KR20060043498A - 결합 장치 및 토크 전달을 제어하는 개선된 방법 - Google Patents

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크리스토퍼 제이. 바빈
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이턴 코포레이션
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Abstract

본 발명은 압력 제어 밸브 어셈블리(69)를 제어하여 가압된 유체의 소스(47, 49)를 포함하는 시스템(11) 내의 제어 압력을 제어하는 방법에 관한 것이다. 제어 밸브 어셈블리는 전자기 코일(81)로의 전기 입력 신호(87)의 변화에 응답하여 제어 압력을 가변시키도록 동작될 수 있다. 제어 밸브 어셈블리는 제어 압력과 관련하여 입구(77), 저압과 관련하여 출구(93), 상기 입구(77) 및 출구(93) 중간에 배치된 밸브 시트(89)를 한정한다. 포펫 밸브 부재(91)는 전기자(95)를 포함하는 바이어싱 수단에 의해 밸브 시트를 향하여 바이어스 되는데, 바이어싱 힘은 대체로 코일로의 입력 신호에 비례한다. 이 방법은 시스템의 최소 조건에 대응하는 제어 압력을 위한 소정의 최소 압력을 선택하는 단계를 포함한다. 다음 단계는 제어 압력을 위한 소정의 최소 압력보다 작은 유체 압력에 대응하는 바이어싱 힘을 포펫 밸브(91)에 인가하는 바이어싱 수단을 선택한다. 최종 단계는 소망의 제어 압력에 대응하도록 전기 입력 신호(87)를 선택하는데, 증가하는 입력 신호는 포펫 밸브 부재(91)에 대해 증가하는 바이어싱 힘을 발생시키지만 이 밸브를 거의 이동시키지 않는다.
제어 밸브 어셈블리, 전자기 코일, 밸브 시트, 전기자, 포펫 밸브

Description

결합 장치 및 토크 전달을 제어하는 개선된 방법{COUPLING DEVICE AND IMPROVED METHOD OF CONTROLLING TORQUE}
도1은 본 발명이 사용될 수 있는 유형의 차량 차동 결합의 축 단면도.
도2는 본 발명의 방법이 가장 밀접하게 관련된 결합 장치의 부분을 보다 상세하게 도시한, 도1과 유사한 확대된 부분 축단면도.
도3은 본 발명의 방법에서 사용되는 제어 밸브 어셈블리의 외부 평면도를 포함한, 도1 및 도2에 도시된 결합 장치의 밸브 하우징 부분의 사시도.
도4는 도3의 외부 평면도에 도시된 제어 밸브 어셈블리의 확대된 축 단면도.
본 발명은 예를 들어 차량 구동 라인에서 토크를 전달하는데 사용되는 유형의 결합 장치에 관한 것이며, 특히, 이와 같은 결합 장치에서 그리고 이 결합 장치를 통한 토크의 전달을 제어하는 방법에 관한 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "결합 장치"는 입력으로부터 하나 이상의 출력으로 토크를 전달할 수 있는 장치를 포함하는 것을 의미하고, 이 장치 내에 입력 및 출력 간에 배치된 클러치 어셈블리가 존재하여, 전달된 토크 량이 클러치 어셈 블리의 맞물리 정도의 함수가 되도록 한다. 본 발명의 범위 내에서, 용어 "결합 장치"는 무기어형 커플링뿐만 아니라 2개의 기어-형 장치(가령, 차동장치(differential)를 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 제어 방법이, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에 참조된 미국 특허 5,964,126호의 개시 내용에 따라서 행해진 결합과 같이, 많은 다양한 유형과 형태의 결합 장치와 함께 사용될 수 있지만, 이 제어 방법은 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에 참조된 미국 특허 제5,310,388호 및 제6,464,056호에 도시되고 개시된 유형의 차량 차동장치와 관련하여 사용될 때 특히 유용하다.
인용된 특허의 차동 결합 장치에 입력(링 기어에 연결된 하우징) 및 출력(차축들 중 한 차축) 간에 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 클러치 팩이 존재하는데, 클러치 팩의 맞물림 정도는 피스톤 챔버 내의 유체 압력에 의해 결정된다. 유체 압력은 클러치 피스톤을 클러치 팩에 대해 바이어스 시킨다. 인용된 특허의 차동 결합 장치는 입력과 함께 회전하도록 고정된 한 로터 및 출력과 함께 회전하도록 고정된 다른 한 로터를 갖는 제로터 펌프(gerotor pump)를 포함함으로써, 클러치 피스톤 챔버 내로의 가압된 유체의 흐름이 대체로 입력 및 출력 간의 속도 차에 비례하도록 한다. 본원에 사용된 바와 같은, 용어 "클러치 팩"은 다수의 마찰 디크스형 클러치 팩뿐만 아니라 원뿔형 클러치와 같은 어떤 다른 유형의 널리 공지된 클러치 어셈블리를 포함하는 것을 의미하는데, 여기서 맞물림 정도는 대체로 클러치 피스톤 또는 이와 동등물인 클러치-맞물림 구조에 대해 작용하는 유체 압력에 비례한다.
상술된 유형의 차동 결합 장치에서, 이는 전형적으로, 클러치 피스톤 챔버로부터 저장기 또는 어떤 다른 유형의 저압 유체까지 흐름 경로를 제공하고 클러치 피스톤으로부터 저압원으로의 흐름을 제어할 수 있는 일종의 제어 밸브를 이 흐름 경로에 제공함으로써, 클러치 피스톤 챔버의 압력을 제어하여 "바이어스 토크", 즉 토크가 입력으로부터 출력으로 전달되는 정도를 제어한다.
