KR101882686B1 - 솔레노이드 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 상세하게는 밸브 유닛의 개폐 응답성 및 기밀성을 향상시킬 수 있는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성할 수 있는 본 발명은 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치되는 솔레노이드 구동부와; 상기 하우징에 이동가능하게 배치되어 상기 솔레노이드 구동부에 의하여 동작가능하게 마련되는 밸브 유닛과; 상기 밸브 유닛 외주면에 배치되고 밸브 유닛의 위치 상태에 무관하게 밸브 유닛과 하우징 내부에 의하여 형성되는 내부 공간을 그 외의 외부 공간과 차단시키는 실링 부재를 포함하되, 상기 실링부재는 밸브 유닛의 외측 구조물에 지지되며 연장되게 형성되는 제1실링부와; 밸브 유닛의 외주면에 접촉되어 지지되며 연장되게 형성되는 제2실링부와;상기 제1실링부와 제2실링부를 연결하는 제3실링부를 포함하고, 제1실링부 길이는 제2실링부 길이의 1.0~2.0배인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.

Description

솔레노이드 밸브{ A solenoid valve }

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 상세하게는 밸브 유닛의 개폐 응답성 및 기밀성을 향상시킬 수 있는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

솔레노이드 밸브는 전자기력을 발생시키는 솔레노이드 구동부와, 솔레노이드 구동부에 의하여 개폐 동작을 수행하는 밸브 유닛을 포함한다.

이러한 솔레노이드 밸브는 한국 등록특허 10-1011641에 나타난다.

이러한 솔레노이드 밸브가 터보차쳐 압축기 측에 설치되는 경우, 바이패스 밸브로서 역할을 한다.

즉, 터보차져의 압축기는 신기(fresh air)를 유입시키는 흡기 매니폴드 상에 배치되되고, 흡기 매니폴드 상에는 신기의 유입량을 조절할 수 있는 공기 조절 밸브(스로틀 밸브)가 마련된다.

공기 조절 밸브의 개폐 동작에 따라서, 터보챠져 압축기와 연결된 배관 내부의 압력이 변하는데, 통상적으로 터보챠져 압축기가 동작을 하는 경우에는 솔레노이드 밸브는 바이패스 유로를 닫는다.

터보차져 압축기가 동작하는 중, 공기 조절 밸브 폐쇄에 의하여 공기 유입이 저하되거나 중단된 상태가 되면 터보차져가 충격을 받을 수 있기 때문에 유입유로와 토출유로를 연통시키기 위해서 바이패스 밸브가 개방된다.

그런데, 이와 같은 바이패스 유로를 개폐하는 경우, 바이패스 유로 주변의 공기의 흐름 및 압력의 변화와 관련하여 솔레노이드 밸브의 응답이 빨리 이루어져야 하는데, 종래 솔레노이드 밸브의 경우, 그러한 응답성능이 만족스럽지 못하다는 문제점이 있었다.

한편, 이러한 응답성을 만족시키면서도 밸브 미동작시 유입유로와 토출유로 간의 연통이 되지 않도록 솔레노이드 밸브의 기밀성도 유지시킬 필요성도 있다.

본 발명은 솔레노이드 밸브의 동작을 원활히 하고, 응답성과 기밀성을 동시에 만족시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치되는 솔레노이드 구동부와; 상기 하우징에 이동가능하게 배치되어 상기 솔레노이드 구동부에 의하여 동작가능하게 마련되는 밸브 유닛과; 상기 밸브 유닛 외주면에 배치되고 밸브 유닛의 위치 상태에 무관하게 밸브 유닛과 하우징 내부에 의하여 형성되는 내부 공간을 그 외의 외부 공간과 차단시키는 실링 부재를 포함하되, 상기 실링부재는 밸브 유닛의 외측 구조물에 지지되며 연장되게 형성되는 제1실링부와;밸브 유닛의 외주면에 접촉되어 지지되며 연장되게 형성되는 제2실링부와; 상기 제1실링부와 제2실링부를 연결하는 제3실링부를 포함하고, 제1실링부 길이는 제2실링부 길이의 1.0~2.0배인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브를 제공한다.

상기 실링부재는 링 형태의 립씰(lip-seal) 구조로 형성되며, 상기 밸브 유닛이 움직이는 공간을 형성하는 관통공을 형성하며, 관통공은 제2실링부에 의하여 둘러싸여서 형성되고, 제1실링부와 제2실링부는 이격되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1실링부의 연장방향은 제2실링부의 연장방향에 비해서 상대적으로 더 경사진 방향을 이루는 것을 특징으로 한다.

