KR102159591B1

KR102159591B1 - 고압 밀봉 구조를 갖는 슬립 제어 제동 펌프

Info

Publication number: KR102159591B1
Application number: KR1020157021899A
Authority: KR
Inventors: 조오지프 에이. 스타
Original assignee: 켈시-헤이즈 컴파니
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2020-09-24
Also published as: CN105073528B; EP2945824A4; KR20150109398A; WO2014113262A1; CN105073528A; EP2945824B1; US9174620B2; EP2945824A1; US20140203625A1

Abstract

차량 유압 제동 펌프는 내측 보어면을 형성하는 내측 보어를 갖는 슬리브, 및 정지 컬러 및 램핑된 밀봉면을 갖는 피스톤을 포함한다. 정지 컬러, 램핑된 밀봉면, 및 내측 보어는 그 내부에 고압 밀봉부를 트래핑하는 밀봉 포켓을 형성하도록 협력한다. 램핑된 밀봉면은 고압 밀봉부 상에 작용하는 유체 압력에 비례하는 슬리브 내측 보어에 고압 밀봉부의 접촉을 제공한다.

Description

고압 밀봉 구조를 갖는 슬립 제어 제동 펌프{SLIP CONTROL BRAKING PUMP HAVING A HIGH PRESSURE SEALING STRUCTURE}

본 발명은 일반적으로 차량 제동 시스템에 관한 것으로서, 특히 펌프-작동식 가압화 시스템을 갖는 유압 제동 시스템에 관한 것이다.

특히 차량 용도를 위한 유압 제동 시스템은 센서 입력값에 응답하여 유체 압력을 동적으로 변화시키는 펌프 및 제어기 시스템을 구비할 수 있다. 이들 센서 입력값은 두서너 가지 예를 들면 차량의 동적 작동 상태, 즉 스키딩(skidding) 상태, 견인력(tractive effort) 상태, 및 스티어링 반응에 관한 정보를 제공한다. 때로는 안티록 제동 시스템(antilock braking system)(ABS), 트랙션 제어 시스템(traction control system)(TCS), 및 전자-유압 제동 시스템(electro-hydraulic braking system)(EHB)로서 지칭되는 이들 제동 시스템들은 휠-단부 브레이크 기구에 유체 압력을 공급하기 위해 모터-구동식 펌프를 사용한다. 유체 압력은 특별한 차량 동적 상태에 응답하여 각각의 휠에 제동력의 적절한 분배를 제공하기 위해, 밸브 회로에 의해 조정된다.

유압을 발생시키는데 사용되는 유압 펌프는, 실린더 보어 내에서 축방향으로 왕복동하는 피스톤에 의해 유체 압력을 공급하는, 피스톤-타입 유압 펌프일 수 있다. 이들 피스톤 펌프는 일반적으로 예를 들어 펌프 하우징 내에 조립되는 피스톤, 실린더, 부싱, 스프링, 필터, 및 밀봉부와 같은 다수의 부품을 포함한다. 일반적으로 안티록 제동 시스템을 지지하는데 필요한 높은 유체 압력 레벨 및 높은 압력 조정 속도 때문에, 이들 유압 펌프는 엄격한 가공 및 조립 공차가 유지될 것을 요구하는 정밀 조립체이다. 또한, 재료 선택 및 치수 공차를 포함하는 높은 압력 밀봉 시스템은, 누설 또는 과도한 마모 없이 높은 유체 압력과 피스톤 반응 속도 모두를 수용할 필요가 있다. 따라서 제조가 용이하며 또한 유체 펌핑 성능을 개선시키는 제동 시스템 유압 펌프를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 차량 제동 시스템을 위한 유압 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 차량 제동 시스템에 사용하기 위한 유압 펌프를 위한 개선된 밀봉부 구성에 관한 것이다. 일 양태에 있어서, 개선된 밀봉부 구성은 전자-유압 제동 시스템에서 고압 밀봉부를 트랩(trap) 및 밀봉하는, 램핑된(ramped) 밀봉면을 포함한다. 램핑된 밀봉면은 증가하는 유체 압력이 증가하는 밀봉 표면적을 제공하는, 자체-작동 장착 장치를 제공한다. 다른 양태에 있어서, 개선된 밀봉부 구성은 낮은 잔류 변형(residual strain) 재료를 갖는 고압 밀봉부를 포함한다. 이 양태의 특별한 실시예에 있어서, 고압 밀봉부 재료는 PTFE-기반 재료이다.

차량 유압 제동 펌프는 슬리브, 피스톤, 및 고압 밀봉부를 포함한다. 슬리브는 내측 보어면을 형성하는 내측 보어를 갖는다. 피스톤은 밀봉 포켓을 형성하기 위해 내측 보어를 따라 협력하는, 정지 컬러(collar) 및 램핑된 밀봉면을 갖는다. 고압 밀봉부는 밀봉 포켓에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 램핑된 밀봉면은 슬리브 내측 보어에 대해 상대적으로 각도를 이루는 배향으로 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 램핑된 밀봉면은 고압 밀봉부와 접촉하는 제1 지역, 및 고압 밀봉부와 램핑된 밀봉면 사이에 공차를 형성하는 제2 지역을 포함한다. 이들 실시예의 일 양태에 있어서, 밀봉 포켓의 용적은 고압 밀봉부의 용적 보다 크다.

본 발명의 다양한 양태는 첨부한 도면을 고려하여 판독하였을 때, 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 숙련자에게 명백해질 것이다.

