KR100303114B1

KR100303114B1 - 동력조타장치

Info

Publication number: KR100303114B1
Application number: KR1019930021878A
Authority: KR
Inventors: 하가교스께; 스즈끼미끼오; 이나구마요시하루; 후꾸무라겐이찌; 가또히데야; 모리가쯔히사
Original assignee: 오니시 다다시; 도요다고키 가부시키가이샤
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: EP0594137A3; EP0594137B1; KR940008993A; DE69319990D1; DE69319990T2; US5515938A; EP0594137A2

Abstract

본 발명은 자동차 등에 이용하기에 적합한 동력조타장치에 관한 것으로서, 압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 유체원으로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는다. 제어밸브는 유체원으로부터 저류조의 압유의 흐름을 제어하는 제1제어부와, 파워실린더로의 압유의 흐름을 제어하는 제2 제어부를 갖는다. 상기 제1 제어부는 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 최소한 하나의 가변공이 형성되어 유체원과 저류조를 연결하는 2개의 통로를 갖는다. 상기 제2 제어부는 제어밸브가 중립상태일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형의 가변공이 각각 형성되어 유체원과 파워실린더의 1쌍의 챔버와 연통되는 2개의 공급통로와, 1쌍의 챔버와 저류조에 연통되고, 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 가변공이 형성되는 2개의 배출통로로 구성됨으로써, 조타동작중에 운전자에게 향상된 느낌을 줄 수 있다.

Description

동력조타장치

제1도는 종래의 동력조타장치를 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 동력조타장치를 도시한 도면.

제3도는 제2도에 도시된 제어밸브의 구조를 도시한 단면도.

제4도는 제3도에 도시된 제어밸브의 부분전개도.

제5도는 제3도의 A 부분의 확대도.

제6도는 제3도의 B 부분의 확대도.

제7도는 밸브의 상대적 회전각과 가변공의 유효개구면적과의 관계를 도시한 그래프.

제8도는 밸브의 상대적 회전각과 파워실린더의 차압과의 관계를 도시한 그래프.

제9도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동력조타장치를 도시한 도면.

제10도는 제9도에 도시된 제어밸브의 부분전개도.

제11도는 엔진의 운전속도와 제9도에 도시된 속도응답펌프로부터 출력되는 압유의 유량과의 관계를 도시한 그래프.

제12도는 배압과 압유의 유량과의 관계를 도시한 그래프.

제13도는 제10도의 A' 부분의 확대도.

제14도는 제10도의 B' 부분의 확대도.

제15도는 제10도의 C' 부분의 확대도.

제16도는 밸브의 상대적 회전각과 가변공의 유효개구면적과의 관계를 도시한 그래프.

제17도는 밸브의 상대적 회전각과 파워실린더의 차압과의 관계를 도시한 그래프.

제18도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 동력조타장치를 도시한 도면.

제19도는 본 발명의 제4 실시예에 따른 동력조타장치를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 펌프 12 : 파워실린더

13 : 핸들 20 : 펌프장치

21 : 공급통로 25 : 바이패스통로

26 : 바이패스밸브

본 발명은 자동차 등에 이용하기에 적합한 동력조타장치에 관한 것이다.

종래의 동력조타장치는 제1도에 도시된 바와 같이 핌프(1)와, 저류조(2)와, 조력을 발생하는 파워실린더(3)와, 로터리밸브(4)로 구성된다. 로터리밸브(4)는 각각 가변공(4A∼4D) 및 (4E∼4H)을 갖는 1쌍의 브리지회로로 구성된다. 핸들(6)이 회전될 때, 로터리밸브(4)가 동작되어 펌프(1)로부터 배출되는 압유가 파워실린더(3)의 챔버중 하나에 공급되는 한편, 유체는 다른 챔버로부터 저류조(2)에 배출된다. 파워실린더(3)는 각 브리지회로(C1, C2)에 설치된 것과 같이 도시되어 있으나, 실린더(3)는 하나뿐이다.

이와 같은 동력조타장치에 있어서, 로터리밸브(4)는 파워실린더(3)에서의 차압(差壓)이 중립위치근방의 회전각위치(소정각위치 θ1보다 적은 회전각위치)에서 0으로 감소되어, 조력의 발생이 중지되도록 하는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성에 따르면, 중립위치근방에서 비조력식 동력조타장치와 유사한 안정된 조타감을 운전자에게 줄 수 있다.

그러나, 종래의 로터리밸브는 전술한 바람직한 특성을 갖지 못한다. 즉, 종래의 동력조타장치에 있어서, 가변공(4A∼4H)의 개구면적은 핸들(6)이 중립위치근방에 위치된 경우에도 핸들(6)의 회전에 따라 즉시 증가되기 시작하고, 이에 따라서 파워실린더(3)에서의 차압이 즉시 증가하기 시작하고, 회전각이 증가함에 따라 점차 더 증가한다.

조력이 개시되는 회전각이 명확하지 않으므로, 종래의 동력조타장치에서는 운전자에게 중립위치근방에서 안정된 조타감이 아닌 애매한 느낌을 주었다.

