KR101236628B1 - 유압식 키커 제어 피스톤 - Google Patents

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KR101236628B1
KR101236628B1 KR1020050074662A KR20050074662A KR101236628B1 KR 101236628 B1 KR101236628 B1 KR 101236628B1 KR 1020050074662 A KR1020050074662 A KR 1020050074662A KR 20050074662 A KR20050074662 A KR 20050074662A KR 101236628 B1 KR101236628 B1 KR 101236628B1
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데이비드 지. 스와르트제르
미첼 제이. 보이그트
로드니 브이. 싱흐
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이턴 코포레이션
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Abstract

스와시플레이트(95)를 포함하는 펌프-모터 유닛(35)은 중립 위치(도3) 및 제1과 제2 변위된 위치들을 갖고 스와시플레이트와 관련된 제1(87) 및 제2 (89) 압력 액츄에이터들을 포함한다. 스와시플레이트의 변위는 실질적으로 고압 소스(41) 및 저압 소스(39) 간의 유압의 차에만 비례한다. 제1 압력 액츄에이터는 제1 유효 면적(A1)을 갖는 제1 제어 피스톤(121)을 포함하고 제2 압력 액츄에이터는 제2 유효 면적(A2)을 갖는 제2 제어 피스톤(127)을 포함하며, 제2 유효 면적은 제1 유효 면적보다 적어도 약간 크게 된다. 고압 및 저압 소스들이 실질적으로 동일한 압력이면, 제1 및 제2 유효 면적 둘 다에 작용하는 압력은 중립으로부터 제2 변위된 위치를 향하여 스와시플레이트를 변위시킬 것이다.
Figure R1020050074662
스와시플레이트, 압력 액츄에이터, 고압 어큐뮬레이터, 피스톤, 펌프-모터 유닛

Description

유압식 키커 제어 피스톤{HYDRAULIC KICKER CONTROL PISTON}
도1은 본 발명의 유압식 구동 시스템이 특히 적합하게 되는 유형의 전체 차량 구동 시스템의 개요도.
도2는 본 발명의 펌프-모터 유닛을 포함한 본 발명이 관계하는 유형의 유압식 구동 시스템의 일 실시예의 유압식 개요도.
도3은 펌프-모터 유닛을 다소 개요으로적 도시한 것이며, 특히 스와시플레이트 및 이 스와시플레이트를 변위시키는 유압 액츄에이터를 개요적으로 도시한 도면.
도4는 도3에 개요적으로 도시된 종래의 제1 유압 액츄에이터의 확대된 축방향 단면도.
도5는 본 발명의 지침에 따라서 제조된 도3에 개요적으로 도시된 제2 유압 액츄에이터의 확대된 축방향 단면도.
본 발명은 가변 변위 정력학적 펌프 또는 모터 유닛을 포함한 유형의 유압식 구동 시스템에 관한 것이며, 특히 차량 동작 사이클의 일부 동안 펌프로서 그리고 차량 동작 사이클의 또 다른 부분 동안 모터로서 동작하는 펌프 모터 유닛을 포함한 유형의 구동 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 펌프 모터 유닛이 가변 스와시플레이트(swashplate)를 갖는 유형인 유압식 구동 시스템에 관한 것인데, 이의 변위 방향 및 경사각은 단지 유압 액츄에이터(fluid pressure actuators) 쌍에 연결되는 제어 압력의 변화에 의해서만 변화된다.
본 발명의 유압식 구동 시스템이 적어도 대부분의 차량 동작 사이클 동안 주 차량 트랜스미션으로서 효율적으로 작용하는 이와 같은 구동 시스템을 포함하여 각종 유형의 유압식 구동 시스템에 사용될 수 있지만, 본 발명은 특히 차량 유압식 재생 브레이킹 시스템의 부분을 포함하는 유압식 구동 시스템상에서 사용될 때 유용하고, 이와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 단지 차량 구동 시스템에 관련해서만 사용되는 것이 아니라 각종 유형들의 정지 및/또는 산업 장비에 사용될 수 있다. 그러므로, 이하에 그리고 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 구동 라인"으로부터 토크를 수신하거나 이와 같은 "구동 라인"으로 구동 토크를 전송하는 것에 대한 참조들, 이와 같은 구동 라인이 차량 구동 시스템의 부분이든지 또는 어떤 다른 비차량 유형의 구동 시스템이든지 관계없이 어떤 종류의 토크 전달 구동 라인을 나타내고 이를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
재생 브레이킹 성능을 갖는 유형의 차량 유압식 구동 시스템에서, 구동 시스템은 앞서 참조된 펌프-모터 유닛 이외에 고압 어큐뮬레이터 및 저압 어큐뮬레이터를 포함하고, 특히 고압 어큐뮬레이터 및 펌프-모터 유닛 간에 유체의 흐름을 제어하는 적절한 제어 밸빙을 포함한다. 본 발명의 유압식 구동 시스템에서, 펌프 모 터 유닛의 스와시플레이트는 펌프-모터 유닛이 펌프 모드로 동작할 때(펌프-모터 유닛이 구동 라인으로부터 토크를 수신할 때)제1 변위 방향으로 경사지고 나서, 스와시플레이트는 "오버-센터(over-center)"로 이동하고, 펌프-모터 유닛이 모터링 모드로 동작할 때(펌프-모터 유닛이 구동 라인으로 토크를 전송할 때)제2 변위 방향으로 변위된다.
