KR20150107723A - 스로틀 제어되는 유압식 피스톤 펌프 - Google Patents

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Abstract

펌프 시스템이 피스톤 펌프를 구비한다. 피스톤 펌프는 유입구 포트, 배출구 포트, 및 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록을 구비한다. 복수의 실린더 중의 각각의 실린더가 유입구 통로에 의해서 유입구 포트에 연결되고 배출구 통로에 의해서 배출구 포트에 연결된다. 피스톤 펌프는 복수의 실린더 내에 배치된 복수의 피스톤을 구비한다. 구동 샤프트가 실린더 내의 피스톤을 구동한다. 스로틀 부재가 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링한다. 펌프 시스템은 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기 유압식(electrohydraulic) 액추에이터를 구비한다.

Description

스로틀 제어되는 유압식 피스톤 펌프{HYDRAULIC PISTON PUMP WITH THROTTLE CONTROL}
본 발명은 유압식 펌프에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유압식 펌프 시스템을 제어하기 위한 메커니즘에 관한 것이다.
본원에 그 전체가 참조로 포함된 미국 특허출원 공개 제2012/0111185호는 고효율의 직경방향으로 콤팩트한(diametrically compact), 방사상으로 배향된 피스톤 유압식 기계를 개시한다. 그러한 기계는 제1 밸브에 의해서 제1 포트에 커플링되고 제2 밸브에 의해서 제2 포트에 커플링된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록을 포함한다. 편심 캠을 가지는 구동 샤프트가 실린더 블록 내에 회전식으로 수용되고, 캠 베어링이 편심 캠 주위로 연장된다. 분리된 피스톤이 각각의 실린더 내에 활주가능하게 수용된다. 피스톤 로드가 일 단부에서 피스톤에 커플링되고, 타 단부에서 곡선형 슈(shoe)가 캠 베어링에 접촉 지지된다(abut). 곡선형 슈는 피스톤 로드로부터의 힘을 캠 베어링의 비교적 큰 면적으로 분배하고, 리테이닝 링은 캠 베어링에 대해서 각각의 슈를 유지한다. 실린더 블록은 측부 표면을 사이에 둔 대향 단부들을 가지고, 상기 대향 단부를 통해서 모든 실린더가 개방된다. 밴드가 측부 표면과 결합하여 실린더의 개구부를 폐쇄한다.
본원에 그 전체가 참조로 포함된 미국 특허출원 제13/343,436호는 내부에서 피스톤이 왕복 운동하는 복수의 실린더를 가지는 방사상 피스톤 펌프를 개시한다. 각각의 실린더가, 유입구 체크 밸브를 가지는 유입구 통로에 의해서 제1 포트에 연결되고, 배출구 체크 밸브를 가지는 배출구 통로에 의해서 제2 포트에 연결된다. 스로틀링(throttling) 플레이트가 유입구 통로를 가로질러 연장되고 각각의 유입구 통로와 연관된 분리된 개구를 가진다. 스로틀링 플레이트의 회전은 각각의 개구와 연관 유입구 통로의 정렬 정도를 변화시키고, 그에 의해서 펌프의 변위를 변경하기 위한 가변 오리피스를 형성한다. 독특하게 성형된 개구는, 폐쇄 레이트가 가변 오리피스의 폐쇄 증가에 따라 감소되도록, 특히 스로틀 부재 운동에 의해 가변 오리피스를 폐쇄하는 레이트(rate)에 영향을 미친다.
본 요약은 구체적인 설명에서 추가적으로 후술되는 개념의 선택을 소개하기 위해서 제공된다. 이러한 요약은 청구된 대상의 중요한 또는 본질적인 특징을 식별하기 위한 것이 아니고, 청구된 대상의 범위를 제한하는데 도움을 주는 것으로 이용하기 위한 것도 아니다.
펌프 시스템이 개시된다. 일부 예에서, 펌프 시스템은 유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록을 포함하는 피스톤 펌프를 가지며, 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로에 의해서 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 배출구 포트에 연결된다. 피스톤 펌프는 복수의 피스톤을 가지고, 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치된다. 구동 샤프트가 각각의 실린더 내부의 복수의 피스톤을 구동한다. 스로틀 부재가, 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링한다. 펌프 시스템은 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기 유압식 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
추가적인 구현예에서, 펌프 시스템은 유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록을 포함하는 피스톤 펌프를 가지며, 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로에 의해서 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 배출구 포트에 연결된다. 피스톤 펌프는 복수의 피스톤을 가질 수 있고, 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치된다. 구동 샤프트가 각각의 실린더 내부의 복수의 피스톤을 구동한다. 스로틀 부재가, 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링한다. 펌프 시스템은 부하 감지 신호를 기초로 스로틀 부재의 운동을 통제하는 부하 감지 장치 및 전자 신호를 기초로 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기 유압식 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
추가적인 구현예에서, 펌프 시스템은 유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록을 포함하는 피스톤 펌프를 가지며, 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로에 의해서 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 배출구 포트에 연결된다. 피스톤 펌프는 복수의 피스톤을 가질 수 있고, 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치된다. 구동 샤프트가 각각의 실린더 내부의 복수의 피스톤을 구동한다. 스로틀 부재가, 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링한다. 펌프 시스템은 부하 감지 신호를 기초로 스로틀 부재의 운동을 통제하는 부하 감지 장치 및 전자 신호를 기초로 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기 작동식 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
도 1은 펌프 내의 실린더 및 피스톤의 배열을 도시하는 반경방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 펌프의 축방향 단면도이다.
도 3은, 완전히 개방된 상태의 개구를 가지는 스로틀 부재를 도시하는, 도 2의 선 3-3을 따른 펌프의 반경방향 단면도이다.
도 4는, 개구가 부분적으로 개방된 상태인, 스로틀 부재의 다른 위치를 도시한다.
도 5는 전기적으로 동작되는 액추에이터로 펌프 시스템을 제어하기 위한 방법을 도시한다.
도 6은 부하 감지 장치를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 7은 부하 감지 장치 및 압력 보상기 밸브를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 8은 전기 유압식 액추에이터를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 9는 부하 감지 장치의 드레인 연결부에서 전기 유압식 액추에이터를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 10은 부하 감지 장치와 유압식 액추에이터 사이에 전기 유압식 액추에이터를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 11은 전기 유압식 액추에이터, 부하 감지 장치 및 체크 밸브를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 12은 전기 유압식 액추에이터, 부하 감지 장치 및 셔틀 밸브를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 13은 하나의 스로틀 부재를 제어하는 전기 유압식 액추에이터 및 다른 스로틀 부재를 제어하는 부하 감지 장치를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 14는 스로틀 부재를 제어하는 부하 감지 장치 및 기계적 정지부를 제어하는 전기 유압식 액추에이터를 포함하는 펌프 시스템을 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유압식 펌프(10)는, 외부의 제1 및 제2 단부 표면(21 및 22)을 가지는 실린더 블록(30)을 구비하며 이들 단부 표면 사이에 실린더 외부 측부 표면(38)이 연장된다. 비록 방사상 피스톤 펌프가 본원에서 도시되어 있지만, 이하의 구조 및 시스템은, 사판 펌프(wobble plate pump), 또는 임의의 비-가변형 변위 펌프 등에 포함되고 및/또는 포함할 수도 있다. 실린더 블록(30)은 유입구 포트(28) 및 배출구 포트(29)를 구비하고, 그러한 유입구 포트 및 배출구 포트를 통해서 유압식 유체가 유압식 시스템으로 수용되고 그로부터 방출된다. 유입구 및 배출구 포트(28 및 29)가 유입구 및 배출구 갤러리(gallery)(31 및 32) 내로 각각 개방되고, 그러한 갤러리는 실린더 블록(30) 내의 중앙 샤프트 보어(41) 주위에서 실린더 블록(30)을 통해서 원으로 연장된다. 3개의 실린더(36)가 중앙 샤프트 보어(41)로부터 방사상 외측으로 연장되고 그 주위로 120도의 증분(increment)으로 배향된다. 비록 도면의 단순화를 위해서 예시적인 펌프(10)가 3개의 실린더와 함께 도시되었지만, 실제로 펌프는, 배출구에서의 토크, 유동 및 압력 파문(ripple) 감소를 위해서, 그보다 많은 수의 실린더(예를 들어, 6개 또는 8개의 실린더)를 가질 수 있을 것이다. 각각의 실린더(36)는, 실린더 블록(30) 내의 보어 내로 삽입되는 튜브형 슬리브(39)를 포함한다. 비록 튜브형 슬리브(39)가, 설명되는 바와 같이, 펌프(10)의 직경을 줄이는데 있어서 유리하지만, 실린더 보어를 형성하기 위해서 가공될 수 있는 실린더 블록을 위한 재료를 이용하는 것에 의해서, 슬리브가 생략될 수 있다. 각각의 실린더(36)는, 실린더 블록(30)의 실린더 측부 표면(38)을 통한 개구부를 가진다. O-링을 가지는 밀봉 컵(24)이 각각의 개구부 내부에 배치되고, 연속적인 밴드-형상의 폐쇄 링(35)이 측부 표면(38) 주위로 연장되여 실린더 개구부의 각각을 타이트하게(tightly) 폐쇄한다. 폐쇄 링(35)은, 통상적인 펌프 디자인에서 실린더로부터 외측으로 돌출된 비교적 긴 플러그를 없애고, 그에 의해서 펌프(10)의 전체적인 직경을 감소시킨다.
