 연속 가변비 장치(가변기)에서, 롤러와 레이스의 결합을 강제하는 견인 부하가 필수적으로 인가되어야 한다. 각각의 롤러는 제어된 반작용 압력을 수용하는 유압 반작용 롤러 액츄에이터(32)에 의한 횡방향 반작용력을 또한 받게 된다. 견인력과 반작용력 사이의 관계를 형성하고 이 관계를 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 이는 유압식으로 구현된다. 반작용 압력과 관련된 견인 압력이 액츄에이터(72,100)에 제공되며, 액츄에이터는 견인 부하를 생성한다. 또한, 유압기기는 (ⅰ) 반작용 압력과 (ⅱ) 견인 압력중 하나(또는 이들 모두)에 대해 선택적으로 연결 및 분리가능한 작동 챔버(C₂,C₄,CH₁,CH₂,CH₃)를 포함하며, 견인력은 작동 챔버 내의 압력에 따라 좌우된다.

Description

유압 가변기 제어 장치 {HYDRAULIC VARIATOR CONTROL ARRANGEMENT}

본 발명은 롤링 견인형 연속 가변 변속 장치(가변기)에서의 견인 부하 제어에 관한 것이다.

롤링 견인형 가변기에서, 한 쌍 이상의 로타리 레이스에서 작동되는 하나 이상의 롤러(및 보다 통상적으로는 롤러 세트)를 통하여 구동력이 전달된다. 롤러와 레이스 사이에 견인력을 제공하기 위하여, 이들은 서로 결합되도록 편향되어야 한다. 본원에서는 이러한 편향력을 "견인 부하"라 한다. 공지의 가변기에서, 롤러와 레이스는 "견인 유체" 박막에 의해 분리되기 때문에 서로 접촉하지 않는다. 필요한 롤러/레이스 견인력을 제공하는 것은 적당히 고압인 견인 유체의 전단력이다.

가변기 성능에 있어서, 가변 부하의 제어는 중요하다. 그 이유중 하나는 롤러/레이스 계면에서 발생하는 에너지 손실이 견인 부하에 따라 변하고, 따라서 가변기 효율과 관계가 있다. 이러한 손실은, (1) 계면에서의 스핀- 즉, 2개의 면이 상이한 축을 중심으로 하는 원형 경로를 따른다는 사실로 인한 일면에 대한 타면의 상대 회전, 그리고 (2) 계면에서의 전단력- 즉, 유체 내에 전단력을 발생시키는 상기 2개의 면간의 속도차에 기인한다. 과도하게 높은 견인 부하는 스핀 손실을 증가시키는 반면, 낮은 견인 부하는 높은 전단력 손실을 유발하며, 최적의 효율은 이들 양극단 사이에 존재함이 밝혀졌다.

견인 부하가 중요한 다른 이유는, 부적절한 견인 부하에 대응하여 레이스에 대한 롤러의 과도한 슬립이 가변기의 고장을 유발하여 손상시키기 때문이다.

견인 부하를 "반작용력"과 동조하여 변화시키는 것이 공지되어 있다. 우선, 반작용력이 무엇인가를 설명하기 위해, 전달되는 토크로 인하여, 레이스가 각각의 롤러에 대해 접선력을 가한다고 생각하면, 이 접선력은 변속기 케이싱에 대해 역 반응하게 된다. 공지의 롤링 견인 가변기에서, 롤러는 통상적으로 이동가능하게 장착되며, 레이스에 의해 가해진 힘은 롤러 마운팅에 작용하는 액츄에이터에 의해 대항되며, 액츄에이터를 통하여 케이싱에 대해 반응하게 된다. 액츄에이터에 의해 가해지는 반작용력은 가변기의 제어를 위해 조절가능하며, 레이스에 의해 가해지는 접선력과 방향은 반대지만 대등하다.

가변기 견인 계수(μ)는 다음과 같이 정의될 수 있다.

여기서, TL은 견인 부하이고, RF는 반작용력이다. 엄밀히 말하자면, 임의의 선택된 롤러/레이스 계면에서의 실제 견인 계수는 계면에 대해 수직하고 평행한 힘의 크기에 따라 좌우되며, 견인 부하는 계면에 대해 일반적으로 수직하지 않기 때문에, 이 식은 단순화된 것이다. 그러나, 이와 같이 단순화된 정의도 본원에서는 충분하다.