게다가, 이와 같은 구동 시스템 분야의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 제1 변위 방향 또는 제2 변위 방향 중 어느 한 방향을 향하는 펌프-모터 유닛의 스와시플레이트를 구동시키는데 사용되는 "제어 압력"은 전형적으로 고압 어큐뮬레이터에 의해 제공된다. 고압 어큐뮬레이터 및 펌프-모터 유닛 간에 주 제어 밸브 수단이 제공되는데, 이 수단은 시스템의 저압측으로 스와시플레이티의 다른 유체 압력 액츄에이터에 연결하면서, 스와시플레이트의 유압 액츄에이터들중 하나에 제어 압력을 연결시킨다. 이와 같은 장치는 주 축방향 피스톤 펌프 회전 그룹(실린더 배럴 및 피스톤들)을 구동시키는 동일한 입력 샤프트를 벗어나서 구동된 전하 펌프로부터의 제어 압력을 수신하는 전형적인 가변 변위 축방향 피스톤 펌프와 다르다.
본 발명이 사용되는 유형의 펌프-모터 유닛 및 종래의 가변 변위 축방향 피스톤 펌프 간의 또 다른 차이는 유압 액츄에이터 및 스와시플레이트의 센터링과 관계된다. 종래의 축방향 피스톤 펌프에서, 각 유압 액츄에이터는 전형적으로 스프링-중심맞춰지지만, 본 발명의 펌프-모터 유닛에서, 액츄에이터는 센터링 또는 리턴 스프링을 포함하지 않을 것이다. 본 발명의 펌프-모터 유닛으로부터 종래의 센터링 스프링을 생략하는 여러 가지 이유가 존재한다. 종래의 센터링 스프링은 크고(따라 서, 포장하는데 복잡하다) 값비싸며, 중립 위치로부터 변위된 위치로 스와시플레이트를 이동시키는데 상당량의 유압 에너지를 필요로 한다. 최종적으로, 본 발명의 펌프-모터 유닛에서 크며, 높은 힘의 센터링 스프링의 존재는 유닛이 각종 모드들간에서 전이하기 위한 응답 시간을 실질적으로 증가시킨다.
그러므로, 스와시플레이트의 변위는 실질적으로, 오로지 시스템의 고압측(주 실시예에서, 고압 어큐뮬레이터) 및 시스템의 저압측 간의 압력 차의 함수이다. 본원에서 저압 어큐뮬레이터를 포함하는 시스템의 저압측에 대해서 참조가 이루어졌지만 이것이 본 발명의 필수적인 특징이 아니라는 것을 당업자는 이해할 것이다. 필수적인 것은 저압 어큐뮬레이터일 수 있지만 또한 단지 펌프-모터 유닛의 드레인 영역 또는 저장고(가압 여부와 관계없이)일 수 있는 "저압 소스"가 존재한다는 것이다. 필수적인 것은 이하에서 명백하게 될 이유로 인해, 대기압보다 적어도 약간 큰 압력 소스가 존재한다는 것이다.
상술된 유형의 유압식 구동 시스템이 동작시 매우 만족하게 될 것이라고 입증되었지만, 본 발명의 부재시 펌프-모터 유닛이 원하는 방식으로 동작할 수 없는 적어도 한 가지 동작 조건이 존재하는 시스템의 실제 실시예의 개발 중에 관찰되었다. 시스템의 고압측으로부터의 리크 다운(leak down)되는 경우에(또는 확장된 "유휴" 기간이 존재하면), 고압 어큐뮬레이터가 누설되도록 하고 저압 어큐뮬레이터와동일한 압력에 있게 되도록 하여, 펌프-모터 유닛의 유압 액츄에이터 둘 다가 동일하고 낮은 압력을 겪게된다. 바로 위에 서술된 조건 하에서, 펌프 스와시플레이트는 중심이 맞춰진(중립, 제로 변위) 위치로 이동된다. 다음에, 펌프-모터 유닛이 펌핑 모드 또는 모터링 모드중 어느 한 모드에서 동작하도록 시스템 논리가 스와시플레이트의 변위를 명령할 때, 중립 위치로부터 적절하게 변위된 위치를 향하여 스와시플레이트를 이동시키는 압력차는 존재하지 않는다. 따라서, 그 후에, 본 발명의 부재시, 펌프-모터 유닛은 명령이 있다면 구동 라인으로부터의 입력 토크를 고압 어큐뮬레이터에 저장된 압력으로 변환시키거나 명령이 있다면 저장된 압력을 구동 라인으로 전달될 토크로 전달할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 시스템의 고압측이 리크 다운될 때 변위를 성취할 수 없는 펌프-모터 유닛의 스와시플레이트의 문제를 극복하는 서술된 유형의 펌프-모터 유닛을 갖는 개선된 유압식 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이와 같은 개선된 유압식 구동 시스템 및 그 내에 사용하기 위한 펌프-모터 유닛을 제공하는 것인데, 여기서, 동일한 압력에서 시스템의 고압 및 저압측을 갖는 경우 조차도, 스와시플레이트의 유압 액츄에이터들은 스와시플레이트를 변위된 위치로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적은 구동 라인으로부터 토크를 수신하는 펌핑 모드에서 동작가능하고 구동 라인에 구동 토크를 전달하는 모터링 모드에서 동작가능한 정력학적 펌프-모터 유닛을 포함한 유압식 구동 시스템을 제공함으로써 성취된다. 고압 어큐뮬레이터는 펌프-모터 유닛의 제1 포트와 유체 연결되고 저압 소스는 펌프-모터 유닛의 제2 포트와 유체 연결된다. 펌프 모터 유닛은 중립 위치를 갖는 스와시플레이트를 포함하고 제1 및 제2 변위된 위치들은 중립 위치에 대해서 대향 배치된다. 펌프-모터 유닛은 스와시플레이트와 동작가능하게 관련된 제1 및 제2 유압 액츄에이터들을 더 포함하여 제1 및 제2 변위된 위치 각각을 향하여 스와시플레이트를 변위시킨다. 주 제어 수단은 제1 및 제2 유압 액츄에이터와 유체 연결되고 고압 어큐뮬레이터 및 상기 저압 소스와 유체 연결됨으로써, 스와시플레이트의 변위는 실질적으로 고압 어큐뮬레이터 및 저압 소스 간의 유압에서의 차에만 비례하도록 한다. 제1 유압 액츄에이터는 피스톤 구멍을 정의하는 하우징 부 및 제1 피스톤 보어 내에 배치된 제1 제어부를 포함하는데, 상기 제1 제어부는 주 제어 수단과 유체 연결되는 제1 유효 면적을 갖는다.