도 1은 유압 펌프 조립체를 갖는 유압 브레이크 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 유압 펌프들 중 하나의 확대된 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 작동하는 고압 밀봉부 장치를 갖는, 도 2의 유압 펌프 내의 펌프 카트리지의 확대된 횡단면도이다.
도 4a는 도 3의 고압 밀봉부 장치의 다른 확대된 횡단면도이다.
도 4b는 밀봉 구조물에 적용된 부하를 도시하는, 도 2의 고압 밀봉부 장치의 횡단면도이다.
도 5는 도 4a에 적용되었을 때 낮은 압력 부하로 도시된, 도 4a의 고압 밀봉부의 확대된 횡단면도이다.
도 6은 도 4a에 적용되었을 때 높은 압력 부하로 도시된, 도 4a의 고압 밀봉부의 확대된 횡단면도이다.
도 7은 큰 반경 인터페이스 지역을 갖는 고압 밀봉부의 다른 실시예의 확대된 횡단면도이다.
도 8은 모따기된(chamfered) 인터페이스 지역을 갖는 고압 밀봉부의 다른 실시예의 확대된 횡단면도이다.
도 9는 종래 기술의 고압 밀봉부 장치의 확대된 횡단면도이다.

이제 도면에 있어서, 일반적으로 도면부호 10 으로 도시된 차량 제동 시스템이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 차량 제동 시스템(10)은 마스터 실린더(14)에 연결된 브레이크 페달(12)을 포함한다. 도면부호 16 으로 도시된 유압 제어 유닛(hydraulic control unit)(HCU)으로서 구성되는 유압 회로는, 마스터 실린더(14)와 다수의 휠 브레이크(18) 사이에 유체 연통을 제공한다. 휠 브레이크(18)는 디스크 브레이크로서 도시되어 있지만, 그러나 임의의 타입의 휠 브레이크일 수 있다. 도시된 HCU(16)는 2개의 유압 펌프(20)를 포함하지만, 임의의 적절한 개수의 펌프가 사용될 수 있다. 펌프(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 (도시되지 않은) 하우징 내에 배치되는 왕복동 피스톤 펌프이다. 펌프(20)는 유체를 가압하고, 그리고 이를 마스터 실린더(14)와 휠 브레이크(18) 사이로 전달한다. HCU(16)는 예를 들어 안티록 제동, 견인 제어, 차량 안전성 제어, 및 동적 후륜(rear) 브레이크 비례 기능을 제공하기 위해 펌프(20)와 유체 연통하는 다양한 밸브 및 다른 부품을 추가로 포함한다. HCU(16)는 도시된 바와는 달리 구성될 수 있으며, 또한 추가적인 부품, 적은 부품, 또는 상이한 부품을 포함할 수 있음을 인식해야 한다. 그러나 HCU 부품은 지정된 차량 브레이크 시스템에 의해 제공되는 특정한 성능 요구사항 및/또는 기능에 따라, 상이한 유체 연통 장치로 구성될 수 있다.

이제 도 2 및 3에 있어서, 펌프(20)는 실린더 보어(22a) 및 도면부호 24 로 도시된 모터-구동식 편심부(eccentric)를 갖는 하우징(22)을 포함한다. 피스톤(26)은 슬리브(28)의 내측 보어(28a) 내에 신축 가능하게 수용되는 제1 부분을 포함한다. 또한, 슬리브(28)는 슬리브 단부(28b)를 포함한다. 하우징(22)의 실린더 보어(22a)에 배치되었을 때, 슬리브(28)는 2개의 짝을 이루는(mating) 표면으로서 도시된, 도면부호 30 으로 도시된, 슬리브 시트와 접촉한다. 상기 짝을 이루는 표면은 실린더 보어(22a)에 형성된 제1 시트(30a), 및 슬리브(28)에 형성된 제2 시트(30b)를 포함한다. 슬리브 시트(30)를 형성하는 상기 짝을 이루는 표면(30a, 30b)은 접촉하는 각진(angled) 표면으로서 도시되었지만, 슬리브 시트(30)는 임의의 각도로 형성될 수 있다. 모터-구동식 편심부(24)는 피스톤(26)의 제2 부분과 접촉하며, 또한 편심부(24)가 회전함에 따라 피스톤(26)의 제1 부분을 슬리브(28) 내에서 왕복동시킨다. 단일-부재 피스톤으로서 도시되었지만, 피스톤(26)의 제1 및 제2 부분은 기계적 수단에 의해 함께 결합되는 거나 또는 접착제, 용접, 등에 의해 접합될 수 있는, 분리된 부품일 수 있다.

유체는 도면부호 32 로 도시된 입구 밸브를 통해 펌프(20) 내로 들어간다. 도 3에 도시된 바와 같이, 입구 밸브(32)는 입구 볼(34), 입구 편향 스프링(36), 및 유지 케이지(38)를 포함한다. 유지 케이지(38)는 입구 통로(40)로부터 챔버(42)로 유체 흐름을 허용하는 적어도 하나의 구멍(38a)을 포함한다. 입구 편향 스프링(36)은, 유체-기밀 밀봉부를 형성하기 위해, 입구 통로(40)의 단부에 대해 입구 볼(34)을 가압한다. 입구 통로(40)는 (도시되지 않은) 유체 소스와 유체 연통하는 입구 구멍(40a)을 포함한다. 유체가 편향 스프링(36)의 힘을 극복함에 따라, 유체는 유지 케이지(38)의 구멍(38a)을 통해 입구 밸브(32)를 지나 피스톤(26)과 슬리브(28) 사이에 형성된 챔버(42) 내로 드로잉된다. 챔버(42) 내에 배치되는 코일 스프링으로서 도시된 피스톤 편향 요소(44)는, 편심부(24)에 대해 피스톤(26)을 가압한다. 편심부(24)가 회전함에 따라, 피스톤(26)은 슬리브(28)를 왕복동한다. 챔버(42)의 용적은 피스톤(26)이 슬리브 단부(28b)를 향해 편심부(24)에 의해 구동될 때 압축되며, 그에 따라 들어온 유체를 가압한다.

