KR100278186B1

KR100278186B1 - 유압 펌프용 유동 제어 장치

Info

Publication number: KR100278186B1
Application number: KR1019980023743A
Authority: KR
Inventors: 마사오 야스다; 콘라트 에플리
Original assignee: 도오다 고오이찌로; 가부시끼가이샤 유니시아 젝스; 카알-페터 지트로프; 볼프강 파우트; 체트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2001-01-15
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: US6213730B1; KR19990007251A; JP3771675B2; JPH1113652A; DE19827970A1

Abstract

본 발명은 펌프와 연통하는 방출 통로와, 방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동하고 방출 통로 내에 배치된 가변 유동 제어 밸브와, 소정의 유체 유동을 허용하기 위해 방출 통로와 상호 협동하는 유동 제어 회로를 포함하는, 펌프용 가변 유동 제어 장치에 관한 것이다. 유동 제어 회로 내의 드레인 밸브는 가변 유동 제어 밸브의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 작동가능하다. 가변 유동 제어 밸브는 펌프의 방출 측과 연통하는 스풀 보어와, 스풀 보어 내에 이동가능하게 배치된 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키기 위해 스풀을 바이어스시키는 스프링 유닛을 포함한다. 스프링 유닛은 직렬로 배열된 제1 스프링과 제2 스프링을 포함한다.

Description

유압 펌프용 유동 제어 장치

본 발명은 로터리 베인 펌프, 플런저 펌프, 기어 펌프 등의 용적형 펌프용 유량 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 고속 회전의 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 저속 회전의 펌프로부터 방출되는 유체의 유량보다 더 작게 유지시키는 유동 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진에 의해 구동되는 자동차에 설치되는 일례로 로터리 베인 펌프와 같은 용적형 펌프는 동력원으로서 작용하는 엔진에 의해 작동되고, 또한 일례로 동력 조향 장치와 같은 여러 가지 유압 장치의 액츄에이터에 작동유를 공급하는 유압원으로서도 이용된다.

수동 조향 시 발생되는 토오크를 작동유를 사용하여 보조하는 여러 형식의 동력 조향 시스템 중에는, 차량이 저속일 때에 조향을 비교적 많이 보조하고 차량이 고속일 때에 조향을 비교적 적게 보조하도록 구성된 형식이 있다. 이것은 차량이 고속일 때 조향이 안정하기 때문이다. 이러한 형식의 동력 조향 시스템에 장착되는 용적형 펌프는 저회전 속도 즉, 차량이 저속일 때에는 유체의 유량을 많이 방출하는 것이 필요하며, 고회전 속도 즉, 차량이 고속일 때에는 유체의 유량을 적게 방출하는 것이 필요하다. 이러한 이유로 인해, 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 제어하도록 구성되고, 또한 펌프의 회전 속도에 대한 유체의 상기 유량 특성을 나타내도록 구성된 유량 제어 장치가 최근에 제안되었다.

제안된 유동 제어 장치의 하나의 실례가 독일 특허 출원 공개 제443359A1호에 개시되어 있다. 이 장치는 용적형 펌프의 방출 측과 연통하는 방출 통로 내에 배치된 가변 유동 제어 밸브와, 유체가 펌프의 흡입 측을 복귀시키기 위해 방출 통로와 상호 협동하는 유동 제어 회로를 포함한다. 유동 제어 회로는 가변 유동 제어 밸브의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 펌프로부터 방출되는 유체를 배출시키도록 구성된 드레인 밸브를 포함한다. 가변 유동 제어 밸브는 펌프로부터 방출되어 방출 통로를 통해서 액츄에이터로 운반되는 유체의 유량을 변화시키도록 작동한다. 가변 유동 제어 밸브는 펌프로부터 방출되는 유체에 대면하고 방출 통로의 개방 면적을 변화시키기 위해 이동가동한 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키기 위하여 스풀을 바이어스시키는 스프링을 포함한다. 드레인 밸브와 가변 유동 제어 밸브는 방출 통로를 통과하는 방출 유체의 유량을 제어하기 위해 상호 협동한다.

이러한 종래의 장치에서, 펌프의 회전 속도가 설정값을 초과하여 설정값보다 더 큰 값까지 증가하면, 드레인 밸브와 가변 유동 제어 밸브는 방출 통로를 통과하는 유체의 유량을 소정값의 이하로 감소시키도록 상호 협동한다. 계속해서, 펌프의 회전 속도가 보다 더 큰 설정값을 초과하면, 드레인 밸브와 가변 유동 제어 밸브는 유체의 유량을 소정값으로 유지시키기 위해 상호 협동한다. 펌프의 회전 속도가 보다 더 큰 설정값을 초과한 상태에서, 펌프로부터 방출되는 유체의 유량은 드레인 밸브로부터 배출되는 유체의 유량보다 더 크게 된다. 그러나, 공지의 장치는 방출 통로를 통과하는 유체의 유량을 소정값 이상으로 바람직하지 않게 증가시키는 경향이 있다. 펌프가 보다 더 큰 설정값을 초과하여 고회전 속도로 작동되면, 방출 통로를 통과하는 유체의 유량 특성은 펌프의 회전 속도가 상승함에 따라 증가하는 유체의 유량으로 인해 불안정하게 된다. 이것은 액츄에이터의 작동 정밀도의 감소를 초래하고, 또한 펌프로부터 방출된 유체가 방출 통로를 통해서 공급되도록 하는 유압 장치의 작동 정밀도를 감소시킨다.

