KR20150117641A - 분리 가능한 구동 커플링을 갖는 진공 펌프 - Google Patents

Abstract

오입 압력의 작용 하에서 리턴 스프링에 대항하는 피스톤의 운동시 진공 펌프 구동부는 구동 샤프트로부터 분리 가능하다. 피스톤은 피스톤을 입력 샤프트의 속도로 회전시키기 위하여 입력 샤프트와 결합 가능한 속도 동기 클러치 그리고 피스톤과 입력 샤프트를 함께 직접적으로 따라가게 하기(dog) 위한 치차를 포함한다. 장치는 직접 도그 구동에서 높은 토크 전달이 가능한 안전한 구동 커플링을 제공한다.

Description

분리 가능한 구동 커플링을 갖는 진공 펌프{A VACUUM PUMP HAVING A DISCONNECTABLE DRIVE COUPLING}

본 발명은 진공 펌프에 관한 것으로서, 특히 분리 가능한 구동 커플링을 갖는 진공 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 소형 그리고 중형 차량은 진공 부스터를 통한 진공 보조 장치(vacuum assistance)를 갖는 유압 브레이크 시스템을 구비하고 있다. 이러한 시스템은 상당히 알려져 있으며 그리고 본 명세서에서 더 설명될 필요는 없다.

역사적으로, 진공원은 가솔린 엔진의 유입구 매니폴드로부터 또는 디젤 엔진의 진공 펌프로부터 얻어졌다. 보다 최근에는, 가솔린 엔지 차량과 디젤 엔진 차량을 위하여 진공 펌프가 제공되었다.

전기 모터에 의하여 구동되는 건식 가동 진공 펌프가 제안되어 왔으나, 신뢰성 및 오랜 수명을 위하여 오일 윤활 기계적 구동 진공 펌프가 가끔은 바람직하다. 다른 기계적 장치가 가능할지라도 이러한 펌프는 전형적으로 엔진 캠 샤프트로부터 직접적으로 구동된다.

엔진 구동 펌프는 연속적으로 회전하며 그리고 마찰과 펌프 손실로 인하여 차량 엔진에 작은 항력을 가한다. 특히 - 예를 들어 브레이크 적용이 빈번하지 않은 고속도로를 주행 중일 때- 진공 펌프가 장시간 동안 필수적이지 않을 수 있기 때문에 차량의 전체 연료 소비를 개선하기 위하여 이러한 기생 손실을 최소화하는 것이 바람직하다.

분리 가능한 마찰 클러치를 제공하는 것이 EP2049355A에 제안되고 있으며, 그로 인하여 필요에 따라 펌프 로터로의 구동이 연결 그리고 분리될 수 있다. 그러나, 진공 펌프 내에 축적된 윤활유를 치우기 위하여 높은 구동 토크가 요구될 수 있기 때문에 냉간 시동 조건(-30℃) 하에서 마찰 구동은 문제가 있을 수 있다. 이러한 높은 토크는 감소된 클러치 수명을 야기할 수 있으며, 이는 안전한 작동과 양립될 수 없다. 또한, 마찰 클러치는 물리적으로 넓을 수 있다.

동일하게, 진공 펌프에 대한 구동이 연결될 때 충격 부하 때문에 도그 클러치(dog clutch)와 같은 기계적 구동 연결부가 실용적인 것으로 고려되지 않는다.

요구되는 것은 진공 펌프를 위한 안전한 분리 가능한 구동이다. 이는 충격 부하 없이 냉간 기동 맞물림을 가능하게 하며, 그리고 바람직하게는 전기적 구성 요소 또는 전기적 연결을 요구하지 않는다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 분리 가능한 구동 커플링을 갖는 진공 펌프가 제공되되, 이 분리 가능한 구동 커플링은 입력 샤프트, 동축적인 출력 샤프트 그리고 샤프트의 축 방향으로 이동 가능한 커플링 슬리브를 포함하며, 분리 가능한 구동 커플링은 속도 동기 클러치 그리고 구동 형성부를 더 가지고, 커플링 슬리브는 입력 샤프트가 회전을 위하여 출력 샤프트에 결합된 결합 상태로 탄성적으로 밀어붙여지며, 입력 샤프트가 출력 샤프트와의 회전으로부터 분리되는 분리 상태를 이루기 위하여 결합 슬리브는 유체 압력 증가에 응답하여 이동 가능한 환형 피스톤의 부분을 형성한다.

사용 중에, 상대적인 회전을 배제하도록 속도 동기 클러치는 샤프트들을 함께 결합하기 전에 입력 샤프트와 출력 샤프트를 동기화시키기 위하여 사용된다. 결합 상태에서, 입력 샤프트는 양 샤프트 상에 제공된 구동 형성부를 통하여 출력 샤프트에 직접적으로 결합된다. 환형 피스톤을 결합 위치에서 분리 위치로 이동시키기 위하여 압력 하의 유체, 바람직하게는 액체가 사용된다. 바람직하게는 액체는 진공 펌프가 장착된 차량의 엔진으로부터의 윤활유이다.