상술된 유형의 종래 기술의 결합 장치에 흐름 측정 유형의 장치 즉, 본질적으로 가변 흐름 제한 유형의 장치를 포함하는 유형의 제어 밸브를 제공하는 것이 공지되어 있다. 이와 같은 장치에서, 유체는 작은 오리피스(orifice)를 통해서 흐르는데, 클러치 피스톤 챔버 내의 압력은 오리피스를 통한 유체 흐름에 의해 생성된 "배압(back pressure)"에 의해 결정된다. 당업자에게 인지된 바와 같이, 이 유형의 클러치 압력 제어와 관련된 문제들중 한 문제는, 흐름(이로 인한 "클러치 압력")이 본 발명이 관계하는 유형의 많은 장치에서 장치의 동작 주기 동안 상당히 변화될 유체 점성 및 유체 온도와 같은 팩터에 매우 의존한다는 것이다. 그러므로, 상술된 종래 기술의 유형의 압력 제어 시스템을 갖는 결합 장치에서 동작 일치성을 성치하는 것이 어렵다.
본 발명이 관계하는 유형의 차량 차동 결합 장치는 ABS("Anti-skid Braking Systems")및 이외 다른 각종 유형의 능동 라이드(ride) 제어 및 차량 동적 제어 시스템과 결합하여 사용된다. 차량 차동 결합 장치가 이와 같은 시스템과 결합하여 사용될 때, 매우 고속일뿐만 아니라 예측가능하고 반복가능한 응답 속도로 바이어스 토크(즉, 토크 전달 정도)를 가변시킬 수 있는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술된 종래 기술의 단점을 극복하는 결합 장치에서 토크의 전달을 제어하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술된 목적을 성취하지만 토크 전달 정도의 변화가 클러치 피스톤 챔버 밖으로의 유체 흐름 속도의 변화에만 의존되지 않도록 할뿐만 아니라 이에 의해 초래되지 않도록 하는 토크 전달을 제어하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 클러치 피스톤 압력이 전기 입력 신호에 직접 비례하지만 클러치 피스톤 압력을 가변시키기 위하여 밸브 부재를 이동시킬 필요가 없는(용어 "이동 없음(no movement)"이 이하에 정의될 것이다) 토크 전달을 제어하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그외 다른 목적은 입력 및 하나 이상의 출력을 포함하는 결합 장치에서 토크의 전달을 제어하는 개선된 방법을 제공함으로써 성취되는데, 상기 결합 장치는 클러치 캐버티를 한정하는 하우징을 포함한다. 클러치 어셈블리는 클러치 캐버티에 배치되고, 입력과 함께 회전하도록 고정되는 제1 클러치 부재 및 출력과 함께 회전하도록 고정된 제2 클러치 부재를 포함한다. 클러치 어플라이 부재는 압력실에 배치되어 제1 및 제2 클러치 부재를 압력실에서 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크 전달 관계로 바어이스 시키도록 동작될 수 있다. 결합 장치는 전자기 코일로 전달되는 전기 입력 신호의 변화에 응답하여, 가압된 유체의 소스 및 압력실에서 유체 압력을 가변시키도록 동작될 수 있는 제어 밸브 어셈블리를 포 함한다. 제어 밸브 어셈블리는 압력실과 유체 연결되는 입구, 저압 유체의 소스와 유체 연결되는 출구 및 상기 입구 및 출구의 중간에 배치된 밸브 시트를 한정한다. 포핏 밸브 부재(poppet valve member)는 전기자(armature)를 포함하는 바이어싱 수단에 의해 밸브 시트를 향하여 바이어스되는데, 전기자에 의해 포펫 밸브 부재에 인가된느 바이어싱 힘은 대체로 전자기 코일로의 전기 입력 신호에 비례한다.
개선된 제어 방법은 클러치 어셈블리용 소정의 최소 바이어스 토크에 대응하는 소정의 최소 유체 압력을 압력실에서 선택하는 단계를 포함한다. 다음 단계는 소정의 유체 압력보다 작은 유체 압력에 대응하는 바이어싱 힘을 포펫 밸브 부재에 인가하는 바이어싱 수단을 선택하는 것이다. 최종 단계는 압력실 내의 소망의 유체 압력 및 클러치 어셈블리용 소망의 바이어스 토크에 대응하도록 전기 입력 신호를 선택하는 것인데, 증가하는 전기 입력 신호가 포펫 밸브 부재에 대한 바이어싱 힘을 증가시키지만, 실제 밸브 부재를 거의 이동시키지 않는다.
본 발명을 제한하는 것이 아닌 전체 도면을 지금부터 참조하면, 도1은 상술된 특허에 도시되고 설명된 일반적인 유형이고 특히 본 발명의 제어 방법과 관련하여 사용하는데 매우 적합한 차량 구동 라인에 사용하기 위한 차동 결합 장치(11)를 도시한다. 이 차동 결합 장치(11)는 종래 널리 공지된 어떤 적절한 수단에 의해 모두 지지되는 기어 하우징(13), 클러치 하우징(15) 및 밸브 하우징(17)을 포함한, 하우징을 구비한다.
