KR20150071902A - 가변 베인 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 가변 베인 펌프에 관한 것으로, 펌프 하우징과; 상기 펌프 하우징에 회전 가능하게 결합되는 구동축과; 상기 구동축에 결합되어 회전되는 로터와; 상기 로터 내에 반경 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 복수의 베인과; 상기 구동축과 편심된 중심을 가지고, 상기 펌프 하우징에 결합된 피벗핀을 중심으로 하여 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이를 회전 가능하게 상기 피벗축에 결합된 캠링과; 상기 베인 펌프의 상기 베인 펌프가 최대 용적이 되는 최대 변위 위치와 상기 베인 펌프의 최소 용적이 되는 최소 변위 위치 사이에서 상기 캠링을 탄성 가압하는 복귀스프링과; 상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 캠링과 상기 펌프 하우징 사이에서 상기 복귀스프링의 탄성가압력에 대항하는 가압력을 상기 캠링에 제공하는 작동 챔버와; 상기 작동 챔버가 작용하는 힘에 대향하여 상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 복귀스프링의 가압력을 보조 가능하게 마련된 실린더부;를 포함한다.
이에, 구조가 간단하고 조절이 용이하면서 연비를 향상시킬 수 있는 가변 베인 펌프를 제공할 수 있다.

Description

가변 베인 펌프 {Variable Vane Pump}

본 발명은 가변 베인 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 앤진 속도에 따라 공급되는 엔진 오일의 량을 가변시킬 수 있도록 구조를 개선한 가변 베인 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에 오일을 공급하는 펌프로 베인 펌프와 기어 펌프 등을 사용한다. 그 중에서도 회전수에 따라 용량이 가변되는 가변 베인 펌프가 많이 사용되고 있다.

회전수에 따라 용량을 가변시키는 과정에서 펌프의 가변되는 량을 조절하기 위하여 다양한 수단을 구비하고 있으며, 대한민국 특허공개공보 제10-2007-91151호를 일예로 들 수 있다.

이러한 종래 기술과 달리 다양한 방법으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 구조가 복잡하면 부품 수가 많아지고, 고장이나 비용 등이 증가하며, 제어하는 시스템도 복잡해 질 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 간단한 구조로 펌프의 가변량을 조절할 수 있으며 연비를 향상시킬 수 있는 가변 베인 펌프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 소비동력 및 작용 토크를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있으며, 특히, 중속 구간에서도 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 수 있는 가변 베인 펌프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 부품 수를 최소화할 수 있는 가변 베인 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 가변 베인 펌프에 있어서, 펌프 하우징과; 상기 펌프 하우징에 회전 가능하게 결합되는 구동축과; 상기 구동축에 결합되어 회전되는 로터와; 상기 로터 내에 반경 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 복수의 베인과; 상기 구동축과 편심된 중심을 가지고, 상기 펌프 하우징에 결합된 피벗핀을 중심으로 하여 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이를 회전 가능하게 상기 피벗축에 결합된 캠링과; 상기 베인 펌프의 상기 베인 펌프가 최대 용적이 되는 최대 변위 위치와 상기 베인 펌프의 최소 용적이 되는 최소 변위 위치 사이에서 상기 캠링을 탄성 가압하는 복귀스프링과; 상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 캠링과 상기 펌프 하우징 사이에서 상기 복귀스프링의 탄성가압력에 대항하는 가압력을 상기 캠링에 제공하는 작동 챔버와; 상기 작동 챔버가 작용하는 힘에 대향하여 상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 복귀스프링의 가압력을 보조 가능하게 마련된 실린더부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프에 의해 달성된다.

또한, 상기 실린더부는 상기 피벗핀과 이격된 캠링으로부터 돌출 형성된 아암 주위의 펌프 하우징에 형성된 피스톤과; 슬라이딩 이동 가능하게 상기 피스톤에 결합되어 상기 아암에 가압력을 전달하는 실린더와; 일측은 상기 피스톤에 지지되고 타측은 상기 실린더를 폐쇄하는 실린더캡에 의해 지지되는 상기 복귀스프링;을 포함하는 것이 바람직하다.