실시예에서, 입력 샤프트는 출력 샤프트 내에서 축받이되며(journalled), 출력 샤프트는 피스톤을 위한 실린더 보어를 한정하며, 그리고 피스톤은 실린더 보어에 대한 회전에 맞서 고정된다.

이러한 장치에서, 샤프트들은 분리될 수 있으나, 구동 도그가 안전하게 결합될 수 있을 때까지 속도 차이를 계속해서 줄이기 위하여 요구에 따라 결합될 것이다. 속도 동기 클러치는 구동 및 종동측과 관련된, 상호 결합 가능한 클러치 면들을 포함하며, 이들 중 하나는 탄성력에 대항하여 이동 가능하다.

피스톤은 베이스 그리고 슬리브를 한정하는 벽을 포함하며, 도그 구동부는 입력 샤프트의 구동 치차와 결합 가능한 베이스에서의 종동 치차에 의하여 제공된다.

실시예에서, 슬리브는 원형이며, 그리고 슬리브와 회전 상태로 고정되고 슬리브의 축 방향으로 이동 가능한 내부 클러치 링을 포함한다. 클러치 링은 입력 샤프트의 대응하는 원형 클러치 면과 결합 가능한 원형 클러치 면을 한정한다. 클러치면과 클러치 링은 함께 입력 샤프트와 피스톤의 회전 속도를 동기화하기 위한 메커니즘을 포함한다.

클러치 면은 단일 건식 플레이트 클러치, 습식 다판 클러치 또는 콘 클러치에 의하여 한정될 수 있다. 다른 종류의 클러치 또한 가능하다.

클러치 면 중 하나는 입력 샤프트와 클러치 링 사이에 작용하는 탄성 수단에 의하여 결합부로 바이어스될 수 있으며, 결합 상태에서 피스톤은 입력 샤프트의 숄더에 결합할 수 있다. 한 실시예에서, 클리처 링은 금속으로 이루어지며, 따라서 실질적으로 비마모성이다.

본 발명의 구동부는 결합부로 탄성적으로 밀려지며 따라서 안전하다.

실시에에서, 구동부는 내부에서의 회전을 위한 출력 샤프트를 수용하기 위하여 베어링을 한정하는 보어를 한정하는 하우징을 포함한다.

출력 샤프트는 바람직하게는 진공 펌프의 로터를 포함하며, 그리고 하우징은 진공 펌프의 로터 챔버를 포함한다.

실시예에서, 하우징은 압력 하의 유체를 위한 유입구를 포함하며, 유입구는 베어링에 대하여 개방되고 그리고 베어링을 통하여 피스톤에 연결되어 분리 상태로의 이동을 용이하게 한다; 펌프 로터의 윤활을 용이하게 하기 위하여 유입구는 베어링를 통하여 펌프 로터에 연결될 수 있다. 전형적으로, 차량 엔진에 연결될 때 본 발명의 구동 커플링의 윤활 및 작동을 위하여 엔진을 위한 윤활유가 사용된다.

다른 특징에서, 본 발명은 진공 펌프의 분리 가능한 구동부를 포함하며, 이 분리 가능한 구동부는 회전축을 한정하며 그리고 회전축을 중심으로 제1 원통형 챔버를 한정하는 하우징; 제1 챔버와 회전적으로 고정되고 그리고 회전축을 따라서 제1 챔버 내에서 슬라이딩 가능한 환형 피스톤; 및 피스톤을 한 축 방향으로 밀어붙이는 스프링을 포함하되, 피스톤은 베이스 그리고 축을 중심으로 제2 원통형 챔버를 한정하는 스커트를 포함하며, 스커트는 피스톤과 회전적으로 고정되고 제2 챔버 내에서 회전축을 따라서 슬라이딩 가능한 클러치 링 및 피스톤 내에서 회전축을 중심으로 회전 가능한 입력 샤프트를 포함하고, 입력 샤프트와 클러치 링은 상호 결합 가능한 클러치 면을 한정하되, 하나의 클러치 면은 피스톤의 베이스를 향하며, 피스톤의 베이스와 입력 샤프트는 직접 구동을 위하여 상호 결합 가능한 치차를 갖고, 그로 인하여, 샤프트에 대한 피스톤의 한 방향으로의 축 방향 이동은 클러치 면들을 계속해서 결합하고 다른 상대적인 축 방향 이동은 치차를 결합한다.

한 실시예에서, 입력 샤프트와 클러치 링은 상호 테이퍼진 암형 그리고 숫형 클러치 면을 한정하며, 암형 클러치 면은 피스톤을 베이스를 향한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 분리 가능한 구동 커플링이 제공되되, 이 분리 가능한 구동 커플링은 입력 샤프트, 동축적인 출력 샤프트 그리고 샤프트의 축 방향으로 이동 가능한 커플링 슬리브를 포함하며, 분리 가능한 구동 커플링은 속도 동기 클러치 그리고 구동 형성부를 더 갖고, 커플링 슬리브는 입력 샤프트가 회전을 위하여 출력 샤프트에 결합된 결합 상태로 탄성적으로 밀어붙여지며, 입력 샤프트가 출력 샤프트와의 회전으로부터 분리되는 분리 상태를 이루기 위하여 결합 슬리브는 유체 압력 증가에 응답하여 이동 가능한 환형 피스톤의 부분을 형성한다.