본 발명의 목적은 고회전 속도의 펌프로부터 방출되는 유체의 안정된 유량 특성을 얻을 수 있는 용적형 펌프용 가변 유동 제어 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 유압 펌프용 유동 제어 장치의 제1 실시예의 펌프 축의 축선을 따라 도시한 종단면도.

도2는 방출 유동과 펌프의 회전 속도 간의 관계를 도시한 그래프.

도3은 제1 실시예를 개략적으로 도시한 다이어그램.

도4는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 개략적으로 도시한 다이어그램.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 로터리 베인 펌프

15 : 펌프 본체

17 : 방출 보어

25 : 압력 챔버

26 : 가변 유동 제어 밸브

27 : 스풀 보어

28 : 스풀

29 : 연통 통로

30 : 스프링 유닛

37 : 드레인 밸브

38 : 제1 스프링

39 : 제2 스프링

40 : 변위 규제 부재

41 : 플랜지부

42 : 로드부

본 발명의 한 태양에 의하면, 용적형 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 가변적으로 제어하는 장치에 있어서,

펌프와 연통하는 방출 통로와,

방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동되고, 방출 통로 내에 배치된 가변 유동 제어 밸브와,

소정의 유체 유동을 허용하기 위해 방출 통로와 상호 협동하고, 가변 유동 제어 밸브의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 작동가능한 드레인 밸브를 포함하는 유동 제어 회로를 포함하고,

상기 가변 유동 제어 밸브는 펌프의 방출 측과 연통하는 스풀 보어와, 스풀 보어 내에서 이동가능하게 배치되고 방출 통로의 서로 다른 개방 면적이 형성되는 위치들을 갖는 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키는 한쪽 방향으로 스풀을 바이어스시키는 스프링을 포함하고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력과 펌프로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀에 가변적으로 작용하는 가변 작용력에 의해 상기 위치들 사이에서 변위가능하고, 상기 스프링은 직렬로 배열된 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 용적형 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 가변적으로 제어하는 장치에 있어서,

펌프와 연통하는 방출 통로와,

방출 통로 내에 배치된 고정형 오리피스와,

소정의 유체 유동을 허용하기 위해 방출 통로와 상호 협동하고, 고정형 오리피스의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 작동가능한 드레인 밸브를 포함하는 유동 제어 회로와,

방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동되는 가변 유동 제어 밸브를 포함하고,

상기 가변 유동 제어 밸브는 고정형 오리피스의 하류의 방출 통로 내에 배치되고, 상기 가변 유동 제어 밸브는 펌프의 방출 측과 연통하는 스풀 보어와, 스풀 보어 내에서 이동가능하게 배치되고 방출 통로의 서로 다른 개방 면적이 형성되는 위치들을 갖는 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키는 한쪽 방향으로 스풀을 바이어스시키는 스프링을 포함하고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력과 펌프로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀에 가변적으로 작용하는 가변 작용력에 의해 상기 위치들 사이에서 변위가능하고, 상기 스프링은 직렬로 배열된 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.

도1을 참조하면서, 본 발명에 따른, 로터리 베인 펌프용 유동 제어 장치의 바람직한 제1 실시예를 설명하기로 한다. 도1의 로터리 베인 펌프(11)는 동력 조향 시스템과 같은 여러 차량 구성 요소의 유압 액츄에이터용 유체 압력원으로서 사용가능하며, 또한 차량의 동력원의 회전 속도에 응답하여 2개의 서로 다른 유체 유량을 액츄에이터에 공급한다. 즉, 로터리 베인 펌프(11)는 가변 속도를 갖는 동력원, 예를 들어, 엔진에 의해 구동되고, 차량이 저속일 때에 비교적 큰 소정의 제1 유체 유량을 공급하고, 차량이 고속일 때에 제1 유체 유량보다 적은 소정의 제2 유체 유량을 공급하도록 구성되어 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 유동 제어 장치는 로터리 베인 펌프(11)를 하나의 유닛으로 형성하기 위해 펌프 본체(15)와 함께 펌프 하우징 내에 조립된다. 로터리 베인 펌프(11)는 엔진과 같은 동력원과 구동적으로 연결된 펌프 축(12)과, 커버(13)와, 펌프 본체(15)가 캐버티 내에 배치되도록 캐버티를 형성하기 위하여 커버(13)와 상호 협동하는 캐스팅(14)을 포함한다. 흡입 통로(16)는 캐스팅(14) 내에 형성되고, 펌프 본체(15)의 흡입 측과 유체 연통된다. 흡입 통로(16)는 저장부에도 유체 연통된다. 방출 보어(17)는 캐스팅(14) 내에 형성되고, 펌프 본체(15)의 방출 측으로부터 방출된 유체를 통과시켜 유압 액츄에이터로 공급하는 방출 통로의 일부분을 구성한다. 도면 부호 18과 19는 캐스팅(14) 내에 각각 배치된 금속 베어링과 오일 시일을 나타낸다.