일정한 견인 계수를 제공하기 위해 반작용력과 함께 견인 부하가 변하는 가 변기가 공지되어 있다. 이와 관련하여, 토로트랙의 유럽특허 제EP 894210호를 참조하면, 이중 작용식 유압 롤러 액츄에이터에 의해 반작용력이 제공되며, 이들 액츄에이터의 2개의 압력이 또한 유압 견인 부하 액츄에이터에 전달된다. 롤러와 견인 부하 액츄에이터의 유압 커플링은, 견인 부하가 반작용력과 함께 매우 신속하게 변할 수 있도록 하기 때문에, 유리하다. 이는, 예를 들면, 자동차의 비상 제동시 발생하는 "토크 스파이크(torque spikes)", 즉 변속기 토크의 급격한 변동에 대응하는데 있어서 중요하다. 공지의 장치에서, 롤러 액츄에이터에서의 압력 증가가 견인 부하 액츄에이터로 전달되어 시간을 거의 지체하지 않고 그에 상응하게 견인 부하를 증가시키게 된다는 사실이 없다면, 토크 스파이크는 롤러와 레이스 사이에 슬립을 유발할 수 있는 반작용력의 급변을 야기하게 된다.

반작용력에 대한 견인 부하의 응답 속도를 더 증가시키기 위하여, 토로트랙의 국제특허출원 제PCT/GB02/01551호(국제공개 제WO02/079675호)는 고압 공급원으로부터 견인 부하 액츄에이터로의 유체 공급을 제어하는 파일럿 작동 밸브를 제어하기 위해 롤러 액츄에이터로부터의 압력이 어떻게 사용될 수 있는지를 개시하고 있다. 동 특허에서는 견인 계수 조절의 유용성을 인정하고, 이를 실현할 수 있는 다양한 방법을 제공한다.

(가능한 한 견인 부하 대 반작용력을 일정한 비율로 유지하는 것과는 반대로) 견인 계수를 조절하는 하나의 이유는 견인 유체의 특성과 그에 따른 고유의 견인 계수가 온도에 따라 변하기 때문이다. 또한, 가변기 롤링 속도와 가변비에 따라 견인 계수(μ)를 조절하는 것도 바람직하다.

국제공개 제WO02/079675호는, 솔레노이드를 사용하여 파일럿 작동 밸브의 스풀에 조절가능한 힘을 인가함으로써, 견인 계수 조절이 이루어질 수 있음을 제안하고 있다. 그 효과는 견인 부하에 오프셋을 부가하는 것이 되며, 그에 따라 다음과 같은 식이 얻어진다.

여기서, μ는 솔레노이드 힘 없이 얻어지는 견인 계수이며, OF는 솔레노이드 힘에 의해 생성된 오프셋이다. 견인 부하 대 반작용력의 비는 반작용력의 크기가 변할 때 변화됨이 명백하며, 이는, 특히, 높은 반작용력/견인 부하에서 적절한 견인 계수를 생성하는 오프셋이 매우 낮은 수준의 반작용력에서 견인 부하에 큰 에러를 생성하기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 이와 같이 큰 오프셋에서의 부정확성은 반작용력이 낮을 경우 너무 작은 견인 부하를 잠재적으로 유발할 수 있다.

견인 부하에 오프셋을 부가하기 보다는 오히려 견인 계수 자체를 조절하는 것이 바람직하며, 그에 따라 다음과 같은 식이 얻어진다.

여기서, μ는 조절되지 않은 경우의 견인 계수이고, K는 가변기와 연관된 제어 전자기기에 의해 결정된 조절값이다. 이러한 관계를 고려하면, 반작용력(RF)의 변화는 견인 부하의 불일치를 유발하지 않는다. 이러한 유형의 견인 부하 제어의 유용성이 국제공개 제WO02/079675호에서 인정되었으나, 이러한 관계를 실현하기 위 한 특수한 유압 장치에 대한 발명은 문제점이 있다. 동 특허에서는 일련의 유량 제한기(flow restrictors) 쌍을 사용하는 하나의 가능한 회로를 개시하고 있으며, 상기 유량 제한기 쌍중 하나는 전기 회로의 분압기(potential divider)와 유사한 방식으로 견인 부하 압력을 변형시키기 위해 사용가능하다. 이 장치는, 특히 유압기기로부터의 가압 유체의 연속 유동에 의존하기 때문에, 관련 펌프 또는 펌프들에 대한 부하를 증대시키는 고유의 문제점을 내포하고 있다.

견인 계수 조절의 유용성은 제너럴 모터스 코포레이션에 양도된 미국특허 제6,162,144호에서도 인정되었다. 그러나, 동 특허에 도시된 회로는 펄스 폭 변조 밸브를 사용하여 소정 비율의 단부 부하 압력을 견인 부하 액츄에이터의 제 2 챔버로 공급하고, 메인 견인 부하 압력과 반대로 작용하여, 견인 부하를 조절가능하게 변형시킨다. 이는 빠른 반작용력 변화에 충분한 속도로 반응할 수 있는 실제 시스템을 제공하지 못할 것으로 생각되며, 펄스 폭 변조 밸브의 대역폭이 너무 낮다.

