KR20190036210A - 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 유입되는 인렛 및 유체가 배출되는 아웃렛과 연통하는 보어 및 보어의 내부에 삽입되며 댐핑공간이 형성되도록 마련된 댐핑부재를 포함하되, 피스톤의 압축행정시 토출된 유체의 압력맥동은 댐핑부재에 전달되고, 댐핑공간이 압축됨으로써 압력맥동을 감쇠시키는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프가 제공될 수 있다.

Description

맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프{PISTON PUMP INCLUDING HYDRAULIC PULSATION REDUCTION DEVICE}
본 발명은 유압 브레이크 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤 으로부터 토출되는 유체의 압력맥동을 감쇠시키는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 유압식 동력전달장치(HST; hydrostatic transmission)는 피스톤 펌프와 유압모터를 개회로 또는 폐회로로 구성하여 기계적 회전동력을 전달하는 전동장치이다. 이러한 유압식 동력전달장치(HST)는 피스톤 펌프나 유압모터의 용적을 변화시켜 속도비와 토크비를 무단변속할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 소형 및 경량이고, 고강성이며 제어성이 탁월하여 농업용 차량, 건설용 차량 및 산업용 차량 등에 다양하게 적용된다.
이와 같은 유압식 동력전달장치를 제어하기 위한 유압 브레이크 시스템은 차량의 브레이크 측으로 전달되는 제동유압을 제어하기 위하여 모듈레이터블록에 다수의 솔레노이드밸브와, 브레이크 오일을 일시 저장하는 저압어큐뮬레이터와, 저압어큐뮬레이터에 저장된 오일을 펌핑하기 위해 저압어큐뮬레이터의 토출구와 연결되도록 배치된 피스톤 펌프 및 피스톤 펌프를 구동하기 위한 모터를 설치하고, 이를 전기적으로 작동하는 구성요소를 제어하기 위한 전자제어유닛(ECU)를 포함한다.
한편, 피스톤 펌프와 유압모터 사이의 유로에는 고압의 유체가 공급되는데, 상술한 유로 상에 유체를 공급하는 경우에 피스톤 펌프에서 압력 맥동이 발생된다.
피스톤 펌프가 단위시간에 많은 양의 브레이크 오일을 토출하기 위해서는 피스톤의 외경을 증대해 토출 체적을 증가시키거나, 모터 성능을 향상시켜 펌프 토출량을 증가시킬 수 있다. 그러나 피스톤 외경을 증대할 경우, 피스톤의 외경이 커질 수록 펌프 아웃렛(PUMP OUTLET) 쪽에 고압이 작용하고, 이때 펌프 피스톤에 걸리는 압력 부하가 커지게 되므로 모터 또한 큰 부하를 받게 되며 이로 인해 모터의 내구 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 피스톤 펌프의 토출 유량에 따른 압력맥동을 저감시켜 모터에 전달되는 압력 부하를 줄여 모터 내부에 존재하는 편심부재의 내구 수명을 향상시킬 필요성이 대두되고 있다.
또한, 보다 단순한 구조의 맥동 저감 장치를 개발함으로써 장치를 설치함에 있어서 공정상의 편의성 및 비용의 저감을 구현할 것이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프는 피스톤의 토출 행정으로부터 발생되는 압력 맥동을 효율적으로 감쇠시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프는 토출 유량에 따라 증가하는 내구성 저항에 의해 기능이 취약해지는 것을 방지할 수 있도록 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프는 단순한 구조의 댐핑부재를 마련하여 쉽게 설치할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 유입되는 인렛 및 상기 유체가 배출되는 아웃렛과 연통하는 보어 및 상기 보어의 내부에 삽입되며 댐핑공간이 형성되도록 마련된 댐핑부재를 포함하되, 피스톤의 압축행정시 토출된 유체의 압력맥동은 상기 댐핑부재에 전달되고, 상기 댐핑공간이 압축됨으로써 상기 압력맥동을 감쇠시키는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프가 제공된다.
