KR102386948B1 - 유압 펌프용 제어기 - Google Patents

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알렉시스 돌레
우베 베른하르트 파스칼 슈타인
온노 쿠틀러
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댄포스 파워 솔루션스 게엠베하 운트 코. 오하게
아르테미스 인텔리전트 파워 리미티드
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Abstract

유압 펌프(6)는: 제1 및 제2 유입구(100a, 100b)와 제1 및 제2 토출구(102a, 102b)를 구비하는 하우징(20); 하우징(20) 내에서 연장되며 제1 및 제2 축방향 오프셋 캠(62, 64)을 구비하는 크랭크샤프트(4); 하우징(20) 내에 제공되는 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹(30, 32)으로, 상기 그룹들(30, 32) 각각은 크랭크샤프트(4)와 구동 관계에 있으며 주기적으로 변경되는 체적의 작업 챔버를 구비하는 복수의 피스톤 실린더 조립체를 구비하는 것인 제1 및 제2 그룹(30, 32); 제1 및 제2 그룹(30, 32)과 연관되는 하나 이상의 전자 제어 가능한 밸브(40); 및 제1 및 제2 그룹(30, 32)에 의해 유체의 순변위를 제어하기 위해 작업 챔버 체적의 각각의 주기마다 상기 전자 제어 가능한 밸브들(40)의 개방 및/또는 폐쇄를 능동 제어하도록 구성되는 제어기(70)를 포함하고, 적어도 제1 그룹(30)은 제1 캠(62)과 구동 관계에 있는 제1 피스톤 실린더 조립체, 및 제2 캠(64)과 구동 관계에 있는 제2 피스톤 실린더 조립체를 포함하고, 제1 그룹은 제1 유입구(100a)로부터 작동 유체를 공급받고 제1 토출구(102a)로 작동 유체를 토출하도록 구성되며, 제2 그룹은 제2 유입구(100b)로부터 작동 유체를 공급받고 제2 토출구(102b)로 작동 유체를 토출하도록 구성된다.

Description

유압 펌프용 제어기{CONTROLLER FOR HYDRAULIC PUMP}
본 발명은 유체 작동 기계용 제어기; 제어기를 포함하는 유체 작동 기계; 및 유체 작동 기계를 포함하는 유압 회로 장치에 관한 것이다.
유압 피스톤 펌프는 일반적으로 회전축을 중심으로 회전 가능한 중앙 크랭크샤프트 및 복수의 피스톤 실린더 조립체를 포함한다. 꽤 자주, 유압 펌프는 유압 레이디얼 피스톤 펌프로 설계되는데, 복수의 피스톤 실린더 조립체가 크랭크샤프트 주위에 배치되며 이로부터 반경방향 외부로 연장된다. 이와 같은 유압 레이디얼 피스톤 펌프 내의 피스톤 실린더 조립체들은 일반적으로 피스톤 실린더 조립체들의 복수의 축방향 오프셋 뱅크 내에 배치되고, 각각의 뱅크는 복수의 긴밀하게 패킹된 피스톤 실린더 조립체를 포함하되, 이들은 회전축을 중심으로 배치되며, 크랭크샤프트의 회전축에 수직으로 연장되는 각각의 평면 상에 놓인다. 크랭크샤프트는 뱅크마다 적어도 하나의 캠을 포함하고, 각각의 뱅크의 피스톤들은 각각의 피스톤 피트(piston feet)를 통해 각각의 상기 적어도 하나의 캠과 구동 관계로 배치된다.
유압 피스톤 펌프는 유체가 유압 탱크로부터 펌프로 유입되며 펌프로부터 유압 탱크로 토출되는 개루프 유압 회로, 또는 유체가 펌프와 유압 부하 사이에서 순환되는 폐루프 유압 회로 내에 연결될 수 있다. 이를 위해, 개별 피스톤 챔버들의 입출력 오리피스들이 유체 매니폴드들을 통해 서로 연결된다. 고압 유체를 사용하여 상이한 유압 회로들 내의 다수의 유압 부하에 동력을 공급하는 응용에서는, 다수의 유압 펌프(유압 회로당 적어도 하나)가 일반적으로 요구된다. 예컨대, 유압 구동식 작동 및 추진 기능부들을 구비한 지게차에 일반적으로 사용되는 유압 시스템에서, 작동 기능부(예컨대, 유압 액추에이터)는 일반적으로 높은 유속의 작동 유체를 요구하므로, 개루프 유압 회로 설계에 더 적합한 반면, 추진 기능부는 (더 낮은 유속이 요구되고, 개루프 설계는 탱크 내의 발포를 초래할 수 있으므로) 폐루프 유압 회로 설계에 더 적합하다. 따라서, 작동 및 추진 기능부들을 모두 최적화하기 위해, 제1 유압 펌프는 개루프 유압 회로 내의 작동 기능부에 동력을 공급하고, 제2 유압 펌프는 폐루프 유압 회로 내의 추진 기능부에 동력을 공급한다.
제1 및 제2 펌프 각각은 일반적으로 독자적인 크랭크샤프트, 크랭크케이스, 및 펌프 하우징을 구비하고, 단일 토크 공급원(예컨대, 내연기관 또는 전기 모터)이 일반적으로 제1 및 제2 펌프 둘 다에 토크를 제공하지만, 토크 공급원으로부터의 토크를 펌프들의 크랭크샤프트들 사이에 분할하기 위해서는, 기어 박스가 일반적으로 필요하다. 그러므로, 다수의 유압 펌프의 제공은 차량에 상당한 중량을 더하여, 연료(또는 전기) 효율성을 감소시킨다. 다수의 펌프는 또한 공간을 차지한다. 이와 같은 응용에서는, 지게차의 연료(또는 전기) 효율성이 증가될 수 있고/있거나 지게차의 크기가 감소될 수 있고/있거나 지게차 상의 공간이 확보될 수 있도록, 이와 같은 유압 펌프들의 중량 및 크기를 감소시키는 것이 유익할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 지게차와 같은 차량의 2개 이상의 유압 부하에 유압 동력을 제공하는 데에 사용하기 위한, 중량 및 크기가 감소된 유압 펌프를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 양태는, 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹과 연관되는 능동 제어 가능한 밸브들을 작동시킴으로써 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹에 의해 유체의 순변위를 능동 제어하는 방식으로 상기 능동 제어 가능한 밸브들을 작동시키도록 설계되고 배치되되, 적어도 일부 피스톤 실린더 조립체들에 대해 바람직하게 주기를 기준으로(on a cycle-on-cycle basis) 작동을 제어할 수 있는, 유체 작동 기계용 제어기에 있어서, 제어기는 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹이 서로 독립적으로 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하는 방식으로 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹의 능동 제어 가능한 밸브들의 작동을 수행하도록 설계되고 구성되는 것인 제어기를 제공한다. 다시 말하면, 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹에 의한 작동 유체의 순변위는 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 2개(또는 더 많은) 유체 유동 회로 및/또는 소비자가 (각각의 회로의 유압 펌핑 모드의 경우) 유압 유체를 서비스 받아야 하거나, 다른 것과 어느 정도 "상이한 방식"으로 (각각의 회로의 펌핑 모드의 경우) 유압 유체를 공급하는 것이 유압 시스템에서는 꽤 흔한 일이다. 이러한 "상이한 방식"은 일반적으로 수반되는 압력 레벨과 관련된다. 꽤 자주, 전류 요건에 따라, (예컨대, 회생 제동 시스템이 존재하며 이 회생 제동 시스템이 회생 제동 모드로 작동될 때) 상이한 유압 소비자들이 일반적으로 상이한 압력 레벨을 요구하고/요구하거나 상이한 압력 레벨을 전달한다. 이 상이한 압력 레벨은 일반적으로 각각의 유체 회로에도 전해진다. 이와 같은 상이한 압력 레벨은 특히 상이한 유형의 유체 회로들(좋은 예로, 개방 유체 유동 회로와 폐쇄 유체 유동 회로)이 수반되는 경우 발생할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 심지어, 일례로, 폐쇄 유체 유동 회로만이 수반되는 경우, 상이한 소비자들이 상이한 압력 레벨을 요구할 수도 있다(개방 유체 유동 회로에도 동일하게 적용된다). 지금까지, (특히 개방 유체 유동 회로와 폐쇄 유체 유동 회로 사이에서 분할할 때) 대개는 상이한 목적을 위한 상이한 펌프들이 종래 기술에 따라 사용되었다. 그러나, 적당하게 많은 수의 부품이 제공되어야 하기 때문에, 이는 일반적으로 훨씬 더 복잡한 전체 장치로 이어진다. 이는 추가 비용 및 추가 체적을 초래하였다. 그러나, 다른 단점도 이와 상관관계가 있었는데, 상이한 유체 유동 회로들 사이의 일종의 상호의존성이 분명히 사라졌다고 간주하는 능력이다. 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹이 서로 독립적으로 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하는 것을 현재 제안하고 있지만, 이는 오로지 유체 유동 요구/모니터링 요구("주요 고려사항")만을 고려하는 것을 (가능할지라도) 반드시 의미하지는 않는다. 대신에, 추가 고려사항을 고려할 수 있는 가능성이 있다. 예컨대, 상이한 유체 유동 회로들을 위한 작동 패턴의 생성은 (구동 로드 등의 기계적 진동을 감소시키기 위해) 이와 같은 기계적 진동을 초래하는 (구동 모터가 과부하되지 않을 수 있도록) 결합형 기계적 동력 요구를 고려할 수 있다. 후자의 고려사항은 유체 유동 요구/모니터링 요구의 "주요 고려사항"과 구분되도록 후술하는 내용에서 "부가적인 고려사항"으로 지칭될 것이다. 이런 방식으로, (본질적으로) 2개의(또는 더 많은) 완전히 분리된 펌프/유압 모터가 존재하는 것같이 "주요 고려사항"을 관리할 수 있음에도 불구하고, 개선된 전체 거동을 달성할 수 있다. "부가적인 고려사항"의 고려는, "부가적인 고려사항"에 관한 거동의 (상당한) 개선을 달성할 수 있는 경우(유체 작동 기계의 "전체 거동"의 개선을 초래함), 유체 유동 출력 거동/기계적 출력 거동(즉, "주요 고려사항")의 소정의(약간의) 저하를 용인할 수 있는 가능성을 심지어 포함할 수 있다. 제어기는 (2개 이상의 분리된 유체 유입구 및/또는 유체 토출구를 가진) (특별히 순응된) 단일 유체 작동 기계에 연결될 수 있거나, 상이한 유체 작동 기계들에 연결될 수 있다는 것(즉, 잠재적으로 복수의 제어기를 대체함)을 주목해야 한다. 현재 제안된 제어기는 일반적으로 "이전 제어기들"을 전체적으로 대체한다. 그러나, 현재 제안된 제어기가 부분적으로만 "이전 제어기들"을 대체할 가능성도 있다(예컨대, 최종 요구된 작동 전류의 증폭이 개별 펌프와 관련하여 이행되는 동안 구동 펄스만이 발생된다). 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구의 제어는 대개 상기 능동 제어 가능한 밸브들의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍을 변경함으로써 달라진다. 타이밍은 특히 (피스톤-실린더 유형의 유체 작동 기계의 경우) 각각의 피스톤이 각각의 펌핑 실린더 내에서 그 행정을 따라 이동한 거리의 백분율과 관련된다. 이는 완전한 펌핑 행정이 수행되면(즉, 펌프가 100% 작동되면) 본질적으로 유압 유체의 펌핑 가능한 체적의 백분율로 변환된다. 아마도, 이러한 규칙의 소정의 수정이 유압 유체에 의한 압축 효과 및/또는 작동된 밸브에 의한 작동 지연으로 인해 발생한다. 유체 작동 기계가 모터링 모드로 작동되는 경우 유사한 설명이 이루어질 수 있다. 이러한 원리는 이와 같이 이른바 "디지털 변위® 펌프" 또는 "합성 정류형 유압 펌프"에 의해 종래 기술에서 알려져 있다. 일반적으로, 각각의 능동 제어 가능한 밸브들을 작동시키기 위해 (일부 상이한 에너지 형태(들)도 고려할 수 있지만) 전기를 사용한다. 그럼에도, 본 발명에 따른 제어기는 디지털 변위® 펌프에 반드시 제한되지는 않는다. 그러나, 디지털 변위® 펌프 설계는 제어기로 하여금 주기를 기준으로 각각의 피스톤 실린더 조립체들의 유체 유동 거동을 제어할 수 있게 하고, 이는 매우 유리하기 때문에, 디지털 변위® 펌프 설계가 특히 바람직하다는 것을 언급해야 한다. 특히, 하나의 펌핑 주기에서 다른 펌핑 주기로 임의의 2개의 값들 사이에서 유체 출력 거동을 완전히 변경하는 것이 가능하다. 이는 매우 신속하게 순응될 수 있는 유체 유동 출력 거동 및/또는 모니터링 거동을 초래한다. 제어기에 의해 작동되는 각각의 그룹들은 모두 "고정된" 펌핑 피스톤 실린더 조립체들이고/이거나, 모니터링 피스톤 실린더 조립체들이고/이거나, 특히 바람직하게 (이러한 모드들 사이에서 스위칭될 수 있도록) "스위칭 가능한 결합형 펌핑 및 모니터링 피스톤 실린더 조립체들"일 수 있다. 원칙적으로, 피스톤 실린더 조립체들의 하나의 그룹, (이와 같은 그룹이 2개 이상 있는 경우) 복수의 그룹, 또는 모든 그룹이 단일 피스톤 실린더 조립체만을 포함할 가능성이 있다. 그러나, 적어도 하나의 그룹, 바람직하게 복수의 그룹, 더 바람직하게 (본질적으로) 모든 그룹이 복수의 피스톤 실린더 조립체를 포함하면 바람직하다. 이런 방식으로, 비교적 큰 유체 유동을 제공할 수 있고/있거나 소비할 수 있다. 게다가, 소정의 "평균화(averaging)"를 구현할 수 있고, 그에 따라 더 적은 유체 유동 스파이크를 초래하여, 각각의 펌프/모터의 "더 원활한 전체 거동"을 가져온다. 마찬가지로, 원칙적으로, 제어기에 연결되는 유체 작동 기계(들)의 본질적으로 임의의 설계가 사용될 수 있다. 그럼에도, 상기 적어도 하나의 그룹의 적어도 하나의 피스톤 실린더 조립체, 바람직하게 복수의 피스톤 실린더 조립체, 또는 (본질적으로) 모든 피스톤 실린더 조립체가 능동 제어 가능한 유입 밸브 및/또는 능동 제어 가능한 토출 밸브를 포함하면 바람직하다. 특히, 이러한 설명은 제안된 제어기에 연결되는 적어도 하나의 그룹, 복수의 그룹, 또는 (본질적으로) 모든 그룹 중 적어도 하나의 그룹뿐만 아니라, 바람직하게는 복수의 그룹, 더 바람직하게는 (본질적으로) 모든 그룹에도 해당된다. 종래 기술에 이와 같이 공지된 디지털 변위® 펌프에서 알려진 바와 같이, 유압 펌프만이 구현되어야 하는 경우, 능동 제어 가능한 유입 밸브가 요구된다(그리고 충분하다). 그러므로, 모니터링 거동 또는 결합형 펌핑 및 모니터링 거동이 구현되어야 하는 경우, 대개는 능동 제어 가능한 유입 및 능동 제어 가능한 토출 밸브가 모두 제공되어야 한다. 물론 수동 밸브가 더 저렴하게 구현되므로(그리고 일반적으로 더 적은 공간을 사용하므로), 피스톤 실린더 조립체들의 각각의 그룹이 오로지 펌프로만 작동되어야 하는 경우, 능동 제어 가능한 유입 밸브의 감소가 꽤 자주 바람직하다는 것을 주목해야 한다. 단지 완전성을 위해, 물론 단일 피스톤 실린더 조립체는 복수의 (능동 및/또는 수동) 유입 및/또는 토출 밸브를 구비할 수 있다는 것을 언급해야 한다. 일반적으로, 비용상의 이유로, 각각의 피스톤 실린더 조립체를 위해 단일 (유입/토출) 능동 제어 가능한 밸브만이 제공된다. 게다가, 유체 작동 기계의 피스톤 실린더 조립체들의 (적어도 하나를 비롯한) 일부가 주기를 기준으로 유리하게 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 바람직하게 복수의 피스톤 실린더 조립체, 더 바람직하게는 본질적으로 모든 피스톤 실린더 조립체, 특히 모든 피스톤 실린더 조립체가 주기를 기준으로 제어될 수 있다는 것을 언급한다.
