KR20090006211A - 유압식 구동 시스템 및 그에 대한 개선된 필터 부-시스템 - Google Patents

유압식 구동 시스템 및 그에 대한 개선된 필터 부-시스템 Download PDF

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KR20090006211A
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로드니 브이. 싱
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이턴 코포레이션
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Abstract

유닛을 그의 포트(A)로부터 고압 어큐뮬레이터(41)로 가압하는 펌프 모드, 및 유닛이 고압 어큐뮬레이터로부터 가압된 유체에 의해 구동되는 모터 모드를 갖는 유압식 펌프-모터 유닛(35)을 포함하는 유형의 유압식 구동 시스템(11). 시스템은 또한 펌프-모터 유닛(35)의 대향하는 포트(B)와 연결된 저압원(39), 및 그 사이에 배치된 회로 필터를 포함한다. 필터 회로(107)는 유닛이 펌프 모드일 때 저압원(39)으로부터 포트(B)로 제약받지 않는 제1 흐름 경로, 및 유닛이 모터 모드에 있을 때 포트(B)로부터 저압원(39)으로 제2 흐름 경로를 한정한다. 제2 흐름 경로는 직렬로 필터 차단 밸브(121) 및 필터(127)를 통한 하나의 경로 부분(125), 및 이에 평행한, 제어된 흐름 제약(135)을 통한 다른 경로 부분을 포함한다. 그러므로 여과는 모터 모드 동안에만 발생하며, 여과되는 유체 비율이 미리 결정될 수 있다.
Figure P1020087028571
유압식 구동 시스템, 유압식 펌프-모터 유닛, 저압 어큐뮬레이터, 고압 어큐뮬레이터, 모터 모드, 필터 회로, 밸브

Description

유압식 구동 시스템 및 그에 대한 개선된 필터 부-시스템{HYDRAULIC DRIVE SYSTEM AND IMPROVED FILTER SUB-SYSTEM THEREFOR}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 발명은 2003년 7월 22일자, Rodney V. Singh에 의한, 계류중인 U.S.Serial No. 10/624,805호 "Hydraulic Drive System And Improved Filter Sub-system Therefor"의 CIP(일부 계속 출원)인 2004년 4월 21일자, Rodney V. Singh에 의한, U.S. Serial No. 10/828,590호 "Hydraulic Drive System And Improved Filter Sub-system Therefor"의 CIP이다.
본 발명은 차량 동작 사이클의 일부 동안 펌프의 역할을 하며 차량 동작 사이클의 다른 일부 동안 모터의 역할을 하는 펌프-모터 유닛을 포함하는 유형의 유압식 구동 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구동 시스템을 제어하는 개선된 제어 회로, 및 이러한 유압식 구동 시스템에서 사용하기 위한 필터 부-시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제어 회로 및 필터 부-시스템이 여러 종류의 유압식 구동 시스템에서 사용될 수 있을지라도, 본 발명은 특히, 차량 유압식 회생 제동 시스템의 파트를 포함하는 유압식 구동 시스템상에서 사용될 때 유리하며, 그에 관하여 설명될 것이다.
단지 예로써 차량이 후륜 구동 유형인 것을 가정하며, 회생 제동 능력을 갖는 차량 유압식 구동 시스템에서, 일차 구동 토크는 종래 기계적인 변속기(transmission)를 통해 엔진으로부터 전달되며, 그 후에 후방 구동 휠에 종래 구동 라인에 의해 전달된다. 제동 동안(즉, "감속-가속"의 제동 부분 동안), 이동하는 차량의 운동 에너지(kinetic energy)가 유압식 펌프-모터 유닛에 의해 변환되는데, 이는 그의 펌프 모드에서 동작하도록 명령되어 있고, 펌프-모터 유닛은 고압 어큐뮬레이터를 충전한다. 그 후에 차량이 가속될 때, 유압식 펌프-모터 유닛은 그의 모터 동작에서 동작하도록 명령되고, 고압 어큐뮬레이터에 저장된 고압이 펌프-모터 유닛에 전달된다. 모터의 역할을 하는 펌프-모터 유닛의 결과적인 출력 토크는 차량 구동 라인에 전달된다.
본 발명이 회생 제동 능력을 갖는 상술된 유형의 구동 시스템에 사용하기에 특히 적합한 여러 이유가 있다는 것을 당업자가 이해할 것이다. 우선, 이러한 시스템은 전형적으로 관련된 고압 어큐뮬레이터를 포함할 뿐 아니라, 저압 소스를 포함하는데, 이는 개방형 공급원(open reservoir) 또는 저압 어큐뮬레이터를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 그러나 구동 시스템에서 저압 소스 및 고압 어큐뮬레이터의 존재는 구동 시스템의 구성 및 제어의 어떤 양상을 복잡하게 한다. 둘째, 차량 사이클의 일부동안 펌프 모드에서 동작하며, 차량 사이클의 일부동안 모터 모드에서 동작하는 펌프-모터 유닛의 존재는 구동 시스템 및 그의 제어에 임의의 부가적인 요구 조건 및 복잡성을 가져온다.
회생 제동을 성취하는데 사용되는 본 발명에 관한 유형의 유압식 구동 시스템에서 발견되는 복잡성들 중 하나는 오일의 적절한 여과법을 보장하는데 필수적이다. 종래 폐루프 유압식 변속기 또는 HST(즉, 펌프 및 모터 조합)의 일반적인 적절한 동작 사이클에서 펌프는 거의 항상 펌프의 역할을 하며, 모터는 거의 항상 모터의 역할을 한다. 이러한 폐루프 HST 시스템에서, 유체(fluid)가 전형적으로 전하 펌프에 의해 폐루프 회로로 리턴된 후에, 케이스 드레인 유체의 일부가 열 교환기 및 필터와 같은 소자를 포함하는 병렬 회로를 통해 전달되는 것이 통상적이다.