본 발명의 목적은 운전자에게 향상된 조타감을 줄 수 있는 개선된 동력조타 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 에너지소비를 저감할 수 있는 개선된 동력조타장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 유체원으로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는, 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 최소한 하나의 가변공이 형성되어 상기 유체원과 상기 저류조를 연결하는 통로를 갖고, 상기 유체원으로부터 상기 저류조로의 압유의 흐름을 제어하는 제1 제어부와, 상기 제어밸브가 중립상태일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형의 가변공이 각각 형성되어 상기 유체원과 상기 파워실린더의 1쌍의 챔버에 연통되고, 2개의 공급통로를 갖고, 상기 파워실린더로의 압유의 흐름을 제어하는 제2 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치를 제공한다.

전술한 구성을 갖는 동력조타장치에 있어서, 실린더내의 차압은 핸들이 중립위치근방의 각위치에 위치될 때 극히 낮거나 대략 0으로 유지된다. 그러므로, 중립위치근방에서의 조타감은 비조력식 조타장치에서의 조타감과 동일하거나 유사하게 되고, 따라서 운전자는 핸들의 중립위치를 감지할 수 있게 된다. 이것은 또한 중립위치근방에서의 안정감을 증가시키고, 운전자가 조력의 개시를 감지하도록하며, 이러한 특징에 의해 조타감이 개선된다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 또한 상기 제어밸브가 중립상태일 때 이 제어밸브에 공급되는 유량을 감소시키고, 상기 제어밸브의 배압의 증가에 따라 유량을 증가시키는 유량제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치를 제공한다.

전술한 구성에 따르면, 조타동작증에 펌프로부터 공급되는 압유의 양을 감소시킬 수 있고, 따라서 펌프의 에너지소비를 저감할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 유체원은 펌프로 구성되고, 또한 상기 펌프를 구동하는 모터와, 핸들의 조타동작을 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단으로부터 출력되는 신호에 따라서 상기 모터의 회전속도를 제어하는 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치를 제공한다. 이와 같은 구성에 의해 펌프에 의해 소비되는 에너지를 저감시킨다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 대부분의 부수적인 이점은 첨부도면에 따라서 이루어지는 바람직한 실시예에 의한 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시예]

도 1에 도시되는 바와 같이, 제1 실시예에 따른 동력조타장치는 도시되지 않은 엔진에 의해 구동되어 일정속도로 압유를 배출하는 핌프(압유원)(10)와, 저류조(11)와, 조타동작을 보조하는 파워실린더(12)와, 핸들(13)의 회전에 따라서 펌프(10)로부터 파워실린더(12)로의 압유의 흐름을 제어하는 로터리제어밸브(14)로 구성된다.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 제어밸브(14)는 주로 핸들(13)에 결합되어 그 핸들(13)과 함께 회전하는 밸브샤프트(15)와, 이 밸브샤프트(15)와 동축관계로 밸브샤프트(15)를 둘러싸도록 배열된 밸브체(16)와, 밸브샤프트(15)와 밸브체(16)를 연결하는 도시되지 않은 토션바(torsion bar)와, 상기 구성요소들을 수납하는 도시되지 않은 밸브하우징으로 구성된다. 밸브체(16)는 파워실린더(12)에 의해 발생된 압력이 인가되는 조타연결장치에 기계적으로 연결되고, 각 밸브샤프트(15)의 외면과 밸브체(16)의 내면에는 원주방향으로 소정간격으로 형성된 복수의 요부(凹部)(15A 또는 16A)(본 실시예에서는 8개)가 형성된다. 이로써, 2종의 제어부, 즉 제1 제어부(17)와 제2 제어부(18)가 밸브샤프트(15)와 밸브체(16)와의 사이에서 원주방향으로 90°의 간격으로 교대로 형성되어 압유의 흐름을 제어한다.

도 2에 도시되는 바와 같이 제1 제어부(17)는 펌프(10)와 저류조(11)에 연결된 4개의 유체통로(L1, L2, L3, L4)를 갖는 제1 브리지회로(C1)로 구성되고, 4개의 가변공(V1, V2, V3, V4)은 각각 유체통로(L1, L2, L3, L4)의 중앙에 배설된다. 각 가변공(V1, V2, V3, V4)은 소위 센터개방형으로서, 그 초기상태(중립상태)는 제5도에 도시된 바와 같다. 각 가변공(V1, V2, V3, V4)은 제7도에서 A1 선으로 표시된 바와 같이 밸브샤프트(15)와 밸브체(16)와의 사이에서 상대적 회전(밸브회전각)에 따라서 각 가변공의 개구면적이 변화하는 특성을 갖는다.

