KR101505674B1 - 솔레노이드식 유체 제어밸브 - Google Patents

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Abstract

유체 제어시스템의 압력을 제어하기 위한 솔레노이드식 유체 제어밸브는 솔레노이드 코일이 내장된 솔레노이드 하우징과; 상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자와; 유체 통로로의 유체 흐름을 제어하는 밸브부재와; 전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여 상기 전기자와 밸브부재 사이에 배치되는 작동기 핀과; 밸브 작동을 개선시키기 위하여, 전기자 댐핑 부재와, 관형의 작동기 핀 지지 본체와, 유동 전환기와, 코일 보빈 지지 슬리브와, 및/또는 내부의 입자 획득용 자석을 포함하는 하나이상의 특징부를 포함한다.
코일, 전기자, 밸브, 작동기 핀, 댐핑부재, 슬리브, 영구자석, 시트

Description

솔레노이드식 유체 제어밸브{SOLENOID OPERATED FLUID CONTROL VALVE}
도1은 볼 밸브부재가 완전개방 위치인 것을 도시하는, 본 발명의 실시예에 따른 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브의 길이방향 단면도.
도2는 볼 밸브부재가 완전폐쇄 위치인 것을 도시하는, 도1의 평면에 대해 90°취한, 도1의 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브의 길이방향 단면도.
도3은 볼 밸브 및 유동 전환기의 확대도.
도3a 및 도3b는 슬리브의 단부상에 형성되어 있는 또 다른 모따기된 밀봉 엣지의 부분확대 단면도.
도3c는 슬리브상에 형성되어 있는 둥글게 깎여진 밀봉 엣지의 부분확대 단면도.
도4는 유동 전환기의 단면도.
도5는 제어 압력이 코일 전류에 비례하여 증가되는 비례 방식으로, 유체 제어밸브가 작동되었을 때 제어 압력 및 전체 흐름-솔레노이드 전기전류를 도시한 그래프.
도6은 제어 압력이 코일 전류에 비례하여 감소되는 반비례 방식으로, 유체 제어밸브가 작동되었을 때 제어 압력 및 전체 흐름-솔레노이드 전기전류를 도시한 그래프.
도7은 단단한 적층 통로를 제공하기 위해 슬리브 또는 라이너를 갖는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는, 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브의 길이방향 부분단면도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
12: 하우징 14: 밸브부재
18: 솔레노이드 20: 코일
22: 전기자 24: 스프링
34: 영구자석
본 발명은 밸브 솔레노이드에 인가된 전기 전류에 응답하여 유체 시스템내의 유체 압력을 제어하는 솔레노이드식 유체 제어밸브에 관한 것이다.
나즈몰호다에 허여된 미국특허 제4.988.074호에는 제조 경비가 저렴하고 크기가 작은 비례가변력 솔레노이드 제어밸브와, 선형 비례 유체 제어의 유지에 대한 내용이 개시되어 있다. 특허허여된 비례가변력 솔레노이드 제어밸브는 알루미늄 밸브부재 하우징의 영역 주위에 주름잡힌 강철제 솔레노이드 하우징상에서, 태브 등에 의해 기계적으로 서로 접합되는 외측의 강철제 솔레노이드 하우징과 알루미늄 밸브부재를 포함한다.
상기 비례가변력 제어밸브는 강자성(예를 들어, 강철) 전기자를 포함하며; 전자석 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 폐쇄된 밸브위치와 완전개방된 밸브위치 사이에서의 왕복이동을 위하여, 상기 전기자는 무코어 솔레노이드 보빈의 보어 구멍내에서 전기자의 대향 단부에 스프링계수가 낮은 스프링으로 현수되어 있다. 전기자의 위치는 영구링 자석의 자기장의 힘과 밸브 폐쇄위치를 향해 밸브를 편의시키는 압축 코일 스프링의 힘에 대항하여, 전자석 코일의 전자기장의 가변력을 평형화시키므로써 제어된다. 전자기 코일과 보빈 및 전기자는 강철제 하우징이 전기자에서 전자기장의 플럭스의 집중을 제공하는 방식으로, 강철제 솔레노이드 하우징에 배치된다. 상기 전기자 단부상의 유체 제어밸브는 유체 입구를 유체 배출포트와 연결시켜 인가된 전기전류의 크기에 비례하는 방식으로 유체 제어포트에서의 유체 압력을 제어하도록, 알루미늄 밸브 하우징에 배치된 밸브 시트에 대해 이동한다.
특허허여된 상기 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브의 상용화된 제품은 스텐레스 스틸 볼 밸브와, 노즐에 압입되는 별도의 스텐레스 스틸 밸브 시트 삽입체를 포함하도록 변형되었다. 상기 볼 밸브는 전자석 코일에 인가된 전기전류의 크기에 비례하는 방식으로, 밸브 시트와 이러한 밸브 시트에 대해 이동하는 막대형태의 원통형 강철제 전기자 사이에서 스텐레스 스틸 케이지에 포획된다. 전기자가 밸브를 작동시키는 밸브 시트에 대해 이동함에 따라, 볼 밸브는 밸브부재 하우징내의 유체 압력과 보빈의 볼 밸브 케이지에서의 억제에 의해, 전기자의 단부를 따르게 된다. 유체 입구는 볼 밸브의 개방에 의해 유체 배출포트와 연결되므로써, 코일에 인가된 전기전류의 크기에 비례하는 방식으로 유체 제어포트에서의 유체 압력 을 제어할 수 있다.
