KR101160470B1

KR101160470B1 - 솔레노이드 밸브

Info

Publication number: KR101160470B1
Application number: KR1020120051084A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 노의동; 안찬식
Original assignee: 주식회사 유니크
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-06-27
Also published as: WO2013172521A1

Abstract

본 발명은 자동변속기로 공급되는 유압을 제어하기 위한 압력조절용 밸브기구로 사용되는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다. 구성을 살펴보면, 파이프 형상의 홀더와, 상기 홀더의 내부에서 이동 가능하게 설치된 스풀로 구성된다. 상기 홀더의 내부에는 그 길이방향으로 이격된 공급챔버, 제어챔버, 배출챔버, 피드백챔버가 형성되고, 상기 홀더의 외주면에는 상기 공급챔버, 상기 제어챔버, 상기 배출챔버와 각각 연결된 공급포트, 제어포트, 배출포트가 형성된다. 상기 스풀의 양단에는 직경이 서로 다른 1대경부와 제2대경부가 형성되고, 상기 스풀의 이동시 상기 제어챔버를 상기 공급챔버와 연결하거나 상기 배출챔버와 연결하는 환형홈이 상기 제1대경부와 상기 제2대경부 사이에 형성된다.
상술한 구성에 따르면, 스풀의 제1대경부와 제2대경부가 서로 다른 직경으로 형성되므로 제어챔버로 유입된 유체에 의해 인가되는 힘 또한 서로 상이하다. 따라서 제어챔버로 유입되는 유체의 양을 조절하여 제어포트를 통해 배출되는 제어압력이 급격하게 변동되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제어압력이 완만한 기울기로 증가하거나 감소할 수 있도록 할 수 있으며, 제어압력의 변화가 일정한 선형성을 갖도록 할 수 있다.

Description

솔레노이드 밸브{SOLENOID VALVE}

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자동변속기로 공급되는 유압을 제어하기 위한 압력조절용 밸브기구로 사용되는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

자동차용 변속기는 엔진의 회전속도와 회전력을 다양한 주행환경에 적합하도록 변환하여 전달하는 장치이다. 예를 들어, 자동차가 출발할 때에는 느린 회전속도와 높은 회전력을 갖도록 하고, 일정한 속도로 주행할 때에는 빠른 회전속도와 낮은 회전력을 갖도록 한다. 이러한 변속기는, 변속과정이 운전자에 의해 수동적으로 이루어지는 수동변속기와, 일정한 패턴에 의해 자동적으로 이루어지는 자동변속기로 구분된다. 이 중에서 자동변속기는 토크 컨버터, 작동기구, 유성기어장치, 유압제어기구, 전자제어장치로 구성되며, 상기 유압제어기구에는 자동변속기로 공급되는 유압을 제어하기 위한 압력조절용 밸브기구가 마련된다.

선행기술문헌(대한민국등록특허공보 제10-1009266호, 2011.01.12)에 기재된 솔레노이드 밸브는 상술한 압력조절용 밸브기구 중 하나이다. 그 구성을 살펴보면, 전원의 인가 여부에 따라 작동하는 솔레노이드와, 솔레노이드에 결합된 홀더와, 홀더의 내부에 설치된 스풀을 포함한다. 홀더의 내부에는 공급챔버, 제어챔버, 배출챔버 및 피드백챔버가 형성되고, 홀더의 외주면에는 공급챔버, 제어챔버, 배출챔버, 피드백챔버와 각각 연결된 공급포트, 제어포트, 배출포트, 피드백포트가 형성된다. 또한, 홀더의 외주면에는 피드백챔버와 제어챔버를 연결하는 피드백유로가 형성된다.

