KR101235988B1 - 용적 변화 링 상의 힘을 감소시키는 챔버를 갖는 가변 용량베인 펌프 - Google Patents

용적 변화 링 상의 힘을 감소시키는 챔버를 갖는 가변 용량베인 펌프 Download PDF

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Abstract

가압 작동 유체가 펌프 챔버 내부의 부분에 제공되어 용적 변화 링 외부에 작용하여 링의 내부에 있는 고압 작동 유체에 의해 생성된 힘과 실질적으로 균형을 이루는 신규한 가변 용량 베인 펌프가 제공된다. 피봇 핀에 작용하는 합성 압력 힘이 감소함에 따라, 용적 제어 링의 운동이 바람직하지 않은 히스테리시스를 줄이면서 더 부드러워지고, 피봇 핀의 마모가 줄고, 펌프의 체적 용량을 변경하기 위하여 용적 제어 링을 이동시키는데 필요한 추가적인 힘이 감소하여 관련 제어 기구의 소형화를 가능하게 한다.
가변 용량, 베인 펌프, 용적 변화 링, 제어 기구, 제어 스프링

Description

용적 변화 링 상의 힘을 감소시키는 챔버를 갖는 가변 용량 베인 펌프 {VARIABLE CAPACITY VANE PUMP WITH FORCE REDUCING CHAMBER ON DISPLACEMENT RING}
본 발명은 가변 용량 베인 펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 용적 링 상의 힘의 불균형을 감소시켜 용적 링의 제어를 개선하는 가변 용량 베인 펌프에 관한 것이다.
가변 용량 베인 펌프는 널리 알려져 있고, 펌프의 편심을 바꾸고 이에 따라 펌프의 부피 용적을 바꾸기 위해 이동할 수 있는 펌프 용적 링 또는 슬라이드 링 형상의 용량 조절 요소를 특징으로 한다. 일반적으로, 펌프 용적 링은 피봇 핀에 의하여 펌프 몸체에 장착되고, 스프링에 대하여 작용하는 피스톤이나 가압 챔버 같은 적절한 제어 시스템이 용적 링을 피봇에 대하여 이동시켜 펌프로부터 원하는 평형 압력을 얻는다.
이러한 펌프는 잘 작동하는 반면, 펌프의 체적 용량을 바꾸기 위하여 용적 링을 이동하는 경우 용적 링에 작용하는 불균형한 힘에 맞서야 하기 때문에 제어 시스템 부품이 상대적으로 커져야 하는 단점을 겪게 된다. 특히, 펌프에 의해 생성된 가압 작동 유체는 용적 링에 대하여 한 방향으로만 힘을 가하도록 작동한다. 이 힘에 대하여 반대로 작동하기 위해서는 그렇지 않은 경우 용적 링을 이동시키는데 필요한 것보다 용적 링을 위한 제어 시스템은 일반적으로 더 큰 부품을 포함해야 한다. 특히 자동차 엔진 분야와 같은 많은 분야에서, 이렇게 큰 부품이 들어갈 공간이 없거나 또는 더 좋은 용도로 사용될 수 있는 공간을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 신규한 가변 용량 베인 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수개의 이동가능한 베인을 갖는 펌프 로터와, 로터가 내부에 위치하는 펌프 챔버를 한정하는 펌프 하우징과, 펌프 챔버 내에 피봇 가능하게 장착된 용적 변화 링과, 펌프 챔버 내에서 용적 변화 링을 피봇시켜 펌프의 부피 용적을 변화시키는 제어 기구를 포함하는 가변 용량 베인 펌프이며, 상기 용적 변화 링은 펌프 로터를 둘러싸서 펌프 로터의 고압부와 저압부를 한정하고, 상기 펌프 하우징은 저압부 내로 작동 유체가 유입되는 입구와 고압부로부터 고압 작동 유체를 수용하는 출구를 가지며, 상기 출구는 또한 작동 유체를 용적 변화 링의 외부에 있는 펌프 챔버 내의 제1 부에 공급하며, 제1 부 내의 작동 유체는 펌프의 고압부의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링 내부의 면적과 실질적으로 유사한 면적에 작용하여 고압 작동 유체에 의해 용적 변화 링에 가해지는 알짜 힘을 감소시키는 가변 용량 베인 펌프를 제공한다.