펌프 본체(15)는 펌프 축(12)에 작동가능하게 연결된 원통형 회전자(20)와, 회전자(20)의 외주부에 방사상으로 왕복 이동가능하게 장착된 복수의 베인(21)과, 회전자(20)의 외주부에 대향되는 캠 내주면을 갖는 캠 링(22)과, 회전자(20)와 캠 링(22)의 각각의 축선 방향 양 단부에 배치된 2개의 단부 플레이트(23)를 포함한다. 도1에는, 2개의 단부 플레이트(23) 중 하나가 도시된다. 베인(21)과, 회전자(20)의 외주부와, 캠 링(22)의 캠 내주면과, 단부 플레이트(23)는 상호 협동하여서 그 사이에 펌핑 챔버를 형성한다. 펌핑 챔버는, 회전자(20)가 회전하고 또한 베인(21)이 대체로 타원형 단면을 갖는 캠 링(22)의 캠 내주면 상에서 미끄럼 운동함에 따라, 체적을 변화시킨다. 펌프 본체(15)는 펌핑 챔버의 체적 변화에 의해 계속적인 펌핑 동작을 하여, 유압을 공급한다. 펌프 본체(15)의 구조는 일반적으로 알려져 있으며, 예를 들면, 본 명세서에 참고로 포함하고 있는 1996년 3월 28일에 공개된 독일 특허 출원 공개 제443398A1호에 개시되어 있다.

단부 플레이트(23)는 펌프 본체(15)의 체적 감소 펌핑 챔버 및 체적 증가 펌핑 챔버에 각각 연통되는, 출구 포트(24a, 24b)와 도시하지 않은 입구 포트를 갖는다. 입구 포트는 흡입 통로(16)를 펌프(15)의 체적 증가 펌핑 챔버와 연통시키기 위해 흡입 통로(16)와도 유체 연통된다. 출구 포트(24a, 24b)는 단부 플레이트(23)의 한 끝면과 정합하는 캐스팅(14)의 끝면에 개방된 방출 보어(17)와 유체 연통된다. 방출 보어(17)는, 이하에 상세하게 설명된 바와 같이, 펌프 본체(15)의 압력 챔버(25)와 가변 유동 제어 밸브(26)를 통해서 펌프(15)의 체적 감소 펌핑 챔버와 연통된다. 압력 챔버(25)는 커버(13)와 펌프 본체(15)에 의해 형성되는, 대체로 환형의 형상이다. 출구 포트(24a)는 방사상 외부로 연장되어 압력 챔버(25)로 개방된다. 출구 포트(24b)는 축선 방향으로 연장되어 단부 플레이트(23)의 한 끝면으로 개방된 다음, 실질적으로 수직으로 연장되어 압력 챔버(25)로 개방된다. 그래서, 출구 포트(24b)는 구부러진 통로 형상으로 형성된다.

방출 보어(17)는 캐스팅(14)내에 형성된 연통 통로(29)를 통해서 압력 챔버(25)와 유체 연통되어 캐스팅(14)의 끝면에 개방된다. 연통 통로(29)는 펌프 축(12)의 축선을 따라 연장된 축선 방향 통로부와 이 축선 방향 통로부에 실질적으로 수직인 방사상 통로부를 갖는다. 방출 보어(17)와 연통 통로(29)는 펌프 본체(15)로부터 방출된 유체가 액츄에이터로 운반되도록 하는 방출 통로를 구성한다.

가변 유동 제어 밸브(26)는 방출 통로 내에 배치된다. 가변 유동 제어 밸브(26)는 방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동된다. 가변 유동 제어 밸브(26)는 펌프 본체(15)의 방출 측과 연통하는 스풀 보어(27)와, 스풀 보어(27) 내에서 방출 통로의 서로 다른 개방 면적이 형성되는 위치들 사이에서 이동가능한 스풀(28)과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키는 방향으로 스풀(28)을 바이어스시키는 스프링(30)을 포함한다. 스풀(28)은 스프링(30)의 바이어스력과 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀(28)에 가변적으로 작용하는 가변 작용력에 의해 상기 위치들 사이에서 변위가능하다. 스풀(28)은 펌프 본체(15)로부터 출구 포트(24b)를 통해서 방출되는 유체의 힘, 즉 동압에 대면하는 한 표면과, 스프링 유닛(30)의 바이어스력에 대면하는 대향 표면을 갖는다. 스프링(30)은 제1 스프링(38)과, 제2 스프링(39)과, 제1 및 제2 스프링(38, 39)을 서로 연결하는 변위 규제 부재(40)를 포함하는 스프링 유닛의 형태이다. 제1 및 제2 스프링(38, 39)은 변위 규제 부재(40)를 통해서 직렬로 배열된다. 제1 스프링(38)은 제1 강성을 가지고, 제2 스프링은 제1 강성보다 더 큰 제2 강성을 갖는다. 변위 규제 부재(40)는 제1 스프링(38)의 압축을 어느 한 방향에 대향하는 방향으로 제한한다. 즉, 이 방향은 스풀(28)이 방출 통로의 개방 면적을 감소시키도록 이동되는 방향이다.