하우징은 밸브 유닛 주변에 배치되는 플랜지부를 포함하고, 하우징에 결합되며 밸브 유닛을 둘러싸고, 밸브 유닛이 움직이는 공간을 형성하는 커버를 더 포함하되, 상기 커버에는 실링부재가 안착되는 안착부가 마련되며, 상기 제1실링부의 단부는 플랜지부의 단부에 접촉하도록 마련되고, 상기 제2실링부는 밸브유닛의 외주면에 접촉하도록 마련되고, 상기 제3실링부는 상기 안착부의 바닥면에 접촉하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징 내에 고정되게 마련되고, 상기 밸브 유닛이 이동가능하게 지지되는 지지부와, 상기 지지부에 마련되어 상기 하우징 외부 공간과 상기 하우징 내부 공간을 연통시키는 연통유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부는 적어도 일부가 중공관 형태로 마련되며,그 일단부에는 제1개구부가 형성되고, 그 타단부 또는 그 외주면에는 타 관통공가 형성되며 제1개구부와 상기 타 개구부는 상기 연통유로에 의하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 유닛은; 솔레노이드 구동부의 동작에 따라 왕복운동 가능하게 마련되는 플런저와, 상기 플런저에 결합되어 플런저의 동작에 따라 왕복운동 가능하며 그 내부에 외측으로 개방된 공간을 형성하는 밸브 헤드를 포함하며, 상기 제1개구부는 상기 밸브 헤드의 공간과 연통하도록 마련되고, 상기 타 개구부는 상기 솔레노이드 구동부 및 상기 밸브 유닛 사이의 공간과 연통되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 실링 부재의 제1실링부와 제2실링부 간의 길이의 비가 적정한 수준을 유지함으로써 차량 제조사에 원하는 기밀 성능과 응답 성능을 모두 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.

특히, 제1실링부의 길이와 제2실링부의 길이는 1:1~2:1 수준을 유지함으로써 이러한 두 가지 성능을 동시에 만족시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 바이패스의 개폐 동작시 자기력 뿐만 아니라 공기의 압력 구배를 상쇄시킴으로써 밸브 유닛의 동작을 원활히 하고 이동 속도가 빨라져서 밸브의 개폐 응답 성능이 개선될 수 있다.

또한, 지지부가 축 형태로 마련되고, 솔레노이드 구동부 내부에 직접 외부 공기를 안내하고, 솔레노이드 구동부 내부에 있는 플런저 가동 공간 및 하우징 내부에 있는 밸브 헤드 가공 공간이 연통되어 있으므로 공기의 이동 및 밸브 내부에서의 공기 분산이 신속하게 이루어질 수 있다.

또한, 하우징 내부에 고정되어 있는 중공축 또는 튜브 형태의 지지부를 제공함으로써 중량 감소를 구현하면서도, 밸브 유닛의 가이드 성능을 유지할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 측단면도이다.
도2(a)는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 측단면도의 일부이다
도2(b)는 본 발명에 의한 실링부재의 사시도이다.
도2(c)는 본 발명에 의한 실링부재의 부분 측단면도이다.
도3은 본 발명에 의한 길이비-누설량 선도이다.
도4는 본 발명에 의한 길이비-응답성 선도이다.
도5는 본 발명에 의한 길이비-응답성-누설량 선도이다.
도6은 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브가 바이패스 유로를 개방한 상태를 도시한 측단면도이다.
도7은 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브가 바이패스 유로를 폐쇄한 상태를 도시한 측단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브(1)는 터보 차져의 바이패스 유로(도6참조,BP)를 구비하는 블록(도6참조, B)에 장착되는 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 수용되는 솔레노이드 구동부(100), 그리고, 솔레노이드 구동부(100)에 의하여 왕복운동을 하여 바이패스유로(BP)를 개폐하는 밸브 유닛(200)을 포함한다.

솔레노이드 구동부(100)는 외부 커넥터에 의한 신호 및 전류 입력에 따라서 전자기력을 발생시켜서 밸브 유닛(200)을 움직인다.

솔레노이드 구동부(100)의 구조는 다음과 같다.

하우징(10) 내부에 위치하는 코어(110)와, 코어(110)를 둘러싸는 보빈(120), 그리고 보빈(120)을 감싸도록 마련되는 코일부(122)를 포함한다.

그리고 코어(110) 내부에는 지지부(300)가 축 또는 로드형태로 고정되게 마련되는데, 지지부(300)는 솔레노이드 구동부(100)의 동작에 따라서 이동하는 밸브 유닛(200)을 이동가능하게 지지하고 왕복운동을 가이드하는 역할을 수행한다.

코어(110)는 지지부(300)가 삽입되어 고정되는 내경부(113)와, 밸브 유닛(200)의 일 구성인 플런저(202)가 선택적으로 삽입되고 플런저(202)의 가동 공간을 정의하는 제1내부 공간부(111)와, 제1 내부 공간부(111)와 내경부(113) 사이에 배치되는 제2내부 공간부(112)를 포함한다.

제2내부 공간부(112)에는 스프링(130)이 일부 삽입되어 지지되는데, 스프링(130)은 밸브 유닛(300)에 탄성력을 제공하는 역할을 하여, 솔레노이드 구동부 전원 인가 중단시, 밸브 유닛(300)이 바이패스 유로(BP)를 폐쇄할 수 있도록 한다.