본 발명의 목적은 개선된 견인 부하 제어 수단을 제공하고, 반작용력과 견인 부하 사이의 관계 조절을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 한 쌍의 레이스; 양 레이스에 결합되어 하나의 레이스로부터 다른 레이스로 구동력을 전달하도록 배치되고 가변기 구동비의 변화에 따라 이동가능한 하나 이상의 롤러; 상기 롤러와 레이스가 결합되도록 강제하는 견인 부하를 가함으로써 그들 사이에 견인력을 제공하여 구동력의 전달이 가능하게 하도록 배치된 유압 견인 부하 액츄에이터; 상기 롤러에 반작용력을 가하도록 배치된 하나 이상의 유압 롤러 액츄에이터;를 갖춘 유형의 가변기를 위한 유압 제어 장치가 제공되며, 상기 유압 제어 장치는 조절가능한 반작용 압력의 유체를 롤러 액츄에이터에 제공하여 반작용력을 제어하고, 상기 반작용 압력과 관련되는 견인 압력의 유체를 견인 부하 액츄에이터에 제공하여, 반작용력과 견인 부하 사이의 관계를 유지하는 유압기기를 포함하며, 상기 유압 제어 장치는 상기 반작용 압력 또는 견인 압력에 대하여 선택적으로 연결 및 분리가능한 두 개 이상의 작동 챔버를 더 포함하고, 상기 견인력은 작동 챔버 내의 압력에 따라 좌우되어, 상기 작동 챔버를 관련 압력에 대하여 연결/분리함으로써, 반작용력과 견인력 사이의 관계가 변화되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 특수한 실시예를 예시한다.

도 1은 그 자체가 공지되어 있으며 본 발명에 따라 작동가능한 유형의 토로이달 레이스 롤링 견인 가변기를 단순화한 도면이고,

도 2는 견인 제어 밸브가 통합된 본 발명에 따른 가변기를 제어하기 위한 유압 장치의 개략도이며,

도 3은 견인 제어 밸브의 실제 실시예를 도시한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따라 구성된 견인 부하 액츄에이터의 단면도이다.

본 발명에 따라 작동가능한 가변기는 당업계에 공지되어 있으며, 도 1을 참조하여 일례를 간략하게 설명한다.

디스크 형상으로 형성된 2개의 외측 레이스(12,14)가 그들과 함께 회전하는 구동 샤프트(16)상에 장착되며, 내측 디스크(26)상에 형성된 대응 부분 토로이달 표면(22,24)을 향하여 대면하고 있는 개별 부분 토로이달 표면(18,20)을 갖추고, 따라서 상기 디스크들 사이에는 2개의 토로이달 공동이 형성된다. 상기 내측 디스크는 샤프트(16)와 독립적으로 회전가능하도록 저널연결되어 있다. 엔진 또는 다른 원동기로부터의 구동력, 샤프트(16)와 외측 디스크(12,14)를 통한 입력은 토로이달 공동 내에 배치된 롤러 세트를 통해 내측 디스크(26)로 전달된다. 단일의 대표 롤러(28)가 도시되었으나, 통상적으로 그러한 롤러 3개가 각 공동내에 제공된다. 유압 견인 부하 액츄에이터(15)에 의해 외측 디스크(12,14)에 가해지는 견인 부하는 롤러와 디스크 사이에 압력을 제공하여 그러한 구동력의 전달이 가능하게 한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 구동력은 내측 디스크로부터 변속기의 또 다른 부품, 통상적으로 주전원 믹서(epicyclic mixer)로 전달된다. 각각의 롤러는 그 자체가 유압 액츄에이터(32)에 연결된 개별 캐리지(30)에 저널연결됨으로써, 조절가능한 반작용력이 상기 롤러/캐리지 조합에 가해질 수 있다. 병진 이동이 가능함과 아울러, 상기 롤러/캐리지 조합은 롤러의 "경사각"을 변화시키고 롤러와 디스크간의 접촉점을 이동시키기 위하여 유압 액츄에이터(32)에 의해 결정된 축(33)을 중심으로 회전할 수 있으며, 그에 따라 당업계에 공지된 바와 같이 가변기 변속비를 변화시킬 수 있도록 한다.

도시된 가변기는 당업계에 "토크 제어식"으로서 공지된 유형이다. 유압 액츄에이터(32)는 롤러/캐리지에 제어된 반작용력을 가하고, 이 힘은 디스크 표면 (18,20,22,24)과 롤러(28) 사이로 전달된 토크로부터 기인하는 롤러에 대한 크기는 동일하지만 방향이 반대인 힘에 의해 균형이 맞춰진다. 상기 캐리지(30)에 대한 반작용력은 유압 회로에 의해 조절되며, 상기 유압 회로를 통하여 유압 액츄에이터(32)의 피스톤(31) 양측으로 유압 급송 라인(36,38)을 통해 상이하고 조절가능한 압력의 유체가 공급된다. 따라서, 가변기에 대한 주요 제어 입력은 유압 급송 라인(36,38)을 통해 롤러 제어 피스톤으로 공급되는 2개의 유압 형태로 제공된다. 이 압력들은 유압 제어 회로를 통하여 조정된다.