보다 상세하게 설명하면, 스풀 보어(27)는 캐스팅(14) 내에 형성되고, 펌프 축(12)의 축선 방향으로 연장되어 캐스팅(14)의 끝면에 개방된다. 스풀 보어(27)는 연통 통로(29)의 방사상 통로부와 교차한다. 가변 유동 제어 밸브(26)는 유동이 스풀 보어(27) 내로 유동하여 방출 보어(17)로 유입되어 통과하도록 하기 위하여 연통 통로(29)의 방사상 통로부와 연통하는 밸브 입구 포트와 밸브 출구 포트를 갖는다. 그래서, 스풀 보어(27)는 방출 통로를 통과하는 유체의 유동에 대하여 횡방향으로 연장된다. 스풀 보어(27)는 펌프 본체(15)의 체적 감소 펌핑 챔버와 연통하기 위해 단부 플레이트(23)의 출구 포트(24b)에 대향된다. 스풀(28)은 스프링 유닛(30)을 수용하는 스프링 장착 보어를 형성하기 위해 함께 접합되는 디스크형 바닥벽(28A)과 원주 측벽(28B)을 갖는 중공체의 원통 형상으로 형성된다. 바닥벽(28A)은 출구 포트(24b) 내의 유체의 동압에 대면하는 외면과, 스프링 유닛(30)의 바이어스력에 대면하는 내면을 갖는다. 원주 측벽(28B)은 방출 통로의 개방 영역에 대향된다. 변위 규제 부재(40)는 스풀(28)의 스프링 장착 보어에 끼워 맞춰진다. 변위 규제 부재(40)는 펌프 축(12)의 축선을 따라 스풀 보어(27)의 바닥 쪽으로 연장된 로드부(42)와, 이 로드부(42)로부터 방사상 외부로 연장된 플랜지부(41)를 갖는다. 로드부(42)는 제1 스프링(38)에 대항한 스풀(28)의 이동으로 인해 제1 스프링(38)이 압축된 상태로 소정의 거리까지 변위될 때 스풀 보어의 바닥을 그 축선 방향 단부에 접촉시키도록 하는 길이를 갖는다. 플랜지부(41)는 제1 및 제2 스프링(38, 39) 사이에 삽입된다. 스풀 보어(27)와, 스풀(28)의 원주 측벽(28B)과, 변위 규제 부재(40)는 제1 스프링(38)을 수용하는 스프링 장착 보어 내에 제1 스프링 챔버를 형성하기 위해 상호 협동한다. 이 실시예에서, 제1 스프링(38)은 변위 규제 부재(40)의 로드부(42)가 스풀 보어(27)의 바닥 쪽으로 연장된 코일 스프링이다. 제1 스프링(38)은 스풀 보어(27)의 바닥에 의해 지지된 한 단부와 변위 규제 부재(40)의 플랜지부(41)에 의해 지지된 대향 단부를 갖는다. 스풀(28)의 바닥벽(28A) 및 원주 측벽(28B)과 변위 규제 부재(40)의 플랜지부(41)는 제2 스프링(39)을 수용하는 스프링 장착 보어 내에 제2 스프링 챔버를 형성하기 위해 상호 협동한다. 제2 스프링(39)은 스풀(28)의 바닥벽(28A)에 의해 지지된 한 단부와 변위 규제 부재(40)의 플랜지부(41)에 의해 지지된 대향 단부를 갖는다. 원뿔 디스크형 스프링은 이 실시예에서 제2 스프링(39)으로서 사용된다.

스풀(28)은 도1에서 정상 위치에 도시되어 있으며, 여기에서 스풀(28)은 방출 통로의 최대 개방 면적을 허용하기 위해 제1 스프링(38)에 의해 단부 플레이트(23)에 대항하여 가압된다. 스풀(28)은 방출 통로의 개방 면적을 그 최대 개방 면적보다 더 작게 감소시키기 위하여, 압력 챔버(25) 내의 유압에 의해, 제1 및 제2 스프링(38, 39)의 바이어스력에 대항하여, 정상 위치로부터 스풀(28)이 도1에 도시된 바와 같이 단부 플레이트(23)로부터 좌측으로 이격된 위치로 이동된다.

도3에 도시된 바와 같이, 방출 통로(B)는 펌프 본체(15)로부터 소정의 유체 유동이 방출되도록 하기 위하여 방출 통로(B)와 상호 협동하는 유동 제어 회로(A) 내에 배치된 일부분을 갖는다. 유동 제어 회로(A)는 가변 유동 제어 밸브(26)의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 유체를 배출하도록 작동가능한 드레인 밸브(37)를 포함한다. 드레인 밸브(37)는 저장부와 유체 연통된다.

