KR20200047337A - 유압 기어 박스 액츄에이터 - Google Patents

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KR20200047337A
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box actuator
actuator
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빌헬름 호이브너
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에프티이 오토모티브 게엠베하
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Abstract

유압 기어 박스 액츄에이터이다.
본 발명은 지지 컴포넌트(12), 그 위에 장착된 작동 유체를 위한 저장소(14), 지지 컴포넌트(12) 상에 장착되고 각각에 비례 밸브(44)가 할당되는 2개의 압력 출구를 갖는 제1 유압 펌프(16), 및 지지 컴포넌트(12) 상에 마찬가지로 장착되고 기어 박스의 작동 실린더들을 공급하기 위한 2개의 출구(50)를 갖는 제2 유압 펌프(18)를 구비한 유압 기어 박스 액츄에이터(10)에 관한 것이다.

Description

유압 기어 박스 액츄에이터{HYDRAULIC GEARBOX ACTUATOR}
본 발명은 자동차에 사용되는 종류의 다중-비율(multi-ratio) 기어 박스의 다양한 컴포넌트들을 이동(shifting)시키는 데 적합한 유압 기어 박스 액츄에이터(hydraulic gearbox actuator)에 관한 것이다.
종래 기술은 하나는 짝수 기어에 할당되고 하나는 홀수 기어에 할당되는 2개의 마찰 클러치를 갖는 이중 클러치 기어 박스를 포함한다. 2개의 마찰 클러치의 적절한 작동에 의해, 견인력(tractive effort)을 방해하지 않고 하나의 기어에서 다음으로 이동시킬 수 있다.
이러한 기어 박스들에 대해, 유압 작동 실린더(hydraulic operating cylinder)들을 사용하여 희망하는 방식으로 개별 기어들을 이동하고, 즉 변속 단(transmission stage)를 형성하는 기어휠 쌍(gearwheel pair)의 자유 피니언(free pinion)을 결합 회전을 위해 구동 샤프트에 연결하고, 다시 이 연결을 해제하는 공지된 관례가 있다.
2개의 마찰 클러치의 작동을 위해, 종래 기술은 통상적으로 클러치 액츄에이터를 이용하고, 클러치 액츄에이터의 주요 컴포넌트들은 유압 펌프 및 적어도 2개의 비례 밸브이고, 이들에 의해 희망하는 유압이 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어하에서 이용 가능하게 될 수 있다. 작동 실린더들을 작동시키기 위해, 펌프가 배치된 폐쇄 유압 회로를 사용할 수 있다. 펌프의 회전 방향에 따라, 특정 작동 실린더가 한 방향 또는 다른 한 방향으로 작동된다.
본 발명의 목적은 다양한 컴포넌트들에 대해 유압 또는 흐름을 제공하기 위한 비용을 감소시키는 것이다.
이런 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지지 컴포넌트(support component), 그 위에 장착된 작동 유체용 저장소(reservoir), 지지 컴포넌트 상에 장착되고 각각에 비례 밸브가 할당되는 2개의 압력 출구를 갖는 유압 클러치 펌프(hydraulic clutch pump), 및 지지 컴포넌트 상에 마찬가지로 장착되고 기어 박스의 작동 실린더들을 공급하기 위한 2개의 출구를 갖는 유압 시프팅 펌프(hydraulic shifting pump)를 구비하는 유압 기어 박스 액츄에이터를 제공한다. 본 발명은 2개의 상이한 펌프를 지지 컴포넌트 상에 장착함으로써 펌프들을 하나의 액츄에이터에 결합시키는 기본 개념에 기초하며, 그 결과로, 펌프들이 저장소를 공유할 수 있고 전체적으로 매우 소형(compact) 구조가 달성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유압 클러치 펌프의 2개의 압력 출구는 서로에 대해 대칭적인 것으로 구상된다. 본 명세서에서, "서로에 대해 대칭적인" 것은, 펌프의 작동 중에 동일한 유압 흐름이 공급되는 한, 2개의 압력 출구가 동일한 설계인 것을 의미한다. 결과적으로, 이중 클러치 기어 박스의 2개의 마찰 클러치는 동일한 유압 펌프 및 2개의 비례 밸브에 의해 서로 독립적으로 작동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2개의 비례 밸브가 저장소에 배치되는 것으로 구상된다. 이는 저장소 내에 있는 작동 유체에 의해 2개의 비례 밸브를 냉각하는 것을 가능하게 한다.