가압된 유체는 일반적으로 도면부호 46 으로 도시된 출구 밸브를 통해 챔버(42)를 빠져나간다. 출구 밸브(46)는 슬리브 단부(28b)를 통해 형성된 출구 포트(50)에 대해 편향되는 출구 볼(48)을 포함한다. 단부 캡(54)과 출구 볼(48) 사이에서 작용하는 출구 스프링(52)은, 출구 볼(48)을 출구 포트(50)에 대해 편향시킨다. 도 3의 실시예에 있어서, 출구 스프링(52)은 단부 캡(54)에 형성된 스프링 오목부(56) 내에 배치되는, 일반적으로 평탄한 다이아프램 스프링으로서 도시되어 있다. 대안적으로, 출구 스프링(52)은 입구 밸브(32)를 향해 또는 단부 캡(54)을 향해 뾰족해지는 돌출 중심 영역을 갖는 것으로 배향될 수 있는 테이퍼진 프로필(즉, 오목하거나 볼록한) 벨레빌(Belleville) 와셔일 수 있다. 벨레빌 와셔 스프링 또는 다이아프램 스프링을 사용할 때, 중심 구멍은 출구 볼에 안정화 기능 및 위치 기능을 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 출구 스프링(52)은 예를 들어 압축 코일 스프링, 벌류트(volute) 스프링, 또는 비틀림 스프링 및 접촉 레버 조립체와 같은 임의의 스프링일 수도 있다. 예를 들어, 다이아프램 출구 스프링(52)은 전체적인 펌프 패키징 높이를 감소시키며, 따라서 공간-제한된 환경에서 용이한 설계 실행을 허용한다. 또한, 일정한 소음, 진동, 이격음(noise, vibration, harness)(NVH) 이득이 실현되는데, 그 이유는 판스프링이 출구 밸브(46)의 개선된 변위 제어 및 밸브 작동 속도의 개선된 제어를 제공하기 때문이다. 가압된 유체는 출구 스프링(52)을 압축하며, 그리고 가압된 유체가 출구 포트(50)를 통해 브레이크 시스템(10)의 다른 부분으로 빠져나가는 것을 허용한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 펌프 카트리지(60)를 형성하기 위해, 피스톤(26), 슬리브(28), 피스톤 편향 스프링(44), 각각의 입구 및 출구 밸브(32, 46), 단부 캡(54), 및 유지 컬러로서 도시된 리테이너(58)가 함께 조립된다. 리테이너(58)는 피스톤(26)의 종동자 부분(26a)이 그것을 통해 연장하고 그리고 편심부(24)와 접촉하는 것을 허용하지만 그러나 피스톤(26) 상에 제공된 정지 컬러(26b)가 통과하는 것을 방지하는 크기를 갖는, 피스톤 구멍(58a)을 포함한다. 또한, 정지 컬러(26b)는 고압 밀봉부(62)를 위한 지지를 제공한다. 도 3의 도시된 실시예에 있어서, 고압 밀봉부(62)는 피스톤(26)이 왕복동하며, 또한 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 슬리브(28)의 내면을 밀봉한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 리테이너(58)는 슬리브(28) 상에 형성된 대응하는 홈(28c) 내에 위치되는 스냅-끼워맞춤 돌출부(58b)로 구성될 수 있다. 스냅-끼워맞춤 돌출부(58b)는 리테이너(58)의 내면의 둘레에 형성되는 완전한 각형 링(angular ring) 또는 여러 개의 불연속적인 돌출부일 수 있다. 대안적으로, 홈(28c)은 리테이너(58)에 형성될 수 있고, 돌출부(58b)는 필요하다면 슬리브(28)로부터 연장할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 리테이너(58)는 일반적으로 매끄러운 내면을 가지며, 또한 압입 끼워맞춤 또는 간섭 끼워맞춤에 의해 슬리브(28)에 부착된다. 리테이너(58)가 금속으로부터 형성되는 실시예에 있어서, 리테이너(58)는 슬리브 위의 슬립 끼워맞춤부일 수 있다. 리테이너(58)가 슬리브 상에 조립될 때, (도시되지 않은) 돌출부는 롤링에 의해 홈(28c) 내에 형성될 수 있다. 대안적으로, 리테이너(58)는 슬리브(28)에 접합되거나, 용접되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 필터 조립체가 도면부호 64 로 도시되어 있다. 필터(64)는 리테이너(58)와는 별도의 부품일 수 있으며, 또는 이와 일체로 형성될 수 있다. 필터 조립체(64)는 피스톤(26)의 종동자 부분(26a)이 편심부(24)를 통해 연장하여 이와 접촉하도록 피스톤 구멍(70)을 포함한다.

피스톤(26)의 종동자 부분(26a)은 리테이너(58)를 통해 연장하는 것으로 도시되어 있다. 4각형(quad)-밀봉부 또는 정사각형 횡단면형 "o-링"으로서 도시된 밀봉부(72)는 피스톤(26)의 종동자 부분(26a)과 실린더 보어(22a)의 표면 사이에 배치된다. 그러나 밀봉부(72)는 예를 들어 통상적인 "o-링" 또는 립(lip) 밀봉부와 같은, 임의의 타입의 밀봉부일 수 있다. 글라이드(glide) 링(74)은 편심부(24)가 연장하는 보어와 실린더 보어(22a)의 교차부 근처에 배치된다. 글라이드 링(74)은 실린더 보어(22a)에 대해 피스톤(26)의 종동자 부분(26a)의 위치를 확정적으로 위치시키는 부싱으로서 작용한다. 글라이드 링(74)과 밀봉부(72) 사이에는 덧대임(backing) 링이 배치된다. 덧대임 링(76)은 필요하지는 않지만, 피스톤(26)의 왕복동 중 밀봉부(72)의 형상 및 위치를 유지시키도록 작용한다.