도 2는 반작용력과 견인 부하를 모두 제어하는 유압 회로를 도시하고 있다. 가변기 자체의 다른 부품들은 생략되었으나, 관련 롤러 액츄에이터(32)를 각각 갖춘 롤러(28) 세트가 개략적으로 표시되어 있다. 각 액츄에이터(32)의 양 측면은 급송 라인(36,38)을 통하여 각각의 공급 라인(S₁,S₂)에 연결된다. 공급 라인 내의 압력은 펌프(39)에 의해 고압 유체가 급송되는 감압 제어 밸브(V₁,V₂)에 의해 조절가능하다. 도면에 도시된 바와 같이, 양 제어 밸브는 각각의 솔레노이드(50,52)를 갖고, 밸브 스풀에 대한 이들의 힘은 관련 공급 라인으로부터의 파일럿 신호에 의해 대항된다. 따라서, 솔레노이드 힘을 설정함으로써, 전자 제어기(E.C.)는 공급 라인과 롤러 액츄에이터 내에 소정의 제어 압력을 설정하게 되고, 그에 따라 소정의 반작용력을 제어하게 된다. 그러나, 반작용력과 제어 압력은 하기된 바와 같이 외부 영향도 받게 됨을 유의하여야 한다.

롤러 이동은 유압기기 내에서의 유동을 수반한다. 유체 유동에 대한 제한 부가 없다면, 밸브(V₁,V₂)가 일정한 압력을 유지하도록 작동하기 때문에, 유동은 어떠한 압력 변화도 유발하지 않을 것이다. 그러나, 임의의 유압 장치가 유동에 대한 소정의 제한부를 제공하며, 실질적으로, 본 발명의 회로는 각각 유체 유동에 대한 제한된 단면을 가진 댐퍼(54,56,58,60) 형태의 제한부를 포함하고, 상기 댐퍼는 유동이 발생할 때 배압을 형성하는 역할을 한다. 이들의 목적은 가변기 롤러(28)의 진동을 댐핑하는 것이다. 공급 라인(S₁,S₂)에 배치된 제 1 댐퍼(54,56)는 롤러가 서로 동일하게 움직이는 진동 모드를 댐핑한다. 개별 액츄에이터(32)로의 급송 라인에 배치된 제 2 댐퍼(58,60)는 롤러가 서로 다른 위상으로 움직이는 상이한 진동 모드를 댐핑한다. 상기 댐퍼들은 오리피스로 형성되거나 다른 형태를 취할 수 있다. 이 목적의 중요한 포인트는, 롤러가 움직이고 유동이 회로 내에서 발생하였을 때, 댐퍼가 롤러 이동을 저지하기 위해 유압기기 내에 배압을 생성한다는 것이다.

따라서, 예를 들면, 급격한 자동차 제동에 의해 변속기 토크 스파이크가 발생하는 경우, 어떠한 현상이 발생할 것인지를 생각하기 바란다. 제동으로 인하여, 자동차 휠과 그에 따른 가변기 출력 디스크가 감속되도록 하는 큰 토크가 가해지게 된다. 그에 따라, 가변비가 떨어지게 되고, 가변기 롤러는 낮춰진 가변비에 대응하는 위치로 신속하게 이동하여 전진하여야 한다. 유압기기 내의 유체는, 밸브(V₁,V₂)를 포함하는 유압기기의 다른 부품 및 댐퍼에 의해 생성되는 유압기기 내의 유동에 대한 저항과 신속하게 움직이는 액츄에이터(32)의 피스톤에 의해 대체되고, 각 액츄에이터의 일측에 대한 유체 압력의 상승 및 타측에 대한 감압을 유발하여 롤러 운동에 대해 저항하게 된다. 반작용력은 전자 제어에 의해 개시되거나 직접 예측할 수 없는 방식으로 현저하게 증가하게 된다.

견인 부하는, 과도한 롤러 슬립이 회피되어야 하고 2개의 파일럿 제어 압력을 수용하는 견인 제어 밸브(62)에 의해 이루어진다면, 반작용력과 동조하여 변형되어야 한다.

백-투-백 논-리턴 밸브(back to back non-return valves)를 사용하여 구성될 수 있는 고압 윈스(wins) 밸브 장치(64)는 자체 출력(66)을 유압 회로의 양 측부중 고압인 측부에 연결하며, 이 출력은 이하 "반작용 압력"이라 칭하는 제 1 파일럿 압력 역할을 하도록 견인 제어 밸브로 전달된다. 상기 고압 윈스 밸브 장치가 액츄에이터(32)중 하나 액츄에이터의 포트에 인접한 유압기기내의 지점과, 선택된 액츄에이터와 그 댐퍼(58,60) 사이에 연결됨에 따라, 밸브가 수용하는 압력이 액츄에이터 자체 내의 유효 압력에 가능한 한 근접하게 된다는 것을 주목하여야 한다. 상기 2개의 액츄에이터 압력중 높은 압력이 반작용력의 표식으로서 사용된다. 액츄에이터의 대향 측부에 대한 압력은 통상적으로 낮고, 본 실시예에서는 무시된다.