사용 중에, 상대적인 회전을 배제하도록 속도 동기 클러치는 샤프트를 함께 결합하기 전에 입력 샤프트와 출력 샤프트를 동기화시키기 위하여 사용된다. 결합 상태에서, 입력 샤프트는 양 샤프트 상에 제공된 구동 형성부를 통하여 출력 샤프트에 직접적으로 결합된다. 환형 피스톤을 결합 위치에서 분리 위치로 이동시키기 위하여 압력 하의 유체, 바람직하게는 액체가 사용된다.

실시예에서, 입력 샤프트는 출력 샤프트 내에서 축받이되며(journalled), 출력 샤프트는 피스톤을 위한 실린더 보어를 한정하며, 그리고 피스톤은 실린더 보어에 대한 회전에 맞서 고정된다.

이러한 장치에서, 샤프트들은 분리될 수 있으나, 구동 도그가 안전하게 결합될 수 있을 때까지 속도 차이를 계속해서 줄이기 위하여 요구에 따라 결합될 것이다. 속도 동기 클러치는 구동 및 종동측과 관련된, 상호 결합 가능한 클러치 면들을 포함하며, 이들 중 하나는 탄성력에 대항하여 이동 가능하다.

피스톤은 베이스 그리고 슬리브를 한정하는 벽를 포함하며, 도그 구동부는 입력 샤프트의 구동 치차와 결합 가능한 베이스에서의 종동 치차에 의하여 제공된다.

실시예에서, 슬리브는 원형이며, 그리고 슬리브와 회전 상태로 고정되고 슬리브의 축 방향으로 이동 가능한 내부 클러치 링을 포함한다. 클러치 링은 입력 샤프트의 대응하는 원형 클러치 면과 결합 가능한 원형 클러치 면을 한정한다. 클러치면과 클러치 링은 함께 입력 샤프트와 피스톤의 회전 속도를 동기화하기 위한 메커니즘을 포함한다.

클러치 면은 단일 건식 플레이트 클러치, 습식 다판 클러치 또는 콘 클러치에 의하여 한정될 수 있다. 다른 종류의 클러치 또한 가능하다.

클러치 면 중 하나는 입력 샤프트와 클러치 링 사이에 작용하는 탄성 수단에 의하여 결합부로 바이어스될 수 있으며, 그리고 결합 상태에서 피스톤은 입력 샤프트의 숄더와 결합할 수 있다. 한 실시예에서, 클러치 링은 금속으로 이루어지며, 따라서 실질적으로 비마모성이다.

본 발명의 구동부는 결합부로 탄성적으로 밀어붙여지며 따라서 안전하다.

실시예에서, 구동부는 내부에서의 회전을 위한 출력 샤프트를 수용하기 위하여 베어링을 한정하는 보어를 한정하는 하우징을 포함한다.

출력 샤프트는 바람직하게는 진공 펌프의 로터를 포함하며, 그리고 하우징은 진공 펌프의 로터 챔버를 포함한다.

실시예에서, 하우징은 압력 하의 유체를 위한 유입구를 포함하며, 유입구는 베어링에 대하여 개방되고 그리고 베어링을 통하여 피스톤에 연결되어 분리 상태로의 이동을 용이하게 한다; 펌프 로터의 윤활을 용이하게 하기 위하여 유입구는 베어링를 통하여 펌프 로터에 연결될 수 있다. 전형적으로, 차량 엔진에 연결될 때 본 발명의 구동 커플링의 윤활 및 작동을 위하여 엔진을 위한 윤활유가 사용된다.

본 발명의 다른 특징이 첨부된 도면에서 한 예로서만 도시된 바람직한 실시예의 하기의 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 포함된 진공 펌프의 한 종단의 사시도.
도 2는 도 1에 대응하는 도면으로서 다른 종단에서의 진공 펌프를 도시한 도면.
도 3은 도 1 및 도 2의 펌프를 관통한 축 방향 횡단면도로서, 진공 펌프는 도시하지 않음.
도 4 내지 도 9는 도 3의 펌프의 작동 단계를 도시한 도면.
도 10 내지 도 12는 유압 요소 기능 회로를 도시한 도면.
도 13은 본 발명을 포함된 진공 펌프에 연결된 진공 브레이크 부스터를 도시한 도면.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 진공 펌프(10)는 하우징을 포함하며, 하우징은 로터 챔버(11) 그리고 회전 가능한 펌프 로터(80) 및 일반적인 종류의 슬라이딩 베인(도시되지 않음)을 포함한 확장된 종단을 갖는다. 만일 펌프 메커니즘이 회전하는 종류라면, 펌프 메커니즘의 종류는 본 발명과 관련이 없다. 엔드 플레이트(12)는 로터 챔버를 폐쇄한다.