이제 도 4a 및 4b를 참조하여, 피스톤(26)과 슬리브(28) 사이에 조립된, 고압 밀봉부(62)의 확대도가 도시된다. 고압 밀봉부(62)는 일반적으로 도면부호 78 로 도시된 밀봉 포켓 내에 포함된다. 밀봉 포켓(78)은 일반적으로 피스톤 정지 컬러(26b), 슬리브(28)의 내측 보어(28a), 및 피스톤(26) 내에 형성된 램핑된 밀봉면(80)에 의해 형성된다. 밀봉 포켓(78)은 고압 밀봉부(62)를 포함하며, 또한 고압 밀봉부(62)에 대해 다양한 밀봉면의 배향을 제공한다. 정지 컬러(26b)는 도 4b에 도시된 바와 같이 유체 압력 부하(Fp) 및 피스톤 압력힘(Pc)에 저항하는, 덧대임 밀봉면(82)을 제공한다. 피스톤 압력힘(Pc)은 챔버(42)의 용적을 변화시킴으로써 유체측에 발생된다. 또한, 피스톤 압력힘(Pc)은 피스톤(26)의 선형 속도에 비례하여 증가하며, 이것은 편심부(24)의 회전 속도의 함수이다. 피스톤(26)이 보어(28a) 내에서 더 빨리 이동함에 따라, 챔버(42)의 유체 압력 및 출구 포트(50)를 통한 용적 흐름이 증가한다. 이것은 다시 고압 밀봉부(62) 상에 작용하는 유체 압력힘(Fp)의 추가적인 증가된 크기를 유발시킨다. 아래에 설명되는 바와 같이, 이들 힘은 고압 밀봉부(62)의 휨(deflection)을 유발시키며, 또한 이것은 펌프 작동 온도가 증가함에 따라 크기가 증가한다. 밀봉 포켓(78) 및 램핑된 밀봉면(80)의 배치 때문에, 챔버 내에 유체를 포함하고 그리고 나중에 상당한 누설 없이 고효율로 고압 유체 출력을 전달하는 고압 밀봉부의 능력이 개선된다.

덧대임 밀봉면(82)은 고압 밀봉부(62)에 적용되는 제1 유체 밀봉면을 제공한다. 내측 보어(28a)는, 피스톤이 슬리브(28) 내에서 왕복함에 따라, 고압 밀봉부(62)에 대해 미끄럼 밀봉면(84)을 제공한다. 아래에 논의되는 바와 같이, 미끄럼 밀봉면(84)은 내측 보어(28a)에 대해 고압 밀봉부(62)의 상대 이동에 의해 유발된 마모를 감소시키기 위해 얇은 유막(oil film)의 유지를 가능하게 하는, 연마된 표면 마무리와 같은, 텍스처형(textured) 표면 마무리를 가질 수 있다. 램핑된 밀봉면(80)은 일반적으로 슬리브(28)의 내측 보어(28a)와 평행한 라인(L)에 대해 각도(α)로 피스톤(26) 내에 형성된다. 도시된 바와 같이, 램핑된 밀봉면(80)은 일반적으로 피스톤(26)의 덧대임 밀봉면(82)에 가까운 지점으로부터 일반적으로 내측 보어면(28a)으로부터 떨어져서 증가하는 거리까지 테이퍼진다. 램핑된 밀봉면 각도(α)가 라인(L)에 대해 임의의 각도일 수 있더라도, 일 실시예에 있어서 상기 각도(α)는 약 1 내지 10 도의 범위일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 램프 각도 범위는 약 1 내지 6 도의 범위일 수 있다. 특별한 실시예에 있어서, 램프 각도(α)는 약 2 내지 4 도의 범위일 수 있다. 대안적으로, 일반적으로 직선형의 램핑된 표면으로서 도시되었지만, 램핑된 밀봉면(80)은 원호, 계단형 표면, 또는 고압 밀봉부(62)에 자체 작동 효과를 제공하도록 기능하는 다른 형상의 일부일 수 있다.

아래에 설명되는 바와 같이, 램핑된 밀봉면(80)의 자체 작동 효과는 고압 밀봉부(62)를 위해 낮은 변형 재료의 사용을 가능하게 한다. 이들 낮은 변형 재료는 피스톤(26) 및 슬리브(28)와 같은 펌프 부품이 [AISI 등급 1215 쾌삭강(快削鋼)(free-machining steel), 및 유사 등급과 같은] 표준형, 비-경화형, 쾌삭강을 사용하게 한다. 이들 강 등급은 누설 및 마모 저항 작동에 필요한 표면 마무리를 제공하기 위해 제조 공정의 비용-효과적인 사용을 가능하게 한다. 예를 들어, 슬리브(28)의 내측 보어(28a)의 연마된 표면 마무리는 선삭된(turned) 내측 보어면의 버니싱(burnishing)과 같은, 다른 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 이것은 슬리브 내측 보어(28a)를 제조하는데 필요한 가공 단계가 4개의 단계로부터 2개의 단계로 감소되게 한다. 또한, 사용된 제조 공정은 비교적 간단하며, 또한 제거된 다른 공정들 보다 비싸지 않다. 그 결과, 일 실시예에 있어서, 내측 보어(28a)의 표면 마무리는 종래 기술의 마무리에 비해, 약 0.20 미크론, Rpk 및 Ra, 일 수 있고, 이것은 필연적으로 더 매끄러우며 또한 0.15 Rpk 또는 이 보다 작은 크기일 수 있다. 또한, 램핑된 밀봉면(80)의 사용에 의해, 전 경화(post hardening) 열처리와 같은 다른 공정이 제거될 수 있다. 이것은 약 650 내지 850 Hv 범위의 비커스 경도의 종래 기술의 요구사항에 비해, 약 200 Hv 의 비커스 경도의 사용을 허용한다. 따라서 제조 경비 및 잠재적 에러가 감소된다.

