KR101739082B1 - 유체 역학적 리타더 장치 및 차량과 함께 리타더 장치를 사용하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

차량(1)의 구동계(3)에 설치하기 위한 유체 역학적 리타더 장치(4)로서, 상기 리타더 장치는 블레이드를 장착한 로터(8)와 함께, 수성 작동 매질을 수용하기 위한 작동 공간(6)을 구비한 블레이드 시스템을 형성하는 블레이드를 장착한 스테이터(7)와, 작동 공간(6)으로의 작동 매질의 공급을 제어하기 위하여 작동 공간(6)에 연결된 리타더 회로(14)를 포함하며, 리타더 회로(14)는 차량의 통상적인 냉각수 회로(9)와 연결되게 설치된다. 리타더 회로(14)는 작동 공간(6)으로의 작동 매질의 유입을 차단하기 위한 밸브 요소들(13)을 포함하며, 작동 공간에서 액체 작동 매질이 소개되도록 작동 공간(6)의 압력을 작동 매질의 증기압까지 또는 작동 매질의 증기압 이하로 감소시키기 위하여 설치되는 부압 발생기(19)가 리타더 회로(14)에 연결된다. 본 발명은 방법 및 차량과 또한 관련되어 있다.

Description

유체 역학적 리타더 장치 및 차량과 함께 리타더 장치를 사용하기 위한 방법{HYDRODYNAMIC RETARDER DEVICE, METHOD FOR ITS USE TOGETHER WITH A VEHICLE}

본 발명은 수성 작동 매질을 수용하기 위한 작동 공간을 구비한 블레이드 시스템을 형성하기 위하여 적어도 하나의 블레이드 헤드 로터와 상호 작용하는 적어도 하나의 블레이드 헤드 스테이터와, 작동 공간에 대한 작동 매질의 공급을 제어하기 위하여 작동 공간에 연결된 리타더 회로를 포함하는 차량용 유체 역학적 리타더 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 유체 역학적 리타더 장치의 작동 방법 및 유체 역학적 리타더 장치를 구비한 차량에 관한 것이다.

구동 효율 및 안전성을 증가시키고 휠 브레이크의 마모를 감소시키기 위하여 종래 기술에 따른 주로 대형 수송 차량은 리타더 장치를 구비하고 있다. 리타더 장치는 작동 공간에 상당한 양의 액체를 추진하는 블레이드 시스템에 의해서 발휘되는 저항력의 도움으로 차량의 구동계(driveline)를 제동하는 유체 역학적 보조 브레이크이다. 작동시 리타더 장치에 의해 흡수된 제동 에너지는 액체에서의 열에너지로 변환되는데, 열에너지는 결국 차량의 냉각 시스템에 의해서 냉각된다.

제동 토크는, 부분적으로 리타더 장치의 스테이터에 속하고 부분적으로 리타더 장치의 로터에 속하는 블레이드들 사이의 작동 공간에 존재하는 압력의 제어를 통해 제어된다. 리타더 장치가 사용되지 않을 때, 작동 공간은 본질적으로 감압된다. 그러나, 리타더 장치가 여전히 구동계와 함께 회전하기 때문에, 리타더 장치에서 소정의 드래그 손실이 생성된다. 연료 절감 관점에서, 이러한 드래그 손실을 가급적 작게 유지하는 것이 중요하다.

드래그 손실을 회피하는 방법은 리타더 장치가 사용되지 않을 때 구동계로부터 리타더 장치를 기계적으로 분리하는 것이다. 이것은 커플링 예컨대 싱크로메시 또는 디스크 클러치의 도움으로 가능하다. 리타더 장치가 제동을 위해 사용되도록 연결될 때, 리타더 장치의 로터는 신속하게 가속되고 구동계의 엔진 속도와 동기화되어야만 한다. 이것은 1초 미만의 시간 내에 이루어져야 하며, 차량에서 발생할 불쾌한 저크(jerk)를 회피하기 위하여, 발생되는 가속 토크는 최소화되어야만 한다.

이것은 작동 매질로서 오일을 사용하는 리타더 장치에서, 블레이드 시스템이 가속 단계 중에 오일 대신에 공기로 채워지기 때문에 달성되는 낮은 가속 저항으로 인해 충분히 가능하다.

차량의 부품 및 시스템의 수를 최소화하기 위하여, 대체로 물과 글리콜의 혼합물을 포함하는 차량의 통상적인 냉매가 작동 매질로서 사용될 수 있다면 유리하다. 이러한 원리를 적용한 리타더 장치는 워터 감속 장치로 지칭된다.

