KR101941723B1 - 유압 시스템 및 작동 방법 - Google Patents

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바르실라 핀랜드 오이
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Abstract

유압 시스템은 제 1 압력 범위 내에서 작동하는 제 1 서브시스템 (23), 및 제 2 압력 범위 내에서 작동하는 제 2 서브시스템 (24) 을 포함하고, 여기서 상기 제 2 압력 범위의 상한은 상기 제 1 압력 범위의 상한보다 더 높다. 상기 유압 시스템은 상기 유압 시스템에 유압 유체를 공급하는 펌프 (2), 및 상기 제 2 서브시스템의 압력을 증가시키기 위한 제 1 증압기 (10) 및 제 2 증압기 (10') 를 포함한다. 상기 증압기 (10, 10') 는 적어도 2 개의 대안적인 증가율을 갖는 피스톤 유형의 증압기이다. 본 발명은 또한 유압 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

유압 시스템 및 작동 방법{HYDRAULIC SYSTEM AND OPERATING METHOD}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 유압 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 유압 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
효율성과 낮은 부품 비용은 유압 시스템의 중요한 특징이다. 대형 내연 기관과 같은 많은 다양한 기계들은 상이한 압력과 유동 요건을 갖는 수개의 유압 회로를 포함할 수 있다. 종종 이는 수개의 펌프들이 상이한 압력 레벨에서 유압 유체 유동을 생성하는데 필요하다는 것을 의미하고, 이는 시스템의 비용을 증가시킨다. 다른 문제점은, 높은 압력과 유동을 생성할 수 있는 펌프가 종종 낮은 효율성을 가진다는 것이다. 고효율성의 펌프를 이용할 수 있을지라도, 이들은 훨씬 더 비싸다. 상이한 압력 요건을 갖는 수개의 유압 회로를 구비하는 것에 더하여, 특정한 유압 회로는 상이한 작동 모드에서 상이한 압력 및 유동을 요구하는 것이 또한 일반적이어서, 시스템이 더 복잡해진다.
본 발명의 목적은 개선된 유압 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 시스템의 특징적인 기능은 청구항 1 의 특징부에 주어진다. 본 발명의 다른 목적은 유압 시스템의 개선된 작동 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법의 특징적인 기능은 다른 독립 청구항의 특징부에 주어진다.
본 발명에 따른 유압 시스템은 제 1 압력 범위 내에서 작동하는 제 1 서브시스템, 및 제 2 압력 범위 내에서 작동하는 제 2 서브시스템을 적어도 포함한다. 제 2 압력 범위의 상한은 제 1 압력 범위의 상한보다 더 높다. 유압 시스템은 제 1 압력 레벨에서 유압 유체를 시스템에 공급하는 펌프, 및 제 2 서브시스템의 압력을 제 2 압력 레벨까지 증가시키기 위한 2 개의 증압기를 추가로 포함한다. 증압기는 적어도 2 개의 대안적인 증가율을 갖는 피스톤 유형의 증압기이다.
본 발명에 따른 유압 시스템으로, 동일한 펌프는 상이한 압력 요건을 가지는 2 개의 서브시스템에 유압 유체를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 펌프의 최대 출력 압력은 더 낮은 압력 요건에 따라 선택될 수 있고, 이는 시스템의 비용을 감소시킨다. 대안적인 증가율을 갖는 2 개의 증압기로 인해, 제 2 서브시스템은 상이한 압력에서 안정된 유동으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 유압 시스템의 작동에 관한 것으로, 상기 유압 시스템은 제 1 압력 범위 내에서 작동하는 제 1 서브시스템, 및 제 2 압력 범위 내에서 작동하는 제 2 서브시스템을 적어도 포함하고, 여기서 제 2 압력 범위의 상한은 제 1 압력 범위의 상한보다 더 높다. 상기 방법은 제 1 단계를 구비하는 제 1 작동 모드를 적어도 포함하고, 상기 제 1 단계에서, 제 1 증압기의 플런저를 이동시켜 제 1 증압기의 제 2 챔버 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 제 2 서브시스템에 공급하기 위하여, 유압 유체가 제 1 증압기의 제 1 챔버로 도입되고, 제 2 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버를 비워내기 위하여 제 2 증압기의 플런저를 이동시키도록 유압 유체가 제 2 증압기의 제 2 챔버에 도입된다. 제 1 작동 모드는 제 2 단계를 추가로 포함하고, 상기 제 2 단계에서, 제 2 증압기의 플런저를 이동시켜 제 2 증압기의 제 2 챔버 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 제 2 서브시스템에 공급하기 위하여, 유압 유체가 제 2 증압기의 제 1 챔버로 도입되고, 제 1 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버를 비워내기 위하여 제 1 증압기의 플런저를 이동시키도록 유압 유체가 제 1 증압기의 제 2 챔버로 도입된다.