도 4a 및 5에 있어서, 램핑된 밀봉면(80)은 2개의 지역에 의해 형성되는 밀봉면을 제공한다. 제1 지역(86)은 일반적으로 덧대임 밀봉면(82)과 램핑된 밀봉면(80)의 교차부에 가깝게 형성된다. 이 교차부는 밀봉 포켓 모서리(78a)를 형성한다. 제2 지역(88)은 램핑된 밀봉면(80)의 단부를 향해 제1 지역(86)으로부터 연장한다. 제1 지역(86)은 고압 밀봉부(62)와 접촉하며, 그리고 제1 지역(86)과 내측 보어(28a) 사이에 눌리는 고압 밀봉부(62)의 부분을 트래핑(trapping)한다. 제2 지역(88)은 고압 밀봉부(62)와 램핑된 밀봉면(80) 사이에 간극(gap) 또는 공차를 제공한다. 이 구성은 고압 밀봉부(62)의 전체 접촉 밀봉면 보다 적은 밀봉 면적을 형성한다. 밀봉 포켓(78) 내의 고압 밀봉부(62)의 감소된 밀봉 영역은, 낮은 피스톤 속도에 효과적인 유체 밀봉을 제공하며, 이것은 일 실시예에서 초 당 약 10 mm 의 크기일 수 있다. 제2 지역(88)은 내측 보어(28a)에 대해 고압 밀봉부(62)를 더욱 균일하게 누르도록 작용하는 제한된 양의 유체를 유입시킬 수 있다. 낮은 유체 압력(Fp_low) 하에 작용하는 램핑된 밀봉면(80)의 제1 밀봉 지역(86)에 의해 부분적으로 형성된, 낮은 밀봉 영역은 미끄럼 밀봉면(84) 위로 고압 밀봉부(62)의 자유이동을 허용하며, 또한 펌핑 중 밀봉 포켓(78) 내에서 밀봉부의 접합을 방지한다. 일 실시예에 있어서, 낮은 유체 압력(Fp_low)으로서 관련된 압력의 범위는 0 바아 게이지 압력 내지 1 바아 게이지 압력(약 14.5 psi)의 범위일 수 있다. 도 5에 도시된 고압 밀봉부 휨은, 이것이 낮은 잔류 변형 재료에 영향을 끼침에 따라, 작동 온도에 의해 영향을 받을 수도 있다. 이런 영향은 30 % 유리-충전된(glass-filled) 나일론 6,6 재료와 같은 전형적인 고압 밀봉부 재료와는 상이하다.

이제 도 6에 있어서, 피스톤(26)의 속도가 증가됨에 따라, 유체 압력힘(Fp)은 높은 레벨(Fp_high)로 증가한다. 일 실시예에 있어서, 고압 유체 압력(Fp_high)으로서 관련된 압력의 범위는 1 바아 게이지 압력 내지 250 바아 게이지 압력의 범위일 수 있다. 이것은 다시 밀봉 포켓(78) 내에 고압 밀봉부(62)의 휨을 유발시킨다. 고압 유체 힘(Fp_high) 하에서 고압 밀봉부(62)의 휨은, 제1 지역이 면적 상 증가되게 하고, 또한 제2 지역이 대응하는 양 만큼 감소되게 한다. 증가된 밀봉 영역은 유체 누설에 저항하는데 효과적이며, 또한 증가된 유체 출력을 원하는 고압 레벨로 그리고 고효율로 제공한다. 또한, 고압 밀봉부(62)는 증가하는 작동 온도 하에서 유사하게 휘어질 것이다. 따라서 도 6에 도시된 휨은 피스톤 속도와 작동 온도 모두의 함수일 수 있다. 도 5 및 6의 모두의 작동 구성에 있어서, 밀봉 포켓(78)의 용적은 일반적으로 고압 밀봉부(62)에 의해 점유된 용적 보다 더 크다. 제1 밀봉 지역(86)에 의해 밀봉 포켓(78) 내의 고압 밀봉부(62)의 비례적인 접촉 및 트래핑은, 증가하는 압력에서 증가된 밀봉 및 유체 펌핑 효율을 제공하는, 자체-작동 밀봉 인터페이스를 제공한다. 또한, 밀봉 포켓(78) 내에서 램핑된 밀봉면(80)에 대해 밀봉부가 끼워지는 동작은 밀봉 시스템의 자체-작동 효과에 기여한다. 따라서 아래에 설명되는 바와 같이 낮은 변형 재료로부터 형성되는 고압 밀봉부(62)는, 밀봉 포켓(78) 내에서 변형하도록 구성되며, 또한 유체 압력에 정비례하는 램핑된 밀봉면(80)과의 밀봉 표면적 인터페이스를 형성한다. 유체 압력이 증가함에 따라, 제1 지역(86)에 대한 고압 밀봉부(62)의 접촉은 유체-기밀 밀봉부를 형성도록 증가한다.

