KR20060047459A - 수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 제어 밸브어셈블리 - Google Patents

수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 제어 밸브어셈블리 Download PDF

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Abstract

본원은 펌프-모터 유닛(35)이 구동 라인(17)으로부터 구동 토크를 수신하거나 이 토크를 구동 라인으로 전달할 수 있는 시스템에 사용하기 위한 제어 밸브 어셈블리(43)에 관한 것이다. 이 시스템은 고압 어큐뮬레이터(41)를 포함하고, 제어 밸브 어셈블리는 펌프-모터 유닛 및 어큐뮬레이터 간에 배치되고 제어 캐비티(89)에서의 압력에 의해 정상적으로 바이어스되어 폐쇄되는 모드 밸브(45)를 포함하며, 이 유체 압력은 전기 신호(133)에 응답하여 파이로트 밸브 어셈블리(49)에 의해 제어된다. 모드 밸브 포핏 부재(79)와 관련된 스텝-오리피스 밸브(47)는 그 내의 압력이 낮을 때, 즉 파이로트 밸브 어셈블리(49)가 개방될 때 상대적으로 큰 오리피스(115)를 제어 캐비티(89) 내로 제공한다. 따라서, 많을 량의 플로우가 상대적으로 낮은 압력 강하를 가진채, 모터링 모드에서 어큐뮬레이터로부터 유닛(35)으로 발생될 수 있는 한편, 포핏 부재는 보다 유연하고 상대적으로 긴 개방 시간을 갖지만 상대적으로 고속 폐쇄 시간을 가질 수 있다.
수압식 구동 시스템, 펌프-모터 유닛, 고압 어큐뮬레이터, 제어 밸브 어셈블리, 파이로트 밸브 어셈블리

Description

수압식 구동 시스템 및 이를 위한 개선된 제어 밸브 어셈블리{HYDRAULIC DRIVE SYSTEM AND IMPROVED CONTROL VALVE ASSEMBLY THEREFOR}
도1은 본 발명의 수압식 구동 시스템 및 모드 제어 밸브 어셈블리가 특히 적합하게 되는 유형의 전체 차량 구동 시스템의 개요도.
도2는 본 발명의 제어 회로 및 모드 제어 밸브 어셈블리를 포함한 도1에 도시된 수압식 구동 시스템의 수압식 개요도.
도3은 모드 밸브 포핏이 폐쇄 위치에 있는, 본 발명의 전체 제어 밸브 어셈블리의 축방향 단면도.
도4는 도3에 전반적으로 도시된 스텝 오리피스 제어 밸브 어셈블리의 확대된 축방향 단면도.
도5는 정상 폐쇄 위치에 있는 또한 도3에 도시되고 도5에 도시된 솔레노이드 동작되는 모드 파이로트 밸브 어셈블리의 확대된 축방향 단면도.
도6은 도5에 도시된 모드 파이로트 밸브 어셈블리의 일부분의 부가적인 확대된 부분 축방향 단면도.
본 출원은 Rodney V. Singh의 이름으로 2003년 7월 22일에 출원된 발명의 명칭이 "HYDRAULIC DRIVE SYSTEM AND IMPROVED FILTER SUB-SYSTEM THEREFOR"인 공동 계류중인 미국 특허 10/624,805의 부분 연속 출원(CIP)이다.
본 발명은 차량 동작 사이클의 일부분 동안 펌프로서 그리고 이 차량 동작 사이클의 또 다른 부분 동안 모터로서 동작하는 펌프-모터 유닛을 포함하는 유형의 수압식 구동 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 펌프-모터 유닛의 동작 "모드", 즉 이 유닛이 펌핑 모드 또는 모터링 모드에서 동작하는지를 제어하는 개선된 제어 밸브 어셈블리("모드" 밸브)에 관한 것이다.
본 발명의 모드 제어 밸브 어셈블리가 대부분의 차량 동작 사이클 동안 주 차량 변속기로서 효율적으로 작용하는 이와 같은 구동 시스템을 포함한 각종 유형의 수압식 시스템에 사용될 수 있지만, 본 발명은 차량 수압식 재생 브레이킹 시스템의 부분을 포함하는 수압식 구동 시스템에 사용될 때 특히 유용하고 이와 관련하여 설명될 것이다.
재생 브레이킹 성능을 지닌 차량 수압식 구동 시스템에서, 예로서, 차량이 후륜 구동형이라고 가정하면, 1차 구동 토크는 엔진으로부터 종래 기계식 변속기를 통해서 전달되고 나서 종래의 구동 라인에 의해 후륜 구동으로 전달된다. 브레이킹 동안(즉, "감속-가속" 사이클의 브레이킹 부분 동안), 이동 차량의 운동 에너지는 펌핑 모드로 동작하도록 명령받은 하이드로스태틱(hydrostatic) 펌프-모터 유닛에 의해 변환되고, 이 펌프-모터 유닛은 고압 어큐뮬레이터(high pressure accumulator)를 충전(가압)시킨다. 그 후, 차량이 가속될 때, 하이드로스태틱 펌프 -모터 유닛은 모터링 모드로 동작하도록 명령받고, 고압 어큐뮬레이터에 저장되는 고압은 펌프-모터 유닛으로 전달된다. 그 후, 펌프-모터 유닛에 의해 발생되는 이 결과의 출력 토크는 차량 구동-라인으로 전달되어, 차량의 추진을 돕고, 이에 따라서, 용어 "수압 지원"을 때때로 이와 같은 시스템과 관계하여 사용된다.
당업자가 알 수 있는 바와 같이, 차량상에 재생 브레이킹 시스템을 제공하는 1차적인 이유가 차량의 전체 연료 효율성을 개선시키고자 하는 것이기 때문에, 수압식 구동 시스템을 가능한 한 효율적으로 동작시키는 것이 중요하다. 특히, 모드 제어 밸브 어셈블리(이는 상술된 바와 같이 펌프-모터 유닛이 펌핑 모드 또는 모터링 모드에서 동작하는 지를 제어한다)가 수압식 비효율성의 주 원인이 되지 않게 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 펌프-모터 유닛이 제로 변위에 있고 구동 라인으로부터 클러치 해제 될 때 확장된 시간 기간 동안, 전체 시스템 효율성 면에서, 수압식 마력으로 이동 밸브 어셈블리로부터 시스템 저장기로 가압된 유체의 연속적인 파이로트 플로우가 흐르도록 하는 것은 수용할 수 없으며, 이 시간 기간 동안 수행되는 기능이 유용하지 못하다.
그러나, 전체 시스템 수행성능 면에서, 특히, "응답성"(동작 속도) 면에서, 시스템이 개방 및 폐쇄 위치 간에서 주 모드 밸브 부재를 이동시킬 수 있도록 충분한 압력을 이루도록 일종의 파이로트 신호를 대기하도록 (동작 상태가 변경되어야 만 되는 시간에서) 개방 및 폐쇄 기능을 필요로 하는 모드 제어 밸브를 갖는 것은 수용되지 않는다.