도1을 다시 참조하면, 드레인 밸브(37)는 압력 챔버(25)와 연통되게 캐스팅(14) 내에 형성된 스풀 보어(31)와, 스풀 보어(31) 내에 미끄럼가능하게 배치된 스풀(32)과, 압력 챔버(25) 쪽으로 스풀(32)을 바이어스시키는 복귀 스프링(33)을 포함한다. 스풀 보어(31)는 펌프 축의 축선과 실질적으로 평행하게 연장된다. 배출 통로(34)는 그 일단부가 압력 챔버(25)에 대향된 스풀 보어(31)의 개방 단부 부근의 스풀 보어(31)에 개방된다. 배출 통로(34)는 흡입 통로(16)와 연통한다. 유입 통로(35)는 그 일단부가 스풀 보어(31)의 바닥 부근의 스풀 보어(31)에 개방된다. 유입 통로(35)는 방출 보어(17)와 연통한다. 스풀(32)은 스풀 보어(31)를 이 스풀 보어(31)의 개방 단부 측에 배치된 스풀 압력 챔버와, 스풀 보어(31)의 바닥 측에 배치된 스풀 후진 압력 챔버(36)로 분리시킨다. 스풀 압력 챔버는 펌프 본체(15)의 압력 챔버(25)와 연통하고, 스풀 후진 압력 챔버(36)는 유입 통로(35)를 통해서 방출 보어(17)와 연통한다. 스풀(32)은 압력 챔버(25)와 방출 보어(17) 간의 압력 차이에 응답하여 배출 통로(34)의 개방 단부를 개폐시키기 위하여 스풀 보어(31) 내에서 왕복 이동할 수 있다. 즉, 스풀(32)은 가변 유동 제어 밸브(26)의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 압력 챔버(25)와 배출 통로(34)의 유체 연통을 제어하기 위하여 스풀 보어(31) 내에서 왕복 이동한다. 압력 챔버(25)로부터 방출되는 유체의 유동은 스풀(32)의 왕복 이동에 의해 제어된다. 스풀(32)은 도1에서 정상 위치에 도시되어 있으며, 여기에서 스풀(32)은 압력 챔버(25)와 배출 통로(34) 사이의 유체 연통을 억제하기 위해 배출 통로(34)의 개방 단부를 폐쇄시키도록 스프링(33)에 의해 가압된다. 스풀(32)은 스풀 압력 챔버를 통해서 압력 챔버(25)와 배출 통로(34) 사이의 유체 연통을 허용하기 위하여, 압력 챔버(25) 내의 유압에 의해, 정상 위치로부터 스풀(32)이 도1에 도시된 바와 같이 배출 통로의 개방 단부를 개방시키는 스프링(33)의 바이어스력에 대항하여 좌측에 위치된 위치로 이동가능하다.

알려진 형식의 릴리프 밸브는, 도시하지는 않았지만, 방출 보어(17) 내에 배치된다. 릴리프 밸브는 방출 보어(17) 내의 유압이 극도로 상승하는 것을 방지하도록 이루어져 있으며, 릴리프 밸브의 구조에 대해서는, 예를 들어 미국 특허 제5,098,259호에 개시되어 있다.

본 발명의 가변 유동 제어 장치의 작동은 도1 및 도2를 참조하여 이하에서 설명하기로 한다.

펌프 축(12)이 비회전 상태에 있고 펌프 본체(15)의 펌핑 작동이 정지되면, 가변 유동 제어 밸브(26)의 스풀(28)과 드레인 밸브(37)의 스풀(32)은 이 스풀들(28, 32)이 도1에 도시된 바와 같이 단부 플레이트(23)와 접촉하게 되는 각각의 정상 위치에 배치된다. 스풀(28)은 방출 통로의 최대 개방 면적을 허용하고, 반면에 스풀(32)은 배출 통로(34)가 펌프 본체(15)의 압력 챔버(25)와 연통되는 것을 방지한다.

펌프 축(12)이 구동되어 회전을 시작하면, 펌프 본체(15)는 유체를 체적 증가 펌핑 챔버로부터 출구 포트(24a, 24b), 압력 챔버(25), 연통 통로(29), 및 가변 유동 통로(26)를 통해서 방출 보어(17)로 방출시키도록 작동한다. 이 상태에서, 펌프 본체(15)의 회전 속도가 도2에 도시된 제1 설정값(a)에 도달할 때까지, 압력 챔버(25) 내의 유체의 정압과 출구 포트(24b) 내의 유체의 동압은 낮다. 가변 유동 제어 밸브(26)의 스풀(28)과 드레인 밸브(37)의 스풀(32)도 방출 보어(17)로부터 방출되는 유량이 펌프 본체(15)의 회전 속도가 상승함에 따라 증가하도록 하기 위해 각각 정상 위치에 설치된다.