펌프 로터(80)는 입력 샤프트(13)에 의하여 구동되며, 여기서 입력 샤프트는 펌프 몸체의 소직경 종단(15) 내에서 회전하며 그리고 내연 피스톤 엔진의 캠 샤프트의 한 종단과의 결합을 위한 드라이브 독(14; drive dog, 예를 들어, 올드햄 커플링(Oldham coupling))을 갖는다. 캠 샤프트에 대한 다른 종류의 드라이브 연결부가 사용될 수 있다. 실제로, 하우징의 전체 소직경 종단은 엔진의 케이싱 내에 삽입되며 따라서 사용시 단지 대직경 종단만이 보여질 수 있다. 분리 가능한 구동 커플링(도 3의 20)은 진공 펌프 내에 있으며, 이는 이하에서 더 설명된다.

설명될 바와 같이, 펌프 로터(80)는 반경 방향으로의 외부 지지 표면(19)을 포함하며, 이 지지 표면은 펌프의 하우징에 의하여 한정된 보어(81) 내로 나아간다.

펌프 챔버는 브레이크 부스터의 진공 호스에 결합되도록 조정된 유입구 연결부(16) 그리고 체크 출구 밸브(17)를 포함한다.

사용시, 펌프는 캠 샤프트와 함께 회전하고, 그리고 유입구 측의 공기 압력을 줄이기 위하여 유입구로부터의 공기를 배출구로 펌핑하며, 그로 인하여 브레이크 부스터 진공 챔버 내에 부분적인 진공을 형성한다.

도 3은 도 1 및 도 2의 펌프의 소직경 종단(15)을 통한 횡단면을 도시한다; 좌측부에서의 펌프 챔버는 생략되었다.

펌프 하우징(21)은 철, 알루미늄 또는 다른 적절한 재료의 캐스팅을 포함하며, 그리고 펌프 로터의 출력 또는 지지 샤프트(22)가 그 안에서 회전할 수 있는 베어링을 한정한다. 샤프트(22)와 펌프 로터는 단일의 통합된 요소 상에 형성될 수 있다.

샤프트(22)는 원통형 보어(23)를 포함하는 막힌 원형 챔버를 포함하며, 환형 피스톤(24)이 원통형 보어 내에서 회전 축을 따라 왕복 이동한다. 피스톤(24)과 보어(23)는 스플라인(25)에 의하여 회전적으로 연결된다. 마주하고 배치된 디스크 스프링(26)의 적층체에 의하여 피스톤(24)은 보어(23)의 (도시된 대로) 우측 종단으로 탄성적으로 바이어스된다. 여기서 디스크 스프링은 보어(23)의 막힌 종단에 받혀 있다. 보어(23)의 벽에 대하여 밀봉하기 위하여 피스톤은 피스톤 링(27)을 포함한다. 평면 베어링(29)과 지지 표면(29a)에 의하여 보어(23)의 양 종단에서 각각 지지된 입력 샤프트(13)는 피스톤(24) 내에서 회전 가능하다. 또한 피스톤(24)과 샤프트(13) 사이에 오일 시일(30)이 제공된다.

속도 동기 메커니즘(speed synchronising mechanism)을 포함하는 클러치가 입력 샤프트(13)와 피스톤(24) 사이에 배치된다. 제1 원형 클러치 면(31)이 입력 샤프트 상에서 한정되며 그리고 펌프 챔버를 향하는 평평한 테이퍼 형상이다. 제2 결합 클러치 표면은 피스톤(24) 내에서 원형 클러치 링(32)에 의하여 한정된다. 설명될 바와 같이, 링(32)은 스플라인(33)에 의하여 피스톤(24)와 함께 회전적으로 빠르나, 축 방향으로 이동할 수 있다.

도시된 바와 같이, 링(32)은 입력 샤프트(13)의 그루브 내에 결합된 서클립(35)에 반작용하는 디스크 스프링(34)에 의하여 우측으로 탄성적으로 바이어스된다.

디스크 스프링(26, 34)은 일반적이나, 필요하다면 다른 종류의 탄성 스프링 바이어스가 사용될 수 있다.

이 실시예에서의 클러치는 콘 클러치이나, 어떠한 종류의 판 클러치 또한 적절하다. 습식 다판 클러치가 대안적이다.

피스톤은 베이스(28) 및 커플링 슬리브를 한정하는 원주 벽(28a)을 포함한다. 피스톤 베이스(28)는 원주 배열의 종동 치차(37)를 포함하는 구동 형성부를 더 구비한다. 여기서, 종동 치차는 입력 샤프트(13) 주변의 원주 배열의 구동 치차(36)에 대응한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 구동 치차와 종동 치차는 맞물리나, 좌측으로의 피스톤의 상대적인 축 방향 이동은 치차가 분리되게 한다. 맞물릴 때, 더 설명될 바와 같이, 원주 방향의 작용 없이 구동 치차와 종동 치차(36, 37)는 입력 샤프트(13)에서 피스톤(26)으로의 직접적인 구동을 제공한다. 입력 샤프트의 숄더(38)는 피스톤(24)의 상대적인 우측 이동을 제한한다.

구동 치차와 종동 치차(36, 37)는 분리 가능한 구동의 구동 도그(drive dog)를 포함하나, 다른 종류의 축 방향으로 이동 가능한 확실한 구동이 가능하다. 다수의 미세 치차는 보다 적은 수의 거친 치차보다 더 용이한 맞물림을 부여할 수 있다. 이용 가능한 재료 그리고 전달될 토크에 따라 숙달된 자는 치차의 개수와 치수를 선택할 수 있다. 더욱이, 치차의 정밀한 형상은 또한 설계 고려 사항에 따라, 부드러운 결합 및 분리의 기능적인 요구 조건 및 축 방향으로의 실질적인 추력 없이 토크의 효과적인 전송을 고려하여 선택 가능하다.