본 발명의 유압식 구동 시스템에는, 별도의 펌프 유닛 및 모터 유닛 대신, 상술된 펌프-모터 유닛이 존재한다. 본 발명의 유압식 구동 시스템에서 사용되는 유형의 펌프-모터 유닛의 이중 모드 성능의 관점에서, 상술된 폐루프 HST 시스템에 전형적으로 사용되는 유형의 "병렬-경로" 필터의 유형을 쉽게 사용할 수 없다. 게다가, 전형적인 폐루프 HST 시스템에서 유체 흐름의 "방향"은 그의 동작 사이클에 걸쳐 동일하며, 본 발명에 관한 유형의 유압식 구동 시스템에서, 전체 유압식 시스템의 여러 부분은 하나의 동작 모드 동안 한 방향으로 유체 흐름이 "보이며" 다른 모드(예컨대, 가속) 동안 대향하는 방향으로 유체 흐름이 "보인다". 유압식 회로 기술에서 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 그의 일반적인 동작의 일부로서 흐름의 역을 경험하는 회로에서 종래 필터 소자를 사용하는 것이 용이하지 않다.
단지 예시의 방법으로, 본 발명에 관한 유형의 유압식 구동 시스템에서, 펌프-모터 유닛의 입구와 직렬의 흐름 관계로 필터 회로 또는 필터 소자를 위치시키기 위한 타당성이 없다. 펌프-모터 유닛이 펌프 모드에서 동작할 때, 펌프 입구와 직렬의 필터 소자의 존재는 펌프 입구 흐름을 제한하므로, 전체 구동 시스템으로부터 나오는 과도한 희망하지 않는 잡음 및 유닛의 캐비테이션(cavitation)의 결과를 가져온다. 동시에, (모터 모드에서 동작할 때) 하나의 결과가 유닛에 걸쳐 총 압력 강하의 결과일 것이기 때문에 구동 시스템의 전체 효율성이 감소하므로, 유닛의 출구에 직렬로 필터 소자를 위치시키는 것에 타당성이 없다. 다른 희망하지 않는 결과는 필터 소자가 오염물 입자를 수집함에 따라 유닛에 걸쳐 압력 강하가 바뀌므로 총 시스템 성능이 또한 바뀐다는 것이다. 필터 소자가 (모터 모드에서) 유닛의 출구에 직렬로 연결된다면, 필터 소자는 파열되고, 전체 시스템을 비극적으로 오염시킨다. 게다가, 포함된 큰 흐름 레이트로 인해, 필터 소자는 특히 모바일 애플리케이션을 위해 고려되고, 희망하는 것보다 커야만 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 단점을 극복하는, 차량 유압식 회생 제동 시스템과 관련하여 사용될 수 있는 유형의 개선된 유압식 구동 시스템, 및 이를 위한 제어 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필터 소자가 오염물 입자를 수집함으로써 시스템 성능에 어떠한 실질적인 변화도 없이 유닛이 펌프 모드에 있을 때와 유닛이 모터 모드에 있을 때 시스템 및 펌프-모터 유닛의 요구를 충족시킬 수 있는 필터 부-시스템을 포함하는 개선된 유압식 구동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술된 목적을 성취하며, 두 개의 상이한 흐름 경로를 한정하는 개선된 필터 부-시스템을 제공하는 것인데, 제1 경로는 펌프-모터 유닛이 펌핑할 때, 상대적으로 적은 흐름 제약을 제공하며, 제2 경로는 유닛이 모터링할 때 제어되는 필터 작용을 성취한다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 엔진 및 구동 라인을 갖는 차량 상에서 사용하도록 적응된 개선된 유압식 구동 시스템의 규정에 의해 성취된다. 구동 시스템은 펌프 모드에서 구동 라인으로부터 구동 토크를 수신하도록 동작할 수 있으며, 모터 모드에서 구동 라인으로 구동 토크를 전송하도록 동작할 수 있는 유체 정역학적인 펌프-모터 유닛(hydrostatic pump-motor)를 포함한다. 고압 어큐뮬레이터는 펌프-모터 유닛이 펌프 모드에 있을 때 모드 밸브 수단을 통해 펌프-모터 유닛의 제1 포트와 유체 연통되며, 가압된 유체는 펌프-모터 유닛으로부터 고압 어큐뮬레이터로 전달된다. 펌프-모터 유닛이 모터 모드일 때, 가입된 유체는 고압 어큐뮬레이터로부터 펌프-모터 유닛으로 전달된다. 저압원은 펌프-모터 유닛의 제2 포트와 유체 연통된다.
개선된 유압식 구동 시스템은 저압원 및 펌프-모터 유닛 사이에 배치된 필터 회로에 의해 특징지어진다. 필터 회로는 펌프-모터 유닛이 펌프 모드에 있을 때 저압원으로부터 제2 포트로 상대적으로 제약받지 않는 제1 흐름 경로를 한정한다. 필터 회로는 펌프-모터 유닛이 모터 모드에 있을 때 제2 포트로부터 저압원으로 제2 흐름 경로를 한정한다. 제2 흐름 경로는 직렬로 필터 소자 및 필터 차단 밸브를 통한 하나의 경로 부분, 및 이와 평행하게, 제어된 흐름 제약을 통한 다른 경로 부분을 포함하며, 이로써 제1 포트로부터 유체 흐름의 한 부분이 필터 소자를 통해 흐르며, 제2 부분으로부터 유체 흐름의 나머지가 제어된 흐름 제약을 통해 흐른다.
본 발명의 부가적인 제한된 양상에 따르면, 유압식 구동 시스템은 필터 차단 밸브 및 필터 소자를 제외하는 필터 회로에 의해 한정된 상대적으로 제약받지 않는 제1 흐름 경로에 의해 특징지어진다.
도1은 본 발명의 유압식 구동 시스템이 특히 잘 적용된 유형의 전체 차량 구동 시스템의 개략도.