제 2 파일럿 압력이 도 2에 매우 개략적인 형태로 도시된 견인 부하 액츄에이터(72)의 작동 챔버(70)로부터 견인 제어 밸브(62)로 전달된다. 제 1 및 제 2 파일럿 압력은 밸브(62)의 스풀에 대하여 서로 반대 방향으로 작용한다.

견인 밸브(62)는 3 포트 3 포지션 밸브이며, 하나의 포트가 본 실시예에서 펌프(39)로 형성된 고압 유체 공급원에 연결된다. 제 2 포트는 견인 부하 액츄에 이터의 작동 챔버(70)로 연결된다. 제 3 포트는 논-리턴 밸브(74)를 통해 본 실시예에서 변속기 드레인(76)의 형태를 취한 압력 싱크로 연결된다. 파일럿 압력에 따라, 상기 견인 밸브는,

ⅰ. 견인 부하 액츄에이터를 제한기(78)를 통해 드레인(76)에 연결하고, 그로부터 압력을 배출하며, 고압 포트를 폐쇄하고;

ⅱ. 3개의 모든 포트를 폐쇄하여 견인 부하 액츄에이터 내의 압력을 유지하며; 또는

ⅲ. 견인 부하 액츄에이터를 고압 공급원-펌프(39)에 연결하여 내부 압력을 상승시키고 견인 부하를 증대시킨다.

이러한 제어가 반작용 압력에 따라 실시되기 때문에, 상기 밸브는 반작용 압력과 그에 따른 반작용력과 동조하여, 보다 상세하게는 그에 비례하여 견인 부하를 변경시키는 역할을 한다. 이에 따라, 유압기기는 실질적으로 견인 계수를 선택된 수준으로 유지할 수 있다. 그러나, 밸브(62)에 의해 설정된 견인 계수는 하기된 바와 같이 본 발명에 따라서도 조절가능하다.

견인 제어 밸브는 2개의 작동 챔버를 갖고, 그 내부에서 반작용 압력이 C₁ 및 C₂로 표시된 밸브 상태에 영향을 미치도록 작용할 수 있다. 이와 유사하게, 2개의 작동 챔버가 존재하며, 그 내부에서 견인 부하 압력이 C₃ 및 C₄로 표시된 밸브 상태에 영향을 미치도록 작용할 수 있다. 항상 개방된 커넥션이 제 1 반작용 압력 챔버(C₁)에 반작용 압력을 유도한다. 그러나, 상기 전자 제어기(E.C.)의 제어하에 서 2 포트 2 포지션 밸브(80)로 형성된 반작용 압력 밸브가 제 2 반작용 압력 챔버(C₂)를 반작용 압력 또는 드레인에 연결하는 역할을 한다. 이와 유사하게, 항상 개방된 커넥션이 제 1 견인 압력 챔버(C₃)에 견인 압력을 유도하고, 상기 전자 제어기(E.C.)의 제어하에서 견인 압력 밸브(82)가 제 2 견인 압력 챔버(C₄)를 견인 압력 또는 드레인에 연결한다.

반작용 압력 및 견인 압력 밸브의 개폐는 파일럿 압력이 작용하는 영역을 변화시킨다. 이에 따라, 견인 제어 밸브에 의해 제공되는 반작용 압력에 대한 견인 압력의 비는 조절된다. 즉, 견인 계수가 조절된다. 견인 계수에 대한 조절은 연속적이기 보다는 불연속적이며, 도시된 실시예에서, 2개의 밸브의 조합에 대하여 4개의 가능한 상태가 존재하기 때문에, 4개의 상이한 견인 계수(μ) 값이 제공될 수 있다.

챔버(C₁ 내지 C₄) 내의 작동 영역(A₁ 내지 A₄)을 참조한다. 이동가능한 슬리브와 같은 다른 밸브 부품에 상기 영역이 형성된 대안의 밸브를 고려할 수 있지만, 통상적으로, 파일럿 압력은 밸브 스풀을 움직이도록 작용하며, 영역(A₁ 내지 A₄)은 스풀상에 형성된다. 또한, "설계(design)" 견인 계수를, 견인 압력과 반작용 압력이 동일한 경우 얻어지는 견인 계수의 값(μ_d)이라 정의한다. μ_d는 예를 들어 단부 부하 액츄에이터에서 피스톤의 면적에 따라 좌우된다. 실제 견인 계수(μ)는 다음의 식으로부터 얻는다.

여기서, A_R은 반작용 압력이 가해지는 밸브의 총 작동 영역(A₁+A₂)이고, A_T는 견인 압력이 가해지는 총 작동 영역(A₃+A₄)이다. 견인 계수의 범위를 효율적인 작동을 위한 1.5μ_d로부터 고속 작동을 위한 0.5μ_d까지 제공하는 것이 바람직하다고 가정한다.

