KR20010098932A

KR20010098932A - 가변용량형 펌프

Info

Publication number: KR20010098932A
Application number: KR1020010022931A
Authority: KR
Inventors: 고니시히데오
Original assignee: 요시다 도시오; 보슈 브레이키 시스템 가부시키 가이샤
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2001-11-08
Also published as: DE10120252A1; JP3933843B2; KR100419672B1; US6524076B2; US20010036412A1; DE10120252B4; JP2001304139A

Abstract

펌프 몸체(11) 내에 캠 링(17)과 로터(15) 사이에 펌프실(18)을 형성한다. 펌프실의 펌프 용량을 증감하는 방향으로 캠 링을 형성한다. 캠 링(17)의 이동방향의 양측에 제1, 제2 유체압실(33, 34)을 형성한다. 상기 펌프실의 토출측 통로(27)의 도중에 설치한 미터링 스로틀(50)의 상하류측의 유체압력차에 의해 축선방향으로 작동하는 스풀을 갖고, 적어도 제1 유체압실 내의 유체압을 제어하는 제어밸브(30)를 설치한다. 상기 제어밸브의 스풀에 축선방향으로의 추력을 부여하는 전자구동수단, 예컨대 솔레노이드(60)를 설치한다.

Description

가변용량형 펌프{VARIABLE DISPLACEMENT PUMP}

본 발명은, 예컨대 자동차의 핸들 조작력을 경감하는 조향보조력을 얻기 위한 파워스티어링장치(압력유체이용기구)에 유압원(유체압력원)으로서 이용하는 가변용량형 펌프에 관한 것이다.

파워스티어링장치에 이용하는 펌프는, 조향핸들의 조향 조작시(이른바 조타시)에 조향 상태에 대응한 조향보조력을 얻기 위한 충분한 양의 압력유체를 파워스티어링장치의 파워실린더로 급송할 수 있는 것이 바람직하다. 이에 반해, 차량의 직진 주행시와 같은 비조향시에는, 압력유체의 급송은 사실상 불필요하다.

또, 이 파워스티어링장치용 펌프에는, 고속 주행시의 압력 유체의 급송량을 중·저속주행시의 급송량 보다도 작게 하여, 고속 주행시에 조향 핸들에 강성감을 갖게 하여 고속에서의 직진 주행시의 주행 안정성을 확보할 수 있는 것이 바람직하다

이런 종류의 파워스티어링장치용 펌프로서 일반적으로, 차량의 엔진을 구동원으로 하는 용량형 펌프를 이용하고 있다. 용량형 펌프는, 엔진회전수가 증가함에 따라 토출 유량이 증대하는 특성을 갖고 있다. 따라서, 용량형 펌프를 파워스티어링장치용 펌프로서 이용하는 것은, 펌프에서의 토출 유량을 회전수의 여하에 관계 없이 일정량 이하로 제어하는 유량제어벨브가 필수적이다. 그러나, 이와 같은 유량제어밸브를 구비한 용량형 펌프에는, 압력유체의 일부를 유량제어밸브를 통해 탱크로 순환시켜도, 엔진에 대한 부하는 감소하지 않고, 펌프의 구동마력은 동일하기 때문에 에너지 절약 효과를 얻을 수 없다.

이와 같은 악조건을 해결하기 위해서, 펌프 일회전 당 토출량(cc/rev)을 회전수의 증가에 비례하여 감소시키는 가변용량형 베인 펌프가, 일본국 특개평6-200883호 공보, 특개평7-243385호 공보 및 특개평8-200239호 공보 등에 의해 종래부터 제안되고 있다. 이들의 가변용량형 펌프는 이른바 엔진 회전수 감응식 펌프로서, 엔진 회전수(펌프회전수)가 증가하면, 펌프 토출측의 유체압의 크기에 대응하여 캠 링크를 펌프실의 펌프용량이 감소하는 방향으로 이동시킬 수 있기 때문에, 펌프 토출측의 유량을 감소시킬 수 있다.

이와 같은 가변용량형 펌프는, 차량의 정차중이나 저속주행시에도, 엔진 회전수가 작을 때 펌프 토출측의 유량을 상대적으로 많게 할 수 있기 때문에, 정차중이나 저속주행시에 있어서 조향시 큰 조향보조력을 얻어 경쾌한 조향을 행할 수 있다. 또, 차량의 고속주행시에는 엔진회전수가 크게 되어, 펌프 토출측의 유량을 상대적으로 작게 할 수 있기 때문에, 고속주행시에 있어서 조향 조작력에 적절한 강성감을 부여한 조향이 가능하게 된다.

종래 이런 종류의 가변용량형 펌프는, 파워스티어링장치의 유압원으로서 이용한 경우에, 엔진회전수에 추종하는 토출량을 얻을 수 있지만, 그 외의 조건, 예컨대 차속이나 조향속도, 조향각 등의 조향 상태의 조건 변화를 배려하지 않기 때문에, 이하에 기술하는 문제가 있었다.

즉, 종래의 가변용량형 펌프는 이른바 엔진회전수 감응식이기 때문에, 저속주행시는 물론, 가속시나 오르막길, 내리막길에서 엔진회전수가 높게 되어, 펌프로부터의 토출 유량은 감소하게 된다. 이와 같은 저속주행시에 조향 조작을 행하면, 펌프토출량이 너무 적어 파워스티어링장치에서 필요한 유량을 확보할 수 없고, 조향보조력이 부족할 우려가 있었다. 이 때문에, 종래의 펌프에는, 필요한 유량을 확보하기 위해서 그 만큼 유량을 감소시킬 수 없었다.