제1내부 공간부(111)의 내경은 제2내부 공간부(112)보다 크게 형성되고, 그 내경은 플런저(202)의 외경보다 약간 크게 형성되어 플런저(202)가 원활하게 가동할 수 있는 공간을 제공한다.

제1내부 공간부(111) 주위에 코어(110)의 몸체에서 연장되는 부분이 형성되어 이 부분이 제1내부 공간부(111)를 형성하는데, 이 부분에 자기력이 집중된다.

보빈(120)의 아래에는 플레이트부(133)가 배치되어, 이들이 하우징(10) 내에 안정적으로 위치할 수 있도록 고정시키고, 그 중심에는 통공(133a)이 형성되어 플런저(202)가 움직일 수 있는 공간을 형성한다.

통공(133a)의 테두리에는 연장부(133b)가 형성되어 플런저(202)와 이격되고, 플런저(202)의 외주면과 대향되면서, 플런저(202)를 둘러싸도록 한다.

후술하겠지만, 플레이트(133)의 연장부(133b)와 플런저(202) 사이의 이격 공간을 통해서 솔레노이드 구동부(100) 내부의 공간과, 솔레노이드 구동부(100) 및 밸브 유닛(200)의 사이 공간(또는 밸브 헤드 가동 공간)(140)이 연통될 수 있다.

밸브 유닛(200)은 솔레노이드 구동부(100)의 자기력에 의하여 움직일 수 있는 플런저(202)와, 플런저(202) 및 지지부(300) 사이에 있는 부시(204)와, 플런저(202)의 일단부에 고정결합되는 벨브 헤드(210)를 구비한다.

와셔(220)에 의하여 플런저(202)에 벨브 헤드(210)가 결합된다.

스프링(130)은 부시(204)의 일단부와 코어(110)의 제2내부 공간부(112) 사이에 배치되어 밸브 유닛(200)을 바깥 방향으로 밀어내려는 탄성력을 제공한다.

밸브 헤드(210)는 캡 형태로 마련되며, 개방된 형태의 공간을 제공한다.

밸브 헤드(210)의 측면벽이 그 공간을 둘러싸는 형태를 구성한다.

밸브 헤드(210)는 하우징의 플랜지부(11) 및 하우징(10)에 결합되는 커버(20)에 의하여 그 주위가 둘러싸인다.

밸브 헤드(210)는 플런저(202)의 왕복운동에 따라서 움직이는데, 이 경우, 밸브 헤드(210)와 커버(20) 간의 실링이 유지되어야 한다.

즉, 실링이 되면서도 밸브 헤드(210)가 자유롭게 움직이여야 하는데, 이를 위해서 실링은 일명 립씰(lip seal)구조를 채택한다.

립씰형태의 실링부재(400)는 커버(20) 내면에 밀착되는 제1실링부(401)와, 벨브 헤드(210) 외주면 표면에 밀착되는 제2실링부(402)와, 제1실링부(401)와 제2실링부(402)를 연결하며 커버(20)의 입구 테두리 연장부에 밀착되는 제3실링부(403)를 포함한다.

이러한 실링부재(400)를 채택함으로써 밸브 헤드(210)가 왕복운동 하면서도, 커버(20)와 밸브 헤드(210) 사이의 공간이 실링될 수 있다.

커버(20)는 하우징(10)의 일면(하면 또는 상면)에 마련되는 장착홈(10a)에 끼워져서 고정된다.

커버(20)의 구체적인 구성을 보면 플랜지부(11)와 면접하면서, 제1실링부(401)가 닿아서 지지되고, 상하방향으로 마련되는 측벽부(20a)와, 측벽부(20a)의 일단부(하단부)에서 내측 방향인 밸브 유닛(200) 방향으로 연장되는 제1연장부(20b)를 포함한다.

측벽부(20a)와 제1연장부(20b)는 'ㄴ'자 형태로 절곡되게 형성된다.

제1연장부(20b) 상면과 그 상부 공간은 제3실링부(403)가 안착되는 영역(20c)인 안착부 또는 안착영역을 형성한다.

따라서 측벽부(20a)와 제1연장부(20b), 밸브 유닛(200)의 외주면, 플랜지부(11)에 의하여 둘러싸이는 공간은 실링부재(400)가 위치하는 공간을 형성한다.

커버(20)는 측벽부(20a)의 타단부(상단부)에서 외측 방향인 반경 방향으로 연장되는 제2연장부(20d)와, 제2연장부(20d)에서 하우징의 장착홈(10a) 방향으로 연장되어 장착홈(10a)에 끼워져서 고정되는 고정부(20e)를 더 포함한다.

위와 같은 구성하에서 제1실링부(401)의 끝단부는 플랜지부(11)의 하단부에 접촉되고 동시에 커버(20)의 측벽부(20a)내주면에 접촉된다.

그리고, 제2실링부(402)는 밸브 유닛(200)의 외주면에 접촉되고, 제3실링부(403)는 안착부의 바닥면에 접촉됨으로써 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있다.