도2는 본 발명의 제어 회로 및 필터 부-시스템 둘 다를 포함하는, 본 발명의 유압식 구동 시스템의 유압식 개략도(hydraulic schematic)로서, 필터 부-시스템은 단지 개략적인 블록 형태로 도시된, 개략도.
도3은 본 발명의 하나의 중요한 양상을 포함하는 필터 부-시스템의 바람직한 실시예를 도시하는 상세한 유압식 개략도.
도4는 본 발명의 필터 부-시스템의 바람직한 실시예의 부분적인 횡단면도.
본 발명을 제한하려는 의도가 아닌 도면을 이제 참조하면, 도1은 본 발명의 유압식 구동 시스템이 특히 적절히 적용되는 유형의 차량 구동 시스템을 도시한다. 본 발명이 사륜 구동(또는 네 개의 구동 휠)을 갖는 차량에 국한되는 것이 아니라 또한 단지 이륜 구동을 갖는 차량에 사용될 수 있고, 이 경우에, 이륜 구동 휠이 후륜 구동이거나 전륜 구동(front drive wheels)일 수 있을지라도, 도1에 개략적으로 도시된 차량 시스템은 네 개의 구동 휠(W)을 갖는다. 종래 유형의 휠 제동(B)이 각각의 구동 휠(W)에 동작적으로 관련되며, 이들의 세부 사항은 본 발명의 어떠한 부분도 구성하지 않으며, 휠 제동(B)은 이후에 간단히 언급될 것이다. 바람직하게, 휠 제동(B)은 이제 당업자에게 널리 공지되며 상업적으로 이용 가능한 유형의 전체 EHB(electro-hydraulic brake) 시스템의 일부이다.
차량은 일반적으로 11로 병기된 차량 구동 시스템을 포함하는데, 이는 차량 엔진(13) 및 변속기(15)를 갖는다. 구동 시스템 장치 등 뿐만 아니라, 특정한 유형의 엔진(13) 및 변속기(15) 및 이들의 구조적인 세부사항은 첨부된 청구항에 특히 언급된 범위를 벗어나서, 본 발명의 어떠한 부분도 구성하지 않으므로, 본원에서 더 이상 설명되지 않을 것임을 이해해야만 한다. 게다가 본 발명은 "엔진"으로 일반적으로 여겨지는 것을 사용하도록 특히 제한되는 것이 아니므로, 본 발명의 범위 내에서, "엔진"은 어떤 유형의 전력원 또는 다른 주요 발동기를 의미하고 포함할 것임을 이해해야 할 것이다.
변속기(15)로부터 후방으로 신장하는 것은 일반적으로 17로 병기된 구동 라인이다. 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 구동 라인(17)은 전방 구동 샤프트(19), 중간 구동 샤프트(도1에서 도시되지 않음), 후방 구동 샤프트(23), 내부-휠 차동 장치(25) 및 좌우 후방 축 샤프트(27,29)를 포함한다. 당업자는 본 명세서의 다음 판독 및 이해로부터, 제한의 목적이 아니라 전체 차량 구동 시스템(11)의 이해를 일차적으로 용이하게 하기 위해서 구동 라인(17)이 샤프트(19,23)를 포함하는 것으로서 도시되고 설명되고 있음을 이해할 것이다.
주요 실시예에서 구동 시스템(11)은 또한 좌우 전방 축 샤프트(31,33)를 각각 포함한다. 다시 도1을 우선 참조하면, 매우 통상적인 이미 설명된 "기계적인" 소자 외에, 구동 시스템(11)은 또한 35로 병기된 유압식 펌프-모터 유닛을 포함하며, 밸브 다기관(37)이 펌프-모터 유닛(35)의 전방에 배치된다. 특정 장치가 반전되거나 변경되거나 어떤 다른 방법으로 재배열될 수 있을지라도, 저압 어큐뮬레이터로서 도1 및 도2에 도시된, 저압원(39)은 밸브 다기관(37)의 앞 부분에 부착되며, 고압 어큐뮬레이터(41)는 밸브 다기관(37)의 뒷부분에 부착된다. (이후 주지되는 범위를 벗어난) 밸브 다기관(37)의 특정 디자인 및 세부 사항 및 어큐뮬레이터(39,41)는 본 발명의 필수적인 특징이 아니므로, 각각의 구조 세부 사항은 본원에서 도시되거나 설명되지 않을 것임이 이해되어야만 한다. 대신, 각각의 일반적인 기능 및 동작이 도2의 개략적인 시스템에 관하여 간단히 설명될 것이지만, 본 발명의 필터 부-시스템 및 제어 회로의 설명을 위해 "환경"으로서 유압식 구동 시스템의 몇몇 동작 모드를 설명하는데 필수적인 범위일 뿐이다. 또한, 폐루프 회로에서 사용하기 위한 저압 어큐뮬레이터로서 도1 및 도2에 도시된 저압원(39)이 대안적으로 개방 루프 회로에서 사용하기 위한 개방형 공급원일 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야만 한다. 그러므로 본 명세서에서 이후 저압 어큐뮬레이터에서 행해지는 모든 참조는 거의 설명의 용이성을 위한 것이며 어떤 방법으로 본 발명을 제한할 의도가 아니다.
다시 우선 도1을 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 도1에 도시된 전체 유압식 구동 시스템의 이해를 용이하게 하기 위해서 상당히 상세히 설명될 것이다. 펌프-모터 유닛(35)은 일반적으로 43으로 병기된 클러치 어셈블리 부분 및 일반적으로 45로 병기된 펌프-모터 부분을 포함한다. 중간 구동 샤프트는 유압식 펌프-모터 유 닛(35)을 통과해 완전히 신장하며 바람직하게 그의 전단부에서 전방 구동 샤프트(19)로 연결을 위해 보편적인 조인트 커플링(도시되지 않음)을 가질 것이다. 유사하게, 중간 구동 샤프트는 본 발명의 범위 내에서, 도시되고 설명된 특정 배열체가 일부 다른 방법으로 반전되거나 변경될 수 있을지라도, 그의 후단부에서 후방 구동 샤프트(23)로 연결을 위해 보편적인 조인트 커플링(또한 도시되지 않음)을 가진다.