따라서, 종래의 가변용량형 펌프에는, 엔진회전수가 증대할 때 펌프에서의 토출유랑을 적게 하는 데에 한계가 있고, 가변용량형 펌프로서 조향조작에 필요한 만큼의 공급 유량을 얻는 동시에 에너지 절약화를 도모하는 효과가 불충분하였다.

또, 이런 종류의 가변용량평 펌프에 의하면, 조향시(조향이 필요할 때)에 소정 유량의 압력 유체를 급송하여 소정의 조향 보조력을 얻는 동시에, 비조향시(조향이 불필요할 때)에 압력 유체의 급송 유량을 거의 영 또는 필요 최소한으로 하는 것이, 에너지 절약화의 관점에서 바람직하다. 예컨대, 가변용량형 펌프를 차량의 엔진에 직접 구동하고 있는 때에 있어서, 엔진 회전수가 크게 되어도 비조향시 이면, 펌프에서의 토출량은 불필요하고, 이 때의 펌프 토출량을 감소시키면 펌프의 구동 마력을 억제할 수 있으므로, 이와 같은 점을 고려하는 것이 바람직하다.

즉, 이런 종류의 가변용량형 펌프를 제어하는 경우에는, 차량이 정차하고 있지만, 저속, 중속 또는 고속에서 주행하지만, 그 주행시에 조향이 행해지지만, 또는 비조향이라는 것을 판단하고, 그 차량의 주행 상태에 따라 최적의 펌프 제어를 행하는 것이 바람직하다. 따라서, 이와 같은 차량의 주행 상태, 조향 상태를 확실히 파악하고, 펌프 제어를 적절하게 행해 파워스티어링장치로서의 성능을 발휘시키는 동시에, 펌프의 구동 제어를 소요 상태에서 행하고, 가변용량형 펌프로서 에너지 절약 효과가 얻어지도록, 펌프의 작동 상태나 차량의 주행 상태를 가미하여 여러 대책을 강구하는 것이 필요하다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안한 것으로서, 압력유체이용기구인 파워스티어링장치의 작동, 예컨대 조향보조력이 필요한 때에, 응답 늦춤 등이 발생하지 않고, 게다가 토출측 통로에 설치되는 스로틀 부분의 압력 손실을 저감하고, 필요한 충분한 유량을 급송할 수 있는 동시에, 조향보조력이 불필요한 때에는 필요 최소한의 유량을 급송하는 것에 의해, 펌프 구동에 따라 소비 동력을 저감하고, 최대한의 에너지 절약 효과를 발휘시킬 수 있고, 게다가 높은 신뢰성을 갖는 가변용량형 펌프를 얻는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 예컨대 차량 적재식의 유압펌프로서, 파워스티어링장치의 압력원으로서 이용하는 것으로, 차량의 차속, 조향 속도 등의 주행 조건에 대응시켜 제어하는 것에 의해, 쾌적한 조향감을 얻을 수 있는 동시에, 차량의 직진 주행시 등에서 비조향시에는 토출 유량을 가급적 저감하는 것에 의해, 에너지 절약 효과를 보다 한 층 발휘시킬 수 있고, 조향 요구시에는 펌프 토출량을 순식간에 필요량까지 증가시켜, 소요의 조향 보조력을 확보할 수 있는 가변용량형 펌프를 얻는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 가변용량 펌프는, 펌프실의 펌프 용량을 증감하는 방향으로 이동하기 위해 캠 링과 로터 사이에 형성된 캠 링을 유지하는 동시에, 이 캠 링의 이동방향 양측에 제1 및 제2 유체압실을 형성하는 펌프 몸체; 펌프실의 토출측 통로의 도중에 설치한 미터링 스로틀 상·하류측의 유체압력차에 의해 축선방향으로 작동하는 스풀; 및 적어도 제1 유체압실 내의 유체압을 제어하는 제어밸브를 포함하며, 상기 제어밸브의 스풀에 축선방향으로 추력을 부여하기 위한 전자구동수단을 설치하고 있다.

본 발명에 따르면, 예컨대 조향 요구시 전자구동수단을 필요에 따라 작동하는 제어밸브의 스풀에 축선방향으로 추력을 강제적으로 부여함으로써, 통상의 유체압 제어에 부가하여 제어밸브가 전기적으로 제어되고, 그 결과 얻어진 유체압실의 유체압에 의해 소정 상태에서 캠 링을 순간적으로 움직이게 할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 제어밸브의 스풀은 펌프 토출측 통로 도중에 설치한 미터링 스로틀의 상·하류측의 압력차와 일방향으로 스풀을 부세하는 부세수단의 유체압 부세력에 의해 축선방향의 소정 위치에 놓여지고, 펌프실로부터 압력유체의 토출 유량을 최소로 유지할 수 있다. 또, 전자구동수단에 의해 스풀에 축선방향으로 추력을 부여할 때, 펌프실로부터의 압력유체의 토출 유량은, 예컨대 펌프흡입측을 제1 유체압실에 연결하고 미터링 스로틀의 하류측의 유체압을 제2 유체압실에 연결하여 소정치까지 증가시킬 수 있다.

