KR960009854B1

KR960009854B1 - 가변용량 피스톤 펌프

Info

Publication number: KR960009854B1
Application number: KR1019920019317A
Authority: KR
Inventors: 구니후미 고또; 시게로 스즈끼; 노부아끼 호시노; 다쯔유끼 호시노
Original assignee: 가부시끼가이샤 도요다 지도쇽끼 세이사꾸쇼; 도요다 요시또시
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1996-07-24
Also published as: JPH05126029A; US5295796A; TW231328B; KR930008300A; DE4236818A1; DE4236818C2

Abstract

요약없음

Description

가변용량 피스톤 펌프

제1도는 본 발명의 일실시예를 도시하는 가변용량 피스톤 펌프의 단면도.

제2도는 자동차에 장착되는 동일 펌프의 동력전달계를 도시하는 설명도.

제3도는 종래의 가병용량 피스톤 펌프의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

23 : 엔드카바23a : 흡입구

23b : 토출구27 : 구동축

28 : 보어29 : 실린더 블록

30 : 경사판31 : 슈

32 : 피스톤33 : 밸브판

33a : 흡입포트33b : 토출포트

40 : 제어 스프링41 : 제어 실린더

44 : 개폐밸브a : 엔진

53 : 입력축T : 토오크 리미트 기구

본 발명은 가변용량 피스톤 펌프의 개량에 관한 것으로, 이 펌프에 의해 구동되는 유압 모터로 냉매 압축기를 구동하는 냉동회로, 이 펌프를 장비한 특장차량 등의 기계의 유압작동계에 이용하기에 적합한 가변용량 피스톤 펌프에 관한 것이다.

액셜(axial) 피스톤 펌프(이하 펌프라함)는 각종 산업기계나 산업차량 등에 광범위하게 사용되고 있고, 제3도는 특히 경사판 경사각의 조절기구를 장착한 가변용량형의 펌프를 표시한 것이다.

상기 펌프는 케이싱(1) 및 그 개방단을 폐지하는 엔드카바(2)에 의해 밀봉상태의 작동공간(3)이 형성되고 이 작동공간(3)내에 삽입되는 구동축(4)은 이 양 부재(1,2)에 베어링(5)를 개입하여 지지되고 있다. 구동축(4)에 결합된 작동공간(3)내에 있어서 구동축(4)과 일체로 회전하는 실린더 블록(6)에는 그 축 중심의 주위에 축 중심과 거의 평행한 복수의 보어(7)가 형성되고, 이 보어(7)내에는 슈(8)를 개입하여 경사판(9)에 계류되는 피스톤(10)이 왕복 가능하게 끼워져 있다.

또, 엔드카바(2)에 고정되는 각 보어(7)의 개구단면을 거는 밸브판(11)에는, 보어개구(7a)의 회전궤적과 부합하여 대향 원호상을 이루는 흡입포트(12a) 및 토출포트(12b)가 돌출설치되고, 상기 포트(12a,12b)는 이것과 동일 형상으로 형성된 엔드카바(2)의 흡입 및 토출구(13a,13b)의 단과 일치되도록 구성되고 있다. 따라서 구동축(4)과 같이 움직이는 실린더 블록(6)의 회전에 따라서 경사판(9)에 계류되어 직접 움직이는 피스톤(10)이 보어(7)의 밀폐공간용적을 확대하는 경향으로 있을때, 보어(7)는 흡입포트(12a)와 대응하여 작동유를 흡입하고, 역으로 피스톤(10)이 보어(7)의 밀폐공간용적을 축소하는 경향으로 있을때, 보어(7)는 토출포트(12b)와 대응하여 작동유를 토출하도록 되어 있다. 도시되지 않은 축에 지지된 경사판(9)은 제어 스프링(14)에 의해 항상 경사각을 증대하도록 힘이 가하여 있고, 이에 대응하는 제어 실린더(15)를 유체압에 의해 전·후진하는 것에 의해 경사판 경사각 바꾸어 말하면 펌프(1)의 회전당의 이론 토출량이 변경 조절 가능하게 구성되고 있다.