본 발명은 고압의 작동 유체가 펌프 챔버 내부의 부분에 제공되어 용적 제어 링 외부에 작용하여 링의 내부에 있는 고압 작동 유체에 의해 생성된 힘과 실질적으로 균형을 이루는 신규한 가변 용량 베인 펌프를 제공한다. 유사하게, 저압의 작동 유체는 펌프 챔버의 내부와 외부 양쪽으로부터 용적 제어 링에 작용하여 용적 제어 링에 대한 저압의 유체가 생성한 힘이 균형을 이룬다. 피봇 핀에 작용하는 합성 압력 힘이 감소함에 따라, 용적 제어 링의 운동이 바람직하지 않은 히스테리시스를 줄이면서 더 부드러워지고, 피봇 핀의 마모가 줄고, 펌프의 체적 용량을 변경하기 위하여 용적 제어 링을 이동시키는데 필요한 추가적인 힘이 감소하여 관련 제어 기구의 소형화를 가능하게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적인 방법으로 설명된다.
도1은 가변 용량 베인 펌프의 종래 기술에 대한 개략도이다.
도2는 링이 최대 용적 위치에 있는 경우 본 발명에 따른 가변 용량 베인 펌프의 제1 실시예에 대한 정면도이다.
도3은 링이 최소 용적 위치에 있는 경우 도2의 펌프의 정면도이다.
도4는 링이 최대 용적 위치에 있는 경우 본 발명에 따른 가변 용량 베인 펌프의 제2 실시예에 대한 정면도이다.
도5는 링이 최소 용적 위치에 있는 경우 도4의 펌프의 정면도이다.
종래 기술 가변 용량 베인 펌프(10)가 도1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 펌프(10)는 피봇 핀(16)에 의해 펌프(10)의 몸체(14)에 장착되는 용적 링(12)을 포함한다. 용적 링(12)은 내부에 펌프 로터(20)가 위치한 펌프 챔버(18)를 한정한다.
도시된 펌프(10)에 있어서, 펌프 챔버(18)의 좌측부는 펌프(10)의 고압부이고, 우측부는 저압부이다. 명백하게, 링(12)의 내부에 작용하는 합성 차분 압력은 피봇 핀(16) 상에 화살표(22)가 지시하는 알짜 힘을 야기한다. 펌프(10)의 작동 압력과 용적 링(12)의 크기에 따라, 알짜 힘(22)은 피봇 핀(16)에 대하여 상당한 힘을 가할 수 있다.
알짜 힘(22)에 더하여, 화살표(24)가 지시하는 제2 알짜 힘이 영역(26) 내의 가압 작동 유체로부터 용적 링(12)의 외부에 작용한다. 제2 알짜 힘(24)은 용적 링(12)을 이동시켜 펌프(10)의 용량 제어 기구의 일부인 스프링(30)에 대하여 작용한다.
명백하게, 제2 알짜 힘(24)이 없는 경우에 비해서 제어 스프링(30)은 더 커질 필요가 발생한다. 또한, 제2 알짜 힘(24)이 피봇 핀(16)에 대하여 용적 링(12)을 회전시키기 때문에, 알짜 힘(22)은 용적 링(12)과 함께 회전하고, 피봇 핀(16)에 대하여 다른 방향으로 작용하여 일부 상황에서는 평형 지점 근처에서 펌프(10)의 바람직하지 않은 히스테리시스나 "헌팅"을 야기할 수 있다. 마지막으로, 피봇 핀(12)은 알짜 힘(22,24)을 수용할 수 있는 크기로 만들어지고 고속에서 이 힘을 견딜수 있어야 한다.
도2는 본 발명에 따른 펌프(100)의 실시예를 도시한다. 펌프(100)는 내부에 펌프 챔버(108)를 한정하는 하우징(104)을 포함한다. 챔버(108)는 하우징(104)의 이면에 작동 유체가 통과하여 챔버(108)로 유입되는 작동 유체 입구(112)와, 하우징(104)의 이면에 가압 작동 유체가 통과하여 챔버(108)로부터 유출되는 작동 유체 출구(116)을 갖는다.
용적 변화 링(120)은 피봇 핀(124)에 의해 챔버(108) 내에 장착되고, 용적 변화 링(120)이 최대 용적 멈춤쇠(128) 또는 최소 용적 멈춤쇠(132)에 접하는 위치 사이에서 한정된 범위 내에서 피봇할 수 있다.