이제 도2를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35) 및 두 개의 어큐뮬레이터(39,41)와 다르게, 도2의 유압식 개략도에 도시된 모든 것은 전형적으로 도1에 도시된 밸브 다기관(37) 내에 포함되거나 밸브 다기관(37)에 부착될 것이 인식되어야만 한다. 또한, 펌프-모터 유닛(35)이 그의 중립(제로 변위) 조건(차량이 감속-가속 사이클에 있지 않은 경우임)에 있을 때마다, 펌프-모터 유닛(35) 및 두 개의 어큐뮬레이터(39,41) 사이에서, 도2에 도시된 유압식 시스템 내에 실질적인 흐름이 없음을 이해야만 한다. 그러나 이러한 시스템의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 각각의 어큐뮬레이터(39,41) 상의 사전 변화로 인해, 앞으로 상세히 논의되는 바와 같이, 시스템은 펌프-모터 유닛(35)이 중립 조건에 있는 동안 "가압"된다.
밸브 다기관(37) 내에 포함된 (도2에 도시된 바와 같은) 유압식 시스템은 모드 제어 밸브(81) 및 이에 동작적으로 관련된 스텝-오리피스 제어 밸브(step-orifice control valve)(83) 및 솔레노이드형 모드 파일럿 밸브(85)를 포함한다. 본 발명의 제한이 아니라 본 발명의 설명 및 가능성으로서 밸브(81,83,85)에 대해 아래에서 언급될지라도, 밸브(81,83,85)의 기능 및 동작은 아래에서 다소 상세히 설명될 것이다.
펌프-모터 유닛(35)은 가변 변위 유형이므로, 도2에 87 및 89로 병기된 유형의 한 쌍의 유체 압력 서보 액추에이터(fluid pressure servo actuators)로서, 어떤 종류의 변위-변화 수단을 포함한다. 서보 액추에이터(87,89)는 전형적인 일렉트로-유압식 제어기(91)의 출구에 유압으로 연결된다. 제어기(91)의 기능은 경사판(swashplate)(95)의 희망하는 각 및 변위를 성취하기에 적합한 것으로서 서보 액추에이터(87,89)들 중 하나로 도관(93)으로부터 가압된 유체를 전달하는 것이며, 이들 모두는 일반적으로 펌프 및 모터 기술, 특히, 축 피스톤 펌프 기술의 당업자에게 널리 공지되었다. 본 발명에 관한 유형의 유압식 구동 시스템의 당업자는 전형적인 HST 시스템과 같이 펌프-모터 유닛(35)의 경사판(95)으로부터 제어기(91)로 기계적인 피드백이 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 그러나 바람직하게, 제어기(91)로의 피드백은 경사판(95)의 위치 표시에도 불구하고 전기적으로 성취된다. 어떤 유형의 피드백은 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 이해되어야만 한다.
도2에 도시된 바와 같이 솔레노이드 동작되는 포펫-형 밸브(poppet-type valve)인 것이 바람직한 격리 밸브(97)가 고압 어큐뮬레이터(41) 및 일렉트로-유압식 제어기(91) 사이에 직렬로 배치된다. 유압식 구동 시스템(11)이 동작할 때마다, 격리 밸브(97)는 "ON" 상태인데, 즉, 고압이 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 제어기(91)로 자유롭게 전달된다. 유압식 구동 시스템(11)이 "OFF" 상태일 때마다 격리 밸브(97)는 도2에 도시된 위치로 스프링 바이어싱 되는데, 여기서 펌프-모터 유닛(35) 및 제어기(91)는 고압 어큐뮬레이터(41)로부터 유압적으로 "격리"된 상태를 유지하여, 어큐뷸레이터(41)가 제어기(91)를 통해 "손실되지 않는(leak down)" 반면, 시스템이 동작하지 않는다. 구동 시스템이 "OFF" 상태인 것은 차량이 감속-가속 사이클에 있지 않을 때 차량 동작 사이클의 일부, 및 차량이 전혀 동작하지 않는(엔진이 "OFF" 상태) 시간 둘 다를 의미하며 포함하는 것으로 이해될 것이다.
또한, 도2를 참조하면, 구동 시스템(11)은 일반적으로 99로 병기된 바이패스 밸브 어셈블리를 포함하는데, 이는 또한 밸브 기술에서 널리 공지된 용어로서 "언로딩" 밸브(unloading valve) 또는 "덤프" 밸브(dump valve)에 관련될 수 있다. 그러므로 바이패스 밸브 어셈블리(99)는 엔진이 "OFF" 상태일 때마다(도관(93,109,111)에 어떠한 구동 압력도 존재하지 않음), 펌프-모터 유닛(35)을 "언로드"하여, 구동 라인(17)으로 전송되는 어떠한 의도되지 않은 토크도 존재하지 않을 것이다. 유압 회로 기술의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 바이패스 밸브 어셈블리(99)는 전형적으로 펌프-모터 유닛(35)을 "언로드"하기 위한 회로에 포함될 것이다. 이는 바이패스 밸브 어셈블리(99)와 같은, 특정 부-시스템의 특정 디자인 및 동작을 결정하기 위해서 당업자의 능력 내에 있는 것으로 여겨진다.