마찬가지로 도 2에 도시되는 바와 같이, 제2 제어부(18)는 펌프(10)와 파워실린더(12)의 2개의 유체챔버(12A, 12B) 및 저류조(11)에 연결되는 4개의 유체통로(L5, L6, L7, L8)를 갖는 제2 브리지회로(C2)로 구성되고, 4개의 가변공(V5, V6, V7, V8)은 각각 유체통로(L5, L6, L7, L8)의 중앙에 배설된다. 펌프(10)와 연통하는 각 가변공(V5, V6)은 소위 센터폐쇄형으로서, 그 초기상태는 제6도에 도시된 바와 같다. 저류조(11)와 연통하는 각 가변공(V7, V8)은 센터개방형으로서, 그 초기상태는 제5도에 도시된 바와 같다. 각 가변공(V5, V6)은 제7도에서 A0 선으로 표시된 바와 같이 밸브샤프트(15)와 밸브체(16)와의 사이에서 상대적 회전(밸브회전각)에 따라서 각 가변공의 개구면적이 변화하는 특성을 갖는다. 각 가변공(V7, V8)은 제7도에서 A1 선으로 표시된 바와 같이 밸브샤프트(15)와 밸브체(16)와의 사이에서 상대적 회전(밸브회전각)에 따라서 각 가변공의 개구면적이 변화하는 특성을 갖는다.

다음에, 도 2 내지 도 8을 참조하여, 이 실시예에 따른 동력조타장치의 동작에 대하여 설명한다. 펌프(10)의 동작이 개시될 때, 압유가 펌프(10)로부터 배출되어 제1 및 제2 브리지회로(C1, C2)에 공급된다. 핸들(13)이 회전되지 않을 때, 즉 제어밸브(14)가 중립상태일 때 제2 브리지회로(C2)의 가변공(V5, V6)이 폐쇄된다. 이와 같은 상태에서, 압유는 파워실린더(12)에 공급되지 않고, 2개의 유체챔버(12A,12B)는 저류조(11)에 연통되어 파워실린더(12)의 유체챔버(12A,12B)의 내압이 극히 낮거나 0으로 유지된다. 이 펌프(10)로부터 배출되는 압유는 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V2, V3, V4)을 통해 저류조(11)로 저항없이 배출된다.

핸들(13)의 조타동작에 의해 밸브체(16)에 대하여 밸브샤프트(15)를 회전시킬 때, 예를 들어 제3도에 도시된 바와 같이 반시계방향(제4도의 좌측방향)에서 제1 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V4)의 개구면적이 증가되는 한편, 나머지 가변공(V2, V3)의 개구면적은 감소된다. 이에 따라서, 펌프(10)로부터 배출되는 유체의 압력, 즉 제어밸브(14)의 배압은 점차 증가한다. 그러나, 밸브(14)의 회전각이 θ1에 달할 때까지 제2 브리지회로(C2)의 가변공(V5, V6)은 폐쇄된 상태이므로, 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B) 사이에서 발생되는 차압(△P)은 제어밸브(14)의 회전각이 θ1에 달할 때까지 0으로 유지된다. 따라서, 제8도에서 파선으로 표시된 바와 같이, 밸브(14)의 회전각이 θ1 보다 작은 중립영역에서 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B) 사이의 차압(△ P)의 증가를 방지할 수 있다. 이와 같은 상태에서, 비조력식 조타장치와 동일한 조타감을 운전자에게 제공할 수 있다.

밸브(14)의 회전각이 θ1 이상일 때, 가변공(V5, V6)중의 하나가 개방되기 시작하여 파워실린더(12)의 유체챔버(12A)내의 압력이 증가한다. 이 때 유체챔버(12A)내의 압력은 가변공(V2, V3) 및 제2 브리지회로(C2)의 가변공(V7)의 개구면적에 따라서 결정된다. 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B) 사이의 차압은 가변공(V2, V3, V7)의 개구면적이 감소하므로 증가하고, 따라서 적절한 조력이 발생되어 핸들(13)의 조타동작을 보조한다.

밸브샤프트(15)가 제3도에 도시된 바와 같이 반시계방향으로 상대적으로 회전되는 경우에 있어서 제어밸브(14)의 동작은 전술한 동작과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동력조타장치에 있어서 핸들이 중립위치 근방의 각위치에 위치되는 경우에 실린더의 차압은 극히 낮거나 대략 0으로 유지된다. 그러므로, 중립위치근방에서의 조타감은 비조력식 조타장치와 동일하게 되므로, 운전자는 핸들의 중립위치를 감지할 수 있다. 또한, 중립위치근방에서의 안정감이 향상되어, 운전자는 동력보조의 개시를 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 동력조타장치는 조타동작중에 운전자에게 개선된 느낌을 줄 수 있다.

[제2 실시예]

도 9에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브(14)와 유사한 제어밸브(14')가 그 제어밸브(14')에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 개선된 메카니즘을 갖는 펌프(10')와 결합된다.