그런데 상술한 솔레노이드 밸브의 피드백유로는 홀더의 외측으로 개방된 홈으로 형성된다. 즉, 피드백유로는 솔레노이드 밸브를 밸브바디에 설치하여 홀더가 삽입되는 장착공의 내벽이 피드백유로의 개방된 일측을 폐쇄할 경우에만 완전한 유로의 형태를 갖게 된다. 따라서 가공공차 등에 의해 홀더가 장착공에 밀착되지 못할 경우 각 포트 사이를 완벽하게 밀봉할 수 없으며, 이로 인하여 홀더로 유입된 유체가 각 챔버 사이에서 비정상적으로 이동하게 되므로 자동변속기로 공급되는 유압을 확실하게 제어할 수 없다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동변속기로 공급되는 유압을 확실하게 제어할 수 있고, 밸브의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 솔레노이드로 인가되는 전류에 따른 제어압력의 선형성 및 제어구간의 확보가 가능한 솔레노이드 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 각 챔버 사이를 완벽하게 차단함으로써 유체의 누출 및 비정상적인 이동을 방지할 수 있으며, 유체의 누출 및 비정상적인 이동에 따른 압력손실을 최소화할 수 있는 솔레노이드 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브는, 유체의 출입을 단속하는 밸브와, 상기 밸브를 작동시키는 솔레노이드를 포함한다. 또한, 상기 밸브는, 파이프 형상의 홀더와, 상기 홀더의 내부에서 이동 가능하게 설치된 스풀로 구성된다.

상기 홀더의 내부에는 그 길이방향으로 이격된 공급챔버, 제어챔버, 배출챔버, 피드백챔버가 형성되고, 상기 홀더의 외주면에는 상기 공급챔버, 상기 제어챔버, 상기 배출챔버와 각각 연결된 공급포트, 제어포트, 배출포트가 형성된다.

상기 스풀의 양단에는 직경이 서로 다른 1대경부와 제2대경부가 형성되고, 상기 스풀의 이동시 상기 제어챔버를 상기 공급챔버와 연결하거나 상기 배출챔버와 연결하는 환형홈이 상기 제1대경부와 상기 제2대경부 사이에 형성된다. 이때, 상기 제1대경부는 상기 제2대경부보다 큰 직경으로 형성되고, 상기 홀더의 내주면은 상기 제1대경부와 상기 제2대경부에 밀착되도록 다단으로 형성된다.

상기 홀더의 외주면 중 상기 공급포트와 상기 제어포트 사이, 상기 제어포트와 상기 배출포트 사이에 장착홈이 형성되고, 상기 공급포트와 상기 제어포트 사이, 상기 제어포트와 상기 배출포트 사이를 밀봉하는 오링이 상기 장착홈에 설치된 다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 스풀의 제1대경부와 제2대경부가 서로 다른 직경으로 형성되므로 제어챔버로 유입된 유체에 의해 인가되는 힘 또한 서로 상이하다. 따라서 제어챔버로 유입되는 유체의 양을 조절하여 제어포트를 통해 배출되는 제어압력이 급격하게 변동되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제어압력이 완만한 기울기로 증가하거나 감소할 수 있도록 할 수 있으며, 제어압력의 변화가 일정한 선형성을 갖도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 스풀에 형성된 제1대경부와 제2대경부의 직경 차이를 이용하여 제어압력을 조절하므로 피드백유로가 필요치 않다. 따라서 피드백유로를 통한 압력의 손실을 원천적으로 막아 제어포트를 통해 자동변속기로 공급되는 유압을 확실하게 제어할 수 있으며, 밸브의 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 피드백유로가 필요치 않으므로 홀더를 원통으로 가공할 수 있으며, 이에 솔레노이드 밸브를 밸브바디의 장착공에 밀착시킬 수 있어 유체의 누출을 방지할 수 있다. 특히, 홀더의 외주면에 장착홈과 오링를 마련하여 각 챔버 사이를 완벽하게 차단함으로써 유체의 비정상적인 이동을 방지할 수 있다. 따라서 유체의 누출 및 비정상적인 이동에 따른 압력손실을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 중 밸브를 확대한 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동상태도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브는, 유체의 출입을 단속하는 밸브(100)와, 밸브(100)를 작동시키는 솔레노이드(200)로 구성된다.

밸브(100)는, 홀더(110)와, 홀더(110)의 내부에 이동가능하게 설치된 스풀(120)과, 스풀(120)의 상부에 구비된 스프링(130) 및 압력조절스크루(140)를 포함한다.

홀더(110)는 그 내부에서 스풀(120)이 이동할 수 있도록 원통형상으로 형성된다. 이 홀더(110)의 내부에는 공급챔버(150), 제어챔버(160), 배출챔버(170)가 하부에서 상부로 순차적으로 형성된다. 또한, 홀더(110)의 외주면에는 공급챔버(150), 제어챔버(160), 배출챔버(170)와 각각 연결된 공급포트(152), 제어포트(162), 배출포트(172)가 하부에서 상부로 순차적으로 형성된다.