스풀 밸브는 두가지 상태 즉, 고흐름 능력을 제공하도록 밸브부재에 배치되며; 이러한 고흐름 능력에서, 초기에 입구포트에 공급된 가압 유체는 제어포트를 바이패스하도록 지향되어, 스풀 밸브의 단부에 유입되며; 코일 스프링힘의 조정에 의해 볼 밸브에 대해 설정된 크래킹 압력에 따라 결정되었을 때, 제어 포트에 대해 스풀 밸브를 제로 흐름 스플위치로부터 최대 유체 흐름 스풀위치로 이동시킨다. 그후, 두번째 상태의 작동에서는 코일에 인가된 전기전류의 크기에 비례하는 방식으로, 스풀 밸브를 최소 흐름 스풀위치와 최대 흐름 스풀위치 사이에서 이동시키므로써, 제어포트를 통한 유체 흐름을 제어하는 단계를 포함한다. 지금까지 상용화되어 제조된 이러한 비례가변력 솔레노이드 제어밸브는 외측 노즐 홈에 결합시키는 클램프판이나 볼트 또는 이들 모두에 의해, 주조된 알루미늄 변속기 본체나 케이스에 작동가능하게 장착되었다.
나즈몰호다에 허여된 미국특허 제5.611.370호에는 비례가변력 솔레노이드 제어밸브가 개시되어 있으며; 이러한 제어밸브는 밸브 구조 및 구성을 간단히 하면서 선형 비례 유체 압력 제어를 유지시키기 위해 솔레노이드 및 제어밸브를 위한 비자성 공유 하우징을 포함한다.
나즈몰호다에 허여된 미국특허 제5.984.259호에는 비례가변력 솔레노이드 제어밸브가 개시되어 있으며; 이러한 제어밸브는 특히 전기적으로 제어된 유압 자동차용 변속용도로 사용시, 제어된 유체 시스템에서의 노이즈에 대해 개선된 밸브 응답 안정성을 제공하도록, 전기자에 연결되거나 또는 전기자의 일부에 연결되는 댐 핑 부재를 포함한다.
뮬랠리에 허여된 미국특허 제5.711.344호에는 전기자에 작동가능하게 연결된 핀 정렬부와 이중 볼이 구비된 유압 제어밸브가 개시되어 있다.
본 발명은 유체 제어밸브가 밸브 동작을 개선시키는 특징부를 포함하는, 유체 제어시스템에서 유체의 압력을 제어하기 위한 솔레노이드식 유체 제어밸브를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 솔레노이드 유체 제어밸브는 솔레노이드 코일과, 상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자와, 유체 통로로의 유체 흐름을 제어하는 밸브부재와, 전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여 상기 전기자와 밸브부재 사이에 배치되는 작동기 핀과, 유체 제어밸브의 하우징에 배치된 관형의 작동기 핀 지지 본체에 의해 형성된 유체함유 댐핑부재에 수용되어 함께 이동되도록, 그 단부에 인접하여 전기자와 연결되는 댐핑 부재를 포함한다. 상기 작동기 핀 지지 본체는 댐핑 본체를 형성하기 위해 상기 댐핑 부재 주위에 배치된 제1의 관형 슬리브 부분과, 상기 작동기 핀의 제1단부영역을 수용하는 베어링 슬리브를 형성하기 위해 상기 작동기 핀 주위에 배치된 제2의 관형 슬리브 부분을 포함한다. 댐핑 부재는 제어된 유체 시스템이나 회로에서 전기적, 기계적 및/또는 유압적 소음에 기인한 압력 변동을 감소시키거나 완화시켜 밸브 응답 안정성을 개선하는 방식으로, 댐핑 부재에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 솔레노이드 코일과; 상기 솔레노이드 코일 에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자와; 유체 통로로의 유체 흐름을 제어하는 밸브부재와; 전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여, 상기 전기자와 밸브부재 사이에 배치되는 작동기 핀을 포함하는 솔레노이드 유체 제어밸브에 있어서, 상기 작동기 핀은 전기자가 밸브부재가 작동기 핀에 의해 그 시트로부터 최대거리로 이격된 그 행정의 단부 위치에 있을 때, 배출 포트로의 유체 흐름을 폐쇄하기 위하여, 상기 밸브부재의 하류에서 배출 시트 삽입체와 결합되는 배출 밀봉 엣지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 밀봉 엣지는 슬리브의 단부를 모따기하거나 둥글게 깎아내므로써 형성된다. 배출 밀봉 엣지/배출 시트 삽입체는 밸브부재가 그 시트로부터 최대거리로 물러났을 때, 배출포트로의 유체 누설을 감소시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 솔레노이드 유체 제어밸브는 솔레노이드 코일과; 상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자와; 유체 통로로의 유체 흐름을 제어하는 밸브부재와; 전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여, 상기 전기자와 밸브부재 사이에 배치되는 작동기 핀과; 유체내의 철함유 입자를 포획하기 위해 유체 제어밸브의 유체함유 하우징의 내부에 배치된 입자 획득용 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에서, 입자 획득용 자석은 베어링 슬리브에 인접한 유체에 존재하는 철함유 입자를 포획하기 위해, 작동기 핀을 수용하는 관형 베어링 슬리브의 주위에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 솔레노이드식 유체 제어밸브는 솔레노이드 코일과, 상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전 기자와, 유체 통로로의 유체 흐름을 제어하는 밸브부재와, 전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여, 전기자와 밸브부재 사이에 배치된 작동기 핀을 포함하며; 또 다른 특징부로서, 유체 통로내의 유체에 난류 흐름을 부여하여 낮은 제어압력에서의 밸브 응답 안정성을 개선하기 위해, 밸브부재에 인접하여 상기 유체 통로에 유동 전환기가 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 유동 전환기는 작동기 핀의 단부영역을 밸브부재에 인접하게 지지하기 위하여 유체 통로에 배치된다. 