또한, 상기 댐핑부재는 외주면에 복수개의 댐핑공간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 댐핑부재는 판상형의 스프링 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 댐핑부재는 탄성변형이 가능한 플라스틱재질 또는 고무재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 댐핑부재가 수용되는 수용부를 포함하는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 보어에 압입 결합될 수 있다.
또한, 상기 보어의 하면에 배치된 아웃렛 스프링 및 상기 아웃렛 스프링에 의해 지지되면서 압축실 전방에 천공된 토출공을 개폐하는 아웃렛 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 아웃렛 스프링은 상기 압력 맥동이 통과하여 상기 댐핑부재에 전달될 수 있도록 내부에 복수개의 홈이 구비될 수 있다.
또한, 상기 아웃렛 스프링은 원판형의 형상으로 마련되고 내부에 상기 복수개의 홈이 규칙적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프는 댐핑부재를 마련하여 압력맥동을 감쇠시킴은 물론, 댐핑부재 및 보어 사이에 댐핑공간을 마련하여 댐핑작용을 수행함으로써 보다 효과적으로 압력맥동을 감쇠시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 댐핑부재는 탄성 복원력을 가짐으로써 과도한 변형이 제한되기 때문에 장기간 사용하더라도 내구성 저항에 따른 기능이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.
아울러, 댐핑부재는 스프링 형상의 단순한 구조를 갖는 하나의 조립체로 제공됨으로써 설치시간 및 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프가 마련된 유압 브레이크 시스템을 개략적으로 나타내는 유압 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프 내 맥동 저감 장치가 모듈레이터블록에 조립되는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프 내 맥동 저감 장치를 통해 압력맥동이 감쇠되는 상태를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프가 마련된 유압 브레이크 시스템을 개략적으로 나타내는 유압 회로도이다.
도 1을 참조하면, 유압 브레이크 시스템은 운전자의 조작력을 받아들이는 브레이크 페달(10)과, 이 브레이크 페달(10)의 답력에 의해 진공압과 대기압 간의 압력차를 이용해 답력을 배가시키는 브레이크 부스터(11)와, 이 브레이크 부스터(11)에 의해 압력을 발생시키는 마스터실린더(20)와, 이 마스터실린더(20)의 제1 포트(21)와 두 개의 차륜(FR, RL)에 마련된 휠 실린더(30)를 연결하여 액압 전달을 제어하는 제1 유압서킷(40A)과, 마스터실린더(20)의 제2 포트(22)와 나머지 두 개의 차륜(FL, RR)에 마련된 휠 실린더(30)로 연결하여 액압 전달을 제어하는 제2 유압서킷(40B)을 구비한다. 제1 유압서킷(40A) 및 제 2 유압서킷(40B)은 모듈레이터블록(40)에 콤팩트하게 설치된다.
제1 유압서킷(40A) 및 제2 유압서킷(40B)은 각각 두 개씩의 휠 실린더(30)측으로 전달되는 제동유압을 제어하기 위한 솔레노이드밸브들(41, 42)과, 모터(45)의 구동에 의해 휠 실린더(30)측에서 빠져나온 유체 또는 마스터실린더(20)로부터 유체를 흡입하여 펌핑하는 피스톤 펌프(44)와, 휠 실린더(30)로부터 빠져나오는 유체를 일시 저장하기 위한 저압어큐뮬레이터(43)와, 피스톤 펌프(44)의 토출구와 마스터실린더(20)를 연결하는 메인유로(47a)와, 마스터실린더(20)의 유체가 피스톤 펌프(44)의 입구로 흡입되게 안내하는 보조유로(48a), 및 다수의 솔레노이드밸브(41, 42)와 모터(45)의 구동을 제어하기 위한 전자제어유닛(ECU;미도시)을 포함한다.
이때, 도시된 바와 같이, 솔레노이드밸브(41, 42), 저압어큐뮬레이터(43), 피스톤 펌프(44), 메인유로(47a) 및 보조유로(48a)는 제1 및 제2 유압서킷(40A, 40B)에 각각 마련된다.