본 발명의 맥락에서, 펌핑 모드(또는 모니터링 모드 등)만을 언급할지라도, 적용 가능한 경우, 유체 작동 기계의 유압 펌핑 모드 및/또는 유압 모터링 모드(즉, 이들의 조합을 포함함)를 참조한다. 마찬가지로, 유압 펌프 또는 유압 모터만을 언급할지라도, 적용 가능한 경우, "일반적인" 유체 작동 기계(즉, 유압 펌프, 유압 모터, 및/또는 이들의 조합)를 참조한다.
바람직한 구현예에 따르면, 제어기는 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제3 그룹이 피스톤 실린더 조립체들의 제1 그룹 및/또는 제2 그룹과 독립적으로 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하는 방식으로 적어도 상기 제3 그룹의 능동 제어 가능한 밸브들을 작동시키도록 설계되고 배치된다. 이런 방식으로, (적어도) 제3 압력 레벨 및/또는 제3 "유압 특성"을 또한 제공할 수 있다. 지게차의 예에 의하면, 추진 유압 회로(폐쇄 유체 유동 회로), 및 승강 가능한 포크의 상승 및 하강(개방 유체 유동 회로)의 다소 지속적인 필요성이 존재하는 것이 꽤 흔하다. 상이한 특징들은 일반적으로 "가끔씩만" 필요하고, 그에 따라 이러한 특징들은 유리한 방식으로 제3 그룹에 의해 서비스될 수 있다. 제3 그룹의 피스톤 실린더 조립체들의 작동은 (특히 "주요 고려사항"에 관해) 제1 그룹 및/또는 제2 그룹과 독립적일 수 있다. 그러나, 제3 그룹이 (적어도 때때로) 제1 및/또는 제2 그룹에 결합될 수 있고, 그에 따라 각각의 그룹의 ("증강 모드(augmenting mode)"로도 지칭될 수 있는) "부스트 모드"를 허용할 가능성도 있다. 이는 이하에 추가로 설명될 것이다. 모든 그룹(또는 3개의 그룹 중 2개 등)이 단일 유체 작동 기계 하우징 내에 제공될 수 있다. 그러나, 2개 이상의 상이한 유체 작동 기계 하우징들에 걸쳐 "분포되는" 것 역시 가능하다.
제어기에 대해, 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹의 능동 제어 가능한 밸브들의 작동 주기는 적어도 개방 유체 유동 회로 및/또는 폐쇄 유체 유동 회로의 요건을 이행하도록 수행되는 것을 추가로 제안한다. 상기에 이미 언급한 바와 같이, 이러한 유체 유동 회로들은 일반적으로 매우 상이한 거동을 보인다. 특히, 폐쇄 유체 유동 회로는 꽤 자주 비교적 낮은 압력과 함께 높은 유체 유동 속도를 보인다(일반적인 응용 분야는 추진 목적이다). 그러나, 개방 유체 유동 회로는 일반적으로 (적어도 때때로) 상승 내지 높은 유체 유동 압력에서 비교적 낮은 유체 유동 속도를 보인다. 개방 유체 유동 회로를 위한 일반적인 응용 분야는 지게차의 포크를 상승(및 하강)시키기 위한 유압 피스톤이다. 상이한 "유형"의 유체 유동 회로들(개방/폐쇄)과 상이한 그룹들을 연관시킴으로써, 비교적 용이하고, 비용 효율적이며, 체적 절약형인 빌드업(build-up)과 관련하여, 높은 연료 효율성을 가진 간단한 설계를 제공할 수 있다.
특히, 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹의 능동 제어 가능한 밸브들의 작동이 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 상이한 그룹의 유체의 순변위를 증강하도록 순응될 수 있는 방식으로, 특히 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 2개의 그룹의 능동 제어 가능한 밸브들의 작동이 단일 그룹의 작동 패턴으로서 처리되도록 수행되는 방식으로 제어기를 설계하는 것을 제안한다. 경험에 따르면, 때때로, 특정 소비자들을 위한 유압 유체의 요구의 증가가 발생한다. 이러한 높은 요구는 일반적으로 가끔씩만 발생한다. 게다가, 복수의 유압 소비자를 포함하는 장치는 보통 유체 유동 요구의 증가가 동시에 단일(또는 매우 제한된 수의) 유압 소비자에 대해서만 발생하는 방식으로 빈번하게 작동된다. 그러므로, 상이한 유형의 유압 회로들을 위해 일종의 "기본 공급"을 제공하고, 이와 같은 간격의 높은 요구에 대해 추가 유체 출력을 제공하기 위해 스위칭 가능한 "부스트 서비스("증강 서비스")"를 "그 위에(on top)" 제공하는 것이 매우 유리하다. 이러한 간격의 높은 요구는 일반적으로 상이한 시간에 상이한 소비자들에 대해 발생하기 때문에, 단일(또는 제한된 수의) 증강 그룹이 작동 중 임의의 주요 결함 없이 (증강될) (본질적으로) 모든 유압 회로에 서비스할 수 있을 가능성이 있다. 지게차의 예를 계속 참조하면, 가끔씩 포크가 매우 높은 높이까지 상승되어야 하는 상황이 있을 수도 있다. 그러나, 다음의 연장된 레버로 인해, 이는 대개 지게차가 이동하는 중에 이행되지 않을 것이다. 따라서, (추진 유압 회로 소비자는 적은 유압 유체만을 소비하기 때문에) "증강 그룹"은 포크의 상승을 가속시키는 데에 사용될 수 있다. 반대로, 지게차가 고속으로 이동되어야 하는 상황이 있다. 그러나, 일반적으로, 고속 주행의 간격 중에, 포크는 더 높은 속도로 상승되거나 하강되지 않는다. 이제, "증강 그룹"은 추진 유압 회로를 증강하는 역할을 할 수 있다. 주어진 두 가지 예에서, 사용자는 대개 둘을 동시에 요구하지 않기 때문에, 각각의 다른 유체 회로의 유체 공급이 제한되는 것을 거의 인지하지 못할 것이다. 양 요구가 동시에 발생하는 매우 드문 경우에, 악영향을 인지할 수도 있지만, 대개는 펌프에 필요한 더 작은 체적 및 더 높은 연료 효율성이 이보다 더 우세하다. 원칙적으로 "증강 그룹"(존재한다면, 일반적으로, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8 그룹 등)이 현재 증강되는 그룹과 상이하게 작동될 가능성이 있지만, 단일 그룹이 존재하는 것같이 2개(또는 더 많은) "결합형" 그룹들의 개별 피스톤 실린더 조립체들이 작동되도록 2개의 그룹이 "함께 논리적으로 스위칭"되는 것이 보통 바람직하다. 디지털 변위® 펌프의 고유의 특성으로 인해, 제1 그룹의 증강으로부터 제2 그룹의 증강으로의 스위칭은 대개는 역시 주기를 기준으로 이행될 수 있고, 그 반대도 마찬가지라는 것을 인식해야 한다. 이는 개방 유체 유동 회로 거동으로부터 폐쇄 유체 유동 회로 거동으로의 "논리적 스위칭"을 포함한다.
게다가, 적어도 때때로 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹이 펌핑 모드로 작동되는 동안 제2 그룹이 모터링 모드로 작동되도록 제어기가 능동 제어 가능한 밸브들을 구동할 수 있는 방식으로 제어기를 설계하는 것을 제안한다. 이런 방식으로, 바람직하게는 재획득되는 에너지(중 적어도 일부)를 보관할 필요 없이, 상이한 목적을 위해 에너지를 재활용 및 재사용할 수 있다. 지게차의 앞서 사용된 예를 다시 참조하면, 추진 유압 주기로부터의 제동 에너지는 소정의 "유용한" 작업(예컨대, 소정의 상품이 놓일 수 있는 포크를 상승시키는 것)을 수행하는 데에 사용될 수 있다. 물론, 제3 그룹은 또한 하나 또는 다른 그룹으로 스위칭될 수 있다(펌핑 모드에 추가 "부스트"를 제공하거나 (예컨대, 경제동 중에 또는 가파른 내리막을 따라 주행할 때 발생하는) 소정의 "과도한" 기계적 작업을 재획득하는 능력을 산출한다). 물론, 이는 특정 기간 동안 보관될 수 있는 소정의 기계 에너지를 모터링 모드에서 재획득하는 데에 유용할 수 있다는 것(즉, 일반적으로 압력의 형태로 존재하는 유압 에너지가 기계 에너지로 변환됨)을 주목해야 한다. 이러한 보관은 (예컨대, 전기 커패시터, 어큐뮬레이터, 또는 기계적 보관 유닛 등을 사용하여) 모터링 모드에서 구동되는 유체 작동 기계의 "출력측" 및/또는 (예컨대, 유압 유체 어큐뮬레이터 내의 과도한 유압 유체를 버퍼링하는) "입력측"에서 이행될 수 있다. 이런 방식으로, 특히 에너지-효율적인 전체 장치를 구현할 수 있다.