예를 들어, 적절한 연결부에 의하여 엔진 구동 오일 펌프로부터의 오일 압력이 펌프 하우징(21)의 벽을 통하여 그리고 펌프 샤프트(22)의 외부 표면을 따르는 그루브(42)를 통하여 반경 방향 유입구(41)로 들어간다. 그후 가압된 오일은 피스톤의 개방 종단에서의 간극 사이를 반경 방향으로 내측으로 지나며 드레인 통로(43)를 통하여 축 방향으로 배출된다. 셔틀 밸브(44)는 드레인 통로를 가로지르는 보어(45) 내에서 슬라이딩 가능하며 그리고 요구가 있으면 드레인 통로를 밀폐하기 위하여 반경 방향으로 안쪽으로 이동할 수 있다. 도시된 바와 같이, 셔틀 밸브는 개방 상태에서 펌프 하우징(21)으로부터 반경 방향으로 돌출한다.

펌프 하우징의 내부의 축 방향 그루브(46)는 오일이 (도면에 도시된) 왼쪽으로 지나가 펌프 로터의 언더컷(50) 내로 들어가는 것을 허용하며, 여기서 언더컷은 윤활 목적을 위하여 펌프의 일부가 될 수 있다. 펌프 로터로의 오일의 누설이 과하지 않지만 윤활을 위하여 적절하다는 목적을 위하여, 필요하다면 축 방향 그루브들(42, 46)을 연결하는 원주 그루브가 제공될 수 있을지라도, 펌프 샤프트(22) 둘레의 윤활 필름에 의하여 그루브(42)에서 그루브(46)로 오일이 이동하는 것은 의도된 것이다. 적절한 윤활을 부여하기에 충분한 펌프 챔버로의 오일의 적절한 체적 흐름을 부여하기 위하여 운전 간극(running clearance)이 선택될 것이며, 그리고 유속은 경험적으로 결정될 수 있다.

압력 하의 오일은 또한 (도면에서 본) 피스톤의 좌측부로 누설될 수 있다. 이러한 오일은 보어(23)의 베이스에서의 반경 방향 그리고 축 방향 통로(47)를 통하여 그리고 그 뒤에 입력 샤프트(13)의 중앙 드레인 보어(48)를 통하여 빠져나가는 허용된다. 보어(48)로 가는 중에, 오일은 또한 트러스트 와셔(49)를 윤활시킬 수 있다. 빠져나가는 오일은 또한 어떠한 일반적이 방식으로 엔진으로 다시 유입되기 전에 커플링(14)을 윤활시킬 수 있다.

수동 상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(24)은 디스크 스프링(26)에 의하여 우측으로 밀어붙여지며, 그리고 입력 샤프트에서 피스톤으로 그리고 스플라인(25)에 의하여 샤프트(22)와 펌프 로터로 직접적인 구동을 제공하기 위하여 구동 치차와 종동 치차(36, 37)는 맞물린다. 따라서 진공 펌프는 입력 샤프트의 속도, 전형적으로 엔진 캠 샤프트의 속도로 구동된다. 이 상태에서, 전형적으로 3 내지 4 바(bar)의 압력 하의 오일은 유입구(41)로 공급되며 그리고 도 3의 구동 장치와 펌프 로터를 윤활시킨다. 피스톤(24)에 작용하는 오일 압력이 디스크 스프링(26)의 탄성력을 극복하기에 불충분하다는 것을 보장하기 위하여 드레인 통로(43)는 충분히 넓다.

그러나 만일 드레인 통로(43)를 밀폐하기 위하여 셔틀 밸브(44)가 반경 방향으로 내측으로 이동된다면, 디스크 스프링에 의하여 가해진 탄성력이 극복될 때까지 오일 압력은 피스톤(24)의 우측부에서 증가할 것이다. 피스톤(24)은 결과적으로 좌측으로 이동하여 구동 치차 및 종동 치차(36 및 37) 그리고 클러치 면(31)을 링(32)에서 분리할 것이다. 이 조건에서, 피스톤은 입력 샤프트에 의하여 더 이상 구동되지 않으며, 그리고 따라서 펌프 로터의 회전은 중단된다.

전체 작동 순서가 도 4 내지 도 9를 참고로 하여 설명된다.

도 4는 구동되지 않는 상태의 진공 펌프를 도시한다; 셔틀 밸브(44)는 닫혀 있으며 그리고 따라서 오일 압력은 피스톤(24)을 우측으로 밀어붙여 피스톤(24)의 서클립(30)에 의하여 구동 및 종동 치차(36, 37) 그리고 클러치 링(32)을 분리시킨다. 피스톤(24), 샤프트(22) 그리고 펌프 로터는 정지 상태인 반면에, 입력 샤프트(13)는 엔진에 의하여 구동되고 그리고 회전한다.