유압식 구동 시스템(11)은 또한 일반적으로 101로 병기된 릴리프 밸브(relief valve)를 포함하는데, 이는 도2에 도시된 바와 같이 닫힌 위치로 바이어싱된 스프링이다. 릴리프 밸브(101)의 입구는 도관(103)에 연결되는데, 상기 도관은 상기 입구를 고압 어큐뮬레이터(41)의 포트 및 모드 제어 밸브(81)의 입구와 상호 연결시킨다. 도관(103)의 압력이 소정의 최대값을 초과할 때마다, 릴리프 밸브(101)는 도관(103)으로부터 도관(105)(아래에서 더 명백해지는 바와 같이 시스템 의 "저압" 측이 고려될 수 있음)으로 전달을 허용하는 위치로 (도2에서 아래로) 바이어싱된다. 결국, 도2를 또한 참조하면, 유압식 구동 시스템(11)은 아래에서 더 상세히 설명될 일반적으로 107)로 병기된 필터 회로를 포함한다.
이제 도2 및 도3 모두를 참조하면, 펌프-모터 유닛(35)은 모드 제어 밸브(81)에 도관(109)에 의해 연결되어 디자인된 포트(A)를 포함하는 것으로 보여질 수 있다. 유닛(35)은 또한 도관(111)에 의해서 필터 회로(107)와 유체 연통되며, 또한, 도관(105)과 연통되어, 도관(105,111)이 상술된 바와 같이 시스템의 "저압" 측을 포함하는 것으로 디자인된 포트(B)를 포함한다. 아래의 설명에서 보여지는 바와 같이, 펌프-모터 유닛(35)이 펌프 모드에 있을 때, 포트(A)는 출구 포트(도2 및 도2의 펌프 심볼에서 화살표로 보여짐)이며, 유닛(35)이 모터 모드일 때, 포트(A)는 가압된 출구 포트이며, 포트(B)는 빈 출구 포트이다.
다시 도2를 참조하면, 유압식 구동 시스템(11)의 일반적인 동작이 간단히 설명될 것이다. 상술된 바와 같이, 차량이 감속되거나 가속될 때, 펌프-모터 유닛(35)(도1의 펌프-모터 부분(45))은 중간 구동 샤프트로부터 클러치 탈착되며, 도1에 도시된 전체 차량 구동 시스템은 유압식 구동 시스템(11)이 존재하지 않은 것과 동일한 방법으로 동작한다.
차량 오퍼레이터가 제동 동작을 수행하기 시작할 때, 하나의 결과는 클러치 어셈블리 부분(43)이 액추에이팅되는 것이므로, 펌프-모터 유닛(35)이 이제 구동 샤프트에 클러치되며, 적절한 명령이 일렉트로-유압식 제어기(91)에 제공되어, 한 방향에서 경사판(95)을 변위시켜 (전방향으로 이동하는 차량과 함께) 구동 라 인(17)의 회전은 펌프-모터 유닛(35)이 포트(A)로부터 도관(109)으로 가압된 유체를 펌프하도록 한다. 유압식 회생 제동 시스템 기술의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 경사판(95)의 변위(그로 인한, 구동 라인(17)의 회전당 유체 출력)는 전형적으로 차량 오퍼레이터가 제동 페달을 압축 해제하는 범위에 전형적으로 비례한다. 이제 경사판(95)의 변위를 설정하기 위해 설정된 특정 수단 또는 기준이 본 발명에 필수적이지 않을지라도, 오퍼레이터에 의해 적용되는 제동 토크에 비례하거나 제동 페달의 변위에 비례하여 경사판(95)의 변위를 설정하는 방법이 당업자에게 공지된다.
펌프 모드의 펌프-모터 유닛(35)에 대하여, 도관(109)을 통해 전달되는 가압된 유체는 모드 제어 밸브(81)에서 포펫 부재(113)를 장착 해제시켜, 가압된 유체가 도관(103)으로 흘러, 이로부터 고압 어큐뮬레이터(41)를 압축시킨다. 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 고압 어큐뮬레이터가 가스-충전 유형(gas-charge type)이다. 유압은 필수적으로 유지되어 (항상 도관(93) 및 도관(103) 둘 다의 최소량 충전(charge)이 존재하도록) 오일의 최소량이 항상 고압 어큐뮬레이터(41)에 유지된다. 전형적인 감속 사이클의 마지막에, 고압 어큐뮬레이터(41)는 최대 시스템 압력, 전형적으로 약 5000psi에 이르도록 충전된다.
제동 사이클의 감속부의 만료시, 차량 오퍼레이터가 제동 페달을 해제하며 가속기를 압축 해제하기 시작할 때, 적절한 신호가 펌프 모드(상술됨)로부터 모터 모드로 변환을 위해 펌프-모터 유닛(35)에 명령하는 전자기 제어기(91)에 전달된다. 모터 모드에서, 경사판(95)은 유닛이 펌프 모드에 있을 때(즉, 경사판(95)이 " 오버-센터(over-center)"로 갈 때) 존재하는 반대 기울기에 배치된다. 펌프-모터 유닛(35)이 모터 모드에 있을 때, (포트(A)로부터 포트(B)로) 펌프-모터 유닛(35)을 통과하는 흐름은 펌프-모터 유닛(35)이 토크를 구동 라인(17)으로 전송하도록 경사판(95)을 변위시켜, 차량의 앞으로 움직임에 대응하는 방향으로 구동 라인(17)을 구동시키는 경향이 있다. 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 모드 제어 밸브(81)는 가압된 유체가 항상 도관(109)으로부터 도관(103)으로 흐를 수 있도록(즉, 펌프 모드) 구성된다. 그러나 단지 모드 파일럿 밸브(85)가 적절한 입력 신호를 그의 솔레노이드로 수신할 때, 도관(103)을 통하고 그 후에 도관(109)을 통해 어큐뮬레이터(41)로부터 펌프-모터 유닛(35)의 포트(A)로 고압 유체의 상대적으로 제약받지 않는 흐름을 허용하기 위해, 포펫 부재(113)의 개구에서 지원하는 적절한 파일럿 신호(115)가 존재한다.