다른 바람직한 구현예에 따르면, 제어기는 상이한 유체 유동 회로들, 특히 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹에 연관되는 유체 유동 회로들을 연결하고 분리하기 위한 적어도 하나의 제어 가능한 스위칭 밸브를 작동시키도록 설계되고 배치된다. 이와 같은 스위칭 가능한 밸브들을 사용하여, 유체 작동 기계의 피스톤 실린더 장치들의 상이한 그룹들과 상이한 유체 유동 회로들 및/또는 유압 소비자들 사이의 (변경 가능한) 연관성을 구축할 수 있다. 특히, 3개 이상의 그룹이 사용될 때, 제1 또는 제2 그룹에 제3 그룹을 (일시적으로) 배정하는 것(그리고-추정하건대-다소 예외적인 상황에서 3개 이상의 그룹들을 함께 연결하는 것)이 가능하다. 하나의 그룹 및/또는 유체 유동 회로로부터 하나 또는 다른 유압 소비자로 출력을 스위칭하고/스위칭하거나, 병렬로 소비자들을 스위칭하고/스위칭하거나, 일부 유압 소비자들을 분리하는 것 등이 심지어 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 하우징, 상기 하우징 내의 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제1 및 제2 그룹으로, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹은 적어도 하나의 능동 제어 가능한 밸브를 포함하는 것인 제1 및 제2 그룹, 및 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제1 및 제2 그룹에 의해 유체의 순변위를 제어하기 위해 상기 능동 제어 가능한 밸브들을 작동시키는 제어기를 포함하는 유체 작동 기계에 있어서, 제어기는 이전 제안에 따른 유형인 것인 유체 작동 기계를 제안한다. 이런 방식으로, 전술한 이점들 및 특성들을 또한 적어도 원칙적으로 달성할 수 있다. 게다가, 유체 작동 기계는 적어도 원칙적으로 전술한 의미로 수정될 수 있다. 바람직한 제안에 따르면, 하우징은 바람직하게 "공통 블록"이다. 이는 하우징이 단일 블록만을 포함한다는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 대신에, 하우징은 함께 조립되는 여러 개의 부품을 포함할 수 있다. 서로 인근에 배치되며 바람직하게 서로 긴밀히 연결되는 복수의 개별 하우징 블록을 사용하는 것이 심지어 가능하다. 특히, 동일한 그룹에 속하는 피스톤 실린더 조립체들이 상이한 하우징들(하우징 유닛들/하우징 서브유닛들) 내에 배치되는 경우, 유압 유체측(특히, 유체 유입구들 및/또는 유체 토출구들)의 피스톤 실린더 조립체들의 개별 그룹들 사이의 연결이 구축될 수 있다. 특히, 이와 같은 피스톤 실린더 조립체들을 유체 연결하기 위해 유체 매니폴드들을 사용하는 것이 가능하다.
다른 바람직한 구현예에 따르면, 유체 작동 기계는 적어도 피스톤 실린더 조립체들의 상이한 그룹들을 위해 상이한 유체 유동 유입구들 및/또는 유체 유동 토출구들을 포함하고/포함하거나, 유체 작동 기계의 하우징은 일체형 하우징, 특히 일부품 하우징을 포함한다. 복수의 유체 유동 유입구/토출구가 심지어 피스톤 실린더 조립체들의 단일 그룹을 위해 제공될 가능성이 있지만, 유체 유동 유입구/토출구의 수를 더 작은 수, 바람직하게 (각각의 유형당) 하나까지 감소시키는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 더 적은 수의 (압력 방지) 유압 유체 연결이 이루어져야 하기 때문에, "나머지 전체 장치"와 유체 작동 기계를 (유체) 연결하기 위한 수고를 줄일 수 있다. 이런 방식으로, 누출 문제 역시 해결할 수 있다. 그러나, 특히 이런 방식으로 유체 작동 기계의 설계를 (현저히) 단순화할 수 있다면, 단일 그룹을 위해 다수의(바람직하게 적은 수의) 유체 유입구들/토출구들을 제공하고, "별개의 매니폴드(들)"를 통해 각각의 유입구들/토출구들을 서로 연결하는 것도 물론 가능하다(예컨대, 적어도 하나의 그룹을 위해 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 또는 더 많은 유체 유동 유입구/토출구를 제공할 수 있다). 유체 작동 기계의 하우징의 별개의 (서브)유닛들이 존재함에 따라, 일반적으로 적어도 그 만큼의 유체 유동 유입구들/유체 유동 토출구들이 필요하다는 것을 주목해야 한다(추정하건대, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 이상과 같은 인자를 곱한다). 이런 방식으로, 유체 유동 유입구/토출구의 수가 일반적으로 감소될 수 있기 때문에, 일부품 하우징(또는 더 복잡한 하우징의 긴밀하게 연결된 서브유닛들)이 바람직하다.
게다가, 유체 작동 기계가, 하우징 내에서 연장되며 적어도 하나의 캠을 구비하는 크랭크샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 실린더 조립체들이 크랭크샤프트와 구동 관계에 있으며 주기적으로 변경되는 체적의 작업 챔버를 포함하면 바람직하다. 주기적으로 변경되는 체적의 작업 챔버는 일반적으로 실린더와 피스톤 사이의 체적이다. 피스톤이 실린더 내에서 주기적으로 왕복운동함에 따라, 작업 챔버 체적도 주기적으로 변경된다. 피스톤은 구동 관계로 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더 조립체와 함께 캠에 일반적으로 슬라이딩 가능하게 장착되거나 결합된다. 피스톤 실린더 조립체들의 실린더들은 밸브 유닛(들)에 결합되거나 이와 일체로 형성되며 각각의 하우징 보어들에 결합될 수 있고/있거나(예컨대, 나사결합되거나 체결될 수 있음), 실린더들은 각각의 하우징 보어들에 의해 정의될 수 있다(또는 이러한 옵션들의 조합이 사용될 수 있다). 일부 또는 (일반적으로) 모든 피스톤들은 각각의 피스톤 실린더 조립체들의 실린더들 내에서 왕복운동할 때 회전축과 (실질적으로) 평행한 각각의 요동축을 중심으로 회전하도록(요동하도록) 배치될 수 있다. 제1 특징부가 제2 특징부와 "구동 관계"에 있다는 것은 제1 특징부가 제2 특징부를 구동하고/구동하거나 제2 특징부에 의해 구동되도록 구성된다는 것을 의미한다. 이런 방식으로, 특히 효율적이고 간단하며 비용-효율적이고 기계적 내구성이 강하며 체적이 감소된 설계를 구현할 수 있다. 특히, 유체 작동 기계는 (적어도 부분적으로) "웨딩 케이크형"으로 설계될 수 있는데, 피스톤 실린더 조립체들은 (본질적으로) 반경 방향으로 지향되며, 상기 크랭크샤프트의 회전축 주위에서 접선 방향을 따라 바람직하게 주기적인, 특히 일정한 간격으로 배치된다.
샤프트의 순간 각위치 및 회전 속도를 판단하며 제어기에 샤프트 위치 및 속도 신호를 전송하는 위치 및 속도 센서가 제공될 수 있다. 제어기는 일반적으로 사용 중 저장된 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러이다. 밸브들의 개방 및/또는 폐쇄는 일반적으로 제어기의 능동 제어 하에 있다. 일반적으로, 단일 제어기는 제1 및 제2 그룹(및 제공되는 경우 추가 그룹들)에 의한 유체의 순변위를 제어한다.
특히, 유체 작동 기계는 적어도 2개의 축방향 오프셋 캠을 포함할 수 있고, 바람직하게 상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹과 연관되는 피스톤 실린더 조립체들은 상기 크랭크샤프트의 상이한 캠들과 구동 관계에 있다. 이런 방식으로, 유체 작동 기계는 서로의 위에 적층되는 "슬라이스"로 설계되는 여러 개의 뱅크를 포함하고, 각각의 개별 슬라이스는 크랭크샤프트의 회전축 주위에서 접선 방향을 따라 배치되는 복수의 피스톤 실린더 조립체를 포함한다는 점에서 매우 조밀한 설계를 구현할 수 있다. 동일한 크랭크샤프트를 사용함으로써, 연소 엔진 또는 전기 모터처럼, 단일 기계 에너지 발생 장치에 의해 전체 유체 작동 기계를 구동하는 것이 용이하다. 2개의 캠을 제공함으로써, 피스톤 실린더 조립체들을 포함하는 각각의 슬라이스를 매칭된 방식으로 작동시킬 수 있다. 특히, 캠들은 서로 소정의 회전 오프셋을 보일 수 있다. 이런 방식으로, 압력 맥동 등을 감소시키고/감소시키거나, 유체 작동 기계의 구동에 필요한 기계적 입력의 토크-구동각-곡선(torque-over-driving angle-curve)을 평활하는 것이 가능하다.
상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 2개의 상이한 그룹들과 연관되는 피스톤 실린더 조립체들이 특히 상기 크랭크샤프트 주위에서 원주상 접선 방향으로 교번 배치되는 방식으로 상기 크랭크샤프트의 동일한 캠과 구동 관계에 있도록 유체 작동 기계를 설계하는 것을 추가로 제안한다. 동일한 "슬라이스" 내의 동일한 그룹에 속하는 피스톤 실린더 조립체들을 연관시키려는 경향이 있기 때문에(물론, 이 설계 역시 가능하다), 이러한 설계는 약간 어색하고 이해하기 어렵다. 그러나, 제안된 설계는 동일한 그룹에 속하는 피스톤 실린더 조립체들이 각각의 유체 도관에 유체 연결되는 방식으로 크랭크샤프트의 축과 본질적으로 평행하게 배치되는 유체 유동 도관들(특히, 유체 유입 도관들 및/또는 유체 토출 도관들)을 제공하는 것을 가능하게 한다. 이런 방식으로, 유체 도관은 간단할 수 있고, 그럼에도 (적어도) 2개 또는 3개의 상이한 피스톤 실린더 조립체들에 의해 서비스될 수 있다(존재하는 "슬라이스들"과 동일한 수; 그러나, 적어도 일부 슬라이스들에서는, 동일한 슬라이스 내에 접선 방향을 따라 서로 이웃하여 배치되는 2개의 피스톤 실린더 조립체가 단일 유체 채널에 유체 연결될 수 있는 가능성이 있다). 이런 방식으로, 크랭크샤프트 주위에서 접선 방향을 따라 바라볼 때, 일반적으로 상이한 그룹들에 속하는 유체 유동 도관들은 크랭크샤프트에 대해 원주 방향으로 배치될 것이다. 단지 완전성을 위해, 마찬가지로 하나 또는 상이한 그룹들에 속하는 유체 도관들이 유체 작동 기계의 하우징의 동일하거나 상이한 면측에서 외부에 개방될 가능성이 있다는 것을 지적한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 유압 부하들에 서비스하는 유압 유체 유동 회로들을 위한 적어도 제1 및 제2 유체 유동 연결부를 포함하는 유체 작동 기계로, 유체 작동 기계의 제1 유체 유동 연결부는 제1 유압 유체 유동 회로에 연결되도록 설계되고, 제2 유체 유동 연결부는 제2 유압 유체 유동 회로에 연결되도록 설계되는 것인 유체 작동 기계를 포함하는 유압 회로 장치를 제안한다. 이와 같은 설계에 의하면, 제안된 제어기 및/또는 제안된 유체 작동 기계와 관련하여 설명된 이전 특징들 및 이점들을 또한 적어도 유사하게 달성할 수 있다. 게다가, 유압 회로 장치는 또한 적어도 유사하게 전술한 방식으로 수정될 수 있다.
특히, 유압 회로 장치는 유체 작동 기계의 상기 제1 유체 유동 연결부는 제1 작동 유체 토출 연결부 및 제1 작동 유체 유입 연결부를 포함하고, 상기 제2 유체 유동 연결부는 제2 작동 유체 토출 연결부 및 제2 작동 유체 유입 연결부를 포함하며, 제1 작동 유체 유입 연결부는 제1 작동 유체 공급원에 유체 연결되도록 설계되며, 제2 작동 유체 유입 연결부는 제2 작동 유체 공급원에 유체 연결되도록 설계되는 방식으로 설계될 수 있다. 이런 방식으로, 단일 유체 작동 기계가 상이한 압력 레벨과 같은 상이한 특성을 요구하는 유체 유동 회로들에 (적어도 일시적으로) 서비스할 수 있다. 그럼에도, 상이한 유체 유동 회로들의 "개별 서비스"에도 불구하고, 단일 펌프로 충분할 수 있으므로, 장착 공간의 감소를 초래하며, 단순화되고 더 에너지-효율적인 구동 유닛을 가능하게 한다. 특히, 유체 토출측뿐만 아니라 유체 유입측도 분리함으로써, 각각의 유체 회로들을 서로 "완전히" 분리할 수 있다. 이는 하나의 유체 회로가 개방 유체 유동 회로인 반면 다른 유체 유로가 폐쇄 유체 유동 회로인 경우 특히 유용하다. 여기서, 회로의 일 측의 특성(예컨대, 압력 레벨)이 상이할 뿐만 아니라, 유체 유입측들도 일반적으로 상이하다. 그럼에도, 유압 회로 장치의 정확한 설계와 무관하게, 유체 작동 기계는 상기 적어도 제1 및 제2 유체 유동 연결부가 상이한 압력 레벨의 유체를 제공하고/제공하거나 상이한 유형의 유압 유체 회로들을 위한(특히, 개방 유체 유동 회로 및/또는 폐쇄 유체 유동 회로를 위한) 유체를 제공하도록 구성되도록 설계될 수 있는 가능성이 있다.
