KR100531970B1 - 전자기 압력조절밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력조절밸브의 기능상 특성을 스위칭 밸브의 기능상 특성과 조합하는 전자기 압력조절밸브(10, 10a)에 관한 것이다. 압력조절밸브(10, 10a)는, 특히 차량의 자동 변속기를 제어하기 위해서 사용되며, 낮은 제조비, 적은 누설, 그리고 연속하는 특성 곡선과 낮은 작동 압력으로 확대된 작동 범위를 특징으로 한다. 이것을 위해, 압력조절밸브(10, 10a)의 밸브부품(11, 11a)은 폐쇄부재 (34)를 구비한 제 1 시트밸브(45)를 포함한다. 이 폐쇄부재(34)는 제 2 시트밸브 (49)를 형성하는 콘트롤엣지(50)를 포함하는 작동부재(35, 35a)와 협력한다.

Description

전자기 압력조절밸브{Electromagnetic hydraulic valve}
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 따른 전자기 압력조절밸브에 관한 것이다.
이와 같은 압력조절밸브는, 예를 들어 DE 43 42 591 A1호에 이미 공지되어 있다. 상기 압력조절밸브는 이 조절밸브의 하우징내에서 움직일 수 있도록 안내되어 전자기적으로 위치 조절 가능한 밸브 슬라이드를 갖는다. 밸브 슬라이드의 순시 조절위치는 자기코일의 상응하는 전류 공급에 의해 계속해서 변화될 수 있다. 이 압력조절밸브의 적합한 기능을 위해서는, 밸브 슬라이드의 제조와 슬라이드 안내에 있어서 높은 정확도가 필요하다. 압력 조절밸브의 밀봉과 그의 제조비용은 결정적으로 상술한 바에 의존한다. 또한, 밸브 슬라이드는 비교적 큰 작용 압력면으로 인해 비교적 큰 작동력을 필요로 한다.
또한, DE 43 37 763 A1호에는 압력조절밸브로서 표현되지만 본 발명의 대상과는 달리 스위칭 밸브로서 작용하는 밸브가 공지되어 있으며, 이것의 밸브부품에는 두 개의 시트밸브가 설치되어 있다. 상기 두 개의 시트밸브의 밸브부재들 중 하나는 원추형으로 형성되며, 이 때문에 밸브 시트에 대해 정확한 동심 배열을 필요로 한다. 본 발명의 대상과는 달리, 이 공지된 밸브는 3개의 규정된 스위칭 위치로 전환될 수 있으며, 이 때문에 컨슈머(consumer)에서, 자기코일로의 전류 흐름에 의존하는 연속 압력 조절 특성 곡선을 발생할 수 없다.
본 발명의 두 가지 실시예를 도면에 도시하며, 이하의 설명에서 상세하게 설명한다.
도 1은 제 1 실시예를 도시한 종단면도.
도 2는 제 2 실시예를 도시한 종단면도.
이에 비하여, 청구항 1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 전자기 압력 조절 밸브는, 그의 개별 부품들의 정확도에 대한 요구가 낮아지면서도, 특히 그의 단부 위치에 비교적 높은 밀봉을 보장할 수 있는 장점을 갖는다. 이로써 제조비용을 감소시키면서도 기능상 특성, 특히 원치 않는 누설을 개선시킬 수 있다. 이것은 밸브부재를 시트 타입 구성으로 구성함으로써 얻어지며, 이로써 압력조절밸브는 동축 편차와 압력매질로부터의 오염입자에 의한 블로킹에 대하여 비교적 덜 민감해진다는 장점이 있다. 압력조절밸브는 연속하는 압력 조절 특성 곡선을 나타내는, 낮은 압력쪽으로 확대된 작동 범위를 가지며 비교적 낮은 자기 작동력을 필요로 한다.
본 발명의 다른 장점과 바람직한 실시예는 종속 청구항과 상세한 설명에 주어진다. 예컨대, 양 시트밸브의 유압 작용면들 간에, 예를 들어 청구항 2에 규정되어 있는 면적 비율이 가능하며, 그 결과 자기부품을 향하는 제 2 시트밸브의 폐쇄력은 자기부품 반대편 제 1 시트밸브의 개방력 보다 더 크게 된다. 따라서, 컨슈머에서 조절되는 압력, 즉 밸브 슬라이드에 대한 가압력이 자기회로의 힘과 평형을 이루는 압력은 결정적으로 제 1 시트밸브의 정확도에 의존한다. 제 2 시트밸브는 비용때문에 낮은 정확도로 구현될 수 있다. 또한 제 2 시트밸브의 구멍은 밸브부재의 전체 행정의 작은부분에서도 완전한 스로틀 기능을 수행한다. 이것은 구멍의 제조 공차에 의존하며 개방 행정에 의존하지 않는다. 낮은 공차를 가진 구멍들은 저렴하게 제조될 수 있다. 이 때문에 저비용으로도, 압력조절밸브의 조절압력은 매우 낮은 압력범위까지 대단히 정확하게 조절된다. 평면 시트밸브는 밸브부재와 밸브시트의 동심 배열에 대한 요구가 비교적 낮으면서 동시에, 특히 우수한 밀봉특성을 나타낸다.