고압 밀봉부(62)는 열가소성 폴리머형 나일론과 같은 통상적으로 사용되는 다른 고압 밀봉 재료가 아니라, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(듀폰의 Teflon® 재료로도 알려진, PTFE)과 같은 낮은 잔류 변형 레벨을 갖는 재료로 제조될 수 있으며, 이것은 추가로 30 % 유리-충전된 나일론 6,6 재료일 수 있다. PTFE 로부터 형성되는 고압 밀봉부(62)는 일반적으로 밀봉 성능에 방해물로 관찰된 전형적인 열가소성 밀봉부 보다 고온에 더욱 순응한다. 다른 한편으로, PTFE 는 덜 마모적이며, 또한 열가소성 밀봉 구성에 비해 낮은 마찰계수를 제공한다. 밀봉 재료의 낮은 잔류 변형은 세트(set)를 취하거나 또는 고압 밀봉부(62)가 유체 압력힘(FP_low) 하에서 밀봉 형상의 본래의 형상과 같은 이전 형상으로 완전히 복귀하지 않게 한다. 고온 순응성 및 영구적인 또는 반-영구적인 세트의 이들 재료 특성은 안티록 제동 시스템(ABS), 힐 홀드 시스템(hill hold system), 및 자동 크루즈 제어(automatic cruise control)(ACC) 어플리케이션과 같은, 차량 제동 펌프 어플리케이션에서 고압 유체 밀봉을 위해 PTFE 및 유사한 낮은 잔류 변형 재료의 사용을 좌절시킨다. 그 결과로서, 열가소성 재료를 사용하는 통상적인 밀봉부는 더욱 연마적인 재료에 견딜 수 있는, 경화된 내마모성 표면을 제공하기 위해 열처리 공정을 요구한다. 또한, 통상적인 펌프에 있어서, 표면 마무리 및 치수 공차는 통상적인 밀봉부와 밀봉 표면 사이의 끼워맞춤을 유지하기 위해 엄격히 제어된다.

고온 작동 중, 통상적인 밀봉 재료의 재료 크리이프(creep) 또는 성능 세트는 밀봉 인터페이스 사이에 잠재적 누설 경로를 형성한다. 이들 누설 경로는 위에 열거한 제동 어플리케이션의 더욱 일반적이고 또한 충격적인 작동이 된다. 예를 들어, 초기 작동 중, 펌프와 같은 전형적인 제동 유압 부품은 일반적으로 그 설계 안정 상태 온도 보다 상대적으로 낮은 온도로 있다. 그 설계 안정 상태 온도는 약 25℃ 내지 약 60℃ 범위일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 작동 온도 범위의 예는 약 100℃ 부터 약 125℃ 까지의 고온 작동 범위 및 약 -20℃ 부터 약 -40℃ 까지의 저온 작동 범위로 한정될 수 있다. 이들 범위는 고온 및 저온 범위의 일반적인 도시 목적을 위한 것이며, 또한 특정한 고온 및 저온이 이들 범위의 외측에 속할 수 있으며, 또한 필요하다면 "고온" 및 "저온"으로 간주될 수 있다. 초기에 작동되었을 때, 영구 세트로 인한 고압 밀봉부의 치수 변화 및 열팽창/수축으로 인한 밀봉 포켓의 치수 변화는, 누설 경로를 유발시킨다. 이들 누설 경로는 ABS 와 같은 더 높은 압력 제공 기능부를 위해 다소 보상될 수 있다. 정상 작동 상태에서, 즉 초기 작동 보다 더 높은 고온에서, 낮은 잔류 변형 재료의 더 부드러운 특성은 밀봉 인터페이스에 작용하는 유체힘에 의해 누설 경로를 발생시킬 수도 있다. 높거나 또는 낮은 온도에서 누설 경로는, ACC 어플리케이션과 같은, 낮은 유체 흐름 변화에 의존하는 제동 시스템 상에 엄청난 충격을 갖는다. ACC 제동 어플리케이션은, 차량 속도를 대략 설정 속도 근처로 유지하기 위해, 매우 낮은 제동률 및 낮은 유체 압력을 사용한다. 상용적으로 받아들일 수 있는 ACC 시스템을 위해, 설정 속도를 유지하는데 필요한 제동은 가능한 한 운전자에게 명쾌할 것이 요구된다. 따라서 누설 경로는 제동 시스템이 완만하게 반응하게 하고 또한 오버드라이브(overdrive) 또는 언더드라이브(underdrive)가 설정 속도와 반응하게 한다.

이제 도 7을 참조하여, 도면부호 178 로 도시된 밀봉 포켓 내에 배치되는 고압 밀봉부(162)를 갖는, 유압 펌프(20)와 유사한, 유압 펌프(120)의 제2 실시예가 도시된다. 밀봉 포켓(178)은 일반적으로, 피스톤(126)의 피스톤 정지 컬러(126b), 슬리브(128)의 내측 보어(128a), 및 피스톤(126) 내에 형성되는 램핑된 밀봉면(180)에 의해 형성된다. 피스톤 정지 컬러(126b)는 덧대임 밀봉면(182)을 형성한다. 내측 보어(128a)는 미끄럼 밀봉면(184)을 포함한다. 램핑된 밀봉면(180)은 제1 지역(186) 및 제2 지역(188)을 제공한다. 덧대임 밀봉면(182)과 램핑된 밀봉면(180)의 교차부는 밀봉 포켓 모서리(178a)를 함께 형성한다. 밀봉 포켓(178)은 고압 밀봉부(162)를 포함하며, 또한 전술한 밀봉 포켓(78)과 유사한, 고압 밀봉부(162)에 대해 다양한 밀봉면의 배향을 제공한다.

