KR20100029894A

KR20100029894A - 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치

Info

Publication number: KR20100029894A
Application number: KR1020080088589A
Authority: KR
Inventors: 조승범
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-18
Also published as: US8393151B2; JP2010065679A; US20100154402A1

Abstract

본 발명은 차량이 고속으로 주행하여 엔진의 회전수가 상승해서 유압펌프가 고속으로 운전됨에 따라 유압펌프에서 토출되는 유압과 유량이 증가되고, 이로 인해 조향핸들의 조작 보조력이 증대되어 조종 안정성이 저하될 때에 유압펌프에서 토출되는 유압과 유량을 적절히 감소시켜 조향핸들의 조작 보조력을 감소시켜 줌으로써 조향핸들의 조종 안정성을 향상시키고, 구조가 간단해서 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치를 제공하기 위해, 캠 프로파일을 가지고서 고정되게 설치된 상부 캠링과, 캠 프로파일을 가지고서 상기 상부 캠링에 대해 상대 회전가능하게 설치되는 하부 캠링 및, 상기 상부 캠링과 하부 캠링의 캠 프로파일이 형성하는 내부 공간에 삽입되어 회전하면서 다수개의 베인을 원심력으로 토출시켜 오일을 가압하는 로터를 구비한다.

유량제어장치, 유압펌프, 캠 프로파일, 유압실린더

Description

동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치{Flow rate control device of hydraulic pump in power steering system}

본 발명은 동력조향장치의 유압펌프에 관한 것으로, 특히 차량이 고속으로 주행중일 때에 유압펌프에서 토출되는 유량을 줄여서 차량의 조종 안정성을 향상시키도록 한 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치에 관한 것이다.

종래 차량의 동력조향장치는 유압을 이용해서 운전자의 조향핸들의 조작력을 보조하는 장치인 바, 상기 유압은 유압펌프에서 토출되는 유량에 의해 생성되게 된다.

상기 유압펌프는 고정되게 설치된 캠링의 내부에 다수개의 원심 베인을 가진 로터가 회전되게 설치되어, 상기 로터가 엔진의 회전력을 전달받아 회전할 때에 상기 베인이 원심력을 받아서 돌출하면서 캠링과 로터 사이의 공간의 체적 변화를 야기시켜 압력의 차이를 만들어서 유체를 토출하게 된다.

그런데 상기 유압펌프는 엔진의 회전동력을 전달받아 구동되게 엔진에 연결되어 있으므로 엔진의 연비를 악화시키게 되고, 엔진의 구동 회전수는 유압펌프의 구동 회전수와 동일하도록 엔진과 연결됨에 따라 차량이 고속으로 주행하여 엔진의 회전수가 상승해서 유압펌프가 고속으로 운전될 때에 유압펌프에서 토출되는 유량이 많아지고 그에 따라 유압도 상승하게 된다.

따라서 차량이 고속으로 주행할 때에 유압펌프에서 토출되는 유압도 상승하여 조향핸들을 조작할 때에 높아진 유압으로 조향핸들의 조작력을 보조함에 따라 조향핸들의 조작감이 가벼워지고, 이는 차량의 조종 안정성을 저하시키세 된다.

상기와 같은 결점을 해소하기 위해 유압펌프의 내부 압력에 따라 캠이 이동하는 구조의 가변 용량형 유압펌프를 적용하여 연비의 저하를 개선할 수 있지만, 구조가 복잡하여 원가 상승을 초래하고 차량의 NVH 성능도 저하시킨 다른 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차량이 고속으로 주행하여 엔진의 회전수가 상승해서 유압펌프가 고속으로 운전됨에 따라 유압펌프에서 토출되는 유압과 유량이 증가되고, 이로 인해 조향핸들의 조작 보조력이 증대되어 조종 안정성이 저하될 때에 유압펌프에서 토출되는 유압과 유량을 적절히 감소시켜 조향핸들의 조작 보조력을 감소시켜 줌으로써 조향핸들의 조종 안정성을 향상시키고, 구조가 간단해서 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 캠 프로파일을 가지고서 고정 되게 설치된 상부 캠링과, 캠 프로파일을 가지고서 상기 상부 캠링에 대해 상대 회전가능하게 설치되는 하부 캠링 및, 상기 상부 캠링과 하부 캠링의 캠 프로파일이 형성하는 내부 공간에 삽입되어 회전하면서 다수개의 베인을 원심력으로 토출시켜 오일을 가압하는 로터를 구비한다.