도 1에 도시한 전자기 압력조절밸브(10)의 제 1 실시예는 밸브부품(11)과, 이 밸브부품과 동축으로 배치된 자기부품(12)으로 구성된다. 자기부품(12)은 슬리브 형상의 하우징(13)에 의해 둘러싸이며, 코일체(14: coil body)상에 감겨진 코일(15)과, 이 코일(15)의 내부로 돌출된 코일 코어(16)와, 코일체(14)내에서 움직일 수 있도록 안내되는 아마츄어(17)로 구성된다. 코일체(14)는 코일(15)의 권취후에, 특히 커넥터 하우징(18)의 형성을 위하여 플라스틱 사출성형된 부품이다. 커넥터 하우징(18)내에 사출 성형된 도시하지 않은 접촉핀과 라인을 통해 코일(15)에 전류 공급이 이루어진다. 코일코어(16)는 밸브부품(11)을 향하는 코일(15)의 제 1 단부에 위치되는 한편, 아마츄어(17)는 상기 제 1 단부와 대향하는 코일(15)의 제 2 단부에 배치된다. 자기부품(12)의 플런저 단(stage)을 형성하기 위해서, 아마츄어(17)는 코일코어(16)를 향하는 그의 정면쪽에 외경이 감소된 돌출부(19)를 갖는다. 이 돌출부(19)는 코일코어(16)의 성형부(20)에 매칭됨으로써, 아마츄어(17)는 적어도 부분적으로 코일코어(16)내로 삽입될 수 있다. 또한, 코일코어(16)와 아마츄어(17)가 실질적으로 실린더형상으로 이루어지며 각각 코일(15)의 정면을 커버하는 쇼울더(21, 22)를 갖는다. 아마츄어(17)의 경우에는 원추대형으로 형성된 연장부(23)가 상기 쇼울더에 축방향으로 연결되며, 이 연장부에는 아마츄어(17) 지지 역할을 하는 다이아프램 스프링(24)이 고정된다. 이 다이아프램 스프링(24)은 아마츄어(17)의 원주위로 돌출하며, 그 외측 엣지는 코일체(14)에 센터링된 고정부품(25)의 지지면상에 지지된다. 고정부품(25)은, 압력조절밸브(10)를 외측으로 폐쇄하는 덮개(26)의 위치고정을 위하여 플랜지된 칼라를 갖는다.
아마츄어(17)는 그 종축을 따라서 연속하는 수용구(27)를 가지며, 이 수용구내에 조절피스톤(28)의 일부가 가압된다. 조절피스톤(28)은 아마츄어(17)의, 코일코어측 단부까지 뻗어 있으며, 그 자유 단부가 안내슬리브(30)를 통해 안내된다. 이 안내슬리브(30)는 아마츄어(17)의 수용구(27)와 동축으로 연장된 코일코어(16)의 오목부(31)에 삽입된다. 아마츄어(17)와 코일코어(16) 사이에는 축방향으로 작동틈새(32)가 생긴다.
전류가 공급되지 않는 자기부품(12)의 휴지위치에서, 조절피스톤(28)의 자유 단부는 밸브부품(11)을 향하는 안내슬리브(30)의 정면과 동일 평면으로 끝나며, 이때 이 안내슬리브(30)는 코일코어(16)로 형성된 밸브부품(11)용 플랜지면(29)에 대하여 뒤로 물러나 있다. 상기 밸브부품(11)은 자기부품(12)에 연결되고, 압력조절밸브(10)의 유압 부품을 형성한다. 이 밸브부품(11)은 연결부(33)와, 폐쇄부재(34)와, 작동부재 (35)로 구성된다. 연결부(33)는 입구(36)와, 귀환부(37)와, 컨슈머 채널(38)을 갖는다. 입구(36)는 원주측 링채널로서 형성되며, 상기 링 채널은 자기부품(12) 반대편에 놓인 밸브부품(11)의 측면상에 배치된다. 입구(36)의 링채널은 압력조절밸브(10)의 종축에 대해 반경방향으로 안내된 브랜치 채널(40)로 연장된다. 이 브랜치 채널(40)은 블라인드 홀의 형태로 형성되며 압력조절밸브(10)의 종축 바로 뒤의 영역에서 끝나고, 여기서 브랜치 채널은 연결부(33)의 중앙에 연장된 제어구(42)와 만나며, 이 제어구는 이 위치에서 끝난다. 제어구(42)는 자기부품(12)의 오목부(31)와 동일평면에 놓여 있다. 압력조절밸브(10)의 내부공간으로부터의 오염물을 피하기 위해서, 밸브부품(11)에는 컵형상의 필터 케이지(43)가 끼워져 있으며, 이 필터케이지에는 부분적으로 노출된 필터직물(41)이 사출성형된다. 입구(36)의 밀봉은 종래의 밀봉링(44)에 의해 이루어지며, 이 밀봉링은 밸브부품(11)의 종방향으로 입구(36)의 위쪽과 아래쪽에서 필터케이지(43)의 홈에 삽입된다.