여기서, 상술한 제어밸브는, 미터링 스로틀의 상류측 및 펌프흡입측의 유체압을 제1 유체압실에 연결하고 미터링 스로틀의 하류측 및 펌프흡입측의 유체압을 제2 유체압실에 선택적으로 연결함으로써, 캠 링을 이동하기 위한 제1 및 제2 유체압실 사이의 유체압 차이가 커질 수 있으며, 캠 링의 이동과 변위는 필요에 따라 확실하게 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 가변용량형 펌프는, 전자구동수단을 구동 제어하는 전자제어수단을 더 구비하며, 이 전자제어수단은 조향 핸들의 조향 속도를 검출하는 조향센서를 구비하고, 가변용량형 펌프의 조향센서에서의 신호에 따라 상기 전자구동수단을 구동 제어한다.

본 발명에 따른 가변용량형 펌프는, 전자구동수단을 구동 제어하는 전자제어수단을 구비하며, 이 전자제어수단은 조향 핸들의 조향 속도를 검출하는 조향센서와 차량의 주행속도를 검출하는 차속센서를 구비하고, 가변용량형 펌프의 이들 각 센서로부터의 신호에 따라 상기 전자구동수단을 구동 제어한다.

본 발명에 따르면, 파워스티어링장치의 유압원에 사용되는 가변용량형 펌프는 차량 주행시 조타 작용 없는 통상의 직진 주행시 필요한 최소 유량을 갖는다. 파워스티어링에 의한 조향보조력이 필요할 때, 전자제어수단에 의한 조향속도 또는 조향속도 및 차속에 대응하는 전자구동수단을 작동하여 펌프 토출측의 유량을 신속히 충분하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변용량형 펌프의 일 실시 형태를 도시하고,이 펌프를 이용한 유체압 회로구조를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 도 1의 가변용량형 펌프의 요부를 절단하여 도시하는 측단면도이다.

도 3은 도 1의 가변용량형 펌프에 있어서 제어밸브부분을 확대한 요부 확대 단면도이다.

도 4는 도 3의 비작동상태에서 밸브부가 평형상태로 이동했을 때 요부 확대 단면도이다.

도 5는 도 3 및 도 4에서 최대 유량을 토출할 때의 상태를 도시하는 요부 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 가변용량형 펌프를 파워스티어링장치의 유체압력원으로서 이용한 때의 차속에 대한 비조향시(직진주행시) 및 조향시의 공급유량특성을 도시하는 특성도이다.

도 7은 본 발명에 따른 가변용량형 펌프를 파워스티어링장치의 유체압력원으로서 이용한 때의 차속에 대한 공급 유량 특성을 도시하는 특성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 베인형 가변용량형 펌프(가변용량형 펌프),

11 : 프론트 몸체(펌프 몸체), 12 : 리어 몸체(펌프 몸체)

14 : 수납공간 15 : 로터

15a : 베인 16 : 구동샤프트(회전축)

17 : 캠 링 17b : 압축코일스프링

18 : 펌프실 19 : 어댑터 링

20 : 압력판 21 : 요동 지점 핀

22 : 흡입측 개구 23 : 토출측 개구

25, 25a : 흡입측 통로 26 : 펌프토출측 압력실

27 : 토출측 통로 27a : 토출포트

30 : 스풀식 제어밸브 31 : 밸브구멍

32 : 스풀 33, 34 : 제1, 제2 유체압실

35 : 실링재 36 : 압축코일스프링(부세수단)

37 : 접속통로 37a : 댐퍼 스로틀

38 : 고압측의 챔버 39 : 접속통로

39a : 탬퍼 스로틀 41, 42 : 파일로트압 통로

49 : 릴리프밸브 50 : 미터링 스로틀

60 : 솔레노이드(전자구동수단) 61 : CPU(전자제어수단)

62 : 구동회로 63 : 차속센서

64 : 조향센서 70 : 플러그부재

PS : 압력유체이용기기(파워스트어링 몸체부의 파워실린더)

T : 탱크

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 가변용량형 펌프의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 이 실시예에는, 본 발명에 따른 가변용량형 펌프를, 파워스티어링장치의 유압발생원이 되는 베인형 오일펌프를 이용한 경우를 설명한다.

도 1 및 도 2에서, 전체를 부호(10)로 지시한 베인형 가변용량 펌프는, 펌프 몸체를 구성하는 프론트 몸체(11)와 리어 몸체(12)를 구비하고 있다. 이 프론트 몸체(11)는, 전체가 대략 컵 형상을 이루고, 그 내부에 펌프 카트리지로서의 펌프 구성요소를 수납 배치하는 수납공간(14)이 형성되는 동시에, 이 수납공간(14)의 개구단을 차단하도록 리어 몸체(12)가 조합되는 일체적으로 조립되어 있다.

상기 프론트 몸체(11)에는, 펌프 구성요소를 구성하는 로터(15)를 외부에서 회전구동하기 위한 구동샤프트(16)가 관통한 상태로 회전가능하게 축지지되어 있다. 이 로터(15)는 도 1에서 반시계방향으로 회전한다.

번호(17)는 캠 링으로, 이 캠 링(17)은 베인(15a)을 갖는 로터(15)의 외주부에 삽입되어 배치되는 내측 캠면(17a)을 갖고, 또 이 내측 캠면(17a)과 로터(15) 사이에 펌프실(18)을 형성하고 있다. 이 캠 링(17)은 상기 로터(15)와는 편심 상태로 위치되고, 캠 링(17)과 로터(15) 사이에 거의 초승달(crescent) 모양의 공간이 펌프실(18)을 형성하고 있다. 또, 이 캠 링(17)은, 후술하는 바와 같이 펌프실(18)의 용적(펌프용량)을 가변할 수 있도록 수납공간(14)의 공간 내측 벽부에 고정 상태로 형성된 어댑터 링(19)에 요동 가능하게 배치되어 있다. 번호(17b)는 펌프실(18)의 펌프용량이 최대가 되는 방향으로 캠 링(17)을 스프링 가압하는 압축코일스프링이다.

