KR101196590B1 - 수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 필터 서브-시스템 - Google Patents

수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 필터 서브-시스템 Download PDF

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Abstract

수압식 구동 시스템(11)은 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛(35)을 포함하는데, 상기 유닛은 자신의 포트(A)로부터 고압 어큐뮬레이터(41)를 가압하도록 하는 펌핑 모드 및 상기 유닛이 고압 어큐뮬레이터로부터 가압된 유체에 의해 구동되도록 하는 모터링 모드를 갖는다. 이 시스템은 또한, 상기 펌프-모터 유닛(35)의 대향 포트(B)와 연결되는 저압 어큐뮬레이터(39) 및 이들 간에 배치된 필터 회로(107)를 포함한다. 이 필터 회로(107)는 상기 유닛이 펌핑 모드에 있을 때 저압 어큐뮬레이터로부터 포트(B)로의 억제되지 않은 제1 흐름 경로 및 상기 유닛이 모터링 모드에 있을 때 포트(B)로부터 저압 어큐뮬레이터로의 제2 흐름 경로를 정한다. 제2 흐름 경로는 직렬의 필터 차단 밸브(121) 및 필터(127)를 통과하는 하나의 경로부 및 이와 병렬인, 제어된 플로우 오리피스(135)를 통과하는 또 다른 경로부를 포함한다. 따라서, 단지 모터링 모드 동안에만 여과가 발생되고 여과되는 유체의 퍼센티지는 미리정해질 수 있다.
Figure R1020050033097
수압식 구동 시스템, 펌프-모터 유닛, 고압 어큐뮬레이터, 저압 어큐뮬레이터, 경로

Description

수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 필터 서브-시스템{HYDRAULIC DRIVE SYSTEM AND IMPROVED FILTER SUB-SYSTEM THEREFOR}
도1은 본 발명의 수압식 구동 시스템이 특히 적합하게는 유형의 전체 차량 구동 시스템의 개요도.
도2는 본 발명의 필터 서브-시스템 및 제어 회로 둘 다를 포함한 본 발명의 수압식 구동 시스템의 수압식 개요도로서, 상기 필터 서브-시스템은 단지 개요적인 블록도로 도시되어 있는 도면.
도3은 본 발명의 한 가지 중요한 양상을 포함하는 필터 서브-시스템의 바람직한 실시예를 도시한 수압식 개요도.
도4는 본 발명의 필터 서브-시스템의 바람직한 실시예를 부분적으로 도시한 부분 단면도.
본 출원은 Rodney V. Singe의 이름으로 2003년 7월 22일에 출원된 발명의 명칭이 "HYDRAULIC DRIVE SYSTEM AND IMPROVED FILTER SUB-SYSTEM THEREFOR"인 공동 계류중인 미국 특허 10/624,805의 부분 연속 출원(CIP)이다.
본 발명은 차량 동작 사이클의 일부분 동안 펌프로서 그리고 이 차량 동작 사이클의 또 다른 부분 동안 모터로서 동작하는 펌프-모터 유닛을 포함하는 유형의 수압식 구동 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구동 시스템 및 이와 같은 수압식 구동 시스템에 사용하기 이한 필터 서브-시스템을 제어하는 개선된 제어 회로에 관한 것이다.
본 발명의 제어 회로 및 필터 서브-시스템이 거의 대부분의 차량 동작 사이클 동안 1차 차량 변속으로서 효율적으로 작용하는 이와 같은 구동 시스템을 포함하여, 각종 유형의 수압식 구동 시스템에 사용될 수 있지만, 본 발명은 차량 수압식 재생 브레이킹 시스템의 부분을 포함하는 수압식 구동 시스템에 사용될 때 특히 유용하고 이와 관련하여 설명될 것이다.
재생 브레이킹 성능을 지닌 차량 수압식 구동 시스템에서, 예로서, 차량이 후륜 구동형이라고 가정하면, 1차 구동 토크는 엔진으로부터 종래 기계식 변속기를 통해서 전달되고 나서 종래의 구동 라인에 의해 후륜 구동으로 전달된다. 브레이킹 동안(즉, "감속-가속" 사이클의 브레이킹 부분 동안), 이동 차량의 운동 에너지는 펌핑 모드로 동작하도록 명령받은 하이드로스태틱(hydrostatic) 펌프-모터 유닛에 의해 변환되고, 이 펌프-모터 유닛은 고압 어큐뮬레이터(high pressure accumulator)를 충전시킨다. 그 후, 차량이 가속될 때, 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛은 모터링 모드로 동작하도록 명령받고, 고압 어큐뮬레이터에 저장되는 고압은 펌프-모터 유닛으로 전달된다. 현재 모터로서 동작하는 이 결과의 펌프-모터 유닛의 출력 토크는 차량 구동 라인으로 전달된다.
본 발명이 상술된 유형의 구동 시스템에 사용되는데 특히 적합하게 되고 재생 브레이킹 성능을 갖는 여러 가지 이유에 대해서 당업자는 이해할 것이다. 첫번째, 이와 같은 시스템은 통상적으로 언급된 고압 어큐뮬레이터를 포함할 뿐만 아니라 저압 어큐뮬레이터를 포함한다. 그러나, 구동 시스템 내에 이들 2개의 어큐뮬레이터의 존재로 인해, 특정 양상의 구동 시스템의 구성 및 제어를 복잡하게 한다. 두번째, 차량 사이클의 부분 동안 펌핑 모드로 동작하는 펌프-모터 유닛의 존재로 인해, 부가적인 특정한 요구조건이 필요로 되어 구동 시스템 및 이 시스템을 위한 제어를 복잡하게 한다.