이 경우, 바람직하게는 비례 밸브들 주위에 작동 유체의 흐름이 있으며, 자석 코어(magnet core)에 대한 댐핑 거동(damping behaviour)에서 매우 우수한 재현성(reproducibility)을 초래한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 역류 방지 밸브가 압력 출구와 비례 밸브 사이에 배치되는 것으로 구상된다. 역류 방지 밸브는, 유압 클러치 펌프가 오프로 전환되어도, 기어 박스 액츄에이터의 압력 포트에 축적된 유압을 유지하는 것을 가능하게 한다.
유압 클러치 펌프는 저장소로부터 인출을 행하고, 비례 밸브들의 출구는 저장소로 직접 다시 이어진다. 이는 소형 구조를 초래한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유압 클러치 펌프는 롤러 셀 펌프(roller cell pump)이다. 유압 클러치 펌프는 신뢰성이 높은 긴 서비스 수명, 및 양호한 전달률(good delivery rate)에 의해 구별된다.
본 발명에 따르면, 저장소에 연결되고 역류 방지 밸브를 갖는 보충 포트(replenishing port)가 유압 시프팅 펌프의 각각의 출구와 작동 실린더들을 위한 공급 포트(supply port) 사이에 제공될 수 있다. 보충 포트에 의해, 유압 시프팅 펌프에 의해 한 방향으로 또는 다른 한 방향으로의 압력하에 놓인 유압 회로는, 각각의 경우에 각각의 흡입 측(suction side)의 압력이 특정 값 미만이 되면, 추가 작동 유체를 인입시킬 수 있다. 따라서, 임의의 누출이 즉시 보상된다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 추가 클러치를 위한 공급 포트가 유압 시프팅 펌프의 출구에 연결되는 것으로 구상된다. 추가 클러치는, 예를 들어, 하이브리드 구동장치(hybrid drive)의 내연 기관이 기어 박스로부터 분리되고 기어 박스에 재연결될 수 있는 클러치일 수 있다. 그런 다음, 이 클러치는 본 발명에 따른 기어 박스 액츄에이터에 의해 큰 추가 비용없이 작동될 수 있다.
바람직하게는, 본 명세서에서 출구와 공급 포트 사이에 비례 밸브, 역류 방지 밸브 및 선택기 밸브를 배치하는 것으로 제공된다. 선택기 밸브에 의해, 추가 클러치를 위한 공급 포트가 유압 시프팅 펌프의 회로로부터 격리될 수 있고, 따라서 작동 실린더들이 작동될 때 압력이 의도하지 않게 클러치에 공급되지 않도록 보장된다. 또한, 선택기 밸브와 역류 방지 밸브가 단일 컴포넌트로 결합되는 것이 가능하다. 추가 펌프를 위한 공급 포트를 작동하게 하기 위해, 선택기 밸브는 통과 흐름 위치(through flow position)로 전환되고, 그 결과로, 유압 시프팅 펌프에 의해 생성된 압력은 그 후, 비례 밸브에 의해 개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들에 도시된 두 실시예에 의해 후술된다. 도면들에서:
도 1은 본 발명에 따른 기어 박스 액츄에이터를 사시도로 도시하고;
도 2는 도 1의 기어 박스 액츄에이터의 평면도를 도시하고;
도 3은 도 1의 기어 박스 액츄에이터의 측면도를 도시하고;
도 4는 도 2의 IV-IV 평면을 따른 단면을 도시하고;
도 5는 도 1 내지 4의 기어 박스 액츄에이터의 유압 회로도를 도시하고;
도 6은 제2 실시예에 따른 기어 박스 액츄에이터의 유압 회로도를 도시한다.
도 1 내지 4는 일 측에 (이 경우 상부에) 작동 유체용 저장소(14)가 장착되는 중앙 지지 컴포넌트(central support component)(12)를 갖는 유압 기어 박스 액츄에이터를 도시한다.
저장소와는 반대 측에, 더 잘 구별하기 위해, 아래에 유압 클러치 펌프(16) 및 유압 시프팅 펌프(18)로서 표시된 제1 및 제2 유압 펌프가 지지 컴포넌트 상에 장착되어 있다.