도 2에서, 번호(20)는 압력판을 지시한다. 이 압력판(20)은, 상술한 로터(15), 캠 링(17) 및 어댑터 링(19)에 의해 구성되어 있는 펌프 카트리지(펌프구성요소)의 프론트 몸체(11)측에 가압 접촉하여 적층 배치되어 있다. 펌프 카트리지의 반대측면에는, 상기 리어 몸체(12)의 단면이 측판으로서 가압 접촉되어, 프론트 몸체(11)와 리어 몸체(12)가 일체적으로 조립되어 있다.

상기 압력판(20)과, 캠 링(17)을 통해 적층되는 측판이 되는 리어 몸체(12)는, 요동 지점 핀(21)에 의해 회전방향으로 위치 결정된 상태에서 일체적으로 조립되어 있다. 상기 요동 지점 핀(21)은, 캠 링(17)을 요동가능하도록 축지지부 및 위치결정 핀으로서 기능하는 동시에, 캠 링(17)을 요동시키는 유체압실을 구획하는 실링재로서 기능한다.

번호(22, 23)는 상기 펌프실(18)로 개방하는 펌프 흡입측 개구와 펌프 토출측 개구로서, 이들의 개구(22, 23)는 거의 원호형상 홈 부분으로 형성되고, 도 1에 도시하는 바와 같이 로터(15)의 회전방향의 시작단부측의 펌프 흡입측 영역과 종단측의 펌프 토출측 영역으로 개방되어 있다. 상기 흡입측 개구(22)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 리어 몸체(22)의 펌프실(18)을 향하는 단면에 오목하게 형성되고, 토출측 개구(23)는 도 1에 도시하는 바와 같이 상기 압력판(20)의 펌프실(18)측의 단면에 오목하게 형성되어 있다.

상기 리어 몸체(12)에는, 탱크(T)에서 흡입측 개구(22)로 흡입하는 흡입측 유체를 흡입포트를 통해 급송하는 흡입측 통로(25)가 형성되어 있다. 탱크(T)(펌프 흡입측)에서 흡입되는 흡입측 유체는, 흡입포트에서 리어 몸체(12)내의 펌프 흡입측 통로(25)를 통해, 리어 몸체(12)의 단면으로 개방하는 상기 흡입측 개구(22)에서 펌프실(18) 내로 공급된다. 번호(25a)는 밸브구멍(31)의 중앙부분으로 개방하는 펌프흡입측 통로이다.

상기 프론트 몸체(11)의 압력판(20)의 앞측에는, 구동샤프트(16)의 주위에 거의 원호형상의 펌프 토출측 압력실(26)이 형성되어 있다. 이 압력실(26)은, 프론트 몸체(11) 내에 형성한 펌프 토출측 통로(27)를 통해 토출 포트(27a)에 접속되어, 압력실(26)로 안내되는 토출측 유체압을 토출 포트(27a)에서 토출하도록 구성되어 있다.

번호(30)는 프론트 몸체(11)의 상방에 상기 샤프트(16)와 직교하는 방향으로 형성된 밸브구멍(31)과 스풀(32)로 이루어지는 제어밸브로서, 후술하는 펌프 토출측 통로의 도중에 설치한 미터링 스로틀(50) 상하류측의 압력차, 및 전자구동수단으로서 부설된 솔레노이드(60)에 의해 부여되는 축선방향의 추력에 의해 작동된다. 이 제어밸브(30)는, 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 어댑터 링(19)내에 캠 링(17)의 양측에 상기 요동지점 핀(21)과 그 축대칭 위치에 설치한 실링재(35)에 의해 분할 형성한 제1, 제2 유체압실(33, 34) 내의 유체압을 제어하도록 구성되어 있다.

상기 밸브구멍(31)의 일단측에는 상기 펌프 토출측의 유체압이 압력실(26)에서 파일로트압 통로(41)로 접속되어, 상기 미터링 스로틀(50) 상류측의 유체압(P1)이 안내되는 챔버(38)가 형성되어 있다.

상기 밸브구멍(31)의 타단측에는, 상기 스풀(32)을 상기 일단측에 스프링 가압하는 압축코일스프링(36a)을 갖는 스프링실(36)이 형성되어 있다. 이 스프링(36a)에 의해 상기 스풀(32)을 도 2에서 좌측으로 활성되어 있다. 이 스프링실(36)에는, 상기 펌프의 토출측 통로(27)와 압력유체이용기기(여기서는 파워스티어링장치의 파워 실린더(PS))와의 사이에 설치된 미터링 스로틀(50)의 하류측의 유체압(P2)이, 파일로트압 통로(42)에 의해 안내되고 있다.

상기 스풀(32) 내부에는 릴리프 밸브(49)가 제공되어 있다.