한편, 하우징(10)과 커버(20)가 결합되는 경우, 결합되는 부분도 실링이 되어야 하며, 이를 위해서 O-링(O-ring) 형태의 보조 실링부재(410, 420)가 그 결합구조 내부에 배치된다.

지지부(300)는 솔레노이드 구동부(100)의 중심과, 밸브 유닛(200) 중심을 따라서 배치되며, 두 구성요소가 배치되는 영역에 걸쳐지게 위치한다.

지지부(300)는 적어도 일부가 그 내부에 빈 공간이 형성되는 튜브 또는 중공 샤프트 형태로 마련되고, 그 내부에 연통 유로(302)가 형성된다.

그리고, 지지부(300)의 일단부에는 밸브 헤드(210)의 내부 공간과 연통되는 제1개구부(311)가 마련된다.

지지부(300)에는 제2개구부(312)가 형성되는데, 제2개구부(312)는 지지부 외주면 표면을 관통하는 형태로 마련될 수 있다. 또한, 제3개구부(313)는 지지부(300)의 타단부에 형성될 수 있다.

여기서 제2개구부(312)는 지지부의 외주면에 복수개가 형성될 수 있으며, 그 배치 높이는 서로 달라질 수 있다. 즉 도1에서 도시한 바와 같이, 어느 하나의 제2개구부(312)의 높이는 다른 제2개구부(312)의 높이보다 높게(또는 낮게) 형성되는데, 이는 원활한 공기의 흐름 및 이물질의 이동을 최소화(또는 방지)하기 위함이다.

연통유로(302)는 제1개구부(311)와 제2개구부(312)(및/또는 제3개구부(313))를 연통시키는 역할을 하는데, 이에 의하여 밸브 유닛(200) 주위의 공간(상세하게는 밸브 헤드(210)에 의하여 형성된 공간)의 공기 압력과, 하우징(10) 내부 공간(상세하게는 솔레노이드 구동부(100) 내부 공간, 솔레노이드 구동부(100)와 밸브 유닛(200) 사이에 형성된 밸브 유닛 가동 공간인 제1내부공간(111) 및 밸브 헤드 가동 공간(140), 솔레노이드 구동부(200)와 하우징(10) 내면 사이 공간)의 압력이 평형이 이루어질 수 있다.

이와 같은 압력평형이 필요한 이유는 후술한다.

원활한 공기의 연통을 위해서는 제2개구부(312)의 위치 선정이 중요하다.

이를 위해서 제2개구부(312)가 지지부(300) 외주면 표면에 형성되는 경우, 그 위치는 코어(110)의 제1내부 공간부(111) 또는 제2내부 공간부(112) 중 적어도 어느 하나의 영역 또는 모두에 형성되는 것이 바람직하다.

다만, 플런저(202)의 이동에 영향을 받지 않는 제2내부 공간부(112)가 형성된 영역에 구현되면 공기의 이동이 보다 원활해질 수는 있다.

밸브 헤드 가동공간(140)은 하우징(10)의 입구에 형성되는 플랜지(11)와, 밸브 헤드(210)의 일면과, 플레이트(133)와 플런저(202)에 의하여 둘러싸인 공간에 의하여 형성된다.

밸브 헤드 가동 공간(140)은 제1내부 공간(111)과 연통되는데, 이들은 상술한 플레이트(133)의 연장부(133b)와 플런저(202) 사이의 이격 공간을 통해서 연통된다

따라서, 밸브 유닛(200) 외부의 공기가 제1개구부(311) 및 연통유로(302)를 타고 들어오는 경우, 제1내부 공간부(111) 및 밸브 유닛 가동 공간(140)으로 들어와서 압력 평형이 이루어진다.

한편, 제3개구부(313)는 지지부(300)의 타단부(도면에서 지지부의 상단부)에 형성될 수 있다.

이 경우, 하우징(10)의 내면과 코어(110)의 사이, 그리고, 하우징(10)의 내면과 요크(125)의 사이, 하우징(10) 내면과 플레이트(133)의 사이에 이격공간이 형성되어 제3개구부(313)와 밸브 헤드 가동 공간(140) 사이를 연통시킬 수도 있다.

도2(a)는 실링부재(400)와 밸브 유닛(200)과 커버(20)와 플랜지(11) 간의 배치상태를 도시한 것이고, 도2(b)는 실링부재(400)의 사시도이고, 도2(c)는 실링부재(400)의 단면도이다.

도2(a)에서 도시한 바와 같이, 플랜지(11)는 커버(20)의 측벽부(20a)의 내주면에 밀착되고, 측벽부(20a)는 플랜지(11)의 하단부보다 아래로 더 연장된다.

그리고, 측벽부(20a)의 하단부에서 내측 방향으로 제1연장부(20b)가 연장되는데, 제1연장부(20b)의 끝단부는 밸브 유닛(200)의 밸브 헤드(210)외주면과 소정간격 이격되어 있다.

밸브 헤드(210)의 상부에는 플런저(202)의 하부 영역을 둘러싸는 상면부(210b)가 마련된다.