본 발명이 관계하고 재생 브레이킹을 성취하는데 사용되는 유형의 수압식 구동 시스템에서 관찰되는 문제들 중 한 가지 문제는, 본질적으로 "폐루프" 수압 시스템에서 오일의 적절한 여과를 필요로 한다는 것이다. 종래의 폐루프 하이드로스태틱 변속기, 즉 HST(즉, 펌프 및 모터 조합)에서, 정상 추진 동작 사이클 동안, 펌프는 거의 항상 펌프로서 작용하고 모터는 거의 항상 모터로서 작용한다. 이와 같은 폐루프 HST 시스템에서, 종래에는 케이스 배출 유체(case drain fluid)의 일부가 열 교환기 및 필터와 같은 소자들을 포함하는 병렬 회로를 통해서 흐르도록 하는데, 그 후 이 유체는 통상 전하 펌프(charge pump)에 의해 폐루프 회로로 복귀된다.
본 발명의 수압식 구동 시스템에서, 분리된 펌프 유닛 및 모터 유닛 대신에, 상술된 펌프-모터 유닛을 사용한다. 본 발명의 수압식 구동 시스템에 사용되는 유형의 펌프-모터 유닛의 이중 모드 성능을 고려하면, 통상적으로 상술된 폐루프 HST 시스템에 사용되는 유형의 "병렬-경로" 필터 회로의 유형 만을 사용할 수 없다. 게다가, 전형적인 폐루프 HST 시스템 내의 유체 흐름 "방향"이 동작 사이클 전체에 걸쳐서 동일하게 유지되지만, 본 발명이 관계하는 유형의 수압식 구동 시스템에서, 전체 수압식 시스템의 많은 부분은 하나의 동작 모드(예를 들어, 감속) 동안 한 방향으로의 유체 흐름을 "관찰"하고 다른 한 동작 모드(예를 들어, 가속) 동안 대향 방향으로의 유체 흐름을 "관찰" 한다. 수압식 회로의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 정상 동작의 부분으로서 흐름 반전을 겪는 회로에서 종래의 필터 소자를 사용할 수 없다.
예를 들어, 본 발명이 관계하는 유형의 수압식 구동 시스템에서, 펌프-모터 유닛의 입구와 직렬 흐름 관계로 필터 회로 또는 필터 소자를 배치하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 펌프-모터 유닛이 펌핑 모드로 동작할 때, (특히, 필터 소자가 상당량의 오염 입자를 수집한 후) 펌프 입구와 직렬로 필터 소자의 존재가 존재하면 펌프 입구 흐름을 억제하여, (펌핑 모드에서) 유닛의 캐비테이션(cavitation)을 발생시켜 전체 구동 시스템으로부터 발산되는 바람직하지 않은 과도한 잡음을 발생시킨다. 동시에, (모터링 모드로 동작할 때) 유닛의 출구와 직렬로 필터 소자를 배치하는 것이 바람직하지 않을 수 있는데, 그 이유는 이 유닛 양단의 총 압력 강하를 증가시켜 구동 시스템의 전체 효율을 저하시킨다. 또 다른 바람직하지 않은 결과는, 필터 요소가 오염 입자를 수집할 때, 유닛 양단의 압력 강하가 가변하여 전체 시스템 수행성능을 가변시킨다는 것이다. 필터 소자가 (모터링 모드에서) 유닛의 출구와 직렬로 배치되면, 이 필터 소자는 파열되어, 전체 시스템을 엄청나게 오염시킨다. 게다가, 큰 유량(flow rate)이 수반되기 때문에, 필터 소자는 특히 이동 장치에 바람직한 것으로 간주된 것 보다 크게되어야 만 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 단점을 극복하는 차량 수압식 재생 브레이킹 시스템과 관련하여 사용될 수 있는 유형의 개선된 수압식 구동 시스템 및 이를 위한 제어 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필터가 오염 입자를 수집할 때 시스템 수행성능을 거의 변경시킴이 없이, 유닛이 펌핑 모드에 있고 유닛이 모터링 모드에 있을 때, 상기 시스템 및 펌프-모터 유닛의 요구에 부합할 수 있는 필터 서브-시스템을 포함하는 이와 같은 개선된 수압식 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술된 목적을 성취하고 2개의 서로 다른 흐름 경로를 정하는 이와 같은 개선된 필터 서브-시스템을 제공하는 것인데, 제1 경로는 펌프-모터 유닛이 펌핑될 때 상대적으로 거의 흐름을 억제하지 않도록 설계되고 제2 경로는 상기 유닛이 모터링될 때 제어된 여과를 성취하도록 설계된다.
본 발명의 상기 및 그외 다른 목적은 엔진으로부터의 구동 토크를 구동 액슬(drive axle)로 전달하도록 동작될 수 있는 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량 상에서 사용하는데 적합한 개선된 수압식 구동 시스템을 제공함으로써 성취된다. 이 구동 시스템은 펌핑 모드에서 동작되어 구동 라인으로부터 구동 토크를 수신하고 모터링 모드에서 동작되어 구동 토크를 구동 라인으로 전달할 수 있는 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛을 포함한다. 고압 어큐뮬레이터는 모드 밸브 수단을 통해서 펌프-모 터 유닛의 제1 포트와 유체 연결됨으로써, 펌프-모터 유닛이 펌핑 모드에 있을 때, 가압된 유체는 펌프-모터 유닛으로부터 고압 어큐뮬레이터로 전달된다. 펌프-모터 유닛이 모터링 모드에 있을 때, 가압된 유체는 고압 어큐뮬레이터로부터 펌프-모터 유닛으로 전달된다. 저압 어큐뮬레이터는 펌프-모터 유닛의 제2 포트와 유체 연결된다.