상기 파이로트압 통로(42) 도중에, 도 3에 일점쇄선으로 도시하는 바와 같이 파이로트 스로틀(42a)을 설치하여도 좋다. 이 파이로트 스로틀(42a)을 설치하면, 제어밸브(30)의 스풀(32)에 대한 유체압 변동 등의 악영향을 방지할 수 있다. 또, 이 파이로트 스로틀(42a)은, 스풀(32) 내에 설치한 릴리프밸브(49)의 릴리프시에, 제어밸브(30)의 스프링실(36) 내의 유체압을 압력 강하시킨다. 그리고, 이 압력 강하에 동반하는 제어밸브(30)의 움직임으로 캠 링(17)은 펌프실(18)의 용량이 감소하는 방향으로 요동하기 때문에, 펌프 토출량이 감소하는 것에 의해, 펌프의 에너지 절약화에 유리하게 된다.

상기 스프링실(36)은, 스풀(32)이 도 1 및 도 3의 위치에 있을 때에 상기 제2의 유체압실(34)에 대한 접속통로(37)로 접속되는 동시에, 상기 스풀(32)이 스프링실(36)측(도면에서 우측)으로 움직일 때에, 상기 제2 유체압실(34)에서 천천히 분리되어, 스풀(32)의 일단측의 랜드부(32c)에 형성한 소경부(32d)에 의한 간극 통로를 통해 스풀(32)의 축선방향의 중앙부분에 형성한 링 형상 홈에 의한 펌프흡입실(30a)로 접속되도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 제2 유체압실(34)에는, 이 스프링실(36)과 상기 펌프흡입실측(30a)을 통해 미터링 스로틀(50)의 하류측의 유체압(P2)과 펌프 흡입측의 유체압이 이 스풀(32)의 움직임에 동반하여 선택적으로 공급된다. 상술한 접속통로(37)의 일부에는 댐퍼 스로틀(37a)이 형성되어 있다.

또, 상기 파이로트압 통로(42)는, 후술하는 플러그부재(70)의 일부에 형성된 호울부(70a) 및 내측 호울(70b)을 통해 상기 스프링실(36)에 접속되어 있다.

상기 스풀(32)의 일단측에 형성된 고압측의 챔버(38)는, 스풀(32)이 도 1 및 도 3의 위치에 있는 펌프 비작동시에는 폐색되어 있고, 상기 접속 통로(39)는 스풀(32)의 일단측의 랜드부(32a)에 형성한 소경부(32b)에 의한 간극 통로를 통해 상기 펌프 흡입측실(30a)에 접속되어 있다.

상기 펌프(10)가 시동되면, 파이로트압 통로(41)를 통해 토출측의 유체가 챔버(38) 내로 공급되기 때문에, 상기 스풀(32)은 스프링실(36)측(도면에서 우측)으로 움직이고, 상기 펌프흡입측에서 천천히 분리되어, 접속통로(39)를 통해 상기 제1 유체압실(33)에 접속되도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 제1 유체압실(33)에는, 상기 펌프 흡입측실(30a)과 상기 고압측의 챔버(38)를 통해 펌프 흡입측의 유체압과 미터링 스로틀(50) 상류측의 유체압(P1)이 스풀(32)의 움직임에 동반하여 선택적으로 공급된다. 상기 접속통로(39)의 일부에는 댐퍼 스로틀(39a)이 형성되어 있다.

상술한 제어밸브(30)를 이용하면, 이 밸브(30)의 작동력(차압에 의한 작동압이나 솔레노이드 추력)이 작음에도 불구하고, 캠 링(17)의 이동방향의 양측에 형성되는 유체압실(33, 34) 중 적어도 어느 하나에 펌프 흡입측의 유체압을 도입하여 작용압으로 할 수 있다. 따라서, 유체압실(33, 34) 사이의 유체압력차를 크게 할 수 있기 때문에, 캠 링(17)의 확실한 이동 변위를 얻을 수 있다.

상술한 제어밸브(30)에 있어서, 펌프 시동 직후에는 미터링 스로틀(50)의 상하류측에서의 유체압력차(차압)가 작기 때문에, 스풀(32)은 도 1 및 도 3에 도시한 위치이고, 제1 유체압실(33)은 펌프흡입측에 접속되어, 유체압(P0)이 도입되고 있다. 한편, 제2 유체압실(34)에는, 상기 미터링 스로틀(50)의 하류측에서의 펌프 토출측의 유체압(P2)이 도입되므로, 캠 링(17)은 펌프실(18)의 용적이 최대로 되는 상태가 된다.

그리고, 펌프실(18)에서의 토출 유량이 증가시, 미터링 스로틀(50)의 상하류측에서의 차압이 크게 되어 미터링 스로틀(50)의 고정 스로틀에서 제어된 소정의 차압으로 증가되면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 스풀(32)은 스프링(36a)을 압축시키는 방향(스프링실(36)측)으로 이동하고, 소정 위치에서 평형하고 그 상태가 유지되게 된다. 이 때, 스풀(32)은, 캠 링(17) 양측의 제1, 제2 유체압실(33, 34) 모두에 펌프 흡입측을 접속 또는 접속가능한 상태로 거의 안정된다.

이와 같은 스풀(32)의 평형상태에 있어서, 캠 링(17)은 양 유체압력실(33, 34) 사이에서의 차압과 상기 압축 코일스프링(17b)의 부세력에 의해, 도면에서 우측으로 이동하여 펌프실(18)이 최소의 펌프용량이 되는 위치에서 균형 상태가 된다. 이 상태에는, 펌프(10)는 최소 펌프토출량, 예컨대 4 l/min 이 된다. 이 값은 필요한 최소의 조향보조력에서 미터링 스로틀(50)의 고정 스로틀량이나 펌프실(18)의 용적 등에 의해 적정 설정되는 것이다.