공급포트(152)는 외부의 유압공급원에서 공급된 유체가 주입되는 포트이고, 제어포트(162)는 밸브(100)에서 소정의 압력으로 제어된 유체가 변속기의 클러치(미도시) 측으로 배출되는 포트이며, 배출포트(172)는 홀더(110)의 내부 잔압을 제거하기 위해 유체가 배출되는 포트이다. 이때, 공급포트(152)는 공급챔버(150)의 둘레에, 제어포트(162)는 제어챔버(160)의 둘레에, 배출포트(172)는 배출챔버(170)의 둘레에 각각 형성된다. 특히, 각 포트(152,162,172)는 각 챔버(150,160,170)의 둘레를 따라 방사상으로 배치된 복수로 이루어진다.

홀더(110)의 내측 상부, 즉 배출챔버(170)의 상부에는 제1보조챔버(190a)가 형성되고, 홀더(110)의 상단에 결합된 압력조절스크루(140)에는 제1보조포트(192a)가 형성된다. 또한, 홀더(110)의 내측 하부(공급챔버(150)의 하부)에는 제2보조챔버(190b)가 형성되고, 제2보조챔버(190b)의 둘레에는 제2보조포트(192b)가 형성된다. 상술한 보조챔버(190a,190b)와 보조포트(192a,192b)는 스풀(120)의 외주면에 묻어 있는 유체 및 유체에 포함된 이물질들을 외부로 배출하기 위한 수단이다. 이와 같이 보조포트(192a,192b)를 통해 유체가 배출될 경우 홀더(110)의 내부 잔압이 제거되므로 스풀(120)이 원활하게 이동할 수 있다.

홀더(110)의 외주면에는 다수의 장착홈(112a~112c)이 홀더(110)의 길이방향으로 이격되게 형성되고, 장착홈(112a~112c)에는 오링(114a~114c)이 설치된다. 장착홈(112a~112c)과 오링(114a~114c)은, 공급포트(152)와 제2보조포트(192b) 사이에 마련된 제1장착홈(112a)과 제1오링(114a), 공급포트(152)와 제어포트(162) 사이에 마련된 제2장착홈(112b)과 제2오링(114b), 제어포트(162)와 배출포트(172) 사이에 마련된 제3장착홈(112c)과 제3오링(114c)을 포함한다. 상술한 제1장착홈(112a)과 제1오링(114a)은 공급챔버(150)와 제2보조챔버(190b) 사이에서 비정상적으로 유체가 이동하는 것을 방지하고, 제2장착홈(112b)과 제2오링(114b)은 공급챔버(150)와 제어챔버(160) 사이에서 비정상적으로 유체가 이동하는 것을 방지한다. 또한, 제3장착홈(112c)과 제3오링(114c)은 제어챔버(160)와 배출챔버(170) 사이에서 비정상적으로 유체가 이동하는 것을 방지한다.

스풀(120)은 제1대경부(122)와 제2대경부(124) 사이에 환형홈(126)이 형성된 다단의 스풀(spool)형상이다. 상부에 위치된 제1대경부(122)의 직경(d1)이 하부에 위치된 제2대경부(124)의 직경(d2)에 비해 크게 형성되고, 홀더(110)의 내주면은 제1대경부(122)와 제2대경부(124)에 밀착되도록 다단으로 형성된다. 즉, 제어포트(162)를 기준으로 홀더(110)의 상단 내주면이 제1대경부(122)에 밀착되고, 홀더(120)의 하단 내주면이 제2대경부(124)에 밀착된다.

상술한 바와 같이 제1대경부(122)의 직경(d1)을 제2대경부(124)의 직경(d2) 보다 크게 형성할 경우 제어챔버(160)의 수압부면적에 따라 제어압력의 차이가 발생하므로, 솔레노이드(200)로 인가되는 전류에 따른 제어압력의 선형성 및 제어구간의 확보가 가능하다.

한편, 홀더(110)의 상부 개구된 영역에는 제어포트(162)를 통해 클러치 측으로 인가되는 제어압력을 조절하는 압력조절스크루(140)가 설치된다. 또한, 압력조절스크루(140)와 스풀(120) 사이에는 스풀(120)을 하향으로 탄성 지지함과 동시에 스풀(120)의 이동시 발생하는 충격을 흡수하는 스프링(130)이 설치된다.