그러나 상술한 구성에 의한 펌프에는, 상기 제어 스프링(14)이 경사판 경사각을 증대 방향으로 힘이 가하도록 배치되어 있고, 운전의 정지시 실린더 블록(6)의 각 미끄럼 간격을 개입한 유압의 누출이나, 제어 실린더(15) 또는 그 제어회로에 설치된 환유 오리피스로부터의 유압의 도출에 의한 토출계 압력이 저하하기 때문에 제어 실린더(15)에 의한 대항력은 소실하여 경사판(9)은 제어 스프링(14)의 힘에 의해 최대경사각을 유지하여 정지한다. 그러나 다음 운전시의 펌프는 최대경사각 바꾸어 말하면 최대용량으로 기동되는 결과 토오크가 극히 커지게 된다는 피하기 어려운 문제가 있다. 게다가 상기 펌프는 경사판 경사각을 0°근방으로 유지한 소용량의 운전 계속이 불능(제어 실린더(15)의 작동 유압이 얻어지지 않는다)하기 때문에, 무부하시에는 클러치 기구를 설치하여 펌프의 입력을 차단할 필요가 있다.

이러한 문제점으로부터 본 출원인은 경사판의 경사각을 항상 축소하도록 힘을 가하는 제어 스프링과 이에 대응하여 경사판의 경사각을 증대하도록 힘을 가하는 제어 실린더를 배치하고, 제어 실린더의 압력 유체 도입로에 개폐밸브를 장착한 가변용량 피스톤 펌프를 제안했다(특원평 3-45148호), 이 펌프에는 제어 스프링이 경사판 경사각을 축소하도록 힘이 가해지고 있기 때문에, 개폐밸브를 개입한 제어 실린더가 힘이 가해지는 것에 의해 0°와 거의 동일한 소용량부터 원활하게 올리고 경사판의 최대경사각에 도달하여 최대용량의 운전으로 이행한다. 이 때문에 상기 펌프에는 무부하시의 용량을 거의 0과 같은 최소용량으로 유지하고, 특장차 등의 제반 기계의 유압작동계에 있어서 클러치 등 입력의 차단 기구를 생략한다는 효과를 발취할 수 있다.

그러나 상기의 펌프를 장비한 유압작동계에 입력차단기구를 생략한 경우, 상기 펌프에 있어서는 구동축에 작동하는 부하가 통상의 정도로 된다면 아무 문제도 없지만, 토출관로 등의 토출통로에 마모가루 등의 이물질이 혼합하여 토출통로를 폐쇄한때, 피스톤과 보어의 접촉부, 실린더 블록의 단면과 밸브판과의 접촉부, 슈와 경사판과의 접촉부 등에 윤활 부족으로 눌어붙음이 생기는 등, 구동축에 고부하가 작용하는 이상 발생시에는 이 상태에 있어도 엔진에 의해 구동축이 강제로 구동된다는 문제가 생긴다.

본 발명은 무부하시의 용량을 0과 같은 최소용량으로 유지하여 입력차단기구의 생략을 가능하게 한 것에 만일 구동축에 이상부하가 발생한 경우에도 내부파괴가 생기지 않도록 하는 것을 해결하기 위한 것을 기술과제로 한다.

본 발명의 가변용량 피스톤 펌프은, 상기 과제를 해결하기 위해 경사판 경사각을 항상 축소되도록 힘을 가하는 제어 스프링과, 이것에 대향하여 각 경사판 경사각을 증대하도록 힘을 가하는 제어 실린더와, 상기 제어 실린더 압력 유체 도입로에 장치된 개폐밸브를 포함하고, 상기 구동축과 엔진에 의해 구동되는 입력축과의 사이에는 무부하에 의해 상기 입력축으로부터 상기 구동축으로 구동력의 전달을 차단하는 토오크 리미트 기구를 장비하게 되는 신규한 기술 수단을 구비하고 있다.