개선된 수압식 구동 시스템은 저압 어큐뮬레이터 및 펌프-모터 유닛 간에 배치된 필터 회로에 의해 특징지워진다. 필터 회로는 펌프-모터 유닛이 모터링 모드에 있을 때 저장 어큐뮬레이터로부터 제2 포트로의 상대적으로 억제되지 않은 제1 흐름 경로를 정한다. 필터 회로는 펌프-모터 유닛이 모터링 모드에 있을 때 제2 포트로부터 저압 어큐뮬레이터로의 제2 흐름 경로를 정한다. 제2 흐름 경로는 직렬의 필터 요소 및 필터 차단 밸브를 통과하는 한 경로부 및 제어된 플로우 오리피스를 통과하는 또 다른 이 경로부와 병렬인 또 다른 경로부를 포함함으로써, 제2 포트로부터의 유체 흐름의 일부분은 필터 소자를 통과하여 흐르고 유체의 나머지는 제2 포트 흐름으로부터 제어된 플로우 오리피스를 통과하여 흐른다.
본 발명의 보다 제한적인 양상을 따르면, 수압식 구동 시스템은 필터 소자 및 필터 차단 밸브를 배제한 필터 회로에 의해 정해진 상대적으로 억제되지 않은 제1 흐름 경로에 의해 특징지워 진다.
지금부터, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아닌 도면을 참조하면, 도1은 본 발명의 수압식 구동 시스템이 특히 적합하게 되는 유형의 차량 구동 시스템을 도시한다. 도1에 개요적으로 도시된 차량 시스템은 4개의 구동 휠(W)을 갖지만, 본 발명이 4륜 구동(또는 심지어 4개의 구동 휠)을 갖는 차량으로 제한되는 것이 아니라 단지 2륜 구동을 갖는 차량에 사용될 수 있고, 이 경우에, 2개의 구동 휠은 후륜 구동 또는 전륜 구동중 어느 하나일 수 있다는 것을 이해하여야만 된다. 종래 유형의 휠 브레이크(P)가 구동 휠(W) 각각과 동작적으로 관련되는데, 이 브레이크의 상세 사항은 본 발명의 부분을 형성하지 않음으로 이 휠 브레이크(P)는 단지 이하에서 간략하게 언급될 것이다. 휠 브레이크(P)는 전체 EHB(전자-수압식 브레이크) 시스템의 부분이며, 이 유형은 현재 당업자에게 널리 공지되어 있고 상업적으로 이용될 수 있다.
차량은 차량 구동 시스템(11)을 포함하는데, 이 시스템은 차량 엔진(13) 및 변속기(15)를 포함한다. 첨부된 청구범위에서 특별히 언급되는 것을 제외하면, 특정 유형의 엔진(13) 및 변속기(15)와 이들의 구성에 대한 상세 사항 뿐만 아니라 구동 시스템 배열 등이 본 발명의 부분을 형성하지 않음으로 본원에서 더이상 설명하지 않았다는 것을 이해하여야 한다. 게다가, 본 발명은 특히, 통상 "엔진"으로서 고려되는 것과 함께 사용하도록 제한되지 않음으로, 본 발명의 범위 내에서, "엔진"이란 임의 유형의 전원 또는 원동력(prime mover)을 포함하는 것을 의미한다.
구동 라인(17)은 변속기(15)로부터 후방향으로 신장된다. 본 실시예에서 그리고 예로서, 구동 라인(17)은 전방 구동축(19), 중간 구동축(도1에 도시되지 않음), 후방 구동축(23), 휠간 차동장치(25) 및 좌, 우 리어 액슬 축(rear axle shaft)(27 및 29)을 포함한다. 당업자는, 본 명세서를 읽고 이해함으로써, 구동 라 인(17)이 전체 차량 구동 시스템(11)의 이해를 용이하게 하기 위하여 주로 축(19 및 23)을 포함하여 도시되고 이에 대해서 설명되었지만, 이에 국한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 실시예에서, 구동 시스템(11)은 또한 좌, 우 전방 액슬 축(31 및 33) 각각을 포함한다. 도1을 계속해서 참조하면, 상술되고 상당히 종래 것인 "기계식" 소자 이외에도, 구동 시스템(11)은 또한 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛(35)을 포함하고, 펌프-모터 유닛(35) 전방에는 밸브 매니폴드(37)가 배치된다. 밸브 매니폴드(37)의 전방 부분에는 저압 어큐뮬레이터(39)가 부착되고 밸브 매니폴드(37)의 후방 부분에는 고압 어큐뮬레이터(41)가 부착되지만, 이 특정한 배열한 반대로 되거나, 변경되거나 어떤 다른 방식으로 재배열된다. 밸브 매니폴드(37)(이하에 언급된 것을 제외) 및 어큐뮬레이터(39 및 41)의 특정 설계 및 상세사항은 본 발명의 반드시 필요로 되는 특징이 아니므로 각각의 구성에 대한 상세사항은 본원에 도시되거나 설명되지 않았다는 것을 이해하여야만 된다. 대신, 각각에 대한 일반적인 기능 및 동작이 도2의 시스템 개요도와 관련하여 간략하게 설명될 것이지만, 본 발명의 제어 회로 및 필터 서브-시스템의 설명을 위한 "환경"으로서 수압식 구동 시스템의 여러 동작 모드에 대해 필요한 정도가 설명될 것이다.
도1을 계속해서 참조하면, 도1에 도시된 전체 수압식 구동 시스템의 이해를 용이하게 하기 위하여 펌프-모터 유닛(35)이 좀 더 상세하게 설명될 것이다. 펌프-모터 유닛(35)은 클러치 어셈블리 부(43) 및 펌프-모터 부(45)를 포함한다. 중간 구동축은 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛(35)을 완전히 관통하여 신장하고, 바람직 하게는, 전방 구동축(19)에 접속하기 위하여 자신의 전방 단부에서 유니버셜 조인트 커플링(본원에 도시되지 않음)을 갖는다는 것을 알 수 있다. 유사하게, 중간 구동축은 바람직하게는, 후방 구동축(23)에 접속하기 위하여 자신의 후방 단부에서 유니버셜 조인트 커플링(또한, 본원에 도시되지 않음)을 갖지만, 본 발명의 범위 내에서, 도시되고 설명된 특정 배열은 어떤 다른 방식으로 반전되거나 변경될 수 있다.