상면부(210b)의 중심에는 플런저(204)의 하부 영역이 관통하는 관통공(210e)가 마련되고, 관통공(210e)의 내면은 플런저(202)의 하부 영역 외주면과 살짝 이격되어 있다.

관통공(210e)의 상면 테두리에는 플런저(202) 하부 영역에서 단차진 부분이 안착될 수 있다.

상면부(210b)는 외측 방향에 하향 경사지게 마련되는 영역이 마련되고, 외측끝에는 홈 또는 움푹 들어간 리세스 형태로 마련되는 살빼기 영역(210c)이 마련된다. 살빼기 영역(210c)을 형성하므로써, 원가절감을 도모할 수 있고, 밸브 헤드(210)의 상면부의 두께를 일정 범위내에서 유지함으로써 강도를 일정하게 유지할 수 있다.

연장벽부(210d)의 외주면에는 걸림턱(210a)이 마련된다.

걸림턱(210a)은 연장벽부(210d)의 최상단부에서 아래로 일정 거리만큼 내려론 상태에서 단차진 형태로 형성되어 있으며, 걸림턱(210a)의 위치는 플랜지부(11)의 하단부보다 낮고 제1실링부(401)의 상단부보다 낮게 마련된다.

걸림턱(210a)은 제2실링부(402)의 상단부가 접촉되어 걸려야 하기 때문에 제2실링부(402)의 상단부보다는 높게 배치된다.

걸림턱(210a)은 밸브 유닛(200)의 밸브 헤드(210)가 가장 낮은 위치에 위치한 경우(즉, 솔레노이드 구동부가 off 상태가 되어 탄성부재(130)가 밸브 유닛(200)를 아래로 밀고 있는 경우, 즉 밸브 헤드(210)가 바이패스 유로(BP)를 닫고 있는 경우), 제2실링부(402)의 상단부가 걸릴 수 있도록 하여 실링부재(400)와 밸브 헤드(210)간의 더 이상의 상대운동을 방지하고, 밸브 헤드(210) 외주면과 제2실링부(402)사이의 실링이 보다 더 확실하게 이루어지도록 한다.

제2실링부(402)는 밸브 헤드(210)의 외주면에 전체적으로 밀착된 상태를 유지하고, 제2실링부(402) 및 제3실링부(403)는 제1연장부(20b)와 밸브 헤드(210)사이의 좁은 이격 공간을 덮어서 이 이격공간이 하우징(10) 내부 공간과 연통되는 것을 방지한다.

따라서, 밸브 헤드(210) 외부 경로를 따라서 하우징(10)내부로 공기가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도2(b)는 실링부재(400)의 사시도이고, 도2(c)는 실링부재(400)의 측단면도 일부이다.

실링부재(400)는 커버(20) 내면에 밀착되는 제1실링부(401)와, 벨브 헤드(210) 외주면 표면에 밀착되는 제2실링부(402)와, 제1실링부(401)와 제2실링부(402)를 연결하며 커버(20)의 입구 테두리 연장부에 밀착되는 제3실링부(403)를 포함한다

그리고 제1실링부(401)와 제2실링부(402) 사이에는 공간부(404)가 형성되어 있다. 실링부재(400)는 전체적으로 링 형태로 마련되므로, 그 가운데는 관통공(405)이 형성되어 있다. 관통공(405)를 밸브 헤드(210)가 관통하여 슬라이드 이동 가능하게 배치된다.

제1실링부(401)는 경사지게 배치되되, 그 자유단부(끝단부)가 반경방향을 향하여 상향 경사지게 배치되어 있다. 즉, 제1실링부(401)의 최상단부의 외경(D2)은 최하단부의 외경(D1)보다 크게 형성된다.

제1실링부(401)가 경사지게 배치됨으로써, 측벽부(20a)에 대한 지지력도 커지고, 전체적으로 신축성도 개선될 수 있다.

제2실링부(402)는 상하 방향으로 수직 상태로 구현되며, 밸브 헤드(210)의 표면에 밀착되어 밸브 헤드(210)의 외주면 방향으로 공기의 흐름이 발생하는 것을 차단하는 실링 기능을 할 수 있다.

한편, 제1실링부(401)의 길이(L1)와 제2실링부(402)의 길이(L2)는 서로 다르게 형성된다. 바람직하게는 제1실링부(401)의 길이(L1)는 제2실링부(402)의 길이의 대략 1.0~2.0배가 되는 것이 바람직하다.

제1실링부(401)의 상단부가 플랜지부(11)의 하단부에 지지가 되어 실링부재(400) 전체가 위치 고정이 되어야 하기 때문에 제1실링부(401)가 제2실링부(402)보다 작아서는 안된다.

한편, 제1실링부(401)의 길이(L1)가 제2실링부(402)의 길이(L2)보다 2배가 넘는 경우에는 실링 기능이 훼손될 수 있다.

