KR20180071372A

KR20180071372A - 유압 펌프 제어 시스템

Info

Publication number: KR20180071372A
Application number: KR1020187016150A
Authority: KR
Inventors: 아닐 바라사헵 칼파스; 로버트 레슬리 이삭스; 아비나쉬 다다소 파틸; 아미트 란지트 판찰; 요지라즈 피라케; 아닐 게가데
Original assignee: 이턴 인텔리전트 파워 리미티드
Priority date: 2015-11-15
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-06-27
Also published as: BR112018009773B8; US10954927B2; DK3374639T3; BR112018009773A2; JP2018533692A; CN108431417A; JP6921071B2; EP3374639B1; CA3005333A1; EP3374639A1; MX2018006025A; EP3374639A4; BR112018009773A8; CN108431417B; BR112018009773B1; US20200256326A1; WO2017083839A1

Abstract

유압 펌프 시스템은 펌프의 기동 시 요구된 전기 전류를 감소시키며 펌프에 대한 기동 토크를 감소시키도록 동작 가능한 펌프 제어 시스템을 포함한다. 펌프 제어 시스템은 사판이 그것의 최대 토출 위치로부터 그것의 중립 위치로 변할 때 밸브 스풀이 사판으로부터의 바이어싱력을 극복할 필요가 없도록 스프링 시트와 밸브 스풀 사이에 갭을 포함할 수 있다.

Description

유압 펌프 제어 시스템

관련 출원들에 대한 상호-참조

본 출원은 PCT 국제 특허 출원으로서 2016년 11월 14일에 출원되며 2015년 11월 15일에 출원된 인도 특허 출원 번호 제3720/DEL/2015호의 이득을 주장하고 2015년 11월 15일에 출원된 인도 특허 출원 번호 제3721/DEL/2015의 이득을 주장하며, 그것의 개시들은 여기에서 전체적으로 참조로서 통합된다.

유압 시스템들은 유압 및 흐름을 사용하여 에너지를 전달하기 위해 사용된다. 통상적인 유압 시스템은 전원(예로서, 전기 모터, 연소 기관 등)으로부터의 에너지/전력을 작동기 또는 다른 디바이스들과 같은, 로드에서 유용한 작업을 제공하기 위해 사용된 유압 및 흐름으로 변환하기 위해 하나 이상의 유압 펌프들을 포함한다. 유압 펌프는 통상적으로 실린더들을 획정하는 회전자 및 실린더들 내에서 왕복 운동하는 피스톤들을 포함한다. 입력 샤프트는 회전자에 결합되며 회전자를 회전시키기 위해 토크를 공급한다. 회전자가 입력 샤프트의 중심 축 주위에서 회전함에 따라, 피스톤들은 회전자의 실린더들 내에서 왕복 운동하여, 유압유가 펌프의 입력 포트로 끌어 들여지고 펌프의 출력 포트로부터 방출되게 한다. 가변 용량형 펌프에서, 회전자의 각각의 회전 동안 펌프에 의해 방출된 유체의 양(펌프의 토출 체적)은 로드에 대응하는 유압유 및 흐름 수요들에 매칭시키기 위해 변경될 수 있다. 통상적으로, 펌프의 토출 체적은 그것들 각각의 실린더들 내에서 피스톤들의 스트로크 길이를 변경함으로써 변경된다.

가변 용량형 펌프의 일 예는 사판 피스톤 엔진의 조정 디바이스라는 제목의, 미국 특허 번호 제6,725,658호에서 개시된다. 개시에서, 조정 디바이스는 사판 구성으로 축방향 피스톤 엔진의 사판을 조정하기 위해 제공된다. 조정 디바이스는 펌프 하우징의 보어로 삽입된 제어 밸브 및 제어 밸브의 밸브 피스톤에 대한 제어력을 획정하는 작동기를 포함한다. 작동기는 솔레노이드를 포함할 수 있다. 밸브 피스톤 상에서 작동기에 의해 가해진 제어력이 증가하거나 또는 감소함에 따라, 새로운 평형점이 작동기에 의해 가해진 제어력 및 재조정 스프링에 의해 가해진 저항력 사이에서 발생한다.

일반적인 말로, 본 개시는 유압 펌프를 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 하나의 가능한 구성에서 및 비-제한적인 예에 의해, 상기 제어 시스템은 상기 펌프의 시작시 요구된 전기 전류를 감소시키며, 그에 의해 상기 펌프에 대한 기동 토크를 감소시키도록 구성된다. 다양한 양상들이 본 개시에서 설명되며, 이것은 이에 제한되지 않지만, 다음의 양상들을 포함한다.

일 양상은 가변 용량형 펌프 및 제어 시스템을 포함한 유압 펌프 시스템이다. 상기 가변 용량형 펌프는 케이스 압력을 가진 케이스 체적을 획정하는 펌프 하우징, 시스템 출구, 상기 펌프 하우징 내에 장착된 회전 그룹, 및 사판을 포함한다. 상기 회전 그룹은 복수의 실린더들을 획정하는 회전자, 및 상기 회전자가 유압유를 상기 시스템 출구 밖으로 향하게 하며 시스템 출구 압력을 제공하는 펌핑 동작을 제공하기 위해 회전 축 주위에서 회전됨에 따라 상기 실린더들 내에서 왕복 운동하도록 구성된 복수의 피스톤들을 포함한다. 상기 사판은 상기 피스톤들의 스트로크 길이 및 상기 펌프의 토출 체적을 변경하기 위해 상기 회전 축에 대하여 피봇팅되도록 구성된다. 상기 사판은 제1 펌프 토출 위치 및 제2 펌프 토출 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 사판은 상기 제1 펌프 토출 위치를 향해 바이어싱된다. 상기 제어 시스템은 상기 사판의 펌프 토출 위치를 제어하도록 동작한다. 상기 제어 시스템은 적어도 부분적으로 상기 펌프 하우징의 보어 내에 장착된다. 상기 보어는 세로 축을 갖는다. 상기 제어 시스템은 제어 피스톤 및 제어 밸브 어셈블리를 포함한다. 상기 제어 피스톤 어셈블리는 제1 튜브 단부 및 제2 튜브 단부를 가지며 상기 보어 내에서 세로 축을 따라 상기 제1 및 제2 튜브 단부들 사이에서 확장되며 피스톤 가이드 튜브 내에 중공 부분을 획정하는 상기 피스톤 가이드 튜브를 포함한다. 상기 제어 피스톤 어셈블리는 상기 보어에 적어도 부분적으로 장착되며 상기 세로 축을 따라 이동 가능한 제어 피스톤을 추가로 포함한다. 상기 제어 피스톤은 상기 사판으로부터 바이어싱력을 수용하도록 적응된 제1 피스톤 단부 및 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부에 작용하는 제어 압력에 의해 발생된 토출 제어력을 수용하도록 적응된 제2 피스톤 단부를 갖는다. 상기 바이어싱력 및 상기 토출 제어력은 상기 세로축을 따라 반대 방향들에 있다. 상기 제어 피스톤은 그 안에 획정되며 상기 피스톤 가이드 튜브의 중공 부분과 함께 케이스 압력 챔버를 획정하기 위해 상기 피스톤 가이드 튜브를 적어도 부분적으로 수용하는 피스톤 홀을 포함한다. 상기 케이스 압력 챔버는 상기 케이스 체적과 유체 연통한다. 상기 제어 밸브 어셈블리는 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부로 공급된 제어 압력을 제어한다. 상기 제어 밸브 어셈블리는 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부가 상기 케이스 체적 및 상기 시스템 출력과 선택적으로 유체 연통할 수 있게 하도록 동작 가능하다. 상기 제어 시스템은 파일럿 압력을 제공할 수 있는, 상기 제어 밸브 어셈블리를 제어하는 밸브 작동 시스템을 추가로 포함한다.

또 다른 양상은 가변 용량형 펌프 및 제어 시스템을 포함한 가변 용량형 펌프 시스템이다. 상기 가변 용량형 펌프는 케이스 압력을 가진 케이스 체적을 획정하는 펌프 하우징, 시스템 압력을 가진 시스템 출구, 상기 펌프 하우징 내에 장착된 회전 그룹, 및 사판을 포함한다. 상기 회전 그룹은 복수의 실린더들을 획정하는 회전자, 및 상기 회전자가 상기 시스템 출구 밖으로 유압유를 향하게 하며 시스템 압력을 제공하는 펌핑 동작을 제공하기 위해 회전 축 주위에서 회전됨에 따라 상기 실린더들 내에서 왕복 운동하도록 구성된 복수의 피스톤들을 포함한다. 상기 사판은 상기 피스톤들의 스트로크 길이 및 상기 펌프의 토출 체적을 변경하기 위해 상기 회전 축에 대하여 피봇팅되도록 구성된다. 상기 사판은 최대 토출 위치 및 최소 토출 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 사판은 상기 최대 토출 위치를 향해 바이어싱된다. 상기 제어 시스템은 제어 피스톤 어셈블리 및 제어 밸브 어셈블리를 포함한다. 상기 제어 피스톤 어셈블리는 축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤을 포함한다. 상기 제어 피스톤은 상기 사판으로부터 바이어싱력을 수용하도록 적응된 제1 피스톤 단부 및 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부에 작용하는 제어 압력에 의해 발생된 토출 제어력을 수용하도록 적응된 제2 피스톤 단부를 갖는다. 상기 바이어싱력 및 상기 토출 제어력은 상기 세로 축을 따라 반대 방향들에 있다. 상기 제어 밸브 어셈블리는 제1 밸브 위치, 제2 밸브 위치, 및 제 3 밸브 위치로 이동 가능하다. 상기 제1 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부는 상기 케이스 체적과 유체 연통한다. 상기 제2 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부 상에 인가된 제어 압력이 상기 사판의 바이어싱력에 반하여 상기 제어 피스톤을 이동시키기 위해 증가하며, 그에 의해 상기 사판을 최소 토출 위치를 향해 이동하도록 상기 시스템 압력과 유체 연통한다. 상기 제 3 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부 상에 인가된 제어 압력이 상기 사판의 바이어싱력으로 하여금 상기 제어 피스톤 뒤로 이동하도록 허용하기 위해 감소하도록 상기 케이스 체적과 유체 연통한다.

상기 특징들 및 이점들 및 본 교시들의 다른 특징들 및 이점들은 수반되는 도면들과 관련되어 취해질 때 본 교시들을 실행하기 위한 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백하다.