이는,

이고,

가 되도록 밸브를 형성함으로써 이루어질 수 있으며,

A_R=A_T라 하면,

적당한 해는,

이고,

이며,

이고,

이다.

반작용 압력 및 견인 압력 밸브(80,82)의 네가지 가능한 상태 조합이 진위표로 표시될 수 있다.

반작용 압력 밸브	견인 압력 밸브	μ_d
개방	폐쇄	0.5μ_d
폐쇄	폐쇄	0.75μ_d
개방	개방	1μ_d
폐쇄	개방	1.5μ_d

물론, 위 계산은 예시만을 위한 것이다. 상이한 설계 기준에 부합하도록 다른 밸브 영역이 선택될 수 있다.

도 3에 도시된 견인 제어 밸브(62)의 실시예는 밸브 바디(102)의 단차형 종방향 보어 내에 슬라이드가능하게 수용된 밸브 스풀(100)을 갖는다. 3개의 밸브 포트가 다음과 같이 표시되어 있다.

- 포트(P_부하)는 견인 부하 액츄에이터에 연결되고,

- 포트(P_고압)는 고압 공급원에 연결되며,

- 포트(P_드레인)은 드레인에 연결된다.

모든 3개의 밸브 포트가 상기 종방향 보어(102)와 소통하는 밸브 바디(102) 내에 단차형 횡방향 보어로서 형성된다. 내부에서 파일럿 압력이 작용하는 상기 4 개의 챔버는 다시 C₁ 내지 C₄로 표시되며 각각의 연결 통로(P₁ 내지 P₄)와 소통하고, 이들중 2개는 횡방향 보어로 형성되며 다른 2개는 보어(102)의 단부 영역에 의해 형성된다. 상기 밸브 스풀은 각각의 부시(108,110) 내에서 슬라이드하며 밀봉하는 좁은 단부 영역(104,106)을 가지며, 그에 따라 챔버(C₁ 및 C₃) 내의 파일럿 압력이 스풀의 개별 단부 영역(A₁,A₃)에만 작용하게 된다. 상기 부시들은 유체가 통과할 수 있도록 하는 통공(116)을 모두 가진 각각의 외부나사형 단부 플레이트(112,114)에 의해 유지된다. 각각의 단부 플레이트를 관통하는 볼트(118,120)가 스풀의 단부(A₁,A₃)와 접촉함으로써 스풀의 운동을 제한한다. 상기 스풀의 외측 피스톤 부분(122,124)이 상기 종방향 보어의 확대된 중심부 내에서 슬라이딩하며 밀봉하고, 이들의 각 외측면이 영역(A₂및 A₄)을 제공한다. 3개의 밸브 상태에 대한 스위칭이 내측 피스톤 부분(126)에 의해 실시되며, 상기 내측 피스톤 부분은 스풀의 위치에 따라 P_부하를 P_고압에 또는 P_드레인에 연결시키거나, 선택적으로 P_부하를 폐쇄한다.

작동 챔버(C₂,C₄)에 대해 제어 압력을 연결/분리함으로써, 견인 계수에 대한 불연속적인 조절이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 관련 작동 챔버는 견인 제어 밸브(62) 내에서 찾을 수 있다. 소정의 견인 계수 조절을 제공하는 다른 방법은 견인 부하 액츄에이터 내에서 챔버를 연결/분리하는 것이다.

적당한 견인 부하 액츄에이터(100)가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면은 회 전축(99)의 일측에 놓인 액츄에이터의 절반만을 도시하고 있다. 이 도면에서, 가변기 디스크중 하나가 도면부호 102로 표시되어 있으며, 이는 가변기 샤프트(106) 상에 지지되어 함께 회전하는 환형 슬리브(104) 내에 피스톤 형태로 수용된다. 디스크(102)와 샤프트(105) 사이의 스플라인(107)은 이들이 함께 회전하기는 하지만 단부 부하의 영향에 의해 디스크가 샤프트를 따라 이동할 수 있도록 보장한다. 상기 액츄에이터(100)는 슬리브(104) 내의 제 1, 제 2 및 제 3 환형 피스톤(P₁,P₂,P₃)을 포함하며, 이들은 함께 제 1, 제 2 및 제 3 작동 챔버(CH₁,CH₂,CH₃)를 형성한다. 3개의 작동 챔버중 하나를 가압하면, 도면의 우측을 향하여 디스크(102)를 강제하는 견인 부하가 생성된다. 그러나, 각 작동 챔버는 상이한 작동 영역을 제공하므로, 견인 부하의 크기는 가압되는 작동 챔버에 따라 상이하다. 본 실시예에서, 견인 제어 밸브(62)(도 2 참조)가 생략될 수 있다. 그 대신, 고압 윈스 밸브(64)의 출력 라인(66)을 통해 얻어진 반작용 압력이 밸브 스위칭 장치(미도시)를 통하여 선택된 작동 챔버(CH₁,CH₂,CH₃) 또는 챔버의 조합에 유도될 수 있다. 견인 부하를 생성하기 위해 반작용 압력이 사용되기 때문에, 반작용력과 견인 부하 사이의 관계가 다시 유지되며; 하나는 다른 하나에 비례한다(예를 들면, 고압 윈스 밸브(64)와 라인(66)을 통한 유동으로 인한 압력 변화가 무시될 수 있으므로, 액츄에이터(32,100) 내의 압력은 동일한 것으로 간주될 수 있다). 또한, 내부에서 반작용 압력이 작용하는 작동 챔버의 조합을 변화시키는 설비가 존재하기 때문에, 견인 계수를 변경하여 이 관계가 조절될 수 있다.