유압 클러치 펌프(16)는 2개의 압력 포트(20, 22)에 유압 및 흐름을 공급하기 위해 제공된다(또한, 도 5를 참조). 압력 포트들(20, 22) 중 하나는 제1 마찰 클러치의 작동 실린더에 연결되고, 압력 포트(20, 22) 중 다른 하나는 제2 마찰 클러치를 위한 다른 작동 실린더에 연결된다. 2개의 마찰 클러치는 이중 클러치 기어 박스의 일부이고, 구동 토크를 제1 및 제2 기어 박스 샤프트에 전달하는 데에 사용된다.
유압 시프팅 펌프는 다양한 시프팅 실린더들(S1 내지 S5)(도 5를 참조)이 연결되는 2개의 포트(24, 26)를 갖는 유체 회로에 배치된다. 이들 시프팅 실린더에 대한 세부사항은 DE 10 2013 000 157 B3을 참조할 수 있다.
유압 클러치 펌프는 롤러 셀 펌프이고, 고정자(stator)(34)에서 회전하는 로터(32)를 구동하는 전기 모터(30)를 갖는다. 고정자는 저장소(14)로부터 유체가 유입되는 유체 주입구(fluid inlet)(36)(도 4에서는 보이지 않음) 및 2개의 압력 출구(38)를 갖는다.
압력 출구(38)들은 고정자(34)의 양측에 배치된 출구 챔버(40)들에 연결되고, 그 결과로, 롤러 셀 펌프의 개별 챔버들로부터의 축 방향의 흐름 경로들이 매우 짧아진다.
역류 방지 밸브(42)와 비례 밸브(44)는, 각각의 경우에, 유압 클러치 펌프(16)의 압력 출구(38)들과 대응하는 압력 포트(20, 22) 사이에 배치된다. 비례 밸브(44)들에 의해, 압력 포트들(20, 22)에서의 유압 및 유압 흐름에 대해 개방-루프 제어(또는 압력 센서가 있는 경우 폐쇄-루프 제어)를 실행하는 것이 가능하다. 역류 방지 밸브(42)들은 유압 클러치 펌프(16)가 오프로 전환되더라도, 압력 포트들(20, 22)에서 압력을 유지하는 역할을 한다.
비례 밸브(44)의 하나의 특수한 특징은 이들이 저장소(14) 내에 배치된다는 점이다(특히, 도 2를 참조). 이 경우, 작동 유체는 외부에서 유체 주위를 흐를 뿐만 아니라 비례 밸브의 코일과 전기자(armature) 사이의 간극에도 존재한다. 이는 매우 일정한 댐핑을 초래한다.
유압 시프팅 펌프(18)는 유압 클러치 펌프(16)와 기본적으로 동일한 구조이다. 유압 시프팅 펌프는 마찬가지로 대칭 구조의 2개의 출구(50)를 갖는 롤러 셀 펌프이다. 유압 클러치 펌프(16)와의 차이점은, 유압 시프팅 펌프(18)가 두 회전 방향으로 작동될 수 있는 반면, 유압 클러치 펌프는 항상 동일한 전달 방향으로 작동된다는 점이다. 또한, 유압 시프팅 펌프(18)는 주로 저장소(14)로부터 유체를 인입시키지 않고, 회전 방향에 따라 주입구가 되는 하나 또는 다른 하나의 출구(50)로부터 유체를 인입시킨다. 환언하면, 유압 시프팅 펌프(18)는 하나의 포트(24)를 향하거나 다른 포트(26)를 향하여 작동 유체를 "밀어 내고", 이에 따라 선택기 밸브들(S1 내지 S5)의 일 측 또는 다른 측이 압력하에 놓인다.
유압 시프팅 펌프(18)의 각각의 출구(50)와 대응하는 포트(24, 26) 사이에 보충 포트(52)가 제공되고, 보충 포트에는 역류 방지 밸브(54)가 제공되고, 유압 시프팅 펌프(18)의 "흡입 측"에서 압력이 특정 값 미만이 되는 경우, 보충 포트를 통해 추가 작동 유체가 저장소(14)로부터 인출될 수 있다.