이상의 베인형 가변용량형 펌프(10)에 있어서, 거의 구성이나 작동 상태는 종래부터 널리 알려져 있으므로, 여기서의 구체적 설명은 생략한다. 또, 이 가변용량형 펌프(10)의 기본적 펌프 구조는, 예컨대 일본국 특개평6-200883호 공보, 특개평8-2002369호 공보 등에 개시되어 있는 것과 거의 동일하다.

본 발명에 의하면, 상술한 구성에 의한 가변용량형 펌프(10)에 있어서, 상기 제어밸브(30)의 스풀(32)에 스프링실(36)측에서 고압측의 챔버(38)측을 향하는 축선방향의 추력을 부여하는 전자구동수단으로서 솔레노이드(60)를 부가하고 있다.

또, 솔레노이드(60)의 전자제어수단으로서, 도 1에 도시하는 바와 같이 CPU(61), 구동회로(62) 및 차속센서(63), 조향센서(64)를 설치하고 있다.

이를 상술하면, 상기 제어밸브(30)의 스프링실(36)측에 나사 구멍이 천공되어 있고, 이 나사 구멍에 상기 플러그부재(70)가 나사 삽입 고정되어 있다. 이 플러그부재(70)의 외단에는, 솔레노이드 로드(65)를 나타내는 상태로 솔레노이드(60)가 부착되어 있다. 이 로드(65)는, 상기 스풀(32)의 스프링실(36)측의 단부에 조립되는 동시에, 플러그부재(70)의 내측단에 요동가능하게 유지된 로드부재(71)의 로드(71a)의 선단을 향하고 있다.

이들의 로드(65, 71a)는, 펌프(10)가 비작동상태에 있을 때에는 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 소정 간격을 두고 대향하고 있지만, 펌프(10)가 작동하면, 도 4에 도시하는 바와 같이 거의 접촉한 상태로 대향한다.

이와 같은 구성에 있어서, 비조향상태에는 도 4에 도시하는 상태가 유지되고, 펌프(10)에서의 토출 용량은 미터링 스로틀(50)에 의해 규정된 최소 유량이 된다. 이 때에는, 솔레노이드는 비통전상태로 유지된다.

또, 이와 같은 평형상태에서 조향 요구가 있으면, 차속과 조향속도 등에 따라 펌프 토출량이 얻어진다. 즉, 센서(63, 64)로부터의 신호에 의해 CPU(61), 구동회로(62)를 통해 소정의 통전 전류가 솔레노이드(60)에 통전된다. 그리고, 로드(65)가 도 4에 도시하는 바와 같이 로드부재(71)를 통해 스풀(32)에 도면에서 좌측방향으로 추력을 부여한다. 그러면, 스풀(32)은 도면에서 좌측으로 통전 전류의 크기에 의한 추력에 따라 이동하고, 제1 유체압실(33)을 펌프 흡입측(P0)에 접속하는 동시에, 제2 유체압실(34)에 미터링 스로틀(50)의 하류측의 유체압(P2)에 접속하고, 이에 의해 캠 링(17)은 도면에서 좌측으로 이동하고, 펌프실(18)의 용적을 크게 한다. 따라서, 펌프(10)에서의 토출량은 상술한 전자제어수단(61 내지 64)에 의해 제어되는 값으로 증대한다.

이와 같은 유량 특성의 일례를 도 6에 도시하고 있다. 여기서, 굵은 실선은 본 발명에 의한 가변용량형 펌프(10)의 최저 유량(예컨대, 4 l/min)이고, 가는 실선은 급조향시에 필요한 최대 유량(예컨대, 7 l/min)이다. 이들은 차속에는 영향을 주지 않는 일정한 유속이다.

또, 차속이 변화할 때는, 조향속도(deg/sec)에 의해 도 6에 도시하는 바와 같은 유량 특성이 된다.

이와 같은 유량 특성이 얻어지도록 제어되면, 비조향시에는 제어밸브(30)의 스풀(32)은 미터링 스로틀(50)에서 제어된 최소 유량(예컨대 4 l/min)을 유지하도록 이동하여 비조향 상태를 유지하고 있다. 그리고, 이 비조향시에는, 최소 유량으로 스풀(32)을 평형상태로 유지하기 위해, 미터링 스로틀(50)에서의 차압을 작게 설정할 수 있다. 따라서, 이 미터링 스로틀(50)에서의 압력 손실은 작다. 또, 이때에는 솔레노이드(60)는 비통전상태이기 때문에, 펌프(10)를 구동하는 소비 동력을 경감하는 동시에, 전자제어계의 전력 소비를 경감할 수 있다.

한편, 조향시에는, 솔레노이드(60)에 통전한 전류치에 따라 발생하는 추력에 의해 직접 스풀(32)을 도 4의 상태에서 도면에서 좌측으로 이동시켜 도 5의 상태 등으로 하는 것이 순간적으로 행해진다. 이것에 의해, 제1, 제2 유체압실(33, 34)의 유체압을 제어하고, 펌프 토출량을 소정의 유량까지 신속하게 증대시켜 소요의 조향보조력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 급조향시에도, 응답 늦춤을 발생하지 않고, 소요의 조향보조력을 발생시켜, 파워스티어링장치로서의 성능을 확보할 수 있다.