지금부터 도2를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터(39 및 41) 이외에, 도2의 수압식 개요도에 도시된 그 밖의 모든 소자는 통상적으로 도1에 도시된 밸브 매니폴드(37) 내에 포함되거나 밸브 매니폴드(37)에 부착된다는 것을 이해하여야만 된다. 또한, 펌프-모터 유닛(35)이 자신의 중립(제로 변위) 상태(이는 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않는 경우이다)에 있을 때 마다, 펌프-모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터(39 및 41) 간의 도2에 도시된 수압식 시스템 내에서 거의 흐름이 없다는 것을 이해하여야만 된다. 그러나, 이와 같은 시스템에 대한 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 어큐뮬레이터(39 및 41) 각각 상의 사전 충전 때문에, 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 펌프-모터 유닛(35)이 중립 상태에 있는 동안 조차도, 시스템은 "가압된" 채로 유지된다.
밸브 매니폴드(37) 내에 포함되는 (도2에 도시된 바와 같은) 수압식 시스템은 모드 제어 밸브(81) 및 이와 동작적으로 관련된, 스텝-오리피스 제어 밸브(step-orifice control valve)(83) 및 솔레노이드-형 모드 파이로트 밸브(85)를 포함한다. 밸브(81, 83, 및 85)의 기능 및 동작이 이하에 좀 더 상세하게 설명될 것 이지만, 밸브(81, 83 및 85)에 관한 이하의 설명은 본 발명을 단지 예시하고 실행하기 위한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
펌프-모터 유닛(35)은 가변위 형(variable displacement type)임으로, 일종의 변위-가변 수단, 가령 도2에 도시된 유형의 한 쌍의 유압 서보 액츄에이터(87 및 89)를 포함한다. 이 서보 액츄에이터(87 및 89)는 수압식으로 전형적인 전자-수압식 제어기(91)의 출구에 연결된다. 제어기(91)의 기능은, 경사판(swashplate)(95)의 소망 각도 및 변위를 성취하는데 적절하게, 도관(93)으로부터 가압된 유체를 서보 액츄에이터들(87 또는 89)중 하나의 액츄에이터에 연결시키는 것인데, 이들 모두는 펌프 및 모터 기술, 특히 축방향 피스톤 펌프 기술의 당업자에게 널리 공지되어 있다. 본 발명이 관계하는 유형의 수압식 구동 시스템의 당업자는, 전형적인 HST 시스템 처럼, 펌프-모터 유닛(35)의 경사판(95)으로부터 제어기(91)로 기계식 피드백될 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 제어기(91)로의 피드백, 심지어 경사판(95)의 위치 표시 조차도 전자적으로 성취되는 것이 바람직하다. 모든 유형의 피드백은 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해하여야만 된다.
고압 어큐뮬레이터(41) 및 전자-수압식 제어기(91) 간에 아이솔레이션 밸브(isolation valve)(97)가 직렬로 배치되는데, 이 밸브는 도2에 도시된 바와 같이 솔레노이드 동작되는 포핏-형(poppet-type)이다. 수압식 구동 시스템(11)이 동작할 때마다, 아이솔레이션 밸브(97)는 "온"되는데, 즉 고압이 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 제어기(91)로 자유롭게 전달된다. 수압식 구동 시스템(11)이 "오프"로 될 때마다, 아이솔레이션 밸브(97)는 도2에 도시된 위치로 스프링 바이어스되는데, 이 위치에서 이 밸브는 펌프-모터 유닛(35) 및 제어기(91)를 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 수압식으로 격리시켜, 시스템이 동작하지 않는 동안 어큐뮬레이터(41)가 제어기(91)를 통해서 누설되지 않도록 한다. "오프" 되는 구동 시스템에 대한 기준은 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않을 때 차량 동작 사이클의 부분 및 차량이 전혀 동작하지 않는(엔진 "오프" 상태) 시간 둘 다를 포함하는 것을 의미한다라는 것을 이해할 것이다.
도2를 계속해서 참조하면, 구동 시스템(11)은 바이패스 밸브 어셈블리(99)를 포함하는데, 이는 밸브 기술에 널리 공지된 용어로서 "언로딩" 밸브 또는 "덤프" 밸브라 할 수 있다. 따라서, 바이패스 밸브 어셈블리(99)는 엔진이 "오프"(도관(93, 109 및 111)에 제공되는 구동 압력이 없음)될 때마다 펌프-모터 유닛을 "언로드" 하여, 구동 라인(17)으로 의도하지 않은 토크가 전달되지 않도록 한다. 수압식 회로의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 바이패스 밸브 어셈블리(99)는 전형적으로 이와 같은 회로에 포함되어 펌프-모터 유닛(35)을 "언로드"한다. 당업자는 바이패스 밸브 어셈블리(99)와 같은 특정 서브-시스템의 특정 설계 및 동작을 결정할 수 있다라고 간주된다.
수압식 구동 시스템(11)은 또한 릴리프 밸브(101)를 포함하는데, 이 밸브는 도2에 도시된 바와 같이 폐쇄된 위치로 스프링 바이어스 된다. 릴리프 밸브(101)의 입구는 도관(103)과 연결되며, 이 도관은 입구를 고압 어큐뮬레이터(41)의 포트와 그리고 모드 제어 밸브(81)의 입구와 상호연결시킨다. 도관(103) 내의 압력이 소정 최대값을 초과할 때, 릴리프 밸브(101)는 도관(103)으로부터 도관(105)까지(이는 이하에서 보다 명백한 바와 같이 시스템의 "저압" 측으로 간주될 수 있다) 연결시키는 위치로 바이어스(도2에서 "하향")된다. 최종적으로, 도2를 계속해서 참조하면, 수압식 구동 시스템(11)은 이하에 보다 상세하게 서술되는 필터 회로(107)를 포함한다.