설명된 기어 박스 액츄에이터에 의해, 압력 포트들(20, 22)을 통해 이중 클러치 기어 박스의 2개의 마찰 클러치를 동시에 이동시키는 것이 가능한 반면, 기어 박스의 작동 실린더들은 포트들(24, 26)을 통해 동시에 작동될 수 있다.
기어 박스 액츄에이터(10)의 제2 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 제1 실시예로부터 알려진 구성 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호들이 사용되고, 이 정도로 상기한 설명들에 주의가 집중된다.
제1 실시예와 제2 실시예 간의 차이점은, 제2 실시예에서는 추가 최종 제어 요소를 위한 공급 포트(27)가 추가로 제공된다는 점이다.
추가 최종 제어 요소는 주차 브레이크(parking brake)일 수 있다. 또한, 추가 최종 제어 요소가 추가 클러치일 수 있다. 추가 클러치는, 예를 들어, 하이브리드 구동장치의 내연 기관을 기어 박스로부터 분리하고/하거나, 기어 박스로 재연결하는 데에 사용될 수 있다. 제2 실시예의 제2 유압 펌프(18)가 작동 실린더들을 공급하기 위해 더 이상 독점적으로 사용되지 않는다는 사실에 관계없이, 계속해서 유압 시프팅 펌프로 지칭된다.
공급 포트(27)는 유압 시프팅 펌프(18)의 출구(50)들 중 하나로부터 분기된다. 통과 흐름 위치와 차단 위치 간에 이동 가능한 선택기 밸브(60), 역류 방지 밸브(62) 및 비례 밸브(64)가 출구(50)와 공급 포트(27) 사이에 제공된다.
선택기 밸브(60)는 작동 실린더들을 공급할 수 있는 유압 회로로부터 공급 포트(27)를 분리하는 데에 사용된다. 차단 상태에서, 공급 포트(27)의 존재는 유압 시프팅 펌프의 기능 및 작동 실린더들로의 공급에 대해 영향을 주지 않는다.
공급 포트(27)가 사용될 예정이면, 선택기 밸브(60)는 통과 흐름 위치로 전환되고, 공급 포트(27)가 연결된 출력(50)(도 6의 우측 출구(50))은 압력하에 놓인다. 비례 밸브를 작동시킴으로써, 공급 포트(27)에서의 압력은 희망하는 방식으로 개방 루프 제어(그리고, 압력 센서가 있는 경우에는, 폐쇄 루프 제어)될 수 있다.

Claims (11)

  1. 지지 컴포넌트(support component)(12), 그 위에 장착된 작동 유체를 위한 저장소(reservoir)(14), 상기 지지 컴포넌트(12) 상에 장착되고 각각에 비례 밸브(44)가 할당된 2개의 압력 출구(38)를 갖는 제1 유압 펌프(16), 및 상기 지지 컴포넌트(12) 상에 마찬가지로 장착되고 기어 박스의 작동 실린더들을 공급하기 위한 2개의 출구(50)를 갖는 제2 유압 펌프(18)를 구비한 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프(16)의 2개의 압력 출구(38)는 서로에 대해 대칭적인, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2개의 비례 밸브(44)는 상기 저장소(14)에 배치되는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비례 밸브(44)들 주위에 작동 유체의 흐름이 있는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    역류 방지 밸브(non-return valve)(42)는 압력 출구(38)와 비례 밸브(44) 사이에 배치되는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프(16)는 저장소(14)로부터 인출하는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프(16)는 롤러 셀 펌프인, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장소(14)에 연결되고 역류 방지 밸브(54)를 갖는 보충 포트(replenishing port)(52)가 제2 유압 펌프(18)의 각각의 출구와 작동 실린더들을 위한 포트(24, 26) 사이에 제공되는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가 클러치를 위한 공급 포트(27)가 상기 제2 유압 펌프(18)의 출구(50)에 연결되는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  10. 제9항에 있어서,
    선택기 밸브(60), 역류 방지 밸브(62) 및 비례 밸브(64)가 상기 출구(50)와 상기 공급 포트(27) 사이에 배치되는, 유압 기어 박스 액츄에이터(10).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 역류 방지 밸브(62)와 상기 선택기 밸브(60)는 단일 컴포넌트로 결합되는, 유압 기어 박스 액츄에이터.
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