도 2를 특히 참조하면, 복수의 유입구 통로(26)가, 실린더 블록(30)의 제1 단부 표면(21) 내로 연장되는 제1 보어에 의해서 형성되고, 각각의 유입구 통로가 유입구 갤러리(31) 및 각각의 실린더(36) 둘 다로 개방된다. 다시 말해서, 각각의 유입구 통로(26)가 유입구 갤러리(31) 및 실린더(36) 중 하나 양측에 직접적으로 연결된다. 분리된 유입구 체크 밸브(32)가 그러한 유입구 통로(26)의 각각에 위치된다. 유입구 체크 밸브(33)는, 펌핑 사이클의 흡입 위상(phase) 중에 발생되는 바와 같이, 유입구 통로(26) 내의 압력이 연관된 실린더 챔버(37) 내의 압력보다 클 때, 개방된다. 복수의 배출구 통로(27)가, 실린더 블록(30)의 제2 단부 표면(22) 내로 연장되는 제2 보어에 의해서 형성되고, 각각의 배출구 통로는 배출구 갤러리(32) 및 각각의 실린더(36) 둘 다로 개방된다. 각각의 배출구 통로(27)는 배출구 갤리러(32) 및 실린더(36) 중 하나 양측에 직접적으로 연결된다. 분리된 배출구 체크 밸브(34)가 그러한 배출구 통로(27)의 각각에 위치된다. 배출구 체크 밸브(34)는, 펌핑 사이클의 배출 위상 중에 발생되는 바와 같이, 연관된 실린더 챔버(37) 내의 압력이 배출구 갤러리(32) 내의 압력보다 클 때, 개방된다. 유입구 및 배출구 갤러리(31 및 32)가 펌프 내의 모든 피스톤 실린더와 소통하고, 동일한 쌍의 체크 밸브가 각각의 실린더에 대해서 제공된다는 것을 이해하여야 할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구 및 배출구 체크 밸브(33 및 34)의 각각이 수동적이고(passive), 이는 그러한 체크 밸브가, 전기 솔레노이드와 같은 액추에이터에 의해서가 아니라, 그러한 체크 밸브로 가해지는 압력에 응답하여 동작한다는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명의 범위는, 가해지는 압력 이외의 것에 의해서 작동되는 유입구 및 배출구 밸브도 또한 커버한다.
실린더(36)를 부분적으로 형성하는 튜브형 슬리브(39)는, 유입구 및 배출구 체크 밸브(33 및 34)가 구동 샤프트(40)의 길이방향 축(25)에 더 근접하여 배치될 수 있게 한다. 유입구 및 배출구 체크 밸브(33 및 34)가 실린더 블록(30)의 외부 측부 표면(38)에 의해서 정의되는 폐쇄된 곡선형 둘레 내에 위치된다는 것에 주목하도록 한다. 이전의 구성에서, 밸브는 실린더 챔버(37)의 외부로 강제되는 유체를 수용하기 위해서 피스톤의 상사점으로부터 외부에 있어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브형 슬리브(39)가, 유입구 및 배출구 체크 밸브(33 및 34)가 내부에 위치되는 보어와 실린더 챔버(37) 사이의 개구부 위에서 부분적으로 연장되고, 그에 의해서 실린더 보어가 실린더 챔버(37) 내로 더 멀리 연장된다.
도 1 및 도 2 모두를 다시 참조하면, 구동 샤프트(40)가 중앙 샤프트 보어(41)를 통해서 연장되고 베어링(42)의 쌍에 의해서 내부에서 회전 가능하게 지지된다. 실린더 블록(30) 내의 구동 샤프트(40)의 중심 섹션은 편심 캠(44)을 가진다. 캠(44)은 원형 외측 표면을 가지고, 그 중심은 구동 샤프트(40)의 길이방향 축(25)으로부터 오프셋된다. 결과적으로, 구동 샤프트(40)가 실린더 블록(30) 내에서 회전함에 따라, 편심 캠(44)이 구동 샤프트의 축(25)을 중심으로 편심 방식으로 회전한다. 도 2에 구체적으로 도시된 바와 같이, 캠 베어링(46)은, 편심 캠(44)의 외측 원주방향 표면 상으로 가압되는(pressed) 내측 레이스(race)(47) 및 외측 레이스(48)를 가진다. 복수의 롤러(49)가 캠 베어링의 내측 레이스(47)와 외측 레이스(48) 사이에 위치된다. 적절한 열처리 및 표면 마감으로, 편심 캠(44)의 표면이 내측 베어링 레이스로서의 역할을 할 수 있다. 캠 베어링(46)은, 이러한 기능을 위해서 슬라이딩 저널 베어링을 이용하는 이전의 펌프보다 펌프(10)의 효율을 개선한다. 롤러는 원통형, 구형, 또는 다른 형상일 수 있다.
분리된 피스톤 조립체(51)가 실린더(36)의 각각의 내부에 활주식으로 수용된다. 각각의 피스톤 조립체(51)는 피스톤(52) 및 피스톤 로드(54)를 가진다. 피스톤 로드(54)는 피스톤(52)과 캠 베어링(46) 사이에서 연장된다. 피스톤 로드(54)는 캠 베어링(46)의 외측 레이스(48)와 접촉 지지되는 곡선형 슈(56)를 가진다. 곡선형 슈(56)는 피스톤 로드의 샤프트보다 넓어서, 플랜지 부분을 생성한다. 환형 리테이닝 링(58)의 쌍이 편심 캠(44) 주위로 연장되여 각각의 곡선형 슈(56)의 플랜지 부분과 결합하고, 그에 의해서 피스톤 로드(54)를 캠 베어링(46)에 대해서 유지하고, 이는 펌핑 사이클의 흡입 행정 부분 중에 특히 유리하다. 환형 리테이닝 링(58)은 캠 베어링(46)에 대해서 피스톤 조립체(51)를 편향시키기 위한 스프링의 필요성을 없애준다. 곡선형 슈(56)는 캠 베어링(46)의 넓은 면적에 걸쳐서 피스톤 부하를 균일하게 분배한다. 구동 샤프트(40) 및 편심 캠(44)이 실린더 블록(30) 내에서 회전할 때, 캠 베어링(46)의 외측 레이스(48)가 상대적으로 정지 상태로 유지된다. 외측 레이스(48)는 구동 샤프트(40) 및 내측 레이스(47)의 속력에 비해서 매우 느린 레이트(rate)로 회전한다. 그에 따라, 각각의 곡선형 슈(56)와 캠 베어링의 외측 레이스(48) 사이에는 매우 작은 상대적 운동이 존재한다.
피스톤(52)은, 구동 샤프트(40)를 향해서 개방된 내부 공동(53)을 가지는 컵-형상이다. 피스톤 로드(54)의 단부는 내부 공동(53) 내에 수용되고, 피스톤(52) 내의 짝을 이루는(mating) 부분적으로 구형인 요홈부(62) 내로 피팅되는(fit) 부분적으로 구형인 헤드(60)를 가진다. 피스톤(52)의 헤드는 개구(50)를 가질 수 있고, 그러한 개구를 통해서 실린더 챔버(37)로부터 유압식 유체를 이송하여 구형 헤드(60)와 피스톤(52) 사이의 계면을 윤활한다. 피스톤 로드(54)는, 피스톤의 내부 공동(53) 내의 내부 홈 내에 놓이는 스냅 링(57) 및 분열형(split) 부싱 또는 개방형 단일 부싱(55)에 의해서 피스톤(52)에 대해서 유지된다. 피스톤 로드(54)가 편심 캠(44)의 편심 운동을 따르고 이어서 피스톤(52)이 실린더(36) 내에서 활주한다. 부싱 및 스냅 링 배열체는, 편심 캠(44)의 회전에 의해서 피스톤 로드(54) 상으로 회전 운동이 부여될 때, 피스톤 로드의 구형 헤드(60)가 피스톤(52)에 대해서 피봇 운동하도록 한다. 그러한 피봇 운동으로 인해서, 회전 운동이 피스톤(52)으로 전달되지 않고, 그에 의해서 피스톤과 실린더(36)의 벽 사이의 측방향 힘을 최소화한다.
도 2를 계속 참조하면, 구동 샤프트(40)는 구동 샤프트(40)의 일 단부로부터 편심 캠(44)의 외측 표면으로 연장되는 내부 윤활 통로(64)를 포함한다. 윤활 통로(64)는, 캠 베어링(46) 내로 유체를 공급하기 위해서 캠(44)의 편심 정점의 중심에서 편심 캠(44)의 외측 표면 내에 단일 개구부를 가진다. 윤활 통로(64)의 다른 단부가 구동 샤프트(40)의 단부에서 챔버(66) 내로 개방되고, 그러한 챔버는 유입구 갤러리(31)로부터 공급기 통로(68)를 통해서 비교적 저압의 유체를 수용한다. 구동 샤프트(40)가 회전함에 따라, 원심력이 유체를 윤활 통로(64)로부터 캠 베어링(46) 내로 방출한다. 이러한 작용은 챔버(66)로부터 윤활 통로(64) 내로 부가적인 유체를 유입시키고, 그에 의해서 캠 베어링(46)을 윤활하는 유체에 대한 펌핑 기능을 제공한다. 만약 캠 베어링(46)이 내측 레이스(47)를 가진다면, 그러한 내측 레이스는 윤활 유체를 롤러(49)로 이송하는 개구를 가진다. 외측 레이스(48)는 또한 피스톤 로드(54)의 슈(56)를 윤활하기 위한 관통 홀을 가지며, 그에 의해서 비산(splash) 윤활을 제공하고 중앙 샤프트 보어(41)가 유체로 충진되어야 할 필요가 없어진다. 유체로 충진된 크랭크케이스를 가지지 않는 것은, 편심 캠(44) 상에서의 편류 항력(windage drag)을 감소시키고 펌프의 효율을 개선한다. 부가적인 윤활 통로(59)가 제공되어, 유체를 중앙 샤프트 보어(41)로부터 구동 샤프트(40)를 위한 베어링(42)으로 이송한다. 윤활을 위해서 이용되는 유체가 표준 드레인 포트(69)를 통해서 중앙 샤프트 보어(41)를 빠져나가고, 그러한 표준 드레인 포트로부터 유체가 유압식 시스템을 위한 탱크로 이송된다.