도 1a는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템의 전방 투시도이다.
도 1b는 도 1a의 가변 용량형 펌프 시스템의 후방 투시도이다.
도 2는 도 1a의 가변 용량형 펌프의 단면도이다.
도 3은 도 1a의 가변 용량형 펌프 시스템의 개략도이다.
도 4는 제1 상태에서 도 3의 가변 용량형 펌프 시스템의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 5는 제2 상태에서 도 4의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 6은 제 3 상태에서 도 4의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 7a는 종래 기술의 펌프 제어 시스템의 동작을 예시한, 유압유 유량 대 솔레노이드 전류의 그래프이다.
도 7b는 도 4 내지 도 6의 펌프 제어 시스템의 예시적인 동작을 예시한, 유압유 유량 대 솔레노이드 전류의 그래프이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 대표적인 실시예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템의 개략도이다.
도 9는 제1 상태에서 도 8의 가변 용량형 펌프 시스템의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 10은 제2 상태에서 도 9의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10의 펌프 제어 시스템에 공급된 솔레노이드 전류 대 유압유 유량의 그래프이다.
도 12a는 본 개시의 또 다른 대표적인 실시예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템의 전방 투시도이다.
도 12b는 도 12a의 가변 용량형 펌프 시스템의 후방 투시도이다.
도 13은 도 12a의 가변 용량형 펌프의 단면도이다.
도 14는 도 12a의 가변 용량형 펌프 시스템의 개략도이다.
도 15는 도 14의 가변 용량형 펌프 시스템의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.
도 16은 본 개시의 또 다른 대표적인 실시예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템의 개략도이다.
도 17은 도 16의 가변 용량형 펌프 시스템의 펌프 제어 시스템의 단면도이다.

다양한 실시예들이 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 여러 뷰들 전체에 걸쳐 유사한 부분들 및 어셈블리들을 나타낸다.

일반적으로, 본 개시의 일 양상에 따른 가변 용량형 펌프 시스템은 유압식 가변 용량형 펌프를 위한 모듈식 전자 토출 제어 시스템을 이용한다. 제어 시스템은 조작자가, 제어 시스템에 대하여, 전기 전류와 같은, 명령 신호를 변경함으로써 펌프 토출을 제어할 수 있게 한다. 이와 같이, 펌프의 동작은 편리하며 단순하다. 특정한 예들에서, 본 개시의 제어 시스템은 가변 용량형 펌프 시스템의 시작 시 요구된 전기 전류를 감소시키며, 그에 의해 에너지, 전력, 및/또는 토크 요건들을 감소시킨다. 특정한 예들에서, 본 개시에 따른 제어 시스템들은 펌프 토출이 펌프에 대한 기동 토크 요건들을 감소시키기 위해 시동 시 최소 토출로 효율적으로 향해지도록 허용한다. 특정한 예들에서, 제어 시스템은 사판이 그것의 최대 토출 위치로부터 그것의 정상 위치(즉, 그것의 최소 토출 위치)로 변할 때 밸브 스풀이 사판으로부터 바이어싱력을 극복할 필요가 없도록 스프링 시트 및 밸브 스풀 사이에 갭을 제공한다. 대신에, 사판은 시스템 압력을 사용하여 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 이동한다. 뿐만 아니라, 제어 시스템으로 페일-세이프(fail-safe) 옵션들을 통합하고 최소 및 최대 토출들 양쪽 모두에 대한 페일-세이프 옵션들을 구성하는 것이 가능하며, 이것은 펌프가 전기 신호가 손실될 때 요건에 따라 전체 스트로크를 구동하도록 허용한다.

본 개시의 가변 용량형 펌프 시스템은 또한 솔레노이드 작동기 및 파일럿 압력 밸브와 같은, 상이한 유형들의 밸브 작동 시스템들을 상호 교환 가능하게 사용하도록 구성된다.

특정한 예들에서, 본 개시에 따른 가변 용량형 펌프 시스템은 유압식 가변 펌프의 토출을 제어하기 위해 파일럿 압력을 이용한다. 가변 용량형 펌프 시스템은 스와시 토출 및 그러므로 기동 토크를 감소시키기 위해 파일럿 압력을 사전 설정된 값으로 설정함으로써 엔진에 대한 기동 토크를 감소시킬 수 있다. 제어 시스템으로 페일-세이프 옵션들을 통합하고 최소 및 최대 토출들 양쪽 모두에 대해 페일-세이프 옵션들을 구성하는 것이 또한 가능하며, 이것은 펌프로 하여금 원격 파일럿 신호가 손실될 때 요건에 따라 전체 스트로크를 구동하거나 또는 디-스트로크하도록 허용한다. 유압식 가변 펌프로 파일럿 압력을 제공하기 위한 디바이스는 펌프로부터 원격에 배치될 수 있으며, 조작자가 파일럿 압력을 변경함으로써 펌프의 토출을 제어하도록 허용한다. 이와 같이, 펌프의 동작은 편리하며 단순하다. 파일럿 압력이 펌프로부터 원격으로 공급될 수 있기 때문에 가변 용량형 펌프 시스템은 보다 적은 공간을 차지하며 따라서 제한된 공간에서 사용될 수 있다.

도 1a, 도 2b, 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 대표적인 실시예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템(100)이 설명된다. 가변 용량형 펌프 시스템(100)은 펌프 제어 시스템(104)에 의해 제어된 가변 용량형 펌프(102)를 포함한다. 펌프 제어 시스템(104)은 가변 용량형 펌프(102)의 사판(116)의 위치를 제어하도록 동작하며, 그에 의해 펌프(102)의 토출 체적을 제어한다.

이 예에서, 가변 용량형 펌프(102)는 사판 구성을 가진 축방향 피스톤 펌프로서 구성된다. 사판 구성을 가진 축방향 피스톤 펌프의 기본 구조 및 동작이 일반적으로 관련 기술 분야에서 알려져 있으므로, 가변 용량형 펌프(102)의 설명은 펌프 제어 시스템(104)과 연관된 요소들에 제한된다.

도 2를 참조하면, 가변 용량형 펌프(102)는 펌프 하우징(110), 회전 그룹(112), 입력 샤프트(114), 및 사판(116)을 포함한다.

펌프 하우징(110)은 가변 용량형 펌프(102)의 구성요소들 중 적어도 일부를 하우징하도록 구성된다. 몇몇 예들에서, 펌프 하우징(110)은 베이스 몸체(110A) 및 베이스 몸체(110A)와 결합된 커버 몸체(110B)를 포함한다. 펌프 하우징(110)은 케이스 압력(P_C)을 가진 케이스 체적(220)(도 3에서 개략적으로 참조)을 획정한다. 케이스 체적(220)은 회전 그룹(112)을 윤활시키고 냉각시키기 위한 유압유를 포함할 수 있다. 케이스 체적(220) 내에서의 유압유는 케이스 압력(P_C)에서 유지된다.

회전 그룹(112)은 펌프 하우징(110)의 케이스 체적(220) 내에 장착되며, 피스톤들(124)을 수용하는 복수의 피스톤 실린더들(122)을 획정하는 회전자(120)를 포함한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 회전 그룹(112)은, 입력 샤프트(114)와 함께, 사판(116)에 대하여 축(A1) 주위에서 회전한다.

입력 샤프트(114)는 펌프 하우징(110) 내에서 회전 가능하게 장착되며 회전 축(A1)을 획정한다. 입력 샤프트(114)는 입력 샤프트(114)로부터 회전자(120)로 토크를 전달하기 위해 회전자(120)에 결합되며, 그에 의해 입력 샤프트(114) 및 회전자(120)가 회전 축(A1)에 대하여 함께 회전하도록 허용한다. 몇몇 예들에서, 스플라인 연결이 입력 샤프트(114) 및 회전자(120) 사이에서 제공될 수 있다. 묘사된 바와 같이, 입력 샤프트(114)는 펌프 하우징(110)에서 제1 베어링(130) 및 제2 베어링(132) 상에 장착되며 펌프 하우징(110)에 대하여 회전 축(A1) 주위에서 회전 가능하다.

사판(116)은 또한 펌프 하우징(110) 내에 배치된다. 사판(116)은 중립 위치(P_MIN) 및 최대 토출 위치(P_MAX) 사이에서 회전 축(A1)에 대하여 피봇식으로 회전 가능하다. 중립 위치는 또한 여기에서 최소 토출 위치로 불리울 수 있다. 사판(116)의 움직임은 회전 축(A1)에 대하여 사판(116)의 각도를 변경시킨다는 것이 이해될 것이다. 회전 축(A1)에 대하여 사판(116)의 각도를 변경하는 것은 가변 용량형 펌프(102)의 토출 체적을 변경한다. 토출 체적은 회전 그룹(112)의 각각의 회전 동안 가변 용량형 펌프(102)에 의해 토출된 유압유의 양이다. 사판(116)이 중립 위치에 있을 때, 펌프 토출은 최소 값을 갖는다. 몇몇 예들에서, 최소 값은 제로 토출일 수 있다. 사판(116)이 최대 토출 위치에 있을 때, 가변 용량형 펌프(102)는 최대 토출 값을 갖는다.

회전 그룹(112)의 피스톤들(124)은 유압 슈들(142)이 장착되는 원통형 헤드들(140)을 포함한다. 유압 슈들(142)은 사판(116)의 반대편에 있는 단부 표면들(144)을 갖는다. 통상적으로, 유압유는 사판(116)에 대하여 회전 축(A1) 주위에서 회전 그룹(112)을 회전시키는 것을 가능하게 하는 유압식 베어링 층을 단부 표면들(144) 및 사판(116) 사이에 제공한다. 사판(116)이 중립 위치에 있을 때, 사판(116)은 일반적으로 회전 축(A1)에 대하여 수직이며 그에 의해 그것들 각각의 피스톤 실린더들(122) 내에서의 피스톤들(124)의 스트로크 길이가 0에 있거나 또는 0 가까이에 있게 한다. 회전 축(A1)에 대하여 사판(116)의 각도를 조정함으로써, 그것들의 대응하는 피스톤 실린더들(122) 내에서의 피스톤들(124)의 스트로크 길이가 조정된다. 사판(116)이 회전 축(A1)에 대하여 수직이 아닌 각도로 배치될 때, 피스톤들(124)은 회전 축(A1) 주위에서 회전자(120)의 각각의 회전 동안 그것들의 대응하는 회전자 실린더들(122)에 대하여 안에서의 하나의 스트로크 길이 및 밖에서의 하나의 스트로크 길이를 통해 순환한다. 스트로크 길이는 사판(116)이 중립 위치로부터 최대 토출 위치를 향해 이동됨에 따라 증가한다. 피스톤들(124)이 그것들의 대응하는 피스톤 실린더들(122) 내에서 왕복 운동함에 따라, 회전 그룹(112)은 유압유를 가변 용량형 펌프(102)의 시스템 입구(150)(도 3에서 개략적으로 참조)로 끌어들이며 가변 용량형 펌프(102)의 시스템 출구(152)(도 3에서 개략적으로 참조) 밖으로 유압유를 빼는 펌핑 동작을 제공한다. 시스템 출력(152)은 케이스 압력(P_C)(또한 여기에서 탱크 압력으로 불리우는)보다 높은, 시스템 압력(P_S)을 갖는다.