그러나 워터 리타더에서, 냉매와 접촉하게 되는 공기가 부분적으로 냉매를 추종하게 되고 냉매가 접촉하는 차량의 다른 부품들에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에, 가속하는 동안에 블레이드 시스템에 공기가 들어가는 것은 문제가 된다. 이러한 이유로, 워터 리타더가 분리될 때 부분적으로 물이 충전되는 워터 리타더가 또한 작동되며, 비교적 높은 가속 토크를 수반한다.

이러한 이유 때문에 더욱 복잡한 연결 부품들이 필요하며, 그럼에도 불구하고 연결할 때 차량에서 불쾌한 저크가 어느 정도는 여전히 발생할 수 있다.

배경 기술의 예들로서, US2287130, US20060909971, WO2010034493, US2007102251, DE10054078의 특허 문헌들이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 바에 따른 유체 역학적 리타더 장치 및 배경 기술의 문제점들이 해결되며 적어도 완화될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 리타더 회로가 작동 공간으로의 작동 매질의 유동을 차단하는 밸브 요소들을 포함하며, 작동 공간에서 액체 작동 매질이 소개(evacuated)되도록 작동 공간의 압력을 작동 매질의 증기압까지 또는 증기압 이하로 감소시키기 위하여 설치되는 부압 발생기가 리타더 회로에 연결되는, 본 발명에 따른 장치에서 달성된다.

구동계와 연결 및 관련 가속 단계 전에 리타더 장치에서 압력을 본질적으로 순간적으로 감소시킴으로써, 리타더 장치 안의 물은 신속하게 증기로 변환하여 소개될 것이다. 따라서, 연결시에 리타더 장치의 가속 토크는 오일 리타더 장치에 대한 상응하는 가속 토크의 수준이 되도록 매우 신속하게 감소된다. 여기에서, 리타더 장치가 실질적인 지연이 전혀 없이 사용될 수 있도록 리타더 장치의 소개를 위한 압력 감소의 기간은 0.5초보다 짧아야 한다. 더욱 바람직하게는 소개를 위한 압력 감소의 기간은 0.3초 이하, 가장 바람직하게는 소개를 위한 압력 감소의 기간은 0.2초 이하이다.

스테이터 및 로터에 의해 한정되는 밀폐 공간에서 압력이 증기압 또는 증기압 이하의 압력으로 거의 순간적으로 감소되기 때문에 증기가 형성된다. 따라서, 블레이드 공간에서 액체의 물과 냉매가 신속하게 거의 순간적으로 효율적으로 소개되고, 안락함을 유지한 상태에서 그리고 복잡하지 않은 클러치 부품들을 포함하는 클러치 장치를 사용하여 리타더 장치의 기계적 연결 및 분리가 실행될 수 있다. 이것은, 공기가 냉매와 접촉하고 결과적으로 냉매가 접촉하는 차량의 다른 부품들에 대한 부정적인 영향을 초래하는 위험 요인 없이 리타더 장치가 연결 및 분리될 수 있기 때문에 중대한 장점이다.

부압 발생기는 작동 공간의 하류 및 상류의 리타더 회로와 연결될 수 있고, 작동 공간에 직접 연결될 수도 있다.

리타더 장치에 의해 발휘되는 제동 토크를 제어하는 가능성을 제공하기 위하여, 작동 공간의 하류의 제어 회로에 제어 밸브를 배열하는 것이 바람직하다. 역류 방지를 보장하기 위하여 제어 밸브와 관련한 리타더 회로 내에 배열된 체크 밸브를 구비하는 것이 바람직하다. 체크 밸브는 제어 밸브와 별개이거나 제어 밸브와 통합된 것일 수 있다.

일부 실시예에서, 부압 발생기는 흡입 밸브를 통해 리타더 회로에 연결되고 배출 도관을 통해 냉매 회로와 연결된다. 따라서, 흡입 도관과 배출 도관 중의 하나 또는 모두는 체크 밸브를 구비하는 것이 필요할 수 있다.

바람직하게는, 부압 발생기는 피스톤 실린더 펌프, 부압으로 재충전 가능한 진공 컨테이너, 회전 펌프를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나이다. 이 장치들은 특히 항시 사용될 수 있게 준비되어 있으며 밸브를 통해 직접적으로 전환가능한 재충전 할 수 있는 진공 컨테이너의 삽입이 복잡하지 않은 방식으로 높은 수준의 속도를 수반하기 위하여, 요구되는 속도에서 작동하도록 설치될 수 있다. 부압 발생기로서 재충전 가능한 진공 컨테이너를 사용함에 따라, 흡입 도관은 체크 밸브를 구비할 필요가 없다. 또한 어떠한 배출 도관도 설치할 필요가 없다.