지금부터 도2 및 도3을 함께 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 도관(109)에 이해 모드 제어 밸브(81)에 연결되는 포트(A)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 이 유닛(35)은 또한 도관(111)에 의해, 필터 회로(107) 및 도관(105)과 유체 연결되는 포트(B)를 포함하여, 이 도관(105 및 111)이 상술된 바와 같이 시스템의 "저압" 측을 포함한다. 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펌프 모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있을 때, 포트(A)는 출구 포트(도2 및 도3에서 펌프 심볼에서 화살표로 도시)이고, 유닛(35)이 모터링 모드에 있을 때, 포트(A)는 가압된 입구 포트이고 포트(B)는 배기, 즉 출구 포트이다.
도2를 다시 참조하면, 수압식 구동 시스템(11)의 일반적인 동작이 간략하게 설명될 것이다. 상술된 바와 같이, 차량이 감속이나 가속 상태가 아닐 때, 펌프-모터 유닛(35)(도1의 펌프-모터 부)은 중간 구동축으로부터 클러치해제되고, 도1에 도시된 전체 차량 구동 시스템은 수압식 구동 시스템(11)이 제공되지 않은 것과 동일한 방식으로 동작한다.
차량 조작자가 브레이킹 동작을 수행하기 시작할 때, 클러치 어셈블리 부(43)가 작동되어, 펌프-모터 유닛(35)이 현재 구동축에 클러치되도록 하고 적절한 명령이 전자-수압식 제어기(91)에 제공되도록 하여, (전방 방향으로 이동하는 차량 으로 인해)구동 라인(17)의 회전이 펌프-모터 유닛(35)으로 하여금 포트(A)로부터 도관(109)으로 가압된 유체를 펌핑하는 방향으로 경사판(95)을 변위시킨다. 현재, 수압식 재생 브레이킹 시스템의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 경사판(95)의 변위(및 구동 라인(17)의 회전 당 유체 출력)은 통상적으로, 챠랑 조작자가 브레이크 페달을 누르는 정도에 비례한다. 조작자에 의해 가해지는 브레이크 토크에 비례하는 경사판(95)의 변위 또는 브레이크 페달의 변위를 설정하는 방법이 당업자에게 공지되어 있지만, 경사판(95)의 변위를 설정하는 특정 수단 또는 기준은 본 발명에 반드시 필요로 되는 것은 아니다.
펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있음으로써, 도관(109)을 통해서 전달되는 가입된 유체는 모드 제어 밸브(81)에서 포핏 부재(113)를 언시트(unseat)하여, 가압된 유체가 도관(103) 내로 흐르도록 하고 이로 부터 고압 어큐뮬레이터(41)를 가압하도록 한다. 본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 가스 충전형이다. 최소량의 오일이 항상 고압 어큐뮬레이터(41)에 유지되도록 수압을 유지할 필요가 있다(그 결과 도관(93 및 103) 둘다가 항상 최소 충전되어 있다). 전형적인 감속 사이클의 끝에서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 최대 시스템 압력, 전형적으로 약 5000psi로 충전된다.
브레이킹 사이클의 감속 부분의 끝에서, 차량 조작자가 브레이크 페달을 해제하고 가속기를 누르기 시작할 때, 적절한 신호가 전자기 제어기(91)로 전달되고, 이 제어기는 펌프-모터 유닛(35)이 (상술된) 펌핑 모드에서 모터링 모드로 전이하도록 명령한다. 모터링 모드에서, 경사판(95)은 유닛이 펌핑 모드에 있을 때(즉, 경사판(95)이 "오버-센터(over-center)"로 된다) 존재하는 것과 대향되어 경사져서 배치된다. 펌프-모터 유닛(35)이 모터링 모드에 있을 때, 경사판(95)은 펌프-모터 유닛(35)(포트 A로부터 포트 B로)을 통한 흐름이 펌프-모터 유닛(35)으로 하여금 토크를 구동 라인(17)으로 전달하도록 배치되어, 차량의 전방 이동에 대응하는 방향으로 구동 라인(17)을 구동시키는 경향이 있다. 본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 모드 제어 밸브(81)는 가압된 유체가 항상 도관(109)으로부터 도관(103)으로(즉, 펌핑 모드) 흐르도록 구성된다. 그러나, 모드 파이로트 밸브(85)가 적절한 입력 신호를 자신의 솔레노이드로의 수신할 때에만, 포핏 부재(113)의 개방을 지원하는 적절한 파이로트 신호(115)가 어큐뮬레이터(41)로부터 도관(103)을 통하고 나서 도관(1090을 통해서 펌프-모터 유닛(35)의 포트(A)로 고압 유체가 상대적으로 비제한적으로 흐르도록 한다.
본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 저압 어큐뮬레이터(39)는 또한 가스 충전형이고, 본 실시예에서 그리고 단지 예로서 펌프-모터 입구 포트(B)에서 최소 입구 충전 압력, 약 50psi를 항상 유지한다. 이는 (유닛(35)이 고압 어큐뮬레이터(41)를 펌핑 업한 후) 사이클의 감속 부분의 끝에 대해서도 그러하다. 사이클의 감소 부분의 끝 다음에, 저압 어큐뮬레이터(39)가 거의 모든 오일을 포함할 때, 저압 어큐뮬레이터(39)의 압력은 본 실시예에서 그리고 단지 예로서 약 150psi로 상승한다.