실링 부재(400)가 설치되는 공간의 높이가 낮기 때문에, 제1실링부(401)의 길이(L1)가 제2실링부(402)의 길이(L2)보다 2배가 넘는 경우는 결국 제2실링부(402)의 길이(L2)가 상대적으로 낮다는 의미가 되며, 이는 제2실링부(402)와 밸브 헤드(210)의 접촉면적이 작다는 의미가 된다.

제2실링부(402)는 밸브 헤드(210)의 외주면에 면접하면서 실링 기능을 수행하는데, 그 접촉 면적이 줄어들면 실링 기능도 낮아질 수 밖에 없다.

도3은 길이비-누설량 선도이다.

도3에서 도시한 바와 같이, 길이비가 증가할수록 누설량(시간당 공기 누설량)이 증가한다.

여기서 시간당 75리터(75 L/hr)가 허용 한계인데(파란색 도색 영역), 그 한계는 길이의 비(제1실링부 길이: 제2실링부 길이)가 2:1인 경우에 해당하고, 이를 넘게 되면, 누설량의 허용 한계를 초과한다.

도4는 길이비-응답성 선도이다.

응답성은 솔레노이드가 on되었을 때 플런저(202)가 상승하면서 밸브 유닛(200)을 완전개방하는데 걸리는 시간과, 솔레노이드가 off되었을때 스프링(130)에 의하여 밸브 유닛(200)이 완전 폐쇄 되는데 걸리는 시간을 측정하여 밸브 개폐 동작의 신속성을 측정한 것이다.

응답성의 경우, 밸브 헤드(210)와 제2실링부(402)간의 면접면적이 넓을 수록 마찰이 커져서 응답성이 낮아진다(즉, 개폐동작에 걸리는 시간이 길어진다)

따라서, 길이비가 커질수록 제1실링부(401)에 대한 제2실링부(402)의 상대적인 높이가 낮아지는 의미를 가지기 때문에, 응답성은 개선된다. 즉, 개폐동작에 걸리는 시간이 짧다.

응답성 성능의 허용 한계는 35ms 인데, 본 발명과 같이 제1실링부(401)와 제2실링부(402)간의 길이의 비가 1:1~2:1사이에 있는 경우에도 허용 한계치 아래의 성능을 보인다.

따라서, 도5와 같이, 길이비에 따른 응답성과 누설량을 고려할 때 제1실링부(401)와 제2실링부(402)간의 길이의 비가 1:1~2:1가 되는 것이 최적의 조합이라고 할 수 있으며, 이를 초과하는 경우(예, 3:1 또는 4:1)이 되는 경우에는 누설량이 허용한계치를 초과하기 때문에 사용이 불가하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작에 대해서 설명하기로 하겠다.

도6에서 도시한 바와 같이, 터보 챠저 유로 하우징에는 바이패스 유로(BP)가 형성되고, 바이패스 유로(BP)는 흡입측(BP1)과, 배출측(BP2)으로 구성되며, 그 사이에 솔레노이드 밸브(1)가 개폐동작을 하면서 동작을 한다.

도6은 솔레노이드 밸브(1)가 개방 동작을 하는 경우이고, 도7은 솔레노이드 밸브(1)가 폐쇄동작을 하는 경우이다.

솔레노이드 밸브(1)의 폐쇄 동작에 따라서 바이패스 유로(BP)가 닫힌 상태에서, 터보 챠저에 의한 신기의 과급이 이루어지다가, 스로틀 밸브(미도시)가 닫히는 경우, 터보 챠저 흡입 영역 쪽에 배압이 발생하고, 이에 의하여 무리하게 압축기가 동작하면, 압축기가 파손될 수도 있다.

따라서, 배압을 빠르게 해소시키기 위해서 흡입측(BP1)과 배출측(BP2)을 빠르게 연통시키는 것이 필요하고, 이를 위해 솔레노이드 밸브(1)가 바이패스 유로(BP)를 개방한다.

이를 위한 동작이 도6에서 나타난다.

도6에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(1)에 전원이 인가되면, 코일(122)에 전류가 흐르고 이에 의하여 자기장이 발생한다.

이에 의하여 플런저(202)가 코어(110) 부분으로 이동하고, 플런저(202)의 이동에 따라서 밸브 헤드(210)도 하우징(10) 내부를 향하여 이동한다.

비록 스프링(130)이 밸브 유닛(210)을 밀어내는 방향으로 지지하고 있으나, 자기력이 이를 극복함으로써 밸브 유닛(210)이 위와 같은 방향으로 이동할 수 있다.

이때 압력을 P3라고 하면, P3는 뒤에서 설명할 바이패스 유로 폐쇄시의 흡입측(BP1)의 압력 P1보다는 작지만, 배출측(BP2)의 압력 P2보다는 크다

이는 배출측(BP2)의 압력 P2과 흡입측(BP1)의 압력P1의 공기가 섞이면서 P2 보다는 압력이 상승하기 때문이다.

이 경우, 바이패스 유로(BP) 전체의 압력이 P3로 변한 상태에서, 바이패스 유로(BP)의 공기가 연통 유로(302)를 타고 하우징 (10) 내부로 유입된다.