블라인드 홀 형태의 브랜치채널(40)의 내단부에는 구형태로 이루어진 밸브부품(11)의 폐쇄부재(34)가 배치된다. 이 폐쇄부재(34)는 입구(36)에서의 압력에 의해 밸브시트로 가압되며, 이로써 입구측의 제 1 시트밸브(45)로서 작용한다. 제 1 시트밸브(45)는 제어구(42)가 브랜치채널(36)내로 통하는 지점에 형성된다. 입구(36)로부터 제어구(42)로의 압력매질의 유동은 도시한 시트밸브(45)의 휴지상태에서 차단된다. 폐쇄부재(34)는 작동부재(35)와 협동하며, 작동 부재(35)는 자기부품(12)을 향하는 제어구(42)의 단부면에서 움직일 수 있도록 안내되며 자기부품(12)에 대해 밀봉된다. 작동부재(35)는 샤프트(46)를 가지며, 이 샤프트에는 밸브부품(11)의 방향으로 태핏(47)이 연결된다. 상기 태핏(47)은 자기부품(12)에 전류가 공급되지 않는 상태에서 그의 정면측 단부가 힘없이 폐쇄부재(34)에 접촉한다. 샤프트(46)로부터 태핏(47)으로의 직각 전환부는 작동부재(35)상에 콘트롤 엣지(50)를 형성한다. 이 콘트롤 엣지(50)는 대략 밸브부품(11)과 그의 제어구(42)를 반경방향으로 관통하는 횡방향 구멍(51) 높이에 배치된다. 횡방향 구멍(51)은 귀환부(37)를 형성하는 링채널에서 끝난다. 제어구(42)와 횡방향 구멍(51) 사이의 교차점에서 입구(36)를 향하는 제어구(42)의 측면에 제어구(42)보다 더 큰 외경을 갖는 동심 축소부(48)가 형성된다. 이 축소부(48)는 콘트롤 엣지(50)와 함께 귀환부측 제 2 시트밸브(49)를 형성하고 이 밸브는 자기부품(12)의 도시된 휴지상태에서 개방된다. 이 상태에서 콘트롤 엣지(50)는 횡방향 구멍(51), 축소부(48)와, 제어구(42)의 벽과 함께 컨슈머 채널(38)의 압력레벨을 조절하는 스로틀로서 작용한다. 이를 위해서, 컨슈머 채널(38)은 폐쇄부재(34)로의 바이패스(52)를 통하여 제어구(42)와 연통된다. 컨슈머 채널(38)은 압력조절밸브(10)의 정면측 단부에서 자기부품(12)과 마주하여 배치되며, 필터 케이지(43)의 필터 직물(41)에 의해 오염물로부터 보호된다.
본 발명에 따른 압력조절밸브의 기능은 전류가 공급되지 않는 자기회로(12)의 휴지상태를 전류가 공급되는 상태와 분리하여 설명된다.
전류가 공급되지 않는 휴지상태에서는 상술한 바와 같이, 폐쇄부재(34)가 그의 밸브시트 상에 위치하며 이로써 입구(36)를 통한 압력매질유동을 차단한다. 이 상태에서 컨슈머 채널(38)과 귀환부(37) 사이에는 바이패스(52)를 통한 직접 연결이 이루어지며, 그 결과 압력매질은 컨슈머 채널(38)에 연결된 컨슈머(60)로부터 귀환부(37)와 연결된 탱크(61)로 유동될 수 있다. 이때 콘트롤 엣지(50)는 스로틀 기능을 수행하지 않는 위치에 있으며, 그 결과 컨슈머 채널(38)에 귀환부(37)의 압력이 주어진다.