펌프의 회전 속도가 제1 설정값(a)까지 상승하고 가변 유동 제어 밸브(26)의 상류와 하류 간의 압력 차이가 소정의 값보다 더 크게 되면, 드레인 밸브(37)의 스풀(32)은 압력 챔버(25) 내의 과도한 양의 유체가 배출 통로(34) 내로 유동하도록 하기 위하여 스풀 보어(31)의 바닥 쪽으로 이동된다. 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 제1 소정값(q1)에서 유지된다. 이 유동 제어는 펌프 본체(15)의 회전 속도가 제1 설정값(a)보다 더 높은 제2 설정값(b)에 도달할 때까지 계속된다.

펌프 본체(15)의 회전 속도가 제2 설정값(b)을 초과하고 출구 포트(24b)로부터 방출되는 유체의 동압이 소정의 수준보다 더 낮게 되면, 가변 유동 제어 밸브(26)의 스풀(28)은 동압에 의해 가압되어 제1 스프링(38)의 바이어스력에 대항하여 스풀 보어(27)의 바닥 쪽으로 이동한다. 제1 스프링(38)은 스풀(28)이 스풀 보어(27) 내로 수축됨에 따라 압축된다. 방출 보어(17)에 연결된 밸브 출구 포트의 개방 면적은 스풀(28)의 이동에 따라 최대값에서 감소된다. 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 제1 소정값(q1)보다 더 작게 된다. 펌프 본체(15)의 회전 속도가 제2 설정값(b)보다 더 높은 제3 설정값(c)까지 상승할 때까지, 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 계속해서 감소된다.

펌프 본체(15)의 회전 속도가 제3 설정값(c)에 도달하면, 가변 유동 제어 밸브(26)의 변위 규제 부재(40)의 로드부(42)의 첨단부는 제1 스프링(38)이 더 이상 압축되는 것을 방지하기 위하여 스풀 보어(27)의 바닥과 접촉한다. 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 제1 소정값(q1)보다 더 낮은 제2 소정값(q2)에 도달한다. 계속해서, 펌프 본체(15)의 회전 속도가 제3 설정값(c)보다 더 크게 되면, 출구 포트(24b)로부터 방출되는 유체의 동압에 의해 부하가 발생된다. 이 상태에서, 밸브 출구의 개방 면적이 더 이상 감소되지 않는 것 이외에, 예를 들어 드레인 밸브(37)의 스풀(32)이 펌프 회전 속도의 상승에 따라 지연된다고 가정하면, 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 도2에 파단선 P 로 표시된 바와 같이 조금씩 증가하기 시작하여 제2 소정값보다 더 높게 된다. 그러나, 제1 실시예의 장치의 배열에 있어서, 스풀(28)과 변위 규제 부재(40) 사이의 제2 스프링(39)은 스풀(28)을 통해서 가해지는 부하에 의해 압축된다. 스풀(28)은 제2 스프링(39)의 바이어스력에 대항하여 스풀 보어(27)의 바닥 쪽으로 더 이동되므로, 방출 보어(17)와 연결된 밸브 출구 포트의 개방 면적이 더 감소된다. 그래서, 밸브 출구 포트의 개방 면적이 제2 스프링(39)의 압축에 따라 더 이동하는 스풀(28)에 의해 더 감소되므로, 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량의 증가분은 제거된다. 그 결과, 펌프 회전 속도가 제3 설정값(c)보다 더 높게 되면, 방출 보어(17)로부터 방출되는 유체의 유량은 도2에서 굵은 선 R로 표시된 바와 같이 실질적으로 제2 소정값(q2)에서 일정하게 유지된다.

상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 유동 제어 장치를 갖춘 로터리 베인 밸브(11)는 도2에 도시된 바와 같이 저회전 속도(a 내지 b)에서 제1 예정 유량(q1)을 제공하고, 고회전 속도(c)에서 제2 예정 유량(q2)을 제공할 수 있다. 따라서, 로터리 베인 밸브(11)는 저회전 속도와 고회전 속도 모두에서 액츄에이터와 연결된 유압 장치를 바람직하게 작동시키는 데 필요한 유압을 액츄에이터로 공급할 수 있다. 이것은 액츄에이터와 유압 장치의 작동 실행을 향상시키는 작용을 한다. 용적형 펌프는 플런저 펌프, 기어 펌프 등 일 수 있다.