유체 유동 회로들의 "완벽한" 분리를 이야기할 때, 이는 압력 완화 밸브들, (2개 이상의 유체 회로들 사이의 소정의 열교환을 실시하기 위한) 유체 오리피스 등에 의한 상이한 회로들 사이의 소정의 누출 유동 또는 소정의 연결이 예상되고/예상되거나 발생될 수 있다는 것을 배제하지 않는다.
특히, 유체 작동 기계는 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제1 및 제2 그룹을 포함하고, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 그룹은 제1 유체 유동 연결부와 연관되며, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제2 그룹은 스위칭 회로를 통해 제1 및 제2 유체 유동 연결부에 선택적으로 유체 연결되는 방식으로 유압 회로 장치를 설계하는 것이 가능하다. 이런 방식으로, 각각의 유체 유동 회로와 연관되고/연관되거나 각각의 소비자와 연관되는 피스톤 실린더 조립체들의 수를 변경하는 것이 가능하다. 이런 방식으로, 매우 넓은 범위에서 각각의 유체 유동 회로들에 대한 유체 유동 범위를 변경하는 것이 용이하므로, 동시에 일부 유압 소비자들에 대한 "유체 유속 부스트"를 가능하게 한다. 앞서 주목한 바와 같이, 꽤 자주, 동시에 중대한 유체 유동 요구를 갖지 않는 유압 소비자들이 존재한다(즉, 중대한 유체 유동 요구에 관해, 유압 소비자들은 일반적으로 "상호 배타적으로" 작동된다). (단일 피스톤 실린더 조립체의 가능성을 비롯하여) 각각의 소비자(들)과 연관되는 피스톤 실린더 조립체들의 수를 변경함으로써, 비교적 작은 크기로 이루어질 수 있는 한편, 본질적으로 모든 현실적으로 발생하는 유체 유동 요건(또는 공급)을 위해 충분한 유체 유속을 공급하는(또는 소비하는) 유체 작동 기계를 달성할 수 있다. 이는 모든 개별 유압 소비자를 위해(또는 유압 소비자들의 모든 개별 그룹을 위해) 각각의 충분한 수의 피스톤 실린더 조립체들이 예상되는 상황과 비교되어야 한다.
피스톤 실린더 조립체들의 2개의 그룹만이 주위에 있으며 스위칭 회로를 통해 개별 유체 유동 회로들/유압 소비자들에 상호 연결될 가능성이 있는 반면, 유체 작동 기계가 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제3 그룹을 포함하되, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제3 그룹은 유체 유동 연결부에 고정적으로 유체 연결되거나 유체 유동 연결부에 선택적으로 유체 연결되면 바람직하다. 소정의 스위칭 회로가 제공되고 피스톤 실린더 조립체들의 제3 그룹이 다른 그룹들(중 하나)에 선택적으로 유체 연결되는 경우, 특히 유용한 "부스트 모드" 또는 "증강 모드"를 구현할 수 있다. 제3 그룹이 유체 유동 연결부에 고정적으로 유체 연결될지라도, 다른 유체 회로들과 상당히 상이한 특성으로 작동되는 제3 유체 회로가 주위에 있으면, 이러한 설계가 사용될 수 있다. 물론, 이전에 언급된 사실들이 적어도 유사하게 적용될 수 있는 제4 그룹, 제5 그룹 등등이 또한 제공될 수 있다.
특히, 유압 회로 장치는 이전 제안들에 따른 적어도 제어기를 포함하고/포함하거나, 유입 회로 장치는 이전 제안들에 따른 유체 작동 기계를 포함하는 것을 제안한다. 이런 방식으로, 전술한 바와 동일한 특징들 및 이점들을 보이는 유압 회로 장치가 적어도 유사하게 구현될 수 있고, 유압 회로 장치는 적어도 유사하게 전술한 의미로 수정될 수 있다.
상기에 논의된 바람직한 선택적인 특징들은 이들이 적용 가능한 본 발명의 각각의 양태의 바람직한 선택적인 특징들이다. 의심의 소지를 없애기 위해, 본 발명의 제1 양태의 바람직한 선택적인 특징들은 또한, 적용 가능한 경우, 본 발명의 제2 및 제3 양태의 바람직한 선택적인 특징들이 된다. 유사하게, 본 발명의 제2 양태의 바람직한 선택적인 특징들은 또한, 적용 가능한 경우, 본 발명의 제1 및 제3 양태의 바람직한 선택적인 특징들이 된다(기타 등등이다).
이제, 본 발명의 예시적인 구현예가 하기 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 지게차의 유압 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 유압 시스템의 유압 펌프의 실린더 블록 및 크랭크샤프트의 분해 사시도 및 정면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 실린더 블록 및 크랭크샤프트의 분해 사시도 및 배면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2a, 도 2b, 도 3a, 및 도 3b의 실린더 블록 및 크랭크샤프트의 측면도들이다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 실린더 블록 및 크랭크샤프트의 측단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 2 내지 도 5의 크랭크샤프트의 정면도, 사시도, 및 각각의 측면도로, 도 6b 및 도 6d는 상이한 회전 단계들에서의 크랭크샤프트를 도시한다.
도 7은 시간에 따른 도 2 내지 도 6의 유압 펌프의 피스톤 실린더 조립체들의 하나의 그룹으로부터의 유압 유체 출력의 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6a 내지 도 6d의 크랭크샤프트, 및 크랭크샤프트를 중심으로 배치되며 이로부터 멀리 연장되는 피스톤 실린더 조립체들의 하나의 그룹의 피스톤들 및 밸브 실린더 장치들의 정면도, 측면도, 및 사시도로, 도 8a 내지 도 8c는 또한 그룹 내의 저압 밸브들 및 그룹 내의 고압 밸브들을 각각 유체 연결하는 제1 및 제2 공통 도관을 도시한다.
전술한 바와 같이, 소정의 상황에서, 유압 펌프-모터(10)는 또한 때때로 (예컨대, 회생 제동 시스템에서) 펌핑 모드로 작동할 것이라는 점을 고려한다. 따라서, 펌프-모터(10)는 유동 방향의 역전을 허용하는 방향성 유동 제어 회로(13)를 통해 유압 펌프(6)에 연결되고, 그로 인해 펌프-모터(10)는 모터링 또는 펌핑 모드에서 어느 방향으로든 작동 중 회전할 수 있다.
후술하는 내용에서, 본 발명은 유압 펌프(6)의 특정 구현예를 참조하여 추가로 설명된다. 유압 펌프(6)의 정확한 설계와 (본질적으로) 무관한 유체 회로, 제어기 또는 임의의 다른 장치에 관한 묘사 또는 설명이 주어질지라도, 각각의 특징은 또한 임의의 유형의 유체 작동 기계와 관련하여 개시된 것으로 간주됨은 물론이다.
현재 제안된 제어기, 유체 작동 기계 및 유압 회로 장치의 이점들을 명확히 하기 위해, 상기 장치들의 응용의 예로, 후술하는 내용에서는 지게차를 기술한다. 그러나, 현재 제안된 장치들은 상이한 환경에서도 및/또는 다양한 수정이 있어도 유리하게 작동할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
현재 선택된 예를 위해, 도 1은 공통 크랭크샤프트(4)를 구동하는 기계적 토크 공급원(2; 예컨대, 내연기관 또는 전기 모터)을 포함하는 지게차 상에 제공되는 유압 시스템(1)의 블록도이다. 지게차에는 복수의 상이한 유압 소비자들이 존재하는 것이 일반적이다. 심지어 일부 장치들이 특정 시간에 가압 유체 유동 스트림을 제공할 가능성이 있다. 현재 나타낸 사례에서, 추진 유체 회로(110, 111)는 펌핑 모드에서 (예컨대, 회생 제동 시스템으로) 작동될 수 있다. 현재 도시된 예에서는, 유압 액추에이터(8)(또는 상이한 작동 기능부), (일반적으로) 2개 이상의 휠(12)에 연결되는 유압 펌프-모터(10)를 구동하기 위한 추진 유체 회로(110, 111), 및 조향 유닛(182)이 제공된다. 3개의 상이한 유닛들(8, 10, 182)은 모두 상이한 특성을 가진 유체 유동 공급을 요구한다. 특히, 조향 유닛(182)은 매우 높은 압력에서 그러나 비교적 낮은 유체 유동 스트림을 필요로 한다. 작동 기능부(8)는 일반적으로 개방 유체 유동 회로(116, 117)에 의해 대개는 (상당한 시간 동안) 비교적 낮은 유체 유속 및 높은 압력으로 서비스되는데, 가끔 높은 유체 유속이 발생하고(일례로, 지게차의 포크에 서비스하기 위한 유체 회로), 마지막으로 유압 펌프-모터(10)는 폐쇄된 유체 유동 회로(110, 111)를 통해 비교적 낮은 압력에서 그러나 빈번하게 높은 유체 유속으로 작동된다.
종래 기술에 따르면, 3개의 상이한 소비자들(8, 10, 182)을 위해, 3개의 상이한 펌프들(30, 32, 34, 180)이 제공되었고, 이들 각각은 개별 제어기(도 1에 미도시)에 의해 제어되었다. 상이한 펌프들(30, 32, 34, 180)이 공통 크랭크샤프트(4)를 통해 동일한 엔진에 의해 구동되었음에도 마찬가지였다. 종래 기술에 따르면, 일반적으로 굉장히 각각의 유압 회로의 유체 유속을 일시적으로 증가시키기 위해 스위칭 가능한 밸브(118)를 통해 하나 또는 다른 유체 유동 회로(110, 111, 116, 117)에 선택적으로 연결될 수 있는 "부스트 펌프(36)"를 제공하는 것을 또한 제안하였다. 다시, 부스트 펌프(36)는 일반적으로 개별 제어기에 의해 작동되는 별개의 펌프로 설계되었다.
본 제안에 따르면, 도 1에 나타낸 펌프들 중 적어도 일부(현재 나타낸 구현예에서는 모든 펌프들(30, 32, 34, 36, 180))를 위해 단일 공통 제어기(70)를 사용하는 것을 제안한다. 게다가, 상이한 펌프들 중 일부(30, 32, 34, 36)는 파선(6)에 의해 개략적으로 도시된 공통 하우징에서 결합된다(이는 이하에 설명될 것이다). 제어기(70)는 또한 스위칭 유닛(118; 스위칭 밸브)의 스위칭을 제어하고, 이를 통해 부스트 펌프(36)는 각각의 펌프(30, 32, 34)의 유체 유동 출력을 증강하기 위해, 작동 기능부(8) 또는 유압 펌프-모터(10)에 서비스하는 유체 회로들 중 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
공통 제어기(70)의 이점은, 유체 유속의 "주요 고려사항"을 고려할 뿐만 아니라 추가로 "부가적인 고려사항"을 고려할 수 있는 방식으로 상이한 펌프들을 작동시킬 수 있다는 것이다. "부가적인 고려사항"의 영향은 "부가적인 고려사항"의 (상당한) 개선을 실현할 수 있다면(그에 따라 유체 작동 기계의 "전체 성능"을 개선할 수 있다면) 유체 유속 성능의 약간의 저하가 발생할 수 있는 방식으로 이루어질 수 있다. 일례로, 이런 방식으로, 공통 크랭크샤프트(4)를 통해 모든 펌프들(30, 32, 34, 36, 180)을 구동하기 위한 필수 토크의 스파이크를 적어도 어느 정도, 일반적으로 굉장히 방지할 수 있는 가능성이 있다. 그러므로, 엔진(2)은 더 작은 크기를 가질 수 있다는 이점이 있다. 게다가, 제어기(70)에 의한 작동은 기계적 진동 등을 또한 감소시킬 수 있는 방식으로 선택될 수 있다.
현재 도시된 예에서, 모든 펌프들은 이른바 디지털 변위 펌프®로 설계되는데, 이들은 종래 기술에 이와 같이 알려져 있다. 이와 같은 펌프들의 이점은 각각의 펌프들의 유체 유동 출력 거동이 주기를 기준으로 거의 임의로 변경될 수 있다는 것이다. 이는 부스트 펌프(36)(부스트 펌프부(36))에 특히 유리한데, (유압 펌프-모터(10)가 구동되는 구동 모드로부터, 유압 펌프-모터(10)가 기계 에너지를 발생시키며 회생 제동 시스템이 달성되는 모터링 모드로 폐쇄 유압 유체 회로(110, 111)를 스위칭할 가능성을 비롯하여) 개방 유체 유동 회로(116, 117)와 폐쇄 유체 유동 회로(110, 111)의 상이한 요건들 사이에서 신속하게 변경될 수 있기 때문이다.