계속해서 도 2를 참조하면, 제어 시스템(104)은 사판(116)과 상호 작용하며 중립 위치 및 최대 토출 위치 사이에서 사판(116)의 펌프 토출 위치를 제어한다. 예시된 바와 같이, 제어 시스템(104)은 적어도 부분적으로 펌프 하우징(110)에 의해 획정된 실린더 또는 보어(160)에서 장착된다. 펌프 하우징(110)의 보어(160)는 세로 축(A2)을 갖는다. 몇몇 예들에서, 제어 시스템(104)은 펌프 하우징(110)의 보어(160)로 직접 수용되며, 그것과 접촉한다. 다른 예들에서, 슬리브는 보어(160) 내에 배치될 수 있으며 제어 시스템(104)은 적어도 부분적으로 슬리브 내에 장착될 수 있다.

제어 시스템(104)은 제어 피스톤 어셈블리(170) 및 제어 밸브 어셈블리(172)를 포함한다. 제어 시스템(104)은 밸브 작동 시스템(174)을 추가로 포함할 수 있다.

도 2에 예시된 바와 같이, 제어 피스톤 어셈블리(170)는 피스톤 가이드 튜브(180) 및 제어 피스톤(182)을 포함한다. 피스톤 가이드 튜브(180)는 제1 튜브 단부(186) 및 반대편의 제2 튜브 단부(188)를 가지며, 제2 튜브 단부(188)에서 제어 밸브 어셈블리(172)에 고정된다. 피스톤 가이드 튜브(180)는 원통형일 수 있으며 그것 내에 중공 부분(210)(도 3에서 개략적으로 참조)을 획정하는, 제1 및 제2 튜브 단부들(186 및 188) 사이에서 확장된다.

제어 피스톤(182)은 회전 축(A1)에 대하여 사판(116)의 위치 또는 각도를 제어하기 위해 사용된다. 제어 피스톤(182)은 적어도 부분적으로 펌프 하우징(110)의 보어(160)에 장착되며 세로 축(A2)을 따라 이동 가능하다. 제어 피스톤(182)은 세로 축(A2)을 따라 제1 피스톤 단부(192) 및 반대편의 제2 피스톤 단부(194)를 갖는다. 제어 피스톤(182)의 제1 피스톤 단부(192)는 사판(116)에 맞물려 도시된다. 스와시 스프링(196)은 최대 토출 위치를 향해 사판(116)을 바이어싱하기 위해 펌프 하우징(110) 내에서 제공된다. 회전 축(A1)에 대하여 사판(116)의 각도는 보어(160) 내에서 축방향으로(즉, 세로 축(A2)을 따라) 제어 피스톤(182)을 이동시킴으로써 조정된다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)는 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)에 작용하는 제어 압력에 의해 발생된 토출 제어력을 수용하도록 적응된다. 이러한 토출 제어력은 세로 축(A2)을 따라 사판(116)에 인가된 스와시 스프링(196)의 바이어싱력의 반대 방향에서 획정된다. 제어 압력은 제어 피스톤(182)이 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 사판(116)을 이동시키게 하기 위해 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)에 인가될 수 있다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)로의 제어 압력에 의해 발생된 힘은 최대 토출 위치로부터 중립 위치를 향해 사판(116)을 이동시키기 위해 스와시 스프링(196)의 스프링력(실린더들(122) 내에서의 압력에 의해 인가되며 피스톤들(124) 및 슈들(142)을 통해 사판(116)으로 송신된 힘과 같은, 사판(116)으로 도입된 다른 힘들을 포함한)을 초과해야 한다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)로 인가된 힘이 스와시 스프링(196)의 스프링력(사판(116)으로 도입된 다른 힘들을 포함한)보다 작을 때, 사판(116)은 최대 토출 위치를 향해 뒤로 이동된다.

이하에서 설명되는 바와 같이, 제어 피스톤(182)은 그 안에 획정된 피스톤 홀(212)(도 3 및 도 4 참조)을 포함한다. 피스톤 홀(212)은 또한 피스톤 보어로 불리울 수 있다. 피스톤 홀(212)은 케이스 압력 챔버(214)(도 3 및 도 4 참조)를 획정하기 위해 피스톤 가이드 튜브(180)를 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된다. 몇몇 예들에서, 제어 피스톤(182)의 피스톤 홀(212)은 펌프 하우징(110)의 케이스 체적(220)과 유체 연통하는 챔버(즉, 케이스 압력 챔버(214))를 획정하기 위해 피스톤 가이드 튜브(180)의 중공 부분(210)과 협력한다.

계속해서 도 2를 참조하면, 제어 밸브 어셈블리(172)는 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부로 공급된 제어 압력을 제어하도록 동작한다. 몇몇 예들에서, 제어 밸브 어셈블리(172)는 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194)가 케이스 체적(220) 및 시스템 출력(152)과 선택적으로 유체 연통할 수 있게 하도록 동작할 수 있다.

계속해서 도 2를 참조하면, 밸브 작동 시스템(174)은 제어 밸브 어셈블리(172)를 제어하도록 동작한다. 밸브 작동 시스템(174)은 다양한 유형들일 수 있다. 도 2 내지 도 11의 예시된 예에서, 밸브 작동 시스템(174)은 솔레노이드 엔클로저 내에 코어 튜브(176) 및 코일(178)을 포함하는 솔레노이드 작동기로서 구성된다. 솔레노이드 작동기에 의한 작동력 또는 편위는 솔레노이드 작동기로 공급된 여자 전류에 비례할 수 있다. 다른 예들에서, 밸브 작동 시스템(174)은 도 12 내지 도 17에서 설명된 바와 같이 파일럿 압력을 이용한다.

몇몇 예들에서, 펌프 제어 시스템(104)은 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 압력 보상 밸브 장치(106)를 추가로 포함한다. 압력 보상 밸브 장치(106)는 설정 압력에서 펌프를 디-스트로킹함으로써 펌프의 압력을 제한하도록 동작한다. 설정 압력이 초과될 때, 펌프 제어 시스템(104)은 오버라이드 라인(153)을 통해 제어 압력 챔버(230)와 유체 연통하는 펌프(102)의 시스템 출력(152)을 위치시킨다. 이러한 방식으로, 제어 압력 챔버(230)는 중립 위치를 향해 사판(116)을 이끄는 시스템 압력(P_S)에서 설정되며, 그에 의해 피스톤들의 스트로크 거리를 감소시키며, 이것은 그 외 원하는 양을 초과할 체적 출력을 감소시킨다. 오버라이드 라인(153)은 제어 밸브 어셈블리(172)를 바이패스하며 시스템 압력(P_S)이 제어 밸브 스풀(282)의 위치에 관계없이 제어 압력 챔버(230)에 제공되도록 허용한다. 오버라이드 라인(153)은 단지 유압유가 제어 압력 챔버(230)를 향해 흐르도록 허용하는 단-방향 체크 밸브(155)를 포함할 수 있다. 압력 보상 밸브 장치(106)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 전류가 손실될 때(밸브 작동 시스템(174)이 솔레노이드 작동기인 경우) 또는 파일럿 압력 신호가 손실될 때(밸브 작동 시스템(174)이 파일릿 압력인 경우), 최소 및 최대 토출들에 대한 페일-세이프 옵션들 양쪽 모두를 가질 수 있다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 펌프 제어 시스템(104)의 대표적인 실시예가 보다 상세하게 설명된다.

도 3은 가변 용량형 펌프(102) 및 펌프 제어 시스템(104)을 포함한 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 개략도이다. 도 3에서, 가변 용량형 펌프 시스템(100)은 그것의 동작을 일반적으로 도시하기 위해 개략적으로 예시된다. 갭, 씰들, 및 다른 요소들과 같은, 특정 구조적 피처들의 모두가 도 3에서 도시되지는 않는다.

상기 설명된 바와 같이, 제어 피스톤 어셈블리(170)는 중공 부분(210)을 가진 피스톤 가이드 튜브(180), 및 피스톤 홀(212)을 가진 제어 피스톤(182)을 포함한다. 피스톤 가이드 튜브(180)의 중공 부분(210) 및 제어 피스톤(182)의 피스톤 홀(212)은 제어 피스톤(182)을 통해 제공된 드레인 홀(222)을 통해 케이스 체적(220)과 유체 연통하는 케이스 압력 챔버(214)를 획정한다. 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이, 드레인 홀(222)은 제어 피스톤(182)의 제1 피스톤 단부(192)에서 또는 그것에 인접하여 획정될 수 있다. 케이스 압력 챔버(214)가 케이스 체적(220)과 계속 유체 연통한 채로 있으므로, 케이스 압력 챔버(214)는 가변 용량형 펌프(102)의 동작 전체에 걸쳐 케이스 압력(P_C)에서 또는 그 가까이에서 유지된다.

제어 피스톤 어셈블리(170)는 제어 압력이 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 인가되는 제어 압력 챔버(230)를 추가로 포함한다. 몇몇 예들에서, 제어 압력 챔버(230)는 보어(160), 피스톤 가이드 튜브(180), 제어 피스톤(182)(즉, 그것의 제2 피스톤 단부(194)), 및 제어 밸브 어셈블리(172)에 의해 획정된다. 여기에서 설명된 바와 같이, 제어 압력 챔버(230)는 제어 밸브 어셈블리(172)의 동작 피스톤에 의존하여, 케이스 체적(220)(또는 시스템 입구(150)) 및 시스템 출력(152)과 선택적으로 유체 연통한다.

피스톤 가이드 튜브(180)는 제어 압력 챔버(230) 및 케이스 압력 챔버(214) 사이에 획정되는 오리피스(232)를 포함할 수 있다. 오리피스(232)는 제어 압력 챔버(230)에서 생기는 임의의 의도되지 않은 유체 압력을 서서히 줄이기 위해 사용된다.

계속해서 도 3을 참조하면, 제어 밸브 어셈블리(172)는, 제1 밸브 위치(250), 제2 밸브 위치(252), 및 제 3 밸브 위치(254)와 같은, 3개의 상이한 위치들로 이동 가능하다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(250)로 바이어싱된다. 몇몇 예들에서, 제어 밸브 어셈블리(172)는 밸브 작동 시스템(174)에 의해 작동되지 않을 때(즉, 밸브 작동 시스템(174)이 동작 중이 아닐 때) 제1 밸브 위치(250)에 있다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(250)로부터 제2 밸브 위치(252)로, 및 제2 밸브 위치(252)로부터 제 3 밸브 위치(254)로 이동할 수 있다. 예를 들면, 밸브 작동 시스템(174)이 솔레노이드 작동기인 경우, 제어 밸브 어셈블리(172)는 적은 전류가 밸브 작동 시스템(174)으로 공급되거나 또는 공급되지 않을 때 제1 밸브 위치(250)에 있다. 밸브 작동 시스템(174)으로 공급된 전류가 증가함에 따라, 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(250)로부터 제2 밸브 위치(252)로, 및 그 후 제 3 밸브 위치(254)로 이동한다.