펌핑 동작
편심 캠(44)의 회전은 각각의 피스톤(52)이 각각의 실린더(36) 내에서, 유체 흡입 위상 중에 밀봉 컵(24)으로부터 멀리, 이어서 유체 배출 위상 중에 밀봉 컵(24)을 향해서, 주기적으로 운동하도록 유도한다. 실린더(36)의 방사상 배열로 인해서, 임의의 시점에, 일부 피스톤(52)이 흡입 위상에 있는 한편 다른 피스톤은 배출 위상에 있다.
도 2에 도시된 피스톤(52)은, 그 실린더 챔버(37)의 부피가 가장 작을 때, 상사점에 위치되고, 이는 각각의 피스톤 사이클 중에 배출 위상으로부터 흡입 위상으로의 전이 지점에서 발생된다. 이러한 지점으로부터, 배출구 체크 밸브(34)가 폐쇄되고 편심 캠(44)의 추가적인 회전은 피스톤(52)을 흡입 위상으로 이동시킨다. 흡입 위상 중에, 실린더 챔버(37)의 부피가 증가되고, 그에 의해서 내부에 남아 있는 유체를 초기에 감압하고, 이는 구동 샤프트(40)를 구동하거나 구동 샤프트 내로 다시 에너지를 보내는 경향을 가진다. 그 후에, 실린더 부피의 추가적인 증가는 실린더 챔버(37) 내에서 유입구 갤러리(31)보다 낮은 압력을 생성하고, 그에 따라 유입구 체크 밸브(33)가 개방되게 강제한다. 그에 따라, 유체가 유입구 갤러리(31)로부터 유입구 통로(26) 및 유입구 체크 밸브(33)를 통해서 팽창하는 실린더 챔버(37) 내로 유동한다. 이때, 실린더 챔버(37) 내에 압력이 낮을 때, 제한(restriction)을 통한 다른 실린더 챔버의 유동 출력, 또는 출력에서의 정적 또는 동적 부하로 인해서, 배출구 갤러리(32) 내의 압력이 더 높다. 그러한 압력차는 배출구 체크 밸브(34)가 그 밸브 시트에 대해서 폐쇄되게 강제한다.
그 후에, 편심 캠(44)의 추가적인 회전은 피스톤(52)을 배출 위상으로 이동시키고, 그러한 배출 위상 중에 피스톤은 중심 축(25)으로부터 멀리 외측으로 이동한다. 그러한 운동은 초기에 실린더 챔버(37) 내의 유체를 압축하고, 그에 의해서 해당 유체의 압력을 증가시킨다. 곧 실린더 챔버(37) 내의 압력이 유입구 통로(26) 내의 압력과 대략적으로 같아지고, 그러한 지점에서 연관된 스프링이 유입구 체크 밸브(33)를 폐쇄한다. 결국, 실린더 챔버 압력이 배출구 갤러리(32) 내의 압력을 초과하고 배출구 체크 밸브(34)를 강제로 개방하여, 유체를 실린더 챔버(37)로부터 배출구 갤러리 및 배출구 포트(29) 내로 방출한다.
편심 캠(44)의 계속되는 회전이 피스톤(52)을 도 2에 도시된 상사점으로 이동시킬 때, 배출 위상이 완료되고 그 후에 피스톤은 다른 펌핑 사이클의 흡입 위상으로 전이된다.
유입구 및 배출구 체크 밸브(33 및 34)가 상사점 위치 및 하사점 위치에서 거의 즉시에 개방 및 폐쇄됨에 따라, 본질적으로 전체 피스톤 사이클을 이용하여 유체를 실린더 챔버 내로 유입시키고 이어서 해당 유체를 방출한다. 이는, 스로틀 플레이트를 가지나, 유입구 개구부를 실린더 내로 개방 및 폐쇄하기 위해서 피스톤의 위치에 의존하는 종래의 펌프와 대비된다. 그러한 종래의 펌프는 사역(dead region)을 가지고, 그러한 사역은, 일부 경우에, 피스톤 사이클의 1/3이었고, 그러한 사역 중에 유체는 실린더 챔버 내로 유입되지도 않고 실린더 챔버로부터 방출되지도 않았다. 그에 따라, 본 펌프 구성에서, 균등한 유체 부피가, 짧은 피스톤 행정 거리를 가지는 각각의 피스톤 사이클에 의해서 펌핑될 수 있다. 이러한 특징은 본 펌프의 콤팩트한 크기에 기여한다.
스로틀 부재 동작
도 2 및 도 3을 참조하면, 펌프(10)는, 흡입 위상 중에 각각의 실린더(36)에 대해서 공유형 유입구 갤러리(31)로부터 유입구 통로(26) 내로 그리고 유입구 체크 밸브(33)를 통한 유입구 개방 면적을 변화시키는 스로틀 메커니즘을 포함한다. 스로틀 메커니즘은, 복수의 랜드(land)를 가지는 단일 스풀 또는 일련의 스풀 또는 포핏; 유입구 체크 밸브(33)가 또한 계량 부재(metering member)가 되도록 유입구 체크 밸브(33)의 최대 개방을 제한하는 캠 또는 다른 디바이스; 방사방향보다 축방향으로 이동하는 플레이트를 가지는 노즐-유형 제한; 또는 실린더(36)와 연관된 하나 이상의 전기적으로 동작되는 또는 파일롯-압력-동작되는 밸브를 포함하는, 많은 형태를 취할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스로틀 메커니즘의 일 구현예는, 복수의 유입구 통로(26)의 각각을 가로질러 연장되도록 실린더 블록(30)의 2개의 섹션들 사이에서 개재되는 스로틀 부재(90) 및 접촉 지지 전이 플레이트(91)를 가진다. 스로틀 부재(90) 및 전이 플레이트(91)는 각각 중앙 개구(92 및 93)를 가지고, 그러한 중앙 개구를 통해서 구동 샤프트(40)가 연장된다. 전이 플레이트(91)가 실린더 블록(30) 내에서 정지 상태로 유지되고 복수의 전달 개구(94)를 가지며, 각각의 전달 개구는 유입구 통로(26) 중 하나와 고정적으로 정렬된다. 스로틀 부재(90)는 구동 샤프트(40)를 중심으로 회전가능하고 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)에 근접한 복수의 제어 개구(95)를 가진다. 스로틀 부재(90)의 제어 개구(95) 및 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)는 유입구 통로(26)의 반경과 거의 동일한 반경에 형성되고, 그에 따라 미리 규정된 원호를 통한 스로틀 부재(90)의 회전시에 그러한 개구와 유입구 통로의 정렬(registration)을 보장한다. 설명되는 바와 같이, 스로틀 부재(90)의 회전은 제어 개구(95)를 전달 개구(94)와 정렬시키거나 오정렬시키고, 그에 의해서 유입구 갤러리(31)와 실린더(36) 사이의 유체 유동을 제어하는 가변 오리피스를 생성한다.
펌프(10)는 실린더 블록(30) 내의 스로틀 부재(90)를 회전시키기 위한 유압식 액추에이터(100)를 더 포함한다. 그러한 목적을 위해서, 탭(98)이 스로틀 부재(90)의 외측 엣지로부터 실린더 블록(30) 내의 액추에이터 보어(102) 내로 외측으로 돌출한다. 액추에이터 보어(102)는 제어 포트(104)를 가지고, 제어 회로로부터의 유압식 도관이 그러한 제어 포트에 연결된다. 제어 피스톤(108)이 액추에이터 보어(102) 내에 활주식으로 수용되고 스로틀 부재(90)의 탭(98)과 결합한다. 제어 포트(104)로 적용된 가압 유체는 제어 피스톤(108)을 액추에이터 보어(102)(도 3 참조) 내에서 우측으로 구동하고, 그에 의해서 스로틀 부재(90)가 도 4에 도시된 위치와 같은 상이한 위치로 회전되게 유도한다. 대안적으로, 유압식 액추에이터(100)는, 유압식 모터, 전기 스텝퍼 모터, 선형 솔레노이드, 회전식 솔레노이드, 또는 다른 유사한 전기기계적 액추에이터와 함께, 랙 및 피니언 유형의 배열체(arrangement); 회전식 피스톤; 또는 웜 기어를 포함할 수 있다.
실린더 블록(30) 내의 스로틀 부재(90)의 각도 위치는, 스로틀 부재 내의 제어 개구(95)와 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)의 정렬을 결정한다. 그러한 정렬을 변경하는 것은, 그러한 개구들이 중첩되는 정도를 변화시키고 그에 따라 피스톤 사이클 흡입 위상 중에 유입구 갤러리(31)와 실린더(36) 사이에서 유체가 통과하여 유동할 수 있는 단면적을 변화시킨다. 다시 말해서, 전달 개구(94) 및 제어 개구(95)의 조정가능한 정렬은, 유입구 통로(26)에 의해서 제공되는 해당 유동 경로 내에 가변 오리피스를 형성한다. 펌프(10)의 변위를 조절하고 출력 압력을 희망 레벨로 유지하는 특정 방식으로 유체 유동이 변화되도록, 제어 개구(95) 및 전달 개구(94) 모두가 특유의 형상을 가질 수 있다. 도 3은, 유입구 갤러리(31)와 실린더(36) 사이에서 최대 유동을 제공하는 완전히 정렬된 배향의 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)를 도시한다. 스로틀 부재(90)가 반시계 방향으로 회전하고 전달 개구(94) 및 제어 개구(95)가 더 큰 정도로 오정렬됨에 따라, 해당 가변 오리피스의 면적이, 도 4에 도시된 위치에 도달할 때까지, 비교적 큰 레이트로 초기에 변화된다. 그 후에 오리피스 면적이 더 작아짐에 따라, 면적이 변화되는 레이트가 감소된다(즉 스로틀 부재(90)의 각도 위치의 동일한 증분의 변화를 위해서 면적이 보다 서서히 변화된다).