작동기 핀의 대향 단부영역은 전기자에 인접한 베어링 슬리브에 의해 지지되므로, 전기자의 내측 단부는 유체 제어밸브의 작동시 히스테리시스 손실을 감소시키도록 유체역학적 유체압력에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 솔레노이드식 유체 제어밸브는 솔레노이드 코일과, 상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자를 포함하며; 또 다른 특징부로서, 밸브 부품이 유지보수에 노출되는 온도에서 시간의 경과에 따라 밸브 응답 안정성을 유지시키기 위해, 코일 보빈과 전기자 사이에 관형 솔레노이드 코일 보빈 지지 슬리브 또는 라이너가 배치된다. 상기 슬리브 또는 라이너는 시간에 대한 밸브 응답에 영향을 끼칠 수도 있는 영구자석의 열 드리프트(thermal drift)를 감소시키는 방식으로, 영구자석으로부터 플럭스 와셔까지 단단한 축방향 적층 통로를 완성한다. 영구자석의 불필요한 열 드리프트를 피하는데 도움을 주기 위하여, 인접한 플럭스 와셔와 코일 보빈의 단부 사이에는 공간 또는 간극이 제공된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 특징들을 하나이상 포함하는 솔레노이드식 유체 제어밸브를 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 영구 자기장을 제공하기 위하여 전기자의 외측 단부영역의 주위에 제어밸브 하우징의 솔레노이드 하우징에 영구자석이 배치되는 형태의 비례가변력 솔레노이드식 제어밸브가 제공되며; 이에 의해, 솔레노이드 코일에 공급된 전기전류에 비례하는 방식으로, 솔레노이드 코일의 가변성 전자기장은 스프링에 의해 편의되는 전기자를 이동시키도록 상호작용하게 된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 특징 및 실시예는 영구 자기장을 제공하기 위하여 전기자의 외측 단부영역의 주위에 제어밸브 하우징의 솔레노이드 부분에 영구자석이 배치되는 형태의 비례가변력 솔레노이드식 제어밸브가 제공되며; 이에 의해, 솔레노이드 코일에 공급된 전기전류에 비례하는 방식으로, 솔레노이드 코일의 가변성 전자기장은 스프링에 의해 편의되는 전기자를 이동시키도록 상호작용하게 된다. 이러한 형태의 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브는 미국특허 제4.988.074호, 제5.611.370호, 제5.984.259호, 제5.996.628호, 제6.179.268호 등에 개시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브에 한정되지 않으며, 솔레노이드에 인가된 전기전류에 응답하여 유체 시스템내의 유체 압력을 제어하기 위해 다른 형태의 솔레노이드식 유체 제어밸브에도 실행될 수 있다.
도1 및 도2에 있어서, 예시적인 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브(10)는 본 발명에 참조인용된 미국특허 제4.988.074호, 제5.611,370호, 제5.984.259호, 제5.996.628호, 제6.179.268호에 개시된 일반적인 형태의 유체 제어밸브를 제공하는 방식으로, 유체 밸브부재(14) 및 그 관련의 부품을 갖는 밸브 또는 노즐 하우징(12)과, 솔레노이드(18)가 배치되어 있는 솔레노이드 하우징(16)을 포함한다. 상기 밸브 하우징(12)은 알루미늄으로 제조되며, 솔레노이드 하우징(16)은 강철 또는 미국특허 제4.988.074호에 개시된 기타 다른 강자성 물질을 포함한다. 상기 밸브 하우징(12) 및 솔레노이드 하우징(16)은 미국특허 제4.988.074호 및 제5.611.370호 등에 개시된 바와 같이, 방사방향의 환형 솔레노이드 하우징 플랜지 및 방사방향의 환형 밸브 하우징 플랜지에서 서로 접합된다. 밸브 하우징(12) 및 솔레노이드 하우징(16)은 선택적으로 나즈몰호다에 허여된 미국특허 제5.611.370호에 개시된 단일의 공통 하우징으로 형성될 수도 있으며, 이러한 공통 하우징은 자기가 투과할 수 없거나 또는 거의 투과할 수 없는 비자성 물질로 제조된다.
이러한 공통 하우징 또는 단일 하우징에 특히 적합한 물질은 주조 또는 사출성형에 의해 원하는 하우징 형태로 형성된 알루미늄과 그 합금 또는 열가소물을 포함한다. 상기 공통 하우징은 솔레노이드(18)를 둘러싸는 하우징 부분 또는 영역과, 밸브부재(14) 및 그 관련의 밸브 부품들을 불러싸는 노즐 하우징 부분 또는 영역을 포함할 것이다.
도1 및 도2에 있어서, 상기 솔레노이드(18)는 솔레노이드 하우징(16)(또는 공통 하우징 실시예의 솔레노이드 하우징 부분)에 배치되며, 성형된 플라스틱 보빈(21)의 주위에 권취된 전자석 솔레노이드 코일(20)을 포함하며, 상기 보빈은 그 길이방향 축선을 통과하는 원통형 보어 구멍(21a)을 갖는다. 보빈(21)은 유리충진된 열가소물 또는 기타 다른 적절한 물질로 제조된다. 강자성 물질(예를 들어 투자성 강)로 형성된 축방향으로 연장되는 전기자(22)는 스프링률이 낮은 얇은 스프링(24)의 내부에 현수되며, 상기 스프링은 전기자의 후방 최외측 단부(22a)에 장착된다.
플라스틱 전기 커넥터 본체(52)는 스냅결합, 기계적 상호결합, 열스태킹, 또는 기타 다른 고정방법에 의해 보빈(21)상에 장착된다. 상기 전기 커넥터 본체(52)는 가변전류원(도시않음)으로부터 전기전류를 수용하기 위해 전자석 코일(20)의 와이어에 연결된 전기 터미널 접촉핀(54a, 54b)을 포함한다. 미국특허 제4.988.074호에는 전기 접점이 도시되어 있다. 상기 접촉핀(54a, 54b)은 유체 제어밸브를 전기전류 신호원에 연결하기 위하여, 전기 터미널(55a, 55b)에 순서대로 연결된다. 상기 터미널(55a, 55b)은 유체 제어밸브가 차량 변속기를 제어하는데 사용될 때, 리드 프레임 또는 와이어링 하네스에 의해 자동차의 종래 전자 변속기 제어모듈(도시않음)에 연결될 수 있다. 이러한 용도에 있어서, 유체 제어밸브의 밸브 하우징(12)은 변속기 매니폴드와 결합되고 유체 공급회로, 유체 제어 회로, 유체 배출 회로를 서로 분리시키는 밀봉부(S1, S2)를 갖는 변속기 유체 매니폴드(M)의 보어(B)에 수용된다.