또한, 본 발명의 수압식 구동 시스템이 적어도 짧은 시간 기간 동안 차량용 주 드라이브로서 작용하기 때문에, 제어 밸브 어셈블리는 상대적으로 큰 유량의 흐름을 제어할 수 있지만, 일반적으로 계측된 큰 유량은 특정 밸브 소자 양단에서 큰 압력 강하를 의미하고 상술된 바와 같이, 시스템에서의 이와 같은 큰 압력 강하는 시스템 효율성 면에서 전체 시스템을 수용불가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 수압식 시스템에 사용하기 위한 개선된 제어 밸브 어셈블리를 제공하는 것인데, 이 제어 밸브 어셈블리는 매우 고속 응답 시간에서 상대적으로 큰 유량을 제어할 수 있도록 하지만 제어 밸브 어셈블리 양단에서 매우 작은 압력 강하 및 매우 적은 정지 흐름을 갖는다.
본 발명의 보다 특징적인 목적은 고압 어큐뮬레이터 및 펌프-모터 유닛 간에 어느 한 방향으로의 흐름을 제어할 수 있는 모드 제어 밸브로서 사용하기 위한 이와 같은 개선된 제어 밸브 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그외 다르 목적들은 구동 토크를 구동축에 전달하도록 동작될 수 있는 구동 라인을 갖는 차량 상에서 사용하도록 적응되는 수압식 시스템에 사용하기 위한 개선된 제어 밸브 어셈블리를 제공함으로써 성취된다. 이 수압식 시스템은 구동 라인으로부터의 구동 토크를 수용하도록 펌핑-모드에서 동작될 수 있고 구동 토크를 구동 라인으로 전달하도록 모터링 모드에서 동작될 수 있는 펌프-모터 유닛을 포함한다. 고압 어큐뮬레이터는 제어 밸브 어셈블리를 통해서 펌프-모터 유닛의 제1 포트와 유체 연결됨으로써, 펌프-모터 유닛이 펌핑 모드에 있을 때, 가압된 유체는 제1 포트로부터 고압 어큐뮬레이터로 전달된다. 펌프-모터 유닛이 모터링 모드에 있을 때, 가압된 유체는 고압 어큐뮬레이터로부터 제1 포트로 전달된다. 제어 밸브 어셈블리는 어큐뮬레이터와 유체 연결되는 포트 및 포핏 시트를 한정하는 밸브 하우징을 포함한다.
개선된 제어 밸브 어셈블리는 제어 캐비티를 한정하는 주 포핏 부재를 특징으로 하는데, 제어 캐비티 내의 유체 압력은 주 포핏 부재를 포핏 시트를 향하도록 바이어스시킨다. 펌프-모터 유닛의 제1 포트 및 고압 어큐뮬레이터간의 실질적으로 모든 유량은 펌핑 모드 또는 모터링 모드 중 어느 한 모드에서 주 포핏 부재 및 포핏 시트를 통해서 흐른다. 파이로트 밸브 어셈블리는 개방 및 폐쇄 상태를 갖고, 전기 입력 신호에 응답하여 제어 캐비티로부터 저압의 소스로의 유체 전달을 제어하도록 동작될 수 있다. 스텝-오리피스 밸브 어셈블리는 어큐뮬레이터로부터 밸브 하우징에 의해 한정된 포트를 통해서 제어 캐비티로의 유체 전달을 제어하도록 동작될 수 있고, 제어 캐비티 내의 유체 압력이 상대적으로 높을 때 상대적으로 큰 제1 플로우 오리피스 및 제어 캐비티 내의 유체 압력이 상대적으로 낮을 때 상대적으로 작은 제2 플로우 오리피스를 한정하여 상기 파이로트 밸브 어셈블리로 상대적으로 작은 흐름을 제공한다.
지금부터, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아닌 도면을 참조하면, 도1은 본 발명의 수압식 구동 시스템이 특히 적합하게 되는 유형의 차량 구동 시스템을 도시한다. 도1에 개요적으로 도시된 차량 시스템은 4개의 구동 휠(W)을 갖지만, 본 발명이 4륜 구동(또는 심지어 4개의 구동 휠)을 갖는 차량으로 제한되는 것이 아니라 단지 2륜 구동을 갖는 차량에 사용될 수 있고, 이 경우에, 2개의 구동 휠은 후륜 구동 또는 전륜 구동중 어느 하나일 수 있다는 것을 이해하여야만 된다. 종래 유형의 휠 브레이크(B)가 구동 휠(W) 각각과 동작적으로 관련되는데, 이 브레이크의 상세 사항은 본 발명의 부분을 형성하지 않음으로 이 휠 브레이크(B)는 단지 이하에서 간략하게 언급될 것이다. 휠 브레이크(B)는 전체 EHB(전자-수압식 브레이크) 시스템의 부분이며, 이 유형은 현재 당업자에게 널리 공지되어 있고 시장에서 입수할 수 있다.
차량은 차량 구동 시스템(11)을 포함하는데, 이 시스템은 차량 엔진(13) 및 변속기(15)를 포함한다. 첨부된 청구범위에서 특별히 언급되는 것을 제외하면, 특정 유형의 엔진(13) 및 변속기(15)와 이들의 구성에 대한 상세 사항뿐만 아니라 구동 시스템 배열 등이 본 발명의 일부를 형성하지 않음으로 본원에서 더이상 설명하지 않았다는 것을 이해하여야 한다. 게다가, 본 발명은 특히, 통상 "엔진"으로서 고려되는 것에 사용하도록 제한되지 않음으로, 본 발명의 범위 내에서, "엔진"이란 임의 유형의 전원 또는 원동력(prime mover)을 포함하는 것을 의미한다. 최종적으로, 본 발명의 수압식 구동 시스템이 차량 구동 시스템과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 이와 같은 시스템이 차량의 일부이든지 관계없이, 본 발명이 이하에 도시되고 설명된 일종의 수압식 시스템에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 이해하여야만 된다.