일 구현예에서, 오리피스 면적 변화의 레이트의 변경이, 스로틀 부재(90) 내의 제어 개구(95)의 횡방향 단면의 특유의 형상에 의해서 결정된다. 본원에서 사용된 바와 같은 횡방향 단면은, 제어 개구(95)를 통해서 유체가 유동하는 방향에 대해서 횡방향인 평면 내의 제어 개구(95)에 걸친 단면을 의미한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 제어 개구(95)는, 테이퍼형(tapered) 영역(97)이 새의 부리와 같이 돌출하기 시작하고 정점에서 종료되는 타원형의 일차 영역(96)을 가지는 횡방향 단면 형상을 가진다. 일차 영역(96)은, 테이퍼형 영역(97)의 단면적에 비하여 비교적 큰 단면적을 가진다. 제어 개구(95)는 다른 형상을 가질 수 있고, 본원에서 설명되는 바와 같이, 유체 유동의 변화의 레이트의 변동을 여전히 달성할 수 있다. 다른 구현예에서, 제어 개구(95)는 유체 유동의 변화의 레이트를 변경하지 않고, 그러한 변화의 레이트는 스로틀 부재(90)의 회전 각도가 어떠하든지 간에 일정하게 유지된다. 전이 플레이트(91) 내의 각각의 전달 개구(94)는, 스로틀 부재(90)가 완전히 정렬된 위치에 있을 때, 연관된 제어 개구(95)의 전체 단면적이 유입구 통로(26)와 소통하도록 보장하는, 크기 및 형상을 가진다. 그러한 전달 개구(94)와 제어 개구(95)의 완전한 정렬은, 제어 개구(95)의 전체 면적이 스로틀 부재(90)를 통해서 유체를 전도안내할 수 있게 하고, 그에 따라 피스톤 사이클의 흡입 위상 중에 유입구 갤러리(31)로부터 각각의 실린더(36) 내로 유체의 최대 유동을 제공한다. 스프링(114)은, 스로틀 부재(90)가 완전히 정렬된 개구 위치에 있는 위치로 제어 피스톤(108)을 편향시킨다.
도 3의 완전히 정렬된 위치로부터, 가압 유체를 제어 포트(104)로 인가하는 것은 제어 피스톤(108)을 구동시키고, 이는 탭(98) 상에 작용하여 스로틀 부재(90)를 반시계방향으로 회전시킨다. 계속되는 운동은 결국 스로틀 부재(90)를 도 4에 도시된 중간 위치로 이동시킨다. 스로틀 부재(90)가 그러한 위치들 사이에서 이동됨에 따라, 제어 개구(95)의 보다 큰 일차 영역(96)이 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)의 엣지 위로 이동하고, 그에 의해서 각각의 전달 개구(94)의 면적의 일부를 폐쇄한다. 타원형의 일차 영역(96)의 큰 크기로 인해서, 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)에 의해서 생성되는, 오리피스를 통해서 유체가 관통 유동하는 면적이 비교적 빠른 레이트로 감소된다. 즉, 제어 피스톤(108)이 이동하는 주어진 증분 거리에 대해서, 그에 따라 스로틀 부재(90) 위치에서의 주어진 증분의 각도 변화에 대해서, 비교적 큰 유동 변화가 발생한다.
도 4의 중간 위치에 도달하면, 제어 개구(95)의 테이퍼형 영역(97) 만이 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)와 소통하도록 계속 정렬되어 있다. 그에 따라, 유체가 그러한 테이퍼형 영역(97)을 경유하여 스로틀 부재(90)를 통해서만 유동할 수 있다. 이러한 중간 위치에서, 제어 개구(95)는 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)와 부분적으로만 정렬된다. 이러한 중간 위치에서 중첩되는 양에 따라, 유입구 갤러리(31)와 각각의 유입구 통로(26) 사이의 유동의 양이 완전히 정렬된 위치로부터 감소된다.
이러한 유동의 양은 스로틀 부재(90)의 회전 위치를, 그에 의해서 개구가 중첩되는 양을 제어하는 것에 의해서 비례적으로 제어될 수 있다. 스로틀 부재(90)의 회전이 계속됨에 따라, 테이퍼형 영역(97)은, 전달 개구(94) 및 제어 개구(95)의 완전히 정렬된 위치로부터 그러한 중간 위치에 도달하기 위한 이전의 운동 중에 발생되는 것보다 작은 레이트로 유동 면적이 변하게 한다. 이제, 제어 피스톤(108)이 이동하는 각각의 주어진 증분 거리에 대해서 그리고 스로틀 부재(90)의 각각의 주어진 증분 각도 변화에 대해서, 이전에 발생되었던 것보다 비교적 작은 유동 면적의 변화가 발생된다. 그에 따라, 제어 개구(95)의 개방 면적이 변화하는 레이트는 그러한 개방 면적이 작아짐에 따라 감소된다.
유압식 액추에이터(100)의 계속적인 활성화는, 제어 개구(95)가 전이 플레이트(91) 내의 전달 개구(94)와 전체적으로 오정렬되는 위치에 결국 스로틀 부재(90)가 도달하게 되는 결과를 초래한다. 즉, 제어 개구(95)의 부분이 전달 개구(94)와 중첩하지 않거나 전달 개구(94) 내로 개방되지 않고, 유입구 갤러리(31)와 실린더(36) 사이의 유체 유동이 차단된다.
유입구 갤러리(31)와 유입구 통로(26) 사이의 유동의 양을 제어하기 위해서 스로틀 부재(90)를 이용하는 것은, 펌프(10)의 변위가 동적으로 변경될 수 있게 한다. 제어 개구(95)가 전달 개구(94)와 부분적으로만 정렬될 때, 각각의 피스톤 사이클의 흡입 위상 중에 실린더 챔버(37) 내로 유동하는 유체의 양이 감소된다. 결과적으로, 실린더 챔버(37)가 유압식 유체로 완전히 충진되지 않고, 피스톤(52)이 하사점에 도달한다. 그에 따라, 전체 유효 피스톤 변위의 일부가 손실된다. 손실 변위의 양은 펌프(10)의 속력에 따라서 상당히 변경되지 않는데, 이는 스로틀 부재(90)에 걸친 평균 압력 강하가 800 내지 2500 RPM의 전형적인 펌프 속력에 대해서 일정하기 때문이다.
회전가능한 스로틀 부재(90)를 가지는 본 펌프 구성은 각각의 유입구 체크 밸브(33)의 입력에서 가변 스로틀 초킹(choking)을 제공한다. 이는, 유입구 포트(28)와 유입구 갤러리(31) 사이와 같이, 모든 실린더(36)에 대해서 단일 장소에서의 스로틀 초킹을 가지는 펌프에 비해 상당한 장점을 가진다. 본 펌프(10)의 개별(per) 유입구 체크 밸브 스로틀링 배열에서, 스로틀 부재(90)와 유입구 체크 밸브(33) 사이의 유체 부피가 비교적 작고 유체 유동의 시작 및 정지 모두에서 개선된 항상성 및 동적인(dynamic) 응답을 초래한다.
비록 상기 예는 가압 유체가 제어 포트(104)로 적용될 때 감소된 출력 유동을 도시하고 설명하고 있지만, 전이 플레이트(91) 및 유압식 액추에이터(100)에 대한 스로틀 부재(90)의 구성에 따라, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력 감소가 배출구 포트(29)에서의 출력 유동을 감소시킬 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
펌프 시스템
도 6은 펌프 시스템(118)을 도시한다. 펌프 시스템(118)은 피스톤 펌프(10)를 구비한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 펌프(10)는 유입구 포트(28), 배출구 포트(29), 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록(30)을 구비하고, 복수의 실린더 중의 각각의 실린더(36)는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로(26)에 의해서 유입구 포트(28)에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로(27)에 의해서 배출구 포트(29)에 연결된다. 피스톤 펌프(10)는 복수의 피스톤을 가지고, 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤(52)은 복수의 실린더 중의 각각의 실린더(36) 내에 배치된다. 피스톤 펌프(10)는 각각의 실린더(36) 내에서 복수의 피스톤(52)을 구동하는 구동 샤프트(40)를 구비한다. 펌프(10)는 또한 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로(26) 내의 유동을 독립적으로 스로틀링하는 스로틀 부재(90)를 구비한다. 스로틀 부재(90)가 도 3 및 도 4에 도시되고 설명된 것과 유사할 수 있거나, 전술한 것과 다른 형태를 취할 수 있을 것이다. 펌프 시스템(118)은, 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로(26) 내의 유동을 스로틀링하기 위해서 스로틀 부재(90)를 이동시키는 유압식 액추에이터(100)를 더 구비한다. 유압식 액추에이터(100)는 제어 피스톤(108)을 포함할 수 있고, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력이 제어 피스톤(108) 상으로 작용하여 스로틀 부재(90)를 이동시킨다. 펌프 시스템(118)은 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하는 부하 감지 장치(124)를 추가로 구비하며, 그에 의해서 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 부하 감지 장치(124)는 마진 스풀(margin spool)(126)을 포함할 수 있고, 마진 스풀(126)은 화살표(128)에 의해서 도시된 제1 방향으로 편향되고, 라인(130) 내에서 부하 감지 신호(LS)에 의해서 제1 방향(128)을 따라 이동가능하고, 배출구 포트(29)에서의 압력에 의한 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS) 및 편향에 대해서 제2의 상이한 방향(화살표(132)에 의해서 도시됨)으로 이동가능하고, 그에 의해서 이하에서 추가적으로 설명하는 바와 같이 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절한다. 마진 스풀(126)이 예를 들어 스프링(134)에 의해서 편향된다.