바람직하기로는 상기 상부 캠링과 하부 캠링의 캠 프로파일이 동일한 프로파일을 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하부 캠링은 유압펌프에서 토출되는 유압에 의해 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 캠링은 상기 유압펌프에서 토출되는 일부 유량을 공급받아 상기 유압으로 작동하는 유압실린더에 의해 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 캠링의 외주면에는 원주방향으로 원주기어가 형성되고, 상기 유압실린더는 상기 원주기어와 치합하는 랙기어를 구비한 피스톤로드와, 이 피스톤로드에 일체로 연결되어 전후로 이동가능하게 내장되는 유압피스톤, 이 유압피스톤을 탄력적으로 지지하는 스프링을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 유압피스톤을 기준으로 상기 유압실린더의 일측에는 축방향으로 소정 간격을 두고 2개의 바이패스 유로가 형성되고, 타측에는 상기 유압펌프에서 토출되는 오일을 공급받는 유입구가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치에 의하면, 차량이 고속으로 주행하여 엔진의 회전수가 상승하면서 그에 따라 유압펌프의 구속 속도도 증대되어 유압펌프의 토출 유량과 유압이 증대될 때에 상기 유압펌프에서 토출되는 일부 유량이 피드백 되어 유압피스톤을 작동시켜 캠링을 회전시키고, 캠링의 회전에 따라 캠링의 캠 프로파일이 변경되면서 로터와 캠링 사이의 오일가압공간이 축소되어서 상기 오일가압공간의 내부에서 체적 변화를 일으켜 발생되는 오일의 유량과 유압이 자동적으로 저감되며, 이에 따라 유압펌프에서 토출되어 동력조향장치로 공급되는 오일의 유압과 유량이 자동적으로 저감됨으로써 조향핸들의 조작 보조력이 감소되어 운전자의 조향핸들의 조종 안정성이 향상되고, 동력조향장치의 유압펌프의 작동 오일의 온도가 저감되면서 별도의 오일쿨러를 설치할 필요가 없어서 차량의 중량 원가 절감을 도모할 수 있으며, 유압펌프 측으로 복귀를 유도하는 오일 리턴호스의 길이 및 직경을 축소하여 레이아웃을 향상시킬 수 있고, 상기 유압피스톤을 탄력적으로 지지하는 스프링의 강성을 적절히 조절하면 유압펌프의 튜닝이 용이해져 개발비용을 줄이고 개발기간을 단축할 수 있고, 가변 용량형 유압펌프에 비해 구조가 간단해서 차량의 중량 및 원가의 절감과 NVH 성능의 향상을 도모할 수 있으며, 유압펌프의 구동으로 인한 엔진의 연비 저하를 개선하여 연비를 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 동력조향장치의 유압펌프의 주요 부위가 사시도로 도시되어 있는 바, 즉 엔진의 회전동력을 전달바아 회전가능하게 설치되는 원형의 로터(1)에는 다수개의 베인(2)이 원주방향으로 소정 간격을 두고 심어지는 형태로 배치되고, 상기 각 베인(2)은 상기 로터(1)의 회전에 따라 원심력을 받아서 반경방향으로 돌출할 수 있도록 로터(1)에 장착된다.

상기 로터(1)의 외주를 감싸는 형태로 캠링(3)이 배치되는 데, 이 캠링(3)은 유압펌프 하우징에 고정되게 설치되는 상부 캠링(3a)과 후술하는 제어장치에 의해 원주방향으로 회전가능하게 설치되는 하부 캠링(3b)으로 이루어지고, 상기 상부 캠링(3a)과 하부 캠링(3b)의 내부에는 각각 동일한 캠 프로파일(3c)이 형성되며, 상기 캠 프로파일의 내부에 상기 로터(1)가 삽입되어서 회전가능하게 설치된다.

이에 따라 상기 캠 프로파일(3c)의 내주면과 상기 로터(1)의 외주면 사이에는 오일가압공간(4)이 형성되게 된다.

도 2에는 본 발명에 따른 로터와 캠링을 구비한 유압펌프가 오일을 가압하여 토출하는 작동 설명이 도시되어 있는 바, 유압펌프의 초기 구동시에는 상부 캠링(3a)에 대해 하부 캠링(3b)이 동일한 위상을 가지고 있고, 엔진의 회전수가 서서히 증가되면 상기 하부 캠링(3b)은 제어장치에 의해 회전하여 상부 캠링(3a)에 대해 하부 캠링(3b)의 위상이 변경된다.