상기 펌프를 장비한 제반 기계의 유압작동계에 입력차단기구를 생략하고, 구동축에 통상 정도의 부하가 작용하고 있다면, 상기 펌프에는 구동축과 엔진에 의해 구동되는 입력축과의 사이에 장비된 토오크 리미트 기구가 양축을 접속하고 있고, 엔진으로부터의 구동력은 구동축에 전달된다.

여기에, 제어 실린더의 압력 유체(토출유) 도입로에 설치된 개폐밸브는 액츄에이터의 정지시에는 닫힘 상태로 되어 있고, 펌프가 구동되어도 경사판에 0 용량과 같은 최소경사각(약 0.1∼1°)을 유지하여 클러치(오프)기능을 대체하고 있다. 그리고 실질적으로 펌프의 작동개시를 지령하는 신호(스위치)에 의해 개폐밸브가 열림상태로 전환되면 경사판의 근소한 경사각에 의해 승압된 토출유는 개폐밸브를 개입하여 서서히 제어 실린더에 공급되고, 제어 피스톤의 움직임을 일으켜 경사판 경사각을 증대하도록 힘을 가한다. 즉 펌프는 0과 같은 최소용량으로부터 원활히 올라서, 경사판이 최대경사각에 달한 최대용량의 정상운전으로 이행한다.

실질적으로 펌프의 작동정지를 지령하는 신호에 의해 개폐밸브가 닫힘 상태로 절환되면, 실린더 블록의 각 미끄럼 간격을 개입한 유압의 누설이나 제어 실린더에 설치된 환유 오리피스 등으로부터의 유압의 토출에 의해, 경사판 경사각을 증대하는 쪽에 힘이 가해지고 있는 토출압력이 저하하고, 이것에 의해 제어 스프링의 힘에 굽어진 경사판은 서서히 경사판 축소쪽으로 변위하여, 펌프는 운전을 계속하므로 0과 같은 최소용량으로 이행한다.

만일 펌프가 정상운전을 실행하고 있는 사이에 토출통로가 이물질로 폐쇄되기도 하고, 펌프의 운전 상황에 관계없이 실린더 블록과 밸브판과의 미끄럼부 등이 윤활부족으로 눌어붙기도 하는 이상이 발생한다면, 토오크 리미트 기구가 구동축에 작용하는 고부하로 양축을 떨어뜨리고 엔진으로부터의 구동력은 구동축에 전달되지 않는다. 이 때문에 펌프는 토출통로의 파괴나 제반 미끄럼부의 파괴 등의 내부파괴가 생기지 않고, 수리에 의해 원기능으로 복귀된다.

이하 도면에 기초하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 이 펌프에는 제1도에 의한, 전부 케이싱(21), 중간부 케이싱(22) 및 엔드카바(23)에 의하여 밀폐공간(24)이 형성되어 있고, 이 밀폐공간(24)내에는 전부케이싱(21) 및 엔드카바(23)과의 사이에 베어링(25,26)를 개입하여 구동축(27)이 지지되고 있다. 구동축(27)의 후부 스폴라인(27a)에는 축중심과 평행으로 복수의 보어(28)를 갖는 실린더 블록(29)이 축중심을 따라 변위 가능하게 끼워져 있다. 또, 중간부 케이싱(22)에는 도시하지 않은 경사 움직임축을 중심으로서 경사판(30)이 트러니언(trunnion)형식으로 지지되고 있고, 이 경사판(30)에는 회전 미끄럼 가능하게 슈(31)가 계류되어 있다. 슈(31)에는 피스톤(32)이 계류되어 있고, 이 피스톤(32)에는 실린더 블록(29)의 각 보어(28)내를 왕복 가능하게 들어가 있다. 실린더 블록(29)과 엔드카바(23)와의 사이에는 보어(28)의 개구단부를 고정하는 밸브판(33)이 엔드카바(23)에 고정부착되고 있고, 이 밸브판(33)에는 보어 개구(28a)의 회전 궤적과 부합하여 대향 원호상을 이루는 흡입포트(33a) 및 토출포트(33b)가 돌출설치되고, 상기 포트(33a,33b)에는 이것과 동일 형상으로 형성된 엔드카바(23)의 흡입 및 토출구(23a,23b)의 단과 합쳐지도록 구성되고 있다.