전용 유압 펌프 또는 상이한 작동 모드에서 펌프 또는 모터로 작동 가능한 유압 펌프-모터일 수 있는 유압 펌프(6)가 도 2 내지 도 7에 보다 상세히 도시되어 있다. 유압 펌프(6)는 중앙 축방향 보어(22)를 포함하는 (펌프 하우징 역할을 하는) 일체형 실린더 블록(20)을 포함하되, 크랭크샤프트(4)가 상기 보어 내에서 연장된다. 크랭크샤프트(4)는 크랭크샤프트(4)가 축방향 보어(22)를 통해 연장되는 방향과 평행한 회전축(24)을 중심으로 회전 가능하다. 실린더 블록(20)은 (실린더 블록(20)을 통해 드릴웨이(drillway)를 드릴링함으로써, 또는 실린더 블록(20)에 구멍들을 주조한 후 일반적으로 이어서 드릴링함으로써 형성되는) 하우징 보어들(38)의 4개의 그룹(30, 32, 34, 36)을 포함하는데, 이들은 (밸브 실린더 장치들의 각각의 그룹들을 형성하기 위해) 각각의 밸브 실린더 장치들(39)을 수용하도록(및/또는 정의하는 데에 도움이 되도록) 크기가 정해지며 배치되고, 각각의 밸브 실린더 장치(39)는 실린더(42)와 유체 소통되는(그리고 결합되는) 일체형 밸브 유닛(40)을 포함한다. 실린더들(42)을 생략할 수 있고, 하우징 보어들(38)이 대안적으로 밸브 실린더 장치들(39)의 실린더들을 정의할 수 있다.
하우징 보어들(38)은 크랭크샤프트(4)를 중심으로 배치되며, 크랭크샤프트(4)에 대해 (일반적으로 반경방향 또는 실질적으로 반경방향) 외부로 연장된다. 하우징 보어들(38)의 그룹들(30, 32, 34, 36)은 각각 회전축(24)을 중심으로 하우징 보어들(38)의 인접한 그룹들로부터 이격된다. 도시된 구현예에서, 하우징 보어들(38)의 그룹들(30, 32, 34, 36)은 실질적으로 동일하다. 달리 명시되지 않는 한, 제1 그룹(30)의 특징은 또한 (도시된 구현예에서) 다른 그룹들(32, 34, 36)의 특징이 된다. 제1 그룹(30)의 밸브 실린더 장치들은 일반적으로 다른 그룹들(32, 34, 36)의 대응하는 밸브 실린더 장치들과 동일 평면 상에 제공된다(즉, 그룹들 사이의 대응하는 밸브 실린더 장치들은 (일반적으로 완전히) 중첩되는 축방향 범위를 가진다). 따라서, 이하에서는, 제1 그룹(30)만이 상세히 설명된다. 그러나, 다른 구현예들에서, 그룹당 하우징 보어들(38)의 수(및 그에 따른 밸브 실린더 장치들(39)의 수), 그룹들에 작동 유체를 제공할 수 있는 작동 유체 유입구들의 위치, 그룹들로부터 작동 유체를 토출할 수 있는 작동 유체 토출구들의 위치, 및 공통 도관들의 구성과 같은, 그룹들 사이의 변형이 있을 수 있다(이하 참조).
하우징 보어들(38)의 제1 그룹(30)은 제1, 제2, 및 제3 하우징 보어(50, 52, 54)를 포함한다. 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)는 회전축(24)과 평행한 방향으로 서로 축방향으로 변위되며, 회전축(24)과 평행한 방향으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 중심들 사이에 연장되는 정렬축(56; 도 2a 참조)을 따라 서로 정렬된다. 제2 하우징 보어(52)는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 축방향으로 오프셋되며 이들 사이에 축방향으로 있고, 제2 하우징 보어(52)는 또한 약 30°(회전축(24)을 중심으로 정렬축(56)에서 제2 하우징 보어(52)의 중심까지 측정됨)만큼 회전축(24)을 중심으로 도 2a에서 바라볼 때 시계 방향으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 (반경방향으로) 오프셋된다. 제2 하우징 보어(52)는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 축방향 범위들(a, c)과 중첩되는 축방향 범위(b)를 갖는 반면(도 2a 참조), 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 축방향 범위는 일반적으로 서로 중첩되지 않는다. 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 제2 하우징 보어(52)를 축방향으로 오프셋하고, 회전축(24)을 중심으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 제2 하우징 보어(52)를 (반경방향으로) 오프셋하며, 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 축방향 범위들(a, c)을 제2 하우징 보어(52)의 축방향 범위(b)와 중첩시킴으로써, 하우징 보어들(38)의 제1 그룹(30)은 공간 효율적인 안착 배치를 갖게 된다. 이로써, 더 많은 수의 하우징 보어들(38)(및 그에 따른 밸브 실린더 장치들)이 주어진 축방향 길이(즉, 회전축(24)과 평행한 방향으로 주어진 길이)의 실린더 블록(20)에 통합될 수 있다. 제2 하우징 보어(52)는 또한 회전축을 중심으로 범위(x)를 갖는데, 이는 이 경우 회전축을 중심으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 범위들(y, z)과 중첩되지 않는다(그러나, 다른 구현예들에서, 제2 하우징 보어(52)의 범위(x)는 회전축(24)을 중심으로 제1 및/또는 제3 하우징 보어(50, 54)의 범위들(y, z)과 중첩될 수 있다).
피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹(30,32)은 적어도 하나의 능동 제어 가능한 밸브(40)를 포함하고, 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)인 일체형 밸브 유닛들(40)은 일반적으로 나사산 단부(40a)를 포함하는데, 이는 하우징 보어들(38) 내에 밸브 유닛들(40)을 유지하기 위해 하우징 보어들(38)의 (회전축(24)에 대해) 반경방향 외부 단부들 내에 제공되는 대응하는 나사산에 결합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 나사산은 (제공되는 경우) 하우징 보어들(38)의 나사산과 결합되는 실린더들(42)의 외경 상에 제공될 수 있다. 밸브 유닛들(40)은 또한, 나사산 단부(40a)의 반대편에 있는, 밸브 유닛(40)의 제2 (크랭크샤프트(4)에 대해 반경방향 외부) 단부에 제공되는 밸브 헤드(40b)를 각각 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실린더들(42)(또는 하우징 보어들(38))의 (회전축(24)에 대해) 반경방향 내부 단부들은 (피스톤 실린더 조립체들의 각각의 그룹들을 형성하기 위해) 크랭크샤프트(4)와 구동 관계로 각각의 피스톤들(60)을 왕복동식으로 수용하는 개구들을 포함한다. 간결함을 위해, 하우징 보어들의 대응하는 그룹들(30, 32, 34, 36) 내에 제공되는 피스톤 실린더 조립체들의 그룹들은 이하에서 참조 번호 30, 32, 34, 36을 이용하여 표시될 것이다.
도 5 및 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트(4)는 서로 축방향으로 변위되는 (도시된 구현예에서는 편심되는) 제1, 제2, 및 제3 캠(62, 64, 66)을 포함한다. 피스톤들(60)은 크랭크샤프트(4)의 각각의 캠(62, 64, 66) 상에 (구동 관계로) 안착되는 피스톤 피트(60a)를 각각 포함한다. 보다 구체적으로, 각각의 피스톤 피트(60a)를 통해, 제1 캠(62)은 제1 하우징 보어(50) 내에 제공되는 밸브 실린더 장치(39) 내에서 왕복운동하는 피스톤(60)과 구동 관계에 있고; 제2 캠(64)은 제2 하우징 보어(52) 내에 제공되는 밸브 실린더 장치(39) 내에서 왕복운동하는 피스톤(60)과 구동 관계에 있으며; 제3 캠(66)은 제3 하우징 보어(54) 내에 제공되는 밸브 실린더 장치(39) 내에서 왕복운동하는 피스톤(60)과 구동 관계에 있다. 토크 공급원(2)이 크랭크샤프트(4)를 회전시킴에 따라, 상기 피스톤들(60)은 회전축(24)에 대해 반경방향으로 또는 실질적으로 반경방향으로 각각의 실린더들(42)(또는 하우징 보어들(38)) 내에서 주기적으로 왕복운동하도록 각각의 캠들(62, 64, 66)에 의해 구동되어, 각각의 피스톤들(60)과 이들이 내부에서 왕복운동하는 실린더들(42)(또는 하우징 보어들(38)) 사이에 정의되는 각각의 작업 챔버들의 체적이 주기적으로 변경된다. 피스톤들(60)은 크랭크샤프트(4)의 각각의 캠들(62, 64, 66)에 의해 구동될 때 회전축과 평행한 각각의 요동축을 중심으로 또한 회전하도록(그리고 요동하도록) 배치된다.
회전축(24)을 중심으로 그룹들(30, 32, 34, 36)을 서로 이격시킴으로써, (크랭크샤프트(4) 주위에서 그룹들을 긴밀하게 패킹한 것에 비해) 크랭크샤프트(4)의 반경방향 범위를 감소시킬 수 있다. 이는 다음과 같이 설명된다. 피스톤 피트(60a)는 구동 관계에 있는 각각의 캠에 안착될 수 있어야 할 필요가 있다. 크랭크샤프트(4)를 중심으로 그룹들(30, 32, 34, 36)을 서로 이격시키는 것은 크랭크샤프트(4) 주위에 제공될 수 있는 피스톤 실린더 조립체들의 수를 감소시키고, 더 적은 수의 피스톤 피트들이 각각의 캠(62, 64, 66)에 안착될 필요가 있기 때문에, 캠들(62, 64, 66)의 표면적이 그렇게 클 필요가 없고, 그에 따라 캠들(62, 64, 66)의 반경방향 범위가 감소될 수 있다. 또한, (보강) 재료가 회전축(24)을 중심으로 그룹들 사이의 공간에 제공되기 때문에, 실린더 블록(20)은 하우징 보어들(12)이 더 긴밀하게 패킹되는 실린더 블록보다 기계적으로 더 강하게 만들어질 수 있다.
가압 유압 유체의 원활한 출력을 제공하기 위해, 제1 그룹(30)의 피스톤 실린더 조립체들은 균일하게 이격된(또는 적어도 실질적으로 균일하게 이격된) 위상들에서 가압 작동 유체를 토출하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1, 제2, 및 제3 캠(62, 64, 66)은 크랭크샤프트(4)의 회전축(24)을 중심으로 서로 (회전) 오프셋된다. 전술한 바와 같이, 제2 하우징 보어(52)는 회전축을 중심으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 (회전) 오프셋된다. 그러므로, 원활한 작동 유체 출력을 제공하기 위해, 캠들(62, 64, 66)은 회전축을 중심으로 균일하게(0°, 120°, 240°) 분포되지 않는다. 오히려, 제2 (오프셋) 하우징 보어(52)의 밸브 실린더 장치 내에서 왕복운동하는 피스톤과 구동 관계에 있는 제2 캠(64)은 또한 제1 및 제3 캠(62, 66)에 대해 균일하게 이격된 위치로부터 오프셋된다. 예컨대, 제2 하우징 보어(52)가 30°만큼 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 정렬축(16)으로부터 오프셋되면, 제2 캠(64)은 제1 회전 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전축을 중심으로 90°만큼 제1 캠(62)으로부터 (회전) 오프셋될 수 있고, 제3 캠(66)은 상기 제1 회전 방향으로 회전축을 중심으로 240°만큼 제1 캠(62)으로부터 (회전) 오프셋될 수 있으며, 제3 캠(66)은 상기 제1 회전 방향으로 회전축을 중심으로 150°만큼 제2 캠(64)으로부터 (회전) 오프셋될 수 있다. 이로써, 제1, 제2, 및 제3 캠(62, 64, 66)은 연속적으로 120° 이격된 위상들(즉, 균일하게 이격된 위상들)에서 하우징 보어들(50, 52, 54) 내에서 왕복운동하는 피스톤들을 구동할 수 있다.
캠들(62, 64, 66)이 제1 그룹(30)의 실린더들(42)/하우징 보어들(50, 52, 54) 내에서 왕복운동하는 피스톤들(60)을 구동할 때, 각각의 피스톤들(60)이 각각의 실린더들/하우징 보어들 내에서 왕복운동하여 정현파 출력들(80~84)을 발생시키도록(도 7 참조), 캠들(62, 64, 66) 및 피스톤 피트들(60a)은 서로 슬라이딩 가능하게 지지된다. 캠들(62, 64, 66)이 균일하게 이격된 위상들에서 피스톤들(60)을 구동함에 따라, 제1 그룹(30)의 피스톤 실린더 조립체들의 정현파 출력들(80~84)은 결합되어 실질적으로 원활한 가압 유체 출력(86)을 제공한다.