도 5에서, 셔틀 밸브(44)는 열려져 피스톤(24)의 우측부 상의 압력이 떨어지게 한다. 그 결과로서, 디스크 스프링(26)의 탄력 하에서 피스톤은 우측으로 이동하기 시작한다. 구동 그리고 종동 치차(36, 37)는 맞물리지 않으나, 서클립(30)은 클러치 링(32)을 해제하여 클러치 링이 클러치 면(31)에 접촉하게 하며, 결과적으로 클러치 면은 접촉면에서의 마찰력에 의하여 회전하기 시작한다. 클러치 링(32)과 결합된 스플라인(33)에 의하여 피스톤(24) 또한 회전하기 시작한다.

도 6에서, 피스톤은 우측으로 더 이동하며, 그리고 짧은 기간 후에 피스톤(24)의 회전 속도는 입력 샤프트(13)의 속도에 접근한다.

도 7에서, 피스톤(24)의 회전 속도와 입력 샤프트(13)의 회전 속도는 동기화되며, 그리고 피스톤(24)의 우측 방향 이동은 완료된다; 구동 그리고 종동 치차(36, 37)는 맞물리며, 그리고 속도 동기화 메커니즘을 포함하는 클러치 인터페이스는 토크를 더 이상 입력 샤프트(13)에서 피스톤(24)으로 전달하지 않는다. 펌프 로터(80)는 입력 샤프트에 의하여 직접적으로 구동된다.

도 8은 분리의 시작을 도시하며, 그로 인하여 셔틀 밸브(44)는 닫히며(반경 방향으로 내측으로 이동되며) 따라서 피스톤의 우측부 상의 압력은 증가한다. 그 결과, 피스톤은 좌측으로 이동하고, 먼저 구동 치차와 종동 치차(36, 37)를 분리하고 그후 서클립(30)을 통하여 클러치를 분리하며 따라서 구성 요소들은 도 9의 구동하지 않는 상태를 다시 시작한다.

필요할 때 구동부를 진공 펌프에 결합하기 위하여 셔틀 밸브(44)는 어떠한 적절한 방식으로 작동될 수 있다. 전기적 액추에이터가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 진공 소비처, 예를 들어 브레이크 부스트 챔버에 직접적으로 반응하는 진공 액추에이터가 제공된다. 따라서 떨어진 진공은 셔틀 밸브의 외측 이동을 야기하여 구동부를 진공 펌프에 결합한다. 셔틀 밸브는 반경 방향으로 외측 상태로, 예를 들어 코일 압축 스프링에 탄성적으로 바이어스될 수 있어 안전한 작동을 보장하며, 그로 인하여 진공 신호가 없을 때에 구동부가 결합된다(도 7).

어떠한 적절한 재료가 본 발명의 진공 펌프를 위하여 사용될 수 있으며, 그리고 전형적으로 선행 기술에서의 진공 펌프를 위하여 사용된 재료에 대응한다.

차량 엔진으로의 펌프의 장착이 어떠한 적절한 방법으로 될 수 있으며, 그리고 도 1에 도시된 구멍(18)을 통한 나선형 패스너를 포함할 수 있다.

진공 브레이크 부스터와 관련하여 설명되었을지라도, 차량의 어떠한 다른 진공 사용처를 위한 진공을 제공하기 위하여 펌프가 물론 사용될 수 있다. 돌출된 셔틀 밸브(44)는 슬리브 또는 유사한 요소를 통한 밸브의 축 방향 또는 횡방향의 직선형 외부 작동을 제공하며 그리고 또한 결합 또는 분리의 시각적 지시를 제공한다.

입력 샤프트(13)와 클러치 링(32)은 전형적으로 금속으로 이루어지며 클러치 접점(interface)에서 실질적으로 비마모 면을 가지며 입력 갤러리(41)로부터의 오일에 의하여 윤활된다.

분리 가능한 구동 커플링(20)의 작동은 안전하며, 피스톤 상의 탄성 우측 힘은 피스톤에 작용하는 충분한 오일 압력이 없을 때에 구동 결합을 보장한다. 또한 입력 샤프트와 출력 샤프트의 점진적인 속도 조화(speed matching) 때문에 도그 구동부(dog drive)는 충격 부하 없이 펌프 로터의 높은 시동 토크가 극복될 수 있다는 점을 제공한다.

도 10은 본 발명의 장치의 CETOP 기능적 유압 계통도로서, 스프링(26)에 의하여 (바라본 대로) 좌측으로 밀어부쳐지는 피스톤(24)의 챔버(62)를 채우기 위하여 또는 비우기 이 장치에서는 셔틀 밸브(44)가 압력 하의 오일 원(60)을 제어한다. 셔틀 밸브는 진공 요구를 나타내는 제어 신호 라인(61) 내의 진공에 의하여 작동된다. 지시된 바와 같이 셔틀 밸브는 2개의 위치를 갖는다; 진공 신호가 인가되지 않을 때 챔버(62)는 드레인(63) 그리고 분리 가능한 구동 커플링(20)의 클러치에 연결된다. 여기서 구동 커플링은 이전에 설명된 마찰 및 도그 클러치를 포함하고 차량 엔진을 진공 펌프에 연결한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 커플링이 결합된다.