솔레노이드 밸브는 차량의 속도가 저속에서 고속으로 전환되는 영역에서 상기 실린더로 상기 가압된 오일을 공급하도록 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실린더부 내측에 상기 복귀스프링을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 간단한 구조로 펌프의 가변량을 조절할 수 있으며 연비를 향상시킬 수 있으면서 소비동력 및 작용 토크를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있으며, 특히, 중속 구간에서도 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 수 있는 가변 베인 펌프를 제공할 수 있다.

또한, 부품 수를 최소화할 수 있는 가변 베인 펌프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 베인 펌프의 단면도,
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 작동 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 3a 및 도 3b는 종래기술과 본 발명의 효과를 비교 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명에 따른 가변 베인 펌프(100, 이하에서 ‘베인 펌프’라 함)의 실시예들에 대하여 도 1 내지 도 3b를 참조하여 이하에서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 베인 펌프의 단면도이고, 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 작동 과정을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3a 및 도 3b는 종래기술과 본 발명의 효과를 비교 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프(100)는, 도 1 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 펌프 하우징(110)과, 펌프 하우징(110)에 회전 가능하게 결합되는 구동축(120)과, 구동축(120)에 결합되어 구동축(120)의 구동에 의해 회전되는 로터(130)와, 로터(130) 내에 슬라이딩 이동 가능하게 반경 방향으로 결합되는 복수의 베인(133)과, 구동축(120)과 편심된 중심을 가지고 펌프 하우징(110)에 결합된 피벗핀(150)을 중심으로 하여 로터(130)와 펌프 하우징(110) 사이를 회전 가능하게 피벗핀(150)에 결합된 캠링(140)과, 캠링(140), 로터(130) 및 베인(133)에 의해 구획된 압력실(151, 153)과, 로터(130)의 회전 중심인 구동축(120)에 대하여 캠링(140)의 편심량을 증대시키는 방향으로 캠링(140)을 탄성 가압하는 복귀스프링(190)과, 로터(130)의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 캠링(140)과 펌프 하우징(110) 사이에서 복귀스프링(190)의 탄성가압력에 대항하는 가압력을 캠링(140)에 제공하는 작동 챔버(181)와, 작동 챔버(181)가 작용하는 힘에 대향하여 상기 로터(130)의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 복귀스프링(190)의 가압력을 보조 가능하게 마련된 실린더부(170)를 구비한다.

베인 펌프(100)의 작동 챔버(181)는 작동 유체가 흡입되는 저압실(151)과 흡입된 작동 유체가 가압되는 고압실(153)로 이루어진 압력실(151, 153) 중에서 유체의 압력이 증가하는 고압실(153)과 연통되어 로터(130)의 회전 중심인 구동축(120)에 대하여 캠링(140)의 편심량(도 1의 ‘E’참조)을 감소시켜 펌프의 체적 용량을 감소시키는 방향으로 캠링(140)을 가압 가능하게 캠링(140)과 펌프 하우징(110) 사이에 마련된다. 이러한 작동 챔버(181)는 복귀스프링(190)에 대향하는 가압력을 제공하는 범위에서 다양한 영역에 위치할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 작동 챔버(181)는 두 개가 기밀을 유지하는 오일 시일을 포함하는 기밀유지부재에 의해 분리되어 형성될 수 있다.

펌프 하우징(110)은 외관을 형성하고 미도시된 유체를 저장하는 미도시된 저장조에서 베인 펌프(100)로 유체가 유입되는 흡입포트(157a)와 베인 펌프(100)에서 가압된 유체가 베인 펌프(100) 외부로 배출되는 배출포트(157b)를 포함한다.

펌프 하우징(110)은 복귀스프링(190)이 수용되고, 복귀스프링(190)을 지지하는 피스톤(170)이 결합되는 실린더(171)를 포함하며, 후술하는 관련 구성을 수용하거나 지지한다. 펌프 하우징(110)의 중앙 영역에는 엔진에서 구동력을 전달받아 구동되는 구동축(120)이 결합되어 있다. 펌프 하우징(110)은 도 1의 단면을 덮는 미도시된 커버를 포함한다.

펌프 하우징(110)에는 캠링(140)의 회전 운동의 지지점이면서 축이 되는 피벗핀(150)이 결합된다.

펌프 하우징(110)에는 압력실(151, 153)이 마련되어 있고, 압력실(151, 153)은 유체가 흡입되어 가압되기 전의 영역인 저압실(151)과, 유체가 가압되는 고압실(153)로 구분된다.