전술한 바에 따라 유체 역학적 리타더 장치를 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 작동 공간으로 작동 매질의 유입이 차단되며, 작동 공간에서의 압력은 작동 매질에 대한 증기압 또는 증기압 이하로 감소하며, 작동 공간에서 액체의 작동 매질이 소개되는 것으로 특징지어진다. 환언하면, 작동 공간은 격리되고 놀랍도록 신속하게 거의 순간적으로 작동 공간에서 액체의 소망하는 소개를 유발할 수 있는 상기 부압을 받게 된다.

바람직하게는, 제어 밸브로부터 작동 공간으로 작동 매질의 유동을 제어 밸브와 관련되어 있는 제어 회로에 배열된 체크 밸브를 통하여 방지하기 위하여, 작동 공간으로의 작동 매질의 유동은 제어 회로에 배열된 제어 밸브에 의해서 제어된다.

본 발명은 또한 전술한 바에 따른 리타더 장치를 포함하는 차량에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 리타더 장치를 구비한 상용차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리타더 장치의 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 리타더 장치에 대한 두 가지 작동 모드를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 시퀀스를 간단한 블록 다이어그램 형태로 도시한 도면이다.

본 발명은 실시예에 근거해서 그리고 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1에 도시된 상용차(1)는 엔진(2), 구동계(3) 그리고 연결 및 분리될 수 있는 리타더 장치(4)를 포함하는 유형의 차량이다.

리타더 장치(4)의 기본 구조가 도 2에 도시되어 있는데, 차량의 구동계(3)에 리타더 장치(4)를 연결 및 분리하기 위한 클러치 장치(5)가 배열되어 있다. 리타더 장치(4)는 스테이터(7) 및 로터(8)를 구비하며, 로터는 샤프트(R) 주위로 회전 가능하다.

스테이터(7)와 로터(8)는 함께, 작동 공간(6)을 구비한 블레이드 시스템을 형성하며, 리타더 장치에 의해 흡수되는 에너지를 열로 변환하도록 블레이드 시스템에서 리타더 장치의 작동시 작동 매질로 기능하는 다소의 유체가 주위로 토출되도록 설계되어 있다. 이러한 열은 차량의 일반적인 냉각 시스템에 의해서 냉각되며, 냉각 시스템은 냉매 회로(9), 워터 펌프(10), 전방 쿨러(11), 팽창 탱크(21) 및 서머스태트(12)를 포함한다.

작동 매질인 냉매를 블레이드 시스템의 작동 공간(6)으로 인도하며 작동 공간(6)으로의 유동을 차단하기 위하여 냉매 회로(9)에 삽입된 방향성 밸브(13)가 설치된다. 방향성 밸브(13)로부터, 작동 중에 더욱 낮은 압력이 만연되고 작동 매질로서 냉매가 부가될 수 있는 작동 공간(6)의 구역으로 리타더 회로(14)가 이어진다. 작동 공간으로부터 작동 매질의 배출을 위해, 리타더 회로(14)는 작동 중에 더욱 높은 압력이 예상되며 작동 매질의 유출이 일어날 수 있는 작동 공간(6)의 주변 구역에 또한 연결된다.

작동 공간(6)의 하류측에서 리타더 회로는 작동 공간에서의 압력의 도움으로 제어 밸브(15)를 통과하며, 결과적으로 작동 공간에서 작동 매질의 양이 조절 가능하다.

또한, 제어 밸브(15)의 하류측에는, 작업 공간(6)으로부터 작동 매질의 유동을 허용하지만 반대 방향으로 유동을 방지하는 체크 밸브(16)가 배열된다.

리타더 회로에서 작동 공간의 하류측 및 제어 밸브(15)의 상류측에는 피스톤 실린더 장치(19)의 형태로 도시되어 있는, 부압 발생기(19)를 포함하는 부압 회로가 연결된다.

부압 발생기(19)가 다수의 스트로크로 작동하는 유형이라면, 필요할 경우 체크 밸브가 유입 도관 및 배출 도관에 각각 설치될 수 있다(도면에 도시되지 않음).

도 3은 정상 제동을 특징으로 하는 작동 예를 도시하며, 여기에서 이용가능한 모든 냉각수/냉매는 작동 매질로서 방향성 밸브(13)를 통해 리타더 장치의 작동 공간(6) 내로 들어가도록 허용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 작동 예에서 유체(22)는 블레이드 시스템 내에서 활성화되고, 작동 중에 이러한 유체가 작동 공간(6) 내의 화살표로 표시된 회전 이동을 부여할 것이다.