견인 부하 액츄에이터의 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 제 1 챔버(CH₁)는 가변기 디스크(102)의 후면과 제 1 피스톤(P₁)의 전면, 슬리브(104) 및 제 2 피스톤(P₂)의 환형 스피갓(spigot) 부분(106) 사이에 형성된다. 제 1 피스톤(P₁)은 스피갓 부분(106)에 걸리고, 실링 링에 의해 슬리브(104)의 실린더 보어에 대하여 그리고 상기 스피갓 부분에 대하여 밀봉된다. 제 2 피스톤(P₂)은, 제 1 피스톤(P₁)을 관통하여 돌출됨으로써 함께 시일을 형성하는 제 1 스터브(108)(도면에는 하나만 도시됨)를 구비하고, 가변기 디스크(102)의 후면에 대한 스터브(108)의 접촉으로 인하여, 제 2 피스톤(P₂)은 디스크에 힘을 가할 수 있고 견인 부하를 제공하게 된다. 제 2 피스톤(P₂)은 슬리브(104)의 허브 부분(109)에 걸리고, 제 3 피스톤(P₃)의 환형 플랜지 부분(111) 내에 수용되어 각각의 실링 링과 함께 시일을 형성한다. 제 3 피스톤(P₃)은 제 2 스터브(110)를 구비하고, 상기 제 2 스터브는 제 2 피스톤(P₂)을 관통하여 돌출됨으로써 함께 시일을 형성하며, 제 1 피스톤(P₁)의 후면에 접촉하여 힘을 가할 수 있다. 제 3 피스톤(P₃)은 허브 부분(109)의 큰 직경 부분에 걸리고, 각각의 실링 링에 의해 슬리브(104)의 실린더 보어에 대하여 그리고 상기 큰 직경 부분에 대하여 밀봉된다. 슬리브(104)의 단부 벽체(114)와 제 3 피스톤(P₃)의 후면(116) 사이에 절두 원추형 스프링(112)이 프레스트레스(pre-stressed)된다.

3개의 작동 챔버(CH₁,CH₂,CH₃)중 어느 것도 가압되지 않는 경우, 선하중(pre-loading) 견인력이 프레스트레스된 스프링(112)에 의해 디스크(102)에 가해지며, 상기 스프링은 피스톤(P₃), 제 2 스터브(110) 세트, 그리고 디스크의 후면을 지지하는 제 1 피스톤(P₁)에 대하여 작용한다. 이러한 선하중은 변속기 시동시 견인력을 제공한다. 그 후, 임의의 작동 챔버에 충분한 압력이 제공되면, 피스톤(P₃)은 그 후면으로부터 돌출된 플랜지(118)가 슬리브의 단부 벽체(114)에 접촉할 때까지 좌측으로 이동하게 되며, 이 상태에서, 스프링(112)의 효과는 제거되고, 작동 챔버 내의 압력에 의해 견인 부하가 결정된다.

작동 챔버(CH₁)만이 가압되는 경우, 피스톤(P₁)은 제 2 스터브(110) 세트와 접촉함으로써 형성되는 운동 한계까지 좌측으로 이동하게 된다. 유압은 디스크(102)의 후면 전체 영역에 대해 작용하게 된다. 제 2 작동 챔버(CH₂)만을 가압하면, 제 2 피스톤(P₂)의 후면에 의해 형성된 작은 영역에 유압이 가해지게 되고, 이 힘은 제 1 스터브(108) 세트를 통하여 디스크(102)에 전달된다. 제 3 작동 챔버(CH₃)만을 가압하면, 제 1 피스톤(P₁)의 후면에 의해 형성된 더 작은 작동 영역에 유압이 가해지게 되고, 이에 후속하여 제 1 피스톤이 전진하여 디스크(102)에 대해 지지되어 디스크에 힘을 가하게 된다. 따라서, 3개의 작동 챔버중 임의의 챔버에 동일한 반작용 압력을 가함으로서, 상이한 견인 부하와 상이한 견인 계수가 얻어진다.

작동 챔버중 2개 또는 그 이상의 챔버에 압력을 인가함으로써, 보다 상이한 견인 계수의 값을 얻을 수 있다. 제 1 및 제 2 챔버(CH₁,CH₂)에 대한 가압은 제 2 피스톤(P₂)과 디스크(102)의 후면 영역의 합에 의해 결정되는 견인력을 제공한다. 모든 3개의 챔버를 가압함으로써, 상이한 견인력이 제공될 수 있다.