챔버(108)는 펌프 구동 축(140)과 함께 회전하는 펌프 로터(136)를 더 포함하고, 펌프 로터(136)는 로터(136)와 함께 회전하는 펌프 베인(144)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 입구부(112)는 펌프 챔버(108) 내부의 부분(148)으로 유입 작동 유체가 유입되고, 여기서부터 용적 변화 링(120) 내부의 저압부(152) 안쪽으로 당겨진다. 유사하게, 용적 변화 링(120) 내부의 고압부(156)는 펌프 챔버(108) 내부의 부분(160)에 연결되고, 그리고 출구(116)에 연결된다. 펌프 챔버(108) 내부의 부분(148,160)은 하우징(104)과 용적 변화 링(120) 안의 슬롯(172) 사이에서 작용하여 고압부(160)로부터 저압부(148)를 밀봉하는 한 쌍의 시일(164,168)에 의해 분리된다. 시일(164)은 엘라스토머 고무 화합물 등과 같은 임의의 적절한 물질로부터 제조될 수 있다.
챔버 내부 부분(160)의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링(120) 상의 면적은 고압부(156) 내의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링(120) 상의 면적과 유사하게 설계된다. 마찬가지로, 챔버 내부 부분(148)의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링(120) 상의 면적은 저압부(152) 내의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링(120) 상의 면적과 유사하게 설계된다. 따라서 명백하게, 펌프(100) 내의 작동 유체에 의해 생성된 용적 변화 링(120) 상의 알짜 힘은 감소한다. 챔버 내부 부분(160,148)의 크기가 주의 깊게 선택된다면, 작동 유체에 의해 가해지는 알짜 힘은 실질적으로 감소하거나 또는 균형을 이룰 수 있다.
명백하게도, 챔버 내부 부분(160) 안의 고압의 작동 유체로부터 야기되는 원하지 않는 힘은 일반적으로 챔버 내부 부분(148) 안의 저압의 작동 유체로부터 야기되는 원하지 않는 힘에 비해 크다. 따라서, 두 개의 원하지 않는 힘을 모두 줄이는 것이 바람직하지만, 챔버 내부 부분(160) 안에 생성된 힘을 감소하는 것이 우선이며, 본 발명의 많은 장점은 챔버 내부 부분(148) 안에 생성된 힘을 줄이지 않고 달성된다.
주로 통상적인 방법으로, 용적 변화 링(120) 상의 제어 탭(180)을 제어 피스톤(184)을 향해서 편향시키는 제어 스프링(176)에 의한 펌프(100)의 평형 압력 제어가 이루어진다. 제어 피스톤(184)은 출구(116)로부터 가압 작동 유체의 공급원이나 다른 적절한 공급원으로 연결되는 제어 체적(185)을 갖고, 이를 이용해 용적 변화 링(120)을 이동시키기 위한 제어 피스톤(184) 상의 힘을 생성한다. 그러나 명백하게, 제어 스프링(176)과 제어 피스톤(184)은 챔버 내부 부분(160)과 저압부(156) 사이 및 챔버 내부 부분(148)과 고압부(152) 사이의 알짜 힘의 감소로 인하여 그렇지 않았다면 필요했을 것보다 크기가 작게 된다. 또한, 피봇 핀(124)에 가해지는 힘도 감소한다.
도2는 용적 변화 링(120)이 최대 용적 위치에서 링(120)이 멈춤쇠(128)에 접 한 경우 펌프(100)를 도시한다. 이와 반대로 도3은 최소 용적 위치에서 용적 변화 링(120)이 멈춤쇠(132)에 접한 경우 펌프(100)를 도시한다.