구동축(27)과 실린더 블록(29)과의 사이의 환형공간 내에는 전후의 스페이서(34) 등을 개입하여 압축 스프링(35)이 배치되고 있다. 전부 스페이서(34)는 압축 스프링(35)의 힘에 의해 핀(36)을 개입하여 피봇(37)을 축심을 따라 누르고, 피봇(37)은 슈(31)를 지름 방향으로 미끄럼 가능하게 계류하는 슈리테이너(38)와 미끄럼 가능하게 계류되고 있다. 후부 스페이서(34)는 상기 압축 스프링(35)의 힘에 의해 슬리브를 개입하여 실린더 블록(29)을 피봇(37)과는 역방향으로 누르고 있다.

전부 케이싱(21)에 있는 하사점쪽에는 경사판(30)의 일단과 접촉하는 힘을 가하는 로드(39)가 제어 스프링(40)을 개입하여 장착되고, 경사판(30)은 상기 제어 스프링(40)에 의해 항상 그 경사각이 축소되도록 힘을 받고 있다. 이 힘을 가하는 토크(39)등과 경사판(30)에 대하여 대칭된 엔드카바(23)에 있는 하사점쪽에는 제어 실린더(41)가 배치되고 있다. 이 제어 실린더(41)에는 경사판(30)과의 사이에 볼(42)을 개입 제어 피스톤(43)이 접촉되고 있고, 이 제어 피스톤(43)은 개폐밸브(44)를 개입하여 토출 압력유가 압력실(41a)를 공급되는 것에 의해 계속 토출 가능하게 되어 있다. 개폐밸브(44)는 토출구(23b)와 유관에 의해 접속되고 있고, 이 개폐밸브(44)에는 토출 압력유를 제어 실린더(41)의 압력실(41a)로 도입하는 홈을 갖는 스풀(spool)(45)이 설치되어 있다. 이 스풀(45)은 압축 스프링(46)에 의해 토출구(23b)와 압력실(41a)과의 연통을 폐쇄하도록 압축되어 있고 신호 지령 수단의 ON에 의해 솔레노이드(48)가 여자되면 토출구(23b)와 압력실(41a)이 연결 통하게 된다.

또, 전부 케이싱(21)에는 토오크 리미트 기구(T)가 내장되어 있다. 즉, 구동축(27)의 전방 스풀라인(27b)에는 보스(49)가 끼워결합되어 있고, 이 보스(49)에는 외주에 후방의 이동을 규제하는 규제면(49a)와 전단에 나사홈(49b)이 형성되고 있다. 이 보스(49)의 외주에는, 규제면(49a)와 접촉하여 볼수납면에 개구하는 원주상의 갈라진 홈을 갖는 내륜(50a)과 볼(50b)와 외륜(50c)으로 되는 토오크 조정가능 베어링(50)이 설치되고, 소정의 체결력의 아래 와셔(51)을 개입하여 조정너트(52)가 나사홈(49b)에 끼워져 있다. 토오크 조정가능 베어링(50)의 외륜(50c)은 입력축(53)의 凹부 내주면에 지지되어 있고, 입력축(53)은 그 凹부 외주면이 전부 케이싱(21)에 베어링(54) 및 축 밀봉 장치(55)를 개입하여 지지되고 있다.