이러한 작동에서, 작동 공간에서 압력을 변화시키는 것에 의해 제동 토크를 제어하며 제어 밸브의 조정을 통해 유량을 제어하는 것이 가능하다.

이러한 방식에서, 블레이드 시스템 내에서 영향을 받는 유량이 변하게 되고, 내부 공간(30)이 커지거나 작아지는 것을 수반한다.

전반적으로, 이러한 작동 예에서 리타더 장치의 최대 제동 작동이 얻어질 수 있다.

도 4는 리타더 장치가 차량의 구동계와 기계적으로 연결되거나 분리되는 작동 예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 이것은 리타더 장치가 불쾌한 저크를 회피하도록 낮은 드래그 토크를 필요로 한다.

본 발명에 따라, 이와 같이 낮은 드래그 토크는 한편으로는 냉각수 회로로부터 리타더 회로(14)를 분리하는 것에 의해, 그리고 작업 공간(6)으로부터 물을 신속하게 소개하기 위해 수증기가 형성되게 하는 부압에 작업 공간(6)이 실질적으로 즉시 노출되는 것을 보장하는 것에 의해 달성된다.

다른 양상에서, 도 4에 따른 작동 예의 기능은 도 2와 관련한 이전의 설명을 통해 이해된다.

본 발명에 따른 방법의 시퀀스가 도 5에 블록 다이어그램으로 개략적으로 도시되어 있다.

위치 24는 시퀀스의 시작과 관련되어 있다.

위치 25는 리타더 장치를 사용하지 않은 채, 차량의 정상 작동과 관련되어 있으며, 여기에서 리타더 장치의 작동 공간은 방향성 밸브(13)의 조정에 의해 냉각수로부터 격리된다.

위치 26은 증기가 형성되는 수준의 부압에 작업 공간이 실질적으로 즉시 노출되고, 액체 작동 매질이 또한 실질적으로 즉시 소개되는 것과 관련되어 있다.

위치 27은 리타더 장치를 차량의 구동계에 연결하는 것과 관련되어 있다.

위치 28은 소망하는 제동 작동을 위한 방향성 밸브 및 제어 밸브의 재조정과 관련되어 있다.

위치 29는 시퀀스의 완료와 관련되어 있다.

시퀀스 단계들은 전술한 순서들과 부분적으로 다른 순서가 될 수 있다.

본 발명에 따라 중요한 장점들이 얻어진다. 한가지 장점은 냉각되는 액체를 구비한 오직 하나의 단일 시스템이 차량에 필요하다. 그러므로, 본 발명에 따른 리타더 장치를 구비한 차량은 예를 들면 종래 기술과 비교하여 무게가 더욱 가볍고 제조 비용이 낮으며, 또한 환경 개선을 동반한다. 또한, 리타더 장치가 전혀 문제없이 차량의 구동계로부터 분리될 수 있기 때문에 차량의 주행 경제성이 향상된다. 그렇치 않을 경우에는, 공동-회전하는 리타더로부터의 드래그 손실이 커질 수 있다.

도면에 도시된 부압 발생기에 대한 대안으로, 예컨대 신속히 작동하는 펌프 장치와 같은 다른 유형의 "흡입 장치"가 사용될 수 있다. 바람직한 대안은 부압으로 재충전될 수 있는 용기(vessel)를 제공하는 것이며, 필요한 경우에 용기는 리타더 회로에 연결된다.

소망하는 부압은 대기압보다 낮은 0.5 바의 범위인데, 왜냐하면 정상 작동 온도에서 증기압이 대략 이러한 값이기 때문이다. 그러나, 증기압의 온도 의존성으로 인해 더욱 낮은 온도가 필요할 수 있기 때문에, 더욱 큰 부압을 적용하는 것이 배제되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 리타더 장치는, 블레이드를 장착한 로터와 더불어 작동 공간을 구비한 블레이드 시스템을 형성하기 위하여 블레이드를 장착한 스테이터를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라, 리타더 장치는 작동 공간을 구비한 블레이드 시스템을 형성하기 위하여 블레이드를 장착한 하나 이상의 로터와 상호 작용하는 블레이드를 장착한 하나 이상의 스테이터를 또한 포함할 수 있다.