보다 구체적으로, 다수 개의 솔레노이드밸브(41, 42)는 휠 실린더(30)의 상류측 및 하류측과 연계되는데, 이것은 각 휠 실린더(30)의 상류 측에 배치되며 평상시 개방된 상태로 유지되는 노멀 오픈형 솔레노이드밸브(41)와, 각 휠 실린더(30)의 하류 측에 배치되며 평상시 폐쇄된 상태로 유지되는 노멀 클로즈형 솔레노이드밸브(42)로 구별된다. 이러한 솔레노이드밸브(41, 42)의 개폐작동은 전자제어유닛(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 감압 제동에 따라 노멀 클로즈형 솔레노이드밸브(42)가 개방되어 휠 실린더(30)측에서 빠져나온 유체는 저압어큐뮬레이터(43)에 일시적으로 저장된다.
피스톤 펌프(44)는 모터(45)에 의해 구동되어 저압어큐뮬레이터(43)에 저장된 유체를 흡입하여 토출함으로써 액압을 휠 실린더(30)측 또는 마스터실린더(20) 측으로 전달한다.
또한, 마스터실린더(20)와 피스톤 펌프(44)의 토출구를 연결하는 메인유로(47a)에는 트랙션 콘트롤 제어(TCS)를 위한 노멀 오픈형 솔레노이드 밸브(47, 이하 TC밸브)가 설치된다. 이 TC밸브(47)는 평상시 개방된 상태를 유지하여, 브레이크 페달(10)을 통한 일반 제동시 마스터실린더(20)에서 형성된 제동 액압이 메인유로(47a)를 통해 휠 실린더(30) 측으로 전달되도록 한다.
또한, 보조유로(48a)는 메인유로(47a)에서 분기되어 마스터실린더(20)의 유체를 피스톤 펌프(44)의 입구 측으로 흡입되게 안내하는 것으로, 여기에는 유체가 피스톤 펌프(44) 입구로만 흐르도록 하는 셔틀밸브(48)가 설치되어 있다. 전기적으로 작동되는 셔틀밸브(48)는 보조유로(48a)의 중도에 설치되어 평상시 폐쇄되고 TCS 모드시 개방되게 작동한다.
한편, 미설명된 참조부호 '49'는 유체의 역방향 흐름을 방지하기 위하여 적정한 유로의 위치에 설치되는 체크밸브이고, 참조부호 '50'은 TC밸브(47)와 셔틀밸브(48)로 전달되는 제동 압력을 감지하는 압력센서이며, 참조부호 '51'은 오리피스이다.
상기와 같은 유압 브레이크 시스템은 제동시 모터(45)의 작동에 따라 피스톤 펌프(44)로부터 펌핑되는 액압으로부터 압력맥동이 발생하는데, 이에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력맥동을 감소시키기 위하여 각 유압서킷(40A, 40B)의 피스톤 펌프(44)를 구성하는 맥동 저감 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프 내 맥동 저감 장치가 모듈레이터블록에 조립되는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 맥동 저감 장치(100)를 포함하는 피스톤펌프(44)는 유체가 유입되는 인렛(102) 및 상기 유체가 배출되는 아웃렛(103)과 연통하는 보어(101) 및 보어(101)의 내부에 삽입되며 댐핑공간(111)이 형성되도록 마련된 댐핑부재(110)를 포함한다. 이 때, 피스톤(120)의 압축행정시 토출된 유체의 압력맥동은 댐핑부재(110)에 전달되며 이어서 댐핑공간(111)이 압축됨으로써 상술한 압력맥동을 감쇠시킬 수 있다.
맥동 저감 장치(100)는 메인유로(도 1의 '47a' 참조)상에 마련된 것으로서, 인렛(102)은 피스톤 펌프(44)의 토출단과 연결되는 메인유로(47a)와 연결되고, 아웃렛(103)은 마스터실린더(20)와 연결되는 메인유로(47a)와 연결된다.