상술한 밸브(100)의 구조에 따르면, 스풀(120)의 상단에 형성된 제1대경부(122)와 스풀(120)의 하단에 형성된 제2대경부(124)가 서로 다른 직경으로 형성되어 피드백챔버(180)의 수압부면적이 서로 상이하다. 즉, 제1대경부(122)의 직경(d1)이 제2대경부(124)의 직경(d2)보다 크게 형성되어, 유체가 제어챔버(160)에 유입될 경우 수압부면적이 큰 제1대경부(122)에 상대적으로 큰 힘이 걸리게 된다. 따라서 솔레노이드(200)에 전원이 인가되어 스풀(120)을 상승시키려고 할 때 제1대경부(122)에 걸리는 힘이 추가되어 스풀(120)을 일정한 속도로 상승시키게 된다. 결국, 제어챔버(160)로 유입되어 제어포트(162)를 통해 배출되는 유체의 제어압력이 완만한 기울기로 증가하거나 감소할 수 있도록 하며, 이를 통해 제어압력의 변화가 일정한 선형성을 갖게 되고, 압력의 제어구간이 길게 연장되어 제어압력을 좀 더 정밀하게 조절할 수 있다.

또한, 스풀(120)에 형성된 제1대경부(122)와 제2대경부(124)의 직경 차이를 이용하여 제어압력을 조절하므로 피드백유로가 필요치 않다. 따라서 피드백유로를 통한 압력의 손실을 원천적으로 막아 제어포트(162)를 통해 자동변속기로 공급되는 유압을 확실하게 제어할 수 있으며, 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 공급포트(152), 제어포트(162), 배출포트(172), 제2보조포트(192b) 사이마다 설치된 오링(114a~114c)을 통해 각 챔버(150,160,170,190b)가 서로 밀봉되므로, 각 챔버(150,160,170,190b) 사이에서 비정상적으로 유체가 이동하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 실시예의 밸브(100)는 피드백유로가 필요치 않으므로 홀더(110)를 완전한 원통으로 제작할 수 있다. 따라서 홀더(110)의 외주면에 오링(114a~114c)을 설치할 경우 홀더(110)와 오링(114a~114c) 사이 그리고 오링(114a~114c)과 장착공(밸브바디에 형성된 장착공, 미도시) 사이가 완벽하게 밀착된다. 따라서 유체의 누출 및 비정상적인 이동에 따른 압력손실을 최소화하여 외부의 유압공급원에서 솔레노이드 밸브로 공급된 후 자동변속기로 배출되는 유체의 압력을 확실하게 제어할 수 있다.

한편, 각 챔버(150,160,170)의 둘레를 따라 방사상으로 배치된 각 포트(152,162,172)에 링 타입의 필터(116)를 설치될 수 있다.

솔레노이드(200)는 전원 인가시 자기장을 발생하여 플런저(250)를 이동시키고, 플런저(250)에 결합된 로드(270)를 통해 밸브(100)를 작동시키는 장치이다. 도 1을 참조하여 그 구성을 살펴보면, 케이스(210)와, 케이스(210)의 내부에 설치된 보빈(220)과, 보빈(220)의 외주면에 감긴 코일(230)과, 보빈(220)의 하단을 통해 삽입된 요크(240)와, 요크(240)의 내부에 설치된 플런저(250)와, 요크(240)의 상단에 결합된 코어(260)와, 코어(260)의 상단을 관통하도록 결합된 로드(270)와, 요크(240)의 하단 일측에 결합된 커넥터(280)를 포함한다.

본 실시예에서는 솔레노이드(200)를 상술한 구조로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전원 인가 여부에 따라 밸브(100)를 작동시킬 수 있는 구조이면 모두 적용 가능하다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 솔레노이드(200)로 전원이 인가되지 않은 상태이다. 즉, 홀더(110)의 상부에 설치된 스프링(130)에 의해 스풀(120), 플런저(150) 및 로드(170)가 하향으로 편의된 상태이므로, 공급챔버(150)와 제어챔버(160)가 서로 연결되고, 제어챔버(160)와 배출챔버(170) 사이의 연결은 차단된다.