이 펌프(10')는 펌프장치(20)와, 공급통로(21)의 중앙에 배설된 제1 및 제2 유량계측공(22, 23)과, 제2 유량계측공(23)과 평행으로 공급통로(21)에 연결된 속도응답공(24)과, 바이패스통로(25)의 중앙에 배설된 바이패스밸브(26)로 구성된다. 속도응답공(24)은 제1 유량계측공(22)의 상류측과 하류측과의 사이의 압력차에 따라서 그 유효개구면적을 변화시킨다. 가변공(24)의 상세한 구조는 미합중국 특허 제4,361,166호에 개시되어 있다. 바이패스밸브(26)는 제2 유량계측공(23)의 상류측과 하류측과의 사이의 압력차에 따라서 바이패스통로(25)를 개방시키는 밸브스풀(26a)과, 바이패스밸브(26)의 스프링챔버내에 수납되어 바이패스통로(25)를 폐쇄하는 방향으로 밸브스풀(26a)을 부세하는 스프링(27)으로 구성된다. 스프링챔버는 제1 제어공(30)을 통하여 공급통로(21)에 연결되고, 릴리프밸브(38)를 통하여 저류조(11)에 연결된다.

펌프장치(20)의 회전속도가 증가할 때, 펌프장치(20)로부터 배출되는 압유의 유량이 증가하여, 제1 유량계측공(22)의 상류측과 하류측과의 사이의 차압이 증가 한다. 차압의 증가에 따라서, 가변공(24)의 개구면적은 더 작아지고, 마침내 차압이 소정치에 달할 때 0으로 된다. 이 가변공(24)의 전술한 특성에 의하여, 펌프(10)는 제11도에 도시된 바와 같은 유량특성을 나타낸다. 제11도에 있어서, N은 펌프장치(20)의 회전속도를 나타내고, Q 는 유량을 나타낸다.

도 9를 참조하면, 바이패스밸브(26)의 스프링챔버와 저류조(11)와의 사이에는 제2 제어공(32)과 가변공부분(28)을 갖는 부하(하중)응답밸브(29)가 직렬로 배설된다. 가변공부분(28)은 핸들(13)이 중립위치에 위치되어, 제어밸브(14')의 배압이 낮을 때 완전히 개방된다. 배압이 밸브(29)에 수납된 스프링(31)에 의해 발생된 힘보다 높게 증가하면, 가변공 부분(28)의 개구면적은 감소된다. 이것은 바이패스밸브(26)의 스프링챔버내의 압력을 증가시키고, 바이패스된 유체의 양을 감소시킨다. 따라서, 밸브(14')에 공급되는 압유의 유량이 증가한다. 제12도는 배압(P)의 증가에 따라서 발생되는 압유의 유량(Q)의 증가를 도시한 그래프이다. 제9도에 있어서, (37)은 제어밸브(14')에 압유를 공급하는 공급호스를 나타낸다.

제어밸브(14')는 다음과 같은 점을 제외하고는 제1 실시예에서 사용된 제어밸브(14)와 동일하다.

이 실시예에 있어서, 제1 브리지회로(C1)의 각 가변공(V1, V2' V3, V4)은 센터반개방형으로서, 그 초기상태는 제13도에 도시된 바와 같다. 각 가변공(V1, V2, V3, V4)은 제16도에서 A2 선으로 표시된 바와 같은 특성을 갖는다. 제2 브리지회로(C2)의 각 가변공(V5, V6)은 센터폐쇄형으로서, 그 초기상태는 제14도에 도시된 바와 같다. 또한, 제2 브리지회로(C2)의 각 가변공(V7, V8)은 센터개 방형으로서, 그 초기상태는 제15도에 도시된 바와 같다. 각 가변공(V5, V6)은 제16도에서 A0 선으로 표시된 바와 같은 특성을 갖고, 각 가변공(V7, V8)은 제16도에서 A1 선으로 표시된 바와 같은 특성을 갖는다.

다음에, 도 9 내지 도 17을 참조하여, 이 실시예에 따른 동력조타장치의 동작에 대하여 설명한다. 펌프(10')로부터 배출된 압유는 제1 및 제2 유량계측공(22, 23)을 통하여 제1 및 제2 브리지회로(C1, C2)에 공급된다. 핸들(13)이 회전되지 않을 때, 즉 제어밸브(14')가 중립위치일 때, 제2 브리지 회로(C2)의 가변공(V5, V6)은 폐쇄된다. 이와 같은 상태에서, 압유는 파워실린더(12)에 공급되지 않고, 2개의 유체챔버(12A, 12B)는 저류조(11)와 연통되어 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B)의 내압이 극히 낮거나 0으로 유지된다. 이펌프(10)로부터 배출되는 압유는 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V2, V3, V4)을 통해 저류조(11)로 저항없이 배출된다.

이와 같은 중립상태에서, 부하응답밸브(29)의 가변공부분(28)이 완전히 개방되고, 바이패스밸브(26)의 스프링챔버는 제2 제어공(32)과 가변공부분(28)을 통하여 저류조(11)에 연통한다. 따라서, 바이패스밸브(26)의 스프링챔버내의 압력은낮아져서 밸브스풀(26a)이 수축 위치에 위치하므로, 바이패스통로(25)가 완전히 개방된다. 이와 같은 동작에 의하여, 펌프장치(20)로부터 배출되는 압유의 대부분은바이패스통로(25)를 통하여 저류조(11)에 바이패스된다. 따라서, 브리지회로(C1, C2)에 공급되는 압유의 유량(Q)은 제11도에서 파선으로 표시된 바와 같이 (Q1)으로 감소된다.