개선된 유압식 구동 시스템은 제2 피스톤 구멍을 정의하는 하우징 부 및 사기 제2 피스톤 구멍내에 배치된 제2 제어 피스톤을 포함하는 제2 유압 액츄에이터를 특징으로 하는데, 상기 제2 제어 피스톤은 주 제어 수단과 유체 연결되는 제2 유효 면적을 갖는다. 제2 유효 면적은 제1 유효 면적보다 적어도 어느정도 크게 됨으로써, 고압 어큐뮬레이터 및 저압 소스가 실질적으로 동일한 압력인 경우에, 제1 및 제2 유효 면적 둘 다에 작용하는 제어 압력은 중립 위치로부터 제2 변위된 위치를 향하여 스와시플레이트를 변위시킬 것이다.
본 발명을 제한하는 것이 아닌 지금부터 도면들을 참조하면, 도1은 본 발명의 유압식 구동 시스템이 특히 적합하게 되는 유형의 차량 구동 시스템을 도시한 것이다. 본 발명이 4개의 휠 드라이브(또는 심지어 하나는 발명의 배경에서 언급된 바와 같이 차량 드라이브 휠을 갖는다)를 갖는 차량으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 하지만, 도1에 개요적으로 도시된 차량 시스템은 4개의 드라이브 휠들(W)을 갖는다. 본 발명은 또한, 단지 2개의-휠 드라이브만을 갖는 차량에 사용될 수 있는데, 이 경우에, 2개의 드라이브 휠은 리어 드라이브 휠 또는 프론트 드라이브 휠중 어느 한 휠일 수 있다. 종래 유형의 휠 브레이크(B)는 드라이브 휠(W) 각각과 동작가능하게 관련되는데, 이 휠 브레이크(B)는 본 발명의 일부를 형성하지 하지 않음으로 이하에서 간략하게 언급될 것이다. 이와 같이 제공된 경우 휠 브레이크(B)는 전체 EHB(전자 유압식 브레이크) 시스템의 부분이며, 이 유형은 당업자에게 널리 공지되어 있고 시장에서 입수가능하다.
차량은 차량 구동 시스템(11)을 포함하는데, 이는 차량 엔진(13) 및 트랜스미션(15)을 포함한다. 특정 유형의 엔진(13) 및 트랜스미션(15)과 이의 상세한 구성뿐만 아니라 구동 시스템 배열 등은 첨부된 청구범위에서 특별하게 언급된 것을 제외하면 본 발명의 부분을 형성하지 않음으로 본원에서 더 이상 설명하지 않았다는 것을 이해하여야 한다. 게다가, 본 발명은 심지어 통상적으로 엔진으로서 고려되는 것에 사용되는 것으로 제한되지 않음으로, 본 발명의 영역 내에서 "엔진은"은 전력원 또는 다른 주요 무버의 유형을 의미하고 이를 포함하는 것으로 이해되어야만된다.