주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 저압 어큐뮬레이터(39)는 또한 가스-충전 유형이며, 항상 주요 실시예에서 단지 예시의 방법으로, 약 50psi의 펌프-모터 입구 포트(B)에서 최소 입구 충전 압력을 유지한다. 이는 유닛(35)이 고압 어큐뮬레이터(41)를 펌프하기 전에, 사이클의 감속부의 마지막에 관하여 정확하다. 사이클의 가속부의 만료 이후에, 저압 어큐뮬레이터(39)가 거의 모든 오일을 포함할 때, 저압 어큐뮬레이터(39)에서 압력은 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로 약 150psi로 올라간다.
이제 도3을 참조하여 필터 회로(107)가 설명될 것이다. 도관(105,111)이 시스템의 저압 측을 포함한다고 상술되었을지라도, 저압 어큐뮬레이터(39)의 존재로 인해, 도관(111)에서 압력은 여러 유압식 시스템에서의 경우와 같이 시스템의 일반적인 동작 동안, 꼭 0이거나 공급원 압력이지 않을 것이다. 대신, 상술된 바와 같이, 단지 예시의 방법으로, 저압 어큐뮬레이터(39)는 도관(117,111)이 본 발명의 본 실시예에서, 적어도 약 50psi의 압력에서 유지되는 것을 보장한다. 도2에서 또한 보여지는 바와 같이, 저압 어큐뮬레이터(39)의 포트는 도관(117)에 의해서 필터 회로(107)와 연결된다(부분적으로 도3에 또한 도시됨).
대안적으로, 개방형 공급원이 도1 및 도2에 도시되며 상술된 바와 같이 저압 어큐뮬레이터(39) 대신 저압원(39)으로서 유압식 구동 시스템에서 사용된다면, 충전 펌프(도시되지 않음)는 시스템에 통합될 필요가 있을 것이다. 충전 펌프(도시되지 않음)는 캐비테이션을 방지하도록 펌프-모터 유닛(35)의 입구에 충전 압력을 제공할 것이며, 도관(117,111)이 최소 압력으로 유지되는 것을 보장한다.
도4와 함께 도3을 다시 참조하면, 필터 도관(107)은 도3에서 단지 개략적으로 도시되었지만, 도4에서 밸브 하우징으로 일반적으로 119로 병기된 필터 다기관 내에 전형적으로 배치될 것이다. 필터 다기관(119) 내에는 투-포지션, 투-웨이 필터 차단 밸브(two-position, two-way filter shut-off valve)(121)이 배치되는데, 이는 개방 위치(도3에 도시된 흐름 위치"F")로 바이어싱된 스프링이지만, 차단 밸브(121)는 핸들(123)과 같은 어떤 적절한 수단에 의해서 이를 통한 흐름을 차단하는 위치(도3에서 격리 위치"I")로 수동으로 변위될 수 있다. 도3에 도시된 개방 위치에서 필터 차단 밸브(121)에 대해서, 저압 유체는 아래에서 설명되는 이유로 인해 필터 다기관(119)의 외부로 신장하는 것으로서 도3에 도시된 도관(125)으로 도 관(111)으로부터 흐를 수 있다. 도관(125)은 필터 소자(127)의 "입구" 측에 유체 연통되며, 필터 소자(127)의 출구는 확인 밸브(131)(필터 소자(127)를 통해 역류를 방지)의 입구에, 그리고 이로부터 도관(117)으로 도관(129)에 의해 연결된다.
도관(111)은 또한 일반적으로 133으로 병기된 오리피스 및 밸브 어셈블리의 한 포트와 연결되고, 어셈블리(133)의 다른 포트는 도관(117)에 개방형으로 연결된다. 오리피스 및 밸브 어셈블리(133)는 정해진 흐름 오리피스(135) 및 확인 밸브(137)를 포함하는 병렬 경로 장치이며, 이 장치의 기능은 아래에서 설명될 것이다.
본 발명의 하나의 중요한 양상에 따르면, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 목적들 중 하나가 도3에 도시된 바와 같이, 필터 회로(107)의 규정에 의해 충족되며, 흐름은 필터 소자(127)를 통과하는 반면, 펌프-모터 유닛(35)은 단지 그의 모터 모드에 있지만, 펌프-모터 유닛(35)이 그의 펌프 모드에 있을 때, 필터 회로(107)는 저압 어큐뮬레이터(39)로부터 펌프-모터 유닛(35)의 입구 포트(포트(B))로 유체 흐름에 상대적으로 적은 제약을 준다.
본 발명의 필터 회로(107)의 동작은 이제 다소 상세히 설명될 것이다. 펌프-모터 유닛(35)은 그의 펌프 모드일 때, 저압 어큐뮬레이터(39)로부터 저압 유체(주요 실시예에서 약 150psi에서 약 50psi로 초기에 떨어짐)가 도관(117)을 통해 흐르지만, 필터 소자(127)를 통과하여 흐르는 것으로부터 확인 밸브(131)에 의해 차단된다. 그러므로 필터 회로(107)를 통과하는 이러한 "제1 흐름 경로"에서, 저압 어큐뮬레이터(39)로부터 모든 흐름이 도관(117)을 통해 흐른 후에 오리피스 및 밸브 어셈블리(133)를 통해 흐른다. 어셈블리(133) 장치는 (확인 밸브(137)에 의해 장착 해제함으로써) 어셈블리(133)를 통과하며, 그 후에 도관(111)을 통해 펌프-모터 유닛(35)의 입구 포트(포트(B))를 통과하는 상대적으로 제약받지 않는 흐름 경로를 제공한다. 상술된 제1 흐름 경로에서, 일부 흐름은 정해진 흐름 오리피스(135)를 통과하지만, 펌프 모드에서 전형적으로 주요 흐름은 장착 해제된 확인 밸브(137)를 통과할 것이다.