이와 같이, 이 예에서, 밸브 작동 시스템(174)이 동작 중이 아닐 때, 제어 밸브 어셈블리(172)는 구동되지 않으며 제1 밸브 위치(250)에 남아있다. 제1 밸브 위치(250)에서, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 체적(220)과 유체 연통한 채로 있으며, 시스템 출력(152)으로부터의 가압된 유압유는 제어 압력 챔버(230)로 향해지는 것이 금지된다. 그러므로, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 압력(P_C)에서 유지되며, 케이스 압력(P_C)은 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에서 작용한다. 여기에서 설명된 바와 같이, 케이스 압력(P_C)은 최대 토출 위치로부터 중립 위치를 향해 사판(116)을 이동시키기 위한 토출 제어력을 발생시키기에 충분하지 않다.

제어 밸브 어셈블리(172)가 제2 밸브 위치(252)에 있을 때, 제어 압력 챔버(230)는 시스템 출력(152)과 유체 연통하며, 따라서 제2 피스톤 단부(194) 상에 인가된 제어 압력은 시스템 압력(P_S)으로 증가하며, 그에 의해 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 사판(116)을 이동시키기에 충분한 제어력을 발생시킨다.

제어 밸브 어셈블리(172)가 제 3 밸브 위치(254)에 있을 때, 제어 압력 챔버(230)는 제어 압력 챔버(230) 내에서의 제어 압력이 시스템 압력(P_S)으로부터 감소하도록 케이스 체적(220)과 유체 연통한다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 인가된 제어 압력이 떨어짐에 따라, 사판(116)의 바이어싱력은 제어 피스톤(182)을 뒤로 이동시키도록 허용되며, 사판(116)은 중립 위치로부터 최대 토출 위치를 향해 이동한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 펌프 제어 시스템(104)의 대표적인 실시예가 설명된다. 특히, 도 4는, 본 개시의 대표적인 실시예에 따라, 제1 조건에 있는, 펌프 제어 시스템(104)의 단면도이다. 도 5는 제2 조건에서의 펌프 제어 시스템(104)의 단면도이며, 도 6은 제 3 조건에 있는 펌프 제어 시스템(104)의 단면도이다.

예시된 바와 같이, 제어 피스톤 어셈블리(170)는 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188)에 배치된 스프링 시트(270)를 포함한다. 스프링 시트(270)는 피스톤 가이드 튜브(180)에 대하여 세로 축(A2)을 따라 이동 가능하다. 제어 피스톤 어셈블리(170)는 제어 피스톤 어셈블리(170) 내에서 제어 피스톤(182)의 제1 피스톤 단부(192) 및 스프링 시트(270) 사이에 배치된 피드백 스프링(272)을 추가로 포함한다. 피드백 스프링(272)은 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188)를 향해(즉, 제어 밸브 어셈블리(172)의 밸브 스풀(282)을 향해) 스프링 시트(270)를 바이어싱하기 위해 사용된다. 몇몇 예들에서, 제어 피스톤 어셈블리(170)는 세로 축(A2)을 따라 제어 피스톤(182)의 제1 피스톤 단부(192)로부터 스프링 시트(270)를 향해 확장된 스프링 가이드(274)를 포함한다. 피드백 스프링(272)은 스프링 가이드(274) 주위에 배치되며, 그것에 의해 지지된다.

계속해서 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제어 밸브 어셈블리(172)는 밸브 하우징(280) 및 밸브 스풀(282)을 포함한다. 밸브 하우징(280)은 펌프 하우징(110)의 보어(160)에 적어도 부분적으로 장착되며 세로 축(A2)을 따라 밸브 보어(284)를 획정한다. 밸브 하우징(280)은 제1 하우징 단부(290) 및 반대편의 제2 하우징 단부(292)를 갖는다. 제1 하우징 단부(290)는 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188)에 부착된다. 몇몇 예들에서, 밸브 하우징(280)은 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188)를 수용하며 고정시키도록 구성된 제1 하우징 단부(290)에 오목 부분(294)을 포함한다. 제1 하우징 단부(290)에서 세로 축(A2)을 따라 밸브 스풀(282)을 향해 스프링 시트(270)의 축방향 움직임을 정지시키도록 구성된 위치 정지부(296)가 제공된다. 몇몇 예들에서, 위치 정지부(296)는 밸브 보어(284) 및 오목 부분(294)이 만나며 스프링 시트(270)의 직경보다 작은 직경(또는 스프링 시트(270)의 중심을 통과하는 최대 길이)을 갖는 에지로서 형성될 수 있다. 여기에서 설명된 바와 같이, 밸브 스풀(282)이 피드백 스프링(272)의 바이어싱력에 대하여 스프링 시트(270)를 밀지 않을 때, 스프링 시트(270)는 위치 정지부(296) 상에 고정시키며 밸브 스풀(282)과 접촉되는 것이 방지된다.

피스톤 가이드 튜브(180)가 밸브 하우징(280)에 고정될 때, O-링과 같은, 밀봉 요소(302)는 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188) 및 밸브 하우징(280)의 제1 하우징 단부(290) 사이에 배치될 수 있다. 밀봉 요소(302)는 케이스 압력 챔버(214)로부터 제어 압력 챔버(230)를 분리시키도록 동작한다. 몇몇 예들에서, 피스톤 가이드 튜브(180)의 제2 튜브 단부(188)는 스냅 링(304)에 의해 밸브 하우징(280)의 오목 부분(296)에서 체결된다. 다른 방법들이 밸브 하우징(280)과 피스톤 가이드 튜브(180)를 밀봉 결합하기 위해 사용될 수 있다.

예시된 바와 같이, 밸브 하우징(280)의 제2 하우징 단부(292)는 펌프 하우징(110)에 고정되도록 구성된다. 밸브 하우징(280)은, 밸브 하우징(280)이 보어(160)에 스레딩되도록 요구하지 않는 비-스레딩 체결 기술을 사용하여, 펌프 하우징(110)에 고정된다. 밸브 하우징(280)은 간단히 보어(160)로 슬라이딩되며 펌프 하우징(110)에 체결된다. 몇몇 예들에서, 제2 하우징 단부(292)는 펌프 하우징(110)의 보어(160)의 외부 림에 맞물리도록 구성된 장착 플랜지(308)를 포함하며, 하나 이상의 파스너들(310)은 밸브 하우징(280)이 펌프 하우징(110)의 보어(160)로 슬라이딩되면 펌프 하우징(110)에 장착 플랜지(308)를 체결시키기 위해 사용된다. O-링과 같은, 밀봉 요소(312)는 펌프 하우징(110) 및 밸브 하우징(280) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 밸브 하우징(280)이 펌프 하우징(110)의 보어로 수용되고(예로서, 그것으로 슬라이딩되고) 펌프 하우징(110)에 체결되므로, 밸브 하우징(280)은 그것이 밸브 하우징(280)이 보어(160)로 스레딩될 때보다 보어(160)에서 보다 적은 공간을 차지한다. 예를 들면, 스레딩 결합에 대해, 밸브 하우징(280)은 그 주위에 외부 스레딩 부분을 요구하며, 펌프 하우징(110)의 보어(160)는 대응하는 내부 스레딩 부분을 요구한다. 그러므로, 밸브 하우징(280)은 통상적인 밸브 구성요소들(예로서, 채널들, 홀들, 및 홈들)뿐만 아니라 외부 스레딩 부분을 포함하기 위해 보다 긴 길이를 가져야 한다. 스레딩 부분을 제거함으로써, 본 개시의 밸브 하우징(280)은, 보어(160)의 축방향 길이가 일정한 채로 있다면, 세로 축(A2)을 따라 보어(160)의 보다 작은 부분을 사용하며, 그에 의해 제어 피스톤 어셈블리(170)의 보다 긴 길이를 허용한다. 보다 긴 제어 피스톤 어셈블리(170)는 여러 이점들을 갖는다. 예를 들면, 제어 피스톤 어셈블리(170)는 제어 피스톤(182)의 보다 긴 스트로크 길이를 제공할 수 있으며, 이것은 사판(116)의 최소 및 최대 토출 위치들 사이에서 큰 변화를 허용한다. 몇몇 예들에서, 제어 피스톤 어셈블리(170) 및 제어 밸브 어셈블리(172)는 제어 피스톤 어셈블리(170)의 축방향 길이(L1)가 보어(160)에 수용되는 제어 밸브 어셈블리(172)의 일 부분의 축방향 길이(L2)보다 길도록 구성된다. 다른 예들에서, 제어 피스톤 어셈블리(170) 및 제어 밸브 어셈블리(172)는 제어 피스톤 어셈블리(170)의 축방향 길이(L1)가 제어 밸브 어셈블리(172)의 축방향 길이(L3)보다 길도록 구성된다.

계속해서 도 4 내지 도 6을 참조하면, 밸브 스풀(282)은 밸브 보어(284) 내에서 수용된다. 밸브 스풀(282)은 밸브 하우징(280)에 대하여 세로 축(A2)을 따라 이동하도록 밸브 작동 시스템(174)에 의해 구동된다. 밸브 하우징(280) 내에서의 위치에 의존하여, 밸브 스풀(282)은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 제어 압력 챔버(230) 내에서 제어 압력의 크기를 제어할 수 있다. 밸브 스풀(282)은 전방 단부(286) 및 반대편의 후방 단부(288)를 포함한다. 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286)는 스프링 시트(270)를 접촉하고 세로 축(A2)을 따라 피드백 스프링(272)의 바이어싱력에 반하여 이를 이동시키도록 적응된다. 밸브 스풀(282)의 후방 단부(288)는 밸브 작동 시스템(174)에 의해 구동되도록 구성된다.

예시된 바와 같이, 밸브 하우징(280)의 제2 하우징 단부(292)는 밸브 작동 시스템(174)을 장착하도록 구성된다. 몇몇 예들에서, 밸브 하우징(280)은 제2 하우징 단부(292)에서 획정된 작동 공동(320)을 포함한다. 작동 공동(320)은 그 안에서 밸브 작동 시스템(174)을 결합하도록 적응된다. 몇몇 예들에서, 장착 어댑터(322)(또는 너트 또는 부품)가 제공되며 밸브 하우징(280)에 밸브 작동 시스템(174)을 연결하기 위해 밸브 하우징(280)의 작동 공동(320)과 적어도 부분적으로 맞물린다. 밀봉 부재들(324 및 326)은 밸브 하우징(280) 및 장착 어댑터(322) 사이에 및 장착 어댑터(322) 및 밸브 작동 시스템(174) 사이에 배치될 수 있다.