트랜스미션(15)으로부터 후방으로 확장되는 것은 구동 라인(17)이다. 주요 실시예에서 그리고 예로서, 구동 라인(17)은 포워드 구동 샤프트(19), 중간 구동 샤프트(도1에 도시되지 않음), 역방향 구동 샤프트(23), 휠간 디퍼렌셜(25) 및 좌, 우 리어 액슬 샤프트(27 및 29)를 포함한다. 당업자는 본 명세서를 읽고 이해함으 로써 구동 라인(17)이 전체 차량 구동 시스템(11)의 이해를 용이하게 하기 위하여 주로 샤프트(19 및 23)을 포함한 것으로 도시되고 설명되었지만 이로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
본 실시예에서, 구동 시스템(11)은 또한 좌, 우 포워드 액슬 샤프트(31 및 33)을 각각 포함한다. 도1을 주로 참조하면, 앞서 설명되고 종래인 "기계식" 소자들 이외에, 구동 시스템(11)은 또한 정력학적 펌프-모터 유닛을(35)을 포함하고 밸브 매니폴드(37)가 펌프-모터 유닛(35)의 앞에 배치된다. 밸브 매니폴드(37)의 앞부분에는 저압 어큐뮬레이터(39)가 배치되고, 밸브 매니폴드(37)의 뒷부분에는 고압 어큐뮬레이터(41)가 부착되지만, 이 특정 배열은 어떤 다른 방식으로 반대로 되거나 변경되고 재배열될 수 있다. 밸브 매니폴드(37)(이하의 언급된 바를 제외하면) 및 어큐뮬레이터들(39 및 41)의 특정 설계 및 상세사항들은 본 발명의 필수적인 특징들이 아님으로, 각 구성의 상세사항들은 본원에 도시되고 설명되지 않는다. 대신, 일반적인 기능 및 동작 각각이 도2의 개요적인 시스템과 관련하여 간략하게 설명될 것이지만, 본 발명의 펌프-모터 유닛(35) 및 이를 위한 스와시플레이트 제어의 설명을 위한 "환경"과 같은 정력학적 구동 시스템의 여러 동작 모드를 설명하는데 필요한 정도만 설명될 것이다.
계속해서 주로 도1을 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 도1에 도시된 전체 유압식 구동 시스템의 이해를 용이하게 하기 위하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 펌프-모터 유닛(35)은 클러치 어셈블리부(43) 및 펌프-모터 부(45)를 포함한다. 중간 구동 샤프트는 정력학적 펌프-모터 유닛(35)을 통해서 완전히 신장되고 포워드 단부에서 유니버셜 조인트 커플링(본원에 도시되지 않음)을 가져 포워드 구동 샤프트(19)에 연결되는 것이 바람직하다. 유사하게, 중간 구동 샤프트는 역방향 단부에서 유니버셜 조인트 커플링(또한 본원에 도시되지 않음)을 가져 역방향 구동 샤프트(23)에 연결되지만, 본 발명의 범위 내에서, 도시되고 서술된 특정 배열은 어떤 다른 방식으로 반대로 되거나 변경될 수 있다. 따라서, 펌프-모터 유닛(35)은 펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드 또는 모터링 모드 각각에서 동작하는지 여부에 따라서, 구동 라인으로부터 구동 토크를 수신하거나 구동 토크를 구동 라인으로 전송할 수 있다.
지금부터 주로 도2를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터들(39 및 41)이외에, 도2의 유압식 개요도에 도시된 그 밖의 모든 것은 통상적으로 도1에 도시된 밸브 매니폴드(37) 내에 있거나 밸브 매니폴드(37)에 부착된다는 것을 이해하여야 한다. 펌프-모터 유닛(35)이 중립(제로 변위) 상태(이는 차량이 감속-가속 사이클에 있지않을 때면 언제라도 그 경우이다)에 있을 때마다 펌프 모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터(39 및 41) 간에 도2에 도시된 유압식 시스템 내에서 실질적으로 흐름은 존재하지 않는다는 것을 이해하여야만 한다. 그러나, 이와 같은 시스템의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 어큐큘레이터(39 및 41)의 프리 챠지 때문에, 이하에 더욱 상세하게 설명된 바와 같이, 이 시스템은 펌프-모터 유닛(350이 중립(제로 변위) 상태에 있는 동안 조차도 "가압된"채로 유지된다.
밸브 매니폴드(37)에 포함되는 유압식 시스템(도2에 도시된 바와 같이)은 모드 제어 밸브(81)를 포함하고 스텝-오리피스 제어 밸브(83) 및 이와 동작적으로 관 계되는 솔레노이드 유형 모드 파이로트 밸브(85)를 포함한다. 밸브(81, 83 및 85)의 기능 및 동작은 이하에 더욱 상세하게 설명되지만, 본 발명을 제한하는 것이 아니라 주로 본 발명의 예시 및 실행을 통해서 밸브(81, 83 및 85)에 관하여 이하에서 언급될 것이다. 모드 제어 밸브(81) 및 다른 밸브(83 및 85)는 Rodney V. Sin호가 2004년 4월 27일에 출원한 발명의 명칭이 "Hydraulic Drive System and Improved Control Valve Assembly Therefor"인 공동 계류중인 U.S.S.N 10/832,967에 상세히 예시되고 설명되어 있다.