이에 비하여, 폐쇄부재(34)는 코일(15)에 전류가 공급되는 상태에서 아마츄어(17) 및 작동부재(35)의 편향 운동에 의해 그 개방 위치로 움직인다. 그 결과 압력매질은 입구(36)와 연결된 압력 발생기(62)로부터 제어구(42)로 유입되며 컨슈머 채널(38)과 귀환부(37)를 향한 부분 유동으로 분할된다. 이때, 작동부재(35)의 콘트롤 엣지(50)가 제 2 시트밸브(49)의 밸브시트에 근접하며, 그 결과 콘트롤 엣지(50)는 입구(36)로부터 귀환부(37)로 유동하는 부분 유동을 스로틀링한다.
입구(36)와 연결된 압력 발생기(62)다음에 접속된 스로틀(63)에 의해, 컨슈머 채널(38)내의 압력이 입구(36)의 압력보다 더 작은 작동상태가 조절된다. 자기코일(15)에 대한 유동흐름의 크기에 의해 아마츄어(17)와 이에 따라 작동부재(35)에 부여된 편향 운동의 크기는 전기적으로 변화될 수 있으며, 이로써 콘트롤엣지(50)의 스로틀 작용과 컨슈머 채널(38)에서의 압력 비는 응용에 따라 조절된다. 저압범위에서 연속하는 상술한 압력조절밸브(10)의 특성 곡선에 대한 결정적 팩터는, 제 1 입구측 시트밸브(45)의 압력 작용면(A1)의 면적이 제 2 시트밸브(49)의 상응하는 면(A2)의 면적과 0.3보다 작은 비율을 형성하는 것이다. 아마츄어(17) 또는 작동부재(35)에 제공된 편향 운동의 리셋은 코일(15)에 전류가 공급되지 않는 상태에서 입구(36)내의 유압에 의해 이루어진다.
도 2에 도시한 압력조절밸브(10a)의 제 2 실시예는 밸브부품(11a)의 구성면에서 제 1 실시예와 차이가 있다. 제 2 실시예의 변형 부품은 이하에서 인덱스 a로 표시되는 한편, 동일 부품에는 대해서는 도 1과 같은 도면부호가 적용된다.
밸브부품(11a)의 차이들 중 하나는, 입구(36a) 및 컨슈머 채널(38a)의 위치가 서로 바뀌었다는 것이다. 따라서, 압력 발생기(62)와 연결된 입구(36a)는 밸브부품(11a)의 정면측 단부에 있으며, 한편 유압식 컨슈머(60)와 연결된 컨슈머 채널(38a)은 횡방향 구멍(51a)내로 통하는 링채널로서 형성된다. 탱크(61)와 연결된 귀환부(37)의 배치는 자기부품(12)을 향하는 밸브부품(11a)의 측면상에 변함없이 유지된다. 입구(36a)와 컨슈머 채널(38a) 사이의 연결은 축방향 구멍(55)을 통하여 형성된다. 이 축방향 구멍(55)은 자기부품(12)에 전류가 공급되지 않는 상태에서 폐쇄부재(34)에 의해 폐쇄된다. 이 상태에서, 귀환부(37)과 컨슈머 채널(38a) 사이에는 스로틀되지 않은 압력매질 연결이 이루어진다. 폐쇄부재(34)의 작동은 제어구(42a)를 관통하는 작동부재 (35a)에 의해 제 1 실시예와 동일하게 이루어지지만, 상기 작동 부재는 제 2 실시예에서 2부분으로 형성되며, 샤프트(46a)와 그안에 압입된 태핏(47a)으로 구성된다. 작동부재(35a)의 보다 양호한 안내와 센터링을 위하여, 횡방향 구멍(51a)내로 아일렛형으로 구성된 콘솔(56)이 돌출되며, 이 콘솔은 작동부재(35a)의 태핏(47a)을 안내하며, 도면에 도시되지 않은 방식으로 연결부(33a)와 연결된다. 콘솔(56)은 횡방향 구멍(51a)의 중심에 배치되며 압력매질이 그 주위로 사방에서 흐른다. 폐쇄부재(34)의 개방상태에서 축방향 구멍(55)은 입구(36a)와 연결된 압력 발생기(62)에 대한 스로틀로서 작용하며, 그 결과 외부에 배치된 압력 발생기(62)용 스로틀이 생략될 수 있다. 제 2 실시예는, 밸브부품(11)에서 대각선으로 연장되기 때문에 제조가 복잡한 바이패스(52)가 없어도 되게하고 콘솔(56) 형태의 작동부재(35a)용 제 2 안내지점의 형성을 가능하게 한다. 또한 입구측 압력 발생기(62)용 스로틀(63)은 압력조절밸브(10)에 통합되며, 압력조절밸브(10a)의 사용자에 의해 사용되는 조건과 관련하여 바람직하게 배치된다.