펌프-모터 유닛(35)이 모터 모드로 스위치될 때, 포트(B)가 펌프-모터 유닛(35)의 출구 포트이도록, 도관(111)을 통과하는 흐름은 저압 어큐뮬레이터(39)로 유체가 리턴함으로써 "제2 흐름 경로"를 통해 흐른다. 이러한 제2 흐름 경로는 두 개의 경로 부분을 병렬로 포함한다. 하나의 경로 부분은 필터 차단 밸브(121)를 통과하고, 그 후에 도관(125) 및 필터 소자(127)를 통과하고, 도관(129)을 통과하며, 장착 해제된 확인 밸브(131)를 통해 도관(117)으로 흐른다. 다른 경로 부분은 오리피스 및 밸브 어셈블리(133)를 통해 흐르지만, 이제 설명되는 방향으로의 흐름은 단지 정해진 흐름 오리피스(135)를 통해 도관(117)으로 흘러, 필터 소자(127)를 통과하는 유체와 다시 합쳐진다.
그러므로 적절하게 필터 소자(127) 및 유압 기술의 당업자의 능력 내에서 널리 신뢰받는 정해진 흐름 오리피스(135)를 선택함으로써, 거의 미리 정해진 비율의 흐름이 모터 모드에서 필터 소자(127)를 통과하도록 한다. 주요 실시예의 전개 과정에서, 단지 예시의 방법으로, 모터 모드에서 약 80%의 흐름이 정해진 흐름 오리피스(135)를 통과하는 반면, (포트(B)로부터 어큐뮬레이터(39)로의 총 흐름의) 나 머지 20%는 필터 소자(127)를 통과한다. 또한, 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 이러한 관련 비율은 한편으론 더 높은 정도의 여과, 또는 다른 한편으로 필터 회로(107)를 통한 감소된 압력 강하와 같은 목표를 성취하기 위해 바뀔 수 있다.
단지 펌프-모터 유닛(35)의 모터 모드 도안 발생하는 필터 소자(127)를 통한 흐름, 및 상대적으로 일정한 저압을 유지하는 저압 어큐뮬레이터에 대해서, 필터 소자(127)는 적절히 선택될 수 있으며, 이런 시스템 디자이너는 필터 소자(127)가 단지 공지된, 상대적으로 일정하고, 상대적으로 저압을 매순간 겪을 것임을 안다. 필터 소자(127)가 주기적으로 실질적으로 더 높은 압력 강하를 겪는다면, 더 큰 로버스트(robust) 및 더 비싼, 필터 장치 및 필터 소자 재료에 대한 요구 조건이 존재할 것이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 필터 회로(107)는 유닛(35)이 펌프 모드에 있을 때마다 펌프-모터 유닛(35)의 입구(포트(B))로 상대적으로 제약받지 않는 흐름 경로를 제공함으로써 본 발명의 목적들 중 하나를 성취한다. 펌프 모드에서, 입구로의 이러한 제약받지 않는 저압 흐름은 특히 펌프 모드 동안 캐비테이션, 및 특히 본 발명의 유압식 구동 시스템(11)은 유압식 회생 제동 시스템의 일부로서 사용될 때 및/또는 구동 시스템(11)이 도로위 차량의 일부로서 사용될 때 발생하는 잡음을 방지하는 것이 중요하다. 차량 기술의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 대부분의 차량, 특히 도로위 차량의 잡음을 최소화하기 위해 거의 필수적이다. 널리 공지된 바와 같이, 캐비테이션은 펌프-모터 유닛의 여러 부분에 손상을 입힐 수 있으므로, 구동 시스템의 충분한 수명을 감소시킨다.
본 발명의 필터 회로(107)에 관련된 다른 이점은, 필터 소자(127)가 부분적이거나 거의 전체적으로 오염물 입자에 의해 플러그(plug)된다면 그리고 될 때, 또한 (정해진 흐름 오리피스(135)를 통과하는) 사용 가능한 별도의 흐름 경로가 존재하며, 펌프-모터 유닛(35)으로 또는 이로부터 흐름이 전체적으로 차단된 조건이 존재하지 않는다. 게다가, 필터 소자(127) 및 정해진 흐름 오리피스(135) 사이의 관계는 필터 소자(127)가 오염물 입자로 점차 채워지게 됨에 따라, 필터 소자(127)로부터 완전히 오리피스(135)로 그리고 이를 통한 흐름 변환 방법을 사전에 결정한다. 압력 강하에서 매우 작은 증가와 함께, 포트(B)로부터 모든 흐름은 오리피스(135)를 통해 저압 어큐큘레이터(139)로 리턴한다.
게다가, 오염물 입자로 충분히 플러그되는 필터 소자(127)의 이슈에 관하여, 필터 소자(107)가 일반적으로 139로 병기된 압력-액추에이팅 전기 중계기(pressure-actuated electrical relay device)를 포함한다. 중계기(139)는 도관(117)으로부터 파일럿 신호(141)를 수신하며, 또한 도관(125)으로부터 파일럿 신호(143)를 수신한다. 파일럿 신호(141,143)(143은 항상 모터 모드에서 141보다 큼) 사이에서 상이한 압력이 바이어싱 스프링(145)의 힘을 극복하기에 충분하다면, 장치(139) 내의 중계가 닫히므로, 전자 제어기와 같은 적절한 경고 장치, 또는 오퍼레이터의 구획에서 버저 또는 경고 등으로 전기 신호(147)를 전송한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, (오염물 입자로 충분히 플러그될 때) 필터 소자(127)의 교체는 도2에 도시된 폐루프 유압식 구동 시스템(11)을 압축 해제하고 배수시키기 위한 요구없이 성취될 수 있다. 긴 유체 수명을 제공하는 이러한 폐루 프 구동 시스템의 당업자가 인식하는 바와 같이, 저압 측이 항상 가압된다. 압력은 저압 어큐뮬레이터(39)에서 유체의 양(본 실시예에서, 예를 들어, 50 psi 및 150 psi 사이)에 따라 낮은 곳으로부터 높은 곳으로 바뀐다. 이는 차량 엔진이 "OFF" 상태일 때조차 적절하다.