Claims (14)

1. 차량(1)의 구동계(3)에 연결 및 분리하기 위한 유체 역학적 리타더 장치(4)로서,
   - 블레이드를 장착한 적어도 하나의 로터(8)와 함께, 수성 작동 매질을 수용하기 위한 작동 공간(6)을 구비한 블레이드 시스템을 형성하는 블레이드를 장착한 적어도 하나의 스테이터(7)와,
   - 리타더 회로(14)가 차량의 통상적인 냉각수 회로(9)와 연결되게 설치되도록, 작동 공간(6)으로의 작동 매질의 공급을 제어하기 위하여 작동 공간(6)에 연결된 리타더 회로(14)와,
   - 상기 리타더 장치(4)를 상기 구동계(3)에 연결 및 구동계로부터 분리하기 위한 클러치 장치를 포함하는, 리타더 장치에 있어서,
   리타더 회로(14)는 작동 공간(6)으로의 작동 매질의 유입을 차단하기 위한 밸브 요소(13)들을 포함하고,
   작동 공간에서 액체 작동 매질이 소개되도록 작동 공간(6)의 압력을 작동 매질의 증기압까지 또는 작동 매질의 증기압 이하로 감소시키기 위하여 설치되는 부압 발생기(19)가 리타더 회로(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
2. 제1항에 있어서,
   제어 밸브(15)가 작동 공간의 하류의 제어 회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
3. 제2항에 있어서,
   체크 밸브(16)가 제어 밸브(15)와 관련되어 있는 제어 회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
4. 제1항 내지 제3항 어느 한 항에 있어서,
   부압 발생기(19)는 작동 공간(6)의 하류 또는 상류의 리타더 회로(14)에 연결되거나 작동 공간(6)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
5. 제4항에 있어서,
   부압 발생기(19)는 흡입 도관을 구비한 리타더 회로(14)에 연결되고 배출 도관을 구비한 냉각수 회로(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
6. 제5항에 있어서,
   흡입 도관 및/또는 부압 발생기(19)로부터의 배출 도관은 체크 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
7. 제1항 내지 제3항 어느 한 항에 있어서,
   부압 발생기(19)는 피스톤 실린더 펌프, 부압으로 재충전 가능한 진공 컨테이너, 회전 펌프를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 리타더 장치.
8. 차량(1)의 구동계(3)에 연결 및 분리하기 위한 유체 역학적 리타더 장치(4)의 작동 방법으로서,
   - 블레이드를 장착한 로터(8)와 함께, 수성 작동 매질을 수용하기 위한 작동 공간(6)을 구비한 블레이드 시스템을 형성하는 블레이드를 장착한 스테이터(7)와,
   - 리타더 회로(14)가 차량의 통상적인 냉각수 회로(9)와 연결되어 설치되고,작동 공간(6)으로의 작동 매질의 공급을 제어하기 위하여 작동 공간(6)에 연결된 상기 리타더 회로(14)와,
   - 상기 리타더 장치(4)를 상기 구동계(3)에 연결 및 구동계로부터 분리하기 위한 클러치 장치를 포함하는, 상기 리타더 장치의 작동 방법에 있어서,
   작동 공간(6)으로의 작동 매질의 유입이 차단되고,
   작동 공간에서 액체 작동 매질이 소개되도록 작동 공간(6)의 압력이 작동 매질의 증기압까지 또는 작동 매질의 증기압 이하로 감소되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
9. 제8항에 있어서,
   작동 공간으로의 작동 매질의 유동은 작동 공간의 하류의 제어 회로에 배열된 제어 밸브(15)를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
10. 제9항에 있어서,
    제어 밸브(15)로부터 작동 공간으로의 작동 매질의 유동은 제어 밸브(15)와 관련되어 있는 제어 회로에 배열된 체크 밸브(16)에 의해 방지되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
11. 제8항 내지 제10항 어느 한 항에 있어서,
    작동 공간(6)의 압력은 리타더 회로(14)에 부압 발생기(19)를 연결하는 것에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
12. 제11항에 있어서,
    작동 공간(6)의 압력은 피스톤 실린더 펌프, 부압으로 재충전 가능한 진공 컨테이너, 회전 펌프를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나와 연결하는 것에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
13. 제8항 내지 제10항 어느 한 항에 있어서,
    작동 공간(6)의 압력이 작동 매질의 증기압까지 또는 작동 매질의 증기압 이하로 감소되고 작동 공간에서 액체 작동 매질이 소개되었을 때, 리타더 장치가 상기 구동계(3)와 연결 및 분리되는 것을 특징으로 하는 리타더 장치의 작동 방법.
14. 제1항에 따른 리타더 장치를 포함하는 차량.

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