고압 밀봉부(162)는 모따기로서, 도 7에 도시된 조정 프로필(190)을 포함한다. 조정 프로필(190)은, 밀봉 용적이 밀봉 포켓(178)에 의해 형성된 용적 보다 작을 수 있도록, 고압 밀봉부(162)의 용적의 조정을 허용하도록 구성된다. 또한, 조정 프로필(190)은 밀봉 포켓의 다양한 밀봉면을 따라 밀봉 접촉 지역이 다시 크기를 갖고 및/또는 재위치되는 것을 허용한다. 조정 프로필(190)은 램핑된 밀봉면 제1 지역(186)의 원하는 위치에 따라, 거의 덧대임 밀봉면(182)에 평행한 상태로부터 60 도 또는 그 이상까지의 범위일 수 있는 모따기 각도(β)를 갖도록 형성된다. 조정 프로필(190)은, 고압 밀봉부(162)가 유체 압력 하에서 밀봉 포켓 모서리(178a)를 따라 변형할 수 있도록, 밀봉 포켓 모서리(178a)로부터 이격되며, 그에 따라 밀봉 포켓(178)에 의해 제공되는 것 보다 작은 용적을 점유한다. 이것은 램핑된 밀봉면(180)과 미끄럼 밀봉면(184) 사이에서 고압 밀봉부의 용접을 방지하며, 또한 누설 경로 형성을 감소시킨다. 대안적으로, 조정 프로필(190)은 밀봉 포켓 모서리(178a)와 고압 밀봉부(162) 사이에 이격을 제공하도록 상이하게 형성될 수 있다.

이제 도 8을 참조하여, 램핑된 밀봉면(280)의, 도면부호 278 로 도시된, 밀봉 포켓을 형성하는 피스톤 및 슬리브(228)를 갖는 유압 펌프(220)의 제3 실시예가 도시된다. 밀봉 포켓(278)은 전술한 밀봉 포켓(78, 178)과 유사한 방식으로 구성되며, 또한 작은 치수의 반경으로서 도시된 밀봉 포켓 모서리(278a)를 포함한다. 고압 밀봉부(262)는 고압 밀봉부(178)와 유사하며, 또한 조정 프로필(290)을 갖는다. 고압 밀봉부(262)는 밀봉 포켓(278)에 배치되며, 또한 전술한 덧대임 밀봉면(82, 182)과 유사한 덧대임 밀봉면(282)과 인접한다. 고압 밀봉부(262)의 조정 프로필(290)은 밀봉 포켓 모서리(278a)의 반경 보다 더 큰 반경으로서 도시되어 있다. 이러한 반경의 차이는 대체할 고압 밀봉 재료를 위한 공간(room)을 제공한다. 이 용적 차이는 슬리브(228) 내에서 피스톤(226)의 왕복동 중 결합 없이 밀봉면이 자체-작동하는 것을 허용한다. 또한, 조정 프로필(290)의 큰 반경은 램핑된 밀봉면 제1 지역(286)이 램핑된 밀봉면 상에서 원하는 폭 및/또는 위치로 이동하는 것을 허용한다. 제2 지역(288)은 조정 프로필(290)의 반경 크기의 결과로서, 제1 지역(286)에 대해 폭이 변화될 수 있다.

이제 도 9를 참조하여, 일반적으로 도면부호 320 으로 도시된 종래기술의 유압 펌프의 일부가 도시된다. 펌프(320)는 정지 컬러(326b)를 갖는 피스톤(326), 및 내측 보어(328a)를 갖는 슬리브(328)를 포함한다. 피스톤(326)은 일반적으로 내측 보어(328a)의 표면과 평행한 원통형 밀봉면(380)을 추가로 포함한다. 피스톤 정지 컬러(26b), 원통형 밀봉면(380), 및 내측 보어(328a)의 밀봉 부분은 협력하여 밀봉 포켓(378)을 형성한다. 고압 밀봉부(362)는 밀봉 포켓(378)에 배치되며, 또한 30 % GF 나일론 6,6 과 같은 열가소성 재료로부터 형성된다. 나일론 밀봉 재료는 이전의 실시예의 낮은 변형 재료 보다 더욱 단단하며, 따라서 적용된 유체 압력 및 상승한 작동 온도에 응답하여 그 만큼 변형될 수 없다. 고압 밀봉부(362) 상에 작용하는 유체 압력은 밀봉부가 원통형 밀봉면(380), 정지 컬러(326b), 및 내측 보어(328a)에 대해 유체-기밀 끼워맞춤을 형성하도록 밀봉 포켓(378) 내로 밀봉부를 압축한다. 원통형 밀봉면(380)과 내측 보어(328a)의 미끄럼 밀봉면 사이의 이런 유체-기밀 끼워맞춤은, 증가된 수직력이 전체 밀봉면을 가로질러 발휘되게 한다. 밀봉면의 큰 접촉 영역에 대해 증가된 수직력은 밀봉부를 밀봉 포켓(378) 내에 용접 또는 결합하려는 경향을 갖는다. 이 접촉은 높은 유체 압력에서는 유체 손실을 방지하지만, 그러나 증가된 드래그 및 밀봉부 마모를 유빌시킨다. 또한, 이 증가된 힘은 밀봉 재료를 강화시키는데 사용되는 임의의 보강 유리 충전에 의해 악화되는, 더 큰 마모를 유발시킨다. 따라서 내측 보어(328a)는 밀봉부에 대해 더 큰 내마모성을 제공하도록 열처리된다. 낮은 유체 압력에서, 밀봉 끼워맞춤부는 느슨해져서, 전술한 바와 같이, 낮은 유체 흐름 제어 어플리케이션을 열화시키는 누설 경로를 유발시킨다.

나일론 및 다른 적용 가능한 열가소물의 재료 특성이 차량 브레이크 펌핑 어플리케이션의 고온 및 고압 환경을 보상할 수 있더라도, 이들은 엄격한 치수 제어 및 더 큰 내마모성 밀봉면을 요구한다. 제동 시스템 고압 밀봉 어플리케이션에 나일론과 같은 재료를 사용한 다른 결과는 누설 경로의 발생이며, 이것은 ACC 와 같은 어떤 파워트레인 제어 시스템의 성능을 감소시키는데 영향력이 크다.