로터(130)는 구동축(120)에 결합되어 구동축(120)의 회전에 따라 회전하며, 로터(130)의 반경 방향으로 형성된 슬롯(135)에는 베인(133)이 슬라이딩 가능하게 결합된다.

캠링(140)은 피벗핀(150)에 결합되어 피벗핀(150)을 중심으로 구동축(120)과 편심된 중심축을 가진다. 캠링(140)은 피벗핀(150)과 결합되는 피벗 수용홈(143)이 형성되어 있다. 중심축에 대하여 피벗 수용홈(143)의 반대측에 아암(155)이 캠링(140)의 외주로부터 돌출 형성되어 있다.

작동 챔버(181)는 압력실(151, 153) 중에서 고압측과 연통되어 캠링(140)의 편심량을 감소시키도록 캠링(140)과 펌프 하우징(110) 사이에 형성되어 있다. 이에, 로터(130)가 회전되어 압력이 상승되면 작동 챔버(181)의 압력도 상승된다.

오일 씨일(165)은 작동 챔버(181)의 유체가 저압측으로 누설되지 않도록 캠링(140)에 결합되어 펌프 하우징(110)과 캠링(140) 사이를 밀봉시킨다. 이에, 작동 챔버(181)의 압력을 유지하면서 유체의 누설도 예방할 수 있다.

복귀스프링(190)은 전술한 바와 같이 로터(130)의 회전 중심인 구동축(120)에 대하여 캠링(140)의 회전 중심과의 차이인 편심량을 증대시키는 방향으로 캠링(140)을 탄성 가압한다. 복귀스프링(190)은 코일 스프링을 포함하고, 본 발명의 기능을 수행하는 공지의 다양한 스프링에서 선택될 수 있다.

복귀스프링(190)은 실린더부(170)의 내측에 결합되어 캠링(140)을 탄성 가압시키는 기능을 하고, 이러한 탄성 가압력은 캠링(140)을 베인 펌프(100)가 최대 용적이 되는 최대 변위 위치와 베인 펌프(100)의 회소 용적이 되는 최소 변위 위치 사이를 이동시키는 과정에서 캠링(140)을 최대 변위 위치로 복귀시키는 힘으로 작용한다.

실린더부(170)는 전술한 바와 같이 복귀스프링(190)을 지지 가능하게 펌프 하우징(110)에 결합되며 베인(133)에 의해 가압된 작동 유체에 의하여 복귀스프링(190)의 탄성 가압력을 보조한다.

실린더부(170)는, 실린더(171)에 결합되어 실린더(171)를 따라 이동하는 피스톤(171)과, 피스톤(171)과 실린더(171) 사이에서 기밀을 유지하도록 피스톤(171)에 결합된 피스톤 시일(173)과, 피스톤(171)을 캠링(140)측으로 탄성 가압하는 복귀스프링(190)과, 실린더(171)를 폐쇄시키는 실린더캡(178)과, 가압된 오일이 출입 하도록 실린더캡(178)에 관통 형성된 오일출입구(179)를 구비한다.

즉, 복귀스프링(190)은 실린더부(170)의 피스톤(171)을 아암(145)으로 가압하는 기능과 캠링(140)을 최대 변위 위치로 탄성 가압하는 기능을 동시에 수행하여 일측은 실린더캡(178)에 지지되고 타측은 피스톤(171)에 지지되는 구조를 갖는다.

그리고, 피스톤(170)에는 공급되는 작동 유체가 피스톤(170)과 실린더(171) 사이를 밀봉하도록 피스톤 시일(173)이 구비되어 있다.

솔레노이드 밸브(193)는 가압되어 배출되는 유로와 연결되어 작동 챔버(181) 또는 실린더부(170)로 오일의 공급을 제어하며, 작동 챔버(181) 또는 실린더부(170)의 오일을 드레인시키도록 하는 구조를 갖는 통상의 전자식으로 작동되는 전환 밸브이다.

엔진 제어 유닛(195)은 차량의 다양한 정보를 기초로 하여 각 전자, 전기 부품의 작동을 제어한다. 엔진 제어 유닛(195)은 엔진이나 오일 압력을 필요로 하는 각종 정보에 기초하여 베인 펌프(100)의 회전력을 증감시켜 베인 펌프(100)의 편심량을 감소하거나 증가시키도록 솔레노이드 밸브(193)를 제어한다.