도4는 본 발명에 따른 가변 용량 베인 펌프(200)의 제2 실시예를 도시한다. 도면에서, 도2,3에서 도시한 것과 유사한 부품은 동일한 참조 번호로 표기하였다. 제2 실시예에 있어서, 평형 압력의 제어는 앞서 설명한 제1 실시예와 유사한 방법으로 제어 탭(204)에 대하여 작동하는 제어 스프링(176)으로 수행된다. 그러나, 앞서 설명한 펌프(100)와 달리 제2 실시예의 펌프(200)에서는, 제어 스프링(176)에 대하여 작용하는 제어력은 종래 기술인 미국 특허 제4,342,545호에 개시된 것과 유사한 방법으로 제어부(208)에 공급되어 용적 변화 링(120) 상에 작용하는 가압 작동 유체로부터 발생한다. 챔버 내부 부분(160) 안의 작동 유체 압력에서 기인한 힘은 펌프 고압부(156) 내에 생성된 힘에 의해 주로 균형을 맞추는 것과 같이, 챔버 내부 부분(148) 안의 작동 유체 압력에서 기인한 힘은 펌프 저압부(152) 내에 생성된 힘에 의해 주로 균형을 맞춘다.
도시된 바와 같이, 추가적인 시일(212)이 제어 탭(204)의 단부에 마련된 슬롯(216)에 위치하여 부분(148) 내의 작동 유체로부터 제어부(208) 내의 작동 유체를 격리시킨다. 전과 같이, 시일(212)은 임의의 적절한 재료로 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제어 탭(204)은 용량을 증가시키는 방향으로 용적 변화 링(120)의 이동을 제한하는 최대 용적 멈춤쇠(220)에 접한다.
도5는 용적 변화 링(120)이 최소 용적 멈춤쇠(132)에 접하고 있는 최소 용적 위치에서의 용적 변화 링(120)을 갖는 펌프(200)를 도시한다.
펌프(200)의 평형 압력 제어는 제1 실시예의 펌프(100) 제어와 유사한 방법에 의해 수행된다. 제어 스프링(176)은 제어부(208)를 향하여 용적 변화 링(120) 상의 제어 탭(204)을 편향시킨다. 제어부(208)는 출구(116) 또는 다른 적절한 공급원으로부터 가압 작동 유체를 공급받아 제어 스프링(176)의 힘에 대한 용적 변화 링(120) 상의 힘을 발생시킨다. 그러나 명백하게, 제어 스프링(176)과 제어부(208)의 넓이는 챔버 내부 부분(160)과 고압부(156) 사이 및 챔버 내부 부분(148)과 저압부(152) 사이의 알짜 힘의 감소로 인하여 그렇지 않았다면 필요했을 것보다 크기가 작게 된다. 또한, 피봇 핀(124)에 가해지는 힘도 감소한다.
본 발명은 펌프 챔버(108) 내부 부분(148) 안의 작동 유체가 용적 변화 링(120)의 외부에 작용하여 용적 변화 링(120)의 내부에서 작동하는 저압부(152) 내에서 작동 유체에 의해 발생하는 알짜 힘을 감소시키는 신규한 가변 용량 베인 펌프를 제공한다. 유사하게, 펌프 챔버(108) 내부 부분(160) 안의 작동 유체가 용적 변화 링(120)의 외부에 작용하여 용적 변화 링(120)의 내부에서 작동하는 고압부(156) 내에서 작동 유체에 의해 발생하는 알짜 힘을 감소시킨다. 특히 챔버 내부 부분(160) 안의 고압 작동 유체에 의해 발생한 힘과 같은 이러한 힘들이 감소함에 따라 그렇지 않은 경우에 비해 펌프의 부피 용적을 변화하기 위하여 용적 변화 링(120)을 이동시키는데 필요한 힘은 적어지게 되고, 이에 따라 관련된 제어 기구가 소형화되며 피봇 핀(124)에 가해지는 힘이 적어지는 것이 가능해진다.
당업자에게 명백하게, 본 발명은 펌프를 제어하기 위하여 제어 스프링과 제 어 피스톤, 또는 제어 스프링과 가압 제어 부분을 이용하는 가변 용량 베인 펌프를 사용하는 것에 국한되지 않으며, 그 대신에 본 발명은 광범위한 제어 기구를 이용하는 가변 용량 베인 펌프를 유리하게 이용할 수 있도록 의도하였다.
