새시 18 > 동력조향장치

1. 동력조향장치 개요

    자동차의 대형화 및 저압 타이어의 사용으로 앞바퀴의 접지 압력과 면적이 증가하여 신속하고 경쾌한 조향이 어렵다. 이에 따라 가볍고 원활한 조향 조작을 위해 엔진의 동력으로 오일펌프를 구동하여 발생한 유압을 이용하는 동력 조향장치를 설치하여 조향 핸들의 조작력을 경감시키는 장치이다. 이 장치는 다음과 같은특징이 있다.

(1) 동력 조향장치(power steering system)의 장점

① 조향 조작력이 작아도 된다.

② 조향 조작력에 관계없이 조향 기어비를 선정할 수 있다.

③ 노면으로부터의 충격 및 진동을 흡수한다.

④ 앞바퀴의 시미현상을 방지할 수 있다.

⑤ 조향 조작이 경쾌하고 신속하다.

(2) 동력 조향장치의 단점

① 구조가 복잡하고 값이 비싸다.

② 고장이 발생하면 정비가 어렵다.

③ 오일펌프 구동에 엔진의 출력이 일부 소비된다.

2.  동력 조향장치의 종류

(1) 링키지형(linkage type) :   이 형식은 동력 실린더를 조향 링키지 중간에 둔 것이며, 조합형과 분리형이 있다.

① 조합형(combined type)：이 형식은 동력 실린더와 제어밸브가 일체로 된 것이다.

② 분리형(separate type)：이 형식은 동력 실린더와 제어밸브가 분리된 것이다.

(2) 일체형(integral type) ; 이 형식은 동력 실린더를 조향기어 박스 내에 설치한 형식이며, 인라인 형과 오프셋 형이 있다.

① 인 라인 형(in line type)：이 형식은 조향기어 박스와 볼 너트를 직접 동력 기구로 사용하도록 한 것이며, 조향 기어 박스 상부와 하부를 동력 실린더로 사용한다.

② 오프셋 형(off-set type)：이 형식은 동력 발생 기구를 별도로 설치한 형식이다.

3. 동력 조향장치의 구조

   동력 조향장치는 작동부, 제어부, 동력부의 3주요부와 유량제어 밸브 및 유압제어 밸브와 안전 체크 밸브등으로 구성되어 있다.

(1) 동력부 - 오일펌프

오일펌프는 유압을 발생하며, 엔진의 크랭크축에 의해 V벨트를 통하여 구동된다. 오일펌프의 형식은 주로베인 펌프(vane pump)를 사용하며, 베인 펌프의 작동은 로터(rotor)가 회전하면 베인이 방사선상으로 미끄럼 운동을 하여 베인 사이의 공간을 증감(增減)시키게 된다. 공간이 증가할 때에는 오일이 펌프로 유입되고감소되면 출구를 거쳐 배출된다.

(2) 작동부 - 동력 실린더

동력 실린더는 실린더 내에 피스톤과 피스톤 로드가 들어 있으며, 오일펌프에서 발생한 유압유를 피스톤에 작용시켜서 조향 방향 쪽으로 힘을 가해 주는 장치이다. 또 동력 실린더는 피스톤에 의해 2개의 방(chamber)으로 분리되어 있으며, 한쪽 방에 유압유가 들어오면 반대쪽 방에서는 유압유가 저장 탱크로 복귀하는 복동식 실린더이다.

3) 제어부 - 제어 밸브

제어 밸브는 조향 핸들의 조작력을 조절하는 기구이며, 조향 핸들을 회전시켜 피트먼 암에 힘을 가하면 오일펌프에서 보내 준 유압유를 조향 방향으로 동력 실린더의 피스톤이 작동하도록 유로(油路)를 변환시킨다.  제어 밸브는 밸브 보디 안쪽에 3개의 홈과 오일펌프에서 보내 준 유압유를 동력 실린더 2개의 방으로 공

급하기 위한 오일 통로가 있다. 밸브 스풀(valve spool)에는 밸브 보디에 있는 3개의 홈에 대응하는 3개의랜드(land)가 있어 밸브 스풀의 이동에 따라 밸브 보디의 오일 통로가 개폐된다.