이에 의하여 밸브 유닛(200) 주위(특히, 바이 패스 유로 내부 및 밸브 헤드 주위 공간)의 공기 압력과 하우징(10) 내부의 압력은 평형을 이룬다.

추후, 자기력이 없어짐에 따라서 스프링(130)의 복원력에 의하여 밸브 유닛(200)은 다시 코어(110)에서 멀어지는 방향으로 이동하여 바이패스 유로(BP)를 차단할 수 있다.

한편, 이와 같은 밸브 유닛(200)의 이동 동작에도 불구하고, 립씰 구조를 갖는 실링부재(400)의 실링 역할에 의하여 실링 부재(400)가 설치된 커버(20)와 밸브 유닛(200) 간의 이격 공간을 통하여 공기가 유동하지 않는다.

특히 제2실링부(402)가 밸브 헤드(210)의 외주면에 면접하여 밀착되어 있어서 실링 기능을 수행할 수 있다.

이를 통해서 지지부(300)의 연통유로(302) 및 제1,2,3개구부(311, 312, 313) 이외의 영역을 통하여 솔레노이드 밸브(1) 내외부 간의 공기 연통이 방지되어 위에서 언급한 공기 압력 구배에 따른 밸브 유닛(200)의 이동동작에 장애가 없도록 할 수 있다.

도7에서 도시한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(1)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 스프링(130)이 밸브 유닛(200)을 밀어서, 이에 의하여 밸브 유닛(200)이 최대한 솔레노이드 구동부(100)와 멀어진 상태가 된다.

밸브 헤드(210)는 제2실링부(402)에 대해서 상대적인 슬라이드 이동을 하면서 하강운동을 하고, 궁극적으로 밸브 헤드(210)에 마련된 걸림턱(210a)은 제2실링부(402)의 상단부에 걸리는 동시에, 밸브 헤드(210)의 최선단부(최하단부)는 바이패스 유로 상에 형성된 시트부(S)에 밀착된다.

터보 차져의 압축기(미도시)가 동작하는 경우, 흡기 유로에서 공기가 유입되는 부분과 연결된 흡입측(BP1)은 고압(P1)이 되고, 흡기 유로에서 공기가 압축기를 거친 후 토출되는 부분과 연결된 배출측(BP2)은 저압(P2)이 된다.

지지부(300)에 형성된 제1개구부(311), 연통유로(302), 제2개구부(312)(및 /또는 제3개구부(313))에 의하여 입력측(BP1)의 공기가 하우징(10) 내부로 유입된다

이에 의하여, 플런저(202)의 가동영역이 되는 코어(110)의 제1내부 공간(111), 그 위의 제2내부공간(112), 그리고, 플레이트(133)와 밸브 헤드(210) 사이의 밸브 헤드 가동 공간(140) 등 하우징(10) 내부의 모든 영역의 압력이 흡입측(BP1)의 압력(P1)과 동일해진다.

더 나아가, 코어(110)와 하우징(10) 내면, 요크(125)와 하우징(10) 내면, 플레이트(133)와 하우징(10) 내면에 별도의 이격공간이 형성되는 경우, 그 부분들의 압력도 흡입측(BP1)의 압력(P1)과 동일해진다.

이에 의하여 솔레노이드 밸브(1) 내부의 압력과 흡입측(BP1)의 압력이 동일해지는 압력 평형상태가 이루어진다.

만약에 본 발명과 같은 연통 유로(302)가 없는 경우라면, 도6와 같이 밸브 유닛(200)이 개방된 상태에서는 하우징(100)내부는 대기압과 유사하거나 같은 압력이 될 것이고, 바이패스 유로(BP) 내부의 압력(P3)는 하우징(100) 내부의 압력보다 높게 형성된다.

이 상태에서 솔레노이드 구동부(100)도 인가되는 전원이 차단되면, 압축된 스프링(130)의 복원력에 의하여 스프링(130)이 늘어나면서 밸브 유닛(200)을 밀어서 코어(110)로부터 이격시키려고 할 것이다.

그런데, 하우징 내부의 압력이 바이패스 유로(BP)의 압력보다 낮아서 저항이 발생하여 밸브 유닛(200)이 움직이는데 장애가 발생하거나, 아니면 폐쇄 속도가 낮아지는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해서 스프링 강성 계수(일명 K값)이 상대적으로 큰 스프링(강한 스프링)을 사용할 수 있지만, 이러한 경우, 밸브 유닛(200)을 개방할 때, 이러한 스프링이 저항을 작용한다.

따라서, 연통유로(302)와 제1개구부(311), 제2개구부(312), 제3개구부(313)가 없으면, 위와 같은 딜레마에 봉착하게 된다.

그러나, 본 발명은 연통유로(302)와 제1개구부(311), 제2개구부(312), 제3관통공(313)를 마련함으로써, 밸브 유닛(200)의 개방시에는 하우징(100) 내부와 바이패스 밸브(BP) 내부 간의 압력을 동일하게 할 수 있다.