도 3에는 하부 캠링(3b)이 상부 캠링(3a)에 대해 30도의 위상으로 변경된 상태가 도시되어 있다. 이와 같이 하부 캠링(3b)이 상부 캠링(3a)에 대해 위상이 가변되면 상부 캠링의 캠 프로파일과 하부 캠링의 캠 프로파일이 틀어지게 되고, 이에 따라 상기 오일가압공간이 축소되며, 이 상태에서 상기 로터가 회전하여 베인이 반경방향으로 돌출해서 오일을 가압하여 토출시켜도 도 2에 도시된 상태에 비해 그만큼 토출유량이 줄어들게 된다.

그리고 엔진이 회전수가 계속해서 증가하면 상기 하부 캠링(3b)도 그에 비례하여 회전해서 상부 캠링에 대한 하부 캠링의 위상이 가변되고, 도 4에는 상부 캠링에 대해 하부 캠링이 60도로 위상이 변경된 경우가 도시되어 있다. 이 경우에 상기 오일가압공간의 크기가 더욱더 축소되어 유압펌프에서 토출되는 유량과 유압도 반비례하여 저감된다.

한편 차량이 고속으로 주행할 경우에는 상기 하부 캠링이 제어장치에 의해 90도로 회전되어 상부 캠링에 대해 하부 캠링이 90도의 위상 변화를 일으키게 되고, 이에 따라 상기 오일가압공간이 최대한으로 축소되어 상기 로터가 고속으로 회전하여도 각 베인들이 거의 돌출되지 않아서 유압펌프에서 토출되는 유량과 유압이 최소한으로 저감되게 된다.

따라서 엔진이 고속으로 운전될 경우에 유압펌프에서 최소한의 작은 유량이 토출되어 동력조향장치에 공급됨에 따라 조향핸들의 조작 보조력이 감소되어서 운전자의 핸들 조작감이 그만큼 무거워져 조종 안정성이 향상되고, 유압펌프는 거의 공회전으로 작동하게 됨에 따라 엔진의 연비가 그만큼 향상되게 된다.

즉 본 발명에서는 엔진의 회전수에 반비례하여 유압펌프의 토출 유량과 유압이 저감되게 된다.

도 6에는 본 발명에 따라 상기 하부 캠링을 엔진의 회전수에 비례하여 회전시키는 제어장치의 구성이 도시되어 있는 바, 상기 하부 캠링(3b)의 외주면에는 원주기어가 형성되고, 이 원주기어와 치합하는 랙기어는 유압실린더(5)의 피스톤로드(5a)에 형성되며, 상기 피스톤로드(5a)는 유압실린더(5)의 내부에 전후로 이동가 능하게 설치된 유압피스톤(5b)에 연결된다.

상기 유압실린더(5)에는 상기 유압피스톤(5b)을 기준으로 일측에 2개의 바이패스 유로(6a,6b)가 축방향으로 나란하게 형성되고, 상기 유압피스톤(5b)은 유압실린더(5)의 내부에서 스프링(6)을 매개로 탄력적으로 지지되며, 상기 스프링(7)의 일단은 유압실린더(5)의 내부에 고정되게 부착된 스프링시트(7a)에 압착되어 지지되는 반면에 타단은 상기 유압피스톤(5b)에 안착되어 유압피스톤을 탄력적으로 지지하게 된다.

상기 유압실린더(5)에는 유압피스톤(5b)을 기준으로 타측에 오일이 유입되는 유입구(5c)가 형성되고, 상기 오일 유입구(5c)는 유압펌프의 오일 토출구(8)에 오일을 공급받을 수 있도록 연결된다.

상기 바이패스 유로(6a,6b)는 유압펌프의 오일 흡입부측에 연결되어 일정 압력 이상이 걸리면 바이패스 유로가 개방되어서 유압실린더 내부의 오일이 오일 흡입부측으로 유입되게 된다.

도 7과 도 8에는 각각 본 발명에 따른 하부 캠링의 제어장치의 작동이 도시되어 있는 바, 즉 유압펌프가 엔진의 회전동력을 전달받아 구동하면 유압펌프에서 토출되는 유량이 동력조향장치에 공급되어져 운전자의 조향핸들의 조작력을 보조하게 된다.

그리고 유압펌프의 토출구(8)에서 토출되는 일부 유량은 상기 유압실린더(5)의 오일 유입구(5c)를 통해 유압실린더로 공급된다.