핸들(13)의 조타동작은 밸브체(16)에 대하여 밸브샤프트(15)가 회전할 때, 밸브샤프트(15)의 상대적 회전이 작아도 제1 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V4)의 개구면적은 증가하는 한편, 나머지 가변공(V2, V3)의 개구면적은 감소된다. 따라서, 펌프(10)로부터 배출되는 유체의 압력, 즉 로터리제어밸브(14')의 배압은 점차 증가한다. 그 배압이 소정치에 달할 때, 부하응답밸브(29)의 밸브스풀(29a)이 스프링(31)에 대항하여 이동되어 가변공부분(28)의 개구면적이 작아지고, 끝으로 배압이 더욱 증가될 때 폐쇄된다. 이와 같은 동작에 의하여, 바이패스밸브(26)의 스프링챔버내의 압력이 증가함으로써, 스풀(26a)이 이동하여 바이패스통로(25)를 폐쇄시킨다. 따라서, 브리지회로(C1, C2)에 공급되는 압유의 유량(Q)은 제12도에 도시된 바와 같이 증가된다. 제12도에 있어서, P는 제어밸브(14')의 배압을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 펌프(10')로부터 배출되는 유체의 압력은 핸들(13)의 회전에 따라서 점차 증가된다. 그러나, 밸브(14')의 회전각이 θ1 으로 될 때까지 제2 브리지회로(C2)의 가변공(V5, V6)이 폐쇄된 상태이므로, 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B) 사이에서 발생되는 차압(△ P)은 밸브(14')의 회전각이 θ1 으로될 때까지 0으로 유지된다. 따라서, 밸브(14')의 회전각이 θ1 보다 작은 중립영역에서 제17도에 파선으로 나타낸 바와 같이, 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B) 사이에서의 차압(△ P)의 증가를 방지할 수 있다. 이와 같은 상태에서, 비조력식 조타장치와 유사한 조타감을 운전자에게 줄 수 있다.

밸브(14')의 회전각이 θ1 을 넘을 때, 가변공(V5, V6)중의 하나가 개방되기 시작하여 파워실린더(12)의 유체챔버(12A, 12B)중의 하나의 압력이 증가한다. 이와 동시에, 제1 브리지회로(C1)의 가변공(V2, V3) 또는 (V1, V4)이 폐쇄된다. 그 후, 펌프(10')로부터 출력되는 압유가 제2 브리지회로(C2)에만 공급되어 조타동작을 보조하는 유압력을 발생한다.

이 실시예에 따른 동력조타장치는 동력조력동작에 필요한 압유의 유량을 반으로 저감할 수 있다. 따라서, 펌프장치(20)의 이론적인 유체공급량을 감소시킴으로써, 펌프(10')에 의해 소비되는 에너지를 감소시킬 수 있다.

전술한 실시예의 동력조타장치는 펌프의 회전속도에 따라서 압유의 유량을변화시키는 속도응답펌프를 이용하였으나, 본 발명은 유량이 차속에 따라서 제어되거나 펌프의 회전속도 또는 차속의 변화에 관계없이 일정하게 유지되는 다른 형태의 동력조타장치에 적용될 수 있다.

[제3 실시예]

이 실시예에 따른 동력조타장치는 제2 실시예와 유사하지만, 이 장치는 로터리제어밸브(14')에 공급되는 압유의 유량이 차속에 따라서 변화되도록 구성된다. 이 실시예에 있어서는, 불변용량형의 펌프(100)가 이용되고, 또한 전자밸브(102)가 제18도에 도시된 바와 같이 바이패스밸브(26)의 스프링챔버와 부하응답밸브(29)와의 사이에 배설된다. 전자밸브(102)의 개구는 속도센서(101)에 의해 검출된 차속에 따라서 제어되므로, 전자밸브(102)의 개구면적은 차속의 증가에 따라서 증가된다.

[제4 실시예]

이 실시예에 있어서, 펌프(10)는 제19도에 도시된 바와 같이 전동모터(120)에 의해 구동된다. 모터(120)는 속도센서(122)에 의해 검출된 차속과 압력스위치(121)에 의해 검출된 제어밸브(14')의 배압에 따라서 제어된다. 속도센서(122)와 압력스위치(121)로부터의 출력신호는 제어회로(123)에 입력된다. 제어회로(123)는 입력신호에 따라서 모터속도신호를 산출하고, 모터(120)의 회전을 제어하는 모터제어장치(124)에 모터속도신호를 출력한다. 즉, 제어회로(123)는 모터구동장치(124)를 제어하여, 공급통로(21)내의 압력이 핸들(13)의 조타동작에 따라서 증가될 때, 모터(120)의 회전속도는 증가되고, 차속이 소정속도에 달할 때, 모터(120)의 회전속도는 감소된다.