구동 라인(17)은 변속기(15)로부터 후방향으로 신장된다. 본 실시예에서 그리고 예로서, 구동 라인(17)은 전방 구동축(19), 중간 구동축(본원에 도시되지 않 음), 후방 구동축(23), 휠간 차동장치(25) 및 좌, 우 리어 액슬 축(rear axle shaft)(27 및 29)을 포함한다. 당업자는, 본 명세서를 읽고 이해함으로써, 구동 라인(17)이 전체 차량 구동 시스템(11)의 이해를 용이하게 하기 위하여 주로 축(19 및 23)을 포함하여 도시되고 이에 대해서 설명되었지만, 이에 국한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
주로 도1을 참조하면, 본 실시예에서, 구동 시스템(11)은 또한 좌, 우 전방 액슬 축(31 및 33) 각각을 포함한다. 상술되고 상당히 종래 것인 "기계식" 소자 이외에도, 구동 시스템(11)은 또한 하이드로스태틱 펌프-모터 유닛(35)을 포함하고, 펌프-모터 유닛(35) 전방에는 밸브 매니폴드(37)가 배치된다. 밸브 매니폴드(37)의 전방 부분에는 저압 어큐뮬레이터(39)가 부착되고 밸브 매니폴드(37)의 후방 부분에는 고압 어큐뮬레이터(41)가 부착된다. 그러나, 이 특정한 배열은 어떤 다른 방식으로 반대로 되거나 변경된다는 것을 당업자는 이해하여야 한다. 밸브 매니폴드(37)(이하에 언급된 것을 제외) 및 어큐뮬레이터(39 및 41)의 특정 설계 및 상세사항은 본 발명의 반드시 필요로 되는 특징이 아니므로 각각의 구성에 대한 상세사항은 본원에 도시되거나 설명되지 않았다는 것을 이해하여야만 된다. 대신, 각각에 대한 일반적인 기능 및 동작이 도2의 수압식 시스템 개요도와 관련하여 간략하게 설명될 것이지만, 본 발명의 모드 제어 밸브 어셈블리의 설명을 위한 배경 및 "환경"으로서 수압식 구동 시스템의 여러 동작 모드에 대해 필요한 정도 만이 설명될 것이다.
지금부터 도2를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터(39 및 41) 이외에, 도2의 수압식 개요도에 도시된 그 밖의 모든 소자는 밸브 매니폴드(37) 내에 포함되거나 밸브 매니폴드(37)에 부착된다는 것을 이해하여야만 된다. 또한, 펌프-모터 유닛(35)이 자신의 중립(제로 변위) 상태(이는 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않는 경우이다)에 있을 때 마다, 펌프-모터 유닛(35) 및 2개의 어큐뮬레이터(39 및 41) 간의 도2에 도시된 수압식 시스템 내에서 거의 흐름이 없다는 것을 이해하여야만 된다. 그러나, 이와 같은 시스템에 대한 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 어큐뮬레이터(39 및 41) 각각 상의 사전 충전 때문에, 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 펌프-모터 유닛(35)이 중립 상태에 있는 동안 조차도, 시스템은 "가압된" 채로 유지된다.
밸브 매니폴드(37) 내에 포함되는 (도2에 도시된 바와 같은) 수압식 시스템은 모드 제어 밸브(81)를 포함하는 제어 밸브 어셈블리(43)를 포함한다. 스텝-오리피스 제어 밸브(step-orifice control valve)(83) 및 솔레노이드-형 모드 파이로트 밸브(85)가 모드 제어 밸브(45)와 동작적으로 관련되는데(에 결합되며), 이의 출구는 도관(50)에 이해 저압원(가령 저장기,또는 단지 시스템의 저압측)과 연결된다. 밸브(43, 45, 47 및 49)의 기능 및 동작이 특히 도3 내지 도6 및 본 발명의 필수적인 특징의 설명과 관련하여 이하에 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
펌프-모터 유닛(35)은 가변위 형(variable displacement type)임으로, 일종의 변위-가변 수단, 가령 도2에 도시된 유형의 한 쌍의 유압 서보 액츄에이터(스트로킹 실린더)(51 및 53)를 포함한다. 이 서보 액츄에이터(51 및 53)는 수압식으로 전형적인 전자-수압식 제어기(55)의 출구에 연결된다. 제어기(55)의 기능은, 경사 판(swashplate)(95)의 소망 각도 및 변위를 성취하는데 적절하게, 도관(57)으로부터 가압된 유체를 서보 액츄에이터들(51 또는 53)중 하나의 액츄에이터에 연결시키는 것인데, 이들 모두는 펌프 및 모터 기술, 특히 축방향 피스톤 펌프 기술의 당업자에게 널리 공지되어 있다. 본 발명이 관계하는 유형의 수압식 구동 시스템의 당업자는, 전형적인 HST(하이드로스태틱 변속기) 시스템 처럼, 펌프-모터 유닛(35)의 경사판(59)으로부터 제어기(55)로 기계식 피드백될 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 제어기(55)로의 피드백, 심지어 경사판(59)의 위치 표시조차도 전자적으로 성취되는 것이 바람직하다. 모든 기능적으로 만족스러운 유형의 피드백은 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해하여야만 된다.
도2에 도시된 바와 같이 고압 어큐뮬레이터(41) 및 전자-수압식 제어기(55) 간에 아이솔레이션 밸브(isolation valve)(61)가 직렬로 배치되는데, 이 밸브는 솔레노이드 동작되는 포핏-형(poppet-type) 밸브 이다. 수압식 구동 시스템(11)이 동작할 때마다, 아이솔레이션 밸브(61)는 "온"되는데, 즉 고압이 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 제어기(55)로 자유롭게 전달된다. 수압식 구동 시스템(11)이 "오프"로 될 때마다, 아이솔레이션 밸브(61)는 도2에 도시된 위치로 스프링 바이어스되는데, 이 위치에서 이 밸브(61)는 펌프-모터 유닛(35) 및 제어기(91)를 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 수압식으로 격리시켜, 시스템이 동작하지 않는 동안 어큐뮬레이터(41)가 제어기(55)를 통해서 누설되지 않도록 한다. "오프" 되는 구동 시스템에 대한 기준은 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않을 때 차량 동작 사이클의 부분 및 차량이 전혀 동작하지 않는(엔진 "오프" 상태) 시간 둘 다를 포함하는 것을 의미한 다라는 것을 이해할 것이다.
도2를 계속해서 참조하면, 구동 시스템(11)은 바이패스 밸브 어셈블리(63)를 포함하는데, 이는 밸브 기술에 널리 공지된 용어로서 "언로딩" 밸브 또는 "덤프" 밸브라 할 수 있다. 따라서, 바이패스 밸브 어셈블리(63)는 엔진이 "오프"(도관(57) 또는 도관(65)에 제공되는 구동 압력이 없음)될 때마다 펌프-모터 유닛을 "언로드" 하여, 구동 라인(17)으로 의도하지 않은 토크가 전달되지 않도록 한다(도1 에 도시). 당업자는, 바이패스 밸브 어셈블리(63)와 같은 특정 서브시스템의 특정 설계 및 동작을 결정할 수 있다라고 간주되기 때문에, 이에 대해 상세하게 설명하지도 않았고 심지어 이의 존재가 본 발명의 필수적인 부분을 형성하지도 않는다.
수압식 구동 시스템(11)은 또한 릴리프 밸브(69)를 포함하는데, 이 밸브는 도2에 도시된 바와 같이 폐쇄된 위치로 스프링 바이어스 된다. 릴리프 밸브(69)의 입구는 도관(71)과 연결되며, 이 도관은 릴리브 밸브(69)의 입구를 고압 어큐뮬레이터(41)의 포트와 그리고 모드 제어 밸브(45)의 입구와 상호연결시킨다. 도관(71) 내의 압력이 소정 최대값을 초과할 때마다, 릴리프 밸브(69)는 도관(71)으로부터 도관(73)까지(이는 이하에서 보다 명백한 바와 같이 시스템의 "저압" 측으로 간주될 수 있다) 연결시키는 위치로 바이어스(도2에서 "하향"이동)된다. 최종적으로, 도2를 계속해서 참조하면, 수압식 구동 시스템(11)은 이하에 보다 상세하게 설명하지 않은 필터 회로(107)를 포함하지만, 상술된 미국 특허 10/624,805호에 설명되어 있다. 필터 회로(75)는 도관(77)에 의해 저압 어큐뮬레이터의 포트와 연결된다.