본 발명에 따른 방법에서, 2 개의 증압기의 플러저들 중 하나의 플런저는, 증압기가 우회 모드에 있지 않은 한, 유체를 제 2 서브시스템에 공급하기 위하여 항상 사용되므로, 일정한 압력에서의 안정한 유동이 제 2 서브시스템에 공급될 수 있다. 제 1 챔버 및 제 3 챔버의 비움 단계는 증압기의 재로딩 (reloading) 을 위해 또는 유체를 제 3 챔버로부터 제 2 서브시스템에 공급하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 시스템의 각각의 증압기는 제 1 압력면, 제 2 압력면, 및 제 3 압력면을 포함하는 플런저를 구비한다. 제 1 압력면과 제 3 압력면은 플런저의 이동 방향에서 플런저의 동일 측에 있다. 증압기의 벽은 제 1 압력면을 구비하는 제 1 챔버, 제 2 압력면을 구비하는 제 2 챔버, 및 제 3 압력면을 구비하는 제 3 챔버를 규정한다. 각각의 챔버는 유압 유체를 수용하기 위한 펌프의 출구에 연결될 수 있다. 제 2 챔버 및 제 3 챔버는 유압 유체를 제 2 서브시스템에 공급하기 위하여 제 2 서브시스템에 추가로 연결된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 제 1 압력면의 면적과 제 2 압력면의 면적 사이의 비는 제 2 압력면의 면적과 제 3 압력면의 면적 사이의 비와 최대 2% 상이하다. 이러한 선택으로, 양방향으로의 플런저의 이동은 본질적으로 동일한 압력 레벨에서 유동을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 제 1 압력면과 제 3 압력면의 결합된 면적과 제 2 압력면의 면적 사이의 비는 제 2 압력면의 면적과 제 3 압력면의 면적 사이의 비와 최대 2% 상이하다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 시스템은 증압기의 제 1 챔버와 펌프 사이의 유체 연통을 개폐하기 위한 수단, 및 제 3 챔버와 펌프 사이의 유체 연동을 개폐하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 제 1 서브시스템 및 제 2 서브시스템은 내연 기관의 부품을 포함한다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 서브시스템은 내연 기관의 가스 교환 밸브를 포함하고 제 2 서브시스템은 내연 기관의 연료 분사기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 펌프는 가변용량형 펌프이다.
본 발명의 실시형태에 따라, 상기 방법은 제 2 작동 모드를 포함한다. 제 2 작동 모드는 제 1 단계를 포함하고, 상기 제 1 단계에서, 제 1 증압기의 플런저를 이동시켜 제 1 증압기의 제 2 챔버 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 제 1 작동 모드에서보다 더 높은 압력으로 제 2 서브시스템에 공급하기 위하여, 유압 유체가 제 1 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버로 도입되고, 제 2 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버를 비워내기 위하여 제 2 증압기의 플런저를 이동시키도록 유압 유체가 제 2 증압기의 제 2 챔버로 도입된다. 제 2 작동 모드는 추가로 제 2 단계를 포함하고, 상기 제 2 단계에서, 제 2 증압기의 플런저를 이동시켜 제 2 증압기의 제 2 챔버 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 제 1 작동 모드에서보다 더 높은 압력으로 제 2 서브시스템으로 공급하기 위하여, 유압 유체가 제 2 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버로 도입되고, 제 1 증압기의 제 1 챔버 및 제 3 챔버를 비워내기 위하여 제 1 증압기의 플런저를 이동시키도록 유압 유체가 제 1 증압기의 제 2 챔버로 도입된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 제 2 작동 모드에서 제 3 챔버가 동일한 라인을 통해 충전되고 비워진다. 유체가 복귀 라인을 통해 탱크로 방출되지 않는 때에, 제 3 챔버 내의 유체에 의해 저장된 에너지는 회수될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 유압 시스템을 도시한다.
도 2a ~ 2e 는 작동 사이클의 상이한 단계에 있는 도 1 의 시스템의 일부를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유압 시스템을 도시한다.
본 발명의 실시형태들은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1 에서는 본 발명의 실시형태에 따른 유압 시스템을 도시한다. 유압 시스템은 대형 내연 기관, 예를 들어 선박의 메인 기관 또는 보조 기관으로서 기관의 가스 교환 밸브 및 연료 분사기를 작동하거나 또는 발전소에서 전기를 생성하기 위하여 사용된다. 유압 시스템은 유압 유체를 저장하기 위한 탱크 (1) 및 유압 유체를 가압하고 이 가압한 유체를 유압 회로에 공급하기 위한 펌프 (2) 를 포함한다. 펌프 (2) 는 유동을 조절할 수 있는 가변용량형 펌프이다. 또한 시스템에는 회로에서 압력 변동을 감소시키고 따라서 시스템에서 안정적인 압력을 유지하는 것을 돕기 위한 제 1 축압기 (4) 가 장착되어 있다. 또한, 시스템 내에는 과압을 방지하기 위하여 압력 릴리프 밸브 (3) 가 존재한다.
가스 교환 밸브는 제 1 압력 범위, 즉 235 ~ 350 bar 를 필요로 하는 제 1 서브시스템 (23) 을 형성한다. 그 후, 필요한 유동은 약 64ℓ/분일 수 있다. 연료 분사기는 제 2 압력 범위, 즉 250 ~ 700 bar 를 필요로 하는 제 2 서브시스템 (24) 을 형성한다. 따라서, 제 2 서브시스템 (24) 에 의해 필요한 압력 범위의 상한은 제 1 서브시스템 (23) 에 의해 필요한 압력 범위의 상한보다 더 높다. 제 2 서브시스템 (24) 에 필요한 평균 유동은 약 36ℓ/분일 수 있다. 펌프 (2) 는 제 1 서브시스템 (23) 의 압력 요건과 전체 유압 시스템의 유동 요건을 만족시키기 위하여 선택된다.