그리고 제2도에서와 같이, 이런 가변용량 피스톤 펌프(P)는 자동차용 엔진(a)의 자동 변속기(b)에 부착된 동력 취출 장치(PTO)(c)에 입력축(53)이 직결된다. 이 경우, 이 펌프(P)를 냉동회로의 냉매 압축기의 구동에 공급하면, 토출구(23b)는 유압 모타와 접속되고 유압 모타 출력축이 냉동회로의 냉매 압축기와 접속된다. 이때, 동력 취출 장치(c)는 평상시 ON상태로 유지됨과 동시에, 상기 제어 밸브(44)를 제어하는 제어 지령 수단(47)에는 예를들면 차내의 냉방스위치가 충당된다. 그리고 구동축(27)에 통상 정도의 부하가 작용하고 있다면 상기 펌프(P)에는 구동축(27)과 엔진(a)에 의해 구동되는 입력축(53)과의 사이에 장비된 토오크 리미트 기구(T)가 양축(27,53)을 접속하게 되고, 엔진(a)으로부터의 구동력을 구동축(27)에 전달된다.

여기에, 차내의 냉방을 요구하지 않는 경우 요컨데 신호 지령 수단(47)의 OFF시에는 개폐밸브(44)는 스풀(45)이 압축 스프링(46)의 힘에 의해 닫힘 상태로 있게 되고, 제어 실린더(41)의 압축실(41a)에는 토출유가 도입되지 않기 때문에 경사판(30)은 제어 스프링(40)의 힘에 의해 용량과 같은 최소경사각 θ(약 1°)를 유지하여 클러치(OFF) 기능을 대체하고 있다. 이 때문에 자동차에 있어서 평상시 ON상태의 동력 취출 장치(c)를 개입하여 펌프(P)가 구동되고 있어도, 토출구(23b)부터는 작동유가 거의 토출되지 않고 유압모터가 구동되지 않으므로, 냉매 압축기는 정지 상태에 있다.

차내의 냉방을 요하는 경우, 요컨데 신호 지령 수단(47)의 ON시에는 개폐밸브(44)는 스풀(45)이 솔레노이드(48)의 자기력에 의해 열림상태로 되고, 제어 실린더(41)의 압력실(41a)에는 최소경사각 θ(약 1°)에 기준하여 토출유가 원활히 도입되기 때문에, 경사판(30)의 작은 경사각보다 승압된 토출유는 개폐밸브(44)를 경유하여 서서히 제어 실린더(41)의 압력실(41a)에 공급되고, 제어 피스톤(43)의 진동을 촉진하여 경사판 경사각을 증대하도록 힘을 가한다. 즉 펌프(P)는 0과 같은 최소용량으로부터 원활히 증가하여 경사판 경사각이 최대로 달할때의 최대용량의 정상 운전으로 이행한다. 이 펌프(P)에 있어서 경사판(30)의 경동추축을 구동축의 축중심에 대하여 상사점쪽으로 편심하는 경우에는, 보어내의 압력이 상승함에 따라 압축 반력이 경사판 경사각을 증대하는 방향의 모멘트로서 작용하고, 상승시간의 쓸데없는 지연을 방지하고, 또 경사판 경사각의 보다 작은 설정도 가능하다.

냉방후 냉방이 필요없게 되는 경우, 요컨데 신호 지령 수단(47)을 ON후에 OFF한때에 제어밸브(44)가 다시 닫힘상태로 절환된다. 이것에 의해, 실린더 블록(29)의 각 미끄럼 간격을 개입한 압축유의 누출이나 제어 실린더(41)에 설치된 귀환유 오리피스 등부터의 압축유의 도출에 의해 경사판 경사각을 증대하는 쪽으로 힘을 가하고 있는 토출압력이 저하하고, 이것에 의해 제어 스프링(40)의 힘에 눌린 경사판(30)은 서서히 경사각 축소쪽으로 변위하여, 펌프(P)는 운전을 단속하므로 0과 같은 최소용량으로 이행한다.