펌프 시스템(118)의 일 구현예에서, 사용자는, 펌프(10)로부터 기계상의 유압식 액추에이터(120)로 유체가 유동하는 레이트를 변화시키기 위해서 제어 밸브(122)를 동작시킨다. 이러한 동작은 제어 밸브(122)에 걸친 압력 강하를 초래한다. 마진 스풀(126)은 스프링(134)의 예비-부하(pre-load)에 의해서 제공되는 미리 결정된 편향력으로 셋팅된다. 배출구 포트(29)로부터의 압력이 마진 스풀(126)의 비-스프링 단부(127) 상에 작용하고, (본 예에서, 제어 밸브(122) 하류의 압력인) 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)는 마진 스풀(126)의 스프링 단부(125) 상에 작용한다. 마진 스풀(126)의 위치는 스프링(134)의 미리 결정된 힘과 2개의 인가된 압력의 균형을 위해서 조정될 것이고, 그에 의해서, 유압식 액추에이터(100)의 내외로, 보다 구체적으로 제어 포트(104)를 통한 그리고 액추에이터 보어(102) 내로의 유동을 조절할 것이다. 유압식 액추에이터(100) 내외로의 유동은 액추에이터 보어(102) 내의 압력을 증가 또는 감소시키고, 이는 다시 스로틀 부재(90)를 이동시키는 것에 의해서 펌프(10)의 출력 유동을 조정한다.
만약 펌프(10)의 출력 유동이 운영자가 세팅한 희망 유량보다 작다면, 마진 스풀(126)이 화살표(128)의 방향으로 이동하여, 유압식 액추에이터(100)로부터 드레인 연결부(152)를 통한 탱크(150)로의 유동을 허용할 것이다. 유체가 유압식 액추에이터(100)의 외부로 유동할 때, 스프링(114)은 펌프(10)의 출력 유동을 증가시키도록 스로틀 부재(90)를 이동시키는 방향으로 이동한다. 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)가 이전보다 더 정렬되도록, 스로틀 부재(90)가 회전한다. 펌프(10)의 출력 유동은, 스프링(134)의 미리 결정된 힘과의 균형이 성취될 때까지 증가할 것이다. 만약 펌프(10)의 출력 유동이 운영자가 셋팅한 희망 유량보다 크다면, 마진 스풀(126)은 배출구 포트(29)로부터 유압식 액추에이터(100) 내로의 유동을 허용하도록 화살표(132) 방향으로 이동할 것이다. 이는, 펌프(10)의 출력 유동을 감소시키도록 스로틀 부재(90)를 이동시키는 방향으로 스프링(114)에 대해서 제어 피스톤(108)을 이동시킨다. 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)가 이전보다 덜 정렬되도록, 스로틀 부재(90)가 회전한다. 펌프(10)의 출력 유동은, 스프링(134)의 미리 결정된 힘과의 균형이 성취될 때까지 감소할 것이다. 제어 밸브(122)의 제한을 조정하는 것 이외에 의해서 생성된 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)를 기초로 기능하는 부하 감지 장치의 다른 구현예가 본 발명의 범위 내에서 고려된다. 예를 들어, 부하 감지 신호는, 논리 값의 시스템으로 펌프 시스템(118)의 가장 큰 부하를 감지하는 것에 의해서 생성될 수 있거나 전기유압식 디바이스에 의해서 생성될 수 있다.
도 6을 더 참조하면, 일 구현예에서, 펌프 시스템(118)은 스로틀 부재(90) 또는 제어 피스톤(108)의 위치를 감지하는 위치 센서(136)를 더 포함한다. 추가적인 구현예에서, 펌프 시스템(118)은 유입구 포트(28) 및 배출구 포트(29) 중 하나 또는 양자 모두에서 압력을 감지하는 적어도 하나의 압력 센서(137)를 더 포함한다.
이제 도 7을 참조하여, 압력 보상기 밸브(138)를 가지는 펌프 시스템(118)을 설명할 것이다. 도 6 및 도 7의 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타내며, 그에 대해서는 추가적으로 설명하지 않을 것이다. 도 7의 구현예에서, 압력 보상기 밸브(138)는 펌프(10)의 배출구 포트(29)에서의 압력을 참조하고, 배출구 포트(29)에서의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우에, 부하 감지 장치(124)에 의한 유압식 액추에이터(100) 내의 압력의 조절에 우선한다. 압력 보상기 밸브(138)의 제1 단부(140)는 펌프(10)의 배출구 포트(29)에서의 압력을 참조한다. 압력 보상기 밸브(138)의 제2 단부(142)는, 배출구 포트(29)로부터의 압력의 영향에 반대되는 방향으로 압력 보상기 밸브(138)를 편향시키는 스프링(144)을 가진다. 정상 동작 중에, 펌프 시스템(118)은, 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 부하 감지 장치(124)에 의해서 제어된다. 스프링(144)은 압력 보상기 밸브(138)를 화살표(141)의 방향을 따라 완전히 개방된 위치로 편향시키고, 그러한 완전 개방 위치에서 부하 감지 장치(124)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하여 부하 감지 장치(124)의 정상 기능에 따라서 펌프(10)로부터의 유동을 증가 또는 감소시킨다. 만약 스프링(144)에 의해서 셋팅된 미리 결정된 힘을 초과하는 펌프(10)로부터의 출력 압력을 운영자가 항상 요청한다면, 압력 보상기 밸브(138)는 화살표(140) 방향으로 이동한다. 이러한 경우에, 배출구 포트(29)로부터의 압력이 스프링(144)의 편향을 극복하고 압력 보상기 밸브(138)는 화살표(140) 방향으로 이동하여, 직접적으로 배출구 포트(29)로부터, 압력 보상기 밸브(138)를 통해서, 그리고 유압식 액추에이터(100) 내로 유동하게 허용한다. 이는, 펌프(10)의 출력 유동을 감소시키는 방향으로 스프링(114)에 대해서 제어 피스톤(108)을 이동시킨다.
비록 부하 감지 장치(124)만이 도시되어 있지만, 도 6 및 도 7에 도시된 부하 감지 장치(124) 및 압력 보상기 밸브(138) 중 어느 하나 또는 양자 모두가 도 8 내지 도 14에 도시된 펌프 시스템(118)과 함께 구현될 수 있다. 도 8은 전기유압식 액추에이터(146)를 포함하는 펌프 시스템(118)을 도시하는 한편, 도 9 내지 도 14는, 전기유압식 액추에이터(146) 및 부하 감지 장치(124) 중 어느 하나 또는 양자 모두로 펌프(10)의 출력 유동을 제어하기 위한 다양한 구성으로, 전기유압식 액추에이터(146) 및 부하 감지 장치(124) 모두를 포함하는 펌프 시스템(118)을 도시한다.
펌프 시스템 제어 방법
이제 도 5를 참조하여, 펌프(10)의 출력 유동을 제어하는 예시적인 방법을 설명할 것이다. 블록(2)에서, 입력 전류(i)가 제어 회로(148)에 의해서 전기적으로 동작되는 액추에이터로 제공된다. 이하에서 더 설명되는 바와 같은, 입력 전류(i)는, 예를 들어 전기유압식 액추에이터(146)와 같이, 전기적으로 동작되는 액추에이터로 제공될 수 있다. 블록(4)에서, 전기적으로 동작되는 액추에이터는 입력 전류(i)에 따라서 위치를 변화시킨다. 하나의 예에서, 전기유압식 액추에이터(146)는 입력 전류(i)를 기초로 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절한다. 블록(6)에서, 스로틀 부재(90)는 전기적으로 동작되는 액추에이터의 운동에 따라서 위치가 변화된다. 일 예에서, 스로틀 부재(90)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력에 따라서 이동한다. 블록(8)에서, 펌프(10)의 배출구 포트(29)로부터의 출력 유동은 스로틀 부재(90)의 위치에 상응하고, 이는 다시 유압식 액추에이터(100) 내의 압력에 상응하고, 이는 다시 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성되는 압력에 상응하며, 이는 다시 입력 전류(i)에 상응한다.
도 5의 방법을 실시하기 위한 비-제한적인 예시적 시스템이 도 8 내지 도 13을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 8을 참조하면, 펌프 시스템(118)은 스로틀 부재(90)의 운동을 통제하는 전기유압식 액추에이터(146)를 가진다. 전기유압식 액추에이터(146)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하고, 그에 의해서, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 펌프 시스템(118)은, 전기유압식 액추에이터(146)를 제어하고 그에 의해서 스로틀 부재(90)의 운동을 통제하는 제어 회로(148)를 구비할 수 있다. 실시예에서, 제어 회로(148)는 전자 제어 유닛(ECU)이다. 실시예에서, 전기유압식 액추에이터(146)는, 예를 들어, 전기 압력 감소 밸브일 수 있는 전기적으로 동작되는 압력 제어 밸브이다. 운영자는 펌프 시스템(118)의 희망 유량을 제어 회로(148) 내로 입력하고, 그러한 제어 회로는 이러한 희망 유량을 달성하기 위한 전자 신호를 출력한다. 전기유압식 액추에이터(146)는 제어 회로(148)로부터 전자 신호를 수신하고, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 증가 또는 감소시키는 위치로의 이동에 의해서 응답한다. 전기유압식 액추에이터(146)는 탱크(150)에 대해서 유압식 유체를 제거하거나 재충진하는 것에 의해서 그러한 것을 실시한다. 전기유압식 액추에이터(146)는 유압식 액추에이터(100)로부터 드레인 연결부(152)를 통해서 유체를 배출한다. 전기유압식 액추에이터(146)는 파일롯 압력 공급원(153)을 통해서 유압식 액추에이터(100)를 재충진한다. 파일롯 압력 공급원(153)은 도시된 바와 같이 분리된 펌프일 수 있고, 또는 펌프(10)의 배출구 포트(29)로부터 직접적으로 취해질 수 있다.
하나의 실시예에서, 전자 신호는 전류(i)이다. 전류(i)가 전기유압식 액추에이터(146)의 출력 압력에 상응하고, 그에 따라 유압식 액추에이터(100) 내의 제어 피스톤(108)의 위치에, 그리고 다시 스로틀 부재(90)의 위치에 상응한다. 그에 의해서, 제어 피스톤(108)의 위치는, 배출구 포트(29)에서의 압력 또는 구동 샤프트(40)의 속력과 관계없이, 이러한 주어진 전류(i)를 기초로 배출구 포트(29)에서 예측가능한 출력 유동을 산출한다. 다시 말해서, 비-가변형 변위 펌프로 스로틀링하는 개별 유입구 체크 밸브의 조합은 펌프 시스템(118)의 효율적 제어를 허용하고, 주어진 전류(i)는 배출구 포트(29)에서 예측가능한 유동을 생성한다. 이러한 제어는, 가변 변위 펌프의 전기유압식 제어에서 요구되는 바와 같은, 복잡하고 고가인 보상 방법을 필요로 하지않고 달성될 수 있다.