제 2 서브시스템 (24) 으로 향하는 유압 유체의 압력을 증가시키기 위하여, 시스템에는 제 1 증압기 (10) 및 제 2 증압기 (10') 가 제공된다. 유압 유체는 펌프 (2) 의 출력 압력에서 제 1 서브시스템 (23) 으로 향한다. 각각의 증압기 (10, 10') 는 왕복 플런저 (11, 11') 를 포함한다. 증압기 (10, 10') 와 플런저 (11, 11') 의 벽들은 제 1 챔버 (12a, 12a'), 제 2 챔버 (12b, 12b') 및 제 3 챔버 (12c, 12c') 를 규정한다. 제 1 챔버 (12a, 12a') 와 제 3 챔버 (12c, 12c') 는 플런저 (11, 11') 의 이동 방향에서 플런저 (11, 11') 의 동일 측에 있다. 제 2 챔버 (12b, 12b') 는 반대 측에 있다. 각각의 챔버 (12a, 12a', 12b, 12b', 12c, 12c') 에는 유체를 챔버로 그리고 챔버의 밖으로 도입시키기 위한 유체 포트 (10a, 10a', 10b, 10b', 10c, 10c') 가 제공된다. 제 1 온-오프식 밸브 (6, 6') 가 장착되어 있는 제 1 압력 라인 (18, 18') 은 제 1 챔버 (12a, 12a') 를 펌프 (2) 에 연결한다. 또한, 제 1 챔버 (12a, 12a') 는 제 2 온-오프식 밸브 (7, 7') 가 장착되어 있는 제 1 복귀 라인 (19, 19') 으로 탱크 (1) 에 연결된다. 제 2 챔버 (12b, 12b') 는 제 1 체크 밸브 (13, 13') 가 장착되어 있는 제 2 압력 라인 (20, 20') 으로 펌프 (2) 에 연결된다. 제 3 챔버 (12c, 12c') 는 제 3 온-오프식 밸브 (8, 8') 를 포함하는 제 3 압력 라인 (21, 21') 으로 펌프 (2) 에 연결된다. 제 3 복귀 라인 (22, 22') 은 제 3 챔버 (12c, 12c') 를 탱크 (1) 에 연결한다. 또한, 증압기 (10, 10') 는 제 1 챔버 (12a, 12a') 에 대해 반대편에 있는 제 4 챔버 (12d, 12d') 를 포함한다. 여기에서 설명된 실시형태에서, 제 4 챔버 (12d, 12d') 는 압력 증가를 위해 사용되지 않는다. 하지만, 제 4 챔버 (12d, 12d') 에는, 더 대안적인 증가율이 필요한 경우, 압력 라인이 장착될 수 있다. 누출 라인 (17, 17') 은 제 4 챔버 (12d, 12d') 를 탱크 (1) 에 연결한다.
제 2 체크 밸브 (14, 14') 가 제 2 챔버 (12b, 12b') 로부터 연료 분사기로 이어지는 라인 (28, 28') 에 배치되고, 제 3 체크 밸브 (15, 15') 는 제 3 챔버 (12c, 12c') 로부터 연료 분사기로 이어지는 라인 (29, 29') 에 배치된다. 제 4 체크 밸브 (16, 16') 는 제 3 챔버 (12c, 12c') 와 제 3 온-오프식 밸브 (8, 8') 사이에 배치된다.
플런저 (11, 11') 는 세 개의 별개의 압력면을 가진다. 제 1 압력면 (A1, A1') 은 제 1 챔버 (12a, 12a') 내의 유체와 접촉 상태에 있다. 제 2 압력면 (A2, A2') 은 제 2 챔버 (12b, 12b') 의 유체와 접촉 상태에 있고, 제 3 압력면 (A3, A3') 은 제 3 챔버 (12c, 12c') 의 유체와 접촉 상태에 있다. 압력면의 크기는, 제 2 압력면 (A2) 의 면적에 의해 나눠지는 제 1 압력면 (A1) 의 면적이 제조 허용 오차 내에서 제 3 압력면 (A3) 의 면적에 의해 나눠지는 제 2 압력면 (A2) 의 면적과 동일하도록, 즉 A1/A2 = A2/A3 이도록 선택된다. 허용가능한 차이는 적용에 의존한다. 여기에서 설명된 실시형태에서, 비율 A1/A2 와 A2/A3 사이의 차이는 최대 2%, 더 바람직하게는 1% 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 미만이어야 한다.