판스프링(24)은 미국특허 제4.988.074호에 개시된 형태를 취하며, 오오스테나이트 스테인레스 스틸 등과 같은 매우 얇은 비자성 오오스테나이트 스텐레스 스틸로 형성되며, 상기 미국특허 제4.988.074호의 도5에 도시된 스프링 형태에 대해 매우 낮은 비율의 스프링을 제공한다. 판스프링(24)의 내표면은 강철제의 환형 리테이너 부재(19)와 전기자(22)의 외단부 사이에 장착된다. 판스프링(24)의 외표면은 보빈(21)의 내부에서 자유로운 축방향의 길이방향 이동을 위해 전기자(22)를 현수하도록, 보빈(21)의 단부면과 축방향으로 자화된 영구자석 링(34) 사이에 장착된다. 상기 보빈(21)은 영구자석 링을 정위치에 지지하는 열스택된 플랜지(21f)를 포함한다.
축방향으로 자화된 영구자석 링(34)은 전기자 단부의 적어도 일부 주위로 솔레노이드 코일(20)의 축방향 후방으로 전기자(22)의 외단부(22a)에서 솔레노이드 하우징에 배치된다. 영구자석 링(34)은 Sm-Co 또는 Nd2Fe14B 등과 같은 희토류 영구자석 물질로 형성되며, 감소된 크기의 자석을 사용할 수 있게 하므로써 결과적으로 솔레노이드를 컴팩트하게 한다. 상기 영구자석 링(34)은 코일(20)에 대해 전기전류가 없는 경우에도 전기자(22)를 포화시키는 영구 자장을 생성한다. 따라서, 전기자 행정의 축방향 단부위치와 도2의 좌측으로의 축방향 위치 사이에서 전기자(22)를 이동시키기 위해서는 매우 작은 자장이 필요하게 되며; 상기 축방향 단부위치에서 밸브부재(14)는 밸브 시트에 대해 안착되지 않으며, 상기 축방향 위치에서 밸브부재(14)는 밸브 시트상에 안착된다. 도1의 위치에서, 밸브부재(14)는 하기에 서술되는 바와 같이 배출 밸브부재에 제어되었을 때, 공급포트(2)와 제어 포트(73) 사이에서의 연결을 위해 개방된다. 도2의 위치에서, 밸브부재(14)는 공급포트(2)와 제어포트(73) 사이에서의 연결을 차단하도록 시트상에서 폐쇄된다.
영구자석 링(34)은 솔레노이드 하우징(16)에 지지된 단부 폐쇄부(45)에 의해 보빈에 클램핑되며, 상기 단부 폐쇄부는 주름잡힌 하우징 플랜지(16g)에 의해 지지되어 있다. 상기 단부 폐쇄부(45)는 코일 압축스프링(42)(스프링 편의수단)의 외단부와 결합되는 변형가능한 단부캡(46)을 포함한다. 상기 단부 폐쇄부(46)는 하우징(16)에 의해 포획되거나 결합되므로써 단부캡(45)상에 지지된다. 스프링(42)은 전기자 외단부(22a)와 변형가능한 단부캡(46) 사이에 걸린다. 변형가능한 단부캡(46)의 중앙 영역은 본 발명에 참조인용된 미국특허 제5.996.628호에 개시된 바와 같이 솔레노이드 전류에 대해 밸브 응답을 조정하기 위해, 밸브의 조립후 변형된다. 전기자(22)는 하기에 서술되는 바와 같이 솔레노이드 코일(20)이 작동정지되었을 때, 개방위치의 밸브부재(14)를 그 시트로부터 변위시키도록, 코일 스프링(42)에 의해 편의된다.
전기자의 대향의 전방 내단부(22b)는 보빈(21)의 코어에서 유체역학적 유체압력에 의하지 않고는 지지되지 않는다. 이러한 방식에 의한 전기자(22)의 지지는 전기자 이동의 마찰 효과를 감소시키며, 이에 따라 유체 제어밸브의 작동시 히스테리시스 손실을 감소시킨다. 플럭스 와셔(W)는 전자기 플럭스를 전기자(22)의 내단부(22b)에 집중시키기 위하여, 본 발명에 참조인용된 미국특허 제4.988.074호에 따라 보빈(21)에 인접하여 제공된다. 전기자의 내단부(22b)는 원통형 전기자 핀(22p)을 포함하며; 이러한 전기자 핀은 탄소강으로 제조되며, 전기자(22)와 함께 이동하도록 전기자에 고정된다(예를 들어, 압입에 의해). 상기 전기자 핀(22p)은 유체 제어밸브(10)의 중앙 길이방향 축선을 따라 연장되며, 전기자(22)의 내단부를 약간 지나 돌출된다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 유체 댐핑 부재(25)는 전기자와 함께 이동하기 위하여, 전기자(22)의 내단부에 연결된다. 상기 댐핑 부재(25)는 도시된 바와 같이 전기자(22)의 내단부(22b)와 일체로 형성되거나, 또는 미국특허 제5.984.259호에 개시된 바와 같이 댐핑 부재가 별도의 소자일 경우 전기자(22)와 함께 이동하기 위하여 전기자에 접합되거나 연결된다.