펌프 시스템(118) 내에서 부하 감지 장치(124) 및/또는 압력 보상기 밸브(138)와 조합될 때, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명되는 바와 같이, 전기유압식 액추에이터(146)의 위치 및 그에 따른 기능이 변경되어 상이한 결과를 생성할 수 있다.
도 9 및 도 10은 2개의 시스템을 도시하고, 그러한 시스템에서 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 압력이 부하 감지 장치(124)를 가지는 펌프 시스템(118)으로 부가되어 펌프(10)의 출력 유동을 제한할 수 있다. 도 9의 구현예에서, 전기유압식 액추에이터(146)가 마진 스풀(126)의 드레인 연결부(152)와 직렬로 삽입되고 드레인 연결부(152) 내의 압력을 선택적으로 제어한다. 전기유압식 액추에이터(146)가 전류(i)에 의해서 활성화되지 않을 때, 전기유압식 액추에이터(146)의 스풀이 스프링에 의해서, 드레인 연결부(152)로부터 탱크(150)로 비교적 제한되지 않는 경로를 제공하는 위치로 편향된다. 이러한 상태에서, 부하 감지 장치(124)는, 도 6에 대해서 전술한 바와 같은 방식으로, 펌프 출력 압력 및 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)에 응답하여 기능하고, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하여 배출구 포트(29)에서의 희망 펌프 출력 압력을 유지한다. 대안적으로, 전기유압식 액추에이터(146)가 전류(i)에 의해서 에너지를 공급받을 때, 그러한 액추에이터의 스풀은, 펌프 배출구 포트(29)에서의 압력으로부터 유도된 압력 레벨이 드레인 연결부(152)로 인가되는 위치로 이동한다. 그러한 압력 레벨은, 유압식 액추에이터 스풀이 전류(i)에 의해서 이동된 양에 의해서 규정된다. 이러한 상태에서, 드레인 연결부(152)는 비교적 낮은 탱크 압력과 관련되지 않는다. 드레인 연결부(152)로 인가되는 압력은, 유압식 액추에이터(100)로 공급될 수 있는 최소 압력을 셋팅하고, 그에 따라 펌프 스로틀 부재(90)의 최대 면적 개방 위치를 셋팅한다(즉 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)의 최대 허용 정렬을 셋팅한다). 이제 부하 감지 장치(124)가 펌프 출력 압력 및 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)에 응답함에 따라, 유압식 액추에이터(100)로 공급되는 압력이 배출구 포트(29)에서의 펌프 출력 압력과 드레인 연결부(152) 내의 최소 압력 레벨 사이에서 조절된다.
도 10의 구현예에서, 전기유압식 액추에이터(146)가 유압식 액추에이터(100) 및 부하 감지 장치(124)의 배출구(145)와 직렬로 삽입된다. 전기유압식 액추에이터(146)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 배출구 포트(29)에서의 펌프 출력 압력으로부터 유도되고 부하 감지 장치(124)의 배출구(145) 내의 압력 및 전류(i)에 의존하는 압력 레벨로 조절한다. 전기유압식 액추에이터(146)가 전류(i)에 의해서 활성화되지 않을 때, 전기유압식 액추에이터(146)의 스풀이 스프링에 의해서, 부하 감지 장치(124)의 배출구(145)로부터 유압식 액추에이터(100)로의 비교적 제한되지 않는 경로를 제공하는 위치로 편향된다. 이러한 상태에서, 부하 감지 장치(124)는, 도 6에 대해서 전술한 바와 같은 방식으로, 펌프 출력 압력 및 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)에 응답하여 기능하고, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하여 배출구 포트(29)에서 펌프 출력 압력을 유지한다. 대안적으로, 전기유압식 액추에이터(146)가 전류(i)에 의해서 에너지를 공급받을 때, 전기유압식 액추에이터(146)의 스풀은, 전류(i)로 인해서 유압식 액추에이터(100) 내의 압력 레벨이 부하 감지 장치(124)의 배출구(145) 내의 압력보다 높은 레벨로 편향되는 위치로 편향된다. 전기유압식 액추에이터(146)로 인가된 전류(i)에 의해서 생성되는 압력 편향은, 유압식 액추에이터(100)로 공급될 수 있는 최소 압력을 셋팅하고, 그에 따라 펌프 스로틀 부재(90)의 최대 면적 개방 위치를 셋팅한다(즉 제어 개구(95) 및 전달 개구(94)의 최대 허용 정렬을 셋팅한다). 이제 부하 감지 장치(124)가 펌프 출력 압력 및 라인(130)내의 부하 감지 신호(LS)에 응답함에 따라, 유압식 액추에이터(100)로 공급되는 압력이 배출구 포트(29)에서의 펌프 출력 압력과 전기유압식 액추에이터(146)로 인가되는 전류(i)로 인한 편향 압력 사이에서 조절된다.
다시 말해서, 도 9 및 도 10의 구현예에서, 전기유압식 액추에이터(146) 및 마진 스풀(126)은, 스로틀 부재(90)의 최대 면적 개방 위치를 셋팅하기 위해서 유압식 액추에이터(100)로 공급될 수 있는 최소 압력을 생성한다. 도 9의 구현예에서, 전기유압식 액추에이터(146)는 마진 스풀(126)로부터 드레인 연결부(152)까지의 유동을 제한하는 것에 의해서 마진 스풀(126) 내의 압력을 조절하는 한편, 도 10의 구현예에서, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력은 부하 감지 장치(124)에 의해서 조절된 압력의 레벨에 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 편향 압력 레벨을 더한 것이 된다.
이제 도 11 및 도 12를 참조하여, 전기유압식 액추에이터(146) 및 부하 감지 장치(124)로부터 더 높은 압력을 유압식으로 선택하고 그 압력을 이용하여 유압식 액추에이터(100)를 제어하고 그에 따라 펌프 시스템(118)의 유동을 제어하는 펌프 시스템(118)을 설명할 것이다. 다시 말해서, 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 부하 감지 장치(124)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 크지 않다면, 부하 감지 장치(124)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절한다. 만약 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 부하 감지 장치(124)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 크다면, 전기유압식 액추에이터(146)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절한다.
유동이 특정 기간 동안 특정 한계를 초과하지 않도록, 제어 회로(148) 내의 알고리즘이 펌프(10)의 최대 유동을 제한할 수 있을 것이다. 이러한 최대 유동 한계를 달성하기 위해서, 제어 회로(148)는, 전기유압식 액추에이터(146)의 압력 출력에, 그에 따라 유압식 액추에이터(100) 내의 제어 피스톤(108)의 위치에, 그리고 그에 따라 스로틀 부재(90)의 위치에 상응하는 전류(i)를 출력한다. 그에 의해서, 제어 피스톤(108)의 위치는, 구동 샤프트(40) 속력 또는 배출구 포트(29)에서의 압력과 관계없이, 배출구 포트(29)에서 예측가능한 최대 유동을 산출할 수 있을 것이다.
만약 운영자의 희망 유동이 제어 회로(148)에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계를 초과하지 않는다면, 그에 따라, 부하 감지 장치(124)에 의해서 생성된 압력이 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 압력보다 높고, 시스템은 부하 감지 장치(124)의 제어하에서 동작한다. 만약 운영자의 희망 유동이 제어 회로(148)에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계를 초과한다면, 부하 감지 장치(124)는 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 감소시키는 것에 의해서 펌프(10)로부터 부가적인 유동을 획득하려고 시도한다. 부하 감지 장치(124)에 의해서 생성된 압력이 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 압력 미만으로 낮아지는 지점에서, 밸브가 유압식 액추에이터(100) 내의 압력 및 위치를 유압식으로 변화시킬 것이고, 그에 따라 배출구 포트(29)에서의 유동이 부하 감지 장치(124)에 의해서가 아니라 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 제어될 것이다. 그에 따라, 제어 회로(148)의 알고리즘은, 펌프 배출구 포트(29)에서의 너무 많은 유동에 대해서 즉, 제어 회로(148)에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계를 초과하는 유동에 대해서 운영자의 명령을 제한할 수 있다.
다른 한편으로, 운영자의 희망 유동이 제어 회로(148)에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계 미만으로 다시 한번 작아질 때, 밸브는 다시 한번 위치를 유압식으로 변화시키고, 부하 감지 장치(124)는 다시 한번 펌프 배출구(29)에서의 유동을 제어할 것이다.
전술한 밸브는 체크 밸브 또는 셔틀 밸브일 수 있으나, 전기유압식 액추에이터(146) 및 부하 감지 장치(124) 중의 보다 높은 압력을 유압식으로 선택한다는 동일한 목적을 달성하기 위해서 다른 밸브가 이용될 수 있을 것이다.
도 11의 펌프 시스템(118)은, 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 부하 감지 장치(124)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 클 때, 전기유압식 액추에이터(146)로부터 유압식 액추에이터(100)로의 유동을 선택적으로 허용하는 체크 밸브(154)를 포함한다. 시스템이 체크 밸브(154)를 포함할 때, 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성되는 유동은 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 제어하기 위해서 마진 스풀(126)을 포화시킨다(saturate).
도 12의 펌프 시스템(118)은, 전기유압식 액추에이터(146) 및 부하 감지 장치(124) 중 하나로부터 유압식 액추에이터(100)로의 유동을 선택적으로 허용하는 셔틀 밸브(156)를 포함한다. 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 부하 감지 장치(124)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 클 때, 셔틀 밸브(156)는 부하 감지 장치(124)로부터 유압식 액추에이터(100)로의 유동을 차단한다. 전기유압식 액추에이터(146)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 부하 감지 장치(124)로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 작을 때, 셔틀 밸브(156)는 전기유압식 액추에이터(146)로부터 유압식 액추에이터(100)로의 유동을 차단한다.