본 발명의 원리 및 작동 모드가 그 바람직한 실시예에 설명 및 도시되었다. 그러나 본 발명은 그 정신 및 범주로부터의 일탈 없이 특정하게 설명 및 도시된 바와는 달리 실시될 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

차량 유압 제동 펌프로서;
내측 보어면을 형성하는 내측 보어를 갖는 슬리브;
정지 컬러 및 램핑된 밀봉면을 갖는 피스톤; 및
밀봉 포켓에 배치되는 고압 밀봉부를 포함하며,
상기 정지 컬러, 상기 램핑된 밀봉면, 및 상기 내측 보어는 상기 밀봉 포켓을 형성하도록 협력하는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 램핑된 밀봉면은 상기 슬리브의 내측 보어에 대해 상대적인 각도 기울기로 연장되는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 램핑된 밀봉면은 상기 고압 밀봉부와 접촉하는 제1 지역, 및 상기 고압 밀봉부와 상기 램핑된 밀봉면 사이에 공차를 형성하는 제2 지역을 포함하는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제2 항에 있어서,
상기 상대적인 각도 기울기는 1 도 내지 10 도 범위에 있으며, 또한 일반적으로 상기 피스톤의 덧대임 밀봉면에 가까운 지점으로부터 일반적으로 상기 내측 보어면으로부터 더 멀리 떨어지도록 테이퍼지는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부는 상기 밀봉 포켓 내에서 변형되도록 구성된 변형이 적은 재료로 형성된 밀봉부이고, 또한 상기 램핑된 밀봉면과 밀봉면 영역 인터페이스를 형성하는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제5 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부는 PTFE-기반 밀봉부인, 차량 유압 제동 펌프.
제1 항에 있어서,
상기 밀봉 포켓은 상기 고압 밀봉부와의 자체-작동 밀봉 인터페이스를 촉진시키는 형상을 형성하는 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제7 항에 있어서,
상기 밀봉 포켓의 용적은 일반적으로 상기 고압 밀봉부에 의해 점유되는 용적보다 큰 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제7 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부와의 자체-작동 밀봉 인터페이스를 촉진시키는 형상은, 상기 내측 보어에 대해 상기 고압 밀봉부의 적어도 일부를 트래핑하는 제1 지역, 및 상기 고압 밀봉부와 상기 램핑된 밀봉면 사이에 공차를 제공하는 제2 지역을 형성하는 상기 밀봉 포켓의 상기 램핑된 밀봉면인 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제9 항에 있어서,
상기 제1 지역은 상기 고압 밀봉부와 접촉하며, 상기 제2 지역은 공차를 형성하며, 상기 고압 밀봉부가 낮은 유체 압력에 노출될 때, 상기 제1 지역의 접촉 영역은 상기 제2 지역의 공차 영역보다 작은 것인, 차량 유압 제동 펌프.
제10 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부가 높은 유체 압력에 노출될 때, 상기 제1 지역의 상기 접촉 영역은 상기 제2 지역의 상기 공차 영역보다 큰 것인, 차량 유압 제동 펌프.
차량 제동 시스템으로서;
마스터 실린더; 및
상기 마스터 실린더 및 다수의 휠 브레이크와 유체 연통하는 유압 제어 유닛(HCU)을 포함하며,
상기 HCU는 유압 제동 펌프를 포함하며, 상기 유압 제동 펌프는 내측 보어면을 형성하는 내측 보어를 갖는 슬리브, 램핑된 밀봉면을 갖는 피스톤, 및 상기 램핑된 밀봉면과 상기 내측 보어 사이에 배치되는 고압 밀봉부를 포함하는,
차량 제동 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 램핑된 밀봉면은 상기 슬리브의 내측 보어에 대해 상기 고압 밀봉부를 트래핑하는 제1 지역, 및 상기 고압 밀봉부와의 갭을 형성하는 제2 지역을 형성하는 것인, 차량 제동 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부는 변형이 적은 재료로 형성되고, 상기 슬리브의 내측 보어는 비-경화된 쾌삭강 재료로부터 형성되며, 상기 내측 보어면은 텍스처형 표면 마무리를 갖는 것인, 차량 제동 시스템.
제13 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부가 낮은 유체 압력에 대해 반응할 때, 상기 제1 지역은 상기 제2 지역보다 작은 것인, 차량 제동 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 피스톤은 밀봉 포켓을 형성하기 위해 상기 램핑된 밀봉면 및 상기 내측 보어와 협력하는 정지 컬러를 포함하는 것인, 차량 제동 시스템.
제16 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부의 용적은 상기 밀봉 포켓의 용적보다 작은 것인, 차량 제동 시스템.
왕복이동 피스톤 펌프로서;
내측 보어를 갖는 슬리브;
상기 슬리브의 내측 보어 내에 배치되며, 덧대임 밀봉면 및 램핑된 밀봉면을 형성하는 정지 컬러를 갖는 피스톤;
밀봉 포켓 내에 배치되며, 상기 슬리브의 내측 보어 및 상기 램핑된 밀봉면의 일부와 접촉하는 고압 밀봉부; 및
상기 피스톤이 왕복이동하는 속도가 증가함에 따라 상기 고압 밀봉부가 상기 램핑된 밀봉면의 더 큰 부분과 접촉되도록, 상기 피스톤을 상기 슬리브의 내측 보어 내에서 왕복이동시키는 편심부를 포함하며,
상기 정지 컬러, 상기 램핑된 밀봉면, 및 상기 내측 보어는 상기 밀봉 포켓을 형성하는 것인, 왕복이동 피스톤 펌프.
제18 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부는 PTFE-기반 밀봉부이며, 상기 내측 보어는 비-경화된 쾌삭강 재료로부터 형성되며, 상기 내측 보어면은 텍스처형 표면 마무리를 갖는 것인, 왕복이동 피스톤 펌프.
제18 항에 있어서,
상기 고압 밀봉부의 용적은 상기 밀봉 포켓의 용적보다 작은 것인, 왕복이동 피스톤 펌프.