지금부터 도3을 참조하여, 필터 회로(107)가 설명될 것이다. 도관(105 및 111)이 시스템의 저압측을 포함하는 것으로 상술되었지만, 저압 어큐뮬레이터(39) 의 존재로 인해, 도관(111) 내의 압력은 많은 수압식 시스템의 경우에서 처럼, 시스템의 정상 동작 동안 결코 반드시 제로로 되거나 저장기 압력으로 될 필요가 없다. 대신, 상술되었지만 단지 예로서, 저압 어큐뮬레이터(39)는 본 발명의 실시예에서 도관(117 및 111)이 적어도 약 50psi의 압력으로 유지되도록 한다. 또한, 도2에 도시된 바와 같이, 저압 어큐뮬레이터(39)의 포트는 도관(117)(부분적으로 도3에 도시됨)에 의해 필터 회로(107)와 연결되어 있다.
지금부터, 도4와 관련하여 도3을 참조하면, 필터 회로(107)는 통상적으로, 단지 도3에 개요적으로 도시되었지만 도4에서 밸브 하우징으로서 도시된 필터 매니폴드(119) 내에 배치된다. 필터 매니폴드(119) 내에는 2-위치 양방향 필터 차단 밸브(121)가 배치되는데, 이 밸브는 개방 위치(도3에 도시된 흐름 위치 "F")로 스프링 바이어스되지만 차단 밸브(121)는 어떤 적절한 수단, 가령 핸들(123)에 의해 자신을 통한 흐름을 차단하는 위치(도3에서 격리 위치 "I")로 수동으로 변위될 수 있다. 도3에 도시된 개방 위치의 필터 차단 밸브(121)로 인해, 저압 유체는 도관(111)으로부터 도관(125)으로 흐를 수 있는데, 이는 이하에 서술될 이유들로 인해 필터 매니폴드(119)의 바깥으로 신장되는 것으로서 도3에 도시되어 있다. 도관(125)은 필터 소자(127)의 "입구" 측과, 도관(129)에 의해 체크 밸브(131)(이는 필터 소자 (127)를 통한 역흐름을 방지한다)의 입구에 연결되는 필터 소자(127)의 "출구" 와, 그리고 이로부터 도관(117)으로 유체 연결된다.
도관(111)은 또한 오리피스 및 밸브 어셈블리(113)의 한 포트와 연결되고, 이 어셈블리(133)의 다른 한 포트는 도관(117)과 개방 연결된다. 오리피스 및 밸브 어셈블리(133) 내에는 고정된 플로우 오리피스(fixed flow orifice)(135) 및 체크 밸브(137)를 포함한 병렬 경로 배열이 있는데, 이들의 기능이 이하에 설명될 것이다.
본 발명의 한 가지 중요한 양상을 따르고 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 본 발명의 목적들 중 한 목적은 도3에 도시된 바와 같이 필터 회로(107)를 제공함으로써 성취되는데, 흐름은 펌프-모터 유닛(35)이 모터링 모드에만 있는 동안 필터 소자(127)를 통과하지만, 펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있을 때, 필터 회로(107)는 저압 어큐뮬레이터(39)로부터 펌프-모터 유닛(35)의 입구 포트(포트 B)로의 유체 흐름에 대해 상대적으로 거의 제한하지 않는다.
본 발명의 필터 회로(107)의 동작이 지금부터 좀 더 상세하게 설명될 것이다. 펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있을 때, 저압 어큐뮬레이터(39)로부터의 저압 유체(본 실시예에서, 초기에 약 150psi로부터 50psi에 이르기 까지)는 도관(117)을 통해서 흐르지 만, 필터 소자(127)를 통해서 흐르는 것이 체크 밸브(131)에 의해 차단된다. 그러므로, 필터 회로(107)를 통한 이 "제1 흐름 경로"에서, 저압 어큐뮬레이터(39)로부터의 흐름 전부는 도관(117)을 통해서 흐르고 나서 오리피스 및 밸브 어셈블리(133)를 통해서 흐른다. 어셈블리(133)의 배열은 (체크 밸브(137)를 언시팅함으로써) 어셈블리(133)를 통해서 상대적으로 제한되지 않은 흐름 경로를 제공하고 나서, 도관(111)을 통해서 펌프-모터 유닛(35)의 입구 포트(포트 B)로 제공한다. 상술된 제1 흐름 경로에서, 일부 흐름은 고정된 플로우 오리피스(135)를 통과하지만, 통상적으로, 펌핑 모드에서의 대부분의 흐름은 언시트된 체크 밸브(137)를 통과한다.
펌프-모터 유닛(35)이 모터링 모드로 스위치될 때, 포트(B)가 현재 펌프-모터 유닛(35)의 출구 포트가 되도록, 도관(111)을 통한 흐름은 "제2 흐름 경로"를 통해서 흐르는데, 이 제2 경로에 의해 유체는 저압 어큐뮬레이터(39)로 귀환한다. 제2 흐름 경로는 병렬인 2개의 경로부를 포함한다. 한 경로부는 필터 차단 밸브(121)를 통해서 흐르고 나서, 도관(125) 및 필터 소자(127)를 통해서 흐른 후, 도관(129)을 통해서 흘러 언시트된 체크 밸브(131)를 통해 도관(117)으로 흐른다. 다른 한 경로는 오리피스 및 밸브 어셈블리(133)를 통해서 흐르지만, 현재 서술된 방향으로의 흐름은 단지 고정된 플로우 오리피스(135)를 통과한 후 도관(117)으로 흘러, 필터 소자(127)를 통과하는 유체와 재결합한다.