(4) 안전 체크 밸브(safety check valve)

     이 밸브는 제어 밸브 속에 들어 있으며 엔진이 정지된 경우 또는 오일 펌프의 고장, 회로에서의 오일 누출 등의 원인으로 유압이 발생하지 못할 때 조향핸들의 조작을 수동(手動)으로 할 수 있도록 해주는 밸브이다. 작동은 동력 조향부가 고장이 났을 때 조향핸들을 조작하면 동력 실린더가 작용하여 실린더 한쪽 방의 오일에 압력을가하면, 반대쪽 방은 진공 상태로 된다. 이에 따라 안전 체크밸브가 열려 압력이 가해진 쪽의 체임버 오일이 진공쪽의 방으로 유입되어 수동 조작이 가능하도록 해 준다.

4.  동력 조향장치의 작동

여기서는 현재 승용차에서 사용되고 있는 래크와 피니언 형식의 동력 조향장치 작동에 대하여 설명하기로 한다. 이 형식의 제어 밸브는 로터리 밸브(rotary valve) 형식을 사용하며, 유압유는 고압 호스나 파이프를통하여 제어밸브로 유입된다. 운전자가 조향핸들을 조작하면 유압유는 래크와 피니언형 동력 조향장치 구조의 그림 동력 실린더 A나 B로 들어가 래크를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시켜 배력 작용을 얻는다.

래크와 피니언형 동력 조향장치의 구성

(1) 작동 과정 ; 래크와 피니언의 하우징 자체를 동력 실린더로 하고 오일펌프에서 발생한 유압을 제어 밸브가 조절하여배력시키는 형식이며, 유량제어 밸브는 고속으로 주행할 때 저항이 큰 조향력을 확보하기 위해 엔진의 회전속도에 대해 유량을 조절하며 작동 과정은 다음과 같다.

① V벨트에 의해 오일펌프(1)가 구동되어 유압유가 토출된다.

② 토출된 유압유는 오일펌프 내에 부착된 유량제어 밸브(2)에서 엔진 회전속도 감응 작용으로 적당하게유량이 조절되어 압력 호스(12)를 거쳐 제어 밸브(4)로 공급된다.

③ 조향 핸들을 회전시키면 피니언에 연결된 제어 밸브(4)가 작동되고, 조향 방향에 따라 유압유의 회로가 형성된다. 유압유는 파이프(6)를 통하여 동력 실린더 A에 가해지거나 파이프(5)를 거쳐 동력 실린더 B에 가해진다.

④ 동력 실린더 A에 유압유가 가해지면 동력 실린더 B의 유압유는 파이프(5), 제어 밸브(4) 및 리턴 호스(8)를 거쳐 오일 저장 탱크(9)로 리턴 된다. 또한 동력 실린더 B에 유압유가 가해지면 동력 실린더 A에있던 유압유는 파이프(6), 제어 밸브⑷ 및 리턴 호스(8)를 통하여 오일 저장 탱크로 복귀한다.

(2) 제어 밸브의 구조와 작동

제어 밸브의 구조

제어 밸브는 조향축과 일체로 회전하는 로터, 로터와 피니언을 연결하는 토션바, 피니언과 일체로 회전하는 슬리브 등으로 구성되어 있으며, 로터와 슬리브는 스플라인으로 연결되어 있다.

제어 밸브는 조향력을 감응하여 토션바가 비틀리고 로터와 슬리브 사이에서 발생하는 회전 범위에 따라 V1, V2, V3, V4의 단면적이 증감되어 유압유의 유로를 개폐하여 작동 압력을 조절한다.

1) 직진 주행할 때 : 자동차가 직진으로 주행할 때는 로터와 슬리브가 중립 상태이고, 밸브 홈으로 형성된 유로는 아래그림에서 V1, V2, V3, V4는 균일하게 충분히 열려 있으므로 오일펌프에서 공급되는 유압유는 동력 실린더에 가해지지 않고 저장 탱크로 복귀된다.

2) 조향 작동(우 회전할 때) : 조향 핸들을 오른쪽으로 회전시키면 유로 V2, V4에 교차하는 유량에 감응하여 동력 실린더 A의 유량이 증가하여 래크를 우측으로 이동시킨다. 이때 동력 실린더 B의 유압유는 유로 V3를 거쳐 저장 탱크로 복귀한다.