만일 펌프(P)가 정상운전을 실행하고 있는 순간에 토출관로 등의 토출경로에 마모분진 등의 이물질이 섞이어 상기 토출관로를 폐쇄하기도 하고, 펌프(P)의 운전 상황에 관계없이 피스톤(32)과 보어(28)와의 미끄럼부, 실린더 블록(29)의 단면과 밸브관(33)과의 미끄럼부 슈(31)와 경사판(30)과의 미끄럼부 등에 윤활부족으로 눌어붙음이 일어나면, 이 펌프(P)에는 구동축(27)에 고부하가 작용하여 토오크 조정가능 베어링(50)의 볼(50b)은 내륜(50c)과 외륜(50c)과의 구속을 피하고, 내륜(50a)과 외륜(50c)과의 사이로 전동된다. 이 때문에 엔진(a)의 구동력은 구동축(27)에 전달되지 않는다. 그러므로 상기 펌프(P)는 토출경로의 파괴나 제반 미끄럼부의 파괴 등의 내부파손을 일으키지 않는다.

상기 실시예는 상기 펌프(P)의 냉동회로의 냉매 압축기의 구동에 공급되는 경우를 거론하고 있지만, 상기 펌프(P)가 특장차량, 예로 덤프트럭에 장비된때는 제2도의 동력 취출 장치(c)는 평상시 ON상태로 유지됨과 동시에 상기 개폐밸브(44)를 제어하는 신호 지령 수단(47)에는 예를들면 하역 레바조작에 연동하는 형태로 배치된 하역 스위치가 충당된다. 이 경우 구동축(27)에 통상정도의 부하가 작용하고 있다면 토오크 리미트 기구(T)의 접속에 의해 단순히 하역 스위치 ON작동안에 의해 펌프(P)의 토출을 개시하고, 상기 하역 스위치의 OFF동작에 의해 운전을 속행한대로 펌프(P)의 토출양은 0과 같은 상태로 이행한다. 그리고 만일 구동축(27)에 과부하가 작용하면, 토오크 리미트 기구(T)의 단접에 의해 엔진으로부터의 구동력은 구동축(27)에 전달되지 않는다. 이 때문에 펌프(P)는 내부파괴를 생기지 않고 입력축이 공전만 하고, 과부하 상태가 없다면 입력축(53)과 구동축(27)은 다시 접속되어 원기능으로 복귀한다.

이상에 의해 본 발명의 가변용량 피스톤 펌프는 특허청구 범위에 기재한 구성을 갖는 것이므로, 무부하시의 용량을 0과 같은 최소용량으로 유지하여 입력차단기구를 생략하는 것이 가능하고, 구동축에 이상부하가 작용한 경우에도 내부파손 등이 생기지 않는다. 그러므로 극히 간단한 구성으로 차량 등에의 우수한 탑재성 및 조작성을 발휘하고 만일의 경우에도 높은 신뢰성이 얻어진다.

Claims

구동축과 같이 회전하는 신린더 블록의 축중심의 주변에 상기 축중심과 거의 평행한 복수의 보어를 갖고, 각 보어에는 슈를 개입하여 경사판과 계류하는 피스톤이 끼워짐과 동시에, 이들 보어의 개구단면을 접촉유지하는 밸브판에는 보어 개구의 회전 궤적과 부합하여 대향 원호상을 갖는 흡입 및 토출포트가 뚫려지고, 상기 양 포트는 엔드카바에 형성된 흡입 및 토출구와 정확히 합쳐져 구성된 가변용량 피스톤 펌프에 있어서, 상기 경사판의 경사각을 항상 축소되는 방향으로 힘을 가하는 제어 스프링과 이에 대항하여 상기 경사판의 경사각을 증대하는 방향으로 힘을 가하는 제어 실린더와, 상기 제어 실린더로의 압력 유체 도입로에 개입하여 장착한 개폐밸브를 포함하고, 상기 구동축과 엔진에 의해 구동되는 입력축과 사이에는 과부하에 의해 상기 입력축으로부터 상기 구동축으로의 구동력의 전달을 차단하는 토오크 리미트 기구를 장착한 것을 특징으로 하는 가변용량 피스톤 펌프.