도1을 계속 참조하면, 기어 하우징(13)은 기어 챔버(19)를 한정하지만, 단지 예로서, 전형적인 차동 기어 세트가 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 피니언 축(23)에 대해 회전가능하게 설치된 한쌍의 입력 피니언 기어(21)가 포함되는데, 상기 피니언 기어(21)는 한 쌍의 측 기어(25 및 27)의 이빨과 맞물린다. 본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 입력 피니언 기어(21)(하우징(13 및 15)와 함께)는 결합 장치(11)로의 입력으로 간주될 수 있는 반면에, 사이드 기어(25 및 27)는 결합 장치(11)의 "출력"을 포함한다. 특히, 대부분의 다음 설명을 위하여, 사이드 기어(27)는 결합 장치(11)의 "출력"을 포함하는 것으로 간주될 것이다.
사이드 기어(25 및 27)는 직선의 내부 스플라인(25S 및 27S)의 세트를 각각 한정하는데, 이는 우 및 좌 차축(본원에 도시되지 않음)을 수용하도록 적응됨으로써, 결합 장치(11)가 차축에 의해 관련된 차량 구동 휠(또한, 도시되지 않음)에 토크를 전달한다. 그러나, 상술된 구조가 단지 예를 든 것이고, 본 발명의 제어 방법은 또한 각종 다른 유형의 구조에 사용될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 실제로, 본 발명의 제어 방법은 일반적으로, 클러치 피스톤 챔버에 존재 여부에 무관하게 제어 압력을 제어하기 위하여 압력 제어 밸브 어셈블리를 제어하는데 사용될 수 있다.
계속해서 도1을 주로 참조하면, 클러치 하우징(15a) 내에 도2에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 다수의 외부 디스크(31)를 포함하는 클러치 팩(29)이 배치된되는데, 이 클러치 팩은 클러치 하우징(15)에 의해 한정된 내부 스플라인 세트와 스프라인 맞물리는 다수의 외부 디스크(31)를 포함한다. 게다가, 클러치 팩(29)은 널리 공지된 방식으로 외부 디스크(31)와 인터리빙되는 다수의 내부 디스크(23)를 포함하는데, 이 내부 디스크(33)는 결합 부재(35)와 스플라인 맞물린다. 결합 부재(35)는 내부 스프라인(35S) 세트를 한정하는데, 이는 또한 좌 차축과 스플라인 맞물림으로써, 결합 부재(35)가 본 실시예에서 측 기어(27)와 함께 회전하도록 고정된다.
또한, 인접 커플링 부재(35) 및 클러치 팩(29)과 협동하는 환형 하우징 인서트(37)가 클러치 하우징(15)내에 배치되어 클러치 캐버티 또는 클러치 피스톤 챔버(39)를 한정한다. 하우징 인서트(37)와 협동하는 클러치 피스톤(41)이 클러치 피스톤 챔버(39) 내에 배치되고 그 내에서 축방향으로 이동가능하게 되어 피스톤 압력 챔버(43)를 한정하는데, 이것이 도2에 보다 자세히 도시되어 있다. 이와 같은 장치에 대해 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 피스톤 압력 챔버(43)에서 유체 압력의 변화가 클러치 피스톤(41)에 의해 클러치 팩(29)에 인가되는 축방향 힘을 변화시켜, "바이어스 토크", 즉 클러치 팩을 통해서 결합 장치(11)의 입력으로부터 출력으로 전달되는 토크를 변화시킨다.
지금부터 도2를 주로 참조하면, 클러치 하우징(15) 내에 그리고 하우징 인서트(37) 바로 좌측에 고정 편심 부재(45), 내부-톱니형 외부 로터(47) 및 외부-톱니형 내부 로터(49)를 포함하는 제로터 기어 세트가 배치된다. 내부 로터(49)는 직선의 내부 스플라인(49S)의 세트를 한정하는데, 이는 또한 상술된 바와 같이 좌측의 차축과 맞물려, 내부 로터(49)가 결합 부재(35) 및 사이드 기어(27)와 함께 회전하도록 고정된다. 이와 같은 장치에 대해 당업자에게 현재 널리 공지된 바와 같이, 정상의 직선 동작 중에, 전체의 차동 결합 장치(11)는 하나의 유닛으로서 회전하는 데, 즉 하우징(13 및 15)과 사이드 기어(25 및 27) 및 차축 모두가 동일한 회전 속도로 회전한다. 이 조건에서, 외부 로터(47) 및 내부 로터(49)간에는 상대적인 회전이 존재하지 않음으로, 볼륨 챔버(이들이 상대 회전할 때 로터(47 및 49)의 이빨들간에 형성된다)로부터 가압된 유체의 펌핑은 존재하지 않게된다.
당업자에게 또한 널리 공지된 바와 같이, 상술된 특허의 개시 내용을 부분적으로 기반으로 하여, 차동 장치가 존재할 때, 즉 좌측 및 우측 차축 간의 회전 속도에서 차이가 존재할 때, 입력(하우징(13 및 15) 및 피니언 기어(21)) 및 출력(좌측 차축) 간에 속도차가 또한 있을 수 있다. 입력 및 출력 간의 속도차는 외부 로터(47)를 구동할 것인데 내부 로터(49)를 구동하는 좌측 차축의 회전이 발생되어, 가압된 유체를 출력 챔버(51)내로 펌핑하는데, 이 챔버로부터 하우징 인서트(37) 내의 적절한 유체 포트(52)를 통해서 이 가압된 유체가 전달되어 이 가압된 유체는 피스톤 압력 챔버(43) 내로 전달되도록 한다.
도2를 참조하면, 하우징 인서트(37)는 편심 부재(45) 및 클러치 하우징(15)과 협동하여 피스톤 압력 챔버(43)와 개방 연결되는 축방향 유체 경로(53)를 한정한다. 클러치 하우징(15)은 축방향 경로(53)를 가로지르는 방사상 유체 경로(55)를 한정하고, 이의 방사상으로 내부 범위에서, 또 다른 유체 경로(57)와 연결되는데, 그 후, 이 유체 경로는 짧은 방사상 경로(59)에 의해 클러치 하우징(15)의 허브 부분(61)에 의해 형성되는 외부 원통형 표면에 연결된다.