본 발명의 실시예에 따라, 댐핑 부재(25)는 유체함유 밸브 또는 노즐 하우징 밸브(12) 또는 공통 하우징의 밸브나 노즐에 배치된 관형 작동기 핀 지지 본체(23)의 내벽(23w)에 의해 형성된 유체 댐핑 챔버(27)에 존재한다. 상기 관형 작동기 핀 지지 본체(23)에 대해서는 하기에 상세히 서술될 것이다. 댐핑 부재(25)는 미국특허 제5.984.259호에 개시된 바와 같이 제어된 유체 시스템이나 회로에서 전기적, 기계적 및/또는 유압 소음으로 인한 압력요동을 감소시키거나 완화시키는 방식으로, 댐핑 챔버(27)에 배치되므로써, 밸브 응답 안정성을 개선시킨다. 전자제어식 차량 변속기에 있어서, 제어된 시스템이나 회로에서의 전자기계적 소음은 변속기 제어모듈(예를 들어, 초핑된 펄스폭 제어신호)에서 발생될 수 있으며, 변속기 본체에서 클러치 또는 이송 밸브의 요동은 압력요동 및 비선형 밸브 응답을 생성한다.
전기자 댐핑 부재(25)는 내측 원통형 벽(23w)에 인접하여 원통형 외표면을 갖는다. 댐핑 부재(25)의 단면적과, 댐핑 부재(25)의 원통형 외표면과 이에 대응하는 벽(23w) 사이의 간극은 제어된 유체 시스템이나 회로에서의 소음으로 인한 압 력요동을 효과적으로 감소시키거나 완화시키도록 선택되며; 이러한 압력요동은 미국특허 제5.984.259호에 개시된 바와 같이 비선형 밸브 응답성능으로 나타날 수 있다. 댐핑 부재(25)의 예시적인 단면적[댐핑 부재(25)의 외경을 이용하여 연산된 단면적]은 0.039 inch2 (댐핑 부재의 0.54 inch 외경) 이다. 댐핑 부재(25)의 이러한 예시적인 단면적에 대해, 댐핑 부재(25)의 외표면과 내벽(23w) 사이에는 유압식 자동 변속용으로 사용되는 도1 및 도2에 도시된 비례가변력 솔레노이드 유체 제어밸브를 위해 약 0.005 inch 의 예시적인 방사방향 간극이 제공될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제로, 댐핑 챔버(27) 및 댐핑 부재(25)는 댐핑 부재(25)의 외표면과 내벽(23w) 사이의 한정된 간극 영역을 통해 이동되어야만 하는 우월적 유압 유체를 포함하는 유체의 걸린 체적을 제공하며, 이와 같이 하므로써 제어된 유체 시스템이나 회로에서 전기적, 기계적, 및/또는 유압 소음으로 인한 압력요동을 감소시키거나 완화시킨다.
상술한 바와 같이, 전기자(22)는 유체 제어밸브(10)의 작동시 히스테리시스 손실을 감소시키기 위하여, 보빈(23)에서 스프링판(24) 및 유체역학적 유체압력에 의해 지지된다.
본 발명의 실시예에 따라, 비투자성 작동기 핀(31)은 밸브 또는 노즐 하우징(12)에서 또는 공통 하우징의 밸브 부분에서 전기자(22)와는 독립적으로 지지된다. 상기 작동기 핀은 이를 위해 오오스테나이트 스텐레스 스틸로 제조되거나 또는 강철이나 철에 비해 투자성이 적거나 거의 없는 기타 다른 물질로 제조될 수 있 다. 작동기 핀(31) 및 전기자(22)는 동축이므로, 유체 제어밸브(10)의 공통 길이방향 축선을 따라 이동할 수 있다.
작동기 핀(31)은 작동기 핀 지지 본체(23)에 의해 전기자(22)와는 독립적으로 지지된다. 특히, 상기 지지 본체(23)는 축방향으로 연장되는 대직경의 관형의 컵형태를 취하는 부분(23a)과, 축방향으로 연장되는 소직경의 관형 부분(23b)을 포함하며; 상기 부분(23a)은 그 내부에 댐핑 부재(27)를 형성하며, 상기 부분(23b)은 길이방향 축선과 동축이고 작동기 핀(31)의 원통형 단부(31a)를 매우 정밀한 베어링 끼워맞춤으로 수용하는 베어링 튜브 또는 슬리브를 형성한다. 상기 관형의 컵형태를 취하는 부분(23a)은 상술한 바와 같이 댐핑 부재(25)와 함께 작용하는 내벽(23w)과, 플럭스 와셔(W)와 접촉하는 단부벽(23e)을 포함한다. 작동기 핀 지지 본체(23)는 끼워맞춤(포획된)에 의해, 밸브나 노즐 하우징(12) 또는 공통 하우징의 부분에서 정위치에 지지된다. 상기 작동기 핀 지지 본체(23)는 가공등급 또는 성형등급이 절반의 경도를 갖는 황동 물질로 제조된다.
작동기 핀(31)의 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 대향의 원통형 단부(31b)는 인접한 밸브부재(14)에 있는 유동 전환기(110)에 의해 지지된다. 따라서, 작동기 핀(31)은 유체 제어밸브(10)의 작동시 길이방향 축선을 따른 이동을 위하여 독립적으로 지지된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 입자 획득용 자석(33)은 유체 제어밸브(10)의 내부에 있는 유체내의 철함유 입자를 포획하기 위하여, 유체함유 밸브나 노즐 부분(12) 또는 공통 하우징의 밸브 부분의 내부에 배치된다. 도1 및 도2에 있어서, 입자 획득용 자석(33)은 베어링 튜브나 슬리브에 인접한 유체에 존재하는 철함유 입자를 포획하기 위하여, 작동기 핀(31)을 수용하는 관형 베어링 튜브나 슬리브(23b)의 주위에서 밸브 하우징 부분(12)에 배치되는 자기 링으로 도시되어 있다. 상기 자기 링은 끼워맞춤(포획)되거나 미약하게 간섭압입되며, 또는 밸브나 노즐 하우징(12)의 보어에 고정되어, 베어링 슬리브(23b)의 주위에서 정위치에 지지된다. 입자 획득용 자석은 유체로부터 철함유 입자를 제거하여 베어링 슬리브(23b)의 내부로 유입되는 것을 제거하기 위하여, Nd2Fe14B 등과 같은 영구자석 링을 포함하거나 또는 유체내의 철함유 입자를 끌어당기는 자석 형태를 포함할 수 있다. 제2입자 획득용 자석(33')은 철함유 입자가 공급포트(72)를 통해 밸브나 노즐 하우징(12)으로 인입되기 전에 공급 유체로부터 철함유 입자를 제거하도록, 유체 제어밸브가 연결된 변속기 매니폴드(M)의 공급 통로에 배치될 수 있다.