펌프-모터 유닛(35)은 가변 변위 유형임으로, 도3에 도시된 유형의 유체 압력 서버 액츄에이터(87 및 89)의 쌍과 같은 일종의 변위-가변 수단을 포함한다. 서보 액츄에이터(87 및 89)는 유압식으로 전형적인 전자-유압식 제어기(91)(이하의 첨부된 청구항에서 액츄에이터(87 및 89)용 "주 제어 수단"이라 칭한다)의 출구에 연결된다. 제어기(91)의 기능은 도관(93)으로부터의 가압 유체를 적절하게 서버 액츄에이터(87 또는 89)중 하나로 흐르게 하여 소망 "모드", 즉 스와시플레이트의 소망 각도 및 변위를 성취하는데, 이들 모두는 일반적으로 펌프 및 모터 기술 및 특히 축방향 피스톤 펌프 기술의 당업자에게 널리 공지되어 있다. 본 발명이 관계하는 유형의 유압식 구동 시스템의 기술의 당업자는 전형적인 HST 시스템과 같이, 펌프-모터 유닛(35)의 스와시플레이트(95)로부터 제어기(91)(도2에 도시되지 않음)로 기계적으로 피드백도리 수 잇다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 제어기(91)로의 피드백은 심지어 스와시플레이트(95)의 위치 표시를 포함하여 전자적으로 성취된다. 임의 유형의 피드백 배열(또는 전혀 존재하지 않음)은 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
고압 어큐뮬레이터(41) 및 전자-유압식 제어기(91) 간에 도3에 도시된 바와 같이 솔레노이드 동작되는 포핏-형 밸브가 바람직한 아이솔레이션 밸브(97)가 배치된다. 유압식 구동 시스템(11)이 동작될 때, 아이솔레이션 밸브(97)는 "온"되는데, 즉 고압("제어 압력")이 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 제어기(91)로 자유롭게 흐르게된다. 유압식 구동 시스템(11)이 "오프"될 때마다, 아이솔레이션 밸브(97)는 펌프-모터 유닛(35) 및 제어기(91)가 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 유압식으로 "격리된채"로 유지시키는 도2에 도시된 위치로 스프링 바이어스됨으로써, 시스템이 동작되지 않는 동안 어큐큘레이터(41)는 제어기(91)를 통해서 "리크 다운"되지 않는다.
구동 시스템이 "오프"되는 것은 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않을 때 차량 동작 사이클의 부분뿐만 아니라 차량이 전혀 동작하지 않을 때(엔진 "오프" 상태)의 시간 둘 다른 포함하는 것으로 이해될 것이다.
계속해서 도2를 참조하면, 구동 시스템(11)은 바이패스 밸브 어셈블리(99)를 포함하는데, 이는 또한 밸브기술에서 널리 이해되는 바와 같은 용어들인 "언로딩" 밸브 또는 "덤프" 밸브라 칭할 수 있다. 따라서, 바이패스 밸브 어셈블리(99)는 엔진이 "오프"될 때마다 펌프-모터 유닛(35)을 "언로드"하여, 의도하지 않은토크가 구동 라인(17)으로 전달되지 않도록 한다. 유압식 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 특정한 설계 및 동작을 결정할 수 있는 것으로 여겨진다.
유압식 구동 시스템(11)은 또한 릴리프 밸브(101)을 포함하는데, 이는 도2에 도시된 바와 같이, 인접 위치로 스프링 바이어스된다. 릴리프 밸브(101)의 입구는 도관(103)과 연결되며, 이 도관은 고압 어큐뮬레이터(41)의 포트를 지닌 입구 및 모드 제어 밸브(81)의 입구와 상호 연결된다. 도관(103) 내의 압력이 소정 최대값을 초과할 때마다. 릴리프 밸브(101)는 도관(103)으로부터 도관(105)(이는 이하에 더욱 명백하게 되는 바와 같이 시스템의 "저압" 측으로 고려될 수 있다)으로의 연결을 허용하는 위치로 바이어스(도2에서 "하향")된다. 최종적으로, 도2를 계속 참조하면, 유압식 구동 시스템(11)은 필터 회로(107)를 포함하는데, 이 회로는 본 발명의 부분을 형성하지 않음으로 본원에서 더 이상 설명되지 않을 것이다.
도2를 계속해서 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)이 포트(A)를 포함하며, 이 포트는 도관(109)에 의해 모드 제어 밸브(81)에 연결된다. 유닛(35)은 또한 포트(B)를 포함하며, 이 포트는 도관(111)에 의해 필터 회로(107) 및 도관(105)에 유체 연결되어, 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 있을때, 포트(A)는 출구 포트(도2에서 펌프 심볼로 화살표로 도시)이고, 유닛(35)이 모터링 모드에 있을때, 포트(A)는 가압된 입구 포트이고 포트(B)는 배기 출구 포트이다.
계속해서 주로 도2를 참조하면, 유압식 구동 시스템(11)의 일반적인 동작이 간략하게 설명될 것이다. 상술된 바와 같이, 차량이 감속 또는 가속되지 않을 때, 펌프-모터 유닛(35)(도1의 펌프-모터부(45))은 클러치 어셈블리부(43)에 의해 중간 구동 샤프트로부터 디클러치되고, 도1에 도시된 전체 차량 구동 시스템은 유압식 구동 시스템(11)이 존재하지 않는 경우와 동일한 방식으로 동작된다.
차량 조작자가 브레이킹 동작을 수행하길 시작할 때, 클러치 어셈블리부(43)가 작동되어, 펌프-모터 유닛(35)이 현재 구동 라인(17)에 클러치되도록 하고 적절한 명령이 전자-유압식 제어기(91)(유닛(35)이 모니터링 모드에 잇는 경우)로 제공되어, 구동 라인(17)의 회전(차량이 순방향으로 이동)이 펌프-모터 유닛(35)으로 하여금 포트(A)로부터 도관(109)으로 가압된 유체를 펌프하도록 하는 방향으로 스와시플레이트(95)를 변위시킨다. 유압식 재생 브레이크 시스템의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 스와시플레이트(95)의 변위(및 이로 인한 구동 라인(17)의 회전 당 유체 출력)는 전형적으로 차량 조작자가 브레이크 페달을 누르는 정도에 비례하게 된다. 조작자에 의해 가해진 브레이크 토크에 비례하거나 브레이크 페달의 변위에 비례하는 스와시플레이트(95)의 변위를 설정하는 방법이 당업자에게 공지되어 있지만, 스와시플레이트(95)의 변위를 설정하기 위하여 설정된 특정 수단 또는 기준은 본 발명에 필수적인 것은 아니다.