만일, 제어 신호 라인(61)의 진공 정도가 증가하면, 셔틀 밸브는 피스톤 챔버(62)로부터의 유출구가 차단되는 대안적인 상태로 이동한다; 피스톤 챔버 내에서 압력이 증가하고 그리고 커플링을 분리하기 위하여 피스톤은 (도시된 바와 같이) 우측으로 이동한다. 이 상태에서 진공 펌프가 구동된다.

대안적인 장치가 도 11에 도시되며, 이 장치에서 공통적인 특징은 동일한 참고 번호를 갖는다. 이 경우, 진공 소비처(consumer)는 진공 브레이크 부스터(72)를 포함하며, 그리고 엔진(64)은 본 발명의 분리 가능한 구동 커플링(20)을 통하여 진공 펌프(10)를 구동한다.

브레이크 부스터의 진공 리저버(65)는 진공 덕트(66)를 통하여 진공 펌프(10)에 연결되며, 여기서 진공 덕트는 체크 밸브(67)를 포함한다.

리저버(65) 내의 진공의 정도는 2-위치 진공 밸브(69)에 적용된 기준 신호 라인(68)에 의하여 지시된다. 만일 진공의 정도가 충분하다면, 진공 밸브(69)는 제어 신호 라인(61)이 대기(70)에 연결된, 도시된 상태를 채택할 것이며, 결과적으로 셔틀 밸브(44)는 또한 챔버(62)가 그레인(63)에 연결된, 도시된 상태를 채택한다- 이 상태에서, 분리 가능한 구동 커플링(20)은 내부 스프링(26)에 의하여 결합되며, 그리고 따라서 제어 신호 라인(61)에 구멍이 뚫려있는 경우에 절대 안전하거나, 또는 진공 밸브(69)는 제대로 작동하지 않는다.

리저버(65) 내의 진공의 정도가 충분할 때, 진공 밸브(69)는 도시된 위치에서 (도시된 바와 같이) 위로 이동하여 리저버(65)를 제어 신호 라인(61)에 연결한다. 그 결과, 진공은 셔틀 밸브(44)에 작용되며, 이는 구동 커플링(20)을 분리하기 위하여 엔진으로부터의 오일 압력이 피스톤(24)에 작용하는 대안적인 (상승) 상태로 스냅한다.

또한, 진공 펌프(10)를 위한 윤활 통로(59)가 도 11에 도시된다.

또 다른 대안이 도 12에 도시된다. 도 12의 장치는 도 11의 간략화된 형태이며, 여기서 공통적인 부품은 동일한 도면 부호를 갖고 있다. 도 11의 진공 밸브(69)는 생략되며, 그리고 진공 신호 라인(61)은 리저버(65)에 직접적으로 연결된다. 도 12의 실시예의 작동은 도 11을 위한 작동과 동일하며, 그로 인하여, 엔진(64)과 진공 펌프(10) 사이의 구동 커플링(20)을 분리하기 위하여 충분한 진공은 셔틀 밸브를 상승 상태로 이동시킨다.

도 13은 일반적인 브레이크 마스터 실린더(71), 진공 부스터(72), 유체 리저버(73) 그리고 브레이크 페달(74)을 포함한, 차량 유압 브레이크 회로에 대한 본 발명의 대표적인 장치를 개략적으로 도시한다; 마스터 실린더의 유압 출력은 화살표 75로 나타나며 그리고 차량 구조체는 도면 부호 76으로 나타난다.

부스터(72)의 진공 챔버로부터 진공 펌프(10)로의 2개의 진공 연결부, 즉 필요할 때 진공 펌프가 브레이크 부스터를 배기시키도록 하는 진공 덕트(66) 그리고 셔틀 밸브(44)로의 진공의 정도를 가리키는 제어 신호를 제공하는 신호 덕트(61)가 제공된다. 체크 밸브(67)가 진공 덕트(66) 내에 또는 브레이크 부스터 진공 연결부에 제공될 수 있다. 진공 펌프용 구동 샤프트가 도면 부호 77에 나타난다.

본 명세서에 첨부된 청구범위의 범위 내에서 본 발명에 대한 변형 및 개선이 예상된다.

10 : 진공 펌프
11 : 로터 챔버
12 : 엔드 플레이트
13 : 입력 샤프트
14 : 구동 도그(올드햄 커플링)
15 : 소직경 종단
16 : 유입구 연결부
17 : 체크 밸브
18 : 장착 구멍
19 : 지지 표면
20 : 분리 가능한 구동 커플링
21 : 펌프 하우징
22 : 출력 샤프트/펌프 로터
23 : 실린더 보어
24 : 환형 피스톤
25 : 스플라인
26 : 디스크 스프링
27 : 피스톤 링
28 : 피스톤 베이스
28a : 피스톤 벽
29 : 베어링
29a : 지지 표면
30 : 오일 시일
31 : 입력 샤프트의 클러치 면
32 : 클러치 링
33 : 스플라인
34 : 디스크 스프링 (벨빌 와셔)
35 : 서클립
36 : 구동 치차
37 : 종동 치차
38 : 숄더
41 : 유입구
42 : 그루브
43 : 드레인 통로
44 : 셔틀 밸브/배기 밸브
45 : 셔틀 밸브 보어
46 : 축 방향 그루브
47 : 반경 방향 및 축 방향 드레인 통로
48 : 중앙 드레인 보어
49 : 스러트스 와셔
50 : 언더컷
59 : 윤활 경로
60 : 압력 오일원
61 : 제어 신호 라인
62 : 피스톤 챔버
63 : 드레인
64 ; 차량 엔진
65 : 진공 리저버
66 ; 진공 덕트
67 : 체크 밸브
68 ; 기준 신호 라인
69 : 진공 밸브
70 : 대기
71 : 브레이크 마스터 실린더
72 : 진공 부스터
73 : 유체 리저버
74 : 브레이크 페달
75 : 브레이크 압력
76: 차량 구조체
77: 구동 샤프트
80: 펌프 로터
81: 로터 보어 샤프트