지금부터 도2를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 도관(65)에 의해 모드 제어 밸브(45)에 연결되는 포트(A)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 이 펌프-모터 유닛(35)은 또한 도관(67)에 의해, 필터 회로(75) 및 도관(73)과 유체 연결되는 또 다른 포트(B)를 포함하여, 이 도관(50, 67 및 73)이 함께 상술된 바와 같이 시스템의 "저압" 측을 포함한다. 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펌프 모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있을 때, 포트(A)는 가압된 출구 포트(도2의 펌프 심볼에서 화살표로 도시)이고, 유닛(35)이 모터링 모드에 있을 때, 포트(A)는 가압된 입구 포트이고 포트(B)는 배기, 즉 출구 포트이다.
수압식 구동 시스템(11)의 일반적인 동작이 간략하게, 단지 배경만이 설명될 것이다. 상술된 바와 같이, 차량이 감속이나 가속 상태가 아닐 때, 펌프-모터 유닛(35)은 클러치 어셈블리(78)(클러치 어셈블리(78)가 펌프-모터 유닛(35) 및 중간 구동축 간에서 동작된다는 것이 도1에 도시)에 의해 클러치 해제된다. 이 상태에서, 중간 구동축으로부터 펌프-모터 유닛이 클러치 해제됨으로써, 도1에 도시된 전체 차량 구동 시스템은 수압식 구동 시스템(11)이 제공되지 않은 것과 동일한 방식으로 동작한다.
차량 조작자가 브레이킹 동작을 수행하기 시작할 때, 클러치 어셈블리 부(78)가 작동되어, 펌프-모터 유닛(35)이 현재 구동 라인(17)(즉, 중간 구동축)에 클러치되도록 하고 적절한 명령 신호가 전자-수압식 제어기(91)에 제공되도록 하여, (전방 방향으로 이동하는 차량으로 인해)구동 라인(17)의 회전이 펌프-모터 유닛(35)으로 하여금 포트(A)로부터 도관(65)으로 가압된 유체를 펌핑하는 방향으로 경사판(59)을 변위시킨다. 현재, 수압식 재생 브레이킹 시스템의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 경사판(59)의 변위(및 구동 라인(17)의 회전 당 유체 출력)은 통상적으로, 챠랑 조작자가 브레이크 페달을 누르는 정도에 비례한다. 조작자에 의해 가해지는 브레이크 토크에 비례하는 경사판(59)의 변위 또는 브레이크 페달의 변위를 설정하는 방법이 당업자에게 공지되어 있지만, 경사판(59)의 변위를 설정하기 위하여 선택된 특정 수단 또는 기준은 본 발명에 반드시 필요로 되는 것은 아니다.
펌프-모터 유닛(35)이 펌핑 모드에 있음으로써, 도관(65)을 통해서 전달되는 가입된 유체는 모드 제어 밸브(45)에서 포핏 부재(79)를 언시트(unseat)하여, 가압된 유체가 도관(71) 내로 흐르도록 하고 이로 부터 고압 어큐뮬레이터(41)를 가압하도록 한다. 본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 가스 충전형이다. 최소량의 오일이 항상 고압 어큐뮬레이터(41)에 유지되도록 이 어큐뮬레이터(41) 내에서 수압을 유지할 필요가 있다(그 결과 도관(57 및 71) 둘다가 항상 소정의 최소 충전압으로 된다). 전형적인 감속 사이클의 끝에서, 고압 어큐뮬레이터(41)는 최대 시스템 압력, 전형적으로 약 5000psi, 가능하다면 이 보다 높은 압력으로 충전된다.
브레이킹 사이클의 감속 부분의 끝에서, 차량 조작자가 브레이크 페달을 해제하고 나서 가속기를 누르기 시작할 때, 적절한 신호가 전자기 제어기(55)로 전달되고, 이 제어기는 펌프-모터 유닛(35)이 (상술된) 펌핑 모드에서 모터링 모드로 전이하도록 명령한다. 모터링 모드에서, 경사판(59)은 유닛이 펌핑 모드에 있을 때(즉, 경사판(59)이 "오버-센터(over-center)"로 된다) 존재하는 것과 대향되어 경 사져서 배치된다. 펌프-모터 유닛(35)이 모터링 모드에 있을 때, 경사판(59)은 펌프-모터 유닛(35)(포트 A로부터 포트 B로)을 통한 흐름이 펌프-모터 유닛(35)으로 하여금 토크를 구동 라인(17)으로 전달하도록 배치되어, 차량이 이미 맞물리는 전방 이동에 대응하는 방향으로 구동 라인(17)을 구동시키는 경향이 있다. 본 실시예에서 그리고 단지 예로서, 모드 제어 밸브(45)는 가압된 유체가 항상 도관(65)으로부터 도관(75)으로(즉, 펌핑 모드) 흐르도록 구성된다. 그러나, 모드 파이로트 밸브(49)가 적절한 입력 신호를 자신의 솔레노이드로 수신할 때에만, 포핏 부재(79)의 개방을 지원하는 적절한 파이로트 신호(81)가 어큐뮬레이터(41)로부터 도관(71)을 통하고 나서 도관(65)을 통해서 펌프-모터 유닛(35)의 포트(A)(모터링 모드에서 입구 포트)로 고압 유체가 상대적으로 비제한적으로 흐르도록 한다.
지금부터, 도2와 관련한 도3을 주로 참조하여, 제어 밸브 어셈블리(43)가 보다 상세하세 설명될 것이다. 본 발명의 필수적인 특징은 아니지만, 전체 제어 밸브 어셈블리(45)가 카트리지 스타일 밸브를 포함하는 것으로 도3에 도시되고, 단지 예로서, 도3에 도시되고 제어 밸브 어셈블리(43)를 포함하는 카트리지는 밸브 매니폴드(37)의 하우징 내에 배치된다. 제어 밸브 어셈블리(43)의 좌측 단부(도3에 도시)는 도2에 개요적으로 (볼(ball)로서)도시된 포핏 부재(79)를 포함한, 모드 제어 밸브(45)를 포함한다. 도2에 또한 개요적으로 스텝-오리피스 제어 밸브(47)는 포핏 부재(79)와 동작적으로 관계된다. 제어 밸브 어셈블리(43)의 우측 단부를 향하여 도2에 또한 개요적으로 도시된 솔레노이드 동작된 모드 파이로트 밸브(49)가 배치되어 있다.