앞서 기술한 본 발명의 실시예는 예시적인 목적이며, 전적으로 명세서에 첨부된 청구항에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 당업자에 의해서 변경과 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수개의 이동가능한 베인을 갖는 펌프 로터와,
    로터가 내부에 위치하는 펌프 챔버를 한정하는 펌프 하우징과,
    펌프 챔버 내에 피봇 가능하게 장착된 용적 변화 링과,
    펌프 챔버 내에서 용적 변화 링을 피봇시켜 작동 유체의 출구 압력에 따라 펌프의 부피 용적을 변화시키는 제어 기구를 포함하는 가변 용량 베인 펌프이며,
    상기 용적 변화 링은 펌프 로터를 둘러싸서 펌프 로터의 고압부와 저압부를 한정하고, 상기 펌프 하우징은 저압부 내로 작동 유체가 유입되는 입구와 고압부로부터 가압 작동 유체를 배출하는 출구를 가지며,
    상기 출구는 작동 유체를 용적 변화 링의 외부에 있는 펌프 챔버 내의 제1 부에 공급하며, 제1 부 내의 작동 유체는 펌프의 고압부의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링 내부의 면적과 유사한 면적에 작용하여 고압 작동 유체에 의해 용적 변화 링에 가해지는 알짜 힘을 감소시키는 가변 용량 베인 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입구는 작동 유체를 용적 변화 링의 외부에 있는 펌프 챔버 내의 제2 부에 공급하며, 제2 부 내의 작동 유체는 펌프의 저압부 내의 작동 유체가 작용하는 용적 변화 링 내부의 면적과 유사한 면적에 작용하여 저압 작동 유체에 의해 용적 변화 링에 가해지는 알짜 힘을 감소시키는 가변 용량 베인 펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 기구는,
    용적 변화 링을 최대 용적 위치로 편향시키는 제어 스프링과,
    가압 작동 유체가 채워진 채로 제어 스프링에 대하여 작용하여 용적 변화 링을 최소 용적 위치로 편향시키는 제어 피스톤을 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 기구는,
    용적 변화 링을 최대 용적 위치로 편향시키는 제어 스프링과,
    가압 작동 유체가 채워진 상태로 제어 스프링에 대하여 작용하여 용적 변화 링을 최소 용적 위치로 편향시키는 제어 피스톤을 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 기구는,
    용적 변화 링을 최대 용적 위치로 편향시키는 제어 스프링과,
    펌프 하우징과 용적 변화 링 사이의 제어 체적을 포함하고,
    상기 제어 체적은 용적 변화 링을 최소 용적 위치로 편향시키기 위하여 용적 변화 링을 제어 스프링에 대하여 가압하는 가압 작동 유체로 채워지는 가변 용량 베인 펌프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펌프 하우징은 최대 용적 멈춤쇠와 최소 용적 멈춤쇠를 포함하고,
    상기 최대 용적 멈춤쇠 및 최소 용적 멈춤쇠는 최소 용적 위치와 최대 용적 위치 사이에서 상기 용적 변화 링의 이동을 제한하는 가변 용량 베인 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 용적 변화 링과 상기 펌프 하우징 사이에서 연장되어 상기 제1 부를 한정하는 시일을 더 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 시일은 용적 변화 링의 외부의 펌프 챔버 내에 제2 부를 한정하고,
    상기 제2 부는 상기 저압부와 연결되고,
    제2 부 내의 작동 유체는 펌프의 저압부 내의 작동 유체가 작용하는 상기 용적 변화 링 내부의 면적과 유사한 면적에 작용하여 저압 작동 유체에 의해 용적 변화 링에 가해지는 알짜 힘을 감소시키는 가변 용량 베인 펌프.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 기구는,
    용적 변화 링을 최대 용적 위치로 편향시키는 제어 스프링과,
    가압 작동 유체가 채워진 채로 제어 스프링에 대하여 작용하여 용적 변화 링을 최소 용적 위치로 편향시키는 제어 피스톤을 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시일은 상기 용적 변화 링에 장착되고 상기 펌프 하우징에 활주 가능하도록 결합하는 가변 용량 베인 펌프.
  11. 제8항에 있어서, 용적 변화 링과 펌프 하우징 사이에 제3 시일을 더 포함하고, 상기 제3 시일은 제어 체적을 한정하며,
    상기 제어 기구는 용적 변화 링을 최대 용적 위치로 편향시키는 제어 스프링과, 용적 변화 링을 최소 용적 위치로 편향시키기 위하여 용적 변화 링을 제어 스프링에 대하여 가압하는 가압 작동 유체로 채워지는 제어 체적을 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
  12. 제11항에 있어서, 상기 시일은 상기 용적 변화 링에 장착되고 상기 펌프 하우징에 활주 가능하도록 결합하는 가변 용량 베인 펌프.
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