지금부터 도2 및 도3을 참조하면, 외부 차동 하우징(본원에 도시되지 않음)밸브 하우징(17) 내에 고정되는 밸브 하우징(17)은 자신의 내부 주변상에서 방사 상 경로(59)의 축방향으로 대향되는 측상에 배치된 한쌍의 밀봉 부재(63)를 수용하는 것을 알 수 있는데, 이 밀봉 부재(63)는 허브 부분(61)의 인접한 외부 원통형 표면에 대해 밀봉 맞물린다. 도3에 최적으로 도시된 바와 같이, 밸브 하우징(17)은 저압 유체의 "소스" 아래로 신장되는 입구부(65)를 포함하는데, 이는 전형적으로, 종래 기술에 널리 공지된 바와 같이 유체를 담는 저장기 또는 집수공(sump)을 포함하고 외부 차동 하우징 내에 배치된다.
밸브 하우징(17)은 또한 포트부(67)를 포함하는데, 이 포트부 상에는 도4와 관련하여 보다 상세하게 설명된 압력 제어 밸브 어셈블리(69)가 설치된다. 밸브 하우징(17)은 방사상 경로(59)와 연속적으로 유체 연결되도록 방사상으로 안쪽으로 신장된 (도2의 평면에 대한 각도를 통해서 절단된) 대체로 방사상 경로(71)를 한정하는데, 이 방사상 경로(71)는 포트부(67) 내에 배치된 방사상으로 외단부를 갖는다. 그러므로, 방사상 경로(71)는 도4에 다소 개요적으로 도시된 바와 같이 압력 제어 밸브 어셈블리(69)에 인접하여 배치된다. 따라서, 어떤 주어진 시점에서, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 "입구"로 유효하게 되는 경로 (71) 내의 유체 압력은 피스톤 압력 챔버(43) 내의 유체 압력과 실질적으로 동일하게 된다.
지금부터 도4를 주로 참조하지만 도3과도 관련하여, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)가 어느 정도 상세하게 설명될 것이다. 밸브 어셈블리(69)는 바람직하게는 강자성 재료를 포함하는 밸브 몸체(73)를 포함하는데, 이 몸체는 서로 다른 여러 부분들을 포함한다. 밸브 몸체(73)는 밸브 하우징(17)의 포트부(67)내에 수용되는 입구부(75)를 포함하고 방사상 경로(71)와 개방 유체 연결되는 입구(77)를 한정한 다. 최종적으로, 밸브 몸체(73)는 "폴 피스(pole piece)"로서 또한 작용하는 감소된 직경부(78)를 포함하는데, 이 용어는 전자기 제어 밸브의 당업자에게 널리 공지되어 있다.
밸브 몸체(73)의 보다 큰 직경부(즉, 입구부(75) 및 폴 피스(78) 간에서 축방향의 부)는 보빈(79)을 지지하는데, 이 보빈 주위에 전자기 코일(81)이 감겨지고, 이 코일(81)은 대체로 원통형의 하우징 부재(83)에 의해 둘러싸여져 캡슐화된다. 하우징 부재(83)의 개방 단부 내에 캡 부재(85)가 배치되는데, 이 캡 부재는 도3에 도시된 와이어링 하네스 지지체(wiring harness support)(87)와 일체로 형성된다. 당업자는 적절한 전기 입력 신호가 와이어링 하네스 지지체(87)를 통과하는 와이어에 의해 전자기 코일(81)로 전송되고, 간결성을 위하여, 참조 번호(87)가 또한 전자기 코일(81)로의 "전기 입력 신호"에 사용될 것이라는 것을 이해할 것이다. 지금부터 전기 입력 신호(87)의 "전류"를 가변시키는 것과 관련하여 설명되었지만, 듀티 사이클이 변화될 때 전류의 RMS 값을 변화시키도록 하는 펄스-폭-변조된(PWM) 유형의 신호의 듀티 사이클을 변화시키는 것이 보다 전형적이라는 것을 당업자는 이해하여야만 한다. 그러나, 본 발명의 범위는 특정 형태의 입력 신호로제한되지 않는다.
도4를 계속 참조하면, 입구부(75) 내에 대체로 환형의 강철 시트 부재(89)가 배치되어 있는데, 이 부재에 대해서 강철 볼(91)을 포함하는 포펫 밸브 부재가 설치되어 있다. 강철 볼(91)에 인접하여 배치된 밸브 몸체(73)는 외부 차동 하우징(본원에 도시되지 않음)에 의해 한정되는 유체 저장기 또는 유체 집수공과 개방 유 체 연결되는 하나 이상의 방사상 배출 경로(93)를 한정한다. 위에 언급된 유체 저장기는 입구부(65)가 신장되는 저압 유체의 저장기 또는 집수공이나 "소스"이고 유체를 밸브 하우징(17) 내로 끌어올린다. 그러므로, 지금부터 그리고 첨부된 청구범위에서, 입구부(65)는 유체 저장기와 가장 밀접하게 관련된 도면에 도시된 구조의 부분이 입구부(65)라는 관점에서 저압 유체 소스라 칭할 것이다.