환언하면, 상술한 본 발명의 구조에 의하면, 가변용량형 펌프에서 파워스티어링장치에 공급되는 압력유체의 유량을, 차속, 조향속도 등의 차량의 주행 조건에 따라 제어하는 것에 의해, 주행 상태의 여하에 관계 없이, 조향조작이 필요한 때에 적절히 조향보조력을 움직이게 할 수 있다. 게다가, 직진 주행 등과 같은 비조향시에는 솔레노이드(60)가 비통전 상태이기 때문에, 제어밸브(30)의 스풀(32)은 전술한 도 4의 평형상태를 유지한다. 이 평형상태에는 전술한 바와 같이 펌프토출유량이 최소한으로 유지되는 동시에, 이 상태에서의 최소 유량을 유지하기 위한 차압이 작기 때문에, 미터링 스로틀(50)에서의 압력 손실은 작다. 따라서, 이와 같은 본 발명에 의한 가변용량형 펌프(10)에서는 큰 에너지 절약 효과가 기대할 수 있다. 즉, 전자제어를 병용한 차속, 조향속도 감응형을 채택하는 것에 의해, 쾌적한 조향감을 얻을 수 있는 동시에, 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 상술한 가변용량형 펌프(10)의 제어장치에 있어서, 전자제어수단인 CPU(61)에는, 차속센서(63), 조향센서(64)에서의 신호에 따라 솔레노이드(60)로의 통전 전류를 제어하기 위한 차속-전류, 조향속도-전류의 변환 테이블이 제공되고, 이에 따라 통전 전류 제어가 행해지지만, 그 상세한 설명은 여기서 생략한다.

요컨대, 가변용량형 펌프(10)에 있어서, 제어밸브(30)의 스풀(32)을 미터링 스로틀(50)에서 제어된 유량이 되도록 유체 압력차로 평형상태를 유지하고, 비조향시에는 이 상태에서 최소 유량을 토출시키도록 한다. 이 때, 이 최소 유량을 선회 주행시의 유지 조향시나 수정 조향시와 같은 조향시에도 지장 없이 유량을 확보하도록 설정할 수 있다. 게다가, 이와 같이 설정한 최소 유량으로부터 급조향시에 유량을 증대시킬 때에 응답 늦춤이 발생하지 않도록 할 수 있다.

또, 비조향시에는 솔레노이드(60)를 비통전 상태로 하고, 조향 요구시에는 솔레노이드(60)를 통전 상태로 하여 솔레노이드 추력을 발생시켜, 스프링력과의 합력으로 스풀(32)을 이동시키는 것에 의해, 전력 소비도 유용하게 최소로 할 수 있다.

게다가, 이와 같은 제어밸브(30)를 제어하면, 가변용량형 펌프(10)로서 펌프구동을 위한 동력 소비를 최소한으로 하여, 에너지 절약 효과를 개선할 수 있다.

상술한 제어밸브(30)에 있어서, 예컨대 스풀(32)의 단면적을 1.33 cm²로 하면, 비조향시에는 솔레노이드 추력이 0N 으로서, 4 l/min 의 최소 유량이 얻어질 때에는, 미터링 스로틀(50)에서의 차압은 0.07 MPa 이다. 이 차압에 의한 힘과 스프링력 9.29 N 이 균형을 이루기 때문에, 스풀(32)은 평형 상태로 된다.

한편, 급조향시에 솔레노이드(60)가 통전되어 솔레노이드 추력 17.26 N 이 작용하면, 스풀(32)은 도면에서 좌측방향으로 이동한다. 그 후, 미터링 스로틀(50)에서의 차압에 의한 힘과 솔레노이드 추력 및 스프링력이 균형을 이룬다. 이 때, 차압은 0.2 MPa 이고, 최대 유량 7 l/min 이 얻어진다.

전술 구조에 있어서, 전자제어수단을 구성하는 어느 것이 고장나 전자제어 실격시에는 솔레노이드(60)의 추력이 없게 되지만, 이 때에도 스풀(32)은 미터링 스로틀(50)의 상하류측에서의 차압에 의해 작동하여 전술한 평형상태로 되는 위치로 유지되기 때문에, 미리 설정한 최소 유량의 펌프 토출량을 확보할 수 있고, 필요 최소한의 조향 성능을 유지할 수 있다.

또, 본 발명은 상술한 실시의 형태에서 설명한 구조에는 한정되지 않고, 각 부의 형태, 구조 등을 적절 변형, 변경하여 얻어도 좋다.

예컨대 상술한 실시의 형태에는, 펌프에서 공급되는 최소 유량을 예컨대 4 l/min 로 한 경우를 기술하지만, 이에 한정하지 않고, 차속이나 조향속도 등의 주행 조건을 가미하여 조향력이 충분하면, 상기 보다도 작은 유량으로 설정하여도 좋다.

또, 상술한 실시의 형태에는, 솔레노이드(60) 등의 전자구동수단을 제어하기 위한 전자제어부로서 CPU(61)와 구동회로(62)를 이용하여, 차속센서(63)에서의 차속, 조향센서(64)에서의 조향속도를 입력신호로서 CPU(61)에 입력하는 것에 의해 솔레노이드(60)로의 구동전류를 제어하는 경우를 예시하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 엔진회전수나 조향각, 조향방향, 액슬 로드 다운(axle load down) 등을 비롯한 차량의 각종 주행 조건을 가미하여 펌프의 토출 유량을 제어할 수 있는 구성이어도 좋다.

예컨대, 도 7에 도시하는 바와 같이 조향센서(64)로부터 조향속도를 입력신호로서 전자구동수단인 솔레노이드(60)로의 구동전류를 제어하도록 하여, 비조향시는 비통전상태로 하고, 조향시에 통전상태로 하도록 구성하여도 좋다. 물론, 본 발명은 이와 같은 조향속도만을 입력신호로 하는 제어에 한정하지 않는다.