밸브 스풀(282)의 후방 단부(288)는 작동 공동(320) 내에서 밸브 작동 시스템(174)의 출력에 맞물리기 위해 작동 공동(320)으로 확장될 수 있다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 밸브 하우징(280)의 제2 하우징 단부(292)를 향해 밸브 스풀(282)을 바이어싱하도록 구성된 스풀 바이어싱 부재(330)를 추가로 포함한다. 몇몇 예들에서, 스풀 바이어싱 부재(330)는 스프링(332) 및 스프링 시트 판(334)을 포함한다. 스프링 시트 판(334)은 작동 공동(320)에 노출되는 밸브 스풀(282)의 후방 단부(288)에 고정되며, 스프링(332)은 세로 축(A2)을 따라 작동 공동(320)의 최하부 표면 및 스프링 시트 판(334) 사이에 배치된다. 스프링(332)은 작동 공동(320)의 최하부 표면 및 밸브 스풀(282)에 결합된 스프링 시트 판(334) 사이에서 압축되며, 그에 의해 밸브 하우징(280)의 제2 하우징 단부(292)를 향해(즉, 밸브 작동 시스템(174)을 향해) 밸브 스풀(282)을 바이어싱한다.

계속해서 도 4 내지 도 6을 참조하면, 스프링 시트(270)는 제어 밸브 어셈블리(172)의 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286) 및 케이스 압력 챔버(214) 사이에서 유체 연통을 제공하기 위해 그것을 통해 획정된 유체 채널(340)을 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 밸브 스풀(282)은 세로 축(A2)을 따라 그 안에 획정된 유체 채널(342)을 포함한다. 밸브 스풀(282)의 유체 채널(342)은 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286) 및 작동 공동(320) 사이에 유체 연통을 제공하도록 구성된다. 그러므로, 스프링 시트(270)의 유체 채널(340) 및 밸브 스풀(282)의 유체 채널(342)은 제어 피스톤 어셈블리(170)의 케이스 압력 챔버(214) 및 제어 밸브 어셈블리(172)의 작동 공동(320) 사이에서 유체 연통을 허용한다. 이러한 구성은 밸브 스풀(282)의 반대편 축방향 단부들(즉, 전방 및 후방 단부들(286 및 288))이 동일한 압력, 즉 케이스 압력(P_C)에 있게 할 수 있다. 이것은 또한 동일한 압력에서 피스톤 가이드 튜브(180)의 축방향으로 반대 단부들을 유지하며, 그에 의해 대다수의 시스템을 낮은 압력에서 유지한다. 이러한 구성은 시스템에서 밀봉을 제공하는 것을 용이하게 한다.

예시된 바와 같이, 피스톤 가이드 튜브(180) 및 제어 피스톤(182)은 밀봉이 제어 압력 챔버(230) 및 케이스 압력 챔버(214) 사이에 제공되도록 계면(354)(도 4 및 도 5)에서 맞물려진다. 피스톤 가이드 튜브(180) 및 제어 피스톤(182) 사이에서의 맞물림은 제어 피스톤(182)의 스트로크 동안 계면(354)에 남아있다. 계면(354)의 축방향 길이는 제어 피스톤(182)이 제어 밸브 어셈블리(172)로부터 멀어질 때 감소된다. 그러나, 감소된 계면(354)은 케이스 압력 챔버(214) 및 제어 압력 챔버(230) 사이에 적절한 밀봉을 여전히 제공하도록 구성된다.

다시 도 4 내지 도 6을 참조하면, 사판(116)을 조정하는 방법이 본 개시의 대표적인 실시예에 따라 펌프 제어 시스템(104)을 사용하여 설명된다. 이 예에서, 밸브 작동 시스템(174)은 여자 전류에 비례하는 작동력을 발생시키는 솔레노이드 작동기이다. 명료함을 위해, 밸브 작동 시스템(174)은 도 4 내지 도 6에 대하여 솔레노이드 작동기로서 상호 교환 가능하게 불리운다.

도 4는 솔레노이드 작동기(174)가 동작 중이 아닐 때(즉, 여자되지 않을 때) 밸브 스풀(282)이 제1 동작 스테이지(또한 여기에서 초기 위치, 제1 위치, 또는 제로 전류 위치로서 불리우는)에 있음을 예시한다. 밸브 스풀(282)은 스풀 바이어싱 부재(330)에 의해 이러한 위치로 바이어싱된다. 밸브 스풀(282)의 제1 동작 스테이지는, 도 3에서 설명된 바와 같이, 제2 밸브 위치(252) 이전에 제1 밸브 위치(250)로부터 시작하는 스테이지에 대응한다. 이와 같이, 제어 압력 챔버(230)는 오리피스(232)를 통해 케이스 체적(220)과 유체 연통하고, 펌프 출구(152)(즉, 시스템 압력(P_S))와 유체 연통하지 않으며, 사판(166)은 따라서 최대 토출 위치(즉, 스트로크 위치)에 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 펌프 제어 시스템(104)은 밸브 스풀(282)이 제1 동작 스테이지(즉, 제1 밸브 위치(250))에 있을 때 갭(350)이 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286) 및 스프링 시트(270) 사이에서 획정되도록 구성된다. 제1 동작 스테이지 동안, 스프링 시트(270)는 밸브 하우징(280)의 위치 정지부(296)에 충돌하며, 갭(350)은 스프링 시트(270)가 밸브 스풀(282)에 맞물리는 것을 금지한다. 그러므로, 피드백 스프링(272)은 밸브 스풀(282) 상에 어떤 힘도 가하지 않는다. 제어 압력 챔버(230)는 시스템 출력(152)으로부터 차단된다. 제어 압력 챔버(230)가 오리피스(232)를 통해 케이스 압력 챔버(214)와 유체 연통하므로, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 압력 챔버(214)의 압력(즉, 케이스 압력(P_C))과 동일한 압력에서, 또는 그것에 가까운 압력에서 유지된다. 케이스 압력(P_C)은 사판(116)으로부터의 바이어싱력을 초과하는 제2 피스톤 단부(194) 상에서 작용하는 힘을 발생시키지 않는다. 그러므로, 사판(116)은 최대 토출 위치에 남아있다.

몇몇 예들에서, 밸브 스풀(282)은 특정한 양의 전기 전류가 솔레노이드 작동기(174)로 공급될 때까지 제1 동작 스테이지에 남아있다. 솔레노이드 작동기(174)에 공급된 전기 전류가 점진적으로 증가함에 따라, 밸브 스풀(282)은 스프링 시트(270)를 향해 이동하여, 갭(350)을 감소시킨다. 도 5는 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286)가 스프링 시트(270)를 접촉할 때까지 이동하여, 갭(350)을 감소시키는 것을 예시한다. 도 5에서, 밸브 스풀(282)은 제2 동작 스테이지에 있다. 밸브 스풀(282)이 제2 동작 스테이지(도 5)에 있을 때, 제어 압력 챔버(230)는 시스템 출력(152)과 유체 연통하게 되어, 가압된 유압유가 제어 압력 챔버(230)로 흐르도록 허용한다. 그러므로, 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 작용하는 제어 압력이 증가하며, 이것은 사판(116)의 바이어싱력을 초과하는 힘을 발생시킬 수 있다. 몇몇 예들에서, 제어 압력은 시스템 압력(P_S)까지 증가할 수 있다. 그 결과, 사판(116)은, 도 5에 예시된 바와 같이, 중립 위치로 이동하며, 그에 의해 펌프(102)를 그것의 최소 토출로 디-스크로킹한다. 몇몇 예들에서, 갭(350)은, 밸브 스풀(282)이 스프링 시트(270)를 터치할 때, 제어 압력 챔버(230)가 시스템 출력(152)으로 개방되며, 케이스 체적(220)으로부터 차단되도록(오리피스(232)가 이 케이스에서 효과를 갖기에 너무 작으므로) 구성되며, 이것은 도 3에서 설명된 바와 같이 제2 밸브 위치(252)에 대응한다. 몇몇 예들에서, 갭(350)은 조정 가능하다.

여자 전류가 제2 동작 스테이지 후(즉, 밸브 스풀(282)이 스프링 시트(270)를 접촉한 후) 추가로 증가함에 따라, 밸브 스풀(282)은 제어 피스톤 어셈블리(170)를 향해(또는 그것으로) 추가로 이동하여, 스프링 시트(270)를 피스톤 가이드 튜브(180)로 더 민다. 밸브 스풀(282)의 위치가 변함에 따라, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 체적(220)과 유체 연통하게 되며, 그에 의해 제어 압력 챔버(230) 내에서 제어 압력을 감소시킨다. 이것은 도 6에서 예시된 바와 같이 제 3 동작 스테이지에 대응한다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 작용하는 제어 압력이 사판(116)의 바이어싱력보다 작은 힘을 발생시키는 압력으로 변함에 따라, 사판(116)은 스트로크하며 최대 토출 위치를 향해 이동한다. 사판(116)이 최대 토출 위치를 향해 이동함에 따라, 사판(116)과 맞물린 제어 피스톤(182)은, 솔레노이드 작동기(174)에 의해 발생된(밸브 스풀(282)에 작용하는) 솔레노이드 힘에 대하여 동작하는, 피드백 스프링(272)을 압축한다. 일단 스프링 시트(270)에 가해진 힘(F1)이 밸브 스풀(282)로부터의 반대방향 힘(F2)과 균형이 이루어지면, 사판(116)은 특정한 각도로 유지되어, 특정한 양의 유압유 토출을 발생시킨다. 도 6은 제어 시스템(104)이 이러한 평형 상태에 있음을 예시하며, 이것은 또한 여기에서 제 3 동작 스테이지로 불리운다. 제 3 동작 스테이지에서, 사판(116)의 각도는 솔레노이드 작동기(174)에 인가된 전류의 양에 비례하여 달라질 수 있다. 특히, 전류가 솔레노이드 작동기(174)에 대해 증가함에 따라, 사판(116)의 각도가 증가하여, 최대 토출 위치를 향해 이동한다. 이와 같이, 펌프(102)의 토출은 솔레노이드 작동기(174)를 제어함으로써 선형으로 조정될 수 있다. 그러므로, 평형 상태는 여기에서 펌프 동작 조건으로서 불리울 수 있다.

도 7b를 참조하면, 도 4 내지 도 6의 제어 시스템의 동작을 나타내기 위해 솔레노이드 전류에 대한 유압유 유량의 그래프가 예시된다. 그래프는 상기 설명된 바와 같이 3개의 동작 스테이지들을 보여준다.

예시된 바와 같이, 펌프(102)는 어떤 전류도 솔레노이드 작동기(174)에 공급되지 않을 때 최대 토출 조건에 있다. 이것은 도 7b에서 제1 세그먼트(370)로서 예시되며, 이것은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 동작 스테이지에 대응한다. 최대 토출 조건에 있는 제어 시스템(104)의 동작이 도 4에서 예시된다. 펌프(102)의 최대 토출은 전류가 제1 전류(예로서, 이 예에서 약 200 내지 300mA)로 증가할 때까지 유지된다. 제1 전류가 도달되면, 펌프(102)는 최소 토출 조건으로 변하며, 이것은 도 5에 예시된 바와 같이 제2 동작 스테이지에 대응하는, 도 7b에서 제2 세그먼트(372)로서 예시된다. 펌프(102)의 최소 토출은 전류가 제2 전류(예로서, 이 예에서 약 400mA)에 도달할 때까지 유지된다. 솔레노이드 작동기(174)로 공급된 전류가 제2 전류 이상일 때, 펌프(102)는 평형 상태로 이동하며, 이것은 도 6에 예시된 바와 같이 제 3 동작 스테이지에 대응하는, 도 7b에서 제 3 세그먼트(374)에서 예시된다. 평형 상태에서, 펌프(102)의 토출은 솔레노이드 작동기(174)로 공급된 전류의 양에 비례하여 제어된다. 유압유 흐름은 평형 상태 동안, 솔레노이드 전류가 증가함에 따라 증가하며, 그 역 또한 마찬가지이다.