그러므로, 수압 분야의 당업자의 능력 내에서 양호하게 될 것으로 간주되는 필터 소자(127) 및 고정된 플로우 오리피스(135)를 적절하게 선택함으로써, 소정 퍼센티지의 흐름을 모터링 모드에서 필터 소자(127)로 통과시킬 수 있다. 본 실시예의 개발 도중에, 그리고 단지 예로서, 모터링 모드에서 흐름의 대략 80 퍼센티지(80%)가 고정된 플로우 오리피스(135)를 통과하는 반면에, (포트(B)로부터 어큐뮬레이터(39)로의 총 흐름의)나머지 20 퍼센티지(20%)는 필터 소자(127)를 통과한다. 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 이들 상대적인 퍼센티지는 가변되어 한편으론 보다 큰 정도의 여과와 같은 목적을 성취하거나 다른 한편으론 필터 회로(107)를 통해서 감소된 압력 강하를 성취한다.
펌프-모터 유닛(35)의 모터링 모드 동안 발생되는 필터 소자(127)를 통한 흐 름 및 상대적으로 일정하게 저압을 유지시키는 저압 어큐뮬레이터(39)로 인해, 필터 소자(127)는 적절하게 선택될 수 있으며, 이 시스템 설계자는 필터 소자(127)가 단지 공지된 상대적으로 일정하면서 상대적으로 저압을 항상 겪는다는 것을 인지한다. 필터 소자(127)가 상당히 높은 압력 강하를 주기적으로 겪으면, 보다 신뢰성 있고 보다 값비싼 필터 장치 및 필터 소자 재료가 필요로 된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 필터 회로(107)는 유닛이 펌핑 모드에 있을 때마다 상대적으로 억제되지 않은 흐름 경로를 펌프-모터 유닛(35)의 입구(포트 B)에 제공함으로써 본 발명의 목적들 중 한 목적을 성취한다. 펌핑 모드에서, 입구로의 이와 같은 억제되지 않은 저압 흐름은 특히 펌핑 모드 동안 캐비테이션 및 특히 본 발명의 수압 구동 시스템(11)이 수압 재생 브레이킹 시스템 및/또는 구동 시스템(11)이 주행중인 차량의 부분으로서 사용될 때 발생되는 잡음을 방지하는데 중요하다. 널리 공지된 바와 같이, 캐비테이션은 펌프-모터 유닛의 각종 부품들을 손상시킬 수 있음으로, 구동 시스템의 가용 수명을 감소시킨다.
본 발명의 필터 회로(107)와 관련된 또 다른 이점은 필터 소자(127)가 부분적으로 또는 심지어 전체적으로 오염 입자들에 의해 플러깅되는 경우 및 플러깅될 때, (고정된 플로우 오리피스(135)를 통과하는)여전히 이용가능한 별도의 흐름 경로가 존재하고 펌프-모터 유닛(35)으로 또는 이로부터의 흐름이 완전히 차단되는 상태가 존재하지 않는다는 것이다. 게다가, 필터 소자(127)가 오염 입자로 점진적으로 충전되기 때문에, 필터 소자(127) 및 고정된 플로우 오리피스(135)간의 관계는 필터 소자(127)로부터 오리피스(135)로 그리고 이 오리피스를 통한 흐름 전이 방법을 완전하게 사전결정한다. 압력 강하의 매우 작은 증가로 인해, 포트(B)로부터의 충분한 흐름은 오리피스(135)를 통해서 저압 어큐뮬레이터(39)로 귀환한다.
게다가, 오염 입자가 충분히 플러깅되는 필터 소자(127)의 문제와 관련하여, 필터 회로(107)는 압력 작동되는 전기 릴레이 장치(139)를 포함한다는 것을 도3에서 알 수 있다. 이 릴레이 장치(139)는 도관(117)으로부터 파이로트 신호(141)를 수신하고 또한 도관(125)으로부터 파이로트 신호(143)를 수신한다. 파이로트 신호(141 및 143)(143은 모터링 모드에서 141보다 항상 높게 되어야만 된다)간의 압력 차가 바이어싱 스프링(145)의 힘을 극복할 정도로 충분하면, 이 장치(139) 내의 릴레이는 폐쇄되어, 전기 신호(147)를 전자 제어기와 같은 적절한 경보 장치 또는 조작실 내의 경보등 또는 부저(buzzer)에 전송한다.
본 발명의 또 다른 양상을 따르면, (오염 입자가 충분히 플러깅될 때) 필터 소자(127)는 도2에 도시된 폐루프 수압식 구동 시스템(11)의 압력 해제 및 배출을 필요로 함이 없이 성취될 수 있다. 긴 유체 수명을 제공하는 이와 같은 폐루프 구동 시스템의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 저압측은 항상 가압된다. 압력은 저압 어큐뮬레이터(39) 내의 유체량에 따라서 저에서 고로 스윙된다(예를 들어, 이 실시예에서 50psi 및 150psi 사이). 이는 심지어 차량 엔진이 "오프" 상태일 때 조차도 그러하다.