물론, 본 발명의 기본사상을 벗어나지 않으면서, 실시예의 다른 변형이나 보충이 가능하다. 이와 관련하여, 압력조절밸브(10)는 코일(15)에 대한 전류 공급이 폐쇄부재(34)를 개방시키는 개방부재(opener)로서의 상술한 실시예 이외에 폐쇄부재(closer)로서 형성될 수 있다. 폐쇄부재의 경우, 상술한 자기부품(12)과는 달리, 실질적으로 코일코어(16)와 아마츄어(17)의 배치가 바뀐다. 이로써 아마츄어(17)는 코일(15)에 전류 공급시 압축 스프링의 힘에 대항해서 폐쇄부재(34)가 그의 폐쇄위치로 되도록 움직인다.

Claims (11)

  1. 전기적으로 제어 가능한 하나 이상의 코일(15)과, 코일코어(16)와, 움직일 수 있도록 안내된 아마츄어(17)로 구성된 자기부품(12)과; 입구(36, 36a)와, 귀환부(37)와, 컨슈머 채널(38, 38a)과, 상기 아마츄어(17)와 협동하는 밸브소자(34, 35, 35a)로 구성된 밸브부품(11, 11a)을 갖는 전자기 압력조절밸브(10, 10a)에 있어서,
    상기 밸브부품(11, 11a)은 폐쇄부재(34)와 함께 제 1 시트밸브(45)를 형성하며, 상기 아마츄어(17)와 상기 폐쇄부재(34)사이에 연결된 작동부재(35, 35a)를 가지며,
    상기 작동부재(35, 35a)는 상기 밸브부품(11, 11a)의 제어구(42, 42a)를 관통하며, 상기 제어구(42)와 협동하여 제 2 시트밸브(49)를 형성하는 콘트롤 엣지(50)를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 시트밸브(45)의 유압 작용 압력면(A1)의 면적은 상기 제 2 시트밸브(49)의 유압 작용 압력면(A2)의 면적과 0.3보다 낮은 비율을 이루는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자기부품(12)은 적어도 부분적으로 상기 코일코어(16)내 삽입된 아마츄어(17)의 형태로 플런저 단을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 작동부재(35, 35a)는 샤프트(46, 46a)와 상기 태핏(47, 47a)을 가지며,
    상기 작동부재(35, 35a)의 상기 콘트롤 엣지(50)는 상기 샤프트(46, 46a)로부터 상기 태핏(47, 47a)으로의 전환점에 형성되며,
    상기 콘트롤엣지(50)는 상기 제 2 시트밸브(49)의 개방된 단부위치에서 스로틀작용을 하지 않는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 작동부재(35, 35a)는 상기 압력조절밸브(10)의 조절위치에서 그 시트로부터 상기 폐쇄부재(34)를 상승시키며,
    상기 작동부재(35, 35a)의 상기 콘트롤 엣지(50)는 상기 조절위치에서 상기 입구(36, 36a)로부터 상기 귀환부(45)로 흐르는 압력매질유동을 스로틀링하는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 시트밸브(45)는 상기 밸브부품(11, 11a)의 상기 입구(36, 36a)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컨슈머 채널(38)은 상기 밸브부품(11)의 정면측 단부상에 배치되며, 상기 입구(36)로의 바이패스(52)를 거쳐 상기 귀환부(37)와 연결되며,
    상기 바이패스(52)는 압력매질의 유동방향으로 볼 때 상기 콘트롤 엣지(50) 앞의 영역에서 상기 제어구(42)내로 통하는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 입구(36)와 상기 귀환부(37)는 상기 제어구(42)로부터 측면으로 분기되는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입구(36a)는 상기 밸브부품(11a)의 정면측 단부에 배치되며,
    상기 컨슈머 채널(38a)과 상기 귀환부(37)는 상기 제어구(42a)로 부터 측면으로 분기되는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 입구(36a)와 상기 제어구(42a)는 횡방향 구멍(51a)내로 통하며, 상기 횡방향 구멍(51a)은 상기 컨슈머 채널(38a)로 이어지고,
    상기 횡방향 구멍(51a)내에는 콘솔(56)이 형성되며, 상기 콘솔은 압력매질이 사방에서 그 주위로 흐르며 작동부재(35a)용 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 폐쇄 부재(34)는 구형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 압력조절밸브.
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