밸브 또는 노즐 하우징(12)은 주조된 알루미늄 변속기 하우징 매니폴드(M) 또는 유체 제어시스템의 보어 또는 챔버에 배치된다. 밸브 하우징(12)상의 외측 O링 밀봉부(S1, S2)는 변속기 하우징 매니폴드를 밀봉하여 유압 유체 공급부를 분리시키고, 변속기 유압 회로의 라인이나 도관(도시않음)을 제어한다.
밸브 또는 노즐 하우징(12)은 적어도 하나의 가압된 유압 유체 공급부 또는 입구 포트(72)와, 적어도 하나의 제어포트(73)와, 적어도 하나의 배출포트(74)를 포함한다. 상기 공급부 또는 입구포트(72)는 밸브 또는 노즐 하우징(12)의 내측 유체 챔버(12c)에 연결된다. 이를 위하여, 환형의 공급포트(72)가 제공되어, 내측 유체 챔버(12c)와 연결되어 있는 하나이상의 측부 공급 통로(12b)와 연결된다.
유체 챔버(12c)의 외단부는 밸브 또는 노즐 하우징(12)의 단부 보어에 나선결합가능하게 수용되는 나선형 밀폐 플러그(15)에 의해 폐쇄된다. 볼 밸브로 도시되어 있는 밸브부재(14)는 밀폐 플러그(15)와 밸브 시트(12s) 사이에서 유체 챔버(12c)에서의 축방향 이동을 위해 한정된다.
관형의 유체 필터 스크린 조립체(F)는 유체에 존재할 수도 있는 해로운 먼지나 찌꺼기를 포획하는데 도움을 주기 위하여, 본 발명에 참조인용된 미국특허 제5.984.259호 및 제6.179.268호에 도시된 바와 같이 제어포트(73) 뿐만 아니라 공급포트(72)에서 밸브 또는 노즐 하우징(12)에 제공될 수 있다.
내측 유체 챔버(12c)는 밸브 시트(12s)와 연결되므로, 볼 밸브(14)는 도3의 밸브 또는 노즐 하우징(12)에서 볼 밸브(14)의 하류에 배치된 축방향으로 연장되는 원통형 유체 통로(12p)로의 밸브 시트(12s)의 오리피스(12o)를 통한 유체 흐름을 제어한다. 상기 유체 통로(12p)는 중간 챔버 또는 통로(12k)를 통해, 도2의 제어포트(73)에 연결된 측부 또는 측방향 통로(12m, 12n)에 연결된다. 따라서, 유체 통로(12k)는 유체 흐름이라는 관점에서 공급포트(72)와 제어포트(73) 사이에 배치된다. 유체 통로(12k)는 유체 흐름이라는 관점에서 공급포트(72)와 배출포트(74) 사이에 배치된다. 도1 내지 도3에 도시된 실시예에서, 유체 통로(12k)는 압력 제어통로로서 작용하게 된다.
작동기 핀(31)은 베어링 튜브 또는 슬리브(23b)로부터 밸브 또는 노즐 하우징(12)의 배출 챔버(12e)를 통해, 배출 시트 삽입체(100)의 배출 오리피스(100a)를 통해, 도4의 유동 전환기(110)의 통로(122a)를 통해, 통로(12k, 12p)를 통해, 작동기 핀의 최외측 단부가 볼 밸브(14)와 접촉하는 밸브 시트(12s)의 오리피스(12o)를 통해, 연장되므로; 시트(12s)에 대한 볼 밸브(14)의 위치는 솔레노이드 코일(20)에 입력된 전기전류 신호의 전류 레벨에 응답하여 이에 비례하여 전기자(22)의 이동에 의해 제어된다. 내측 유체 챔버(12c)는 볼 밸브(14)에 의해 허용되는 바와 같이, 흐름 관계상 유체 공급포트(72) 및 유체 제어포트(73)와 연결된다. 배출 시트 삽입체(100)의 배출 오리피스(100a)는 유체 통로(12p, 12k)를 배출 챔버(12e)에 연결하며, 이에 따라 배출 포트(76)는 유체 제어시스템의 종래의 기름통 또는 복귀 탱크(도시않음)로 이어진다. 상기 배출 시트 삽입체(100)는 리테이너 링(77)에 의해 정위치에 지지된다.