밸브 몸체(73)의 좌측 단부(도4에서)에 대체로 원통형의 전기자 부재(95)가 배치되고 캡 부재(85) 및 전기자 부재(95) 사이에는 압축 스프링(97)이 배치되어, 도4의 우측으로 전기자 부재(95)를 바이어싱시킨다. 전기자 부재(95)의 우측 단부 의 개구 내에 전기자 부재(95)에 대해서 고정되고 탄성 부재(101)를 통과하는 강철 핀(99)이 수용되어 있다. 탄성 부재(101)는 유체 밀봉 및 와이퍼 둘 다로서 작용하여 강철핀(99)의 오염 입자를 닦아내는데, 그 이유는 핀(99)이 때때로 탄성 부재(101)에 대해서 다소간 왕복 운동하기 때문이다. 강철핀(99)의 우측 극단은 강철 볼(91)에 대해 배치되어 이를 시트 부재(89)에 대해 유지시킨다.
도4에 도시된 실시예 및 본원 설명에서, 전기자(95) 및 압축 스프링(97) 모두는 "바이어싱 수단"을 포함하여 볼(91)을 시트 부재(89)에 대해 바이어스 시킨다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 피스톤 압력 부재(43)에 대한 소정의 최소 유체 압력이 스프링 바이어스가 필요하지 않을 정도로 충분히 낮다면, 스프링(97)이 압력 제어 밸브 부재(69)의 좌측 바깥에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이 경우에, 전기자(95) 만이 볼(91)에 대해 작용하는 "바이어싱 수단"을 포함하지만, 소망의 최소 유체 압력이 압축 스프링(97)을 필요할 정도로 충분히 높다면, "바이 어싱 수단"은 함께 작용하는 전기자(95) 및 스프링(97)을 포함한다.
도4와 관련하여, 강철이 바람직한 재료이지만, 전자기 제어 밸브의 당업자는 이와 다른 어떤 재료가 또한 사용될 수 있다는 것을 이해하겠지만, 시트 부재(89), 볼(91) 및 핀(99) 모두는 "강철" 부재를 포함하는 것으로 설명된다. 아이템(89, 91 및 99)에 대해 필수적인 것은 각 부품의 경도가 다른 부품의 경도에 대해서 선택되어 시트 부재(89)도 볼(91)도 이들 간의 주기적인 맞물림해제 및 재맞물림에 따라서 손상되지 않도록 하는 것이다. 재료 선택의 또 다른 요인은 커플링 내에서 사용되는 특정 오일에 의해 초래되는 부식이다. 예를 들어, 시트 부재(89) 및 볼(91)과 같은 부품에 황동이 빈번하게 사용되지만, 커플링(11)에서 상업적으로 주요하게 사용되는 오일이 황동을 부식시켜 이 황동이 이들 부품에 사용될 수 없도록 한다. 밸브 어셈블리의 특정 용도의 요구에 부합시키도록 아이템(89, 91 및 99)에 대한 적절한 재료를 선택하는 것은 수압 밸브의 당업자에게 널리 공지되어 있다.
상술된 바와 같이, 피스톤 압력 부재(43)는, 비비꼬여 있지만, 방사상 경로(71) 및 입구(77)와 상대적으로 개방 유체 연결되어 있다. 그러므로, 커플링(11) 내에서 차동이 발생될 때마다, 외부 로터(47) 및 내부 로터(49)간을 상대 회전시켜, 가압된 유체가 출력 챔버(51) 및 유체 포트(52)를 통해서 수축 유체 볼륨 챔버로부터 피스톤 압력 챔버(43) 내로 펌핑된다. 심지어 매우 짧은 시간 주기에 걸쳐서 차동이 계속될 때, 압력실(43) 내의 유체 압력은 방사상으로 증가되어 후술되는 바와 같이, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 동작을 겪는다. 본 발명의 주요 실시예에서, 6개의 이빨(또는 로브)를 갖는 내부 로터(49)로 인해, 압력실(43) 내의 유체 압력은 로터(49)의 1/6 회전 내에서 실질적으로 증가할 것이다. 압력을 구축하는데 얼마나 긴 시간이 필요한가는 차동 유형의 장치의 기술에서 널리 공지된 바와 같이, 부분적으로 입력 및 출력 간의 차동 속도에 좌우될 것이다.
또한, 커플링(11)의 주요 동작 파라미터중 하나는 "응답 시간"인데, 이는 (실질적으로 제로 토크 또는 어떤 소정의 최소 바이어스 토크중 하나를 전달하는 클러치 팩(29)으로 인한) 맞물림해제 조건으로부터 커플링(11)의 특정 선택된 토크 전달 조건(여기서 어떤 소정의 바이어스 토크는 클러치 팩(29)에 의해 전달된다)으로 변화시키는데 커필링(11)에 요구되는 시간을 의미한다. 본 발명의 한 양상을 따르면, 압력 챔버(43) 내의 유체 압력은 클러치 어셈블리(29)에 대한 소정의 최소 바이어스 토크에 대응하는, 어떤 소정의 최소 유체 압력으로 유지될 수 있다. 전형적으로, 가장 빠른 응답 시간을 성취하기 위하여, 이 소정의 최소 유체 압력은 클러치 피스톤(410을 클러치 팩(29)과의 유효한 맞물림으로 이동시키는데 필요한 압력 바로 아래의 압력이다. 그러므로, 이 실시예에서, 전자기 코일(81)로의 전기 입력 신호(87)가 존재하지 않을 때, 포펫 밸브 부재(강철 볼)(91)에 대해 가해지는 총 바이어싱 힘은 압축 스프링(97)의 바이어싱 힘 만으로 결정된다. 그러나, 피스톤 압력 챔버(43)의 유체 압력을 바로 아래로 또는 어느 정도 아래로 유지시킴으로써, 클러치 팩(29)을 맞물리도록 시작하는데 요구되는 것은 커플링이 "응답"하는데 걸리는 시간(즉, 클러치 팩(29)을 맞물림해제로부터 맞물리도록 전이시키는데 시간)은 크게 감소되고 시스템의 전체 응답은 실질적으로 개선된다.