제어밸브(14')의 구조는 제2 및 제3 실시예에서 사용된 제어밸브와 동일하므로, 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 도 19를 참조하여, 이 실시예에 따른 동력조타장치의 동작에 대하여 설명한다.

제어밸브(14')가 중립상태일 때, 펌프(10)로부터 배출된 압유는 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V2, V3, V4)을 통하여 저류조(11)로 저항없이 흐른다. 그러므로, 공급통로내의 압력 즉 상기 제어밸브(14')의 배압은 낮아지고, 압력스위치(121)는 어떠한 신호도 출력하지 않는다. 이와 같은 경우에, 펌프(10)를 구동하는 모터(120)는 저속으로 회전하여 펌프(10)로부터 배출되는 압유의 유량은 감소된다. 이것은 펌프(10)에 의해 소비되는 에너지를 감소시킨다. 제2 브리지(C2)의 가변공(V5, V6)은 이와 같은 중립상태에서 폐쇄되므로, 압유는 파워실린더(12)에 공급되지 않고, 2개의 유체챔버는 가변공(V7, V8)을 통하여 저류조(11)와 연통되므로 파워실린더(12)의 유체챔버의 내압은 극히 낮거나 0으로 유지된다.

핸들(13)의 조타동작에 의해 밸브체(16)에 대하여 밸브샤프트(15)가 회전할 때, 밸브샤프트(15)의 상대적 회전이 작은 경우에도, 제1 브리지회로(C1)의 가변공(V1, V4) 또는 (V2, V3)의 개구면적은 증가하고, 한편 나머지 가변공의 개구면적은 감소한다. 따라서, 펌프(10)로부터 배출되는 유체의 압력, 즉 제어밸브(14')의 배압은 점차 증가한다. 밸브회전각이 θ1에 달할 때, 브리지회로(C2)의 가변공(V5) 또는 (V6)이 개방되기 시작하고, 밸브회전각이 θ2에 달할 때, 공급통로(21)내의 압력이 소정치에 달하므로, 압력스위치(121)는 온 된다. 압력스위치(121)로부터의 온신호에 따라서, 제어회로(123)는 모터(120)의 회전속도를 증가시켜서, 충분한 양의 압유를 펌프(10)로부터 배출한다.

이 실시예에 있어서, 조타동작의 개시는 제어밸브(14')의 배압을 검출하는 압력센서(121)를 이용하여 검출된다. 그러나, 조타동작의 개시는 다른 방법, 예를 들어 제어밸브의 상대적 회전각을 검출함으로써 검출될 수 있다.

펌프(10)를 구동하는 모터(120)는 전술한 실시예에 있어서 제어밸브의 배압(부하압력) 또는 차속에 따라 제어되므로, 압유의 유량을 조타동작 및 차속에 따라서 변화시킬 수 있는 이점이 있다. 그러나, 차속에 따른 제어는 기본적인 것이 아니므로, 생략될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 여러가지 변형 및 변경을 가할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 다음의 특허청구의 범위에 의해서만 정의되며, 전술한 실시예와 다른 방법으로 실시할 수 있다.