도 4 내지 도 6에서 설명된 바와 같이 제어 시스템(104)은 Bosch Rexroth AG(독일, 로어 암 마인)로부터 이용 가능한 것들과 같은, 종래 기술의 제어 시스템들에 대해 여러 이점들을 갖는다. 이러한 종래 기술의 제어 시스템들의 특성들은 도 7a에서 예시된다. 예시된 바와 같이, 평형 상태 또는 펌프 동작 조건에 도달하기 위해, 보다 많은 양의 전류가 본 개시의 제어 시스템(104)보다 솔레노이드 작동기(174)에 공급될 필요가 있다. 종래 기술의 제어 시스템들은 밸브 스풀이 처음에 사판을 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 변경하기 위해 사판으로부터의 바이어싱력을 극복하도록 요구하기 때문에 보다 많은 양의 솔레노이드 전류를 요구한다. 종래 기술의 제어 시스템들은 시스템 동작의 처음에 많은 양의 솔레노이드 전류를 요구하며 그 후 유체 토출을 감소시키기 위해 전류를 감소시킨다. 반대로, 본 개시의 제어 시스템(104)은 사판(116)이 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 변할 때 밸브 스풀(282)이 사판(116)으로부터의 바이어싱력을 극복할 필요가 없도록 스프링 시트(270) 및 밸브 스풀(282) 사이에 갭(350)을 제공한다. 대신에, 사판(116)은 제어 압력 챔버(230)로 끌어 들여지는 시스템 압력(P_S)을 사용하여 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 이동한다. 그러므로, 본 개시의 제어 시스템(104)은 시스템 동작의 처음에 많은 양의 솔레노이드 전류를 제공할 필요가 없으며 그 후 유체 토출을 감소시키기 위해 전류를 감소시킨다. 시스템에 대한 기동 토크를 감소시키는 것이 또한 가능하다.

스프링 시트(270), 위치 정지부(296), 및 밸브 스풀(282)을 포함한 제어 시스템(104)은 제1 및 제2 밸브 위치들(250 및 252) 사이에서의 거리를 결정하기 위해 갭(350)을 정확하게 획정하도록 구성된다. 상기 설명된 바와 같이, 갭(350)은 밸브 작동 시스템(174)이 아닌, 시스템 압력(P_S)이 최대 토출 위치로부터 중립 위치로 사판(116)을 이동시키도록 허용한다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 펌프 제어 시스템(104)의 또 다른 대표적인 실시예가 설명된다. 이 예에서 펌프 제어 시스템(104)은 도 3 내지 도 7의 예에서의 펌프 제어 시스템(104)과 유사하게 구성된다. 그러므로, 제1 예에 대한 설명은 이 예에 대한 참조로서 통합된다. 비슷한 또는 유사한 특징들 또는 요소들이 도시되는 경우, 동일한 참조 번호들은 가능한 경우 사용될 것이다. 이 예에 대한 다음의 설명은 주로 제1 예로부터의 차이들에 제한될 것이다.

도 8은 본 개시의 제2 예에 따른 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 개략도이다. 예시된 바와 같이, 이 예의 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(450) 및 제2 밸브 위치(452)와 같은, 두 개의 상이한 위치들로 이동 가능하다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(450)로 바이어싱된다. 몇몇 예들에서, 제어 밸브 어셈블리(172)는, 밸브 작동 시스템(174)에 의해 작동되지 않을 때(즉, 밸브 작동 시스템(174)이 동작 중이지 않을 때) 제1 밸브 위치(450)에 있다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(450)로부터 제2 밸브 위치(452)로 이동할 수 있다. 예를 들면, 밸브 작동 시스템(174)이 솔레노이드 작동기인 경우, 제어 밸브 어셈블리(172)는 적은 전류가 밸브 작동 시스템(174)로 공급되거나 또는 공급되지 않을 때 제1 밸브 위치(450)에 있다. 밸브 작동 시스템(174)으로 공급된 전류가 증가함에 따라, 제어 밸브 어셈블리(172)는 제1 밸브 위치(450)로부터 제2 밸브 위치(452)로 이동한다.

이와 같이, 이 예에서, 밸브 작동 시스템(174)이 동작 중이지 않을 때, 제어 밸브 어셈블리(172)는 구동되지 않으며 제1 밸브 위치(450)에 남아있다. 제1 밸브 위치(450)에서, 제어 압력 챔버(230)는 가압된 유압유가 시스템 출력(152)으로부터 제어 압력 챔버(230)로 끌어 들여지도록 시스템 출력(152)과 유체 연통한다. 이 위치에서, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 체적(220)과 통신하지 않는다.

그러므로, 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 인가된 제어 압력은 시스템 압력(P_S)일 수 있으며, 이것은 그것의 중립 위치에서 사판(116)을 유지시키기에 충분한 제어력을 발생시킨다.

제어 밸브 어셈블리(172)가 제2 밸브 위치(452)에 있을 때, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 체적(220)과 유체 연통하지만, 시스템 출력(152)과 유체 연통하지 않는다. 그러므로, 제어 압력 챔버(230) 내에서의 제어 압력은 시스템 압력(P_S)으로부터 감소한다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 인가된 제어 압력이 떨어짐에 따라, 사판(115)의 바이어싱력은 제어 피스톤(182)을 뒤로 이동시키도록 허용되며, 사판(116)은 중립 위치로부터 최대 토출 위치를 향해 이동한다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 사판(116)을 조정하는 방법은 본 개시의 제2 예에 따른 펌프 제어 시스템(104)을 사용하여 설명된다. 특히, 도 9는 본 개시의 대표적인 실시예에 따라, 제1 조건에 있는, 펌프 제어 시스템(104)의 단면도이다. 도 10은 제2 조건에 있는 펌프 제어 시스템(104)의 단면도이다. 제1 예와 유사하게, 이 예의 밸브 작동 시스템(174)은 여자 전류에 비례하는 작동력을 발생시키는 솔레노이드 작동기이다. 명료함을 위해, 밸브 작동 시스템(174)은 도 9 및 도 10에 대하여 솔레노이드 작동기로서 상호 교환 가능하게 불리운다.

도 9는 솔레노이드 작동기(174)가 동작 중이지 않을 때(즉, 여자되지 않을 때) 밸브 스풀(282)이 제1 동작 스테이지(또한 여기에서 초기 위치 또는 제로 전류 위치로 불리우는)에 있음을 예시한다. 밸브 스풀(282)은 스풀 바이어싱 부재(330)에 의해 이러한 위치로 바이어싱된다. 밸브 스풀(282)의 제1 동작 스테이지는 도 8에서 설명된 바와 같이 제1 밸브 위치(450)에 대응한다. 이와 같이, 제어 압력 챔버(230)는 시스템 출력(152)과 유체 연통하며, 사판(166)은 최소 토출 위치(즉, 디-스트로크 위치)에 있다.

도 3 내지 도 7의 펌프 제어 시스템(104)과 달리, 펌프 제어 시스템(104)은 밸브 스풀(282)이 제1 동작 스테이지(즉, 제1 밸브 위치(450))에 있을 때 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286) 및 스프링 시트(270) 사이에 어떤 갭도 없다(또는 매우 작은 갭을 갖는다). 제1 동작 스테이지에서, 스프링 시트(270)는 밸브 하우징(280)의 위치 정지부(296)에 부딪치며, 밸브 스풀(282)은 피드백 스프링(272)의 바이어싱력에 대해 스프링 시트(270)를 밀지 않는다. 그러므로, 피드백 스프링(272)은 밸브 스풀(282) 상에 어떤 힘도 가하지 않는다. 제어 압력 챔버(230)는 시스템 출력(152)에 대해 개방된다. 제어 압력 챔버(230)가 시스템 출력(152)과 유체 연통하므로, 제어 압력 챔버(230)는 시스템 압력(P_S)과 동일한 압력에서, 또는 그것에 가까운 압력에서 유지된다. 시스템 압력(P_S)은 사판(116)으로부터의 바이어싱력을 초과하는 제2 피스톤 단부(194) 상에서 작용하는 힘을 발생시킨다. 그러므로, 사판(116)은 계속해서 최소 토출 위치에 있다.

여자 전류가 증가함에 따라, 밸브 스풀(282)은 제어 피스톤 어셈블리(170)를 향해(또는 그것으로) 이동하여, 피스톤 가이드 튜브(180)로 스프링 시트(270)를 밀어붙인다. 밸브 스풀(282)의 위치가 변함에 따라, 제어 압력 챔버(230)는 케이스 체적(220)과 유체 연통하게 되며, 그에 의해 제어 압력 챔버(230) 내에서 제어 압력을 감소시킨다. 이것은 도 8에서 설명된 바와 같이 제2 밸브 위치(452)에 대응한다. 제어 피스톤(182)의 제2 피스톤 단부(194) 상에 작용하는 제어 압력이 사판(116)의 바이어싱력보다 작은 힘을 발생시키는 압력으로 변함에 따라, 사판(116)은 스트로크하며 최대 토출 위치를 향해 이동한다. 사판(116)이 최대 토출 위치를 향해 이동함에 따라, 사판(116)과 맞물린 제어 피스톤(182)은 피드백 스프링(272)을 압축하여, 솔레노이드 작동기(174)에 의해 발생된(밸브 스풀(282) 상에서 작용하는) 솔레노이드 힘에 반하여 동작한다. 일단 스프링 시트(270) 상에 가해진 힘(F1)이 밸브 스풀(282)로부터의 반대방향 힘(F2)과 균형을 이룬다면, 사판(116)은 특정한 각도에서 유지되어, 특정한 양의 유압유 토출을 발생시킨다. 도 10은 제어 시스템(104)이 이러한 평형 상태에 있음을 예시하며, 이것은 또한 여기에서 제2 동작 스테이지로 불리운다. 제2 동작 스테이지에서, 사판(116)의 각도는 솔레노이드 작동기(174)로 인가된 전류의 양에 비례한다. 특히, 전류가 솔레노이드 작동기(174)에 대해 증가함에 따라, 사판(116)의 각도가 증가하여, 최대 토출 위치를 향해 이동한다. 이와 같이, 펌프(102)의 토출은 솔레노이드 작동기(174)를 제어함으로써 선형으로 조정될 수 있다. 그러므로, 평형 상태는 여기에서 펌프 동작 상태로서 불리울 수 있다.