제어 밸브 어셈블리(43)는 대체로 원통형 하우징 또는 바디(83)를 포함하는데, 이는 좌측 단부에서 포트(84)에 의해 도관(71)과 개방 유체 연결되어 있고, 이 도관은 고압 어큐뮬레이터(41)(도2에 도시)의 포트에 접속되어 있다. 바디(83)는 다수의 방사상으로 신장되는 포트(85)를 한정하고, 포트(85)에 의해 모드 제어 밸브(45)가 도관(65)을 통해서 펌프-모터 유닛(35)(도2에 도시)의 포트(A)와 유체 연결되도록 한다. 바디(83)는 포핏 시트(87)를 한정하며, 이에 대해서 포핏 부재(79)는 도3에 도시된 바와 같이 상대적으로 가벼운 압축링(88)에 의해 폐쇄 위치를 향하여 바이어스된다. 포핏 부재(79)는 (바디(83) 및 모드 파이로트 밸브(49)와 협동하여) 제어 캐비티(89)를 한정하고, 본 발명의 한 양상을 따르면, 포핏 부재(79)는 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 주로 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력에 의해 도3에서 폐쇄 위치를 향하여 수압식으로 바이어스 된다.
지금부터 주로 도4를 참조하여, 스텝-오리피스 제어 밸브(47)가 보다 상세하게 설명될 것이다. 제어 밸브(47)는 외부로 쓰레드(93)되는 밸브 바디(91)를 포함하는데, 전체 스텝-오리피스 제어 밸브(47)는 포핏 부재(79)내에 도3에 도시된 위치 내로 쓰레드될 수 있다. 밸브 바디(91)는 도관(71)과 개방 연결시 포트(84)를 통해서 (도4의 좌측 단부에서의) 입구(95)를 한정한다. 밸브 바디(91)의 대향 축방향 단부에는 외부 쓰레드된 피팅(fitting)(97)이 배치되는데, 이의 기능은 압축 스프링 부재(99)를 위한 시트로서 작용하는 것이다.
밸브 바디(91)는 축방향으로 신장되는 보어(101) 및 2 세트의 방사상으로 신장되는 포트(103 및 105)(포트(105)는 도4에서 상이한 평면상에 있고 점선으로 도 시되어 있다)를 한정한다. 도3에 최적으로 도시된 바와 같이, 두 세트의 포트(103 및 105)(도3에선 참조 번호가 없음)는 보어(101)로부터 제어 캐비티(89)로 유체를 전달한다. 보어(101) 내에는 랜드(109)를 포함한 밸브 스풀(107)이 배치되는데, 도4에선 감소된 직경 부(111)의 좌측에만 배치되며, 이 주위에는 압축 스프링 부재(99)의 주요 부분이 배치된다. 밸브 스풀(107)은 외부 환형 그러브(117)을 지닌 다수의 방사상 홀(115)을 통해서 개방 연결되어 있는 중앙 보어(113)를 한정한다. 도4에 도시된 밸브 스풀(107)의 위치에서, 중앙 보어(113)는 방사상 홀(115) 및 환형 그루브(117)를 통해서 포트(103)와 유체 연결되어 있다. 중앙 보어(113)는 도4에서 우측 단부를 향하여 하나의 작은 오리피스(119)를 포함한 감소된 직경부를 갖고, 이에 의해 유체는 중앙 보어(113)로부터 보어(101) 내로 연결되지만 랜드(109)의 우측에 연결될 수 있는데, 그 이유들이 후술될 것이다.
지금부터 도5를 참조하면, 바디(83)의 우측 단부 내에 모드 파이로트 밸브(49)가 배치되고 바디(83)의 우측 단부와 쓰레드 맞물리는 지지 부재(121)를 가져 이들 간에 환형 유체 챔버(123)를 한정한다. 환형 유체 챔버(123)는 다수의 방사상으로 신장되는 경로(125)와 개방 유체 연결되는 반면, 바디(83)는 환형 챔버(123)와 개방 연결되는 다수의 각을 이룬 경로(127)를 한정한다. 앵글 경로(127)는 (직접 또는 간접중 어느하나로) 도관(50) 및 시스템의 저압측과 연결되는데, 그 이유는 이하에서 명백하게 될 것이다.
지지 부재(121)의 우측 단부 내에 보빈(129)이 수용되어 있는데, 이 주위에는 전자기 코일(131)(도5에 도시된 단지 상부 1/2)이 배치되며, 이 코일은 (113)으 로 개요적으로 도시된 한 쌍의 전기 리드에 의해 적절한 전기 입력 신호를 수신한다. 지금부터, 코일(131)로의 전기 입력 신호에는 참조 번호 "133"이 병기될 것이다. 보빈(129)의 우측 단부(도5)는 지지 부재(135)(본원에서 단지 부분적으로 도시됨)에 부착되며, 이는 압축 스프링(137)을 위한 시트로서 작용한다. 스프링(137)은 적절한 신호(133)에 의해 활성화되는("온") 코일(131)의 부재시에 자신의 극단, 좌방향 위치(도5에 도시된 위치)를 향하여 전기자 부재(139)를 바이어스 시킨다.
지지 부재(121)의 좌측 단부(도5에서) 내에 다수의 축방향으로 신장되는 유체 경로(143)를 한정하는 밸브 바디(141)가 제공되어 있는데, 이 경로는 제어 캐비티(89)와 개방 유체 연결되어 있다. 상술된 바와 같이, 이는 포핏 부재(79)의 위치를 결정하는 포핏 부재(79) 양단의 유체 압력 차이다. 유체 경로(143)는 환형 챔버(145) 내로 개방되며, 이 챔버(도5의 좌측 단부)의 전방 단부는 포핏 시트(147)를 형성한다. 포핏 시트(147)로부터 방사상으로 안쪽에 챔버(149)가 배치되고, 이와 연결되어, 환형 챔버(153) 내로 개방되는 다수의 방사상으로 신장되는 경로(151)가 배치되어 밸브 바디(141)의 외부 주위에 배치되어 있다. 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 환형 챔버(153)는 방사상으로 신장되는 유체 경로(125)와 개방 연결되어 있음으로, 이 챔버(149)는 상술된 바와 같이 시스템의 저압측과 상대적으로 개방 유체 연결되어 있다.