또, 전자구동수단은, 예컨대 솔레노이드(60)이지만, 이에 한하지 않고, 전자석장치나 전동모터 등의 구동장치를 직접 또는 레버, 캠 등의 기계적 전달수단을 통해 간접적으로 구성한 수단이어도 좋다. 일례가 예컨대 일본국 특공소54-4135호 공보 등에 개시되어 있다.

전술한 실시의 형태에는, 차량에 탑재되어 있는 파워스티어링장치의 유압원으로 이용하는 가변용량형 펌프(10)를 예시하지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 펌프에서의 공급유량을 필요에 따라 증감하는 것에 의해 압력유체 이용기기측의 동작상의 신뢰성을 확보하는 한편, 펌프동력을 경감하고, 에너지 절약 효과를 발휘시킬 수 있으면 적용할 수 있다.

또, 전술한 실시의 형태에는, 고정 스로틀을 이루는 미터링 스로틀(50)을 캠 링(17)의 측벽면에 대향하는 위치를 향하게 설치하고 있지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 토출측 통로(27)의 적정 위치에 설치하여도 좋다. 즉, 미터링 스로틀(50) 상하류측의 유체압을 제어밸브(30)의 양측의 챔버(38, 36)로 안내하는 구조로 하면 좋다.

또, 상술한 실시의 형태에는, 제어밸브(30)의 스풀(32)에 솔레노이드(60)의 추력을 부여하여 축선방향으로 이동시키는 것으로서, 스풀(32)의 스프링실(36)측의 단부에 로드부재(71)를 연결하고 이동시키고 있지만, 이는 스풀(32)을 다른 형식의 펌프와 공용화하기 위한 것으로서, 이를 압입 등으로 일체적으로 연결하여, 일체로 형성하여도 좋다. 게다가, 이 로드부재(71)와 상기 솔레노이드(60)의 로드(65)를 일체 또는 일체적으로 형성하고, 스풀(32)의 단부와 로드부재(71)를 거의 접한 상태로 대향시키는 등의 변형예도 고려할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 가변용량형 펌프에 의하면, 제어밸브의 스풀에 축선방향으로 추력을 부여하는 전자구동수단을 설치하는 것으로, 간단한 구조임에도, 이하에 기술하는 뛰어난 효과를 발휘한다.

즉, 본 발명에 의하면, 예컨대 직진 주행과 같은 비조향시에는 펌프 토출량을 필요 최소한으로 할 수 있기 때문에, 소비 동력을 절약할 수 있다. 또, 조향시와 같은 펌프 토출량을 필요한 때에는, 전자구동수단에 의한 힘을 직접 제어 밸브의 스풀에 작용시켜, 응답 늦춤을 발생하지 않고, 신속히 필요한 유량을 토출시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 미터링 스로틀은 일정의 개구 면적을 갖는 고정 스로틀이기 때문에, 비조향시에 최소 유량으로 스풀이 평형상태를 유지하는 차압이 작다. 따라서, 이 상태에서의 미터링 스로틀에 있어서의 유체의 압력 손실은 작기 때문에, 펌프의 소비 동력을 보다 한층 저감할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 전자구동수단에 의한 추력과 제어밸브의 스프링력과의 총합이 종래의 제어 밸브에서 스프링력과 같기 때문에, 이 제어밸브용의 스프링으로서 종래에 비해 스프링력의 작은 것을 이용할 수 있고, 제어밸브를 종래 펌프와 동일하게, 원활히 작동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 펌프구동시 소비 동력을 필요 최소한으로 하여, 낮은 비용으로 최대한의 에너지 절약 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 예컨대 차량용 오일압력펌프로서 조향장치의 오일원으로서 이용할 때, 차속이나 조향속도 등의 조건에 따라 전자구동수단을 구동하는 것에 의해 제어밸브를 통해 펌프토출량을 제어하기 때문에, 차량의 각종 주행 상태에 맞도록 최적의 조향감을 얻을 수 있다.

Claims

로터;

이 로터와의 사이에 펌프실을 형성하는 캠 링;

펌프실의 펌프 용량을 증감하는 방향으로 상기 캠 링을 이동가능하도록 유지하는 동시에, 상기 캠 링의 이동방향의 양측에 제1 및 제2 유체압실을 형성하는 펌프 몸체;

상기 펌프실의 토출측 통로의 도중에 설치한 미터링 스로틀 상하류측의 유체압력차에 의해 축선방향으로 작동하는 스풀을 갖고, 적어도 상기 제1 유체압실 내의 유체압을 제어하는 제어밸브; 및

이 제어밸브의 스풀에 축선방향으로 추력을 부여하기 위한 전자구동수단을 설치한 것을 특징으로 하는 가변용량형 펌프.
제1항에 있어서,

상기 전자구동수단을 구동 제어하는 전자제어수단을 더 구비하고,

이 전자제어수단은, 조향 핸들의 조향 속도를 검출하는 조향센서를 구비하고, 이 조향센서에서의 신호에 따라 상기 전자구동수단을 구동 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량형 펌프.
제2항에 있어서,

상기 전자제어수단은, 차량의 주행속도를 검출하는 차속센서를 구비하고, 이 차속센서로부터의 신호에 따라 상기 전자구동수단을 구동 제어하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 가변용량형 펌프.