또한, 가변 유동 제어 밸브(26)의 스프링 유닛(30)이 제1 스프링(38)과 이 제1 스프링(38)보다 강성이 더 큰 제2 스프링의 일련의 배열을 가지므로, 펌프 본체(15)의 회전 속도가 증가할 때, 제1 스프링(38)의 압축이 제2 스프링(39)의 압축 전에 발생된다는 것을 상기 설명으로부터 알 수 있을 것이다. 제1 스프링(38)의 압축에 의해, 방출 통로의 개방 면적은 방출 통로를 통과하는 유량을 제2 소정값(q2)까지 낮추기 위해 감소된다. 제1 스프링(38)의 압축에 뒤이은 제2 스프링(39)의 압축으로 인해, 방출 통로의 개방 면적이 더 감소되므로, 방출 통로를 통과하는 유체의 유량은 조금씩 천천히 감소된다. 제2 스프링(39)의 압축에 의해 유발되는 유량의 감소는 고회전 속도의 펌프 작동 시, 예를 들어 드레인 밸브(37)의 지연된 응답에 따라 발생하는 유량의 증가분을 제거할 수 있다. 그 결과, 고회전 속도에서 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 유량은 실질적으로 제2 소정값(q2)에서 일정하게 유지될 수 있으며, 또한 펌프 본체(15)의 회전 속도는 더 증가하여 설정값(c)을 초과한다. 따라서, 본 발명의 가변 유동 제어 장치는 저회전 속도와 고회전 속도 각각에서의 펌프 작동 시에 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 바람직한 유량 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 제1 스프링(38)의 압축을 억제하는 변위 규제 부재(40)의 배열을 구비함으로써, 제1 스프링(38)보다 더 큰 강성을 갖는 제2 스프링(39)은 제1 스프링의 압축이 변위 규제 부재(40)에 의해 완전하게 제한된 후에 압축될 수 있다. 따라서, 제2 스프링(39)의 압축은 도2에 도시된 바와 같이 고회전 속도, 즉 설정값(c)보다 더 높은 회전 속도에서 확실하게 발생된다. 이것은 스풀(28)의 작동이 고회전 속도의 펌프 작동에서 용이하게 제어되도록 하므로, 고회전 속도에서 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 유량을 보다 정확하게 제어하는 작용을 한다. 이에 의해, 고회전 속도에서 펌프(15)로부터 방출되는 유체의 바람직한 유량 특성을 쉽게 얻을 수 있다.

또한, 이 실시예에서, 원뿔 디스크형 스프링을 제2 스프링으로 사용하게 되면 스풀(28) 내의 제2 스프링 챔버의 체적이 감소된다. 그 결과 스프링 유닛(30)과 가변 유동 제어 밸브(26)의 전체 크기가 감소된다.

제2 스프링(39)은 제1 실시예에 개시된 것과 같은 원뿔 디스크형 스프링으로 한정시키지 않고 코일 스프링의 형태로 구성할 수도 있다. 제2 스프링(39)으로서 코일 스프링을 사용하는 경우에, 부하에 대한 압축 변위의 특성은 선형으로 나타나므로, 고회전 속도에서 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 바람직한 유량 특성이 용이하게 얻어질 수 있다. 또한, 코일 스프링은 쉽게 제조되므로, 코일 스프링을 사용하면 제조 비용을 낮출 수 있다.

또한, 상기 가변 유동 제어 밸브(26)의 스프링 유닛(30)의 단순한 구조는 저회전 속도 및 고회전 속도 각각에서 펌프 본체로부터 방출되는 유체의 바람직한 유량 특성을 쉽게 이룰 수 있게 한다. 이 단순한 구조도 유동 제어 장치의 제조 비용을 감소시킨다.

또한, 제1 실시예에 있어서, 출구 포트(24b)내의 동압은 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀(28)에 가변적으로 작용하는 가변 작용력으로서 이용된다. 그러나, 펌프 본체(15)로부터 방출되는 유체의 전체 유량이 통과하도록 구성된 오리피스가 방출 통로 내에 배치되는 경우에, 오리피스의 상류와 하류 간의 압력 차이는 스풀(28)을 작동시키는 데 이용될 수 있다. 이 경우에, 오리피스의 상류와 하류 간의 압력 차이는 펌프 본체(15)로부터의 유체의 유량에 응답하여 변화하므로, 스풀(28)은 펌프 본체(15)의 회전 속도가 설정값에 도달한 때에 작동될 수 있다.

도4를 참조하면서, 유동 제어 장치의 제2의 바람직한 실시예를 이하에서 설명하기로 한다.

도4에서, 고정형 오리피스(100)는 유동 제어 회로(A)와 상호 협동하는 방출 통로(B)의 일부분 내에 배치된다. 가변 유동 제어 밸브(126)는 고정형 오리피스(100)와 유동 제어 회로(A)의 하류의 방출 통로(B)내에 배치된다. 가변 유동 제어 밸브(126)는 제1 실시예에서 설명된 가변 유동 제어 밸브(26)와 동일한 구조를 갖는다.

상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 장치에 의하면, 고속 회전의 펌프로부터 방출되는 유체의 안정된 유량 특성을 얻을 수 있고, 이에 따라 액츄에이터의 작동 정밀성을 얻을 수 있다.