(전기 입력 신호(87)가 "오프"됨으로써) 선택되는 "제로 토크 바이어스"조건 에서, 로터(47 및 49)를 회전시키는데 충분한 차이가 존재하고 충분한 유체를 압력 챔버(43) 내로 펌핑하면, 압력 챔버(43)는 (클러치 팩(29)을 맞물리도록 하는데 필요로 되는) 소정의 최소 유체 압력을 넘어서 상승되도록, 입구(77)에 제공되는 상기 유체 압력이 압축 스프링(97)의 힘을 초과하고 시트 밸브(89)를 통과하여 가압된 유체를 빼내거나 방출시키고 방사상 경로(93)를 통해서 상술된 바와 같은 저장기 또는 집수공으로 배출시키는데 정확히 충분한 정도로 포펫 밸브 부재(91)를 "리프트"(도4에서 이를 좌측으로 다소 이동)시킨다. 포펫 밸브 부재(91)는 평형 조건이 챔버(43)(및 입구(77) 내의) 내의 소정의 최소 유체 압력 및 압축 스프링(97)의 힘 간에서 재설정될 때 시트 부재(89)에 대해 재위치될 것이다. 다른 말로서, "평형"은 스프링(97)에 의해 볼(91)에 가해지는 힘이 볼(91)에 대해, 즉 시트 부재(89)의 내부 직경 내의 영역에 걸쳐서 작용하는 입구(77) 내의 유체 압력에 의해 볼(91)에 가해지는 힘과 동일할 때마다 성취된다.
커플링(11)의 토크 바이어스를 증가시키고자 할 때, 전기 입력 신호(87)는 단지 어떤 소정의 전류 레벨(소망의 토크 바이어스에 대응)로 증가되어, 포펫 밸브 부재(91)에 대한 총 힘이 (즉, 코일(81)로부터의 전자기 힘의 영향하에서)압축 스프링의 힘과 전기자 부재(95) 및 강철 핀(99)에 의해 가해지는 힘의 합이 되도록 한다. 본 발명의 중요한 양상을 따르면, 단지 전기 입력 신호(87)를 증가시킴으로써 피스톤 압력 챔버(43)에서 유체 압력을 점차적으로 증가시킬 수 있지만, 이 증가된 "세팅"은 포펫 밸브 부재((1)의 어떠한 실질적인 이동 없이도 발생되고 밸브을 통한 흐름 (또는,흐름 속도의 변화, 등)을 필요로 하지 않는다. 대신, 챔버(43) 내의 압력은 포펫 밸브 부재가 위치된채 유지될 때 포펫 밸브 부재(91)를 위치시키도록 하는 힘의 증가에 응답하여 증가한다. 따라서, 압력 챔버(43) 내의 압력이 증가되지만 포펫 밸브 부재(91)의 "실질적인 이동이 없다는 것이 본원 및 첨부된 청구범위에 설명되어 있다.
따라서, 커플링(11) 및 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 수행성능 및 응답은 유체 점성 및 유체 온도와 같은 인자들과 상대적으로 무관한데, 이 인자들은 전형적으로 종래 기술의 압력 제어 밸브 및 클러치 제어 시스템의 수행성능 및 응답 시간을 실질적으로 변화시킨다.
코일(81)로의 전류를 증가시킴으로써 챔버(43) 내에서 유체 압력을 증가시키는 것과 관련하여 상술된 것은 또한, 일반적으로 역의 조건에도 적용되는데, 즉 코일(81)로의 전류가 상대적으로 고 전류 레벨로부터 감소될 때, 포펫 밸브 부재(91)상에 가해지는 전체 힘은 또한 감소됨으로써 피스톤 압력 챔버(43) 내의 압력이 감소된다. 그러나, 특정 문제로서, 코일(81)로의 전류 감소에 응답하여 감소하는 압력은 입구(77)로부터 저장기로 유체가 충분히 빠져나와 소망의 감소된 압력 레벨에 도달하도록 포펫 밸브 부재(91)를 시트로부터 정확히 충분하게 이동시키는 것을 필요로 한다. 상기 설명을 읽고 이해를 통해서 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 입구(77) 내의 압력이 항상 강철 볼(91)에 대해(즉, 시트 부재(89)의 ID 내의 볼의 영역에 대해) 힘을 가하면(이 힘은 바이어싱 수단의 총 힘, 즉 스프링((7) 및 전자기 코일(81)에 의해 볼(91)에 가해지는 힘보다 크다), 볼(91)은 시트(89)로부터 다소간 리프트되고 (배출 경로(93)를 통해서) 유체 압력을 정확히 충분하게 릴리브 (relieve)하여 볼(91)에 대해 작용하는 대향 힘들 간에 평형 조건을 재설정한다. 그 후에, 볼(91)은 또 다시 위치되고 평형 조건이 유지되는 한 위치된채 유지될 것이다.