유압 시스템의 작동 원리는 도 2a ~ 2e 를 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 2a 에는 제 1 증압기 (10) 의 플런저 (11) 가 상향으로, 즉 제 2 유체 포트 (10b) 를 향해 이동하는 상황이 도시된다. 용어 "상향으로" 는 여기에서 단지 도면을 참조하고, 실제 증압기 (10) 는 임의의 방향으로 작동하도록 배치될 수 있다. 펌프 (2) 는 일정한 압력에서 탱크 (1) 로부터 유압 회로에 유압 유체를 공급한다. 이 실시예에서, 압력은 235 내지 350 bar 의 범위 내에 있다. 제 1 챔버 (12a) 의 압력 라인 (18) 의 제 1 온-오프식 밸브 (6) 가 개방되어 증압기 (10) 로의 유동을 허용한다. 유체는 제 1 유체 포트 (10a) 를 통해 증압기 (10) 의 제 1 챔버 (12a) 에 진입한다. 제 1 챔버 (12a) 의 복귀 라인 (19) 에 배치되는 제 2 온-오프식 밸브 (7) 는 유체가 탱크 (1) 로 직접 유동하는 것을 방지하기 위하여 폐쇄되어 유지된다. 또한, 제 3 챔버 (12c) 의 압력 라인 (21) 의 제 3 온-오프식 밸브 (8) 는 폐쇄되어 유지된다. 제 3 챔버 (12c) 의 복귀 라인 (22) 의 제 4 온-오프식 밸브 (9) 는, 플런저 (11) 의 상향 운동에 의해 생성되는 빈 공간을 충전하기 위하여 유체를 탱크 (1) 로부터 제 3 챔버 (12c) 로 빨아들이는 것을 허용하도록 개방된다. 도면에 도시된 실시형태와는 별도로, 유체가 제 3 챔버 (12c) 로 공급되는 유체 소스는 탱크 (1) 와는 다를 수 있다. 예를 들어, 내연 기관에서, 유체 소스는 윤활 펌프에 연결된 유체 라인일 수 있다. 제 1 챔버 (12a) 내의 가압된 유압 유체는 플런저 (11) 를 상향으로 밀어낸다. 상응하여, 제 2 챔버 (12b) 내의 압력이 증가한다. 제 1 챔버 (12a) 의 압력과 제 2 챔버 (12b) 의 압력 사이의 비는 제 1 압력면 (A1) 의 면적과 제 2 압력면 (A2) 의 면적 사이의 비에 반비례한다. 이 실시예에서, 압력은 341 ~ 508 bar 의 레벨까지 이론상으로 상승한다. 제 1 체크 밸브 (13) 는 펌프 (2) 의해 생성되는 압력보다 더 높은 압력에 있는 유체가 펌프 (2) 로 유동하는 것을 방지한다. 제 2 체크 밸브 (14) 는 유체가 연료 분사기로 유동하는 것을 허용한다.
도 2b 는 플런저 (11) 가 하향으로, 즉 제 3 유체 포트 (10c) 를 향해 이동하는 상황을 도시한다. 제 1 온-오프식 밸브 (6) 는 폐쇄되어 제 1 챔버 (12a) 의 압력 라인 (18) 내에서의 유동을 방지한다. 또한, 제 3 온-오프식 밸브 (8) 는 폐쇄되어 제 3 챔버 (12c) 의 압력 라인 (21) 내에서의 유동을 방지한다. 제 1 체크 밸브 (13) 는 제 2 압력 라인 (20) 과 제 2 유체 포트 (10b) 를 통해 제 2 챔버 (12b) 로의 유체 유동을 허용한다. 제 2 챔버 (12b) 내의 유체는 플런저 (11) 를 하향으로 밀어낸다. 제 1 챔버 (12a) 의 복귀 라인 (19) 에서의 제 2 온-오프식 밸브 (7) 는 유체가 제 1 챔버 (12a) 로부터 탱크 (1) 로 자유롭게 유동하는 것을 허용하기 위하여 개방되어 유지된다. 따라서, 제 1 챔버 (12a) 내의 압력 레벨은 탱크 (1) 의 압력, 즉 주위 압력과 동일하다. 제 3 챔버 (12c) 의 복귀 라인 (22) 의 제 4 온-오프식 밸브 (9) 는 제 3 챔버 (12c) 로부터 탱크 (1) 로의 유체 유동을 방지하기 위하여 폐쇄된다. 따라서, 제 3 챔버 (12c) 내의 유체는 제 3 체크 밸브 (15) 를 통해 연료 분사기로 유동한다. 제 4 체크 밸브 (16) 는 증압기 (10) 의 고압으로부터 제 3 온-오프식 밸브 (8) 를 보호한다. 따라서, 제 3 온-오프식 밸브 (9) 는 더 낮은 허용된 최대 압력을 가질 수 있고, 이는 유압 시스템의 비용을 감소시킨다. 제 1 압력면과 제 2 압력면 (A1, A2) 의 면적 사이의 비가 제 2 압력면과 제 3 압력면 (A2, A3) 의 면적 사이의 비와 동일하므로, 연료 분사기에서의 압력은 도 2a 의 상황에서와 같다. 도 2a 및 도 2b 에서는 증압기 (10) 가 중압 모드에서 작동한다. 중압 모드에서, 증압기 (10, 10') 는 가압된 유체를 양자의 이동 방향으로 시스템에 공급하는 양방향 증압기로서 작동한다.