도 11은 도 9 및 도 10의 펌프 제어 시스템(104)으로 공급된 솔레노이드 전류 대 유압유 유량의 그래프이다.

도 12 내지 도 17을 참조하면, 펌프 제어 시스템(104)은 상이한 밸브 작동 시스템들(174)을 갖고 동작되도록 구성된다는 것이 설명된다. 도 12 내지 도 17의 예시된 예에서, 펌프 제어 시스템(104)은, 원격 디바이스로부터 공급된 파일럿 유체의 압력에 연결되며, 그것에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 밸브 작동 시스템(174)은 Eaton Corporation(오하이오, 클리브랜드)으로부터 이용 가능한 Vickers®와 같은, 비례식 감압 밸브 또는 비례식 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 비례식 감압 밸브는 감소된 압력 설정이 전기 입력에 응답하여 조정 가능한 전자-유압식 비례 압력 파일럿 스테이지를 포함할 수 있다. 출구 압력은 솔레노이드 동작 비례 파일럿 밸브에 의해 제어될 수 있다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 가변 용량형 펌프 시스템(100)은 파일럿 유체를 수용하기 위한 포트(500)를 제공한다. 몇몇 예들에서, 포트(500)는 상이한 유형들의 밸브 작동 시스템들(174)에 상호 교환 가능하게 맞도록 구성된다. 예를 들면, 포트(500)는 솔레노이드 작동기 또는 비례식 감압 밸브를 장착하도록 적응된다. 이러한 솔레노이드 작동기는, 도 4 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 시스템(100)의 포트(500)에 직접 장착될 수 있다. 이러한 비례식 감압 밸브는 그로부터 확장되며 호스의 자유 단부에 맞는 호스를 갖는 유압 호스를 포함할 수 있고, 호스 부품은 포트(500)와 맞물려진다. 이와 같이, 비례식 감압 밸브는 가변 용량형 펌프 시스템(100)으로부터 원격에 위치될 수 있으며, 따라서 가변 용량형 펌프 시스템(100)은 설치를 위해 보다 적은 공간을 차지한다.

상기 설명된 바와 같이, 포트(500)는 장착 어댑터(322)를 제공받는다. 장착 어댑터(322)는 파일럿 압력을 제공하기 위한 디바이스 및 솔레노이드 작동기를 포함한 상이한 밸브 작동 시스템들(174)에 상호 교환 가능하게 맞물리도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 포트(500)는 시스템(100)이 사용 중이지 않을 때 플러그(502)를 갖고 폐쇄될 수 있다.

이와 같이, 본 개시에 따른 펌프 제어 시스템들(104)은 펌프 제어 시스템들(104)이 임의의 베이스 펌프 어셈블리(102)로 하여금 상이한 유형들의 밸브 작동 시스템들(174)(예로서, 솔레노이드 작동기 또는 파일럿 압력)을 갖고 상호 교환 가능하게 사용되도록 허용하기 때문에 상기 펌프 제어 시스템들(104)의 상이한 예들의 각각을 구현하기 위해 부품들 또는 구성요소들을 감소시킬 수 있다. 펌프 제어 시스템(104)은 또한 기존의 펌프 어셈블리들(102)에 새로 장착될 수 있다.

도 14는 본 개시의 대표적인 실시예에 따른 비례 파일럿 압력을 이용한 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 개략도이다. 이 예의 시스템(100)은 솔레노이드 작동기(174)가 비례식 압력 제어 디바이스에 의해 교체된다는 것을 제외하고 도 3의 시스템(100)과 유사하게 동작된다. 비례식 압력 제어 디바이스는 시스템(100)의 포트(500)에 연결되며 상이한 압력들을 가진 파일럿 유체를 제공한다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 도 3을 참조하여 예시된 바와 같이 제1, 제2, 및 제 3 밸브 위치들(250, 252, 및 254)로 이동 가능하다. 간결성 목적들을 위해, 도 3에서 시스템(100)에 대한 설명은 이 예를 위한 참조로서 통합되며, 이 예에서 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 구성 및 동작은 생략된다.

도 15를 참조하면, 밸브 스풀(282)은 도 4에 예시된 바와 같이 제1 동작 스테이지에 있다. 이 예에서, 밸브 스풀(282)은 밸브 스풀(282)의 후방 단부(288) 상에 직접 작용하는 비례 파일럿 압력에 의해 동작된다. 밸브 스풀(282)의 축방향 위치는, 꼭 도 3 내지 도 6의 예에서처럼, 포트(500)로 끌어 들여진 파일럿 유체의 압력을 조정함으로써 제어되며, 여자 전류는 밸브 스풀(282)의 축방향 위치를 제어하기 위해 조정된다. 파일럿 압력을 변경함으로써, 시스템(100)은 도 4 내지 도 6을 참조하여 예시된 바와 같이 제어된다.

도 16은 본 개시의 또 다른 대표적인 실시예에 따른 비례 파일럿 압력을 이용하는 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 개략도이다. 이 예의 시스템(100)은 솔레노이드 작동기(174)가 비례식 압력 제어 디바이스에 의해 교체된다는 것을 제외하고 도 8의 시스템(100)과 유사하게 동작된다. 비례식 압력 제어 디바이스는 시스템(100)의 포트(500)에 연결되며 상이한 압력들을 가진 파일럿 유체를 제공한다. 제어 밸브 어셈블리(172)는 도 8을 참조하여 예시된 바와 같이 제1 및 제2 밸브 위치들(450 및 452)로 이동 가능하다. 간결성 목적들을 위해, 도 8에서 시스템(100)에 대한 설명은 이 예를 위한 참조로서 통합되며, 이 예에서 가변 용량형 펌프 시스템(100)의 구성 및 동작은 생략된다.

도 17을 참조하면, 밸브 스풀(282)은 도 9에 예시된 바와 같이 제1 동작 스테이지에 있다. 이 예에서, 밸브 스풀(282)은 밸브 스풀(282)의 후방 단부(288) 상에 직접 작용하는 비례 파일럿 압력에 의해 동작된다. 밸브 스풀(282)의 축방향 위치는 도 9 및 도 10의 예에서처럼, 포트(500)로 끌어 들여진 파일럿 유체의 압력을 조정함으로써 제어되며, 여자 전류는 밸브 스풀(282)의 축방향 위치를 제어하기 위해 조정된다. 파일럿 압력을 변경함으로써, 시스템(100)은 도 9 및 도 10을 참조하여 예시된 바와 같이 제어된다.

몇몇 예들에서, 도 12 내지 도 17에서 이용된 밸브 스풀(282)은 밸브 스풀(282)의 전방 단부(286) 및 작동 공동(320) 사이에 유체 연통이 없도록 유체 채널(342)을 포함하지 않는다. 이와 같이, 파일럿 압력은 케이스 압력 챔버(214)를 가압하지 않고 및/또는 케이스 체적(220)으로 누출하지 않고 작동 공동(320) 내에서 밸브 스풀(282)의 후방 단부(288) 상에서 완전히 작용할 수 있다.

상기 설명된 다양한 예들 및 교시들은 단지 예시로서 제공되며 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이 기술분야의 숙련자들은 여기에 예시되고 설명된 예시적인 예들 및 애플리케이션들을 따르지 않고, 및 본 개시의 실제 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 다양한 수정들 및 변화들을 쉽게 인식할 것이다.