댐핑부재(110)는 일측이 개방되고 타측이 폐쇄되어 외주면에 복수개의 댐핑공간(111)이 형성되도록 중공된다.
또한, 피스톤펌프(44)는 보어(101)의 하면에 배치된 아웃렛 스프링(130) 및 아웃렛 스프링(130)에 의해 지지되면서 압축실(123) 전방에 천공된 토출공을 개폐하는 아웃렛 밸브(130)를 추가적으로 포함할 수 있다.
댐핑부재(110)는 판상형의 스프링 형상을 가짐으로써 고압의 유체가 유입 시 완충작용을 수행할 수 있으며, 아울러 탄성변형 가능하도록 플라스틱 내지는 고무재질로 이루어질 수 있다.
아웃렛 스프링(130)은 피스톤(120)의 압축행정시 토출된 유체의 압력맥동이 통과할 수 있도록 내부에 복수개의 홈이 구비되도록 중공된 원판형의 형상을 가질 수 있다. 이 때, 유체의 압력맥동이 균일한 분포로 댐핑부재(110)에 전달될 수 있도록 상술한 홈은 규칙적인 배열을 가진다.
이에, 아웃렛 스프링(130)을 통과한 유체가 댐핑공간(111)으로 유입 시, 댐핑부재(110)가 축방향으로 압축되고 탄성변형됨에 따라 댐핑공간(111)의 부피가 감소하게 된다. 즉, 댐핑공간(111)은 유체의 유입에 따라 가변되며 맥동을 감쇠시키는 역할을 수행한다.
이러한 댐핑부재(110)는 외주면이 보어(101)에 삽입된다. 도시된 바에 따르면, 제1 댐핑부재(110)는 후술할 하우징에 수용되어 보어(101)에 배치될 수 있다.
하우징은 보어(101)에 삽입된 댐핑부재(110)를 감싸도록 마련된다. 보다 구체적으로, 하우징은 일단이 개방되고 타단이 폐쇄된 원통형상으로 이루어진다. 즉, 하우징은 내부에 댐핑부재(110)를 수용하도록 수용부를 갖추어 보어(101)에 압입 결합된다.
이러한 하우징이 댐핑부재(110)를 수용하여 보어(101)와 결합됨에 따라, 맥동 저감 장치(100)는 하나의 조립체로써 마련될 수 있다. 이에, 맥동 저감 장치(100)를 보어(101)에 용이하게 설치할 수 있게 된다. 또한, 하우징이 보어(101)에 압입 결합되어 하우징(140)의 외면과 보어(101) 사이로 오일이 누유되는 것을 방지하게 된다.
이하, 맥동 저감 장치(100)의 작동 상태에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프 내 맥동 저감 장치를 통해 압력맥동이 감쇠되는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤 펌프(도 1의 '44' 참조)의 펌핑에 의해 토출되는 유체는 아웃렛 밸브(121)를 개방시키고, 아웃렛 스프링(130)에 형성된 홈을 통과하여 보어(101)에 설치된 댐핑부재(110)로 전달되어 댐핑부재(110)를 가압한고, 이에 댐핑부재(110)가 탄성변형된다.
이 때, 댐핑부재(110)는 탄성변형이 가능하도록 판상형의 스프링 형상을 가지고 있으며, 또한 탄성변형이 가능한 플라스틱 또는 고무재질로 이루어져 충격이 완충됨은 물론, 댐핑부재(110) 외주면에 형성된 댐핑공간(111)이 가변되어 효과적으로 압력맥동을 저감시키게 된다.
한편, 맥동 저감 장치(도 2 및 3의 '100' 참조)가 저압 및 고압일 경우로 구분하여, 고압일 경우 댐핑부재(110)가 탄성변형되며 압력맥동을 감쇠시키는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 일반적인 제동상황의 경우에도 댐핑부재(110)가 탄성변형되며 압력맥동을 감쇠시키는 것으로 이해되어야 한다.