Claims (14)

1. 분리 가능한 구동 커플링(20)을 갖되, 분리 가능한 구동 커플링(20)은 입력 샤프트(13), 동축적인 출력 샤프트(22) 그리고 샤프트(13, 22)의 축 방향으로 이동 가능한 커플링 슬리브를 포함하며, 분리 가능한 구동 커플링(20)은 속도 동기 클러치(31, 32) 그리고 구동 형성부(36, 37)를 더 가지고, 커플링 슬리브는 입력 샤프트(13)가 회전을 위하여 출력 샤프트(22)에 결합된 결합 상태로 탄성적으로 밀어붙여지며, 입력 샤프트(13)가 출력 샤프트(22)와의 회전으로부터 분리되는 분리 상태를 이루기 위하여 결합 슬리브는 유체 압력 증가에 응답하여 이동 가능한 환형 피스톤(24)의 부분을 형성하는 진공 펌프.
2. 제1항에 있어서, 입력 샤프트(13)는 출력 샤프트(22) 내에서 축받이되며(journalled), 출력 샤프트(22)는 환형 피스톤(24)을 위한 실린더 보어(23)를 한정하며, 그리고 환형 피스톤(24)은 실린더 보어(23)에 대한 회전에 맞서 고정된 진공 펌프(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환형 피스톤(24)은 베이스(28) 그리고 슬리브(20)를 한정하는 벽(28a)을 포함하며, 구동 형성부(36, 37)는 입력 샤프트(13)의 구동 치차(36)와 결합 가능한 베이스(28)에서의 종동 치차(37)에 의하여 제공된 진공 펌프(10).
4. 제3항에 있어서, 환형 피스톤(24)은 환형 피스톤과 함께 회전 상태로 고정되고 그리고 환형 피스톤의 축 방향으로 이동 가능한 내부 클러치 링(32)을 포함하되, 클러치 링(32)은 입력 샤프트(13)의 대응하는 원형 클러치 면(31)과 맞물림 가능한 경사진 원형 클러치 면(30)을 한정하는 진공 펌프(10).
5. 제4항에 있어서, 클러치 면(30, 31)은 입력 샤프트(13)와 클러치 링(32) 사이에 작용하는 탄성 수단(34)에 의하여 결합부로 바이어스된 진공 펌프(10).
6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 환형 피스톤(24)은 결합 상태에서 입력 샤프트(13)의 숄더(38)와 결합하는 진공 펌프(10).
7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 출력 샤프트(22)는 축 방향으로 연장된, 반경 방향의 외부 지지 표면(19)을 가지며, 그리고 구동부(20)는 내부에서의 회전을 위한 지지 표면(19)을 수용하기 위하여 보어(81)를 한정하는 하우징(21)을 더 포함하는 진공 펌프(10).
8. 제7항에 있어서, 출력 샤프트(22)는 진공 펌프(10)의 로터(80)를 포함하며, 그리고 하우징(21)은 진공 펌프(10)의 로터 챔버(11)를 포함하는 진공 펌프(10).
9. 제8항에 있어서, 하우징(21) 내에 압력 하의 유체를 위한 유입구(41)를 포함하며, 유입구(16)는 지지 표면(19)에 대하여 개방되고 그리고 지지 표면(19)을 통하여 환형 피스톤(24)에 연결되어 분리 상태로의 이동을 용이하게 하는 진공 펌프(10).
10. 제9항에 있어서, 유입구의 윤활을 용이하게 하기 위하여 유입구(41)는 지지 표면(19)을 통하여 펌프 로터(80)에 연결된 진공 펌프(10).
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 하우징(21) 내에 배기 밸브(44)를 더 포함하여 그로 인하여 필요시 환형 피스톤(24) 상에 작용하는 유체 압력이 완화되는 진공 펌프(10).
12. 제11항에 있어서, 필요시 유체 드레인 통로(43)를 차단하기 위하여 배기 밸브(44)는 열림 상태에서 닫힘 상태로 보어(45) 내에서 슬라이딩 가능한 스풀 밸브(44)를 더 포함하는 진공 펌프(10).
13. 제12항에 있어서, 스풀 밸브(44)는 열림 상태에서 하우징(21)으로부터 돌출된 진공 펌프(10).
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 진공 펌프(10)를 포함하는 차량 엔진(64).

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