밸브 바디(141)에 의해 한정된 중앙 보어 내에 통상적으로 포핏 시트(147)에 대한 폐쇄 위치, 즉 도5 및 도6에 도시된 위치로 바이어스되는 포핏 부재(155)가 배치되어 있다. 포핏 부재(155) 내에 포핏 플런저(157)가 배치되는데, 이 플런저는 전기자 부재(139)에서 메이팅 개구(mating opening) 내에 트랩된 우측 단부를 가짐으로써 고정되어, 포핏 플런저(157)가 전기자 부재(139)와 함께 축방향으로 이동되도록 한다. 포핏 부재(155)의 (도5 및 도6의 좌측 단부) 전방 단부는 하나의 작은 파이로트 플로우 개구(158)(도6에서만 보이는 참조 번호)를 한정하는데, 이는 환형 챔버(145)로부터 포핏 부재(155)의 내부 및 포핏 플런저(157)의 감소된 직경부 간에 방사상으로 배치된 환형 챔버 내로 유체 연결되도록 한다. 적절한 신호가 코일(131)로 전송될 때, 전기자(139)는 도5에서 우측으로 당겨져 스프링(137) 힘을 초과함으로써, 포핏 플런저(157)를 축방향으로 신장되는 파이로트 경로(159)를 커버하지 않도록 이동시켜(이는 파이로트 플로우 개구(158) 보다 큰 것이 바람직하다) 포핏 부재(155)의 내부로부터 파이로트 경로(159)를 통해서 그리고 상술된 경로를 통과하여 시스템의 저압측으로 유체 전달시킨다. 파이로트 경로(159)를 통해서 상술된 파이로트 플로우가 발생되면, 포핏 부재(155) 뒤의 "유지" 압력은 저압으로 감소되어, 포핏 부재(155)를 도5 및 도6에서 우측으로 이동시켜, 환형 챔버(145)로부터 포핏 시트(147)를 지나서 방사상으로 신장되는 경로(151)를 통과하여 시스템의 저압측으로 상대적으로 제한되지 않은 유체를 전달시키도록 개방시킨다. 상술된 유체 전달이 제어 캐비티(89) 내의 압력을 시스템의 저압측의 압력에 근사하게 되도록 강하시킨다.
본 발명의 제어 밸브 어셈블리(43)의 동작이 지금부터 상세하게 설명될 것이다. 수압식 구동 시스템(11)이 도2와 관련하여 상술된 바와 같이 "오프"될때마다, 고압 어큐뮬레이터(41)는 소위 "낮은 상태"(예를 들어, 약 3000psi의 압력에서)라 칭하는 가압된 유체를 포함한다. 이 동일한 유체 압력은 어큐뮬레이터(41) 및 아이솔레이션 밸브(61) 간의 도관(57) 및 어큐뮬레이터(41) 및 모드 제어 밸브(45) 간의 도관(71) 내에 제공된다. 오프 또는 중립 상태에서, 전자기 코일(131)에 전달되는 신호(133)는 "오프"되어, 코일(131)이 비활성화됨으로, (도2에 개요적으로 도시된 바와 같이)모드 파이로트 밸브(49)는 도5의 폐쇄 상태가 된다. 모드 파이로트 밸브(49)가 제어 캐비티(89)로부터 시스템의 저압측으로의 전달을 차단시킴으로써, 제어 캐비티(89) 내의 압력은 도관(71) 내의 압력과 실질적으로 동일하게 되고 밸브 스풀(107)은 도4에 도시된 바와 같이 최좌측 위치로 바이어스 된다. 스텝-오리피스 제어 밸브(47)의 위치에서, 제어 캐비티(89)의 압력은 실질적으로 유체 도관(71) 내의 압력으로 유지되는데, 그 이유는 이들 2개의 위치들이 제1 상대적으로 큰 플로우 오리피스(방사상 홀(115)의 도관 에리어) 뿐만 나이라 제2 상대적으로 작은 플로우 오리피스(119)를 통해서 서로 개방 유체 연결된다.
도3에 도시된 바와 같이, 도관(71) 및 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력이 실질적으로 동일하게 됨으로, 포핏 부재(79)는 폐쇄된 위치에 유지되어 포핏 시트(87)에 대해서 바이어스되는데, 그 이유는 제어 캐비티(89) 내에서 유체 압력을 겪는 총 에리어가 도관(71) 및 포트(84) 내에서 유체 압력을 겪는 총 에리어(즉, 포핏 시트(87)로부터 방사상으로 안쪽으로의 에리어) 보다 크기 때문이다. 이는 본 발명의 한 가지 중요한 양상이다. 오프 모드 또는 펌핑 모드중 어느 한 모드에서, 스텝-오리피스 제어 밸브(47)는 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력이 도관(71) 내의 유체 압력과 실질적으로 동일하게 되도록 하는 것이 본 발명의 또 다른 중요한 양 상이다.
차량 조작자가 브레이크 페달을 밟기 시작하면, 적절한 신호가 차량 마이크로프로세서로부터 아이솔레이션 밸브(61)의 솔레노이드로 전송되어, 이를 도2의 하방향으로 이동시키고 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 제어기(55)로 유체 전달을 개방시킨다. 이는 경사판(59)을 적절한 위치로 이동시켜, 펌프-모터 유닛(35)이 도관(65)을 통해서 포트(A)로부터 유체의 펌핑을 시작시킨다. 도3에 최적으로 도시된 바와 같이, 펌프-모터 유닛(35)(브레이킹 동작에 따라서)에 의해 발생된 압력은 포핏 시트(87)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 배치되는 포핏 부재의 에리어에 대해 작용하는데, 이 에리어는 도3에서 "79P"로서 지정되어 있다. 에리어(79P)에 대해 작용하는 펌핑된 압력은 (상술된) 넷 압력 균형(net pressure balance)을 초과하여 포핏 부재(79)를 도3의 폐쇄 위치로 유지시킨다. 단지 예로서, 본 발명의 양수인에 의해 개발된 시스템에서, 포트(85)에서의 압력이 도관(71) 및 제어 챔버(89)에서의 유체 압력 보다 큰 약 35psi(스프링(88)의 등가 힘)일 때, 포핏 부재(79)는 언시트되고 개방 위치에 대해 도3의 우측으로 이동된다. 그러나, 펌핑 모드에서, 포핏 부재(79)는 고압 어큐뮬레이터(41)를 충전할 정도로 충분하게 개방되지 않는다.
따라서, 펌프-모터 유닛(35)의 포트(A)로부터 펌핑되는 가압된 유체는 도관(65)을 통해서 흐르고 나서 포트(85)를 통해서 흐르고(포핏 부재(79)를 언시트한다) 포핏 시트(87)를 거쳐서 포트(84) 및 도관(71)을 통해서 고압 어큐뮬레이터(41)의 포트로 방출되어, 어큐뮬레이터(41)를 충전시킨다. 어큐뮬레이터(41)가 충전되는 정도는 브레이킹 힘(또는 트래블) 뿐만 아니라 브레이킹 이벤트 지속기간을 고려하면서, 차량 조작자에 의한 브레이킹 작용력 및 차량의 관성과 같은 각종 요인들에 좌우된다. 본 발명의 양수인에 의해 개발되는 시스템에서, 그리고 단지 예로서, 어큐뮬레이터는 브레이킹 이벤트 동안 상술된 바와 같이 이 예에서 약 3000psi의 저 상태 압력으로부터 약 5000psi의 "고" 시스템 압력까지 펌핑 업된다.