이제 도 13을 참조하여, 펌프 시스템(118)의 대안적인 예를 설명할 것이다. 이러한 예에서, 스로틀 부재는 제1 및 제 2 스로틀 부재(89, 90)를 포함한다. 부하 감지 장치(124)는, 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 라인(130) 내의 부하 감지 신호(LS)를 기초로 제1 스로틀 부재(89)의 운동을 통제한다. 전기유압식 액추에이터(146)는, 도 8을 참조하여 전술한 바와 같이, 전류(i)와 같은 전자 신호를 기초로 제2 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 이러한 구현예에서 유압식 액추에이터는 제1 및 제2 유압식 액추에이터(100, 101)를 포함한다. 부하 감지 장치(124)는 제1 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 제1 스로틀 부재(89)의 운동을 통제하고, 전기유압식 액추에이터(146)는 제2 유압식 액추에이터(101) 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 제2 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 도시된 구현예에서, 제1 스로틀 부재(89)가 제2 스로틀 부재(90)와 직렬로 위치된다. 2개의 스로틀 부재(89, 90)의 순서는 도 13에 도시된 것과 반대가 될 수 있다.
부하 감지 장치(124)의 정상 동작 중에, 전기유압식 액추에이터(146)가 탈-에너지화될(de-energized) 것이고 제2 스로틀 부재(90)가 완전히 개방되어 실린더 챔버(37) 내로의 무시가능한 양의 제한을 제공할 것이다. 제1 스로틀 부재(89) 만이, 부하 감지 장치(124)에 의해서 생성된 압력을 기초로, 실린더 챔버(37) 내로의 유동을 제한한다. 유동이 특정 기간 동안 특정 한계를 초과하지 않도록, 제어 회로(148) 내의 알고리즘이 펌프(10)의 최대 유동을 제한할 수 있다. 운영자의 희망 유동이 최대 유동 한계를 초과하는 것으로 알고리즘이 결정할 때, 제어 회로(148)는 전류(i)와 같은 전자 신호로 전기유압식 액추에이터(146)로 에너지를 공급한다. 전기유압식 액추에이터(146)는, 제2 스로틀 부재(90)를 전자 신호에 상응하는 위치로 회전시키는 압력을 생성한다. 이어서, 운영자의 희망 유동이 최대 유동 한계 미만으로 낮아질 때까지, 배출구 포트(29)에서의 유동이 제2 스로틀 부재(90)에 의해서 제어된다. 이는 부하 감지 장치(124)가, 제1 스로틀 부재(89)의 위치가 (제어 회로(148)의 알고리즘에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계에 상응하는) 제2 스로틀 부재(90)의 위치보다 더 제한적이 되게 하는 제1 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 생성하도록 한다.
하나의 펌프 시스템(118) 내에서 부하 감지 장치(124) 및 전기유압식 액추에이터(146)(그리고 일부 구현예에서, 압력 보상기 밸브(138)) 모두를 이용하는 것에 의해서, 부하 감지 장치(124) 및 전기유압식 액추에이터(146) 모두가, 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절함으로써, 스로틀 부재(90)의 운동을 통제할 수 있다. 전기유압식 제어를 이용한 개별 유입구 체크 밸브 스로틀링이, 전술한 바와 같이 펌프 출력 압력 및 구동 샤프트 속력과 분리된, 주어진 전류(i)에 대한 예측가능한 출력 유동을 제공하기 때문에, 펌프 시스템(118)의 안정성 획득을 위한 특별한 보상 방법 및/또는 하드웨어를 이용하지 않고도, 전기유압식 제어가 부하 감지 장치(124)에 우선하는 것도 허용된다.
이제 도 14를 참조하여, 펌프 시스템(118)의 추가적인 예를 설명할 것이다. 이러한 예의 펌프 시스템(118)은, 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로(26) 내의 유동을 스로틀링하기 위해서 스로틀 부재(90)를 이동시키는 제1 유압식 액추에이터(100)를 구비한다. 부하 감지 장치(124)는, 제1 유압식 액추에이터(100) 내의 압력을 조절하는 것에 의해서, 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 전기유압식 액추에이터(146)는 스로틀 부재(90)의 운동을 제한하는 것에 의해서 스로틀 부재(90)의 운동을 통제한다. 시스템(118)은 스로틀 부재(90)의 운동을 제한하는 기계적 정지부 및 기계적 정지부를 이동시키는 제2 유압식 액추에이터(101)를 구비하고, 전기유압식 액추에이터(146)는, 제2 유압식 액추에이터(101) 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 기계적 정지부를 이동시킨다. 도 14의 구현예에서, 기계적 정지부는 푸셔 핀(pusher pin)(158)이다. 제2 유압식 액추에이터(101)가, 제1 수식 액추에이터(100) 내의 제어 피스톤(108)과 접촉하게 푸셔 핀(158)을 이동시킴으로써 스로틀 부재(90)의 운동을 제한하도록 구성되게끔, 제1 및 제2 유압식 액추에이터(100, 101)가 서로 인접하여 위치된다.
그에 따라, 도 14는, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하였던 바와 같이, 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 보다 높은 압력이 부하 감지 장치(124)에 의한 제어에 직접적으로 우선하도록 하기 위한 대안을 개시한다. 그 대신에, 부하 감지 장치(124)에 의해서 생성된 압력 및 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 압력이 개별적인 챔버(예를 들어, 유압식 액추에이터(100, 101)) 내에서 서로로부터 격리된다. 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 압력에 의해서 제어되는 푸셔 핀(158)을 가지는 푸셔 피스톤(160)이 부하 감지 장치(124)에 의한 제어에 우선한다. 이러한 배열에서, 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성된 압력이 큰 면적 비율을 가지는 제2 유압식 액추에이터(101)로 공급된다. 유압식 액추에이터(101)의 작은 단부가 밀봉부(162)를 이용하여 제1 유압식 액추에이터(100)의 액추에이터 보어(102)로 루트 연결되고 경질(hard) 기계적 정지부로서 작용하고, 그러한 경질 기계적 정지부는 푸셔 핀(158)일 수 있다. 다시 푸셔 핀(158)은, 제어 피스톤(108)이 지나갈 수 없게 하는 기계적 정지부로서 작용함으로써 펌프(10)의 유동을 제한하고, 그에 의해서 스로틀 부재(90)의 위치를 제한하고 그에 의해서 유동을 제한한다. 제어 피스톤(108)이 푸셔 핀(158)을 타격할 때까지 제한된 거리만을 이동할 수 있게 보장하기 위해서, 운영자는 (펌프 시스템(118)의 최대 유동 한계에 상응하는) 제2 유압식 액추에이터(101) 내의 주어진 압력을 셋팅하기 위해서 제어 회로(148)를 이용할 수 있고, 그러한 압력은 전기유압식 액추에이터(146)에 의해서 생성될 수 있다. 만약 제어 회로(148)에 의해서 셋팅된 최대 유동 한계보다 큰 유동을 운영자가 명령한다면, 제어 피스톤(108) 이동이 푸셔 핀(158)에 의해서 결국 제한될 때까지, 부하 감지 장치(124)에 의해서 생성되는 압력이 감소될 것이다.
전술한 펌프 시스템(118)이 부하 감지 장치(124) 및 전기유압식 액추에이터(146)로부터 생성된 압력에 의한 제어로 제한되지 않고, 오히려, 전기유압식 액추에이터(146) 대신에 전기적으로 동작되는 액추에이터에 의해서 제어될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 하나의 구현예에서, 전기적으로 동작되는 액추에이터는 스텝퍼 모터이다. 다른 구현예에서, 전기적으로 동작되는 액추에이터는 선형 솔로노이드, 회전식 솔레노이드, 또는 임의의 다른 전기-기계적 액추에이터이다.
전술한 설명에서, 간결함, 명료함, 및 이해를 위해서 특정 용어를 이용하였다. 그러한 용어가 설명 목적을 위해서 이용되었고 넓게 해석되도록 의도된 것이기 때문에, 종래 기술의 요건을 넘어서는 불필요한 제한이 그로부터 추정되지 않는다. 본원에서 설명된 상이한 구성들 및 시스템들은 단독으로 또는 다른 구성들 및 시스템들과 조합되어 이용될 수 있을 것이다. 여러 가지 균등물, 대안, 및 변경이 첨부된 청구항의 범위 내에서 가능하다는 것을 예상할 수 있을 것이다. "~ 하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계"라는 용어가 각각의 제한 내에서 명시적으로 인용된 경우에만, 첨부된 청구항 내의 각각의 제한이 35 U.S.C. §112, 제6 문단에 따른 해석을 적용하도록 의도된다.