Claims

압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 유체원으로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는, 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 최소한 하나의 가변공이 형성되어 상기 유체원과 상기 저류조를 연결하는 통로를 갖고, 상기 유체원으로부터 상기 저류조로의 압유의 흐름을 제어하는 제1 제어부와, 상기 제어밸브가 중립상태일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형의 가변공이 각각 형성되어 상기 유체원과 상기 파워실린더의 1쌍의 챔버에 연통되고, 2개의 공급통로를 갖고, 상기 파워실린더로의 압유의 흐름을 제어하는 제2 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 제어부는 상기 유체원에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 가변공이 형성되는 제1유체브리지회로를 형성하고, 상기 제2 제어부는 상기 유체원과 상기 파워실린더의챔버에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 파워실린더의 챔버와 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 제2 제어부의 각 공급통로에는 상기 제어밸브가중립위치일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형의 가변공이 형성되고, 상기 제2 제어부의 각 배출통로에는 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 가변공이 형성되는 제2 유체브리지회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제1항에 있어서, 또한 상기 제어밸브가 중립상태일 때 이 제어밸브에 공급되는 유량을 감소시키고, 상기 제어밸브의 배압의 증가에 따라 유량을 증가시키는 유량제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 제어부는 상기 유체원에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터반개방형의 가변공이 형성되는 제1 유체브리지회로를 형성하고, 상기 제2 제어부는 상기 유체원과 상기 파워실린더의 챔버에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 파워실린더의 챔버와 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 제2 제어부의 각 공급통로에는 상기 제어밸브가 중립위치일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형의 가변공이 형성되고, 상기 제2 제어부의 각 배출통로에는 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형의 가변공이 형성되는 제2 유체브리지회로를 형성하고, 상기 제2 제어부의 상기 공급통로의 가변공이 개방되기 시작할 때 상기 제1 제어부의 각 가변공은 폐쇄되기 시작하는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제3항에 있어서, 상기 유량제어수단은, 상기 제어밸브에 압유를 공급하는 공급통로의 중앙에 배설된 유량계측공과, 상기 유량계측공을 통한 압력강하에 따라서 상기 유체원으로부터 배출되는 압유의 일부를 상기 저류조로 바이패스시키는 바이패스밸브와, 상기 제어밸브의 배압에 따라서 상기 바이패스밸브를 제어하여 배압이 낮을 때 상기 저류조로 바이패스되는 유량을 증가시키고, 배압이 높아질 때 상기 저류조로 바이패스되는 유량을 감소시키는 부하응답수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제5항에 있어서, 상기 바이패스밸브는 이 바이패스밸브의 밸브스풀을 부세하는 스프링이 바이패스되는 유량을 감소시키는 방향으로 이동하고, 상기 유량계측공의 하류측에서 공급통로에 연결되는 스프링챔버를 갖고, 상기 부하응답수단은 상기 바이패스밸브의 스프링챔버와 상기 저류조와의 사이에 배설되어 제어밸브의 배압이 낮을 때 상기 스프링챔버를 상기 저류조에 유체연통시키는 부하응답밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제6항에 있어서, 또한 상기 부하응답수단은 상기 스프링챔버와 상기 부하응답밸브와의 사이의 유체통로에 배설된 전자밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제1항에 있어서, 상기 유체원은 펌프로 구성되고, 또한 상기 펌프를 구동하는 모터와, 핸들의 조타동작을 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단으로부터 출력되는 신호에 따라서 상기 모터의 회전속도를 제어하는 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
제8항에 있어서, 또한 차량의 속도를 검출하는 속도센서로 이루어시고, 상기 제어수단은 상기 모터를 제어하여 상기 차량속도의 증가에 따라서 상기 모터의회전속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 유체원으로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는, 상기 유체원에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 가변공이 형성되는 제1 유체브리지회로를 형성하는 제1 제어부와, 상기 유체원과 상기 파워실린더의 챔버에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 파워실린더의 챔버와 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 가변공이 형성되는 제2 유체브리지회로를 형성하는 제2 제어부와, 상기 제어밸브가 중립상태일 때 이 제어밸브에 공급되는 유량을 감소시키고, 상기 제어밸브의 배압의 증가에 따라 유량을 증가시키는 유량제어수단으로 이루어지고, 상기 제1 제어부의 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터반개방형공으로 구성되고, 상기 제2 제어부의 공급통로에 형성된 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형공으로 구성되고, 상기 제2 제어부의 배출통로에 형성된 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형공으로 구성되고, 상기 제2 제어부의 공급통로의 가변공이 개방되기 시작할때 상기 제1 제어부의 각 가변공은 폐쇄되기 시작하는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