펌핑 모드에서 펌프-모터 유닛(35)으로 인해, 도관(109)을 통하여 흐르는 가압된 유체는 포핏 부재(113)를 모드 제어 밸브(81)에서 언시트하여, 가압된 유체가 도관(103)으로 흐르도록 학 이로부터 고압 어큐뮬레이터(41)를 가압한다. 본 실시예에서, 그리고 예로서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 가스 방전 유형이다. 유압식 압력은 최소량의 오일이 항상 고압 어큐뮬레이터에 보유되도록 유지될 필요가 있다(그 결과 도관(93 및 103) 둘 다에 최소 압력 챠지가 항상 존재하게 된다). 전형적 인 감속 사이클의 끝에서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 최대 시스템 압력, 최대 전형적으로 약 5000psi 근처까지 충전된다.
브레이킹 사이클의 감속부의 완료시에, 차량 조작자가 브레이크 페달을 해제한 후 액셀레이터를 누르기 시작할 때, 적절한 신호가 전자 유압식 제어기(91)로 전달되며, 이 제어기는 펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드(상술됨)에서 모니터링 모드로 전이되도록 지시한다. 모니터링 모드에서, 스와시플레이트(95)는 유닛 이 펌핑 모드(즉, 스와시플레이트(95)가 "오버-센터"로 진행)에 있을 때 존재하게 되는 것과 대향되어 경사져서 배치된다. 펌핑-모터 유닛(35)이 모니터링 모드에 있을 때, 스와시플레이트(95)는 펌프-모터 유닛(35)(포트(A)로부터 포트(B)로)을 통한 흐름이 펌프-모터 유닛(35)이 토크를 구동 라인(17)으로 전달하도록 배치되어, 구동 라인(17)이 차량의 포워드 이동에 대응하는 방향으로 구동하도록 하는 경향이 있게 한다. 본 실시예에서, 그리고 단지 예로서, 모드 제어 밸브(81)는 가압된 유체가 항상 도관(109)으로부터 도관(103)(즉, 펌핑 모드)으로 흐르도록 구성된다. 그러나, 모드 파이로트 밸브(85)가 적절한 입력 신호를 자신의 솔레이노드로 수신될 때에만 포핏 부재(113)의 개구에서 어시스트되는 적절한 파이로트 신호(115)가 존재하도록 하여 상대적으로 제한되지 않은 고압의 유체가 어큐뮬레이터(41)로부터 도관(103)을 통한 후 도관(109)을 통해서 펌프-모터 유닛(35)의 포트(A)로 흐르도록 한다.
본 실시예에서, 그리고 예로서, 저압 어큐뮬레이터(39)는 또한 가스 충전 유형이고 항상 펌프-모터 입구 포트(B)에서 약 50psi의 최소 입구 충전 압력을 유지 한다. 유닛(35)이 고압 어큐뮬레이터(41)를 펌프업한 후, 심지어 사이클의 김속부의 끝을 향하는 경우에도 그러하다.사이크의 가속부의 완료후, 저압 어큐뮬레이터(39)는 거의 모든 기름을 포함할 때, 저압 어큐뮬레이터(39)의 압력은 본 실시예에서 그리고 단지 예로서 약 150psi로 상승된다.
지금부터 주로 도3을 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 도2의 개요도 보다 더욱 상세한 구조가 도시되어 있다. 도2의 개요도(및 종래 축방향 피스톤 실예)에서, 서버 액츄에이터(87 및 89)는 동일한 것으로서 도시되어 있다. 그러나, 배경부에 다소 설명된 바와 같이, 본 발명을 포함하지 않는 종래의 서보 액츄에이터 장치가 완전히 만족스럽지 않은 한 가지 동작 조건이 존재한다. 특히 차량이 시간 기간 동안 동작되지 않은 후, 예를 들어 제어기(91)를 통해서 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 리크-다운이 존재하면, 도2에 도시된 전체 유압식 구동 시스템이 저압에서 "동일"(아마도 드레인 압력과 동일)하게 될 수 있다. 서술된 조건이 발생되면, 이 후, 서보 액츄에어터의 소망 스트로킹을 성취하기 위하여 이용가능한 압력차(시스템의 "고" 측으로부터 "저" 측으로)는 존재하지 않을 것이다.
그러므로, 본 발명의 한 양상을 따르고 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 서보 액츄에이터(87)('전체 압력 액츄에이터)는 종래의 구성으로 된다. 따라서, 제1 피스톤 보어(119)를 정의하는 하우징 부(117)(아마도 주 펌프 하우징과 분리되지만 가능한 단부 커버, 등에 내장된다)가 존재하고, 전자-유압식 제어기(91)와 유체 연결되는 유효 면적(A1)을 갖는 제1 제어 피스톤(121)이 이 하우징내에서 왕복운동가능하게 배치된다. 첨부된 청구범위에서 달리 특정하게 언급되어 있는 것을 제외하면, 본 발명이 어떤 특정 유형의 서보 액츄에이터의 유형 또는 구성으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 그러므로, 단지 예로서, 제1 제어 피스톤(121)은 "슬리퍼"(123)를 포함하는데, 이의 기능은 당업자에게 널리 공지된 방식으로 스와시플레이트(95)(도3 참조)의 표면상에 장착되어, 제1 제어 피스톤(121)의 축방향 위치를 스와시플레이트(95)로 전달한다.