작동 챔버(CH₁,CH₂,CH₃)에 대한 유체의 공급은 (단순화된 도면에는 도시되지 않은) 샤프트(106)의 통공으로 이루어질 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명을 구현하기 위한 일례에 불과하다. 다양한 변형이 가능하다. 그중 하나는 도 4에 도시된 액츄에이터의 작동 챔버(CH₁,CH₂,CH₃)에 압력을 공급하기 위해 파일럿 작동 밸브를 사용함으로써, 도 2 및 도 4에 도시된 2개의 실시예의 장점중 일부를 조합하는 것이다. 해당 밸브는 대향하는 반작용 압력과 견인 부하 압력을 받는 스풀을 갖는다. 도 4에 도시된 견인 부하 액츄에이터의 선택된 작동 챔버(들)에 대해 3개의 스위칭 밸브중 임의의 밸브를 통하여 출력을 공급함으로써 견인 계수 조절이 이루어지기 때문에, 스위칭가능한 밸브(62)(도 2 참조) 챔버(C₂,C₄)가 필요하지 않다.

Claims

한 쌍의 레이스; 양 레이스에 결합되어 하나의 레이스로부터 다른 레이스로 구동력을 전달하도록 배치되고 가변기 구동비의 변화에 따라 이동가능한 하나 이상의 롤러; 상기 롤러와 레이스가 결합되도록 강제하는 견인 부하를 가함으로써 그들 사이에 견인력을 제공하여 구동력의 전달이 가능하게 하도록 배치된 유압 견인 부하 액츄에이터; 상기 롤러에 반작용력을 가하도록 배치된 하나 이상의 유압 롤러 액츄에이터;를 갖춘 유형의 가변기를 위한 유압 제어 장치로서,

조절가능한 반작용 압력의 유체를 롤러 액츄에이터에 제공하여 반작용력을 제어하고, 상기 반작용 압력과 관련되는 견인 압력의 유체를 견인 부하 액츄에이터에 제공하여, 반작용력과 견인 부하 사이의 관계를 유지하는 유압기기를 포함하는, 유압 제어 장치에 있어서,

상기 반작용 압력 또는 견인 압력에 대하여 선택적으로 연결 및 분리가능한 두 개 이상의 작동 챔버를 더 포함하고, 상기 견인력은 작동 챔버 내의 압력에 따라 좌우되어, 상기 작동 챔버를 관련 압력에 대하여 연결 또는 분리함으로써, 반작용력과 견인력 사이의 관계가 변화되는 것을 특징으로 하는,

유압 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유압기기 내의 하나 이상의 작동 챔버에 대해 반작용 압력이 일정하게 공급되고, 이에 따라 견인력이 제어되는,

유압 제어 장치.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 작동 챔버를 포함하는 견인 압력 제어 밸브를 더 포함하는,

유압 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

견인 압력 제어 밸브를 더 포함하며,

상기 견인 압력 제어 밸브의 출력이 견인 압력을 형성하며, (ⅰ) 상기 반작용 압력과 (ⅱ) 상기 견인 압력에 의해 형성된 대향 파일럿 압력 신호에 대응하여 제어되는,

유압 제어 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 챔버가 견인 압력 제어 밸브의 챔버이고, 상기 챔버 내의 압력이 밸브의 출력에 영향을 미치는 파일럿 압력 역할을 하는,

유압 제어 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 견인 압력 제어 밸브가 3개 이상의 작동 챔버를 갖고, 각 챔버 내의 압력이 밸브의 출력에 영향을 미치는 파일럿 신호 역할을 하며,

- 제 1 작동 챔버는 반작용 압력에 일정하게 연결되고,

- 제 2 작동 챔버는 견인 압력에 일정하게 연결되며, 상기 제 1 챔버와 제 2 챔버 내의 압력은 반대로 작동하고,

- 제 3 작동 챔버는 반작용 압력 또는 견인 압력에 대해 선택적으로 연결 및 분리가능한,

유압 제어 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 반작용 압력 또는 견인 압력에 대해 선택적으로 연결 및 분리가능한 제 4 작동 챔버를 더 포함하는,

유압 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 작동 챔버가 견인 부하 액츄에이터 내에 형성되며, 상기 작동 챔버 내의 압력이 견인 부하에 기여하는,

유압 제어 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 견인 부하 액츄에이터가 2개 이상의 작동 챔버를 포함하며, 그 중 하나는 견인 압력에 일정하게 연결되고, 다른 하나는 견인 압력에 대해 선택적으로 연결 및 분리가능한,

유압 제어 장치.
제 10 항에 있어서,

선택적으로 연결가능한 작동 챔버를 더 포함하는,

유압 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 반작용 압력과 견인 압력이 동일한,

유압 제어 장치.