밸브 실린더 장치들(39)의 일체형 밸브 유닛들(40)은 저압 및 고압 밸브 둘 다로 작동하도록 구성되며, 일반적으로 밸브 시트와 맞물림 가능한 밸브 부재를 포함한다. 저압 밸브(및 선택적으로 또한 고압 밸브)의 개방 및/또는 폐쇄는 전술한 공통 제어기(70; 도 1 참조)의 능동 제어 하에 전자적으로 작동 가능하다. 크랭크샤프트(4)의 순간 각위치 및 회전 속도를 판단하며 제어기(70)에 샤프트 위치 및 속도 신호를 전송하는 위치 및 속도 센서가 제공될 수 있다. 이로써, 제어기(70)는 각각의 개별 작업 챔버의 주기들의 순간 위상을 결정할 수 있다. 그에 따라, 제어기(70)는 저압 및 고압 밸브의 개방 및/또는 폐쇄를 조절하여, 작업 챔버 체적의 주기에 대해 위상 관계로 주기를 기준으로 각각의 작업 챔버를 통한(또는 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)의 작업 챔버들을 통한) 유체의 변위를 결정하여, 각각의 요구(예컨대, 제어기(70)에 입력되는 요구 신호)에 따라 밸브 실린더 장치들의 각각의 그룹을 통한 유체의 순처리량을 결정한다.
각각의 그룹은 특정 요구 신호와 연관될 수 있다. 예컨대, 제1 그룹의 순변위는 (예컨대, 모터(10)의 요건에 관련된) 제1 요구 신호에 응하여 선택될 수 있고, 제2 그룹의 순변위는 제1 요구 신호와는 상이한(그리고 무관한) (예컨대, 작동 기능부(8)의 요건에 관련된) 제2 요구 신호에 응하여 선택될 수 있다. 이하에 후술하는 바와 같이, 제3 그룹(34)의 순변위가 제1 그룹(30)의 순변위와 함께 결합형 (제1) 요구 신호에 응하여 제어기(70)에 의해 결정되도록, 제3 그룹(34)은 제1 그룹(30)과 결합될 수 있다. 역시 이하에 후술하는 바와 같이, 제4 그룹(36)은 순변위가 제1 및 제2 요구 신호에 응하여 제어기(70)에 의해 결정되는 "보편적 서비스(universal service)" 그룹일 수 있다. 예컨대, 제1 요구 신호가 제2 요구 신호보다 더 크고 제1 요구 신호가 임계점을 초과하면, 피스톤 실린더 조립체들의 제4 그룹의 변위가 제1 그룹(30)의 변위를 증강하기 위해 선택될 수 있다. 반대로, 제2 요구 신호가 제1 요구 신호보다 더 크고 제2 요구 신호가 임계점을 초과하면, 피스톤 실린더 조립체들의 제4 그룹의 변위가 제2 그룹(32)의 변위를 증강하기 위해 선택될 수 있다.
유압 펌프(6)가 모터링 모드에서 작동하는 유압 펌프-모터(이 경우, 저압 밸브는 토출 밸브 역할을 하고 고압 밸브는 유입 밸브 역할을 함)가 아니라면, 저압 밸브는 유입 밸브 역할을 하고 고압 밸브는 토출 밸브 역할을 한다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 달리 명시되지 않는 한, 이에 사용되는 전문용어는 유압 펌프(6)가 펌프로 작동 중이라고 가정한다.
도 8a 내지 도 8c는 크랭크샤프트, 및 제1 그룹(30)의 피스톤들 및 밸브 실린더 장치들의 정면도, 측면도, 및 사시도이다. 도시된 구현예에서, 밸브 실린더 장치들(39)의 밸브 유닛들(40)은 작동 유체 토출구들(48) 및 작동 유체 유입구들(49)을 포함한다. 작동 유체 토출구들(48) 및 유입구들(49)은 밸브 유닛들 주위에서 원주상으로 분포되는, 밸브 유닛(40)의 외주 내에 리세스되는 각진 갤러리들이다(일반적으로, 각각의 갤러리는 대략 반경방향으로 배치되는 복수의 포트와 직접 유체 소통된다). 제1 그룹(30)의 하우징 보어들(50, 52, 54)에 결합되는 일체형 밸브 유닛들(40)의 저압 밸브들은 유입구들(49)(일반적으로, 저압 밸브당 적어도 하나의 유입 포트)을 가로지르는 제1 공통 도관(90)을 통해 서로 유체 소통된다. 제1 공통 도관(90)이 유입구들(49)을 가로지르도록, 제1 공통 도관(90)은 제1 그룹(30)의 밸브 실린더 장치들(39)을 수용하는 하우징 보어들(50, 52, 54)을 일반적으로 가로지른다는 것을 이해할 것이다. 또한, 제1 그룹(30)의 하우징 보어들(50, 52, 54)에 결합되는 일체형 밸브 유닛들(40)의 고압 밸브들은 토출구들(48)을 가로지르는 제2 공통 도관(92)에 의해 서로 유체 소통된다. 제2 공통 도관(92)이 토출구들(48)을 가로지르도록, 제2 공통 도관(92)은 제1 그룹(30)의 밸브 실린더 장치들(39)을 수용하는 하우징 보어들(50, 52, 54)을 일반적으로 가로지른다는 것을 이해할 것이다. 제2, 제3, 및 제4 그룹(32, 34, 36)도 각각의 공통 유입 도관들 및 각각의 공통 토출 도관들을 포함한다.
4개의 그룹(30, 32, 34, 36) 각각의 공통 토출 도관들 및 적어도 제1 그룹(30)의 공통 유입 도관들(및 경우에 따라 또한 제2, 제3, 및/또는 제4 그룹(32, 34, 36)의 공통 유입 도관들)은 회전축(24)과 평행한 종축을 가지며, 실린더 블록(20)을 통해 연장되는 단일 직선형 드릴웨이에 의해 일반적으로 형성된다(이하 참조). 이 공통 도관들의 종축들은 이 그룹의 제2 하우징 보어(52)의 원주상 위치 및 이 그룹의 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)의 원주상 위치들 사이에 원주상으로 원주상 위치를 갖도록, 제1 회전 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전축(24)을 중심으로 각각의 그룹들의 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 (회전) 오프셋되며, 제1 회전 방향과 정반대의 제2 회전 방향(예컨대, 반시계 방향)으로 회전축을 중심으로 각각의 그룹들의 제2 하우징 보어(52)로부터 (회전) 오프셋된다. 이는 제2 하우징 보어(52)가 제1 및/또는 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 축방향 오프셋되고 제2 하우징 보어(52)가 회전축(24)을 중심으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 (회전) 오프셋되기 때문에 가능해진 공간 효율적인 배치이다.
각각의 (단일) 공통 도관들을 통해 저압 밸브들 및 고압 밸브들을 유체 연결함으로써, 더 적은 수의 도관들이 실린더 블록(20) 내에 형성될 필요가 있고, 중요하게는, 각각의 도관이 한 번의 작업으로 드릴링될 수 있으므로, 제조가 더 신속하고 더 저렴해진다. 또한, 캠들(62, 64, 66)이 상이한 위상들에서 각각의 그룹의 하우징 보어들(12) 내에서 왕복운동하는 피스톤들을 구동함에 따라, 공통 도관들(90, 92)은 그렇지 않은 경우보다 더 작은 직경을 가질 수 있는데, 공통 도관들이 이 그룹의 모든 피스톤 실린더 조립체들로부터/로의 결합형 피크 유동을 위한 용량을 가질 필요가 없기 때문이다.
밸브 유입구들 및 토출구들이 각진 갤러리의 형태이므로, 밸브 유닛들(40)의 배향은 밸브들과 공통 도관들(90, 92)의 유체 소통에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나, 대안적인 구현예들에서, 밸브 유입구들/토출구들은 (각진 갤러리 대신) 방향성일 수 있고, 예컨대 밸브 유입구들 및/또는 토출구들은 (예컨대, 회전축에 수직일 수 있는) 단일 드릴링을 각각 포함할 수 있다. 이 경우, 밸브 유닛들(40)을 제자리에 고정하기 전에 대응하는 공통 도관들과 배향하고 정렬하여, 이들 사이의 유체 소통을 보장할 필요가 있다.
회전축을 따라 바라볼 때 제2 하우징 보어(52)의 종축(제2 하우징 보어(52) 내에서 왕복운동하는 피스톤은 이 종축을 따라 왕복운동함)이 회전축(24)에서 제1 및/또는 제3 하우징 보어(50, 54)의 종축(각각의 피스톤들은 각각의 제1 및/또는 제3 하우징 보어 내에서 이 종축들을 따라 왕복운동함)을 가로지르도록, 제2 하우징 보어(52)는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)에 대해 경사질 수도 있다. 그러나, 경우에 따라, 회전축을 따라 바라볼 때 제2 하우징 보어(52)의 종축이 회전축(24) 상위의 점(즉, 회전축(24)보다 제2 하우징 보어(52)와 제1 및/또는 제3 하우징 보어(50, 54)에 더 가까이 있는 점)에서 제1 및/또는 제3 하우징 보어(50, 54)의 종축을 가로지르도록, 제2 하우징 보어(52)는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)에 대해 경사질 수 있다. 이로써, 더 많은 공간이 공통 도관들(90, 92)을 위해 제공될 수 있다.
피스톤 실린더 조립체들의 제1, 제2, 제3, 및 제4 그룹 각각에서, 제1 (유입) 공통 도관은 (각각의 밸브 유입구들을 통해) 이 그룹의 피스톤 실린더 조립체들에 (저압) 작동 유체를 유입하는 각각의 작동 유체 유입구(100a~100d)에 유체 연결되고(도 2 및 도 5 참조), 제2 (토출) 공통 도관은 그룹들로부터 (가압) 작동 유체를 토출하는 각각의 작동 유체 토출구(102a~102d)에 연결된다. 보다 구체적으로, 도시된 구현예에서, 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 제1 공통 도관들은 실린더 블록(20)의 전방 축방향 단부면 상에 제공되는 작동 유체 유입구들(100a, 100c)까지 회전축과 평행하게 연장되지만, 제2 및 제4 그룹(32, 36)의 작동 유체 유입구들(100b, 100d)은 크랭크샤프트(4)를 둘러싼 체적(즉, 크랭크케이스)과 (직접) 유체 소통되도록 실린더 블록(20)의 (크랭크샤프트(24)에 대해) 축방향 내벽 상에 제공된다. 따라서, 일부 구현예들에서, 제2 및 제4 그룹은 회전축과 평행하게 연장되는 공통 유입 도관들을 포함한다. 이 경우, 이 그룹들의 작동 유체 유입구들(100b, 100d)에 각각의 제2 및 제4 그룹의 공통 도관들을 연결하기 위해, 추가 도관들이 제공될 수 있다. 그러나, 더 일반적으로, 제2 및 제4 그룹의 (유입) 공통 도관들은 실린더 블록의 축방향 보어에서 제2 및 제4 그룹(32, 36)의 밸브 유입구들까지 반경방향 또는 실질적으로 반경방향 외부로 연장된다
각각의 그룹(30, 32, 34, 36)의 제2 공통 (토출) 도관은 이 그룹으로부터 (가압) 작동 유체를 토출하는 실린더 블록(20)의 전방 축방향 단부면 상의 각각의 작동 유체 토출구(102a~102d)까지 회전축과 평행하게 연장된다.
각각의 그룹(30, 32, 34, 36)이 독자적인 작동 유체 유입구(100a~100d)를 구비함에 따라, 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)은 상이한 공급원으로부터 작동 유체를 공급받을 수 있으며, 각각의 상이한 공급원은 상이한 압력으로 유체를 제공할 수 있다. 게다가, 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)이 독자적인 작동 유체 토출구를 구비함에 따라, 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)은 상이한 유압 부하에 별개의 가압 유체 서비스 출력을 제공할 수 있다. 아울러, 각각의 그룹의 피스톤 실린더 조립체들의 변위들이 제어기(70)에 의해 독립적으로 제어 가능함에 따라, 각각의 그룹의 별개의 가압 유체 출력들 역시 독립적으로 제어 가능하다. 그러므로, 그룹들(30, 32, 34, 36)은 다수의 개별 펌프 대신에 상이한 유압 부하들에 가압 유체의 독립적인 서비스 출력들을 제공할 수 있다. 그룹들(30, 32, 34, 36)이 동일한 하우징 내에 제공되며, 동일한 크랭크케이스를 공유하는 동일한 크랭크샤프트에 의해 구동됨에 따라(반면에 다수의 개별 펌프는 독자적인 하우징, 개별 크랭크샤프트 및 크랭크케이스를 구비함), 동일한 펌프(6)의 피스톤 실린더 조립체들의 상이한 그룹들(30, 32, 34, 36)을 사용하여 상이한 유압 부하들에 동력을 제공하는 것은 다수의 펌프를 사용하는 것에 비해 상당한 중량(및 공간) 절약을 제공한다. 이러한 배치에서는, 다수의 그룹이 동일한 크랭크샤프트에 의해 구동되기 때문에, 토크 공급원(2)으로부터의 기계적 토크를 다수의 개별 펌프의 개별 크랭크샤프트들에 분할하기 위해 일반적으로 요구되는 기어박스를 생략할 수 있고, 그로 인해 추가적인 크기, 중량, 및 복잡도를 줄일 수 있다는 것을 추가로 주목한다. 또한, 동일한 제어기(70)가 피스톤 실린더 조립체들의 각각의 그룹의 순변위를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
다시 도 1에 도시된 구현예를 참조하면, 특히 현재 설명된 바와 같은 유압 펌프(6)의 특정 구현예의 맥락으로 볼 때, 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)이 별개의 독립적으로 제어 가능한 서비스 출력을 제공할 수 있지만, 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 출력들은 결합되어("함께 뭉쳐서(ganged together)") 결합형 서비스 출력(110)을 제공한다(그러나, 반드시 그런 것은 아님을 이해할 것이다). 일반적으로, 실린더 블록(20)의 전방 축면에 볼트결합되는 단부판(미도시)을 제공하고, 단부판에서 제1 및 제3 그룹의 작동 유체 토출구들(102a, 102c)을 결합함으로써, 이를 달성한다. 이 경우, 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 순변위는 동일한 (제1) 요구 신호에 응하여 제어기(70)에 의해 제어된다.