Claims

용적형 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 가변적으로 제어하는 장치에 있어서,

펌프와 연통하는 방출 통로와,

방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동되고, 방출 통로 내에 배치된 가변 유동 제어 밸브와,

소정의 유체 유동을 허용하기 위해 방출 통로와 상호 협동하고, 가변 유동 제어 밸브의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 작동가능한 드레인 밸브를 포함하는 유동 제어 회로를 포함하고,

상기 가변 유동 제어 밸브는 펌프의 방출 측과 연통하는 스풀 보어와, 스풀 보어 내에서 이동가능하게 배치되고 방출 통로의 서로 다른 개방 면적이 형성되는 위치들을 갖는 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키는 한쪽 방향으로 스풀을 바이어스시키는 스프링을 포함하고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력과 펌프로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀에 가변적으로 작용하는 가변 작용력에 의해 상기 위치들 사이에서 변위가능하고, 상기 스프링은 직렬로 배열된 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 제1 스프링은 소정의 강성을 가지고, 제2 스프링은 제1 스프링의 강성보다 더 큰 제2 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 방출 통로는 유동 제어 회로 내에 배치된 일부분을 가지고, 상기 가변 유동 제어 밸브가 방출 통로의 상기 일부분내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 가변 유동 제어 밸브는 상기 한쪽 방향에 대한 반대의 압축 방향으로 제1 스프링의 변위를 제한하는 변위 규제 부재를 포함하고, 상기 변위 규제 부재는 제1 스프링과 제2 스프링을 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 스풀과 스풀 보어와 변위 규제 부재가 상호 협동하여 제1 스프링을 수용하는 제1 스프링 챔버를 형성하고, 스풀과 변위 규제 부재가 상호 협동하여 제2 스프링을 수용하는 제2 스프링 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 스풀은 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각의 일부분을 형성하는 스프링 장착 보어를 갖는 중공체의 원통 형상으로 형성되고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력 및 가변 작용력에 대면하는 대향면을 형성하는 바닥벽과 방출 통로의 개방 영역에 대면하는 원주 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 변위 규제 부재는 제1 스프링을 통해서 연장된 로드부와 이 로드부로부터 방사상 외부로 연장되어 제1 스프링과 제2 스프링의 사이에 배치된 플랜지부를 포함하고, 상기 로드부는 제1 스프링에 대항한 스풀의 이동으로 인해 제1 스프링이 압축된 상태로 소정의 거리까지 변위될 때 스풀 보어의 바닥과 접촉하도록 하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 스풀 보어는 방출 통로를 통과하는 유동 통로에 대하여 횡방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 제1 스프링은 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 제2 스프링은 원뿔 디스크형 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 제2 스프링은 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
용적형 펌프로부터 방출되는 유체의 유량을 가변적으로 제어하는 장치에 있어서,

펌프와 연통하는 방출 통로와,

방출 통로 내에 배치된 고정형 오리피스와,

소정의 유체 유동을 허용하기 위해 방출 통로와 상호 협동하고, 고정형 오리피스의 상류와 하류 간의 압력 차이에 응답하여 작동가능한 드레인 밸브를 포함하는 유동 제어 회로와,

방출 통로를 통과하는 유체의 유동을 변화시키도록 작동되는 가변 유동 제어 밸브를 포함하고,

상기 가변 유동 제어 밸브는 고정형 오리피스의 하류의 방출 통로 내에 배치되고, 상기 가변 유동 제어 밸브는 펌프의 방출 측과 연통하는 스풀 보어와, 스풀 보어 내에서 이동가능하게 배치되고 방출 통로의 서로 다른 개방 면적이 형성되는 위치들을 갖는 스풀과, 방출 통로의 개방 면적을 증가시키는 한쪽 방향으로 스풀을 바이어스시키는 스프링을 포함하고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력과 펌프로부터 방출되는 유체의 유량에 응답하여 스풀에 가변적으로 작용하는 가변 작용력에 의해 상기 위치들 사이에서 변위가능하고, 상기 스프링은 직렬로 배열된 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 제1 스프링은 소정의 강성을 가지고, 제2 스프링은 제1 스프링의 강성보다 더 큰 제2 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 방출 통로는 유동 제어 회로 내에 배치된 일부분을 가지고, 상기 고정형 오리피스가 방출 통로의 상기 일부분내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 가변 유동 제어 밸브는 상기 한쪽 방향에 대한 반대의 압축 방향으로 제1 스프링의 변위를 제한하는 변위 규제 부재를 포함하고, 상기 변위 규제 부재는 제1 스프링과 제2 스프링을 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항에 있어서, 스풀과 스풀 보어와 변위 규제 부재가 상호 협동하여 제1 스프링을 수용하는 제1 스프링 챔버를 형성하고, 스풀과 변위 규제 부재가 상호 협동하여 제2 스프링을 수용하는 제2 스프링 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제16항에 있어서, 스풀은 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각의 일부분을 형성하는 스프링 장착 보어를 갖는 중공체의 원통 형상으로 형성되고, 상기 스풀은 스프링의 바이어스력 및 가변 작용력에 대면하는 대향면을 형성하는 바닥벽과 방출 통로의 개방 영역에 대면하는 원주 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서, 변위 규제 부재는 제1 스프링을 통해서 연장된 로드부와 이 로드부로부터 방사상 외부로 연장되어 제1 스프링과 제2 스프링의 사이에 배치된 플랜지부를 포함하고, 상기 로드부는 스풀이 반대 방향으로 소정의 거리까지 이동할 때 스풀 보어의 바닥과 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 스풀 보어는 방출 통로를 통과하는 유동 통로에 대하여 횡방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 제1 스프링은 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 제2 스프링은 원뿔 디스크형 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 제2 스프링은 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.