이에 따라 상기 유압피스톤(5b)의 일측에는 공급되는 오일의 압력이 작용하 는 반면에 유압피스톤의 타측에는 상기 스프링(7)의 탄성 저항력과 오일의 저항력이 복합적으로 작용하게 되는 데, 유압펌프에서 토출하여 공급되는 오일의 압력이 클 경우에는 유압피스톤이 상기 스프링(7)을 압축시키면서 전진하게 되고, 유압피스톤의 전진 운동으로 피스톤로드도 전진 운동을 해서 상기 하부 캠링(3b)을 회전시키게 된다. 상기 유압피스톤(5b)의 전진 운동에 따라 상기 2개의 바이패스 유로(6a,6b)를 통해 유압실린더 내부의 일측에 충진되어 있던 오일이 유압펌프의 오일 흡입부측으로 유동하게 된다.

즉 유압피스톤의 양측에 작용하는 힘이 평형을 이룰 때까지 유압피스톤이 전진하면서 상기 하부 캠링(3b)이 유압피스톤의 전진 스트로크만큼 회전하게 되는 것이다.

그리고 유압펌프가 고속으로 운전되어 유압펌프에서 토출되는 유량과 유압이 증대되면, 도 8에 도시한 바와 같이 상승된 유압에 의해 유압피스톤(5b)이 더욱더 전진하고, 유압피스톤(5b)이 일측 바이패스 유로(6b)를 넘어서게 되면 단지 하나의 바이패스 유로(6a)를 통해서만 유압실린더의 일측 내부의 오일이 빠져나가게 되는 반면에 유압펌프에서 토출되어 유압실린더로 공급되는 일부 유량은 상기 바이패스 유로(6b)를 통해 다시 유압펌프로 드레인되며, 이때에 유압피스톤의 양측에 작용하는 압력은 동일하게 되어서 유압피스톤의 전진 운동은 중단되게 되면서 하부 캠링이 최대로 회전(본 발명의 실시예에서 90도 회전)하여 도 5에 도시된 상태로 상부 캠링에 대해 하부 캠링이 최대로 위상변화를 가져서 유압펌프에서 토출되는 유량과 유압은 최소한으로 줄어들게 된다.

상기 스프링(7)의 탄성계수와 상기 바이패스 유로(6a,6b)의 위치를 적절히 조절하면 하부 캠링(5b)이 회전하기 시작하는 엔진의 회전수와 하부 캠링의 회전각도를 용이하게 튜닝할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 캠링과 로터의 결합 및 분해 사시도,

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 캠링이 엔진 회전수에 따라 가변되는 위상 변화 설명도,

도 6은 본 발명에 따른 하부 캠링의 제어장치의 구성도,

도 7과 도 8은 각각 본 발명에 따른 하부 캠링의 제어장치의 작동 설명도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-로터 2-베인

3-캠링 4-오일가압공간

5-유압실린더 6a,6b-바이패스 유로

7-스프링 8-토출구

Claims

캠 프로파일을 가지고서 고정되게 설치된 상부 캠링과, 캠 프로파일을 가지고서 상기 상부 캠링에 대해 상대 회전가능하게 설치되는 하부 캠링 및, 상기 상부 캠링과 하부 캠링의 캠 프로파일이 형성하는 내부 공간에 삽입되어 회전하면서 다수개의 베인을 원심력으로 토출시켜 오일을 가압하는 로터를 구비한 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 상부 캠링과 하부 캠링의 캠 프로파일이 동일한 프로파일을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 하부 캠링은 유압펌프에서 토출되는 유압에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.
청구항 3에 있어서, 상기 하부 캠링은 상기 유압펌프에서 토출되는 일부 유량을 공급받아 상기 유압으로 작동하는 유압실린더에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.
청구항 4에 있어서, 상기 하부 캠링의 외주면에는 원주방향으로 원주기어가 형성되고, 상기 유압실린더는 상기 원주기어와 치합하는 랙기어를 구비한 피스톤로드와, 이 피스톤로드에 일체로 연결되어 전후로 이동가능하게 내장되는 유압피스톤, 이 유압피스톤을 탄력적으로 지지하는 스프링을 구비한 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.
청구항 5에 있어서, 상기 유압피스톤을 기준으로 상기 유압실린더의 일측에는 축방향으로 소정 간격을 두고 2개의 바이패스 유로가 형성되고, 타측에는 상기 유압펌프에서 토출되는 오일을 공급받는 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 동력조향장치의 유압펌프용 유량제어장치.