도4를 또다시 참조하면, 감소된 직경부(78)의 좌측 단부 및 전기자 부재(95)의 우측 단부 간에는 "작동 공기 갭"으로서 솔레노이드 밸브의 당업자에게 널리 공지된 바와 같은 공기 갭(103)이 존재한다. 그러나, 본 발명의 중요한 양상을 따르면, 공기 갭(103)은 (압력 챔버(43)에서의)압력 변화가 포펫 밸브 부재(91)의 실질적인 이동 없이도(이로 인해, 전기자 부재((5)의 실질적인 이동도 없다) 발생되기 때문에 실질적으로 "일정"(즉, 도4에서 축방향 "갭 길이")하게 유지된다. (심지어 전기 입력 신호(87) 및 입구(77) 내의 압력이 변화할 때 조차도) 일정한 공기 갭(103)은 (코일(81)로의)전류의 함수에 따라서 (입구(77) 및 압력 챔버(43) 내의) "제어" 압력의 소정의 공지된 관계를 훨씬 더 제공할 수 있게 된다. 일정한 작동 공기 갭(103)은 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 자기 캘리브레이션(magnetic calibration)을 결정하는데, 그 이유는 공기 갭(103)이 코일(81)로 인가되는 소정 전류에 대해서 전기자에 인가되는 전자력을 결정하여 이에 따라서 핀(99) 및 볼(91)에 인가되는 힘을 결정하기 때문이다. 핀(99)은 이하에 부가 설명되는 바와 같이 상기 캘리브레이션을 설정하는 공정의 부분으로서 특정 소정 깊이로 전기자(95) 내로 눌려진다.
조립 공정 동안, 강철 볼(91)의 "최상부"(즉, 도4의 최좌측 단부)로부터 폴 피스(78)의 "최상부"(도4의 최좌측 단부)까지 측정이 행해진다. 이 측정된 거리에 소망량의 작동 공기 갭(103)이 더해지고 나서, 강철 핀(99)이 측정된 거리 더하기 소망의 작동 공기 갭(103)의 합과 동일한 거리로 전기자로부터 신장될 때까지 전기자(95) 내로 눌려진다. 상기 캘리브레이션-및-조립 단계가 수행된 후에, 작동 공기 갭(103)은 소망 갭과 실질적으로 동일하게 되어야만된다. 단지 예에 의하면, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 상업용도에, 작동 공기 갭(103)은 약 .009인치(약 .228mm)이다.
소망의 작동 공기 갭(103)이 성취되면, 어떠한 부가적인 캘리브레이션 또는 조정 없이도, 전자기 코일(81)로의 입력 신호(87)에 대한 피스톤 압력 챔버(43)(및 입구(77))에서 제어 압력의 소정의 공지된 관계를 또한 성취할 수 있다.
압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 캘리브레이션-및-조립시에 한가지 부가적인 단계는 코일(81)로의 전류가 부재시에 볼(91)에 대한 스프링(97)의 힘이 챔버(43) 및 입구(77)내의 공지된 소정의 유체 압력과 평형이 될 때까지 캡 부재를 회전시킨다. 상술된 바와 같이, 이 공지된 소정의 유체 압력은, 클러치 팩(29)을 맞물림해제시킬 때 본원에 도시된 유형의 커플링에서(그러나, 단지 예임) 피스톤 압력 챔버(43)에 유지될 "스탠바이" 압력에 대응하지만 챔버(43) 내의 유체 압력이 클러치 팩(29)의 맞물림이 매우 신속하게 이루어질 수 있을 정도로 충분히 높은 압력으로 유지된다. 물론, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)의 소정 용도에서, 스탠바이 압력이 거의 제로 압력으로 되면, 압축 스프링(97)은 상술된 바와 같이 어셈블리(69)에서 벗어나 좌측에 위치되고, 이 경우에 상술된 캘리브레이션 단계는 캘리브레이션-및-조립 공정으로부터 제거된다.
본 발명이 상기 명세서에서 보다 상세하게 서술되었고, 본 발명의 각종 변경 및 수정이 본 명세서를 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백하게 될 것이다. 이와 같은 모든 변경 및 수정은 이들이 첨부된 청구범위 내에 있는 한 본 발명에 포함된다.
본 발명은 토크 전달 정도의 변화가 클러치 피스톤 챔버 밖으로의 유체 흐름 속도의 변화에만 의존되지 않도록 할뿐만 아니라 이에 의해 초래되지 않도록 하는 토크 전달을 제어할 수 있으며, 또한, 클러치 피스톤 압력이 전기 입력 신호에 직접 비례하지만 클러치 피스톤 압력을 가변시키기 위하여 밸브 부재를 이동시키지 않고도 토크 전달을 제어할 수 있다.