따라서, 솔레노이드 구동부(100)에 전원 인가가 중단되는 경우에도 공기 압력의 저항을 받지 않고, 스프링이 복원력에 의하여 확장되면서 밸브 유닛(200)을 밀어 밸브 유닛(200)의 폐쇄 동작을 신속하게 수행할 수 있다.

따라서, 연통 유로가 없는 경우에 사용되어야 할 스프링 계수보다 상대적으로 작은 탄성 계수의 스프링을 사용할 수 있다.

그리고, 상대적으로 작은 탄성 계수를 갖는 스프링을 활용하면 도7과 같이 솔레노이드 구동부(100)에 전원이 인가되어도 저항이 상대적으로 작아서 신속하게 밸브 유닛(200)을 개방할 수 있다.

한편, 연통유로(300)를 지지부(300)에 설치하는 것을 주로 설명하였지만, 연통유로(300)는 밸브 유닛(200) 주변의 공간과 상기 하우징(100) 내부 공간을 연통시키도록 하우징(100)에 위치하거나 또는 하우징(100) 내부에 위치하거나, 하우징에 결합되는 고정구조물(커버 또는 플레이트, 코어, 요크 등)에 형성될 수도 있다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속1하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

100: 솔레노이드 구동부 110: 코어
111: 제1내부공간 140: 밸브 헤드 가동 공간
200: 밸브 유닛 202: 플런저
210: 밸브 헤드 210a: 걸림턱
210b: 상면부 300: 지지부
302: 연통유로 311: 제1개구부
312: 제2개구부 313: 제3개구부
400: 실링 부재 401: 제1실링부
402: 제2실링부 403: 제3실링부

Claims (7)

1. 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치되는 솔레노이드 구동부와; 상기 하우징에 이동가능하게 배치되어 상기 솔레노이드 구동부에 의하여 동작가능하게 마련되는 밸브 유닛과; 상기 밸브 유닛 외주면에 배치되고 밸브 유닛의 위치 상태에 무관하게 밸브 유닛과 하우징 내부에 의하여 형성되는 내부 공간을 그 외의 외부 공간과 차단시키는 실링 부재를 포함하되, 상기 실링부재는 밸브 유닛의 외측 구조물에 지지되며 연장되게 형성되는 제1실링부와; 밸브 유닛의 외주면에 접촉되어 지지되며 연장되게 형성되는 제2실링부와; 상기 제1실링부와 제2실링부를 연결하는 제3실링부를 포함하고, 제1실링부 길이는 제2실링부 길이의 1.0~2.0배이며,
   상기 하우징 내에 고정되게 마련되고, 상기 밸브 유닛이 이동가능하게 지지되는 지지부와, 상기 지지부에 마련되어 상기 하우징 외부 공간과 상기 하우징 내부 공간을 연통시키는 연통유로를 포함하며,
   상기 지지부는 적어도 일부가 중공관 형태로 마련되며,
   그 일단부에는 제1개구부가 형성되고, 그 타단부 또는 그 외주면에는 타 개구부가 형성되며 제1개구부와 상기 타 개구부는 상기 연통유로에 의하여 연결되고,
   상기 밸브 유닛은; 솔레노이드 구동부의 동작에 따라 왕복운동 가능하게 마련되는 플런저와, 상기 플런저에 결합되어 플런저의 동작에 따라 왕복운동 가능하며 그 내부에 외측으로 개방된 공간을 형성하는 밸브 헤드를 포함하며, 상기 제1개구부는 상기 밸브 헤드의 공간과 연통하도록 마련되고, 상기 타 개구부는 상기 솔레노이드 구동부 및 상기 밸브 유닛 사이의 공간과 연통되고,
   플런저는 지지부에 삽입되어 솔레노이드 구동부의 동작에 따라서 지지부의 외면을 따라 움직일 수 있도록 마련되며,
   상기 하우징 외부 공간과 상기 하우징 내부 공간 사이의 공기의 이동은 상기 지지부 내부에 마련되는 연통유로에 의하여 유발되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실링부재는 링 형태의 립씰(lip-seal) 구조로 형성되며,
   상기 밸브 유닛이 움직이는 공간을 형성하는 관통공을 형성하며, 관통공은 제2실링부에 의하여 둘러싸여서 형성되고,
   제1실링부와 제2실링부는 이격되어 공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1실링부의 연장방향은 제2실링부의 연장방향에 비해서 상대적으로 더 경사진 방향을 이루는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
4. 제1항에 있어서,
   하우징은 밸브 유닛 주변에 배치되는 플랜지부를 포함하고,
   하우징에 결합되며 밸브 유닛을 둘러싸고, 밸브 유닛이 움직이는 공간을 형성하는 커버를 더 포함하되,
   상기 커버에는 실링부재가 안착되는 안착부가 마련되며,
   상기 제1실링부의 단부는 플랜지부의 단부에 접촉하도록 마련되고,
   상기 제2실링부는 밸브유닛의 외주면에 접촉하도록 마련되고,
   상기 제3실링부는 상기 안착부의 바닥면에 접촉하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
   
   
   
   
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