도 2c 는 플런저 (11) 가 상향으로 이동하는 상황을 도시한다. 제 1 챔버 (12a) 의 압력 라인 (18) 에서의 제 1 온-오프식 밸브 (6) 와 제 3 챔버 (12c) 의 압력 라인 (21) 에서의 제 3 온-오프식 밸브 (8) 모두는 개방된다. 따라서 펌프 (2) 로부터의 유압 유체는 제 1 챔버 (12a) 와 제 3 챔버 (12c) 로 유동할 수 있다. 제 1 챔버 (12a) 의 복귀 라인 (19) 의 제 2 온-오프식 밸브 (7) 와 제 3 챔버 (12c) 의 복귀 라인 (22) 의 제 4 온-오프식 밸브 (9) 는 유체가 탱크 (1) 로 직접 유동하는 것을 방지하기 위하여 폐쇄된다. 제 1 챔버 (12a) 와 제 3 챔버 (12c) 내의 유체는 플런저 (11) 를 상향으로 밀어낸다. 따라서, 제 2 챔버 (12b) 의 압력은 증가된다. 압력 증가는 제 1 압력면과 제 3 압력면 (A1, A3) 의 결합된 면적과 제 2 압력면 (A2) 의 면적 사이의 비에 비례한다. 따라서, 압력은 도 2a 및 2b 의 상황에서보다 더 높고, 이 실시예에서 503 ~ 749 bar 이다. 제 1 체크 밸브 (13) 는 제 2 챔버 (12b) 로부터 펌프 (2) 로의 유동을 방지하고, 따라서 유체는 제 2 체크 밸브 (14) 를 통해 연료 분사기로 유동한다.
도 2d 는 플런저 (11) 가 하향으로 이동하는 상황을 도시한다. 제 1 챔버 (12a) 의 압력 라인 (18) 에서의 제 1 온-오프식 밸브 (6) 와 제 3 챔버 (12c) 의 압력 라인 (21) 에서의 제 3 온-오프식 밸브 (8) 는 폐쇄된다. 따라서 유체는 펌프 (2) 로부터 제 2 챔버 (12b) 로 유동하고 플런저 (11) 를 하향으로 밀어낸다. 제 1 챔버 (12a) 의 복귀 라인 (19) 에서의 제 2 온-오프식 밸브 (7) 와 제 3 챔버의 복귀 라인 (22) 에서의 제 4 온-오프식 밸브 (9) 는 개방 유지되고, 따라서 유체는 제 1 챔버 (12a) 와 제 3 챔버 (12c) 로부터 탱크 (1) 로 자유롭게 유동할 수 있다. 이는 재로딩 단계이며, 이러한 재로딩 단계에서 증압기 (10) 가 연료 분사기에 대한 임의의 압력을 생산하지 않다. 도 2c 및 2d 의 증압기 (10) 의 작동은 고압 모드를 형성한다. 고압 모드에서, 증압기 (10, 10') 는 일방향 증압기로서 작동하고, 이는 가압된 유체를 일 이동 방향으로만 시스템에 공급하며, 플런저 (11, 11') 의 다른 이동 방향은 증압기 (10, 10') 를 재로딩하기 위하여 사용된다.
도 2e 의 상황에서, 플런저 (11) 는 플런저의 바닥 위치에, 즉 제 3 유체 포트 (10c) 가 위치되는 단부에 있다. 제 1 온-오프식 밸브 (6) 는 제 1 챔버 (12a) 로의 유동을 방지하기 위하여 폐쇄된다. 제 3 온-오프식 밸브 (8) 는 개방되어 제 3 챔버 (12c) 로의 유동을 허용할 수도 있지만, 유체가 제 1 체크 밸브 (13) 를 통해 제 2 챔버 (12b) 로 유동할 수 있고 제 2 압력면 (A2) 의 면적이 제 3 압력면 (A3) 의 면적보다 더 크므로, 플런저 (11) 는 상향으로 이동되지 않는다. 제 4 온-오프식 밸브 (9) 는 유체가 제 3 챔버 (12c) 의 압력 라인 (21) 으로부터 제 3 챔버 (12c) 의 복귀 라인 (22) 을 통해 탱크 (1) 로 유동하는 것을 방지하기 위하여 폐쇄된다. 따라서, 유체는 2 개의 경로를 통해, 즉 제 1 체크 밸브 및 제 2 체크 밸브 (13, 14) 를 통해 그리고 제 3 온-오프식 밸브 (8) 와 제 4 체크 밸브 및 제 3 체크 밸브 (16, 15) 를 통해 연료 분사기로 유동할 수 있다. 제 3 온-오프식 밸브 (8) 는 또한 폐쇄될 수 있다. 이 경우에, 유체는 제 1 체크 밸브와 제 2 체크 밸브 (13, 14) 만을 통해 유동할 수도 있다. 제 2 온-오프식 밸브 (7) 는 또한 개방될 수 있다. 시스템 내의 압력 손실이 무시되는 경우, 이는 연료 분사기에서의 압력이 펌프 (2) 에서의 압력과 같은 우회 모드이다. 제 1 온-오프식 밸브 (6) 가 플런저 (11) 의 하향 이동 후에 개방되지 않는 경우, 플런저 (11) 의 상향 이동은 방지되고, 증압기 (10) 는 우회 모드로 전환된다.