Claims (7)

  1. 입력(21) 및 하나 이상의 출력(27)을 포함하는 결합 장치(11)에서 토크의 전달을 제어하는 방법으로서, 상기 결합 장치(11)는 클러치 캐버티(39)를 한정하는 하우징(13, 15, 17); 상기 클러치 캐버티(39)에 배치되고 상기 입력(21)과 함께 회전하도록 고정된 제1 클러치 부재(31) 및 상기 출력(27)과 함께 회전하도록 고정된 제2 클러치 부재(33)를 포함하는 클러치 어셈블리(29); 압력 챔버(43) 내에 배치되고 상기 유체 챔버(43) 내의 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크-전달 관계로 상기 제1(31) 및 제2(33) 클러치 부재를 바이어스시키도록 동작될 수 있는 클러치 어플라이 부재(41)를 포함하며; 상기 결합 장치(11)는 상기 가압된 유체 소스(47, 49) 및 전자기 코일(81)로 전송되는 전기 입력 신호(87)의 변화에 응답하여 상기 압력 챔버(43)에서 상기 유체 압력을 가변시키도록 동작될 수 있는 제어 밸브 어셈블리(69)를 포함하며; 상기 제어 밸브 어셈블리(69)는 상기 압력 챔버(43)와 유체 연결되는 입구(77), 저압 유체 소스(65)와 유체 연결되는 출구(93) 및 상기 입구(77)와 상기 출구(93)의 중간에 배치된 밸브 시트(89)를 한정하며; 포펫 밸브 부재(91)는 전기자(95)를 포함하는 바이어싱 수단에 의해 상기 밸브 시트(89)를 향하여 바이어스되며, 상기 전기자(95)에 의해 상기 포펫 밸브 부재(91)로 인가되는 바이어싱 힘은 대체로 상기 전자기 코일(81)로의 상기 전기 입력 신호(87)에 비례하는, 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 클러치 어셈블리(29)를 위한 소정의 최소 바이어스 토크에 대응하 는 소정의 최소 유체 압력을 상기 압력 챔버(43)에서 선택하는 단계;
    (b) 상기 소정의 최소 유체 압력 보다 작은 유체 압력에 대응하는 바이어싱 힘을 상기 포펫 밸브 부재(91)에 인가하도록 상기 바이어싱 수단을 선택하는 단계;
    (c) 상기 압력 챔버(43) 내의 소망의 유체 압력 및 상기 클러치 어셈블리(29)를 위한 소망의 바이어스 토크에 대응하는 상기 전기 입력 신호(87)을 선택하여, 전기 입력 신호를 증가시켜 상기 포펫 밸브 부재(91)상에 증가하는 바이어싱 힘을 발생시키지만 실질적으로 이동시키지 않는 단계를 포함하는 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 챔버(43) 내의 유체 압력이 상기 소망의 유체 압력을 넘어 증가하는 경우에:
    (d) 상기 포펫 밸브 부재(91)를 상기 밸브 시트로부터 리프트시켜, 상기 포펫 밸브 부재(91) 상에 대향하는 힘들 간에서 평형이 재설정될 때까지, 상기 압력 챔버(43)로부터 가압된 유체가 상기 밸브 시트(89)를 통해서 상기 저압 유체(93)의 소스로 가압된 유체가 흐르도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가압된 유체의 소스는 적어도 상기 결합 장치(11)가 토크를 전달 하는 동안, 대체로 가압된 유체를 상기 압력 챔버(43) 내로 계속 흐르 게하도록 동작될 수 있는 수단(47, 49)을 것을 특징으로 하는 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가압된 유체의 소스는 상기 입력(21) 및 상기 출력(27) 간의 속도차에 대체로 비례하는 흐름 속도로 상기 압력 챔버(43) 내로 가압된 유체를 펌프하도록 동작될 수 있는 펌핑 수단(47, 49)을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어싱 수단은 바이어싱 스프링(97)을 더 포함하고, 상기 바이어싱 수단을 선택하는 단계는 상기 소정의 최소 유체 압력보다 작은 상기 유체 압력에 대응하는 상기 바이어싱 힘을 상기 포펫 밸브 부재(91)에 인가하도록 상기 스프링(97)을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 장치에서 토크 전달 제어 방법.
  6. 가압된 유체의 소스(47, 49)를 포함하는 시스템(11) 내의 제어 압력(43, 71)을 제어하기 위하여 압력 제어 밸브 어셈블리(69)를 제어하는 방법으로서, 상기 제어 밸브 어셈블리(69)는 전자기 코일(81)에 전달되는 전기 입력 신호(87)의 변화에 응답하여 상기 제어 압력의 유체 압력을 변화시키도록 동작될 수 있으며; 상기 제어 밸브 어셈블리(69)는 상기 제어 압력(43, 71)과 유체 연결되는 입구(77), 저압 유체 소스(65)와 유체 연결되는 출구(93) 및 상기 입구(77)와 상기 출구(93)의 중간에 배치된 밸브 시트(89)를 한정하며; 포펫 밸브 부재(91)는 전기자(95)를 포함하는 바이어싱 수단에 의해 상기 밸브 시트(89)를 향하여 바이어스되며, 상기 전기자(95)에 의해 상기 포펫 밸브 부재(91)로 인가되는 바이어싱 힘은 대체로 상기 전자기 코일(81)로의 상기 전기 입력 신호(87)에 비례하는, 압력 제어 밸브 어셈블리(69)를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 시스템(11)을 위한 소정의 최소 조건에 대응하는 상기 제어 압력(43, 71)을 위한 소정의 최소 유체 압력을 선택하는 단계;
    (b) 상기 제어 압력을 위한 상기 소정의 최소 유체 압력보다 작은 유체 압력에 대응하는 바이어싱 힘을 상기 포펫 밸브 부재(91)에 인가하도록 상기 바이어싱 수단을 선택하는 단계;
    (c) 상기 제어 압력(43, 71)을 위한 소망의 유체 압력에 대응하도록 상기 전기 입력 신호(87)를 선택하여, 전기 입력 신호를 증가시켜 상기 포펫 밸브 부재(91)상에 증가하는 바이어싱 힘을 발생시키만 실질적으로 이동시키지 않는 단계를 포함하는 압력 제어 밸브 어셈블리 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바이어싱 수다은 바이어싱 스프링(97)을 더 포함하고, 상기 바이어싱 수단을 선택하는 단계는 상기 소정의 최소 유체 압력보다 작은 상기 유체 압력에 대응하는 상기 바이어싱 힘을 상기 포펫 밸브 부재(91)에 인가하도록 상기 스프링 (97)을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 제어 밸브 어셈블리 제어 방법.
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