Claims

유압 펌프 시스템에 있어서,
가변 용량형 펌프로서:
케이스 압력을 가진 케이스 체적을 획정하는 펌프 하우징;
시스템 출구;
상기 펌프 하우징 내에 장착된 회전 그룹으로서:
복수의 실린더를 획정하는 회전자; 및
상기 회전자가 상기 시스템 출구 밖으로 유압유를 향하게 하며 시스템 출구 압력을 제공하는 펌핑 동작을 제공하기 위해 회전 축 주위에서 회전됨에 따라 상기 실린더들 내에서 왕복 운동하도록 구성된 복수의 피스톤을 포함하는, 상기 회전 그룹; 및
상기 피스톤들의 스트로크 길이 및 상기 펌프의 토출 체적을 변경하기 위해 상기 회전 축에 대하여 피봇팅되도록 구성된 사판으로서, 제1 펌프 토출 위치와 제2 펌프 토출 위치 사이에서 이동 가능하며, 상기 제1 펌프 토출 위치를 향해 바이어싱되는, 상기 사판을 포함하는, 상기 가변 용량형 펌프;
상기 사판의 펌프 토출 위치를 제어하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 적어도 부분적으로 상기 펌프 하우징의 보어 내에 장착되며, 상기 보어는 세로 축을 갖는, 상기 제어 시스템은:
제어 피스톤 어셈블리로서:
제1 튜브 단부 및 제2 튜브 단부를 가지며 상기 보어 내에서 상기 세로 축을 따라 상기 제1 튜브 단부와 상기 제2 튜브 단부 사이에서 확장되고 피스톤 가이드 튜브 내에 중공 부분을 획정하는, 상기 피스톤 가이드 튜브; 및
적어도 부분적으로 상기 보어에 장착되며 상기 세로 축을 따라 이동 가능한 제어 피스톤으로서, 상기 제어 피스톤은 상기 사판으로부터 바이어싱력을 수용하도록 적응된 제1 피스톤 단부 및 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부 상에 작용하는 제어 압력에 의해 발생된 토출 제어력을 수용하도록 적응된 제2 피스톤 단부를 갖고, 상기 바이어싱력 및 상기 토출 제어력은 상기 세로 축을 따라 반대 방향들에 있고, 상기 제어 피스톤은 그 안에 획정된 피스톤 홀을 포함하며 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 중공 부분과 함께 케이스 압력 챔버를 획정하기 위해 상기 피스톤 가이드 튜브를 적어도 부분적으로 수용하며, 상기 케이스 압력 챔버는 상기 케이스 체적과 유체 연통하는, 상기 제어 피스톤을 포함하는, 상기 제어 피스톤 어셈블리; 및
상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부에 공급된 상기 제어 압력을 제어하기 위한 제어 밸브 어셈블리로서, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부가 상기 케이스 체적 및 상기 시스템 출력과 선택적으로 유체 연통할 수 있게 하도록 동작 가능한, 상기 제어 밸브 어셈블리를 포함하는, 상기 제어 시스템을 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 제어 밸브 어셈블리를 제어하는 밸브 작동 시스템을 더 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 밸브 작동 시스템은 파일럿 압력을 제공하도록 동작하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 피스톤 어셈블리는:
상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부에 배치되며 상기 피스톤 가이드 튜브에 대하여 상기 세로 축을 따라 이동 가능한 스프링 시트; 및
상기 제어 피스톤 어셈블리 내에서 상기 제어 피스톤의 상기 제1 피스톤 단부와 상기 스프링 시트 사이에 배치되며 상기 스프링 시트를 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부를 향해 바이어싱시키는 피드백 스프링을 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어 피스톤 어셈블리는:
상기 피드백 스프링이 스프링 가이드 주위에 배치되도록 상기 세로 축을 따라 상기 제어 피스톤의 상기 제1 피스톤 단부로부터 상기 스프링 시트를 향해 확장된 상기 스프링 가이드를 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 피스톤 어셈블리는:
내부에서 상기 제어 압력이 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가되는 제어 압력 챔버로서, 상기 케이스 체적 및 상기 시스템 출력 중 어느 하나와 선택적으로 유체 연통하는, 상기 제어 압력 챔버; 및
상기 피스톤 가이드 튜브 상에 제공되며 상기 제어 압력 챔버와 상기 케이스 압력 챔버 사이에 획정된 오리피스를 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 밸브 어셈블리는:
상기 펌프 하우징의 보어에 적어도 부분적으로 장착되며 상기 세로 축을 따라 밸브 보어를 획정하는 밸브 하우징; 및
상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부에 공급된 상기 제어 압력의 크기를 제어하기 위해 상기 세로 축을 따라 상기 밸브 보어 내에서 슬라이딩하도록 구성된 밸브 스풀로서, 상기 세로 축을 따라 상기 피드백 스프링의 바이어싱력에 반하여 상기 스프링 시트를 이동시키도록 구성된 전방 단부 및 상기 밸브 작동 시스템에 의해 구동된 후방 단부를 갖는, 상기 밸브 스풀을 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 밸브 하우징은 제1 하우징 단부 및 제2 하우징 단부를 가지며, 상기 제1 하우징 단부는 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부에 부착되며 상기 세로 축을 따라 상기 밸브 스풀을 향해 상기 스프링 시트의 움직임을 정지시키도록 구성된 위치 정지부를 포함하고, 상기 제2 하우징 단부는 상기 밸브 작동 시스템을 장착하도록 구성되는, 유압 펌프 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 밸브 하우징은 상기 제2 하우징 단부에서 획정된 작동 공동을 포함하며, 상기 밸브 스풀의 상기 후방 단부는 상기 작동 공동 내에서 상기 밸브 작동 시스템에 맞물리도록 상기 작동 공동으로 확장되는, 유압 펌프 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 제어 밸브 어셈블리는 상기 밸브 하우징의 상기 제2 하우징 단부를 향해 상기 밸브 스풀을 바이어싱시키도록 구성된 스풀 바이어싱 부재를 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링 시트는 그 안에 획정되며 상기 케이스 압력 챔버와 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부 사이에 유체 연통을 제공하는 유체 채널을 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 밸브 스풀은 그 안에 획정되며 상기 제어 피스톤 어셈블리의 상기 케이스 압력 챔버가 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부 및 상기 작동 공동과 유체 연통하도록 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부와 상기 작동 공동 사이에 유체 연통을 제공하는 유체 채널을 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 스풀은 제1 위치, 제2 위치, 및 제3 동작 스테이지 간에 이동 가능하고, 상기 밸브 스풀은 상기 밸브 작동 시스템이 동작 중이지 않을 때 상기 제1 위치로 바이어싱되며, 상기 밸브 작동 시스템은 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 그리고 상기 제2 위치로부터 상기 제3 동작 스테이지로 상기 밸브 스풀을 이동시키도록 동작 가능하고;
상기 밸브 스풀이 상기 제1 위치에 있을 때, 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부는 미리 결정된 거리에서 상기 스프링 시트로부터 이격되며(그리고 상기 스프링 시트는 상기 밸브 하우징의 상기 위치 정지부 상에 고정되며) 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 케이스 체적과 유체 연통하고;
상기 밸브 스풀이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 구동됨에 따라, 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부는 상기 스프링 시트를 향해 이동하며, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력에 반하여 상기 제어 피스톤을 이동시키기 위해 증가하며 그에 의해 상기 사판을 상기 제2 펌프 토출 위치를 향해 이동시키도록 상기 시스템 출력과 유체 연통하게 되며;
상기 밸브 스풀이 상기 제2 위치로부터 상기 제3 동작 스테이지로 구동됨에 따라, 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부는 상기 피드백 스프링의 상기 바이어싱력에 반하여 상기 스프링 시트를 이동시키며, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력으로 하여금 상기 제어 피스톤을 뒤로 이동시키도록 허용하기 위해 감소되도록 상기 케이스 체적과 유체 연통하게 되는, 유압 펌프 시스템.
청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 스풀은 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 밸브 작동 시스템에 의해 구동되며, 상기 밸브 스풀은 상기 밸브 작동 시스템이 동작 중이 아닐 때 상기 제1 위치로 바이어싱되고;
상기 밸브 스풀이 상기 제1 위치에 있을 때, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력에 반하여 상기 제어 피스톤을 이동시키며 상기 사판을 상기 제2 펌프 토출 위치로 유지하게 적응되도록 상기 시스템 출력과 유체 연통하며;
상기 밸브 스풀이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 구동됨에 따라, 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부는 상기 피드백 스프링의 상기 바이어싱력에 반하여 상기 스프링 시트를 이동시키며, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력으로 하여금 상기 제어 피스톤을 뒤로 이동시키도록 허용하기 위해 감소되도록 상기 케이스 체적과 유체 연통하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 7 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 밸브 어셈블리의 상기 밸브 하우징은 상기 펌프 하우징의 상기 보어로 적어도 부분적으로 슬라이딩되며 하나 이상의 파스너로 상기 펌프 하우징에 체결되는, 유압 펌프 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 제어 피스톤 어셈블리의 축방향 길이는 상기 제어 밸브 어셈블리의 축방향 길이보다 상기 세로 축에서 더 길도록 구성되는, 유압 펌프 시스템.
청구항 8 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 하우징은 상기 제1 하우징 단부에 오목 부분을 갖고, 상기 오목 부분은 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부를 수용하며 고정시키도록 구성되며, 오목 부분은 상기 위치 정지부를 포함하는, 유압 펌프 시스템.
청구항 17에 있어서,
밀봉 요소가 상기 피스톤 가이드의 상기 제2 튜브 단부와 상기 밸브 하우징의 상기 제1 하우징 단부 사이에 배치되며, 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부는 스냅 링으로 상기 밸브 하우징의 상기 오목 부분에서 체결되는, 유압 펌프 시스템.
가변 용량형 펌프 시스템에 있어서,
가변 용량형 펌프로서:
케이스 압력을 가진 케이스 체적을 획정하는 펌프 하우징;
시스템 압력을 가진 시스템 출구;
상기 펌프 하우징 내에 장착된 회전 그룹으로서:
복수의 실린더를 획정하는 회전자; 및
상기 회전자가 상기 시스템 출구 밖으로 유압유를 향하게 하고 시스템 압력을 제공하는 펌핑 동작을 제공하기 위해 회전 축 주위에서 회전됨에 따라 상기 실린더들 내에서 왕복 운동하도록 구성된 복수의 피스톤을 포함하는, 상기 회전 그룹; 및
상기 피스톤들의 스트로크 길이 및 상기 펌프의 토출 체적을 변경하기 위해 상기 회전 축에 대하여 피봇팅되도록 구성된 사판으로서, 최대 토출 위치와 최소 토출 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 최대 토출 위치를 향해 바이어싱되는, 상기 사판을 포함하는, 상기 가변 용량형 펌프; 및
제어 시스템으로서:
축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤을 포함하는 제어 피스톤 어셈블리로서, 상기 제어 피스톤은 상기 사판으로부터 바이어싱력을 수용하도록 적응된 제1 피스톤 단부 및 상기 제어 피스톤의 제2 피스톤 단부 상에 작용하는 제어 압력에 의해 발생된 토출 제어력을 수용하도록 적응된 제2 피스톤 단부를 가지며, 상기 바이어싱 력 및 상기 토출 제어력은 상기 세로 축을 따라 반대 방향들에 있는, 상기 제어 피스톤 어셈블리; 및
제1 밸브 위치, 제2 밸브 위치, 및 제3 밸브 위치로 이동 가능한 제어 밸브 어셈블리로서, 상기 제1 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 케이스 체적과 유체 연통하고, 상기 제2 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력에 반하여 상기 제어 피스톤을 이동시키기 위해 증가하며, 그에 의해 상기 사판을 상기 최소 토출 위치를 향해 이동시키도록 상기 시스템 압력과 유체 연통하며, 상기 제3 밸브 위치에서, 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부는 상기 제어 피스톤의 상기 제2 피스톤 단부 상에 인가된 상기 제어 압력이 상기 사판의 상기 바이어싱력으로 하여금 상기 제어 피스톤을 뒤로 이동시키도록 허용하기 위해 감소되도록 상기 케이스 체적과 유체 연통하는, 상기 제어 밸브 어셈블리를 포함하는, 상기 제어 시스템을 포함하는, 가변 용량형 펌프 시스템.
청구항 19에 있어서,
상기 제어 피스톤 어셈블리는:
제1 튜브 단부 및 제2 튜브 단부를 가지며 상기 펌프 하우징의 보어 내에서 상기 세로 축을 따라 상기 제1 튜브 단부와 제2 튜브 단부 사이에서 확장되며 피스톤 가이드 튜브 내에서 중공 부분을 획정하는 상기 피스톤 가이드 튜브로서, 상기 보어는 세로 축을 갖는, 상기 피스톤 가이드 튜브;
상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부에 배치되며 상기 피스톤 가이드 튜브에 대하여 상기 세로 축을 따라 이동 가능한 스프링 시트; 및
상기 제어 피스톤 어셈블리 내에서 상기 제어 피스톤의 상기 제1 피스톤 단부와 상기 스프링 시트 사이에 배치되며 상기 피스톤 가이드 튜브의 상기 제2 튜브 단부를 향해 상기 스프링 시트를 바이어싱시키는 피드백 스프링을 더 포함하며,
상기 제어 밸브 어셈블리는:
상기 펌프 하우징의 상기 보어에 적어도 부분적으로 장착되며 상기 세로 축을 따라 밸브 보어를 획정하는 밸브 하우징으로서, 밸브 작동 시스템을 장착하도록 구성되는, 상기 밸브 하우징;
상기 세로 축을 따라 상기 밸브 보어 내에서 슬라이딩하도록 구성되며 상기 세로 축을 따라 상기 피드백 스프링의 바이어싱력에 반하여 상기 스프링 시트를 이동시키도록 구성된 전방 단부 및 상기 밸브 작동 시스템에 의해 구동된 후방 단부를 갖는 밸브 스풀로서, 상기 스프링 시트로부터 멀리 바이어싱되는, 상기 밸브 스풀; 및
갭이 상기 제1 밸브 위치에서 상기 밸브 스풀의 상기 전방 단부와 상기 스프링 시트 사이에서 획정되도록 상기 제1 밸브 위치에서 상기 세로 축을 따라 상기 밸브 스풀을 향해 상기 스프링 시트의 움직임을 정지시키도록 구성된 위치 정지부를 더 포함하는, 가변 용량형 펌프 시스템.