이 상태에서 공급포트(152)를 통해 유체가 공급되면 공급챔버(150)와 제어챔버(160)를 거치는 과정에서 소정의 압력으로 제어된 후 제어포트(162)를 통해 자동변속기의 클러치(미도시) 측으로 배출된다. 이때, 스풀(120)은 제1대경부(122)의 직경(d1)이 제2대경부(324)의 직경(d2)보다 크게 형성되는바, 제어챔버(160)로 유입된 유체의 압력이 제1대경부(122) 측에 더 크게 작용한다(도 4 참조).

따라서 솔레노이드(200)에 전원이 인가되어 스풀(120)을 상승시키려고 할 때 제1대경부(122)에 걸리는 힘이 추가되어 스풀(120)을 일정한 속도로 상승시키게 된다. 결국, 제어챔버(160)로 유입되어 제어포트(162)를 통해 배출되는 유체의 제어압력이 완만한 기울기로 증가하거나 감소할 수 있도록 하며, 이를 통해 제어압력의 변화가 일정한 선형성을 갖게 되고, 압력의 제어구간이 길게 연장되어 제어압력을 좀 더 정밀하게 조절할 수 있다.

반면, 솔레노이드(200)에 전원이 인가되면 코일(230)에서 자기장이 발생하고, 발생된 자기장에 의해 플런저(250)가 이동하며 로드(270) 및 스풀(120)을 상승시킨다. 상술한 과정을 통해 스풀(120)이 상승하면 도 5에 도시된 것처럼 공급챔버(150)와 제어챔버(160) 사이의 연결이 차단되고, 제어챔버(160)와 배출챔버(170)가 서로 연결된다.

이 상태에서 공급포트(152)를 통해 유체가 공급되더라도 제어포트(162)로 이송되지 않으며, 제어포트(162)를 통해 클러치 측으로 배출되었던 유체(소정 압력으로 제어된 유체)가 제어챔버(160)와 배출챔버(170)를 거쳐 배출포트(172)를 통해 외부의 유체저장탱크(미도시)로 배출된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 밸브 110: 홀더
120: 스풀 130: 스프링
140: 압력조절스크루 150: 공급챔버
160: 제어챔버 170: 배출챔버
180: 피드백챔버 200: 솔레노이드
210: 케이스 220: 보빈
230: 코일 240: 요크
250: 플런저 260: 코어
270: 로드 280: 커넥터

Claims

유체의 출입을 단속하는 밸브와, 상기 밸브를 작동시키는 솔레노이드를 포함하는 솔레노이드 밸브에 있어서,
상기 밸브는,
파이프 형상의 홀더;
상기 홀더의 내부에 형성되고, 상기 홀더의 길이방향으로 이격된 공급챔버, 제어챔버, 배출챔버;
상기 공급챔버, 상기 제어챔버, 상기 배출챔버와 각각 연결되며, 상기 홀더의 외주면에 형성된 공급포트, 제어포트, 배출포트;
상기 홀더의 내부에서 이동 가능하게 설치된 스풀;
상기 스풀의 양단에 형성되고, 직경이 서로 다른 제1대경부와 제2대경부; 및
상기 제1대경부와 상기 제2대경부 사이에 형성되고, 상기 스풀의 이동시 상기 제어챔버를 상기 공급챔버와 연결하거나 상기 배출챔버와 연결하는 환형홈을 포함하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 제1대경부는 상기 제2대경부보다 큰 직경으로 형성되고, 상기 홀더의 내주면은 상기 제1대경부와 상기 제2대경부에 밀착되도록 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 제어포트는 상기 홀더의 중단에 형성되고, 상기 제어포트를 기준으로 상기 홀더의 일단 내주면이 상기 제1대경부에 밀착되며, 상기 홀더의 타단 내주면이 상기 제2대경부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 홀더의 외주면 중 상기 공급포트와 상기 제어포트 사이, 상기 제어포트와 상기 배출포트 사이에 장착홈이 형성되고,
상기 공급포트와 상기 제어포트 사이, 상기 제어포트와 상기 배출포트 사이를 밀봉하는 오링이 상기 장착홈에 설치된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 공급포트가 형성된 상기 홀더의 외주면과, 상기 제어포트가 형성된 상기 홀더의 외주면에 링 형상의 필터가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
상기 홀더의 일단에 조절스크루가 결합되고, 상기 조절스크루와 상기 스풀 사이에 탄성수단이 개재되며, 상기 홀더의 타단에 솔레노이드가 설치된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.