작동기 핀(31)은 베어링 튜브 또는 슬리브(23b)에 수용되는 원통형 단부영역(31a)과, 볼 밸브(14)와 결합되는 대향의 원통형 단부(31b)와, 단부(31a, 31b)의 중간에 배치된 작동기 핀의 확장 영역에 압입되거나 기타 다른 방식으로 고정가능하게 부착되는 원통형의 관형 슬리브(31c)를 포함한다. 상기 슬리브(31c)는 그 한쪽 단부상에 도3의 환형의 밀봉 엣지(31s)를 포함하므로, 밸브부재(14)가 도1에 도시된 바와 같이 작동기 핀에 의해 그 시트(12s)로부터 최대한의 거리로 이격되었을 때, 밸브부재(14)의 하류에서 배출 시트 삽입체(100)의 평탄한 안착면(배면)(100b)과 결합하므로, 배출 포트(74)로의 유체 흐름을 폐쇄시킨다. 상기 평탄한 안착면(100b)은 작동기 핀의 길이방향 축선에 수직하게 연장된다. 밀봉 엣지(31s)는 도3A 또는 도3B에 도시된 바와 같이 슬리브(31c)의 단부를 모따기 하므로써, 또는 도3C에 도시된 바와 같이 슬리브(31c)의 단부상에 완전한 반경을 제공하므로써, 또는 밀봉 엣지(31s)를 제공하는 기타 다른 기법에 의해 형성될 수 있다. 밀봉 엣지를 형성하기 위해 도3A 또는 도3B에서 슬리브(31c)의 단부상에는 2등급 또는 기타 다른 모따기가 제공될 수 있다. 따라서, 배출 밀봉 엣지(31s)/배출 시트 삽입체 표면(100b)는 밸브부재가 시트로부터 최대한의 거리로 이격되었을 때, 배출 포트(74)로의 유체 누설을 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 작동기 핀(31)은 유체 통로(12p)와 연결되어 하류로 이격된 통로(12k)에 배치되어 있는 유동 전환기(110)의 통로(122a)를 통해 연장되므로, 통로(12p)로부터의 유체는 유동 전환기쪽에 충돌된다. 밸브 작동중 고온의 유체 온도로 인한 유체 점도(및 높은 유체 점도)의 변화에 대응하기 위하여, 및/또는 배출 포트(74)에서 배출되는 유압으로 인한 낮은 제어 압력에서 유체의 부압(negative pressure)의 효과에 대응하기 위하여, 상기 유동 전환기(110)는 유체 통로(12p)로부터의 유체에 난류를 부여한다. 유동 전환기에 의해 생성된 난류는 배출부로의 층류로 인한 부압(벤츄리 효과)을 제거하므로써 밸브 응답 안정성을 개선시킨다.
도4에 도시된 유동 전환기(110)는 작동기 핀(31)의 단부(31b)가 연장되는 축방향 통로(122a)를 갖는 중앙 허브(122)를 포함한다. 유동 전환기는 다수의 로브 또는 아암(124)을 포함하며; 이러한 로브 또는 아암은 허브로부터 연장되고 허브 외주에서는 이격되므로, 배출 오리피스(100a)에 연결되는 유체 흐름 채널(124c)을 제공한다. 상기 유체 흐름 채널(124c)은 밸브 시트 오리피스(12o)로부터 배출 오 리피스(100a)까지의 유체 흐름 경로를 제공한다. 상기 유동 전환기는 도4의 노즐 하우징(12)에서 오목한 포켓에 수용되는 포스트(127)에 의해, 챔버(12k)에 배치된다. 아암(124)은 도3의 삽입체(100)의 대면측에서 접촉하고 있는 축방향으로 확장되는 단부를 갖는다. 상기 유동 전환기(110)는 통로(12p)로부터 통로(12m, 12n) 까지 유체 흐름 경로를 유지하기 위해, 통로(12p)와 대면하는 유동 전환기측상에 성형된 하나이상의(도3에는 한쌍으로 도시) 원통형의 이격된 보스(129)를 포함한다. 유동 전환기(110)는 성형된 열가소성 또는 기타 다른 물질로 제조될 수도 있다.
도1은 솔레노이드 코일(20)에 인가되는 전기전류 신호가 없는 유체 제어밸브를 도시하고 있다. 전기자(22) 및 작동기 핀(31)은 볼 밸브(14)가 그 밸브 시트(12o)로부터 최대거리에 있는 작동기 핀(31)에 의해 이동되는 그 행정의 제1전기자 단부위치를 향해 압축스프링(42)의 편의력에 의해 도1에서 우측으로 일체로 이동된다(즉, 시트에 대한 볼 완전 개방위치). 상기 거리는 배출 시트(100)의 밀봉면(배면)(100b)으로의 시트(12s)의 거리에 원하는 볼 이동량을 더한 거리와 동일하다. 제1위치에서, 공급포트(72)는 제어포트(73)와 완전히 연결되며, 배출 밀봉 엣지(31s)는 밀봉면(배면)(100b)에 밀봉된다. 이러한 전기자 위치는 유체 통로(12p) 및 제어포트(73)에 최대 유체 흐름을 제공하며, 밀봉면(배면)(100b)에 밀봉된 밀봉 엣지(31s)에 의해 배출포트(74)로의 유체 누설은 없거나 거의 없게 된다.
한편, 솔레노이드 코일(20)에 전기전류 신호가 인가된 도2의 유체 제어밸브의 작동에 있어서, 전기자(22)는 볼 밸브(14s)가 유체 챔버(12c)의 유체압력에 의 해 밸브 시트(12s)상의 폐쇄위치로 배치되는 그 행정의 다른쪽(제2) 단부 전기자 위치를 향해 코일 스프링(42)의 편의력에 대항하여, 솔레노이드 코일의 전자기장 및 영구 자장의 상호작용에 의해 도1에서 좌측을 향해 이동된다. 작동기 핀(31)은 유체 챔버(12c)에서의 유체 압력에 의해 도1의 좌측으로 전기자(22)의 이동을 따른다.
행정의 이러한 제1단부위치와 제2단부위치 사이에서의 전기자(22)의 이동은 솔레노이드 코일에 제공된 전기전류에 의존하여, 선형 비례방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 시트(12s)상에서 초기에 폐쇄된 볼 밸브(14)에 의한 비례 작동모드에서, 전기전류는 영구 자장과 압축스프링(42)의 힘과 협력하는 전자기장을 생성하는 방식으로 접점(54a, 54b)을 통해 코일(20)에 공급되며; 이들은 솔레노이드 전류가 증가함에 따라 제어 압력이 증가하는 선형 비례방식으로 제어 압력을 제어하기 위해, 볼 밸브(14)를 코일(20)에 인가된 전류레벨에 선형적으로 비례하는 방식으로 그 시트(12s)로부터 이동시키도록, 볼 밸브(14)상의 유체 압력과 판 스프링(24)의 힘에 의해 대향한다. 도5는 솔레노이드 전류가 증가함에 따라 제어 압력이 증가하는 비례 작동모드로 솔레노이드로의 전기 전류에 대한 제어 압력 및 전체 흐름을 도시하고 있다.