또한, 미도시된 릴리프 밸브는 가압되는 오일 압력이 설정치 이상이 되면 압력이 더 이상 상승되지 않도록 최대 압력을 제한하는 기능을 수행한다. 여기서, 설명하지 않은 181a는 공급되는 오일이 작동 챔버(181)로 출입할 수 있는 유로이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 베인 펌프(100)의 작동 과정을 도 1 내지 도 3b를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

여기서, 베인 펌프(100)는 엔진에 의하여 구동이 될 수도 있으며, 엔진과 별도의 모터를 포함하는 전기적 구동력을 제공하는 수단에 의하여 구동이 될 수도 있으며, 편의상 이하에서 엔진이 아닌 베인 펌프(100)를 미도시된 모터가 작동하는 것으로 한다.

먼저, 사용자가 차량에 시동을 걸면, 모터에 전원이 인가되어 베인 펌프(100)가 회전하면서 오일 압력을 필요로 하는 장치인, 예를 들면, 조향기구에 가압된 오일의 압력을 제공하여 사용자가 스티어링 휠의 조작을 용이하게 할 수 있다.

그리고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 초기에는 배출포트(157b)를 통해 배출되는 오일이 작동 챔버(181)에만 공급이 되어 공급되는 오일의 압력은 복귀스프링(190)의 탄성가압력을 극복하고 캠링(140)을 최대 변위 위치에서 최소 변위 위치로 이동하도록 작용한다(이하에서 힘은 캠링(140)의 최대 변위 위치에서 최소 변위 위치 사이를 이동하게 하는 힘을 의미한다). 즉, 도 2a에서는 캠링(140)이 최대 변위 위치에 있다.

도 2a에서 베인 펌프(100)의 회전 속도가 점점 증가(편의상 중속이라 함)하여 작동 챔버(181) 및 실린더부(170)에 작용하는 오일의 압력에 의한 합력이 복귀스프링(190)의 가압탄성력을 극복하고 캠링(140)을 최소 변위 위치로 이동시킨 상태가 도 2b이다.

도 2c는 도 2b 상태에서 엔진 제어 유닛(195)의 신호에 의해 솔레노이드 밸브(193)를 작동시켜 실린더부(170)로 오일을 더 공급하고 작동 챔버(181)와 실린더부(170)로 동시에 오일이 공급되면, 복귀스프링(190)의 탄성가압력 및 실린더부(170)의 오일압력에 의한 힘의 합력 대 작동 챔버(181)에서 발생하는 힘의 균형이 깨어져, 캠링(140)은 다시 최대 변위 위치로 이동하게 된다.

점점 가압된 오일의 압력에 의해 작동 챔버(181)에서 발생하는 힘이 복귀스프링(190)의 탄성가압력과 실린더부(170)에 발생하는 힘의 합력을 극복하여 캠링(140)의 최소 변위 위치인 도 2d에 대응하는 위치로 이동할 수 있다.

작동 챔버(181)에서 캠링(140)의 외주 면적은 실린더부(170)에서 오일의 압력이 작용하는 피스톤(171)의 면적보다 큰 것은 물론이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전술한 실시예보다 구조가 간단하고 부품의 수를 줄일 수 있고, 복귀스프링(190)의 탄성계수도 줄일 수 있으면서도 전술한 동력을 절감할 수 있어 제품의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

여기서, 도 3a는 종래기술에 따른 베인 펌프(100)의 속도와 오일 압력을 도시하고 있으며, 여기서 하측의 실선은 가장 이상적인 베인 펌프(100)의 작동 상태를 나타내며, 상측의 점선은 실제 작동되는 베인 펌프(100)의 작동 상태를 나타낸 것으로 하측 실선과 상측 점선의 차이가 이상적인 경우보다 더 소요된 동력(도 3a에서 면적 ‘X+Y1+Y2’)을 의미한다.

반면에, 도 3b는 본 발명에 따른 베인 펌프(100)의 속도와 오일 압력을 도시하고 있으며, 도 3a와 비교하면 면적 ‘X’만큼 소요 동력이 줄어다. 이에, 본 발명은 소요 동력을 종래기술에 비하여 감소시킬 수 있다.