Claims (42)

  1. 피스톤 펌프로서:
    유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록으로서, 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 내의 각각의 유입구 통로에 의해서 상기 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 상기 배출구 포트에 연결되는, 실린더 블록;
    복수의 피스톤으로서, 상기 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치되는, 복수의 피스톤;
    상기 각각의 실린더 내의 상기 복수의 피스톤을 구동하는 구동 샤프트; 및
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링하는 스로틀 부재를 포함하는 피스톤 펌프; 및
    상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기유압식 액추에이터를 포함하는, 펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 스로틀링하기 위해서 상기 스로틀 부재를 이동시키는 유압식 액추에이터를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터가 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하고, 그에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는, 펌프 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유압식 액추에이터가 제어 피스톤을 포함하고, 상기 유압식 액추에이터 내의 압력이 상기 제어 피스톤 상에 작용하여 상기 스로틀 부재를 이동시키는, 펌프 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하고 그에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 부하 감지 장치를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배출구 포트에서의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우에, 상기 배출구 포트에서의 압력을 참조하고 상기 부하 감지 장치에 의한 상기 유압식 액추에이터 내의 압력의 조절에 우선하는(overriding) 압력 보상기 밸브를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 부하 감지 장치가 마진 스풀을 포함하고, 상기 마진 스풀은 제1 방향으로 편향되고, 부하 감지 신호에 의해서 제1 방향으로 이동가능하고, 상기 배출구 포트에서의 압력에 의해 부하 감지 신호 및 편향에 대한(against) 제2의 상이한 방향으로 이동가능하고, 그에 의해서 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는, 펌프 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터를 제어하고 그에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 제어 회로를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터가 전기 압력 제어 밸브를 포함하는, 펌프 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 펌프가 방사상 피스톤 펌프를 포함하는, 펌프 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    복수의 유입구 밸브를 더 포함하고, 상기 복수의 유입구 밸브 중의 각각의 유입구 밸브는 상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내에 위치되고 상기 유입구 포트로부터 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내로의 유동을 허용하고 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더로부터 상기 유입구 포트로의 유동을 제한하는, 펌프 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스로틀 부재가 상기 복수의 유입구 통로를 가로질러 연장되고, 관통하는 복수의 제어 개구를 포함하며, 상기 복수의 제어 개구 중의 각각의 제어 개구와 상기 복수의 유입구 통로 중의 유입구 통로 사이의 정렬을 변경하기 위해서 상기 스로틀 부재가 상기 복수의 유입구 통로에 대해서 이동가능한, 펌프 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스로틀 부재의 위치를 감지하는 위치 센서를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 포트 및 상기 배출구 포트 중 하나 또는 양자 모두에서 압력을 감지하는 적어도 하나의 압력 센서를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  15. 피스톤 펌프로서,
    유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록으로서, 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로에 의해서 상기 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 상기 배출구 포트에 연결되는, 실린더 블록;
    복수의 피스톤으로서, 상기 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치되는, 복수의 피스톤;
    상기 각각의 실린더 내의 상기 복수의 피스톤을 구동하는 구동 샤프트; 및
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링하는 스로틀 부재를 포함하는, 피스톤 펌프;
    부하 감지 신호를 기초로 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 부하 감지 장치; 및
    전자 신호를 기초로 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기유압식 액추에이터를 포함하는, 펌프 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 스로틀링하기 위해서 상기 스로틀 부재를 이동시키는 유압식 액추에이터를 더 포함하고, 상기 부하 감지 장치 및 전기유압식 액추에이터 모두가 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는, 펌프 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배출구 포트에서의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우에, 상기 배출구 포트에서의 압력을 참조하고 상기 부하 감지 장치에 의한 상기 유압식 액추에이터 내의 압력의 조절에 우선하는 압력 보상기 밸브를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 유압식 액추에이터가 제어 피스톤을 포함하고, 상기 유압식 액추에이터 내의 압력이 상기 제어 피스톤 상에 작용하여 상기 스로틀 부재를 이동시키 는, 펌프 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 부하 감지 장치가 마진 스풀을 포함하고, 상기 마진 스풀은 제1 방향으로 편향되고, 상기 부하 감지 신호에 의해서 제1 방향으로 이동가능하고, 상기 배출구 포트에서의 압력에 의해 상기 부하 감지 신호 및 편향에 대한 제2의 상이한 방향으로 이동가능하고, 그에 의해서 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는, 펌프 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터 및 마진 스풀이, 상기 스로틀 부재의 최대 면적 개방 위치를 셋팅하기 위해서 상기 유압식 액추에이터로 공급될 수 있는 최소 압력을 생성하는, 펌프 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터가, 상기 마진 스풀로부터 드레인 연결부까지의 유동을 제한하는 것에 의해서 상기 마진 스풀 내의 압력을 조절하는, 펌프 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 유압식 액추에이터 내의 압력이, 상기 부하 감지 장치에 의해서 조절된 압력의 레벨에 상기 전기유압식 액추에이터에 의해서 생성된 편향 압력 레벨을 더한 것인, 펌프 시스템.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 상기 부하 감지 장치로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 크지 않은 경우에, 상기 부하 감지 장치가 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하고, 상기 전기유압식 액추에이터로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 상기 부하 감지 장치로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 큰 경우에, 상기 전기유압식 액추에이터가 상기 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는, 펌프 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 상기 부하 감지 장치로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 클 때, 상기 전기유압식 액추에이터로부터 유압식 액추에이터로의 유동을 선택적으로 허용하는 체크 밸브를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터 및 상기 부하 감지 장치 중 하나로부터 상기 유압식 액추에이터로의 유동을 선택적으로 허용하는 셔틀 밸브를 더 포함하고;
    상기 전기유압식 액추에이터로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 상기 부하 감지 장치로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 클 때, 상기 셔틀 밸브는 상기 부하 감지 장치로부터 상기 유압식 액추에이터로의 유동을 차단하며; 그리고
    상기 전기유압식 액추에이터로부터의 유동에 의해서 생성된 압력이 상기 부하 감지 장치로부터의 유동에 의해서 생성된 압력보다 작을 때, 상기 셔틀 밸브가 상기 전기유압식 액추에이터로부터 상기 유압식 액추에이터로의 유동을 차단하는, 펌프 시스템.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 스로틀 부재가 제1 및 제2 스로틀 부재를 포함하고, 상기 부하 감지 장치는 부하 감지 신호를 기초로 상기 제1 스로틀 부재의 운동을 통제하고, 상기 전기유압식 액추에이터는 전자 신호를 기초로 상기 제2 스로틀 부재의 운동을 통제하는, 펌프 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 유압식 액추에이터가 제1 및 제2 유압식 액추에이터를 포함하고, 상기 부하 감지 장치는, 상기 제1 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 상기 제1 스로틀 부재의 운동을 통제하고, 상기 전기유압식 액추에이터는, 상기 제2 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 상기 제2 스로틀 부재의 운동을 통제하는, 펌프 시스템.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제1 스로틀 부재가 상기 제2 스로틀 부재와 직렬로 위치되는, 펌프 시스템.
  29. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 스로틀링하기 위해서 상기 스로틀 부재를 이동시키는 제1 유압식 액추에이터를 더 포함하고, 상기 부하 감지 장치는 상기 제1 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하고, 상기 전기유압식 액추에이터는 상기 스로틀 부재의 운동을 제한하는 것에 의해서 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는, 펌프 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 스로틀 부재의 운동을 제한하는 기계적 정지부를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 기계적 정지부를 이동시키는 제2 유압식 액추에이터를 더 포함하고, 상기 전기유압식 액추에이터는 상기 제2 유압식 액추에이터 내의 압력을 조절하는 것에 의해서 상기 기계적 정지부를 이동시키는, 펌프 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 기계적 정지부가 푸셔 핀을 포함하고, 상기 제2 유압식 액추에이터가 상기 제1 유압식 액추에이터 내의 제어 피스톤과 접촉하게 상기 푸셔 핀을 이동시킴으로써 상기 스로틀 부재의 운동을 제한하도록 구성되게끔, 상기 제1 및 제2 유압식 액추에이터가 서로 인접하여 위치되는, 펌프 시스템.
  33. 제15항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터로 전자 신호를 제공하는 제어 회로를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  34. 제15항에 있어서,
    상기 전기유압식 액추에이터가 전기 압력 제어 밸브를 포함하는, 펌프 시스템.
  35. 제15항에 있어서,
    상기 피스톤 펌프가 방사상 피스톤 펌프를 포함하는, 펌프 시스템.
  36. 제15항에 있어서,
    복수의 유입구 밸브를 더 포함하고, 상기 복수의 유입구 밸브 중의 각각의 유입구 밸브가 상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내에 위치되고 상기 유입구 포트로부터 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내로의 유동을 허용하고 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더로부터 상기 유입구 포트 내로의 유동을 제한하는, 펌프 시스템.
  37. 제15항에 있어서,
    상기 스로틀 부재가 상기 복수의 유입구 통로를 가로질러 연장되고, 관통하는 복수의 제어 개구를 포함하며, 상기 복수의 제어 개구 중의 각각의 제어 개구와 상기 복수의 유입구 통로 중의 유입구 통로 사이의 정렬을 변경하기 위해서 상기 스로틀 부재가 상기 복수의 유입구 통로에 대해서 이동가능한, 펌프 시스템.
  38. 제15항에 있어서,
    상기 스로틀 부재의 위치를 감지하는 적어도 하나의 위치 센서를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  39. 제15항에 있어서,
    상기 유입구 포트 및 상기 배출구 포트 중 하나 또는 양자 모두에서 압력을 감지하는 적어도 하나의 압력 센서를 더 포함하는, 펌프 시스템.
  40. 피스톤 펌프로서:
    유입구 포트, 배출구 포트, 및 내부에 배치된 복수의 실린더를 가지는 실린더 블록으로서, 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더는 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로에 의해서 상기 유입구 포트에 연결되고 복수의 배출구 통로 중의 각각의 배출구 통로에 의해서 상기 배출구 포트에 연결되는, 실린더 블록;
    복수의 피스톤으로서, 상기 복수의 피스톤 중의 각각의 피스톤은 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내에 배치되는, 복수의 피스톤;
    복수의 유입구 밸브로서, 상기 복수의 유입구 밸브 중의 각각의 유입구 밸브가 상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내에 위치되고 상기 유입구 포트로부터 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더 내로의 유동을 허용하고 상기 복수의 실린더 중의 각각의 실린더로부터 상기 유입구 포트 내로의 유동을 제한하는, 복수의 유입구 밸브;
    상기 각각의 실린더 내의 복수의 피스톤을 구동하는 구동 샤프트; 및
    상기 복수의 유입구 통로 중의 각각의 유입구 통로 내의 유동을 독립적으로 스로틀링하는 스로틀 부재를 포함하는 피스톤 펌프;
    부하 감지 신호를 기초로 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 부하 감지 장치; 및
    전자 신호를 기초로 상기 스로틀 부재의 운동을 통제하는 전기적으로 동작되는 액추에이터를 포함하는, 펌프 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작되는 액추에이터가 전기유압식 액추에이터인, 펌프 시스템.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작되는 액추에이터가 스텝퍼 모터인, 펌프 시스템.
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