제 1 증압기 (10) 의 기능만이 전술되었다. 제 2 증압기 (10') 는 동일한 방식으로 작동하지만, 이는 제 1 증압기 (10) 와는 상이한 단계로 작동하도록 배치된다. 중-고 (medium-high) 압력이 연료 분사기에서 필요한 경우, 증압기 (10, 10') 는 도 2a 및 도 2b 의 작동 모드에서 작동한다. 제 1 증압기 (10) 의 제 1 챔버 (12a) 로의 압력 라인 (18) 이 개방하고 플런저 (11) 가 상향으로 이동하는 때에, 제 2 증압기 (10') 의 제 1 챔버 및 제 3 챔버 (12a', 12c') 로의 압력 라인 (18', 21') 은 폐쇄되고, 제 2 증압기 (10') 의 플런저 (11') 는 하향으로 이동한다. 또한 제 2 증압기 (10') 의 제 3 챔버 (12c') 의 복귀 라인 (22') 은 폐쇄된다. 증압기 (10, 10') 모두는 동일한 압력에서 유체를 연료 분사기에 공급한다. 제 2 증압기 (10') 는 도 2d 에 설명된 방식으로 또한 작동될 수 있다. 상기 경우에, 제 2 증압기 (10') 의 제 3 챔버 (12c') 의 복귀 라인 (22') 이 개방할 수 있고, 제 2 증압기 (10') 는 연료 분사기에 대해 어떠한 압력도 생성할 수 없다. 플런저 (11, 11') 가 그의 단부 위치에 도달하는 때에, 관련 밸브들은 플런저 (11, 11') 의 이동 방향을 변경하기 위하여 다른 위치로 전환된다. 제 2 축압기 (5) 로 인해, 제 1 증압기 및 제 2 증압기 (10, 10') 의 플런저 (11, 11') 는 반대 단계에 있을 수 있고 동시에 그들의 이동 방향을 변경할 수 있다. 제 2 축압기 (5) 는 제 2 서브시스템 (24) 으로의 유체 공급이 중단되지 않는 것을 보장한다. 하지만, 증압기 (10, 10') 는, 플런저 (11, 11') 가 동시에 그의 단부 위치에 도달하지 않도록 배치되어 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 플런저 (11, 11') 의 이동 방향의 변경에 의해 유발되는 유체 공급의 중단이 회피될 수 있다.
높은 압력이 연료 분사기에 필요한 때에, 증압기 (10, 10') 는 도 2c 및 도 2d 의 작동 모드에서 작동한다. 제 1 증압기 (10) 의 제 1 챔버 및 제 3 챔버 (12a, 12c) 로의 압력 라인 (18, 21) 이 개방하고 제 1 증압기 (10) 의 플런저 (11) 가 연료 분사기로의 높은 압력의 유체를 공급하기 위하여 상향으로 이동하는 때에, 제 2 증압기 (10') 는 도 2d 의 재로딩 단계에 있다. 따라서 제 2 증압기 (10') 의 제 1 챔버 및 제 3 챔버 (12a', 12c') 로의 압력 라인 (18', 21') 은 폐쇄되고, 제 2 증압기 (10') 의 플런저 (11') 가 하향으로 이동한다. 관련 밸브의 위치가 전환되는 때에, 플런저 (11, 11') 의 이동방향 또한 변경된다. 압력 공급 단계로부터 재로딩 단계로의 변경은 플런저 (11, 11') 가 그의 단부 위치에 도달하는 때에 행해질 수 있다. 재로딩 단계의 기간은 압력 공급 단계의 기간보다 더 짧고, 따라서 플런저 (11, 11') 는, 압력 공급 단계에 있는 다른 플런저 (11, 11') 가 그의 단부 위치에 도달하는 때까지, 재로딩 단계 이후에 도 2e 의 우회 모드에서 남아있을 수 있다. 증압기 (10, 10') 에는 관련 온-오프식 밸브의 위치를 전환하기 위한 적절한 시기를 결정하기 위하여 사용되는 위치 센서가 장착될 수 있다.
증압기가 필요없는 경우, 증압기 (10, 10') 모두의 플런저 (11, 11') 는 도 2e 의 우회 모드에서 작동될 수 있다.
제 2 축압기 (5) 는 제 1 증압기 (10) 와 제 2 증압기 (10') 사이의 연료 분사기로부터 상류에 배치된다. 제 2 축압기 (5) 의 목적은 압력 변동을 줄이는 것이고 증압기 (10, 10') 의 플런저 (11, 11') 가 그의 이동 방향을 변경하는 때에 유체 공급의 중단을 방지하는 것이다.