아울러, 맥동 저감 장치(100)가 피스톤 펌프(44)의 펌핑작동인 흡입 및 압축에 따른 토출에 따라 압력맥동이 감쇠되는 상태에 대하여 설명하기로 한다.
피스톤 펌프(44)는 모터(45)의 회전축에 설치된 편심베어링에 의해 피스톤이 왕복이동함에 따라 유체를 흡입하여 토출하게 된다. 즉, 피스톤은 편심베어링과 접촉된 상태로 마련되어 편심베어링의 편심회전에 의해 왕복이동된다. 이러한 피스톤 펌프(44)의 흡입 및 토출 동작은 편심베어링이 0°∼360°로 한 바퀴 회전 시 피스톤 펌프(44)의 1 사이클이며, 토출에서 흡입시 급격한 유량 변화가 발생하게 된다. 즉, 맥동 저감 장치가 없는 유압 브레이크 시스템은 피스톤 펌프(44)의 펌핑동작 시 급격한 유량변화를 감소시키지 못하게 된다.
맥동 저감 장치(100)가 마련된 유압 브레이크 시스템의 경우 피스톤 펌프(44)의 펌핑동작에 따라 유체가 토출 시 댐핑부재(110)의 댐핑공간(111)이 압축됨에 따라 체적 변화가 발생하여 압력맥동을 감소시키게 된다. 구체적으로, 댐핑부재(110)이 축방향으로 가압됨에 따라 피스톤 펌프(44)로부터 토출되는 유량의 일정량의 체적을 수용하여 급격한 유량변화를 감소키실 수 있게 된다. 즉, 댐핑공간(111)이 수축됨에 따라 피스톤 펌프(44)의 토출 동작 시 토출된 유체의 일정량은 배출되고, 피스톤 펌프(44)의 흡입 동작 시 댐핑부재(110)의 탄성복원력에 의해 댐핑공간(111)이 원상태로 팽창되며 일정량의 유체가 배출된다. 즉, 피스톤 펌프(44)의 펌핑 동작시 급격한 유량변화를 감소시키게 된다. 이에, 피스톤 펌프(44)로부터 토출되는 고압의 유체에 따른 압력맥동 및 소음을 효과적으로 최소화시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
44: 피스톤 펌프 45: 모터
100: 맥동 저감 장치 101: 보어
102: 인렛 103: 아웃렛
110: 댐핑부재 111: 댐핑공간
120: 피스톤 121: 아웃렛 밸브
123: 압축실 130: 아웃렛 스프링

Claims (8)

  1. 유체가 유입되는 인렛 및 상기 유체가 배출되는 아웃렛과 연통하는 보어; 및
    상기 보어의 내부에 삽입되며 댐핑공간이 형성되도록 마련된 댐핑부재를 포함하되,
    피스톤의 압축행정시 토출된 유체의 압력맥동은 상기 댐핑부재에 전달되고, 상기 댐핑공간이 압축됨으로써 상기 압력맥동을 감쇠시키는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑부재는
    외주면에 복수개의 댐핑공간을 포함하는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 댐핑부재는
    판상형의 스프링 형상으로 마련되는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑부재는
    탄성변형이 가능한 플라스틱재질 또는 고무재질로 이루어지는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 댐핑부재가 수용되는 수용부를 하우징을 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 보어에 압입 결합되는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보어의 하면에 배치된 아웃렛 스프링; 및
    상기 아웃렛 스프링에 의해 지지되면서 압축실 전방에 천공된 토출공을 개폐하는 아웃렛 밸브를 더 포함하는 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아웃렛 스프링은
    상기 압력 맥동이 통과하여 상기 댐핑부재에 전달될 수 있도록 내부에 복수개의 홈이 구비된 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아웃렛 스프링은
    원판형의 형상으로 마련되고 내부에 상기 복수개의 홈이 규칙적으로 배열된 맥동 저감 장치를 포함하는 피스톤 펌프.




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