본 발명의 부가적인 중요한 양상을 따르면, 포핏 부재(79)는 바로 위에 서술된 방식으로 펌프-모터 유닛(35)으로부터 고압 어큐뮬레이터(41)로 가압된 유체를 흐르도록 하지만, 브레이킹 작용력이 중단되고 도관(85) 내의 유체 압력이 감소되자 마자, 포핏 부재(79)는 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력과 스프링(88) 힘의 영향하에서 파이로트-동작되는 "체크 밸브"로서 기능하여, 포핏 부재(79)를 도3에 도시된 폐쇄 위치로 바이어스시킨다. 그 후, 포핏 부재(79)는 체크 밸브로서 기능하여 "역방향" 흐름(즉, 도관(71)으로부터 도관(65)으로의 흐름)을 차단하는데, 그 이유는 펌핑 모드에서 모드 제어 밸브(45)의 동작 동안, 스텝-오리피스 제어 밸브(47)가 도4에 도시된 "큰 오리피스" 상태로 유지되고 상술된 바와 같이, 즉 제어 캐비티(89) 내의 압력은 도관(71) 및 포트(84) 내의 압력과 실질적으로 동일하게 유지된다. 따라서, (상술된 바와 같은)포핏 부재(79)의 동등하지 않은 에리어 상의 스프링(88)의 총 힘 및 수압 균형 힘은 넷 바이어싱 힘을 제공하여 포핏 부재(79)를 폐쇄 상태로 유지시킨다.
감속-가속 사이클의 감속(브레이킹) 부분 이후, 차량 조작자가 쓰로트를 눌러 차량을 가속하기 시작할 때, 이 차량 마이크로프로세서는 적절한 신호를 도2에 도시된 전체 제어 시스템의 여러 부분들에 전송한다. 첫번째, 적절한 신호가 전자 수압식 제어기(55)로 전달되어, 펌프-모터 유닛(35)이 현재 상술된 바와 같이 "오버-센터"로 구동되도록 하는데, 즉 유닛(35)이 펌핑 모드에 있을 때 경사판(59)은 현재 자신의 각도와 대향되는 경사각으로 배치될 것이다. 두번째, 적절한 신호(133)는 전자기 코일(131)로 전송되어, 상술된 바와 같이 스프링(137) 힘에 대향하여 전기자 부재(139)를 유지시킨다. 따라서, 모드 파이로트 밸브(49)는 제어 캐비티(89)로부터 시스템의 저압측으로 유체 전달을 개방시켜, 제어 캐비티(89) 내의 압력을 시스템의 저압측의 압력으로 실질적으로 강하시킨다.
제어 캐비티(89) 내의 저압으로 인해, 방사상으로 신장되는 포트(105)를 통해서 보어(101) 내로, 즉 랜드(109)의 우측으로 저압을 전달시킨다. 따라서, 현재 도4의 좌측을 향하여 밸브 스풀(107)을 바이어싱하는 압축 스프링 부재(99) 만이 존재한다. 동시에, 밸브 스풀(107)을 도4의 우측으로 바이어스시키는 것은 고압 어큐뮬레이터(41)에 순간적으로 제공되고 도관(71) 및 포트(84), 입구(95) 및 중심 보어(113)에 제공되는 전체 시스템 압력이다. 그러므로, 밸브 스풀(107)을 우측으로 바이어스시키는 훨씬 큰 힘은 도4에 도시된 위치로부터 밸브 스풀(107)을 바이어스시켜, 환형 그루브(117)가 더이상 포트(103)와 연결되지 않을 때까지, 즉 "상대적으로 큰" 오리피스가 현재 폐쇄될 때가지 그리고 단지 "상대적으로 보다 작은" 오리피스(19)가 개방될 때까지 스프링(99) 힘을 초과하도록 한다. 다른 말로서, 단지 제어 캐비티(89) 내로의 플로우는 상대적으로 작은 오리피스(119)를 통과하고 나서 포트(105)를 통해서 제어 캐비티(89) 내로 흐르는 플로우이다. 오리피스(119) 의 흐름 에리어는 (상술된 바와 같이 포핏 부재(155) 개방으로 인한) 모드 파이로트 밸브를 통해서 유효 흐름 에리어 보다 훨씬 작고 작은 오리피스(119)를 통한 흐름에 따라서 제어 캐비티(89) 내에서 거의 압력을 증가시키지 않는다.
상술된 상태에서 제어 밸브 어셈블리(43)로 인해, 도관(71) 내에 포함된 고압은 제어 캐비티(89) 내의 저압 힘 더하기 스프링 힘(88)을 손쉽고 신속하게 초과한 포핏 부재(79)를 도3에 도시된 정상 폐쇄된 위치로부터 우측으로 바이어스시켜, 도관(71)으로부터 포트(84)를 통해서, 포트(85) 및 도관(65)을 통해서 펌프 모터 유닛(35)의 포트(A)로 거의 제한되지 않은 유체를 방출시키도록 개방되는데, 포트(A)는 현재 입구 포트로서 작용하고 유닛(35)은 모터로서 현재 동작한다. 반면에, 펌핑 모드에서, 포핏 부재(79)는 유닛(35)이 모터링 모드일 때 상술된 바와 같이 거의 개방되지 않으며, 포핏 부재(79)는 넓게 개방되고, 통상적으로, 포핏 부재(79)의 우측 단부는 지지 부재(121)의 인접 표면과 맞물린다.
따라서, 본 발명의 제어 밸브 어셈블리(43)로 인해, 수압식 구동 시스템(11)이 모터링 모드에서 동작할 때, 모드 제어 밸브(45)는 제어 밸브 어셈블리 양단에서의 거의 압력 강하 없이 어큐뮬레이터(41)로부터 펌프-모터 유닛(35)으로 많은 량의 유체를 전달시킨다. 단지 예로서, 본 발명의 실시예에서, 대약 5000psi로 충전되는 고압 어큐뮬레이터(41)로 인해, 모드 제어 밸브(45)는 대략 10psi의 모드 제어 밸브(45) 양단의 압력 강하로 대략 150gpm의 플로우를 펌프-모터 유닛(35)으로 전달시킨다 라고 결정한다. 모터링 모드의 동작 동안, 본 발명의 또 다른 중요한 양상은 단지 소모되는 "비기능적" 수압 에너지는 작은 오리피스(119)의 에리어 에 의해 결정된 바와 같은 매우 작은 파이로트 플로우라는 것이다.
본 발명의 스텝-오리피스 배열의 한가지 다른 매우 중요한 양상은 모드 파이로트 밸브(49)의 포핏 부재(155)가 폐쇄될 때(신호(133)가 턴 "오프"될 때), 제어 캐비티(89)에서의 유체 압력 증진은 밸브 스풀(107)을 좌로, 즉 도4에 도시된 위치로 다시 이동시킴으로써 가속된다는 것이다. 밸브 스풀(107)의 이와 같은 이동은 상대적으로 강한 스프링(99)의 영향하에서 발생되고 중앙 보어(113), 환형 그루브(117), 및 포트(103)가 어큐뮬레이터(41)로부터 제어 캐비티(89) 내로 상대적으로 제한되지 않은 가압된 유체 플로우를 전달하도록 한다. 제어 캐비티(89) 내로의 이 급속한 압력 전달은 포핏 부재(79)를 폐쇄 위치(도3)로 복귀시키고 스텝-오리피스 제어 밸브(47)가 제공되지 않은 경우 보다 훨씬 고속으로 어큐뮬레이터(41)로부터 유닛(35)의 포트(A)(입구 포트)로의 흐름을 차단시킨다.