솔레노이드 코일(20)을 통해 전류 흐름방향을 역전시키거나 영구자석(34)의 자화방향을 역전시키는 것으로 도시된 유체 제어밸브에 의해, 볼 밸브(14)가 초기에 개방된 반비례 작동모드가 제공될 수도 있으므로; 전기전류에 의한 솔레노이드 코일의 자화는 볼 밸브(14)를 선형 비례방식으로 밸브 시트(12)에서 개방위치로부 터 폐쇄위치로 이동시킬 수 있으며, 또한 솔레노이드 전류가 증가함에 따라 제어 압력이 감소되는 반비례 선형방식으로 제어 압력을 변화시킬 수 있게 된다. 도6은 솔레노이드 전류가 증가함에 따라 제어 압력이 감소되는 반비례 모드로 솔레노이드로의 전기 전류에 대한 제어 압력 및 전체 흐름을 도시하고 있다.
도7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드식 유체 제어밸브에서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었다. 이러한 솔레노이드식 유체 제어밸브는 관형의(일반적으로, 원통형의) 솔레노이드 코일 보빈 지지 슬리브 또는 라이너(150)를 포함하는 부가의 특징부를 갖는다는 점에서 도1 및 도2의 실시예와는 상이하며; 상기 슬리브 또는 라이너는 밸브 부품들이 작동중에 노출되는 유지보수 온도에서 시간의 경과에 따라 밸브 응답 안정성을 유지시키기 위하여, 성형된 플라스틱 코일 보빈(21)과 전기자(22) 사이에 배치된다. 도7의 또 다른 밸브 부품들은 도1 및 도2를 참고하여 설명한 부품들과 유사하다. 상기 슬리브 또는 라이너(150)는 보빈(21)의 보어에 걸리거나 미세하게 간섭끼워맞춤된다. 특히, 도1 및 도2의 실시예에서, 코일 보빈(21)은 밸브가 노출되는 작동 온도에서 시간의 경과에 따라 열가소성 크리이프로 인한 열 드리프트와, 열적 칫수 변화 등을 경험할 수 있다. 차량 변속기 모듈에서의 사용에 있어서, 작동 온도는 -40℃ 내지 150℃의 범위에 속한다. 보빈(21)의 이러한 열 드리프트는 밸브 응답성이 시간의 경과에 따라 변화될 정도로 영구자석 위치의 이탈 또는 변위를 유발시킨다. 상기 슬리브 또는 라이너(150)는 단단한 축방향 적층 경로를 완성하도록 배치되며, 이러한 밸브 부품은 시간의 경과에 따라 밸브 응답성에 영향을 끼치는 영구자석의 축방향 드리프트의 가능성을 감소시키는 방식으로, 영구자석(34)으로부터 플럭스 와셔(W)까지 축방향으로 접촉하고 있다. 예를 들어, 상기 슬리브 또는 라이너(150)의 한쪽 단부는 플럭스 와셔(34)와 축방향으로 접촉하고 있으며, 다른쪽의 확장 단부는 영구자석(34)과 함께 판 스프링(24)의 외표면과 접촉하여 이에 걸린다. 상기 슬리브 또는 라이너(150)는 황동이나 적절한 금속 물질 또는 기타 다른 물질을 포함한다. 밸브의 작동 온도에서 시간의 경과에 따라 보빈 조립체의 열 드리프트를 수용하여 영구자석(34)의 해로운 드리프트를 피하기 위해, 코일 보빈(21)의 축방향 단부와 그 인접한 플럭스 와셔(W) 사이에는 공간이나 간극(152)이 제공된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

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  16. 솔레노이드식 유체 제어밸브에 있어서,
    솔레노이드 코일;
    상기 솔레노이드 코일에 인가된 전기전류에 응답하여 이동가능한 전기자;
    유체 통로에 유체 흐름을 제어하는 밸브부재;,
    전기자 이동에 응답하여 밸브부재를 이동시키기 위하여, 상기 전기자와 상기 밸브부재 사이에 배치된 작동기 핀;
    및 상기 유체 통로의 하류에 배치된 유동 전환기를 포함하며,
    상기 유동 전환기는 배출 오리피스와 연결되는 적어도 하나의 유체 흐름 채널을 제공하도록 중앙의 허브 및 상기 허브로부터 연장되며 이격되어 있는 다수의 로브 또는 아암(124)을 포함하고, 상기 유동 전환기는 상기 유체 통로로부터의 유체에 난류 흐름을 부여하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드식 제어밸브.
  17. 제16항에 있어서, 유동 전환기는 밸브부재에 인접하여 작동기 핀의 단부영역을 지지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
  18. 제16항에 있어서, 작동기 핀의 상기 전기자에 인접하는 단부영역은 전기자에 인접한 베어링 슬리브에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
  19. 제18항에 있어서, 전기자의 내단부는 유체 제어밸브의 작동시 히스테리시트 손실을 감소시키기 위하여 유체역학적 유체압력에 의해서만 지지되는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
  20. 제16항에 있어서, 상기 작동기 핀이 상기 허브를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
  21. 제16항에 있어서, 상기 유동 전환기는 노즐 하우징의 포켓에 수용되는 적어도 하나의 위치조정용 포스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
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  23. 제16항에 있어서, 외측 전기자 단부의 주위에 배치되는 영구자석을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
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