필터 소자(127)를 새로운 클린 소자로 대체하고자 할 때, 본 실시예에서, 필요로되는 모든 것은 핸들(123)을 눌러 필터 밸브(121)를 도시된 위치로부터 좌로, 도관(111)으로부터 도관(125)으로의 흐름을 차단하는 위치로 이동시키는 것이다. 본 발명의 범위 내에서, 필터 차단 밸브(121) 및 핸들(123)을 바이어싱하는 스프링은 반전될 수 있다. 도관(125)으로의 흐름 차단이 발생되면, 수압식 구동 시스템(11)의 나머지는 도관(125 및 129) 및 필터 소자(127)를 포함하는 경로부로부터 격리된다. 그러므로, 이 후, 필터 소자(127)는 대체될 수 있고, 임의의 유체가 이에 따라서 도관(125 또는 129)중 어느 한 도관으로부터 어느 정도 배출되고, 필터 경로부(도관(125))는 공기 블리드 및 충전 밸브(149)(도2 참조)에 의해 그리고 또한, 회로 내에 설치되기 전 새로운 필터를 사전충전함으로써 재충전될 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 필터 회로(107)의 또 다른 이점은"조정성"이 용이한데, 즉 구동 시스템(11)의 장래 모델에 대한, 필터 소자(127)를 통해서 흐르는 유체 흐름의 퍼센티지 대 고정된 플로우 오리피스(135)를 통해서 흐르는 유체 흐름의 퍼센티지의 변경이 용이하다는 것이다. 예를 들어, 전체 필터 회로(107) 및 필터 매니폴드(119) 등은 동일하게 유지되도록 고정된 플로우 오리피스(135)는 오리피스 부재를 포함할 수 있는데, 구동 시스템의 장차의 모델에 대한 변경은 단지 하나의 특정 크기의 오리피스 부재를 상이한 크기의 고정된 플로우 오리피스(135)를 제공하는 또 다른 오리피스 부재로 대체함으로써 이루어짐으로, 상이한 퍼센티지의 총 유체 흐름(포트(B)로부터 어큐뮬레이터(39)로)은 필터 소자(127)를 통과한다.
본 발명은 상기에서 보다 상세하게 설명되었고, 당업자는 이 명세서를 읽음으로써 본 발명의 각종 변경들 및 수정을 행할 수 있을 것이다. 따라서 이와 같은 모든 변경들 및 수정들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 한 본 발명에 포함된 다.
본 발명은 필터가 오염 입자를 수집할 때 시스템 수행성능을 거의 변경시킴이 없이, 유닛이 펌핑 모드에 있고 유닛이 모터링 모드에 있을 때, 시스템 및 펌프-모터 유닛의 요구에 부합할 수 있는 필터 서브-시스템을 포함하는 이와 같은 개선된 수압식 구동 시스템을 제공하는 것이며, 또한 펌프-모터 유닛이 펌핑될 때 상대적으로 거의 흐름을 억제하지 않도록 설계되고 유닛이 모터링될 때 제어된 여과를 성취하도록 하는 2개의 서로 다른 흐름 경로를 정하는 개선된 필터 서브-시스템을 제공하는 것이다.

Claims (4)

  1. 엔진(13) 및 상기 엔진으로부터 구동 액슬(27, 29)로 구동 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 구동 라인(17)을 갖는 차량 상에 사용하도록 적응되는 수압식 구동 시스템(11)으로서, 상기 구동 시스템(11)은 펌핑 모드에서 상기 구동 라인(17)으로부터 구동 토크를 수신하도록 동작될 수 있고 모터링 모드에서 상기 구동 라인으로 구동 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 수압식 펌프-모터 유닛(35); 모드 밸브 수단(81)을 통해서 상기 펌프-모터 유닛(35)의 제1 포트(A)와 유체 연결되는 고압 어큐뮬레이터(41)를 포함함으로써, 상기 펌프-모터 유닛이 상기 펌핑 모드에 있을 때, 가압된 유체가 상기 펌프-모터 유닛으로부터 상기 고압 어큐뮬레이터(41)로 전달되도록 하고, 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 모터링 모드에 있을 때, 가압된 유체가 상기 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 상기 펌프-모터 유닛(35)에 전달되도록 하는, 고압 어큐뮬레이터(41); 상기 펌프-모터 유닛의 제2 포트(B)와 유체 연결되는 저압 어큐뮬레이터(39)를 포함하는, 수압식 구동 시스템(11)에 있어서,
    (a) 상기 저압 어큐뮬레이터(39) 및 상기 펌프-모터 유닛(35) 간에 배치된 필터 회로(107)를 포함하는데,
    (b) 상기 필터 회로(107)는 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 펌핑 모드에 있을 때 상기 저압 어큐뮬레이터(39)로부터 상기 제2 포트(B)로 상대적으로 억제되지 않은 제1 경로 흐름을 정하며;
    (c) 상기 필터 회로(107)는 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 모터링 모드에 있을 때 상기 제2 포트(B)로부터 상기 저압 어큐뮬레이터(39)로의 제2 흐름 경로를 정하며,
    (d) 상기 제2 흐름 경로는 직렬의 필터 차단 밸브(121) 및 필터 소자(127)를 통과하는 하나의 경로부 및 이와 병렬인, 제어된 플로우 오리피스(135)를 통과하는 또 다른 경로부를 포함함으로써, 상기 제2 포트(B)로부터의 유체 흐름의 한 부분은 상기 필터 소자(127)를 통해서 흐르고, 상기 제2 포트(B)로부터의 상기 유체 흐름의 나머지 부분은 상기 제어된 플로우 오리피스(135)를 통해서 흐르는, 수압식 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어된 플로우 오리피스(135)는 상기 필터 차단 밸브(121)에 대해 선택되고 크기가 정해져, 상기 포트(B)로부터의 유체 흐름의 상기 한 부분이 상기 포트(B)로부터의 총 유체 흐름의 소정 퍼센티지(X)를 포함하도록 하는 수압식 구동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 차단 밸브(121)는 상기 한 경로부를 정하는 흐름 위치(F) 및 상기 포트(B)로부터 상기 필터 소자(127)를 통과하는 것을 차단하는 격리 위치(I)를 포함하는 2-위치, 양방향 밸브를 포함함으로써, 상기 필터 차단 밸브(121)가 상기 격리 위치(I)에 있을 때, 상기 필터 소자(127)는 상기 수압식 구동 시스템(11)의 나머지로부터 유체가 배출됨이 없이 대체될 수 있는 수압식 구동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 회로(107)에 의해 정해진 상기 상대적으로 억제되지 않은 제1 흐름 도관(117, 111)은 상기 필터 차단 밸브(121) 및 상기 필터 소자(127)를 배제하는 수압식 구동 시스템.
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