본 발명은 본 명세서에서 상세하게 설명되었고, 당업자는 이 명세서를 읽고 이해함으로써 본 발명의 각종 변경들 및 수정을 행할 수 있을 것이다. 따라서 이와 같은 모든 변경들 및 수정들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 한 본 발명에 포함된다.
본 발명은 제어 밸브 어셈블리가 매우 고속 응답 시간에서 상대적으로 큰 유량을 제어할 수 있도록 하지만 제어 밸브 어셈블리 양단에서 매우 작은 압력 강하 및 매우 적은 정지 흐름을 갖도록 하는 것이다.

Claims (7)

  1. 구동 토크를 구동 액슬(27, 29)로 전달하도록 동작될 수 있는 구동 라인(17)을 갖는 시스템 상에 사용하도록 적응되는 수압식 시스템(11)에 사용하기 위한 제어 밸브 어셈블리(43)로서, 상기 수압식 구동 시스템(11)은 펌핑 모드에서 상기 구동 라인(17)으로부터 구동 토크를 수신하도록 동작될 수 있고 모터링 모드에서 상기 구동 라인으로 구동 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 펌프-모터 유닛(35); 제어 밸브 어셈블리(43)를 통해서 상기 펌프-모터 유닛(35)의 제1 포트(A)와 유체 연결되는 고압 어큐뮬레이터(41)를 포함함으로써, 상기 펌프-모터 유닛이 상기 펌핑 모드에 있을 때, 가압된 유체가 상기 제1 포트(A)로부터 상기 고압 어큐뮬레이터(41)로 전달되도록 하고, 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 모터링 모드에 있을 때, 가압된 유체가 상기 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 상기 제1 포트(A)에 전달되도록 하며; 상기 제어 밸브 어셈블리(43)는 상기 어큐뮬레이터(41)와 유체 연결되는 포트(84) 및 포핏 시트(87)를 한정하는 밸브 하우징(83)을 포함하는 제어 밸브 어셈블리(43)에 있어서,
    (a) 제어 캐비티(89)를 한정하는 주 포핏 부재(79)로서, 상기 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력은 상기 주 포핏 부재(79)를 상기 포핏 시트(87)를 향하여 바이어스시키는, 주 포핏 부재;
    (b) 상기 펌프-모터 유닛(35)의 상기 고압 어큐뮬레이터(41) 및 상기 제1 포트(A) 간의 거의 모든 플로우는 상기 펌핑 모드 또는 상기 모터링 모드중 어느 한 모드에서 상기 주 포핏 부재(79) 및 상기 포핏 시트(87)를 통해서 흐르며;
    (c) 개방 및 폐쇄 상태를 갖고 전기 입력 신호(133)에 응답하여 상기 제어 캐비티(89)로부터 저압 소스(50)로의 유체 연결을 제어하도록 동작될 수 있는 파이로트 밸브 어셈블리(49);
    (d) 상기 어큐뮬레이터(41)로부터 상기 밸브 하우징(83)에 의해 한정된 상기 포트(84)를 통해서 상기 제어 캐비터(89)로의 유체 전달을 제어하도록 동작될 수 있고, 상기 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력이 상대적으로 높을 때 제1 상대적으로 큰 플로우 오리피스(115) 및 상기 제어 캐비티 내의 유체 압력이 상대적으로 낮을 때 제2 상대적으로 작은 플로우 오리피스(119)를 한정하여 상대적으로 작은 플로우를 상기 파이로트 밸브 어셈블리(49)로 제공하는 스텝-오리피스 밸브 어셈블리(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수압식 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 포핏 부재(79)는, 상기 밸브 하우징(83)에 의해 한정되는 상기 포트(84)에서의 유체 압력이 상기 제어 캐비티(89) 내의 유체 압력과 실질적으로 동일할 때, 상기 포핏 부재(79)가 폐쇄 상태로 바이어스되어 상기 포핏 시트(89)와 맞물림 밀봉시키도록 상기 포핏 시트(87)에 대해서 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 캐비티(89) 내에 배치되고 상기 제어 캐비티 (89) 에서 상기 유체 압력을 지원하도록 동작되어 상기 포핏 부재(79)를 상기 포핏 시트(87)로 바이어스 시키는 상대적으로 가변운 압축 스프링(88)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포핏 부재(79)는 상기 포핏 시트(79)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 배치되는 외부 포핏 에리어(79P)를 제공하도록 상기 포핏 시트(89)에 대해서 구성되고 상기 펌프-모터 유닛(35)의 상기 제1 포트(A)와 유체 연결됨으로써, 상기 펌핑 모드에서, 펌프로서 작용하는 상기 펌프-모터 유닛(35)에 의해 발생된 유체 압력은 상기 포핏 부재(79)를 개방 위치로 바이어스 시켜, 상기 펌프-모터 유닛(35)으로부터의 플로우가 상기 고압 어큐뮬레이터(41)를 충전하도록 하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스텝-오리피스 밸브 어셈블리(47)는 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 펌핑 모드에 있을 때 상기 밸브 하우징(83)에 의해 한정되는 상기 유체 포트(84) 에서 유체 압력과 실질적으로 동일하게 상기 제어 캐비티(89)에서 유체 압력을 유지시키도록 동작됨으로써, 상기 펌프-모터 유닛(35)이 상기 포핏 시트(87)로부터 방사상으로 바깥쪽으로 배치되는 상기 외부 포핏 에리어(79P)와 유체 연결되는 가압된 유체의 펌핑을 중단할 때, 상기 포핏 부재(79)는 폐쇄 상태로 신속하게 복귀 되어 상기 압축 스프링(88)의 영향하에서 상기 포핏 시트(89)와 맞물림 밀봉되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 상대적으로 작은 플로우 오리피스(119)는 상기 모터링 모드에서 동작 동안, 상기 보다 작은 플로우 오리피스(119)를 통해서 개방 상태의 상기 파이로트 밸브 어셈블리(49)로 상대적으로 작은 파이로트 플로우가 존재하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이로트 밸브 어셈블리가 상기 개방 상태에 있을 때, 상기 파이로트 밸브 어셈블리(49)를 통한 파이로트 플로우는 상기 스텝-오리피스 밸브 어셈블리(47)를 통한 흐름 보다 훨씬 크게되어, 상기 제어 캐비티(89) 내에서 유체 압력을 상당량 감소시키도록 상기 파이로트 밸브 어셈블리(49)의 크기를 정함으로써, 상기 스텝-오리피스 밸브 어셈블리(47)를 상기 어큐뮬레이터(41)로부터 상기 제어 캐비티(89)로의 유체 전달만이 상기 제2 상대적으로 작은 플로우 오리피스(119)를 통과하도록 하는 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 어셈블리.
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