도 1에 또한 도시된 바와 같이, 제1 및 제3 그룹으로부터의 결합형 출력(110)은 지게차의 휠들(12)을 추진하는 유압 펌프-모터(10)에 가압 유압 유체를 공급한다. 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 작동 유체 유입구들(100a, 100c)은 또한 단부판에서 결합되어 결합형 작동 유체 유입구(114)를 제공한다. 결합형 작동 유체 유입구(114)는 유압 펌프-모터(10)의 복귀 라인(111)으로부터 작동 유체를 공급받고, 그로 인해 제1 및 제3 그룹(30, 34) 및 유압 모터(10)를 포함하는 폐루프 유압 회로를 형성한다. 폐루프 유압 회로의 저압측(즉, 모터(10)의 출력과 펌프(6)의 제1 및 제3 그룹의 결합형 입력(114) 사이의 라인(111))의 유체 압력은 일반적으로 가압되는(사전-충전되는) 것을 이해할 것이다.
제2 그룹(32)의 작동 유체 유입구(100b)는 유체 라인(115)을 통해 유압 탱크(130)로부터 작동 유체를 공급받고(이 탱크(130)는 크랭크케이스를 포함하거나 적어도 이와 유체 소통될 수 있음), 제2 그룹(32)의 작동 유체 토출구(102b)는 유체 라인(116)을 통해 작동 기능부(8)에 가압 작동 유체를 제공한다. 작동 기능부(8)는 복귀 라인(117)을 통해 탱크(130)로 저압 작동 유체를 다시 복귀시키고, 그로 인해 탱크(130), 제2 그룹(32), 및 작동 기능부(8)를 포함하는 개루프 유압 회로를 형성한다. 탱크(130)는 가압되지 않을 수 있다(즉, 대기압); 대안적으로, 탱크(130)가 폐쇄되는 경우, 탱크(130) 내의 유압 유체의 압력은 충전 펌프 또는 다른 가압 수단에 의해 승압될 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 제2 그룹(32)의 순변위는 제2 요구 신호에 따라 제어기(70)에 의해 제어된다.
제4 그룹(36)의 작동 유체 유입구(100d)도 유압 탱크(130)로부터 작동 유체를 공급받는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 그룹(36)의 작동 유체 토출구(102d)는 제어기(70)(또는 대안적으로 상이한 제어기)와 전자 통신하는 스위칭 유닛(또는 밸브)(118)에 의해 제2 그룹(32)의 출력 라인 및 제1 및 제3 그룹(30, 34)으로부터의 결합형 출력 라인(110)에 선택적으로 유체 연결된다. 제어기(70)는 스위칭 유닛(118)이 제1 경로를 따라 제1 그룹으로부터의 출력(110)에 제4 그룹(36)의 작동 유체 토출구(102d)를 유체 연결하는 제1 모드(이 모드에서 제4 그룹(36)의 토출구(102d)는 일반적으로 출력 라인(116)에 연결되지 않음)와, 스위칭 유닛(118)이 제2 경로를 따라 제2 그룹으로부터의 출력(116)에 제4 그룹(36)의 작동 유체 토출구(102d)를 유체 연결하는 제2 모드(이 모드에서 제4 그룹의 토출구(102d)는 일반적으로 출력 라인(110)에 연결되지 않음)와, 선택적으로, 제4 그룹(36)으로부터의 출력(102d)이 출력들(110, 116)로부터 분리되는 제3 유휴 모드 사이에서 스위칭 유닛(118)을 스위칭하도록 구성된다. 따라서, 제4 그룹(36)은 (모터(10) 및 작동 기능부(8)로부터의) 제1 및 제2 요구 신호에 따라 제1(및 제3) 그룹(들)으로부터의 작동 유체 서비스 출력(110) 또는 제2 그룹(32)으로부터의 작동 유체 출력(116)에 추가적인 가압 유체를 제공하도록 선택될 수 있는 "보편적" 서비스를 제공한다. 제어기(70)는 일반적으로 제4 그룹(36)으로부터의 출력을 선택하여, 펌프-모터(10)로부터의 높은 요구의 기간에 제1 및 제3 그룹(30, 36)으로부터의 작동 서비스 출력(110)을 지원하고, 작동 기능부(8)로부터의 높은 요구의 기간에 제2 그룹(32)으로부터의 작동 서비스 출력(116)을 지원하도록 구성된다. (추진 기능부를 제공하는) 펌프-모터(10)와 작동 기능부(8) 모두로부터 동시에 높은 요구가 있는 것은 일반적으로 드물기 때문에, 그룹들(30, 32, 34, 36)의 전체 결합형 변위는 별개의 펌프들로부터 요구되는 전체 결합형 변위보다 더 적을 수 있다.
특히 제1 및 제3 그룹이 사전-충전되고 제2 및 제4 그룹이 사전-충전되지 않을 때(예컨대, 제2 및 제4 그룹이 비가압 크랭크케이스에 직접 연결될 때) 더 높은 유속을 가능하게 하기 위해, 제2 및 제4 그룹의 작동 유체 유입구들(100b, 100d)(및 제2 및 제4 그룹의 대응하는 공통 (유입) 도관들(90))은 제1 및 제3 그룹의 작동 유체 유입구들(100a, 100c)보다 더 큰 내경을 가질 수 있다.
개루프 및 폐루프 유압 회로들은 별개의 것이지만, 소정의 유체가 크랭크케이스를 통해 개루프 및 폐루프 유압 회로들 사이에 공유된다. 예컨대, 크랭크케이스를 향한 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 피스톤 실린더 조립체들 사이에 누출 경로가 일반적으로 존재한다. 따라서, 폐루프 회로로부터의 유체는 (일반적으로 크랭크케이스를 포함하거나 이와 유체 소통되는) 탱크(130)로 흐를 수 있고, 이로부터 제2 그룹(32)은 유압 유체를 공급받는다. 그러므로, 폐루프 회로로부터의 유체가 개루프 회로에 들어간다. 게다가, 폐루프 유압 회로로부터 누출되는 유체는 (도 2 내지 도 5 또는 도 8에 도시되지 않지만 역시 크랭크샤프트(4)에 의해 구동되는) 충전 펌프(180)를 통해 (개루프 회로의 작동 기능부(8)가 저압 유체를 복귀시키는) 탱크(130)로부터의 유압 유체로 대체된다. 일반적으로, 충전 펌프(180)는 출력 라인(183)을 통해 지게차의 유압 동력 조향 유닛(182)을 구동하는 데에 사용된다. 그러나, 충전 펌프(180)의 출력 라인(183) 내의 압력이 폐루프 유압 회로의 저압측(복귀 라인(111)) 내의 압력보다 임계량만큼 더 클 때, 체크 밸브(184)가 개방되고 충전 펌프(180)로부터의 과잉 가압 유체가 폐루프 유압 회로의 저압측에 들어가도록, 충전 펌프(180)의 출력 라인(183)은 또한 체크 밸브(184)를 통해 폐루프 유압 회로의 저압측에 유체 연결된다. 따라서, 개루프 회로로부터의 유체가 폐루프 회로에 들어간다.
제4 그룹(36)이 (예컨대, 모터(10)로부터의 높은 요구의 기간 중) 유압 모터(10)의 유동을 지원하는 데에 사용될 때, 과잉 유압 유체가 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 결합형 작동 유체 유입구(114)에 다시 공급될 것이다. 그러므로, 압력 완화 밸브(190)가 유압 모터(10)로부터의 복귀 라인(111)과 탱크(130) 사이에 유체 연결된다. 복귀 라인(111) 내의 압력이 임계점을 초과할 때(또는 탱크(130)가 가압되는 경우, 복귀 라인 내의 압력이 임계량만큼 탱크 압력을 초과할 때), 압력 완화 밸브는 개방되어, 복귀 라인으로부터 탱크(130)로 과잉 유체를 배출한다. 유압 탱크(130)의 제4 그룹(36)으로부터 폐루프 회로 내로 공급되는 작동 유체는 일반적으로 유압 모터(10)에 의해 복귀 라인으로 토출되는 유체보다 더 낮은 온도를 갖는 것을 이해할 것이다. 따라서, 유압 모터(10)에 의해 폐루프 회로로부터 고온 유체 출력을 배출하고, 탱크(130)로부터의 더 저온의 유체로 이를 대체함으로써, 폐루프 회로에서 냉각을 수행한다. 바람직하게, (도 1에 점선으로 도시된) 열교환기(191)가 폐루프로부터 인출되는 유체를 냉각시키기 위해 압력 완화 밸브(190)와 탱크(130) 사이에 제공되어, 폐루프 회로로부터 배출되는 고온 유체가 탱크(130) 내의 유체의 온도를 상승시키지 않도록 보장한다.
전술한 바와 같이, 결합형 서비스 출력(110)을 제공하기 위해 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 출력들을 결합할 필요는 없다. 그러나, 이는 추진 기능부가 일반적으로 작동 기능부보다 더 많은 동력을 요구하는 응용(예컨대, 지게차 응용)에 유리한 배치이다. (유압 시스템을 사용하여 예컨대 창문 청소를 위해 트롤리 플랫폼을 이동시키는 "수동 리프트(man lift)" 응용에서와 같이) 작동 기능부가 일반적으로 추진 기능부보다 더 많은 동력을 요구하는 다른 구현예들에서는, 결합형 출력(110)을 제공하기 위해 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 출력들을 결합하는 대신에, 결합형 서비스 출력(116)을 제공하기 위해 제2 및 제3 그룹(32, 34)의 출력들을 결합할 수도 있다. 제1 및 제3 그룹(30, 34)의 작동 유체 유입구들(100a, 100c)은 이 경우 결합되지 않고, 제2 및 제3 그룹(32, 34)의 작동 유체 유입구들(100b, 100c)은 일반적으로 유압 탱크(130)로부터 작동 유체를 공급받는다. 그러므로, 제3 그룹의 작동 유체 유입구(100c)는 이 경우 일반적으로 실린더 블록의 반경방향 내벽 상에 형성되며, 제3 그룹(130)의 공통 유입 도관(90)은 일반적으로 실린더 블록의 축방향 보어에서 제3 그룹의 밸브 유입구들까지 반경방향 또는 실질적으로 반경방향 외부로 연장된다는 것을 이해할 것이다.
유압 펌프(6)는 다음과 같이 제조될 수 있다. 실린더 블록(20)은 재료의 일체형 빌렛의 중심을 통해 중앙 축방향 보어(22)를 가공하거나 주조함으로써 일반적으로 형성되고, 각각의 그룹의 하우징 보어들(50, 52, 54)은 중앙 축방향 보어(22)에 대해 빌렛을 통해 실질적으로 반경방향으로 보어들을 드릴링함으로써 일반적으로 실린더 블록(20)에 형성되되, 보어들은 축방향 보어(22)를 중심으로 배치되며 이에 대해 외부로 연장된다. 하우징 보어들(50, 52, 54)은 대안적으로 중앙 축방향 보어(22)와 함께 빌렛에 주조된 후 이어서 드릴링될 수 있다. 전술한 바와 같이, 각각의 그룹의 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)는 서로 축방향으로 오프셋되고, 제2 하우징 보어(52)는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 축방향으로 오프셋되며(그리고 이들 사이에 축방향으로 있으며), 제2 하우징 보어(52)는 중앙 축방향 보어(22)를 중심으로 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 오프셋된다. 하우징 보어들의 그룹들(30, 32, 34, 36)은 중앙 축방향 보어(22)를 중심으로 서로 이격된다. 또한, 각각의 그룹의 하우징 보어들(50, 52, 54)에는 공간 효율적인 안착 배치가 제공되고, 그로 인해 제2 하우징 보어는 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54) 중 하나의 축방향 범위 또는 둘 다의 축방향 범위들과 적어도 부분적으로 중첩되는 축방향 범위를 가진다.