본 발명의 주요 양상을 따르고 도5에 최적으로 도시된 바와 같이, 다른 서보 액츄에이터(89)는 서보 액츄에이터(87)와 동일한 구성으로 이루어지지 않는데, 즉 이들간에는 이하에 설명될 차이점을 갖는다. 본 발명을 따르면, 동일하거나 유사하지만 한가지 주요 차이점이 존재하는 서보 액츄에이터들의 많은 부품들 및 양상들이 존재할 수 있다. 따라서, 하우징 부(117)는 제1 보어(125)를 정의하는데, 이는 적어도 다소 제1 피스톤 보어(119) 보다 크다. 제2 피스톤 보어(125) 내에 제2 제어 피스톤(127)이 배치되거나, 더욱 정확하게는, 제2 제어 피스톤 어셈블리가 배치된다. 제2 제어 피스톤(127)은 상대적으로 작은 피스톤 부(129)를 포함하고, 이 피스톤 부는 본 실시예에서, 슬리퍼(131)를 포함하며, 이는 동일한 구성으로 이루어지고 도4에 도시된 슬리퍼(123)와 동일한 용도로 작용한다.
제2 제어 피스톤(127)은 또한 상대적으로 큰 피스톤 부(133)를 포함하는데, 이 피스톤 부는 어떤 적절한 방식으로 보다 작은 피스톤 부(129)에 바람직하게 부착되어, 피스톤 부들(129 및 133)이 모두 제2 피스톤 보어(125) 내에서 일체로 왕복운동하도록 한다. 본 발명을 따르면, 보다 큰 피스톤 부(133)는 전자-유압식 제어기(91)와 유체 연결되는 유효 면적(A2)을 갖는데, 이 유효 면적(A2)은 이하에 서술된 이유로 제1 제어 피스톤(121)의 유효 면적(A1) 보다 적어도 다소 크게된다. 하우징 부(117)는 제2 피스톤 보어(125)의 포워드 부(137)와 개방 연결되는 방사상 경로(135)를 정의하는데, 즉 이 부는 보어(125) 및 보다 큰 피스톤 부(133)간에 배치된다. 본 실시예에서, 그리고 단지 예로서, 이하에 보다 상세하게 서술될 이유로 방사상 경로(135)와 연결되는 포워드 단부(도5의 좌측 단부)를 갖고 대기압(14.7psi, 1.0bar)으로 개방되는 역방향 단부를 갖는 축방향 배기 경로(139)가 존재한다.
동작시, 정상 제어 압력은 제1 제어 피스톤(121) 또는 제2 제어 피스톤(127) 중 어느 하나에 연결될 때, 스와시플레이트(95)는 가변 변위 축방향 피스톤 장치들의 당업자에게 널리 공지된 방식으로 소망 방향(경사 방향) 및 소망 정도(경사각)로 이동된다. 리크-다운 조건이 존재하면, 도관들(93, 105, 109 및 111) 내의 유체 압력은 실질적으로 동일한 저압(예를 들어, 약 50psi.(3.4bar)로부터 약 150psi.(10.2bar) 까지 어느곳에서든)일 수 있다. 이와 같은 리크-다운 조건에서, 그리고 본 발명이 없는 종래의 유닛에서, 서보 액츄에이터 둘 다는 도4에 도시된 바와 같은데, 이 경우에, 제어 피스톤 둘 다에 대해 작용하는 동일한 저압이 존재하고(이는 동일한 유효 면적을 갖는다), 펌프-모터 유닛의 스와시플레이트는 현재 소망 위치에 있을지라도, 특히 스와시플레이트가 이미 중립 위치에 있는 경우 스와시플레이트를 변위시키는 손쉽게 이용가능한 수단이 없어도, 스와시플레이트의 최종 위치에 존재한다면, 유지된 채로 있는다.
본 발명에 의해, 저압(이와 같은 리크-다운 상태 동안)은 제어 피스톤(121) 의 유효 면적(A1)에 걸쳐서 힘을 가하게 하지만, 제어 피스톤(121)의 두 단부에 작용하는 동일한 저압으로 인해, 이는 유효하게 균형이 맞춰지도록 된다. 동시에, 동일한 저압은 또한 제어 피스톤(127)의 유효 면적(A2)에 걸쳐서 힘을 가하지만, A1에 대해서 유효 면적 A2의 다소 큰 면적의 결과에 따라서, 그리고 포워드 부(137)가 배기된다는 사실에 따라서, 도5의 좌측으로 제어 피스톤(127)을 이동시키고 스와시플레이트(95)를 "대향되는" 변위 방향으로 이동시키는 경향이 있는 네트 힘이 존재한다. 따라서, 포워드 부(137)는 경로들(135 및 139)에 의해 배기되어, 유체가 포워드 부(137)에서 트랩되면 존재하게 되는 이동에 저항함이 없이 제2 제어 피스톤(127)이 도5의 좌측으로 이동하도록 하는 것을 용이하게 한다. 대기로 배기되는 챔버(137)로 인해, 심지어 상대적으로 "낮은" 압력은 충분하게 되어(챔버(137)가 대기로 배기되는 경우) 제2 제어 피스톤(127)에 대한 힘의 불균형을 생성시키고 스와시플레이트(95)를 적어도 다소 변위된 상태로 이동시킨다.