새롭고, 오염되지 않은 소자로 필터 소자(127)를 대체하기를 희망할 때, 필요로 되는 모든 것은 주요 실시예에서, 핸들(123)을 압축 해제하여, 도시된 위치로부터 왼쪽으로, 도관(111)으로부터 도관(125)으로 흐름이 차단되는 위치로 필터 밸브(121)를 이동시키는 것이다. 본 발명의 범위 내에서, 필터 차단 밸브(121) 및 핸들(123)을 바이어싱하는 스프링이 역전될 수 있다. 일단 도관(125)으로의 흐름 차단이 발생된다면, 유압식 구동 시스템(11)의 나머지는 도관(125,129) 및 필터 소자(127)를 포함하는 경로 부분으로부터 격리된다. 그러므로 필터 소자(127)는 그 후에 교체될 수 있으며, 유체가 결과적으로 도관(125) 또는 도관(129) 중 어느 하나로부터 배수되는 범위에서, 필터 경로 부분(도관(125))이 공기 배출 및 충전 밸브(149)(도2 참조)에 의해 재충전될 수 있고, 또한 회로에서 설치되기 전에 새로운 필터 소자를 사전 충전함으로써 재충전될 수 있다.
당업자에게 명백해지는 바와 같이, 본 발명의 필터 회로(107)의 다른 이점이 "조정" 용이성인데, 즉, 구동 시스템(11)의 미래 모델에서, 필터 소자(127)를 통해 흐르는 유체 흐름의 비율, 대 정해진 흐름 오리피스(135)를 통해 흐르는 유체 흐름의 비율을 변경시키는 용이성이다. 예시의 방법으로, 정해진 흐름 오리피스(135)는 오리피스 부재를 포함하여, 전체 필터 회로(107) 및 필터 다기관(119) 등이 동일하 게 남을 수 있도록 하며, 단지 구동 시스템의 예상된 미래 모델을 위한 변화는 정해진 흐름 오리피스(135)의 여러 크기를 제공하는 다른 오리피스 부재로 오리피스 부재의 한 특정 크기의 교체이고, 이로써 (포트(B)로부터 어큐뮬레이터(39)로) 여러 비율의 총 유체 흐름이 필터 소자(127)를 통과한다.
본 발명은 앞에서 상세히 설명되었으며, 본 발명의 여러 대안 및 수정이 명세서의 판독 및 이해를 통해 당업자에게 명백해질 것으로 여겨진다. 첨부된 청구항의 범위 내에서 있는 한 모든 이러한 대안 및 수정은 본 발명에 포함된다.

Claims (4)

  1. 펌프 모드에서 구동 라인으로부터 구동 토크를 수신하도록 동작 가능하며, 모터 모드에서 상기 구동 라인으로부터 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 유압식 펌프-모터 유닛; 모드 밸브 수단을 통해 상기 펌프-모터 유닛의 제1 포트와 유체 연통되고, 이로써, 상기 펌프-모터 유닛이 상기 펌프 모드에 있을 때, 가압된 유체가 상기 펌프-모터 유닛으로부터 고압 어큐뮬레이터로 전달되며, 상기 펌프-모터 유닛이 상기 모터 모드일 때, 가압된 유체는 상기 고압 어큐뮬레이터로부터 상기 펌프-모터 유닛으로 전달되는, 고압 어큐뮬레이터; 및 상기 펌프-모터 유닛의 제2 포트와 유체 연통된 저압원을 포함하는, 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량에서 사용하도록 적응된 유압식 구동 시스템에 있어서,
    (a) 상기 저압 어큐뮬레이터 및 상기 펌프-모터 유닛 사이에 배치된 필터 회로;
    (b) 상기 펌프 모터 유닛이 상기 펌프 모드에 있을 때 상기 저압원으로부터 상기 제2 포트로 상대적으로 제약받지 않는 제1 흐름 경로를 한정하는 상기 필터 회로;
    (c) 상기 펌프-모터 유닛이 상기 모터 모드에 있을 때 상기 제2 포트로부터 상기 저압원으로 제2 흐름 경로를 한정하는 상기 필터 회로; 및
    (d) 직렬로 필터 차단 밸브 및 필터 소자를 통한 하나의 경로 부분, 및 이와 병렬로 제어된 흐름 제약을 통한 다른 경로 부분을 포함하며, 이로써, 제2 포트로부터 유체 흐름의 한 부분이 필터 소자를 통해 흐르며, 제2 포트로부터 유체 흐름의 나머지가 제어된 흐름 제약을 통해 흐르는, 제2 흐름 경로를 특징으로 하는 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량에서 사용하도록 적응된 유압식 구동 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어된 흐름 제약은 상기 포트로부터 유체 흐름의 한 부분이 대략 상기 포트로부터 소정의 비율의 총 유체 흐름을 포함하도록, 상기 필터 차단 밸브에 관하여, 선택되어 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량에서 사용하도록 적응된 유압식 구동 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 차단 밸브는 상기 하나의 경로 부분을 한정하는 흐름 위치, 및 상기 필터 소자를 통해 상기 포트로부터 흐름을 차단하는 격리 위치를 포함하는 투-포지션, 투-웨이 밸브를 포함함으로써, 상기 필터 차단 밸브가 상기 격리 위치에 있을 때, 상기 필터 소자가 상기 유압식 구동 시스템의 나머지로부터 유체를 배수하지 않고 교체될 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량에서 사용하도록 적응 된 유압식 구동 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 회로에 의해 한정된 상기 상대적으로 제약받지 않는 제1 흐름 경로가 상기 필터 밸브 및 상기 필터 소자를 제외하는 것을 특징으로 하는 엔진으로부터 구동 축으로 구동 토크를 전송하도록 동작 가능한 구동 라인 및 엔진을 갖는 차량에서 사용하도록 적응된 유압식 구동 시스템.
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