공통 토출 도관들(92)은 각각의 그룹들의 하우징 보어들(50, 52, 54) 사이에 실린더 블록(20)을 통해 직선 드릴웨이를 드릴링함으로써 형성된다. 드릴웨이는 축방향 보어(22)와 평행하게 연장된다. 적어도 제1 그룹(30)의 경우, 공통 유입 도관(90)은 또한 실린더 블록의 축면과 제1 그룹의 하우징 보어들(50, 52, 54) 사이에 축방향 보어(22)와 평행하게 실린더 블록(20)을 통해 직선 드릴웨이를 드릴링함으로써 형성된다.
앞서 나타낸 바와 같이, 일부 구현예들에서, 제2, 제3, 및/또는 제4 그룹(32, 34, 36)은 또한 크랭크샤프트의 회전축과 평행하게 연장되는 공통 유입 도관들(90)을 포함한다. 이 경우, 제2, 제3, 및/또는 제4 그룹(32, 34, 36)의 공통 유입 도관들(90)은 축방향 보어(22)와 평행하게 각각의 제2, 제3, 및 제4 그룹의 하우징 보어들(50, 52, 54) 사이에 실린더 블록(20)을 통해 직선 드릴웨이를 드릴링함으로써 형성된다. 그러나, 제2 및 제4 그룹의 공통 유입 도관들(90)과 실린더 블록(20)의 반경방향 내벽 상에 형성되는 작동 유체 유입구들(100b, 100d) 사이에 (축방향 보어(22)에 대해) 반경방향 또는 실질적으로 반경방향으로 추가 도관들이 드릴링되어(또는 주조 형태로 존재하여), 각각의 작동 유체 유입구들과 공통 유입 도관들을 서로 유체 소통되게 한다. 제3 그룹이 유압 펌프-모터(10)의 복귀 라인(111)으로부터 작동 유체를 공급받는 구현예들에서, 이와 같은 추가 도관은 제3 그룹에 대해 요구되지 않는다; 오히려, (제3 작동 유체 유입구(100c))가 제공되는 경우) 공통 유입 도관은 실린더 블록의 축면과 제3 그룹의 하우징 보어들(50, 52, 54) 사이에 크랭크샤프트의 회전축과 평행하게 실린더 블록(20)을 통해 연장된다. 그러나, 제3 그룹이 크랭크케이스로부터 작동 유체를 공급받는 구현예들에서, (실린더 블록(20)의 반경방향 내벽 상의 제3 작동 유체 유입구(100c)에 제3 그룹을 유체 연결하기 위해) 이와 같은 추가 도관은 또한 제3 그룹에 대해 제공될 수 있다. 제2 및 제4 그룹(32, 36)의 더 일반적인 구현예들, 및 제3 그룹이 크랭크케이스로부터 작동 유체를 공급받는 구현예들에서, 제3 그룹(34)은 크랭크케이스로부터 반경방향 또는 실질적으로 반경방향으로 연장되는 각각의 공통 유입 도관들을 구비하되, 공통 유입 도관들은 축방향 보어(22)로부터 반경방향 또는 실질적으로 반경방향으로 연장된다. 이 경우, 각각의 제2, 제3, 및 제4 그룹 내의 각각의 밸브 유입구들을 지나가도록 실린더 블록(20)의 반경방향 내벽 상에 형성되는 제2, 제3, 및 제4 그룹의 작동 유체 유입구들(100b, 100c, 100d)로부터 (축방향 보어(22)에 대해) 반경방향 또는 실질적으로 반경방향 외부 방향으로 드릴웨이를 형성함으로써, 제2, 제3, 및 제4 그룹의 공통 유입 도관들을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 그룹의 공통 토출 도관들(92) 및 적어도 제1 그룹(30)의 공통 유입 도관들(90)(및 일부 구현예들에서는 또한 제2, 제3, 및 제4 그룹(32, 36)의 공통 유입 도관들)의 종축들은 제2 하우징 보어(52)와 제1 및 제3 밸브 하우징 보어(50, 54) 사이에 원주상으로 배치되도록 제1 회전 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전축(24)을 중심으로 이 그룹의 제1 및 제3 하우징 보어(50, 54)로부터 (회전) 오프셋되며, 제1 회전 방향과 정반대의 제2 회전 방향(예컨대, 반시계 방향)으로 회전축을 중심으로 이 그룹의 제2 하우징 보어(52)로부터 (회전) 오프셋된다.
나사산 절삭 공구가 하우징 보어들의 외부 단부들에 나사산을 추가하기 위해 사용되고, 이는 일체형 밸브 유닛들(40)의 대응하는 나사산과 결합된다. 일체형 밸브 유닛들(40)은 각각의 그룹의 각각의 하우징 보어들(50, 52, 54)에 나사결합된다. 피스톤들(60)이 크랭크샤프트(4)의 캠들(62, 64, 66)과 구동 관계에 있도록, 피스톤들(60)은 캠들(62, 64, 66) 상에 안착되는(또는 결합되는) 연결-로드들(저면에 피스톤 피트를 구비함)에 장착될 수 있고, 크랭크샤프트(4)는 축방향 보어(22) 내에 장착되며, 피스톤들(60)은 각각의 그룹들(30, 32, 34, 36)의 하우징 보어들(50, 52, 54)에 의해 왕복동식으로 수용된다. 전술한 바와 같이, 크랭크샤프트(4)의 캠들(62, 64, 66)은 실질적으로 균일하게 이격된 위상들에서 각각의 그룹 내의 피스톤들(60)을 구동하도록 회전축(24)을 중심으로 오프셋 배치된다. 하나의 그룹으로부터 균일하게 이격된 위상들의 출력을 달성하기 위해, 캠들의 배치는 일반적으로 회전 불균일하다. 보다 구체적으로, 120°의 캠 오프셋 요건을 초래하는 축방향으로 정렬된 밸브 실린더 장치들과 달리, 캠들의 오프셋 각도는 (축방향 정렬에서 벗어난) 밸브 실린더 장치들 중 하나의 회전 오프셋에 따라 조절된다.
일부 구현예들에서, 제3 하우징 보어(54) 및 관련 밸브 실린더(39)와 피스톤(60)은 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)으로부터 생략될 수 있다. 그러나, 제3 하우징 보어(54) 및 관련 밸브 실린더(39)와 피스톤(60)은 그룹 구조당 2개의 밸브 실린더와 연관되는 피크-대-피크 변동을 감소시키고 각각의 그룹(30, 32, 34, 36)으로부터 실질적으로 원활한 출력을 제공하기 위해 바람직하게 포함된다.
추가적인 변경 및 수정이 본원에 기재된 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 예컨대, 각각의 그룹(30, 32, 34, 36) 내에 3개보다 더 많거나 더 적은 밸브 실린더 장치가 제공될 수도 있다. 4개보다 더 많거나 더 적은 그룹이 있을 수도 있다. 본 발명의 추가적인 정보, 특히 추가적인 특징들, 구현예들, 및 이점들은 동일한 출원인에 의해 유럽 특허청에 2013년 6월 18일자로 출원된 공식출원번호 EP13172511.1 및 EP13172510.3의 출원과, 2014년 5월 27일자로 출원된 공식출원번호 PCT/EP2014/060896 및 PCT/EP2014/060897의 PCT 출원에서 찾아볼 수 있다. 상기 출원들의 개시는 참조로서 본 출원에 완전히 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (15)

  1. 하우징(20), 상기 하우징(20) 내의 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제1 및 제2 그룹(30, 32)으로, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹은 적어도 하나의 능동 제어 가능한 밸브(40)를 포함하는 것인 제1 및 제2 그룹(30, 32), 및 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹(30, 32) 각각에 의해 유체의 순변위를 제어하기 위해 적어도 하나의 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)을 작동시키는 제어기(70)를 포함하는 유체 작동 기계(6)에 있어서,
    상기 제어기(70)는 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹(30, 32)과 연관되는 능동 제어 가능한 밸브들(40)을 작동시킴으로써 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹(30, 32) 각각에 의해 유체의 순변위를 능동 제어하는 방식으로 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)을 작동시키도록 설계되고 배치되며,
    상기 제어기(70)는 유체 작동 기계(6)의 서비스 출력을 위해 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 그룹(30)이 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하며, 유체 작동 기계(6)의 다른 서비스 출력을 위해, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제 2 그룹(32)이 독립적으로 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하는 방식으로 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 및 제2 그룹(30, 32)의 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)의 작동을 수행하도록 설계되고 구성되며,
    상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 2개의 상이한 그룹들과 연관되는 피스톤 실린더 조립체들은 크랭크샤프트의 하나의 캠과 구동 관계에 있는, 유체 작동 기계(6).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기(70)는 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제3 그룹(34)이 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 그룹 및/또는 제2 그룹(30, 32)과 독립적으로 유체 유동 요구 및/또는 모니터링 요구를 이행하는 방식으로 적어도 상기 제3 그룹(34)의 능동 제어 가능한 밸브들(40)을 작동시키도록 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동 기계(6).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹(30, 32, 34)의 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)의 작동 주기는 적어도 개방 유체 유동 회로 및/또는 폐쇄 유체 유동 회로의 요건을 이행하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동 기계(6).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹(30, 32, 34)의 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)의 작동은 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 상이한 그룹의 유체의 순변위를 증강하도록 순응될 수 있는 것을 특징으로 하는, 유체 작동 기계(6).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(70)는 적어도 때때로 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹(30, 32, 34)이 펌핑 모드로 작동되는 동안 제2 그룹(30, 32, 34)이 모터링 모드로 작동되도록 상기 능동 제어 가능한 밸브들(40)을 작동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 유체 작동 기계(6).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(70)는 상이한 유체 유동 회로들을 연결하고 분리하기 위한 적어도 하나의 제어 가능한 스위칭 밸브를 작동시키도록 설계되고 배치되는 것을 특징으로 하는, 유체 작동 기계(6).
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(20)은 적어도 피스톤 실린더 조립체들의 상이한 그룹들(30, 32, 34)을 위해 상이한 유체 유동 유입구들(100a, 100b, 100c, 100d) 및/또는 유체 유동 토출구들(102a, 102b, 102c, 102d)을 포함하는 것을 특징으로 하고/하거나, 상기 하우징(20)은 일체형 하우징인 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계(6).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유체 작동 기계(6)는, 상기 하우징(20) 내에서 연장되며 적어도 하나의 캠(62, 64, 66)을 구비하는 크랭크샤프트(4)를 포함하고, 상기 피스톤 실린더 조립체들은 상기 크랭크샤프트(4)와 구동 관계에 있으며 주기적으로 변경되는 체적의 작업 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계(6).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 크랭크샤프트(4)는 적어도 2개의 축방향 오프셋 캠(62, 64, 66)을 포함하고, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 하나의 그룹(30, 32, 34)과 연관되는 피스톤 실린더 조립체들은 상기 크랭크샤프트(4)의 상이한 캠들(62, 64, 66)과 구동 관계에 있는 것을 특징으로 하는 유체 작동 기계(6).
  11. 삭제
  12. 제1항에 따른 유체 작동 기계(6)를 포함하는 유압 회로 장치(1)로서, 상기 유체 작동 기계(6)는 유압 부하들(8, 10)에 서비스하는 유압 유체 유동 회로들을 위한 적어도 제1 및 제2 유체 유동 연결부(100a, 100b, 102a, 102b)를 포함하며, 상기 유체 작동 기계(6)의 상기 제1 유체 유동 연결부(100a, 102a)는 제1 유압 유체 유동 회로에 연결되도록 설계되고, 상기 제2 유체 유동 연결부(100b, 102b)는 제2 유압 유체 유동 회로에 연결되도록 설계되는 것인 유체 작동 기계(6)를 포함하는, 유압 회로 장치(1).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체 작동 기계(6)의 상기 제1 유체 유동 연결부(100a, 102a) 는 제1 작동 유체 토출 연결부(102a) 및 제1 작동 유체 유입 연결부(100a) 를 포함하고, 상기 제2 유체 유동 연결부(100b, 102b) 는 제2 작동 유체 토출 연결부(102b) 및 제2 작동 유체 유입 연결부(100b)를 포함하며, 상기 제1 작동 유체 유입 연결부(100a)는 제1 작동 유체 공급원(10)에 유체 연결되도록 설계되고, 상기 제2 작동 유체 유입 연결부(100b)는 제2 작동 유체 공급원(130)에 유체 연결되도록 설계되는, 유압 회로 장치(1).
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 유체 작동 기계(6)는 피스톤 실린더 조립체들의 적어도 제1 및 제2 그룹(30, 32, 36)을 포함하고, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제1 그룹(30)은 제1 유체 유동 연결부와 연관되며, 상기 피스톤 실린더 조립체들의 제2 그룹(32)은 스위칭 회로(118)를 통해 상기 제1 및 제2 유체 유동 연결부에 선택적으로 유체 연결되는, 유압 회로 장치.
  15. 삭제
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