모터에 의해 구동되는 펌프와, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 펌프로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는 상기 펌프에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 가변공이 형성되는 제1 유체브리지회로를 형성하는 제1 제어부와, 상기 펌프와 상기 파워실린더의 챔버에 연통되는 2개의 공급통로와, 상기 실린더의 챔버와 상기 저류조에 연통되는 2개의 배출통로를 갖고, 상기 4개의 통로의 각각에는 가변공이 형성되는 제2 유체브리지회로를 형성하는 제2 제어부와, 상기 핸들의 조타동작을 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단으로부터 출력되는 신호에 따라서 상기 모터의회전속도를 제어하는 제어수단으로 이루어지고, 상기 제1 제어부의 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일때 개방되는 센터개방형공으로 구성되고, 상기 제2 제어부의 공급통로에 배설된 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일 때 폐쇄되는 센터폐쇄형공으로 구성되고, 상기 제2 제어부의 배출통로에 배설된 각 가변공은 상기 제어밸브가 중립상태일 때 개방되는 센터개방형공으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동력조타장치.
(신설) 제1항에 있어서, 중립상태에서 상기 제1 제어부의 가변공의 언더래핑된 양이 상기 제2 제어부의 가변공의 언더래핑된 양보다 더 큼으로써, 핸들이 어느 한 방향으로 상기 중립상태로부터 떨어져 미리 정해진 각로를 초과하도록 회전될 때까지 동력보조가 상기 파워실린더에 의해 더 이상 발생하지 않는 동력조타장치.
(신설) 제12항에 있어서, 상기 유체원이 일정한 속도로 압유를 배출하는 엔진 구동형 펌프를 포함하는 동력조타장치.
(신설) 압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들의 동작에 따라서 유체원으로부터의 압유를 파워실린더에 공급하는 제어밸브와, 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는, 상기 파워실린더로부터 유체적으로 단절되어 있으며, 상기 핸들이 어느 한 방향으로 중립위치로부터 회전됨에 따라 제어밸브의 어퍼스트림(upper stream)에서 압유의 압력을 증가시키기 위해 상기 유체원으로부터 상기 저류조로의 압유의 흐름을 점차 제한하는 제 1 가변공 메카니즘을 포함하는 제1 제어부와, 상기 파워실린더에 유체적으로 연결되어 있으며, 상기 유체원으로부터의 압유가 파워실린더의 임의의 대향 챔버(opposite chamber)에 공급되는 것을 대체로 방지하고 상기 핸들이 중립위치 근방에 위치되어 있는 경우에는 압유가 피워 실린더의 임의의 대향 챔버로부터 상기 저류조로 흐르도록 해주며, 상기 압유를 유체원으로부터 상기 파워실린더의 대향 챔버 중 하나로 점차 공급하고 상기 핸들이 어느 한 방향으로 중립위치 근방의 위치로부터 회전하는 경우에는 압유가 상기 파워실린더의 다른 챔버로부터 상기 저류조로 흐르도록 해주는 제2 가변공 메카니즘을 포함하는 제2 제어부를 포함하는 동력조타장치.
(신설) 제14항에 있어서, 상기 핸들이 중립위치로부터 상기 미리 정해진 각도를 초과하여 회전될 때까지 더 이상 동력보조가 파워실린더에 의해 발생되지 않도록 핸들이 중립위치로부터 어느 한 방향으로 미리 정해진 각도만큼 회전한 후 상기 제2 가변공 메카니즘이 상기 파워실린더의 상기 대향 챔버 중 어느 하나로 압유를 공급하기 시작하는 동력조타장치.
(신설) 제15항에 있어서, 상기 제1 제어부의 제1 가변공 메카니즘은 핸들이 중립위치에 있는 경우 개방되어 압유가 상기 유체원으로부터 저류조로 흐르도록 해주는 모두가 센터개방형인 4개의 가변공을 포함하며, 상기 제2 제어부의 제2 가변공 메카니즘은 핸들이 중립위치 근방 위치에 있는 경우에는 폐쇄되어 압유가 상기 파워실린더의 임의의 대향 챔버로 공급되는 것을 방지하는 센터폐쇄형으로 된 2개의 가변공을 포함하고 핸들이 중립위치 근방 위치에 있는 경우에는 개방되어 압유가 상기 대향 챔버 중 임의의 챔버로부터 저류조로 흐르도록 해주는 센터개방형으로된 2개의 가변공을 포함하는 동력조타장치.
(신설) 제14항에 있어서, 상기 제어밸브는 밸브샤프트 및 상대 회전 동안 제어샤프트를 동축으로 수신하는 밸브체를 포함하며, 상기 제1 및 제2 제어부는 그원주 방향으로 밸브샤프트 및 밸브체의 내부 및 외부 표면 사이에 개별적으로 배열되는 동력조타장치.
(신설) 압유를 배출하는 유체원과, 파워실린더와, 핸들에 의해 동작 가능하며 파워실린더에 상기 펌프로부터의 압유를 공급하는 로터리형 제어밸브, 및 저류조를 갖는 동력조타장치에 있어서, 상기 제어밸브는, 핸들에 의해 회전되도록 연결되는 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트에 대해 회전 가능하며, 상기 밸브샤프트를 동축으로 수신하는 밸브체와, 원주 방향으로 상기 밸브샤프트 및 밸브체의 짝을 이루는(mating) 외부 및 내부 표면 사이에 제공되며, 각각 어느 한 방향으로 중립위치에서 압유의 압력을 증가시키기 위해 상기 유체원으로부터 상기 저류조로의 압유의 흐름을 점차 제한하는 제1 가변공을 포함하는 복수의 제1 제어부와, 상기 밸브샤프트 및 밸브체의 짝을 이루는(mating) 외부 및 내부 표면 사이에 대안적으로 원주 방향의 상기 제1 제어부를 갖추고 있으며, 각각 상기 펌프로부터의 압유가 파워실린더의 임의의 대향 챔버(opposite chamber)에 공급되는 것을 실질적으로 방지하지만 상기 핸들이 중립위치 근방 위치에 있는 경우 압유가 상기 임의의 대향 챔버로부터 상기 저류조로 흐르도록 해주는 제2 가변공-여기서 제2 가변공은 상기 펌프로부터 상기 파워실린더의 상기 유체 챔버 중의 하나로 압유를 점진적으로 공급하고 상기 핸들이 어느 한 방향으로 중립위치 근방의 위치로부터 회전하는 경우에는 상기 파워실린더의 다른 챔버로부터 상기 저류조로 압유가 흐르게 해주도록 동작가능함-을 포함하는 복수의 제2 제어부를 포함하는 동력조타장치.
(신설)제18항에 있어서, 상기 제1 제어부는 상기 밸브샤프트 및 밸브체가 서로 반대의 직경 방향으로 배열되는 2개의 제어부를 포함하며, 상기 제2 제어부는 상기 밸브샤프트 및 밸브체가 서로 반대의 직경 방향으로 배열되는 2개의 제어부를 포함하는 동력조타장치.