저압(경우, 등)에서 실질적으로 전체 유압식 시스템에 의해, 저압으로 "간주하는" 스와시플레이트 변위 제어 메커니즘의 모든 다른 부분들은 동일하다(즉, 동일한 유효 면적을 갖는다)는 것에 주목하는 것이 중요하다. 그러므로, 단지 예로서, 하우징 부(117) 밖으로 신장되는 보다 작은 피스톤 부(129)의 부분은 제1 제어 피스톤(121)과 정확하게 동일한 면적을 제공한다. 따라서, 본 발명의 중요한 양상을 따르면, 스와시플레이트(95)에 상이한 힘을 발생시키는 서보 액츄에이터(87 및 89) 간의 유일한 실질적인 차는 유효 면적(A1) 보다 큰 유효 면적(A2)이다.
본 발명은 상기 설명에서 더욱 상세하게 설명되었고, 본 발명의 각종 변경들 및 수정들이 본 명세서를 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백하게 될 것이다. 이와 같은 변경들 및 수정들은 첨부된 청구범위 내에 있는 한 본 발명에 포함된다.
본 발명은 시스템의 고압측이 리크 다운될 때에도 펌프-모터 유닛의 스와시플레이트를 변위시키고, 동일한 압력에서 시스템의 고압 및 저압측을 갖는 경우 조차도, 스와시플레이트의 유압 액츄에이터들은 스와시플레이트를 변위된 위치로 이동시킨다.

Claims (3)

  1. 유압식 구동 시스템으로서,
    구동 라인(17)으로부터의 토크를 수신하도록 펌핑 모드에서 동작가능하고 구동 토크를 상기 구동 라인으로 전달하도록 모니터링 모드에서 동작가능한 정력학적 펌프-모터 유닛(35);
    상기 펌프-모터 유닛(35)의 제1 포트(A)와 유체 연결되는 고압 어큐뮬레이터(41) 및 상기 펌프-모터 유닛의 제2 포트(B)와 유체 연결되는 저압 소스(39)을 포함하는데,
    상기 펌프-모터 유닛(35)은 중립 위치(도3) 및 상기 중립 위치에 대해서 대향되어 배치되는 제1 및 제2 변위된 위치를 갖는 스와시플레이트(95)를 포함하며, 상기 펌프-모터 유닛(35)은 상기 스와시플레이트를 상기 중립 위치로부터 상기 제1 및 제2 변위된 위치 각각을 향하여 변위시키기 위하여 상기 스와시플레이트(95)와 동작가능하게 관련된 제1(87) 및 제2(89) 유압 액츄에이터; 상기 제1(87) 및 제2(89) 유압 액츄에이터와 유체 연결되고 상기 고압 어큐뮬레이터(41) 및 상기 저압 소스(39)와 유체 연결되는 전자-유압식 제어기(91)를 더 포함함으로써, 상기 스와시플레이트(95)의 변위가 실질적으로 상기 고압 어큐큘레이터(41) 및 상기 저압 소스(39)간의 유압의 차에만 실질적으로 비례하도록 하며, 상기 제1 유압 액츄에이터(87)는 제1 피스톤 보어(119) 및 상기 제1 피스톤 보어(119) 내에 배치된 제1 제어 피스톤(121)을 정의하는 하우징 부(117)를 포함하며, 상기 제1 피스톤(121)은 상기 전자-유압식 제어기(91)와 유체 연결되는 제1 유효 면적(A1)을 가지며,
    (a) 상기 제2 유압 액츄에이터(89)는 제2 피스톤 보어(125) 및 상기 제2 피스톤 보어(125) 내에 배치된 제2 제어 피스톤(127)을 포함하며, 상기 제2 제어 피스톤(127)은 상기 전자-유압식 제어기(91)와 유체 연결되는 제2 유효 면적(A2)을 가지고,
    (b) 상기 제2 유효 면적(A2)은 상기 제1 유효 면적(A1)보다 적어도 다소 크게됨으로써, 상기 고압 어큐뮬레이터(41) 및 저압 소스(39)가 실질적으로 동일한 압력인 경우에, 상기 제1(A1) 및 상기 제2(A2) 유효 면적 둘 다에 대해 작용하는 압력은 상기 스와시플레이트(95)를 상기 중립 위치로부터 상기 제2 변위된 위치를 향하여 변위시키는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 피스톤 보어(125)는 상기 제2 제어 피스톤(127)과 협력하여, 상기 제2 유효 면적(A2)을 가지고, 상기 전자-유압식 제어기(91)와 유체 연결하는 한 챔버, 및 배기되는 다른 챔버(137)를 정의하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    저압 소스(39)는 가스 충전형의 어큐뮬레이터를 포함하여, 상기 저압 소스(39) 및 상기 고압 어큐뮬레이터(41)가, 상기 저압 소스(39)에 가스 압력이 있을 때에는, 적어도 미리 정해진 최소 제어 압력을 제공하고, 상기 제2 제어 피스톤(127)에 의해 정의된 상기 다른 챔버(137)는 대기압으로 배기되는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 시스템.
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