그리고, 도 3b에서 ‘A’부분의 영역에서는 도 2a에 도시된 바와 같이 저압, 저속, 최대 변위 위치에 해당하고, ‘A2’영역에서는 도 2b에 도시된 바와 같이 저속(중속), 저압, 최소 변위 위치에 해당하고, ‘B1’영역에서는 도 2c에 도시된 바와 같이 고속(중속), 고압, 최대 변위 위치에 해당하고, ‘C’영역에서는 도 2d에 도시된 바와 같이 고속, 고압, 최소 변위 위치에 해당한다.

미도시하였지만, 본 실시예에서 실린더부(170) 및 복귀스프링(190)에 대향하는 힘을 발생시키는 작동 챔버를 두 개로 나누어 각 챔버에서 각각 독립적으로 공급되는 오일의 압력이 캠링에 작용하도록 할 수도 있음을 물론이다.

이 경우에는 두 개의 챔버와 실린더라는 세 개의 힘을 발생시키는 수단이 존재하므로 이들을 적절하게 조합하여 제어할 수 있다.

예를 들면, 처음에는 챔버 두 개에 오일을 공급하고, 다음에는 챔버 중 하나에만 오일을 공급하고 최후에는 챔버 중 하나와 실린더부에 오일을 공급하도록 제어하면 도 3b와 같이 두 개의 변곡점(A1, B1)이 있는 것이 아니고 세 개의 변곡점이 존재하여 전술한 실시예보다 더욱 효과적인 에너지 절약을 할 수 있다.

여기서, 본 발명의 여러 실시예들을 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100 : 베인 펌프 110 : 펌프 하우징
120 : 구동축 130 : 로터
133 : 베인 135 : 슬롯
140 : 캠링 143 : 피벗 수용홈
145 : 아암 150 : 피벗핀
151 : 저압실 153 : 고압실
157a : 흡입포트 157b : 배출포트
165 : 오일 씨일 170 : 실린더부
171 : 피스톤 173 : 피스톤 시일
175 : 실린더 177 : 피스톤 스프링
178 : 실린더캡 181 : 작동 챔버
179 : 오일출입구 190 : 복귀스프링
193 : 솔레노이드 밸브 195 : 엔진 제어 유닛

Claims (5)

1. 가변 베인 펌프에 있어서,
   펌프 하우징과;
   상기 펌프 하우징에 회전 가능하게 결합되는 구동축과;
   상기 구동축에 결합되어 회전되는 로터와;
   상기 로터 내에 반경 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 복수의 베인과;
   상기 구동축과 편심된 중심을 가지고, 상기 펌프 하우징에 결합된 피벗핀을 중심으로 하여 상기 로터와 상기 펌프 하우징 사이를 회전 가능하게 상기 피벗축에 결합된 캠링과;
   상기 베인 펌프의 상기 베인 펌프가 최대 용적이 되는 최대 변위 위치와 상기 베인 펌프의 최소 용적이 되는 최소 변위 위치 사이에서 상기 캠링을 탄성 가압하는 복귀스프링과;
   상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 캠링과 상기 펌프 하우징 사이에서 상기 복귀스프링의 탄성가압력에 대항하는 가압력을 상기 캠링에 제공하는 작동 챔버와;
   상기 작동 챔버가 작용하는 힘에 대향하여 상기 로터의 회전에 의하여 가압된 오일의 유로와 연통되어 상기 복귀스프링의 가압력을 보조 가능하게 마련된 실린더부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실린더부는
   상기 피벗핀과 이격된 캠링으로부터 돌출 형성된 아암 주위의 펌프 하우징에 형성된 피스톤과;
   슬라이딩 이동 가능하게 상기 피스톤에 결합되어 상기 아암에 가압력을 전달하는 실린더와;
   일측은 상기 피스톤에 지지되고 타측은 상기 실린더를 폐쇄하는 실린더캡에 의해 지지되는 상기 복귀스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프.
3. 제1항에 있어서,
   솔레노이드 밸브는 차량의 속도가 저속에서 고속으로 전환되는 영역에서 상기 실린더로 상기 가압된 오일을 공급하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프.
4. 제1항에 있어서,
   상기 실린더부 내측에 상기 복귀스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 작동 챔버는 공급되는 오일을 수용하는 공간이 이격되는 복수로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 베인 펌프.

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