도 3 에 도시된 실시형태는 도 1 ~ 도 2e 에 도시된 실시형태와 동일한 방식으로 작동한다. 도 3 에서는 제 1 축압기 (4) 와 압력 릴리프 밸브 (3) 가 도시되지 않지만, 또한 이 실시형태에는 상기 장치들이 제공될 수 있다. 실시형태들 사이의 주요한 차이는, 도 3 의 시스템에서 제 3 챔버 (12c, 12c') 로부터의 복귀 라인 (22, 22') 에는 탱크 (1) 로의 유동을 허용하지 않는 제 5 체크 밸브 (25, 25') 가 장착되는 것이다. 따라서, 플런저 (11, 11') 가 제 1 챔버 (12a, 12a') 로 유체를 도입함으로써 상향으로 구동되는 때에 복귀 라인 (22, 22') 만이 제 3 챔버 (12c, 12c') 로 유체를 빨아 당기기 위해 사용된다. 따라서, 제 4 온-오프식 밸브 (9, 9') 가 필요 없다. 재로딩 단계에서, 제 3 챔버 (12c, 12c') 는 제 3 압력 라인 (21, 21') 을 통해 비워진다. 이러한 장치의 이점은, 제 3 챔버 (12c, 12c') 내의 유체에 의해 저장되는 에너지가 회수되는 것이다. 제 3 압력 라인 (21, 21') 은 양방향으로의 유동을 허용해야하므로, 제 3 온-오프식 밸브 (8, 8') 와 증압기 (10, 10') 사이에 제 4 체크 밸브 (16, 16') 가 장착되지 않는다. 대신, 제 3 온-오프식 밸브 (8, 8') 의 다른 측에 제 6 체크 밸브 (26, 26') 가 존재한다. 스로틀 밸브 (27, 27') 는 펌프 (2) 로부터 플런저 (11, 11') 모두로의 유동을 동등하게 하기 위하여 제 6 체크 밸브 (26, 26') 와 병렬로 배치된다. 스로틀 밸브 (27, 27') 의 기능은 대부분의 펌프 유동이 플런저 (11, 11') 중 하나에만 안내되는 상황을 방지한다. 제 6 체크 밸브 (26, 26') 는 펌프 (2) 로부터 증압기 (10, 10') 로의 유동을 허용하지만, 다른 방향으로는 허용하지 않는다. 제 3 챔버 (12c, 12c') 가 재로딩 단계 중에 비워지는 때에, 유체는 스로틀 밸브 (27, 27') 를 통해 유동한다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따라, 압력면의 크기는 제 2 압력면 (A2) 에 의해 나눠진 제 1 압력면 (A1) 과 제 3 압력면 (A3) 의 결합된 면적이 제조 허용 오차 내에서 제 3 압력면 (A3) 의 면적에 의해 나눠진 제 2 압력면 (A2) 의 면적과 동일하도록, 즉 (A1+A3)/A2 = A2/A3 이도록 선택된다. 이러한 선택으로, 증압기 (10, 10') 는 플런저 (11, 11') 의 상향 이동 및 하향 이동 모두 동안 고압의 유체를 유체 분사기 (24) 에 공급할 수 있다. 중압의 유체는, 유체가 증압기 (10, 10') 의 제 1 챔버 (12a, 12a') 로 도입되는 때에 유체 분사기 (24) 에 공급된다. 따라서 도 2b 및 2c 는 증압기 (10) 의 고압 모드를 도시할 수 있고, 도 2a 및 도 2d 는 중압 모드를 도시할 수 있다. 이 실시형태에서, 증압기 (10, 10') 는 고압 모드에서 양방향 증압기로서 그리고 중압 모드에서 일방향 증압기로서 작동한다.
본 발명이 전술한 실시형태에 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 다양할 수 있다는 것이 당업자에 의해 명백해질 것이다. 예를 들어, 유압 시스템은 내연 기관에 사용될 필요는 없고, 상이한 압력 레벨을 필요로 하는 임의의 유압 장치를 작동하는데 사용될 수 있다. 또한 전술한 방식과는 상이하게 압력면의 면적을 선택하는 것이 가능하다. 따라서, 2 개 초과의 상이한 증가율을 얻는 것이 가능하다.

Claims (12)

  1. 유압 시스템으로서,
    - 제 1 압력 범위 내에서 작동하는 제 1 서브시스템 (23), 및
    - 제 2 압력 범위 내에서 작동하는 제 2 서브시스템 (24) 을 적어도 포함하고,
    상기 제 2 압력 범위의 상한은 상기 제 1 압력 범위의 상한보다 더 높고,
    상기 유압 시스템은
    - 제 1 압력 레벨에서 유압 유체를 상기 유압 시스템에 공급하는 펌프 (2); 및
    - 상기 제 2 서브시스템의 압력을 제 2 압력 레벨까지 증가시키기 위한 제 1 증압기 (10) 및 상기 제 2 서브시스템의 압력을 제 2 압력 레벨까지 증가시키기 위한 제 2 증압기 (10') 를 추가로 포함하며,
    각각의 증압기 (10, 10') 는 플런저 (11, 11') 를 포함하고,
    상기 플런저 (11, 11') 는
    - 제 1 압력면 (A1, A1'),
    - 제 2 압력면 (A2, A2'), 및
    - 제 3 압력면 (A3, A3') 을 포함하고,
    상기 제 1 압력면 (A1, A1') 및 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 은 상기 플런저 (11, 11') 의 이동 방향에서 상기 플런저 (11, 11') 의 동일 측에 있고, 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 은 반대 측에 있으며,
    상기 증압기 (10, 10') 의 벽은
    - 상기 제 1 압력면 (A1, A1') 을 구비하는 제 1 챔버 (12a, 12a'),
    - 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 을 구비하는 제 2 챔버 (12b, 12b'), 및
    - 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 을 구비하는 제 3 챔버 (12c, 12c') 를 규정하며,
    각각의 챔버 (12a, 12a', 12b, 12b', 12c, 12c') 는 유압 유체를 수용하기 위하여 상기 펌프 (2) 의 출구에 연결될 수 있고, 상기 제 2 챔버 (12b, 12b') 및 상기 제 3 챔버 (12c, 12c') 는 유압 유체를 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 추가로 연결되고,
    적어도 2 개의 대안적인 증가율을 갖는 각각의 증압기 (10, 10') 를 제공하기 위하여, 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 은 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 보다 더 크고, 상기 유압 시스템에는 상기 증압기 (10, 10') 의 상기 제 1 챔버 (12a, 12a') 와 상기 펌프 (2) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위한 제어가능한 온-오프식 밸브 (6, 6'), 및 상기 제 3 챔버 (12c, 12c') 와 상기 펌프 (2) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위한 다른 제어가능한 온-오프식 밸브 (8, 8') 가 제공되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력면 (A1, A1') 의 면적과 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 의 면적 사이의 비는, 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 의 면적과 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 의 면적 사이의 비와는 최대 2% 상이한 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력면 (A1, A1') 과 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 의 결합된 면적과 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 의 면적 사이의 비는, 상기 제 2 압력면 (A2, A2') 의 면적과 상기 제 3 압력면 (A3, A3') 의 면적 사이의 비와는 최대 2% 상이한 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서브시스템 (23) 및 상기 제 2 서브시스템 (24) 은 내연 기관의 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 서브시스템 (23) 은 상기 내연 기관의 가스 교환 밸브를 포함하고, 상기 제 2 서브시스템 (24) 은 상기 내연 기관의 연료 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 (2) 는 가변용량형 펌프 (variable displacement pump) 인 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
  7. 유압 시스템의 작동 방법으로서,
    상기 유압 시스템은
    - 제 1 압력 범위 내에서 작동하는 제 1 서브시스템 (23), 및
    - 제 2 압력 범위 내에서 작동하는 제 2 서브시스템 (24) 을 적어도 포함하고,
    상기 제 2 압력 범위의 상한은 상기 제 1 압력 범위의 상한보다 더 높고,
    상기 유압 시스템은
    - 상기 제 2 서브시스템의 압력을 제 2 압력 레벨까지 증가시키기 위한 제 1 증압기 (10) 및 상기 제 2 서브시스템의 압력을 제 2 압력 레벨까지 증가시키기 위한 제 2 증압기 (10') 를 추가로 포함하고, 상기 제 1 증압기 (10) 및 상기 제 2 증압기 (10') 는 피스톤 유형의 증압기이고, 각각의 증압기 (10, 10') 는 적어도 두 개의 대안적인 증가율을 갖고,
    상기 방법은 제 1 단계 (phase) 를 구비하는 제 1 작동 모드를 적어도 포함하고,
    상기 제 1 단계에서
    - 제 1 증압기 (10) 의 플런저 (11) 를 이동시켜 상기 제 1 증압기 (10) 의 제 2 챔버 (12b) 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여, 유압 유체가 단지 상기 제 1 증압기 (10) 의 제 1 챔버 (12a) 에 도입되고,
    - 제 2 증압기 (10') 의 제 1 챔버 (12a') 및 제 3 챔버 (12c') 를 비워내기 위하여 상기 제 2 증압기 (10') 의 플런저 (11') 를 이동시키도록 유압 유체는 상기 제 2 증압기 (10') 의 제 2 챔버 (12b') 에 도입되고,
    상기 제 1 작동 모드는 제 2 단계를 추가로 포함하며,
    상기 제 2 단계에서
    - 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 플런저 (11') 를 이동시켜 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 2 챔버 (12b') 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여, 유압 유체가 단지 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 1 챔버 (12a') 에 도입되고,
    - 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 1 챔버 (12a) 및 제 3 챔버 (12c) 를 비워내기 위하여 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 플런저 (11) 를 이동시키도록 유압 유체가 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 2 챔버 (12b) 에 도입되고,
    상기 방법은 제 1 단계를 포함하는 제 2 작동 모드를 추가로 포함하고,
    상기 제 1 단계에서
    - 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 플런저 (11) 를 이동시켜 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 2 챔버 (12b) 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 상기 제 1 작동 모드에서보다 더 높은 압력으로 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여, 유압 유체가 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 1 챔버 (12a) 및 상기 제 3 챔버 (12c) 에 도입되고,
    - 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 1 챔버 (12a') 및 상기 제 3 챔버 (12c') 를 비워내기 위하여 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 플런저 (11') 를 이동시키도록 유압 유체가 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 2 챔버 (12b') 에 도입되고,
    상기 제 2 작동 모드는 제 2 단계를 추가로 포함하고,
    상기 제 2 단계에서
    - 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 플런저 (11') 를 이동시켜 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 2 챔버 (12b') 내의 유체를 가압하고, 그 가압된 유체를 상기 제 1 작동 모드에서보다 더 높은 압력으로 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여, 유압 유체가 상기 제 2 증압기 (10') 의 상기 제 1 챔버 (12a') 및 상기 제 3 챔버 (12c') 에 도입되고,
    - 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 1 챔버 (12a) 및 상기 제 3 챔버 (12c) 를 비워내기 위하여 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 플런저 (11) 를 이동시키도록 유압 유체가 상기 제 1 증압기 (10) 의 상기 제 2 챔버 (12b) 에 도입되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템의 작동 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 (12a, 12a') 및 상기 제 3 챔버 (12c, 12c') 를 비워내는 상기 플런저 (11, 11') 의 이동은, 상기 제 3 챔버 (12c, 12c') 내의 유체를 가압하고 그 가압된 유체를 상기 제 2 서브시스템 (24) 에 공급하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 유압 시스템의 작동 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 작동 모드에서 상기 제 3 챔버 (12c, 12c') 가 동일한 라인 (21, 21') 을 통해 충전되고 비워지는 것을 특징으로 하는 유압 시스템의 작동 방법.
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